JP4199067B2 - 車両用エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用エンジンの排気装置、特にエンジンの高、低回転域により、排気管管長および消音容積を変更できるようにして、エンジンの出力低下を招くことなく、所期の消音作用が得られるようにした、排気装置に関するものである。

従来、エンジンの排気マニホールドに接続される上流側排気管と、大気に開放される下流側排気管とを２個の消音器に直列に接続することにより、消音器容積と排気管長さを確保して、消音性能の向上を図るようにした、車両用エンジンの排気装置は公知である（下記特許文献１参照）。
特開２０００−１９２８０８号公報

ところが、上記従来の排気装置では、排気管を流れる排気ガスは、２つの消音器に順次に流れて、排気管の長さを増加させると共に消音器のトータル容積を増加させることで消音作用を向上させることができるという利点を有しているものの、消音器容積と排気管長さの増加により、排気管を流れる排気ガスの通気抵抗が増えることになり、これがエンジンの出力性能の低下を招く原因となり、特にエンジンの高回転域において、その傾向が一層大きくなり、全体として、エンジン性能の低下を招くという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みて提案されたものであって、エンジンの高、低回転域により、排気管管長および消音容積を変更できるようにして、エンジンの出力低下を招くことなく、所期の消音作用が得られるようにして、前記問題を解決した新規な車両用エンジンの排気装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、対をなす２つのシリンダバンクを有する車両用エンジンにおいて、
一方のシリンダバンクの排気ポートと、他方のシリンダバンクの排気ポートに排気マニホールドを介してそれぞれ接続される第１排気管および第２排気管と、第１消音器および第２消音器とを備え、所定のエンジン回転数未満では、第１排気管内および第２排気管内をそれぞれ流れる両排気ガスを第１消音器を通過させた後、さらに第２消音器を通過させて大気側へ排出させ、所定のエンジン回転数以上では、第１排気管内を流れる排気ガスを第１消音器と第２消音器の何れか一方を通過させて大気側へ排出させると共に、第２排気管内を流れる排気ガスを第１消音器と第２消音器の何れか他方を通過させて大気側へ排出させることを特徴としている。

また、上記目的を達成するために、請求項２の発明は、対をなす２つのシリンダバンクを有する車両用エンジンにおいて、
一方のシリンダバンクの排気ポートと、他方のシリンダバンクの排気ポートに排気マニホールドを介してそれぞれ接続される第１排気管および第２排気管と、第１排気管および第２排気管にそれぞれ介在する第１消音器および第２消音器と、第１消音器よりも上流側の第１排気管と、第２消音器よりも上流側の第２排気管を接続する第１接続管と、第１接続管の連通を許容すると共に、第２消音器よりも上流側の第２排気管と第２消音器との連通を遮断する第１位置と、第１接続管の連通を遮断すると共に、第２消音器よりも上流側の第２排気管と第２消音器との連通を許容する第２位置とに切換わる第１切換弁と、第１接続管との接続部よりも下流側かつ第２消音器よりも上流側の第２排気管と第１消音器よりも下流側の第１排気管を接続する第２接続管と、第２接続管の連通を許容すると共に、第１消音器よりも下流側の第１排気管を管路途中で閉塞する第１位置と、第２接続管の連通を遮断すると共に、第１消音器よりも下流側の第１排気管の管路途中での閉塞を解除する第２の位置とに切換わる第２切換弁とを備え、所定のエンジン回転数未満で第１切換弁と第２切換弁をそれぞれ第１位置に切換え、所定のエンジン回転数以上で第１切換弁と第２切換弁をそれぞれ第２位置に切換えることを特徴としている。

請求項１および２の発明によれば、所定のエンジン回転数未満では、エンジンから排出される排気ガスは第１消音器と第２消音器とに順次に通過して大気に排出されるので、消音器容積と排気管管長をいずれも増加させることができ、比較的排気騒音の大きいエンジン低回転域では消音作用が良好になされ、また、所定のエンジン回転数以上では、エンジンから排出される排気ガスは、第１消音器と第２消音器のいずれか一方を通過して大気に排出されるので、排気管を流れる排気ガスの通気抵抗が減少し、エンジンの低回転域に比べて排気騒音の低いその高回転域では所定の消音作用を維持しながら所定の出力を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。

添付図面において、図１は、本発明車両用エンジンの排気装置の全体図、図２は、エンジンの低回転域での排気ガスの流れを示す作用図、図３は、エンジンの高回転域での排気ガスの流れを示す作用図である。

この実施例は、本発明にかかる排気装置を車両用Ｖ型多気筒４サイクルエンジンＥに実施した場合であり、図１において、エンジンＥは、車両の車体に横置き（クランクシャフトＣＳが車両の前後方向に対して直交）配置されており、車体に対して後方傾斜の第１シリンダバンクＣＢ１（図１において右側シリンダバンク）と、車体に対して前方傾斜の第２シリンダバンクＣＢ２（図１において左側シリンダバンク）とを備えており、それら第１シリンダバンクＣＢ１および第２シリンダバンクＣＢ２は、それぞれ互いに個別の、シリンダブロックＢ１，Ｂ２、シリンダヘッドＨ１，Ｈ２およびヘッドカバーＣ１，Ｃ２と、互いに共通のクランクケースＣＣとオイルパンＯＰとを備えている。クランクケースＣＣには、車両の車幅方向に延びるクランクシャフトＣＳが回転自在に支持されている。

第１シリンダバンクＣＢ１と第２シリンダバンクＣＢ２とで挟まれるＶ字状の空間には、このＶ型エンジンＥの吸気装置ＩＮ（従来公知）が配設され、また、両シリンダバンクＣＢ１，ＣＢ２の両外側方（図１において右側方および左側方）には、本発明に従う排気装置ＥＸが配置されている。

エンジンＥのクランクケースＣＣには、クランクシャフトＣＳの回転数を検出するための回転センサー１が設けられ、この回転センサー１で検出されたエンジン回転数は制御手段２に入力され、該制御手段２からの出力信号により、エンジン回転数に応じて後述する、第１切換弁Ｖ１および第２切換弁Ｖ２を切換操作できるようになっている。

つぎに、本発明に従う排気装置について詳細に説明する。

第１シリンダバンクＣＢ１のシリンダヘッドＨ１の外面には、複数の排気ポート１１が開口され、これらの排気ポート１１に排気マニホールド１２が接続され、この排気マニホールド１２は直下型の第１触媒コンバータ１３を介して第１排気管１０に接続されている。また、第２シリンダバンクＣＢ２のシリンダヘッドＨ２の外面には、複数の排気ポート２１が開口され、これらの排気ポート２１に排気マニホールド２２が接続され、この排気マニホールド２２は直下型の第２触媒コンバータ２３を介して第２排気管２０に接続されている。

第１排気管１０および第２排気管２０はいずれも車両の車体後方へと延長されており、第１排気管１０の途中に第１消音器Ｍ１が介在され、第２排気管２０の途中に第２消音器Ｍ２が介在されており、第１消音器Ｍ１と第２消音器Ｍ２は、車両の車幅方向に並列して配置されている。

第１排気管１０は、上流端が排気マニホールド１２に接続されると共に下流端が第１消音器Ｍ１の入口に接続される上流側の第１排気管１０Ｕと、上流端が第１消音器Ｍ１の出口に接続されると共に下流端が大気に開放される下流側の第１排気管１０Ｕとよりなり、また、第２排気管２０は、上流端が排気マニホールド２２に接続されると共に下流端が第２消音器Ｍ２の入口に接続される上流側の第２排気管２０Ｕと、上流端が第２消音器Ｍ２の出口に接続されると共に下流端が大気に連通される下流側の第２排気管２０Ｄとよりなる。上流側の第１の排気管１０Ｕと上流側の第２の排気管２０Ｕ同士は、第１接続管３０により接続されており、また、前記第１接続管３０との接続部よりも下流側でかつ第２消音器Ｍ２よりも上流側の第２排気管２０Ｕと、第１消音器Ｍ１よりも下流側の第１排気管１０Ｄ同士は、第２接続管４０により接続されている。

前記第１接続管３０と、上流側の第２排気管２０Ｕとの連通部には、第１切換弁Ｖ１が設けられる。この第１の切換弁Ｖ１は、第１位置と、第２位置とに切換えられるものであり、図２に示すように、この第１切換弁Ｖ１が第１位置にあるとき、第１接続管３０の連通が許容されて上流側の第１の排気管１０Ｕと上流側の第２の排気管２０Ｕとを連通すると共に、第２消音器Ｍ２よりも上流側の第２排気管２０Ｕと第２消音器Ｍ２の連通を遮断する。また、図３に示すように、第１切換弁Ｖ１が第２位置にあるとき、前記第１接続管３０の連通を遮断すると共に、第２消音器Ｍ２よりも上流側の第２排気管２０Ｕと第２消音器Ｍ２の連通を許容する。

また、前記第２接続管４０と第１消音器Ｍ１よりも下流側の第１排気管１０Ｕとの連通部には、第２切換弁Ｖ２が設けられる。この第２切換弁Ｖ２は、第１位置と、第２位置とに切換えられるものであり、図２に示すように、この第２切換弁Ｖ２が第１位置にあるとき、前記第２接続管４０の連通を許容すると共に、第１消音器Ｍ１よりも下流側の第１排気管１０Ｄを管路途中で閉塞し、また、図３に示すように、第２切換弁Ｖ２が第２位置にあるとき、前記第２接続管４０の連通を遮断すると共に、第１消音器Ｍ１よりも下流側の第１の排気管１０Ｄの管路途中での閉塞を解除する。

つぎに、この実施例の作用について説明する。

〔エンジンＥの低速運転域〕
エンジンＥの始動運転、アイドリング運転を含む低速運転域において、クランクシャフトＣＳの回転数を回転数センサー１により検出し、この検出に基づき制御手段２を介して前記第１切換弁Ｖ１および第２切換弁Ｖ２をそれぞれ図２に示すように、第１位置に切換える。エンジンＥの第１シリンダバンクＣＢ１からの排気ガスおよび第２シリンダバンクＣＢ２からの排気ガスは合流して第１消音器Ｍ１および第２排気管２０へと順次に流れて、一次消音、ついで二次消音された後、大気へと放出される。その排気ガスの流れを図２を参照して、さらに詳しく説明すると、第１および第２シリンダバンクＣＢ１，ＣＢ２から排出される排気ガスは、図２において点線で示した領域を流れる。すなわち、第１シリンダバンクＣＢ１から排出される排気ガスは、矢線ａに示すように上流側の第１排気管１０Ｕを流れ、一方、第２シリンダバンクＣＢ２から排出される排気ガスは、矢線ｂに示すように上流側の第２排気管２０Ｕを流れた後、第１切換弁Ｖ１を経て第１接続管３０へと流れ、上流側の第１排気管１０Ｕを流れる排気ガスと合流し、その合流排気ガスは、矢線ｃに示すように、第１消音器Ｍ１に流入し、ここで一次的に消音された後、矢線ｄに示すように、下流側の第１排気管１０Ｄより第２切換弁Ｖ２を経て、矢線ｅに示すように第２接続管４０を通って上流側の第２排気管２０Ｕへと流れて第２消音器Ｍ２に流入する。ここで排気ガスは二次的に消音された後、矢線ｆに示すように下流側の第２排気管２０Ｄを通って大気に排出される。

したがって、エンジンＥの低速運転域では、排気ガスを第１消音器Ｍ１および第２消音器Ｍ２に直列して通過させることにより、消音器容積を増加させると共に排気管ガスの流れる排気管の全長を長くして排気管管長を増加させることができ、比較的排気騒音の大きいエンジンＥの低速運転域での消音作用を良くすることができる。

〔エンジンＥの高速運転域〕
エンジンＥの燃焼が完爆状態に達し、エンジンＥの回転数が高くなって、高速運転域になると、クランクシャフトＣＳの回転数を回転数センサー１により検出し、この検出に基づき制御手段２を介して前記第１切換弁Ｖ１および第２切換弁Ｖ２をそれぞれ図３に示すように、第２位置に切換える。エンジンＥの第１シリンダバンクＣＢ１および第２シリンダバンクＣＢ２から排出された排気ガスは、第１排気管１０と第１消音器Ｍ１および第２排気管２０と第２消音器Ｍ２へと並列して流れ、それぞれ第１消音器Ｍ１および第２消音器Ｍ２により別個に消音された後、大気へ放出される。その排気ガスの流れを図３を参照してさらに詳しく説明すると、第１および第２シリンダバンクＣＢ１，ＣＢ２から排出される排気ガスは、図３において点線で示した領域を流れる。すなわち、第１シリンダバンクＣＢ１から排出される排気ガスは、矢線ａ′に示すように上流側の第１排気管１０Ｕを流れ、一方、第２シリンダバンクＣＢ２から排出される排気ガスは、矢線ｂ′に示すように上流側の第２排気管２０Ｕを流れる。上流側の第１排気管１０Ｕを流れる排気ガスは、矢線ｃ′に示すように第１消音器Ｍ１へと流れ、そこで消音された後、矢印ｄ′に示すように、下流側の第１排気管１０Ｄに流れ、第２切換弁Ｖ２を経て大気に排出される。一方、上流側の第２排気管２０Ｕを流れる排気ガスは、第１切換弁Ｖ１を経て矢線ｅ′に示すように第２消音器Ｍ２へと流れ、そこで消音された後、矢印ｆ′に示すように、下流側の第２排気管２０Ｄに流れ、大気に排出される。

したがって、エンジンＥの高速運転域では、第１シリンダバンクＣＢ１および第２シリンダバンクＣＢ２から排出される排気ガスは、第１排気管１０および第２排気管２０を通って第１消音器Ｍ１および第２消音器Ｍ２に別々に流れて消音されるので、消音器容積および排気ガスの流れる排気管管長を、エンジンＥの低速運転域よりも減少させることができ、エンジンＥの低速運転域に比べて排気騒音の低い高速運転域での所定の消音作用を確保しながら、第１排気管１０および第２排気管２０を流れる排ガスの排気抵抗を低減して、エンジンＥの所定の出力を確保することができる。

よって、この実施例の排気装置ＥＸによれば、エンジンＥの高速運転域での所定の出力を確保しながら、エンジンＥの全運転域での消音作用を良くすることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。

たとえば、前記実施例では、本発明排気装置を、Ｖ型エンジンＥに実施した場合を説明したが、これを２つのシリンダバンクを略水平に配置した水平対向型エンジンにも実施することができ、また、前記実施例では、本発明排気管装置を横置きエンジンＥ（クランクシャフトが車両の進行方向と略直交）に実施した場合を説明したが、これを縦置きエンジン（クランクシャフトが車両の進行方向と略平行）にも実施でき、さらに、前記実施例では、一対の第１、第２消音器Ｍ１，Ｍ２を車両の車幅方向に並列させたものについて説明したが、これを車両の前後方向に並列させてもよい。

本発明車両用エンジンの排気装置の全体図 エンジンの低回転域での排気ガスの流れを示す作用図 エンジンの高回転域での排気ガスの流れを示す作用図

符号の説明

１０・・・・・第１排気管
１０Ｕ・・・・上流側の第１排気管
１０Ｄ・・・・下流側の第１排気管
１１，２１・・排気ポート
１２，２２・・排気マニホールド
２０・・・・・第２排気管
２０Ｕ・・・・上流側の第２排気管
２０Ｄ・・・・下流側の第１排気管
３０・・・・・第１接続管
４０・・・・・第２接続管
ＣＢ１・・・・第１シリンダバンク
ＣＢ２・・・・第２シリンダバンク
Ｅ・・・・・・エンジン
Ｍ１・・・・・第１消音器
Ｍ２・・・・・第２消音器
Ｖ１・・・・・第１切換弁
Ｖ２・・・・・第２切換弁

Claims (2)

1. 対をなす２つのシリンダバンク（ＣＢ１，ＣＢ２）を有する車両用エンジン（Ｅ）において、
   一方のシリンダバンク（ＣＢ１）の排気ポート（１１）と、他方のシリンダバンク（ＣＢ２）の排気ポート（２１）に排気マニホールド（１２，２２）を介してそれぞれ接続される第１排気管（１０）および第２排気管（２０）と、
   第１消音器（Ｍ１）および第２消音器（Ｍ２）とを備え、
   所定のエンジン回転数未満では、第１排気管（１０）内および第２排気管（２０）内をそれぞれ流れる両排気ガスを第１消音器（Ｍ１）を通過させた後、さらに第２消音器（Ｍ２）を通過させて大気側へ排出させ、
   所定のエンジン回転数以上では、第１排気管（１０）内を流れる排気ガスを第１消音器（Ｍ１）と第２消音器（Ｍ２）の何れか一方を通過させて大気側へ排出させると共に、第２排気管（２０）内を流れる排気ガスを第１消音器（Ｍ１）と第２消音器（Ｍ２）の何れか他方を通過させて大気側へ排出させることを特徴とする、車両用エンジンの排気装置。
2. 対をなす２つのシリンダバンク（ＣＢ１，ＣＢ２）を有する車両用エンジン（Ｅ）において、
   一方のシリンダバンク（ＣＢ１）の排気ポート（１１）と、他方のシリンダバンク（ＣＢ２）の排気ポート（２１）に排気マニホールド（１２，２２）を介してそれぞれ接続される第１排気管（１０）および第２排気管（２０）と、
   第１排気管（１０）および第２排気管（２０）にそれぞれ介在する第１消音器（Ｍ１）および第２消音器（Ｍ２）と、
   第１消音器（Ｍ１）よりも上流側の第１排気管（１０Ｕ）と、第２消音器（Ｍ２）よりも上流側の第２排気管（２０Ｕ）を接続する第１接続管（３０）と、
   第１接続管（３０）の連通を許容すると共に、第２消音器（Ｍ２）よりも上流側の第２排気管（２０Ｕ）と第２消音器（Ｍ２）との連通を遮断する第１位置と、第１接続管（３０）の連通を遮断すると共に、第２消音器（Ｍ２）よりも上流側の第２排気管（２０Ｕ）と第２消音器（Ｍ２）との連通を許容する第２位置とに切換わる第１切換弁（Ｖ１）と、 第１接続管（３０）との接続部よりも下流側かつ第２消音器（Ｍ２）よりも上流側の第２排気管（２０Ｕ）と第１消音器（Ｍ１）よりも下流側の第１排気管（１０Ｄ）を接続する第２接続管（４０）と、
   第２接続管（４０）の連通を許容すると共に、第１消音器（Ｍ１）よりも下流側の第１排気管（１０Ｄ）を管路途中で閉塞する第１位置と、第２接続管（４０）の連通を遮断すると共に、第１消音器（Ｍ１）よりも下流側の第１排気管（１０Ｄ）の管路途中での閉塞を解除する第２の位置とに切換わる第２切換弁（Ｖ２）と、
   を備え、
   所定のエンジン回転数未満で第１切換弁（Ｖ１）と第２切換弁（Ｖ２）をそれぞれ第１位置に切換え、所定のエンジン回転数以上で第１切換弁（Ｖ１）と第２切換弁（Ｖ２）をそれぞれ第２位置に切換えることを特徴とする、車両用エンジンの排気装置。
   

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