JPS6065238A

JPS6065238A - 分割運転制御式内燃機関

Info

Publication number: JPS6065238A
Application number: JP58171295A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ueno; 真上野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1983-09-19
Filing date: 1983-09-19
Publication date: 1985-04-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

従来技術スロットル弁により機関負荷を制御するようにした内燃
機関ではスロッ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。従っ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＃
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ｌと第２吸気マニホルド
２を共通のスロットル弁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
にボ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。

一方、最近では機関出力を向上するためにターボチャー
ジ＋を具えた内燃機関が数多く提案されており、熱論分
割運転制御式内燃機関においてもターボチャージャを取
付けることによって機関出力を向上することができる。

ターボチャージャはよく知られているように排気ガス圧
によって駆動されるのであるがこの場合排気ターボチャ
ージャに駆動力を与えるのは排気マニホルド内の静圧だ
けではなく、排気マニホルド内の動圧がターボチャージ
ャの駆動力に大きな影響を与える。排気マニホルド内の
動圧は排気脈動によって生じ、従って排気脈動による動
圧が順次ターボチャージャのタービンに加わるようにす
ることによってターボチャージャに大きな駆動力を与え
ることができる。

しかしながら例えば６気筒の分割運転制御式内燃機関に
おいて唯一個のターボチャージャを取付けた場合には排
気脈動が干渉することによって弱まって動圧が小さくな
り、その結果ターボチャージ　ヤに十分大きな駆動力を
与えることができないという問題を生ずる。

発明の目的本発明はターボチャージャに効率よく駆動力を与えて機
関高出力を確保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ッ
トル弁を吸気通路内に設け、スロットル弁後流の第１吸
気通路内に吸気遮断弁を設けて吸気遮断弁を機関高負荷
運転時に開弁し、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
けて排気還流弁を機関高負荷運転時に閉弁し、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、機関排気通路を互いに独立した第１排気マニホル
ドと第２排気マニホルドから構成して第１排気マニホル
ドを第１気筒群に連結すると共に第２排気マニホルドを
第２気筒群に連結し、各排気マニホルドに夫々ターボチ
ャージャを取付けたことにある。

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、１３ａ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、１３
ｂ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、１６ａ。

１６ｂ　、　１６ｃ　、　１６ｄ　、　１６ｅ　、　１
６ｆ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　、　１６ｅ　、　１６ｆからな
る第２気筒群Ｂとに分割される。第２図かられかるよう
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１５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１３ａ　、　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・ノド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ャージャ１９ａ　、
　１９ｂの排気タービンＴに連結され、各ターボチャー
ジャ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・ノド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２３ｂ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に向けてほぼまっすぐに
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に向けてほぼまっすぐに
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２３ｂは互いにほ
ぼ平行をなして延びかつ互いに隣接配置される。第１吸
気通路２３ａおよび第２吸気通路２３ｂ内には夫々第１
スロツトル弁２４ａおよび第２スロツトル弁２４ｂが配
置され、これら第１スロツトル弁２４ａおよび第２スロ
ツトル弁２４ｂはアクセルペタルに連結された共通のス
ロットル軸２６上に固定される。

第２図に示されるようにスロットル軸２６にはスロット
ルセンサ２５が取付けられる。このスロットルセンサ２
５はスロットル軸２６が一定角度回転する毎にパルス信
号を発生し、従ってこのパルス信号からスロットル弁２
４ａ　、　２４ｂの開弁速度を検出することができる。

このスロットルセンサ２５は電子制御ユニット１８に接
続される。一方、吸気通路２２は各ターボチャージャ１
９ａ　、　１９ｂのコンプレッサＣの吐出側に連結され
、各コンプレッサ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第１スロツトル弁２４ａ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３
１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、このウオームの噛合しかつ弁軸３０上に固定された
ウオーム歯車３４から構成される。従って第１ＤＣモー
タ３３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３２ｂ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。従って可動接点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は電子制御ユニット１８に接続される。

第２図に示されるように第１吸気通路２３ａの中間部と
第２吸気通路２３ｂの中間部とは互いに連通孔３６を介
して連通せしめられる。第２吸気通路２３ｂ内にはこの
連通孔３６の開閉制御をする弁体３７が挿入され、弁体
３７は第２ＤＣモータ３８によって駆動制御される。こ
の弁体３７は通常は第２図に示すような開弁状態にあり
、機関全負荷運転時の成る予め定められた機関回転数の
ときに第２ＤＣモータ３８が駆動され、それによって弁
体３７が右方に移動して連通孔３６を閉鎖する。

この第２ＤＣモータ３８は電子制御ユニット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１１とは排
気還流通路５３によって互いに連結され、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によって分離された負圧室
５６と大気圧室５７を具備し、負圧室５６内にはダイア
フラム押圧用圧縮ばね５８が挿入される。この負圧室５
６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は電子制御ユニット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
して第１スロツトル弁２４゛ａ上流の第１吸気通路２３
ａ内に連結される。従って負圧室５６は電磁切換弁５９
の切換作用によって第２サージタンク１２或いは第１ス
ロツトル弁２４ａ上流の第１吸気通路２３ａ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５
３の開閉制御をする弁体６１が配置され、この弁体６１
は弁ロッド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はバルブ位置スイッチ６３を具備
する。このバルブ位置スイッチ６３はダイアフラム５５
の移動によっ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
ット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６
５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は電子制御ユニット
１８に接続される。また、第２図並びに第３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１ｏに取付けられる。

第３図は電子制御ユニット１８の回路図を示す。

第３１！Ｉを参照すると、電子制御ユニット１８はディ
ジタルコンピュータがらなり、各種の演算処理を行なう
マイクロプロセッサ（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、入力ボート８３並びに出力ボート
８４が双方向バス８５を介して互いに接続されている。

更に、電子制御ユニット１８内には各種のクロック信号
を発生するクロック発生器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、スロットルセンサ２
５およびバルブ位置スイッチ６３は入力ボート８３に接
続される。また、エアフローメータ２７、負圧センサ６
７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８７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８
５を介してＭＰＵ　８０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
して肝υ８０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
が一生し、排気ガスが還元雰囲気のときコンパレータ８
９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ＭＰＵ　８０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
ＭＰＩＪ　８０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出力
し、この出方電圧が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およびバス８５を
介してＭＰ［Ｉ　８０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２０Ｃモータ３８および電磁切
換弁５９は夫々対応する駆動回路９０　、９１　、９２
　、９３　、９４を介して出力ボート８４に接続される
。出力ボート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
のフローチャートを示す。第４図および第５図において
＋ａ）から（幻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運転に移るときを
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、従って排
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を介して第１スロツトル弁２４ａ上流の第１吸
気通路２３ａ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５
５は最も大気圧室５７側に移動しており、その結果第４
図（蜀に示すように弁体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ＭＰＵ　８０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
理論空燃比となったときに最も浄化効率が高くなり、従
っ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の出力信号に基づ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、このデータに基づいて第４図Ｔｄｌ並び
に第４図（ｅｌ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１
７ｂに印加される。従って機関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。ＭＰＵ
　８０では負圧センサ６７の出力電圧が基準値Ｖｒ　（
第４図（ａ））よりも大きくなったときに低負荷運転で
あると判別され、その結果第４ず（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
ＷＪ（ｆｌ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。ＭＰＵ　８０がバルブ位置センサ３
２の出力信号から吸気遮断弁２９が全閉したと判断する
と、ＭＰＵ　８０は第１気筒群Ａの燃料噴射弁１７ａか
ら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（ｄｌに示されるように第２気筒群Ｂ
の燃料噴射弁１？ｂからの燃料噴射量を増大せしめられ
、第４図（ａ）に示されるように第１気筒群Ａの燃料噴
射弁１７ａから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（ａ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（ｇｌに示すよう
に排気還流弁５４の弁体６１が排気還流通路５３を閉鎖
する。弁体６１が全閉してバルブ位置スイッチ６３の可
動接点６４が固定接点６５に接触すると肝υ８０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Ｔｏ）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ｔｅｌに示されるように第１気筒群への燃料噴
射弁１７ａからの燃料噴射が開始され、第５図（ｆｌに
示されるように吸気遮断弁２９が徐々に開弁する。

第２図に示す６気筒内燃機関では点火順序は例えば１−
４−２−５−３−６であり、従って全気筒運転時には第
１気筒群Ａのいずれかの気筒１６ａ　、　１６ｂ　、　
１６ｃと、第２気筒群Ｂのいずれかの気筒１６ｄ　、　
１６ｅ　、　１６ｆとが交互に点火させる。この場合、
第１排気マニホルド１４と第２排気マニホルド１５とを
唯一個のターボチャージャに連結すると各気筒の燃焼室
から排気ガスが排出される時間的間隔が短いために排気
動脈が干渉して減衰し、排気マニホルド内の動圧が低下
する。ところが本発明では第１排気マニホルド１４と第
２排気マニホルド１５とが夫々第１気筒群Ａと第２気筒
群Ｂに対して別個に設けられており、各排気マニホルド
１４　、１５に対して夫々ターボチャージャ１９ａ。

１９ｂが取付けられている。従って各排気マニホルド１
４　、１５内に排出される排気ガスの排出時間間隔が長
くなるために排気脈動が干渉して減衰することはなく、
斯くして各ターボチャージャのタービンＴに順次動圧を
作用させることができるのでターボチャージャを効率よ
く駆動することができる。

発明の効果ターボチャージャを効率よく駆動することができるので
機関高出力を確保することができる。

【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図の電子制御ユニットの回路図、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　
、　１９ｂ　・”ターボチャージャ、２３ａ・・・第１
吸気通路、２３ｂ・・・第２吸気通路、２４ａ・・・第
１スロツトル弁、２４ｂ・・・第２スロツトル弁、２９
・・・吸気遮断弁、５３・・・排気還流通路、５４・・
・排気還流弁。第　１図第４図第５図Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

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ットル弁を吸気通路
内に設け、該スロットル弁後流の第１吸気通路内に吸気
遮断弁を設けて該吸気遮断弁を機関高負荷運転時に開弁
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該排気
還流弁を機関高負荷運転時に閉弁し、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
、上記機関排気通路を互いに独立した第１排気マニホル
ドと第２排気マニホルドから構成して第１排気マニホル
ドを第１気筒群に連結すると共に第２排気マニホルドを
第２気筒群に連結し、各排気マニホルドに夫々ターボチ
ャージャを取付けた分割運転制御式内燃機関。