JP5673214B2 - Intake and exhaust system for multi-cylinder engine - Google Patents
Intake and exhaust system for multi-cylinder engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP5673214B2 JP5673214B2 JP2011043718A JP2011043718A JP5673214B2 JP 5673214 B2 JP5673214 B2 JP 5673214B2 JP 2011043718 A JP2011043718 A JP 2011043718A JP 2011043718 A JP2011043718 A JP 2011043718A JP 5673214 B2 JP5673214 B2 JP 5673214B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intake
- exhaust
- valve
- passage
- area
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Characterised By The Charging Evacuation (AREA)
- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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排気通路と、ターボ過給機の上流に設けられてこれら排気通路が集合する集合部と、この集合部に設けられて各排気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排気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排気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排気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 exhaust 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 exhaust passage is disclosed. In this apparatus, by reducing the flow passage area of the exhaust passage by the valve, the exhaust of the cylinder in the exhaust stroke flows from the predetermined exhaust passage into the collecting portion at a relatively high speed, and the periphery of the high-speed exhaust is The amount of gas supplied to the turbocharger is reduced by causing the negative pressure generated in the above-mentioned collecting portion to act on the other exhaust passage and sucking the exhaust in the other exhaust passage downstream by the so-called ejector effect. The engine output is increased to increase the engine output.
前記従来技術のようにエゼクタ効果による吸気量増大効果を得るべく排気通路の流路面積を縮小させた装置では、排気の速度を高めることができる一方排気抵抗が増大する。そのため、このような装置では、排気流量が小さいエンジン回転数の低い領域では前記エゼクタ効果による吸気量増大効果が得られる一方、排気流量が大きいエンジン回転数の高い領域では排気抵抗の増大によるポンプ損失の増大に伴いかえってエンジン出力が低下するという問題がある。 In the apparatus in which the flow passage area of the exhaust passage is reduced so as to obtain the intake amount increasing effect by the ejector effect as in the prior art, the exhaust speed can be increased while the exhaust resistance is increased. For this reason, in such a device, the effect of increasing the intake air amount due to the ejector effect can be obtained in a region where the exhaust flow rate is low and the engine speed is low, while in the region where the exhaust flow rate is high and the engine speed is high, However, there is a problem that the engine output is reduced with the increase of the engine.
本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構成で全回転領域におい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 engine output in the entire rotation range 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するガス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の下流端部は、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ように、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し、前記基準回転数は、当該基準回転数よりもエンジンの回転数が高くなると、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回転数付近に設定されており、前記各吸気通路は、その上流側部分に設けられて、前記吸気バルブの開弁に伴い当該吸気バルブの近傍で生成された吸気脈動の負圧波が反射して正圧波となる反転部位を有し、前記吸気通路のうち前記吸気バルブから前記反転部位までの長さおよび横断面積は、前記負圧波が前記反転部位で1回反射することに伴い生成された正圧波が前記吸気バルブ近傍に到達する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となるエンジン回転数であって、吸気の慣性過給効果が得られる吸気脈動の1次の同調回転数が、前記基準回転数よりも高くなり、かつ、前記負圧波が前記反転部位で2回反転することに伴い生成された正圧波が前記吸気バルブ近傍に到達する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となるエンジン回転数であって吸気の慣性過給効果が得られる吸気脈動の2次の同調回転数が、前記基準回転数よりも低くなるとともに、前記1次の同調回転数と2次の同調回転数との間のエンジン回転数であってこれら同調回転数間のエンジン回転数のうち前記吸気バルブの閉弁時期に当該吸気バルブ近傍に到達する吸気脈動の負圧波の負圧量が最も大きく当該負圧波の影響による体積効率の低下量が最も大きくなる非同調回転数が、前記基準回転数よりも低くなる寸法にそれぞれ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 gas passing through each independent exhaust passage, and valve driving 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. And downstream end portions of the independent exhaust passages 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 collective portion. In order to generate a negative pressure in the exhaust port connected to the independent exhaust passage, the downstream side has a shape with a smaller flow path area than the upstream side. In a low speed region where the number is lower than a preset reference rotational speed, the opening period of the intake valve and the opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap with each other by a predetermined overlap period, and the exhaust sequence is continuous. Driving the intake valve and the exhaust valve of each cylinder 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, When the engine speed is higher than the reference speed, the quasi-rotational speed is such that the engine output from the multi-cylinder engine is smaller than the engine power when the flow area of each independent exhaust passage is constant. Each intake passage is provided in the upstream portion thereof, and the negative pressure wave of the intake pulsation generated in the vicinity of the intake valve as the intake valve is opened is reflected. The reversal part that becomes a positive pressure wave has a length and a cross-sectional area in the intake passage from the intake valve to the reversal part, and the positive pressure wave generated when the negative pressure wave is reflected once at the reversal part. The engine rotational speed at which the pressure wave reaches the vicinity of the intake valve and the closing timing of the intake valve are substantially the same, and the primary synchronized rotational speed of the intake pulsation that provides the inertial supercharging effect of the intake air Above The timing at which the positive pressure wave generated when the negative pressure wave is reversed twice at the reversal part and near the intake valve is substantially the same as the intake valve closing timing. And the secondary tuned rotational speed of the intake pulsation for obtaining the inertial supercharging effect of the intake air becomes lower than the reference rotational speed, and the primary tuned rotational speed and the secondary tuned speed Among the engine speeds between the engine speeds, the negative pressure amount of the negative pressure wave of the intake pulsation that reaches the vicinity of the intake valve at the closing timing of the intake valve is the largest. Provided is an intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, wherein the non-synchronized rotational speed at which the volumetric efficiency drop caused by the negative pressure wave is maximized is set to a dimension lower than the reference rotational speed. To do.
本装置によれば、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エンジン出力を高めることができる。 According to this apparatus, the engine output can be increased by effectively utilizing the ejector effect and the inertial supercharging effect of the intake air.
具体的には、本装置では、各独立排気通路の流路面積が下流側において絞られてエゼクタ効果を得ることができるよう構成されているとともに、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が開弁されている。そのため、低速領域において、エゼクタ効果によりオーバーラップ期間中の気筒の排気ポート内に負圧を生成してこのオーバーラップ期間中の掃気を促進することができる。 Specifically, in the present apparatus, the flow passage area of each independent exhaust passage is configured to be reduced on the downstream side to obtain an ejector effect, and during a predetermined cylinder overlap period in the low speed region. The exhaust valves of other cylinders are opened. Therefore, in the low speed region, a negative pressure can be generated in the exhaust port of the cylinder during the overlap period by the ejector effect, and scavenging during the overlap period can be promoted.
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、本装置では、吸気通路の長さおよび横断面積が適切に調整されることで吸気の慣性過給効果が得られる1次の同調回転数が高速領域内に設定されている。そのため、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、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、全回転領域においてエンジン出力を高めることができる。 Here, exhaust resistance increases because the flow area of the independent exhaust passage is reduced. On the other hand, in the present apparatus, the primary synchronized rotational speed at which the inertial supercharging effect of the intake air can be obtained by appropriately adjusting the length and the cross-sectional area of the intake air passage is set in the high speed region. Therefore, even in the high-speed region where the effect of increased exhaust resistance is greater than the effect of improving the scavenging performance due to the ejector effect due to the large exhaust flow rate, the scavenging performance in the cylinder is increased due to the inertial supercharging effect of the intake air, thereby reducing the pump loss. The increase can be suppressed, and the engine output can be increased in the entire rotation region.
特に、前記1次の同調回転数と2次の同調回転数との間のエンジン回転数のうち吸気バルブ近傍において正圧波が発生する時期と吸気バルブの閉弁時期とが大きくずれるエンジン回転数であって、吸気バルブの閉弁時期に負圧量の大きい負圧波が吸気バルブ近傍に到達することでこの負圧波の影響による体積効率の悪化量が最も大きく体積効率が低くなる非同調回転数が前記基準回転数よりも低くなるように構成されている。そのため、この負圧波の影響に伴う体積効率の低下を、前記エゼクタ効果で補うことができ、体積効率の低下を小さく抑えることができる。したがって、低速領域から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。 In particular, the engine speed at which the positive pressure wave is generated in the vicinity of the intake valve and the valve closing timing of the intake valve out of the engine speed between the primary synchronized speed and the secondary synchronized rotational speed are greatly different. As the negative pressure wave with a large negative pressure reaches the vicinity of the intake valve at the closing timing of the intake valve, the amount of deterioration in volumetric efficiency due to the negative pressure wave is the largest, and the unsynchronized rotational speed at which the volumetric efficiency is lowered is reduced. It is comprised so that it may become lower than the said reference rotation speed. Therefore, a decrease in volume efficiency due to the influence of the negative pressure wave can be compensated by the ejector effect, and a decrease in volume efficiency can be suppressed small. Therefore, the scavenging performance can be more reliably improved from the low speed region to the entire high speed region.
ここで、前記エゼクタ効果を効果的に得るための具体的構成としては、前記独立排気通路が、その下流端部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となる形状を有するものが挙げられる(請求項2)。 Here, as a specific configuration for effectively obtaining the ejector effect, the independent exhaust passage has a diameter a of a perfect circle having the same area as the flow path area at the downstream end thereof, and a minimum of the collecting portion. Examples include a shape in which the relationship with the diameter D of a perfect circle having the same area as the flow path area is a / D ≧ 0.5 (Claim 2).
また、排気の流速をより高めるべく前記独立排気通路の下流端部に流路面積が絞られた絞り部を形成するのが好ましく、この場合には、さらに、前記直径aを前記下流端部の絞り部の流路面積と同じ面積を有する真円の直径として、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を満足するのが好ましい(請求項3)。 Further, in order to further increase the flow rate of the exhaust gas, it is preferable to form a throttle portion having a reduced flow area at the downstream end portion of the independent exhaust passage. In this case, the diameter a is further set to the downstream end portion. The relationship between the diameter of a perfect circle having the same area as the flow path area of the throttle part and the diameter D of a perfect circle having the same area as the minimum flow path area of the aggregate part satisfies a / D ≧ 0.5. (Claim 3).
また、本発明において、前記各独立排気通路の前記下流端部よりも上流側の部分にそれぞれ接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路の下流端に接続されて、当該各バイパス通路を通過するガスが集合するバイパス通路側集合部と、前記バイパス通路側集合部および前記集合部の下流端に接続されて、当該バイパス通路側集合部および集合部を通過するガスが集合する最終集合部と、前記各バイパス通路に設けられて、当該各バイパス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を備え、前記各バイパス通路の流路面積は、当該各バイパス通路の流路面積と前記各独立排気通路の下流端の流路面積との合計面積が、前記各独立排気通路のうち前記バイパス通路が接続される部分よりも上流側の部分の流路面積以上となる寸法に設定されており、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各バイパス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前記各バイパス通路を開放するのが好ましい(請求項4)。 Further, in the present invention, a bypass passage connected to a portion on the upstream side of the downstream end portion of each independent exhaust passage, and a gas connected to the downstream end of the bypass passage and passing through each bypass passage Is connected to the bypass passage side collecting portion and the downstream end of the collecting portion, the final collecting portion where the gas passing through the bypass passage side collecting portion and the collecting portion gathers, Provided in each bypass passage, comprising a variable flow area valve that can change the flow area of each bypass passage, and a variable flow area valve driving means that can open and close the variable flow area valve. The flow passage area of each bypass passage is the sum of the flow passage area of each bypass passage and the flow passage area at the downstream end of each independent exhaust passage. The flow path area variable valve driving means is set to have a dimension that is equal to or larger than the flow path area of the portion upstream of the portion to which the road is connected, and the required torque for at least the multi-cylinder engine in the low speed region is set. In a high load region higher than a predetermined value, the flow passage area variable valve is made smaller than fully opened to reduce the flow rate of exhaust gas passing through each bypass passage, while the engine speed is higher than the reference speed. In the region, it is preferable that the flow passage area variable valve is fully opened to open the bypass passages.
このようにすれば、排気流量の大きい高速領域において、気筒から排出された排気を前記独立排気通路に加えてバイパス通路を通過させて下流側に流出させることができ、排気抵抗を小さく抑えてエンジン出力をより高めることができる。 In this way, in a high speed region where the exhaust flow rate is large, the exhaust discharged from the cylinder can be added to the independent exhaust passage and pass through the bypass passage to be discharged downstream, and the exhaust resistance can be suppressed to a low level. The output can be further increased.
前記各バイパス通路としては、その流路面積が一定あるいは上流側よりも下流側の方が流路面積が大きい形状を有するものが挙げられる(請求項5)。 Examples of each bypass passage include those having a constant flow path area or a shape having a flow path area larger on the downstream side than on the upstream side (Claim 5).
以上のように、本発明によれば、全回転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 invention, the engine output can be increased in the entire rotation region.
本発明に係る多気筒エンジンの吸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 intake / 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、エンジン本体1に接続されて吸気通路の一部を構成する複数の吸気管3と、これら吸気管3に接続されて吸気通路の一部を構成するサージタンク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
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1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
前記エンジン本体1は4サイクルエンジンであって、図7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. 7, the
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
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
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
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
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
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
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、本実施形態では、サージタンク4が負圧波が反射して正圧波となる反転部位として機能する。このサージタンク4での圧力波の反射に伴い、吸気管3内には、図8に示すような、圧力脈動が生じる。この図8は、横軸を時間として、吸気バルブ19近傍における圧力脈動による圧力変化を模式的に示した図である。この図8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
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、体積効率が高められるというものである。この慣性過給効果は、負圧波がサージタンク4で反転、反射する回数が増大するほど小さくなる。具体的には、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、その圧力が最も大きく、最も高い慣性過給効果を得ることができる。そして、前記負圧波がサージタンク4で2回反転、反射することで生成された正圧波による2次の山の圧力が次に高くなり、1次の山の次に高い慣性過給効果を得ることができる。従って、前記吸気バルブ19の閉弁直前に吸気バルブ19近傍を前記1次の山にすれば、体積効率を十分に高めることができる。
The intake air inertia supercharging effect is that immediately before the
一方、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されて吸気バルブ19近傍に吸気脈動の負圧波が到達した場合には、吸気ポート17側の圧力がこの負圧波により低く抑えられるため、気筒12への吸気の導入量は小さく抑えられる。すなわち、前記負圧波により気筒12への吸気の導入が阻害される。特に、1次の山と2次の山との間の1次の谷では、吸気バルブ19の閉弁直前に吸気バルブ19近傍に到達する負圧量が最も大きくなるため、吸気導入量の悪化すなわち体積効率の低下が大きくなる。
On the other hand, when the vicinity of the
なお、吸気バルブ19近傍に吸気脈動の圧力波が到達するか負圧波が到達するかによらず、吸気バルブ19の閉弁直前において吸気バルブ19近傍の圧力は正圧であり、負圧波が到達した場合にはその正圧量が小さく抑えられるだけである。
Note that the pressure in the vicinity of the
本実施形態では、前記1次の山による高い慣性過給効果が、後述する基準回転数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の長さおよび横断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の長さおよび横断面積が設定されている。
In the present embodiment, the length and cross-sectional area of the
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8参照)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、前記基準回転数N1よりも高くなるように、吸気管3の長さおよび横断面積が設定されている。そして、吸気バルブ19近傍において吸気脈動の2次の山が発生する時刻t2a(図8参照)と吸気バルブ19の閉弁時期とが略同一となる2次の同調回転数Nin_2aが、前記基準回転数N1よりも低くなり、かつ、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8参照)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、前記基準回転数N1よりも低くなるように、吸気管3の長さおよび横断面積が設定されている。ここで、前記1次の非同調回転数Nin_1bは、具体的には、1次の同調回転数Nin_1aと2次の同調回転数Nin_2aとの間の回転数であって、これら同調回転数の間のエンジン回転数のうち吸気脈動の負圧波の影響による体積効率の悪化量が最も大きくなる回転数である。例えば、非同調回転数Nin_1bは、エゼクタ効果が得られないエンジンにおいて、前記1次の同調回転数Nin_1aと2次の同調回転数Nin_2aとの間のエンジン回転数のうち、最も体積効率が悪化するエンジン回転数に設定されている。
That is, the primary synchronized rotation speed Nin_1a at which the time t1a (see FIG. 8) at which the primary peak of the intake pulsation occurs in the vicinity of the
なお、前記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。
In order to obtain a high inertial supercharging effect due to the primary peak in a higher speed region, the length of the
前記排気マニホールド5は、3つの独立排気通路52と、3つの高速側通路(バイパス通路)53と、3つの流路面積可変バルブ58および高速側集合部57(バイパス通路側集合部、図3参照)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(図2参照)と、を備えている。
The
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
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
前記各独立排気通路52の下流側には、各独立排気通路52の下流側をバイパスする高速側通路(バイパス通路)53が接続されている。すなわち、各独立排気通路52の下流側は、独立排気通路52を構成する低速側通路54と高速側通路53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。
A high speed side passage (bypass passage) 53 that bypasses the downstream side of each
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を通過したガスはこの混合管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
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
具体的には、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。本実施形態では、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。
Specifically, each of the low-
また、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
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、図6に示すように、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54aが設けられている場合には、この絞り部54a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。なお、図6は、図4の領域Xに対応する部分を拡大して示した図である。
Here, the specific structure of the mixing
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
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および高速側集合部57を排気が膨張しやすいような形状、すなわち、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
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であって、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た形状を有している。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。なお、前記高速側通路53は、排気がよりスムーズに流れるよう、その流路面積と各低速側通路54の下流端の流路面積との合計面積が、各低速側通路54のうち高速側通路53が接続される部分よりも上流側の部分の流路面積以上となる寸法に設定されているのが好ましいが、その具体的な形状は前記に限らず、その流路面積が上流側よりも下流側の方が大きい形状であってもよい。
Specifically, the high-
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。
The high-speed
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
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
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
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
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とこの触媒本体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最終集合部として機能するこのケーシング62の上流端62aで集合した後、触媒本体側へ進行する。
The
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
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
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
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7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 timings of the
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
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
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
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
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から非常に高圧、高速のガス(いわゆるブローダウンガス)が排出される。
When an
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、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
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
特に、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。
In particular, the downstream end of each low
ここで、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、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, the flow passage area of the low
これに対して、本エンジンシステム100では、前記基準回転数N1が、低速側通路54が絞られることに伴って、エンジン出力がこの通路が絞られていない場合よりも低下する回転数付近に設定されている。すなわち、前記基準回転数N1は、本エンジンシステム100において排気を低速側通路54のみを通過させた場合(以下、低速側通路仕様という場合がある)のエンジン出力の方が、本エンジンシステム100において前記低速側通路54および高速側通路53を廃止し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、前述のように、各吸気管3の長さ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が前記基準回転数N1よりも低く設定されている。そのため、前記低速側通路54が絞られることに伴いエンジン出力が低下する前記基準回転数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。
On the other hand, in the
図10に、前記低速側通路仕様のエンジン出力(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、前記低速側通路仕様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、前記低速側通路仕様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. 10 shows an example (solid line) of the engine output (engine torque) of the low-speed side passage specification (broken line) and an example (broken line) of the engine output (engine torque) of the constant passage area specification. As shown in this figure, in the region where the engine speed is lower than the torque lowering speed N0, the engine torque is higher in the low speed side passage specification than in the constant flow path area specification. On the other hand, in the region where the engine speed is higher than the torque reduction speed N0, the engine torque is lower in the low speed side passage specification than in 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、前記基準回転数N1は4500rpmに設定されている。そして、排気量2リットルのエンジン本体1において、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、その長さが500mmに設定されている。なお、この500mmという寸法は、吸気管3のうち吸気バルブ19からサージタンク4までの長さであり、エンジンヘッドからサージタンク4までの長さは例えば400mmである。この場合において、2次の同調回転数Nin_2aは、2500rpmとなり、1次の非同調回転数Nin_1bは3300rpmとなる。前記図10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近傍における吸気慣性過給効果による体積効率の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 reference rotational speed N1 is set to 4500 rpm. In the engine body 1 with a displacement of 2 liters, the
なお、前記基準回転数N1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において、本エンジンシステム100において排気を低速側通路54のみを通過させた場合のエンジン出力の方が、本エンジンシステム100において前記低速側通路54および高速側通路53を廃止して流路面積が一定の排気通路を用いた場合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。また、図10に示した各仕様の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、前記低速側通路54および高速側通路53を廃止し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(吸気通路の同調回転数を変化させる可変装置が無い構成)のエンジン出力は、図10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 reference rotational speed N1 is the case where the exhaust gas is allowed to pass through only the low-
さらに、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。
Further, in the
以上のように、本エンジンシステム100では、吸気慣性効果が十分に得られない、さらには、吸気脈動の負圧波の影響により体制効率が悪化する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、高速領域において吸気慣性効果を利用して体積効率を高め、さらに、排気を前記低速側通路54および高速側通路53を通過させることで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, in the
図11に本エンジンシステム100におけるエンジン回転数とエンジントルクの関係を示したグラフを示す。この図11において、実線が、本エンジンシステム100におけるエンジントルクトルクであり、破線は、図10の破線と同じグラフである。この図11に示されるように、本エンジンシステム100では、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。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the engine speed and the engine torque in the
ここで、前記高速側通路53および流路面積可変バルブ58は省略可能である。すなわち、全回転数領域において排気を低速側通路54のみを通過させるようにしてもよい。このようにすれば、高速側通路53および流路面積可変バルブ58の省略に伴い構造を簡素化してコストを小さく抑えることができる。ただし、前記実施形態のように、高速側通路53等を設け、高速領域において排気を低速側通路54に加えて高速側通路53を通過するように構成すれば、高速領域における排気抵抗を小さく抑えてエンジン出力をより確実に高くすることができる。
Here, the high
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
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
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
53 高速側通路(バイパス通路)
54 低速側通路(排気通路)
56a 混合管(集合部)
57 高速側集合部(バイパス通路側集合部)
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)
62a ケーシングの上流端(最終集合部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine
40 Exhaust valve drive mechanism (valve drive means)
52
54 Low speed passage (exhaust passage)
56a Mixing tube (aggregation part)
57 High-speed side assembly (bypass passage side assembly)
58 Channel area
62a Upstream end of casing (final assembly)
Claims (5)
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するガス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の下流端部は、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ように、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し、
前記基準回転数は、当該基準回転数よりもエンジンの回転数が高くなると、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回転数付近に設定されており、
前記各吸気通路は、その上流側部分に設けられて、前記吸気バルブの開弁に伴い当該吸気バルブの近傍で生成された吸気脈動の負圧波が反射して正圧波となる反転部位を有し、
前記吸気通路のうち前記吸気バルブから前記反転部位までの長さおよび横断面積は、前記負圧波が前記反転部位で1回反射することに伴い生成された正圧波が前記吸気バルブ近傍に到達する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となるエンジン回転数であって、吸気の慣性過給効果が得られる吸気脈動の1次の同調回転数が、前記基準回転数よりも高くなり、かつ、前記負圧波が前記反転部位で2回反転することに伴い生成された正圧波が前記吸気バルブ近傍に到達する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となるエンジン回転数であって吸気の慣性過給効果が得られる吸気脈動の2次の同調回転数が、前記基準回転数よりも低くなるとともに、前記1次の同調回転数と2次の同調回転数との間のエンジン回転数であってこれら同調回転数間のエンジン回転数のうち前記吸気バルブの閉弁時期に当該吸気バルブ近傍に到達する吸気脈動の負圧波の負圧量が最も大きく当該負圧波の影響による体積効率の低下量が最も大きくなる非同調回転数が、前記基準回転数よりも低くなる寸法にそれぞれ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。 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 gas 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,
The downstream end of each independent exhaust passage is connected to another independent exhaust passage adjacent to each other by an ejector effect as exhaust is discharged from each cylinder through each exhaust port and each independent exhaust passage to the collective portion. In order to generate a negative pressure in the exhaust port connected to the exhaust passage, the flow path area is smaller on the downstream side than on the upstream side,
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. Between the cylinders that overlap and the exhaust sequence continues, the overlap period of one cylinder overlaps with the time when the exhaust valve of the other cylinder is open. Drive
When the engine speed is higher than the reference speed, 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. Is set near the number of revolutions,
Each of the intake passages is provided in an upstream portion thereof, and has an inversion portion that reflects a negative pressure wave of the intake pulsation generated in the vicinity of the intake valve as the intake valve is opened to become a positive pressure wave. ,
The length and cross-sectional area from the intake valve to the reversal part of the intake passage are determined when the positive pressure wave generated by the negative pressure wave reflecting once at the reversal part reaches the vicinity of the intake valve. And the intake valve closing timing are substantially the same, and the primary tuned rotational speed of the intake pulsation for obtaining the inertial supercharging effect of the intake air is higher than the reference rotational speed, and The time when the positive pressure wave generated when the negative pressure wave is inverted twice at the reversal part reaches the vicinity of the intake valve and the closing timing of the intake valve are the engine speed and the intake air The secondary tuned rotational speed of the intake pulsation that provides the inertial supercharging effect becomes lower than the reference rotational speed, and the engine rotational speed between the primary tuned rotational speed and the secondary tuned rotational speed And these synchronous rotation Among the engine speeds during the period, the negative pressure amount of the negative pressure wave of the intake pulsation that reaches the vicinity of the intake valve at the closing timing of the intake valve is the largest, and the amount of decrease in volume efficiency due to the negative pressure wave is the largest An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, wherein the synchronized rotational speed is set to a dimension that is lower than the reference rotational speed.
前記独立排気通路は、その下流端部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となる形状を有す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,
The independent exhaust passage has a relationship between the diameter a of a perfect circle having the same area as the flow path area at the downstream end thereof and the diameter D of a perfect circle having the same area as the minimum flow path area of the collective part a / An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine having a shape satisfying D ≧ 0.5.
前記独立排気通路の下流端部には、流路面積が絞られた絞り部が形成されており、
前記独立排気通路は、前記直径aを前記下流端部の絞り部の流路面積と同じ面積を有する真円の直径として、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となる形状を有す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 2,
The downstream end portion of the independent exhaust passage is formed with a throttle portion with a reduced flow area,
In the independent exhaust passage, the diameter a is a diameter of a perfect circle having the same area as the flow area of the throttle portion at the downstream end, and a diameter D of a perfect circle having the same area as the minimum flow area of the gathering portion The intake / exhaust device for a multi-cylinder engine has a shape in which the relationship of a / D ≧ 0.5.
前記各独立排気通路の前記下流端部よりも上流側の部分にそれぞれ接続されたバイパス通路と、
前記バイパス通路の下流端に接続されて、当該各バイパス通路を通過するガスが集合するバイパス通路側集合部と、
前記バイパス通路側集合部および前記集合部の下流端に接続されて、当該バイパス通路側集合部および集合部を通過するガスが集合する最終集合部と、
前記各バイパス通路に設けられて、当該各バイパス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を備え、
前記各バイパス通路の流路面積は、当該各バイパス通路の流路面積と前記各独立排気通路の下流端の流路面積との合計面積が、前記各独立排気通路のうち前記バイパス通路が接続される部分よりも上流側の部分の流路面積以上となる寸法に設定されており、
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各バイパス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前記各バイパス通路を開放することを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。 The multi-cylinder engine intake / exhaust device according to any one of claims 1 to 3,
Bypass passages respectively connected to portions upstream of the downstream end of each independent exhaust passage;
Connected to the downstream end of the bypass passage, and a bypass passage-side assembly where gas passing through the bypass passages gathers;
Connected to the downstream end of the bypass passage side collecting portion and the collecting portion, and a final collecting portion in which gas passing through the bypass passage side collecting portion and the collecting portion gathers,
A variable flow area valve provided in each bypass passage and capable of changing the flow area of each bypass passage;
A channel area variable valve driving means capable of opening and closing the channel area variable valve;
The flow passage area of each bypass passage is the sum of the flow passage area of each bypass passage and the flow passage area at the downstream end of each independent exhaust passage. Is set to a dimension that is equal to or larger than the flow area of the upstream portion of the portion
The variable flow area variable valve driving means is configured to make the variable variable flow area valve smaller than fully open in at least a high load area where a required torque for the multi-cylinder engine is higher than a predetermined value in the low speed area. The multi-cylinder is characterized in that the flow rate of the exhaust gas passing through the cylinder is reduced, and in the high speed region where the engine speed is higher than the reference speed, the flow passage area variable valve is fully opened to open the bypass passages. Engine intake and exhaust system.
前記各バイパス通路は、その流路面積が一定あるいは上流側よりも下流側の方が流路面積が大きい形状を有し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 intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to claim 4,
Each bypass passage has a constant flow passage area or a shape having a flow passage area larger on the downstream side than on the upstream side, and an intake / exhaust device for a multi-cylinder engine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011043718A JP5673214B2 (en) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011043718A JP5673214B2 (en) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012180781A JP2012180781A (en) | 2012-09-20 |
JP5673214B2 true JP5673214B2 (en) | 2015-02-18 |
Family
ID=47012181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011043718A Expired - Fee Related JP5673214B2 (en) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5673214B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5983285B2 (en) * | 2012-10-16 | 2016-08-31 | マツダ株式会社 | Turbocharged engine |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4807343B2 (en) * | 2007-10-12 | 2011-11-02 | マツダ株式会社 | Engine supercharger |
JP2010077908A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Mazda Motor Corp | Method for controlling air intake of engine and device thereof |
JP5531922B2 (en) * | 2010-11-16 | 2014-06-25 | マツダ株式会社 | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine |
JP5531923B2 (en) * | 2010-11-16 | 2014-06-25 | マツダ株式会社 | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine |
-
2011
- 2011-03-01 JP JP2011043718A patent/JP5673214B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012180781A (en) | 2012-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5515977B2 (en) | Exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP5870488B2 (en) | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP5910034B2 (en) | Exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP5979031B2 (en) | Spark ignition engine | |
JP5471720B2 (en) | Exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP5531923B2 (en) | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine | |
US9140198B2 (en) | Intake and exhaust apparatus of multi-cylinder engine | |
JP5262863B2 (en) | Method and apparatus for controlling exhaust system of multi-cylinder engine | |
JP5673214B2 (en) | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP5531922B2 (en) | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP5262862B2 (en) | Method and apparatus for controlling exhaust system of multi-cylinder engine | |
JP5447095B2 (en) | Exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP5472050B2 (en) | Exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP5920237B2 (en) | Control device for spark ignition engine | |
JP5151866B2 (en) | Engine exhaust control device | |
JP5407992B2 (en) | Exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP2011214438A (en) | Exhaust device of multicylinder engine | |
JP5817302B2 (en) | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP5794037B2 (en) | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP2013238124A (en) | Internal combustion engine including variable compression ratio mechanism | |
JP5585540B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP2009127609A (en) | Intake device for multi-cylinder internal combustion engine | |
JP6344420B2 (en) | Intake / exhaust device for internal combustion engine | |
JP5703782B2 (en) | Intake and exhaust system for multi-cylinder engine | |
JP2011214456A (en) | Multicylinder engine system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141128 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20141202 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141215 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5673214 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |