CN1584304A - 多气缸发动机的排气装置及具有该装置的跨骑型车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多气缸发动机的排气装置，在车体中央附近的发动机下方安装排气控制阀时，能够较大地确保最低离地高度、油盘容量以及倾斜角，并可提高配置的自由度。本发明的多气缸发动机的排气装置具有：一端与多气缸发动机的各排气口分别连接的多个排气管，与上述各排气管的另一端连接、集合从各排气管导入的废气、并导向消音器的集合管。其特征在于，上述集合管由与上述排气管的排气通路连通的前端部、集合从上述前端部导入的废气的中间部以及进一步集合从上述中间部导入的废气的后端部构成，在上述中间部，还设有根据上述发动机的运转速度控制上述排气通路面积的排气控制手段。

Description

多气缸发动机的排气装置及具有该装置的跨骑型车辆
                              技术领域
本发明涉及根据发动机的运转状态控制排气通路面积的多气缸发动机的排气装置以及设置有该装置的跨骑型车辆。
                              背景技术
已知4冲程发动机、2冲程发动机等中，排气通过排气阀门的开闭而间歇性地被导入排气管，并在排气管内产生排气的惯性效应及脉动效应。这些效应(称为“动态效应”)随着发动机的运转状态(以转速为主)而变化。
所以，如果在发动机的某个旋转速度下最大化这个动态效应，提高体积效率，则在其他旋转速度下动态效应就相反地发生作用，体积效率明显降低。因此，存在这样的问题：如果设定排气系诸元(如排气管长度，排气管径等)，使得在高速旋转区域该动态效应为最合适，则在中速旋转区域发生扭矩显著减少(扭矩谷)的现象。
因此，提出了种种提案，通过在排气管中设置能够改变排气通路面积的排气控制阀，在体积效率降低的中低速旋转区域关闭排气控制阀减少通路面积，消除动态效应的影响来提高发动机的输出功率。
例如，日本专利公开特开昭64-15428号公报中，公开了一种排气控制装置，在四个排气管的端部，相互非同轴并且大致平行地安装有2组排气控制阀，上述排气控制阀端部的各阀轴上设有连动机构(专利文献1)。因此，当排气压力作用于各排气控制阀时，能够通过连动装置相互抵消在各排气控制阀的阀轴上产生的旋转力，减小发动机等的负担。能减小驱动排气控制阀的发动机等的动力，实现发动机等的小容量化。
日本专利公开特开2002-138828号公报中，公开了一种二轮摩托车的排气控制装置，该装置将4个排气管两个两个集成一体，再将它们集成为一个，并设置改变消音器跟前的接续管的排气通路面积，控制排气脉动的阀门机构(排气控制阀)(专利文献2)。
                              发明内容
排气管的下游侧相互非同轴且大致平行地配设有2组排气控制阀的排气控制装置，排气控制阀配置在4个排气管端部，使得从径向断面来看大致呈“田”字形状，通过2组排气控制阀来控制4个排气管的排气通路面积。因此，收容排气控制阀的壳体大型化，并不得不增多零部件的件数。
在消音器跟前设置阀门装置(排气控制阀)的排气装置，虽然配置的自由度得到改善，但是由于阀门装置(排气控制阀)离发动机有一定距离，所以不能得到用于得到动态效应的充足的气压，就提高性能而言存在改善的余地。
本发明是鉴于这样的状况而作出的，其目的在于提供一种减少零件件数，即使将排气控制阀设置在发动机的下方，其配置的自由度也较高，而且在中低速区域提高发动机性能的多气缸发动机的排气装置。
为了达到这个目的，本发明的多气缸发动机的排气装置具有：一端与多气缸发动机的各排气口分别连接的多个排气管，以及与上述各排气管的另一端连接、集合从各排气管导入的废气、并导向消音器的集合管；其特征在于，上述集合管具有与上述排气管的排气通路连通的前端部、集合从上述前端部导入的废气的中间部以及用于进一步集合从上述中间部导入的废气的后端部，在上述中间部，设置有根据上述发动机的运转状态控制上述排气通路面积的排气控制手段。
根据本发明，由于能在集合多个排气管之后进行排气控制，所以与以往的技术那样在排气管的各端部进行排气控制的情况相比，能够减少排气控制部的零件件数。此外，由于在即将把排气管集合化为一体之前进行对排气通路面积的控制，所以与以往的技术那样把排气管集合化为一体之后进行控制的情况相比，能够在得到充分气压的状态下控制排气。
对本发明的实施形态进行说明。上述前端部至少形成4个排气通路，上述中间部至少形成2个排气通路，上述后端部形成1个排气通路。利用这样的构成，能够在上述集合管中任意地形成排气通路，例如，可以构成具有所谓4-2-1类型排气通路、6-3-1类型排气通路的排气控制装置。
上述排气控制手段设置有能控制阀开度的排气控制阀，通过控制阀开度来改变上述排气通路的面积。利用此构成，则不需要以往技术中的连动装置，可以通过相对比较简单的结构来控制排气通路面积。
排气的控制是在上述集合管的上述中间部进行的。因此，能够通过一个上述排气控制阀来控制上述排气通路面积，并且还能够在得到充分气压的状态下控制排气。
上述排气控制手段具备：检测上述发动机的运转状态(旋转速度等)的检测手段，存储对应上述检测手段的输出的上述排气控制阀的(多个)控制模式(pattern)的控制图参照手段(日文：制御マツプ参照手段)，按照从上述控制图参照手段读出的控制模式、求出对应发动机状态的上述排气控制阀的开度的目标值的目标值运算手段，需要的话，具备求出上述排气控制阀的开度的当前值的当前值检测手段，以及控制上述排气控制阀的驱动手段、以使当前值接近上述目标值的比较控制手段。利用这个构成，就能够得到对应发动机旋转速度变化的最佳输出特性，同时还可以精确地控制输出特性。
本发明的效果如下所述。
本发明的排气装置可以减少排气控制部的零件件数，而且还可以省空间地配置在车辆上。结果，就可以确保最低离地高度、油盘以及倾斜角内的空间。此外，在中低速区域还可以提高发动机的性能。
                            附图说明
图1是表示将本发明的排气装置1应用于跨骑型两轮摩托车2的应用例的图。
图2是本发明的排气装置1的左视图。
图3是本发明的排气装置1的俯视图。
图4是将图2及图3所示集合管18的整体和接续管22的一部分放大显示的图。
图5是将图2及图3所示集合管18的整体和接续管22的一部分放大显示的图。
图6是图4的壳体60的水平剖视图。
图7是从正面显示图6的壳体60的图。
图8是排气控制阀52处于全开状态时，图4的B-C剖视图。
图9是排气控制阀52处于全闭状态时，图4的B-C剖视图。
图10是图4的D-D剖视图。
图11是用于说明排气控制阀52外观的俯视图。
图12是用于说明排气控制阀52外观的正面图。
图13是将本发明的排气装置应用于跨骑型两轮摩托车车体时的图3的A-A剖视图。
图14是将本发明的排气装置应用于跨骑型两轮摩托车车体时的图3的B-B剖视图。
图15是排气控制手段40的功能方框图。
图16是表示将设置有排气控制手段40的本发明的排气装置应用于两轮摩托车发动机的说明图。
图17是例示了发动机旋转速度和排气控制阀52的开度的关系的图。
图18是例示了发动机的转速和扭矩的关系的图。
                             具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施形态进行详细说明。图1是将本发明的多气缸发动机的排气装置1(以下有时也仅称为“本发明的排气装置”)应用于跨骑型车辆之一的两轮摩托车2上的一个例子。
如图1所示，两轮摩托车2具备前轮24、方向操作把手26、后轮28、覆盖吸气清净器以及燃料箱的罩壳30、驾驶座32、罩壳34，4冲程4气缸发动机10就设置在车体的中央附近。该发动机10具有从曲轴箱12向斜上前方延伸的气缸14。排气装置1从该气缸14的车辆行进方向一侧，安装成从下方包围发动机10的形态。
排气装置1的整体图示于图2及图3。图2是以排气装置1的车辆行进方向一侧为基准的左视图。图3是排气装置1的平面图。排气装置1具有：一端与多气缸发动机10(参照图1)的各排气口分别连接的多个排气管16a～16d，与各个排气管16a～16d连接、并合流各排气管16a～16d的集合管18。在集合管18的下游，分别连接有接续管22和消音器20。集合管18中，设有控制排气通路面积的排气控制手段(排气控制阀)40，这个排气控制手段40中，还装有用于覆盖其一端的受外观设计保护的盖23(图3)。
图4和图5是将图2及图3所示集合管18整体和接续管22局部扩大表示的图。集合管18是铸铁制、金属板材制或熔模(钛合金)制，与各排气管16之间通过螺栓等固定手段连接，与接续管22之间通过焊接等固定手段连接。
集合管18设有在内部形成排气通路的壳体60。图6显示将该壳体60模式化的剖视图。壳体60沿着排气的流向，按照壳体内部的排气通路的数量分别划分为前端部A、中间部B、后端部C。
前端部A中，利用隔壁43和隔板44，形成在车的宽度方向(发动机的曲轴方向)并排的4个排气通路A1～A4。具有隔壁43的壳体，由从正面展示壳体60的图7可知，相当于形成排气通路A1～A4的中空形状部件。在前端部A的前端部形成用于连接排气管的突缘66。与排气管16a～16d连接的前端部A的排气通路A1～A4的各通路，相互邻接并大致平行。并且如图7所示，排气通路A1～A4的整体略呈V字形。
如图6所示，中间部B中，利用隔板44形成在车宽度方向并排的2个排气通路B1～B2。B1是前端部的排气通路A1、A2集合化而形成的二次排气通路，B2是前端部的排气通路A3、A4集合化而形成的二次排气通路。与处于中间部的各排气通路的壳体的外周相当的轮廓是锥状体68。这个锥状体形成倾斜状，其壳体60的内径随着排气流向下游而逐渐减小。
隔板44这样制成，如图6所示，从壳体60的前端部A直至后端部C的末端附近通过壳体60的中心线。隔板与图6的纸面垂直地延伸并且与壳体内壁形成一体。也就是说，壳体60内的排气通路，在形成隔板44的范围内划分为2个排气通路B1、B2，在从隔板44末端到壳体末端(图6的区域“C”的区域)之间，2个排气通路最终合成，其与下游的接续管22连接(参照图4、图5)。
如图6和图10所示，隔板44中，为了在壳体内设置后述的排气控制阀52，形成有排气控制阀贯通壳体内所必需的切口70。该切口70由圆形的孔70a和从该孔的一部分向直径方向膨胀突出的延伸部位70b组成。
虽然排气控制手段设置在壳体的中间部B，但是如图6，图8，图9所示，在这个区域的壳体60还设有用于将排气控制阀52相对壳体进行装脱的开口部72。这个开口部的周围呈向壳体外稍稍突出的凸起状，以固定控制阀的部件。而且，在该开口部72的对面一侧的壳体的外周缘上，与壳体60一体地形成有为了支持排气控制阀52顶端部而向壳体外稍稍突出的凸起状部74。该凸起状部74形成为向车体的前进方向的右侧突出。
后端部C中，如图6所示，没有设置隔壁43和隔板44而形成单一的排气通路C1。集合管18的壳体60这样构成，由此就如图6中的箭头表示的那样，从发动机10排出的废气由排气管16a～16d导入集合管18，在集合管18内部通过前端部A的排气通路A1～A4在中间部B的排气通路B1、B2处集中为两个排气通路。集中到两个排气通路B1、B2的废气又集中到后端部C的一个排气通路C1里，通过接续管22导向消音器20。
以下，对排气控制手段40进一步进行说明。图8和图9是图4的B-C剖视图。如同这些图所示，排气控制手段主要由排气控制阀52组成。该控制阀装置具有：固定在壳体60的凸起状部76上的阀座62、贯通排气集合管(区域B，参照图6)的轴48，设置在轴48上的羽片状的翼(旋转翼)50。事先装配好排气控制阀52的构成要素使其形成一个单元。控制阀组件如图5所示，通过使阀座62用螺栓64固定于位于壳体60开口部72的螺纹孔中，向排气集合管的内侧固定。
阀座62的中心部设有向壳体60外突出的凸状部分76A，在该凸状部分76A上设有实现回转自如地支承排气控制阀52的轴48的装置。也就是说，在凸状部分76A的内周区域设置有轴承80a。该轴承80a回转自如地支承轴48。轴48一旋转，则固定在其上面的旋转翼50就相对排气通路旋转规定的角度、停止，排气通路面积变化。
排气控制阀52固定在轴48的一端上，具有作为能够围绕轴线回转的旋转部件的滑轮54。该滑轮54上卷绕有传送带56(参照图1，图5)，该传送带56与用于促使其旋转的驱动装置58(参照图1)连接。该驱动装置58由能够控制脉冲电动机等电动机的旋转角、也就是旋转翼的旋转角的旋转驱动装置组成。如图1所示，传送带56通过引导块59a，59b(参照图5)，从发动机下方的排气控制手段40被导向位于其上方的驱动装置58。
排气控制阀52的轴48，如图8，图9，图11以及图12所示，在其两端以及中间区域，一体形成地设有向轴48直径方向突起的受压板82～84。而且，在轴的两端还设有直径增大的轴端部48a、48b。各个轴端部分别构成圆形剖面，位于与阀座62相反一侧端部的轴端部48a通过轴承80b回转自如地收容在壳体60的凸起状部74的内部。符号85是塞住该轴端部的盖子。
如图11以及图12所示，螺旋轴48c从轴端部48 b向轴方向突出。如图8以及图9所示，滑轮54嵌入该螺旋轴48c，利用螺母88滑轮和螺旋轴48c得到固定。滑轮54与轴48形成一体，脉动发动机等驱动装置通过上述的传送带使轴48转动受到控制的旋转角度。符号55是螺旋弹簧，用于向轴48加压滑轮54。利用螺旋弹簧，提高轴承80a与受压板84之间的密封性。螺旋弹簧55收容在形成于阀座62的收容孔里。螺旋弹簧55的一端与阀座62抵接，另一端抵接滑轮。受压板82～84用于划分排气通路。
图13是图3的A-A剖视图，图14是图3的B-B剖视图。在这些图中，集合管18的前端部A、以及配置了排气控制手段40的中间部B都位于发动机E/G的下方，它们的下方还设有发动机罩34的虚拟线。发动机罩34的虚拟线的底部相当于该车体的最低离地高度。本发明的排气装置能够通过一个排气控制阀52来控制排气通路，因而可以减少零件件数。结果，即使在车体中央附近的发动机(E/G)的下方设置排气控制手段40，也能够充分地确保车体的最低离地高度、油盘容量、倾斜角，而能提高配置的自由度。
将这样的排气阀装配到壳体60上的过程如下：如图8所示，轴48、旋转翼50、轴承80a、阀座62、螺旋弹簧55、滑轮54和螺帽88预先相互组合成为一个单元。把这个单元固定于壳体60的时候，先使旋转翼与图10所示的延伸部位70b的位置对齐，再将轴48插入形成于壳体的圆形开口70a内。轴的顶端回转自如地收容在设置于壳体内的突起状部74内的轴承80b中，其基端回转自如地收容在突起状部76中。
接下来对排气控制阀52的回转方向(开闭方向)进行说明。图8所示的状态是排气控制阀52处于对排气通路的全开状态(与排气流相平行)，从这个状态将轴48旋转90度，如图9所示的排气阀相对排气通路成为全闭状态。从全开状态转换至全闭状态，只要将排气控制阀的旋转翼50如图10所示那样，向顺时针方向转动。该图中，以实线表示位于全开位置52a与全闭位置52b之间某时刻的排气控制阀52的位置。
排气控制阀52处于全开状态时(图10的52a)，排气几乎毫无阻力地顺着图中箭头方向流过形成于排气阀的旋转翼50和壳体60间的间隙。排气控制阀52处于全闭状态时(图10的52b)，旋转翼50对排气流成为阻力，与排气控制阀52的开度对应的负压波向与箭头相反的方向反射。但是，即使处于全闭状态，在排气控制阀52b与壳体60之间供废气通过的空间还是得到确保。
接下来对排气控制阀52的开度控制进行说明。图15是构成排气控制手段的一部分的控制电路的功能块图。该控制电路由微型电脑、传感器、上述的脉动发动机、脉动发动机的驱动器构成。微型电脑具有用于控制的存储器和主运算装置。
控制电路具有发动机负荷检测手段126A、用于检测发动机旋转速度N的发动机旋转速度检测手段128A、存储排气控制阀52多个控制方式的控制图参照手段(日文：制御マツプ参照手段)134A、根据控制方式求出相对发动机旋转速度的排气控制阀52开度θ的目标值的目标值运算手段132A、排气控制阀52的开度θ的当前值检测手段124A、目标值与当前值的比较手段132B。132B的输出提供给发动机的驱动电路138。通过这个电路，来反馈控制排气控制阀的阀开度。阀的开度可以根据脉动发动机的输出值进行检测或控制。
图16是表示将排气控制电路应用于两轮摩托车发动机的例子的说明图。排气控制管16a～16b分别与排气阀104的排气口相连接，其下游部与集合管18相连接。排气控制阀52安装在该集合管18上。
该排气控制阀52在全闭状态(图9)时将排气通路面积缩小为约1/4。该排气控制阀52的阀开度由作为驱动装置的脉动发动机(步进发动机)122通过上述的传送带56设定。
与速度传感器128检测出的发动机的旋转速度N以及脉动发动机的回转式编码器124检测出的排气控制阀52的开度的值θ相对应的脉冲值通过A/D变换器、接口130输入到主运算装置132。检测符号126A的发动机负荷状态的手段例如是传感器。
CPU132按照这些传感器检测的发动机的运转状态，控制排气控制阀52、也就是排气通路面积，以使得发动机的运转处于最佳的输出特性。也就是说，预先将对应发动机运转状态的排气控制阀52的最佳控制模式作为ROM134的控制影像(控制影像参照手段134A)存储下来，然后由利用CPU132实现的目标值运算手段132A根据发动机旋转速度N等运转状态来选择最佳的控制模式。基于该控制模式，就可以求得为达到最适于那时发动机运转状态的排气通路面积的，与阀开度相当的发动机的旋转目标角度目标值θ。表示发动机运转状态的其他指标，还包含如图16所示的氧气传感器126的检测值。符号102是吸气阀。
如图8及图9所示，由于滑轮54固定在阀轴的轴端部48b、48c上，发动机122通过传送带56使滑轮旋转，这样就可以调整排气通路面积。例如，按照速度传感器128检测出的发动机的旋转速度，在容积效率恶化的旋转速度区域则向关闭方向控制排气控制阀52，在其他旋转速度区域则控制将阀打开。于是，在设定了排气管16的直径和长度等以提高在高速区域的容积效率的情况下，控制电路就驱动发动机122以关闭排气控制阀52。
图17表示发动机的旋转速度和排气控制阀52的开度的关系。在该图中，排气控制阀52的开度是0°的时候，排气控制阀52处于全闭状态，而排气控制阀52的开度是90°的时候，排气控制阀52处于全开状态。但是，为了防止发动机发动之后扭矩的急剧上升，如图17中虚线所示，调整在发动机低速区域的排气控制阀52的开度。
图18表示的是根据图17的控制特性控制排气控制阀52的开度时发动机的旋转速度和扭矩的关系。在该图中，实线a表示使用本发明的排气装置进行排气控制，虚线b作为比较例，表示没有进行排气控制的情况。由该图也可知，进行排气控制(a)时，利用本发明，与不进行排气控制的情况相比较，能够抑制在中低速区域的容积效率的低下(扭矩谷的发生)。
以上，对就集合管18的前端部A-中间部B-后端部C而言，排气通路的数量分别为4-2-1类型的排气装置进行了说明。通过增设隔壁43和隔板44，也可应用于6-3-1类型的排气装置。
符号的说明
2-排气装置、16a～16d-排气管、18-集合管、20-消音器、22-接续管、40-排气控制部、43-隔壁、44-隔板、52-排气控制阀、60-壳体、A-前端部、B-中间部、C-后端部

Claims (9)

1、一种多气缸发动机的排气装置，具备：一端与多气缸发动机的各排气口分别连接的多个排气管，与上述各排气管的另一端连接、集合从各排气管导入的废气、导向消音器的集合管；其特征在于，
所述集合管具有：
与所述排气管的排气通路连通的前端部、
集合从所述前端部导入的废气的中间部、
用于进一步集合从所述中间部导入的废气的后端部，
在所述中间部，还设有根据所述发动机的运转状态控制所述排气通路面积的排气控制手段。
2、如权利要求1所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于，所述前端部至少形成有4个排气通路。
3、如权利要求2所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于，所述中间部至少形成有2个排气通路。
4、如权利要求3所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于，所述后端部形成有1个排气通路。
5、如权利要求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，所述排气控制手段设置有改变所述排气通路面积的排气控制阀。
6、如权利要求5所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于，所述排气通路面积由一个所述排气控制阀来控制。
7、如权利要求5所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于，所述排气控制手段具备：
检测所述发动机的运转状态的检测手段，
存储所述排气控制阀的控制模式的控制图参照手段，
根据从所述控制图参照手段读出的控制模式，求出相对发动机运转状态检测值的所述排气控制阀的开度的目标值的目标值运算手段。
8、如权利要求1至7中任一项所述的多气缸发动机的排气装置，其特征在于，所述排气控制手段配置于所述发动机的曲柄箱的下方。
9、跨骑型车辆，其特征在于，具有如权利要求1至8中任一项所述的多气缸发动机的排气装置。
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