CN103906907A - 多气缸发动机的排气装置 - Google Patents

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Abstract

一种多气缸发动机的排气装置，以简单的结构便能够抑制喷吸效应下降，其包括：多条独立排气通道(52)，上游端连接于一个气缸或排气顺序不连续的多个气缸的排气口；集合部(56)，排气流通方向的下游侧逐步缩径，使通过各独立排气通道(52)后的排气流入。各独立排气通道(52)的下游端以集束在一起的状态连接于集合部(56)的上游端。集合部(56)或比集合部(56)更下游的排气通道(4)上设置有局部地阻塞排气流路的O2传感器(59)。

Description

多气缸发动机的排气装置
技术领域
本发明涉及搭载于汽车等的多气缸发动机的排气装置。
背景技术
一直以来，汽车等所搭载的多气缸发动机领域中，进行着以提高扭矩为目的的排气装置的开发。
例如，专利文献1中公开了如下技术：将排气顺序不连续的气缸的排气通道集束在一起，使之集合为越往远端而越细的排气管，以使该集合后的细窄部分具备喷吸效应(ejectoreffect)，从而防止气缸间的排气干涉。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开平04-036023号
多气缸发动机中，为了寻求扭矩的提高，抑制所述喷吸效应的下降是重要的因素之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以简单的结构便能够抑制喷吸效应下降的多气缸发动机的排气装置。
为实现所述目的，本发明是一种多气缸发动机的排气装置，所述多气缸发动机具有多个气缸，所述气缸具备能够开闭进气口的进气门及能够开闭排气口的排气门，所述多气缸发动机的排气装置包括：多条独立排气通道，上游端连接于一个气缸或排气顺序不连续的多个气缸的排气口；集合部，排气流通方向的下游侧逐步缩径，使通过所述各独立排气通道后的排气流入；其中，所述各独立排气通道的下游端以集束在一起的状态连接于所述集合部的上游端，所述集合部或比所述集合部更下游的排气通道上设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件。
本发明的上述的以及其他的目的、特征及优点，基于以下的详细记载和附图而更为明确。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的多气缸发动机的排气装置的概略结构图。
图2是图1的要部放大图。
图3是图2的要部侧视图。
图4是所述发动机的各气缸的排气门的打开期间与进气门的打开期间重叠指定的重叠期间的说明图。
图5是所述进气门及排气门的打开期间的说明图。
图6是图2的VI-VI线的剖视图。
图7是图2的VII-VII线的剖视图。
图8是将O2传感器设置在比混合管的集合部更下游的排气通道即混合管的直身部时的混合管及其周边的纵剖视图。
图9是实施方式的作用(抑制排气喷流的自激振动)的说明图。
图10是实施方式的作用(频率为1000Hz至2000Hz时的振动的振幅降低)的说明图。
图11是实施方式的作用(发动机转速为1000rpm至6000rpm时的振动的振幅的合计值减少)的说明图。
图12(a)至(d)是用于分阶段地说明引起排气喷流的自激振动的原因的图。
图13是图8的XIII-XIII线的剖视图，用于说明独立排气通道的下游端的流路面积、及从最小的流路面积减去障碍部件阻塞排气流路的面积所得的面积。
图14是将O2传感器设置在比混合管的集合部更下游的排气通道即催化剂装置的壳体的上游管部时的催化剂装置的壳体的上游管部、混合管及其周边的纵剖视图。
具体实施方式
(1)整体结构
图1是本实施方式所涉及的多气缸发动机的排气装置100的概略结构图，图2是图1的要部放大图，图3是图2的要部侧视图。
本实施方式所涉及的多气缸发动机的排气装置100具备：具有气缸盖9及气缸体(未图示)的发动机主体1、发动机控制用的ECU(Engine Controle Unit)2、连接于发动机主体1的排气歧管5、及连接于排气歧管5的催化剂装置6。
发动机主体1是直列四缸的发动机。在发动机主体1的内部，以直列排列的状态形成有分别嵌插有活塞的多个(图例中为四个)气缸12。具体而言，从图1及图2的右侧开始依次形成有第一气缸12a、第二气缸12b、第三气缸12c、第四气缸12d。在气缸盖9上针对每个气缸12设置有火花塞15，火花塞15以面临划分在活塞的上方的燃烧室的方式设置。而且，针对每个气缸12设置有向所述燃烧室内直接喷射燃料的燃料喷射阀(未图示)。
发动机主体1是四冲程发动机。如图4所示，在各气缸12a至12d中，以各自相差180℃A(曲柄角)的正时来进行火花塞15的点火，其结果，进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、排气冲程的各冲程分别以各自相差180℃A的正时来进行。本实施方式中，按照第一气缸12a→第三气缸12c→第四气缸12d→第二气缸12b的顺序来进行点火，并按照该顺序来实施各冲程。
在气缸盖9上，针对每个气缸12设置有朝向燃烧室开口的两个进气口17及两个排气口18。进气口17用于向各气缸12内导入进气。排气口18用于从各气缸12内排出排气。在各进气口17上，设置有用于开闭进气口17以连通或阻断进气口17与气缸12内部的进气门19。在各排气口18上，设置有用于开闭排气口18以连通或阻断排气口18与气缸12内部的排气门20。进气门19由气门驱动装置亦即进气门驱动机构30驱动，从而以指定的正时开闭进气口17。排气门20由气门驱动装置亦即排气门驱动机构40驱动，从而以指定的正时开闭排气口18。
进气门驱动机构30具有连结于进气门19的进气凸轮轴31及进气VVT32。进气凸轮轴31经由众所周知的链及链轮机构等动力传动机构连结于曲轴(未图示)，并伴随曲轴的旋转而旋转以驱动进气门19开闭。进气VVT32用于改变进气门19的气门正时。
进气VVT32具有与进气凸轮轴31呈同轴设置并由曲轴直接驱动的指定的被驱动轴，并改变该被驱动轴与进气凸轮轴31之间的相位差。由此，改变曲轴与进气凸轮轴31之间的相位差，改变进气门19的气门正时。
作为进气VVT32的具体结构，例如可列举液压式机构或电磁式机构等。液压式机构在所述被驱动轴与进气凸轮轴31之间具有沿周方向排列的多个液室，通过调节这些液室间的压力差，从而改变所述被驱动轴与进气凸轮轴31之间的相位差。电磁式机构在所述被驱动轴与进气凸轮轴31之间设置电磁铁，通过调节对所述电磁铁给予的电力，从而改变所述被驱动轴与进气凸轮轴31之间的相位差。进气VVT32基于由ECU2算出的进气门19的目标气门正时来改变所述相位差。进气凸轮轴31在所述相位差之下随着曲轴的旋转而旋转，以所述目标气门正时来驱动进气门19开闭。
进气通道3的下游端连接于各气缸12的进气口17。各进气通道3的上游端连接于平衡箱3a。
排气门驱动机构40具有与进气门驱动机构30同样的结构。即，排气门驱动机构40具有：连结于排气门20及曲轴的排气凸轮轴41、及通过改变该排气凸轮轴41与曲轴之间的相位差来改变排气门20的气门正时的排气VVT42。排气VVT42基于由ECU2算出的排气门20的目标气门正时来改变所述相位差。排气凸轮轴41在所述相位差之下随着曲轴的旋转而旋转，以所述目标气门正时来驱动排气门20开闭。
本实施方式中，进气VVT32及排气VVT42在分别将进气门19及排气门20的打开期间及升程量亦即气门特性保持为一定的状态下，分别改变进气门19及排气门20的打开时期及关闭时期。
本实施方式中，进气门19及排气门20的打开时期及关闭时期分别如图5所示，是指在气门的打开附近及关闭附近将去除了气门升程的梯度平缓的部分(斜坡部)的区间设为气门的打开期间时的打开开始时期及关闭结束时期。例如，当斜坡部的高度为0.4mm时，气门升程增大至0.4mm的时期或者减少至0.4mm的时期分别为打开时期及关闭时期。
(2)排气系统的结构
排气歧管5从上游侧开始依次具有独立排气通道52和混合管50，独立排气通道52有三条，混合管50连接于各独立排气通道52的下游端且使通过各独立排气通道52后的排气流入。所述混合管50在其轴芯上，从上游侧开始依次具备：越往下游侧流路面积越小的集合部56、维持所述集合部56下游端的流路面积(混合管50的最小流路面积)而朝下游侧延伸的直身部57、及越往下游侧流路面积越大的扩散器部58。
各独立排气通道52的上游端连接于各气缸12的排气口18。具体而言，一条独立排气通道(第一独立排气通道)52a的上游端连接于四个气缸12中的第一气缸12a的排气口18，其他独立排气通道(第三独立排气通道)52d的上游端连接于第四气缸12d的排气口18。另一方面，对于排气冲程不相邻亦即排气顺序不连续的第二气缸12b与第三气缸12c，基于简化结构的观点，共用的一条独立排气通道(第二独立排气通道)52b的上游端连接于排气口18。更详细而言，上游端连接于第二气缸12b的排气口18与第三气缸12c的排气口18的第二独立排气通道52b的上游侧分歧为两条通道，分歧后的一方的通道的上游端连接于第二气缸12b的排气口18，而另一方的通道的上游端连接于第三气缸12c的排气口18。
本实施方式中，与第二气缸12b及第三气缸12c对应的第二独立排气通道52b在与第二气缸12b与第三气缸12c之间、即气缸列方向上的发动机主体1的中央部分相向的位置朝向所述混合管50的集合部56延伸。另一方面，与第一气缸12a对应的第一独立排气通道52a及与第四气缸12d对应的第三独立排气通道52d分别从与第一气缸12a及第四气缸12d相向的位置开始弯曲，且朝向所述混合管50的集合部56延伸。
第一、第二、第三独立排气通道52a、52b、52d相互独立。因此，从第一气缸12a排出的排气、从第二气缸12b或第三气缸12c排出的排气、从第四气缸12d排出的排气相互独立地通过各独立排气通道52a、52b、52d而被排出到下游侧。通过各独立排气通道52a、52b、52d后的排气流入到混合管50的集合部56。
各独立排气通道52及集合部56具有如下形状。即，随着排气从各独立排气通道52高速喷出并且高速地流入到集合部56，在该高速排气的周围产生负压，所产生的混合管50内的负压作用于相邻的其他独立排气通道52及与该其他独立排气通道52连通的排气口18，基于该负压的作用，所述排气口18内的排气被吸出到下游侧(即获得喷吸效应)这样的形状。
具体而言，集合部56具有越往下游侧流路面积越小的形状，以便从各独立排气通道52排出的排气在维持高速度的状态下流向下游侧，且防止从下游侧逆流。本实施方式中，集合部56的下游端的流路面积被设定为比各独立排气通道52的下游端的流路面积的合计值小的值，以使排气的速度维持在更高的状态下。本实施方式中，集合部56具有越往下游侧直径越小的逆圆锥台形状(漏斗形状)。
如前所述，混合管50的集合部56及直身部57的下游侧的流路面积小于上游侧的流路面积。因此，排气以高速通过集合部56及直身部57。在其通过时，排气的压力及温度下降。因此，在集合部56及直身部57中，排气向外部的散热量被抑制得较小。通过直身部57后的排气流入到越往下游侧流路面积越大的扩散器部58。由此，排气的压力及温度恢复，在维持高温度的状态下通过扩散器部58后的排气被排出到下游侧的催化剂装置6。
另一方面，各独立排气通道52的下游部具有越往下游侧流路面积越小的形状，以使排气从各独立排气通道52以高速喷出至集合部56内。本实施方式中，如图6所示，各独立排气通道52a、52b、52d的上游侧部分(以虚线所示)具有大致椭圆形的截面形状，下游端(以实线所示)具有扇形的截面形状。并且，从上游侧部分越往下游侧，截面积亦即流路面积越缩小，各独立排气通道52a、52b、52d的下游端的流路面积为上游侧部分的流路面积的大致1/3。
如图7所示，独立排气通道52以呈扇形的各下游端彼此相邻且整体上形成大致圆形截面的方式集合，并连接于集合部56的上游端(参照图1、图2)。即，在与混合管50的轴芯正交的方向上的各独立排气通道52的下游端的截面形状形成为彼此相同的扇形(参照图6、图7)，且在以所述扇形集合而形成大致圆的方式将各独立排气通道52的下游端集束在一起的状态下，各独立排气通道52的下游端连接于混合管50的集合部56的上游端。
本实施方式中，至少在低速高负载区域，如图4所示，以如下方式设定气门正时：各气缸12的排气门20的打开期间与进气门19的打开期间夹着进气上止点(TDC)重叠指定的重叠期间T_O/L，且在排气顺序连续的气缸12、12之间，另一方的气缸(后续的气缸)12的排气门20在一方的气缸(先行的气缸)12的重叠期间T_O/L中开始打开。
具体而言，如图4所示，以如下方式设定气门正时：在第一气缸12a的排气门20与进气门19的重叠期间T_O/L中，第三气缸12c的排气门20打开，在第三气缸12c的排气门20与进气门19的重叠期间T_O/L中，第四气缸12d的排气门20打开，在第四气缸12d的排气门20与进气门19的重叠期间T_O/L中，第二气缸12b的排气门20打开，在第二气缸12b的排气门20与进气门19的重叠期间T_O/L中，第一气缸12a的排气门20打开。
即，进气门驱动机构30及排气门驱动机构40接收来自ECU2的控制信号，并以如下方式驱动各气缸12的进气门19及排气门20：至少在低速高负载区域，各气缸12的排气门20的打开期间与进气门19的打开期间重叠指定的重叠期间T_O/L，并且在排气顺序连续的气缸12、12之间，后续的气缸12的排气门20在先行的气缸12的重叠期间T_O/L中打开。
由此，伴随处于排气冲程中的气缸12的排气门20打开而卸压的气体从处于排气冲程中的气缸12通过独立排气通道52以高速喷出至集合部56，基于喷吸效应而在重叠期间T_O/L中的处于进气冲程中的气缸12的排气口18生成负压。因此，喷吸效应不仅涉及到重叠期间T_O/L中的处于进气冲程中的气缸12的排气口18，而且从气缸12涉及到进气口17，从而重叠期间T_O/L中的处于进气冲程中的气缸12的扫气得以进一步促进。
返回图1、图2、图3，催化剂装置6是用于净化从发动机主体1排出的排气的装置。此催化剂装置6具备催化剂主体64与收容催化剂主体64的壳体62。壳体62是与排气流通方向平行地延伸的大致圆筒状。催化剂主体64用于净化排气中的有害成分，例如含有三元催化剂，在理论空燃比的环境下发挥三元催化剂功能。
催化剂主体64被收容在壳体62的排气流通方向的中央的扩径部分中。在壳体62的上游端形成有指定的空间(壳体62的上游管部)。混合管50的扩散器部58的下游端连接于所述壳体62的上游管部。从扩散器部58排出的排气流入所述上游管部之后，流动到催化剂主体64侧。
如前所述，高温的排气从混合管50的扩散器部58排出到催化剂装置6中。因此，通过将催化剂装置6直接连接于混合管50，从而相对较高温的排气流入催化剂装置6。由此，催化剂主体64被尽早活性化，而且，可切实地维持催化剂主体64的活性状态。
本实施方式中，将包括所述独立排气通道52、所述混合管50、所述催化剂装置6的壳体62等的、从气缸12排出的排气流经的排气系统的整个通道作为排气通道，图中附上标号4来表示。
(3)本实施方式的特征
如图8所示，在比混合管50的集合部56更下游的排气通道4中，设置有O2传感器59。更具体而言，该O2传感器59被设置在比集合部56更下游的直身部57的上游端部(也参照图2、图3)。即，该O2传感器59被设置在混合管50的流路面积最小的位置。并且，该O2传感器59具有从混合管50的管壁突出到内部空间亦即排气流路的棒状的传感器部。由此，O2传感器59作为局部地阻塞混合管50的排气流路、更详细而言为局部地阻塞直身部57的排气流路的障碍部件发挥功能(也参照图6、图7)。以下，将O2传感器59称作障碍部件59来进行说明。
本实施方式中，在比混合管50的集合部56更下游的排气通道4上设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件59的理由大致如下。
图9是表示在本实施方式所涉及的发动机中，对应于曲柄角(CA)，排气歧管5的三条独立排气通道52a、52b、52d中的第一气缸12a的独立排气通道52a(第四气缸12d的独立排气通道52d也可获得同样的结果)的内部压力如何变化的说明图(发动机转速为2500rpm)。
360℃A附近的高压力是因来自本气缸(第一气缸12a)的卸压气体而在独立排气通道52a内产生的正压。并且，540℃A附近的负压是因基于从第三气缸12c流出到集合部56的卸压气体的喷吸效应而在独立排气通道52a内产生的负压，0℃A附近的负压是因基于从第四气缸12d流出到集合部56的卸压气体的喷吸效应而在独立排气通道52a内产生的负压，180℃A附近的负压是因基于从第二气缸12b流出到集合部56的卸压气体的喷吸效应而在独立排气通道52a内产生的负压。
如图所示，当在比混合管50的集合部56更下游的排气通道4上未设置局部地阻塞排气流路的障碍部件时(虚线)而因喷吸效应产生负压时，换言之，在来自其他气缸12b、12c、12d的卸压时，该气缸12a的独立排气通道52a的内部压力引起振动。基于该振动，混合管50内的负压变弱，喷吸效应下降，难以实现扭矩的提高。而且，基于该振动，NV(噪声(噪音)及颤动(振动))也恶化。与此相对，当在比混合管50的集合部56更下游的排气通道4上设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件59时(实线)，如上所述的振动得以抑制。
图10是对图9所示的负压产生时的振动进行频率分析的图(发动机转速为2500rpm)。如图所示，在频率为500Hz至8000Hz中的1000Hz至2000Hz的范围内，振动的振幅达到最大(虚线)。
图11表示在发动机转速为1000rpm至6000rpm的范围内，频率为1000Hz至2000Hz的范围的振动的振幅的合计值(overall)。如图所示，当在比混合管50的集合部56更下游的排气通道4上未设置局部地阻塞排气流路的障碍部件时(虚线)与设置有障碍部件时(实线)相比，在发动机转速为1000rpm至6000rpm的整个范围内，频率为1000Hz至2000Hz的范围的振动的振幅的合计值变大。
在来自他气缸的卸压时，该气缸的独立排气通道52的内部压力产生振动的理由虽然未必明确，但例如可考虑为如下。
图12是将日本机械学会论文集(B篇)52卷474号(昭61-2)的第508页至第513页的《超高速空气喷射中的一次流动的振动》(松尾、望月、中村)中登载的图7的一部分选出并进行了改绘的图。图中，标号256是混合管的收束部(相当于本实施方式的混合管50的集合部56)，标号252b是来自压缩机的压缩空气喷出的喷嘴(相当于本实施方式的其他气缸的独立排气通道52b)，标号252a、252d是与所述喷嘴252b相邻并连通至图外的集合体(腔室)的通道(相当于本实施方式的本气缸的独立排气通道52a、52d)。
当从所述喷嘴252b使干燥空气以3.05马赫的超高速喷出至混合管的收束部256时，喷出的喷流E因混合管内的负压的不均衡而在混合管内偏向某一侧，并接触混合管的内壁面(图12(a)的状态)。于是，在接触的一侧，喷流E的速度下降，负压变弱，由此，喷流E移动到混合管的内壁面的其他部位(经过图12(b)的状态而成为图12(c)的状态)。此次，在接触的其他侧，喷流E的速度下降，负压变弱，由此，喷流E移动到混合管的内壁面的又一部位(经过图12(d)的状态而成为图12(a)的状态)。因反复如上所述的动作，从喷嘴252b喷出的压缩空气的喷流E引起自激振动。并且，该自激振动被认为在与所述喷嘴252b相邻的通道252a、252d内，在产生负压时(喷出压缩空气时)，作为压力的振动而出现。
因此，可考虑若例如在从图12(a)的状态经过图12(b)的状态转变为图12(c)的状态时，或在从图12(c)的状态经过图12(d)的状态转变为图12(a)的状态时等，即，在压缩空气的喷流E移动到混合管的内壁面的其他部位时，妨碍其移动，则可抑制压缩空气的喷流E的自激振动。
因此，本实施方式中，如图8所示，在比混合管50的集合部56更下游的排气通道4上，设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件59。该障碍部件59被认为具有妨碍从各独立排气通道52高速喷出至混合管50的集合部56的排气喷流移动到混合管50的内壁面的其他部位以抑制自激振动的作用。
另外，当排气喷流移动到混合管50的内壁面的其他部位时，可认为排气喷流是沿着混合管50的内壁面，亦即在保持与混合管50的内壁面接触的状态下，移动到其他部位的。
图9至图11中一并表示了在比混合管50的集合部56更下游的排气通道4上设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件59时(实线)的作用。如图所示，当设置有障碍部件59时，在图9中，来自其他气缸12b、12c、12d的卸压时的本气缸12a的独立排气通道52a的内部压力的振动，即排气喷流的自激振动得以抑制。在图10中，在频率为1000Hz至2000Hz的范围内，振动的振幅得以降低。在图11中，在发动机转速为1000rpm至6000rpm的范围内，频率为1000Hz至2000Hz的范围的振动的振幅的合计值相对减少。
作为将障碍部件59设置于比集合部56更下游的排气通道4上的形态，也可视状况而如图8中的虚线所示，将障碍部件59设置于混合管50的扩散器部58中。或者，虽未图示，但也可设置在混合管50下游的催化剂装置6的壳体62的上游管部。并且，也可相对于这些形态，取代将障碍部件59设置在比集合部56更下游的排气通道4上的做法，而将障碍部件59设置在集合部56上。
图13是图8的XIII-XIII线的剖视图。图中，标号S1表示以虚线所示的独立排气通道52的下游端的流路面积。而且，图中，标注了影线的部分表示从混合管50的最小的流路面积中减去障碍部件59阻塞排气流路的面积所得的面积(有效流路面积)。图8中，最小的流路面积为混合管50的集合部56的下游端的流路面积，或者混合管50的直身部57的流路面积。在图8的情况下，由于障碍部件59设置在直身部57中(即设置在流路面积最小的位置处)，因此在图13中，对于从直身部57的流路面积(标号57的圆的面积)中减去障碍部件59阻塞排气流路的面积(空白部分的面积)所得的部分标注影线。
并且，本实施方式中，当将具有与独立排气通道52的下游端的流路面积S1相同面积的正圆的直径设为a，将具有与从直身部57的流路面积减去障碍部件59阻塞排气流路的面积所得的面积即有效流路面积(图13的影线部分)相同面积的正圆的直径设为D时，a/D为0.5至0.85。由此，如后文所详述，能够以合适的比例兼顾喷吸效应和排气喷流的自激振动的抑制效应。
(4)本实施方式的作用
本实施方式中，提供多气缸发动机的排气装置100，其具有多个气缸12a、12b、12c、12d，所述气缸12a、12b、12c、12d具备能够开闭进气口17的进气门19及能够开闭排气口18的排气门20。排气装置100具有：多条独立排气通道52a、52b、52d，上游端连接于一个气缸12a或12d或者排气顺序不连续的多个气缸12b、12c的排气口18；混合管50，使通过各独立排气通道52a、52b、52d后的排气流入。各独立排气通道52a、52b、52d的下游端以集束在一起的状态连接于混合管50的上游端。混合管50包含排气流通方向的下游侧逐步缩径的集合部56。在集合部56或比集合部56更下游的排气通道4上，设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件59。
根据本实施方式，由于通过各独立排气通道52后的排气流入到混合管50，因此在混合管50内产生负压，基于该负压，获得其他独立排气通道52的排气或者与之连通的其他气缸12的排气口18内的排气被吸出到下游侧的喷吸效应。
此外，根据本实施方式，混合管50包含排气流通方向的下游侧逐步缩径的集合部56，换言之，包含流路面积越往下游侧越小的集合部56，在该集合部56上，或者在比该集合部56更下游的排气通道4(既可为混合管50中所含的排气通道4，也可为混合管50中未含的排气通道4)上，设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件59。由此，障碍部件59妨碍从各独立排气通道52的下游端喷出的排气喷流移动到混合管50的内壁面的其他部位，由此，排气喷流的自激振动得以抑制。若排气喷流引起自激振动，则混合管50内的负压变弱，喷吸效应下降，难以实现扭矩的提高。因此，通过抑制排气喷流的自激振动，以简单的结构便能够抑制喷吸效应的下降，实现扭矩的提高。而且，通过抑制排气喷流的自激振动，NVH中的NV得以改善。
本实施方式中，设有驱动各气缸12的进气门19及排气门20的进气门驱动机构30及排气门驱动机构40，以便至少在低速高负载区域，各气缸12的排气门20的打开期间与进气门19的打开期间重叠指定的重叠期间T_O/L，并且在排气顺序连续的气缸12、12之间，后续的气缸12的排气门20在先行的气缸12的重叠期间T_O/L中打开。
由此，至少在低速高负载区域，设置有各气缸12的排气门20与进气门19均处于打开状态的重叠期间T_O/L，在排气顺序连续的气缸12、12之间，后续的气缸12的排气门20在先行的气缸12的重叠期间T_O/L中打开，因此喷吸效应涉及到重叠期间T_O/L中的先行气缸12的进气口17，由此，先行气缸12的扫气得以进一步促进，从而实现体积效率(ηV)的进一步的提高，甚而实现扭矩的进一步的提高。
本实施方式中，作为障碍部件59，兼用了O2传感器，因此无须准备专用的部件来作为障碍部件59，通过将O2传感器兼用作障碍部件59，实现部件个数的削减。而且，由于将O2传感器设置在流路面积最小的位置(直身部57)，因此能够均等地检测从所有气缸12排出的排气的氧浓度。因此，能够高精度地检测发动机的运转状态，例如能够高精度地进行执行AWS时的每个气缸12的控制。
本实施方式中，将障碍部件59设置在流路面积最小的位置(直身部57)，当将具有与各独立排气通道52的下游端的流路面积S1相同面积的正圆的直径设为a，将具有与从最小流路面积的直身部57的流路面积减去障碍部件59阻塞排气流路的面积所得的面积(有效流路面积)相同面积的正圆的直径设为D时，将a/D设为0.5至0.85。
若所述a/D小于0.5，则有效流路面积会变得过大，这意味着障碍部件59阻塞排气流路的面积过小，其结果，排气喷流的自激振动的抑制效应可能不足。另一方面，若所述a/D超过0.85，则有效流路面积会变得过小，这意味着障碍部件59阻塞排气流路的面积过大，其结果，从各独立排气通道52的下游端喷出的排气喷流的流动发生阻滞，混合管50内的负压变弱，喷吸效应可能不足。根据以上所述，通过将所述a/D设为0.5至0.85，能够以合适的比例兼顾喷吸效应和排气喷流的自激振动的抑制效应。
本实施方式的技术特征总结如下。
本实施方式公开一种多气缸发动机的排气装置，所述多气缸发动机具有多个气缸，所述气缸具备能够开闭进气口的进气门及能够开闭排气口的排气门，所述多气缸发动机的排气装置包括：多条独立排气通道，上游端连接于一个气缸或排气顺序不连续的多个气缸的排气口；集合部，排气流通方向的下游侧逐步缩径，使通过所述各独立排气通道后的排气流入；其中，所述各独立排气通道的下游端以集束在一起的状态连接于所述集合部的上游端，所述集合部或比所述集合部更下游的排气通道上设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件。
根据该结构，由于通过各独立排气通道后的排气流入到集合部，因此在集合部内产生负压，基于该负压，获得使其他独立排气通道52的排气及与之连通的其他气缸的排气口内的排气被吸出到下游侧的喷吸效应。
此外，所述集合部被设为排气流通方向的下游侧逐步缩径的形状，换言之，被设为越往下游侧其流路面积越小的形状，在该集合部上，或者在比该集合部更下游的排气通道(例如既可为包含集合部的混合管中所含的排气通道，也可为混合管中未含的排气通道)上，设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件。由此，从各独立排气通道的下游端喷出的排气喷流的自激振动得以抑制。该自激振动被认为是因为从各独立排气通道的下游端喷出的排气喷流基于包含集合部的混合管内的负压的不均衡而在混合管内偏向某一侧而接触混合管的内壁面，并且排气喷流的速度在该接触的一侧下降，负压变弱，由此，排气喷流移动到混合管的内壁面的其他部位......等动作的反复而产生的。并且，所述障碍部件被认为是具有妨碍排气喷流移动到混合管的内壁面的其他部位而抑制自激振动的作用的部件。若排气喷流引起自激振动，则集合部内(混合管内)的负压变弱，喷吸效应下降。因此，通过抑制排气喷流的自激振动，以简单的结构便能够抑制喷吸效应的下降。而且，通过抑制自激振动，NVH中的NV(噪声(噪音)及颤动(振动))得以改善。
本实施方式公开了以下技术特征：设有驱动各气缸的进气门及排气门的气门驱动装置，以便至少在低速高负载区域，所述各气缸的排气门的打开期间与进气门的打开期间重叠指定的重叠期间，并且在排气顺序连续的气缸之间，后续的气缸的排气门在先行的气缸的所述重叠期间中打开。
根据该结构，至少在低速高负载区域，设置有各气缸的排气门与进气门均处于打开状态的重叠期间，在排气顺序连续的气缸之间，后续的气缸的排气门在先行的气缸的重叠期间中打开，因此所述喷吸效应涉及到重叠期间中的先行气缸的进气口，由此，先行气缸的扫气得到进一步促进，从而实现体积效率(ηV)的进一步的提高，甚而实现扭矩的进一步的提高。
本实施方式公开了以下技术特征：所述障碍部件设置在所述集合部的下游的排气通道中紧邻该集合部的位置上。
根据该结构，障碍部件设置在流路面积最小的位置处。流路面积越小，则排气喷流的速度越上升，负压变得越强，越容易引起排气喷流的自激振动。因此，根据该结构，基于障碍部件，可有效抑制排气喷流的自激振动。
本实施方式公开了以下技术特征：所述障碍部件为O2传感器。
根据该结构，无须准备专用的部件来作为障碍部件，通过将O2传感器兼用作障碍部件，实现部件个数的削减。而且，在O2传感器设置在流路面积最小的位置的情况下(例如设置在混合管的集合部的紧下游(集合部的下游处紧邻该集合部的位置)的情形等)，能够均等地检测从所有气缸排出的排气的氧浓度。因此，能够高精度地检测发动机的运转状态，例如能够高精度地进行执行AWS(加速暖机系统)时的每个气缸的控制。
本实施方式公开了以下技术特征：所述障碍部件设置在排气通道的流路面积最小的位置，当将具有与各独立排气通道的下游端的流路面积相同面积的正圆的直径设为a，并将具有与从所述最小的流路面积减去所述障碍部件阻塞排气流路的面积所得的面积相同面积的正圆的直径设为D时，a/D为0.5至0.85。
根据该结构，能够以合适的比例兼顾喷吸效应和排气喷流的自激振动的抑制效应。若所述a/D小于0.5，则从所述最小的流路面积减去所述障碍部件阻塞排气流路的面积所得的面积会变得过大，这意味着所述障碍部件阻塞排气流路的面积过小，其结果，排气喷流的自激振动的抑制效应可能不足。若所述a/D超过0.85，则从所述最小的流路面积减去所述障碍部件阻塞排气流路的面积所得的面积会变得过小，这意味着所述障碍部件阻塞排气流路的面积过大，其结果，从各独立排气通道的下游端喷出的排气喷流的流动发生阻滞，集合部内(混合管内)的负压变弱，喷吸效应可能不足。
(5)本实施方式的变形例
混合管50既可仅包含流路面积缩小的集合部56(无直身部57及扩散器部58)，也可仅包含集合部56与流路面积扩大的扩散器部58(无直身部57)。利用具有这样的结构的混合管也可获得喷吸效应。例如，当在量产设计时因布局上的限制等而需要缩短混合管50时，也可采用仅包含集合部56的混合管或者省略了直身部而将集合部56与扩散器部58直接以平滑的曲面连接的形状的混合管等。
例如，如图14所示，当使用仅包含集合部56的混合管50时，较为理想的是，障碍部件(图例为O2传感器)59设置在混合管50的紧下游，亦即设置在集合部56的紧下游的排气通道4上。图14中，障碍部件59被设置在混合管50下游的催化剂装置6的壳体62的上游管部上。
由此，实现混合管50的排气流通方向的长度的紧凑化，进而实现排气系统整体的排气流通方向的长度的紧凑化。除此以外，障碍部件59被设置在流路面积最小的位置(集合部56的紧下游)。流路面积越小，则排气喷流的速度越上升，负压变得越强，越容易引起排气喷流的自激振动。因此，根据该结构，基于障碍部件59，可有效抑制排气喷流的自激振动。
障碍部件59的形状、数量、设置的形态等只要能够局部地阻塞排气流路，则并无特别限定，视状况适当地决定即可。作为可采用的形状，除了棒状以外，还可列举板状、网眼状等。作为可采用的设置的形态，除了突出于排气流路以外，也可跨于排气流路。而且，既可沿排气流通方向排列多个，也可以围绕排气流路的方式排列多个。而且，也可将这些形态加以组合来设置障碍部件59。
除了O2传感器以外，作为可兼用作障碍部件59的传感器类，例如可列举排气温度传感器等。
本申请基于2011年11月14日申请的日本专利申请的专利申请2011-248723号，其内容包含在本申请中。
为表述本发明，在上文中结合附图并通过实施方式对本发明进行了适当且充分的说明，但应当认识到，只要是本领域技术人员是可容易地变更及或改良上述实施方式的。因此，本领域技术人员所实施的变更形态或改良形态只要未脱离发明内容中记载的本发明的权利范围，这样的变更形态或改良形态应该解释为仍包括在发明内容中所记载的本发明的权利范围内。
产业上的可利用性
本发明在搭载于汽车等的多气缸发动机的排气装置的技术领域中，具有广泛的产业上的可利用性。

Claims (5)

1.一种多气缸发动机的排气装置，其特征在于，
所述多气缸发动机具有多个气缸，所述气缸具备能够开闭进气口的进气门及能够开闭排气口的排气门，所述多气缸发动机的排气装置包括：
多条独立排气通道，上游端连接于一个气缸或排气顺序不连续的多个气缸的排气口；
集合部，排气流通方向的下游侧逐步缩径，使通过所述各独立排气通道后的排气流入；其中，
所述各独立排气通道的下游端以集束在一起的状态连接于所述集合部的上游端，
所述集合部或比所述集合部更下游的排气通道上设置有局部地阻塞排气流路的障碍部件。
2.根据权利要求1所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于：
设有驱动各气缸的进气门及排气门的气门驱动装置，以便至少在低速高负载区域，所述各气缸的排气门的打开期间与进气门的打开期间重叠指定的重叠期间，并且在排气顺序连续的气缸之间，后续的气缸的排气门在先行的气缸的所述重叠期间中打开。
3.根据权利要求1或2所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于：
所述障碍部件设置在所述集合部的下游的排气通道中紧邻该集合部的位置上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于：
所述障碍部件为O2传感器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于：
设置有具备所述集合部的混合管，
所述障碍部件设置在所述混合管的流路面积最小的位置，
当将具有与各独立排气通道的下游端的流路面积相同面积的正圆的直径设为a，并将具有与从所述最小的流路面积减去所述障碍部件阻塞排气流路的面积所得的面积相同面积的正圆的直径设为D时，a/D为0.5至0.85。
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