JP5531923B2 - Intake and exhaust system for multi-cylinder engine - Google Patents

Intake and exhaust system for multi-cylinder engine Download PDF

Info

Publication number
JP5531923B2
JP5531923B2 JP2010255649A JP2010255649A JP5531923B2 JP 5531923 B2 JP5531923 B2 JP 5531923B2 JP 2010255649 A JP2010255649 A JP 2010255649A JP 2010255649 A JP2010255649 A JP 2010255649A JP 5531923 B2 JP5531923 B2 JP 5531923B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
intake
valve
cylinder
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010255649A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012107541A (en
Inventor
隆雅 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2010255649A priority Critical patent/JP5531923B2/en
Publication of JP2012107541A publication Critical patent/JP2012107541A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5531923B2 publication Critical patent/JP5531923B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

本発明は、自動車等に設けられる多気筒エンジンの吸排気装置に関する。   The present invention relates to an intake / 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吸排気装置の開発が行なわれている。   2. Description of the Related Art Conventionally, intake and exhaust devices 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、簡単な構成でより一層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, and it is required to further 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吸排気装置の提供を目的とする。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an intake / exhaust device for a multi-cylinder engine that can increase the intake air amount with a simple configuration and increase the engine output.

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吸排気装置であって、前記各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続される吸気通路と、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独立排気通路と、前記各独立排気通路の下流端に接続されて、当該各独立排気通路を通過した排気が集合する集合部と、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、前記各独立排気通路のうち排気順序が連続する気筒に接続された独立排気通路は互いに隣り合う位置で前記集合部に接続されており、前記各独立排気通路および集合部は、各気筒から各排気ポートおよび各独立排気通路を通って前記集合部に排気が排出されるのに伴いエゼクタ効果によって隣接する他の独立排気通路およびこの独立排気通路に接続された排気ポート内に負圧が生成される形状を有し、前記各独立排気通路は、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、前記集合部の最小流路面積と同じ面積を有する真円の直径Dとの関係がa/D≧0.5となる形状を有し、前記バルブ駆動手段は、少なくともエンジンの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し、かつ、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が吸気上死点および他方の気筒の排気バルブが開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動するとともに、少なくとも前記低速領域において、前記他方の気筒から排出された排気により前記一方の気筒の排気ポートに生成された負圧が最大となる時期が当該一方の気筒のオーバーラップ期間と重複するように前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸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 intake / exhaust device for a multi-cylinder engine having an intake passage connected to an intake port of each of the cylinders and an independent connection connected to an exhaust port of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust sequences are not consecutive to each other An exhaust passage, a collecting portion connected to a downstream end of each independent exhaust passage and collecting exhaust passing through the independent exhaust passage, and valve driving means capable of driving an intake valve and an exhaust valve of each cylinder The independent exhaust passages connected to the cylinders in which the exhaust order is continuous among the independent exhaust passages are connected to the collecting portion at positions adjacent to each other. The independent exhaust passages and the collecting portions are connected to other independent exhaust passages adjacent to each other by an ejector effect as exhaust is discharged from the cylinders through the exhaust ports and the independent exhaust passages to the collecting portions. A shape in which a negative pressure is generated in an exhaust port connected to the independent exhaust passage, and each independent exhaust passage has a diameter of a perfect circle having the same area as the flow path area of the downstream end portion thereof, and The relationship between the diameter D of a perfect circle having the same area as the minimum flow path area of the collecting portion is a / D ≧ 0.5, and at least the engine speed is set in advance in the valve driving means. In a low speed region lower than the reference rotational speed, the opening period of the intake valve and the opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap each other with a predetermined overlap period, and one of the cylinders in which the exhaust sequence continues Cylinder The intake valve and the exhaust valve of each cylinder are driven so that the overlap period overlaps with the intake top dead center and the time when the exhaust valve of the other cylinder is open, and at least in the low speed region, the other The opening timing of the exhaust valve is determined so that the time when the negative pressure generated in the exhaust port of the one cylinder becomes maximum due to the exhaust discharged from the cylinder overlaps the overlap period of the one cylinder. Provided is an intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, which is advanced with an increase in rotational speed.

本装置によれば、エゼクタ効果をより効果的に利用して、気筒の掃気を促進し、吸気効率ひいてはエンジン出力を高めることができる。   According to the present apparatus, the ejector effect can be used more effectively, the scavenging of the cylinder can be promoted, and the intake efficiency and thus the engine output can be increased.

具体的には、本装置では、少なくとも前記低速領域において所定の気筒の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前記集合部に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中の気筒の排気ポートに負圧を生成することができ、前記オーバーラップ期間中の気筒内のガスを排気ポート側に吸い出して掃気を促進することができる。しかも、前記オーバーラップ期間中に前記負圧が最大となるよう構成されているため、前記負圧を効果的に吸気行程中の気筒に付与して吸気効率を効果的に高めることができる。
特に、独立排気通路が、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、前記集合部の最小流路面積と同じ面積を有する真円の直径Dとの関係がa/D≧0.5となる形状を有しているため、前記エゼクタ効果を効果的に得ることができる。
Specifically, in the present apparatus, the exhaust valves of the other cylinders are opened during the overlap period of the predetermined cylinders at least in the low speed region. As the high-speed exhaust gas is ejected to the collecting portion, a negative pressure can be generated in the exhaust port of the cylinder during the overlap period by the ejector effect, and the gas in the cylinder during the overlap period can be discharged to the exhaust port side. It can be sucked out to promote scavenging. In addition, since the negative pressure is maximized during the overlap period, the negative pressure can be effectively applied to the cylinders during the intake stroke to effectively increase the intake efficiency.
In particular, the relationship between the diameter a of the perfect circle having the same area as the flow area of the downstream end portion of the independent exhaust passage and the diameter D of the perfect circle having the same area as the minimum flow area of the gathering portion is a. Since it has a shape satisfying /D≧0.5, the ejector effect can be effectively obtained.

ここで、排気バルブの開弁期間中において排気ポートに排出される排気の圧力、速度が最大となる時期は排気バルブの開弁開始後しばらく後であり、この最大速度の排気によって他の気筒の排気ポートに前記最大負圧が生成される。そして、排気バルブの開弁開始から前記高速の排気が排出されるまでの遅れ時間ひいては排気バルブの開弁開始から前記負圧が最大となるまでの時間は、クランク角度にして、エンジン回転数が高いほど長くなる。そのため、例えば、排気バルブの開弁開始時期が同一の場合は、エンジン回転数が高くなるほど前記負圧が最大となる時期が遅くなり、この負圧が最大となる時期がオーバーラップ期間とずれるおそれがある。   Here, during the valve opening period of the exhaust valve, the time when the pressure and speed of the exhaust discharged to the exhaust port become maximum is some time after the start of the opening of the exhaust valve. The maximum negative pressure is generated at the exhaust port. The delay time from the start of opening of the exhaust valve until the high-speed exhaust is discharged, and the time from the start of opening of the exhaust valve to the time when the negative pressure becomes maximum, is the crank angle and the engine speed is The higher the value, the longer. Therefore, for example, when the exhaust valve opening start timing is the same, the higher the engine speed, the slower the timing when the negative pressure becomes maximum, and the timing when the negative pressure becomes maximum may shift from the overlap period. There is.

これに対して、本装置では、前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させており、前記負圧が最大となる時期が早くなるためこの負圧が最大となる時期とオーバーラップ期間とをより確実に重複させることができる。   On the other hand, in this apparatus, the opening timing of the exhaust valve is advanced as the engine speed increases, and the time when the negative pressure becomes maximum is earlier. And the overlap period can be more reliably overlapped.

前記構成において、前記バルブ駆動手段は、少なくとも前記低速領域において、前記他方の気筒から排出された排気により前記一方の気筒の排気ポートに生成された負圧が最大となる時期が、エンジン回転数によらず略同一クランク角度時期となるように、前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させるのが好ましい(請求項2)。   In the above configuration, the valve driving means is configured so that at least in the low speed region, the time when the negative pressure generated in the exhaust port of the one cylinder by the exhaust exhausted from the other cylinder becomes the maximum is the engine speed. Regardless of this, it is preferable to advance the opening timing of the exhaust valve as the engine speed increases so that the crank angle timing is substantially the same (claim 2).

このようにすれば、エンジン回転数によらず、前記負圧が最大となる時期を例えばTDC付近といったオーバーラップ期間のうちこの負圧によってより効果的に気筒内の排気を吸い出すことのできる時期とすることができる。   In this way, regardless of the engine speed, the time when the negative pressure becomes maximum is the time when exhaust gas in the cylinder can be more effectively sucked out by this negative pressure during the overlap period, for example, near TDC. can do.

前記構成において、前記バルブ駆動手段は、排気バルブの開閉時期およびリフト量を変更可能なリフト可変機構を有し、少なくとも前記低速領域において、当該リフト可変機構によりエンジン回転数の増大に伴って排気バルブのリフト量を増大しつつ前記排気バルブの開弁開始時期を進角させるのが好ましい(請求項3)。   In the above configuration, the valve driving means has a variable lift mechanism capable of changing the opening / closing timing and lift amount of the exhaust valve, and at least in the low speed region, the exhaust valve is increased as the engine speed increases by the variable lift mechanism. It is preferable to advance the valve opening start timing of the exhaust valve while increasing the lift amount.

このようにすれば、エンジン回転数の増大に伴って排気バルブの開弁開始時期を進角させて前記負圧が最大となる時期を適切な時期にすることができるとともに、エンジン回転数の増大に伴って増大する排気流量に対応して掃気性能を確保することができる。   In this way, the opening timing of the exhaust valve can be advanced as the engine speed increases, so that the time when the negative pressure becomes maximum can be set to an appropriate time, and the engine speed can be increased. Accordingly, the scavenging performance can be ensured corresponding to the exhaust gas flow rate that increases with this.

また、前記構成において、前記バルブ駆動手段は、少なくとも前記低速領域において、前記リフト可変機構によりエンジン回転数の増大に伴って前記排気バルブのリフト量を増大し、かつ、前記排気バルブの開弁開始時期を進角させつつ、前記排気バルブの閉弁時期を遅角させるのが好ましい(請求項4)。   In the above configuration, the valve driving means increases the lift amount of the exhaust valve with the increase in engine speed by the variable lift mechanism at least in the low speed region, and starts opening the exhaust valve. It is preferable to retard the closing timing of the exhaust valve while advancing the timing.

このように排気バルブの閉弁時期を遅角して、これによりオーバーラップ期間の終時期を遅角すれば、前記負圧が最大となる時期と前記オーバーラップ期間とを重複させるための前記排気バルブの開弁開始時期の進角量を小さく抑えることができるため、排気バルブの開弁開始時期の進角量が大きいことに伴う膨張仕事の低減を抑制することができ、エンジン出力をより確実に高めることができる。   In this way, if the exhaust valve closing timing is retarded and thereby the end timing of the overlap period is retarded, the exhaust for overlapping the timing when the negative pressure becomes maximum and the overlap period are overlapped. Since the advance amount of the valve opening start timing can be kept small, the reduction of expansion work due to the large advance amount of the exhaust valve opening start timing can be suppressed, and the engine output is more reliably ensured. Can be increased.

また、本発明において、前記各独立排気通路の少なくとも下流側の部分は、上流側よりも下流側の方が流路面積が小さい形状を有し、前記各吸気通路のうち前記吸気バルブから当該吸気バルブの開弁に伴い生成された吸気脈動の圧力波が反転されるまでの部分の長さおよび横断面積は、前記吸気脈動の1次の山が前記吸気バルブ近傍で生じる時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となり吸気の慣性過給効果が得られる1次の同調回転数が予め設定された同調基準回転数よりも高く、かつ、前記吸気脈動の1次の谷が前記吸気バルブ近傍において発生する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となる非同調回転数が前記同調基準回転数よりも低くなる寸法に設定されており、前記同調基準回転数は、前記多気筒エンジンからのエンジン出力が、前記各独立排気通路の流路面積を一定とした場合におけるエンジン出力よりも小さくなるエンジン回転数付近に設定されているのが好ましい(請求項)。 In the present invention, at least the downstream portion of each independent exhaust passage has a shape in which the flow passage area is smaller on the downstream side than on the upstream side. The length and the cross-sectional area of the portion until the pressure wave of the intake pulsation generated by opening the valve is reversed are the time when the primary peak of the intake pulsation occurs in the vicinity of the intake valve and the closing of the intake valve. The primary tuning rotational speed at which the valve timing is substantially the same and the inertial supercharging effect of the intake is obtained is higher than a preset tuning reference rotational speed, and the primary valley of the intake pulsation is in the vicinity of the intake valve Is set to a dimension in which the non-synchronized rotation speed at which the intake valve closing timing and the intake valve closing timing are substantially the same is lower than the tuning reference rotation speed. Engine output The preferably set in the vicinity of the engine rotational speed is smaller than the engine output in case of a constant flow area of the independent exhaust passages (claim 5).

このようにすれば、エゼクタ効果と吸気の慣性過給効果を効果的に利用してより広いエンジン回転数領域でエンジン出力を高めることができる。   In this way, the engine output can be increased in a wider engine speed range by effectively utilizing the ejector effect and the inertial supercharging effect of the intake air.

具体的には、各独立排気通路の流路面積が下流側において絞られていることで独立排気通路から前記集合部により高速で排気を噴出させることができ高いエゼクタ効果を得ることができる。ここで、独立排気通路の流路面積が絞られていることで排気抵抗は増大する。これに対して、この構成では、吸気の慣性過給効果が得られる1次の同調回転数が、エンジン出力が各独立排気通路の流路面積を一定とした場合におけるエンジン出力よりも小さくなる回転数付近に設定された同調基準回転数よりもエンジン回転数の高い高速領域内に設定されているため、排気流量が大きいことによりエゼクタ効果による掃気性能向上効果よりも排気抵抗増大の影響の方が大きくなる高速領域においても、前記吸気の慣性過給効果により気筒内の掃気性能を高めてポンプ損失の増大を抑制することができ、より広いエンジン回転数領域でエンジン出力を高めることができる。特に、慣性過給効果を得ることのできない吸気脈動の1次の谷が発生する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となる非同調回転数が前記同調基準回転数よりも低くなるように構成されているので、同調基準回転数よりもエンジン回転数の高い高速領域全体にわたって掃気性能をより確実に高めることができる。   Specifically, since the flow area of each independent exhaust passage is narrowed on the downstream side, exhaust can be ejected at a high speed from the independent exhaust passage to the collecting portion, and a high ejector effect can be obtained. Here, exhaust resistance increases because the flow area of the independent exhaust passage is reduced. On the other hand, in this configuration, the primary synchronized rotational speed at which the inertial supercharging effect of the intake air is obtained is a speed at which the engine output becomes smaller than the engine output when the flow passage area of each independent exhaust passage is constant. Because it is set in the high speed region where the engine speed is higher than the tuning reference speed set near the number, the effect of the increase in exhaust resistance is better than the scavenging performance improvement effect due to the ejector effect due to the large exhaust flow rate. Even in an increasing high speed region, the scavenging performance in the cylinder can be enhanced by the inertia supercharging effect of the intake air to suppress an increase in pump loss, and the engine output can be increased in a wider engine speed region. In particular, the non-synchronized rotational speed at which the primary valley of the intake pulsation in which the inertia supercharging effect cannot be obtained and the closing timing of the intake valve are substantially the same is lower than the tuning reference rotational speed. Therefore, the scavenging performance can be more reliably improved over the entire high speed region where the engine speed is higher than the tuning reference speed.

以上説明したように、本発明によれば、エゼクタ効果をより効果的に利用して、気筒の掃気を促進し、吸気効率ひいては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 ejector effect can be used more effectively, the scavenging of the cylinder can be promoted, and the intake efficiency and thus the engine output can be increased.

本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの吸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 intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to an embodiment of the present invention. 図1の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of 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IV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 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. 排気ポート内の圧力変化をバルブリフトカーブと合わせて示した図である。It is the figure which showed the pressure change in an exhaust port together with the valve lift curve. 各エンジン回転数における排気ポート内の圧力変化をバルブリフトカーブと合わせて示した図である。It is the figure which showed the pressure change in an exhaust port in each engine speed together with the valve lift curve. 各エンジン回転数における排気ポート内の圧力変化をバルブリフトカーブと合わせて示した図である。It is the figure which showed the pressure change in an exhaust port in each engine speed together with the valve lift curve. 本発明の実施形態に係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 the intake valve and exhaust valve which concern on embodiment of this invention. 吸気バルブ付近の吸気脈動の様子を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the mode of the intake air pulsation near an intake valve. 同調基準回転数の設定手順を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the setting procedure of a tuning reference | standard rotation speed. 本発明の他の実施形態に係る排気バルブ20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 time and valve closing time of the exhaust valve 20 which concerns on other embodiment of this invention.

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吸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、吸気通路を構成するエンジン本体1に接続される複数の吸気管3およびこれら吸気管3に接続されるサージタンク4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 intake / exhaust device for the multi-cylinder engine. The engine system 100 includes an engine main body 1 having a cylinder head 9 and a cylinder block, an ECU 2 for engine control, a plurality of intake pipes 3 connected to the engine main body 1 constituting an intake passage, and these intake pipes 3. A surge tank 4, an exhaust manifold 5 connected to the engine body 1, and a catalyst device 6 connected to the exhaust manifold 5.

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5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. As shown in FIG. 5, 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、排気バルブ20に連結された排気カムシャフト41と排気CVVL42とを有している。排気カムシャフト41は、前記吸気カムシャフト31と同様に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、排気バルブ20を開閉駆動する。   The exhaust valve drive mechanism 40 has an exhaust camshaft 41 and an exhaust CVVL 42 connected to the exhaust valve 20. The exhaust camshaft 41 is connected to the crankshaft similarly to the intake camshaft 31 and rotates with the rotation of the crankshaft to drive the exhaust valve 20 to open and close.

前記排気CVVL42は、排気バルブ20のバルブタイミングを変更するためのものである。前記排気CVVL42は、排気バルブ20のリフト量を連続的に(無段階で)変更可能ないわゆる連続可変バルブリフト機構(Continuous Variable Valve Lift Mechanism)と呼ばれるものである。   The exhaust CVVL 42 is for changing the valve timing of the exhaust valve 20. The exhaust CVVL 42 is a so-called continuously variable valve lift mechanism capable of continuously (steplessly) changing the lift amount of the exhaust valve 20.

本実施形態では、前記排気CVVL42は、排気バルブ20の閉弁時期を所定のクランク角位置に固定しながら、排気バルブ20のリフト量を可変的に変更して排気バルブ20の開弁開始時期を変更する。   In the present embodiment, the exhaust CVVL 42 changes the lift amount of the exhaust valve 20 while variably changing the lift amount of the exhaust valve 20 while fixing the valve closing timing of the exhaust valve 20 at a predetermined crank angle position. change.

このような構成のCVVLは既に公知であり、その具体例は、例えば特開2007−85241号公報に開示されている(なお、同文献ではVVEと称されている)。   A CVVL having such a configuration is already known, and a specific example thereof is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-85241 (referred to as VVE in the same document).

前記各気筒12の吸気ポート17は、その上流側においてそれぞれ前記吸気管3に接続されている。具体的には、前記吸気管3は気筒数に対応して4本設けられており、各気筒12に設けられた2つの吸気ポート17が、1つの吸気管3に接続されている。   The intake port 17 of each cylinder 12 is connected to the intake pipe 3 on the upstream side. Specifically, four intake pipes 3 are provided corresponding to the number of cylinders, and two intake ports 17 provided in each cylinder 12 are connected to one intake pipe 3.

前記各吸気管3は、その上流側において前記サージタンク4に接続されており、このサージタンクに貯留されている空気が各吸気管3に分配される。このサージタンク4は、吸気管3の並び方向に延びており吸気管3に分配するための空気を貯留可能な十分な容積を有している。従って、前記吸気バルブ19の開弁に伴い吸気バルブ19近傍で発生した負圧波は、吸気管3を伝播して前記サージタンク4に到達するとこのサージタンク4で反転、反射して正圧波となる。この正圧波は、吸気バルブ19側に戻り、気筒12の入口付近で反転、反射し負圧波となり、再びサージンタンク4側に伝播する。このようにして、吸気管3内には、図10に示すような、圧力脈動(吸気脈動)が生じる。この図10は、横軸を時間として、吸気バルブ19近傍における吸気脈動による圧力変化を模式的に示した図である。この図10に示すように、吸気バルブ19近傍では、吸気バルブ19の開弁開始(時刻t0)後、山(圧力の高い状態)と谷(圧力の低い状態)とが減衰しながら交互に現れる。   Each intake pipe 3 is connected to the surge tank 4 on the upstream side, and air stored in the surge tank is distributed to each intake pipe 3. The surge tank 4 extends in the direction in which the intake pipes 3 are arranged, and has a sufficient volume capable of storing air for distribution to the intake pipes 3. Accordingly, when the intake valve 19 is opened, the negative pressure wave generated in the vicinity of the intake valve 19 propagates through the intake pipe 3 and reaches the surge tank 4 and is inverted and reflected by the surge tank 4 to become a positive pressure wave. . This positive pressure wave returns to the intake valve 19 side, reverses and reflects near the inlet of the cylinder 12 to become a negative pressure wave, and propagates again to the sirgin tank 4 side. In this way, pressure pulsation (intake pulsation) as shown in FIG. 10 occurs in the intake pipe 3. FIG. 10 is a diagram schematically showing a pressure change due to the intake pulsation in the vicinity of the intake valve 19 with the horizontal axis as time. As shown in FIG. 10, in the vicinity of the intake valve 19, after the start of opening of the intake valve 19 (time t0), peaks (high pressure state) and valleys (low pressure state) appear alternately while being attenuated. .

吸気の慣性過給効果とは、前記吸気バルブ19の閉弁直前に吸気バルブ19近傍が前記山の状態とされて吸気ポート17側の圧力が高められることで気筒12への吸気が促進されるというものである。特に、前記負圧波がサージタンク4で1回反転、反射することで生成された正圧波による1次の山は、その圧力が大きく、高い慣性過給効果を得ることができる。   Inertial supercharging effect of intake air means that immediately before the intake valve 19 is closed, the vicinity of the intake valve 19 is in a mountain state and the pressure on the intake port 17 side is increased, and intake to the cylinder 12 is promoted. That's it. In particular, the first peak due to the positive pressure wave generated by reversing and reflecting the negative pressure wave once by the surge tank 4 has a large pressure, and a high inertial supercharging effect can be obtained.

本実施形態では、この1次の山による高い慣性過給効果が、後述する同調基準回転数N1よりもエンジン回転数の高い高速領域で得られるように、前記吸気管3の長さL_in(図1参照)および横断面積すなわち排気の流れ方向と直交する方向の面積あるいは流路面積が設定されている。また、この高速領域において、前記吸気バルブ19の閉弁直前に吸気バルブ19近傍が前記谷の状態となるのを回避して、高速領域全体において前記慣性過給効果が得られるように、前記吸気管3の長さL_inおよび横断面積が設定されている。   In the present embodiment, the length L_in of the intake pipe 3 (see FIG. 5) is obtained so that a high inertial supercharging effect due to this primary peak is obtained in a high speed region where the engine speed is higher than the tuning reference speed N1 described later. 1) and a cross-sectional area, that is, an area in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas or a flow path area is set. Further, in this high-speed region, the intake air valve 19 is prevented from becoming a valley near the intake valve 19 immediately before the intake valve 19 is closed, so that the inertia supercharging effect can be obtained in the entire high-speed region. The length L_in and the cross-sectional area of the tube 3 are set.

すなわち、吸気バルブ19近傍において吸気脈動の1次の山が発生する時刻t1a(図10参照)と吸気バルブ19の閉弁時期とが略同一となる1次の同調回転数Nin_1aが、前記同調基準回転数N1よりも高くなるように、また、吸気バルブ19近傍において吸気脈動の1次の谷が発生する時刻t1b(図10参照)と吸気バルブ19の閉弁時期とが略同一となる1次の非同調回転数Nin_1bが、前記同調基準回転数N1よりも低くなるように、吸気管3の長さL_inおよび横断面積が設定されている。   That is, the primary tuning rotational speed Nin_1a at which the time t1a (see FIG. 10) at which the primary peak of the intake pulsation occurs in the vicinity of the intake valve 19 and the closing timing of the intake valve 19 is substantially the same is the tuning reference. The time t1b (see FIG. 10) at which the primary trough of the intake pulsation occurs in the vicinity of the intake valve 19 and the closing timing of the intake valve 19 so as to be higher than the rotational speed N1 and the closing timing of the intake valve 19 are substantially the same. The length L_in and the cross-sectional area of the intake pipe 3 are set so that the non-tuned rotation speed Nin_1b is lower than the tuning reference rotation speed N1.

ここで、1次の山による高い慣性過給効果をより高速領域で得られるようにするには、吸気管3の長さL_inをより短くする、あるいは、吸気管3の横断面積をより大きくすればよいが、吸気管3の横断面積を大きくする変更はレイアウト上の制約が大きいため、本実施形態では、吸気管3の長さL_inをより短くすることで高速領域で高い慣性過給効果が得られるようにしている。   Here, in order to obtain a high inertial supercharging effect due to the primary mountain in a higher speed region, the length L_in of the intake pipe 3 is made shorter or the cross-sectional area of the intake pipe 3 is made larger. However, since a change in the cross-sectional area of the intake pipe 3 is greatly limited in layout, in this embodiment, by shortening the length L_in of the intake pipe 3, a high inertial supercharging effect can be obtained in a high speed region. I try to get it.

前記排気マニホールド5は、3つの独立排気通路52と、混合管(集合部)56aと、ストレート管56bと、ディフューザー56cとを備えている。   The exhaust manifold 5 includes three independent exhaust passages 52, a mixing pipe (aggregation part) 56a, a straight pipe 56b, and a diffuser 56c.

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に対応する独立排気通路52は、これら気筒12b,12c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12a,12dの排気ポート18に対応する独立排気通路52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に対応する独立排気通路52に向かって湾曲して延びている。   The independent exhaust passage 52 corresponding to the exhaust port 18 of the second cylinder 12b and the third cylinder 12c extends linearly facing the central portion of the cylinders 12b and 12c, that is, the substantially central portion of the engine body 1, The independent exhaust passages 52 corresponding to the exhaust ports 18 of the other cylinders 12a and 12d are directed from the positions facing the corresponding exhaust ports 18 to the independent exhaust passages 52 corresponding to the second cylinder 12b and the third cylinder 12c. Curved and extended.

前記各独立排気通路52の下流側には前記混合管56aが接続されており、各独立排気通路52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つの独立排気通路52は、その下流端が互いに隣接する位置で混合管56aに接続されている。   The mixing pipe 56a is connected to the downstream side of each independent exhaust passage 52, and the exhaust gas that has passed through each independent exhaust passage 52 gathers in the mixing pipe 56a. In the mixing pipe 56a, the three independent exhaust passages 52 are connected to the mixing pipe 56a at positions where their downstream ends are adjacent to each other.

前記各独立排気通路52および混合管56aは、各独立排気通路52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独立排気通路52およびこの独立排気通路52と連通する排気ポート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 independent exhaust passages 52 and the mixing pipes 56a is negatively generated around the high-speed exhaust gas as the exhaust gas is ejected from the independent exhaust passages 52 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 independent exhaust passage 52 and the gas in the exhaust port 18 communicating with the independent exhaust passage 52 are sucked downstream.

具体的には、前記各独立排気通路52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、排気が各独立排気通路52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2および図4に示すように、各独立排気通路52は、略楕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楕円形断面積の略1/3となる扇形となっている。そして、これら独立排気通路52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。   Specifically, each of the independent exhaust passages 52 has a shape in which the flow passage area decreases toward the downstream, and the exhaust is ejected from each independent exhaust passage 52 to the downstream side at a high speed. ing. More specifically, as shown in FIGS. 2 and 4, each of the independent exhaust passages 52 is reduced in cross-sectional area from the upstream portion having a substantially elliptical cross section toward the downstream, and at the downstream end, It has a sector shape that is approximately 1/3 of the elliptical cross-sectional area of the side portion. These independent exhaust passages 52 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.

そして、前記混合管56aは、その上流端の断面積が前記各独立排気通路52の下流端の合計面積よりも大きく、下流に向かうほど縮径してその流路面積が小さくなり、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D(図3参照)とし、前記独立排気通路52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3参照)とした場合に、a/D=0.65となる形状を有している。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、前記独立排気通路52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。   The mixing pipe 56a has a cross-sectional area at the upstream end larger than the total area of the downstream ends of the independent exhaust passages 52, the diameter of the mixing pipe 56a decreases toward the downstream, and the flow path area decreases. The diameter of a perfect circle having the same area as the flow path area of D is D (see FIG. 3), and the diameter of a perfect circle having the same area as the cross-sectional area of the downstream end of the independent exhaust passage 52 is a (see FIG. 3). In this case, the shape is a / D = 0.65. 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 independent exhaust passage 52, 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.

前記ディフューザー56cの下流側には前記触媒装置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を通過した排気はケーシング62内に流入する。   A casing 62 (to be described later) of the catalyst device 6 is connected to the downstream side of the diffuser 56c, and the exhaust gas that has passed through the diffuser 56c flows into the casing 62.

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56cの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、ディフューザー56cから排出された排気はこのケーシング62の上流端62aに流入した後、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 end of the diffuser 56c is connected to the upstream end 62a of the casing 62, and the exhaust discharged from the diffuser 56c flows into the upstream end 62a of the casing 62 and then proceeds to the catalyst body 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い、この演算結果に基づき各種アクチュエータに駆動信号を送信する。前記吸気VVT32および排気CVVL42は、このECU2からの信号を受けて前記吸気バルブ19および排気バルブ20を駆動する。   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, performs various calculations based on the signals, and transmits drive signals to various actuators based on the calculation results. The intake VVT 32 and the exhaust CVVL 42 receive the signal from the ECU 2 and drive the intake valve 19 and the exhaust valve 20.

前記吸気VVT32および排気CVVL42は、前記ECU2からの駆動信号を受けて、前記吸気バルブ19および排気バルブ20を、全運転領域において、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駆動する。具体的には、図5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が開弁するように、各バルブ19,20を駆動する。   The intake VVT 32 and the exhaust CVVL 42 receive a drive signal from the ECU 2, and the intake valve 19 and the exhaust valve 20 are set to have an opening period of the exhaust valve 20 and an opening period of the intake valve 19 in the entire operation region. The engine is driven so that it overlaps across the intake top dead center (TDC) and the exhaust valve 20 starts to open during the overlap period T_O / L of the other cylinders 12. Specifically, as shown in FIG. 5, 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. Thus, the valves 19 and 20 are driven.

また、前記排気CVVL32は、エンジン回転数が増大するに伴い、前記排気バルブ20のリフト量を増大させつつ排気バルブ20の開弁開始時期を進角させる。より詳細には、前記排気CVVL32は、排気ポート18内の圧力が後述するブローダウンガスの排出に伴って生成された最大負圧となる時期がエンジン回転数によらずほぼ一定となるように、エンジン回転数の増大に伴い排気バルブ20の開弁開始時期を進角させる。本実施形態では、前記最大負圧となる時期がTDCとほぼ一致するように進角させる。   The exhaust CVVL 32 advances the valve opening start timing of the exhaust valve 20 while increasing the lift amount of the exhaust valve 20 as the engine speed increases. More specifically, the exhaust CVVL 32 is configured so that the time when the pressure in the exhaust port 18 becomes the maximum negative pressure generated along with the discharge of blowdown gas described later is substantially constant regardless of the engine speed. As the engine speed increases, the valve opening start timing of the exhaust valve 20 is advanced. In the present embodiment, the angle is advanced so that the time when the maximum negative pressure is reached substantially coincides with TDC.

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9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 follows. 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.

本装置では、前記独立排気通路52および混合管56aは、エゼクタ効果により所定の独立排気通路52から混合管56aに排気が高速で噴出されるのに伴い、他の独立排気通路52内に負圧が生成されてこの他の独立排気通路52ひいてはこの他の独立排気通路52に連通する排気ポート18内のガスが下流側へ吸い出されるよう構成されている。そして、所定の気筒12(以下、適宜、吸気行程気筒12という)のオーバーラップ期間中に、排気順序がこの吸気行程気筒12の1つ後に設定された他の気筒12(以下、適宜、排気行程気筒12という)の排気バルブ20が開弁するように設定されている。   In this apparatus, the independent exhaust passage 52 and the mixing pipe 56a are negatively pressured in the other independent exhaust passage 52 as the exhaust gas is ejected from the predetermined independent exhaust passage 52 to the mixing pipe 56a at a high speed due to the ejector effect. And the gas in the exhaust port 18 communicating with the other independent exhaust passage 52 and the other independent exhaust passage 52 is sucked out to the downstream side. Then, during the overlap period of a predetermined cylinder 12 (hereinafter referred to as intake stroke cylinder 12 as appropriate), another cylinder 12 (hereinafter referred to as an exhaust stroke as appropriate) whose exhaust sequence is set to be one after this intake stroke cylinder 12. The exhaust valve 20 of the cylinder 12) is set to open.

従って、排気行程気筒12の排気バルブ20が開弁してこの排気行程気筒12内の排気が独立排気通路52を通って混合管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オーバーラップ期間中の吸気行程気筒12の排気ポート18内に負圧が生成され、これにより、このオーバーラップ期間中の吸気行程気筒12内の掃気が促進される。特に、各独立排気通路52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に接続された独立排気通路52による吸出し力は吸気行程気筒12に接続された独立排気通路52に効果的に作用する。   Accordingly, as the exhaust valve 20 of the exhaust stroke cylinder 12 is opened and the exhaust gas in the exhaust stroke cylinder 12 is ejected through the independent exhaust passage 52 to the mixing pipe 56a at a high speed, it is overlapped by the ejector effect. A negative pressure is generated in the exhaust port 18 of the intake stroke cylinder 12 during the period, thereby promoting scavenging in the intake stroke cylinder 12 during the overlap period. In particular, the downstream end of each independent exhaust passage 52 is disposed adjacent to the mixing pipe 56a. Therefore, the suction force by the independent exhaust passage 52 connected to the exhaust stroke cylinder 12 effectively acts on the independent exhaust passage 52 connected to the intake stroke cylinder 12.

このエゼクタ効果により排気ポート18内が負圧となる効果について調べた結果を、図6に示す。この図6は、本エンジンシステム100を用いて排気ポート18内の圧力変化を調べた結果を、排気バルブ20および吸気バルブ19のリフトカーブと合わせて示したものであり、この図6において上下2つの圧力グラフP1,P2はそれぞれ排気順序が連続する2つの気筒の排気ポート18内の圧力変化を示している。この図6において、各排気ポート18内の圧力は、排気バルブ20の開弁開始直後(圧力P1においてクランク角=CA_1となる時期)に最大圧力(Pmax)となるとともに、排気順序が1つ前の気筒12の圧力がこの最大圧力となったしばらく後(圧力P2においてクランク角=CA_2となる時期)に最大負圧(Pmin)となっており、前記エゼクタ効果により生じる最大負圧が排気バルブ20の開弁開始直後に気筒12から排出された高圧、高速のガス(いわゆるブローダウンガス)が前記独立排気通路52を通って前記混合管56aに高速で噴出されるのに伴って生成されることがわかる。   FIG. 6 shows the result of examining the effect of the negative pressure in the exhaust port 18 due to the ejector effect. FIG. 6 shows the result of examining the pressure change in the exhaust port 18 using the engine system 100 together with the lift curves of the exhaust valve 20 and the intake valve 19, and in FIG. Two pressure graphs P1 and P2 indicate pressure changes in the exhaust ports 18 of two cylinders in which the exhaust order is continuous. In FIG. 6, the pressure in each exhaust port 18 becomes the maximum pressure (Pmax) immediately after the opening of the exhaust valve 20 (when the crank angle = CA_1 at the pressure P1), and the exhaust order is one before. A short time after the pressure of the cylinder 12 reaches the maximum pressure (a time when the crank angle = CA_2 at the pressure P2), the maximum negative pressure (Pmin) is reached. The maximum negative pressure generated by the ejector effect is the exhaust valve 20. The high-pressure, high-speed gas (so-called blowdown gas) discharged from the cylinder 12 immediately after the start of the valve opening is generated as it is ejected through the independent exhaust passage 52 to the mixing pipe 56a at a high speed. I understand.

ここで、前記排気バルブ20の開弁開始後、排気行程気筒12から前記ブローダウンガスが排出されるまでのクランク角期間ひいては排気バルブ20の開弁開始からこのブローダウンガスにより吸気行程気筒12に高い負圧が生成されるまでクランク角期間は、図7に示すように、エンジンの回転数の増大に伴って長くなる。図7は、本エンジンシステム100と同様の構造を有するエンジン本体1および排気マニホールドを備えた装置を用いて、異なる複数のエンジン回転数において、排気バルブ20の開弁開始時期および閉弁時期をエンジン回転数によらず一定として排気ポート18内の圧力変化を調べた結果を示した図である。この図7において、ラインL1、L2、L3、L4、L5、L6はそれぞれエンジン回転数が1000rpm,2000rpm,3000rpm,4000rpm,5000rpm,6000rpmでの結果である。この図7に示されるように、排気バルブ20の開弁開始時期および閉弁時期が同じ時期の場合、エンジン回転数が増大するに伴って、排気バルブ20の開弁開始後、前記ブローダウンガスが排出されるまでのクランク角度期間は長くなっている。そして、これに伴い、排気ポート18内の負圧が最大となる時期がクランク角度で遅くなっている。これは、排気バルブ20の開弁開始後ブローダウンガスが排気ポート18内に排出されるまでの絶対時間がエンジン回転数によらず一定であるためと考えられる。そのため、例えば、エンジン回転数によらず排気バルブ20の開弁開始時期および閉弁時期を一定とすると、前記オーバーラップ期間中に排気ポート18内の負圧を最大とすることができず、この負圧による掃気促進効果を効果的に発揮できない。   Here, after the opening of the exhaust valve 20 is started, the crank angle period until the blowdown gas is discharged from the exhaust stroke cylinder 12, and thus from the start of the opening of the exhaust valve 20 to the intake stroke cylinder 12 by the blowdown gas. Until the high negative pressure is generated, the crank angle period becomes longer as the engine speed increases, as shown in FIG. FIG. 7 shows the opening start timing and the closing timing of the exhaust valve 20 at a plurality of different engine speeds using an apparatus having an engine body 1 and an exhaust manifold having the same structure as the engine system 100. It is the figure which showed the result of having investigated the pressure change in the exhaust port 18 as fixed irrespective of the rotation speed. In FIG. 7, lines L1, L2, L3, L4, L5, and L6 are the results when the engine speed is 1000 rpm, 2000 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm, 5000 rpm, and 6000 rpm, respectively. As shown in FIG. 7, when the valve opening start timing and the valve closing timing of the exhaust valve 20 are the same, the blowdown gas is increased after the exhaust valve 20 starts to open as the engine speed increases. The crank angle period until the is discharged is long. Along with this, the time when the negative pressure in the exhaust port 18 becomes maximum is delayed by the crank angle. This is presumably because the absolute time from when the exhaust valve 20 starts to open until the blowdown gas is discharged into the exhaust port 18 is constant regardless of the engine speed. Therefore, for example, if the valve opening start timing and the valve closing timing of the exhaust valve 20 are constant regardless of the engine speed, the negative pressure in the exhaust port 18 cannot be maximized during the overlap period. The scavenging promotion effect due to negative pressure cannot be exhibited effectively.

これに対して、本エンジンシステム100では、前述のように、エンジン回転数の増大に伴って排気バルブ20の開弁開始時期が進角されている。そのため、前記排気ポート18内の負圧がエンジン回転数によらず前記オーバーラップ期間中のTDC付近において最大となるため、前記掃気促進効果を効果的に得ることができる。特に、TDC付近において排気ポート18内の負圧が最大とされることで、気筒12内の残留ガスをより効果的に吸い出すことができ、高い吸気効率を得ることができる。   In contrast, in the engine system 100, as described above, the valve opening start timing of the exhaust valve 20 is advanced as the engine speed increases. Therefore, the negative pressure in the exhaust port 18 becomes maximum in the vicinity of TDC during the overlap period regardless of the engine speed, so that the scavenging promotion effect can be effectively obtained. In particular, since the negative pressure in the exhaust port 18 is maximized in the vicinity of the TDC, the residual gas in the cylinder 12 can be sucked out more effectively, and high intake efficiency can be obtained.

このエンジン回転数の増大に伴って排気バルブ20の開弁開始時期を進角させるという制御を行った本エンジンシステム100における図7に対応する排気ポート18内の圧力変化を図8に示す。この図8に示されるように、本エンジンシステム100では、エンジン回転数によらず高いTDC付近において排気ポート18内の圧力が高い負圧とされている。   FIG. 8 shows a change in pressure in the exhaust port 18 corresponding to FIG. 7 in the engine system 100 in which control is performed to advance the valve opening start timing of the exhaust valve 20 as the engine speed increases. As shown in FIG. 8, in the engine system 100, the pressure in the exhaust port 18 is a high negative pressure in the vicinity of a high TDC regardless of the engine speed.

さらに、本エンジンシステム100では、エンジン回転数の増大に伴って排気バルブ20のリフト量が増大されており、エンジン回転数の増大に伴い流量が増大する排気を効率よく排出できる。そのため、前記エゼクタ効果による吸気効率の向上効果を確保しつつ、排気抵抗を低減して吸気効率をより高めることができる。   Further, in the engine system 100, the lift amount of the exhaust valve 20 is increased as the engine speed increases, and the exhaust gas whose flow rate increases as the engine speed increases can be efficiently discharged. Therefore, it is possible to increase the intake efficiency by reducing the exhaust resistance while ensuring the effect of improving the intake efficiency by the ejector effect.

また、前記独立排気通路52が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ことにより、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が、本エンジンシステム100では、高速領域において吸気の慣性過給効果が効果的に得られるように構成されているため、高速領域においても得人出力を高く維持することができる。   Further, since the flow area of the independent exhaust passage 52 is reduced on the downstream side so that the ejector effect can be effectively obtained, if the engine speed increases and the exhaust flow rate increases, the exhaust resistance increases. As a result of an increase in pump loss and an increase in pump loss, there arises a problem that the engine output deteriorates. However, the present engine system 100 is configured so that the inertial supercharging effect of intake air can be effectively obtained in a high speed region. It is possible to maintain a high earner output even in a high speed region.

具体的には、本エンジンシステム100では、前記同調基準回転数N1は、前記のように独立排気通路52の流路面積が絞られることにより、そのエンジン出力が、排気通路の流路面積が絞られていない場合よりもエンジン出力が低下する回転数付近に設定されている。すなわち、前記同調基準回転数N1は、本エンジンシステム100のエンジン出力の方が、本エンジンシステム100において前記独立排気通路52に代えて流路面積が一定の排気通路を用いた場合(以下、流路面積一定仕様という場合がある)のエンジン出力よりも小さくなる回転数付近に設定されている。そして、本エンジンシステム100では、前述のように、各吸気管3の長さL_inおよび横断面積の調整により、1次の同調回転数Nin_1aが前記同調基準回転数N1よりも高く、1次の非同調回転数Nin_1bが前記同調基準回転数N1よりも低く設定されている。そのため、前記独立排気通路52が絞られることに伴いエンジン出力が低下する前記同調基準回転数N1よりもエンジン回転数の高い高速領域全体において、吸気の慣性過給効果により掃気性能を高めることができ、これによりポンプ損失の増大を抑制してエンジン出力の低下を小さく抑えることができる。   Specifically, in the engine system 100, the tuning reference rotational speed N1 is set such that the engine output is reduced by reducing the flow area of the exhaust passage by reducing the flow area of the independent exhaust passage 52 as described above. It is set near the rotational speed at which the engine output is lower than when it is not. That is, the tuning reference rotational speed N1 is determined when the engine output of the engine system 100 uses an exhaust passage having a constant flow area instead of the independent exhaust passage 52 in the engine system 100 (hereinafter referred to as flow rate). (It may be called a constant road area specification). In the engine system 100, as described above, by adjusting the length L_in and the cross-sectional area of each intake pipe 3, the primary tuning rotational speed Nin_1a is higher than the tuning reference rotational speed N1, and the primary non-rotating speed. The tuning rotation speed Nin_1b is set lower than the tuning reference rotation speed N1. Therefore, the scavenging performance can be enhanced by the inertial supercharging effect of the intake air in the entire high speed region where the engine speed is higher than the tuning reference speed N1 in which the engine output decreases as the independent exhaust passage 52 is throttled. Thus, it is possible to suppress an increase in pump loss and to suppress a decrease in engine output.

図11に、本エンジンシステム100のエンジン出力(エンジントルク)の例(実線)と、前記流路面積一定仕様のエンジン出力(エンジントルク)の例(破線)とを示す。この図11に示されるように、エンジン回転数がトルク低下回転数N0よりも低い領域では、本エンジンシステム100の方が流路面積一定仕様よりもエンジントルクが高い。一方、エンジン回転数がトルク低下回転数N0よりも高い領域では、本エンジンシステム100の方が流路面積一定仕様よりもエンジントルクが低い。   FIG. 11 shows an example (solid line) of the engine output (engine torque) of the engine system 100 and an example (broken line) of the engine output (engine torque) with the constant flow path area specification. As shown in FIG. 11, in the region where the engine speed is lower than the torque reduction speed N0, the engine system 100 has higher engine torque than the constant flow path area specification. On the other hand, in the region where the engine speed is higher than the torque-decreasing speed N0, the engine system 100 has a lower engine torque than the constant flow path area specification.

本実施形態では、前記エンジントルクの低下が確実に抑制されるように、前記1次の同調回転数Nin_1aがこのトルク低下回転数N0に設定され、前記基準回転数N1は、このトルク低下回転数N0よりもわずかに小さい回転数に設定されている。例えば、前記トルク低下回転数N0が5000rpmであるのに対して、前記同調基準回転数N1は4500rpmに設定されている。そして、前記吸気管3は、1次の同調回転数Nin_1a5000rpmとなるように、その径が45mm、その長さL_inが400mmに設定されている。なお、本実施形態の4気筒を有するエンジン本体1の排気量は2リットルである。この場合において、1次の非同調回転数Nin_1bは3500rpmとなる。前記図11には、エンジントルクに合わせて、吸気バルブ19の閉弁時期の吸気バルブ19近傍における吸気脈動による圧力変化の様子を概略的に示している。   In the present embodiment, the primary tuning rotation speed Nin_1a is set to the torque reduction rotation speed N0 so that the decrease in the engine torque is reliably suppressed, and the reference rotation speed N1 is set to the torque reduction rotation speed. The number of revolutions is set slightly smaller than N0. For example, while the torque reduction rotational speed N0 is 5000 rpm, the tuning reference rotational speed N1 is set to 4500 rpm. The intake pipe 3 is set to have a diameter of 45 mm and a length L_in of 400 mm so that the primary synchronized rotation speed Nin_1a5000 rpm is obtained. Note that the displacement of the engine body 1 having four cylinders according to the present embodiment is 2 liters. In this case, the primary non-synchronization rotational speed Nin_1b is 3500 rpm. FIG. 11 schematically shows how the pressure changes due to the intake pulsation in the vicinity of the intake valve 19 at the closing timing of the intake valve 19 in accordance with the engine torque.

なお、図11に示したエンジントルクの比較結果は、吸気管3の長さおよび横断面積が同一であり得られる吸気脈動効果が同等の場合の比較である。従って、前記独立排気通路52に代えて流路面積が一定の排気通路を用いるとともに従来のようにエンジン回転数の比較的低い領域において吸気の慣性過給効果が得られるように構成されたエンジンシステムのエンジン出力は、図11の鎖線に示すように、高速領域において、本エンジンシステム100よりも低く、本エンジンシステム100では、前記吸気の慣性過給効果により、従来のエンジンシステムに比べて高いエンジン出力を得ることができる。   The engine torque comparison result shown in FIG. 11 is a comparison in the case where the intake pulsation effect that can be obtained with the same length and cross-sectional area of the intake pipe 3 is the same. Accordingly, an engine system configured to use an exhaust passage having a constant flow area instead of the independent exhaust passage 52 and obtain an inertial supercharging effect of intake air in a region where the engine speed is relatively low as in the prior art. As shown by the chain line in FIG. 11, the engine output of the engine is lower than that of the engine system 100 in the high speed region. In the engine system 100, the engine is higher than the conventional engine system due to the inertial supercharging effect of the intake air. Output can be obtained.

以上のように、本エンジンシステム100によれば、エゼクタ効果をより効果的に利用して、気筒12の掃気を促進し、吸気効率を高めることができるとともに、高速領域において吸気慣性効果を効果的に利用してポンプ損失を小さく抑えることができ、全速度領域においてエンジン出力を高めることができる。   As described above, according to the present engine system 100, the ejector effect can be used more effectively, the scavenging of the cylinder 12 can be promoted, the intake efficiency can be increased, and the intake inertia effect can be effectively achieved in the high speed region. Therefore, the pump loss can be suppressed to a small value, and the engine output can be increased in the entire speed range.

ここで、前記実施形態では、排気バルブの閉弁時期を一定とした場合について示したが、排気バルブ20の開弁開始時期を過度に進角させると、エンジン本体1における膨張仕事が減少するおそれがある。そのため、このような場合には、図12に示すように、エンジン回転数の増大に伴い排気バルブ20の開弁開始時期を進角させるとともに、エンジン回転数の増大に伴い排気バルブ20の閉弁時期を遅角させるのが好ましい。なお、この場合には、エンジン回転数の増大量に対する排気バルブ20の閉弁時期の遅角量は、エンジン回転数の増大量に対する排気バルブ20の開弁開始時期の進角量よりも小さく設定するのが好ましい。   Here, in the above-described embodiment, the case where the closing timing of the exhaust valve is made constant is shown. However, if the opening timing of the exhaust valve 20 is excessively advanced, the expansion work in the engine body 1 may be reduced. There is. Therefore, in such a case, as shown in FIG. 12, the valve opening start timing of the exhaust valve 20 is advanced as the engine speed increases, and the exhaust valve 20 is closed as the engine speed increases. It is preferable to retard the timing. In this case, the delay amount of the closing timing of the exhaust valve 20 with respect to the increase amount of the engine speed is set smaller than the advance amount of the opening start timing of the exhaust valve 20 with respect to the increase amount of the engine speed. It is preferable to do this.

また、前記実施形態では、全運転領域において、エゼクタ効果による高い掃気促進効果が得られるように、吸気バルブ19と排気バルブ20とをオーバーラップさせるとともに他の気筒12の排気バルブ20の開弁開始時期とこのオーバーラップ期間とを重複させる制御およびエンジン回転数の増大に伴って前記最大負圧となる時期と前記オーバーラップ期間とを重複させる制御を実施する場合について説明したが、エンジン回転数が所定の基準回転数よりも低い運転領域でのみ行なってもよい。すなわち、エンジン回転数が高い運転領域では、排気流量が増大するため、エゼクタ効果により得られる掃気促進効果よりもポンプ損失低減により得られる掃気促進効果の方が高い場合がある。従って、このような場合には、吸気バルブ19と排気バルブ20とを掃気促進効果をより高めることができるように制御するのが好ましい。   In the above embodiment, the intake valve 19 and the exhaust valve 20 are overlapped and the opening of the exhaust valves 20 of the other cylinders 12 is started so that a high scavenging acceleration effect due to the ejector effect can be obtained in the entire operation region. The case where the control for overlapping the time period and the overlap period and the control for overlapping the time period when the maximum negative pressure is accompanied with the increase in the engine speed and the overlap period are described. You may perform only in the driving | running | working area | region lower than a predetermined reference | standard rotation speed. That is, in the operating region where the engine speed is high, the exhaust gas flow rate increases, so that the scavenging promotion effect obtained by reducing the pump loss may be higher than the scavenging promotion effect obtained by the ejector effect. Therefore, in such a case, it is preferable to control the intake valve 19 and the exhaust valve 20 so that the scavenging promotion effect can be further enhanced.

また、前述のように、エンジン回転数が高い運転領域におけるポンプ損失を低減するべく、前記各独立排気通路52のうち流路面積が小さくなる領域から前記ディフューザー56cの下流側の部分までをバイパスする通路を設け、この通路をその流路面積を一定等として排気抵抗が大きくならない形状にするとともに、この通路にこの通路を開閉するバルブを取り付けて、前記エンジン回転数が低い運転領域ではこのバルブを閉じて前記独立排気通路52のみを排気が通過するように構成するとともに、エンジン回転数が高い運転領域では前記バルブを開いて排気が前記バイパス通路側をも通過するように構成してもよい。   Further, as described above, in order to reduce the pump loss in the operation region where the engine speed is high, the region from the region where the flow area becomes small in each of the independent exhaust passages 52 to the downstream portion of the diffuser 56c is bypassed. A passage is provided, the passage area is made constant and the exhaust resistance is not increased, and a valve for opening and closing the passage is attached to the passage, and the valve is operated in the operation region where the engine speed is low. It may be configured such that the exhaust passes only through the independent exhaust passage 52 and that the exhaust also passes through the bypass passage by opening the valve in an operation region where the engine speed is high.

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背圧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52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 present engine system 100, the intake efficiency can be increased by reducing the ejector effect and the back pressure, which is useful in an engine system that does not have a turbocharger. When the turbocharger is not provided as described above, the catalyst device 6 can be directly connected to each independent exhaust passage 52 as in the above-described embodiment, and can be disposed at a position on the upstream side. 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.

1 エンジン本体
5 排気マニホールド
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
56a 混合管(集合部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 5 Exhaust manifold 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 56a Mixing pipe (collecting part)

Claims (5)

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吸排気装置であって、
前記各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続される吸気通路と、
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独立排気通路と、
前記各独立排気通路の下流端に接続されて、当該各独立排気通路を通過した排気が集合する集合部と、
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、
前記各独立排気通路のうち排気順序が連続する気筒に接続された独立排気通路は互いに隣り合う位置で前記集合部に接続されており、
前記各独立排気通路および集合部は、各気筒から各排気ポートおよび各独立排気通路を通って前記集合部に排気が排出されるのに伴いエゼクタ効果によって隣接する他の独立排気通路およびこの独立排気通路に接続された排気ポート内に負圧が生成される形状を有し、
前記各独立排気通路は、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、前記集合部の最小流路面積と同じ面積を有する真円の直径Dとの関係がa/D≧0.5となる形状を有し、
前記バルブ駆動手段は、少なくともエンジンの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し、かつ、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が吸気上死点および他方の気筒の排気バルブが開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動するとともに、少なくとも前記低速領域において、前記他方の気筒から排出された排気により前記一方の気筒の排気ポートに生成された負圧が最大となる時期が当該一方の気筒のオーバーラップ期間と重複するように前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders, each having an intake port and an exhaust port, and an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port. ,
An intake passage connected to each intake port of each cylinder;
An independent exhaust passage connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust sequences are not continuous with each other;
A collecting portion connected to the downstream end of each independent exhaust passage, where the exhaust passing through each independent exhaust passage gathers;
Valve drive means capable of driving the intake valve and the exhaust valve of each cylinder,
The independent exhaust passages connected to the cylinders in which the exhaust order is continuous among the independent exhaust passages are connected to the collecting portion at positions adjacent to each other,
Each of the independent exhaust passages and the collective portion includes another independent exhaust passage and the independent exhaust adjacent thereto due to an ejector effect as exhaust gas is discharged from each cylinder through the exhaust port and the independent exhaust passage to the collective portion. A shape in which negative pressure is generated in the exhaust port connected to the passage;
Each of the independent exhaust passages has a relationship between a diameter a of a perfect circle having the same area as the flow path area of the downstream end portion thereof and a diameter D of a perfect circle having the same area as the minimum flow path area of the collecting portion. /D≧0.5 has a shape,
The valve driving 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 at least in a low speed region where the engine speed is lower than a preset reference speed. Intake of each cylinder so that the overlap period of one cylinder overlaps between the intake top dead center and the time when the exhaust valve of the other cylinder is opened between the cylinders that overlap and the exhaust sequence continues. The valve and the exhaust valve are driven, and at least in the low-speed region, the time when the negative pressure generated in the exhaust port of the one cylinder by the exhaust exhausted from the other cylinder becomes the maximum is the excess of the one cylinder The multi-cylinder engine is characterized in that the opening timing of the exhaust valve is advanced as the engine speed increases so as to overlap with a lap period. Jin intake and exhaust device.
請求項1に記載の多気筒エンジンの吸排気装置において、
前記バルブ駆動手段は、少なくとも前記低速領域において、前記他方の気筒から排出された排気により前記一方の気筒の排気ポートに生成された負圧が最大となる時期が、エンジン回転数によらず略同一クランク角度時期となるように、前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
The intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to claim 1,
In the valve driving means, at least in the low speed region, the time when the negative pressure generated in the exhaust port of the one cylinder is maximized by the exhaust discharged from the other cylinder is substantially the same regardless of the engine speed. An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, wherein the valve opening start timing of the exhaust valve is advanced as the engine speed increases so that the crank angle timing is reached.
請求項1または2に記載の多気筒エンジンの吸排気装置であって、
前記バルブ駆動手段は、排気バルブの開閉時期およびリフト量を変更可能なリフト可変機構を有し、少なくとも前記低速領域において、当該リフト可変機構によりエンジン回転数の増大に伴って排気バルブのリフト量を増大しつつ前記排気バルブの開弁開始時期を進角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to claim 1 or 2,
The valve drive means has a variable lift mechanism capable of changing the opening / closing timing and lift amount of the exhaust valve, and at least in the low speed region, the lift variable amount of the exhaust valve is increased by the variable lift mechanism as the engine speed increases. An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, wherein the valve opening start timing of the exhaust valve is advanced while increasing.
請求項3に記載の多気筒エンジンの吸排気装置において、
前記バルブ駆動手段は、少なくとも前記低速領域において、前記リフト可変機構によりエンジン回転数の増大に伴って前記排気バルブのリフト量を増大し、かつ、前記排気バルブの開弁開始時期を進角させつつ、前記排気バルブの閉弁時期を遅角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
The intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to claim 3,
The valve driving means increases the lift amount of the exhaust valve as the engine speed increases by the variable lift mechanism at least in the low speed region, and advances the valve opening start timing of the exhaust valve. An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, wherein the closing timing of the exhaust valve is retarded.
請求項1〜4のいずれかに記載の多気筒エンジンの吸排気装置において、The intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 4,
前記各独立排気通路の少なくとも下流側の部分は、上流側よりも下流側の方が流路面積が小さい形状を有し、  At least the downstream portion of each independent exhaust passage has a shape in which the flow area is smaller on the downstream side than on the upstream side,
前記各吸気通路のうち前記吸気バルブから当該吸気バルブの開弁に伴い生成された吸気脈動の圧力波が反転されるまでの部分の長さおよび横断面積は、前記吸気脈動の1次の山が前記吸気バルブ近傍で生じる時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となり吸気の慣性過給効果が得られる1次の同調回転数が予め設定された同調基準回転数よりも高く、かつ、前記吸気脈動の1次の谷が前記吸気バルブ近傍において発生する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となる非同調回転数が前記同調基準回転数よりも低くなる寸法に設定されており、  The length and cross-sectional area of the portion of each intake passage from the intake valve until the pressure wave of the intake pulsation generated by opening the intake valve is reversed is the first peak of the intake pulsation. The timing that occurs in the vicinity of the intake valve and the valve closing timing of the intake valve are substantially the same, and the primary tuning rotational speed at which the inertial supercharging effect of the intake is obtained is higher than a preset tuning reference rotational speed, and The non-tuned rotational speed at which the primary valley of the intake pulsation occurs in the vicinity of the intake valve and the closed timing of the intake valve is set to a dimension that is lower than the tuning reference rotational speed.
前記同調基準回転数は、前記多気筒エンジンからのエンジン出力が、前記各独立排気通路の流路面積を一定とした場合におけるエンジン出力よりも小さくなるエンジン回転数付近に設定されていることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。  The tuning reference rotational speed is set in the vicinity of an engine rotational speed at which the engine output from the multi-cylinder engine is smaller than the engine output when the flow area of each independent exhaust passage is constant. Multi-cylinder engine intake and exhaust system.
JP2010255649A 2010-11-16 2010-11-16 Intake and exhaust system for multi-cylinder engine Active JP5531923B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010255649A JP5531923B2 (en) 2010-11-16 2010-11-16 Intake and exhaust system for multi-cylinder engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010255649A JP5531923B2 (en) 2010-11-16 2010-11-16 Intake and exhaust system for multi-cylinder engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012107541A JP2012107541A (en) 2012-06-07
JP5531923B2 true JP5531923B2 (en) 2014-06-25

Family

ID=46493411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010255649A Active JP5531923B2 (en) 2010-11-16 2010-11-16 Intake and exhaust system for multi-cylinder engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5531923B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5673214B2 (en) * 2011-03-01 2015-02-18 マツダ株式会社 Intake and exhaust system for multi-cylinder engine
JP6179811B2 (en) * 2013-12-26 2017-08-16 三菱自動車工業株式会社 Inline four-cylinder engine
JP6308228B2 (en) * 2016-02-10 2018-04-11 マツダ株式会社 Engine control device
JP6395118B2 (en) * 2016-03-31 2018-09-26 マツダ株式会社 Engine control device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012107541A (en) 2012-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5515977B2 (en) Exhaust system for multi-cylinder engine
JP4305477B2 (en) Spark ignition internal combustion engine
JP5870488B2 (en) Intake and exhaust system for multi-cylinder engine
JP4259546B2 (en) Spark ignition internal combustion engine
JP5910034B2 (en) Exhaust system for multi-cylinder engine
JP5531923B2 (en) Intake and exhaust system for multi-cylinder engine
JP5979031B2 (en) Spark ignition engine
JP5471720B2 (en) Exhaust system for multi-cylinder engine
JP5919743B2 (en) Exhaust control device for multi-cylinder engine
JP5998503B2 (en) Intake and exhaust system for multi-cylinder engine
JP5262863B2 (en) Method and apparatus for controlling exhaust system of multi-cylinder engine
JP5515972B2 (en) Exhaust system for multi-cylinder engine
JP5531922B2 (en) Intake and exhaust system for multi-cylinder engine
JP5673214B2 (en) Intake and exhaust system for multi-cylinder engine
JP5067331B2 (en) Engine valve timing variable device
JP5447095B2 (en) Exhaust system for multi-cylinder engine
JP2754978B2 (en) Control device for 6-cylinder internal combustion engine
JP5472050B2 (en) Exhaust system for multi-cylinder engine
JP2011214438A (en) Exhaust device of multicylinder engine
JP5794037B2 (en) Intake and exhaust system for multi-cylinder engine
JP5407992B2 (en) Exhaust system for multi-cylinder engine
JP5817302B2 (en) Intake and exhaust system for multi-cylinder engine
JP2013238124A (en) Internal combustion engine including variable compression ratio mechanism
JP7151455B2 (en) engine exhaust system
JP5703782B2 (en) Intake and exhaust system for multi-cylinder engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130313

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140121

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140214

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140325

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140407

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5531923

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150