(57)【要約】【課題】休筒運転を行う内燃機関に用いられる二次空気供給機構を簡便且つ廉価に構成する。【解決手段】内燃機関用二次空気供給機構１０は、休止対応気筒１４ｃ、１４ｄより下流の排気通路２２ｃ、２２ｄから通常運転気筒１４ａ、１４ｂより下流の排気通路２２ａ、２２ｂに連通する空気連絡通路３０、３２と、排気通路２２ｃ、２２ｄに設けられた開閉弁３４、３６と、全筒運転と休筒運転との切り換え操作及び開閉弁３４、３６の操作をするコントローラ３８とを有する。コントローラ３８は休筒運転時に燃料噴射弁２４ｃ、２４ｄからの燃料の供給を停止して該休止対応気筒１４ｃ、１４ｄをポンプとして作用させるとともに、排気通路２２ｃ、２２ｄから空気連絡通路３０及び３２を経由して排気通路２２ａ、２２ｂに空気が供給されるように開閉弁３４、３６を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の休筒運転時に停止される休止対応気筒と休筒運転時においても稼動される通常運転気筒とを備える内燃機関に用いられる内燃機関用二次空気供給機構であって、
前記休止対応気筒の排気通路と通常運転気筒の排気通路側とを連通する空気連絡通路を有することを特徴とする内燃機関用二次空気供給機構。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関用二次空気供給機構において、
制御手段としてのコントローラを有し、
前記コントローラは、前記休筒運転時に前記休止対応気筒への燃料の供給を停止して該休止対応気筒をポンプとして作用させることを特徴とする内燃機関用二次空気供給機構。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関用二次空気供給機構において、
さらに、前記休止対応気筒の排気通路に設けられた開閉弁を有し、
前記コントローラは、前記休筒運転時に前記休止対応気筒から供給される排出空気を、休止対応気筒の排気通路から前記空気連絡通路を経由して前記通常運転気筒の排気通路に供給されるように前記開閉弁を制御することを特徴とする内燃機関用二次空気供給機構。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関用二次空気供給機構において、
前記内燃機関は４ストローク型であって、前記通常運転気筒は前記休止対応気筒より燃焼サイクルの位相が１８０°遅れていることを特徴とする内燃機関用二次空気供給機構。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関用二次空気供給機構において、
前記通常運転気筒と前記休止対応気筒は直列に配置され、
隣り合う前記通常運転気筒と前記休止対応気筒との間に前記空気連絡通路が設けられていることを特徴とする内燃機関用二次空気供給機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関用二次空気供給機構に関し、特に、内燃機関の複数気筒のうち一部の運転を休止させる気筒休止機構と組み合わされた内燃機関用二次空気供給機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において燃料を燃焼させる際には多少の未燃ガス又は不完全燃焼ガスが発生する。近時、これらのガス（ＨＣ、ＣＯ等）を浄化する技術の開発が進められており、例えば、排気通路に空気を供給して酸化を促進させる二次空気供給機構が実用化されている。
【０００３】
従来の二次空気供給装置においては、排気弁の近傍に空気の通路を設けるとともに、別体の電磁弁のオン・オフを切り換えながら排気通路内が負圧になることを利用して、空気を導いている。
【０００４】
一方、車両に搭載される内燃機関においては、燃費を向上させる等の目的のために所定の条件下で複数気筒のうちの一部運転を休止させる休筒運転を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９７９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、排気通路に空気を導入するためには別体のポンプを設けることが考えられるが、この場合、構成が複雑化するとともに、大型且つ重量増となる。
【０００７】
また、休筒運転時における休止対応気筒の給排気バルブを閉じる型の気筒休止式内燃機関ではポンピングロスを低減することができるが、多少のポンピングロスが発生しても、休筒運転時に休止対応気筒を有効活用することができると合理的である。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、休筒運転を行う内燃機関に用いられる二次空気供給機構を、簡便且つ廉価に構成することができる内燃機関用二次空気供給機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る内燃機関用二次空気供給機構は、所定の休筒運転時に停止される休止対応気筒と休筒運転時においても稼動される通常運転気筒とを備える内燃機関に用いられる内燃機関用二次空気供給機構であって、前記休止対応気筒の排気通路と通常運転気筒の排気通路側とを連通する空気連絡通路を有することを特徴とする。
【００１０】
このように、休筒運転時において休止対応気筒をポンプとして作用させ、休止対応気筒の排気通路から前記空気連絡通路を経由して前記通常運転気筒の排気通路に空気を供給することにより、簡便且つ廉価に二次空気供給機構を実現することができる。
【００１１】
この場合、制御手段としてのコントローラを有し、前記コントローラは、前記休筒運転時に前記休止対応気筒への燃料の供給を停止して該休止対応気筒をポンプとして作用させるとよい。
【００１２】
また、前記休止対応気筒の排気通路に設けられた開閉弁を有し、前記コントローラは、前記休筒運転時に前記休止対応気筒から供給される排出空気を、休止対応気筒の排気通路から前記空気連絡通路を経由して前記通常運転気筒の排気通路に供給されるように前記開閉弁を制御するとよい。このようにすることによって、一層確実に前記通常運転気筒の排気通路に空気を供給することができる。
【００１３】
前記内燃機関は４ストローク型であって、前記通常運転気筒は前記休止対応気筒より燃焼サイクルの位相が１８０°遅れているとよい。これにより、前記通常運転気筒が排気するタイミングにあわせて前記通常運転気筒の排気通路に空気を供給することができる。
【００１４】
前記通常運転気筒と前記休止対応気筒は直列に配置され、隣り合う前記通常運転気筒と前記休止対応気筒との間に前記空気連絡通路が設けられていると、該空気連絡通路を短く設定することができ、空気が通過することによる供給遅れ時間が短い。また、管路の抵抗を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る内燃機関用二次空気供給機構は、休筒運転を行う内燃機関に好適に用いられ、休筒運転時において休止対応気筒をポンプとして作用させることにより、休止対応気筒の排気通路から空気連絡通路を経由して通常運転気筒の排気通路に空気を供給する。従って、排気ガスを酸化させて浄化することができる。
【００１６】
また、休止対応気筒がポンプとして作用することから、管路の影響を受け難く、確実に空気を供給することができる。さらに、別体のポンプを設ける必要がないことから、内燃機関用二次空気供給機構を簡便且つ廉価に実現することができ、しかも小型、軽量な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る内燃機関用二次空気供給機構について実施の形態及びその変形例を挙げ、添付の図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係る内燃機関用二次空気供給機構１０が用いられる内燃機関１２は、図示しない車両に搭載されるものであって、該車両の運転状況に応じて４気筒のうち２気筒の運転を休止させる休筒運転を行うことができるものである。なお、休筒運転に対して４気筒の全てを運転する状態を全筒運転と呼ぶ。内燃機関用二次空気供給機構１０が搭載される車両としては、例えば、自動二輪車を挙げることができる。
【００１９】
内燃機関の休筒運転には複数の方式があるが、内燃機関１２においては休止対応気筒１４ｃ、１４ｄに対する燃料噴射を停止するとともに該気筒の点火プラグの発火を停止させる方式のものとする。
【００２０】
具体的には、内燃機関１２は直列４気筒の構成で、常時運転される２つの通常運転気筒１４ａ、１４ｂと、休筒運転時に燃料の供給が停止される休止対応気筒１４ｃ、１４ｄとを有する。休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄは両端側の２気筒であり、通常運転気筒１４ａ及び１４ｂは内側の２気筒である。
【００２１】
内燃機関１２は４ストローク型であって、１回の燃焼サイクルあたりクランクシャフトは７２０°回転する（図２参照）。また、通常運転気筒１４ａ、１４ｂは休止対応気筒１４ｃ、１４ｄより燃焼サイクルの位相が１８０°遅れており、図示しないピストン及びバランサによる振動が相殺されるように構成されている。
【００２２】
通常運転気筒１４ａ及び１４ｂは、吸気弁１８ａ、１８ｂを介して吸気通路１６ａ及び１６ｂから燃料と空気の混合気を吸気し、燃焼室内で吸気、圧縮、点火、膨張及び排気の燃焼サイクルを繰り返して実行する。燃焼によって発生する排気ガスは排気弁２０ａ及び２０ｂから排気通路２２ａ及び２２ｂへ排出され、図示しないマフラーへ導かれる。
【００２３】
同様に、休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄは、吸気弁１８ｃ、１８ｄを介して吸気通路１６ｃ及び１６ｄから燃料と空気の混合気を吸気して燃焼サイクルを繰り返して実行する。排気ガスは排気弁２０ｃ及び２０ｄから排気通路２２ｃ及び２２ｄへ排出される。
【００２４】
吸気弁１８ａ〜１８ｄ及び排気弁２０ａ〜２０ｄはクランクシャフトの回転に連動するカムシャフトにより開閉駆動される。実際上、吸気弁１８ａ〜１８ｄ及び排気弁２０ａ〜２０ｄは各気筒あたり２個ずつ設けられ、吸気及び排気の効率を向上させている。
【００２５】
吸気通路１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び１６ｄには、燃料を噴霧することにより燃料と空気との混合気（以下、単に混合気という）を発生させる燃料噴射弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄがそれぞれ設けられており、混合気は通常運転気筒１４ａ、１４ｂ及び休止対応気筒１４ｃ、１４ｄの燃焼室内で点火プラグ２６ａ〜２６ｄによって点火されて燃焼、膨張する。
【００２６】
各吸気通路１６ａ〜１６ｄは上流側で１本にまとめられており、この部分にスロットル弁２８ａ〜２８ｄが設けられている。
【００２７】
内燃機関用二次空気供給機構１０は、上記の内燃機関１２に用いられるものであり、排気通路２２ｃ及び２２ｄから、吸気通路１６ａ及び１６ｂにそれぞれ連通する空気連絡通路３０及び３２と、排気通路２２ｃ及び２２ｄにそれぞれ設けられた開閉弁３４及び３６と、制御手段としてのコントローラ３８とを有する。
【００２８】
空気連絡通路３０及び３２は空気が流通しやすい滑らかな形状の管路となっている。
【００２９】
コントローラ３８には、スロットル弁２８ａ〜２８ｄの下流側における負の圧力を検出する圧力センサ４０ａ〜４０ｄ、排気通路２２ａ〜２２ｄにおける酸素濃度を検出する酸素濃度センサ４２（図１では、代表的に排気通路２２ｃの酸素濃度センサ４２を示す）、クランクシャフトの回転数を検出する回転数センサ４４、アクセルペダルの踏み込み量を検出するペダル開度センサ４６及び冷却水の温度を検出する水温センサ４８等のセンサが接続されている。
【００３０】
また、これらの各センサの信号に基づいて、コントローラ３８は燃料噴射弁２４ａ〜２４ｄ、点火プラグ２６ａ〜２６ｄ、開閉弁３４、３６及びスロットル弁２８ａ〜２８ｄの制御を行うとともに、全筒運転と休筒運転との切り換え判断を行う。コントローラ３８によるこれらの制御は所定のコンピュータプログラムに基づいて実行される。
【００３１】
次に、このように構成される内燃機関用二次空気供給機構１０における動作、作用について説明する。
【００３２】
先ず、全筒運転時において、コントローラ３８は燃料噴射弁２４ａ〜２４ｄ及び点火プラグ２６ａ〜２６ｄの全てを所定のタイミングで間欠動作させ、通常運転気筒１４ａ、１４ｂ及び休止対応気筒１４ｃ、１４ｄの全てを稼動させる。また、全筒運転時においては、開閉弁３４及び３６は、コントローラ３８の作用下に開弁されており（図１の実線の状態）、休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄの排気弁２０ｃ及び２０ｄから排気された排気ガスは排気通路２２ｃ及び２２ｄを通過してマフラーへ導かれる。
【００３３】
休筒運転時においては、コントローラ３８は燃料噴射弁２４ｃ及び２４ｄからの燃料の噴射と、点火プラグ２６ｃ及び２６ｄによる発火を停止させる。このとき、休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄの吸気弁１８ｃ、１８ｄ及び排気弁２０ｃ、２０ｄはクランクシャフトの回転に連動して開閉動作を継続することから、休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄは燃料を含まない空気を吸気弁１８ｃ、１８ｄから吸入・圧縮して排気弁２０ｃ、２０ｄから排出するポンプ（又はコンプレッサ）として作用することとなる。
【００３４】
また、全筒運転から休筒運転に切り換わる際、開閉弁３４及び３６はコントローラ３８の作用下に閉弁され（図１の破線の状態）、排気通路２２ｃ及び２２ｄを遮断する。従って、休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄの排気弁２０ｃ及び２０ｄから排出された圧縮空気はそれぞれ空気連絡通路３０及び３２を通って排気通路２２ａ及び２２ｂに供給される。
【００３５】
休筒運転時における内燃機関用二次空気供給機構１０の作用について、図２を参照しながらより詳細に説明する。図２は、クランクシャフトの回転角度を横軸とした通常運転気筒１４ａ、１４ｂ及び休止対応気筒１４ｃ、１４ｄにおける各ピストンの変位チャートであり、各グラフの上端点がピストンの上死点、下端点が下死点である。内燃機関用二次空気供給機構１０の通常運転時における点火順序は、通常運転気筒１４ａ、休止対応気筒１４ｄ、通常運転気筒１４ｂ、休止対応気筒１４ｃの順であり、この順に１８０°ずつ位相がずれた動作をする。
【００３６】
通常運転気筒１４ａの上死点における点火時期Ｐを基準の０°とすると、燃焼ガスの膨張により１８０°までピストンが下降する。この際、１８０°に達するよりもやや早い時期に排気弁２０ａが開弁し、ピストンが上昇する１８０°〜３６０°の間に燃焼ガスが排出され、３６０°をやや過ぎた時期に排気弁２０ａが閉弁する。
【００３７】
また、３６０°に達するよりもやや早い時期に吸気弁１８ａが開弁し、３６０°〜５４０°までの間にピストンが下降する。ピストンの下降にともなって吸気通路１６ａから吸気弁１８ａを介して混合気が吸引される。吸気弁１８ａは５４０°をやや過ぎた時点で閉弁する。５４０°〜７２０°までの間においてピストンは再び上昇し、通常運転気筒１４ａに吸引された混合気は圧縮され、７２０°の時点で点火される。なお、点火時期Ｐは必ずしも上死点と一致していなくてもよく、所定の条件下において点火時期Ｐは変更することも可能である。
【００３８】
一方、通常運転気筒１４ａは、休止対応気筒１４ｃに対して１８０°の位相遅れがある。従って、休止対応気筒１４ｃが排気を行い、排気弁２０ｃが閉弁するよりもやや早い時期から通常運転気筒１４ａの排気弁２０ａが開弁して排気を開始する。ところで、休筒運転時においては、燃料噴射弁２４ｃは燃料を噴射しないことから、休止対応気筒１４ｃはポンプとして作用し排気通路２２ｃに圧縮空気を供給する。
【００３９】
このとき、排気通路２２ｃは開閉弁３４によって遮断されていることから、排気通路２２ｃの圧縮空気は、空気連絡通路３０を通って排気通路２２ａへ供給されて二次空気供給機能としての効果を奏する。
【００４０】
なお、通常運転気筒１４ｂ及び休止対応気筒１４ｄは、通常運転気筒１４ａ及び休止対応気筒１４ｃに対してそれぞれ３６０°ずつ位相が遅れて同様の動作を行う。従って、休止対応気筒１４ｃはポンプとして作用し、排気通路２２ｄを開閉弁３６によって遮断することにより、排気通路２２ｄの圧縮空気は空気連絡通路３２を通って排気通路２２ｂへ供給される。
【００４１】
図２において、模式的に、休止対応気筒１４ｃから通常運転気筒１４ａに対する二次空気供給作用を矢印Ａで示し、休止対応気筒１４ｄから通常運転気筒１４ｂに対する二次空気供給作用を矢印Ｂで示す。これらの矢印Ａ及び矢印Ｂからも明らかなように、通常運転気筒１４ａ、１４ｂと休止対応気筒１４ｃ、１４ｄには１８０°の位相差があって、しかも通常運転気筒１４ａ、１４ｂと休止対応気筒１４ｃ、１４ｄの排気タイミングはオーバラップしていることから、通常運転気筒１４ａ及び１４ｂが排気するタイミングにあわせて排気通路２２ａ、２２ｂに空気を供給することができる。
【００４２】
このような二次空気供給作用により、通常運転気筒１４ａ及び１４ｂで燃焼した燃焼ガスのうち、ＨＣ及びＣＯが酸化、再燃焼されてＨ2Ｏ及びＣＯ2等の無害な水蒸気又はガスに変換され、浄化される。
【００４３】
特に、内燃機関用二次空気供給機構１０においては、排気通路２２ａ及び２２ｂに供給される空気は休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄのポンプの作用によって押し出されるように供給される。従って、負圧を利用する場合と比較して管路の影響を受け難く、より確実に空気を供給することができる。
【００４４】
また、内燃機関用二次空気供給機構１０は、休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄをポンプとして使用することから、専用のタービンやコンプレッサ等の複雑な駆動機構が不要である。従って、内燃機関用二次空気供給機構１０は簡便且つ廉価に構成可能であり、しかも小型、軽量である。
【００４５】
さらにまた、内燃機関１２は直列４気筒であって、通常運転気筒１４ａと休止対応気筒１４ｃは隣り合っていることから空気連絡通路３０を短く設定することができ、空気が通過する際の時間の遅れが少ない。従って、通常運転気筒１４ａの排気のタイミングに同期して休止対応気筒１４ｃから確実に空気を供給することができる。同様に、通常運転気筒１４ｂと休止対応気筒１４ｄは隣り合っており、空気連絡通路３２を短く設定可能であることから、通常運転気筒１４ｂの排気のタイミングに同期して休止対応気筒１４ｄから空気を供給することができる。
【００４６】
なお、休筒運転時においては、酸素濃度センサ４２によって検出される排気ガス中の酸素濃度値等を参照しながら開閉弁３４及び３６の開度を調整して、供給される二次空気の量を適宜変化させるようにしてもよい。
【００４７】
燃料噴射弁２４ａ及び２４ｂの燃料噴射量及び噴射時期、点火プラグ２６ａ及び２６ｂの点火時期は、全筒運転時と休筒運転時で変化させてもよい。
【００４８】
開閉弁３４及び３６は、図１に示すような、いわゆる蝶型弁に限らず排気通路２２ｃ及び２２ｄを遮断できる開閉弁であればよいことはもちろんである。また、内燃機関１２の気筒数は、必ずしも４気筒に限ることはない。
【００４９】
次に、前記内燃機関用二次空気供給機構１０の変形例である内燃機関用二次空気供給機構１０ａについて図３を参照しながら説明する。内燃機関用二次空気供給機構１０ａについて前記内燃機関用二次空気供給機構１０と同じ構成の箇所については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５０】
内燃機関用二次空気供給機構１０ａは、前記開閉弁３４及び３６の代わりに切換開閉弁３４ａ及び３６ａを有する。切換開閉弁３４ａ及び３６ａは、排気通路２２ｃ及び２２ｄの連通方向をマフラーの方向（図３における上方）、又は空気連絡通路３０、３２の方向に切り換える機能を持つ。
【００５１】
全筒運転時においては、切換開閉弁３４ａ及び３６ａは、図３の実線で示す位置に設定され、休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄの排気弁２０ｃ及び２０ｄから排出された排気ガスは、全て排気通路２２ｃ及び２２ｄを通ってマフラーに導かれる。このとき、空気連絡通路３０及び３２は切換開閉弁３４ａ及び３６ａによってそれぞれ遮断されていることから、休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄから排出される排気ガスが入り込むことが確実に防止される。
【００５２】
また、休筒運転時においては、切換開閉弁３４ａ及び３６ａは、図３の破線で示す位置に設定され、排気通路２２ｃ及び２２ｄからマフラーへ至る通路が遮断される。一方、排気通路２２ｃ及び２２ｄから空気連絡通路３０及び３２へ至る通路がそれぞれ開かれ、休止対応気筒１４ｃ及び１４ｄから供給される圧縮空気は、空気連絡通路３０及び３２を通って吸気通路１６ａ及び１６ｂに導かれる。
【００５３】
このようにして、内燃機関用二次空気供給機構１０ａによれば、前記内燃機関用二次空気供給機構１０と同様に通常運転気筒１４ａ、１４ｂに対する二次空気供給作用を奏することができる。
【００５４】
本発明に係る内燃機関用二次空気供給機構は、上述の実施の形態及びその変形例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施の形態に係る内燃機関用二次空気供給機構の概略構成図である。
【図２】休筒運転時における通常運転気筒及び休止対応気筒の各ピストンの変位チャートである。
【図３】本実施の形態の変形例に係る内燃機関用二次空気供給機構の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０、１０ａ…内燃機関用二次空気供給機構
１２…内燃機関                        １４ａ、１４ｂ…通常運転気筒
１４ｃ、１４ｄ…休止対応気筒          １６ａ〜１６ｄ…吸気通路
１８ａ〜１８ｄ…吸気弁                ２０ａ〜２０ｄ…排気弁
２２ａ〜２２ｄ…排気通路              ２４ａ〜２４ｄ…燃料噴射弁
２６ａ〜２６ｄ…点火プラグ            ２８ａ〜２８ｄ…スロットル弁
３０、３２…空気連絡通路              ３４、３６…開閉弁
３４ａ、３６ａ…切換開閉弁            ３８…コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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