JP5375151B2 - Exhaust passage structure of multi-cylinder engine - Google Patents
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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。 The present invention relates to an exhaust passage structure for a multi-cylinder engine.
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。 In an engine equipped with an exhaust turbocharger, exhaust gases from a plurality of cylinders are gathered in a collecting part via an exhaust manifold, and the exhaust turbocharger is disposed downstream of the collecting part. . In order to operate the exhaust turbocharger efficiently, the exhaust gas immediately after being discharged from the exhaust port, that is, blowdown gas, is supplied to the exhaust turbocharger without reducing the force as much as possible. Is preferable.
特許文献1には、中央の2つの気筒の点火順序(排気行程)が連続しないように設定して、排気通路の一部を構成する独立分岐通路を、中央の2つの気筒に連なる独立分岐通路と、各端の2つの独立分岐通路との3本として、中央の独立分岐通路の長さを長くすることによって、3本の独立分岐通路の下流側部分同士を互いに浅い角度でもって集合させるものが開示されている。なお、特許文献1の排気マニホールドの構造では、中央の独立分岐通路が長くかつ2つの気筒用として兼用されているため、中央の気筒と端部の気筒とでは、排気の集合部に至るまでの通路容積が大きく相違するものとなる。
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。 By the way, the exhaust passage on the upstream side of the exhaust turbocharger is branched into a plurality of independent branch passages connected to different cylinders, but the exhaust gas discharged to a certain independent branch passage becomes another independent branch passage. As a result, the momentum of the exhaust gas supplied to the exhaust turbocharger is reduced, making it difficult to operate the exhaust turbocharger efficiently.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an exhaust passage structure for a multi-cylinder engine that can efficiently supply exhaust gas to an exhaust turbocharger. is there.
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第1の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、前記集合部の上流側において絞り部が形成され、
前記各独立分岐通路は、前記集合部付近において、該集合部の中心を取り巻くようにして該集合部に連なっており、
互いに隣り合うと共に排気行程が互いに連続しない2つの気筒の排気ポートが集合されて1つの前記独立分岐通路に連なっており、
1つの前記独立分岐通路の容積と該1つの独立分岐通路が連通された排気ポートの容積との合計値を合計容積としたとき、各独立分岐通路についての該合計容積が互いに等しくなるように設定されている、
ようにしてある。
In order to achieve the above object, the following first solution is adopted in the present invention. That is, as described in
Three or more independent branch passages connected to different cylinders and independent from each other, a collecting portion where the downstream sides of the independent branch passages are gathered together, and an exhaust turbo-type turbocharger disposed downstream of the gathering portion An exhaust passage structure of a multi-cylinder engine having a feeder,
In each of the independent branch passages, a throttle portion is formed on the upstream side of the collecting portion,
Each of the independent branch passages is connected to the collective part so as to surround the center of the collective part in the vicinity of the collective part,
The exhaust ports of two cylinders that are adjacent to each other and whose exhaust strokes are not continuous with each other are gathered and connected to one independent branch passage,
When the total value of the volume of one independent branch passage and the volume of the exhaust port connected to the one independent branch passage is defined as the total volume, the total volume for each independent branch passage is set equal to each other. Being
It is like that.
上記解決手法によれば、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。 According to the above-described solution technique, exhaust gas flows through the throttle portion, whereby an exhaust ejector effect (suction effect) can be obtained. That is, the exhaust gas discharged to a certain independent branch passage has its flow velocity increased by passing through the throttle portion, and flows vigorously toward the exhaust turbocharger side. When the exhaust gas passes through the throttle portion, the suction effect of sucking in the other independent branch passage is exhibited, and the exhaust gas from one independent branch passage is exhausted without being expanded to the other independent branch passage. It will be supplied directly to the turbocharger. Particularly, the suction effect is enhanced by vigorous exhaust gas, that is, blowdown gas immediately after the exhaust port is opened. Also, due to the suction effect, the exhaust gas discharged from a certain cylinder improves the scavenging of the other cylinders and increases the charging efficiency of the other cylinders (improvement of charging efficiency by 10 to 20%). . Furthermore, when dynamic pressure supercharging utilizing exhaust pulsation is obtained, exhaust gas flowing through one independent branch passage is prevented from flowing (expanding) to another independent branch passage, so the exhaust passage volume is reduced. As a result, the effect of dynamic pressure supercharging can be enhanced (the instantaneous flow rate due to the strong blowdown gas can be effectively supplied to the exhaust turbocharger). In summary, the engine torque, particularly the engine torque at low speeds, can be greatly improved.
以上に加えて、各独立分岐通路同士は、集合部の中心を取り巻くように配設されているので、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。 In addition to the above, each of the independent branch passages is disposed so as to surround the center of the gathering portion, so that the above-described suction effect can be sufficiently enhanced. That is, in order to enhance the suction effect, it is preferable that the angle formed between the downstream end portions of each independent branch passage is as shallow as possible (ideally parallel), but the downstream end portions of each independent branch passage are joined together. By arranging so as to surround the center of each, the angle formed by the downstream end portions of each independent branch passage can be made sufficiently shallow, and the suction effect can be sufficiently enhanced. Further, by arranging the downstream end portions of the independent branch passages so as to surround the center of the gathering portion, it becomes possible to shorten the interval between the independent branch passages as much as possible, and further enhance the suction effect. Also, it is preferable to set so that the suction effect by the exhaust gas flowing through each independent branch passage is the same level (set so as not to make a difference in the suction effect in each independent branch passage) It becomes.
さらに、1つの前記独立分岐通路の容積と該1つの独立分岐通路が連通された排気ポートの容積との合計値を合計容積としたとき、各独立分岐通路についての該合計容積が互いに等しくなるように設定されているので、各独立分岐通路を流れる排気ガスによる吸い出し効果等を、各独立分岐通路間で等しく設定する上で好ましいものとなる。さらに又、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。 Furthermore, when the total value of the volume of one independent branch passage and the volume of the exhaust port connected to the one independent branch passage is defined as the total volume, the total volume for each independent branch passage is equal to each other. Therefore, it is preferable to set the suction effect by the exhaust gas flowing through each independent branch passage equally among the independent branch passages. Furthermore, it is preferable to set the angle formed in the vicinity of the gathering portion of each independent branch passage as shallow as possible while minimizing the number of independent branch passages.
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第2の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2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、前記集合部の上流側において絞り部が形成され、
前記各独立分岐通路は、前記集合部付近において、該集合部の中心を取り巻くようにして該集合部に連なっており、
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、
排気ポートを除いた各独立分岐通路の長さにおいて、前記第2独立分岐通路の長さが、前記第1独立分岐通路および前記第3独立分岐通路の長さよりも短くされている、
ようにしてある。この場合、各独立分岐通路を流れる排気ガスによる吸い出し効果等を各独立分岐通路間で等しく設定するという点を除いて、請求項1に対応した効果を得つつ、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。
In order to achieve the above object, the following second solution is adopted in the present invention. That is, as described in
Three or more independent branch passages connected to different cylinders and independent from each other, a collecting portion where the downstream sides of the independent branch passages are gathered together, and an exhaust turbo-type turbocharger disposed downstream of the gathering portion An exhaust passage structure of a multi-cylinder engine having a feeder,
In each of the independent branch passages, a throttle portion is formed on the upstream side of the collecting portion,
Each of the independent branch passages is connected to the collective part so as to surround the center of the collective part in the vicinity of the collective part,
The engine is an in-line four-cylinder engine in which the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, and the fourth cylinder are arranged in series with each other. The processes are set not to be continuous with each other,
The independent branch passage includes a first independent branch passage connected to the exhaust port of the first cylinder, a second independent branch passage connected to the exhaust ports of the second and third cylinders, and an exhaust port of the fourth cylinder. The third independent branch passage and the three,
In the length of each independent branch passage excluding the exhaust port, the length of the second independent branch passage is shorter than the length of the first independent branch passage and the third independent branch passage.
It is like that. In this case, the number of independent branch passages is reduced as much as possible while obtaining the effect corresponding to claim 1 except that the suction effect by the exhaust gas flowing through each independent branch passage is set equally between the independent branch passages. However, it is preferable in setting the shallow angle formed near the gathering portion of each independent branch passage.
上記各解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項3以下に記載のとおりである。
前記各独立分岐通路にそれぞれ、該独立分岐通路の開口断面積を変更可能な絞り弁が配設され、
前記絞り弁を閉じることによって前記絞り部が形成される、
ようにしてある(請求項3対応)。この場合、排気通路構造をコンパクトにしつつ絞り部の形成が容易となると共に、エンジンの運転状態に応じて絞り弁を開度を変更することが可能になり、例えば、高負荷、高回転時のように多量の排気ガスを排出する際には絞り弁を開いて、多量の排気ガスを効率よく排出する等の上で好ましいものとなる。
A preferred mode based on the above-described solutions is as described in
Each of the independent branch passages is provided with a throttle valve capable of changing the opening cross-sectional area of the independent branch passage,
The throttle part is formed by closing the throttle valve,
(Corresponding to claim 3). In this case, it becomes easy to form the throttle portion while making the exhaust passage structure compact, and the opening degree of the throttle valve can be changed according to the operating state of the engine. For example, at the time of high load and high rotation Thus, when discharging a large amount of exhaust gas, it is preferable to open the throttle valve to efficiently discharge a large amount of exhaust gas.
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4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。 The throttle valve is a butterfly valve (corresponding to claim 4). In this case, a simple valve structure called a butterfly valve can be obtained.
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と前記絞り部とが形成され、
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5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。
Each independent branch passage is configured in one exhaust manifold,
An intermediate member is disposed between the exhaust manifold and the exhaust turbocharger,
In the intermediate member, the collecting portion, each downstream portion of each independent branch passage, and the throttle portion are formed,
The downstream portions of the independent branch passages formed in the intermediate member are parallel to each other;
(Corresponding to claim 5). In this case, by using an intermediate member, the exhaust manifold and the turbocharger turbocharger can adopt the same structure as the conventional one while realizing the present invention, which is preferable for practical use. Become.
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。 According to the present invention, the exhaust gas can be efficiently supplied to the exhaust turbocharger to improve the engine torque, particularly the engine torque at a low speed.
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。
In FIG. 1,
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。
The intake port 6 is connected to a
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。
An
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。
In FIG. 2, the four cylinders in series in the
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。
Each cylinder C has two intake ports 6 (two intake valves 9) and two exhaust ports 7 (two exhaust valves 10). In each cylinder C, the intake port 6 is branched into two independently in the vicinity of the two intake valves 9, but opens to one
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。
2 and 3, the exhaust manifold constituting a part of the
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。
The
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。
A collecting
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。
Each independent passage 41 </ b> A, 41 </ b> B, 41 </ b> C in the
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。
In each of the
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)。
Each
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。
FIG. 12 shows an example of changing the opening degree of the
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。
The Z1 line is a substantially equal horsepower curve passing through the α point, and the Z2 line is a substantially equal horsepower line set slightly higher than the Z1 line. The
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。
Here, for each cylinder C, the configuration of the branch independent passages leading to the collecting
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。
The total volume of the branch independent passages for each of the cylinders C1 to C4 is made equal to each other, while the second cylinder C2 and the third cylinder C3 have the exhaust port capacity of two cylinders, so that the second cylinder C2 and the third cylinder The volume of the
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。
In the above configuration, in the low rotation range (lower rotation range than the Z1 line in FIG. 12), the
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。
The exhaust gas traveling from the cylinder in the exhaust stroke to the collecting
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。
By increasing the flow rate of the exhaust gas with the throttle, the ejector effect (suction effect) is exerted so that the exhaust gas flowing through one independent intake passage flows (expands) toward another independent passage. As a result, the residual exhaust gas in the other independent passage is also supplied to the
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。 Furthermore, the scavenging effect of the cylinder in the intake stroke is enhanced by the suction effect, and the charging efficiency is improved by this amount (an improvement of about 10 to 20%), and the engine torque is further improved. The cylinder relationship in which the relationship between the exhaust stroke and the intake stroke is established is as follows. That is, the first cylinder C1 (exhaust stroke), the second cylinder C2 (intake stroke), the second cylinder C2 (exhaust stroke), the fourth cylinder C4 (intake stroke), the third cylinder C3 (exhaust stroke) and the first cylinder C1. (Intake stroke) No. 4 cylinder C4 (exhaust stroke) and No. 3 cylinder C3 (intake stroke).
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。
The downstream end portions of the
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。
Further, the
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。 When dynamic pressure supercharging is performed, it is desirable to reduce the volume of the passage of exhaust gas as much as possible in order to increase the effect, but exhaust gas from one independent passage flows to another independent passage due to the suction effect. The situation (expanded) is prevented, and the same effect as that of substantially reducing the passage volume can be obtained. By the way, when there is no suction effect, part of the exhaust gas flowing through one independent passage flows to another independent passage, so the passage volume becomes substantially large, and the effect of dynamic pressure supercharging is It will be reduced.
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。
Here, although leakage of exhaust gas from the gaps around the
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。
When the engine speed increases and becomes a higher rotation range than the Z2 line in FIG. 12,
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。
FIG. 13 shows a second embodiment of the present invention. The same components as those in the above-described embodiment are given the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted. In this embodiment, in an in-line four-cylinder engine, a branch independent passage is provided for each cylinder. That is, the exhaust manifold has four branch pipes corresponding to the number of cylinders, and four
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。
The independent passages 47 </ b> A to 47 </ b> D are formed with
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。
The
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)。
Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the scope of claims. For example, the invention includes the following cases. . The same applies to multi-cylinder engines other than four cylinders. For example, in the case of a three-cylinder engine, each
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、適宜の種類のものを用いることができる。また、絞り弁の回動軸は、各絞り弁毎に個々独立して設けるようにしてもよい。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。絞り弁を用いることなく絞り部を構成するようにしてもよい(この場合は、例えば各独立通路について、開閉弁によって開閉される開口面積の小さな絞り用通路と、該絞り用通路をバイパスする大きな開口面積を有するバイパス通路とを設けて、このバイパス通路を開閉弁によって開閉するようにしてもよい)。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。
As the throttle valve, for example, an appropriate type such as a swinging type swinging around one end can be used. Further, the rotation shaft of the throttle valve may be provided independently for each throttle valve. Only one of the
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
1: Engine 7: Exhaust port 10: Exhaust valve 26: Exhaust turbo type turbocharger 31:
40:
47A-47D: Independent branch passage (FIG. 13)
48: Convex part (in FIG. 13, for forming the narrowed part)
48A-48D: Butterfly valve (FIG. 13)
51A, 51B, 51C: butterfly valve 52: notch (for restricting part formation)
53: Aperture part 55:
Claims (5)
前記各独立分岐通路に、前記集合部の上流側において絞り部が形成され、
前記各独立分岐通路は、前記集合部付近において、該集合部の中心を取り巻くようにして該集合部に連なっており、
互いに隣り合うと共に排気行程が互いに連続しない2つの気筒の排気ポートが集合されて1つの前記独立分岐通路に連なっており、
1つの前記独立分岐通路の容積と該1つの独立分岐通路が連通された排気ポートの容積との合計値を合計容積としたとき、各独立分岐通路についての該合計容積が互いに等しくなるように設定されている、
ことを特徴とする多気筒エンジンの排気通路構造。 Three or more independent branch passages connected to different cylinders and independent from each other, a collecting portion where the downstream sides of the independent branch passages are gathered together, and an exhaust turbo-type turbocharger disposed downstream of the gathering portion An exhaust passage structure of a multi-cylinder engine having a feeder,
In each of the independent branch passages, a throttle portion is formed on the upstream side of the collecting portion,
Each of the independent branch passages is connected to the collective part so as to surround the center of the collective part in the vicinity of the collective part,
The exhaust ports of two cylinders that are adjacent to each other and whose exhaust strokes are not continuous with each other are gathered and connected to one independent branch passage,
When the total value of the volume of one independent branch passage and the volume of the exhaust port connected to the one independent branch passage is defined as the total volume, the total volume for each independent branch passage is set equal to each other. Being
An exhaust passage structure for a multi-cylinder engine.
前記各独立分岐通路に、前記集合部の上流側において絞り部が形成され、
前記各独立分岐通路は、前記集合部付近において、該集合部の中心を取り巻くようにして該集合部に連なっており、
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、
排気ポートを除いた各独立分岐通路の長さにおいて、前記第2独立分岐通路の長さが、前記第1独立分岐通路および前記第3独立分岐通路の長さよりも短くされている、
ことを特徴とする多気筒エンジンの排気通路構造。 Three or more independent branch passages connected to different cylinders and independent from each other, a collecting portion where the downstream sides of the independent branch passages are gathered together, and an exhaust turbo-type turbocharger disposed downstream of the gathering portion An exhaust passage structure of a multi-cylinder engine having a feeder,
In each of the independent branch passages, a throttle portion is formed on the upstream side of the collecting portion,
Each of the independent branch passages is connected to the collective part so as to surround the center of the collective part in the vicinity of the collective part,
The engine is an in-line four-cylinder engine in which the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, and the fourth cylinder are arranged in series with each other. The processes are set not to be continuous with each other,
The independent branch passage includes a first independent branch passage connected to the exhaust port of the first cylinder, a second independent branch passage connected to the exhaust ports of the second and third cylinders, and an exhaust port of the fourth cylinder. The third independent branch passage and the three,
In the length of each independent branch passage excluding the exhaust port, the length of the second independent branch passage is shorter than the length of the first independent branch passage and the third independent branch passage.
An exhaust passage structure for a multi-cylinder engine.
前記各独立分岐通路にそれぞれ、該独立分岐通路の開口断面積を変更可能な絞り弁が配設され、
前記絞り弁を閉じることによって前記絞り部が形成される、
ことを特徴とする多気筒エンジンの排気通路構造。 In claim 1 or claim 2,
Each of the independent branch passages is provided with a throttle valve capable of changing the opening cross-sectional area of the independent branch passage,
The throttle part is formed by closing the throttle valve,
An exhaust passage structure for a multi-cylinder engine.
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。 In claim 3,
An exhaust passage structure for a multi-cylinder engine, wherein the throttle valve is a butterfly valve.
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と前記絞り部とが形成され、
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。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
Each independent branch passage is configured in one exhaust manifold,
An intermediate member is disposed between the exhaust manifold and the exhaust turbocharger,
In the intermediate member, the collecting portion, each downstream portion of each independent branch passage, and the throttle portion are formed,
The downstream portions of the independent branch passages formed in the intermediate member are parallel to each other;
An exhaust passage structure for a multi-cylinder engine.
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