JP6344420B2 - Intake / exhaust device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の吸排気装置に関するものである。 The present invention relates to an intake / exhaust device for an internal combustion engine.
従来、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て、吸排気装置にスライド式の動圧可変弁を採用するが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an engine such as an automobile, it is known to employ a slide type dynamic pressure variable valve in an intake / exhaust device for the purpose of increasing engine torque (see, for example, Patent Document 1).
動圧可変弁は、主にエンジンを低回転域で運転している時の掃気性を高めるものであり、高回転域においては、排気ガス流量の増大に伴う排気抵抗の影響を抑制するために、排気ガス通路の流路断面積を拡大するように動圧可変弁を操作する。 The dynamic pressure variable valve mainly improves the scavenging performance when the engine is operated in the low rotation range. In the high rotation range, to suppress the influence of the exhaust resistance accompanying the increase in the exhaust gas flow rate. Then, the variable dynamic pressure valve is operated so as to enlarge the cross-sectional area of the exhaust gas passage.
ところで、特許文献1に記載されたものでは、動圧可変弁としての外管は、内管に対して相対移動可能に配置されている。従って、外管のスライド時には、排ガス圧が高くなると外管が振動しガタツキ音が発生し得るという問題があり、改善の余地があった。
By the way, in what was described in
そこで本発明では、動圧可変弁の動作時に、排ガス圧が高い場合であっても、ガタツキ音の発生を抑制し得る動圧可変弁を備えた吸排気装置をもたらすことを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an intake / exhaust device including a dynamic pressure variable valve that can suppress the generation of rattling noise even when the exhaust gas pressure is high during the operation of the dynamic pressure variable valve.
上記の目的を達成するために、本発明では、スライド弁としての外管内面と内管外面との間に形成されるクリアランスの排気ガス通路の流路面積に対する変化曲線と、外管外面と収容部内面との間に形成されるクリアランスの排気ガス通路の流路面積に対する変化曲線との交点を与える流路面積を最大流路面積側に配置させるようにした。 In order to achieve the above object, in the present invention, a change curve of the clearance formed between the inner surface of the outer tube as the slide valve and the outer surface of the inner tube with respect to the flow area of the exhaust gas passage, the outer surface of the outer tube, and the housing The channel area that gives the intersection of the clearance formed between the inner surface and the change curve with respect to the channel area of the exhaust gas passage is arranged on the maximum channel area side.
すなわち、ここに開示する内燃機関の吸排気装置は、吸気口及び排気口がそれぞれ形成されるとともに該吸気口を開閉可能な吸気弁と該排気口を開閉可能な排気弁とが設けられた複数の気筒を有する内燃機関の吸排気装置であって、上流端が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の排気口の下流端にそれぞれ接続される複数の独立排気通路と、前記各独立排気通路の下流端に接続され、少なくとも下流端の流路面積が上流側の各独立排気通路よりも小さく形成された絞り部と、前記絞り部の下流端に接続され、前記各独立排気通路及び前記絞り部を通過した排気が内側で集合する集合部と、前記絞り部及び前記集合部を収容する収容部とを備え、前記絞り部は、前記各独立排気通路が互いに近接するように接続された1つの内管と、該内管に上流側部で上下流方向に相対移動可能に外嵌合された外管とを備え、前記集合部は、前記外管の下流側に延設された下流側部内に形成されており、前記内管は、前記各独立排気通路及び前記集合部を連通させる複数の連通路と、内管の壁部を貫通するように設けられ、該各連通路の上流端と下流端との間の中間部を内管及び外管の間に形成される隙間空間に連通させる複数の連通口とを備え、前記外管が上流方向移動端の閉じ位置に移動したときには、前記外管の内面が前記連通口を閉じて該連通口の開度が最小となり且つ前記絞り部下流端における流路面積が最小流路面積となる一方、外管が下流方向移動端の開き位置に移動したときには、該連通口の開度が最大となり且つ該絞り部下流端の流路面積が最大流路面積となるように、前記外管の上下流方向の移動量を変更させることにより、前記連通口の開度を変更させて前記絞り部下流端の流路面積が変更可能とされ、前記絞り部下流端の流路面積の増加に伴い、該外管の内面と前記内管の外面との間に第1曲線に沿って増加する第1クリアランスが形成されるとともに、該外管の外面と前記収容部の内面との間に第2曲線に沿って減少する第2クリアランスが形成され、前記第1曲線と前記第2曲線とは、前記絞り部下流端の流路面積の変更範囲内において、前記第1クリアランス及び前記第2クリアランスのクリアランス量が等しくなる交点を有し、前記第1曲線と前記第2曲線との交点における前記絞り部下流端の流路面積は、最小流路面積と最大流路面積との中間値よりも大きいことを特徴とする。 That is, an intake / exhaust device for an internal combustion engine disclosed herein includes a plurality of intake ports and exhaust ports, and an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port. A plurality of independent exhaust passages whose upstream ends are respectively connected to the downstream ends of exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust sequences are not continuous with each other; A throttle part connected to the downstream end of the independent exhaust passage and having a flow passage area at least downstream that is smaller than each upstream independent exhaust passage, and connected to the downstream end of the throttle part, and each independent exhaust passage And a collecting portion where the exhaust gas that has passed through the restricting portion gathers inside, and an accommodating portion that accommodates the restricting portion and the collecting portion, and the restricting portion is connected so that the independent exhaust passages are close to each other 1 done An inner pipe and an outer pipe fitted to the inner pipe so as to be relatively movable in the upstream and downstream directions at the upstream side portion, and the gathering portion is a downstream side extended to the downstream side of the outer pipe The inner pipe is provided so as to pass through a plurality of communication passages that connect the independent exhaust passages and the collective portion, and a wall portion of the inner pipe, and an upstream end of each communication passage. And a plurality of communication ports for communicating an intermediate portion between the downstream end and a gap space formed between the inner tube and the outer tube, and when the outer tube moves to the closed position of the upstream moving end, The inner surface of the outer pipe closes the communication port so that the opening of the communication port is minimized, and the flow channel area at the downstream end of the throttle portion is the minimum flow channel area, while the outer tube is open at the downstream moving end. When the movement is performed, the opening of the communication port is maximized and the flow path area at the downstream end of the throttle portion is the maximum flow area. As described above, by changing the amount of movement of the outer pipe in the upstream / downstream direction, it is possible to change the opening of the communication port and change the flow passage area of the throttle portion downstream end, and the throttle portion downstream end A first clearance that increases along a first curve is formed between the inner surface of the outer tube and the outer surface of the inner tube as the flow path area increases, and the outer surface of the outer tube and the housing portion A second clearance that decreases along a second curve is formed between the first curve and the second curve, wherein the first curve and the second curve are within the change range of the flow path area at the downstream end of the throttle portion. The clearance area where the clearance amounts of the first clearance and the second clearance are equal to each other, and the flow path area at the downstream end of the throttle portion at the intersection of the first curve and the second curve is the minimum flow path area and the maximum flow path It is characterized by being larger than the intermediate value with the area.
前記第1曲線と前記第2曲線との交点を与える前記絞り部下流端の流路面積の外管位置では、前記第1クリアランス及び前記第2クリアランスが同一となり、このとき外管は内管及び収容部のいずれからも最も離れた位置となる。この状態で排ガス圧が高くなると、外管が振動しガタツキ音発生の原因となる。 The first clearance and the second clearance are the same at the outer pipe position of the flow path area at the downstream end of the throttle portion that gives the intersection of the first curve and the second curve. At this time, the outer pipe is the inner pipe and It is the position farthest away from any of the housing parts. If the exhaust gas pressure increases in this state, the outer tube vibrates and causes a rattling sound.
本発明によれば、前記交点における絞り部下流端の流路面積が最小流路面積と最大流路面積との中間値よりも大きくなるように第1及び第2クリアランスを設定しているため、流路面積が比較的大きい状態の時、すなわち排気ガス圧が比較的低い状態の時に、外管が内管及び収容部のいずれからも最も離れた位置となるため、外管が最も振動しやすい状態においても、排ガス圧の入力が少なく、ガタツキ音の発生が抑制され得る。 According to the present invention, the first and second clearances are set so that the flow path area of the downstream end of the throttle portion at the intersection is larger than the intermediate value between the minimum flow path area and the maximum flow path area. When the flow passage area is relatively large, that is, when the exhaust gas pressure is relatively low, the outer tube is the most distant from both the inner tube and the accommodating portion, so the outer tube is most prone to vibration. Even in the state, the input of exhaust gas pressure is small, and the generation of rattling noise can be suppressed.
なお、本発明において、「第1曲線」及び「第2曲線」は直線を含む概念である。 In the present invention, the “first curve” and the “second curve” are concepts including a straight line.
好ましい態様では、前記内管は、その外周面に、前記絞り部下流端の流路面積が最小流路面積のときに外周部で前記外管の内周面に当接する内管当接部を備える一方、前記外管は、その外周面に、前記絞り部下流端の流路面積が最大流路面積のときに外周部で前記収容部の内周面に当接する外管当接部を備えており、前記第1クリアランスは、前記内管当接部の外周部と前記外管の内周面とのクリアランスであり、前記第2クリアランスは、前記外管当接部の外周部と前記収容部の内周面とのクリアランスである。 In a preferred aspect, the inner pipe has an inner pipe abutting portion that abuts the inner peripheral surface of the outer pipe at the outer peripheral portion when the flow passage area at the downstream end of the throttle portion is the minimum flow passage area. On the other hand, the outer tube includes, on the outer peripheral surface thereof, an outer tube contact portion that contacts the inner peripheral surface of the housing portion at the outer peripheral portion when the flow passage area at the downstream end of the throttle portion is the maximum flow passage area. The first clearance is a clearance between the outer peripheral portion of the inner tube contact portion and the inner peripheral surface of the outer tube, and the second clearance is the outer periphery portion of the outer tube contact portion and the housing. It is clearance with the inner peripheral surface of a part.
本構成によれば、外管が閉じ位置又は開き位置にあるときに、外管はそれぞれ内管当接部又は収容部の内周面で支持されるから、外管を安定に保持することができる。 According to this configuration, when the outer tube is in the closed position or the open position, the outer tube is supported by the inner peripheral surface of the inner tube abutting portion or the accommodating portion, respectively, so that the outer tube can be stably held. it can.
好ましい態様では、前記内管当接部の外周部及び前記外管当接部の外周部は、前記絞り部軸方向断面が、前記絞り部の上流側に向かって外径が増加するように傾斜する円弧面状に形成されており、前記内管当接部が当接する外管内周面、及び前記外管当接部が当接する収容管内周面は、それぞれ該内管当接部の外周部及び該外管当接部の外周部に気密状に当接するように該当接部を反転した円弧面形状を有している。 In a preferred aspect, the outer peripheral portion of the inner tube abutting portion and the outer peripheral portion of the outer tube abutting portion are inclined such that the outer diameter of the throttle portion axial section increases toward the upstream side of the throttle portion. The outer circumferential surface of the inner tube is in contact with the inner circumferential surface of the outer tube, and the inner circumferential surface of the receiving tube that is in contact with the outer tube contacting portion. And an arcuate surface shape in which the corresponding contact portion is inverted so as to come into airtight contact with the outer peripheral portion of the outer tube contact portion.
本構成によれば、外管が内管又は収容部に当接するときに、上述のような円弧面により当接するから、これらの部品の接触による衝撃力をより広い面積で受けることができ、外管の移動に伴う部品の劣化を抑制し、装置の耐久性を向上させることができる。 According to this configuration, when the outer tube comes into contact with the inner tube or the housing portion, it comes into contact with the arc surface as described above, so that it is possible to receive the impact force due to the contact of these parts over a wider area. It is possible to suppress the deterioration of the parts accompanying the movement of the tube and improve the durability of the apparatus.
好ましい態様では、前記絞り部下流端の流路面積を変更可能な流路面積変更手段と、前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動可能なバルブ駆動手段と、前記流路面積変更手段および前記バルブ駆動手段を制御可能な制御手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記内燃機関の機関回転数が予め設定された基準回転数よりも高く内燃機関の負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い高速高負荷領域を少なくとも含む第1運転領域において前記絞り部下流端の流路面積を最大流路面積とさせる一方、前記内燃機関の機関回転数が前記基準回転数よりも低く内燃機関の負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い低速高負荷領域を少なくとも含む第2運転領域において、前記絞り部下流端の流路面積を最大流路面積よりも小さくさせ、前記バルブ駆動手段により、前記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前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、前記各気筒の吸気弁および排気弁を動作させる。 In a preferred aspect, the flow passage area changing means capable of changing the flow passage area at the downstream end of the throttle portion, the valve driving means capable of driving the intake valve and the exhaust valve of each cylinder, the flow passage area changing means, and the And a control means capable of controlling the valve drive means, wherein the control means is configured such that the engine speed of the internal combustion engine is higher than a preset reference speed by the flow path area changing means, and the load of the internal combustion engine is increased. In the first operation region including at least a high speed and high load region higher than a predetermined load set in advance, the flow passage area at the downstream end of the throttle portion is set as the maximum flow passage area, while the engine speed of the internal combustion engine is set to the reference In a second operation region including at least a low-speed and high-load region in which the load of the internal combustion engine is lower than the rotational speed and higher than a predetermined load set in advance, the flow passage area at the downstream end of the throttle portion is set to the maximum flow passage area. With the valve driving means, the opening period of the intake valve and the opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap each other by a predetermined overlap period, and one of the cylinders in which the exhaust sequence is continued The intake valve and the exhaust valve of each cylinder are operated so that the overlap period of the cylinder overlaps with the time when the exhaust valve of the other cylinder is open.
本構成では、高速高負荷領域を含む第1運転領域において、絞り部下流端の流路面積が最大流路面積とされて、各独立排気通路から排出された排ガスが絞り部内においてより抵抗の小さい状態で通過するように制御される。そのため、この第1運転領域において、排ガス流量の増大に伴い増大する排気抵抗を小さく抑えて、排気のポンピングロスを小さく、また、吸気効率を高くすることができ、これにより、この第1運転領域においても、高いエンジントルク、また、高い熱効率を得ることができる。 In this configuration, in the first operation region including the high speed and high load region, the flow passage area at the downstream end of the throttle portion is the maximum flow passage area, and the exhaust gas discharged from each independent exhaust passage has a smaller resistance in the throttle portion. It is controlled to pass in the state. Therefore, in this first operating region, it is possible to suppress the exhaust resistance that increases as the exhaust gas flow rate increases, to reduce the exhaust pumping loss, and to increase the intake efficiency. In this case, high engine torque and high thermal efficiency can be obtained.
また、エンジンが前記第2運転領域で運転されて絞り部下流端の流路面積が最大流路面積よりも小さい面積とされた状態において、前記各気筒の排気ポートから各連通路を通って集合部に排ガスが排出されるのに伴い他の連通路およびこの連通路と連通する排気ポート内にエゼクタ効果によって負圧が生成する。そうして、低速高負荷領域を含む第2運転領域においてエゼクタ効果を効果的に利用して掃気性能を向上させることができ、延いては高いエンジントルクを得ることができる。また、低速高負荷領域を含む第2運転領域において排気抵抗を小さく抑えることができるから、高いエンジントルク、また、高い熱効率を得ることができる。 Further, in a state where the engine is operated in the second operation region and the flow path area at the downstream end of the throttle portion is smaller than the maximum flow path area, the engine collects from the exhaust port of each cylinder through each communication path. As the exhaust gas is discharged to the part, negative pressure is generated by the ejector effect in the other communication path and the exhaust port communicating with the communication path. Thus, scavenging performance can be improved by effectively utilizing the ejector effect in the second operation region including the low speed and high load region, and thus high engine torque can be obtained. Further, since the exhaust resistance can be kept small in the second operation region including the low speed and high load region, high engine torque and high thermal efficiency can be obtained.
このように、本発明によれば、第1運転領域と第2運転領域とを含むより広い運転領域において、独立排気通路と集合部との間に介在する絞り部においてその下流端の流路面積を変更するという簡単な構成で、エンジントルク、熱効率ひいては燃費性能を高めることができる。 As described above, according to the present invention, in the wider operation region including the first operation region and the second operation region, the flow path area at the downstream end in the throttle portion interposed between the independent exhaust passage and the collecting portion. The engine torque, thermal efficiency, and consequently fuel efficiency can be improved with a simple configuration of changing the engine.
好ましい態様では、前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記第2運転領域において、前記絞り部下流端の流路面積を最小流路面積とさせる。 In a preferred aspect, the control means causes the flow area at the downstream end of the throttle portion to be the minimum flow area in the second operation region by the flow area changing means.
第2運転領域A2においてガス通路の流路面積を小さい面積としてエゼクタ効果を発揮させ、これにより吸気効率およびエンジントルクを高めつつ、第1運転領域A1においてガス通路の流路面積を大きくして排気抵抗、ポンプロスを抑制し、これによりエンジントルクを高めることができる。また、絞り部下流端の流路面積を最小流路面積及び最大流路面積の一方に切り替える構成とすることにより、外管を閉じ位置又は開き位置に配置させることができるから、ガタツキ音の発生を効果的に抑制することができる。 In the second operation region A2, the flow area of the gas passage is made small so that the ejector effect is exhibited, thereby increasing the intake efficiency and the engine torque, while increasing the flow passage area of the gas passage in the first operation region A1. Resistance and pump loss can be suppressed, thereby increasing engine torque. In addition, by adopting a configuration in which the flow path area at the downstream end of the throttle portion is switched to one of the minimum flow path area and the maximum flow path area, the outer tube can be arranged at the closed position or the open position, thereby generating rattling noise. Can be effectively suppressed.
好ましい態様では、前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記内燃機関の機関回転数が低回転側にあるときにのみ前記絞り部下流端の流路面積を最小流路面積にさせる。 In a preferred aspect, the control means causes the flow path area changing means to set the flow area at the downstream end of the throttle portion to the minimum flow area only when the engine speed of the internal combustion engine is on the low rotation side.
例えば、外管が絞り部下流端の流路面積が最小となる閉じ位置にあるときに、機関回転数の増加に伴って排ガス温度が上昇した場合、当該閉じ位置で外管が内管に固着する虞がある。この場合、絞り部下流端の流路面積は最小流路面積であるため、さらに機関回転数を増加させることができなくなる。 For example, when the outer pipe is at the closed position where the flow path area at the downstream end of the throttle portion is minimized, if the exhaust gas temperature rises as the engine speed increases, the outer pipe adheres to the inner pipe at the closed position. There is a risk of doing. In this case, since the flow passage area at the downstream end of the throttle portion is the minimum flow passage area, the engine speed cannot be further increased.
本発明によれば、絞り部下流端の流路面積を最小とする段階は機関回転数の低回転側であるから、閉じ位置において外管が内管に固着する虞が低減され、装置の耐久性を向上させることができる。 According to the present invention, since the stage of minimizing the flow passage area at the downstream end of the throttle portion is on the low rotation side of the engine speed, the possibility of the outer tube sticking to the inner tube at the closed position is reduced, and the durability of the device is reduced. Can be improved.
以上述べたように、本発明によると、外管が内管及び収容部のいずれからも最も離れた位置にあり、外管が最も振動しやすい状態においても、排ガス圧の上昇が穏やかとなり、ガタツキ音の発生が抑制され得る。 As described above, according to the present invention, even when the outer tube is located farthest from both the inner tube and the housing portion, and the outer tube is most prone to vibration, the exhaust gas pressure rises gently, and rattling occurs. Generation of sound can be suppressed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.
(第1実施形態)
(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吸排気装置(内燃機関の吸排気装置)100の概略構成図である。図2は、図1の一部の概略側面図である。図3は、この多気筒エンジンの吸排気装置100の制御系を示すブロック図である。この装置100は、シリンダヘッド9およびシリンダブロック10(図2参照)を有するエンジン本体1と、ECU(制御手段、図3参照)90と、エンジン本体1に接続される排気マニホールド50と、排気マニホールド50に接続される触媒装置60とを備えている。
(First embodiment)
(1) Overall Configuration of Device FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an intake / exhaust device (intake / exhaust device for an internal combustion engine) 100 for a multi-cylinder engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic side view of a part of FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the intake /
シリンダヘッド9およびシリンダブロック10の内部にはピストンがそれぞれ嵌挿された複数の気筒12が形成されている。本実施形態では、エンジン本体1は、直列4気筒のエンジンであって、シリンダヘッド9およびシリンダブロック10の内部には4つの気筒12が直列に並んだ状態で形成されている。具体的には、図1の右から順に第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。シリンダヘッド9には、ピストンの上方に区画された燃焼室内に臨むようにそれぞれ点火プラグ15が設置されている。
A plurality of
エンジン本体1は4サイクルエンジンであって、図4に示すように、各気筒12a〜12dにおいて、180°CAずつずれたタイミングで点火プラグ15による点火が行われて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がそれぞれ180°CA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。
The
シリンダヘッド9には、それぞれ燃焼室に向かって開口する2つの吸気ポート(吸気口)17および2つの排気ポート(排気口)18が設けられている。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(バルブ駆動手段)30により駆動されることで、所定のタイミングで吸気ポート17を開閉する。また、排気弁20は、排気弁駆動機構(バルブ駆動手段)40により駆動されて、所定のタイミングで排気ポート18を開閉する。
The
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VVT32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。
The intake valve drive mechanism 30 has an
吸気VVT32は、吸気弁19のバルブタイミングを変更するためのものである。この吸気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前記吸気カムシャフト31との間の位相差を変更することで、吸気弁19のバルブタイミングを変更する。吸気VVT32の具体的構成としては、例えば、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト31との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これら液室間に圧力差を設けることで前記位相差を変更する液圧式機構や、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト31との間に設けられた電磁石を有し、前記電磁石に電力を付与することで前記位相差を変更する電磁式機構等が挙げられる。この吸気VVT32は、ECU90で算出された吸気弁19の目標バルブタイミングに基づいて前記位相差を変更する。
The
排気弁駆動機構40は、吸気弁駆動機構30と同様の構造を有している。すなわち、排気弁駆動機構40は、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、この排気カムシャフト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。排気VVT42は、ECU90で算出された排気弁20の目標バルブタイミングに基づいて、前記位相差を変更する。そして、排気カムシャフト41は、この位相差の下でクランクシャフトの回転に伴って回転して排気弁20を前記目標バルブタイミングで開閉駆動する。
The exhaust
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。
In the present embodiment, the
(2)排気系の構成
排気マニホールド50と触媒装置60とを含む排気系の詳細について次に説明する。排気マニホールド50は、上流側から順に、3つの独立排気通路52と、可動部51とを備えている。
(2) Configuration of Exhaust System Details of the exhaust system including the
(2−1)独立排気通路52の構成
図1に示すように、前記各独立排気通路52は、シリンダヘッド9に形成された前記各気筒12の排気ポート18に接続されている。具体的には、前記気筒12のうち第1気筒12aの排気ポート18と第4気筒12dの排気ポート18とは、それぞれ個別に独立排気通路52,52に接続されている。一方、排気行程が隣り合わず排気順序が互いに連続しない第2気筒12bと第3気筒12cの排気ポート18は、これら各気筒12b,12cから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、二股状に形成された1つの独立排気通路52に接続されている。詳細には、この第2気筒12bと第3気筒12cの排気ポート18に接続されている独立排気通路52は、その上流側において2つの通路に分離しており、その一方に第2気筒12bの排気ポート18が接続され、他方に第3気筒12cの排気ポート18が接続されている。
(2-1) Configuration of
本実施形態では、第2気筒12bおよび第3気筒12cの排気ポート18に対応する独立排気通路52は、これら気筒12b,12cの中間位置すなわちエンジン本体1の略中央部分と対向して直線的に延びており、他の気筒12a,12dの排気ポート18に対応する独立排気通路52は、対応する各排気ポート18と対向する位置から前記第2気筒12bおよび第3気筒12cに対応する独立排気通路52に向かって湾曲して延びている。また、図2に示すように、各独立排気通路52は、シリンダヘッド9から水平方向に延びた後、車両前後方向の後ろ斜め下方に延びている。
In the present embodiment, the
図5は、図1のV−V線断面図である。この図5に示されるように、各独立排気通路52の下流端52aの断面形状(開口形状)は円形である。これら円形の下流端52aは、後ろ斜め下方に延びる軸L(図2参照)上の点O1を中心とする円の円周上に、互いに等間隔に配列されている。
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. As shown in FIG. 5, the cross-sectional shape (opening shape) of the
(2−2)可動部51の構成
可動部51は、三重管構造であって、各独立排気通路52の下流端に接続された絞り部53と、その絞り部53の下流端に接続された合流部58と、これら絞り部53及び合流部58を内側に収容する収容管(収容部)51aとを備えている。絞り部53と合流部58とは、上流側からこの順序で並んでいる。
(2-2) Configuration of
(2−2−1)絞り部53の構成
図6は、後述する外管55が最も上流に位置する状態、すなわち上流方向移動端の閉じ位置(以下、流路面積最小位置という)における可動部51付近を拡大して模式的に示した断面図である。図7は、上側から順に図6のVII−VII線断面図のうち(a)は絞り部53のみ、(b)は後述する内管54のみ、(c)は後述する外管55のみを各々示した図である。図8は、上側から順に図6のVIII−VIII線断面図のうち(a)は絞り部53のみ、(b)は内管54、(c)は外管55のみを示した図である。
(2-2-1) Configuration of
図9は、図6に対応する図であって、外管55が前記流路面積最小位置よりも下流側にスライドした状態における可動部51付近を拡大して模式的に示した断面図である。図11は、図6に対応する図であって、外管55が前記流路面積最大位置にスライドした状態における可動部51付近を拡大して模式的に示した断面図である。
FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 6, and is a cross-sectional view schematically showing an enlarged vicinity of the
絞り部53は、内管54と外管55とを有する。
The
<内管について>
内管54は、上下流方向に延びる管状部材である。この内管54の内側には、上下流方向に延びて、各独立排気通路52にそれぞれ対応する第1通路(連通路)54aが形成されている。第1通路は、各独立排気通路52と後述する集合部58aを連通させている。本実施形態では、3つの第1通路54aが形成されている。換言すると、1つの内管54により、各独立排気通路52は互いに近接するように接続されている。
<About inner pipe>
The
内管54は、上流側部分が前記収容管51aの軸Lを中心とする円筒形をなし、下流側部分が軸L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いる。すなわち、内管54の外周面(外面)54gは、その上流側部分に設けられて軸Lと平行に延びる円筒面状の円筒面54g−1と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸L側に傾斜する略円錐台面状の内管側傾斜面54g−2とからなる。内管54の外周面54gの下流端の径は、例えば、内管54の外周面54gの上流端の径の約2/3に設定されている。
The
また、内管54の上流側部分円筒面54g−1には、軸Lを中心とする環状の内管当接部71が設けられている。内管当接部71は、後述する外管55が流路面積最小位置(絞り部下流端の流路面積が最小流路面積)のときに、その外周部71aで外管55の内周面(内面)に形成された第1当接面72に当接する。本実施形態において、内管当接部71の外周部71aは、絞り部53の軸L方向の断面が、絞り部53の上流側に向かって外径が増加するように傾斜する円弧面状に形成されている。そして、内管当接部71が当接する外管内周面としての第1当接面72は、内管当接部71の外周部71aに気密状に当接するように内管当接部71を反転した円弧面形状を有している。これにより、外管55が流路面積最小位置にあるときに外管55を内管54にて確実に支持し最小流路面積の状態を安定に保持することができる。また、内管54と外管55との接触による衝撃力をより広い面積で受けることができ、外管55の移動に伴う両部品の劣化を抑制し、装置の耐久性を向上させることができる。
An annular inner
前記各第1通路54aは、軸Lを中心とする円の円周上に互いに等間隔に並んでいる。各第1通路54aは、その内周面のうち軸L側の部分はこの軸Lに向かって傾斜して延びるとともに、その内周面のうち軸Lから離間した側の部分は内管54の外周面54gに沿って延びる形状を有している。この形状に伴い、各第1通路54a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。
The
具体的には、各第1通路54aの上流端54bは、図7に示すように、それぞれ円形を有している。一方、各第1通路54aの下流端54cは、図8に示すように、軸Lと内管54下流端との交点、すなわち内管54下流端の中心点である点O2を中心とする1つの円を三分割した各々の領域に広がる略楕円形状であって、その開口面積(流路面積)が各第1通路54aの円形の上流端54bの開口面積よりも小さくなるように構成されている。そして、各第1通路54aは、その円形の上流端54bから下流側に、同一流路面積で延びた後、この上流端54bよりも流路面積の小さい下流端54cに向かって徐々に流路面積を小さくしつつ、すなわち、縮径しつつ、延びている。
Specifically, the
内管54は、各第1通路54aの円形の上流端54bが、それぞれ前記各独立排気通路52の下流端52aと一致するように配置されている。そのため、各独立排気通路52の下流端52aから排出された排気は、対応する各第1通路54a内に個別に(独立して)流入する。
The
内管54の壁部には、各第1通路54aにそれぞれ対応する位置に、当該壁部を貫通するように、該各第1通路54aの上流端54bと下流端54cとの間の中間部を内管54及び外管55の間に形成される第2通路(隙間空間)55aに連通させる連通口54dが形成されている。各連通口54dは、内管54の外周面54gのうち前記内管側傾斜面54g−2に開口しており、上下流方向すなわち軸Lと平行な方向に開口している。本実施形態では、各連通口54dは、略円形である。そして、内管54の壁部に計3つの連通口54dが形成されている。
An intermediate portion between the
<外管について>
外管55は、上下流方向に延びる管状部材である。図6に示すように、外管55の内側には1つの通路が形成されており、この通路内に前記内管54が収容されている。外管55の内周面55gは、外管55が前記流路面積最小位置にある状態において、内管54の外周面54gに沿って延びている。すなわち、外管55の内周面55gは、その上流側部分に設けられて上記内管当接部71に当接する第1当接面72を形成する湾曲面55g−1と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸L側に傾斜する略円錐台面状の外管側傾斜面55g−2とからなる。外管55の外管側傾斜面55g−2は、外管55が流路面積最小位置にある状態において、内管54の内管側傾斜面54g−2に接触しており、この状態において、前記各連通口54dを塞ぐように構成されている。なお、図6では、説明のため、外管側傾斜面55g−2及び内管側傾斜面54g−2は少し離間して示している。
<About the outer tube>
The
外管55は、内管54に対して上下流方向に相対移動可能である。すなわち、外管55は内管54に上流側部で上下流方向に相対移動可能に外嵌合されている。本実施形態では、内管54は動かず、外管55が軸Lと平行に上下流方向にスライドする。なお、本実施形態では、外管55は、前記合流部58と一体に形成されており、すなわち、合流部58とともに上下流方向にスライドする。
The
具体的には、図1に示すように、収容管51aの外周面にスライドアクチュエータ(流路面積変更手段)55fが配設されている。スライドアクチュエータ55fは、ECU90の指令を受けて、外管55の表面に配置されたスライダ76を移動させ、外管55を、軸Lと平行に、図6に示す位置(流路面積最小位置)と図11に示す最も下流側の位置、すなわち下流方向移動端の開き位置(以下、流路面積最大位置という)との間でスライドさせる。スライドアクチュエータ55fは、外管55の位置を、流路面積最小位置と流路面積最大位置との間で連続的に変更させる。なお、以下、外管55の流路面積最小位置からの上下流方向の移動量を可動ストロークSとする。
Specifically, as shown in FIG. 1, a slide actuator (flow path area changing means) 55f is disposed on the outer peripheral surface of the
また、外管55の外周面側には、軸Lを中心とする環状の外管当接部73が設けられている。外管当接部73は、外管55が流路面積最大位置(絞り部下流端の流路面積が最大流路面積)のときに、その外周部73aで後述する収容管51aの内周面に形成された第2当接面74に当接する。外管当接部73の外周部73aは、上流側に向かって外径が増加するように傾斜する円弧面状に形成されている。外管当接部73が当接する収容管内周面としての第2当接面74は、外管当接部73の外周部73aに気密状に当接するように外管当接部73を反転した円弧面形状を有している。これにより、外管55が流路面積最大位置にあるときに外管55を収容管51aにて確実に支持し最大流路面積の状態を安定に保持することができる。また、外管55と収容管51aの接触による衝撃力をより広い面積で受けることができ、外管55の移動に伴う両部品の劣化を抑制し、装置の耐久性を向上させることができる。
Further, on the outer peripheral surface side of the
<絞り部のガス通路について>
図6に示す流路面積最小位置において、外管55は、内管54の内管当接部71から内管54の下流端まで延びる。前述のように、この状態において、外管55の内周面55gは、内管54の外周面54gと接触し、前記外管の内周面が前記連通口54dを閉じて、連通口54dの開度が最小となる。連通口54dが閉じると、各独立排気通路52から排出された排気は、絞り部53のうち第1通路54aのみを通過して流下する。このように、外管55が流路面積最小位置にある状態では、絞り部53内に形成されて排気が通過可能なガス通路は、第1通路54aのみで構成され、ガス通路の流路面積(絞り部下流端の流路面積)Kは最小流路面積となる。
<About the gas passage of the throttle>
6, the
一方、図9に示すように、外管55が図6に示す流路面積最小位置から下流側にスライドすると、外管55の内周面55gは内管54の外周面54gから下流側および径方向外側(軸Lから離れる方向)に離間する。従って、図10に示すように、絞り部53下流端において、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとが離間するのに伴って、前記各連通口54dは開口し、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの間には第2通路55aが出現する。
On the other hand, as shown in FIG. 9, when the
このように外管55が図6に示す流路面積最小位置から図9に示す位置まで下流側にスライドした状態において、絞り部53内に形成されるガス通路は、第1通路54aと第2通路55aとによって構成され、各ガス通路の流路面積Kは、図6に示す最小流路面積よりも大きくなる。そして、各独立排気通路52から排出された排気は、第1通路54aに流入した後、その一部が前記連通口54dを介して第2通路55a内にも流入する。
Thus, in a state where the
なお、本実施形態において、第2通路55aは複数の第1通路54aにわたって延びる構成となっているが、内管側傾斜面54g−2に形成されている第1通路54aと第2通路55aとを連通する連通口54dは、上下流方向に開口しており、第2通路55aよりも集合部58aの方が流路断面積が大きいため、所定の第1通路54aから第2通路55aに流入した排気は、その向きを下流向きに維持され、他の第1通路54a側に向かうことなく第2通路55aを流下する。従って、第2通路55a内での排気流れ方向の乱れの発生は抑制され、高いエゼクタ効果が発揮される。
In the present embodiment, the
第2通路55aの流路面積、延いては絞り部53のガス通路の流路面積Kは、外管55の下流側へのスライド量が大きくなるほど大きくなる。具体的には、外管55が下流側へスライドするほど、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの径方向の離間量は大きくなり、それに応じて第2通路55aおよびガス通路の流路面積が大きくなる。
The flow passage area of the
前記外管55が図11に示す流路面積最大位置まで下流側にスライドした状態において、図12に示すように、絞り部53下流端における外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの径方向の離間量は最大となるとともに、連通口54dの開度が最大となり、第2通路55a延いてはガス通路の流路面積Kは最大流路面積となる。
In a state where the
なお、絞り部53内のガス通路の流路面積Kは、ガス通路が第1通路54aと第2通路55aとで構成される場合においても、第1通路54aのみで構成される場合と同様に、下流側の方が上流側よりも大きくならないように構成されている。すなわち、絞り部53は、各ガス通路の流路面積Kが上流側の各独立排気通路52の下流端52aの流路面積以下となるように形成されている。本実施例においては、図11に示す流路面積最大位置において、ガス通路の流路面積Kは、第1通路54aの上流端54bの流路面積と同じとなるように設定している。このように設定することで、高負荷運転領域の排気ガス流量が相対的に多い場合であっても、絞り部53で流路面積が絞られることによって通気抵抗が増大し、掃気性が低下することを抑制している。
The flow path area K of the gas passage in the
そして、外管55の可動ストロークSを変更させることにより、連通口54dの開度を変更させて、絞り部53のガス通路の流路面積Kを変更させることができる。
Then, by changing the movable stroke S of the
(2―2−2)合流部の構成
合流部58は、各独立排気通路52から排出されて絞り部53を通過した排気が合流する部分である。外管55の位置に関わらず、各独立排気通路52から排出されて絞り部53の各ガス通路に流入した排気は、この合流部58内に流入する。
(2-2-2) Configuration of Merging
合流部58は、図6等に示すように、上流側から順に、集合部58a、混合部58b、ディフューザー部58cを備えている。前記集合部58aは、外管55の下流端から下流に延びている。換言すると、集合部58aは、外管55の下流側に延設された下流側部内に形成されている。従って、前記各独立排気通路52及び前記絞り部53を通過した排気が集合部58aの内側で集合する。本実施形態では、前述のように、合流部58は外管55と一体にスライド可能に連結されている。
As shown in FIG. 6 and the like, the merging
なお、図9および図11に示すように、外管55が流路面積最小位置から下流側にスライドした状態では、外管55は内管54よりも下流側に延びており、集合部58aの長さ延いてはその容積は増加している。そして、絞り部53内の第1通路54aを通過した排気は、外管55の内側に流入して第2通路55aを通過した排気と合流した後、集合部58aに流入する。
As shown in FIG. 9 and FIG. 11, in a state where the
後述するように、本装置では、所定の運転領域(第2運転領域A2)において、所定の気筒12から排出された排気を、絞り部53から集合部58a内に高速で排出させて、エゼクタ効果を発揮させ、他の気筒12の排気ポート18内に負圧を生じさせて、この気筒12の掃気性能を高めるよう構成されている。そのため、集合部58aは、絞り部53から排出された排気が、高い速度を維持したまま流下するように、下流側ほどその流路面積が小さくなる形状に設定されている。本実施形態では、集合部58aは、下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状を有している。また、集合部58aの内周面は、絞り部53から流出した排気がこの内周面に沿って円滑に流下するように、外管55の下流側部分の内周面すなわち外管側傾斜面55g−2に連続して、下流に向かうに従って軸Lに近づく方向に傾斜している。なお、この集合部58aの軸Lに対する傾斜角度は、前記外管55の外管側傾斜面55g−2の傾斜角度とほぼ同じに設定されていてもよい。
As will be described later, in the present apparatus, in a predetermined operation region (second operation region A2), the exhaust discharged from the
混合部58bは、集合部58aの下流端から下流側に延びる円筒形状を有しており、集合部58aの下流端の流路面積と同じ流路面積を維持して下流側に延びている。ディフューザー部58cは、この混合部58bの下流端から下流に向かうに従って流路面積が拡大する略円錐台形状を有している。
The mixing
このように集合部58aでは、上流側の流路面積の方が下流側よりも大きい。そのため、排気はこの集合部58aと混合部58bとを高速で通過する。この通過時に、排気の圧力・温度は低下する。そのため、この集合部58aおよび混合部58bにおいて、排気の外部への放熱量は小さく抑えられる。そして、この混合部58bを通過した排気は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するディフューザー部58cに流入することで、その圧力・温度が回復され、高い温度を維持したまま下流側に排出される。
Thus, in the
また、前述のように、本実施形態では、合流部58および絞り部53は、中空の収容管51a内に挿入されている。そのため、これら合流部58および絞り部53の通過時における排気の外部への放熱はより一層抑制され、合流部58からは高い温度の排気が下流側に排出される。
Further, as described above, in the present embodiment, the merging
(2−2−3)収容管の構成
収容管51aは、図6に示すように、軸Lを中心とした管状部材であり、下流に向かうに従って主に縮径する略円錐台形状であって絞り部53及び集合部58aを収容する部分と、スライダ76を備えた混合部58bを収容する凸状の部分と、下流に向かうに従って主に拡径する略円錐台形状であってディフューザー部58cを収容する部分とを有する。換言すると、収容管51aは、軸Lを中心として、外管55の外周面に沿うような形状を備えた管状部材である。収容管51aの内周面の集合部58a近傍位置には、上述のごとく、外管55の外周面に形成された外管当接部73が流路面積最大位置において当接する第2当接面74が形成されている。
(2-2-3) Constitution of the containment tube As shown in FIG. 6, the
(2−2−4)内管−外管間及び外管−収容管間のクリアランスについて
図13は、前記内管当接部71の外周部71aと前記外管55の内周面に形成された第1当接面72とのクリアランスを第1クリアランスC1、前記外管当接部73の外周部73aと前記収容管51aの内周面に形成された第2当接面74とのクリアランスを第2クリアランスC2としたときの、第1及び第2クリアランスC1,C2のガス通路の流路面積Kに対する変化を示している。なお、ガス通路の流路面積Kが最小のときに、連通口54dの開度及び外管55の可動ストロークSは0となる一方、ガス通路の流路面積Kが最大のときに、連通口54dの開度及び外管55の可動ストロークSは最大となる。
(2-2-4) Clearance between Inner Tube-Outer Tube and Outer Tube-Accommodating Tube FIG. 13 is formed on the outer
図13に示すように、第1クリアランスC1は、ガス通路の流路面積Kの増加に伴い第1曲線Aに沿って増加する。 As shown in FIG. 13, the first clearance C <b> 1 increases along the first curve A as the flow area K of the gas passage increases.
また、第2クリアランスC2は、ガス通路の流路面積Kの増加に伴い第2曲線Bに沿って減少する。 Further, the second clearance C2 decreases along the second curve B as the flow path area K of the gas passage increases.
このとき、第1曲線Aと第2曲線Bとは、ガス通路の流路面積Kの変更範囲内において、第1クリアランスC1及び第2クリアランスC2のクリアランス量が等しくなる交点Xを有している。そして第1曲線Aで表される第1クリアランスC1は、流路面積最小位置から交点Xの流路面積位置に至るまで、交点Xが与えるクリアランス量よりも小さく保たれている。また、第2曲線Bで表される第2クリアランスC2は、交点Xの流路面積位置から最大流路面積位置に至るまで、交点Xが与えるクリアランス量よりも小さく保たれている。 At this time, the first curve A and the second curve B have an intersection X where the clearance amounts of the first clearance C1 and the second clearance C2 are equal within the change range of the flow passage area K of the gas passage. . The first clearance C1 represented by the first curve A is kept smaller than the clearance amount given by the intersection point X from the minimum flow path area position to the flow path area position of the intersection point X. Further, the second clearance C2 represented by the second curve B is kept smaller than the clearance amount given by the intersection X from the flow path area position of the intersection X to the maximum flow path area position.
各独立排気通路52から絞り部53及び合流部58へは、高温の排ガスが流入するため、スライド弁としての外管55がスライド途中で内管54又は収容管51aに固着しないように、第1クリアランスC1及び第2クリアランスC2は流路面積最小・最大位置を除いて0にならない、すなわち外管55が内管54又は収容管51aに非接触となるように設定されている。
Since high-temperature exhaust gas flows from each
従って、流路面積最小位置から交点Xの流路面積位置に至るまでは、外管55は、収容管51aよりも内管54に近い状態が保たれて、いわば内管54に非接触の状態で支持されている。また、交点Xの流路面積位置から最大流路面積位置に至るまでは、外管55は内管54よりも収容管51aに近い状態が保たれて、いわば収容管51aに非接触で支持されている状態となる。
Accordingly, the
そして、第1曲線Aと第2曲線Bとの交点Xを与える流路面積位置では、第1クリアランスC1及び第2クリアランスC2が同一となる。このとき外管55は内管54及び収容管51aのいずれからも最も離れた位置となるとともに、この位置において内管54による支持から収容管51aによる支持へと切り替わることになる。従って、外管55が交点Xの流路面積位置にあるときは、外管55が最も振動しやすい状態にあり、排ガス圧の上昇とともにガタツキ音発生の可能性が高まる。
And in the flow-path area position which gives the intersection X of the 1st curve A and the 2nd curve B, the 1st clearance C1 and the 2nd clearance C2 become the same. At this time, the
ここに、本実施形態に係る吸排気装置は、前記第1曲線Aと前記第2曲線Bとの交点におけるガス通路の流路面積Kが、最小流路面積と最大流路面積との中間値Mよりも最大流路面積側となるように第1及び第2クリアランスC1,C2を設定していることを特徴とする。 Here, in the intake / exhaust device according to the present embodiment, the channel area K of the gas passage at the intersection of the first curve A and the second curve B is an intermediate value between the minimum channel area and the maximum channel area. The first and second clearances C1 and C2 are set so as to be closer to the maximum flow path area than M.
以下、本構成の作用効果について説明する。 Hereinafter, the effect of this structure is demonstrated.
例えば、図6及び図8〜図12に示すように、内管54下流端の中心点O2に対して、各第1通路54aの下流端54cの開口縁における当該中心点O2に最も近い点を第1点P2とし、該内管下流端中心点O2及び該第1点P2を通る直線と前記外管55の内周面とが交わる点を第2点Q2とする。そして、前記第1点P2から前記第2点Q2までの距離を、各ガス通路の流路面積Kについての等価円直径と仮定したときの各ガス通路のノズル径Dとする。このノズル径Dと外管55の上下流方向の移動量としての可動ストロークSとの比S/Dをとり、当該比S/Dに対する排ガス圧をプロットすると、図14のようになる。なお、エンジン回転数(機関回転数)は例えば4000rpmである。
For example, as shown in FIGS. 6 and 8 to 12, a point closest to the center point O2 at the opening edge of the
図14において、外管55が流路面積最小位置にあるとき、可動ストロークSは0であり、比S/Dは0となる。一方、外管55が流路面積最大位置にあるとき、比S/Dは0.42となる。そして、図13における流路面積が中間値Mとなる流路面積位置に外管55があるとき、比S/Dは0.23となる。
In FIG. 14, when the
図14に示すように、排ガス圧は、比S/Dが0から0.24まではその増加に伴い緩やかに減少し、0.24を超えたところから0.33までは急激に減少し、そして0.33以上ではほぼ一定となる。 As shown in FIG. 14, the exhaust gas pressure gradually decreases with an increase in the ratio S / D from 0 to 0.24, rapidly decreases from a point exceeding 0.24 to 0.33, At 0.33 or more, it is almost constant.
従って、エンジン回転数が一定の所定回転数、ここでは4000rpmであるときに、上記比S/Dを例えば0.23を超えるように第1及び第2クリアランスC1,C2を設定することにより、交点Xを与えるガス通路の流路面積Kを最小流路面積と最大流路面積の中間値Mより大きくすることができる。交点Xを与える外管55の位置では、上述のごとく、外管55が最も振動しやすい状態にあるため、本構成とすることにより、流路面積が拡大し、排ガス圧が相対的に低くなった状態で交点Xを迎えるため、外管55の振動を抑制でき、延いてはガタツキ音の発生を抑制することができる。
Therefore, when the engine speed is a constant predetermined speed, in this case 4000 rpm, the first and second clearances C1 and C2 are set so that the ratio S / D exceeds 0.23, for example. The flow path area K of the gas passage that gives X can be made larger than the intermediate value M between the minimum flow path area and the maximum flow path area. As described above, the
なお、より効果的に外管55の振動を抑制しガタツキ音の発生を抑制する観点から、上記比S/Dを、より好ましくは0.24以上、特に好ましくは0.33以上となるように、第1及び第2クリアランスC1,C2を設定することが望ましい。
From the viewpoint of more effectively suppressing the vibration of the
なお、ガス通路の流路面積Kを、ノズル径Dを等価円直径とする円の面積、すなわち等価円面積と仮定し、ガス通路の流路面積Kの最大流路面積と最小流路面積との総変化量に対する流路面積Kの最小流路面積からの変化量の割合Kp(%)を算出すると、上記比S/Dが0.23、すなわちガス通路の流路面積Kの中間値Mのときに上記割合Kpは53%、上記S/Dが0.24のときに上記割合Kpは56%、上記比S/Dが0.33のときに上記割合Kpは78%となるため、該割合Kpが好ましくは54%以上、より好ましくは56%以上、特に好ましくは78%以上となるように第1及び第2クリアランスC1,C2を設定することが望ましい。 The flow passage area K of the gas passage is assumed to be an area of a circle having the nozzle diameter D as an equivalent circular diameter, that is, an equivalent circular area, and the maximum flow passage area K and the minimum flow passage area of the flow passage area K of the gas passage When the ratio Kp (%) of the change amount from the minimum flow passage area to the total flow change amount is calculated, the ratio S / D is 0.23, that is, the intermediate value M of the flow passage area K of the gas passage. When the ratio Kp is 53%, the ratio Kp is 56% when the S / D is 0.24, and the ratio Kp is 78% when the ratio S / D is 0.33. It is desirable to set the first and second clearances C1 and C2 so that the ratio Kp is preferably 54% or more, more preferably 56% or more, and particularly preferably 78% or more.
以上述べたように、本構成によれば、外管55が最も振動しやすい状態において、ガス通路の流路面積Kが上記中間値Mよりも大きいから、排ガス圧の入力が少なく、ガタツキ音の発生が抑制され得る。
As described above, according to this configuration, in the state in which the
(2−3)触媒装置60の構成
図1に示すように、触媒装置60は、エンジン本体1から排出された排気を浄化するための装置である。この触媒装置60は、触媒本体(触媒)64とこの触媒本体64を収容するケーシング62とを備えている。ケーシング62は排気の流れ方向と平行に延びる略円筒状を有している。触媒本体64は、排気中の有害成分を浄化するためのものである。この触媒本体64は、例えば、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有し、三元触媒を含有する。
(2-3) Configuration of
触媒本体64は、ケーシング62の上下流方向の中央部分に収容されており、このケーシング62の上流端61には所定の空間が形成されている。合流部58の下流端、詳細には、ディフューザー部58cの下流端はこのケーシング62の上流端61に接続されており、ディフューザー部58cから排出された排気は、ケーシング62の上流端61に流入した後、触媒本体64側へ進行する。
The catalyst
前述のように、合流部58からは、高い温度の排気が下流側に排出される。そのため、このように合流部58に直接触媒装置60が接続されていることで、触媒装置60内には高温の排気が流入し、これにより、触媒本体64は早期活性化される、また、触媒本体64の活性状態が確実に維持される。
As described above, high-temperature exhaust is discharged from the
(3)制御系
図3に示されるECU90は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置(制御手段)であり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
(3) Control
ECU90には、エンジンに設けられた各種センサから種々の情報が入力される。具体的には、ECU90は、エンジンに設けられたクランク角センサSW2、吸気量センサSW4と電気的に接続されており、これら各センサSW2、SW4からの入力信号に基づいて、エンジン回転数(機関回転数)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。
Various information is input to the
ECU90は、その主な機能的要素として、判定手段91、吸排気制御手段92、アクチュエータ制御手段94を有している。
The
判定手段91は、エンジン回転数Neとエンジン負荷Tとに基づいて、エンジンをどのような態様で制御すべきかを都度判定する。図15は、エンジン回転数Neおよび負荷Tに基づき決定される制御の種類を区分けして示す設定図(制御マップ)である。エンジンの運転中、判定手段91は、この図15の制御マップに従うようにエンジンの制御内容を決定する。
Based on the engine speed Ne and the engine load T, the determination means 91 determines in what manner the engine should be controlled. FIG. 15 is a setting diagram (control map) showing the types of control determined based on the engine speed Ne and the load T. During operation of the engine, the
図15の制御マップにおいて、エンジン回転数Neが基準回転数N1以下の低速領域のうちエンジン負荷Tが基準負荷T1以上の低速高負荷領域には第2運転領域A2が設定されており、それ以外の領域には、第1運転領域A1が設定されている。本実施形態では、基準負荷T1は、エンジン回転数Neが高くなるほど大きくなるように設定されている。また、基準回転数N1は、例えば、4000rpm付近に設定されている。 In the control map of FIG. 15, the second operation region A2 is set in the low speed and high load region where the engine load T is the reference load T1 or more in the low speed region where the engine speed Ne is the reference rotation number N1 or less. The first operation area A1 is set in this area. In the present embodiment, the reference load T1 is set so as to increase as the engine speed Ne increases. Further, the reference rotational speed N1 is set to, for example, around 4000 rpm.
判定手段91は、エンジンの運転中において、エンジンの運転点(負荷Tおよび回転数Neの各値から特定される制御マップ上でのポイント)が第1運転領域A1であるか第2運転領域A2であるかを常に判断する。 The determination means 91 determines whether the engine operating point (the point on the control map specified from each value of the load T and the rotational speed Ne) is the first operating area A1 or the second operating area A2 during engine operation. Always determine whether it is.
再び図3に戻って、吸排気制御手段92は、吸気VVT32を駆動することにより、吸気弁19の開閉タイミングを変更する。
Returning to FIG. 3 again, the intake / exhaust control means 92 changes the opening / closing timing of the
アクチュエータ制御手段94は、スライドアクチュエータ55fを駆動して外管55の位置を変更し、これにより、絞り部53内の各ガス通路の流路面積を変更する。
The actuator control means 94 drives the
ECU90は、その他、点火プラグ15等を運転状態に応じて適正に制御する。
In addition, the
(4)制御内容
ECU90により実施される各運転領域(第1運転領域A1,第2運転領域)での制御内容について説明する。
(4) Control contents The control contents in each operation region (first operation region A1, second operation region) implemented by the
ECU90は、クランク角センサSW2および吸気量センサSW4の各検出値に基づいて、エンジンの運転点(負荷Tおよび回転数Ne)が図15の制御マップにおけるどの運転領域に該当するかを逐次判定する。そして、判定された運転領域が、図15中の第1運転領域A1と第2運転領域A2のいずれであるかに応じて、それぞれ以下のような制御を実行する。
The
(i)第2運転領域A2
低速高負荷領域からなる第2運転領域A2では、図4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調整される。詳細には、第1気筒12aの吸気弁19と排気弁20とがオーバーラップしている期間中に第3気筒12cの排気弁20が開弁し、第3気筒12cの吸気弁19と排気弁20とがオーバーラップしている期間中に第4気筒12dの排気弁20が開弁し、第4気筒12dの吸気弁19と排気弁20とがオーバーラップしている期間中に第2気筒12bの排気弁20が開弁し、第2気筒12bの吸気弁19と排気弁20とがオーバーラップしている期間中に第1気筒12aの排気弁20が開弁するよう調整される。
(I) Second operation area A2
In the second operation region A2 composed of the low speed and high load region, as shown in FIG. 4, the valve opening period of the
また、この第2運転領域A2では、外管55の位置が流路面積最大位置よりも上流側とされて、絞り部53内の各ガス通路の流路面積Kが最大面積よりも小さい面積とされる。また、各ガス通路の流路面積Kが最大面積よりも小さいという範囲内で、エンジン回転数Neに応じて外管55の位置が変更される。
Further, in the second operation region A2, the position of the
具体的には、運転領域毎のガス通路の流路面積を示した図16、および、エンジン回転数に対する流路面積の変化を示した図17に示すように、エンジン回転数Neが大きくなるほど単位時間当たりの排気ガス流量が増大するので、外管55の位置は下流側に変更されて、ガス通路の流路面積が大きくされる。すなわち、第2運転領域A2において、負荷が一定の場合、外管55の位置は、流路面積最小位置から流路面積最大位置の直前位置まで、エンジン回転数Neの増大に伴って徐々に下流側に変更される。
Specifically, as shown in FIG. 16 showing the flow passage area of the gas passage for each operation region and FIG. 17 showing the change of the flow passage area with respect to the engine speed, the unit increases as the engine speed Ne increases. Since the exhaust gas flow rate per hour increases, the position of the
後述するように、第2運転領域A2よりも高回転側の第1運転領域A1−1では、外管55の位置は流路面積最大位置に設定されている。そのため、前記のように外管55の位置が変更されることで、第2運転領域A2と第1運転領域A1の境界において外管55の位置は円滑に切り替わる。なお、図17は、全負荷Tmax(図15参照)でのエンジン回転数Neと外管55の位置とを示したものである。
As will be described later, in the first operation region A1-1 on the higher rotation side than the second operation region A2, the position of the
このようにして、第2運転領域A2では、絞り部53内のガス通路の流路面積は最大面積以下の面積に制御される。その結果、第2運転領域A2では、各独立排気通路52から排出された排気は、高速で絞り部53を通過して集合部58a内に流入する。特に、エンジン回転数Neが高く排気流量が大きくなるほどガス通路の流路面積が大きくされており、排気流量の増大に伴う背圧の増大が抑制されるため、排気の速度が適正に高められる。そして、このように絞り部53内のガス通路から合流部58に排気が高速で排出されることで上流側に比べて相対的に負圧状態となり、隣接する他のガス通路はエゼクタ効果により掃気が促進される。
Thus, in 2nd operation area | region A2, the flow-path area of the gas path in the
ここで、第2運転領域A2では、前述のように、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調整されている。そのため、所定の気筒(排気行程気筒)12の排気弁20が開弁してこの排気行程気筒12から所定のガス通路を通って前記合流部58に排気が高速で排出されると、排気順序がこの排気行程気筒12の1つ前に設定された他の気筒(吸気行程気筒)に対応するガス通路およびこの吸気行程気筒12に接続される排気ポート18内にエゼクタ効果により負圧が生成される。そして、排気行程気筒12の排気弁20開弁時に、前記吸気行程気筒がオーバーラップ期間中にあることから、この吸気行程気筒12内の残留ガスが排気ポート18側に吸い出され、吸気行程気筒12内の掃気が促進される。特に、排気弁20の開弁開始直後は気筒12から非常に高速で排気(いわゆるブローダウンガス)が排出されるため、このブローダウンガスが排出された直後は、吸気行程気筒12内の残留ガスの多くが排気ポート18側に吸い出される。掃気が促進されると、吸気効率が増大するため、高いエンジントルクを得ることが可能となる。また、気筒12内の残留ガス量が少なくなりノッキングが抑制されるのに伴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を得ることが可能となる。
Here, in the second operation region A2, as described above, the valve opening period of the
なお、本装置において、吸気弁19および排気弁20の開弁時期、閉弁時期とは、それぞれ、図18に示すように、各弁19,20のリフトカーブにおいてリフトが急峻に立ち上がるあるいは立ち下がる時期(ランプ部の終わり、または、開始の時期)であり、例えば0.4mmリフトの時期をいう。
In this device, the opening timing and closing timing of the
(ii)第1運転領域A1の高速領域A1−1
第1運転領域A1のうちエンジン回転数Neが基準回転数N1以上の高速領域A1−1では、排気流量が大きい。そのため、この高速領域A1−1において、前記第2運転領域A2と同様に、各ガス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、この高速領域A1−1では、次のような制御を実施する。
(Ii) High speed region A1-1 of the first operation region A1
In the first operating range A1, the exhaust flow rate is large in the high speed range A1-1 where the engine speed Ne is equal to or higher than the reference speed N1. Therefore, in the high speed region A1-1, as in the second operation region A2, when the flow passage area of each gas passage is reduced, scavenging due to higher back pressure than the scavenging performance improvement effect due to the ejector effect. Degradation of performance is increased. Therefore, the following control is performed in the high speed region A1-1.
高速領域A1−1では、排気弁20の開弁期間と吸気弁19の開弁期間とが、オーバーラップしないように調整される。そして、高速領域A1−1では、外管55の位置が流路面積最大位置とされて、絞り部53内の各ガス通路の流路面積が最大面積とされる。
In the high speed region A1-1, the valve opening period of the
このように制御されることで、第1運転領域A1のうちの高速領域A1−1では、各独立排気通路52から排出された排気は、抵抗を小さく抑えられた状態で絞り部53を通過する。そのため、この高速領域A1−1では、排気抵抗が小さく抑えられ、排気のポンピングロスが小さく抑えられるとともに吸気効率が高められ、これにより高いエンジントルク、高い熱効率が実現される。
By being controlled in this way, in the high speed region A1-1 in the first operation region A1, the exhaust discharged from each
(iii)第1運転領域A1の低速低負荷領域A1−2
第1運転領域A1のうちエンジン回転数Neが基準回転数N1よりも低く、かつ、エンジン負荷Tが基準負荷T1よりも低い低速低負荷領域A1−2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、という熱効率に対して好ましくない作用が生じる。また、そもそも、低速低負荷領域A1−2では、要求新気量が少なく、エゼクタ効果に伴う高い吸気効率を得る必要が小さい。
(Iii) Low speed and low load region A1-2 of the first operation region A1
In the first operating range A1, in the low speed and low load range A1-2 where the engine speed Ne is lower than the reference speed N1 and the engine load T is lower than the reference load T1, the intake pressure is low and the in-cylinder gas amount is low. Few. Therefore, high scavenging is performed by the ejector effect, and accordingly, when the residual gas amount in the
そこで、低速低負荷領域A1−2では、高速領域A1−1と同様に、エゼクタ効果が小さく抑えられるよう、すなわち、排気が絞り部53から合流部58に流入する速度が小さく抑えられよう、外管55の位置を最大流路面積位置として絞り部53内の各ガス通路の流路面積が最大面積とされる。
Therefore, in the low speed and low load region A1-2, as in the high speed region A1-1, the ejector effect is suppressed to be small, that is, the speed at which the exhaust gas flows into the merging
ただし、低速低負荷領域A1−2では、前述のように残留ガスが多い方が望ましいことから、残留ガスがより多く得られるように、排気弁20の開弁期間と吸気弁19の開弁期間とは、オーバーラップするように調整される。 However, in the low-speed and low-load region A1-2, it is desirable that the residual gas is large as described above. Is adjusted to overlap.
このように制御されることで、第1運転領域A1の低速低負荷領域A1−2では、各独立排気通路52から排出された排気は、絞り部53において、流路面積のより大きい空間を通過し、エゼクタ効果ひいては掃気が抑制される。掃気が抑制されることで、気筒12内にはより多くの残留ガスが残存する。そのため、吸気のポンピングロスおよび冷却損失は低減し、高い熱効率すなわち燃費性能が実現される。
By being controlled in this way, in the low speed and low load region A1-2 of the first operation region A1, the exhaust discharged from each
以上のように、本実施形態に係る装置では、各独立排気通路52からの排気がそれぞれ独立して流入する絞り部53内の各ガス通路の流路面積を変更するという簡単な構成で、第2運転領域A2において、エゼクタ効果を利用して高いエンジントルクを得つつ、第1運転領域A1の高速領域A1−1において排気抵抗を抑制して高いエンジントルクおよび燃費性能を得ることができるともに、第1運転領域A1の低速低負荷領域A1−2において掃気を抑制して残留ガスを確保し、高い燃費性能を得ることができる。
As described above, the apparatus according to the present embodiment has a simple configuration in which the flow area of each gas passage in the
特に、本実施形態では、第2運転領域A2においてエンジン回転数Neが増大するほど各ガス通路の流路面積が増大されている。そのため、第2運転領域A2において、エンジン回転数ひいては排気流量の増大に伴って増大する排気抵抗すなわちポンプロスを適正に抑制して効果的にエゼクタ効果を得ることができる。 In particular, in the present embodiment, the flow area of each gas passage is increased as the engine speed Ne is increased in the second operation region A2. Therefore, in the second operation region A2, it is possible to effectively suppress the exhaust resistance, that is, the pump loss, which increases with the increase in the engine speed and thus the exhaust flow rate, and to effectively obtain the ejector effect.
(6)他の実施形態
以下、本発明に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、第1実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
(6) Other Embodiments Hereinafter, other embodiments according to the present invention will be described in detail. In the description of these embodiments, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
(6−1)第2実施形態
前記第1実施形態では、第2運転領域A2においてエンジン回転数Neが大きくなるほどガス通路の流路面積Kを増大させる場合について示したが、第2運転領域A2においてガス通路の流路面積Kを、第1運転領域A1における流路面積(最大面積)よりも小さい面積(例えば、最小面積)に固定するよう制御してもよい。具体的には、スライドアクチュエータ55fを、外管55の位置を流路面積最小位置と流路面積最大位置とで切替えるよう構成し、第2運転領域A2において外管55を流路面積最小位置にして第1通路54aと第2通路55aとを連通させない状態とする一方、第1運転領域A1において外管55を流路面積最大位置として第1通路54aと第2通路55aとを連通させる状態としてもよい。この場合であっても、第2運転領域A2においてガス通路の流路面積を小さい面積としてエゼクタ効果を発揮させ、これにより吸気効率およびエンジントルクを高めつつ、第1運転領域A1においてガス通路の流路面積を大きくして排気抵抗、ポンプロスを抑制し、これによりエンジントルクを高めることができる。
(6-1) Second Embodiment In the first embodiment, the case where the flow passage area K of the gas passage is increased as the engine speed Ne increases in the second operation region A2 is described. In this case, the flow path area K of the gas passage may be controlled to be fixed to an area (for example, the minimum area) smaller than the flow path area (maximum area) in the first operation region A1. Specifically, the
また、ガス通路の流路面積Kを最小流路面積及び最大流路面積の一方に切り替える構成とすることにより、外管55を流路面積最小位置又は流路面積最大位置に配置させることができるから、ガタツキ音の発生を効果的に抑制することができる。
In addition, the
なお、第1実施形態及び第2実施形態のいずれにおいても、背圧増大による掃気性悪化を抑制する観点から、前記ガス通路の流路面積Kが最小流路面積となるのは、エンジン回転数Neが相対的に低回転側にあるときのみである。 In both the first embodiment and the second embodiment, from the viewpoint of suppressing scavenging deterioration due to an increase in back pressure, the flow passage area K of the gas passage is the minimum flow passage area. Only when Ne is on the relatively low rotation side.
(6−2)第3実施形態
前記第1及び第2実施形態では、内管54の円筒面54g−1には内管当接部71が設けられており、内管当接部71は、外管55が流路面積最小位置のときに、その外周部71aで外管55の内周面に形成された第1当接面72に当接する構成であったが、内管当接部71及び第1当接面72を設ける代わりに、図19に示すように、外管55に複数の第2通路55aを区画するための区画壁55eを設けるとともに、内管54にこれら区画壁55eがスライド移動可能な溝54eを設ける構成としてもよい。
(6-2) Third Embodiment In the first and second embodiments, an inner
図19に示すように、内管54の管壁には、各第1通路54a間に対応する位置に、それぞれ内管54の外周面54gから軸Lに向かって延びるとともに上下流方向に延びる溝54eが形成されている。
As shown in FIG. 19, in the tube wall of the
また、外管55には、前記内管54の各溝54eに対応して、その内周面55gから軸Lに向かって延びるとともに上下流方向に延びる複数の区画壁55eが形成されている。これら区画壁55eは、前記各溝54e内に挿入されている。
The
このとき、前記外管55の各区画壁55eは、内管54の各溝54e内をスライドする。
At this time, the
そして、外管55の内周面55gと内管54の外周面54gとの間には、区画壁55eによって、3つの第2通路55aが区画される。各第2通路55aは、各第1通路54aの径方向外側にそれぞれ位置して、各連通口54dを介して第1通路54aと連通する。
And between the inner
なお、本実施形態において、第1クリアランスは、内管54の溝54eを含む外周面と外管55の区画壁55eを含む内周面とのクリアランスとなる。
In the present embodiment, the first clearance is a clearance between the outer peripheral surface including the
本構成によれば、第2通路55aに流入した排気が外管55と内管54との間で周方向に拡散して排気の速度が低下するのを効果的に回避することができ、第2運転領域A2において第1通路54aと第2通路55aとを連通させつつ高いエゼクタ効果を得ることができる。
According to this configuration, it is possible to effectively avoid the exhaust flowing into the
また、最小流路面積位置から交点Xの流路面積位置に至るまでの第1クリアランスをより小さくすることができ、内管54による外管55の支持をより確実にすることができる。
Further, the first clearance from the minimum flow path area position to the flow path area position of the intersection X can be made smaller, and the support of the
(6−3)第4実施形態
前記第1〜第3実施形態では、内管54に設けられた連通口54dは略円形であったが、これに限られず、例えば楕円形状や矩形状等種々の形状で形成することができる。また、例えば、図20に示すように、内管54の下流端に開放する切り欠き形状であってもよい。これにより、内管54の製造工程が簡素化され得るとともに、外管55が最小流路面積位置にあるときに外管55の内周面と内管54の外周面との接触面積が減少するから両部品の劣化を抑制することができる。
(6-3) Fourth Embodiment In the first to third embodiments, the
本発明は、外管が内管及び収容部のいずれからも最も離れた位置にあり、外管が最も振動しやすい状態においても、排ガス圧の上昇が穏やかとなり、ガタツキ音の発生が抑制され得るので、極めて有用である。 In the present invention, even when the outer tube is located farthest from both the inner tube and the housing, and the outer tube is most prone to vibrate, the exhaust gas pressure rises gently and the generation of rattling noise can be suppressed. So it is extremely useful.
12 気筒
17 吸気ポート(吸気口)
18 排気ポート(排気口)
19 吸気弁
20 排気弁
30 吸気弁駆動機構(バルブ駆動手段)
40 排気弁駆動機構(バルブ駆動手段)
51a 収容管(収容部)
52 独立排気通路
53 絞り部
54 内管
54a 第1通路(連通路)
55 外管
55a 第2通路(隙間空間)
54d 連通口
55f スライドアクチュエータ(流路面積変更手段)
58a 集合部
71 内管当接部
71a (内管当接部の)外周部
72 第1当接面
73 外管当接部
73a (外管当接部の)外周部
74 第2当接面
90 ECU(制御手段)
L 軸
12
18 Exhaust port (exhaust port)
19
40 Exhaust valve drive mechanism (valve drive means)
51a accommodation pipe (accommodating part)
52
55
L axis
Claims (6)
上流端が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の排気口の下流端にそれぞれ接続される複数の独立排気通路と、
前記各独立排気通路の下流端に接続され、少なくとも下流端の流路面積が上流側の各独立排気通路よりも小さく形成された絞り部と、
前記絞り部の下流端に接続され、前記各独立排気通路及び前記絞り部を通過した排気が内側で集合する集合部と、
前記絞り部及び前記集合部を収容する収容部と
を備え、
前記絞り部は、前記各独立排気通路が互いに近接するように接続された1つの内管と、該内管に上流側部で上下流方向に相対移動可能に外嵌合された外管とを備え、
前記集合部は、前記外管の下流側に延設された下流側部内に形成されており、
前記内管は、前記各独立排気通路及び前記集合部を連通させる複数の連通路と、内管の壁部を貫通するように設けられ、該各連通路の上流端と下流端との間の中間部を内管及び外管の間に形成される隙間空間に連通させる複数の連通口とを備え、
前記外管が上流方向移動端の閉じ位置に移動したときには、前記外管の内面が前記連通口を閉じて該連通口の開度が最小となり且つ前記絞り部下流端における流路面積が最小流路面積となる一方、外管が下流方向移動端の開き位置に移動したときには、該連通口の開度が最大となり且つ該絞り部下流端の流路面積が最大流路面積となるように、前記外管の上下流方向の移動量を変更させることにより、前記連通口の開度を変更させて前記絞り部下流端の流路面積が変更可能とされ、
前記絞り部下流端の流路面積の増加に伴い、該外管の内面と前記内管の外面との間に第1曲線に沿って増加する第1クリアランスが形成されるとともに、該外管の外面と前記収容部の内面との間に第2曲線に沿って減少する第2クリアランスが形成され、
前記第1曲線と前記第2曲線とは、前記絞り部下流端の流路面積の変更範囲内において、前記第1クリアランス及び前記第2クリアランスのクリアランス量が等しくなる交点を有し、
前記第1曲線と前記第2曲線との交点における前記絞り部下流端の流路面積は、最小流路面積と最大流路面積との中間値よりも大きい
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。 An intake / exhaust device for an internal combustion engine having a plurality of cylinders each having an intake port and an exhaust port and provided with an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port,
A plurality of independent exhaust passages connected to the downstream ends of the exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust order is not continuous with each other,
A throttle portion connected to the downstream end of each independent exhaust passage, and having a flow passage area at least downstream that is smaller than each upstream independent exhaust passage;
A collecting portion connected to a downstream end of the throttle portion, and the exhaust passages passing through the independent exhaust passages and the throttle portion are gathered inside;
A housing portion for housing the throttle portion and the collecting portion;
The throttle section includes one inner pipe connected so that the independent exhaust passages are close to each other, and an outer pipe fitted to the inner pipe so as to be relatively movable in the upstream and downstream directions on the upstream side. Prepared,
The gathering part is formed in a downstream part extending downstream of the outer pipe,
The inner pipe is provided so as to pass through a plurality of communication passages that allow the individual exhaust passages and the collecting portion to communicate with each other and a wall portion of the inner pipe, and between the upstream end and the downstream end of each communication passage. A plurality of communication ports for communicating the intermediate portion with a gap space formed between the inner tube and the outer tube;
When the outer tube moves to the closed position at the upstream moving end, the inner surface of the outer tube closes the communication port, the opening of the communication port is minimized, and the flow path area at the downstream end of the throttle portion is the minimum flow. On the other hand, when the outer pipe moves to the open position of the downstream moving end, the opening of the communication port is maximized, and the flow area of the throttle end downstream is the maximum flow area, By changing the amount of movement of the outer pipe in the upstream / downstream direction, the opening of the communication port is changed, and the flow passage area at the downstream end of the throttle portion can be changed,
As the flow path area at the downstream end of the throttle portion increases, a first clearance that increases along a first curve is formed between the inner surface of the outer tube and the outer surface of the inner tube. A second clearance that decreases along a second curve is formed between the outer surface and the inner surface of the housing portion;
The first curve and the second curve have an intersection where the clearance amounts of the first clearance and the second clearance become equal within a change range of the flow path area at the downstream end of the throttle portion,
The intake and exhaust of the internal combustion engine, wherein a flow path area at the downstream end of the throttle portion at an intersection of the first curve and the second curve is larger than an intermediate value between the minimum flow path area and the maximum flow path area. apparatus.
前記内管は、その外周面に、前記絞り部下流端の流路面積が最小流路面積のときに外周部で前記外管の内周面に当接する内管当接部を備える一方、
前記外管は、その外周面に、前記絞り部下流端の流路面積が最大流路面積のときに外周部で前記収容部の内周面に当接する外管当接部を備えており、
前記第1クリアランスは、前記内管当接部の外周部と前記外管の内周面とのクリアランスであり、
前記第2クリアランスは、前記外管当接部の外周部と前記収容部の内周面とのクリアランスである
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。 In claim 1,
The inner pipe includes, on its outer peripheral surface, an inner pipe contact portion that contacts the inner peripheral surface of the outer pipe at the outer peripheral portion when the flow passage area at the downstream end of the throttle portion is the minimum flow passage area.
The outer tube includes an outer tube abutting portion that abuts the inner circumferential surface of the housing portion at the outer circumferential portion when the flow channel area at the downstream end of the throttle portion is the maximum flow channel area on the outer circumferential surface,
The first clearance is a clearance between an outer peripheral portion of the inner tube contact portion and an inner peripheral surface of the outer tube,
The intake / exhaust device for an internal combustion engine, wherein the second clearance is a clearance between an outer peripheral portion of the outer tube contact portion and an inner peripheral surface of the housing portion.
前記内管当接部の外周部及び前記外管当接部の外周部は、前記絞り部軸方向断面が、前記絞り部の上流側に向かって外径が増加するように傾斜する円弧面状に形成されており、
前記内管当接部が当接する外管内周面、及び前記外管当接部が当接する収容管内周面は、それぞれ該内管当接部の外周部及び該外管当接部の外周部に気密状に当接するように該当接部を反転した円弧面形状を有している
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。 In claim 2,
The outer peripheral portion of the inner tube abutting portion and the outer peripheral portion of the outer tube abutting portion are arcuate surfaces in which the axial section of the throttle portion is inclined so that the outer diameter increases toward the upstream side of the throttle portion. Is formed,
The outer peripheral surface of the outer tube and the outer peripheral surface of the outer tube contact portion are the outer peripheral portion of the inner tube contact portion and the outer peripheral portion of the outer tube contact portion, respectively. intake and exhaust system of an internal combustion engine, characterized in that it has an arc-sectional shape obtained by inverting the abutting portion so as to abut in an airtight manner to the.
前記絞り部下流端の流路面積を変更可能な流路面積変更手段と、
前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動可能なバルブ駆動手段と、
前記流路面積変更手段および前記バルブ駆動手段を制御可能な制御手段と
をさらに備え、
前記制御手段は、
前記流路面積変更手段により、前記内燃機関の機関回転数が予め設定された基準回転数よりも高く内燃機関の負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い高速高負荷領域を少なくとも含む第1運転領域において前記絞り部下流端の流路面積を最大流路面積とさせる一方、前記内燃機関の機関回転数が前記基準回転数よりも低く内燃機関の負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い低速高負荷領域を少なくとも含む第2運転領域において、前記絞り部下流端の流路面積を最大流路面積よりも小さくさせ、
前記バルブ駆動手段により、前記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前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、前記各気筒の吸気弁および排気弁を動作させる
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。 In any one of Claim 1 thru | or 3,
Channel area changing means capable of changing the channel area of the downstream end of the throttle part;
Valve driving means capable of driving the intake valve and the exhaust valve of each cylinder;
A control means capable of controlling the flow path area changing means and the valve driving means,
The control means includes
The flow path area changing means includes at least a high-speed and high-load region in which the engine speed of the internal combustion engine is higher than a preset reference speed and the load of the internal combustion engine is higher than a preset predetermined load. In the operating region, the flow passage area at the downstream end of the throttle is set to the maximum flow passage area, while the engine speed of the internal combustion engine is lower than the reference speed and the load of the internal combustion engine is higher than a predetermined load set in advance. In the second operation region including at least a high low speed and high load region, the flow passage area at the downstream end of the throttle portion is made smaller than the maximum flow passage area,
Due to the valve driving means, the valve opening period of the intake valve and the valve opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap with each other by a predetermined overlap period, and the overlap of one cylinder is between cylinders in which the exhaust sequence is continuous. An intake / exhaust device for an internal combustion engine, wherein the intake valve and the exhaust valve of each cylinder are operated so that the period overlaps with the timing when the exhaust valve of the other cylinder is opened.
前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記第2運転領域において、前記絞り部下流端の流路面積を最小流路面積とさせる
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。 In claim 4,
The intake / exhaust device for an internal combustion engine, wherein the control means causes the flow area at the downstream end of the throttle portion to be a minimum flow area in the second operation region by the flow area changing means.
前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記内燃機関の機関回転数が低回転側にあるときにのみ前記絞り部下流端の流路面積を最小流路面積にさせる
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。 In claim 4 or claim 5,
The control means is characterized in that, by the flow path area changing means, the flow path area at the downstream end of the throttle portion is set to the minimum flow path area only when the engine speed of the internal combustion engine is on the low rotation side. An intake / exhaust device for an internal combustion engine.
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