JP2001234741A - 経路可変排気管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン高負荷時にはエンジン性能を損ねる
ことがなく、エンジン低負荷時や中負荷時には負荷に応
じて適切に消音する。 【解決手段】 エンジン回転数が低回転数域の場合、排
ガスが第１経路Ｒ１のみを通過するように開閉バルブ４
０を制御する。このときの排ガス流量は少ないため、通
過断面積の小さな第１経路Ｒ１のみを通過しても背圧上
昇のおそれはほとんどがないうえ、絞りによる消音効果
が十分に得られる。中回転数域の場合、排ガスが第２経
路Ｒ２のみを通過するように開閉バルブ４０を制御す
る。このときの排ガス流量は中程度のため、第１経路Ｒ
１よりも通過断面積の大きな第２経路Ｒ２のみを通過し
ても背圧上昇のおそれはほとんどないうえ、絞りによる
消音効果が十分に得られる。高回転数域の場合、排ガス
流量は多いため両方の通路Ｒ１，Ｒ２を通過させること
により背圧上昇を防ぎ、エンジン性能を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒装置の下流側
に配置され、排ガスの通過経路が可変な排気管に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、排ガスの通過経路が可変な排気管
としては、特開平１０−１５９５４７号公報に開示され
たものが知られている。この排気管は、エンジンと触媒
装置との間に配置されるものであり、図４に示すよう
に、第１経路ｒ１と、第２経路ｒ２と、第２経路ｒ２の
下流端開口を開閉可能な開閉バルブ１４０とを備えてい
る。第１経路ｒ１はインナパイプ１３０の内部であり、
第２経路ｒ２はアウタパイプ１２０とインナパイプ１３
０との空隙である。また、開閉バルブ１４０は、支持軸
１４１を中心として回動可能に取り付けられ、図示しな
いバネにより第２経路ｒ２の下流端開口を閉鎖するよう
に付勢されている。

【０００３】この排気管では、エンジン始動直後のよう
に排ガスの圧力が低い場合、開閉バルブ１４０は第２経
路ｒ２の下流端を閉鎖したままのため、排ガスは第１経
路ｒ１のみを通過する。この第１経路ｒ１は第２経路ｒ
２に囲まれているため断熱性が高く、したがって第１経
路ｒ１を通過する排ガスは温度低下が抑制され、触媒が
早期に活性化する。一方、排ガスの圧力が高い場合、第
２経路ｒ２の下流端を閉鎖している開閉バルブ１４０が
押し開けられる。このため、排ガスは第１経路ｒ１及び
第２経路ｒ２の両方を通過する。これにより排ガスの通
過断面積が増加するため背圧上昇を抑制できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の経路
可変排気管を触媒装置の下流側に設置することも考えら
れる。その場合、排ガスの圧力が低い場合、排ガスは第
１経路ｒ１のみを通過するため絞り効果によって効果的
に消音され、排ガスの圧力が高い場合、排ガスは第１経
路ｒ１及び第２経路ｒ２の両方を通過するため背圧上昇
を抑制できる。

【０００５】しかしながら、絞り効果に関しては、排ガ
スの流量に応じてその流量に合った最適パイプ径がある
ため、上述の経路可変排気管のように径が固定された第
１経路ｒ１では絞り効果による消音性能は流量によって
必ずしも効果的とはいえないという問題があった。

【０００６】本発明は上記問題点を解決することを課題
とするものであり、エンジン高負荷時にはエンジン性能
を損ねることがなく、エンジン低負荷時や中負荷時には
負荷に応じて適切に消音可能な経路可変排気管を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明は、触媒装置よりも下流側に配
置される排気管において、第１経路と、前記第１経路よ
りも通過断面積の大きな第２経路と、エンジン負荷を検
出する負荷検出手段と、前記第１経路及び前記第２経路
を開閉する開閉手段と、前記負荷検出手段の検出結果に
応じて前記開閉手段を制御する開閉制御手段とを備え、
前記開閉制御手段は、エンジン負荷が低負荷領域ならば
前記第１経路を開放すると共に前記第２経路を閉鎖し、
エンジン負荷が中負荷領域ならば前記第１経路を閉鎖す
ると共に前記第２経路を開放し、エンジン負荷が高負荷
領域ならば前記第１経路及び前記第２経路の両方を開放
することを特徴とする。

【０００８】本発明の排気管では、エンジン負荷が低負
荷領域ならば、排ガスは第１経路のみを通過する。この
ときの排ガス流量は少ないため、通過断面積の小さな第
１経路のみを通過しても背圧上昇のおそれはほとんどが
ないうえ、絞りによる消音効果が十分に得られる。な
お、この第１経路の通過断面積は、エンジン負荷が低負
荷領域のときの排ガス流量と絞りによる消音効果との関
係に基づいて、絞りによる消音効果が最適になるように
設定するのが好ましい。

【０００９】また、エンジン負荷が中負荷領域ならば、
排ガスは第２経路のみを通過する。このときの排ガス流
量は中程度のため、第１経路よりも通過断面積の大きな
第２経路のみを通過しても背圧上昇のおそれはほとんど
ないうえ、絞りによる消音効果が十分に得られる。本発
明では、一般的に排ガス流量の大きさに応じて絞りによ
る消音効果が最適となるときの通過断面積が変動するこ
とを考慮して、エンジン負荷が低負荷領域の場合と中負
荷領域の場合とで通過断面積を切り替え、最適化を図っ
ている。なお、この第２経路の通過断面積は、エンジン
負荷が中負荷領域のときの排ガス流量と絞りによる消音
効果との関係に基づいて、絞りによる消音効果が最適に
なるように設定するのが好ましい。

【００１０】更に、エンジン負荷が高負荷領域ならば、
排ガスは第１通路及び第２通路の両方を通過する。この
ときの排ガス流量は多いため、両方の通路を通過させる
ことにより排気抵抗を低減させ、背圧上昇を防ぎ、エン
ジン性能を向上させる。このように、本発明の排気管に
よれば、エンジン高負荷時にはエンジン性能を損ねるこ
とがなく、また、エンジン低負荷時や中負荷時には負荷
に応じて適切に消音できるという効果が得られる。

【００１１】本発明の排気管は、アウタパイプと、この
アウタパイプの内壁と空隙を形成するように設けられた
インナパイプとを備え、第１経路はインナパイプの内部
であり、第２経路はアウタパイプとインナパイプとの間
に形成された空隙としてもよい。この場合、エンジン負
荷が中負荷領域又は高負荷領域のときに排ガスは第２経
路を通過するが、第２経路はアウタパイプの周囲の外気
により冷却化されるため、第２経路を通過する排ガスは
熱膨張が少なくなって流量が減り、その分消音効果が増
すうえ、背圧の点でも有利に働く。

【００１２】本発明の排気管は、第１経路の下流端の断
面と第２経路の下流端の断面とは略同じ形状（例えば二
つ合わせると円になる半円同士）になるように形成さ
れ、開閉手段は第１経路の下流端及び第２経路の下流端
のいずれか一方を選択的に開閉する開閉弁としてもよ
い。この場合、各径路毎に個別に開閉手段を設ける必要
がないため、装置構成が簡略化される。

【００１３】本発明における負荷検出手段は、エンジン
回転数を検出するエンジン回転数検出手段であり、開閉
制御手段はエンジン回転数の高低に応じて負荷領域の高
低を決めることが好ましい。エンジン回転数は排ガス流
量と相関性が高いため、本発明の効果をより有効に得る
ことができる点で好ましいのである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の概略説
明図、図２は図１の断面図であり、図２（ａ）はＡ−Ａ
断面図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。本実施形態
の経路可変排気管１０は、主として、アウタパイプ２
０、インナパイプ３０、開閉バルブ４０、モータ４５、
エンジン回転数センサ５０、制御装置６０から構成され
ている。

【００１５】アウタパイプ２０は、経路可変排気管１０
の外観をなすものであり、断面略円形のパイプである。
このアウタパイプ２０は、触媒装置７０側からサブマフ
ラ側にかけて径が略一定である。インナパイプ３０は、
アウタパイプ２０の内部にて、上流端（触媒装置７０側
の端部）から下流端（サブマフラ側の端部）の手前にか
けて、アウタパイプ２０の内壁と空隙を形成するように
配置されている。即ち、このインナパイプ３０のうち、
上流端から下流端手前までの区間は、アウタパイプ２０
とほぼ同軸でアウタパイプ２０よりも小径の断面略円形
パイプとして形成され（以下、円形断面部３１とい
う）、下流端手前から下流端に至るまでの区間は、断面
が略円形から徐々に変化して最終的に略半円形となるよ
うに形成され（以下、徐変断面部３２という）、下流端
は、断面が略半円形となるように形成されている（以
下、半円断面部３３という）。インナパイプ３０の半円
断面部３３は、円弧部分がアウタパイプ２０の内周面と
一致するように配置され（図２（ｂ）参照）、その端面
は斜めにカットされている。アウタパイプ２０の断面か
ら半円断面部３３を差し引いた空隙の断面形状は、この
半円断面部３３と略同じ形状（半円形状）である。

【００１６】本実施形態では、インナパイプ３０の内部
を第１経路Ｒ１、アウタパイプ２０とインナパイプ３０
との空隙を第２経路Ｒ２という。図２（ａ）において、
第２経路Ｒ２の通過断面積（アウタパイプ２０とインナ
パイプ３０との空隙の断面積）は、第１経路Ｒ１の通過
断面積（インナパイプ３０の断面積）よりも大きくなる
ように設定されている。

【００１７】開閉バルブ４０は、略半円形に形成され、
インナパイプ３０の半円断面部３３を開閉可能であり、
且つ、アウタパイプ２０とインナパイプ３０の半円断面
部３３との空隙を開閉可能である。この開閉バルブ４０
は、インナパイプ３０の下流端（半円断面部３３の端部
のうち弦部分）に設けた支持軸４１を中心として回動自
在に支持されている。この支持軸４１は、モータ４５の
駆動軸と接続されている。このため、モータ４５が回転
駆動すると、支持軸４１を介して開閉バルブ４０がその
モータ回転量に応じて回動する。このモータ４５は制御
装置６０によって駆動制御される。なお、開閉バルブ４
０及びモータ４５が本発明の開閉手段に相当する。

【００１８】エンジン回転数センサ５０は、燃料噴射制
御等に使用される周知のセンサであり、エンジン回転数
信号を制御装置６０に出力するものである。なお、この
エンジン回転数センサ５０が本発明の負荷検出手段に相
当する。制御装置６０は、周知のＣＰＵ６１、ＲＯＭ６
２、ＲＡＭ６３、入出力ポート６４等により構成される
ものであり、エンジン回転数センサ５０からの検出信号
を入力し、この検出信号に応じてモータ４５に対して制
御信号を出力するものである。

【００１９】具体的には、所定タイミングごとにＣＰＵ
６１がＲＯＭ６２から開閉制御プログラム（図３参照）
を読み出し、適宜データをＲＡＭ６３に記憶しつつ、こ
のプログラムを実行する。このプログラムが開始される
と、まず、エンジン回転数センサ５０からの検出信号を
読み込み（Ｓ１００）、続いてその検出信号に基づき現
在のエンジン回転数が低回転数域、中回転数域、高回転
数域のいずれに属するかを判断する（Ｓ１１０）。具体
的には、予め低回転数域の上限の回転数Ｌ１、高回転数
域の下限の回転数Ｌ２をＲＯＭ６２に記憶しておき、現
在のエンジン回転数ＬとＬ１，Ｌ２とを比較し、Ｌ＜Ｌ
１であれば低回転数域、Ｌ＞Ｌ２であれば高回転数域、
それ以外（Ｌ１≦Ｌ≦Ｌ２）であれば中回転数域と判断
する。Ｓ１１０の判断結果が低回転数域であれば、開閉
バルブ４０が第１経路Ｒ１を開放し第２経路Ｒ２を閉鎖
するようにモータ４５を制御し（Ｓ１２０）、中回転数
域であれば、開閉バルブ４０が第１経路Ｒ１を閉鎖し第
２経路Ｒ２を開放するようにモータ４５を制御し（Ｓ１
３０）、高回転数域であれば、開閉バルブ４０が第１経
路Ｒ１及び第２経路Ｒ２の両方を開放するようにモータ
４５を制御する（Ｓ１４０）。そして、Ｓ１２０〜Ｓ１
４０のいずれかの処理を実行した後、このプログラムを
終了する。なお、制御装置６０が本発明の開閉制御手段
に相当する。また、初期状態では、開閉バルブ４０は第
１経路Ｒ１を開放し第２経路Ｒ２を閉鎖する位置に位置
決めされている。

【００２０】次に、本実施形態の経路可変排気管１０の
作用について説明する。この経路可変排気管１０の上流
端を触媒装置７０に接続し、下流端をサブマフラに接続
する。エンジンからの排ガスは触媒装置７０を経てこの
経路可変排気管１０に導入される。

【００２１】まず、アイドリング時のようにエンジン回
転数が低い場合、制御装置６０はエンジン回転数センサ
５０からの検出信号に基づいて現在のエンジン回転数が
低回転数域（エンジン負荷が低負荷領域）であると判断
し、モータ４５を介して支持軸４１を所定量回動させ、
開閉バルブ４０を図１の点線で示す位置、つまり第１経
路Ｒ１を開放し第２経路Ｒ２を閉鎖する位置に位置決め
する（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１２０）。すると、触媒
装置７０からの排ガスは、第１経路Ｒ１の上流端開口及
び第２経路Ｒ２の上流端開口からそれぞれ入り込むが、
第２経路Ｒ２の下流端開口は閉鎖されているため、排ガ
スは第２経路Ｒ２を通過することはできない。一方、第
１経路Ｒ１の下流端開口は開放されているため、第１経
路Ｒ１を通過してサブマフラへと流れていく。このとき
の排ガス流量は少ないため、通過断面積の小さな第１経
路Ｒ１のみを通過しても背圧上昇のおそれはほとんどが
ないうえ、絞りによる消音効果が十分に得られる。な
お、第１経路Ｒ１の通過断面積は、エンジン回転数が低
回転数域のとき（例えばＬ１のとき）の排ガス流量と絞
りによる消音効果との関係に基づいて、絞りによる消音
効果が最適になるように設定されている。

【００２２】また、通常走行時のようにエンジン回転数
が中程度の場合、制御装置６０はエンジン回転数センサ
５０からの検出信号に基づいて現在のエンジン回転数が
中回転数域（エンジン負荷が中負荷領域）であると判断
し、モータ４５を介して支持軸４１を所定量回動させ、
開閉バルブ４０を図１の二点鎖線で示す位置、つまり第
１経路Ｒ１を閉鎖し第２経路Ｒ２を開放する位置に位置
決めする（Ｓ１００→Ｓ１１０→Ｓ１３０）。すると、
触媒装置７０からの排ガスは、第１経路Ｒ１を通過せ
ず、第２経路Ｒ２のみを通過してサブマフラへと流れて
いく。このときの排ガス流量は中程度のため、第１経路
Ｒ１よりも通過断面積の大きな第２経路Ｒ２のみを通過
しても背圧上昇のおそれはほとんどないうえ、絞りによ
る消音効果が十分に得られる。なお、第２経路Ｒ２の通
過断面積は、エンジン回転数が中回転数域（例えばＬ１
とＬ２の中間値のとき）の排ガス流量と絞りによる消音
効果との関係に基づいて、絞りによる消音効果が最適に
なるように設定されている。

【００２３】このように、本実施形態では、一般的に排
ガス流量の大きさに応じて絞りによる消音効果が最適と
なるときの通過断面積が変動することを考慮して、エン
ジン回転数が低回転数域の場合と中回転数域の場合とで
通過断面積を切り替え、最適化を図っている。

【００２４】更に、加速走行時のようにエンジン回転数
が高い場合、制御装置６０はエンジン回転数センサ５０
からの検出信号に基づいて現在のエンジン回転数が高回
転数域であると判断し、開閉バルブ４０を図１の実線で
示す位置、つまり第１経路Ｒ１及び第２経路Ｒ２の両方
を開放する位置に位置決めする（Ｓ１００→Ｓ１１０→
Ｓ１４０）。このときの排ガス流量は多いため、両方の
通路Ｒ１，Ｒ２を通過させることにより排気抵抗を低減
させ、背圧上昇を防ぎ、エンジン性能を向上させる。

【００２５】以上のように、本実施形態の経路可変排気
管１０によれば、エンジン回転数が高い時には排気抵抗
を低減させて背圧上昇を防ぐためエンジン性能を損ねる
ことがなく、一方、エンジン回転数が低回転域や中回転
域の時にはその回転数に応じて（換言すれば排ガス流量
に応じて）適切に消音できるという効果が得られる。

【００２６】また、エンジン回転数が中回転数域又は高
回転数域のときには、排ガスは第２経路Ｒ２を通過する
が、第２経路Ｒ２はアウタパイプ２０の周囲の外気によ
り冷却化されるため、第２経路Ｒ２を通過する排ガスは
熱膨張が少なくなって流量が減り、その分消音効果が増
し、更に背圧の点でも有利に働く。

【００２７】更に、第１経路Ｒ１の下流端の断面と第２
経路Ｒ２の下流端の断面とが略同じ形状（二つ合わせる
と円になる半円同士）であるため、一つの開閉バルブ４
０で両経路Ｒ１、Ｒ２の開閉が可能であり、各経路毎に
個別に開閉バルブを設ける場合に比べて装置構成が簡略
化される。

【００２８】更にまた、制御装置６０は排ガス流量と相
関性の高いエンジン回転数の高低に応じて開閉バルブ４
０を切り替える構成のため、上記各効果をより有効に得
ることができる。尚、本発明の実施の形態は、上記実施
形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範
囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでも
ない。

【００２９】例えば、モータ４５が支持軸４１を回動さ
せることにより開閉バルブ４０を位置決めする構成とし
たが、モータ４５の代わりにソレノイドやエアシリンダ
等の他のアクチュエータを用いてもよい。また、開閉バ
ルブ４０をバネのような弾性体の付勢力によって所定位
置（例えば第１経路Ｒ１を開放し第２経路Ｒ２を閉鎖す
る位置、図１の点線で示す位置）に位置決めされるよう
にし、エンジン回転数が低回転数域の場合にはモータ４
５を駆動せずこの状態を維持し、エンジン回転数が中回
転数域の場合にはモータ４５を駆動して弾性体の付勢力
に抗して開閉バルブ４０を回動させることにより第１経
路Ｒ１を閉じ第２経路Ｒ２を開放する位置に位置決め
し、エンジン回転数が高回転数域の場合にはモータ４５
を駆動して弾性体の付勢力に抗して開閉バルブ４０を回
動させることにより第１経路Ｒ１及び第２経路Ｒ２の両
方を開放する位置に位置決めするようにしてもよい。

【００３０】更に、第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２の開閉
バルブをそれぞれ別個に設けてもよい。上記実施形態の
ように一つの開閉バルブ４０により第１経路Ｒ１と第２
経路Ｒ２の両方を開閉する場合には開閉位置において両
経路Ｒ１，Ｒ２の通過断面積を略同じにする必要がある
が、個別の開閉バルブにより第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ
２を開閉する場合にはそのような必要性がない。このた
め、第２経路Ｒ２の通過断面積を絶えず第１経路Ｒ１の
通過断面積より大きくすることができ、本発明の効果を
より有効に得ることができる。

【００３１】更にまた、上記実施形態ではエンジン回転
数に基づいてエンジン負荷の高低を判断したが、エンジ
ン回転数以外のパラメータに基づいてエンジン負荷の高
低を判断してもよい。例えば経路可変排気管１０の上流
側開口付近に圧力センサを設け、この圧力センサの検出
信号（排ガスの圧力）に基づいてエンジン負荷の高低を
判断してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態の概略説明図である。

【図２】 本実施形態の断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ
断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。

【図３】 開閉制御プログラムのフローチャートであ
る。

【図４】 従来例の概略説明図である。

【符号の説明】

１０・・・経路可変排気管、２０・・・アウタパイプ、
３０・・・インナパイプ、３１・・・円形断面部、３２
・・・徐変断面部、３３・・・半円断面部、４０・・・
開閉バルブ、４１・・・支持軸、４５・・・モータ、５
０・・・エンジン回転数センサ、６０・・・制御装置、
Ｒ１・・・第１経路、Ｒ２・・・第２経路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒装置よりも下流側に配置される排気
   管において、 第１経路と、 前記第１経路よりも通過断面積の大きな第２経路と、 エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、 前記第１経路及び前記第２経路を開閉する開閉手段と、 前記負荷検出手段の検出結果に応じて前記開閉手段を制
   御する開閉制御手段とを備え、 前記開閉制御手段は、エンジン負荷が低負荷領域ならば
   前記第１経路を開放すると共に前記第２経路を閉鎖し、
   エンジン負荷が中負荷領域ならば前記第１経路を閉鎖す
   ると共に前記第２経路を開放し、エンジン負荷が高負荷
   領域ならば前記第１経路及び前記第２経路の両方を開放
   することを特徴とする経路可変排気管。
2. 【請求項２】 請求項１記載の経路可変排気管であっ
   て、 アウタパイプと、 前記アウタパイプの内壁と空隙を形成するように設けら
   れたインナパイプとを備え、 前記第１経路は前記インナパイプの内部であり、前記第
   ２経路は前記アウタパイプと前記インナパイプとの間に
   形成された空隙である経路可変排気管。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の経路可変排気管で
   あって、 前記第１経路の下流端の断面と前記第２経路の下流端の
   断面とは略同じ形状になるように形成され、前記開閉手
   段は前記第１経路の下流端及び前記第２経路の下流端の
   いずれか一方を選択的に開閉する開閉弁である経路可変
   排気管。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の経路可
   変排気管であって、 負荷検出手段はエンジン回転数を検出するエンジン回転
   数検出手段であり、開閉制御手段はエンジン回転数の高
   低に応じて負荷領域の高低を決める経路可変排気管。