JP2001164934A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents
内燃機関の排気装置Info
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃機関の熱効率を向上させる排気装置を提
供することである。 【解決手段】 複数の排気通路を統合した２以上の集合
管を連通管で連結した。連通管の内径を集合管の内径の
２０〜１００％に設定した。連通管にバルブを設けた。
機関回転数と機関負荷とをパラメータとした制御機構に
より機関回転数が定格回転数に達していないときには前
記バルブを閉じ、また、定格回転数に達しているときに
は前記バルブを開くように前記バルブの開閉を制御可能
にした。
供することである。 【解決手段】 複数の排気通路を統合した２以上の集合
管を連通管で連結した。連通管の内径を集合管の内径の
２０〜１００％に設定した。連通管にバルブを設けた。
機関回転数と機関負荷とをパラメータとした制御機構に
より機関回転数が定格回転数に達していないときには前
記バルブを閉じ、また、定格回転数に達しているときに
は前記バルブを開くように前記バルブの開閉を制御可能
にした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数気筒を備え、
これら各気筒に接続された各排気通路を２以上の集合管
のいずれかに接続して構成された排気管を備えた内燃機
関の排気装置に関するものである。
これら各気筒に接続された各排気通路を２以上の集合管
のいずれかに接続して構成された排気管を備えた内燃機
関の排気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】複数気筒を備えた内燃機関の排気装置で
は、各気筒に接続された複数の排気通路を２以上の集合
管に接続し、この集合管を過給機のタービンへ接続させ
ている。
は、各気筒に接続された複数の排気通路を２以上の集合
管に接続し、この集合管を過給機のタービンへ接続させ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この従来の内燃機関の
排気装置は、機関の特に定格運転時の熱効率において改
善の余地がある。
排気装置は、機関の特に定格運転時の熱効率において改
善の余地がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明では、複数の排気通路を統合した２以
上の集合管を連通管で連結した。請求項２の発明では、
請求項１の発明の内燃機関の排気装置において、連通管
の内径を集合管の内径の２０〜１００％に設定した。請
求項３の発明では、請求項１又は請求項２の発明の内燃
機関の排気装置において、連通管にバルブを設けた。請
求項４の発明では、請求項３の発明の内燃機関の排気装
置において、機関回転数と機関負荷とをパラメータとし
た制御機構により機関回転数が定格回転数に達していな
いときには前記バルブを閉じ、また、定格回転数に達し
ているときには前記バルブを開くように前記バルブの開
閉を制御可能にした。
に請求項１の発明では、複数の排気通路を統合した２以
上の集合管を連通管で連結した。請求項２の発明では、
請求項１の発明の内燃機関の排気装置において、連通管
の内径を集合管の内径の２０〜１００％に設定した。請
求項３の発明では、請求項１又は請求項２の発明の内燃
機関の排気装置において、連通管にバルブを設けた。請
求項４の発明では、請求項３の発明の内燃機関の排気装
置において、機関回転数と機関負荷とをパラメータとし
た制御機構により機関回転数が定格回転数に達していな
いときには前記バルブを閉じ、また、定格回転数に達し
ているときには前記バルブを開くように前記バルブの開
閉を制御可能にした。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１は請求項１の発明の内燃機関
の排気装置１００の系統図である。図１において排気装
置１００は、Ｉ〜VIの６つの気筒を有する機関２と過給
機１とを備えている。
の排気装置１００の系統図である。図１において排気装
置１００は、Ｉ〜VIの６つの気筒を有する機関２と過給
機１とを備えている。
【０００６】気筒Ｉ〜IIIには、それぞれ排気通路４〜
６の一端が接続されている。排気通路４〜６の他端は、
集合管１０と接続されている。集合管１０は、過給機１
のタービン１ａと接続されている。同様に気筒IV〜VIに
は、それぞれ排気通路７〜９の一端が接続されており、
排気通路７〜９の他端は集合管１１と接続され、集合管
１１はタービン１ａと接続されている。集合管１０と集
合管１１とは、連通管１２で接続されている。図１にお
いて、排気通路４〜９，集合管１０，１１及び連通管１
２により排気装置１００の排気管が構成されている。集
合管１０又は１１から排気ガスが供給されたタービン１
ａは、各気筒I〜VIへ送る空気をコンプレッサ１ｂで圧
縮する。
６の一端が接続されている。排気通路４〜６の他端は、
集合管１０と接続されている。集合管１０は、過給機１
のタービン１ａと接続されている。同様に気筒IV〜VIに
は、それぞれ排気通路７〜９の一端が接続されており、
排気通路７〜９の他端は集合管１１と接続され、集合管
１１はタービン１ａと接続されている。集合管１０と集
合管１１とは、連通管１２で接続されている。図１にお
いて、排気通路４〜９，集合管１０，１１及び連通管１
２により排気装置１００の排気管が構成されている。集
合管１０又は１１から排気ガスが供給されたタービン１
ａは、各気筒I〜VIへ送る空気をコンプレッサ１ｂで圧
縮する。
【０００７】図２は、請求項１の発明の別の内燃機関の
排気装置２００の系統図である。図２においては、気筒
Ｉ，IV，Vがそれぞれ排気通路４，７，８により集合管
１０と接続されており、また、気筒II，III，VIがそれ
ぞれ排気通路５，６，９により集合管１１と接続されて
いる。集合管１０と集合管１１は、それぞれ過給機１の
タービン１ａに接続されており、また、集合管１０と集
合管１１とは、連通管１３で接続されている。図２にお
いて、排気通路４〜９，集合管１０，１１及び連通管１
３により排気装置２００の排気管が構成されている。
排気装置２００の系統図である。図２においては、気筒
Ｉ，IV，Vがそれぞれ排気通路４，７，８により集合管
１０と接続されており、また、気筒II，III，VIがそれ
ぞれ排気通路５，６，９により集合管１１と接続されて
いる。集合管１０と集合管１１は、それぞれ過給機１の
タービン１ａに接続されており、また、集合管１０と集
合管１１とは、連通管１３で接続されている。図２にお
いて、排気通路４〜９，集合管１０，１１及び連通管１
３により排気装置２００の排気管が構成されている。
【０００８】図５は、図１及び図２の排気管内の圧力波
形の変化を示したグラフである。図５において縦軸には
圧力をとり、横軸にはクランク角度をとっている。図５
において波形Ａは図１及び図２の集合管１０のＡ点にお
ける波形を示しており、波形Ｂは、同じく集合管１１の
Ｂ点における波形を示している。
形の変化を示したグラフである。図５において縦軸には
圧力をとり、横軸にはクランク角度をとっている。図５
において波形Ａは図１及び図２の集合管１０のＡ点にお
ける波形を示しており、波形Ｂは、同じく集合管１１の
Ｂ点における波形を示している。
【０００９】波形Ｃは、連通管１２（図１）又は連通管
１３（図２）で集合管１０と集合管１１とを連結した際
の波形を示している。
１３（図２）で集合管１０と集合管１１とを連結した際
の波形を示している。
【００１０】図５に示すように、波形Ａと波形Ｂとは位
相が約１２０度ずれており、したがって波形Ｃは波形
Ａ，Ｂが互いに相殺されて凹凸が少なくなっている。す
なわち、連結管１２（図１）又は連結管１３（図２）を
設けると換気圧力の変動が小さくなる。
相が約１２０度ずれており、したがって波形Ｃは波形
Ａ，Ｂが互いに相殺されて凹凸が少なくなっている。す
なわち、連結管１２（図１）又は連結管１３（図２）を
設けると換気圧力の変動が小さくなる。
【００１１】図７は、縦軸に筒内圧力Ｐ，横軸に体積Ｖ
をとった定格運転時のＰＶ線図である。図８は、図７の
ＰＶ線図の低圧領域を拡大したＰＶ線図である。図８に
おいて、排気装置１００，２００に連通管１２，１３を
設けない場合のＰＶ線図は実線で示しており、排気装置
１００，２００に連通管１２，１３を設けた場合のＰＶ
線図は太線で示している。
をとった定格運転時のＰＶ線図である。図８は、図７の
ＰＶ線図の低圧領域を拡大したＰＶ線図である。図８に
おいて、排気装置１００，２００に連通管１２，１３を
設けない場合のＰＶ線図は実線で示しており、排気装置
１００，２００に連通管１２，１３を設けた場合のＰＶ
線図は太線で示している。
【００１２】図８に示すように、連通管１２又は連通管
１３を設けない場合における右上がりの斜線によるハッ
チングを施したマイナスの仕事（負荷がかかっている）
の領域が連通管１２又は連通管１３を設けた場合におけ
る右上がりと左上がりの斜線のハッチングが交差してい
る領域よりも広くなっている。また、プラスの仕事領域
については、連通管１２，１３を設けない場合の実線で
囲われた部分が連通管１２，１３を設けた場合の太線で
囲われた部分よりも狭くなっている。つまり、これは連
通管１２又は連通管１３を設けた方が熱効率がよいこと
を示している。
１３を設けない場合における右上がりの斜線によるハッ
チングを施したマイナスの仕事（負荷がかかっている）
の領域が連通管１２又は連通管１３を設けた場合におけ
る右上がりと左上がりの斜線のハッチングが交差してい
る領域よりも広くなっている。また、プラスの仕事領域
については、連通管１２，１３を設けない場合の実線で
囲われた部分が連通管１２，１３を設けた場合の太線で
囲われた部分よりも狭くなっている。つまり、これは連
通管１２又は連通管１３を設けた方が熱効率がよいこと
を示している。
【００１３】図３は、図１の排気装置１００の連通管１
２にバルブ１５を設けた排気装置３００の系統図であ
る。排気装置３００では、バルブ１５を設けた以外の構
成は排気装置１００の構成と同じである。
２にバルブ１５を設けた排気装置３００の系統図であ
る。排気装置３００では、バルブ１５を設けた以外の構
成は排気装置１００の構成と同じである。
【００１４】図４は、図２の排気装置２００の連通管１
３にバルブ１６を設けた排気装置４００の系統図であ
る。排気装置４００では、バルブ１６を設けた以外の構
成は排気装置２００の構成と同じである。以下、排気装
置３００を例に挙げて説明するが、排気装置４００にお
いても排気装置３００と同じ効果を奏する。
３にバルブ１６を設けた排気装置４００の系統図であ
る。排気装置４００では、バルブ１６を設けた以外の構
成は排気装置２００の構成と同じである。以下、排気装
置３００を例に挙げて説明するが、排気装置４００にお
いても排気装置３００と同じ効果を奏する。
【００１５】図３のバルブ１５は、基本的には機関２の
機関回転数が定格回転数に達していないとき（始動時，
アイドル回転時及び加速時）には閉じ、機関回転数が定
格回転数に達したら開く。ここでバルブ１５は手動で開
閉させてもよいが、機関回転数と機関負荷とをパラメー
タとしたＰＩＤ制御を行い、自動制御により開度調整す
るのが好ましい。
機関回転数が定格回転数に達していないとき（始動時，
アイドル回転時及び加速時）には閉じ、機関回転数が定
格回転数に達したら開く。ここでバルブ１５は手動で開
閉させてもよいが、機関回転数と機関負荷とをパラメー
タとしたＰＩＤ制御を行い、自動制御により開度調整す
るのが好ましい。
【００１６】ＰＩＤ制御は、図示しない機関回転数検出
装置と機関負荷検出装置（ラック位置検出装置、ブース
ト圧検出装置等）から検出された検出値を図示しない記
憶装置に記憶させる。
装置と機関負荷検出装置（ラック位置検出装置、ブース
ト圧検出装置等）から検出された検出値を図示しない記
憶装置に記憶させる。
【００１７】図示しないＣＰＵがこの記憶装置に記憶さ
れた検出値を読取り、ガス交換損失が小さくなるように
（詳しくは後述する図６で縦軸の数値が大きくなるよう
に）、かつ、排気干渉が良好になるように（図６で横軸
の数値が小さくなるように）運転状態に応じてＰＩＤ制
御によりバルブ１５の開度を調整するのが好ましい。
れた検出値を読取り、ガス交換損失が小さくなるように
（詳しくは後述する図６で縦軸の数値が大きくなるよう
に）、かつ、排気干渉が良好になるように（図６で横軸
の数値が小さくなるように）運転状態に応じてＰＩＤ制
御によりバルブ１５の開度を調整するのが好ましい。
【００１８】図６は、排気装置１００に連通管１２を設
けない場合、及び設けた際の連通管１２の内径の大きさ
の違いが、機関２（図１）の運転に与える影響をグラフ
化したものである。縦軸には気筒内のガス交換時の平均
有効圧（ガス交換時の仕事量を筒内の行程容積で除算し
た値）をとり、縦軸方向にはガスの交換損失の少なさを
比較することができる。縦軸の数値が大きくなるほどガ
ス交換が良好に行われ、好ましい。
けない場合、及び設けた際の連通管１２の内径の大きさ
の違いが、機関２（図１）の運転に与える影響をグラフ
化したものである。縦軸には気筒内のガス交換時の平均
有効圧（ガス交換時の仕事量を筒内の行程容積で除算し
た値）をとり、縦軸方向にはガスの交換損失の少なさを
比較することができる。縦軸の数値が大きくなるほどガ
ス交換が良好に行われ、好ましい。
【００１９】横軸には筒内において既燃ガスが占める割
合をとってある。横軸方向には、排気干渉の度合い（他
シリンダからの排気ガスが逆流して流入してくることに
よる影響を指数化したもの）を比較することができ、こ
れは数値が小さいほど好ましい。
合をとってある。横軸方向には、排気干渉の度合い（他
シリンダからの排気ガスが逆流して流入してくることに
よる影響を指数化したもの）を比較することができ、こ
れは数値が小さいほど好ましい。
【００２０】図６のグラフから、集合管１０の内径に対
する連通管１２の内径の割合が０．３３付近でガス交換
損失の少なさが良好となっており、排気干渉の度合いも
比較的良好な状態を保っている。図６に示すように、連
通管１２の内径を集合管１０の内径の２０〜１００％に
設定すると、ガス交換損失の少なさと排気干渉の度合い
の両方が良好になる。
する連通管１２の内径の割合が０．３３付近でガス交換
損失の少なさが良好となっており、排気干渉の度合いも
比較的良好な状態を保っている。図６に示すように、連
通管１２の内径を集合管１０の内径の２０〜１００％に
設定すると、ガス交換損失の少なさと排気干渉の度合い
の両方が良好になる。
【００２１】図３のバルブ１５及び図４のバルブ１６の
開度を調整することにより、集合管の内径に対する連通
管の内径の割合の値を変化させることができる。したが
って、機関の始動時においてはバルブ１５又は１６を全
閉にすることにより排気管内を伝達する排気の脈動によ
りタービン１ａを回転させ、熱効率を向上させることが
できる。また、定格運転時においては、バルブ１５又は
１６を全開にすることにより、熱効率を向上させること
ができる。
開度を調整することにより、集合管の内径に対する連通
管の内径の割合の値を変化させることができる。したが
って、機関の始動時においてはバルブ１５又は１６を全
閉にすることにより排気管内を伝達する排気の脈動によ
りタービン１ａを回転させ、熱効率を向上させることが
できる。また、定格運転時においては、バルブ１５又は
１６を全開にすることにより、熱効率を向上させること
ができる。
【００２２】連通管１２は、集合管１０，１１をいずれ
の場所で接続しても同様な効果が得られ、接続し易い位
置で接続すればよいが、タービン１ａの近傍で接続する
のが好ましい。
の場所で接続しても同様な効果が得られ、接続し易い位
置で接続すればよいが、タービン１ａの近傍で接続する
のが好ましい。
【００２３】
【発明の効果】請求項１の発明の内燃機関の排気装置１
００又は２００では、集合管１０と集合管１１とを連通
管１２又は１３で連結したので、機関２の定格回転数で
の運転時において、ガス交換が良好に行われ、かつ、排
気干渉の影響を小さく保つことができ、熱効率の向上を
期待することができる。
００又は２００では、集合管１０と集合管１１とを連通
管１２又は１３で連結したので、機関２の定格回転数で
の運転時において、ガス交換が良好に行われ、かつ、排
気干渉の影響を小さく保つことができ、熱効率の向上を
期待することができる。
【００２４】請求項２の発明の内燃機関の排気装置１０
０又は２００では、連通管１２又は１３の内径を集合管
１０，１１の内径の２０〜１００％に設定したので、請
求項１の発明より確実に熱効率の向上を期待することが
できる。
０又は２００では、連通管１２又は１３の内径を集合管
１０，１１の内径の２０〜１００％に設定したので、請
求項１の発明より確実に熱効率の向上を期待することが
できる。
【００２５】請求項３の発明の内燃機関の排気装置３０
０又は４００では、連通管１２又は１３にバルブ１５又
は１６を設けることにより、始動時や機関回転数が定格
回転数に達していないとき（アイドル回転時，加速時
等）又は機関負荷が小さいときはバルブ１５又は１６の
開度を小さくすることにより、燃焼の脈動によりタービ
ン１ａを回転させることができ、熱効率を向上させるこ
とができる。また、機関回転数が定格回転数に達すると
バルブ１５又は１６を開き、請求項１及び請求項２と同
様の効果を奏することができる。
０又は４００では、連通管１２又は１３にバルブ１５又
は１６を設けることにより、始動時や機関回転数が定格
回転数に達していないとき（アイドル回転時，加速時
等）又は機関負荷が小さいときはバルブ１５又は１６の
開度を小さくすることにより、燃焼の脈動によりタービ
ン１ａを回転させることができ、熱効率を向上させるこ
とができる。また、機関回転数が定格回転数に達すると
バルブ１５又は１６を開き、請求項１及び請求項２と同
様の効果を奏することができる。
【００２６】請求項４の発明では、機関回転数と機関負
荷とをパラメータとする制御機構を設けたので、バルブ
１５又は１６の開度を自動的に調整することができる。
バルブ１５の開度調整を行うことにより、機関２の運転
状況（機関回転数，機関負荷の大きさ）に応じて熱効率
を向上させた運転を行うことができる。
荷とをパラメータとする制御機構を設けたので、バルブ
１５又は１６の開度を自動的に調整することができる。
バルブ１５の開度調整を行うことにより、機関２の運転
状況（機関回転数，機関負荷の大きさ）に応じて熱効率
を向上させた運転を行うことができる。
【図１】 請求項１の発明の内燃機関の排気装置の系統
図である。
図である。
【図２】 請求項１の発明の別の内燃機関の排気装置の
系統図である。
系統図である。
【図３】 図１の排気装置の連通管にバルブを設けた排
気装置の系統図である。
気装置の系統図である。
【図４】 図２の排気装置の連通管にバルブを設けた排
気装置の系統図である。
気装置の系統図である。
【図５】 図１及び図２の排気管内の圧力波形の変化を
示したグラフである。
示したグラフである。
【図６】 排気装置に連通管を設けない場合、及び設け
た際の連通管の内径の大きさの違いが、機関（図１）の
運転に与える影響をグラフ化したものである。
た際の連通管の内径の大きさの違いが、機関（図１）の
運転に与える影響をグラフ化したものである。
【図７】 機関の定格運転時のＰＶ線図である。
【図８】 図７のＰＶ線図の低圧領域を拡大したＰＶ線
図である。
図である。
１ 過給機 ２ 機関 ４〜９ 排気通路 １０，１１ 集合管 １２、１３ 連通管 １５，１６ バルブ
Claims (4)
- 【請求項１】 複数の排気通路を統合した２以上の集合
管を連通管で連結したことを特徴とする内燃機関の排気
装置。 - 【請求項２】 連通管の内径を集合管の内径の２０〜１
００％に設定した請求項１に記載の内燃機関の排気装
置。 - 【請求項３】 連通管にバルブを設けた請求項１又は請
求項２に記載の内燃機関の排気装置。 - 【請求項４】 機関回転数と機関負荷とをパラメータと
した制御機構により機関回転数が定格回転数に達してい
ないときには前記バルブを閉じ、また、定格回転数に達
しているときには前記バルブを開くように前記バルブの
開閉を制御可能にした請求項３に記載の内燃機関の排気
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35289099A JP2001164934A (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 内燃機関の排気装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35289099A JP2001164934A (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 内燃機関の排気装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001164934A true JP2001164934A (ja) | 2001-06-19 |
Family
ID=18427159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35289099A Pending JP2001164934A (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 内燃機関の排気装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001164934A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008038657A (ja) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Yanmar Co Ltd | 過給機付内燃機関の排気制御方法 |
| CN102498275A (zh) * | 2009-09-08 | 2012-06-13 | 株式会社丰田自动织机 | 带增压器的内燃机 |
| JP2015083822A (ja) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | ヤンマー株式会社 | エンジン |
| WO2015060321A1 (ja) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | ヤンマー株式会社 | エンジン |
| EP3009630B1 (en) * | 2013-06-11 | 2022-12-14 | Yanmar Power Technology Co., Ltd. | Engine |
-
1999
- 1999-12-13 JP JP35289099A patent/JP2001164934A/ja active Pending
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