JP6304161B2 - Exhaust system for multi-cylinder engine - Google Patents
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Description
本発明は、本発明は、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.
従来より、自動車等のエンジンにおいて、エゼクタ効果を利用して排気を促進することにより、エンジントルクを高めるようにしたエンジンの排気装置の開発が行われている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an engine such as an automobile, an exhaust system for an engine that increases engine torque by promoting exhaust using the ejector effect has been developed.
エゼクタ効果を利用して排気を促進する排気装置には、例えば、特許文献1に記載されているように、排気通路の流路面積を変更することにより、さらに効果的にエンジントルクを高めるようにしたものがある。 In an exhaust device that promotes exhaust using the ejector effect, for example, as described in Patent Document 1, the engine area can be increased more effectively by changing the flow passage area of the exhaust passage. I have something to do.
特許文献1に記載のエンジンの排気装置は、複数の気筒にそれぞれ接続された独立排気通路の下流側部分に、上流側から順に、流路面積が下流側に向かうほど小さくなり、各独立排気通路とそれぞれ独立して連通する複数のガス通路が形成された絞り部と、各ガス通路を通過した排気が合流する筒状の合流部と、流路面積が下流側に向かうほど大きくなる筒状のディフューザ部とが設けられ、絞り部内の各ガス通路の流路面積を変更可能とした装置である。 The exhaust system of the engine described in Patent Document 1 is such that the flow area decreases toward the downstream side in order from the upstream side to the downstream side portion of the independent exhaust passage connected to each of the plurality of cylinders. And a constricted portion formed with a plurality of gas passages that communicate with each other independently, a tubular confluence portion where the exhaust gas that has passed through each gas passage merges, and a tubular shape in which the flow area increases toward the downstream side A diffuser unit is provided, and the flow channel area of each gas passage in the throttle unit can be changed.
絞り部、合流部、およびディフューザ部は、いわゆる動圧排気系を構成している。すなわち、動圧排気系は、独立排気通路から流入した排気ガスの流速を絞り部で高めて、その高速の排気ガスを合流部に流入させることにより合流部内に負圧を発生させ、その負圧で他の独立排気通路から排気ガスを吸い出す(掃気する)ように構成されたものである。 The throttle portion, the merging portion, and the diffuser portion constitute a so-called dynamic pressure exhaust system. That is, the dynamic pressure exhaust system raises the flow rate of the exhaust gas flowing in from the independent exhaust passage at the throttle part and causes the high-speed exhaust gas to flow into the merge part to generate a negative pressure in the merge part. The exhaust gas is sucked out (scavenged) from other independent exhaust passages.
絞り部の構造について具体的に説明する。絞り部は、上記独立排気通路に接続される内管と、この内管の周面を囲む外管、上記合流部、および上記ディフューザ部を一体化させて成る筒状の可動部とで構成されている。内管は、下流側に向かうほど径が小さくなっており、その周壁に、内管内部と内管外部とを連通させる開口部が形成されている。外管は、下流側に向かうほど径が小さくなっている。内管と外管との間には、内管の周壁に形成された開口部から流出した排気ガスを合流部に導く流路が形成されている。外管(可動部)を内管に対して排気ガスの流れ方向に沿って変位させることにより、内管と外管との間の流路面積、ひいては絞り部内のガス通路の流路面積が変更される。 The structure of the aperture portion will be specifically described. The throttle part is composed of an inner pipe connected to the independent exhaust passage, and an outer pipe surrounding the peripheral surface of the inner pipe, the merging part, and a cylindrical movable part formed by integrating the diffuser part. ing. The diameter of the inner tube is reduced toward the downstream side, and an opening for communicating the inside of the inner tube with the outside of the inner tube is formed in the peripheral wall. The outer tube has a smaller diameter toward the downstream side. Between the inner pipe and the outer pipe, there is formed a flow path that guides the exhaust gas flowing out from the opening formed in the peripheral wall of the inner pipe to the junction. By displacing the outer pipe (movable part) along the flow direction of the exhaust gas with respect to the inner pipe, the flow area between the inner pipe and the outer pipe, and consequently the flow area of the gas passage in the throttle part is changed. Is done.
上記可動部を排気ガスの流れ方向に沿って変位させる方法としては、例えば、可動部をリンク機構およびアクチュエータによって変位させることが考えられる。具体的には、例えば、上記可動部の外周面に突設したピンと、可動部の中心軸から離れた位置で直線動作をするアクチュエータとをリンク機構を介して接続することが考えられる。アクチュエータが作動すると、リンク機構は、上記ピンを中心として排気ガスの流れ方向に沿って揺動し、この揺動に伴って可動部を排気ガスの流れ方向に沿って変位させる。 As a method of displacing the movable part along the flow direction of the exhaust gas, for example, it is conceivable to displace the movable part by a link mechanism and an actuator. Specifically, for example, it is conceivable to connect, via a link mechanism, a pin protruding from the outer peripheral surface of the movable part and an actuator that performs a linear operation at a position away from the central axis of the movable part. When the actuator is actuated, the link mechanism swings around the pin along the exhaust gas flow direction, and the movable part is displaced along the exhaust gas flow direction along with the swing.
しかしながら、上述のピンとリンク機構との間には、以下の問題が生じる可能性がある。すなわち、エンジンの振動や排気の脈動を受けて可動部が振動しているときに、その可動部の振動により、リンク機構を構成するリンクとピンとの間で接触音が生じる虞がある。また、製造誤差などにより、ピンの中心軸に対して、リンクのピン挿通孔の中心軸が傾斜している場合には、リンクが揺動する際に、ピン挿通孔の内壁面にピンが傾斜状態で接触する。その結果、ピン挿通孔の内壁面とピンとの間に接触音が生じたり、ピン挿通孔の内壁面やピンに過度の摩耗が生じたり、ピン挿通孔の内壁面にピンが食いついたような状態になってリンクの動きが悪くなる現象(いわゆる「かじり」と称される現象)が生じたり、ピン挿通孔の内壁面にピンが固着してしまう虞がある。 However, the following problem may occur between the above-described pin and the link mechanism. That is, when the movable part vibrates due to engine vibration or exhaust pulsation, contact noise may be generated between the link and the pins constituting the link mechanism due to the vibration of the movable part. Also, when the center axis of the pin insertion hole of the link is inclined with respect to the center axis of the pin due to manufacturing errors, the pin is inclined to the inner wall surface of the pin insertion hole when the link swings. Contact in state. As a result, contact noise is generated between the inner wall surface of the pin insertion hole and the pin, excessive wear occurs on the inner wall surface or the pin of the pin insertion hole, or the pin is stuck on the inner wall surface of the pin insertion hole. As a result, there is a possibility that the movement of the link becomes worse (a so-called “galling” phenomenon) or the pin is fixed to the inner wall surface of the pin insertion hole.
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、動圧排気系の可動部を変位させる機構と当該可動部との接続箇所で接触音、かじり、固着、過度の摩耗が生じるのを抑制することができる多気筒エンジンの排気装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and contact noise, galling, fixation, and excessive wear are caused at the connection point between the movable part and the mechanism for displacing the movable part of the dynamic pressure exhaust system. It is an object to provide an exhaust device for a multi-cylinder engine that can be suppressed.
上記の課題を解決するために、本発明は、複数の気筒を有するエンジンの当該複数の気筒に各々独立して接続された複数の独立排気通路、または、中途部で分岐して排気順序が連続しない複数の気筒に接続された独立排気通路を含む複数の独立排気通路から延びて、各前記独立排気通路から排出されたガスが各々独立して流入する複数のノズル内通路が形成されたノズル部と、前記ノズル内通路から排出されたガスが流入する流入部、および、当該流入部を通過したガスが集合する集合部を有し、ガスの流れ方向における前記ノズル部の下流側にガス流れの上下流方向に変位可能に設けられて、上流側に変位したときに前記流入部の流路面積を縮小し、下流側に変位したときに前記流入部の流路面積を拡大する筒状の可動部と、前記可動部を前記上下流方向に変位させる移動機構とを備え、前記移動機構は、前記可動部よりもその径方向外側の位置に揺動中心を有して前記上下流方向に沿って揺動可能に設けられ、かつ、前記上下流方向の一方側に断面円弧状の凹面からなる第1面を備えるとともに、前記上下流方向の他方側に断面円弧状の凸面からなる第2面を備えた操作部と、前記操作部を前記上下流方向に沿って揺動させる揺動機構と、前記可動部の外周部に設けられ、前記操作部の前記第1面に沿った凸面および前記操作部の前記第2面に沿った凹面を有して当該凸面および凹面により前記操作部をスライド可能に前記上下流方向の両側から支持する内壁面を有する溝部を含み、前記操作部の揺動に伴い、前記操作部を前記溝部内でスライドさせつつ前記可動部を前記上下流方向に変位させる被操作部と、を備えた多気筒エンジンの排気装置を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of independent exhaust passages that are independently connected to a plurality of cylinders of an engine having a plurality of cylinders, or a branching in the middle portion and the exhaust order is continuous. Nozzle portion formed with a plurality of internal passages extending from a plurality of independent exhaust passages including independent exhaust passages connected to a plurality of cylinders to which gas discharged from each of the independent exhaust passages flows independently And an inflow part into which the gas discharged from the nozzle internal passage flows in, and an aggregation part in which the gas that has passed through the inflow part gathers, and the gas flow is downstream of the nozzle part in the gas flow direction. Cylindrical movable which is provided so as to be displaceable in the upstream and downstream directions and reduces the flow area of the inflow portion when displaced upstream, and expands the flow area of the inflow portion when displaced downstream And the movable part A moving mechanism for displacing in the upstream / downstream direction, the moving mechanism having a rocking center at a position radially outside of the movable portion and provided so as to be rockable along the upstream / downstream direction. And an operation unit including a first surface formed of a concave surface having an arcuate cross section on one side in the upstream / downstream direction, and a second surface formed of a convex surface having an arcuate cross section on the other side in the upstream / downstream direction; A swing mechanism that swings the operation unit along the upstream and downstream directions, a convex surface along the first surface of the operation unit, and a second surface of the operation unit that are provided on an outer periphery of the movable unit. A groove portion having an inner wall surface that is supported by the convex surface and the concave surface so as to be slidable from both sides in the upstream and downstream directions, and the operation portion is moved along with the swing of the operation portion. The movable part is moved up and down while sliding in the groove part. To provide an exhaust apparatus for a multi-cylinder engine equipped with the section to be operated for displacing the direction.
本発明によれば、操作部の第1面および第2面は、被操作部が有する溝部の内壁面によって、上下流方向の両側からスライド可能に支持される。操作部は、被操作部との接触面が断面円弧状に形成されているので、接触面が断面円弧状でない場合と比べて、被操作部との接触面積が大きくなる。従って、操作部の第1面が広い接触面積で被操作部の凸面に接触し、且つ、操作部の第2面が広い接触面積で被操作部の凹面に接触するため、操作部が被操作部に接触することによるかじり、固着、および過度の摩耗の発生が抑制され、がたつきが生じにくくなって接触音の発生も抑制される。 According to the present invention, the first surface and the second surface of the operation portion are supported by the inner wall surface of the groove portion of the operated portion so as to be slidable from both sides in the upstream and downstream directions. Since the operation part has a contact surface with the operated part formed in an arc shape in cross section, the contact area with the operated part becomes larger than in the case where the contact surface is not in an arc shape in cross section. Accordingly, since the first surface of the operation unit contacts the convex surface of the operated portion with a wide contact area, and the second surface of the operation unit contacts the concave surface of the operated portion with a wide contact area, the operation unit is operated. The occurrence of galling, sticking, and excessive wear due to contact with the part is suppressed, rattling is less likely to occur, and the generation of contact noise is also suppressed.
本発明においては、前記被操作部は、前記凸面を有する第1の被操作部と、前記凹面を有して前記第1の被操作部とは別体の第2の被操作部とを含むことが好ましい。 In the present invention, the operated part includes a first operated part having the convex surface, and a second operated part having the concave surface and separate from the first operated part. It is preferable.
この構成によれば、被操作部は、第1の被操作部と、当該第1の被操作部とは別体の第2の被操作部とを含むので、被操作部を容易に製造することができるとともに、湾曲した内壁面を有する溝部を容易に形成することができる。 According to this configuration, since the operated part includes the first operated part and the second operated part that is separate from the first operated part, the operated part is easily manufactured. In addition, it is possible to easily form a groove portion having a curved inner wall surface.
本発明においては、前記操作部は、前記可動部の外径よりも大きな内径を有して当該可動部を包囲するリング状をなし、前記第1の被操作部および前記第2の被操作部は、前記可動部の外周面の全周に沿ってリング状に形成されていることが好ましい。 In the present invention, the operation part has a ring shape having an inner diameter larger than an outer diameter of the movable part and surrounds the movable part, and the first operated part and the second operated part. Is preferably formed in a ring shape along the entire circumference of the outer peripheral surface of the movable part.
この構成によれば、操作部の力を、可動部に対してその全周に亘って伝達することができるため、可動部を上下流方向に沿って適切に変位させることができる。 According to this configuration, since the force of the operation unit can be transmitted to the movable unit over the entire circumference, the movable unit can be appropriately displaced along the upstream and downstream directions.
本発明においては、前記可動部の外周面にフランジ部が突設され、前記第1の被操作部および前記第2の被操作部のうち、上流側に位置する被操作部の上流側の面が前記フランジ部に当接していることが好ましい。 In the present invention, a flange portion projects from the outer peripheral surface of the movable portion, and of the first operated portion and the second operated portion, the upstream surface of the operated portion located upstream. Is preferably in contact with the flange portion.
この構成によれば、操作部の力を、フランジ部を介して確実に可動部に伝達することができるため、可動部を上下流方向に沿って適切に変位させることができる。 According to this structure, since the force of the operation part can be reliably transmitted to the movable part via the flange part, the movable part can be appropriately displaced along the upstream and downstream directions.
本発明においては、前記第1の被操作部がシールリングであることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the first operated portion is a seal ring.
この構成によれば、流体の漏れ防止に用いられる一般的なシールリングを利用して、接触音、かじり、過度の摩耗、および固着の抑制と、シール性の確保とを容易に図ることができ、製造コストを抑えることができる。 According to this configuration, it is possible to easily prevent contact noise, galling, excessive wear and sticking, and ensure sealing performance by using a general seal ring used for preventing fluid leakage. Manufacturing costs can be reduced.
本発明においては、前記操作部の前記第1面が、前記可動部の中心軸上に位置する点を中心とする第1の球面の一部で構成されて、前記第1の被操作部の凸面が、前記第1の球面に沿った球面の一部で構成され、前記操作部の前記第2面が、前記点を中心とする第2の球面の一部で構成されて、前記第2の被操作部の凹面が、前記第2の球面に沿った球面の一部で構成されていることが好ましい。 In the present invention, the first surface of the operation portion is configured by a part of a first spherical surface centered on a point located on the central axis of the movable portion, and the first operated portion A convex surface is configured by a part of a spherical surface along the first spherical surface, and the second surface of the operation unit is configured by a part of a second spherical surface centered on the point, and the second surface It is preferable that the concave surface of the operated portion is constituted by a part of a spherical surface along the second spherical surface.
この構成によれば、製造誤差などにより操作部の軸方向が第1の被操作部の軸方向および第2の被操作部の軸方向に対して傾斜していても、操作部の第1面が第1の被操作部の凸面に適正に接触し、操作部の第2面が第2の被操作部の凹面に適正に接触するので、接触音、かじり、過度の摩耗、および固着をより確実に抑制することができる。 According to this configuration, even if the axial direction of the operating unit is inclined with respect to the axial direction of the first operated unit and the axial direction of the second operated unit due to a manufacturing error or the like, the first surface of the operating unit Is in proper contact with the convex surface of the first operated part, and the second surface of the operating part is in proper contact with the concave surface of the second operated part, so that contact noise, galling, excessive wear, and sticking are further reduced. It can be surely suppressed.
本発明においては、前記可動部がその可動領域の最上流位置にあるときの前記点と、前記可動部がその可動領域の最下流位置にあるときの前記点とは、前記ノズル部の中心軸上に位置することが好ましい。 In the present invention, the point when the movable portion is at the most upstream position of the movable region and the point when the movable portion is at the most downstream position of the movable region are the central axis of the nozzle portion. It is preferable to be located above.
この構成によれば、操作部の揺動に伴い、可動部が上下流方向と直交する方向に変位することがあっても、可動部が最上流位置にあるときと最下流位置にあるときには、可動部は、その中心軸がノズル部の中心軸と一致する位置に配置される。従って、可動部が最上流位置にあるときと最下流位置にあるときに、可動部を適正な位置に配置することができる。 According to this configuration, even when the movable unit may be displaced in a direction orthogonal to the upstream / downstream direction with the swing of the operation unit, when the movable unit is at the most upstream position and at the most downstream position, The movable part is disposed at a position where the central axis thereof coincides with the central axis of the nozzle part. Therefore, when the movable part is at the most upstream position and when it is at the most downstream position, the movable part can be arranged at an appropriate position.
本発明においては、前記可動部がその可動領域の最上流位置にあるときの前記点と、前記可動部がその可動領域の最下流位置にあるときの前記点とは、前記揺動中心から前記可動部の中心軸に下した垂線と当該中心軸との交点に近接していることが好ましい。 In the present invention, the point when the movable portion is at the most upstream position of the movable region and the point when the movable portion is at the most downstream position of the movable region are It is preferable to be close to the intersection of the perpendicular line drawn to the central axis of the movable part and the central axis.
この構成によれば、操作部の揺動に伴い、可動部が上下流方向と直交する方向に変位することがあっても、その方向への変位量は微小量となる。従って、可動部が揺動しているときに、可動部の位置が上下流方向と直交する方向にずれるのを抑制することができる。また、操作部の第1面が第1の被操作部の凸面に適正に接触し、操作部の第2面が第2の被操作部の凹面に適正に接触するので、接触音、かじり、過度の摩耗、および固着をより確実に抑制することができる。 According to this configuration, even if the movable portion is displaced in a direction orthogonal to the upstream / downstream direction with the swing of the operation portion, the displacement amount in that direction is a minute amount. Therefore, it is possible to prevent the position of the movable portion from being shifted in a direction orthogonal to the upstream / downstream direction when the movable portion is swinging. In addition, since the first surface of the operation unit properly contacts the convex surface of the first operated part and the second surface of the operation unit appropriately contacts the concave surface of the second operated part, contact sound, galling, Excessive wear and sticking can be more reliably suppressed.
本発明においては、前記揺動機構は、前記可動部よりもその径方向外側の位置に設けられる偏心カムと、前記偏心カムに回転力を付与するアクチュエータと、前記揺動中心に配置されるピボット部と、前記ピボット部を支持するピボット支持部と、前記偏心カムの回転に伴って前記上下流方向に変位する変位部と、前記変位部と前記ピボット部と前記操作部とを連結する連結部とを備えることが好ましい。 In the present invention, the swing mechanism includes an eccentric cam provided at a position radially outside of the movable portion, an actuator for applying a rotational force to the eccentric cam, and a pivot disposed at the swing center. , A pivot support portion that supports the pivot portion, a displacement portion that is displaced in the upstream / downstream direction as the eccentric cam rotates, and a connecting portion that connects the displacement portion, the pivot portion, and the operation portion It is preferable to comprise.
この構成によれば、可動部が上流側に変位した状態を保持するためにアクチュエータに必要とされる駆動力を低減することができ、これにより、アクチュエータの小型化を図ることができる。詳しく説明すると、可動部が上流側に変位した状態(上記流入部の流路面積が小さくなった状態)を保持するためには、排気ガスの圧力によって可動部が下流側に変位しないように、可動部を上流側に変位させる向きの駆動力をアクチュエータに発生させる必要がある。本構成では、アクチュエータと可動部との間に、偏心カムおよび当該偏心カムの回動に伴って上下流方向に変位する変位部が介在しているため、排気ガスによる偏心カムを回転させようとする力(以下、「排気ガスによるカム回転力」と称する)が、偏心カムと変位部との間で低減され、これにより、排気ガスによるカム回転力に対抗するためにアクチュエータに必要とされる駆動力が低減される。 According to this configuration, it is possible to reduce the driving force required for the actuator in order to maintain the state in which the movable portion is displaced upstream, thereby reducing the size of the actuator. More specifically, in order to maintain the state where the movable part is displaced upstream (the state where the flow path area of the inflow part is reduced), the movable part is not displaced downstream by the pressure of the exhaust gas. It is necessary to cause the actuator to generate a driving force in a direction that displaces the movable part upstream. In this configuration, since the eccentric cam and a displacement portion that is displaced in the upstream / downstream direction with the rotation of the eccentric cam are interposed between the actuator and the movable portion, an attempt is made to rotate the eccentric cam by the exhaust gas. Force (hereinafter referred to as “cam rotational force due to exhaust gas”) is reduced between the eccentric cam and the displacement portion, and is thus required for the actuator to counter the cam rotational force due to exhaust gas. Driving force is reduced.
また、本構成によれば、排気ガスが可動部を下流側へ押圧する力が、ピボット支持部および偏心カムの双方に伝達されるため、その押圧力がピボット支持部と偏心カムとに分散される。これにより、排気ガスによるカム回転力が低減され、その結果、アクチュエータに必要とされる駆動力を低減することができる。 Further, according to this configuration, the force that the exhaust gas presses the movable portion downstream is transmitted to both the pivot support portion and the eccentric cam, so that the pressing force is distributed to the pivot support portion and the eccentric cam. The Thereby, the cam rotational force by exhaust gas is reduced, and as a result, the driving force required for the actuator can be reduced.
本発明においては、前記アクチュエータは、前記偏心カムに固定されたカムシャフトに回転力を付与し、前記可動部がその可動領域の最上流位置にあるときには、前記カムシャフトの軸心が、前記偏心カムにおける径方向の中心を通り、かつ、前記上下流方向に沿った基準線の近傍に位置することが好ましい。 In the present invention, the actuator applies a rotational force to the camshaft fixed to the eccentric cam, and when the movable portion is at the most upstream position in the movable region, the axis of the camshaft is the eccentricity. It is preferable that the cam is positioned in the vicinity of a reference line passing through the radial center of the cam and along the upstream and downstream directions.
この構成によれば、排気ガスによるカム回転力がゼロ近傍の大きさとなるため、アクチュエータに必要とされる駆動力を格段に低減することができる。 According to this configuration, the cam rotational force generated by the exhaust gas has a magnitude near zero, so that the driving force required for the actuator can be significantly reduced.
本発明においては、前記アクチュエータは、前記偏心カムに固定されたカムシャフトに回転力を付与し、前記ピボット支持部は、前記ピボット部を、当該ピボット部と前記カムシャフトとを結ぶ所定方向にスライド変位可能に支持することが好ましい。 In the present invention, the actuator applies a rotational force to a camshaft fixed to the eccentric cam, and the pivot support portion slides the pivot portion in a predetermined direction connecting the pivot portion and the camshaft. The support is preferably displaceable.
この構成によれば、偏心カムの回転に伴って、変位部が上下流方向に変位しつつピボット部とカムシャフトとを結ぶ所定方向に変位する場合に、ピボット部が偏心カムの変位に伴って上記所定方向に変位するため、可動部を上下流方向にスムースに変位させることができる。 According to this configuration, when the eccentric cam rotates, when the displacement portion is displaced in a predetermined direction connecting the pivot portion and the camshaft while being displaced in the upstream / downstream direction, the pivot portion is accompanied by the displacement of the eccentric cam. Since the displacement is performed in the predetermined direction, the movable portion can be smoothly displaced in the upstream and downstream directions.
本発明においては、前記アクチュエータは、ロッドと、当該ロッドを往復運動させることにより、前記偏心カムに固定されたカムシャフトに回転力を付与するアクチュエータ本体とを有し、前記揺動機構は、前記ロッドに回動可能に接続されたレバーをさらに備え、前記レバーにおける当該レバーと前記ロッドとの接続箇所から離間した位置に、前記カムシャフトが固定されていることが好ましい。 In the present invention, the actuator includes a rod, and an actuator body that applies a rotational force to a camshaft fixed to the eccentric cam by reciprocating the rod, It is preferable to further include a lever that is pivotally connected to the rod, and the camshaft is fixed to a position of the lever that is separated from a connecting portion between the lever and the rod.
この構成によれば、可動部が上流側に変位した状態を保持するためにアクチュエータ(直動型アクチュエータ)に必要とされる駆動力(引張力または押圧力)を低減することができる。詳しく説明すると、排気ガスによるカム回転力は、レバーを介してロッドに伝達される。このカム回転力に対抗するためには、アクチュエータ本体はレバーを引張または押圧する方向の力をロッドに作用させる必要がある。本構成によれば、上記したように、排気ガスによるカム回転力が低減されるため、アクチュエータに必要とされる駆動力(引張力または押圧力)を低減することができる。 According to this configuration, it is possible to reduce the driving force (tensile force or pressing force) required for the actuator (direct acting actuator) in order to keep the movable portion displaced upstream. More specifically, the cam rotational force due to the exhaust gas is transmitted to the rod through the lever. In order to counter this cam rotational force, the actuator body needs to apply a force in the direction of pulling or pressing the lever to the rod. According to this configuration, as described above, since the cam rotational force due to the exhaust gas is reduced, the driving force (tensile force or pressing force) required for the actuator can be reduced.
以上説明したように、本発明によれば、動圧排気系の可動部を変位させる機構と当該可動部との接続箇所で接触音、かじり、固着、過度の摩耗が生じるのを抑制することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of contact noise, galling, sticking, and excessive wear at the connection portion between the mechanism that displaces the movable part of the dynamic pressure exhaust system and the movable part. it can.
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
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の概略構成図である。図2は、図1の概略側面図である。図3は、図1の概略正面図である。なお、図1では、後述する移動機構90の図示は省略している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
なお、以下の説明では、排気ガスの流れ方向における上流側を「上流側」、排気ガスの流れ方向における下流側を「下流側」、上流側の端部を「上流端部」、下流側の端部を「下流端部」、排気ガスの流れに沿った方向を「上下流方向」と各々称する。 In the following description, the upstream side in the exhaust gas flow direction is “upstream side”, the downstream side in the exhaust gas flow direction is “downstream side”, the upstream end is “upstream end”, and the downstream side is The end portion is referred to as a “downstream end portion”, and the direction along the flow of the exhaust gas is referred to as an “upstream / downstream direction”.
図1に示されるように、本実施形態における多気筒エンジンの排気装置100は、エンジン1に取り付けられるものである。本発明におけるエンジン1は、車幅方向に4つの気筒12a〜12dが並ぶ直列4気筒4サイクルガソリンエンジンである。エンジン1のシリンダヘッド9には、車幅方向に沿って車両の右側から順に、第1気筒12a,第2気筒12b,第3気筒12c,および第4気筒12dが形成されている。
As shown in FIG. 1, an
エンジン1は、各気筒12a〜12dにおいて、180℃Aずつずれたタイミングで気筒内の混合気に点火が行われて、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。
In the engine 1, the air-fuel mixture in the cylinder is ignited at a timing shifted by 180 ° C. in each of the
図1に示されるように、エンジン1のシリンダヘッド9には、上記混合気に点火を行う点火プラグ15が各気筒12の燃焼室に臨む位置に設けられている。
As shown in FIG. 1, the cylinder head 9 of the engine 1 is provided with a
シリンダヘッド9には、気筒12毎に、2つの吸気ポート17および2つの排気ポート18が形成されている。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、当該吸気ポート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弁19が設けられている。各排気ポート18には、当該排気ポート18を開閉して排気ポート18と気筒12内部とを連通あるい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により駆動されて吸気ポート17を開閉し、排気弁20は、排気弁駆動機構40により駆動されて排気ポート18を開閉する。
In the cylinder head 9, two
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VVT(Valiable Valve Timing)32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弁19を開閉駆動する。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する。これにより、吸気VVT32は、クランクシャフトと吸気カムシャフト31との間の位相差すなわち吸気弁19のバルブタイミングを変更する。吸気VVT32としては、液圧式のものや電磁式のもの等が用いられる。
The intake
排気弁駆動機構40は、吸気弁駆動機構30とほぼ同様の構造を有しており、排気弁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、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。
The exhaust
次に、本実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置100の構成について詳説する。
Next, the configuration of the
図1に示されるように、多気筒エンジンの排気装置100は、エンジン1の各気筒12a〜12dに各々独立して接続されて下流端が束ねられた4つの独立排気管52と、独立排気管52の下流端に接続された動圧排気系60と、動圧排気系60の下流端に接続された下流側排気管80と、動圧排気系60の後述するスライド部62を上下流方向にスライド変位させるための移動機構90(図2,3参照)とを備えている。
As shown in FIG. 1, an
<下流側排気管80の構成>
下流側排気管80は、1つの通路が形成された略円筒状部材である。各気筒12から排出された排気ガスは、後述するように、それぞれ独立して各独立排気管52を通過した後、動圧排気系60内で合流し、その後、下流側排気管80を通って排気装置100の外部に排出される。下流側排気管80には、触媒装置やマフラー等が配置されている。
<Configuration of downstream
The
<独立排気管52の構成>
独立排気管52は、図1等に示されるように、気筒12の排気ポート18から下流側に延びる部材である。各独立排気管52には、気筒12から排出された排気ガスを動圧排気系60に導く独立排気通路52aが形成されている。各独立排気管52は、動圧排気系60の上流端に向かって延びており、動圧排気系60の上流端付近で束ねられて、動圧排気系60の上流端に接続されている。
<Configuration of
The
<動圧排気系60の構成>
動圧排気系60は、独立排気管52から排出された排気ガスの流速を高めて、その高速の排気ガスにより負圧を発生させ、その負圧で他の独立排気管52から排気ガスを吸い出す(掃気する)ように構成されたものである。図1に示されるように、動圧排気系60は、全体として、その流路面積が、下流側に向かって次第に小さくなった後、一定状態を維持して延び、その後、下流側に向かって次第に大きくなるような形状を有している。
<Configuration of dynamic
The dynamic
図1に示されるように、動圧排気系60は、上流端が独立排気管52に接続され、下流端が下流側排気管80に接続された筒状のアウターシェル61と、このアウターシェル61の内部にそれぞれ収容されるノズル部64、スライド部62、およびディフューザ部63とを有する。ノズル部64、スライド部62、およびディフューザ部63は、この順で上流側から順に配置されている。
As shown in FIG. 1, the dynamic
<ノズル部64の構成>
図7に示されるように、ノズル部64は、上下流方向に延びる管状部材であり、独立排気管52の下流端から下流側へ延びている。ノズル部64は、アウターシェル61内の上流端部に配置されている。ノズル部64には、各独立排気通路52から排出された排気がそれぞれ独立して流入する4つのノズル内通路64a(図4,7参照)が形成されている。4つのノズル内通路64aは、4つの独立排気通路52にそれぞれ対応して設けられている。図4,7に示されるように、各ノズル内通路64aは、同一の構造を有しており、ノズル部64の中心軸X1周りに互いに等間隔(90°間隔)に並んでいる。
<Configuration of
As shown in FIG. 7, the
図7に示されるように、ノズル部64は、ノズル側ストレート部64bと、ノズル側縮径部64cとを有している。
As shown in FIG. 7, the
ノズル側ストレート部64bは、独立排気管52の下流端から同一径を維持しつつ下流側に延びる円筒状をなしている。ノズル側ストレート部64b内のノズル内通路64aは、ノズル部64の中心軸X1に沿って直線状に延びている。
The nozzle-side
図7,8に示されるように、ノズル側ストレート部64bの周壁の下端部には、上流側緩衝部材65が設けられている。上流側緩衝部材65は、ノズル部64の外周面に取り付けられるリング状の部材である。上流側緩衝部材65の外周面は、スライド部62における後述の湾曲部62aの内周面に沿った形状(断面円弧状)をなしている。具体的には、上流側緩衝部材65の外周面は、ノズル部64の中心軸X1上の点P1を中心とする半径R1の第1の球面C1の一部をなすように形成されている。つまり、中心軸X1を通る平面で上流側緩衝部材65を切断すると、その切断面の外縁(中心軸X1とは反対側の縁)が円弧状となる。点P1は、中心軸X1上で上流側緩衝部材65よりも上流側に位置している。
As shown in FIGS. 7 and 8, an
上流側緩衝部材65の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、膨張黒鉛とステンレスメッシュとを組み合わせて構成することができる。具体的には、例えば、帯状のステンレスメッシュシートに帯状の膨張黒鉛シートを重ね合わせたものをリング状に巻回し、その巻回したものを外周面が断面円弧状をなすように加圧成形することにより、上流側緩衝部材65を製造することができる。膨張黒鉛を用いたリング状部材は、一般的に、ガスケット等のシールリングとして用いられるものである。本実施形態では、このように一般的に用いられているシールリングを上流側緩衝部材65に用いることにより、上流側緩衝部材65にかかるコストを抑えることができる。
Although the material of the
図7に示されるように、上流側緩衝部材65は、スライド部62が上流方向に所定位置(後述するスライド部62の可動領域の最上流位置)まで変位したときにノズル部64とスライド部62との間に挟まれるように配置される。つまり、上流側緩衝部材65は、スライド部62が上記所定位置まで変位したときに、スライド部62の湾曲部62aに接触するように配置されている。このように配置されることにより、上流側緩衝部材65は、スライド部62の上記所定位置からの上流方向への変位を阻止する。すなわち、上流側緩衝部材65は、スライド部62の可動領域の最も上流側の位置(最上流位置)を規定する。
As shown in FIG. 7, the
ノズル側縮径部64cは、ノズル側ストレート部64bの下流端から下流側に延びており、下流側に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなしている。つまり、ノズル側縮径部64cの周壁は、下流側に向かうに従って中心軸X1側に傾斜するよう構成されている。これに伴い、ノズル側縮径部64c内のノズル内通路64aの流路面積は、ノズル側ストレート部64b内のノズル内通路64aの流路面積よりも小さくなっている。詳細には、ノズル側ストレート部64b内の流路面積は上下流方向全体に亘り一定であり、ノズル側縮径部64c内の流路面積は下流側に向かうに従って小さくなっている。ノズル部64の下流端の内径は、例えば、ノズル部64の上流端の内径の約半分に設定されている。
The nozzle-side reduced
図4,7に示されるように、ノズル側縮径部64cの周壁には、ノズル内通路64aの内側と外側とを連通させる開口部64dが形成されている。図4に示されるように、開口部64dは、ノズル部64の中心軸X1周りに等間隔で(90°間隔で)設けられている。図5に示されるように、ノズル側縮径部64cの周壁の一部が、下流端から上流側に向かって略半円状に切り欠かれることで開口部64dが形成されている。ここで、ノズル側縮径部64cの周壁が、上記のように下流側に向かうに従って中心軸X1側に傾斜していることから、開口部64dは下流側に向けて開口している。
As shown in FIGS. 4 and 7, the peripheral wall of the nozzle-side reduced
<スライド部62の構成>
スライド部(本発明の「可動部」に相当)62は、ノズル部64およびアウターシェル61と同軸上にあって上下流方向に延びる管状部材である。つまり、スライド部62の中心軸X2は、ノズル部64の中心軸X1およびアウターシェル61の中心軸X3と一致している。
<Configuration of
The slide portion (corresponding to the “movable portion” of the present invention) 62 is a tubular member that is coaxial with the
スライド部62には、1つの通路が形成されている。スライド部62は、独立排気通路52aからノズル内通路64aに流入した排気ガスが通過する通路の流路面積を変更するために、アクチュエータ70により駆動されて上下流方向に変位する。
One passage is formed in the
図7,9に示されるように、スライド部62の下流端部は、ディフューザ部63内を上下流方向にスライド変位する。
As shown in FIGS. 7 and 9, the downstream end portion of the
スライド部62は、湾曲部62aと、スライド側縮径部62bと、スライド側ストレート部62cとを有し、上下流方向に延びる筒状の部材である。湾曲部62aおよびスライド側縮径部62bは、本発明の「流入部」に相当する。スライド側ストレート部62cは、本発明の「集合部」に相当する。
The
図7,9に示されるように、湾曲部62aは、スライド部62の上流端から下流側に延びる筒状部分である。湾曲部62aの内周面は、スライド部62の中心軸X2上の点P1を中心とする半径R1の第1の球面C1の一部をなすように形成されている。つまり、中心軸X2を通る平面で湾曲部62aを切断すると、その切断面の内縁(中心軸X2側の縁)が円弧状となる。点P1は、中心軸X2上で湾曲部62aよりも上流側に位置している。
As shown in FIGS. 7 and 9, the
スライド側縮径部62bは、湾曲部62aの下流端から下流側へ延びる筒状部分であり、ノズル側縮径部64cに沿って延びる形状を有している。すなわち、スライド側縮径部62bは、下流側に向かうに従ってスライド部62の中心軸X2側に傾斜するよう構成されており、下流側に向かうほど径が小さくなる円錐台状に形成されている。これに伴い、スライド側縮径部62bの流路面積は下流側に向かうほど小さくなっている。
The slide side reduced
湾曲部62aおよびスライド側縮径部62bは、ノズル部64の下流端部を覆うように配置されている。
The
具体的には、図6,7に示されるように、スライド部62が最上流位置に変位しているときには、スライド部62の湾曲部62aおよびスライド側縮径部62bは、ノズル側ストレート部64bの下流端部、ノズル側縮径部64c、および上流側緩衝部材65を覆う。そして、湾曲部62aの内周面は、上流側緩衝部材65の外周面に接触する。この状態において、湾曲部62aおよびスライド側縮径部62bとノズル側縮径部64cとは互いに接してはいないものの、その距離は小さく、互いに近接した状態となる。
Specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, when the
一方、図8,9に示されるように、スライド部62が最下流位置に変位しているときには、湾曲部62aおよびスライド側縮径部62bは、ノズル側縮径部64cを覆う。この状態において、湾曲部62aの内周面は、上流側緩衝部材65の外周面から大きく離間する。
On the other hand, as shown in FIGS. 8 and 9, when the
隆起部62dは、スライド側縮径部62bの下流端部に設けられている。図6〜9に示されるように、隆起部62dは、スライド側縮径部62bの外周面から径方向外側へ隆起しており、スライド側縮径部62bの全周に亘って形成されている。隆起部62dの下流側部分は、周方向全体に亘ってリング状に切り欠かれている。この切欠部には、リング状の下流側緩衝部材66が取り付けられている。
The raised
下流側緩衝部材66の外周面は、後述するアウターシェル61の膨出部61eの内周面(凹面)に沿った形状(断面円弧状)をなしている。具体的には、図9に示されるように、下流側緩衝部材66の外周面は、スライド部62の中心軸X2上の点P2を中心とする半径R2の第2の球面C2の一部をなすように形成されている。つまり、中心軸X2を通る平面で下流側緩衝部材66を切断すると、その切断面の外縁(中心軸X2とは反対側の縁)が円弧状となる。点P2は、中心軸X2上で下流側緩衝部材66よりも上流側に位置している。
The outer peripheral surface of the
下流側緩衝部材66は、上流側緩衝部材65と同様の材料で構成することができる。
The
図8,9に示されるように、下流側緩衝部材66は、スライド部62が下流方向に所定位置(後述するスライド部62の可動領域の最下流位置)まで変位したときにアウターシェル61とスライド部62との間に挟まれるように配置される。つまり、下流側緩衝部材66は、上記所定位置まで変位したときに、アウターシェル61の膨出部61eの内周面に接触するように配置されている。このように配置されることにより、下流側緩衝部材66は、スライド部62の上記所定位置からの下流方向への変位を阻止する。すなわち、下流側緩衝部材66は、スライド部62の可動領域の最も下流側の位置(最下流位置)を規定する。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
図6,7に示されるように、スライド部62が最上流位置に変位している状態では、スライド側縮径部62bはノズル部側縮径部64cのほぼ全体と近接する結果、図7の矢印に示すように、スライド側縮径部62bによってノズル部側縮径部64cの各開口部64dが実質的に塞がれた状態となる。具体的には、スライド側縮径部62bとノズル部側縮径部64cの間には、若干の隙間があるものの、その隙間は狭いため、スライド側縮径部62bとノズル部側縮径部64cの間の空間には、殆ど排気ガスが流れない。従って、独立排気通路52からノズル内通路64aに流入した排気は、開口部64dからノズル部64外に流出することなくノズル内通路64aを通過し、ノズル内通路64aの下流端から下流側に流れていく。
As shown in FIGS. 6 and 7, when the
一方、図8,9に示されるように、スライド部62が上記最上流位置から下流側にスライド変位して、最下流位置に到達すると、スライド側縮径部62bはノズル部側縮径部6
4cから下流側に大きく離間する。これに伴い、これら縮径部62b,64c間には通路が形成されるとともに、各開口部64dは開放される。このため、スライド部62が最下流位置に変位した状態では、独立排気通路52からノズル内通路64aに流入した排気ガスの一部は、スライド側縮径部62bとノズル部側縮径部64cとの間に形成された通路(以下、「外部通路64e」と称する)を通って下流に流れていく。すなわち、図9に矢印で示すように、独立排気通路52からノズル内通路64aに流入した排気ガスは、ノズル内通路64aに加えてこの外部通路64eを通過する。
On the other hand, as shown in FIGS. 8 and 9, when the
It is greatly separated from 4c to the downstream side. Accordingly, a passage is formed between the reduced
このように、本実施形態では、スライド部62の位置が、最上流位置と、これよりも下流側の位置とに変位することで、独立排気通路52からノズル内通路64aに流入した排気ガスが通過する通路が、ノズル内通路64aのみと、ノズル内通路64aおよび外部通路64eとに切り替えられ、これにより、排気ガスが通過する通路の流路面積が切り替えられる。すなわち、スライド部62の位置が最上流位置とされることで、排気ガスが通過する通路の流路面積は最小とされ、スライド部62の位置が最上流位置よも下流側とされることで、この流路面積が最小よりも大きくされる。そして、この流路面積の切替に伴って、ノズル内通路64aから下流に排出される排気の速度が切り替えられる。具体的には、スライド部62の位置が最上流位置とされて排気ガスが通過する通路の流路面積が最小とされると、この排気がノズル内通路64aから下流側に排出される速度は高くなる。一方、スライド部62の位置が最下流位置とされて上記排気が通過する通路の流路面積が最大とされると、排気ガスがノズル内通路64aから下流側に排出される速度は低く抑えられる。
As described above, in this embodiment, the position of the
ここで、各ノズル内通路64aは各独立排気通路52とそれぞれ個別に連通している。そのため、ノズル内通路64a内の排気は他のノズル内通路64a内の排気と混合することなく流下する。これに対して、スライド部側縮径部とノズル部側縮径部との間の空間は、中心軸X1周りの全周で連通している。しかしながら、上記のように開口部64dが下流向きに開口していることから、外部通路64eにおいても、独立排気通路52およびノズル内通路64aを通過した排気ガスは、他の独立排気通路52、64aを通過した排気とほとんど混合することなく、独立して流下する。
Here, each
スライド側ストレート部62cは、各独立排気通路52からそれぞれ排出されてノズル内通路64a、あるいはノズル内通路64aおよび外部通路64eを独立して通過した排気ガス、すなわち、各気筒12a〜12dから排出された排気ガスが、合流する部分である。
The slide-side
スライド側ストレート部62cは、各気筒12a〜2dから排出された排気が合流し、十分に混合して良好に整流化されるように、その流路面積が下流側部分で一定とされている。
The slide-side
本実施形態では、スライド側ストレート部62cの上流側部分は、下流側に向かうほど流路面積が小さくなるよう構成される一方、下流側部分は、流路面積一定で下流側に延びている。具体的には、スライド側ストレート部62cの上流側部分は、中心軸X2を中心として下流側に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなしており、スライド側ストレート部62cの下流側部分は、径が一定の円筒状をなしている。スライド側ストレート部62cの上流側部分は、スライド側縮径部62bの下流端に連続して延びおり、スライド側ストレート部62cの下流側部分は、この上流側部分の下流端から流路面積一定で延びている。
In the present embodiment, the upstream portion of the slide-side
スライド側ストレート部62cの下流側部分の外周面には、その外周面から径方向外側に突出するフランジ部62eが設けられている。フランジ部62eは、スライド側ストレート部62cと一体に形成されている。
A
<ディフューザ部63の構成>
ディフューザ部63は、下流側に向かうに従って流路面積が拡大するよう構成された筒状部分である。具体的には、ディフューザ部63の上流側部分63aは上下流方向に径が一定の円筒状をなしている。この上流側部分63aよりも下流側の部分63bは、下流側に向かうほど径が大きい略円錐台状をなしている。
<Configuration of
The
ディフューザ部63の内側には、上流側からスライド側ストレート部62cの下流端部が挿通されている。スライド側ストレート部62cの下流端部は、ディフューザ部63の上流側部分63aの内周面によりスライド可能に支持されている。ディフューザ部63の上流側部分63aの内径は、スライド側ストレート部62cの下流端部の外径よりもわずかに大きい寸法に設定されている。スライド部62の変位時には、スライド側ストレート部62cの下流端部が、ディフューザ部63内において、ディフューザ部63の軸方向に沿って上下流方向に移動する。
Inside the
ディフューザ部63は、上記のようにスライド部62をスライド変位可能に支持した状態で、アウターシェル61に固定されている。本実施形態では、ディフューザ部63は、アウターシェル61に溶接されている。
The
<アウターシェル61の構成>
上記のように、アウターシェル61は、ノズル部64、スライド部62、ディフューザ部63、上流側緩衝部材65、および下流側緩衝部材66を収容する管状部材である。図6,7に示されるように、アウターシェル61は、上流から順に、第1部分61a、第2部分61b、第3部分61c、および第4部分61dを有する。
<Configuration of
As described above, the
第1部分61aは、スライド部62の上流側部分、ノズル部64、および上流側緩衝部材65を囲んで(覆って)おり、上下流方向に同一径を維持しつつ下流側へ円筒状に延びている。
The
第2部分61bは、スライド部62のスライド側縮径部62b、隆起部62d、下流側緩衝部材66、およびストレート部62cの上流側部分を囲んで、下流側に延びている。第2部分61bは、下流に向かうに従って中心軸X2側に傾斜するように構成されており、下流側に向かうほど径が小さくなる円錐台状に形成されている。
The
第2部分61bにおける上下流方向の下流端部には、その周方向全体に亘って、外側に膨出する膨出部61eが形成されている。膨出部61eは、上下流方向に所定の長さに亘って形成されている。具体的には、膨出部61eの上下流方向の長さは、下流側緩衝部材66の上下流方向の長さとほぼ同じとなっている。膨出部61eの内周面は、下流側緩衝部材66の外周面に沿った形状(断面円弧状)に形成されている。具体的には、図9に示されるように、膨出部61eの内周面は、アウターシェル61の中心軸X3上の点P2を中心とする半径R2の第2の球面C2の一部をなすように形成されている。つまり、中心軸X3を通る平面で膨出部61eを切断すると、その切断面の内縁(中心軸X3側の縁)が円弧状となる。点P2は、中心軸X3上で膨出部61eよりも上流側に位置している。
A bulging
第3部分61cは、スライド側ストレート部62cの円筒状の下流側部分、および後述の被操作部92を囲んでいる。第3部分61cには、貫通孔61fが形成されている。貫通孔61fは、後述の揺動アーム74が挿通される孔である。貫通孔61fは、揺動アーム74が上下流方向に沿って揺動したときに揺動アーム74が貫通孔61fの周縁部に干渉しない程度の大きさに形成されている。
The
第4部分61dは、ディフューザ部63を囲んでおり、ディフューザ部63の外形に沿って略円錐台形状に形成されている。ディフューザ部63は、この第4部分61dに固定されている。
The
<移動機構90の構成>
スライド部62をスライド変位させるための移動機構90について説明する。
<Configuration of moving
A moving
図2,3に示されるように、本実施形態における移動機構90は、アクチュエータ70と、レバー部94と、シャフト73と、揺動アーム74(図3,6〜9参照)と、操作部75(図6〜9参照)と、被操作部92(図6〜9参照)とを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the moving
アクチュエータ70、レバー部94、シャフト73、および揺動アーム74により、本発明の揺動機構が構成される。
The
図2,3に示される例では、アクチュエータ70は、直動型のダイアフラム式アクチュエータである。アクチュエータ70は、ダイアフラム(図示略)が内蔵されたアクチュエータ本体71と、アクチュエータ本体71からアウターシェル61の中心軸X3に沿った方向に延びるロッド72とを有する。アクチュエータ本体71が作動することにより、ロッド72は、アクチュエータ本体71と接離する方向に直線的に変位する(下流側に向かって前進および上流側に向かって後退する)。
In the example shown in FIGS. 2 and 3, the
レバー部94は、ロッド72とシャフト73とを繋ぐ板状の部材である。レバー部94の一端部は、ロッド72の先端部(アクチュエータ本体71とは反対側の端部)に揺動可能に接続されている。ロッド72の変位(前進および後退)に伴い、レバー部94は、シャフト73を中心として、上下流方向に沿って揺動する。
The
シャフト73は、円柱状の部材であり、レバー部94からアウターシェル61に向かって延びている。シャフト73のレバー部94側の端部は、レバー部94の中央部に固定されている。レバー部94の揺動に伴い、シャフト73は、その中心軸周りに回動する。
The
図6〜9に示されるように、揺動アーム74は、アウターシェル61の外部からアウターシェル61の貫通孔61fを通過して、スライド側ストレート部62c付近まで延びている。揺動アーム74のスライド部62とは反対側の端部(反スライド部側の端部)には、揺動アーム74をシャフト73に固定するための貫通孔74aが形成されている。揺動アーム74の貫通孔74aには、シャフト73のアウターシェル61側の端部が圧入されている。この圧入により、揺動アーム74の反スライド部側の端部がシャフト73に固定されている。揺動アーム74は、シャフト73の回動に伴い、シャフト73を中心として、上下流方向に沿って揺動する。つまり、揺動アーム74は、反スライド部側の端部に揺動中心Y0を有しており、この揺動中心Y0周りに揺動する。
6-9, the
ロッド72、レバー部94、シャフト73、および揺動アーム74により、リンク機構が構成されている。このリンク機構により、ロッド72の直線的な前進および後退の動きが、揺動アーム74の揺動運動に変換される。
The
図6〜9に示されるように、操作部75は、揺動アーム74におけるスライド部62側の端部に設けられている。操作部75は、下流側に向かうほど径が小さくなる円錐台状の周壁からなり、その周壁の外周面および内周面は球面状に湾曲している。操作部75の上流側端部は、揺動アーム74のスライド部62側の端部と一体に形成されている。操作部75の厚みは、その全体で一定となっている。
6-9, the
操作部75は、揺動アーム74と共に揺動中心Y0周りに(シャフト73を中心として)上下流方向に沿って揺動する。
The
操作部75を上流側もしくは下流側から見ると、操作部75は、スライド側ストレート部62cの外径よりも大きな内径を有してスライド側ストレート部62cを包囲するリング状をなしている。操作部75の中央部には、スライド側ストレート部62cが挿通される挿通孔75a(図6,8参照)が形成されている。挿通孔75aの径は、スライド側ストレート部62cの外径よりも大きく、後述の第1の被操作部78の外径よりも小さい。
When the operating
操作部75は、上流側に操作部75の内周面である第1面を有し、下流側に操作部75の外周面である第2面を有している。
The
操作部75の第1面は、断面円弧状の凹面をなしている。具体的には、操作部75の第1面は、スライド部62の中心軸X2上の点P3を中心とする半径R3の第3の球面C3の一部で構成されている。操作部75の揺動に伴い、第3の球面C3の中心点P3は、揺動中心Y0を中心とする円弧上を移動する。可動部62がその可動領域の最上流位置にあるときには、中心点P3は、スライド部62の中心軸X2、ノズル部64の中心軸X1、およびアウターシェル61の中心軸X3上で且つ揺動中心Y0よりも上流側に位置する(図7参照)。一方、可動部62がその可動領域の最下流位置にあるときには、中心点P3は、スライド部62の中心軸X2、ノズル部64の中心軸X1、およびアウターシェル61の中心軸X3上で且つ揺動中心Y0よりも下流側に位置する(図9参照)。
The first surface of the
スライド部62がその可動領域の最上流位置にあるときの中心点P3(以下、「最上流位置の中心点P3」と称する)と、スライド部62がその可動領域の最下流位置にあるときの中心点P3(以下、「最下流位置の中心点P3」と称する)とは、揺動アーム74の揺動中心Y0からスライド部62の中心軸X2に下した垂線と当該中心軸X2との交点K(図7,9参照)に近接している。最上流位置の中心点P3と交点Kとの距離S1(図7参照)は、最下流位置の中心点P3と交点Kとの距離S2(図9参照)に等しい。
A center point P3 when the
最上流位置の中心点P3および最下流位置の中心点P3は、上記交点Kに近接しているため、中心点P3が円弧の軌跡を描きながら変位しても、上下流方向と直交する方向への中心点P3の変位量は微小量(ゼロ近傍の値)となる。従って、スライド部62がその可動領域の最上流位置と最下流位置の間を移動するとき、中心点P3は、実質的に、ノズル部64の中心軸X1およびアウターシェル61の中心軸X3上にある。
Since the center point P3 of the most upstream position and the center point P3 of the most downstream position are close to the intersection point K, even if the center point P3 is displaced while drawing a circular locus, the direction is perpendicular to the upstream and downstream directions. The displacement amount of the center point P3 is a minute amount (a value near zero). Therefore, when the
操作部75の第2面は、断面円弧状の凸面をなしている。具体的には、操作部75の第2面は、第3の球面C3の中心点P3を中心とする半径R4の第4の球面C4の一部で構成されている。
The second surface of the
図6〜9に示されるように、被操作部92は、スライド側ストレート部62cの下流側部分の外周面に設けられている。被操作部92は、操作部75をスライド可能に上下流方向の両側から支持する内壁面を有する溝部93(図7,9参照)を含んでいる。溝部93の内壁面は、操作部75の第1面に沿った凸面、および操作部75の第2面に沿った凹面により形成されている。
6-9, the to-
被操作部92は、上記凸面を有する第1の被操作部78と、上記凹面を有して第1の被操作部78とは別体の第2の被操作部76とを含む。溝部93は、第1の被操作部78の凸面と第2の被操作部76の凹面との間に形成される。溝部93の幅(凸面と凹面との間隔)は、操作部75の厚みとほぼ同じである。第1の被操作部78および第2の被操作部76は、スライド側ストレート部62cの外周面の全周に沿ってリング状に形成されている。
The operated
第1の被操作部78は、第2の被操作部76の上流側に配置されている。第1の被操作部78は、その凸面が下流側を向くように配置されている。第1の被操作部78の上流側の面は、スライド部62におけるフランジ部62eの下流側の面に当接している。第1の被操作部78は、上流側緩衝部材65と同様の材料で構成することができる。
The first operated
第1の被操作部78の凸面は、断面円弧状をなしている。具体的には、第1の被操作部78の凸面は、第3の球面C3(半径R3よりも僅かに小さな半径の球面でもよい)の一部で構成されている。つまり、第1の被操作部78の凸面は、操作部75の第1面に沿っており、操作部75の第1面に接触している。操作部75の第1面は、第1の被操作部78の凸面に対してスライド可能である。
The convex surface of the first operated
第2の被操作部76は、その凹面が上流側を向くように配置されている。第2の被操作部76は、スライド側ストレート部62cの外周面に固定される円筒状の固定部76bと、固定部76bの上流端から上流側に延びて操作部75の第2面を支持する支持部76aとを有する。支持部76aは、上流側に向かうほど径が大きくなる円錐台状の周壁である。支持部76aの上流側の面が、第2の被操作部76の上記凹面となっている。
The second operated
第2の被操作部76の凹面は、断面円弧状をなしている。具体的には、第2の被操作部76の凹面は、第4の球面C4(半径R4よりも僅かに大きな半径の球面でもよい)の一部で構成されている。つまり、第2の被操作部76の凹面は、操作部75の第2面に沿っており、操作部75の第2面に接触している。操作部75の第2面は、第2の被操作部76の凸面に対してスライド可能である。
The concave surface of the second operated
以上のように構成された移動機構90では、アクチュエータ本体71によってロッド72が変位すると、レバー部94がシャフト73を支点として揺動し、これに伴いシャフト73がその中心軸を中心として回動する。シャフト73の回動に伴い、揺動アーム74および操作部75が揺動する。操作部75の揺動に伴い、被操作部92は、操作部75を溝部93内でスライドさせつつスライド部62を上下流方向に変位させる(図7,9参照)。
In the moving
ここで、アクチュエータ本体71は、オンオフ制御され、ロッド72の位置を第1の位置と第2の位置との2つの位置で切り替えるようになっており、これに伴いスライド部62は、その位置が最上流位置と最下流位置との2つの位置で切り替えられるようになっている。例えば、アクチュエータ70がオンとされることで、スライド部62は最上流位置とされ、オフとされることで、スライド部62は最下流位置とされる。
Here, the actuator
<制御系の構成>
次に、本実施形態に係る排気装置100の制御系統について説明する。本実施形態の排気装置100は、その各部が図外のECU(Electronic Control Unit)によって統括的に制御される。ECUは、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
<Control system configuration>
Next, a control system of the
ECUは、車両の運転状態(運転領域)を検出する図外のセンサから車両の運転状態を入力し、その運転状態に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、排気装置100の各部を制御する。
The ECU inputs the driving state of the vehicle from a sensor (not shown) that detects the driving state (driving region) of the vehicle, performs various determinations and calculations based on the driving state, and controls each part of the
本実施形態では、図10に示すように、運転領域として、エンジン回転数が低くエンジン負荷が高い低速高負荷領域(第1領域)A1と、エンジン回転数が低くエンジン負荷が低い低速低負荷領域(第2領域)A2と、エンジン回転数が高くエンジン負荷が高い高速領域(第3領域)A3とが設定されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 10, as operating regions, a low-speed high-load region (first region) A1 where the engine speed is low and the engine load is high, and a low-speed and low-load region where the engine speed is low and the engine load is low. (Second area) A2 and a high speed area (third area) A3 where the engine speed is high and the engine load is high are set.
以下、各運転領域で実施される制御内容について説明する。 Hereinafter, the control content implemented in each operation area | region is demonstrated.
(低速高負荷領域A1における制御)
低速高負荷領域A1では、スライド部62が最上流位置に変位するように、ECUによりアクチュエータ70が制御される。具体的には、低速高負荷領域A1では、ECUは、アクチュエータ70をオンとする制御を行う。
(Control in the low speed and high load area A1)
In the low speed and high load region A1, the
この制御は、主として、エゼクタ効果を高めて、このエゼクタ効果により各気筒12a〜12d内の掃気を促進してエンジントルクを確保することを目的として実施される。
This control is performed mainly for the purpose of enhancing the ejector effect and promoting scavenging in each of the
スライド部62が最上流位置に変位したとき、操作部75の第1面および第2面は、被操作部92が有する溝部93の内壁面によって、上下流方向の両側から支持される。操作部75は、被操作部92との接触面が断面円弧状に形成されているので、接触面が断面円弧状でない場合と比べて、被操作部92との接触面積が大きくなる。従って、操作部75の第1面が広い接触面積で被操作部92の凸面に接触し、且つ、操作部75の第2面が広い接触面積で被操作部92の凹面に接触するため、操作部75が被操作部92に接触することによるかじり、固着、および過度の摩耗の発生が抑制され、がたつきが生じにくくなって接触音の発生も抑制される。
When the
(低速低負荷領域A2における制御)
低速低負荷領域A2では、スライド部62が最下流位置に変位するように、ECUによりアクチュエータ70が制御される。具体的には、低速低負荷領域A2では、ECUは、アクチュエータ70をオフとする制御を行う。
(Control in low speed and low load area A2)
In the low-speed and low-load region A2, the
この制御は、主として、気筒12a〜12d内に残留ガス量を確保して、吸気のポンピングロスを抑制するとともに、燃焼温度を低く抑えて冷却損失の増大を抑制し、これにより、適正なエンジントルクを確保することを目的として実施される。
This control mainly secures the amount of residual gas in the
スライド部62が最下流位置に変位したときにおいても、操作部75の第1面および第2面は、被操作部92が有する溝部93の内壁面によって、上下流方向の両側から支持される。従って、操作部75が被操作部92に接触することによるかじり、固着、および過度の摩耗の発生が抑制され、がたつきが生じにくくなって接触音の発生も抑制される。
Even when the
(高速領域A3における制御)
高速領域A3では、スライド部62が最下流位置に変位するように、ECUによりアクチュエータ70が制御される。具体的には、高速領域A3では、ECUは、アクチュエータ70をオフとする制御を行う。
(Control in high speed area A3)
In the high speed region A3, the
この制御は、主として、背圧を低く抑え、これにより掃気性能を高めて、高いエンジントルクを確保することを目的として実施される。 This control is mainly performed for the purpose of keeping the back pressure low, thereby improving the scavenging performance and ensuring high engine torque.
高速領域A3における制御においても、低速低負荷領域A2における制御と同様に、操作部75が被操作部92に接触することによるかじり、固着、および過度の摩耗の発生が抑制され、がたつきが生じにくくなって接触音の発生も抑制される。
In the control in the high speed region A3, as in the control in the low speed and low load region A2, the occurrence of galling, sticking, and excessive wear due to the
以上説明したように、本実施形態によれば、操作部75の第1面および第2面は、被操作部92の溝部93の内壁面により、上下流方向の両側から広い接触面積で支持されるため、操作部75が被操作部92に接触することによるかじり、固着、および過度の摩耗の発生が抑制され、がたつきが生じにくくなって接触音の発生も抑制される。
As described above, according to this embodiment, the first surface and the second surface of the
また、本実施形態によれば、被操作部92は、第1の被操作部78と、第1の被操作部78とは別体の第2の被操作部76とを含むので、被操作部92を容易に製造することができるとともに、湾曲した内壁面を有する溝部93を容易に形成することができる。
In addition, according to the present embodiment, the operated
また、本実施形態によれば、操作部75、第1の被操作部78、および第2の被操作部76はスライド部62の全周に沿ってリング状に形成されているため、操作部75の力(揺動アーム74の力)を、スライド部62に対してその全周に亘って伝達することができ、その結果、スライド部62を上下流方向に沿って適切に変位させることができる。
In addition, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、スライド側ストレート部62cの外周面にフランジ部62eが突設されており、このフランジ部62eに第1の被操作部78が当接している。このため、操作部75の力(揺動アーム74の力)を、フランジ部62eを介して確実にスライド部62に伝達することができるため、スライド部62を上下流方向に沿って適切に変位させることができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、第1の被操作部78がシールリングであるため、流体の漏れ防止に用いられる一般的なシールリングを利用して、接触音、かじり、過度の摩耗、および固着の抑制と、シール性の確保とを容易に図ることができ、製造コストを抑えることができる。
In addition, according to the present embodiment, since the first operated
また、本実施形態によれば、操作部75の第1面および第1の被操作部78の凸面が第3の球面C3の一部で構成され、操作部75の第2面および第2の被操作部76の凹面が第4の球面C4の一部で構成されている。このため、製造誤差などによりスライド部62の軸方向X2がノズル部64の軸方向X1またはアウターシェル61の軸方向X3に対して傾斜していても、操作部75の第1面が第1の被操作部78の凸面に適正に接触し、操作部75の第2面が第2の被操作部76の凹面に適正に接触するので、接触音、かじり、過度の摩耗、および固着をより確実に抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, the first surface of the
また、本実施形態によれば、最上流位置の中心点P3と最下流位置の中心点P3とは、ノズル部64の中心軸X2上に位置している。このため、作動部75の揺動に伴い、スライド部62が上下流方向と直交する方向に変位しても、スライド部62が最上流位置にあるときと最下流位置にあるときには、スライド部62は、その中心軸X2がノズル部64の中心軸X1と一致する位置に配置される。従って、スライド部62が最上流位置にあるときと最下流位置にあるときに、スライド部62を適正な位置に配置することができる。
Further, according to the present embodiment, the center point P3 at the most upstream position and the center point P3 at the most downstream position are located on the center axis X2 of the
また、本実施形態によれば、最上流位置の中心点P3と最下流位置の中心点P3とは、揺動中心Y0からスライド部62の中心軸に下した垂線と当該中心軸との交点Kに近接している。このため、スライド部62が上下流方向と直交する方向に変位しても、その方向への変位量は微小量となる。従って、スライド部62が揺動しているときに、スライド部62の位置が上下流方向と直交する方向にずれるのを抑制することができる。また、操作部75の第1面が第1の被操作部78の凸面に適正に接触し、操作部75の第2面が第2の被操作部76の凹面に適正に接触するので、接触音、かじり、過度の摩耗、および固着をより確実に抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, the center point P3 at the most upstream position and the center point P3 at the most downstream position are the intersection K between the perpendicular line extending from the swing center Y0 to the center axis of the
なお、上記実施形態においては、操作部75の第1面および第2面が共に球面の一部で構成され、第1の被操作部78の凸面および第2の被操作部76の凹面が共に球面の一部で構成されているが、これに限られない。操作部75が被操作部92の溝部93の内壁面に対して大きな面積で接触しつつスライド可能であるならば、上記第1面、第2面、凸面、および凹面を球面以外の曲面で構成してもよい。
In the above-described embodiment, both the first surface and the second surface of the
また、上記実施形態においては、ディフューザ部63の上流側部分63aの内径が、スライド側ストレート部62cの下流端部の外径よりもわずかに大きい寸法に設定されているものとしたが、製造誤差や熱変形により、接触音、かじり、固着が懸念される場合には、両者間にクリアランスを設定し接触させない構造とすることもできる。
In the above embodiment, the inner diameter of the
また、上記実施形態では、全ての気筒12a〜12dが、各々独立して(各々個別に)独立排気通路52に接続されており、これによりエンジン1に接続される独立排気通路52の数が4つとされているが、これに限られない。例えば、気筒12のうち第1気筒12aと第4気筒12dとが、各々独立して独立排気通路52,52に接続される一方、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とが、中途部で二股状に分岐した1つの独立排気通路52に接続されてもよい。詳細には、第2気筒12bと第3気筒12cに接続されている独立排気通路52は、その中途部で下流側から上流側に向かって2つの通路に分岐しており、その一方の分岐通路に第2気筒12bが接続され、他方の分岐通路に第3気筒12cが接続されてもよい。このような構成とすることにより、エンジン1に接続される独立排気通路52の数が3つとなり、排気装置の構造が簡素化される。
Further, in the above embodiment, all the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図11〜18を参照しつつ説明する。なお、第1実施形態と同様の構造については、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the structure similar to 1st Embodiment, the same referential mark is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
本実施形態における移動機構90Aは、アクチュエータ70(図11参照)と、レバー部94と、シャフト73A(本発明の「カムシャフト」に相当する)と、揺動アーム81b,81c(図12〜16,18参照)と、操作部75と、被操作部92と、偏心カム80と、ピボット部81dと、ピボット支持部82と、外輪部81aとを備えている。
The moving
本実施形態においては、アウターシェル61は、偏心カム80および外輪部81aを収容するカバー部61fと、ピボット部81dを支持するピボット支持部82とを有している。
In the present embodiment, the
カバー部61fは、アウターシェル61における膨出部61eの下流側で径方向外側に膨出する部分である。カバー部61fは、円筒状のブッシュ(図示略)を介して、シャフト73Aを回転自在に支持している。
The
ピボット支持部82は、アウターシェル61における膨出部61eの下流側で径方向外側に突起状に膨出する部分である。ピボット支持部82は、アウターシェル61におけるカバー部61fとは径方向反対側に形成されている。ピボット支持部82は、その内側に径方向外側に延びる円筒状のスライド支持面82a(図12〜15参照)を有している。スライド支持面82aは、後述する球状のピボット部81dを、ピボット部81dとシャフト73Aとを結ぶ方向にスライド変位可能に支持する。
The
ディフューザ部63の内側には、上流側からスライド側ストレート部62cの下流端部が挿通されている。ディフューザ部63の上流側部分63aの内径は、スライド側ストレート部62cの下流端部の外径よりも大きい寸法に設定されている。具体的には、スライド部62が最上流位置にあるときおよび最下流位置にあるとき(図12〜15,16(a),(c)参照)に、スライド側ストレート部62cの下流端部の外周面がディフューザ部63の上流側部分63aの内周面から離間し、偏心カム80の回転に伴ってスライド側ストレート部62cがピボット支持部82に最も接近したとき(図16(b)参照)に、スライド側ストレート部62cの下流端部の外周面がディフューザ部63の上流側部分63aの内周面に当接するように、ディフューザ部63の上流側部分63aの内径が設定されている。
Inside the
アクチュエータ70、レバー部94、シャフト73A、揺動アーム81b,81c、偏心カム80、ピボット部81d、ピボット支持部82、および外輪部81aにより、本発明の揺動機構が構成されている。外輪部81a、揺動アーム81b,81c、操作部75、およびピボット部81dは、一体に形成されている。
The
図12〜16,18に示されるように、偏心カム80は、可動部62のスライド側ストレート部62cよりもその径方向外側の位置に設けられた円板状のカムであり、その偏心位置にシャフト73Aが固定され、シャフト73Aの回転に伴って回転する。偏心カム80の径方向の中心C(図12,14,17参照)は、シャフト73Aの回転に伴い、上下流方向に変位しつつ、シャフト73Aの軸心Qとピボット部81dとを結ぶ方向に変位する。
As shown in FIGS. 12 to 16 and 18, the
具体的には、偏心カム80の径方向の中心Cがシャフト73Aの軸心Qよりも上流側に位置する状態(図12,13,16(a),17(a)参照)において、シャフト73Aが図12における反時計回り方向(左回り方向)に回転することにより、偏心カム80の中心Cがシャフト73Aの軸心Qに対して上下流方向の同じ位置に並ぶ状態(図16(b),17(b)参照)を経て、偏心カム80の中心Cがシャフト73Aの軸心Qよりも下流側に位置する状態(図14,15,16(c),17(c)参照)に遷移する。
Specifically, in the state where the radial center C of the
また、偏心カム80の径方向の中心Cがシャフト73Aの軸心Qよりも下流側に位置する状態(図14,15,16(c),17(c)参照)において、シャフト73Aが図14における時計回り方向(右回り方向)に回転することにより、偏心カム80の中心Cがシャフト73Aの軸心Qに対して上下流方向の同じ位置に並ぶ状態(図16(b),17(b)参照)を経て、偏心カム80の中心Cがシャフト73Aの軸心Qよりも上流側に位置する状態(図12,13,16(a),17(a)参照)に遷移する。
In the state where the center C in the radial direction of the
偏心カム80の中心Cが最も上流側に位置する状態(図12,13参照)では、シャフト73Aの軸心Qが、偏心カム80の中心Cを通り、かつ、上下流方向に沿った基準線X4の近傍に位置する(図17(a)参照)。すなわち、基準線X4とシャフト73Aの軸心Qとの距離S3は、ゼロ近傍の値とされる。なお、図17(a)における直線X5は、シャフト73Aの軸心Qを通り、かつ、基準線X4と平行な線である。また、図17(a)では、図を見易くするために、距離S3がシャフト73Aの半径程度に図示されているが、実際には、距離S3はシャフト73Aの半径よりも小さく設定される。
In a state where the center C of the
この状態では、スライド部62の位置が最上流位置(図12,13参照)となり、これにより、独立排気通路52からノズル内通路64aに流入した排気ガスが通過する通路が、ノズル内通路64aのみとなる。その結果、スライド側縮径部62b内で排気ガスが通過する通路の流路面積が最小となる。
In this state, the position of the
一方、偏心カム80の中心Cが最も下流側に位置する状態(図14,15参照)では、シャフト73Aの軸心Qが、偏心カム80の中心Cを通り、かつ、上下流方向に沿った基準線X4の近傍に位置する(図17(c)参照)。すなわち、基準線X4とシャフト73Aの軸心Qとの距離S4は、ゼロ近傍の値とされる。なお、図17(c)における直線X5は、シャフト73Aの軸心Qを通り、かつ、基準線X4と平行な線である。また、図17(c)では、図を見易くするために、距離S4がシャフト73Aの半径程度に図示されているが、実際には、距離S4はシャフト73Aの半径よりも小さく設定される。
On the other hand, in a state where the center C of the
この状態では、スライド部62の位置が最下流位置(図14,15参照)となり、これにより、独立排気通路52からノズル内通路64aに流入した排気ガスが通過する通路が、ノズル内通路64aおよび外部通路64eとなる。その結果、排気ガスが通過する通路の流路面積が図12,13の場合よりも大きくなる。
In this state, the position of the
図12〜16,18に示されるように、外輪部81a(本発明の「変位部」に相当)は、偏心カム80の外周に回転自在に外嵌めされた円環状の部材である。外輪部81aは、偏心カム80の回転に伴って、上下流方向に変位しつつ、シャフト73Aの軸心Qとピボット部81dとを結ぶ方向に変位する。つまり、外輪部81aは、偏心カム80の中心Cの動きに合わせて変位する。図16(b)に示される状態、すなわち、スライド部62が最上流位置と最下流位置の間の中央位置にあるときに、外輪部81aおよびスライド側ストレート部62cがピボット支持部82に最も接近する。
As shown in FIGS. 12 to 16 and 18, the
揺動アーム81b,81cは、本発明の連結部に相当する棒状の部材である。図12〜16,18に示されるように、揺動アーム81bは、外輪部81aと操作部75とを連結し、揺動アーム81cは、操作部75とピボット部81dとを連結する。揺動アーム81bおよび揺動アーム81cは、各々、外輪部81aとピボット部81dとを結ぶ方向に延びており、これらは同一直線上に配置されている。
The
揺動アーム81b,81cは、シャフト73Aの回動に伴い、ピボット部81dを中心として、上下流方向に沿って揺動する(図12〜16参照)。つまり、揺動アーム81b,81cは、ピボット部81dの中心Nを揺動中心として、この揺動中心N周りに揺動する。
As the
なお、図13,15において、点Kは、シャフト73Aの軸心Qとピボット部81dの中心Nとを結ぶ直線L1と中心軸X1,X2との交点であり、点Mは、偏心カム80の中心Cとピボット部81dの中心Nとを結ぶ直線L2と中心軸X1,X2との交点である。
13 and 15, a point K is an intersection of a straight line L1 connecting the axis Q of the
ピボット部81dは、揺動アーム81cの先端部に設けられた球状部分である。ピボット部81dは、スライド支持部82のスライド支持面82aに当接しつつ、ピボット部81dとシャフト73Aとを結ぶ方向にスライド変位する。
The
図11に示されるように、アクチュエータ70は、ロッド72と、ロッド72を往復運動させるアクチュエータ本体71とを有する。ロッド72は、アクチュエータ本体71からアウターシェル61の中心軸X3に対して傾斜した方向に延びている。アクチュエータ本体71が作動することにより、ロッド72は、アクチュエータ本体71と接離する方向に直線的に変位する(下流側に向かって前進および上流側に向かって後退する)。
As shown in FIG. 11, the
図11に示されるように、レバー部94の一端部は、ロッド72の先端部に揺動可能に接続され、レバー部94の他端部は、シャフト73Aに固定されている。レバー部94とロッド72との接続部は、レバー部94とシャフト73Aとの接続部(固定部)よりも、アウターシェル61の中心軸X3側に位置している。 ロッド72、レバー部94、シャフト73Aにより、ロッド72の直線運動をシャフト73Aの回転運動に変換するリンク機構が構成され、偏心カム80、外輪部81a、揺動アーム81a,81b、ピボット部81d、およびピボット支持部82により、シャフト73Aの回転運動を揺動アーム81a,81bの揺動運動に変換するカム機構が構成されている。
As shown in FIG. 11, one end portion of the
本実施形態における最上流位置の中心点P3および最下流位置の中心点P3は、交点K(図7,9参照)よりも上流側に位置する。 In the present embodiment, the center point P3 at the most upstream position and the center point P3 at the most downstream position are located upstream from the intersection K (see FIGS. 7 and 9).
可動部62がその可動領域の最上流位置にあるときには、交点Mが、可動部62の中心軸X2、ノズル部64の中心軸X1、およびアウターシェル61の中心軸X3上で且つ交点Kよりも上流側に位置する(図7参照)。一方、可動部62がその可動領域の最下流位置にあるときには、交点Mが、可動部62の中心軸X2、ノズル部64の中心軸X1、およびアウターシェル61の中心軸X3上で且つ交点Kよりも下流側に位置する(図9参照)。
When the
可動部62が最上流位置にあるときの交点Kと交点Mとの距離(図7参照)は、可動部62が最下流位置にあるときの交点Kと交点Mとの距離(図9参照)に等しい。
The distance between the intersection K and the intersection M when the
本実施形態では、シャフト73Aの回転に伴って偏心カム80が回転することにより、スライド部62の位置が、最上流位置(図12,13参照)と、これよりも下流側の位置(図14,15参照)とに変位し、これにより、排気ガスが通過する通路の流路面積が切り替えられる。
In the present embodiment, the
次に、移動機構90Aの構成部材に作用する力について、図17,18を参照しつつ説明する。図17(a),18は、可動部62が可動領域の最上流位置にあるときの状態を示しており、図17(b)は、可動部62が可動領域の中流位置にあるときの状態を示しており、図17(c)は、可動部62が可動領域の最下流位置にあるときの状態を示している。なお、図18において、移動機構90A全体で力が釣り合っているものとする。
Next, the force which acts on the structural member of the moving
可動部62の内部には、下流側に向かって排気ガスが流れている。このため、図18に示されるように、可動部62は下流側に向かう方向の押圧力F1を排気ガスから受け、その押圧力F1は被操作部92を介して操作部75に伝達される。操作部75が受けた押圧力F1の一部の力F6が、揺動アーム81bを介して外輪部81aに伝達され、力F1から力F6を差し引いた力F4が、揺動アーム81cを介してピボット部81dに伝達される。つまり、力F1の大きさは、力F4の大きさと力F6の大きさの和に等しい。そして、下流側へ向かう方向の力F6が、外輪部81aから偏心カム80に伝達され、下流側へ向かう方向の力F4が、ピボット部81dからピボット支持部82に伝達される(図18参照)。
Inside the
外輪部81aから力F6を受けた偏心カム80は、外輪部81aに対して、上流側に向く方向の力F2(反作用の力)を作用させる(図17(a),18参照)。力F2は、排気ガスが偏心カム80を回転させようとする力(以下、「排気ガスによるカム回転力」と称する)に対抗する分力(図17(a),18における時計回り方向の力)f22と、排気ガスがシャフト73Aを下流側へ押圧する力に対抗する分力(上流側に向く力)f21とに分けられる。分力f22は、アクチュエータ70の駆動力F3(図18参照)から得られる力である。なお、図17,18における直線L3は、力f21の作用線であり、力f21の作用点とシャフト73Aの軸心Qとを通る直線である。直線L4は、力f22の作用線であり、アクチュエータ70のロッド72が進退する方向に平行な直線である。
The
アクチュエータ70は、偏心カム80に分力f22を作用させるために、分力f22と向きが同じで、かつ、分力f22に基づく大きさの力F3でロッド72を引っ張ればよい。アクチュエータ70のアクチュエータ本体71が、ロッド72を力F3で引っ張ることにより、可動部62の上下流方向の位置を保持することができる。なお、図18における力f31は、力F3の上下流方向の分力であり、力f32は、直線L3に平行な方向の分力である。
In order to apply the component force f22 to the
図17(a)〜(c)から分かるように、図17(a)に示される状態では、分力f22が図17(b),(c)に示される状態と比べて格段に小さくなっている。これは、偏心カム80と外輪部81aとの間で、排気ガスによるカム回転力(分力f22と大きさが同じで逆向きの力)が低減され、そのカム回転力は、可動部62が可動領域の最下流位置にあるとき(図17(c)参照)に最も低減されるためである。つまり、力F6の作用点(図17においては偏心カム80の上流端部)において力F6と直線L3とがなす角度θが小さい程、換言すれば距離S3が小さい程、排気ガスによるカム回転力が小さくなる。このことから、アクチュエータ70に極めて小さい引張力F3を発生させるだけで、可動部62が最上流位置にある状態を保持できることが分かる。
As can be seen from FIGS. 17 (a) to (c), in the state shown in FIG. 17 (a), the component force f22 is significantly smaller than in the states shown in FIGS. 17 (b) and 17 (c). Yes. This is because the cam rotation force by the exhaust gas (the same force as the component force f22 and the opposite direction force) is reduced between the
これに対し、図19に示されるように、レバー部94を揺動アーム74に固定した場合には、排気ガスによるカム回転力が低減されないため、アクチュエータ70は本実施形態における力F3よりも大きな駆動力(引張力)F7を発生させる必要がある。なお、図19における力f71は、力F7の上下流方向の分力であり、力f72は、力F7のレバー部94に沿った方向の分力である。
On the other hand, as shown in FIG. 19, when the
以上説明したように、本実施形態によれば、可動部62が上流側に変位した状態を保持するためにアクチュエータ70(直動型アクチュエータ)に必要とされる駆動力(引張力)を低減することができ、これにより、アクチュエータ70の小型化を図ることができる。詳しく説明すると、可動部62が上流側に変位した状態(スライド側縮径部62bの流路面積が小さくなった状態)を保持するためには、排気ガスの圧力によって可動部62が下流側に変位しないように、可動部62を上流側に変位させる向きの駆動力(引張力)F3をアクチュエータ70に発生させる必要がある。本実施形態では、アクチュエータ70と可動部62との間に、偏心カム80および偏心カム80の回動に伴って上下流方向に変位する外輪部81aが介在しているため、排気ガスによるカム回転力が、偏心カム80と外輪部81aとの間で低減され、これにより、排気ガスによるカム回転力に対抗するためにアクチュエータ70に必要とされる駆動力F3が低減される。
As described above, according to the present embodiment, the driving force (tensile force) required for the actuator 70 (direct acting actuator) to maintain the state in which the
また、本実施形態によれば、排気ガスが可動部62を下流側へ押圧する力が、ピボット支持部82および偏心カム80の双方に伝達されるため、その押圧力がピボット支持部82と偏心カム80とに分散される(力F4と力F6)。これにより、排気ガスによるカム回転力が低減され、その結果、アクチュエータ70に必要とされる駆動力F3を低減することができる。
In addition, according to the present embodiment, the force that the exhaust gas presses the
また、本実施形態によれば、可動部62がその可動領域の最上流位置にあるときには、シャフト73Aの軸心Qが、偏心カム80における径方向の中心Cを通り、かつ、上下流方向に沿った基準線X4の近傍に位置しているため、排気ガスによるカム回転力がゼロ近傍の大きさとなる。これにより、アクチュエータ70に必要とされる駆動力F3(図18参照)を格段に低減することができる。
Further, according to the present embodiment, when the
また、本実施形態によれば、ピボット支持部82が、ピボット部81dを、ピボット部81dとシャフト73Aとを結ぶ方向A(図16参照)にスライド変位可能に支持しているため、可動部62を上下流方向にスムースに変位させることができる。
In addition, according to the present embodiment, the
1 エンジン
12a〜12d 気筒
52a 独立排気通路
61 アウターシェル
62 スライド部(可動部)
62b スライド側縮径部(流入部)
62c スライド側ストレート部(集合部)
62e フランジ部
64 ノズル部
64a ノズル内通路
70 アクチュエータ
73A シャフト(カムシャフト)
74 揺動アーム
75 操作部
76 第2の被操作部
78 第1の被操作部
80 偏心カム
81a 外輪部(変位部)
81b,81c 揺動アーム(連結部)
81d ピボット部
82 ピボット支持部
90 移動機構
92 被操作部
93 溝部
C 偏心カムの中心
C3 第3の球面(第1の球面)
C4 第4の球面(第2の球面)
P3 第3の球面の中心点(第1の球面の中心点)
P4 第4の球面の中心点(第2の球面の中心点)
K 交点
Q シャフトの軸心
Y0 揺動中心
1
62b Slide side reduced diameter part (inflow part)
62c Slide side straight part (aggregation part)
74
81b, 81c Swing arm (connecting part)
C4 Fourth spherical surface (second spherical surface)
P3 Center point of the third sphere (center point of the first sphere)
P4 Center point of the fourth sphere (center point of the second sphere)
K Intersection point Q Shaft axis Y0 Center of swing
Claims (12)
前記ノズル内通路から排出されたガスが流入する流入部、および、当該流入部を通過したガスが集合する集合部を有し、ガスの流れ方向における前記ノズル部の下流側にガス流れの上下流方向に変位可能に設けられて、上流側に変位したときに前記流入部の流路面積を縮小し、下流側に変位したときに前記流入部の流路面積を拡大する筒状の可動部と、
前記可動部を前記上下流方向に変位させる移動機構とを備え、
前記移動機構は、前記可動部よりもその径方向外側の位置に揺動中心を有して前記上下流方向に沿って揺動可能に設けられ、かつ、前記上下流方向の一方側に断面円弧状の凹面からなる第1面を備えるとともに、前記上下流方向の他方側に断面円弧状の凸面からなる第2面を備えた操作部と、
前記操作部を前記上下流方向に沿って揺動させる揺動機構と、
前記可動部の外周部に設けられ、前記操作部の前記第1面に沿った凸面および前記操作部の前記第2面に沿った凹面を有して当該凸面および凹面により前記操作部をスライド可能に前記上下流方向の両側から支持する内壁面を有する溝部を含み、前記操作部の揺動に伴い、前記操作部を前記溝部内でスライドさせつつ前記可動部を前記上下流方向に変位させる被操作部と、を備えた多気筒エンジンの排気装置。 A plurality of independent exhaust passages that are independently connected to the plurality of cylinders of an engine having a plurality of cylinders, or independent exhaust passages that are branched in the middle and connected to a plurality of cylinders whose exhaust order is not continuous A nozzle portion extending from a plurality of independent exhaust passages and formed with a plurality of nozzle internal passages into which gas discharged from each of the independent exhaust passages independently flows;
An inflow portion into which the gas discharged from the nozzle passage flows in, and a collecting portion into which the gas that has passed through the inflow portion gathers, and the upstream and downstream of the gas flow on the downstream side of the nozzle portion in the gas flow direction A cylindrical movable portion that is provided so as to be displaceable in a direction, and that reduces the flow area of the inflow portion when displaced upstream and expands the flow area of the inflow portion when displaced downstream; ,
A moving mechanism for displacing the movable part in the upstream and downstream directions,
The moving mechanism has a swing center at a position radially outside of the movable portion and is swingable along the upstream / downstream direction, and has a cross-sectional circle on one side in the upstream / downstream direction. An operating portion having a first surface made of an arc-shaped concave surface and a second surface made of a convex surface having an arc-shaped cross section on the other side in the upstream and downstream directions;
A rocking mechanism for rocking the operating portion along the upstream and downstream directions;
Provided on the outer peripheral portion of the movable portion, and having a convex surface along the first surface of the operation portion and a concave surface along the second surface of the operation portion, the operation portion can be slid by the convex surface and the concave surface. Includes a groove portion having an inner wall surface supported from both sides in the upstream / downstream direction, and the movable portion is displaced in the upstream / downstream direction while sliding the operation portion in the groove portion as the operation portion swings. And an exhaust device for a multi-cylinder engine.
前記第1の被操作部および前記第2の被操作部は、前記可動部の外周面の全周に沿ってリング状に形成されていることを特徴とする、請求項2に記載の多気筒エンジンの排気装置。 The operation part has a ring shape having an inner diameter larger than an outer diameter of the movable part and surrounding the movable part,
3. The multi-cylinder according to claim 2, wherein the first operated portion and the second operated portion are formed in a ring shape along the entire circumference of the outer peripheral surface of the movable portion. Engine exhaust system.
前記操作部の前記第2面が、前記点を中心とする第2の球面の一部で構成されて、前記第2の被操作部の凹面が、前記第2の球面に沿った球面の一部で構成されていることを特徴とする、請求項2乃至5のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気装置。 The first surface of the operation portion is configured by a part of a first spherical surface centered on a point located on the central axis of the movable portion, and the convex surface of the first operated portion is the first surface. A part of a sphere along one sphere,
The second surface of the operation portion is configured by a part of a second spherical surface centered on the point, and the concave surface of the second operated portion is a spherical surface along the second spherical surface. The exhaust device for a multi-cylinder engine according to any one of claims 2 to 5, wherein the exhaust device is configured by a section.
領域の最下流位置にあるときの前記点とは、前記揺動中心から前記可動部の中心軸に下した垂線と当該中心軸との交点に近接していることを特徴とする請求項7に記載の多気筒エンジンの排気装置。 The point when the movable portion is at the most upstream position of the movable region and the point when the movable portion is at the most downstream position of the movable region are the center axis of the movable portion from the swing center The exhaust system for a multi-cylinder engine according to claim 7, wherein the exhaust system is close to an intersection of the perpendicular line and the central axis.
前記可動部よりもその径方向外側の位置に設けられる偏心カムと、
前記偏心カムに回転力を付与するアクチュエータと、
前記揺動中心に配置されるピボット部と、
前記ピボット部を支持するピボット支持部と、
前記偏心カムの回転に伴って前記上下流方向に変位する変位部と、
前記変位部と前記ピボット部と前記操作部とを連結する連結部とを備えることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気装置。 The swing mechanism is
An eccentric cam provided at a position radially outside of the movable portion;
An actuator for applying a rotational force to the eccentric cam;
A pivot portion disposed at the swing center;
A pivot support part for supporting the pivot part;
A displacement portion that is displaced in the upstream / downstream direction along with the rotation of the eccentric cam;
The exhaust device for a multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 8, further comprising a connecting portion that connects the displacement portion, the pivot portion, and the operation portion.
前記可動部がその可動領域の最上流位置にあるときには、前記カムシャフトの軸心が、前記偏心カムにおける径方向の中心を通り、かつ、前記上下流方向に沿った基準線の近傍に位置することを特徴とする、請求項9に記載の多気筒エンジンの排気装置。 The actuator applies a rotational force to a camshaft fixed to the eccentric cam;
When the movable portion is at the most upstream position in the movable region, the camshaft has an axial center passing through the radial center of the eccentric cam and in the vicinity of a reference line along the upstream and downstream directions. The exhaust system for a multi-cylinder engine according to claim 9, wherein
前記ピボット支持部は、前記ピボット部を、当該ピボット部と前記カムシャフトとを結ぶ方向にスライド変位可能に支持することを特徴とする、請求項9または10に記載の多気筒エンジンの排気装置。 The actuator applies a rotational force to a camshaft fixed to the eccentric cam;
The exhaust device for a multi-cylinder engine according to claim 9 or 10, wherein the pivot support portion supports the pivot portion so as to be slidable in a direction connecting the pivot portion and the camshaft.
前記揺動機構は、前記ロッドに回動可能に接続されたレバーをさらに備え、
前記レバーにおける当該レバーと前記ロッドとの接続箇所から離間した位置に、前記カムシャフトが固定されていることを特徴とする、請求項9乃至11のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気装置。 The actuator includes a rod, and an actuator body that applies a rotational force to a camshaft fixed to the eccentric cam by reciprocating the rod.
The swing mechanism further includes a lever rotatably connected to the rod,
The exhaust device for a multi-cylinder engine according to any one of claims 9 to 11, wherein the camshaft is fixed to a position of the lever that is separated from a connecting portion between the lever and the rod.
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