JP2009287424A - Variable exhaust device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の可変排気装置に関する。 The present invention relates to a variable exhaust device for an internal combustion engine.
内燃機関(エンジン)の排気系では、排気流路に設けた消音器で、排気騒音を消音させている。エンジンの排気系では、エンジンが低速回転している時には排気ガスの流れを阻害して消音効率を向上させ、またエンジンが中・高速回転している時には排気ガスを流れ易くして背圧を減少させることで出力を増加させることが求められている。
そのため、低・中・高速回転時に使用される排気流路と、中・高速回転時のみに使用される排気流路とを消音器内に設けて、排気ガスの排気流路を、流路可変機構で切換えるようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1)。
Therefore, the exhaust flow path used during low / medium / high speed rotation and the exhaust flow path used only during medium / high speed rotation are provided in the silencer, and the exhaust gas exhaust flow path is variable. A device that is switched by a mechanism has been proposed (for example, Patent Document 1).
図3は、特許文献1に開示されたような従来例にかかる消音器の流路可変機構を模式的に示した図である。
従来例にかかる消音器の流路可変機構50は、排気流路を構成する配管51の出口側の開口52を開閉する切換弁53と、開口52を閉じる方向に切換弁53を付勢するバネ54と、から構成される。
この流路可変機構50では、切換弁53に作用する背圧がバネ54の付勢力よりも小さい低速回転時には、開口52が閉じられ(図3の(a)参照)、背圧がバネ54の付勢力よりも大きくなる中・高速回転時には、開口52が開かれる(図3の(b)参照)ので、エンジンの回転に応じて開口52が開閉されて、排気流路が切り換えられるようになっている。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a flow path variable mechanism of a silencer according to a conventional example as disclosed in Patent Document 1.
The flow
In this variable
この流路可変機構50を有する消音器を採用すると、切換弁53が排気流路上に設けられているので、流路可変機構50を設けていない消音器の場合に比べて、中・高速回転時の圧力損失が大きくなり、その分だけエンジンの出力が低下するという問題があった。
When a silencer having this flow
本発明は、圧力損失によるエンジン出力の低下を抑えつつ、排気流路の切換が適切に行えるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to enable appropriate switching of an exhaust flow path while suppressing a decrease in engine output due to pressure loss.
本発明は、内燃機関の排気管と、消音器とが並列に設けられた排気系において、排気管の途中に設けられて、排気管と消音器とを連通する開口と、開口を開閉する開閉切換部と、排気管から分岐する分岐管と、分岐管の背圧により、開閉切換部を操作する切換操作部と、を設けた構成とした。 The present invention relates to an exhaust system in which an exhaust pipe of an internal combustion engine and a silencer are provided in parallel, an opening provided in the middle of the exhaust pipe, and an opening / closing for opening and closing the opening. A switching unit, a branch pipe branched from the exhaust pipe, and a switching operation part for operating the open / close switching part by back pressure of the branch pipe are provided.
本発明によれば、排気管と消音器とを連通する開口を開閉する開閉切換部は、排気管から分岐する分岐管の背圧を受けた切換操作部により操作される。開口の開閉に際し、切換操作部は、排気管の背圧を受けず、排気管内を流れる排気ガスの流れを直接阻害しないので、圧力損失によるエンジン出力の低下を抑えつつ、排気圧力に応じた排気流路の切換が行える。 According to the present invention, the open / close switching unit that opens and closes the opening that communicates the exhaust pipe and the silencer is operated by the switching operation unit that receives the back pressure of the branch pipe that branches from the exhaust pipe. When opening and closing the opening, the switching operation unit does not receive the back pressure of the exhaust pipe and does not directly impede the flow of exhaust gas flowing in the exhaust pipe. The flow path can be switched.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。
図1は、実施形態に係る可変排気装置を備える排気ガスの排気流路を説明する断面図であり、(a)は、排気流路を切り換える切換部12の位置が、開口11を全開する全開位置である場合を示しており、(b)は、(a)におけるA−A線断面図であり、(c)は、(a)におけるB−B線断面図である。図2は、排気流路を切り換える切換部12の位置が、開口11を全閉する全閉位置である場合を説明する図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an exhaust gas exhaust passage provided with a variable exhaust device according to an embodiment. FIG. 1 (a) shows a fully open position where a
図示しないエンジンからの排気ガスを大気中に放出する排気管10は、消音器20を貫通して設けられている。
排気管10は、断面略円形状の筒状体であり、排気管10の消音器20に挿入された部分の上流側の位置には、排気管10の内部の排気流路と消音器20の内部とを連通する開口11が設けられている。
開口11は、排気管10の軸方向(長手方向)の所定範囲内に、周方向に沿って所定間隔で複数設けられており、図中左側から排気管10内に導入された排気ガスのうち、開口11を通って消音器20の内部に排出され排気ガスは、消音器20内の図示しない消音流路を通過したのちに、大気中に放出されるようになっている。
An
The
A plurality of
消音器20の内部において、排気管10には、開口11を開閉して排気ガスの排気流路を切り換えるための切換部12が外挿されている。
切換部12は、円筒形状を有しており、軸方向長さL1は、切換部12で開口11を閉じることができるように、開口11の軸方向長さL2よりも長く設定されている。
切換部12は、排気管10の長手方向に沿って摺動可能に設けられており、開口11を全開する全開位置(図1の(a)参照)と、全閉する全閉位置(図2参照)との間で、移動可能とされている。
Inside the
The
The
排気管10の消音器20よりも上流側の位置には、排気管10よりも流路断面積の小さい分岐管30が、排気管10から分岐して設けられている。
分岐管30は、排気管10から所定距離離れた位置で、排気管10の下流側に向けて折り曲げられており、折り曲げ部分より先の分岐管30aは、排気管10と平行に配置されている。
分岐管30aは、消音器20内に挿入されており、消音器20内において、分岐管30aの先端は拡径されて拡径部30bが形成されている。
A
The
The
拡径部30bの先端には、有底円筒形状の可動部40が、拡径部30bの長手方向に摺動可能となるように、外嵌して設けられており、分岐管30aの先端部に、拡径部30bと可動部40とからなる圧力室Pが形成されている。
ここで、拡径部30bの先端は、可動部40により閉塞されており、エンジンの回転数が上昇して分岐管30aの背圧が上昇すると、圧力室P内の圧力が大きくなる。よって、拡径部30bに摺動可能に外嵌されている可動部40は、エンジンの回転数が上昇するにつれて、より大きな付勢力で、排気管10の下流方向(図中右側方向)に向けて付勢される。
At the tip of the enlarged
Here, the tip of the enlarged
可動部40は、拡径部30bに外嵌する周壁部40aに設けた接続部41により、切換部12と接続されている。ここで、排気管10と分岐管30aとが互いに平行に配置されているので、可動部40が拡径部30bの軸方向(軸線X方向)に沿って摺動すると、切換部12が、可動部40の摺動に連動して、排気管10の軸方向(排気管10の中心を通る軸線Y方向)に沿って摺動する。すなわち、切換部12が、可動部40により、全閉位置と全開位置との間の所定位置に配置されるようになっている。
The
可動部40の底部40bには、スプリング43が外嵌されるスプリング係合部42が設けられている。
スプリング43は、一端側を、可動部40のスプリング係合部42に、他端側を、消音器20の内壁21に設けたスプリング係合部22に、それぞれ外嵌して固定されている。スプリング43は、分岐管30aの中心を通る軸線X上に配置されており、可動部40を排気管10の上流方向(図中左方向)に常時付勢している。
A spring engaging portion 42 to which the
One end of the
そのため、エンジンの停止時には、可動部40は、スプリング43による付勢力のみを受けて、切換部12を全開位置に配置させて、開口11を全開する(図1の(a)参照)。
また、エンジンが始動されると、可動部40は、分岐管30の背圧による付勢力と、スプリング43による付勢力とが均衡する位置に移動して、これら付勢力の釣り合いに応じて決まる所定位置に切換部12を配置させて、開口11を所定の開度にする。
そして、可動部40は、分岐管30背圧による付勢力がスプリング43による付勢力よりも大きくなると、切換部12を全閉位置に配置させて、開口11を全閉する(図2参照)。
For this reason, when the engine is stopped, the
When the engine is started, the
When the urging force due to the back pressure of the
ここで、切換部12による開口11の開閉動作の特性は、分岐管30の背圧により可動部40に作用する付勢力と、スプリング43による付勢力とにより決まる。
実施形態では、図1の(b)に示すように、拡径部30bの流路断面積Bを、分岐管30aの流路断面積Aよりも大きくして、可動部40の受圧面を広くしており、エンジンの回転数に応じて決まる背圧と拡径部30bの流度断面積とに応じて決まる所望の付勢力が可動部40に作用するようにしている。
また、スプリング43のバネ定数や、流路断面積A、Bは、実験結果を踏まえて、排気流路の切換が適切に行えるように設定されている。
Here, the characteristics of the opening / closing operation of the
In the embodiment, as shown in FIG. 1B, the flow passage cross-sectional area B of the enlarged
Further, the spring constant of the
かかる構成の可変排気装置を備える排気ガスの排気流路では、エンジンの回転数が低く圧力室Pに作用する分岐管30の背圧が小さい間は、可動部40を排気管10の下流方向に付勢する付勢力が、スプリング43が可動部40を排気管10の上流方向に付勢する付勢力よりも小さいので、切換部12は、全開位置に保持される(図1参照)。
よって、排気ガスの一部は、消音器20内の消音流路を経たのちに大気中に放出されるので、排気騒音が低減される。
In the exhaust gas exhaust passage provided with the variable exhaust device having such a configuration, the
Therefore, a part of the exhaust gas is released into the atmosphere after passing through the silencing channel in the
そして、エンジンの回転数の増大により分岐管30の背圧が上昇し、可動部40を図中右方向に付勢する付勢力が、可動壁を図中左方向に付勢するスプリング43の付勢力よりも大きくなると、可動部40は切換部12を全閉位置に向けて摺動させる。
そして、エンジンの回転数が増大を続けると、開口11が切換部12により狭められてゆき、エンジンの回転数が高回転領域に達した地点で、切換部12が全閉位置に配置されて、開口11が閉じられる。
よって、排気ガスは、消音器20内の消音流路を通過せずに、そのまま排気管10から大気中に放出されるようになり、これに伴って背圧が減少するので、エンジンの出力が増大する。
As the engine speed increases, the back pressure of the
When the engine speed continues to increase, the
Accordingly, the exhaust gas does not pass through the silencing channel in the
ここで、実施形態の拡径部30bと、可動部40と、接続部41と、スプリング43とが、発明における切換操作部を構成する。
Here, the
以上の通り、実施形態では、内燃機関(エンジン)の排気管10と、消音器20とが並列に設けられた排気系において、排気管10の途中に設けられて、排気管10と消音器20とを連通する開口11と、開口11を開閉する切換部12と、排気管10から分岐する分岐管30と、分岐管30の背圧により切換部12を操作する切換操作部とを備えて、排気ガスの流路の切り換えが、排気管10から分岐する分岐管30の背圧を受けた切換操作部により行われる構成とした。
これにより、開口の開閉に際し、切換操作部は、排気管の背圧を受けず、排気管内を流れる排気ガスの流れを直接阻害しないので、排気管の延長上に排気流路を切り換えるための切換弁が設けられた従来の装置に比べて、排気ガスの流路を切り換える際の圧力損失を抑えることができる。よって、圧力損失によるエンジンの出力の低下を抑えつつ、排気圧力に応じた排気流路の切換が行える。
さらに、切換部12の操作に内燃機関の背圧を利用するので、切換部を操作するための機構、例えばサーボモータなどを別途設ける必要がない。また、排気流路の切換を可能にするために従来例のような切換弁を設ける必要もない。よって、内燃機関の可変排気装置の部品点数を抑えて、装置をより安価で提供できるようになる。
As described above, in the embodiment, in the exhaust system in which the
Thus, when the opening is opened and closed, the switching operation unit does not receive the back pressure of the exhaust pipe and does not directly disturb the flow of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe, so that the switching for switching the exhaust flow path on the extension of the exhaust pipe is performed. Compared to a conventional device provided with a valve, it is possible to suppress pressure loss when switching the flow path of the exhaust gas. Therefore, the exhaust flow path can be switched in accordance with the exhaust pressure while suppressing a decrease in engine output due to pressure loss.
Further, since the back pressure of the internal combustion engine is used for the operation of the switching
また、切換部12は、開口11を全閉する全閉位置(図2)と、開口11を全開する全開位置(図1の(a))との間で移動可能とされており、切換操作部は、分岐管30の背圧を受けて、切換部12を全閉位置に移動させる方向に付勢される可動部40と、切換部12を全開位置に移動させる方向に可動部40を付勢するスプリング43と、可動部40と切換部12とを接続して、切換部12を可動部40と連動して移動させる接続部41と、を備える構成とした。
これにより、エンジンの回転数が小さい低速回転時には、スプリング43による付勢力のほうが、分岐管30の背圧による付勢力よりも大きいので、開口11が全開されて、消音器20に排気ガスが導かれる。よって、低速回転時の消音効率を向上させることができる。
そして、エンジンの回転数が大きくなると、分岐管30の背圧による付勢力が大きくなり、切換部12が全閉位置に向けて移動させられて、開口11が全閉される。よって、消音器20に導かれる排気ガスの量が減少して、最終的に消音器20側に排気ガスが流れなくなるので、排気ガスの抜けが良くなり、エンジンの出力が向上する。
よって、エンジンが低速回転している時に必要とされる低騒音化と、中・高速回転している時に必要とされる低背圧化の両方を達成できる。
これにより、近年の排気騒音規制の強化や排気有害物質の低減要求により、消音器や触媒装置の要求性能の確保のために内燃機関の背圧が高くなっても、中・高速回転走行時におけるエンジンの出力低下を好適に防止できる。
The switching
Thus, when the engine speed is low and the urging force by the
When the engine speed increases, the urging force due to the back pressure of the
Therefore, both low noise required when the engine is rotating at a low speed and low back pressure required when the engine is rotating at a medium / high speed can be achieved.
As a result, even if the back pressure of the internal combustion engine is high to ensure the required performance of the silencer and catalytic device due to the recent tightening of exhaust noise regulations and the demand for reduction of exhaust harmful substances, A decrease in engine output can be suitably prevented.
また、スプリング43は、分岐管30の中心を通る軸線Xの延長上に設けられており、可動部40は、分岐管30の背圧による付勢力と、スプリング43による付勢力とが均衡する位置に移動して、切換部12による開口11の開度を決定する構成とした。これにより、開口11の開閉特性は、スプリング43による付勢力で調整できるので、排気流路の切り換えを所望のタイミングで行うことができる内燃機関の可変排気装置を提供できる。また、付勢力の異なるスプリングを複数用意しておくことで、スプリングを交換するだけで、排気流路の切り換えタイミングを所望のタイミングにした内燃機関の可変排気装置を提供できる。
The
さらに、分岐管30aの先端部は、拡径されて拡径部30bとされており、可動部40は、分岐管30aの背圧と拡径部30bの流路断面積により決まる付勢力と、付勢手段(スプリング43)による付勢力とが均衡する位置に移動して、切換部12による開口11の開度を決定する構成とした。
これにより、拡径部30bの流路断面積と、スプリング43による付勢力とを適宜調整することで、排気流路の切り換えを所望のタイミングで行うことのできる内燃機関の可変排気装置とすることができる。
Furthermore, the distal end portion of the
Accordingly, by appropriately adjusting the flow path cross-sectional area of the
前記した実施形態では、排気管10の消音器20よりも上流側の位置から、分岐管30が分岐する場合を例示したが、消音器20内において、排気管10から分岐するように設けても良い。
また、消音器20の密閉性を損なうことがない限り、分岐管30とその先端の可動部40とスプリング43とを、消音器20の外側に設けて、消音器20に挿入した接続部で切換部12を操作するようにしても良い。
In the above-described embodiment, the case where the
In addition, as long as the sealing performance of the
さらに、前記した実施形態では、開口11が、排気管10の周方向に沿って所定間隔で複数設けられている場合を例示したが、開口の形状は、排気流路と消音器20の消音流路とを連通できる形状であれば、円形、楕円、スリット形状など、適宜選択可能である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where a plurality of
10 排気管
11 開口
12 切換部(開閉切換部)
20 消音器
21 内壁
22 スプリング係合部
30 分岐管
30a 分岐管
30b 拡径部
40 可動部
41 接続部
42 スプリング係合部
43 スプリング(付勢手段)
50 流路可変機構
51 配管
52 開口
53 切換弁
54 バネ
P 圧力室
10
20
50 Flow path
Claims (4)
前記排気管の途中に設けられて、前記排気管と前記消音器とを連通する開口と、
前記開口を開閉する開閉切換部と、
前記排気管から分岐する分岐管と、
前記分岐管の背圧により、前記開閉切換部を操作する切換操作部と、を設けたことを特徴とする内燃機関の可変排気装置。 In an exhaust system in which an exhaust pipe of an internal combustion engine and a silencer are provided in parallel,
An opening provided in the middle of the exhaust pipe to communicate the exhaust pipe and the silencer;
An open / close switching unit for opening and closing the opening;
A branch pipe branched from the exhaust pipe;
A variable exhaust device for an internal combustion engine, comprising: a switching operation unit that operates the open / close switching unit by a back pressure of the branch pipe.
前記分岐管の背圧を受けて、前記開閉切換部を前記開口を全閉する位置に移動させる方向に付勢される可動部と、
前記開閉切換部を前記開口を全開する位置に移動させる方向に、前記可動部を付勢する付勢手段と、
前記可動部と前記開閉切換部とを接続して、前記開閉切換部を前記可動部の移動に連動して移動させる接続部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の可変排気装置。 The switching operation unit is
A movable part that receives a back pressure of the branch pipe and is biased in a direction to move the opening / closing switching part to a position where the opening is fully closed;
Biasing means for biasing the movable part in a direction to move the opening / closing switching part to a position where the opening is fully opened;
2. The internal combustion engine according to claim 1, further comprising: a connecting portion that connects the movable portion and the opening / closing switching portion and moves the opening / closing switching portion in conjunction with movement of the movable portion. Variable exhaust system.
前記可動部は、前記分岐管の背圧による付勢力と、前記スプリングによる付勢力とが均衡する位置に移動して、前記開口の開度を決定することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の可変排気装置。 The biasing means is a spring provided on an extension of the branch pipe,
The said movable part moves to the position where the urging | biasing force by the back pressure of the said branch pipe and the urging | biasing force by the said spring balance, and determines the opening degree of the said opening. A variable exhaust system for an internal combustion engine.
前記可動部は、前記分岐管の背圧と前記拡径部の流路断面積により決まる付勢力と、前記付勢手段による付勢力とが均衡する位置に移動して、前記開口の開度を決定することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の内燃機関の可変排気装置。 The tip of the branch pipe is expanded in diameter to be an expanded diameter part,
The movable portion moves to a position where the urging force determined by the back pressure of the branch pipe and the flow passage cross-sectional area of the enlarged diameter portion and the urging force by the urging means are balanced, and the opening degree of the opening is increased. The variable exhaust device for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the variable exhaust device is determined.
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Legal Events
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A521 | Written amendment |
Effective date: 20120229 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120703 |