JP4725656B2

JP4725656B2 - 多気筒エンジンの排気通路構造

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Publication number: JP4725656B2
Application number: JP2009030901A
Authority: JP
Inventors: 直之山形; 将増山; 理青木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: JP2010185402A; US8256402B2; EP2218886A1; EP2218886B1; ATE526495T1; US20100206265A1

Description

本発明は、多気筒エンジンの排気通路構造に関するものである。

排気ターボ式過給機を備えたエンジンにおいては、複数気筒からの排気ガスが排気マニホールドを介して集合部に集合されて、この集合部の下流側に排気ターボ式過給機が配設される。排気ターボ式過給機を効率よく作動させるためには、排気ポートから排出された直後の勢いの強い排気ガスつまりブローダウンガスを、その勢いを極力弱めることなく排気ターボ式過給機に供給することが好ましいものとなる。

特許文献１には、排気マニホールドの独立分岐通路同士が集合される集合部の下流側に排気ターボ式過給機を配設したものにおいて、集合部に、排気ガスの流れを集合部の中心側に向けて偏向させるノズル弁を設けて、排気ターボ式過給機に排気ガスが極力勢いよく供給されるようにしたものが提案されている。
特開２００７−２３１７９１号公報

ところで、排気ターボ式過給機の上流側の排気通路は、互いに異なる気筒に連なる複数の独立分岐通路に分岐されているが、ある独立分岐通路に排出された排気ガスが、他の独立分岐通路に向けて流れることにより膨張されてしまって、排気ターボ式過給機へ供給される排気ガスの勢いが低減されてしまい、この分排気ターボ式過給機を効率よく作動させることが難しくなる。特許文献１に記載のものでは、集合部に供給される排気ガスを排気ターボ式過給機に向かうように集中させる作用を有するものの、ある独立分岐通路からの排気ガスが他の独立分岐通路へ流れてしまうことを阻止することまでは難しいものとなる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、排気ターボ式過給機へより効率よく排気ガスを供給できるようにした多気筒エンジンの排気通路構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
互いに異なる気筒に連なると共に互いに独立した３本以上の独立分岐通路と、前記各独立分岐通路の下流側同士が集合される集合部と、前記集合部の下流側に配設された排気ターボ式過給機と、を備えた多気筒エンジンの排気通路構造において、
前記各独立分岐通路にそれぞれ、前記集合部の上流側において、回動軸を中心として回動される回動式の絞り弁が配設され、
前記回動軸うち少なくとも一部の回動軸が、複数の絞り弁用として共通化され、
前記回動軸が共通化された前記絞り弁を有する複数の前記独立分岐通路同士は、互いに排気行程が隣り合わない気筒用とされている、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、絞り弁によって形成される絞り部を排気ガスが流れることによって、排気のエゼクタ効果（吸い出し効果）を得ることができる。すなわち、ある独立分岐通路に排出された排気ガスは、その絞り部を通過することによって流速が速められて、勢いよく排気ターボ式過給機側へ向けて流れることになる。そして、絞り部を排気ガスが通過する際に、他の独立分岐通路内を吸引する吸い出し効果が発揮されて、ある独立分岐通路からの排気ガスが他の独立分岐通路へ膨張されることなく排気ターボ式過給機へダイレクトに供給されることになる。特に、排気ポートが開いた直後の勢いの強い排気ガスつまりブローダウンガスによって上記吸い出し効果が高められることになる。また、上記吸い出し効果によって、ある気筒から排出される排気ガスによって、他の気筒の掃気が良好となって当該他の気筒の充填効率も高められることになる（１０〜２０％の充填効率向上）。さらに、排気の脈動を利用した動圧過給を得る場合に、ある独立分岐通路を流れる排気ガスが他の独立分岐通路へ流れる（膨張する）ことが防止されるので、排気通路容積が小さくしたのと同様の効果を得て、動圧過給の効果を高めることができる（勢いの強いブローダウンガスによる瞬時流量を排気ターボ式過給機に効果的に供給できる）。以上のことから、総合して、エンジントルク特に低速時でのエンジントルクを大きく向上させることができる。勿論、例えば高負荷・高回転時のように排気ガスが多量に排出されるときは、絞り弁を開くことによって排気ガスの排出を良好に行うことができる。

以上に加えて、絞り弁を回動する回動軸を、複数の絞り弁に対して共通化してあるので、コンパクト化、部品点数の削減、コスト低減等の上でも好ましいものとなる。そして、回動軸が共通化された絞り弁は、互いに排気行程が隣り合わない気筒の独立分岐通路用とされているので、回動軸が共通化された複数の独立分岐通路同士の間では、回動軸の回りの隙間を介して他の独立分岐通路へ排気ガスが若干漏れ出たとしても、問題のないものとなる（排気干渉を生じない）。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記絞り弁がバタフライ弁とされている、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、バタフライ弁という簡単な弁構造とすることができる。

前記複数の独立分岐通路は、前記集合部の略中心を取り巻くように配設されている、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、前述した吸い出し効果を十分に高めることができる。すなわち、吸い出し効果を高めるためには、各独立分岐通路の下流端側部分同士のなす角度が極力浅い（理想的には平行）方が好ましいが、各独立分岐通路の下流端部分同士を集合部の中心を取り巻くように配設することによって、各独立分岐通路の下流端部分同士のなす角度を十分に浅くすることができて、上記吸い出し効果を十分に高めることができる。また、各独立分岐通路の下流端部分同士を集合部の中心を取り巻くように配設することによって、各独立分岐通路同士の間隔を極力短くすることが可能となって、上記吸い出し効果をより高めることができ、また各独立分岐通路を流れる排気ガスによる吸い出し効果が、互いに同程度となるように設定する（各独立分岐通路での吸い出し効果に相違を生じさせないように設定する）上でも好ましいものとなる。

エンジンが１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒が互いに直列に配設された直列４気筒エンジンとされて、中央の２つの気筒となる２番気筒と３番気筒との排気行程が互いに連続しないように設定され、
前記独立分岐通路が、前記１番気筒の排気ポートに連なる第１独立分岐通路と、前記２番気筒および３番気筒の排気ポートに連なる第２独立分岐通路と、前記４番気筒の排気ポートに連なる第３独立分岐通路と、の３本とされ、
前記第１独立分岐通路に配設された前記絞り弁と前記第３独立分岐通路に配設された絞り弁との回動軸が互いに共通化されている、
ようにしてある（請求項４対応）。この場合、独立分岐通路の数を極力少なくしつつ、各独立分岐通路の集合部付近でなす角度を浅く設定する上で好ましいものとなる。

エンジンが直列４気筒エンジンとされて、前記独立分岐通路が各気筒毎に設けられた４本とされ、
前記回動軸として、互いに平行な第１回動軸と第２回動軸が設けられ、
前記４本の独立分岐通路の下流側端部は、前記集合部の略中心を取り巻くように、しかも特定の２つの独立分岐通路同士が前記第１回動軸に沿って配設される共に、他の２つの独立分岐通路同士が前記第２回動軸に沿って配設され、
前記第１回動軸によって前記特定の２つの独立分岐通路の絞り弁用の回動軸が互いに共通化されると共に、前記第２回動軸によって前記他の２つの独立分岐通路の絞り弁用の回動軸が互いに共通化されている、
ようにしてある（請求項５対応）。この場合、各気筒毎に個々に独立分岐通路を設けつつ、回動軸の数を極力少なくすることができる。

１つの排気マニホールド内に前記各独立分岐通路が構成され、
前記排気マニホールドと前記排気ターボ式過給機との間に、中間部材が配設され、
前記中間部材内に、前記集合部と前記各独立分岐通路の各下流側部分が形成されると共に、前記絞り弁と前記回動軸と該回動軸を駆動するためのアクチュエータとが設けられ、
前記中間部材内に形成された前記各独立分岐通路の下流側部分が互いに平行とされている、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合中間部材を利用することにより、排気マニホールドや排気ターボ式過給機部分は従来とほぼ同様の構造を採択しつつ、本発明を実現することができ、実用化の上で好ましいものとなる。また、中間部材内の独立通路は、互いに平行とされているので、吸い出し効果をより十分に発揮させることができる。

本発明によれば、排気ターボ式過給機へ効率よく排気ガスを供給して、エンジントルク特に低速時のエンジントルクを向上させることができる。

図１において、１はエンジン（エンジン本体）で、実施形態では直列４気筒の火花点火式エンジンとされている。２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストンで、これらシリンダブロック２とシリンダヘッド３とピストン４とによって燃焼室５が形成されている。燃焼室５には、シリンダヘッド３に形成された吸気ポート６および排気ポート７が開口され、燃焼室５の略中心部には点火プラグ８が配設されている。上記吸気ポート６は吸気弁９により開閉され、排気ポート７は排気弁１０により開閉される。

吸気ポート６は、吸気マニホールドによって形成される独立分岐吸気通路２１を介してサージタンク２２に接続されている。サージタンク２２には、１本の共通吸気通路２３が接続されている。この共通吸気通路２３には、その上流側から下流側へ順次、エアクリーナ２４，スロットル弁２５，排気ターボ式過給機２６のコンプレッサホイール２６Ａ、インタークーラ２７が配設されている。

排気ポート７には、後述する排気通路３０が接続され、この排気通路３０には、排気ターボ式過給機２６のタービンホイール２６Ｂが配設されている。タービンホイール２６Ｂは、コンプレッサホイール２６Ａに対して連結軸２６Ｃによって連結されており、排気ガスのエネルギを受けてタービンホイール２６Ｂが回転駆動されることによって、コンプレッサホイール２６Ａが回転駆動されて、過給が行われることになる。なお、過給圧が所定値以上になると、図示を略すウエストゲートバルブが開かれて、過給圧が所定値以上になることが規制される。

図２において、エンジン１における互いに直列な４つの気筒が、符合Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で示される。Ｃ１は１番気筒であり、Ｃ２は２番気筒であり、Ｃ３は３番気筒であり、Ｃ４は４番気筒である。各気筒Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の点火順序（排気行程の順序ともいえる）は、実施形態では、１番気筒Ｃ１、３番気筒Ｃ３、４番気筒Ｃ４、２番気筒Ｃ２の順とされている。つまり、中央の２番気筒Ｃ２と３番気筒Ｃ３とは、点火順序（排気行程の順序）が互いに隣り合わない設定とされている。そして、各気筒において、吸気弁９の開弁時期が吸気上死点前とされる一方、排気弁１０の閉弁時期が吸気上死点後とされて、吸気弁９と排気弁１０とが共に開弁されるオーバラップ期間を有するように設定されている。なお、以下の説明において、各気筒を区別する必要のないときは、気筒を単に符合Ｃを用いて示す場合もある。

各気筒Ｃは、それぞれ、２つの吸気ポート６（２つの吸気弁９）、２つの排気ポート７（２つの排気弁１０）を有する。各気筒Ｃにおいて、吸気ポート６は、２つの吸気弁９付近では互いに独立して２つに分岐されているが、シリンダヘッド３内で集合された状態で、エンジン１の一側面１ａ側に開口されている。同様に、各気筒Ｃにおいて、排気ポート７は、２つの排気弁１０付近では互いに独立しているが、シリンダヘッド３内で集合された状態で、エンジン１の他側面１ｂ側に開口されている。そして、２番気筒Ｃ２と３番気筒Ｃ３の排気ポート９は、互いにシリンダヘッド３内で集合された状態で、エンジン１の他側面１ｂに開口されている。

図２，図３において、排気通路３０の一部を構成する排気マニホールドが符合３１で示される。この排気マニホールド３１は、互いに独立した第１〜第３の３本の分岐管（分岐独立通路）３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを有している。一端側の第１分岐管３１Ａが１番気筒Ｃ１の排気ポート７に連なり、中央の第２分岐管３１Ｂが、２番気筒Ｃ２と３番気筒Ｃ３の排気ポート７に連なり、他端側の第３分岐管３１Ｃが、４Ｃ番気筒Ｃ４の排気ポート７に連なっている。

前述した排気ターボ式過給機２６は、中間部材４０を介して、排気マニホールド３１に接続されている。中間部材４０内には、その上流側端部において、隔壁４０ａによって画成された３つの独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを有する。各独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、互いに平行とされている。勿論、独立通路４１Ａが排気マニホールド３１の分岐管３１Ａに接続され、独立通路４１Ｂが排気マニホールド３１の分岐管３１Ｂに接続され、独立通路４１Ｃが排気マニホールド３１の分岐管３１Ｃに接続される。

中間部材４０内には、その下流側端部において、集合部４２が形成されている。この集合部４２に対して、各独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの下流側端が集合されている。中間部材４０は、その上流側フランジ部４３によって、排気マニホールド３１の下流側端部に一体化される。また、中間部材４０は、その下流側フランジ部４４によって、排気ターボ式過給機２６の流入口側端部に固定される。中間部材４０は、各独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃから集合部４２に至るまでの部分が徐々に開口面積が小さくなるようにされて、最終的に集合部４２の下流端側部分は円形（略円形）に開口されている。なお、集合部４２の下流側開口端形状は、排気ターボ式過給機２６の流入口形状と同一形状、同一の大きさとされている。

中間部材４０内の各独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、集合部４２の中心（略中心）を取り巻くように配設されている。すなわち、２つの独立通路４１Ａと４１Ｃが気筒配列方向と平行となるようにして互いに隣り合うように配設され、この２つの独立通路４１Ａと４１Ｃとの間において中央の独立通路４１Ｂが位置するように配設されている。つまり、独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、気筒配列方向において互いに千鳥配置とされている。各独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、断面円形とされると共に、その外周縁部を径方向外方側（集合部４２の中心側）に拡大させた凸部４５を有する形状に設定されている。換言すれば、各独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、集合部４２の中心（略中心）を中心とする円軌跡上にその中心（略中心）が位置するように配設されて、集合部４２の中心回りに略等間隔に配設されている。

中間部材４０内の各独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ内には、絞り弁としてのバタフライ弁５１Ａ、５１Ｂあるいは５１Ｃが配設されている。各バタフライ弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、その外周縁部に、円弧状の切欠部５２が形成されている。この切欠部５２は、バタフライ弁５１Ａ〜５１Ｃが図７、図８，図１０に示す閉弁状態のときに、独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの円弧状の凸部４５と共同して、略円形の小開口部つまり絞り部５３を構成する。また、閉弁状態にあるバタフライ弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃが略９０度回動されることにより、図１１に示すように開弁されて（全開）、独立通路４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの開口面積が大きくされる。

各バタフライ弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、電磁式モータ等のアクチュエータ５５によって開閉駆動される。すなわち、バタフライ弁５１Ｂは、中間部材４０に回動自在に保持された回動軸５６に固定され、残る２つのバタフライ弁５１Ａと５１Ｃとは、中間部材４０に回動自在に保持された共通の回動軸５７に固定されている。各回動軸５６，５７の一端部は、中間部材４０の外部に延出されて、この延出端部に固定されたギア５８，５９（図７参照）によって互いに連動されている。そして、回動軸５６に上記アクチュエータ５５が連結されている。これにより、アクチュエータ５５によって一方の回動軸５６を駆動することによって、各バタフライ弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃが、互いに同一開度をとりつつ、その開度が調整される（全閉または全開とされる他、中間の開度も段階的あるいは連続可変的にとり得る）。

図１２は、バタフライ弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃの開度変更例を示すものである。この図１２は、エンジン回転数とエンジントルク（過給圧あるいはエンジン負荷とみることもできる）とをパラメータとして設定されている。まず、実線で示すＸ１線が、排気ターボ式過給機２６によって過給されたときのエンジントルクを示し、図中α点がインターセプトポイントである（ウエストゲートバルブが開弁される時点）。Ｘ１線よりも高トルクとなる破線で示すＸ２線は、ウエストゲートバルブを開弁させなかったときのエンジントルクを示す。そして、一点鎖線で示すＹ１線は、排気ターボ式過給機２６による過給を行わない自然吸気のときに対応したエンジントルクを示す。

Ｚ１線は、前記α点を通る略等馬力曲線であり、Ｚ２線は、Ｚ１線よりもやや高回転側に設定された略等馬力線である。バタフライ弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、Ｚ１線よりも低回転域では全閉とされ、Ｚ２線よりも高回転域では全開とされる。また、バタフライ弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、Ｚ１線とＺ２線との間の回転域では、全閉と全開との間の開度であって、エンジン回転数が高くなるほど連続可変的に開度が大きくなるようにされる。

ここで、各気筒Ｃについて、集合部４２に至るまでの分岐独立通路の構成は、排気ポート７より、排気マニホールド３１の分岐管３１Ａ〜３１Ｃ（内の独立通路）を経て、中間部材４０内の独立通路４１Ａ〜４１Ｃまである。そして、排気ポート７を経て集合部４２に至るまでの分岐独立通路の合計の容積を合計容積としたとき、各気筒Ｃ１〜Ｃ４についてその合計容積が互いに等しくなるように設定されている。より具体的には、例えば１番気筒Ｃ１についての合計容積は、その排気ポート７と、排気マニホールド３１の第１分岐管３１Ａと、中間部材４０内の独立通路４１Ａとの各容積を合計した容積となる。同様に、４番気筒Ｃ４についての合計容積は、その排気ポート７と、排気マニホールド３１の第３分岐管３１Ｃと、中間部材４０内の独立通路４１Ｃとの各容積を合計した容積となる。これに対して、排気ポート７が互いに集合された２番気筒Ｃ２と３番気筒Ｃ３についての合計容積は、量気筒Ｃ２とＣ３との各排気ポート７と、排気マニホールド３１の第２分岐管３１Ｂと、中間部材４０内の独立通路４１Ｂとの各容積を合計した容積となる。

各気筒Ｃ１〜Ｃ４についての分岐独立通路の合計容積が互いに等しくされる一方、２番気筒Ｃ２と３番気筒Ｃ３については２気筒分の排気ポート容積を有することから、２番気筒Ｃ２と３番気筒Ｃ３に対応した排気マニホールド３１の第２分岐管３１Ｂの容積が他の分岐管３１Ａ、３１Ｃの容積よりも小さくされている。そして、各分岐管３１Ａと３１Ｂと３１Ｃとの断面積はほぼ等しくされているため、第２分岐管３１Ｂの長さが、他の分岐管３１Ａ、３１Ｃの長さよりも短くされている（３１Ａと３１Ｃとは同一長さに設定されている）。そして、各分岐管３１Ａ〜３１Ｃの下流側端部は、中間部材４０の上流側フランジ部４３に対してほぼ直交するように延びていて、集合部４２付近では、極力浅い角度でもって合流するようにされており、これに加えて、中間部材４０内の独立通路４１Ａ〜４１Ｃが平行とされていて、もっとも浅い角度になる設定とされている。

以上のような構成において、低回転域（図１２のＺ１線よりも低回転域）では、バタフライ弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃが全閉とされて、各独立通路４１Ａ〜４１Ｃは、その開口面積が小さくされた絞り状態される。この絞り状態での開口面積（絞り部５３の開口面積）は、凸部４５と切欠部５２とから構成される開口面積となる。

排気行程にある気筒から、排気ポート７を経て集合部４２へ向かう排気ガスは、上記絞り部５３（凸部４５と切欠部５２）で流速が速められて、集合部４２を経て排気ターボ式過給機２６へ供給される。これにより、排気ターボ式過給機２６が効率良く作動される。特に、排気ポート７（排気弁１０）が開弁された直後に発生する勢いの強い排気ガス（ブローダウンガス）が、より流速が速められた状態で排気ターボ式過給機２６に供給されて、エンジントルクが向上される。

上記絞り部でもって排気ガスの流速が速められることによって、エゼクタ効果（吸い出し効果）が発揮されて、ある独立吸気通路を流れる排気ガスが、他の独立通路へ向かって流れる（膨張される）ような事態が防止されると共に、吸い出し効果によって他の独立通路中の残留排気ガスも合わせて排気ターボ式過給機２６へ供給されて、この分よりエンジントルクが向上されることになる。

さらに、上記吸い出し効果によって、吸気行程にある気筒の掃気効果が高まって、この分、充填効率が向上されて（１０〜２０％程度の向上）、エンジントルクがさらに向上されることになる。なお、排気行程と吸気行程との関係が成立する気筒関係は、次のようになる。すなわち、１番気筒Ｃ１（排気行程）と２番気筒Ｃ２（吸気行程）、２番気筒Ｃ２（排気行程）４番気筒Ｃ４（吸気行程）、３番気筒Ｃ３（排気行程）と１番気筒Ｃ１（吸気行程）、４番気筒Ｃ４（排気行程）と３番気筒Ｃ３（吸気行程）である。

排気マニホールド３１における各分岐管３１Ａ〜３１Ｃの下流側端部は互いにほぼ平行とされると共に、集合部４２の直上流側に構成される独立通路４１Ａ〜４１Ｃ同士は互いに平行（完全に平行）とされているので、上記吸い出し効果が十分高められることになる。また、各独立通路４１Ａ〜４１Ｃは、互いに近接されているので、各独立通路での吸い出し効果を十分高めることができる。特に、凸部４５切欠部５２とで構成される絞り部５３は、集合部４１の中心付近に位置されているので、極めて近接した関係となり、吸い出し効果を高める上で極めて好ましいもののとなる。

さらに、各独立通路４１Ａ〜４１Ｃは、互いの相対位置関係がほぼ同一となるように設定されており、しかも各気筒Ｃ１〜Ｃ４についての独立通路の合計容積が互いに等しくされているので、各独立通路での吸い出し効果を同じように得ることができる。

動圧過給を行う場合、その効果を高めるには排気ガスの流れる通路容積を極力小さくすることが望まれるが、吸い出し効果によってある独立通路からの排気ガスが他の独立通路へと流れてしまう（膨張してしまう）事態が防止されて、実質的に通路容積を小さくしたのと同様の効果を得ることができる。ちなみに、吸い出し効果の無い場合は、ある独立通路を流れる排気ガスの一部が、他の独立通路へと流れるために、通路容積が実質的に大きくなってしまって、動圧過給の効果が低減されてしまうことになる。

ここで、回動軸５６，５７回りの隙間からの排気ガスの漏れが吸い出し効果を低減させる原因ともなるが、共通回動軸とされる回動軸５７は、互いに排気行程の隣り合わない１番気筒Ｃ１と４番気筒用とされているので、この回動軸５７回りからの漏れは問題にならないものである。なお、吸い出し効果に対してはバタフライ弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃの開度変化は比較的鈍感であって、ある開度範囲にあればほぼ同様の吸い出し効果を得ることができる。

エンジン回転数が高くなって、図１２のＺ２線よりも高回転域になると、バタフライ弁５１Ａ〜５１Ｃが全開とされて、多量の排気ガスを効率よく排出することができる。図１２のＺ１線とＺ２線との間の回転域では、エンジン回転数が高いほどバタフライ弁５１Ａ〜５１Ｃの開度が大きくされて、排気ガスの排出効率と吸い出し効果とがバランスよく両立されることになる。

図１３は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前記実施形態と同一構成要素には同一符合を付してその重複した説明は省略する。本実施形態では、直列４気筒エンジンにおいて、各気筒毎に分岐独立通路を設けたものである。すなわち、排気マニホールドが気筒数に応じた４つの分岐管を有するようにされて、中間部材４０内に独立した４つの独立通路４７Ａ〜４７Ｄ（前記実施形態における４１Ａ〜４１Ｃに対応）を設けるようにしてある。そして、各独立通路４７Ａ〜４７Ｄは、集合部４２の略中心を取り巻くように配設、つまり集合部４２（の略中心）の周方向に略等間隔となるように各独立通路４７Ａ〜４７Ｄを配設してある。

上記独立通路４７Ａ〜４７Ｄには、集合部４２の中心側へ向けて拡大された凸部４５が形成されている。独立通路４７Ａ〜４７Ｄには、バタフライ弁４９Ａ〜４９Ｄ（前記実施形態におけるバタフライ弁５１Ａ〜５１Ｃに対応）が配設されている。そして、バタフライ弁４９Ａ〜４９Ｄには、切欠部５２が形成されて、前記実施形態と同様に、凸部４５と切欠部５２とによって絞り部５３が構成されている。

独立通路４７Ａが１番気筒Ｃ１用であり、独立通路４７Ｂが２番気筒Ｃ２用であり、独立通路４７Ｃが３番気筒Ｃ３用であり、独立通路４７Ｄが１番気筒Ｃ４用である。そして、共通の回動軸５６は、互いに排気行程の隣り合わない１番気筒Ｃ１と４番気筒Ｃ４用とされ、同様に、共通の回動軸５７も排気行程の隣り合わない２番気筒Ｃ２と３番気筒Ｃ３用とされている。なお、各独立通路４７Ａ〜４７Ｄの配置は、独立通路４７Ａの中心と４７Ｃの中心とを結ぶ連結線に対して、独立通路４ＢＡの中心と４７Ｄの中心とを結ぶ連結線が直交するように設定されている。勿論、回動軸５６と５７とは互いに平行とされている。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。４気筒以外の多気筒エンジンにおいても同様に適用し得る。例えば、３気筒エンジンの場合は、各分岐管３１Ａ〜３１Ｃが、それぞれ異なる１つの気筒のみに連通されるようにすればよい（実施形態において、中央の分岐管３１Ｂを、中央の１つの気筒用とすればよい）。又、例えば６気筒エンジン（直列６気筒、Ｖ型６気筒）においては、排気ターボ式過給機２６を３気筒毎に１つづつ設けて、合計２個の排気ターボ式過給機２６を設けることによって対応することができる（排気通路構造は、３気筒エンジン用のものが２組構成される）。８気筒エンジン、特にＶ型８気筒エンジンにおいては、排気ターボ式過給機２６を１つのバンク毎（４気筒毎）に１つづつ設けて、合計２個の排気ターボ式過給機２６を設けることによって対応することができる（排気通路構造は、４気筒エンジン用のものが２組構成される）。

絞り弁としては、例えば、一端部を中心にして揺動される揺動式のもの等、回動式のものであれば式適宜の種類のものを用いることができる。凸部４５と切欠部５２とのいずれか一方のみを設けて絞り部５３を構成するようにしてもよい。中間部材４０を別途設けることなく、中間部材４０部分の構造を排気マニホールド３１の下流側端部に構成するようにしてもよい。エンジンとしては、火花点火式エンジンに限らず、ディーゼルエンジンで代表される圧縮着火式エンジンであってもよく、また往復動式に限らずロータリピストンエンジンであってもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明が適用されたエンジンの一例を示す系統図。図１に示すエンジンのうち排気経路を詳細に示す平面図。図２に示す排気経路の分解斜視図。中間部材の側面図。図４の左側面図。中間部材の上方斜視図。中間部材を排気マニホールドの取付面側から見た平面図。中間部材を排気ターボ式過給機の取付面側から見た平面図。絞り弁としてのバタフライ弁の一例を示す平面図。バタフライ弁が全閉状態のときを示すもので、図７のＡ−Ａ線相当断面図。バタフライ弁が全開状態のときを示す図１０に対応した断面図。バタフライ弁の開閉制御に用いるマップを示す図。本発明の第２の実施形態を示すもので、図７に対応した要部平面図。

１：エンジン
７：排気ポート
１０：排気弁
２６：排気ターボ式過給機
３１：排気マニホールド
３１Ａ〜３１Ｃ：分岐管（独立分岐通路）
４０：中間部材
４０ａ：隔壁
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ：独立分岐通路
４２：集合部
４５：凸部（絞り部形成用）
４７Ａ〜４７Ｄ：独立分岐通路（図１３）
４８：凸部（図１３で、絞り部形成用）
４８Ａ〜４８Ｄ：バタフライ弁（図１３）
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ：バタフライ弁
５２：切欠部（絞り部形成用）
５３：絞り部
５５：アクチュエータ
５６、５７：回動軸

Claims

互いに異なる気筒に連なると共に互いに独立した３本以上の独立分岐通路と、前記各独立分岐通路の下流側同士が集合される集合部と、前記集合部の下流側に配設された排気ターボ式過給機と、を備えた多気筒エンジンの排気通路構造において、
前記各独立分岐通路にそれぞれ、前記集合部の上流側において、回動軸を中心として回動される回動式の絞り弁が配設され、
前記回動軸うち少なくとも一部の回動軸が、複数の絞り弁用として共通化され、
前記回動軸が共通化された前記絞り弁を有する複数の前記独立分岐通路同士は、互いに排気行程が隣り合わない気筒用とされている、
ことを特徴とする多気筒エンジンの排気通路構造。
請求項１において、
前記絞り弁がバタフライ弁とされている、ことを特徴とする多気筒エンジンの排気通路構造。
請求項１または請求項２において、
前記複数の独立分岐通路は、前記集合部の略中心を取り巻くように配設されている、ことを特徴とする多気筒エンジンの排気通路構造。
請求項３において、
エンジンが１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒が互いに直列に配設された直列４気筒エンジンとされて、中央の２つの気筒となる２番気筒と３番気筒との排気行程が互いに連続しないように設定され、
前記独立分岐通路が、前記１番気筒の排気ポートに連なる第１独立分岐通路と、前記２番気筒および３番気筒の排気ポートに連なる第２独立分岐通路と、前記４番気筒の排気ポートに連なる第３独立分岐通路と、の３本とされ、
前記第１独立分岐通路に配設された前記絞り弁と前記第３独立分岐通路に配設された絞り弁との回動軸が互いに共通化されている、
ことを特徴とする多気筒エンジンの排気通路構造。
請求項３において、
エンジンが直列４気筒エンジンとされて、前記独立分岐通路が各気筒毎に設けられた４本とされ、
前記回動軸として、互いに平行な第１回動軸と第２回動軸が設けられ、
前記４本の独立分岐通路の下流側端部は、前記集合部の略中心を取り巻くように、しかも特定の２つの独立分岐通路同士が前記第１回動軸に沿って配設される共に、他の２つの独立分岐通路同士が前記第２回動軸に沿って配設され、
前記第１回動軸によって前記特定の２つの独立分岐通路の絞り弁用の回動軸が互いに共通化されると共に、前記第２回動軸によって前記他の２つの独立分岐通路の絞り弁用の回動軸が互いに共通化されている、
ことを特徴とする多気筒エンジンの排気通路構造。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、
１つの排気マニホールド内に前記各独立分岐通路が構成され、
前記排気マニホールドと前記排気ターボ式過給機との間に、中間部材が配設され、
前記中間部材内に、前記集合部と前記各独立分岐通路の各下流側部分が形成されると共に、前記絞り弁と前記回動軸と該回動軸を駆動するためのアクチュエータとが設けられ、
前記中間部材内に形成された前記各独立分岐通路の下流側部分が互いに平行とされている、
ことを特徴とする多気筒エンジンの排気通路構造。