JP5867127B2 - Exhaust system for multi-cylinder engine - Google Patents
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Description
本発明は、自動車等に搭載される多気筒エンジンの排気装置に関する。 The present invention relates to an exhaust device for a multi-cylinder engine mounted on an automobile or the like.
従来、自動車等に搭載される多気筒エンジンにおいて、トルクの向上を目的とした排気装置の開発が行なわれている。 Conventionally, in a multi-cylinder engine mounted on an automobile or the like, an exhaust device for the purpose of improving torque has been developed.
例えば、特許文献1には、排気順序が連続しない気筒の排気通路を束ねて、先細りの排気管として集合させ、この絞り部分にエゼクタ効果を持たせて、気筒間の排気干渉を防止する技術が開示されている。
For example,
多気筒エンジンにおいて、広い回転域に亘ってトルクの向上を図り、トルクのワイドレンジ化を達成するためには、例えばエンジン低速域においてエゼクタ効果が得られるように排気系を構成することが有効である。その場合、排気系の形状自由度が高いこと、生産性及び製造コストに優れること、触媒の活性化に有利であること等が重要である。 In a multi-cylinder engine, in order to improve torque over a wide rotation range and achieve a wide range of torque, it is effective to configure an exhaust system so that, for example, an ejector effect can be obtained at a low engine speed range. is there. In that case, it is important that the exhaust system has a high degree of freedom in shape, is excellent in productivity and manufacturing cost, and is advantageous in activating the catalyst.
そこで、本発明は、形状の自由度が高く、生産性及び製造コストに優れ、触媒の活性化に有利でありつつ、エゼクタ効果が得られるように排気系が構成された多気筒エンジンの排気装置の提供を目的とする。 Accordingly, the present invention provides an exhaust system for a multi-cylinder engine in which an exhaust system is configured so as to obtain an ejector effect while having a high degree of freedom in shape, excellent in productivity and manufacturing cost, and advantageous for catalyst activation. The purpose is to provide.
前記課題を解決するために、本発明は、吸気ポートを開閉可能な吸気弁及び排気ポートを開閉可能な排気弁が備えられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの排気装置であって、気筒列方向の内側に位置しかつ排気順序が連続しない複数の気筒からなる第1の気筒群の排気ポートに接続された第1独立排気通路と、気筒列方向の外側に位置しかつ排気順序が連続しない複数の気筒からなる第2の気筒群の排気ポートに接続された第2独立排気通路と、前記第1、第2独立排気通路の各下流端部が束ねられて接続され、各独立排気通路の下流端部から噴出した排気が集合する混合管とを含む排気系が設けられ、前記混合管は、下流側ほど流路面積が小さくなる逆円錐台形状のテーパ部を有し、少なくともエンジン低速域においては、各気筒の吸排気開弁期間が所定のオーバーラップ期間を有し、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒のオーバーラップ期間が他方の気筒の排気開弁時期に重複するように設定され、前記第1独立排気通路は、第1の板金部材の一方の面に第2の板金部材が結合されることにより形成されて、その上流側部分が前記第1の気筒群の各排気ポートに接続可能な複数の通路に分離した形状を有し、前記第2独立排気通路は、前記第1の板金部材の他方の面に第3の板金部材が結合されることにより形成されて、その上流側部分が前記第2の気筒群の各排気ポートに接続可能な複数の通路に分離した形状を有し、前記第1、第2独立排気通路の各下流端部は、気筒列方向においてエンジン中央部に対応する位置で束ねられて前記混合管に接続され、前記第1、第2独立排気通路の各下流側部分に、気筒列方向視でエンジン上下方向の下方に向けて湾曲する湾曲部が形成されるように、前記第1の板金部材の下流側の一部とこれに対応する前記第2、第3の板金部材の一部とがそれぞれ湾曲しており、前記第1独立排気通路の湾曲部の方が前記第2独立排気通路の湾曲部よりも通路長が長くなるように、気筒列方向視において、前記第1独立排気通路の湾曲部が前記第2独立排気通路の湾曲部よりも外周側に配置されたことを特徴とする多気筒エンジンの排気装置である(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention provides an exhaust system for a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders that open the intake valve and an exhaust port provided that open the exhaust valve of the intake ports, the cylinder row a first independent exhaust passage, the position and and exhaust sequence outside the cylinder row direction successive positions vital exhaust sequence inside direction is then not connected to the first exhaust port of the cylinder group composed of a plurality of cylinders continuous A second independent exhaust passage connected to an exhaust port of a second cylinder group consisting of a plurality of cylinders not connected to each downstream end of the first and second independent exhaust passages in a bundled manner, and each independent exhaust passage And an exhaust system that includes a mixing pipe in which exhaust gas ejected from the downstream end of the gas pipe is gathered, and the mixing pipe has an inverted frustoconical tapered portion whose flow area decreases toward the downstream side, and at least the engine low speed In the range, the suction of each cylinder KiHirakiben period has a predetermined overlap period, the overlap period of one cylinder among the cylinders where the exhaust sequence is continuous is set to overlap the exhaust valve opening timing of the other cylinder, the first separate The exhaust passage is formed by coupling a second sheet metal member to one surface of the first sheet metal member , and an upstream portion thereof can be connected to each exhaust port of the first cylinder group. The second independent exhaust passage is formed by joining a third sheet metal member to the other surface of the first sheet metal member , and an upstream portion thereof is the first portion. Each of the first and second independent exhaust passages is located at a position corresponding to the center of the engine in the direction of the cylinder row. And connected to the mixing tube, 1. A part of the downstream side of the first sheet metal member is formed in each downstream side part of the second independent exhaust passage so as to form a curved part that curves downward in the vertical direction of the engine when viewed in the cylinder row direction. And a part of the second and third sheet metal members corresponding thereto are curved, and the curved portion of the first independent exhaust passage is longer than the curved portion of the second independent exhaust passage. The exhaust device for a multi-cylinder engine is characterized in that the curved portion of the first independent exhaust passage is disposed on the outer peripheral side of the curved portion of the second independent exhaust passage when viewed in the cylinder row direction (Claim 1).
本発明によれば、各独立排気通路を通過した排気が混合管に流入することにより混合管内に負圧が発生し、この負圧により、他の独立排気通路ないしこれと連通する他の気筒の排気ポート内の排気が下流側に吸い出されるエゼクタ効果が得られる。 According to the present invention, the exhaust gas that has passed through each independent exhaust passage flows into the mixing pipe, thereby generating a negative pressure in the mixing pipe. Due to this negative pressure, other independent exhaust passages or other cylinders that communicate with the other exhaust passages are generated. An ejector effect is obtained in which the exhaust gas in the exhaust port is sucked out downstream.
その際、少なくともエンジン低速域では、各気筒の排気弁と吸気弁とが共に開いた状態となるオーバーラップ期間が設けられ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒のオーバーラップ期間中に他方の気筒の排気弁が開くので、前記エゼクタ効果がオーバーラップ期間中の気筒の吸気ポートにまで及び、気筒の掃気が促進される。これにより、エンジン低速域の体積効率(ηV)ひいてはトルクの向上が図られる。 At that time, at least in the engine low speed region, an overlap period is provided in which the exhaust valve and the intake valve of each cylinder are both open, and the other cylinder during the overlap period of one cylinder between the cylinders in which the exhaust sequence continues. Since the exhaust valve of each cylinder opens, the ejector effect extends to the intake port of the cylinder during the overlap period, and the scavenging of the cylinder is promoted. As a result, the volume efficiency (ηV) in the engine low speed region and thus the torque can be improved.
その上で、本発明によれば、前記独立排気通路が板金部材の結合で形成されているので、例えばパイプ部材の結合で形成される場合等に比べて形状の自由度が高くなる。また、鋳物で形成される場合等に比べて管壁の厚みが薄くなり、軽量化が図られ、生産性及び製造コストに優れる。さらに、管壁の厚みが薄い分、管壁への排気の放熱量が減るから、触媒が早期に活性化し、また活性化した後の活性化状態が良好に維持される。 In addition, according to the present invention, since the independent exhaust passage is formed by the coupling of the sheet metal members, the degree of freedom of the shape is increased as compared with the case where the independent exhaust passage is formed by the coupling of the pipe members, for example. In addition, the thickness of the tube wall is reduced compared to the case of being formed of a casting, the weight is reduced, and the productivity and manufacturing cost are excellent. Further, since the heat radiation amount of the exhaust gas to the tube wall is reduced as the tube wall is thin, the catalyst is activated early and the activated state after being activated is well maintained.
しかも、第1の板金部材と第2の板金部材との結合により、気筒列方向内側の第1の気筒群に接続される第1独立排気通路が形成され、第1の板金部材と第3の板金部材との結合により、気筒列方向外側の第2の気筒群に接続される第2独立排気通路が形成されるので、複数の独立排気通路の各下流端部が束ねられた複雑な構造が例えば板金プレス加工等により容易に形成される。
さらに、第1、第2独立排気通路の各下流側部分にそれぞれ湾曲部が形成されるとともに、第1独立排気通路の湾曲部が第2独立排気通路の湾曲部よりも外周側に配置されるので、この湾曲部においては第1独立排気通路の方が第2独立排気通路よりも通路長が長くなる。そのため、湾曲部よりも上流側では第1独立排気通路の方が第2独立排気通路よりも通路長が短くなることと相俟って、これら第1、第2独立排気通路が相互に等長化され、エゼクタ効果の気筒間バラツキが低減される。
In addition, the first sheet metal member and the second sheet metal member are combined to form a first independent exhaust passage connected to the first cylinder group on the inner side in the cylinder row direction , and the first sheet metal member and the third sheet metal member are connected to each other. Since the second independent exhaust passage connected to the second cylinder group on the outer side in the cylinder row direction is formed by coupling with the sheet metal member, a complicated structure in which the downstream end portions of the plurality of independent exhaust passages are bundled is formed. For example, it is easily formed by sheet metal pressing or the like.
Further, a curved portion is formed in each downstream portion of the first and second independent exhaust passages, and the curved portion of the first independent exhaust passage is disposed on the outer peripheral side of the curved portion of the second independent exhaust passage. Therefore, in this curved portion, the length of the first independent exhaust passage is longer than that of the second independent exhaust passage. Therefore, in combination with the fact that the first independent exhaust passage is shorter than the second independent exhaust passage on the upstream side of the curved portion, the first and second independent exhaust passages are equal in length to each other. And variation in the ejector effect between cylinders is reduced.
以上により、エゼクタ効果が得られるように構成された排気系は、複雑な構造でありながら、形状の自由度が高く、生産性及び製造コストに優れ、触媒の活性化に有利なものとなる。 As described above, the exhaust system configured to obtain the ejector effect has a complicated structure, has a high degree of freedom in shape, is excellent in productivity and manufacturing cost, and is advantageous for activation of the catalyst.
本発明では、前記第1、第2の板金部材のうち少なくとも第2の板金部材に、前記第1独立排気通路の流路を形成するための凹溝が設けられ、前記第1、第3の板金部材のうち少なくとも第3の板金部材に、前記第2独立排気通路の流路を形成するための凹溝が設けられ、前記凹溝の両側縁部にフランジが設けられて、前記フランジが溶接されることにより前記第2、第3の板金部材が第1の板金部材に結合されていることが好ましい(請求項2)。 In the present invention, at least a second sheet metal member of said first, second sheet metal member, said groove for forming the flow path of the first independent exhaust passage is provided, wherein the first, third Of the sheet metal members, at least a third sheet metal member is provided with a groove for forming a flow path of the second independent exhaust passage, and flanges are provided at both side edges of the groove, and the flange is welded. Accordingly, it is preferable that the second and third sheet metal members are coupled to the first sheet metal member (claim 2).
この構成によれば、第1の板金部材の一方の面に第2の板金部材を結合して第1独立排気通路を形成する際及び第1の板金部材の他方の面に第3の板金部材を結合して第2独立排気通路を形成する際に、各独立排気通路の流路を形成するための凹溝が外側に露出せず伏せられた状態となるので、フランジの溶接時に前記凹溝内に溶接スパッタが入ることが回避され、独立排気通路の流路形状が変形することがない。 According to this configuration, the second sheet metal member is coupled to one surface of the first sheet metal member to form the first independent exhaust passage , and the third sheet metal member is disposed on the other surface of the first sheet metal member. When the second independent exhaust passage is formed by connecting the two, the concave groove for forming the flow path of each independent exhaust passage is not exposed to the outside but is turned down. The welding spatter is prevented from entering the inside, and the flow path shape of the independent exhaust passage is not deformed.
本発明によれば、エゼクタ効果が得られるように構成された複雑な構造の排気系を形状の自由度を高くして製造することができる。また、管壁の軽薄化が図られ、生産性、製造コスト及び触媒の活性化の面で有利となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exhaust system of the complicated structure comprised so that the ejector effect may be acquired can be manufactured with a high freedom degree of a shape. In addition, the tube wall can be made lighter, which is advantageous in terms of productivity, manufacturing cost, and activation of the catalyst.
(1)全体構成
図1は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置100の概略構成図、図2は、図1の排気系の拡大図、図3は、図2の要部側面図である。この排気装置100は、シリンダヘッド9及びシリンダブロック(図示せず)を有するエンジン本体1と、エンジン制御用のECU2と、エンジン本体1に接続される複数の独立吸気通路3…3等を含む吸気系と、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。
(1) Overall Configuration FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
前記シリンダヘッド9及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(図例では4つ)の気筒12が形成されている。本実施形態では、エンジン本体1は、直列4気筒のエンジンであって、シリンダヘッド9及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及び図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。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。
Inside the
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°CAずつずれたタイミングで点火プラグ15による点火が行われて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各行程がそれぞれ180°CAずつずれたタイミングで行われる。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、この順に各行程が実施される。
The
シリンダヘッド9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及び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内部とを連通又は遮断するための吸気弁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を開閉して排気ポート18と気筒12内部とを連通又は遮断するための排気弁20が設けられている。吸気弁19は、吸気弁駆動機構30で駆動されることにより、所定のタイミングで吸気ポート17を開閉する。排気弁20は、排気弁駆動機構40で駆動されることにより、所定のタイミングで排気ポート18を開閉する。
The
吸気弁駆動機構30は、吸気弁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。排気弁駆動機構40は、排気弁20に連結された排気カムシャフト41と排気VVT42とを有している。吸気カムシャフト31及び排気カムシャフト41は、周知のチェーン及び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、吸気弁19及び排気弁20を開閉駆動する。
The intake
吸気VVT32及び排気VVT42は、吸気弁19及び排気弁20のバルブタイミングを変更するためのものである。例えば、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を有し、こ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する。これにより、クランクシャフトと吸気カムシャフト31との間の位相差が変更され、吸気弁19のバルブタイミングが変更される。排気VVT42もこれに準じて同様である。
The
吸気VVT32及び排気VVT42の具体的構成としては、例えば、前記被駆動軸と吸気カムシャフト31又は排気カムシャフト41との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これらの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、前記被駆動軸と吸気カムシャフト31又は排気カムシャフト41との間に電磁石を配設し、この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。吸気VVT32及び排気VVT42は、ECU2で算出された吸気弁19及び排気弁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。
As specific configurations of the
本実施形態では、吸気VVT32及び排気VVT42は、吸気弁19及び排気弁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、吸気弁19及び排気弁20の開弁時期(図6に示す開弁開始時期)及び閉弁時期をそれぞれ変更する。
In the present embodiment, the
本実施形態では、吸気弁19及び排気弁20の開弁時期及び閉弁時期とは、図6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時期又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 this embodiment, the valve opening timing and the valve closing timing of the
(2)排気系の構成
図1〜図3に示すように、排気マニホールド5は、上流側から順に、排気順序が連続しない2つの気筒12の排気ポート18にそれぞれ接続された2つの独立排気通路52と、各独立排気通路52の下流端部に接続されて各独立排気通路52を通過した排気が流入し、集合する混合管50とを有する。前記混合管50は、その軸芯L1上に、上流側から順に、下流側ほど流路面積が小さくなるテーパ部56と、前記テーパ部56の下流端の流路面積(混合管50の最小流路面積)を維持して下流側に延びるストレート部57と、下流側ほど流路面積が大きくなるディフューザ部58とを備えている。本実施形態では、前記テーパ部56は、下流側に向かうに従って縮径する逆円錐台形状とされ、前記ディフューザ部58は、下流側に向かうに従って拡径する円錐台形状とされている。
(2) Configuration of Exhaust System As shown in FIGS. 1 to 3, the
各独立排気通路52は、各気筒12の排気ポート18に接続されている。具体的には、4つの気筒12のうち、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の排気ポート18と第3気筒12cの排気ポート18とは、共通の1つの独立排気通路52aに接続され、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第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、共通の他の1つの独立排気通路52bに接続されている。より詳細には、独立排気通路52a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。同様に、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、その一方に第1気筒12aの排気ポート18が接続され、他方に第4気筒12dの排気ポート18が接続されている。
Each
ここで、第2気筒12b及び第3気筒12cは、気筒列方向(図1、図2の左右方向)においてエンジン本体1の中央部(内側)に位置する気筒であり、特許請求の範囲でいう「第1の気筒群」に相当する。また、第1気筒12a及び第4気筒12dは、気筒列方向においてエンジン本体1の端部(外側)に位置する気筒であり、特許請求の範囲でいう「第2の気筒群」に相当する。そして、第1の気筒群の各排気ポート、つまり第2気筒12bの排気ポート18及び第3気筒12cの排気ポート18に接続された独立排気通路52aは、特許請求の範囲でいう「第1独立排気通路」に相当し、第2の気筒群の各排気ポート、つまり第1気筒12aの排気ポート18及び第4気筒12dの排気ポート18に接続された独立排気通路52bは、特許請求の範囲でいう「第2独立排気通路」に相当する。
Here, the
本実施形態では、前記混合管50は、気筒列方向においてエンジン本体1の中央部に対向する位置に配置されている。そして、前記独立排気通路52a,52bの各下流端部は、気筒列方向においてエンジン本体1の中央部に対向する位置で束ねられて前記混合管50に接続されている。その場合、各独立排気通路52a,52bは、気筒中心線と平行な方向(図3の上下方向)に湾曲する湾曲部Rが形成されている(図3参照)。そして、前記湾曲部Rを気筒列方向視で見たとき、エンジン本体1の中央部(気筒列方向の内側)に位置する気筒12b,12cの排気ポート18に接続された独立排気通路52aは、エンジン本体1の端部(気筒列方向の外側)に位置する気筒12a,12dの排気ポート18に接続された独立排気通路52bよりも外周側で湾曲している。
In the present embodiment, the mixing
2つの独立排気通路52a,52bは互いに独立しており、第1気筒12a又は第4気筒12dから排出された排気と、第2気筒12b又は第3気筒12c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52a,52bを下流側に通過し、各独立排気通路52a,52bの下流端部から混合管50のテーパ部56に噴出する。
The two
各独立排気通路52の下流端部は、下流側ほど流路面積が小さくなる先細り部とされている。これにより、各独立排気通路52の下流端部から混合管50に噴出するときの排気の流速は、各独立排気通路52を先細り部まで通過してきた排気の流速よりも大きくなり、排気は、各独立排気通路52の下流端部から混合管50のテーパ部56に高速で噴出する。
The downstream end portion of each
本実施形態では、図4に示すように、各独立排気通路52a,52bの下流端部は、断面形状が半円形とされ、この半円形が集合して全体として略円形断面を形成するように束ねられて、前記混合管50のテーパ部56の上流端に接続されている(図1〜図3参照)。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the downstream end portions of the
このような構成により、各独立排気通路52を通過した排気が高速で混合管50に噴出したときには、混合管50内に負圧が発生し、この負圧によって、排気を噴出した独立排気通路52に隣接する他の独立排気通路52ないしこれと連通する他の気筒12の排気ポート18内の排気が下流側に吸い出されるエゼクタ効果が奏される。
With such a configuration, when the exhaust gas that has passed through each
そして、このエゼクタ効果を高めるように、混合管50のテーパ部56は、下流側ほど流路面積が小さくなる形状とされている。これにより、各独立排気通路52の下流端部からテーパ部56に噴出した排気は、高い流速を維持したままテーパ部56及びストレート部57を下流側に流れ、混合管50内(特にテーパ部56からストレート部57)に発生する負圧が大きくなる。本実施形態では、混合管50のテーパ部56及びストレート部57を流れる排気の流速をより高めるように、テーパ部56の下流端の流路面積(すなわち混合管50の最小流路面積であってストレート部57の流路面積に同じ)は、2つの独立排気通路52a,52bの下流端部の流路面積の合計値よりも小さい値に設定されている。
And the
独立排気通路52の下流端部からテーパ部56に噴出した排気が高速でテーパ部56及びストレート部57を通過することにより、テーパ部56からストレート部57にかけて発生する負圧が大きくなる(つまり排気の圧力が低下する)と共に、排気の温度が低下する。そのため、テーパ部56及びストレート部57において、排気の外部への放熱量は小さく抑えられる。このことは後述する触媒の活性化に有利に働く。そして、ストレート部57を通過した排気は、下流側ほど流路面積が大きくなる形状のディフューザ部58に流入することにより流速が低下する一方で、排気の圧力及び温度が回復し、高圧高温状態に戻った状態で触媒装置6に流入する。
As the exhaust gas ejected from the downstream end portion of the
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、排気中の有害成分を浄化する機能を有する触媒本体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、排気の流通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、例えば三元触媒を含有し、理論空燃比の雰囲気下で、HC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)を同時に酸化又は還元して除去し得る三元触媒機能を有する。
The
触媒本体64は、ケーシング62の排気流通方向の中央の拡径部分に収容されている。ケーシング62の上流端には所定の空間が形成されている。前記混合管50のディフューザ部58の下流端は前記ケーシング62の上流端に接続されている。ディフューザ部58から排出された排気は前記ケーシング62の上流端に流入した後、触媒本体64側へ進行する。このとき、前述したように、混合管50のディフューザ部58を通過した排気は、高圧高温状態に戻っている。そのため、相対的に高い温度の排気が高圧で触媒本体64に流入し、これにより、触媒本体64は早期に活性化され、また、触媒本体64の活性化状態が良好に維持される。
The catalyst
(3)本実施形態の特徴
[3−1]低速域でのエゼクタ効果
ECU2は、少なくとも低速域(例えば2700rpm〜2800rpm以下の回転域)においては、各気筒12の吸排気開弁期間が所定のオーバーラップ期間を有し、排気順序が連続する気筒12,12間において一方の気筒12のオーバーラップ期間が他方の気筒12の排気開弁時期に重複するように、吸気弁駆動機構30の吸気VVT32及び排気弁駆動機構40の排気VVT42を制御する。
(3) Features of the present embodiment [3-1] Ejector effect in the low speed range The
より具体的には、低速域においては、図5に示すように、各気筒12の排気弁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、且つ、排気順序が連続する気筒12,12間において、一方の気筒(先行する気筒)12のオーバーラップ期間T_O/L中に、他方の気筒(後続の気筒)12の排気弁20が開弁を開始するように、吸気VVT32及び排気VVT42が制御される。例えば、第1気筒12aの排気弁20と吸気弁19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の排気弁20と吸気弁19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の排気弁20と吸気弁19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の排気弁20と吸気弁19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が開弁するように、吸気VVT32及び排気VVT42がECU2によって制御される。
More specifically, in the low speed range, as shown in FIG. 5, the opening period of the
これにより、排気行程気筒12の排気弁20が開弁してブローダウンガスがこの排気行程気筒12から独立排気通路52を通って混合管50のテーパ部56に高速で噴出されるのに伴い、エゼクタ効果によりオーバーラップ期間T_O/L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る。そのため、前記エゼクタ効果がオーバーラップ期間T_O/L中の吸気行程気筒12の排気ポート18だけでなく、吸気行程気筒12から吸気行程気筒12の吸気ポート17にまで及び、このオーバーラップ期間T_O/L中の吸気行程気筒12の掃気が促進される。その結果、少なくとも低速域においては、本実施形態に係る多気筒エンジンは、エゼクタ効果によって、体積効率(ηV)の向上ひいてはトルクの向上が図られる。
As a result, the
[3−2]独立排気通路の構造
次に、図7〜図12を参照して、排気系の独立排気通路52の構造を説明する。
[3-2] Structure of Independent Exhaust Passage Next, the structure of the
本実施形態においては、2つの独立排気通路52a,52b及び混合管50を含む排気マニホールド5は、板金プレス加工により成形された複数の板金部材が相互に結合されることにより形成されている。特に、2つの独立排気通路52a,52bは、第1〜第3の3つの板金部材71,72,73が相互に結合されることにより形成され、混合管50は、第4及び第5の2つの板金部材74,75が相互に結合されることにより形成されている。これらの板金部材71〜75は、例えばステンレス鋼製であり、厚みはおよそ1.5mm〜2mmである。
In the present embodiment, the
図7は、本実施形態に係るエンジンの排気マニホールド5の分解斜視図であり、独立排気通路52a,52bを構成する第1〜第3の3つの板金部材71,72,73の相互の位置関係と、混合管50を構成する第4及び第5の2つの板金部材74,75の相互の位置関係とが示されている。図8は、前記第3の板金部材73単体の斜視図であり、図9は、前記第3の板金部材73に前記第1の板金部材71が結合された状態を示す斜視図であり、図10は、前記第1の板金部材71にさらに前記第2の板金部材72が結合された状態を示す斜視図である。そして、図11は、前記図10の状態を上下反対にして見た斜視図である。なお、図7〜図11においては、前記第4及び第5の板金部材74,75も併せて表されているが、便宜上、同時に表したものであり、必ずしも第4の板金部材74が第2の板金部材72と一体に成形されているわけではなく、また、必ずしも第5の板金部材75が第3の板金部材73と一体に成形されているわけではない。
FIG. 7 is an exploded perspective view of the
図示したように、第1の板金部材71は、平面視で概略T字状に形成された平板部71bを有する。この平板部71bの一方の面(図9の上面)の中央部に、第2気筒12b及び第3気筒12cに対応する独立排気通路52aの流路を形成するための凹溝71aが平面視で概略U字状に設けられ、他方の面(図9の下面)の両端部に、第1気筒12a及び第4気筒12dに対応する独立排気通路52bの流路を形成するための凹溝71aが一対設けられている。そして、これらの凹溝71aが設けられた側と反対の側において、平板部71bの中央部が外方に突出し、この突出部71cが気筒中心線と平行な方向(図9の下方)に湾曲している。すなわち、突出部71cは、平板部71bの一方の面(図9の上面)を外側に、他方の面(図9の下面)を内側に湾曲している。
As illustrated, the first
第2の板金部材72は、平面視で概略逆台形状に形成され、第1の板金部材71の一方の面に対向する面(図7の下面)に、第2気筒12b及び第3気筒12cに対応する独立排気通路52aの流路を前記第1の板金部材71の中央部のU字状凹溝71aと協働して形成するための凹溝72aが平面視で概略Y字状に設けられている。そして、このY字状凹溝72aの両側縁部にフランジ72bが設けられ、このフランジ72bが前記第1の板金部材71の平板部71bの上面に溶接されることにより、第2の板金部材72が第1の板金部材71の上面に結合され、これにより、第2気筒12b及び第3気筒12cに対応する独立排気通路52aが形成されている(図10参照)。
The second
なお、第2の板金部材72において、第1の板金部材71の前記突出部71cに対応する部位は、該突出部71cと同様に、気筒中心線と平行な方向(図7の下方)に湾曲している。これにより、前記独立排気通路52aには、気筒中心線と平行な方向(図10の下方)に湾曲する湾曲部Rが形成されている(図3参照)。
In the second
前記独立排気通路52aの下流端部は、第1の板金部材71の平板部71bと第2の板金部材72の凹溝72aとにより画成されているので、その流路の断面形状は、図4に示したように、半円形となっている。また、独立排気通路52aの下流端部が下流側ほど流路面積が小さくなる先細り部となるように、第2の板金部材72の凹溝72aの下流端部は、下流側ほど縮径するように絞りが設けられている。なお、図4に、第1の板金部材71と第2の板金部材72との溶接部を符号W1で例示する。
Since the downstream end portion of the
第3の板金部材73は、平面視で概略Y字状に形成され、第1の板金部材71の他方の面に対向する面(図8の上面)に、第1気筒12a及び第4気筒12dに対応する独立排気通路52bの流路を前記第1の板金部材71の両端部の一対の凹溝71aと協働して形成するための凹溝73aが平面視で概略Y字状に設けられている。そして、このY字状凹溝73aの両側縁部にフランジ73bが設けられ、このフランジ73bが前記第1の板金部材71の平板部71bの下面に溶接されることにより、第3の板金部材73が第1の板金部材71の下面に結合され、これにより、第1気筒12a及び第4気筒12dに対応する独立排気通路52bが形成されている(図11参照)。
The third
なお、第3の板金部材73において、第1の板金部材71の前記突出部71cに対応する部位は、該突出部71cと同様に、気筒中心線と平行な方向(図8の下方)に湾曲している。これにより、前記独立排気通路52bには、気筒中心線と平行な方向(図10の下方)に湾曲する湾曲部Rが形成されている(図3、図11参照)。
In the third
前記独立排気通路52bの下流端部は、第1の板金部材71の平板部71bと第3の板金部材73の凹溝73aとにより画成されているので、その流路の断面形状は、図4に示したように、半円形となっている。また、独立排気通路52bの下流端部が下流側ほど流路面積が小さくなる先細り部となるように、第3の板金部材73の凹溝73aの下流端部は、下流側ほど縮径するように絞りが設けられている。なお、図4に、第1の板金部材71と第3の板金部材73との溶接部を符号W2で例示する。
Since the downstream end portion of the
図12に示すように、各独立排気通路52a,52bの上流端部は、それぞれ第1気筒12a〜第4気筒12dの各排気ポート18に接続されるように、取付フランジ5aに設けられた円孔5bに挿通されている。そのため、各独立排気通路52a,52bの上流端部には、前記円孔5bに挿通されるために、第1の板金部材71の平板部71b、第2の板金部材72のフランジ72b及び第3の板金部材73のフランジ73bよりも外方に延びる延設部71x,72x(独立排気通路52aの延設部に符号72xを付し、独立排気通路52bの延設部に符号71xを付した)が形成されている。なお、取付フランジ5aは、エンジン本体1に結合される(図1参照)。
As shown in FIG. 12, the upstream end of each
[3−3]混合管の構造
次に、図7〜図11を参照して、排気系の混合管50の構造を説明する。
[3-3] Structure of Mixing Pipe Next, the structure of the mixing
前述したように、本実施形態においては、混合管50は、第4及び第5の2つの板金部材74,75が相互に結合されることにより形成されている。
As described above, in the present embodiment, the mixing
図示したように、第4及び第5の板金部材74,75は、相互に略同じ形状であって、それぞれ、混合管50の前記テーパ部56、ストレート部57及びディフューザ部58の流路を相互に協働して形成するための中細り形状の凹溝74a,75aと、この凹溝74a,75aの両側縁部に設けられたフランジ74b,75bとを有している。そして、これらのフランジ74b,75b同士が相互に重ね合わされて溶接されることにより、第4の板金部材74と第5の板金部材75とが相互に結合され、これにより、テーパ部56、ストレート部57及びディフューザ部58を備えた混合管50が形成されている(図10、図11参照)。
As shown in the drawing, the fourth and fifth
[3−4]作用
本実施形態においては、排気マニホールド5の独立排気通路52a,52bが第1〜第3の板金部材71〜73の結合で形成されているので、例えばパイプ部材の結合で形成される場合等に比べて形状の自由度を高くすることができる。また、鋳物で形成される場合等に比べて管壁の厚みを薄くすることができ(鋳物の場合は管壁の厚みが4mm程度になるが、本実施形態では、前述したように、板金部材71〜73の厚みはおよそ1.5mm〜2mmである)、軽量化が図られ、生産性及び製造コストに優れる。さらに、管壁の厚みが薄い分、管壁への排気の放熱量が減るから、触媒本体64が早期に活性化し、また活性化した後の活性化状態が良好に維持される。
[3-4] Operation In the present embodiment, the
同様に、排気マニホールド5の混合管50が第4及び第5の板金部材74,75の結合で形成されているので、例えばパイプ部材の結合で形成される場合等に比べて形状の自由度を高くすることができる。また、鋳物で形成される場合等に比べて管壁の厚みを薄くすることができ(鋳物の場合は管壁の厚みが4mm程度になるが、本実施形態では、前述したように、板金部材74,75の厚みはおよそ1.5mm〜2mmである)、軽量化が図られ、生産性及び製造コストに優れる。さらに、管壁の厚みが薄い分、管壁への排気の放熱量が減るから、触媒本体64が早期に活性化し、また活性化した後の活性化状態が良好に維持される。
Similarly, since the mixing
また、第1の板金部材71と第2の板金部材72との結合により、第2気筒12b及び第3気筒12cに対応する独立排気通路52aが形成され、第1の板金部材71と第3の板金部材73との結合により、第1気筒12a及び第4気筒12dに対応する独立排気通路52bが形成されるので、2つの独立排気通路52a,52bの各下流端部が束ねられた複雑な構造を板金プレス加工により容易に形成することができる。
In addition, by combining the first
したがって、本実施形態においては、エゼクタ効果が得られるように構成された排気系の排気マニホールド5は、複雑な構造でありながら、形状の自由度が高く、生産性及び製造コストに優れ、触媒の活性化に有利なものである。
Therefore, in this embodiment, the
本実施形態においては、第1の板金部材71の一方の面に第2の板金部材72を結合して第2気筒12b及び第3気筒12cに対応する独立排気通路52aを形成する際、及び、第1の板金部材71の他方の面に第3の板金部材73を結合して第1気筒12a及び第4気筒12dに対応する独立排気通路52bを形成する際には、独立排気通路52a,52bの流路を形成するための各凹溝71a,72a,73aが内側に開放するように、第1の板金部材71と第2の板金部材72とが重ね合わされ、第1の板金部材71と第3の板金部材73とが重ね合わされるので、前記凹溝71a,72a,73aは外側に露出せず伏せられた状態となる。そのため、フランジ72b,73bの溶接時に前記凹溝71a,72a,73a内に溶接スパッタが入ることが回避され、独立排気通路52a,52bの流路形状の変形が防がれる。したがって、シールドガスに不活性ガスを用いるアーク溶接のうちでも、作業工程が相対的に多く、コスト高となりがちなTIG(Tungsten Inert Gas)溶接のみならず、作業工程が相対的に少なく、コスト安なMIG(Metal Inert Gas)溶接もまた十分良好に使用することができ、この点においても、生産性及び製造コストに優れることとなる。
In the present embodiment, when the second
因みに、本実施形態に係る独立排気通路52a,52bを3つの板金部材の結合で形成する別の例を図13及び図14に示す。図中、(a)は前記第2の板金部材72に対応する板金部材上102,202の単体斜視図、(b)は前記第1の板金部材71に対応する板金部材中101,201の単体斜視図、(c)は前記第3の板金部材73に対応する板金部材下103,203の単体斜視図である。
Incidentally, another example in which the
図13の例の場合、例えば、板金部材上102と板金部材中101との接合時に、板金部材上102と板金部材下103との接合用の板金部材上102の凹溝(両端部の凹溝)内に溶接スパッタが入る可能性があるので好ましくない。図14の例の場合、例えば、板金部材中201と板金部材下203との接合時に、板金部材上202と板金部材下203との接合用の板金部材下203の凹溝(中央部の凹溝)内に溶接スパッタが入る可能性があるので好ましくない。
In the case of the example in FIG. 13, for example, when the upper
本実施形態においては、独立排気通路52aは、気筒列方向においてエンジン本体1の中央部に位置する第2、第3気筒12b,12cの排気ポート18に接続され、独立排気通路52bは、気筒列方向においてエンジン本体1の端部に位置する第1、第4気筒12a,12dの排気ポート18に接続されている。また、混合管50は、気筒列方向においてエンジン本体1の中央部に対向する位置に配置され、独立排気通路52a,52bの各下流端部は、気筒列方向においてエンジン本体1の中央部に対向する位置で束ねられて前記混合管50に接続されている。したがって、エンジン本体1における各気筒12…12の位置及びエンジン本体1に対する混合管50の位置に依存して、気筒12の排気ポート18から混合管50までの独立排気通路52a,52bの長さが、エンジン中央部の第2、第3気筒12b,12cに対応する独立排気通路52aのほうが、エンジン端部の第1、第4気筒12a,12dに対応する独立排気通路52bよりも短くなる。
In the present embodiment, the
そのうえで、独立排気通路52a,52bには、気筒中心線と平行な方向(図10の下方)に湾曲する湾曲部Rが形成されている。そして、この湾曲部Rを気筒列方向視で見たとき、エンジン中央部の第2、第3気筒12b,12cに対応する独立排気通路52aは、エンジン端部の第1、第4気筒12a,12dに対応する独立排気通路52bよりも外周側で湾曲している。このように、排気ポート18から混合管50までの長さが相対的に短かくなり易い独立排気通路52aが、前記長さが相対的に長くなり易い独立排気通路52bよりも湾曲部Rにおいて外周側で湾曲しているので、この湾曲部Rにおいては、独立排気通路52aのほうが独立排気通路52bよりも長くなる。そのため、両独立排気通路52a,52bは相互に等長化され、エゼクタ効果の気筒12間バラツキが低減され、エゼクタ効果による体積効率の向上及びトルクの向上が安定化する。
In addition, the
(4)本実施形態の変形例
混合管50は、流路面積が縮小するテーパ部56だけを含むもの(ストレート部57及びディフューザ部58がないもの)でもよく、テーパ部56と流路面積が拡大するディフューザ部58とだけを含むもの(ストレート部57がないもの)でもよい。このような構成の混合管50を用いてもエゼクタ効果は十分得ることができる。例えば、量産設計時にレイアウト上の制約等から混合管50を短くする場合に、テーパ部56だけを含む混合管50や、ストレート部57を省略してテーパ部56とディフューザ部58とを直接滑らかに曲面でつなぐような形状の混合管50等としても構わない。
(4) Modification of the present embodiment The mixing
また、吸気弁19と排気弁20とのオーバーラップ期間T_O/Lを設け、一方の気筒12のオーバーラップ期間T_O/Lと他方の気筒12の排気開弁時期とを重複させる制御を行うのは、低速域でも高負荷域のみとしてもよい。
In addition, an overlap period T_O / L between the
12 気筒
17 吸気ポート
18 排気ポート
19 吸気弁
20 排気弁
30 吸気弁駆動機構
32 吸気VVT
40 排気弁駆動機構
42 排気VVT
50 混合管
52 独立排気通路
71 第1の板金部材
72 第2の板金部材
73 第3の板金部材
100 排気装置
12
40 Exhaust
50
Claims (2)
気筒列方向の内側に位置しかつ排気順序が連続しない複数の気筒からなる第1の気筒群の排気ポートに接続された第1独立排気通路と、気筒列方向の外側に位置しかつ排気順序が連続しない複数の気筒からなる第2の気筒群の排気ポートに接続された第2独立排気通路と、前記第1、第2独立排気通路の各下流端部が束ねられて接続され、各独立排気通路の下流端部から噴出した排気が集合する混合管とを含む排気系が設けられ、
前記混合管は、下流側ほど流路面積が小さくなる逆円錐台形状のテーパ部を有し、
少なくともエンジン低速域においては、各気筒の吸排気開弁期間が所定のオーバーラップ期間を有し、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒のオーバーラップ期間が他方の気筒の排気開弁時期に重複するように設定され、
前記第1独立排気通路は、第1の板金部材の一方の面に第2の板金部材が結合されることにより形成されて、その上流側部分が前記第1の気筒群の各排気ポートに接続可能な複数の通路に分離した形状を有し、
前記第2独立排気通路は、前記第1の板金部材の他方の面に第3の板金部材が結合されることにより形成されて、その上流側部分が前記第2の気筒群の各排気ポートに接続可能な複数の通路に分離した形状を有し、
前記第1、第2独立排気通路の各下流端部は、気筒列方向においてエンジン中央部に対応する位置で束ねられて前記混合管に接続され、
前記第1、第2独立排気通路の各下流側部分に、気筒列方向視でエンジン上下方向の下方に向けて湾曲する湾曲部が形成されるように、前記第1の板金部材の下流側の一部とこれに対応する前記第2、第3の板金部材の一部とがそれぞれ湾曲しており、
前記第1独立排気通路の湾曲部の方が前記第2独立排気通路の湾曲部よりも通路長が長くなるように、気筒列方向視において、前記第1独立排気通路の湾曲部が前記第2独立排気通路の湾曲部よりも外周側に配置されたことを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。 An exhaust device for a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders provided with an intake valve capable of opening and closing an intake port and an exhaust valve capable of opening and closing an exhaust port,
A first independent exhaust passage, located outside the cylinder row direction and exhaust the order position vital exhaust order inside the cylinder row direction is Connect the exhaust port of the first cylinder group comprising a plurality of cylinders nonconsecutive The second independent exhaust passage connected to the exhaust port of the second cylinder group consisting of a plurality of cylinders that are not continuous and the downstream end portions of the first and second independent exhaust passages are bundled and connected to each other. An exhaust system including a mixing pipe in which exhaust gas ejected from the downstream end of the exhaust passage is collected,
The mixing tube has an inverted frustoconical tapered portion in which the flow path area decreases toward the downstream side,
At least in the engine low speed range, the intake / exhaust valve opening period of each cylinder has a predetermined overlap period, and the overlap period of one cylinder is the exhaust valve opening time of the other cylinder between cylinders in which the exhaust order is continuous. Set to overlap,
The first independent exhaust passage is formed by coupling a second sheet metal member to one surface of the first sheet metal member , and an upstream portion thereof is connected to each exhaust port of the first cylinder group. It has a shape separated into multiple possible passages,
The second independent exhaust passage is formed by coupling a third sheet metal member to the other surface of the first sheet metal member , and an upstream portion thereof is connected to each exhaust port of the second cylinder group. It has a shape separated into a plurality of connectable passages,
Each downstream end portion of the first and second independent exhaust passages is bundled at a position corresponding to the engine center portion in the cylinder row direction and connected to the mixing pipe,
A downstream portion of the first sheet metal member is formed in each downstream portion of the first and second independent exhaust passages so as to form a curved portion that curves downward in the vertical direction of the engine when viewed in the cylinder row direction. A part and a part of the second and third sheet metal members corresponding to the part are curved,
The curved portion of the first independent exhaust passage is longer than the curved portion of the second independent exhaust passage so that the curved portion of the first independent exhaust passage is the second An exhaust system for a multi-cylinder engine, wherein the exhaust system is disposed on the outer peripheral side of the curved portion of the independent exhaust passage .
前記第1、第2の板金部材のうち少なくとも第2の板金部材に、前記第1独立排気通路の流路を形成するための凹溝が設けられ、
前記第1、第3の板金部材のうち少なくとも第3の板金部材に、前記第2独立排気通路の流路を形成するための凹溝が設けられ、
前記凹溝の両側縁部にフランジが設けられて、前記フランジが溶接されることにより前記第2、第3の板金部材が第1の板金部材に結合されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
The exhaust system for a multi-cylinder engine according to claim 1,
The first, at least a second sheet metal member of the second sheet metal member, grooves for forming the flow path of the first independent exhaust passage is provided,
The first, at least a third of the sheet metal member of the third sheet metal member, grooves for forming the flow path of the second independent exhaust passage is provided,
The multi-cylinder engine is characterized in that flanges are provided on both side edges of the concave groove, and the second and third sheet metal members are joined to the first sheet metal member by welding the flanges. Exhaust system.
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