JP6102874B2 - 多気筒エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

複数の気筒と、１つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒にそれぞれ接続されて各気筒から排出されたガスが導入される独立排気通路と、これら独立排気通路を通ったガスをエンジン外部に排出する排気管本体とを備えた多気筒エンジンの排気装置に関する。

従来から、自動車等のエンジンにおいて、エンジントルクを高めることを目的とした排気装置の開発が行なわれている。

その一つとして、特許文献１のように、排気通路の流路面積を変更することでエンジントルクを高めるようにしたものがある。

この特許文献１には、排気順序が互いに連続しない複数の気筒にそれぞれ接続された独立排気通路の下流側部分に、上流から順に、各独立排気通路とそれぞれ独立して連通するガス通路が内側に形成されるとともに流路面積が下流側ほど小さくなる絞り部と、これらガス通路を通過した排気が内側で合流するとともに流路面積が上下流方向に一定の合流部と、流路面積が下流側ほど大きくなるディフューザー部とを有し、上記絞り部内のガス通路の流路面積を変更可能とした装置であって、所定の運転領域において、上記各ガス通路の流路面積を最大面積よりも小さくするとともに、各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の上記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように吸気弁および排気弁を駆動させる一方、他の運転領域では上記各ガス通路の流路面積を最大面積とするものが開示されている。

この装置によれば、所定の運転領域では、上記絞り部内のガス通路の流路面積が小さく絞られることで、所定の気筒から排出された排気の速度を高めてこの気筒と排気順序が連続する他の気筒にエゼクタ効果によって高い負圧を生じさせ、これにより、この他の気筒の掃気を促進することができるとともに、他の運転領域では、上記絞り部内のガス通路の流路面積が大きくされることで排気抵抗を小さく抑えて、これにより、エンジントルクを高めることができる。

特開２００９−９７３３５号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置では、上記絞り部の流路面積を変更するために、独立排気通路に接続される内管と、上記合流部と上記ディフューザー部と一体化された外管であって、上記内管を囲み内管との間に内管内部と連通するガス通路を区画する外管とで絞り部を構成し、これら外管と合流部とディフューザー部とを上下流方向に変位させて内管と外管との間の距離を離間させることで、これら管間の通路の流路面積すなわち絞り部内の各ガス通路の流路面積を変更させており、外管と合流部とディフューザー部全体を上下流方向に変位させねばならない。そのため、これら全体の変位量分排気通路が大型化してしまうという問題や、これらを変位させるための大型のアクチュエータが必要になる、また、これに伴い排気系全体の重量が過大になるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑み、排気系部品の小型化および軽量化を実現しつつエンジントルクを高めることができる多気筒エンジンの排気装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の気筒と、１つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒にそれぞれ接続されて各気筒から排出されたガスが導入される独立排気通路と、これら独立排気通路を通ったガスをエンジン外部に排出する排気管本体とを備えた多気筒エンジンの排気装置おいて、上記各独立排気通路から下流側に延びてこれら独立排気通路から排出された排気がそれぞれ独立して流入する複数のノズル部内通路が内側に形成されたノズル部と、上記ノズル部の下流側に上下流方向にスライド変位可能に設けられて、当該ノズル部を通過したガスが流入する通路が内側に形成され、上流側にスライド変位したときに上記各独立排気通路から流出したガスが通過する通路の流路面積を縮小し、下流側にスライド変位したときに当該各独立排気通路から流出したガスが通過する通路の流路面積を拡大するスライド部と、上記スライド部の下流側に設けられて、上記スライド部を通過したガスが流入する通路が内側に形成されているとともに当該通路の流路面積が下流に向かうに従って大きくなるよう構成されたディフューザー部と、上記各独立排気通路と上記排気管本体との間に介在して、上記ノズル部と上記スライド部と上記ディフューザー部とを内側に収容した状態で上記独立排気通路および排気管本体に接続されるアウターシェルとを備え、上記ディフューザー部は、上記スライド部をスライド変位可能に支持した状態で上記アウターシェルに固定されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置を提供する（請求項１）。

本発明によれば、スライド部を下流側の位置とすることで、独立排気通路から流出するガスが通過する通路の流路面積を大きくし、これにより、排気抵抗を小さく抑えてエンジントルクを高めることができるとともに、スライド部を上流側の位置とすることで、上記通路の流路面積を小さくして、これにより、排気の流速を高めて気筒内の掃気性を高めることができ、簡単な構成でエンジントルクを適正に確保することができる。

しかも、本発明では、ディフューザー部が排気管本体に接続されるアウターシェルに固定されており、スライド部のみがスライド変位することで各独立排気通路から排出された排気が通過する通路の流路面積が変更されるので、ディフューザー部をスライド部とともに変位させる場合に比べて変位部分ひいては排気系部品を小型化および軽量化することができるとともに、ディフューザー部がスライド部をスライド変位可能に支持していることで、この変位部分（スライド部）を安定して支持することができる。

本発明において、上記スライド部は、その下流端部が上記ディフューザー部の内側に挿入されることで当該ディフューザー部に支持されているのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、スライド部をディフューザー部によって安定してスライド可能に支持することができるとともに、排気を円滑にディフューザー部に流入させることができる。

また、本発明において、上記ノズル部は、下流に向かうに従って当該ノズル部の軸に近づく方向に傾斜して延びるノズル部側傾斜部を備え、上記ノズル部側傾斜部には、上記各ノズル部内通路の内側と外側とを連通する複数の開口部が形成されており、上記スライド部は、上記ノズル部を囲み且つ上記ノズル部側傾斜部に沿うように傾斜して延びるとともに上記ノズル部側傾斜部との間に上記各ノズル部内通路から上記各開口部を介して排出されたガスが流通する通路を区画するスライド部側傾斜部と、当該スライド部側傾斜部から下流に延びて少なくとも下流側部分の流路面積が一定となるストレート部とを備え、上記ディフューザー部は、上記ストレート部の下流端部を支持しているのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、スライド部のスライド変位によってノズル部側傾斜部とスライド部側傾斜部との離間量を変更させるという簡単な構成で、独立排気通路から流出するガスが通過する通路の流路面積を容易に変更することができるとともに、ストレート部において各独立排気通路から排出されたガスの流れを安定化させることができる。

また、前記構成において、上記ノズル部側傾斜部は、上記スライド部が最も上流側の位置にスライド変位された状態において、上記スライド部側傾斜部の内側面に当接する形状を有し、上記アウターシェルは、上記スライド部が最も下流側の位置にスライド変位された状態において上記スライド部側傾斜部の外側面に当接する形状を有するのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、スライド部の最上流位置および最下流位置をノズル部側傾斜部およびアウターシェルによって容易に位置決めすることができるとともに、スライド部を最上流あるいは最下流位置にて安定して支持することができる。

ここで、排気弁が排気行程に加えて吸気行程中にも開弁されるいわゆる排気二度開きを実施するエンジンでは、気筒から一旦導出した排気が気筒に向かって逆流し、流路面積が下流に向かうに従って大きくなるよう構成されたディフューザー部にこの逆流した排気の圧力が加えられる。そのため、ディフューザー部を変位可能とした場合には振動等が生じるおそれがある。あるいは、この振動を回避するために、ディフューザー部の支持を強固にする必要が生じる。これに対して、本発明では、上記のようにディフューザー部が排気管本体に接続されたアウターシェルに固定されているため、排気の圧力を受けてもディフューザー部が振動等するのを回避することができる。

従って、本発明において、エンジンの運転領域のうち特定の領域に設定された特定領域において、上記各気筒の排気弁は排気行程に加えて吸気行程中にも開弁されるよう構成されていれば、効果的である（請求項５）。

また、本発明は、上記スライド部をスライド変位させるスライド部駆動手段と、上記スライド部駆動手段を含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、エンジンの運転領域のうち所定の領域に設定された第１領域において、上記スライド部駆動手段によって上記スライド部を最も下流側の位置よりも上流側の位置にするとともに、上記各気筒の吸気弁および排気弁の開弁期間が所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の上記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁の開弁期間と重複するように各気筒の吸気弁および排気弁を制御する一方、エンジンの運転領域のうち上記第１領域を除く第２領域において、上記スライド部駆動手段によって上記スライド部を最も下流側の位置にするものに適用されるのが好ましい（請求項６）。

このようにすれば、第１領域において排気抵抗を小さくしてエンジントルクを高めることができるとともに、第２領域において排気の流速を高めて高いエゼクタ効果によって所定の気筒から排出された排気によって他の気筒の掃気を促進することができる。

以上説明したように、本発明によれば、排気系部品の小型化および軽量化を実現しつつエンジントルクを高めることができる。

本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置の概略側面図である。 本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置の概略正面図である。 ノズル部の下流端部を示す図である。 図４のＶ矢視図である。 スライド部が最上流位置にある状態のアウターシェル内部を示した図である。 スライド部が最下流位置にある状態のアウターシェル内部を示した図である。 スライド部が最上流位置にある状態のアウターシェル内部の断面図である。 スライド部が最下流位置にある状態のアウターシェル内部の断面図である。 本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置の制御系を説明するための図である。 吸気弁および排気弁のバルブタイミングを説明するための図である。 本発明の実施形態に係るスライド部の制御領域および排気二度開きの実施領域を示した図である。

（１）装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置１００の概略構成図である。図２は、図１の概略側面図である。図３は、図１の概略正面図である。なお、図１では、後述するスライドアクチュエータ７０の図示は省略している。

エンジン本体１の内部には複数の気筒１２が形成されている。本実施形態では、エンジン本体１は、４つの気筒１２が直列に並ぶ直列４気筒のエンジンであり、図１に示すように、第１気筒１２ａ，第２気筒１２ｂ，第３気筒１２ｃ，第４気筒１２ｄが形成されている。

エンジン本体１は４サイクルエンジンであって、図１１に示すように、各気筒１２ａ〜１２ｄにおいて、１８０℃Ａずつずれたタイミングで気筒内の混合気に点火が行われて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がそれぞれ１８０℃Ａずつずれるように構成されている。本実施形態では、第１気筒１２ａ→第３気筒１２ｃ→第４気筒１２ｄ→第２気筒１２ｂの順に点火が行われてこの順に排気行程等が実施される。

シリンダヘッド９には、各気筒１２内に臨むようにそれぞれ上記混合気に点火を行う点火プラグ１５が取り付けられている。

シリンダヘッド９には、２つの吸気ポート１７および２つの排気ポート１８が形成されている。吸気ポート１７は、各気筒１２内に吸気を導入するためのものである。排気ポート１８は、各気筒１２内から排気を排出するためのものである。各吸気ポート１７には、これら吸気ポート１７を開閉して吸気ポート１７と気筒１２内部とを連通あるいは遮断するための吸気弁１９が設けられている。各排気ポート１８には、これら排気ポート１８を開閉してこれら排気ポート１８と気筒１２内部とを連通あるいは遮断するための排気弁２０が設けられている。吸気弁１９は、吸気弁駆動機構３０により駆動されて吸気ポート１７を開閉し、排気弁２０は、排気弁駆動機構４０により駆動されて排気ポート１８を開閉する。

吸気弁駆動機構３０は、吸気弁１９に連結された吸気カムシャフト３１と、吸気ＶＶＴ（Ｖａｌｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ）３２とを有している。吸気カムシャフト３１は、周知のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトの回転に伴い回転して吸気弁１９を開閉駆動する。吸気ＶＶＴ３２は、吸気カムシャフト３１と同軸に配置されてクランクシャフトにより直接駆動される所定の被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間の位相差を変更して、これによりクランクシャフトと吸気カムシャフト３１との間の位相差すなわち吸気弁１９のバルブタイミングを変更する。吸気ＶＶＴ３２としては、液圧式のものや電磁式のもの等が用いられる。

排気弁駆動機構４０は、吸気弁駆動機構３０とほぼ同様の構造を有しており、排気弁２０およびクランクシャフトに連結された排気カムシャフト４１と、排気カムシャフト４１とクランクシャフトとの位相差を変更することで排気弁２０のバルブタイミングを変更する排気ＶＶＴ４２とを有している。

ただし、本実施形態では、排気ＶＶＴ４２は、排気弁２０が排気行程に加えて吸気行程でも開弁するいわゆる排気二度開きを実現可能に構成されている。この排気二度開きは、高温の既燃ガスを気筒１２内に残留させていわゆる内部ＥＧＲを行うために実施される。すなわち、排気二度開きが実施されて吸気行程中にも排気弁２０が開弁していると、排気行程で一旦排気ポート１８に排出された排気が吸気行程中に気筒１２内に逆流して排気すなわち高温の既燃ガスが気筒１２内に残留する。

なお、本実施形態では、吸気ＶＶＴ３２および排気ＶＶＴ４２は、吸気弁１９および排気弁２０の開弁期間及びリフト量つまりバルブ・プロファイルをそれぞれ一定に保ったまま、吸気弁１９および排気弁２０の開弁時期と閉弁時期とをそれぞれ変更する。

（２）排気系の構成
本実施形態に係る排気系の構成について次に説明する。

本実施形態では、エンジン本体１から排出された排気をエンジン外部に排出するための排気系の装置として、複数の独立排気通路５２と、エンジン外部に排気を排出するための排気管本体８０と、これら独立排気通路５２と排気管本体８０との間に介在する動圧排気部６０と、後述するように動圧排気部６０に含まれるスライド部６２をスライド変位させるためのスライドアクチュエータ（スライド部駆動手段）７０とが設けられている。

排気管本体８０は、内側に１つの通路が形成された略円筒状部材である。各気筒１２から排出された排気は、後述するように、それぞれ独立して各独立排気通路５２を通過した後、動圧排気部６０内で合流し、その後、排気管本体８０を通ってエンジン外部に排出される。なお、排気管本体８０には、触媒装置やマフラー等が配置されている。

（２−１）独立排気通路の構成
各独立排気通路５２は、図１等に示すように、それぞれ各気筒１２の排気ポート１８から下流に延びる管状部材である。これら独立排気通路５２は、上記動圧排気部６０の上流端に向かってそれぞれ延びており、動圧排気部６０の上流端付近で集合している。

（２−２）動圧排気部の構成
動圧排気部６０は、各独立排気通路５２から排出されたガスの流速を高めるためのものであり、全体として、その流路面積が、下流側に向かって小さくなっていった後、一定で延び、その後、下流側に向かって大きくなるような形状を有している。

動圧排気部６０は、独立排気通路５２と排気管本体８０とに接続・固定される筒状のアウターシェル６１と、このアウターシェル６１の内側にそれぞれ収容されるノズル部６４、スライド部６２、ディフューザー部６３とを有する。ノズル部６４、スライド部６２、ディフューザー部６３は、この順で上流から順に配置されている。

図４は、ノズル部６４の下流端部を示した図である。図５は、図４のＶ矢視図である。図６，７は、それぞれアウターシェル６１の内部を示した図である（破線の一部省略）。図８，９は、それぞれアウターシェル６１内部の断面図である。ここで、後述するように、スライド部６２は上下流方向にスライド変位可能であり、図６および図８はスライド部が最上流位置にある状態を示したもの、図７および図９はスライド部が最下流位置にある状態を示したものである。図１〜図３およびこれらの図４〜図９を用いて、動圧排気部６０の各部の構成について以下に説明する。

（２−２−１）ノズル部６４の構成
図８等に示すように、ノズル部６４は、上下流方向に延びる管状部材である。このノズル部６４は、アウターシェル６１の上流端において各独立排気通路５２の下流端から下流に延びている。このノズル部６４の内側には、各独立排気通路５２にそれぞれ対応する位置に設けられて、各独立排気通路５２から排出された排気がそれぞれ独立して流入する複数のノズル部内通路６４ａが形成されている。本実施形態では、４つの独立排気通路５２に対応して４つのノズル部内通路６４ａが形成されている。図４等に示すように、各ノズル部内通路６４ａは、同一の構造を有しており、軸ｘ回りに互いに等間隔（９０°間隔）に並んでいる。

本実施形態では、ノズル部内通路６４ａを構成する４本の管状部材が集合することでノズル部６４が構成されているとともに、これら管状部材が各独立排気通路５２と一体に形成されている。すなわち、本実施形態では、各排気ポートにそれぞれ独立して接続される管状部材の下流端がノズル部６４として機能し、この下流端よりも上流側の部分が独立排気通路５２として機能している。

ノズル部６４は、上流側部分６４ｂが軸ｘを中心軸とする略円筒形をなし、下流側部分６４ｃが軸ｘを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有しており、ノズル部６４の下流側部分には、下流に向かうに従って中心軸ｘ側に傾斜するよう構成されたノズル部側傾斜部６４ｃが設けられている。これに伴い各ノズル部内通路６４ａの流路面積すなわちノズル部６４の流路面積は、下流側の方が上流側よりも小さくなっている。詳細には、この流路面積は、下流側に向けて一定とされた後、下流に向かうに従って小さくされている。ノズル部６４の下流端の内径は、例えば、ノズル部６４の上流端の内径の約半分に設定されている。

このようにノズル部６４の下流側部分の流路面積が下流に向かうに従って小さくされていることで、各独立排気通路５２から排出された排気の流速は、ノズル部内通路６４ａの通過中に高められる。

図４および図５に示すように、ノズル部側傾斜部６４ｃのうち各ノズル部内通路６２ａの通路壁を構成する部分には、それぞれ各ノズル部内通路６４ａの内側と外側とを連通する開口部６４ｄが形成されている。開口部６４ｄは、ズル部６４の中心軸Ｘ回りに均等に（９０°間隔で）設けられている。本実施形態では、ノズル部側傾斜部６４ｃの一部が、下流端から上流に向かって略半円状に切り欠かれることで開口部６４ｄが形成されている。ここで、ノズル部側傾斜部６４ｃが、上記のように下流に向かうに従って中心軸ｘ側に傾斜していることから、開口部６４ｄは下流向きに開口している。

（２−２−２）スライド部６２の構成
スライド部６２は、ノズル部６４と同軸で上下流方向に延びる管状部材であり、スライド部６２の内側には、１つの通路が形成されている。このスライド部６２は、独立排気通路５２からノズル部内通路６４ａに流入した排気が通過する通路の流路面積を変更するために、スライドアクチュエータ７０により駆動されて上下流方向にスライド変位する。

スライド部６２は、軸ｘを中心軸とする円筒状を有し流路面積一定で上下流方向に延びる上流端部分６２ａと、この上流端部分６２ａから下流に延びるスライド部側傾斜部６２ｂと、スライド部側傾斜部６２ｂから下流に延びるストレート部６２ｃとからなる。ノズル部６４のうちノズル部側傾斜部６４ｃを含む下流側部分は、このスライド部６２の上流端部分６２ａとスライド部側傾斜部６２ｂとに囲まれている。すなわち、スライド部６２は、ノズル部６４の下流側部分を囲んだ状態で、このノズル部６４の途中部分からノズル部６４の下流端よりも下流側の位置まで延びている。

スライド部側傾斜部６２ｂは、ノズル部側傾斜部６４ｃに沿って延びる形状を有している。すなわち、スライド部側傾斜部６２ｂは、軸ｘを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有しており、下流に向かうに従って軸ｘ側に傾斜している。これに伴い、スライド部側傾斜部６２ｂの流路面積は下流側ほど小さくなっている。

スライド部側傾斜部６２ｂが上記のようにノズル部側傾斜部６４ｃに沿って延びて下流に向かうに従って軸ｘ側に傾斜する形状を有していることで、図６および図８に示すように、スライド部６２は、スライド部側傾斜部６２ｂとノズル部側傾斜部６４ｃとが接触（当接）する位置よりも上流側へスライド変位できないようになっており、本実施形態では、これらが接触する位置を、スライド部６２の最上流位置としている。本実施形態では、この最上流位置にある状態において、スライド部側傾斜部６２ｂはノズル部側傾斜部６４ｃの全体と接触する。

ここで、このようにスライド部６２が上記最上流位置にある状態では、スライド部側傾斜部６２ｂはノズル部側傾斜部６４ｃのほぼ全体と接触する結果、図８の矢印に示すように、スライド部側傾斜部６２ｂによってノズル部側傾斜部６４ｃの各開口部６４ｄは塞がれる。従って、独立排気通路５２からノズル部内通路６４ａに流入した排気は、開口部６４ｄからノズル部外に流出することなくノズル部内通路６４ａを通過し、ノズル部内通路６４ａの下流端から下流に流れていく。

一方、図９に示すように、スライド部６２が上記最上流位置から下流側にスライド変位すると、スライド部側傾斜部６２ｂはノズル部側傾斜部６４ｃから下流側に離間し、これに伴い、これら傾斜部６２ｂ，６４ｃ間には通路が区画されるとともに、各開口部６４ｄは開放される。そのため、スライド部６２が上記最上流位置から下流側にスライド変位した状態では、独立排気通路５２からノズル部内通路６４ａに流入した排気の一部は、このスライド部側傾斜部６２ｂとノズル部側傾斜部６４ｃとで区画された通路（以下、外部通路という場合がある）を通って下流に流れていく。すなわち、図９の矢印で示すように、独立排気通路５２からノズル部内通路６４ａに流入した排気は、ノズル部内通路６４ａに加えてこの外部通路を通過する。

このように、本実施形態では、スライド部６２の位置が、上記最上流位置と、これよりも下流側の位置とに変位することで、独立排気通路５２からノズル部内通路６４ａに流入した排気が通過する通路が、ノズル部内通路６４ａのみと、ノズル部内通路６４ａおよび外部通路とに切り替えられ、これにより、この排気が通過する通路の流路面積が切り替えられる。すなわち、スライド部６２の位置が最上流位置とされることで、排気が通過する通路の流路面積は最小とされ、スライド部６２の位置が最上流位置よも下流側とされることで、この流路面積が最小よりも大きくされる。そして、この流路面積の切替に伴って、ノズル部内通路６４ａから下流に排出される排気の速度が切り替えられる。具体的には、スライド部６２の位置が最上流位置とされて上記排気が通過する通路の流路面積が最小とされると、この排気がズル部内通路６４ａから下流に排出される速度は高くされる。一方、スライド部６２の位置が最下流位置とされて上記排気が通過する通路の流路面積が最大とされると、この排気がズル部内通路６４ａから下流に排出される速度は低く抑えられる。

ここで、各ノズル部内通路６４ａは各独立排気通路５２とそれぞれ個別に連通している。そのため、ノズル部内通路６４ａ内の排気は他のノズル部内通路６４ａ内の排気と混合することなく流下する。これに対して、スライド部側傾斜部とノズル部側傾斜部との間の空間は、軸ｘ回り全周で連通している。しかしながら、上記のように開口部６４ｄが下流向きに開口していることから、外部通路においても、独立排気通路５２およびノズル部内通路６４ａを通過したガスは、他のこれら通路５２、６４ａを通過した排気とほとんど混合することなく、独立して流下する。

ストレート部６２ｃは、各独立排気通路５２からそれぞれ排出されてノズル部内通路６４ａあるいはノズル部内通路６４ａおよび外部通路を独立して通過した排気、すなわち、各気筒１２Ａ〜２Ｄから排出された排気が、内側で混合する部分である。

ストレート部６２ｃは、各気筒１２Ａ〜２Ｄから排出された排気が内側で十分に混合して良好に整流化されるように、その下流端部分の流路面積が一定とされている。

本実施形態では、ストレート部６２ｃの上流側部分は、下流側ほど流路面積が小さくなるよう構成される一方、下流側部分は、流路面積一定で下流側に延びている。具体的には、ストレート部６２ｃの上流側部分は、軸ｘを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有しており、ストレート部６２ｃの下流側部分は、円筒状を有している。ストレート部６２ｃの上流側部分は、スライド部側傾斜部６２ｂに連続して延びおり、ストレート部６２ｃの下流側部分は、この上流側部分の下流端から流路面積一定で延びている。

（２−２−３）ディフューザー部の構成
ディフューザー部６３は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するよう構成されている。本実施形態では、ディフューザー部６３の上流端部６３ａは略円筒状の外形を有し、この上流端部６３ａよりも下流側の部分６３ｂは軸ｘを中心とする略円錐台形状の外形を有している。

ディフューザー部６３の内側には上流からストレート部６２ｃの下流端部が挿通されており、ストレート部６２ｃひいてはスライド部６２は、ディフューザー部６３によりスライド可能に支持されている。本実施形態では、上記略円筒状のディフューザー部６３の上流端部６３ａにスライド部６２ｃ（ストレート部６２ｃ）の下流端部が挿入されている。ディフューザー部６３の上流端の内径は、ストレート部６２ｃの下流端の外径よりもわずかに大きい寸法に設定されており、スライド部６２の変位時には、ストレート部６２ｃの下流端部が、ディフューザー部６３内において、このディフューザー部６３の内側面に沿って上下流方向に移動する。

ディフューザー部６３は、上記のようにスライド部６２をスライド変位可能に支持した状態で、アウターシェル６１に固定されている。本実施形態では、ディフューザー部６３は、アウターシェル６１に溶接されている。

（２−３）アウターシェルの構成
上記のように、アウターシェル６１は、ノズル部６４、スライド部６２、ディフューザー部６３を内側に収容する管状部材であり、図６等に示すように、アウターシェル６１は、これらの外形に沿う外形を有している。具体的には、アウターシェルは、上流から順に、第１部分６１ａ、第２部分６１ｂ、第３部分６２ｃ、第４部分６１ｄとからなる。

第１部分６１ａは、ノズル部６４およびノズル部６４を囲むスライド部６２の上流側部分を囲んでおり、これらの外形に沿って延びている。

第２部分６１ｂは、スライド部６２のスライド部側傾斜部６２ｂおよびこれに連続して傾斜するストレート部６２ｃの上流側部分を囲んでおり、これらの外形に沿って延びている。すなわち、第２部分６１ｂは、スライド部側傾斜部６２ｂおよびストレート部６２ｘｃの上流側部分と平行に延びて、下流に向かうに従って中心軸ｘ側に傾斜している。

第３部分６１ｃは、ストレート部６２ｃの略円筒状の下流側部分を囲んでおり、この外形に沿って延びている。

第４部分６１ｄは、ディフューザー部６３を囲んでおり、この外形に沿って略円錐台形状の外形を有している。ディフューザー部６３は、この第４部分６２ｄに固定されている。

ここで、上記第２部分６１ｂは、図７に示すように、スライド部が最下流位置に配置された状態においてスライド部側傾斜部６２ｂに下流側から接触（当接する）ように設けられている。すなわち、第２部分６１ｂは、スライド部６２の変位量分、スライド部側傾斜部６２ｂから、スライド部６２の変位量分（最上流位置と最下流位置との距離分）下流側に離間した位置において、スライド部側傾斜部６２ｂと略平行に延びている。

（３）スライドアクチュエータ
スライド部６２をスライド変位させるためのスライドアクチュエータ７０について次に説明する。

本実施形態では、スライドアクチュエータ７０は、ダイアフラム式である。スライドアクチュエータ７０は、図３、図６等に示すように、ダイアフラム本体７１と、ダイアフラム本体７１から所定の方向に延びてダイアフラム本体７１によってこのダイアフラム本体７１と接離する方向にスライド変位される第１シャフト７２と、第１シャフト７２の先端（反ダイアフラム本体側）に接続されるレバー部７４と、レバー部７５に固定される第２シャフト７３と、第２シャフト７３の先端（反レバー部側）に接続されるとともにスライド部６２に接続されるフォーク部７４とを備える。

図２等に示すように、第１シャフト７２は、アウターシェル６１の軸ｘと平行な方向に延びている。

レバー部７５は、板状部材であり、上下方向に延びている。第１シャフト７２は、このレバー部７５の上端付近に固定されている。

第２シャフト７３は、円柱部材であり、レバー部７５からアウターシェル６１に向かって延びている。第２シャフト７３は、レバー部７５の上下中央付近に固定されている。

図６等に示すように、フォーク部７４は、アウターシェル６１の内側に収容されてスライド部６２の外側面に設けられたフランジ部に取り付けられる半円状のフォーク部本体７５ａと、このフォーク部本体７５ａの中央からアウターシェル６１を貫通してアウターシェル６１外に延びる接続部７５ｂとを有する。フォーク部７４はこの接続部７５ｂにおいて、第２シャフト７３の先端に固定されている。

以上のように構成されたスライドアクチュエータ７０では、ダイアフラム本体７１によって第１シャフト７２がスライド変位されると、レバー部７５が第２シャフト７３の中心軸が通る部分を支点として搖動し、これに伴い第２シャフト７３がその中心軸を中心として回転し、この第２シャフト７３の回転に伴ってフォーク部７４がその接続部７５ｂを支点として回動することで、スライド部７２をスライド変位させる。具体的には、図６に示す状態から第１シャフト７２がスライド変位すると、レバー部７５の搖動、第２シャフト７３の回転、第２シャフト７３の回転に伴い、フォーク部７４は、接続部７５ｂを支点として回動して、図７に示す状態となる。

ここで、本実施形態では、ダイアフラム本体７１は、オンオフ制御され、第１シャフト７２の位置を第１の位置と第２の位置との２つの位置で切り替えるようになっており、これに伴いスライド部６２は、その位置が最上流位置と最下流位置との２つの位置で切り替えられるようになっている。例えば、本実施形態では、スライドアクチュエータ７０がオンとされることで、スライド部６２は最上流位置とされ、オフとされることで、スライド部６２は最下流位置とされる。

（４）制御系
次に、本実施形態に係る装置の制御系統について説明する。本実施形態の装置は、その各部が図１０に示されるＥＣＵ（エンジン制御ユニット、制御手段）９０によって統括的に制御される。ＥＣＵ９０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。

エンジンおよび車両には、その各部の状態量を検出するための複数のセンサが設けられており、各センサからの情報がＥＣＵ９０に入力されるようになっている。

例えば、エンジン回転数を特定するためのクランク軸１５の回転角度（クランク角）および回転速度を検出するクランク角センサＳＷ２や、各気筒１２に吸入される空気（新気量）を検出するための吸気量センサＳＷ４等が設けられている。

ＥＣＵ９０は、これらのセンサＳＷ２、ＳＷ４等と電気的に接続されており、これらセンサから入力される信号に基づいて、エンジン回転数ＮＥ，吸気量ひいてはエンジン負荷Ｔといった種々の情報を取得する。そして、ＥＣＵ９０は、上記各センサＳＷ２、ＳＷ４等からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、装置の各部を制御する。

本実施形態では、ＥＣＵ９０は、吸排気系の制御に関する機能的要素として、運転領域判定部９１、吸排気制御部９２、アクチュエータ制御部９３を有している。

本実施形態では、吸排気系に係る制御領域として、図１２に示すエンジン回転数が低くエンジン負荷が高い低速高負荷領域（第１領域）Ａ１と、エンジン回転数が低くエンジン負荷が低い低速低負荷領域（第２領域、特定領域）Ａ２と、エンジン回転数が高くエンジン負荷が高い高速領域（第２領域）Ａ３とが設定されている。

運転領域判定部９１は、上記領域Ａ１〜Ａ３のうちいずれの運転領域でエンジンが運転されているかを判定する部分である。

吸排気制御部９２は、吸気ＶＶＴ３２および排気ＶＶＴ４２を制御して、吸気弁１９および排気弁２０の開閉タイミングを変更する部分である。

アクチュエータ制御部９３は、スライドアクチュエータ７０を制御して、スライド部６２の位置を変更する部分である。

（５）制御内容
各運転領域で実施される制御内容について説明する。

（５−１）低速高負荷領域Ａ１
低速高負荷領域Ａ１では、図１１に示すように、排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが、吸気上死点（ＴＤＣ）を挟んでオーバーラップし、かつ、排気弁２０が他の気筒１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に開弁を開始するように、吸排気制御部９２により吸排気ＶＶＴ３２、４２が制御される。また、低速高負荷領域Ａ１では、スライド部６２が最上流位置となるように、アクチュエータ制御部９３によりスライドアクチュエータ７０が制御される。具体的には、低速高負荷領域Ａ１では、アクチュエータ制御部９３は、スライドアクチュエータ７０をオフとする。

以上の制御は、主として、エゼクタ効果を高めて、このエゼクタ効果により各気筒１２内の掃気を促進してエンジントルクを確保することを目的として実施される。

具体的には、スライド部６２が最上流位置とされると、独立排気通路５２からノズル部内通路６４ａに流入した排気が通過する通路はノズル部内通路６４ａのみとされ、この排気が通過する通路の流路面積は最小とされる。そして、各独立排気通路５２から排出された排気がスライド部６２のストレート部６２ｃ内に流入する速度が高められる。このようにノズル部６４からストレート部６２ｃに排気が高速で導出されると、隣接する他のガス通路すなわち他のノズル部内通路６４ａにはエゼクタ効果により高い負圧が生成される。すなわち、所定の気筒（排気行程にある気筒）１２の排気弁２０が開弁してこの気筒１２から独立排気通路５２およびノズル部内通路６２ａを通ってストレート部６２ｃに排気が高速で排出されることに伴い、他の気筒に接続されるノズル部内通路６２ａひいてはこの気筒に接続される独立排気通路５２および排気ポート１８には高い負圧が生成される。そして、このように排気行程にある気筒１２以外の気筒１２の排気ポート１８に高い負圧が生成される状態で、排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とを吸気上死点（ＴＤＣ）を挟んでオーバーラップさせ、かつ、排気弁２０を他の気筒１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に開弁させれば、排気順序がこの排気行程にある気筒１２の１つ前に設定された他の気筒（吸気行程にある気筒）の排気ポート１８に上記高い負圧を作用させて、この吸気行程にある気筒１２内の残留ガスを排気ポート１８側に吸い出すことができ、吸気行程にある気筒１２内の掃気を促進することができる。そこで、低速高負荷領域Ａ１では、上記制御を実施し、これにより、掃気を促進して、吸気効率を高めて高いエンジントルクを確保する。なお、掃気が促進されると気筒１２内の残留ガス量が少なく抑えられ、ノッキングが抑制される。そのため、この掃気の促進によって点火時期の進角化が可能となることによっても、高いエンジントルクが確保される。

（５−２）低速低負荷領域Ａ２
低速低負荷領域Ａ２では、スライド部６２が最下流位置となるように、アクチュエータ制御部９３によりスライドアクチュエータ７０が制御される。具体的には、低速高負荷領域Ａ１では、アクチュエータ制御部９３は、スライドアクチュエータ７０をＯＮとされる。また、低速低負荷領域Ａ２では、排気二度開きが実施される。すなわち、排気弁２０が吸気行程に加えて排気行程でも開弁するように、吸排気制御部９２により排気ＶＶ４２が制御される。

以上の制御は、主として、気筒１２内に残留ガス量を確保して、吸気のポンピングロスを抑制するとともに、燃焼温度を低く抑えて冷却損失の増大を抑制し、これにより、適正なエンジントルクを確保することを目的として実施される。

すなわち、低速低負荷領域Ａ２では、吸気圧が低く筒内ガス量が少ない。そのため、エゼクタ効果により高い掃気が行われて、これに伴い、気筒１２内の残留ガス量が少なくなると、吸気のポンピングロスが増大する、また、燃焼温度が増大して冷却損失が増大する。

具体的には、スライド部６２が最下流位置にある状態では、独立排気通路５２からノズル部内通路６４ａに流入した排気が通過する通路はノズル部内通路６４ａと外部通路とされ、この排気が通過する通路の流路面積は最大とされる。そして、各独立排気通路５２から排出された排気がスライド部６２のストレート部６２ｃ内に流入する速度が低く抑えられる。そのため、スライド部６２が最下流位置とされれば、エゼクタ効果による掃気性を低く抑えて気筒１２内の残留ガス量を多く確保することができる。また、排気二度開きを実施すれば、上記のように、排気行程で一旦排気ポート１８に排出された排気を吸気行程中に気筒１２内に逆流させることができ、より多くの既燃ガスを気筒１２内に残留させることができる。

そこで、低速低負荷領域Ａ２では、上記制御を実施し、これにより、気筒１２内の残留ガス量を多く確保して、ポンピングロスおよび冷却損失を低減し、適正なエンジントルクを確保する。

（５−３）高速領域Ａ３
高速領域Ａ３では、スライド部６２が最下流位置となるように、アクチュエータ制御部９３によりスライドアクチュエータ７０が制御される。具体的には、低速高負荷領域Ａ１では、アクチュエータ制御部９３は、スライドアクチュエータ７０をＯＮとされる。

これは、主として、背圧を低く抑え、これにより掃気性能を高めて、高いエンジントルクを確保することを目的として実施される。

すなわち、高速領域Ａ３では排気流量が大きい。そのため、この領域において排気が通過する通路の流路面積を小さくしたのでは、エゼクタ効果による掃気性能向上効果よりも背圧が高くなることによる掃気性能の悪化が大きくなる。

そこで、高速領域Ａ３では、上記のようにスライド部６２を最下流位置とし、独立排気通路５２からノズル部内通路６４ａに流入した排気が通過する通路の流路面積を最大として、これにより背圧を低く抑え、掃気性能を高めて、適正なエンジントルクを確保する。

（６）作用効果
以上のように、本実施形態では、運転領域に応じて各独立排気通路５２から排出された排気がそれぞれ独立して通過する通路の流路面積を適正な量に変更することができ、これにより、全領域において掃気性能等を確保して適正なエンジントルクを確保することができる。

しかも、本実施形態では、動圧排気部６０のうちディフューザー部６３がアウターシェル６１に固定されており、動圧排気部６０のうちスライド部６２のみをスライド変位させることによって上記流路面積の変更を行っているため、この変更を簡単な構成で実現することができる。

具体的には、例えばスライド部６２とディフューザー部６３とが一体とされてこれらをスライド変位させるよう構成された場合に比べて、変位部分の上下流方向の長さを短くして排気系全体の長さを短くすることができるとともに、変位部分を軽量化して排気系全の軽量化の実現および変位部分を駆動するためのアクチュエータの小型化を実現することができる。

また、上記低速低負荷領域Ａ２等において排気二度開きが行われた場合において、ディフューザー部６３が振動等するのを回避することができる。すなわち、排気二度開きでは、上記のように、気筒１２から一旦導出した排気が気筒に向かって逆流する。そのため、排気二度開きの実施時には、流路面積が下流に向かうに従って大きくなるよう構成されたディフューザー部６３の内側面に、この逆流した排気の圧力が加えられる。そのため、上記例のように、ディフューザー部６３を変位可能とした場合には振動等が生じるおそれがある。あるいは、この振動を回避するために、ディフューザー部の支持を強固にする必要が生じる。これに対して、本実施形態では、上記のようにディフューザー部６３が排気管本体８０に接続されたアウターシェル６１に固定されているため、排気から圧力が加えられた場合であってもディフューザー部６３が振動等するのを回避することができる。

また、本実施形態では、スライド部６２のストレート部６２ｃの下流端部がディフューザー部６３の内側に挿入されており、ストレート部６２ｃがディフューザー部６３の内側でスライド変位するよう構成されている。そのため、排気がストレート部６２ｃを通過する距離、特に、ストレート部６２ｃのうち流路面積一定とされた下流側部分を通過する距離を確保することができ、このストレート部６２ｃの下流側部分においてこれらガスの混合をより確実に促進することができ、排気の流れを安定化することができる。

また、本実施形態では、スライド部６２が最上流位置とされた状態において、スライド部側傾斜部６２ｂとノズル部側傾斜部６４ｃとが接触（当接）するよう構成されている。詳細には、スライド部側傾斜部６２ｂが下流側からノズル部側傾斜部６４ｃに当接するよう構成されている。また、スライド部６２が最下流位置とされた状態において、アウターシェル６１の第２部分６１ｂがスライド部側傾斜部６２ｂに下流側から接触（当接）するよう構成されている。そのため、スライド部６２の最上流位置および最下流位置の位置決めを容易にすることができるとともに、スライド部６２を最上流位置および最下流位置にて安定してとどめることができる。

（７）変形例
ここで、上記各制御を実施する運転領域は、上記に限らない。

また、排気二度開きの制御は省略可能である。ただし、上記のように、本実施形態では、ディフューザー部６３が排気管本体８０に接続されたアウターシェル６１に固定されていることで、排気二度開きの実施時においてディフューザー部６３が振動等するのを回避することができる。そのため、排気二度開きの制御を実施するものに適用されれば、より効果的である。

また、スライドアクチュエータ７０は上記で説明したものに限らない。例えば、ダイアフラム式以外の電磁式のもの等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、スライド部６２の位置を最上流位置と最下流位置とで切り替える場合について説明したが、所定の運転領域において、スライド部６２をこれら最上流位置と最下流位置との中間位置に制御するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ディフューザー部６３によるスライド部６２の支持構造として、スライド部６２のストレート部６２ｃの下流端部がディフューザー部６３の内側に挿入されている場合について説明したが、他の構造を利用してもよい。例えば、ディフューザー部６３の上流端を、ストレート部６２ｃの内側に下流側から挿入するように構成してもよい。ただし、上記実施形態のように構成すれば、上記のように、ストレート部６２ｃを排気が通過する距離を確保して排気の流れを良好にすることができる。また、排気がストレート部６２ｃとディフューザー部６３との間の隙間から外部に漏えいするのを抑制して、排気を円滑にディフューザー部６３に流入させることができる。

また、上記実施形態では、各排気ポート１８にそれぞれ個別に独立排気通路５２が接続されるとともに、これら独立排気通路５２がそれぞれ個別にノズル部内通路６４ａに接続される場合について説明したが、排気順序が互いに連続しない複数の気筒に同一の独立排気通路５２およびノズル部内通路６４ａを接続させてもよい。すなわち、排気順序が互いに連続しない気筒からは、同時に排気が排出されることがないため、構造を簡素化する観点からこれら気筒の独立排気通路５２を共通としてもよい。例えば、上記実施形態のような４気筒エンジンでは、第１気筒１２ａの排気ポート１８と第４気筒１２ｄの排気ポート１８とを、それぞれ個別に独立排気通路５２，５２に接続する一方、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃの排気ポート１８を、上流端が二股状とされてこの上流端においてそれぞれ第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃの排気ポート１８に接続されるように構成された１つの独立排気通路５２に接続してもよい。

１２ 気筒
１８排気ポート
１９ 吸気弁
２０ 排気弁
５２ 独立排気通路
６１ アウターシェル
６２ スライド部
６２ｂ スライド部側傾斜部
６２ｃ ストレート部
６３ ディフューザー部
６４ ノズル部
６４ａ ノズル部内通路
６４ｃ ノズル部側傾斜部
６４ｄ 開口部
７０ スライドアクチュエータ（スライド部駆動手段）
８０ 排気管本体
９０ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (6)

1. 複数の気筒と、１つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒にそれぞれ接続されて各気筒から排出されたガスが導入される独立排気通路と、これら独立排気通路を通ったガスをエンジン外部に排出する排気管本体とを備えた多気筒エンジンの排気装置おいて、
   上記各独立排気通路から下流側に延びてこれら独立排気通路から排出された排気がそれぞれ独立して流入する複数のノズル部内通路が内側に形成されたノズル部と、
   上記ノズル部の下流側に上下流方向にスライド変位可能に設けられて、当該ノズル部を通過したガスが流入する通路が内側に形成され、上流側にスライド変位したときに上記各独立排気通路から流出したガスが通過する通路の流路面積を縮小し、下流側にスライド変位したときに当該各独立排気通路から流出したガスが通過する通路の流路面積を拡大するスライド部と、
   上記スライド部の下流側に設けられて、上記スライド部を通過したガスが流入する通路が内側に形成されているとともに当該通路の流路面積が下流に向かうに従って大きくなるよう構成されたディフューザー部と、
   上記各独立排気通路と上記排気管本体との間に介在して、上記ノズル部と上記スライド部と上記ディフューザー部とを内側に収容した状態で上記独立排気通路および排気管本体に接続されるアウターシェルとを備え、
   上記ディフューザー部は、上記スライド部をスライド変位可能に支持した状態で上記アウターシェルに固定されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
2. 請求項１に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   上記スライド部は、その下流端部が上記ディフューザー部の内側に挿入されることで当該ディフューザー部に支持されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
3. 請求項１または２に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   上記ノズル部は、下流に向かうに従って当該ノズル部の軸に近づく方向に傾斜して延びるノズル部側傾斜部を備え、
   上記ノズル部側傾斜部には、上記各ノズル部内通路の内側と外側とを連通する複数の開口部が形成されており、
   上記スライド部は、上記ノズル部を囲み且つ上記ノズル部側傾斜部に沿うように傾斜して延びるとともに上記ノズル部側傾斜部との間に上記各ノズル部内通路から上記各開口部を介して排出されたガスが流通する通路を区画するスライド部側傾斜部と、当該スライド部側傾斜部から下流に延びて少なくとも下流側部分の流路面積が一定となるストレート部とを備え、
   上記ディフューザー部は、上記ストレート部の下流端部を支持していることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
4. 請求項３に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   上記ノズル部側傾斜部は、上記スライド部が最も上流側の位置にスライド変位された状態において、上記スライド部側傾斜部の内側面に当接する形状を有し、
   上記アウターシェルは、上記スライド部が最も下流側の位置にスライド変位された状態において上記スライド部側傾斜部の外側面に当接する形状を有することを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   エンジンの運転領域のうち特定の領域に設定された特定領域において、上記各気筒の排気弁は排気行程に加えて吸気行程中にも開弁されることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   上記スライド部をスライド変位させるスライド部駆動手段と、
   上記スライド部駆動手段を含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、エンジンの運転領域のうち所定の領域に設定された第１領域において、上記スライド部駆動手段によって上記スライド部を最も下流側の位置よりも上流側の位置にするとともに、上記各気筒の吸気弁および排気弁の開弁期間が所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の上記オーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁の開弁期間と重複するように各気筒の吸気弁および排気弁を制御する一方、エンジンの運転領域のうち上記第１領域を除く第２領域において、上記スライド部駆動手段によって上記スライド部を最も下流側の位置にすることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。

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