JP2004211639A

JP2004211639A - 排気マニホールド

Info

Publication number: JP2004211639A
Application number: JP2003001364A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Tokuo; 信行徳王
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】エンジンの低回転域では排気干渉を防止し、中高回転域では排圧の上昇を防止する排気マニホールドの提供を目的とする
【解決手段】エンジン１の排気マニホールド２に、各気筒の排気ポートと連通する排気通路５、６、７、８の集合部１４の下流近傍の径を変化させる内径絞り手段（可変絞り弁３）と、エンジン１の運転状態に応じて前記内径絞り手段による内径絞り率を制御する内径絞り制御手段とを設け、前記排気通路１９の前記内径絞り手段と対峙する位置にＯ_２センサー４を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気マニホールドの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多気筒エンジンにおいて、例えば４気筒エンジンの各排気ポートからの排気ガスを一箇所で合流させる（４−１集合）と、排気ガス流が合流する際に生じる排気干渉によって低回転域のトルクが低下するという問題があった。
【０００３】
そこで、上記の排気干渉を緩和するための方法として、まず点火順序が連続しない気筒の排気ガスを合流させて、次の段階で一つにまとめる（４−２−１集合）構成が知られている。
【０００４】
特許文献１には、排気通路中に仕切り部材を設けることで上記の２段階の合流と同様の効果が得られる構成が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６４９３７号公報
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、低回転域のおいては排気干渉を緩和して、トルクの低下を防止できるものの、中高速域では排圧が上昇するためポンピングロスが大きくなり、出力が低下してしまう。
【０００７】
そこで本願発明は、低回転域では排気干渉を防止し、中高回転域では排圧の上昇を防止する排気マニホールドの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気マニホールドは、各気筒の排気ポートと連通する排気通路の集合部の下流近傍の径を変化させる内径絞り手段と、エンジンの運転状態に応じて前記内径絞り手段による内径絞り率を制御する内径絞り制御手段と、前記排気通路の軸心に対して、前記内径絞り手段と略対称の位置に設けたＯ_２センサーとを有する。
【０００９】
【作用・効果】
本発明によれば、排気流の合流部の内径を運転状態に応じて制御できるので、例えば排気干渉が問題となる低回転域では排気通路の集合部下流近傍の排気通路断面積を小さくすることで、排気ガスの流速が高まり排気干渉が緩和される。また、排圧の上昇が問題となる中高回転域では排気通路の集合部下流近傍の排気通路断面積を大きくすることで、排圧の上昇を抑えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本実施形態の構成を表しており、排気マニホールド２は、エンジン１の排気ポート１５〜１８にそれぞれ連通している排気通路５〜８が集合部１４で集合して排気通路１９となっている。
【００１２】
排気通路１９の集合部１４下流側近傍には可変絞り弁３および排気中のＯ_２濃度を検出するＯ_２センサ４が排気通路１９の中心軸に対して略対称の位置に設けられている。
【００１３】
図２（Ａ）（Ｂ）は可変絞り弁３付近の拡大図である。（Ａ）は可変絞り弁３の開度が小さい状態、（Ｂ）は全開の状態を表している。
【００１４】
可変絞り弁３はピストン９と、ピストン９を駆動するためのアクチュエータ１０、アクチュエータ１０の駆動力をピストン９に伝達するシャフト１２、排気通路１９から排気ガスが漏れるのを防止するためにピストン９に設けられたピストンリング１１で構成されている。
【００１５】
アクチュエータ１０はコントロールユニット２０がエンジン１の運転状態に応じて出力する信号に基づいて駆動する。アクチュエータ１０の駆動はシャフト１２を介してピストン９に伝達され、ピストン９は排気通路１９に設けられた凹部１３内を排気通路１９の排気流れに対して略直交する向きに往復運動する。
【００１６】
ピストン９が排気通路１９にまったく突出していない状態を「可変絞り弁３が全開状態」、最大限突出している状態を「可変絞り弁３が全閉状態」とする。可変絞り弁３の開度は、エンジン１の運転状態に応じてコントロールユニット２０にて決定される。
【００１７】
次に可変絞り弁３の制御について説明する。
【００１８】
図３は本実施形態の可変絞り弁３の制御フローである。
【００１９】
ステップＳ１００でエンジン１が前記Ｏ_２センサ４の出力に基づいて空燃比をフィードバック制御する運転領域、すなわちλコントロール領域にあるか否か、換言すると低負荷運転状態か否かを判定する。λコントロール領域でない場合にはステップＳ１０１に進みエンジン回転数Ｎを読み込み、ステップＳ１０２に進む。
【００２０】
ステップＳ１０２ではステップＳ１０１で読み込んだエンジン回転数Ｎを所定値α１と比較する。所定値α１は実験などにより予め定めた値であり、本実施形態においては３２００ｒｐｍとする。
【００２１】
ステップＳ１０２でエンジン回転数Ｎがα１以上であった場合にはステップＳ１０３に進み、エンジン回転数Ｎと所定値α２との比較を行う。所定値α２はα１と同様に予め定めた値で、本実施形態においては４８００ｒｐｍとする。
【００２２】
ステップＳ１０３でエンジン回転数Ｎがα２より低い場合にはステップＳ１０５に進み、可変絞り弁３の目標絞り率をβ２とする。絞り率βは以下の式で表される。
【００２３】
絞り率β（％）＝（ピストン９が突出することによって減少する排気通路１９の断面積）／（可変絞り弁３全開時の排気通路１９の断面積）
本実施形態においては、β１＝１５％、β２＝５％とする。
【００２４】
ステップＳ１０３でエンジン回転数Ｎがα２以上の場合はステップＳ１０５に進み、目標絞り率をゼロ、つまり可変絞り弁３を全開とする。
【００２５】
ステップＳ１００でλコントロール領域でないと判定した場合にはステップＳ１０６に進み、目標絞り率をβ２とする。
【００２６】
ステップＳ１０２でエンジン回転数Ｎがα１より低い場合もステップＳ１０６に進み、目標絞り率をβ１とする。
【００２７】
図４に一般的な運転領域別の排気脈動を示す。横軸はクランクシャフトシャフトの回転角度、縦軸は排気マニホールド内の圧力、点線Ａは集合部１４近傍に絞りがある場合（４−２−１集合）、点線Ｂは絞りがない場合（４−１集合）を表している。
【００２８】
低回転域においては、クランクシャフト角が３６０度付近で、吸気バルブと排気バルブが共に開いている状態、いわゆるバルブオーバーラップがある。このバルブオーバーラップ時には、集合部に絞りがない４−１集合の方が排圧が高くなる（図中Ｃ）。これにより、吸気バルブが開いているにもかかわらず、排圧が吸気の導入の抵抗となり、吸気の充填効率が低下する。なお、４−２−１集合では点火順序が連続しない気筒同士を先に集合させることによって排気干渉が低減されている。
【００２９】
また、排気バルブが開いている間は、絞りがある４−２−１集合の方が排圧が高くなっており、特に高回転域において差が大きい。これは、高回転になるほど絞り部分が排気抵抗となるからである。排圧が高い状態では、排気工程において排気ガスを排気通路に押し出すために損失するエネルギー、いわゆるポンピングロスが大きくなる。絞りがある場合とない場合のポンピングロスの差は、図４において領域Ｐで表すことができる。
【００３０】
本実施形態は、前述した通り、エンジン１が低回転域で運転している場合には排気通路１９の断面積は小さくなり、エンジン１９が中高回転域で運転している場合には排気通路１９の断面積は大きくなるように制御する。つまり図４においては、低回転域では絞りがある点線Ａ、中回転域では点線ＡとＢの中間、高回転域では絞りがない点線Ｂとなるように制御する。
【００３１】
したがって、低回転域では排気干渉が少なく、高回転域ではポンピングロスの少ない運転状態となる。
【００３２】
以上のように、本実施形態では、低回転低負荷域では可変絞り弁３の絞り率を大きくするので排気通路１９を流れる排気ガスの流速が上がり、これによって排気干渉が緩和されるのでトルクの低下を防止できる。中高回転域では可変絞り弁３の絞り率を調整することによって排圧の上昇を抑制するので、ポンプロスによる出力低下を防止できる。
【００３３】
また、λコントロール領域において排気通路１９の断面積が小さくなるので、排気ガスはピストン９と対向する位置に設けられた０２センサの近くを通ることになる。したがって、必然的にＯ_２センサーに排気ガスがよく当るようになるので、燃焼順序に従って気筒毎のＯ_２濃度を正確に検出、すなわちＯ_２センサー４の気筒感度が向上する。
【００３４】
また、低回転域での排気干渉低減を目的として４−２−１−集合をさせると、途中で集合部を設ける分だけ排気マニホールドが長くなってしまうが、本実施形態では、排気通路１９の断面積を変化させることによって排気干渉を低減させているので、排気マニホールドを長くすることなく、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステム構成図である。
【図２】（Ａ）は可変絞り弁によって排気通路を絞った状態、（Ｂ）は絞っていない状態である。
【図３】可変絞り弁の絞り率を決定する制御フローである。
【図４】回転域毎のクランクシャフト角と排圧の関係を表す図である。
【符号の説明】
１エンジン
２排気マニホールド
３可変絞り弁（内径絞り手段）
４Ｏ_２センサー
５〜８排気通路
９ピストン
１０アクチュエータ
１１ピストンリング
１２シャフト
１３凹部
１４集合部
１５〜１８排気ポート
１９排気通路
２０コントロールユニット（内径絞り制御手段）

Claims

エンジンの排気マニホールドであって、
各気筒の排気ポートと連通する排気通路の集合部の下流近傍の径を変化させる内径絞り手段と、
エンジンの運転状態に応じて前記内径絞り手段による内径絞り率を制御する内径絞り制御手段と
前記排気通路の、前記内径絞り手段と対峙する位置に設けたＯ_２センサーとを有することを特徴とする排気マニホールド。
前記内径絞り制御手段は、エンジンの回転数、負荷に基づいて前記内径絞り率を決定する請求項１に記載の排気マニホールド。
前記内径絞り制御手段は、エンジンがλコントロール領域にある場合は内径絞り率を最大とする請求項１、２に記載の排気マニホールド。
前記内径絞り制御手段は、エンジンが所定の回転数以上の場合は内径絞り率を最小にする請求項１〜３に記載の排気マニホールド。
前記内径絞り手段は、排気通路側の一端が略半球形状の筒状かつ前記排気通路中に排気通路の軸心方向に対して略直角かつ排気通路の半径方向外側に向けて設けられた凹部に摺動自由に配置されたピストンと、前記ピストンを駆動するためのアクチュエータと、前記アクチュエータの駆動力を前記ピストンに伝達するシャフトとで構成する請求項１〜４に記載の排気マニホールド。