JP5472050B2 - Exhaust system for multi-cylinder engine - Google Patents

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Description

本発明は、自動車等に設けられる多気筒エンジンの排気装置に関する。   The present invention relates to an exhaust device for a multi-cylinder engine provided in an automobile or the like.

従来、自動車等のエンジンにおいて、エンジン出力を高めることを目的とした排気装置の開発が行なわれている。   2. Description of the Related Art Conventionally, exhaust systems have been developed for the purpose of increasing engine output in engines such as automobiles.

例えば、特許文献1には、ターボ過給機を有する装置であって、各気筒の排気ポートに接続されて互いに独立する複数の独立通路と、ターボ過給機の上流に設けられてこれら独立通路が集合する集合部と、この集合部に設けられて各独立通路の流路面積を変更可能なバルブとを備えたものが開示されている。この装置では、前記バルブによって前記独立排気通路の流路面積を縮小することで、排気行程にある気筒の排気を所定の独立通路から前記集合部に比較的高速で流入させ、この高速の排気の周囲に生成された負圧を前記集合部において他の独立通路に作用させていわゆるエゼクタ効果によってこの他の独立通路内の排気を下流側に吸い出すことで、ターボ過給機に供給されるガス量を増大させてエンジン出力を向上させるよう構成されている。   For example, Patent Document 1 is a device having a turbocharger, which is connected to an exhaust port of each cylinder and independent from each other, and an independent passage provided upstream of the turbocharger. Are provided, and a valve provided in the collecting portion and capable of changing the flow area of each independent passage is disclosed. In this apparatus, the flow area of the independent exhaust passage is reduced by the valve, so that the exhaust of the cylinder in the exhaust stroke flows from the predetermined independent passage into the collecting portion at a relatively high speed. The amount of gas supplied to the turbocharger by causing the negative pressure generated in the surrounding area to act on another independent passage in the collecting portion and sucking the exhaust gas in the other independent passage downstream by the so-called ejector effect. To increase the engine output.

特開2009−97335号公報JP 2009-97335 A

自動車等のエンジンにおいて、エンジン出力の向上要求は依然として高く、特に、ターボ過給機を有しない構造の簡素化が図られたエンジンシステムでは、簡単な構成でエンジン出力を高めることが求められている。   In an engine such as an automobile, the demand for improving the engine output is still high. In particular, in an engine system in which a structure without a turbocharger is simplified, it is required to increase the engine output with a simple configuration. .

本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構成でより吸気量をより増大させてエンジン出力を高めることのできる多気筒エンジンの排気装置の提供を目的とする。   In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide an exhaust device for a multi-cylinder engine that can increase the engine output by increasing the intake air amount with a simple configuration.

前記課題を解決するために、本発明は、吸気ポートおよび排気ポートがそれぞれ形成されるとともに前記吸気ポートを開閉可能な吸気バルブと前記排気ポートを開閉可能な排気バルブとが設けられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの排気装置であって、1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続されるとともに、少なくとも下流側において低速側通路と高速側通路とにそれぞれ分離する複数の独立排気通路と、前記各低速側通路の下流端に接続されて、当該各低速側通路に連通して当該各低速側通路を通過した排気が集合する低速側集合部と、前記各高速側通路の下流端に接続されて、当該各高速側通路に連通して当該各高速側通路を通過した排気が集合する高速側集合部と、前記各高速側通路に設けられて、当該各高速側通路の流路面積を変更可能な流路面積可変バルブと、前記流路面積可変バルブを開閉駆動可能な流路面積可変バルブ駆動手段と、前記各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動可能なバルブ駆動手段とを備え、前記各低速側通路のうち排気順序が連続する気筒に接続された低速側通路は互いに隣り合う位置で前記低速側集合部に接続されており、前記各低速側通路および低速側集合部は、各気筒から各低速側通路を通って前記低速側集合部に排気が排出されるに伴いエゼクタ効果によって隣接する他の低速側通路が負圧とされる形状を有し、前記バルブ駆動手段は、エンジン回転数が予め設定された基準回転数よりも低い低速領域において、前記各気筒の吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複するとともに、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間と他方の気筒の排気バルブとが開弁している時期とが重複するように、各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動し、前記流路面積可変バルブ駆動手段は、前記低速領域のうち少なくとも前記多気筒エンジンに対する要求トルクが所定値よりも高い高負荷領域では前記流路面積可変バルブを全開よりも小さくして前記高速側通路を通過する排気の流量を小さくする一方、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも高い高速領域では前記流路面積可変バルブを全開にして高速側通路を開放し、前記各高速側通路の下流端から前記高速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する高速側通路間での交差角度は、前記各低速側通路の下流端から前記低速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する低速側通路間での交差角度よりも大きく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装置を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of cylinders each having an intake port and an exhaust port and provided with an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port. An exhaust system for a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust sequences are not continuous with each other and separated into a low speed side passage and a high speed side passage at least downstream A plurality of independent exhaust passages, connected to the downstream ends of the respective low speed side passages, communicated with the respective low speed side passages, and gathered exhaust passing through the respective low speed side passages, A high-speed side collecting portion connected to the downstream end of the high-speed side passage, communicating with the high-speed side passages, and collecting exhaust passing through the high-speed side passages; A variable flow area variable valve provided in a path and capable of changing a flow area of each high-speed side path, a variable flow area valve driving means that can open and close the variable flow area valve, and each cylinder Valve driving means capable of driving an intake valve and an exhaust valve, and among the low speed side passages, low speed side passages connected to cylinders in which the exhaust order is continuous are connected to the low speed side collecting portion at positions adjacent to each other. Each of the low-speed side passages and the low-speed side collective portion is negatively affected by the ejector effect as exhaust gas is discharged from each cylinder through the low-speed side passages to the low-speed side collective portion. The valve driving means has a valve opening period of an intake valve and an exhaust valve of each cylinder in a low speed region where the engine speed is lower than a preset reference speed. Toga Each cylinder is overlapped so that the overlap period of one cylinder and the time when the exhaust valve of the other cylinder is opened overlap between cylinders in which the exhaust sequence continues. The intake valve and the exhaust valve are driven, and the flow passage area variable valve driving means fully opens the flow passage area variable valve in a high load region where a required torque for the multi-cylinder engine is higher than a predetermined value in the low speed region. The flow rate of the exhaust gas passing through the high speed side passage is reduced to a smaller value, while in the high speed region where the engine speed is higher than the reference rotational speed, the flow path area variable valve is fully opened to open the high speed side passage. And the adjacent high-speed side passages extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream ends of the respective high-speed passages to the high-speed side collecting portion. The intersection angle between the roads is the intersection between the adjacent low speed side passages of the downstream end axis extending along the flow direction of the exhaust discharged from the downstream end of each low speed side passage to the low speed side collecting portion. Provided is an exhaust device for a multi-cylinder engine, which is set to be larger than an angle.

本発明によれば、低速領域においてエゼクタ効果を効果的に利用して気筒内の掃気を促進することができるとともに、高速領域において排気抵抗を小さく抑えることができ、全速度領域において吸気効率を高めてエンジン出力を高めることができる。   According to the present invention, the scavenging in the cylinder can be promoted by effectively using the ejector effect in the low speed region, the exhaust resistance can be suppressed to a small value in the high speed region, and the intake efficiency is increased in the entire speed region. Engine output can be increased.

具体的には、この構成では、前記低速領域において、高速側通路を遮断して排気を前記エゼクタ効果が得られるよう構成された低速側通路を通過させるとともに、所定の気筒の前記オーバーラップ期間中に他の気筒の排気バルブを開弁させているので、排気バルブの開弁時に所定の独立排気通路から高速の排気が噴出するのに伴い前記エゼクタ効果によって前記オーバーラップ期間にある気筒の排気ポートに負圧を生成することができ、この気筒内の残留ガスを排気ポート側に吸い出し、このオーバーラップ期間にある気筒すなわち吸気行程にある気筒内の掃気を促進することができる。   Specifically, in this configuration, in the low-speed region, the high-speed side passage is shut off to allow exhaust to pass through the low-speed side passage configured to obtain the ejector effect, and during the overlap period of a predetermined cylinder Since the exhaust valves of the other cylinders are opened, the exhaust ports of the cylinders in the overlap period due to the ejector effect as high-speed exhaust is ejected from a predetermined independent exhaust passage when the exhaust valve is opened. Thus, a negative pressure can be generated, and residual gas in the cylinder can be sucked out to the exhaust port side, and scavenging in the cylinder in the overlap period, that is, in the cylinder in the intake stroke can be promoted.

そして、この構成では、排気の流量が多いために排気抵抗が大きくなるおそれがある高速領域において、高速側通路を開放して排気を低速側通路に加えて高速側通路に排出しているので、排気抵抗を小さく抑えることができる。   And in this configuration, in the high speed region where the exhaust resistance may increase due to the large flow rate of the exhaust, the high speed side passage is opened and the exhaust is discharged to the high speed side passage in addition to the low speed side passage. The exhaust resistance can be kept small.

しかも、この構成では、各高速側通路の下流端から高速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する高速側通路間での交差角度が大きく設定されているので、前記交差角度が小さく各高速側通路が平行により近い姿勢にある場合に比べて、所定の高速側通路の下流端から高速側集合部に排出された排気を高速側集合部に加えて他の高速側通路に向かってより容易に進行できる、すなわち、この排気がより抵抗の少ない状態で高速側集合部内に排出することができる。そのため、この高速側通路を排気が通過する前記高速領域では、排気抵抗をより一層小さく抑えて気筒内の掃気を促進することができる。   In addition, in this configuration, the crossing angle between the adjacent high speed side passages extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream end of each high speed side passage to the high speed side collecting portion is set large. Therefore, the exhaust discharged from the downstream end of the predetermined high-speed side passage to the high-speed side collecting portion is sent to the high-speed side collecting portion as compared with the case where the crossing angle is small and each high-speed side passage is in a posture closer to parallel. In addition, it can proceed more easily toward the other high speed side passages, that is, the exhaust gas can be discharged into the high speed side collecting portion with less resistance. Therefore, in the high speed region where the exhaust passes through the high speed side passage, it is possible to further reduce the exhaust resistance and promote scavenging in the cylinder.

一方、各低速側通路の下流端から低速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する低速側通路間での交差角度が小さく設定されているので、低速側通路の下流端から低速側集合部に排出された排気が他の低速側通路へ進行するのを抑制することができる。すなわち、低速側集合部における排気の膨張をより小さく抑えて、排気をより高速で低速側集合部内を流下させることができる。そのため、この低速側通路を排気が通過する前記低速領域では、より高いエゼクタ効果すなわちこの低速側集合部を高速で排気が通過することに伴いこの排気の周囲ひいては前記排気ポートに生成される負圧量を大きくすることができ、気筒内の掃気をより確実に促進することができる。   On the other hand, since the crossing angle between the adjacent low speed side passages of the axis of the downstream end extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream end of each low speed side passage to the low speed side collecting portion is set. Further, it is possible to suppress the exhaust discharged from the downstream end of the low speed side passage to the low speed side collecting portion from proceeding to another low speed side passage. That is, it is possible to suppress the expansion of the exhaust gas at the low-speed side collecting portion and to cause the exhaust gas to flow down through the low-speed side collecting portion at a higher speed. Therefore, in the low speed region where the exhaust passes through the low speed side passage, the higher ejector effect, that is, the negative pressure generated around the exhaust and thus the exhaust port as the exhaust passes through the low speed side collecting portion at high speed. The amount can be increased, and scavenging in the cylinder can be more reliably promoted.

前記各低速側通路の下流端から前記低速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する低速側通路間での交差角度の具体的な値としては、30度未満が挙げられ、前記各高速側通路の下流端から前記高速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する高速側通路間での交差角度の具体的な値としては、30度以上60度以下が挙げられる(請求項2)。   As a specific value of the crossing angle between the adjacent low speed side passages of the axis of the downstream end extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream end of each low speed side passage to the low speed side collecting portion. , Less than 30 degrees, and the intersection between adjacent high speed side passages of the axial center of the downstream end extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream end of each high speed side passage to the high speed side collecting portion. Specific values of the angle include 30 degrees or more and 60 degrees or less (claim 2).

なお、前記交差角度が30度未満とは、交差角度が0度であって、前記各低速側通路の下流端から前記低速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心が、互いに平行に延びている場合を含む。   The crossing angle of less than 30 degrees means that the crossing angle is 0 degrees, and the downstream end that extends along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream end of each low speed side passage to the low speed side collecting portion. Including the case where the axial centers of these extend parallel to each other.

また、本発明において、前記高速側集合部は、排気の流れ方向に延びる軸を囲む外側面をもつ形状を有し、前記複数の高速側通路の少なくとも一部の下流端は、前記高速側集合部の外側面に接続されているのが好ましい(請求項3)。   Further, in the present invention, the high-speed side assembly portion has a shape having an outer surface surrounding an axis extending in the exhaust flow direction, and at least some of the downstream ends of the plurality of high-speed side passages are formed on the high-speed side assembly. It is preferable that it is connected to the outer surface of the part (Claim 3).

このようにすれば、所定の高速側通路から高速側集合部に流入してこの高速側集合部を下流側に進む排気が、より容易に他の高速側通路に向かって進行することができるため、この排気の排気抵抗を低減して気筒内の掃気をより一層促進することができる。   In this way, the exhaust gas that flows into the high-speed side collecting portion from the predetermined high-speed side passage and travels downstream through the high-speed side collecting portion can more easily travel toward the other high-speed side passages. The exhaust resistance of the exhaust can be reduced, and scavenging in the cylinder can be further promoted.

ここで、前記エゼクタ効果を効果的に得るための前記低速側通路の具体的構成としては、前記低速側集合部は、その上流端と下流端の少なくとも一方の流路面積が、当該低速側集合部の流路面積のうち最も小さい面積となる形状を有し、前記低速側通路は、その下流端部分の流路面積と同じ面積を有する真円の直径aと、前記低速側集合部の下流端と同じ面積を有する真円の直径Dとの関係がa/D≧0.5となる形状を有するものが挙げられる(請求項4)。   Here, as a specific configuration of the low-speed side passage for effectively obtaining the ejector effect, the low-speed side assembly portion has at least one flow path area of an upstream end and a downstream end of the low-speed side assembly. The low-speed side passage has a diameter a of a perfect circle having the same area as the flow-path area of the downstream end portion thereof, and the downstream of the low-speed-side assembly portion. Examples include a shape in which the relationship with the diameter D of a perfect circle having the same area as the end is a / D ≧ 0.5 (Claim 4).

以上説明したように、本発明によれば、全速度領域において吸気効率を高めてエンジン出力を高めることができる。   As described above, according to the present invention, the engine output can be increased by increasing the intake efficiency in the entire speed region.

本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置を備えたエンジンシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine system including an exhaust device for a multi-cylinder engine according to an embodiment of the present invention. 図1において高速側通路と高速側集合部等を省略した図である。It is the figure which abbreviate | omitted the high speed side channel | path, the high speed side gathering part, etc. in FIG. 図1において低速側通路と低速側集合部等を省略した図である。It is the figure which abbreviate | omitted the low speed side channel | path, the low speed side gathering part, etc. in FIG. 図1に対応するエンジンシステムの概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the engine system corresponding to FIG. 図2のV−V線断面図である。It is the VV sectional view taken on the line of FIG. 本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置における吸気バルブおよび排気バルブの開弁時期および閉弁時期を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the valve opening timing and valve closing timing of an intake valve and an exhaust valve in the exhaust apparatus of the multicylinder engine which concerns on embodiment of this invention. 吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the valve timing of an intake valve and an exhaust valve.

本発明に係る多気筒エンジンの排気装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。   An embodiment of an exhaust device for a multi-cylinder engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は前記多気筒エンジンの排気装置を備えたエンジンシステム100の概略構成図である。このエンジンシステム100は、シリンダヘッド9およびシリンダブロックを有するエンジン本体1と、エンジン制御用のECU2と、エンジン本体1に接続される排気マニホールド5と、排気マニホールド5に接続される触媒装置6とを備えている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system 100 including an exhaust device for the multi-cylinder engine. The engine system 100 includes an engine body 1 having a cylinder head 9 and a cylinder block, an ECU 2 for engine control, an exhaust manifold 5 connected to the engine body 1, and a catalyst device 6 connected to the exhaust manifold 5. I have.

前記シリンダヘッド9およびシリンダブロックの内部にはピストンがそれぞれ嵌挿された複数の気筒12が形成されている。本実施形態では、前記エンジン本体1は、直列4気筒のエンジンであって、前記シリンダヘッド9およびシリンダブロックの内部には4つの気筒12が直列に並んだ状態で形成されている。具体的には、図2の右から順に第1気筒12a,第2気筒12b,第3気筒12c,第4気筒12dが形成されている。前記シリンダヘッド9には、ピストンの上方に区画された燃焼室内に臨むようにそれぞれ点火プラグ15が設置されている。   A plurality of cylinders 12 into which pistons are respectively inserted are formed in the cylinder head 9 and the cylinder block. In the present embodiment, the engine body 1 is an in-line four-cylinder engine, and four cylinders 12 are formed in series in the cylinder head 9 and the cylinder block. Specifically, a first cylinder 12a, a second cylinder 12b, a third cylinder 12c, and a fourth cylinder 12d are formed in order from the right in FIG. Each cylinder head 9 is provided with a spark plug 15 so as to face a combustion chamber partitioned above the piston.

前記エンジン本体1は4サイクルエンジンであって、図6に示すように、各気筒12a〜12dにおいて、180℃Aずつずれたタイミングで前記点火プラグ15による点火が行われて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がそれぞれ180℃Aずつずれるように構成されている。本実施形態では、第1気筒12a→第3気筒12c→第4気筒12d→第2気筒12bの順に点火が行われてこの順に排気行程等が実施される。   The engine body 1 is a four-cycle engine, and as shown in FIG. 6, the cylinders 12a to 12d are ignited by the spark plug 15 at a timing shifted by 180 ° C. A, and the intake stroke and the compression stroke are performed. The expansion stroke and the exhaust stroke are each shifted by 180 ° C. A. In the present embodiment, ignition is performed in the order of the first cylinder 12a → the third cylinder 12c → the fourth cylinder 12d → the second cylinder 12b, and the exhaust stroke and the like are performed in this order.

各気筒12の上部には、それぞれ燃焼室に向かって開口する2つの吸気ポート17および2つの排気ポート18が設けられている。吸気ポート17は、各気筒12内に吸気を導入するためのものである。排気ポート18は、各気筒12内から排気を排出するためのものである。各吸気ポート17には、これら吸気ポート17を開閉して吸気ポート17と気筒12内部とを連通あるいは遮断するための吸気バルブ19が設けられている。各排気ポート18には、これら排気ポート18を開閉してこれら排気ポート18と気筒12内部とを連通あるいは遮断するための排気バルブ20が設けられている。前記吸気バルブ19は吸気バルブ駆動機構(バルブ駆動手段)30により駆動されることで、所定のタイミングで吸気ポート17を開閉する。また、前記排気バルブ20は、排気バルブ駆動機構(バルブ駆動手段)40により駆動されて、所定のタイミングで排気ポート18を開閉する。   Two intake ports 17 and two exhaust ports 18 that open toward the combustion chamber are provided at the top of each cylinder 12. The intake port 17 is for introducing intake air into each cylinder 12. The exhaust port 18 is for exhausting the exhaust from each cylinder 12. Each intake port 17 is provided with an intake valve 19 for opening and closing the intake port 17 to communicate or block the intake port 17 and the inside of the cylinder 12. Each exhaust port 18 is provided with an exhaust valve 20 for opening and closing the exhaust port 18 to communicate or block the exhaust port 18 and the inside of the cylinder 12. The intake valve 19 is driven by an intake valve drive mechanism (valve drive means) 30 to open and close the intake port 17 at a predetermined timing. The exhaust valve 20 is driven by an exhaust valve drive mechanism (valve drive means) 40 to open and close the exhaust port 18 at a predetermined timing.

前記吸気バルブ駆動機構30は、吸気バルブ19に連結された吸気カムシャフト31と吸気VVT32とを有している。吸気カムシャフト31は、周知のチェーン/スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトの回転に伴い回転して、吸気バルブ19を開閉駆動する。   The intake valve drive mechanism 30 has an intake camshaft 31 and an intake VVT 32 connected to the intake valve 19. The intake camshaft 31 is connected to the crankshaft via a known power transmission mechanism such as a chain / sprocket mechanism, and rotates with the rotation of the crankshaft to open and close the intake valve 19.

前記吸気VVT32は、吸気バルブ19のバルブタイミングを変更するためのものである。この吸気VVT32は、吸気カムシャフト31と同軸に配置されてクランクシャフトにより直接駆動される所定の被駆動軸と吸気カムシャフト31との間の位相差を変更して、これによりクランクシャフトと前記吸気カムシャフト31との間の位相差を変更することで、吸気バルブ19のバルブタイミングを変更する。吸気VVT32の具体的構成としては、例えば、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト31との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これら液室間に圧力差を設けることで前記位相差を変更する液圧式機構や、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト31との間に設けられた電磁石を有し、前記電磁石に電力を付与することで前記位相差を変更する電磁式機構等が挙げられる。この吸気VVT32は、ECU2で算出された吸気バルブ19の目標バルブタイミングに基づいて前記位相差を変更する。   The intake VVT 32 is for changing the valve timing of the intake valve 19. The intake VVT 32 is arranged coaxially with the intake camshaft 31 and changes the phase difference between a predetermined driven shaft that is directly driven by the crankshaft and the intake camshaft 31, thereby the crankshaft and the intake air By changing the phase difference from the camshaft 31, the valve timing of the intake valve 19 is changed. As a specific configuration of the intake VVT 32, for example, a plurality of liquid chambers arranged in the circumferential direction are provided between the driven shaft and the intake camshaft 31, and a pressure difference is provided between the liquid chambers to thereby change the position. A hydraulic mechanism that changes the phase difference, an electromagnetic mechanism that has an electromagnet provided between the driven shaft and the intake camshaft 31, and changes the phase difference by applying electric power to the electromagnet, etc. Is mentioned. The intake VVT 32 changes the phase difference based on the target valve timing of the intake valve 19 calculated by the ECU 2.

前記排気バルブ駆動機構40は、前記吸気バルブ駆動機構30と同様の構造を有している。すなわち、排気バルブ駆動機構40は、排気バルブ20およびクランクシャフトに連結された排気カムシャフト41と、この排気カムシャフト41とクランクシャフトとの位相差を変更することで排気バルブ20のバルブタイミングを変更する排気VVT42とを有している。排気VVT42は、ECU2で算出された排気バルブ20の目標バルブタイミングに基づいて、前記位相差を変更する。そして、排気カムシャフト41は、この位相差の下でクランクシャフトの回転に伴って回転して排気バルブ20を前記目標バルブタイミングで開閉駆動する。   The exhaust valve drive mechanism 40 has the same structure as the intake valve drive mechanism 30. That is, the exhaust valve drive mechanism 40 changes the valve timing of the exhaust valve 20 by changing the phase difference between the exhaust camshaft 41 and the crankshaft, and the exhaust camshaft 41 connected to the exhaust valve 20 and the crankshaft. And an exhaust VVT 42 to be used. The exhaust VVT 42 changes the phase difference based on the target valve timing of the exhaust valve 20 calculated by the ECU 2. The exhaust camshaft 41 rotates with the rotation of the crankshaft under this phase difference to drive the exhaust valve 20 to open and close at the target valve timing.

なお、本実施形態では、前記吸気VVT32および排気VVT42は、吸気バルブ19および排気バルブ20の開弁期間及びリフト量つまりバルブ・プロファイルをそれぞれ一定に保ったまま、吸気バルブ19および排気バルブ20の開弁時期と閉弁時期とをそれぞれ変更する。   In the present embodiment, the intake VVT 32 and the exhaust VVT 42 open the intake valve 19 and the exhaust valve 20 while keeping the valve opening period and the lift amount, that is, the valve profile, of the intake valve 19 and the exhaust valve 20 constant. The valve timing and the valve closing timing are each changed.

前記排気マニホールド5は、3つの独立排気通路52と、3つの流路面積可変バルブ58および高速側集合部57と、混合管(低速側集合部)56aとストレート管56bとディフューザー56c(図2参照)と、を備えている。   The exhaust manifold 5 includes three independent exhaust passages 52, three flow area variable valves 58 and a high speed side collecting portion 57, a mixing pipe (low speed side collecting portion) 56a, a straight pipe 56b, and a diffuser 56c (see FIG. 2). ) And.

前記各独立排気通路52は、前記各気筒12の排気ポート18に接続されている。具体的には、前記気筒12のうち第1気筒12aの排気ポート18と第4気筒12dの排気ポート18とは、それぞれ個別に独立排気通路52a、52dに接続されている。一方、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第2気筒12bと第3気筒12cの排気ポート18は、これら各気筒から同時に排気が排出されることがないため、構造を簡素化する観点から、1つの独立排気通路52bに接続されている。より詳細には、この第2気筒12bと第3気筒12cの排気ポート18に接続されている独立排気通路52bは、その上流側において2つの通路に分離しており、その一方に前記第2気筒12bの排気ポート18が接続され、他方に前記第3気筒12cの排気ポート18が接続されている。   Each independent exhaust passage 52 is connected to the exhaust port 18 of each cylinder 12. Specifically, in the cylinder 12, the exhaust port 18 of the first cylinder 12a and the exhaust port 18 of the fourth cylinder 12d are individually connected to the independent exhaust passages 52a and 52d, respectively. On the other hand, the exhaust ports 18 of the second cylinder 12b and the third cylinder 12c in which the exhaust strokes are not adjacent to each other and the exhaust order is not continuous are not exhausted simultaneously from these cylinders, so that the structure is simplified. It is connected to one independent exhaust passage 52b. More specifically, the independent exhaust passage 52b connected to the exhaust port 18 of the second cylinder 12b and the third cylinder 12c is separated into two passages on the upstream side thereof, and the second cylinder is provided in one of the two passages. The exhaust port 18 of 12b is connected, and the exhaust port 18 of the third cylinder 12c is connected to the other.

これら独立排気通路52は、互いに独立しており、第2気筒12bあるいは第3気筒12cから排出された排気と、第1気筒12aから排出された排気と、第4気筒12dから排出された排気とは、互いに独立して各独立排気通路52内を通って下流側に排出される。   These independent exhaust passages 52 are independent from each other, and are exhausted from the second cylinder 12b or the third cylinder 12c, exhaust exhausted from the first cylinder 12a, and exhaust exhausted from the fourth cylinder 12d. Are discharged downstream through the independent exhaust passages 52 independently of each other.

前記各独立排気通路52は、その下流側において、それぞれ高速側通路53と低速側通路54とに分離している。本実施形態では、図4に示すように、前記低速側通路54は、高速側通路53との分離点よりも上流側の独立排気通路52に沿って下流側に延びており、前記高速側通路53は、低速側通路54から上方に湾曲した後、低速側通路54と略平行に下流側に延びている。また、前記第2気筒12bおよび第3気筒12cの排気ポート18に対応する高速側通路53および低速側通路54は、これら気筒の中央部分すなわちエンジン本体1の略中央部分と対向して直線的に延びており、他の気筒の排気ポート18に対応する高速側通路53および低速側通路54は、対応する各排気ポート18と対向する位置から前記第2気筒12bおよび第3気筒12cに対応する各通路52,54に向かって湾曲して延びている。前記各高速側通路53の断面積すなわち流路面積は互いに同一に設定されており、各低速側通路54の断面積すなわち流路面積は、互いに同一に設定されている。   Each of the independent exhaust passages 52 is separated into a high speed side passage 53 and a low speed side passage 54 on the downstream side thereof. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the low speed side passage 54 extends downstream along the independent exhaust passage 52 upstream from the separation point from the high speed side passage 53, and the high speed side passage is provided. 53, after curving upward from the low speed side passage 54, extends to the downstream side substantially parallel to the low speed side passage 54. Further, the high speed side passage 53 and the low speed side passage 54 corresponding to the exhaust ports 18 of the second cylinder 12b and the third cylinder 12c are linearly opposed to the central portion of these cylinders, that is, the substantially central portion of the engine body 1. The high speed side passage 53 and the low speed side passage 54 corresponding to the exhaust ports 18 of the other cylinders extend from the positions facing the corresponding exhaust ports 18 to the second cylinder 12b and the third cylinder 12c. It curves and extends toward the passages 52 and 54. The cross-sectional areas, that is, the flow areas of the respective high-speed passages 53 are set to be the same, and the cross-sectional areas, that is, the flow areas of the respective low-speed passages 54 are set to be the same.

前記各低速側通路54の下流側には前記混合管56aが接続されており、各低速側通路54を通過した排気はこの混合管56aで集合する。この混合管56aにおいて、前記3つの低速側通路54は、その下流端が互いに隣接する位置で接続されている。   The mixing pipe 56a is connected to the downstream side of each low speed side passage 54, and the exhaust gas that has passed through each low speed side passage 54 gathers in the mixing pipe 56a. In the mixing pipe 56a, the three low speed side passages 54 are connected at positions where their downstream ends are adjacent to each other.

前記各低速側通路54および混合管56aは、各低速側通路54から排気が高速で噴出されてこの排気が高速で混合管56aを通過するのに伴い、この高速の排気の周囲に発生した負圧作用すなわちエゼクタ効果によって隣接する他の低速側通路54およびこの低速側通路54に対応する排気ポート18内が負圧とされてこの排気ポート18内のガスが下流側に吸い出される形状を有している。   Each of the low speed side passages 54 and the mixing pipes 56a has a negative pressure generated around the high speed exhaust gas as the exhaust gas is ejected from the low speed side passages 54 at a high speed and the exhaust gas passes through the mixing pipe 56a at a high speed. Due to the pressure action, that is, the ejector effect, the adjacent low speed side passage 54 and the exhaust port 18 corresponding to the low speed side passage 54 have a negative pressure, and the gas in the exhaust port 18 is sucked downstream. doing.

本実施形態では、前記各低速側通路54は、下流に向かうほどその流路面積が小さくなる形状を有しており、排気が各低速側通路54から高速で下流側へ噴出されるよう構成されている。より詳細には、図5に示すように、各低速側通路54は、略円形断面を有する上流側部分から下流に向かうに従ってその断面積が縮小されており、その下流端では上流側部分の円形断面積の略1/3となる扇形となっている。そして、これら低速側通路54は、扇形をなす各下流端が全体として略円形断面を形成するように集合して前記混合管56aに接続されている。   In the present embodiment, each of the low-speed passages 54 has a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream, and exhaust gas is ejected from each low-speed passage 54 at a high speed to the downstream side. ing. More specifically, as shown in FIG. 5, each low-speed passage 54 is reduced in cross-sectional area from the upstream portion having a substantially circular cross section toward the downstream, and at the downstream end, the circular shape of the upstream portion is reduced. It has a sector shape that is approximately 1/3 of the cross-sectional area. These low speed side passages 54 are aggregated and connected to the mixing pipe 56a so that each downstream end forming a fan shape forms a substantially circular cross section as a whole.

また、各低速側通路54から前記混合管56aへ排出される排気の流れ方向に沿って延びる各低速側通路54の下流端の軸心C1,C2,C3の交差角度であって、隣接する低速側通路54の下流端の軸心どうしの交差角度α(図2参照)は、それぞれ7度に設定されており、各低速側通路54は平行に近い状態で混合管56aに接続されている。すなわち、各低速側通路54は、所定の低速側通路54から混合管56aに排出された排気が他の低速側通路54側に向かって進行せず、この混合管56aにおいて排気の膨張ひいては排気の速度低下が小さく抑えられるよう構成されている。   Further, the crossing angles of the axial centers C1, C2, and C3 at the downstream ends of the low speed side passages 54 extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the low speed side passages 54 to the mixing pipe 56a, and adjacent low speeds. The crossing angle α (see FIG. 2) between the axial centers of the downstream ends of the side passages 54 is set to 7 degrees, and each low speed side passage 54 is connected to the mixing pipe 56a in a state of being nearly parallel. That is, in each low speed side passage 54, the exhaust discharged from the predetermined low speed side passage 54 to the mixing pipe 56 a does not travel toward the other low speed side passage 54, and the expansion of the exhaust gas in the mixing pipe 56 a and the exhaust gas are not detected. The speed reduction is configured to be kept small.

そして、前記混合管56aは、その下流端の流路面積と同じ面積を有する真円の直径をD1(図4参照)として、前記低速側通路54の下流端の断面積と同じ面積を有する真円の直径をa(図4参照)とした場合に、a/D=0.65となる形状を有している。   The mixing tube 56a is a true circle having the same area as the cross-sectional area of the downstream end of the low speed side passage 54, with the diameter of a perfect circle having the same area as the flow path area at the downstream end being D1 (see FIG. 4). When the diameter of the circle is a (see FIG. 4), the shape is a / D = 0.65.

ここで、この混合管56aの具体的構造は前記に限らないが、この混合管56aが、その上流端と下流端の少なくとも一方の流路面積が最も小さい流路面積となる形状を有し、a/Dがa/D≧0.5の範囲に設定されていれば、この混合管56aを排気が十分な高い速度で通過して前記エゼクタ効果が十分に得られることが分かっているため、前記のような形状を有するものが好ましい。なお、前記混合管56aへの排気の流入速度をより高めるべく、前記低速側通路54の下流端に流路面積が小さくされた部分すなわち絞り部が設けられている場合には、この絞り部の流路面積の直径をaとして、前記混合管56aがa/D≧0.5となるような形状とされるのが好ましい。   Here, the specific structure of the mixing pipe 56a is not limited to the above, but the mixing pipe 56a has a shape in which the flow area of at least one of the upstream end and the downstream end is the smallest flow area, If a / D is set in the range of a / D ≧ 0.5, it is known that the exhaust passes through the mixing pipe 56a at a sufficiently high speed and the ejector effect is sufficiently obtained. What has the above shapes is preferable. In order to further increase the flow rate of the exhaust gas into the mixing pipe 56a, when a portion having a reduced flow area, that is, a throttle portion is provided at the downstream end of the low-speed side passage 54, the throttle portion The diameter of the channel area is preferably a, and the mixing tube 56a is preferably shaped so that a / D ≧ 0.5.

前記混合管56aに流入した排気は前記ストレート管56bおよび前記ディフューザー56cを通過して下流側に流出する。前記ストレート管56cは、前記混合管56aから連続して、この混合管56aの下流端と同一の断面形状すなわち同一の流路面積で下流側に延びる形状を有している。前記ディフューザー56cは、前記ストレート管56bから連続して下流側に延びており、下流に向かうに従って拡径してその流路面積が大きくなる形状を有している。   The exhaust gas flowing into the mixing pipe 56a passes through the straight pipe 56b and the diffuser 56c and flows out downstream. The straight pipe 56c has the same cross-sectional shape as the downstream end of the mixing pipe 56a, that is, the shape extending to the downstream side with the same flow area, continuously from the mixing pipe 56a. The diffuser 56c continuously extends from the straight pipe 56b to the downstream side, and has a shape in which the diameter of the diffuser 56c increases toward the downstream and the flow passage area increases.

一方、前記各高速側通路53の下流側には前記高速側集合部57が接続されており、各高速側通路53を通過した排気はこの高速側集合部57で集合する。そして、この高速側通路53および高速側集合部57は、前記低速側通路54および混合管56aと異なり、高速側通路53から高速側集合部57に流入した排気が膨張しやすく、排気抵抗が小さくなるような形状を有している。   On the other hand, the high-speed side collecting portion 57 is connected to the downstream side of each high-speed side passage 53, and the exhaust gas that has passed through each high-speed side passage 53 is collected in the high-speed side collecting portion 57. The high-speed side passage 53 and the high-speed side collecting portion 57 are different from the low-speed side passage 54 and the mixing pipe 56a in that the exhaust gas flowing from the high-speed side passage 53 into the high-speed side collecting portion 57 is easily expanded and the exhaust resistance is small. The shape is such that

具体的には、前記高速側通路53は、流路面積がほぼ一定の状態で下流側に延びる形状を有し、その流路面積が前記低速側通路54の下流端の流路面積よりも大きく設定されている。本実施形態では、1つの高速側通路53の流路面積が、3つの低速側通路54の下流端の流路面積の合計とほぼ一致するように設定されている。また、前記高速側集合部57は、排気の流れ方向に沿って延びる略円筒状であって、その流路面積が全体にわたってほぼ一定となる形状を有している。   Specifically, the high speed side passage 53 has a shape extending downstream with a substantially constant flow area, and the flow area is larger than the flow area at the downstream end of the low speed passage 54. Is set. In the present embodiment, the flow area of one high speed side passage 53 is set to substantially match the total flow area of the downstream ends of the three low speed side passages 54. The high-speed side collecting portion 57 has a substantially cylindrical shape extending along the flow direction of the exhaust gas, and has a shape in which the flow path area is substantially constant throughout.

そして、各高速側通路53からこの高速側集合部57へ排出された排気の流れ方向に沿って延びる各高速側通路53の下流端の軸心C11,C12,C13の交差角度であって、隣接する高速側通路53の下流端の軸心どうしの交差角度β(図3参照)は、前記低速側通路54の下流端の軸心どうしの交差角度αよりも大きい、45度に設定されている。   Further, the crossing angles of the axial centers C11, C12, C13 at the downstream ends of the high speed side passages 53 extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the high speed side passages 53 to the high speed side collecting portion 57 are adjacent to each other. The crossing angle β (see FIG. 3) between the axial centers of the downstream ends of the high speed side passage 53 is set to 45 degrees, which is larger than the crossing angle α between the axial centers of the downstream ends of the low speed side passage 54. .

このようにして、この高速側集合部57では、前記低速側通路54側と異なり、所定の高速側通路53から高速側集合部57に排出された排気が他の高速側通路53側に向かって比較的容易に進行して高速側集合部57における前記排気の膨張が促進される、ひいては、排気抵抗がより低減されるように構成されている。特に、本実施形態では、高速側集合部57の外周面(外側面)に、第1気筒12aに対応する高速側通路53と第4気筒12dに対応する高速側通路53とが、各下流端が互いに略対向する状態で接続されており、所定の高速側通路53から排出された排気がより容易に他の高速側通路53側に向かって進行し、排気抵抗が効果的に低減するよう構成されている。   In this manner, in the high speed side collecting portion 57, unlike the low speed side passage 54 side, the exhaust discharged from the predetermined high speed side passage 53 to the high speed side collecting portion 57 is directed toward the other high speed side passage 53 side. It is relatively easy to proceed so that expansion of the exhaust gas at the high-speed side gathering portion 57 is promoted, and as a result, exhaust resistance is further reduced. In particular, in the present embodiment, a high speed side passage 53 corresponding to the first cylinder 12a and a high speed side passage 53 corresponding to the fourth cylinder 12d are provided on the outer peripheral surface (outer surface) of the high speed side collecting portion 57 at each downstream end. Are connected so as to be substantially opposed to each other, and the exhaust discharged from the predetermined high-speed side passage 53 more easily proceeds toward the other high-speed side passage 53 side, and the exhaust resistance is effectively reduced. Has been.

前記流路面積可変バルブ58は、前記各高速側通路53の流路面積を変更し、これにより各高速側通路53の流路面積を変更するためのものである。これら流路面積可変バルブ58は各高速側通路53内にそれぞれ1つずつ設けられている。   The flow passage area variable valve 58 is for changing the flow passage area of each high speed side passage 53 and thereby changing the flow passage area of each high speed side passage 53. Each of these flow path area variable valves 58 is provided in each high speed side passage 53.

前記流路面積可変バルブ58は、その中央に設けられた回動軸58aが回動駆動されるに伴いこの回動軸58aを中心として回動する。本実施形態では、各流路面積可変バルブ58に、共通の回動軸58aが固定されており、3つの流路面積可変バルブ58は一体に回動する。各流路面積可変バルブ58は、排気の流れ方向と略平行な方向に広がり高速側通路53を開放する全開位置(図4の破線)と、排気の流れ方向と略垂直な方向に広がり高速側通路53を遮断する全閉位置(図4の実線)との間で回動し、高速側通路53を開閉して高速側通路53の流路面積を変更する。   The flow path area variable valve 58 rotates about the rotation shaft 58a as the rotation shaft 58a provided at the center thereof is driven to rotate. In the present embodiment, a common rotation shaft 58a is fixed to each flow path area variable valve 58, and the three flow path area variable valves 58 rotate integrally. Each flow path area variable valve 58 extends in a direction substantially parallel to the exhaust flow direction and opens to the high speed side passage 53 (broken line in FIG. 4), and extends in a direction substantially perpendicular to the exhaust flow direction. It rotates between the fully closed position (solid line in FIG. 4) that blocks the passage 53, and opens and closes the high speed side passage 53 to change the flow area of the high speed side passage 53.

前記回動軸58aは、その端部に設けられたバルブアクチュエータ(流路面積可変バルブ駆動手段)58bにより回動駆動される。このバルブアクチュエータ58bは、ECU2で算出された流路面積可変バルブ58の目標開度に応じて、前記回動軸58aを回動させて流路面積可変バルブ58を全閉あるいは全開位置に駆動する。このバルブアクチュエータ58bは前記回動軸58aを回動駆動して前記流路面積可変バルブ58を回動可能なものであればどのようなものであってもよい。   The pivot shaft 58a is rotationally driven by a valve actuator (flow path area variable valve driving means) 58b provided at the end thereof. The valve actuator 58b rotates the pivot shaft 58a in accordance with the target opening degree of the flow path area variable valve 58 calculated by the ECU 2, and drives the flow path area variable valve 58 to the fully closed or fully opened position. . The valve actuator 58b may be any one as long as it can rotate the flow path area variable valve 58 by rotationally driving the rotation shaft 58a.

前記ディフューザー56cの下流端および高速側集合部57の下流端にはそれぞれ前記触媒装置6の後述するケーシング62が接続されており、ディフューザー56cおよび高速側集合部57を通過した排気はケーシング62内に流入する。   The downstream end of the diffuser 56c and the downstream end of the high speed side collecting portion 57 are connected to a casing 62, which will be described later, of the catalyst device 6, and the exhaust gas that has passed through the diffuser 56c and the high speed side collecting portion 57 is placed in the casing 62. Inflow.

前記触媒装置6は、エンジン本体1から排出された排気を浄化するための装置である。この触媒装置6は、三元触媒等の触媒本体64とこの触媒本体64を収容するケーシング62とを備えている。ケーシング62は排気の流れ方向と平行に延びる略円筒状を有している。前記触媒本体64は、前記ケーシング62の上下流方向の中央部分に収容されており、このケーシング62の上流端62aには所定の空間が形成されている。前記ディフューザー5cおよび高速側集合部57の各下流端はこのケーシング62の上流端62aに接続されており、これら下流端から排出された排気はこのケーシング62の上流端62aで集合した後、触媒本体64側へ進行する。   The catalyst device 6 is a device for purifying the exhaust discharged from the engine body 1. The catalyst device 6 includes a catalyst main body 64 such as a three-way catalyst and a casing 62 that accommodates the catalyst main body 64. The casing 62 has a substantially cylindrical shape extending in parallel with the exhaust flow direction. The catalyst body 64 is accommodated in a central portion in the upstream and downstream direction of the casing 62, and a predetermined space is formed at the upstream end 62 a of the casing 62. The downstream ends of the diffuser 5c and the high speed side collecting portion 57 are connected to the upstream end 62a of the casing 62, and the exhaust discharged from these downstream ends is collected at the upstream end 62a of the casing 62, and then the catalyst body. Proceed to the 64 side.

前記ECU2は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行するためのCPUと、RAMやROMからなりプログラム及びデータを格納するメモリと、各種信号の入出力を行なうI/Oバスとを備えている。このECU2は、前記I/Oバスを介して各種センサからの信号を受け、この信号に基づき種々の演算を行う。   The ECU 2 is a controller based on a known microcomputer, and includes a CPU for executing a program, a memory including a RAM and a ROM for storing a program and data, and an I / O for inputting and outputting various signals. It has a bus. The ECU 2 receives signals from various sensors via the I / O bus and performs various calculations based on the signals.

ECU2には、運転条件に応じて予め設定された吸気バルブ19、排気バルブ20の目標バルブタイミングおよび前記流路面積可変バルブ58の目標開度が記憶されており、ECU2は、各種センサからの信号に基づき現在の運転条件を演算するとともにこの運転条件に対応した目標値を抽出し、吸気バルブ19、排気バルブ20のバルブタイミングおよび流路面積可変バルブの開度がこの目標値になるように、前記吸気VVT32、排気VVT42および前記バルブアクチュエータ58bを駆動する。   The ECU 2 stores the target valve timings of the intake valve 19 and the exhaust valve 20 and the target opening of the flow path area variable valve 58 set in advance according to the operating conditions. The ECU 2 receives signals from various sensors. Based on this, the current operating condition is calculated and a target value corresponding to this operating condition is extracted, and the valve timing of the intake valve 19 and the exhaust valve 20 and the opening of the flow path area variable valve become this target value. The intake VVT 32, the exhaust VVT 42, and the valve actuator 58b are driven.

前記吸気バルブ19、排気バルブ20の目標バルブタイミングおよび前記流路面積可変バルブ58の目標開度について次に説明する。   Next, the target valve timing of the intake valve 19 and the exhaust valve 20 and the target opening of the flow path area variable valve 58 will be described.

前記吸気バルブ19および排気バルブ20の目標バルブタイミングは、エンジンの回転数が基準回転数より低い低速領域において、排気バルブ20の開弁期間と吸気バルブ19の開弁期間とが吸気上死点(TDC)を挟んでオーバーラップし、かつ、排気バルブ20が他の気筒12のオーバーラップ期間T_O/L中に開弁を開始するように設定されている。具体的には、図6に示すように、第1気筒12aの吸気バルブ19と排気バルブ20とがオーバーラップしている期間中に第3気筒12cの排気バルブ20が開弁し、第3気筒12cの吸気バルブ19と排気バルブ20とがオーバーラップしている期間中に第4気筒12dの排気バルブ20が開弁し、第4気筒12dの吸気バルブ19と排気バルブ20とがオーバーラップしている期間中に第2気筒12bの排気バルブ20が開弁し、第2気筒12bの吸気バルブ19と排気バルブ20とがオーバーラップしている期間中に第1気筒12aの排気バルブ20が開弁するよう設定されている。   The target valve timing of the intake valve 19 and the exhaust valve 20 is that the intake top dead center (the open valve period of the exhaust valve 20 and the open valve period of the intake valve 19 are in the low speed region where the engine speed is lower than the reference engine speed ( The exhaust valve 20 is set to start opening during the overlap period T_O / L of the other cylinders 12. Specifically, as shown in FIG. 6, the exhaust valve 20 of the third cylinder 12c opens during the period in which the intake valve 19 and the exhaust valve 20 of the first cylinder 12a overlap, and the third cylinder The exhaust valve 20 of the fourth cylinder 12d opens while the intake valve 19 and exhaust valve 20 of 12c overlap, and the intake valve 19 and exhaust valve 20 of the fourth cylinder 12d overlap. The exhaust valve 20 of the second cylinder 12b is opened during the period in which the exhaust valve 20 is open, and the exhaust valve 20 of the first cylinder 12a is opened during the period in which the intake valve 19 and the exhaust valve 20 of the second cylinder 12b are overlapping. It is set to do.

また、前記吸気バルブ19および排気バルブ20の目標バルブタイミングは、エンジンの回転数が基準回転数N1より高い高速領域において、低速領域と同様に、排気バルブ20の開弁期間と吸気バルブ19の開弁期間とがオーバーラップするよう設定される一方、前記オーバーラップ期間T_L/Oが前記低速領域で設定されたオーバーラップよりも小さくなるように設定されている。例えば、低速領域のオーバーラップ期間T_O/Lが60℃A以上であって80℃A等に設定されているのに対して、高速領域のオーバーラップ期間T_O/Lは例えば40℃A以下に設定されている。   Further, the target valve timings of the intake valve 19 and the exhaust valve 20 are set such that the exhaust valve 20 is opened and the intake valve 19 is opened in the high speed region where the engine speed is higher than the reference speed N1, as in the low speed region. While the valve period is set to overlap, the overlap period T_L / O is set to be smaller than the overlap set in the low speed region. For example, the overlap period T_O / L in the low speed region is set to 60 ° C. A or more and set to 80 ° C. A, while the overlap period T_O / L in the high speed region is set to 40 ° C. or less, for example. Has been.

前記流路面積可変バルブ58の目標開度は、前記低速荷領域では全閉に設定され、前記高速領域では全開に設定されている。   The target opening degree of the flow path area variable valve 58 is set to be fully closed in the low speed load region, and is set to be fully open in the high speed region.

なお、本エンジンシステム100において、前記吸気バルブ19および排気バルブ20の開弁時期、閉弁時期とは、それぞれ、図8に示すように、各バルブのリフトカーブにおいてバルブのリフトが急峻に立ち上がるあるいは立ち下がる時期であり、例えば0.4mmリフトの時期をいう。   In the engine system 100, the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 19 and the exhaust valve 20, respectively, are as shown in FIG. It is a time of falling, for example, a time of 0.4 mm lift.

以上のように構成された本エンジンシステム100における吸気性能について次に説明する。   Next, the intake performance in the engine system 100 configured as described above will be described.

所定の気筒12(以下、適宜、排気行程気筒12という)の排気バルブ20が開弁すると、この気筒12から対応する排気ポート18および前記独立排気通路52には排気が高速で排出される。特に、排気バルブ20の開弁開始直後は気筒12から非常に高速で排気(いわゆるブローダウンガス)が排出される。   When an exhaust valve 20 of a predetermined cylinder 12 (hereinafter referred to as an exhaust stroke cylinder 12 as appropriate) is opened, exhaust is discharged from the cylinder 12 to the corresponding exhaust port 18 and the independent exhaust passage 52 at a high speed. In particular, immediately after the opening of the exhaust valve 20 is started, exhaust (so-called blowdown gas) is discharged from the cylinder 12 at a very high speed.

前記低速領域では、前記流路面積可変バルブ58は閉弁されており気筒12から排出された排気は前記低速側通路54にのみ流入する。前述のように、この低速側通路54および混合管56aは、エゼクタ効果により所定の低速側通路54から混合管56aに排気が高速で噴出されるのに伴い他の低速側通路54内の排気が下流側へ吸い出されるよう構成されている。そして、前記低速領域では、前記排気行程気筒12の排気バルブ20の開弁開始時に、排気順序がこの排気行程気筒12の1つ前に設定された他の気筒12(以下、適宜、吸気行程気筒12という)がオーバーラップ期間中となるよう設定されている。   In the low speed region, the flow path area variable valve 58 is closed, and the exhaust discharged from the cylinder 12 flows only into the low speed side passage 54. As described above, the low-speed side passage 54 and the mixing pipe 56a are configured so that the exhaust in the other low-speed side passages 54 is discharged from the predetermined low-speed side passage 54 to the mixing pipe 56a by the ejector effect. It is configured to be sucked out downstream. In the low speed region, when the exhaust valve 20 of the exhaust stroke cylinder 12 starts to be opened, another cylinder 12 whose exhaust sequence is set immediately before the exhaust stroke cylinder 12 (hereinafter referred to as an intake stroke cylinder as appropriate). 12) is set to be during the overlap period.

従って、前記低速領域では、排気行程気筒12内の排気が前記低速側通路54に流入してこの低速側通路54から前記混合管56aに高速で噴出されるのに伴い、前記エゼクタ効果により前記吸気行程気筒12内の残留ガスが排気ポート18側へ吸い出されて、吸気行程気筒12の掃気が促進され、吸気効率ひいてはエンジン出力が高められる。   Accordingly, in the low speed region, the exhaust gas in the exhaust stroke cylinder 12 flows into the low speed side passage 54 and is ejected from the low speed side passage 54 to the mixing pipe 56a at a high speed. Residual gas in the stroke cylinder 12 is sucked out to the exhaust port 18 side, scavenging of the intake stroke cylinder 12 is promoted, and intake efficiency and thus engine output is increased.

特に、隣接する低速側通路54の下流端の軸心どうしの交差角度αが、7度に設定されて、各低速側通路54が平行に近い状態で混合管56aに接続されており、排気行程気筒12に接続された低速側通路54から混合管56aに排出された排気の速度が高く維持される。従って、この排気行程気筒12から排出された排気の周囲をより高い負圧とすることができ、前記吸気行程気筒12内の残留ガスをより多く吸い出すことができる。   In particular, the crossing angle α between the axial centers of the downstream ends of the adjacent low-speed passages 54 is set to 7 degrees, and each low-speed passage 54 is connected to the mixing pipe 56a in a state of being nearly parallel, and the exhaust stroke The speed of the exhaust discharged to the mixing pipe 56a from the low speed side passage 54 connected to the cylinder 12 is maintained high. Therefore, the periphery of the exhaust discharged from the exhaust stroke cylinder 12 can be set to a higher negative pressure, and a larger amount of residual gas in the intake stroke cylinder 12 can be sucked out.

また、各低速側通路54の下流端は前記混合管56aにおいて隣接して配置されている。そのため、排気行程気筒12に接続された低速側通路54による吸出し力は吸気行程気筒12に接続された低速側通路54に効果的に作用する。   Further, the downstream end of each low speed side passage 54 is disposed adjacent to the mixing pipe 56a. Therefore, the suction force by the low speed side passage 54 connected to the exhaust stroke cylinder 12 effectively acts on the low speed side passage 54 connected to the intake stroke cylinder 12.

ここで、前述のように、前記低速側通路54は前記エゼクタ効果が効果的に得られるように下流側においてその流路面積が小さく絞られている。そのため、排気がこの低速側通路54のみを通過する場合において、エンジン回転数が高くなり排気流量が大きくなると、排気抵抗が大きくなってポンプ損失が増大する結果エンジン出力がかえって悪化するという問題が生じる。   Here, as described above, the flow path area of the low-speed side passage 54 is narrowed down on the downstream side so that the ejector effect can be effectively obtained. Therefore, when the exhaust gas passes only through the low speed side passage 54, if the engine speed increases and the exhaust gas flow rate increases, the exhaust resistance increases and the pump loss increases. As a result, the engine output deteriorates. .

これに対して、本エンジンシステム100では、前記高速領域において、前記流路面積可変バルブ58が開弁されており、気筒12から排出された排気は前記低速側通路54に加えて排気抵抗が小さくなるよう構成された高速側通路53に流入する。従って、この高速領域では、前記ポンプ損失が小さく抑えられてエンジン出力が高められる。   On the other hand, in the engine system 100, the flow path area variable valve 58 is opened in the high speed region, and the exhaust discharged from the cylinder 12 has a small exhaust resistance in addition to the low speed side passage 54. It flows into the high-speed side passage 53 configured as described above. Therefore, in this high speed region, the pump loss is kept small and the engine output is increased.

特に、本エンジンシステム100では、隣接する高速側通路53の下流端の軸心どうしの交差角度βが45度に設定されて、高速側集合部57における排気の膨張が促進されて排気抵抗がより低減するよう構成されており、前記ポンプ損失を効果的に小さく抑えてエンジン出力を高めることができる。   In particular, in the present engine system 100, the crossing angle β between the axial centers of the downstream ends of the adjacent high speed side passages 53 is set to 45 degrees, and the expansion of exhaust in the high speed side assembly 57 is promoted to further increase the exhaust resistance. It is comprised so that it may reduce, The said pump loss can be restrained small effectively, and an engine output can be raised.

なお、本実施形態では、前記基準回転数は、前記流路面積可変バルブ58を閉弁して前記高速側通路53を遮断し排気を前記低速側通路54側のみを通過するようにした場合に、ポンプ損失が所定値未満に抑えられる回転数に設定されており、前記ポンプ損失がより確実に小さく抑えられるよう構成されている。具体的には、この基準回転数N1は4500rpmに設定されている。   In the present embodiment, the reference rotational speed is set when the flow path area variable valve 58 is closed to shut off the high speed side passage 53 and allow exhaust to pass only through the low speed side passage 54 side. The pump loss is set to a rotational speed at which the pump loss is suppressed to less than a predetermined value, and the pump loss is configured to be more reliably suppressed to a small value. Specifically, the reference rotational speed N1 is set to 4500 rpm.

以上のようにして、本エンジンシステム100では、低速領域においてエゼクタ効果を効果的に利用して気筒12内の掃気を促進することができるとともに、高速領域において排気抵抗を小さく抑えて気筒12内の掃気、吸気を促進することができ、全速度領域において吸気効率を高めてエンジン出力を高めることができる。   As described above, in the engine system 100, scavenging in the cylinder 12 can be promoted by effectively using the ejector effect in the low speed region, and the exhaust resistance is suppressed to be small in the high speed region. Scavenging and intake can be promoted, and the engine output can be increased by increasing the intake efficiency in the entire speed range.

ここで、隣接する低速側通路54の下流端の軸心どうしの交差角度αおよび隣接する高速側通路53の下流端の軸心どうしの交差角度βの具体的な値は前記に限らず、高速側通路53の交差角度βが低速側通路54の交差角度αよりも大きく設定されていればよい。ただし、低速側通路54の交差角度αは、この交差角度αが30度未満であれば高いエゼクタ効果が得られることが分かっているので、30度未満に設定されるのが好ましい。また、高速側通路53の交差角度βは、この交差角度βが30度以上60度以下であれば高いポンプ損失低減効果が得られることが分かっているので、30度以上60度以下に設定されるのが好ましい。   Here, the specific values of the crossing angle α between the axial centers of the downstream ends of the adjacent low-speed side passages 54 and the crossing angle β of the axial centers of the downstream ends of the adjacent high-speed side passages 53 are not limited to the above. It is only necessary that the crossing angle β of the side passage 53 is set larger than the crossing angle α of the low speed side passage 54. However, since it is known that a high ejector effect can be obtained if the intersection angle α is less than 30 degrees, the intersection angle α of the low speed side passage 54 is preferably set to less than 30 degrees. Further, since it is known that a high pump loss reduction effect can be obtained if the intersection angle β is 30 degrees or more and 60 degrees or less, the intersection angle β of the high speed side passage 53 is set to 30 degrees or more and 60 degrees or less. It is preferable.

また、前記高速側通路53と高速側集合部57との接続構造は、前記のような2つの高速側通路53が高速側集合部57の外周面に接続される構造に限らない。例えば、高速側通路53の下流端が高速側集合部57の上流端面に同一平面状で並ぶように接続されていてもよい。ただし、前記のように少なくとも2つの高速側通路53を高速側集合部57の外周面に接続すれば、一方の高速側通路53の下流端が他の高速側通路53側を向くため、高速側通路53から排出された排気をより他の高速側通路53側に進行させることができるので、排気抵抗をより効率よく低減することができる。   Further, the connection structure between the high speed side passage 53 and the high speed side collecting portion 57 is not limited to the structure in which the two high speed side passages 53 are connected to the outer peripheral surface of the high speed side collecting portion 57 as described above. For example, the downstream end of the high speed side passage 53 may be connected to the upstream end face of the high speed side collecting portion 57 so as to be aligned in the same plane. However, if at least two high speed side passages 53 are connected to the outer peripheral surface of the high speed side collecting portion 57 as described above, the downstream end of one high speed side passage 53 faces the other high speed side passage 53 side. Since the exhaust discharged from the passage 53 can be advanced to the other high speed side passage 53, the exhaust resistance can be reduced more efficiently.

また、低速領域のうちエンジンに対する要求トルクが所定値よりも高い高負荷領域でのみ、前記流路面積可変バルブ58を全開とし、低速領域のうちその他の低負荷領域では、流路面積可変バルブ58を全開あるいは全開よりも小さい開度で開弁させるようにしてもよい。   Further, the flow path area variable valve 58 is fully opened only in a high load area where the required torque for the engine is higher than a predetermined value in the low speed area, and the flow path area variable valve 58 is opened in the other low load areas in the low speed area. May be opened at a full opening or an opening smaller than the full opening.

また、触媒装置6の位置は前記に限らない。ただし、本エンジンシステム100によれば、エゼクタ効果および排気抵抗の低減により吸気効率を高めることができるため、ターボ過給機を有しないエンジンシステムにおいて有用である。そして、このようにターボ過給機を有しない場合には、触媒装置6を前記実施形態のように各独立排気通路53に直接接続してより上流側の位置に配置することができ、これにより触媒本体64に流入する排気の温度を高く維持して触媒本体64を早期に活性させることができる。   Further, the position of the catalyst device 6 is not limited to the above. However, according to the engine system 100, the intake efficiency can be increased by reducing the ejector effect and the exhaust resistance, which is useful in an engine system that does not have a turbocharger. And when it does not have a turbocharger in this way, the catalyst device 6 can be directly connected to each independent exhaust passage 53 as in the above embodiment, and can be arranged at a more upstream position. The temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst body 64 can be maintained high, and the catalyst body 64 can be activated early.

また、前記実施形態では、前記排気ポート18の下流に独立排気通路52が接続されて、この独立排気通路52の下流において前記高速側通路53と低速側通路54とに分離している場合について説明したが、例えば、2つの排気ポートのうち一方の排気ポート18に高速側通路を接続して、他方の排気ポート18に低速側通路を前記高速側通路と独立して接続してもよい。そして、高速側通路に接続された排気ポート18の排気バルブ20を、前記流路面積可変バルブとして機能させてもよい。すなわち、一方の排気バルブ20を開閉することで高速側通路の流路面積を変更するようにしてもよい。   In the embodiment, the case where the independent exhaust passage 52 is connected downstream of the exhaust port 18 and the high speed side passage 53 and the low speed side passage 54 are separated downstream of the independent exhaust passage 52 will be described. However, for example, a high speed side passage may be connected to one exhaust port 18 of the two exhaust ports, and a low speed side passage may be connected to the other exhaust port 18 independently of the high speed side passage. The exhaust valve 20 of the exhaust port 18 connected to the high speed side passage may function as the flow path area variable valve. That is, the flow passage area of the high speed side passage may be changed by opening and closing one of the exhaust valves 20.

1 エンジン本体
5 排気マニホールド
6 触媒装置
17 吸気ポート
18 排気ポート
19 吸気バルブ
20 排気バルブ
30 吸気バルブ駆動機構(バルブ駆動手段)
40 排気バルブ駆動機構(バルブ駆動手段)
52 独立排気通路
53 高速側通路
54 低速側通路
56a 混合管(低速側集合部)
57 高速側集合部
58 流路面積可変バルブ
58b バルブアクチュエータ(流路面積可変バルブ駆動手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 5 Exhaust manifold 6 Catalytic device 17 Intake port 18 Exhaust port 19 Intake valve 20 Exhaust valve 30 Intake valve drive mechanism (valve drive means)
40 Exhaust valve drive mechanism (valve drive means)
52 Independent exhaust passage 53 High speed side passage 54 Low speed side passage 56a Mixing pipe (low speed side collecting portion)
57 High-speed side collecting portion 58 Flow path area variable valve 58b Valve actuator (flow path area variable valve driving means)

Claims (4)

吸気ポートおよび排気ポートがそれぞれ形成されるとともに前記吸気ポートを開閉可能な吸気バルブと前記排気ポートを開閉可能な排気バルブとが設けられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの排気装置であって、
1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続されるとともに、少なくとも下流側において低速側通路と高速側通路とにそれぞれ分離する複数の独立排気通路と、
前記各低速側通路の下流端に接続されて、当該各低速側通路に連通して当該各低速側通路を通過した排気が集合する低速側集合部と、
前記各高速側通路の下流端に接続されて、当該各高速側通路に連通して当該各高速側通路を通過した排気が集合する高速側集合部と、
前記各高速側通路に設けられて、当該各高速側通路の流路面積を変更可能な流路面積可変バルブと、
前記流路面積可変バルブを開閉駆動可能な流路面積可変バルブ駆動手段と、
前記各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動可能なバルブ駆動手段とを備え、
前記各低速側通路のうち排気順序が連続する気筒に接続された低速側通路は互いに隣り合う位置で前記低速側集合部に接続されており、
前記各低速側通路および低速側集合部は、各気筒から各低速側通路を通って前記低速側集合部に排気が排出されるに伴いエゼクタ効果によって隣接する他の低速側通路が負圧とされる形状を有し、
前記バルブ駆動手段は、エンジン回転数が予め設定された基準回転数よりも低い低速領域において、前記各気筒の吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複するとともに、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間と他方の気筒の排気バルブとが開弁している時期とが重複するように、各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動し、
前記流路面積可変バルブ駆動手段は、前記低速領域のうち少なくとも前記多気筒エンジンに対する要求トルクが所定値よりも高い高負荷領域では前記流路面積可変バルブを全開よりも小さくして前記高速側通路を通過する排気の流量を小さくする一方、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも高い高速領域では前記流路面積可変バルブを全開にして高速側通路を開放し、
前記各高速側通路の下流端から前記高速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する高速側通路間での交差角度は、前記各低速側通路の下流端から前記低速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する低速側通路間での交差角度よりも大きく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装置。
An exhaust system for a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders each having an intake port and an exhaust port, and having an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port,
A plurality of independent exhaust passages that are respectively connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust order is not continuous with each other, and that are separated into a low speed side passage and a high speed side passage at least downstream,
Connected to the downstream end of each of the low-speed side passages, communicated with the low-speed side passages, and the low-speed side collecting portion that collects exhaust gas that has passed through the low-speed side passages;
Connected to the downstream end of each of the high speed side passages, communicated with the high speed side passages, and the high speed side collecting portion where the exhaust passing through the high speed side passages gathers;
A flow path area variable valve provided in each high speed side passage and capable of changing a flow area of each high speed side passage;
A flow path area variable valve driving means capable of opening and closing the flow path area variable valve;
Valve drive means capable of driving the intake valve and the exhaust valve of each cylinder,
Of the low-speed passages, the low-speed passages connected to the cylinders in which the exhaust order is continuous are connected to the low-speed collecting portion at positions adjacent to each other,
Each of the low-speed side passages and the low-speed side collecting portion has negative pressure in the other low-speed side passages adjacent to each other due to the ejector effect as exhaust is discharged from each cylinder through the low-speed side passages to the low-speed side collecting portion. Have a shape
The valve drive means has a predetermined overlap period between the valve opening period of the intake valve and the valve opening period of the exhaust valve in each cylinder in a low speed region where the engine speed is lower than a preset reference speed. At the same time, the intake valve and exhaust valve of each cylinder are driven so that the overlap period of one cylinder overlaps with the timing when the exhaust valve of the other cylinder is opened between the cylinders in which the exhaust order is continuous. And
The flow path area variable valve driving means is configured to make the flow path area variable valve smaller than fully open in the high load area where the required torque for the multi-cylinder engine is higher than a predetermined value in the low speed area. While reducing the flow rate of the exhaust gas passing through the engine, in the high speed region where the engine speed is higher than the reference speed, the flow path area variable valve is fully opened to open the high speed side passage,
The angle of intersection between adjacent high speed side passages extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream end of each high speed side passage to the high speed side collecting portion is determined by each low speed side passage. The crossing angle between adjacent low-speed passages of the axial center of the downstream end extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream end to the low-speed collecting portion is set. Exhaust system for multi-cylinder engines.
請求項1に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
前記各低速側通路の下流端から前記低速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する低速側通路間での交差角度は30度未満に設定されており、
前記各高速側通路の下流端から前記高速側集合部に排出される排気の流れ方向に沿って延びる当該下流端の軸心の隣接する高速側通路間での交差角度は30度以上60度以下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装置。
The exhaust system for a multi-cylinder engine according to claim 1,
The intersecting angle between adjacent low speed side passages of the axis of the downstream end extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream end of each low speed side passage to the low speed side collecting portion is set to be less than 30 degrees. And
The crossing angle between adjacent high speed side passages extending along the flow direction of the exhaust gas discharged from the downstream end of each high speed side passage to the high speed side collecting portion is not less than 30 degrees and not more than 60 degrees. An exhaust system for a multi-cylinder engine, characterized in that
請求項1または2に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
前記高速側集合部は、排気の流れ方向に延びる軸を囲む外側面をもつ形状を有し、
前記複数の高速側通路の少なくとも一部の下流端は、前記高速側集合部の外側面に接続されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
The exhaust system for a multi-cylinder engine according to claim 1 or 2,
The high speed side assembly has a shape having an outer surface surrounding an axis extending in the exhaust flow direction,
An exhaust system for a multi-cylinder engine, wherein a downstream end of at least a part of the plurality of high speed side passages is connected to an outer surface of the high speed side collecting portion.
請求項1〜3のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気装置において、
前記低速側集合部は、その上流端と下流端の少なくとも一方の流路面積が、当該低速側集合部の流路面積のうち最も小さい面積となる形状を有し、
前記低速側通路は、その下流端部分の流路面積と同じ面積を有する真円の直径aと、前記低速側集合部の下流端と同じ面積を有する真円の直径Dとの関係がa/D≧0.5となる形状を有することを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
The exhaust system for a multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3,
The low-speed side assembly has a shape in which at least one flow path area of the upstream end and the downstream end is the smallest area among the flow areas of the low-speed side assembly,
In the low speed side passage, the relationship between the diameter a of the perfect circle having the same area as the flow path area of the downstream end portion thereof and the diameter D of the perfect circle having the same area as the downstream end of the low speed side collecting portion is a / An exhaust device for a multi-cylinder engine having a shape satisfying D ≧ 0.5.
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