JP5794037B2 - 多気筒エンジンの吸排気装置 - Google Patents
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Description
しかも、隔壁の位置を変更するという簡単な構成で、絞り部内の空間の状態を容易に切り替えることができるとともに、独立流通状態および連通状態のいずれにおいても、隔壁が上下流方向すなわち排気の流れ方向に沿って延びていることで、これらいずれの状態においても隔壁が排気の流れを阻害するのを回避することができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置100の概略構成図である。図2は、図1の概略側面図である。この装置100は、シリンダヘッド9およびシリンダブロック10(図2参照)を有するエンジン本体1と、ECU(制御手段、図3参照)90と、エンジン本体1に接続される排気マニホールド50と、排気マニホールド50に接続される触媒装置60とを備えている。
排気マニホールド50と触媒装置60とを含む排気系の詳細について次に説明する。排気マニホールド50は、上流側から順に、3つの独立排気通路52と、絞り部53と、略円筒状の集合部58とを備えている。
図1に示すように、各独立排気通路52は、シリンダヘッド9に形成された各気筒12の排気ポート18に接続されている。具体的には、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52,52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12b,2c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、二股状に形成された1つの独立排気通路52に接続されている。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52は、その上流側において2つの通路に分離しており、その一方に第2気筒12bの排気ポート18が接続され、他方に第3気筒12cの排気ポート18が接続されている。
図2等に示すように、絞り部53は、独立排気通路52の下流端部に沿って後ろ斜め下方に延びている。
集合部58は、各独立排気通路52から排出されて絞り部53を通過した排気が合流する部分である。集合部58は、図1、図6、図10に示すように、上流側から順に、ノズル部58a、ストレート部58b、ディフューザー部58cを備えている。
図1に示すように、触媒装置60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。触媒装置60は、触媒本体(触媒)64と触媒本体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。触媒本体64は、排気中の有害成分を浄化するためのものである。触媒本体64は、例えば、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有し、三元触媒を含有する。
図3は、エンジンの制御系を示すブロック図である。この図3に示されるECU90は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置(制御手段)であり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
次に、以上のような機能を有するECU90の制御に基づき、図16に示した各運転領域(A1,A2)で、それぞれどのような制御が実施されるのかを説明する。ECU90は、クランク角センサSW2および吸気量センサSW4の各検出値に基づいて、エンジンの運転点(負荷Tおよび回転数Ne)が図16の制御マップにおけるどの運転領域に該当するかを逐次判定する。そして、判定された運転領域が、図16中の第1運転領域A1と第2運転領域A2のいずれであるかに応じて、それぞれ以下のような制御を実行する。
第1運転領域A1では、図4に示すように、排気弁20の開弁期間と吸気弁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、排気弁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調整される。詳細には、第1気筒12aの吸気弁19と排気弁20とがオーバーラップしている期間中に第3気筒12cの排気弁20が開弁し、第3気筒12cの吸気弁19と排気弁20とがオーバーラップしている期間中に第4気筒12dの排気弁20が開弁し、第4気筒12dの吸気弁19と排気弁20とがオーバーラップしている期間中に第2気筒12bの排気弁20が開弁し、第2気筒12bの吸気弁19と排気弁20とがオーバーラップしている期間中に第1気筒12aの排気弁20が開弁するよう調整される。
第2運転領域A2のうちエンジンの回転数Neが高い高速領域A2_1では、排気流量が大きい。そのため、高速領域A2_1において、第1運転領域A1と同様に、各独立排気通路52から排出された排気を、下流に向かうに従って流路面積が縮小するガス通過空間57内に排出したのでは、エゼクタ効果による掃気性能向上効果よりも背圧が高くなることによる掃気性能の悪化の方が大きくなる。そこで、この高速領域A2_1では、次のような制御を実施する。
第2運転領域A2のうちエンジンの回転数Neが低くエンジン負荷Tが低い低速低負荷領域A2_2では、吸気圧が低く筒内ガス量が少ない。そのため、エゼクタ効果により高い掃気が行われて、これに伴い、気筒12内の残留ガス量が少なくなると、吸気のポンピングロスが増大する、また、燃焼温度が増大して冷却損失が増大するという、熱効率に対して好ましくない作用が生じる。また、そもそも、低速低負荷領域A2_2では、要求新気量が少なく、エゼクタ効果に伴う高い吸気効率を得る必要が小さい。
以上のように、本装置では、絞り部53内の状態を独立流通状態と連通状態とに切替えるという簡単な構成で、第1運転領域A1において、エゼクタ効果を利用して高いエンジントルクを得つつ、第2運転領域A2のうちの高速領域A2_1において排気抵抗を抑制して高いエンジントルクおよび燃費性能を得ることができるともに、第2運転領域A2のうちの低速低負荷領域A2_2において掃気を抑制して残留ガスを確保し、高い燃費性能を得ることができる。
前記第1実施形態では、各仕切り壁56aを区画位置と、この区画位置から60度ずれて各仕切り壁56aが中心軸Lから第1仮想円201の中心に向かって延びるようになる連通位置とのいずれか一方に切替える場合について示したが、各仕切り壁56aすなわち隔壁56の位置を運転条件に応じてより細かく変更させてもよい。例えば、図18の矢印に示すように、低速高負荷領域(第1運転領域)A1よりもエンジン回転数Neが増大する、また、エンジン負荷Tが低下するほど、区画位置からのずれ量すなわち隔壁56の回動量を増大させるようにしてもよい。具体的には、第2運転領域A2のうち、基準負荷T1とほぼ平行な第2基準負荷T2よりもエンジン回転数が低く、エンジ負荷が高い領域A2_2bにおいて、各仕切り壁56aを区画位置から30度ずらすようにしてもよい。また、領域A2_2bにおいて、各仕切り壁56aを、図18の矢印に示すようにエンジン回転数が高くなるほど、また、エンジン負荷が高くなるほど、区画位置からの連続的にずらしてもよい。例えば、隔壁56の回動量を、0〜60度の間で連続的に変化させてもよい。
18 排気ポート
19 吸気弁
20 排気弁
52 独立排気通路
53 絞り部
54 隔壁(切替手段)
56c 回動アクチュエータ(切替手段)
60 触媒装置
90 ECU(制御手段)
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弁と前記排気ポートを開閉可能な排気弁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、
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て内側を排気が通過する独立排気通路と、
前記各独立排気通路よりも下流側に設けられて、当該各独立排気通路を通過した排気が内側で集合する集合部と、
前記各独立排気通路と前記集合部との間に介在して、内側を前記各独立排気通路から排出された排気が通過する絞り部と、
前記各独立排気通路から排出された排気が前記絞り部内を互いに独立して通過するように、前記各独立排気通路と個別に連通する複数のガス通過空間に前記絞り部内の空間を区画する独立流通状態と、前記各独立排気通路に対応する前記複数のガス通過空間どうしが互いに連通する連通状態とに、前記絞り部の状態を切替え可能な切替手段と、
前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動可能なバルブ駆動手段と、
前記切替手段および前記バルブ駆動手段を制御可能な制御手段とを備え、
前記各ガス通過空間は、前記独立流通状態において、各気筒の排気ポートから前記独立排気通路および前記ガス通過空間を通って前記集合部に排気が排出されるのに伴い隣接する他のガス通過空間およびこのガス通過空間と連通する独立排気通路に接続された排気ポート内にエゼクタ効果によって負圧が生成されるように、その下流側の流路面積がその上流側の流路面積よりも小さくなる形状を有するとともに、排気順序が連続する気筒に接続された前記独立排気通路に対応するガス通過空間が互いに隣り合うように配置されており、
前記各独立排気通路および各ガス通過空間は、略円周上に配列されており、
前記絞り部内には、当該絞り部内の空間を区画可能な隔壁が設けられており、
前記隔壁は、前記各ガス通過空間が並ぶ円周の中心を通って上下流方向に延びる中心軸から、径方向外側に延びており、
前記切替手段は、前記絞り部内において前記複数のガス通過空間が区画形成される位置に前記隔壁を配置することで前記絞り部内の空間を前記独立流通状態とし、前記隔壁を前記中心軸を中心として回動させることで当該隔壁を前記独立流通状態における位置からずらして前記絞り部内の空間を前記連通状態とし、
前記制御手段は、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くエンジンの負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い低速高負荷領域からなる第1運転領域において、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁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弁が開弁している時期に重複するように、前記バルブ駆動手段により前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動させるとともに、前記切替手段により前記絞り部の状態を前記独立流通状態にさせる一方、前記第1運転領域を除く運転領域のうちエンジンの回転数が前記基準回転数よりも高くエンジンの負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い高速高負荷領域を少なくとも含む第2運転領域において、前記切替手段により前記絞り部の状態を前記連通状態にさせることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。 - 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、
前記第2運転領域は、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と、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも低い領域のうち前記低速高負荷領域を除く低速低負荷領域とを含むことを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。 - 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において、
前記独立排気通路および当該独立排気通路に対応する前記ガス通過空間は3つ以上設けられており、
前記絞り部は、前記連通状態において、すべての前記ガス通過空間が互いに連通する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。 - 請求項1〜3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、
前記第2運転領域は、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と、エンジンの回転数が前記基準回転数よりも低い領域のうち前記低速高負荷領域を除く低速低負荷領域とを含み、
前記制御手段は、前記低速高負荷領域よりもエンジンの回転数が高いほど、あるいは、前記低速高負荷領域よりもエンジンの負荷が低いほど、前記切替手段により、前記隔壁の回動量を増大させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。 - 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、
前記各気筒から排出された排気を浄化可能な触媒装置を有し、
前記触媒装置は、前記集合部の下流端に直接接続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。
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