JP5919743B2 - 多気筒エンジンの排気制御装置 - Google Patents

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制御装置に関する。

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制御装置の開発が行なわれている。

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。

特開平０４−０３６０２３号公報（第４頁、第５頁、第３図）

多気筒エンジンにおいて、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、前記エゼクタ効果を十分発揮させることが重要な要素の１つである。

そこで、本発明は、簡単な構成でエゼクタ効果を十分発揮させることが可能な多気筒エンジンの排気制御装置の提供を目的とする。

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制御装置であって、１つの気筒又は排気順序が連続しない複数の気筒の排気ポートに接続された互いに独立した複数の独立排気通路と、排気流通方向の下流側が次第に縮径する集合部を含む混合管とを有し、前記各独立排気通路の下流端部が束ねられた状態で前記混合管の上流側部分に挿入され、前記各独立排気通路の下流端部を画成する壁部のうち前記混合管の内周面に対向する部分が除去され、前記各独立排気通路の下流端部と前記集合部とが排気流通方向に重なっており、前記各独立排気通路の下流端部のそれぞれの独立状態が維持されたまま当該下流端部と前記集合部との重なり量が変化するように、前記独立排気通路及び前記混合管の少なくともいずれか一方を排気流通方向に移動させる移動手段が設けられていることを特徴とする多気筒エンジンの排気制御装置である（請求項１）。

本発明によれば、各独立排気通路の下流端部は、束ねられた状態で、排気流通方向の下流側が次第に縮径する集合部を含む混合管の上流側部分に挿入されている。そして、各独立排気通路の下流端部は、下流端部を画成する壁部のうち前記混合管の内周面に対向する部分が除去されている。そのため、各独立排気通路の下流端部は、下流端部を画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部と、混合管の壁部とで構成される。そして、この状態で、各独立排気通路の下流端部と前記集合部とが排気流通方向に重なっている。

このように、混合管の壁部は、各独立排気通路の下流端部の混合管側の壁部に兼用される。そのため、各独立排気通路の下流端部を通過する排気は、混合管の壁部に沿って下流側に移動し、その後、各独立排気通路の下流端の開口から混合管に噴出される。この噴出の方向は、混合管の壁部に沿うものであるから、噴出された排気は、混合管の壁部に衝突することが抑制され、排気の速度の低下が抑制される。そのため、混合管内に発生する負圧の減少が抑制され、簡単な構成でエゼクタ効果を十分発揮させることが可能となる。その結果、他の気筒の掃気が促進され、体積効率（ηＶ）の向上、ひいてはトルクの向上が図られる。

加えて、各独立排気通路の下流端部と混合管の集合部との排気流通方向の重なり量が移動手段により変化される。混合管の集合部は、排気流通方向の下流側が次第に縮径するので、例えば、前記重なり量が大きくされて、各独立排気通路の下流端部が前記集合部の相対的に下流側に位置するときは、各独立排気通路の下流端の開口（独立排気通路の下流端部を画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部の下流端と、この下流端と対応する位置にある混合管の壁部とで画成される開口）の面積、すなわち流路面積が減少する。逆に、前記重なり量が小さくされて、各独立排気通路の下流端部が前記集合部の相対的に上流側に位置するときは、各独立排気通路の下流端の流路面積が増大する。

しかも、例えば運転状態に応じて各独立排気通路の下流端の流路面積を増減しても、常にエゼクタ効果を十分発揮させることができるので、トルクのワイドレンジ化が達成される。

本発明では、前記移動手段は、エンジンの回転数が予め設定された基準回転数を超える高速域を少なくとも含む第１運転領域では前記重なり量を小さくし、エンジンの回転数が前記基準回転数以下の低速域を少なくとも含む第２運転領域では前記重なり量を大きくすることが好ましい（請求項２）。

この構成によれば、少なくともエンジン回転数が相対的に高い高速域では、各独立排気通路の下流端の流路面積が増大するので、排気流量の増大に伴う排気抵抗の増大、ひいてはポンピングロスの増大が抑制され、熱効率が向上する。一方、少なくともエンジン回転数が相対的に低い低速域では、各独立排気通路の下流端の流路面積が減少するので、各独立排気通路の下流端の開口から混合管に噴出された排気の速度が増大し、混合管内に発生する負圧が増大し、エゼクタ効果が増大する。

本発明では、少なくとも低速・高負荷域において、前記各気筒の排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが所定期間オーバーラップすると共に、排気順序が連続する気筒間において先行の気筒の前記オーバーラップ期間中に後続の気筒の排気弁が開弁するように、各気筒の吸気弁及び排気弁を駆動する弁駆動手段が設けられていることが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、少なくとも低速・高負荷域では、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先行の気筒のオーバーラップ期間中に後続の気筒の排気弁が開弁するので、前記エゼクタ効果がオーバーラップ期間中の先行気筒の吸気ポートにまで及び、これにより、先行気筒の掃気がより一層促進され、体積効率のより一層の向上、ひいてはトルクのより一層の向上が図られる。

本発明では、前記混合管の内周面に排気流通方向に延びる凹溝が形成され、前記各独立排気通路の下流端部を画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部が前記凹溝に嵌合していることが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、独立排気通路の下流端部の除去されずに残っている壁部が、相互に隣接する独立排気通路の下流端部間の仕切壁として用いられると共に、前記移動手段が独立排気通路及び混合管の少なくともいずれか一方を排気流通方向に移動させる際のガイド壁としても用いられる。そのため、部品点数を増加させることなく、各独立排気通路の下流端部の独立性を維持できると共に、独立排気通路及び／又は混合管の移動が円滑に行われる。

本発明では、前記混合管の内周面に排気流通方向に延びる凸条が形成され、前記各独立排気通路の下流端部を画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部に排気流通方向に延びる凹溝が形成され、前記凸条が前記凹溝に嵌合していることが好ましい（請求項５）。

この構成によれば、独立排気通路の下流端部の除去されずに残っている壁部及び混合管の凸条が、相互に隣接する独立排気通路の下流端部間の仕切壁として用いられると共に、前記移動手段が独立排気通路及び混合管の少なくともいずれか一方を排気流通方向に移動させる際のガイド壁としても用いられる。そのため、部品点数を増加させることなく、各独立排気通路の下流端部の独立性を維持できると共に、独立排気通路及び／又は混合管の移動が円滑に行われる。

本発明によれば、多気筒エンジンにおいて、簡単な構成でエゼクタ効果を十分発揮させることが可能となる。その結果、トルクが向上し、トルクがワイドレンジ化した多気筒エンジンが得られる。

本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気制御装置の概略構成図である。 図１の要部側面図である。 前記エンジンの各気筒の排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが所定期間オーバーラップする説明図である。 前記吸気弁及び排気弁の開弁期間の説明図である。 図１のＶ−Ｖ線断面図である。 前記エンジンの排気系に用いられるノズル部材の、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は斜視図である。 前記ノズル部材が上流側部分に挿入される混合管の、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は斜視図である。 前記ノズル部材が前記混合管の上流側部分に挿入された状態（低速域のとき）を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は斜視図である。 前記ノズル部材が前記混合管の上流側部分に挿入され、前記ノズル部材の上流端に独立排気管が接続された状態（低速域のとき）を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図９（ａ）のア−ア線断面図である。 前記ノズル部材が前記混合管の上流側部分に挿入された状態（高速域のとき）を示す、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。 前記ノズル部材が前記混合管の上流側部分に挿入され、前記ノズル部材の上流端に独立排気管が接続された状態（高速域のとき）を示す、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図１１（ａ）のイ−イ線断面図である。 図９（ｂ）の矢印Ｘの位置（低速域のとき）においてノズル部材側を見た拡大断面図である。 図１１（ｂ）の矢印Ｙの位置（高速域のとき）においてノズル部材側を見た拡大断面図である。 前記エンジンの運転領域の説明図である。 前記混合管を覆う漏れ防止用外管の斜視図である。 （ａ）は図９（ａ）において前記漏れ防止用外管を取り付けた状態を示す斜視図、（ｂ）は図１６（ａ）のウ−ウ線断面図である。 本発明の第２実施形態における、（ａ）は図１２に相当する拡大断面図、（ｂ）は図１３に相当する拡大断面図である。

（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制御装置１００の概略構成図、図２は、図１の要部側面図である。この装置１００は、シリンダヘッド９及びシリンダブロック１０を有するエンジン本体１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。

前記シリンダヘッド９及びシリンダブロック１０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１０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。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。

エンジン本体１は４サイクルエンジンであって、図３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。

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（弁駆動手段）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（弁駆動手段）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。

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。吸気カムシャフト３１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を開閉駆動する。吸気ＶＶＴ３２は、吸気弁１９のバルブタイミングを変更するためのものである。

吸気ＶＶＴ３２は、吸気カムシャフト３１と、この吸気カムシャフト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の間の位相差を変更し、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、吸気弁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との間に電磁石を配設し、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、コントロールユニット（図示略）で算出された吸気弁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。

排気弁駆動機構４０は、吸気弁駆動機構３０と同様の構造を有している。すなわち、排気弁駆動機構４０は、排気弁２０及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、排気弁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、コントロールユニットで算出された排気弁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。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弁２０を前記目標バルブタイミングで開閉駆動する。

本実施形態では、前記吸気ＶＶＴ３２及び前記排気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４に示す開弁開始時期）及び閉弁時期をそれぞれ変更する。

また、本実施形態では、前記吸気弁１９及び排気弁２０の開弁時期（開弁開始時期）及び閉弁時期とは、それぞれ、図４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。

（２）排気系の構成
排気マニホールド５０は、３つの独立排気管５２と混合管５４とを含み、さらに、ノズル部材５３（図５参照）を有する。後述するように、ノズル部材５３は、独立排気管５２の下流端に接続され、混合管５４の上流側部分に軸方向（排気流通方向）に移動自在に挿入されている。後述するように、混合管５４は、その軸芯上に、上流側から順に、円筒状の導入部５４ｂと、下流側ほど流路面積が小さくなる集合部５４ｄと、前記集合部５４ｄの下流端の流路面積（混合管５４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５４ｅと、下流側ほど流路面積が大きくなるディフューザー部５４ｆとを備えている。

前記各独立排気管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及び第４気筒１２ｄの排気ポート１８は、それぞれ個別に１つの独立排気管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の排気ポート１８と第３気筒１２ｃの排気ポート１８とは、構造を簡素化する観点から、共通の１つの独立排気管５２に接続されている。より詳細には、この第２気筒１２ｂの排気ポート１８と第３気筒１２ｃの排気ポート１８とに接続されている独立排気管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。

本実施形態では、前記第２気筒１２ｂと前記第３気筒１２ｃとに対応する独立排気管５２は、これら気筒１２ｂ，１２ｃの間すなわちエンジン本体１の略中央部分と対向する位置において前記混合管５４の導入部５４ｂに向かって延びている。一方、前記第１気筒１２ａ及び前記第４気筒１２ｄにそれぞれ対応する独立排気管５２は、各気筒１２ａ、１２ｄと対向する位置から湾曲しつつ前記混合管５４の導入部５４ｂに向かって延びている。

これら独立排気管５２は、互いに独立しており、第１気筒１２ａ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、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管５２内を通って下流側に排出される。各独立排気管５２を通過した排気は前記ノズル部材５３を経由して前記混合管５４の導入部５４ｂないし集合部５４ｄに流入する。

本実施形態においては、独立排気通路２（図１、図２参照）は、独立排気管５２の通路及びノズル部材５３の通路５３ａ（図５参照）を含む。

独立排気通路２及び混合管５４の集合部５４ｄは、各独立排気通路２から高速で排気が噴出されてこの排気が高速で前記集合部５４ｄ内に流入するのに伴い、この高速の排気の周囲に発生した混合管５４内の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２及びこの独立排気通路２と連通する排気ポート１８内に負圧が生成され、この排気ポート１８内の排気が下流側に吸い出されるような形状を有している。

具体的には、前記集合部５４ｄは、前記各独立排気通路２から排出された排気が高い速度を維持したまま下流側に流れるよう、下流側に向かうほどその流路面積が小さくなる形状を有している。本実施形態では、排気の速度をより高めるべく前記集合部５４ｄの下流端の流路面積は、前記各独立排気通路２の下流端の流路面積の合計よりも小さく設定されている。本実施形態では、この集合部５４ｄは、下流側に向かうに従って縮径する逆円錐台形状（漏斗形状）を有している。

このように、前記集合部５４ｄ及びストレート部５４ｅにおいては、下流側の流路面積の方が上流側の流路面積よりも小さい。そのため、排気は前記集合部５４ｄ及びストレート部５４ｅを高速で通過する。この通過時に、排気の圧力及び温度は低下する。そのため、前記集合部５４ｄ及びストレート部５４ｅにおいて、排気の外部への放熱量は小さく抑えられる。そして、このストレート部５４ｅを通過した排気は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するディフューザー部５４ｆに流入することにより、排気の圧力及び温度が回復し、高い温度を維持したまま下流側の触媒装置６０に排出される。

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。この触媒装置６０は、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、排気中の有害成分を浄化するためのものであり、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有する。この触媒本体６４は、例えば、三元触媒を含有する。

前記触媒本体６４は、前記ケーシング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５４のディフューザー部５４ｆ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。ディフューザー部５４ｆ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。

前述のように、混合管５４のディフューザー部５４ｆからは、高い温度の排気が下流側に排出される。そのため、混合管５４に直接に触媒装置６０が接続されていることで、触媒装置６０内には相対的に高温の排気が流入し、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の活性状態が確実に維持される。

一方、前記各独立排気通路２の下流端部（符号Ａを付す：図９（ｂ）、図１１（ｂ）参照）は、排気が各独立排気通路２から高速で前記集合部５４ｄ内に噴出されるよう、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いる。本実施形態では、各独立排気通路２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の断面積（流路面積）となる扇形となっている（図１２、図１３参照）。そして、図１２、図１３に示すように、各独立排気通路２は、扇形をなす各下流端が互いに隣接して全体として略円形断面を形成するように、各独立排気通路２の下流端ないし下流端部Ａが束ねられた状態で前記混合管５４の上流側部分に挿入されている。

本実施形態では、少なくとも低速・高負荷域において、図３に示すように、前記各気筒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、かつ、排気順序が連続する気筒１２，１２間において、一方の気筒（先行の気筒）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設定されている。

具体的には、図３に示すように、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が開弁するように設定されている。

つまり、コントロールユニットは、少なくとも低速・高負荷域において、各気筒１２の排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが所定期間オーバーラップすると共に、排気順序が連続する気筒１２，１２間において先行の気筒１２の前記オーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に後続の気筒１２の排気弁２０が開弁するように、吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０を制御する。

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２（前述したように、独立排気通路２は、独立排気管５２の通路及びノズル部材５３の通路５３ａを含む）を通って集合部５４ｄ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内の掃気がより一層促進される。

（３）本実施形態の特徴
図６は前記ノズル部材５３を表し、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は側面図、図６（ｃ）は底面図、図６（ｄ）は斜視図である。前述したように、ノズル部材５３は、混合管５４の上流側部分に軸方向（排気流通方向）に移動自在に挿入される。

図示されるように、ノズル部材５３は円柱状の本体部５３ｂを有する。この本体部５３ｂには３つの通路（円孔）５３ａが形成されている。各通路５３ａは本体部５３ｂを軸方向に貫通し、本体部５３ｂの両端面に開口している。図６（ａ）に表れる端面及び開口を第１端面及び第１開口といい、図６（ｃ）に表れる端面及び開口を第２端面及び第２開口という。

３つの通路５３ａは本体部５３ｂの軸芯に対して相互に１２０°の割付角で配置されている。各通路５３ａの第１開口にはそれぞれ前記独立排気管５２の下流端が接続される（例えば図１１（ｂ）参照）。本実施形態では、独立排気通路２は、前記独立排気管５２の通路と、前記ノズル部材５３の通路５３ａとを含む。

本体部５３ｂの外周面に、外方に突出し、軸方向に延びる突壁５３ｃが３つ形成されている。３つの突壁５３ｃは本体部５３ｂの軸芯に対して相互に１２０°の割付角で配置されている。各突壁５３ｃは、第２端面を超えてさらに軸方向に延設されている。図例では、前記突壁５３ｃの延設の長さは、本体部５３ｂの軸方向の長さと略同じとされている。

図６（ｃ）に示されるように、３つの突壁５３ｃは、前記延設部分で相互に交じり合っている。そして、交じり合った隣接する延設部分同士が共働して前記通路５３ａの第２開口を１つずつ仕切っている。前記突壁５３ｃのうち、前記延設部分を仕切壁５３ｃ”といい、本体部５３ｂの外周面に位置する部分をガイド壁５３ｃ’という（図６（ｄ）参照）。

前記仕切壁５３ｃ”と前記本体部５３ｂの第２端面とに連続して円錐部５３ｄが形成されている。円錐部５３ｄは、軸方向において第２端面から離れる側が軸芯に近づくように傾斜する曲面を有する。

以上のような構成のノズル部材５３において、前記突壁５３ｃの軸方向の一端から他端までがノズル部材５３の範囲である。このノズル部材５３において、本体部５３ｂの第２端面と、隣接する２つの仕切壁５３ｃ”とで囲まれる部分（符号Ａを付す）は、前記通路５３ａよりも下流側にある独立排気通路２を画成する壁部のうち、当該ノズル部材５３が前記混合管５４に挿入されたときに前記混合管５４の内周面に対向する部分が除去された部分である。つまり、前記突壁５３ｃの下流端は独立排気通路２の下流端であり、前記部分Ａは独立排気通路２の下流端部である。ノズル部材５３は、前記独立排気通路２の下流端部Ａが束ねられたものであり、束ねられた独立排気通路２の下流端部Ａは、その下流端部Ａを画成する壁部のうち混合管５４の内周面に対向する部分が除去されたものである。前記仕切壁５３ｃ”は、前記独立排気通路２の下流端部Ａを画成する壁部のうち、除去されずに残っている壁部である。

図７は前記混合管５４を表し、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は底面図、図７（ｄ）は斜視図である。図７（ａ）に表れる混合管５４の端面を第１端面といい、図７（ｃ）に表れる混合管５４の端面を第２端面という。

図示されるように、混合管５４は、第１端面側から第２端面側に向けて、軸方向に、導入部５４ｂ、集合部５４ｄ、ストレート部５４ｅ及びディフューザー部５４ｆを、この順に、同軸に備えている。

導入部５４ｂは円筒状である。導入部５４ｂの内径は、前記ノズル部材５３の本体部５３ｂの外径と略同じか又は若干大きくされている。導入部５４ｂの軸方向の長さは、前記ノズル部材５３の本体部５３ｂの軸方向の長さと略同じとされている。

集合部５４ｄは、第１端面側から第２端面側に向けて次第に縮径する（次第に流路面積が小さくなる）漏斗形状である。集合部５４ｄの第１端面側の内径は、前記導入部５４ｂの内径と略同じとされている。集合部５４ｄの軸方向の長さは、前記ノズル部材５３の仕切壁５３ｃ”の軸方向の長さ（すなわち独立排気通路２の下流端部Ａの長さ）よりも所定長さだけ長くされている。

ストレート部５４ｅは、軸方向に流路面積が変化しない円筒状である。ストレート部５４ｅの内径は、前記集合部５４ｄの第２端面側の内径と略同じとされている。

ディフューザー部５４ｆは、第１端面側から第２端面側に向けて次第に拡径する（次第に流路面積が大きくなる）逆漏斗形状である。ディフューザー部５４ｆの第１端面側の内径は、前記ストレート部５４ｅの内径と略同じとされている。

導入部５４ｂの外周面に、外方に突出し、軸方向に延びる突壁５４ｃ’が３つ形成されている。３つの突壁５４ｃ’は導入部５４ｂの軸芯に対して相互に１２０°の割付角で配置されている。各突壁５４ｃ’は、導入部５４ｂを超えてさらに集合部５４ｄの外周面に延設されている。各突壁５４ｃ’の軸方向の長さは、前記ノズル部材５３の突壁５３ｃの軸方向の長さと略同じとされている。

そして、図７（ａ）及び図７（ｄ）に示されるように、前記突壁５４ｃ’に対応する位置において、前記導入部５４ｂの内周面及び前記集合部５４ｄの内周面に軸方向に延びる凹溝５４ｃが形成されている。凹溝５４ｃは、前記突壁５４ｃ’の内部に突入している。

なお、混合管５４の外周面（図例ではストレート部５４ｅの外周面）には、この混合管５４を前記ノズル部材５３に対して軸方向に移動させるためのアクチュエータ（移動手段）５４ｇが備えられている。

図８は、前記ノズル部材５３が前記混合管５４の上流側部分（混合管５４の第１端面側の部分）に軸方向（排気流通方向）に移動自在に挿入された状態を表し、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は底面図、図８（ｃ）は斜視図である。なお、前記ノズル部材５３が前記混合管５４の上流側部分に挿入された状態を表す側面図は、図７（ｂ）と同じであるので省略した。図９は、前記混合管５４の上流側部分に挿入された前記ノズル部材５３に独立排気管５２の下流端が接続された状態を表し、図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）のア−ア線断面図である。

ノズル部材５３は、混合管５４の第１端面側の開口から、独立排気通路２の下流端部Ａを先にして挿入される。その際、ノズル部材５３の突壁５３ｃが混合管５４の凹溝５４ｃに嵌合する。挿入されたノズル部材５３は、図９（ｂ）に示されるように、本体部５３ｂが混合管５４の導入部５４ｂと対接し、独立排気通路２の下流端部Ａが混合管５４の集合部５４ｄと排気流通方向に重なる。ただし、前述したように、集合部５４ｄの軸方向の長さが独立排気通路２の下流端部Ａの長さよりも所定長さだけ長くされているから、独立排気通路２の下流端部Ａと集合部５４ｄとの重なり量Ｌが最大となったときでも、集合部５４ｄには、独立排気通路２の下流端部Ａと重ならない部分が残り、混合管５４には集合部５４ｄが確保される。

図９（ｂ）の状態において、ノズル部材５３の円錐部５３ｄは、混合管５４の集合部５４ｄと対接し、これ以上のノズル部材５３の下流側への移動規制を確実にする。もっとも、状況に応じて、円錐部５３ｄは、省略することができる。

図８及び図９は、独立排気通路２の下流端部Ａと集合部５４ｄとの重なり量Ｌが相対的に大きい場合を示す。これに対し、図１０及び図１１は、独立排気通路２の下流端部Ａと集合部５４ｄとの重なり量Ｌが相対的に小さい場合を示す。図１０及び図１１においては、混合管５４がノズル部材５３に対して下流側に移動されている。その結果、ノズル部材５３の本体部５３ｂが混合管５４の導入部５４ｂから抜け出て露出し、独立排気通路２の下流端部Ａと集合部５４ｄとの重なり量Ｌが小さくなっている。

そして、図９（ｂ）の矢印Ｘの位置においてノズル部材５３側を見た拡大断面図を図１２に示し、図１１（ｂ）の矢印Ｙの位置においてノズル部材５３側を見た拡大断面図を図１３に示す。図１２に示すように、前記重なり量Ｌが相対的に大きい場合は、独立排気通路２の下流端の流路面積（独立排気通路２の下流端部Ａを画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部の下流端と、この下流端と対応する位置にある混合管５４の壁部とで画成される開口の面積）Ｋ（ハッチングを施した部分）は、相対的に小さくなる。これに対し、図１３に示すように、前記重なり量Ｌが相対的に小さい場合は、独立排気通路２の下流端の流路面積Ｋ（ハッチングを施した部分）は、相対的に大きくなる。

本実施形態においては、図１４に示すように、エンジン回転数が予め設定された基準回転数Ｎｅ１を超える高速域が第１運転領域（ｉ）、エンジン回転数が前記基準回転数Ｎｅ１以下の低速域が第２運転領域（ｉｉ）と設定されている。前記基準回転数Ｎｅ１は、例えば２５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍとされる。

混合管５４をノズル部材５３に対して軸方向に移動させるためのアクチュエータ５４ｇは、前記高速域（ｉ）では前記重なり量Ｌを小さくし（図１３）、前記低速域（ｉｉ）では前記重なり量Ｌを大きくする（図１２）。

なお、ノズル部材５３は混合管５４に移動自在に挿入されているので、ノズル部材５３の本体部５３ｂの外周面と、混合管５４の導入部５４ｂの内周面との間隙から排気が漏れる可能性がある。そこで、図１５に示すような漏れ防止用外管５５を取り付けることが好ましい。図示した例では、前記外管５５の一端に形成されたフランジ部５５ａと、前記独立排気管５２の下流端に形成されたフランジ部５０ａ（図９及び図１１参照）とを介して、前記外管５５が前記独立排気管５２の下流端に結合される。漏れ防止用外管５５を取り付けた状態を図１６に示す。漏れ防止用外管５５は混合管５４を覆っている（図１及び図２参照）。

（４）本実施形態の作用
本実施形態では、吸気ポート１７を開閉可能な吸気弁１９及び排気ポート１８を開閉可能な排気弁２０が備えられた複数の気筒１２を有する多気筒エンジンの排気制御装置１００が提供される。排気制御装置１００は、１つの気筒１２又は排気順序が連続しない複数の気筒１２の排気ポート１８に接続された複数の独立排気通路２（独立排気管５２とノズル部材５３と混合管５４とで構成される）と、排気流通方向の下流側が次第に縮径する集合部５４ｄを含む混合管５４とを有する。前記各独立排気通路２の下流端部Ａが束ねられた状態で前記混合管５４の上流側部分に挿入される。前記各独立排気通路２の下流端部Ａを画成する壁部のうち前記混合管５４側の壁部が除去される。前記各独立排気通路２の下流端部Ａと前記集合部５４ｄとが排気流通方向に重なっている。

本実施形態によれば、各独立排気通路２の下流端部Ａは、束ねられた状態で、排気流通方向の下流側が次第に縮径する集合部５４ｄを含む混合管５４の上流側部分に挿入されている。そして、各独立排気通路２の下流端部Ａは、下流端部Ａを画成する壁部のうち前記混合管５４側の壁部が除去されている。そのため、各独立排気通路２の下流端部Ａは、下流端部Ａを画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部（５３ｃ”）と、混合管５４の壁部とで構成される。そして、この状態で、各独立排気通路２の下流端部Ａと前記集合部５４ｄとが排気流通方向に重なっている（図９及び図１１参照）。

このように、混合管５４の壁部は、各独立排気通路２の下流端部Ａの混合管５４側の壁部に兼用される。そのため、図９及び図１１に矢印で示すように、各独立排気通路２の下流端部Ａを通過する排気は、混合管５４の壁部に沿って下流側に移動し、その後、各独立排気通路２の下流端の開口から混合管５４に噴出される。この噴出の方向は、混合管５４の壁部に沿うものであるから、噴出された排気は、混合管５４の壁部に衝突することが抑制され、排気の速度の低下が抑制される。そのため、混合管５４内に発生する負圧の減少が抑制され、簡単な構成でエゼクタ効果を十分発揮させることが可能となる。その結果、他の気筒１２の掃気が促進され、体積効率（ηＶ）の向上、ひいてはトルクの向上が図られる。

本実施形態では、前記各独立排気通路２の下流端部Ａと前記集合部５４ｄとの重なり量Ｌが変化するように、前記混合管５４を排気流通方向に移動させるアクチュエータ５４ｇが設けられている。

これにより、各独立排気通路２の下流端部Ａと混合管５４の集合部５４ｄとの排気流通方向の重なり量Ｌがアクチュエータ５４ｇにより変化される。混合管５４の集合部５４ｄは、排気流通方向の下流側が次第に縮径するので、例えば、前記重なり量Ｌが大きくされて、各独立排気通路２の下流端部Ａが前記集合部５４ｄの相対的に下流側に位置するとき（図９）は、図１２に示したように、各独立排気通路２の下流端の開口（独立排気通路２の下流端部Ａを画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部５３ｃ”の下流端と、この下流端と対応する位置にある混合管５４の壁部とで画成される開口）の面積Ｋ、すなわち流路面積Ｋが減少する。逆に、前記重なり量Ｌが小さくされて、各独立排気通路２の下流端部Ａが前記集合部５４ｄの相対的に上流側に位置するとき（図１１）は、図１３に示したように、各独立排気通路２の下流端の流路面積Ｋが増大する。

しかも、例えば運転状態に応じて各独立排気通路２の下流端の流路面積Ｋを増減しても、常にエゼクタ効果を十分発揮させることができるので、トルクのワイドレンジ化が達成される。

本実施形態では、前記アクチュエータ５４ｇは、エンジン回転数が前記基準回転数Ｎｅ１を超える高速域（ｉ）では前記重なり量Ｌを小さくし（図１１、図１３）、エンジン回転数が前記基準回転数Ｎｅ１以下の低速域（ｉｉ）では前記重なり量Ｌを大きくする（図９、図１２）。

これにより、高速域（ｉ）では、各独立排気通路２の下流端の流路面積Ｋが増大するので、排気流量の増大に伴う排気抵抗の増大、ひいてはポンピングロスの増大が抑制され、熱効率が向上する。一方、低速域（ｉ）では、各独立排気通路２の下流端の流路面積Ｋが減少するので、各独立排気通路２の下流端の開口から混合管５４に噴出された排気の速度が増大し、混合管５４内に発生する負圧が増大し、エゼクタ効果が増大する。

本実施形態では、少なくとも低速・高負荷域において、各気筒１２の排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが所定期間オーバーラップすると共に、排気順序が連続する気筒１２，１２間において先行の気筒１２の前記オーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に後続の気筒１２の排気弁２０が開弁するように、各気筒１２の吸気弁１９及び排気弁２０を駆動する吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０が設けられている。

これにより、少なくとも低速・高負荷域では、各気筒１２の排気弁２０と吸気弁１９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１２，１２間において先行の気筒１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に後続の気筒１２の排気弁２０が開弁するので、前記エゼクタ効果がオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中の先行気筒１２の吸気ポート１７にまで及び、これにより、先行気筒１２の掃気がより一層促進され、体積効率のより一層の向上、ひいてはトルクのより一層の向上が図られる。

本実施形態では、前記混合管５４の内周面に凹溝５４ｃが排気流通方向に延設され、前記各独立排気通路２の下流端部Ａを画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部５３ｃ”（５３ｃ，５３ｃ’）が前記凹溝５４ｃに嵌合している。

この構成によれば、独立排気通路２の下流端部Ａの除去されずに残っている壁部が、相互に隣接する独立排気通路２の下流端部Ａ，Ａ間の仕切壁５３ｃ”として用いられると共に、前記アクチュエータ５４ｇが混合管５４を排気流通方向に移動させる際のガイド壁５３ｃ’としても用いられる。そのため、部品点数を増加させることなく、各独立排気通路２の下流端部Ａの独立性を維持できると共に、混合管５４の移動が円滑に行われる。

（５）本実施形態の変形例
図７に示した凹溝５４ｃに相当するものを仕切壁５３ｃ”（５３ｃ，５３ｃ’）に形成してもよい。すなわち、図１７に示すように、前記混合管５４の内周面に排気流通方向に延びる凸条５４ｘを形成し、前記各独立排気通路２の下流端部Ａを画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部５３ｃ”（５３ｃ，５３ｃ’）に排気流通方向に延びる凹溝を形成し、前記凸条５４ｘを前記凹溝に嵌合させてもよい。

この構成によれば、図１７に示すように、独立排気通路２の下流端部Ａの除去されずに残っている壁部５３ｃ”（５３ｃ，５３ｃ’）及び混合管５４の凸条５４ｘが、相互に隣接する独立排気通路２の下流端部Ａ，Ａ間の仕切壁として用いられると共に、前記アクチュエータ５４ｇが混合管５４を排気流通方向に移動させる際のガイド壁としても用いられる。そのため、部品点数を増加させることなく、各独立排気通路２の下流端部Ａの独立性を維持できると共に、混合管５４の移動が円滑に行われる。

混合管５４は、円筒状の導入部５４ｂと流路面積が縮小する集合部５４ｄとだけを含むもの（ストレート部５４ｅ及びディフューザー部５４ｆがないもの）でもよく、導入部５４ｂと集合部５４ｄとディフューザー部５４ｆとだけを含むもの（ストレート部５４ｅがないもの）でもよい。このような構成の混合管５４を用いてもエゼクタ効果は得られる。例えば、量産設計時にレイアウト上の制約等から混合管５４を短くする場合に、導入部５４ｂ及び集合部５４ｄだけを含む混合管５４や、ストレート部５４ｅを省略して導入部５４ｂと集合部５４ｄとディフューザー部５４ｆとを直接滑らかに曲面でつなぐような形状の混合管５４等としても構わない。

独立排気通路２の下流端部Ａと集合部５４ｄとの重なり量Ｌを変化させるために、ノズル部材５３（独立排気通路２）を排気流通方向に移動させてもよく、また、ノズル部材５３（独立排気通路２）と混合管５４との両方を排気流通方向に移動させてもよい。

２ 独立排気通路
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（弁駆動手段）
４０ 排気弁駆動機構（弁駆動手段）
５２ 独立排気管
５３ ノズル部材
５３ｃ 突壁
５３ｃ’ ガイド壁
５３ｃ” 仕切壁
５４ 混合管
５４ｃ 凹溝
５４ｄ 集合部
５４ｇ アクチュエータ（移動手段）
１００ 排気装置
Ａ 独立排気通路の下流端部
Ｌ 重なり量

Claims (5)

1. 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制御装置であって、
   １つの気筒又は排気順序が連続しない複数の気筒の排気ポートに接続された互いに独立した複数の独立排気通路と、排気流通方向の下流側が次第に縮径する集合部を含む混合管とを有し、
   前記各独立排気通路の下流端部が束ねられた状態で前記混合管の上流側部分に挿入され、
   前記各独立排気通路の下流端部を画成する壁部のうち前記混合管の内周面に対向する部分が除去され、
   前記各独立排気通路の下流端部と前記集合部とが排気流通方向に重なっており、
   前記各独立排気通路の下流端部のそれぞれの独立状態が維持されたまま当該下流端部と前記集合部との重なり量が変化するように、前記独立排気通路及び前記混合管の少なくともいずれか一方を排気流通方向に移動させる移動手段が設けられていることを特徴とする多気筒エンジンの排気制御装置。
2. 請求項１に記載の多気筒エンジンの排気制御装置において、
   前記移動手段は、エンジンの回転数が予め設定された基準回転数を超える高速域を少なくとも含む第１運転領域では前記重なり量を小さくし、エンジンの回転数が前記基準回転数以下の低速域を少なくとも含む第２運転領域では前記重なり量を大きくすることを特徴とする多気筒エンジンの排気制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の多気筒エンジンの排気制御装置において、
   少なくとも低速・高負荷域において、前記各気筒の排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが所定期間オーバーラップすると共に、排気順序が連続する気筒間において先行の気筒の前記オーバーラップ期間中に後続の気筒の排気弁が開弁するように、各気筒の吸気弁及び排気弁を駆動する弁駆動手段が設けられていることを特徴とする多気筒エンジンの排気制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの排気制御装置において、
   前記混合管の内周面に排気流通方向に延びる凹溝が形成され、
   前記各独立排気通路の下流端部を画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部が前記凹溝に嵌合していることを特徴とする多気筒エンジンの排気制御装置。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの排気制御装置において、
   前記混合管の内周面に排気流通方向に延びる凸条が形成され、
   前記各独立排気通路の下流端部を画成する壁部のうち除去されずに残っている壁部に排気流通方向に延びる凹溝が形成され、
   前記凸条が前記凹溝に嵌合していることを特徴とする多気筒エンジンの排気制御装置。
   

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