JPH0222222B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は分割運転制御式内燃機関に関する。 従来技術 スロツトル弁により機関負荷を制御するように
した内燃機関ではスロツトル弁開度が小さくなる
につれて燃料消費率が悪化する。従つて燃料消費
率を向上するために機関低負荷運転時には一部の
気筒を休止させると共に残りの気筒に高負荷運転
を行なわせるようにした分割運転制御式内燃機関
が、例えば特開昭55−69736号公報に記載されて
いるように公知である。この公知の内燃機関では
第１図に示すように気筒が第１気筒群Ａと第２気
筒群Ｂとに分割され、第１気筒群Ａと第２気筒群
Ｂに夫々第１吸気マニホルド１と第２吸気マニホ
ルド２を接続すると共に第１吸気マニホルド１と
第２吸気マニホルド２を共通のスロツトル弁３を
介して大気に連通させ、第１吸気マニホルド１の
吸入空気入口部に吸気遮断弁４を設けると共に排
気マニホルド５と第１吸気マニホルド１とを連結
する排気還流通路６内に排気還流弁７を設け、機
関低負荷運転時には燃料噴射弁８からの燃料噴射
を停止させると共に吸気遮断弁４を閉弁しかつ排
気還流弁７を開弁して第２気筒群を高負荷運転せ
しめ、一方、機関高負荷運転時には全燃料噴射弁
８，９から燃料を噴射すると共に吸気遮断弁４を
開弁しかつ排気還流弁７を閉弁して全気筒Ａ，Ｂ
を発火運転せしめるようにしている。この内燃機
関では上述のように機関低負荷運転時に吸気遮断
弁４が閉弁しかつ排気還流弁７が開弁して第１気
筒群Ａに排気還流通路６を介して排気ガスが循環
されるためにポンピング損失をなくすことがで
き、しかもこのとき第２気筒群Ｂが高負荷運転せ
しめられるので燃料消費率を向上することができ
る。 このようにこの内燃機関では機関低負荷運転時
に部分気筒運転を行なうことによつて燃料消費率
を向上でき、機関高負荷運転時には全気筒運転を
行なうことによつて機関高出力を得るようにして
いるが機関全負荷運転時における出力がいま一つ
十分でなく、従つて機関全負荷運転時における出
力を向上する必要がある。機関出力を向上するた
めの一つの方法として等価吸気管長を機関の運転
状態に応じて変化させる方法が知られており、分
割運転制御式内燃機関においても等価吸気管長を
変えることによつて機関出力を向上することがで
きるがこのような等価吸気管長を変えることによ
つて円滑な分割運転制御が損なわれては等価吸気
管長を変える意味がない。 発明の目的 本発明は円滑な分割運転制御を確保しつつ機関
全負荷運転時における機関出力を向上するように
した分割運転制御式内燃機関を提供することにあ
る。 発明の構成 本発明の構成は、気筒を第１の気筒群と第２の
気筒群に分割し、吸気通路の下流部分を第１吸気
通路と第２吸気通路に分割して第１吸気通路を第
１気筒群に連結すると共に第２吸気通路を第２気
筒群に連結し、第１気筒群および第２気筒群に供
給する吸入空気量を制御するスロツトル弁を吸気
通路内に設け、スロツトル弁後流の第１吸気通路
内に吸気遮断弁を設けて機関負荷が予め定められ
た第１負荷よりも高い機関高負荷運転時に吸気遮
断弁を開弁し、吸気遮断弁後流の第１吸気通路と
機関排気通路とを連結する排気還流通路内に排気
還流弁を設けて機関負荷が第１負荷よりも高い機
関高負荷運転時に排気還流弁を閉弁し、機関負荷
が第１負荷よりも高い機関高負荷運転時に第１気
筒群並びに第２気筒群へ燃料を供給すると共に機
関負荷が第１負荷よりも低い機関低負荷運転時に
第１気筒群への燃料の供給を停止するための燃料
供給装置を具備した内燃機関において、第１吸気
通路と第２吸気通路を互に隣接配置すると共にス
ロツトル弁後流の第１吸気通路内に設けた吸気遮
断弁後流の第１吸気通路を連通孔を介して第２吸
気通路に連通させ、連通孔に開閉制御弁を設けて
機関負荷が第１負荷よりも大きな第２負荷以上で
ある機関全負荷運転時以外のときには開閉制御弁
を閉弁保持すると共に機関負荷が第２負荷よりも
高い機関全負荷運転時の予め定められた機関回転
数領域内で開閉制御弁を開弁するようにしたこと
にある。 実施例 第２図を参照すると、１０は機関本体、１１は
第１サージタンク、１２は第２サージタンク、１
３ａは第１サージタンク１１内に連通する夫々独
立した第１枝管、１３ｂは第２サージタンク１２
内に連通する夫々独立した第２枝管、１４は第１
排気マニホルド、１５は第２排気マニホルド、１
６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ
は１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒、５
番気筒並びに６番気筒を夫々示す。なお、これら
の各気筒は気筒１６ａ，１６ｂ，１６ｃからなる
第１気筒群Ａと、気筒１６ｄ，４６ｅ，４６ｆか
らなる第２気筒群Ｂとに分割される。第２図から
わかるように第１サージタンク１１並びに第１排
気マニホルド１４は第１気筒群Ａに接続され、第
２サージタンク１２並びに第２排気マニホルド１
５は第２気筒群Ｂに接続される。第１サージタン
ク１１並びに第２サージタンク１２の各枝管１３
ａ，１３ｂには燃料噴射弁１７ａ，１７ｂが取付
けられ、これらの各燃料噴射弁１７ａ，１７ｂの
ソレノイドは電子制御ユニツト１８に接続され
る。一方、第１排気マニホルド１４および第２排
気マニホルド１５は夫々別個のターボチヤージヤ
１９ａ，１９ｂの排気タービンＴに連結され、各
ターボチヤージヤ１９ａ，１９ｂの排気タービン
Ｔの排気出口は共通の排気管２０に連結される。
この排気管２０内には酸素濃度検出器２１が取付
けられ、この酸素濃度検出器２１は電子制御ユニ
ツト１８に接続される。なお、排気管２０には三
元触媒コンバータ（図示せず）が取付けられる。 実線により図解的に示す吸気通路２２はその下
流部分が第１吸気通路２３ａと第２吸気通路２３
ｂに分割され、これらの第１吸気通路２３ａおよ
び第２吸気通路２３ｂは一体形成のハウジング内
に形成される。第１吸気通路２３ａは第１サージ
タンク１１に向けてほぼまつすぐに延びて第１サ
ージタンク１１に連結され、第２吸気通路２３ｂ
は第２サージタンク１２に向けてほぼまつすぐに
延びて第２サージタンク１２に連結される。これ
らの第１吸気通路２３ａおよび第２吸気通路２３
ｂは互にほぼ平行をなして延びかつ互に隣接配置
される。第１吸気通路２３ａおよび第２吸気通路
２３ｂの共通の入口部にはスロツトル弁２４が配
置され、このスロツトル弁２４はアクセルペタル
に連結されたスロツトル軸２６上に固定される。
第２図に示されるようにスロツトル軸２６にはス
ロツトルセンサ２５が取付けられる。このスロツ
トルセンサ２５はスロツトル軸２６が一定角度回
転する毎にパルス信号を発生し、従つてこのパル
ス信号からスロツトル弁２４の開弁速度を検出す
ることができる。このスロツトルセンサ２５は電
子制御ユニツト１８に接続される。一方、吸気通
路２２は各ターボチヤージヤ１９ａ，１９ｂのコ
ンプレツサＣの吐出側に連結され、各コンプレツ
サＣの吸込側は共通のエアフローメータ２７を介
して図示しないエアクリーナに接続される。 第２図に示されるようにスロツトル弁２４下流
の第１吸気通路２３ａ内には吸気遮断弁２９が挿
入される。この吸気遮断弁２９の弁軸３０は一方
では駆動装置３１に連結され、他方ではバルブ位
置センサ３２に連結される。駆動装置３１は第
1DCモータ３３と、第1DCモータ３３の駆動軸に
固定されたウオーム（図示せず）と、このウオー
ムと噛合しかつ弁軸３０上に固定されたウオーム
歯車３４から構成される。従つて第1DCモータ３
３が駆動されると吸気遮断弁２９が回動せしめら
れることがわかる。一方、バルブ位置センサ３２
は固定抵抗３２ａと、この固定抵抗３２ａに接触
しかつ吸気遮断弁２９と共に回転する可動接点３
２ｂとにより構成される。固定接点３２ａの一端
は電源３５に接続され、固定接点３２ａの他端は
接地される。従つて可動接点３２ｂには吸気遮断
弁２９の開度に応じた電圧が発生することがわか
る。これらの第1DCモータ３３およびバルブ位置
センサ３２は電子制御ユニツト１８に接続され
る。 第２図に示されるように吸気遮断弁２９後流の
第１吸気通路２３ａは連通孔３６を介して第２吸
気通路３２ｂに連通せしめられる。第２吸気通路
２３ｂ内にはこの連通孔３６の開閉制御をする開
閉制御弁３７が挿入され、開閉制御弁３７は第
2DCモータ３８によつて駆動制御される。この開
閉制御弁３７は後に詳細に説明するように部分気
筒運転時には閉弁状態に保持される。第2DCモー
タ３８は電子制御ユニツト１８に接続される。 第１排気マニホルド１４と第１サージタンク１
１とは排気還流通路５３によつて互に連結され、
この排気還流通路５３内に排気還流弁５４が配置
される。この排気還流弁５４はダイアフラム５５
によつて分離された負圧室５６と大気圧室５７を
具備し、負圧室５６内にダイアフラム押圧用圧縮
ばね５８が挿入される。この負圧室５６は電磁切
換弁５９に連結され、電磁切換弁５９のソレノイ
ド６０は電子制御ユニツト１８に接続される。電
磁切換弁５９は一方では負圧導管５０を介して第
２サージタンク１２に連結され、他方では負圧導
管５１を介してスロツトル弁２４上流の吸気通路
２２内に連結される。従つて負圧室５６は電磁切
換弁５９の切換作用によつて第２サージタンク１
２或いはスロツトル弁２４上流通路２２内に選択
的に連結される。排気還流通路５３内には排気還
流通路５３の開閉制御をする弁体６１が配置さ
れ、この弁体６１は弁ロツド６２を介してダイア
フラム５５に連結される。更に排気還流弁５４は
バルブ位置スイツチ６３を具備する。このバルブ
位置スイツチ６３はダイアフラム５５の移動によ
つて作動せしめられる可動接点６４と、この可動
接点６４と接触可能な一対の固定接点６５，６６
を有し、これらの固定接点６５，６６は電子制御
ユニツト１８に接続される。可動接点６４は弁体
６１が閉弁しているとき固定接点６５に接続さ
れ、弁体６１が開弁すると固定接点６６に接続さ
れる。なお、第２図に示されるように第２サージ
タンク１２には機関負荷検出器を構成する負圧セ
ンサ６７が取付けられ、この負圧センサ６７は電
子制御ユニツト１８に接続される。また、第２図
に示さないが機関回転数を検出するために回転数
センサ７２（第３図）が機関本体１０に取付けら
れる。 第３図は電子制御ユニツト１８の回路図を示
す。第３図を参照すると、電子制御ユニツト１８
はデイジタルコンピユータからなり、各種の演算
処理を行なうマイクロプロセツサ（MPU）８０、
ランダムアクセスメモリ（RAM）８１、制御プ
ログラム、演算定数等が予め格納されているリー
ドオンリメモリ（ROM）８２、入力ポート８３
並びに出力ポート８４が双方向性バス８５を介し
て互に接続されている。更に、電子制御ユニツト
１８内には各種のクロツク信号を発生するクロツ
ク発生器８６が設けられる。第３図に示されるよ
うに回転数センサ７２、スロツトルセンサ２５お
よびバルブ位置スイツチ６３は入力ポート８３に
接続される。また、エアフローメータ２７、負圧
センサ６７およびバルブ位置センサ３２は夫々対
応するAD変換器８７，８８，９５を介して入力
ポート８３に接続され、酸素濃度検出器２１はコ
ンパレータ８９を介して入力ポート８３に接続さ
れる。 エアフローメータ２７は吸入空気量に比例した
出力電圧を出力し、この出力電圧はAD変換器８
７において対応する２進数に変換された後入力ポ
ート８３並びにバス８５を介してMPU８０に読
み込まれる。回転数センサ７２は機関回転数に比
例した周期の連続パルスを出力し、この連続パル
スが入力ポート８３並びにバス８５を介して
MPU８０に読み込まれる。酸素濃度検出器２１
は排気ガスが酸化雰囲気のとき0.1ボルト程度の
出力電圧を発生し、排気ガスが還元雰囲気のとき
0.9ボルト程度の出力電圧を発生する。この酸素
濃度検出器２１の出力電圧はコンパレータ８９に
おいて例えば0.5ボルト程度の基準値と比較され、
例えば排気ガスが酸化雰囲気のときコンパレータ
８９の一方の出力端子に出力信号が発生し、排気
ガスが還元雰囲気のときコンパレータ８９の他方
の出力端子に出力信号が発生する。コンパレータ
８９の出力信号は入力ポート８３並びにバス８５
を介してMPU８０に読み込まれる。負圧センサ
６７はサージタンク１３内の負圧に比例した出力
電圧を出力し、この出力電圧はAD変換器８８に
おいて対応する２進数に変換された後入力ポート
８３並びにバス８５を介してMPU８０に読み込
まれる。また、バルブ位置センサ３２は吸気遮断
弁２９の開度に応じた出力電圧を発生し、この出
力電圧がAD変換器９５において対応する２進数
に変換された後入力ポート８３並びにバス８５を
介してMPU８０に読み込まれる。 一方、第１燃料噴射弁１７ａ、第２燃料噴射弁
１７ｂ、第1DCモータ３３、第2DCモータ３８お
よび電磁切換弁５９は夫々対応する駆動回路９
０，９１，９２，９３，９４を介して出力ポート
８４に接続される。出力ポート８４には夫々第１
燃料噴射弁１７ａ、第２燃料噴射弁１７ｂ、第
1DCモータ３３、第2DCモータ３８および電磁切
換弁５９を駆動するための駆動データが書き込ま
れる。 第４図および第５図は分割運転制御方法を説明
するためのタイムチヤートを示す。第４図および
第５図においてａからｇの各線図は次のものを示
す。 ａ：負圧センサ６７の出力電圧． ｂ：第1DCモータ３３に印加される駆動パルス． ｃ：電磁切換弁５９のソレノイド６０に印加され
る制御電圧． ｄ：第２気筒群Ｂの燃料噴射弁１７ｂに印加され
る制御パルス． ｅ：第１気筒群Ａの燃料噴射弁１７ａに印加され
る制御パルス． ｆ：吸気遮断弁２９の開度． ｇ：排気還流弁５４の弁体６１の開度． なお、第４図は高負荷運転から低負荷転に移る
ときを示しており、第５図は低負荷運転から高負
荷運転に移るときを示している。 第４図の時間T₁は負圧センサ６７の出力電圧
が低い高負荷運転時を示している。このとき第４
図ｂに示されるように第1DCモータ３３は駆動さ
れておらず、第４図ｆに示されるように吸気遮断
弁２９は全開している。また、このとき第４図ｃ
に示すように電磁切換弁５９のソレノイド６０は
消勢されており、従つて排気還流弁５４の負圧室
５６は電磁切換弁５９および負圧導管５１を介し
てスロツトル弁２４上流の吸気通路２２内に連通
している。斯くしてこのとき負圧室５６内には過
給圧が作用しているのでダイアフラム５５は最も
大気圧室５７側に移動しており、その結果第４図
ｇに示すように弁体６１が排気還流通路５３を全
閉している。 一方、このとき第３図のMPU８０において回
転数センサ７２の出力パルスから機関回転数が計
算され、更にこの機関回転数とエアフローメータ
２７の出力信号から基本燃料噴射量が計算され
る。また、三元触媒を用いたときには機関シリン
ダ内に供給される混合気の空燃比が理論空燃比と
なつたときに最も浄化効率が高くなり、従つて機
関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が理論
空燃比に近づくように基本燃料噴射量を酸素濃度
検出器２１の出力信号に基いて補正して燃料噴射
量が計算される。この燃料噴射量を表わすデータ
は出力ポート８４に書き込まれ、このデータに基
いて第４図ｄ並びに第４図ｅに示されるようなパ
ルスが第１気筒群Ａの燃料噴射弁１７ａ並びに第
２気筒群Ｂの燃料噴射弁１７ｂに印加される。従
つて機管高負荷運転時には全燃料噴射弁１７ａ，
１７ｂから燃料が噴射される。 次いで第４図の時刻Taにおいて高負荷運転か
ら低負荷運転に切換えられたとすると第４図ａに
示すように負圧センサ６７の出力電圧は急激に上
昇する。MPU８０では負圧センサ６７の出力電
圧が基準値Vr（第４図ａ）よりも大きくなつたと
きに低負荷運転であると判別され、その結果第４
図ｂに示されるような連続パルスからなる駆動信
号が第1DCモータ３３に印加される。このとき第
1DCモータ３３は駆動パルスの平均電圧に比例し
た速度で回転する。その結果、第４図ｆに示され
るように吸気遮断弁２９は徐々に閉弁する。次い
で吸気遮断弁２９が全閉し、このときが第４図の
時刻Tbで示される。MPU８０がバルブ位置セン
サ３２の出力信号から吸気遮断弁２９が全閉した
と判断すると、MPU８０は第１気筒群Ａの燃料
噴射弁１７ａからの燃料噴射を停止させると共に
第２気筒群Ｂの燃料噴射弁１７ｂからの燃料噴射
量を増量させるデータ、並びに電磁切換弁５９の
ソレノイド６０を付勢せしめるデータを出力ポー
ト８４に書き込む。その結果、時刻Tbに達する
と第４図ｄに示されるように第２気筒群Ｂの燃料
噴射弁１７ｂからの燃料噴射量は増大せしめら
れ、第４図ｅに示されるように第１気筒群Ａの燃
料噴射弁１７ａからの燃料噴射は停止せしめられ
る。また、時刻Tbに達すると上述したように電
磁切換弁５９のソレノイド６０が付勢されるため
に排気還流弁５４の負圧室５６は負圧導管５０を
介して第２サージタンク１２に連結される。その
結果、ダイアフラム５５が負圧室５６側に移動す
るので弁体６１が排気還流通路５３を開弁し、第
４図ｇに示すようにこの弁体６１は時刻Tcにお
いて全開する。 一方、第５図において時刻Tdは低負荷運転か
ら高負荷運転に移行したときを示している。この
とき、まず始めに第５図ｃに示されるように電磁
切換弁５９のソレノイド６０が消勢されるために
第５図ｇに示すように排気還流弁５４の弁体６１
が排気還流通路５３をを閉鎖する。弁体６１が全
閉してバルブ位置スイツチ６３の可動接点６４が
固定接点６５に接触するとMPU８０は第５図ｅ
に示されるように第１気筒群Ａへの燃料噴射を開
始するデータおよび第５図ｂに示されるように第
1DCモータ３３の駆動データを出力ポート８４に
書き込む。その結果、排気還流弁５４の弁体６１
が全閉すると第５図ｅに示されるように第１気筒
群Ａの燃料噴射弁１７ａからの燃料噴射が開始さ
れ、第５図ｆに示されるように吸気遮断弁２９が
徐々に開弁する。 次に開閉制御弁３７の開閉制御について説明す
るがその前に等価吸気管長について簡単に説明す
る。内燃機関では吸気弁が閉弁すると吸気管内を
流れる吸入空気流が急にせき止められるために吸
気弁近傍の吸気管内の圧力が上昇する。この上昇
圧力は吸気管の入口開口に向かつて伝播して吸気
管入口開口で反射し、再び吸気弁に向かつて伝播
して吸気弁に達する。このとき吸気弁が再び開弁
すれば吸気管内圧力が高くなつているために充填
効率が向上し、機関出力が向上することになる。
機関回転数が高くなるにつれて吸気弁が閉弁して
から再び吸気弁が開弁するまでの時間間隔が短く
なるために充填効率を向上させるために機関回転
数が高くなるにつれて吸気管長を短くする必要が
ある。しかしながら実際問題として吸気管長を短
くすることはできず、従つて実際には吸気管長が
あたかも短くなつたように吸気管に操作を施す。
第２図において開閉制御弁３７を開弁すると連通

【表】 上表からわかるように開閉制御弁３７はハツチ
ングで示す領域、即ち全負荷運転時の中速運転時
においてのみ開弁され、その他の運転状態では閉
弁状態に保持される。即ち、全負荷運転時におけ
る低速運転時には開閉制御弁３７が閉弁し、この
とき充填効率が高まるように吸気管長が設定され
ている。従つて全負荷運転時の低速運転時には充
填効率が高められる。機関回転数が高くなつて中
速運転時になると開閉制御弁３７が開弁し、等価
吸気管長が短くなる。斯くしてこのときにも充填
効率が高められる。一方、全負荷運転時の高速運
転時には開閉制御弁３７が閉弁する。このときに
は吸気管入口開口で反射した圧力波が吸気弁にお
いて再び反射し、この反射した圧力波が再び吸気
管入口開口で反射し、この２次反射波が吸気弁に
達したときに吸気弁が開弁するために充填効率が
高められる。このように全負荷運転時に機関回転
数に応じて開閉制御弁３７を開閉制御することに
よつて充填効率を高めることができ、機関出力を
向上することができる。 これに対して部分気筒運転が行なわれる低負荷
運転時と全気筒運転が行なわれている高負荷運転
時には開閉制御弁３７は閉弁している。それによ
つて部分気筒運転時、部分気筒運転から全気筒運
転に移行するとき、および全気筒運転から部分気
筒運転に移行するときに第１サージタンク１１内
の排気ガスが第２サージタンク１２内に侵入する
のを阻止することができる。 発明の効果 第１サージタンク内の排気ガスが第２サージタ
ンク内に侵入するのを阻止しつつ全負荷運転時の
全機関回転数領域に亘つて機関高出力を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の内燃機関を図解的に示す平面
図、第２図は本発明による内燃機関を図解的に示
す平面図、第３図は第２図の電子制御ユニツトの
回路図、第４図および第５図は本発明による分割
運転制御方法を説明するための線図である。 １１…第１サージタンク、１２…第２サージタ
ンク、１７ａ，１７ｂ…燃料噴射弁、１９ａ，１
９ｂ…ターボチヤージヤ、２３ａ…第１吸気通
路、２３ｂ…第２吸気通路、２４…スロツトル
弁、２９…吸気遮断弁、３６…連通孔、３７…開
閉制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 気筒を第１の気筒群と第２の気筒群に分割
   し、吸気通路の下流部分を第１吸気通路と第２吸
   気通路に分割して第１吸気通路を第１気筒群に連
   結すると共に第２吸気通路を第２気筒群に連結
   し、第１気筒群および第２気筒群に供給する吸入
   空気量を制御するスロツトル弁を吸気通路内に設
   け、該スロツトル弁後流の第１吸気通路内に吸気
   遮断弁を設けて機関負荷が予め定められた第１負
   荷よりも高い機関高負荷運転時に該吸気遮断弁を
   開弁し、該吸気遮断弁後流の第１吸気通路と機関
   排気通路とを連結する排気還流通路内に排気還流
   弁を設けて機関負荷が上記第１負荷よりも高い機
   関高負荷運転時に該排気還流弁を閉弁し、機関負
   荷が上記第１負荷よりも高い機関高負荷運転時に
   上記第１気筒群並びに第２気筒群へ燃料を供給す
   ると共に機関負荷が上記第１負荷よりも低い機関
   低負荷運転時に第１気筒群への燃料の供給を停止
   するための燃料供給装置を具備した内燃機関にお
   いて、上記第１吸気通路と第２吸気通路を互に隣
   接配置すると共に上記スロツトル弁後流の第１吸
   気通路内に設けた吸気遮断弁後流の第１吸気通路
   を連通孔を介して第２吸気通路に連通させ、該連
   通孔に開閉制御弁を設けて機関負荷が上記第１負
   荷よりも大きな第２負荷以上である機関全負荷運
   転時以外のときには該開閉制御弁を閉弁保持する
   と共に機関負荷が上記第２負荷よりも高い機関全
   負荷運転時の予め定められた機関回転数領域内で
   該開閉制御弁を開弁するようにした分割運転制御
   式内燃機関。