JP2010174662A - Ｖ型エンジンの可変排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｖ型エンジンにおいて各バンクの燃焼バラツキを抑え、吸気効率の向上や燃費性能の改善を図ることができる可変排気装置を提供する。
【解決手段】排気通路中に介装された容積室１２と、その内部をＶ型エンジン１００の少なくとも一方のバンクから排出された排気が流れ、容積室１２内に開放端部を有する第１接続管５ａ及び第２接続管５ｂと、容積室１２内の各開放端部の位置を連続的に変更可能な第１開放端位置変更手段１０ａ及び第２開放端位置変更手段１０ｂと、各バンクの燃焼安定性を検知する手段１０１と、を備え、第１開放端位置変更手段１０ａ及び第２開放端位置変更手段１０ｂは、左右バンクの燃焼バラツキが小さくなるように各開放端部の位置を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気管の開放端位置を可変制御し得る可変排気装置の制御に関し、特にＶ型エンジンに適用する場合の制御に関する。

エンジンの吸気効率を向上させる方法として、ブローダウン（排気バルブ開弁直後に高圧の燃焼ガスが排気ポートへ勢いよく排出される現象）により発生した圧力波の向きが反転されて負圧波が排気バルブに到達するまでの経路（以下、伝播経路という）の長さを、機関運転状態に応じて可変制御する方法が知られている。これは、運転状態に応じた伝播経路長にすることで、反射波の動的効果を利用するためのものである。

例えば、特許文献１には、Ｖ型エンジンの２つの排気通路を連通する連通路と、
この連通路を開閉する排気制御弁を設け、エンジン回転数に応じて排気制御弁を開閉することにより、伝播経路長を変化させる構成が開示されている。

特開平５−１０６４４９号公報

しかしながら、Ｖ型エンジンのように吸気・排気バルブの駆動機構が左右バンク
で独立している構成では、左右バンクの部品寸法やクリアランス等のバラツキによって、左右バンクで各バルブの中心角や作動角にバラツキが生じるおそれがある。また、いわゆる横置きに搭載されることにより左右バンクで排気管長に差が生じることもある。これらの原因によって各バンクで残ガス量にバラツキが生じると、特許文献１に記載されたような制御によって吸気オーバーラップ時の反射波の動的効果を得ようとしても、その効果が十分に得られなくなる。また、反射波の動的効果を利用して残ガス量をコントロールし、内部ＥＧＲをより多くすることで燃費改善を図る場合にも、上記のような左右バンクの残ガス量のバラツキを考慮した内部ＥＧＲ量を設定する必要がある。この場合、残ガス量の違いによる燃焼バラツキがあっても燃焼安定性を確保しようとすると、十分な内部ＥＧＲ量を設定することができず、結果として十分な燃費改善効果が得られなくなる。

そこで、本発明では、Ｖ型エンジンにおいて各バンクの燃焼バラツキを抑え、吸
気効率の向上や燃費性能の改善を図ることができる可変排気装置を提供することを目的とする。

本発明のＶ型エンジンの可変排気装置は、排気通路中に介装された容積室と、そ
の内部をＶ型エンジンの少なくとも一方のバンクから排出された排気が流れ、容積
室内に開放端部を有する第１接続管及び第２接続管と、容積室内の各開放端部の位置を変更する第１開放端位置変更手段及び第２開放端位置変更手段と、各バンクの燃焼安定性を検知する手段と、を備え、第１開放端位置変更手段及び第２開放端位置変更手段は、左右バンクの燃焼バラツキが小さくなるように各開放端部の位置を変更する。

本発明によれば、バンク間の燃焼バラツキを抑制することができるので、吸気効率の向上や燃費性能の改善を図ることができる。

第１実施形態のＶ型エンジンのシステム構成図である。 第１実施形態の可変排気装置の構成図である。 排気装置のアウターユニットの構成図である。 排気装置のインナーユニットの構成図である。 連通孔位置制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 第１実施形態の残ガス量と排気管長Ｌ２との関係の例を示す図である（その１）。 第１実施形態の残ガス量と排気管長Ｌ２との関係の例を示す図である（その２）。 第２実施形態の可変排気装置の構成図である。 第２実施形態の残ガス量と排気管長Ｌ２との関係の例を示す図である（その１）。 第２実施形態の残ガス量と排気管長Ｌ２との関係の例を示す図である（その２）。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態の可変排気装置１の全体構成図である。１は圧力波の伝播経路長を連続的に変化させることができる可変排気装置である。この可変排気装置１の詳細な構成については後述する。１００はエンジン、１１０Ｌはエンジン１００の左バンク用のエキゾーストマニホールド、１１０Ｒは同じく右バンク用のエキゾーストマニホールド、１２０Ｌはエキゾーストマニホールド１１０Ｌに接続する上流側排気管、１２０Ｒは同様にエキゾーストマニホールド１１０Ｒに接続する上流側排気管、１３０は図示しないテールパイプにつながる下流側排気通路である。本実施形態のエンジン１００はＶ型エンジンである。

図２は可変排気装置１の全体構成図、図３は可変排気装置１の構成部品であるアウターユニット２の構成図、図４は同じくインナーユニット３の構成図である。

アウターユニット２は、図３に示すように、内部に容積室１２が形成されたアウターパイプ４と、上流側の排気通路１２０Ｒ、１２０Ｌに接続される上流側接続管としての２本のエンジン側接続管５と、テールパイプ側（下流側）の排気通路に接続される下流側接続管としての大気側接続管６とで構成される。

エンジン側接続管５は、アウターパイプ４の一方の端面４ａを貫通して容積室１２内に挿入されている。また、容積室１２内に挿入される部分（第１筒部材）の側面には、エンジン側接続管５の内外を連通する第２スリットとしての内側スリット７が長手方向軸に対して螺旋状に延びている。

大気側接続管６は、アウターパイプ４の他方の端面４ｂに、容積室１２の内外を連通するように接続される。エンジン側接続管５及び大気側接続管６は、それぞれ端面４ａ、４ｂに固定支持されている。

一方、インナーユニット３は、図４に示すようにインナーパイプ８と、インナーパイプ８の一端に接続されたシャフト９と、シャフト９を介してインナーパイプ８を回転駆動するアクチュエータ１０とで構成される。インナーパイプ８には、第１スリットとして長手方向に直線状の外側スリット１１が形成されている。

なお、内側スリット７及び外側スリット１１の幅は、いずれも一定である。各スリット幅は、エンジンがより高いトルクを発生するように、エンジンの仕様に応じて設定する。

そして、２本のインナーユニット３が、図１に示すようにインナーパイプ８がエンジン側接続管５の外側かつ同心状に設置される。シャフト９はアウターパイプ４の端面４ｂを貫通しており、アクチュエータ１０はアウターパイプ４の外部に位置する。

上記のような構成にすることで、エンジンから排出された排気ガスは、内側スリット７と外側スリット１１とが重なることで形成される上流側接続管開放端部（以下、連通孔２０という）を通って、エンジン側接続管５の内部から容積室１２内に放出され、大気側接続管６を通って下流側へと流れる。すなわち、連通孔２０がエンジン側接続管５の開放端となり、ここで負圧波が反転する。連通孔２０の位置（排気管長Ｌ２）は、インナーパイプ８を回転させることにより連続的に変化するので、エンジン回転数に応じて排気管長Ｌ２を制御することで、幅広い運転領域で負圧波の動的効果を利用することができる。

例えば、吸気側または排気側の少なくとも一方に可変バルブタイミング機構を備え、運転状態に応じて、吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁状態となる、いわゆるバルブオーバーラップ状態を設ける場合に利用できる。この場合、負圧波の動的効果を利用して筒内の残ガス量をコントロールすることで掃気効果を高め、吸気効率の向上を図ることができる。また、いわゆるパーシャル状態では、残ガス量をコントロールすることによって内部ＥＧＲ量を多くし、燃費改善を図ることもできる。

ところで、上記のような残ガス量のコントロールをする場合、エンジン１００の左右バンクで残ガス量にバラツキがあると、その効果が十分に得られない。

そこで、左右バンクの残ガス量のバラツキを抑制するように、排気管長Ｌ２を制御する。図５は左右バンクの残ガス量のバラツキを抑制する排気管長Ｌ２制御のフローチャートであり、エンジン回転数に応じて決定した排気管長Ｌ２に制御した後に実行するルーチンである。

ステップＳ１では、左右バンクそれぞれの残ガス量を測定する。測定方法は公知の方法で構わない。例えば、点火プラグの座金部分にセンサを設けて燃焼圧を検出し、予め作成しておいた燃焼圧と残ガス量の関係を示すマップを検索する。なお、エンジン１００の回転速度を検知する手段、例えばクランク角センサ、の検出値に基づいて回転変動を演算し、この回転変動と残ガス量の関係から残ガス量を求めるようにしてもよい。

ステップＳ２では、残ガス量が多いバンクを判定し、これをバンクＡとする。なお、他方のバンクをバンクＢとする。

ステップＳ３では、バンクＡの排気管長Ｌ２を短くして残ガス量の変化を測定する。残ガス量の測定はステップＳ１と同様である。ここで、残ガス量が減少した場合には、ステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ１１に進む。

ステップＳ４では、残ガス量が最も少なくなるように、バンクＡの排気管長Ｌ２を調整する。この状態の排気管長Ｌ２を最適排気管長とする。

ステップＳ５では、ステップＳ４で最適排気管長まで変化させる間に、残ガス量がバンクＢと同じになる排気管長Ｌ２があったか否かを判定する。ある場合はステップＳ６に進み、ない場合はステップＳ９に進む。

ステップＳ６では、バンクＡの排気管長Ｌ２を最適排気管長に固定し、バンクＢについても、排気管長Ｌ２を最適排気管長にする。

ステップＳ７では、バンクＢの残ガス量がバンクＡの残ガス量より少なくなったか否かを判定する。少なくなった場合はステップＳ８に進み、そうでない場合はステップＳ１０に進む。

ステップＳ８では、バンクＢの排気管長Ｌ２を、残ガス量がバンクＡと同じになるように、長くなる方向に制御する。一方、ステップＳ１０では、バンクＢの排気管長Ｌ２を最適排気管長に固定する。

ステップＳ５の判定の結果、ステップＳ９に進んだ場合には、バンクＡの排気管長Ｌ２を固定し、両バンクの残ガス量が同じになるようにバンクＢの排気管長Ｌ２を調整する。

一方、ステップＳ３の判定の結果ステップＳ１１に進んだ場合には、バンクＡの排気管長Ｌ２を長くしていって、最適排気管長を見つける。

ステップＳ１２では、ステップＳ５と同様に、最適排気管長まで変化させる間に、残ガス量がバンクＢと同じになる排気管長Ｌ２があったか否かを判定する。ある場合はステップＳ１３に進み、ない場合はステップＳ１６に進む。

ステップＳ１３では、ステップＳ６と同様にバンクＡの排気管長Ｌ２を最適排気管長に固定し、バンクＢについても、排気管長Ｌ２を最適排気管長にする。

ステップＳ１４では、ステップＳ７と同様に、バンクＢの残ガス量がバンクＡの残ガス量より少なくなったか否かを判定する。少なくなった場合はステップＳ１５に進み、そうでない場合はステップＳ１７に進む。

ステップＳ１５では、ステップＳ８と同様にバンクＢの排気管長Ｌ２を、残ガス量がバンクＡと同じになるように、長くなる方向に制御する。一方、ステップＳ１７では、ステップＳ１０と同様にバンクＢの排気管長Ｌ２を最適排気管長に固定する。

ステップＳ１２の判定の結果ステップＳ１６に進んだ場合には、ステップS９と同様に、バンクＡの排気管長Ｌ２を固定し、両バンクの残ガス量が同じになるようにバンクＢの排気管長Ｌ２を調整する。

図６、図７は、あるエンジン回転数における残ガス量と排気管長Ｌ２との関係の例を示す図であり、図６は左右バンクで最少残ガス量は同じものの、最適排気管長が異なる場合、図７は、左右バンクで最少残ガス量が異なる場合について示している。

図５の制御ルーチンを開始する際の左右バンクの残ガス量状態として、図６、図７中のＩ〜Ｖのパターンが考えられる。本実施形態では、次のようにしていずれのパターンであるかを判別している。

まず、ステップＳ３の判定により、残ガス量が減少するならパターンＩ、III、Vのいずれかであり、残ガス量が減少しないなら、パターンII、IVのいずれかである、と判別する。

次に、ステップＳ５の判定により、ステップＳ４で最適排気管長まで変化させる間に、残ガス量がバンクＢと同じになる排気管長Ｌ２があったならばパターンＩまたはVであり、なかったならパターンIIIであると判別する。さらに、ステップS７の判定により、パターンＩとパターンＶを判別する。

一方、パターンIIとパターンIVについては、ステップＳ１２の判定により判別することができる。

このように、パターンI〜Vのいずれかを判別し、各パターンに応じた排気管長Ｌ２制御を行うことで、いずれのパターンであっても、左右バンクの残ガス量を揃えることができる。

以上により本実施形態では、次のような効果が得られる。

左右バンクの燃焼バラツキが小さくなるように連通孔２０ａ、２０ｂの位置を変更するので、内部ＥＧＲ量の設定に際して、燃焼バラツキがある場合を想定したマージンを設ける必要がなくなる。これにより、より多くの内部ＥＧＲをかけて燃費性能を向上させることができる。また、連通孔２０ａ、２０ｂの位置を連続的に変更可能なので、バルブタイミングやクリアランスのバラツキによる残留ガス量のバラツキも抑制できる。

第２実施形態について説明する。

図８は、本実施形態の可変排気装置１の全体構成図である。図１と異なるのは、外側スリット７ａ、７ｂの幅が、下流側にいくほど狭まっている点である。これにより、連通孔２０の位置を下流側にすると、連通孔２０の開口面積は小さくなるので、排圧が高まり、筒内に残留ガスが残りやすくなる。つまり、内部ＥＧＲ量が多くなる。なお、図８では外側スリット７ａ、７ｂの幅を下流側ほど小さくしたが、上流側接続管５ａ、５ｂ及びインナーパイプ８ａ、８ｂそのものを、下流側にいくほど小径にしてもよい。

図９、図１０は、残ガス量と排気管長Ｌ２との関係の例を示す図であり、それぞれ図６、図７に対応している。

上記のような構成の可変排気装置１についても、図５に示した制御ルーチンを実行することで、第１実施形態と同様に左右バンクの残ガス量を揃えて、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

ここで、本実施形態では、左右バンクのエンジン側接続管を一つの容積室に接続しているが、左右バンクごとに設けた容積室に接続してもよい。

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。

１ 可変排気装置
２ アウターユニット
３ インナーユニット
４ アウターパイプ
５ エンジン側接続管
６ 大気側接続管
７ 内側スリット
８ インナーパイプ
９ シャフト
１０ アクチュエータ
１１ 外側スリット
１２ 容積室

Claims (2)

1. 排気通路中に介装された容積室と、
   その内部をＶ型エンジンの少なくとも一方のバンクから排出された排気が流れ、
   前記容積室内に開放端部を有する第１接続管及び第２接続管と、
   前記容積室内の各開放端部の位置を連続的に変更可能な第１開放端位置変更手段及び第２開放端位置変更手段と、
   各バンクの燃焼安定性を検知する手段と、
   を備え、
   前記第１開放端位置変更手段及び前記第２開放端位置変更手段は、左右バンクの燃焼バラツキが小さくなるように各開放端部の位置を変更することを特徴とするＶ型エンジンの可変排気装置。
2. 前記第１接続管及び前記第２接続管のそれぞれの排圧を、前記開放端部の位置が下流側になるほど高まるように変更し得る排圧変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＶ型エンジンの可変排気装置。