JPH039011A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明は、運転状況に応じてバルブリフト量及び弁開閉
時期の少なくともいずれか一方を可変とした動弁機構を
備える多気筒の内燃機関の排気装置に関し、特に各気筒
毎に設けられた個別の排気通路と、排気弁開時期が互い
に重ならない気筒の各排気通路同士が互いに集合する少
なくとも２つの第１の集合通路と、これら第１の集合通
路同士が集合する第２の集合通路とを有する排気装置に
関する。

〈従来の技術〉 従来から、内燃機関の排気装置に於て、排気脈動効果を
利用して速かに燃焼室内の掃気を行い機関の出力トルク
を向」ニさせ、かつ平坦化させる技術が知られている。

例えば、特開昭６１−２１２６２２号公報には、４気筒
の内燃機関に於て、互いに排気弁開時期が重ならない気
筒の排気通路同士が集合する一対の第１の集合通路と、
これら第１の集合通路同士が集合する第２の集合通路と
、第１の集合通路同士の集合位置よりも上流側に設けら
れ、かつ第１の集合通路同士を選択的に連通可能な連通
手段とを有し、回転速度に応じ七両第１の集合通路を互
いに連通させることにより排気通路の実質的な長さを変
化させて低速回転及び高速回転に於て排気脈動効果を利
用して出力トルクを向」ニさせ、かつ平坦化させる排気
装置が開示されている。

一方、広い回転速度範囲に亘り有効な出力トルクを得る
べく回転速度等の運転状況に応じてバルブリフト量及び
弁開閉時期の少なくともいずれか一方を可変とした動弁
機構を有する内燃機関がある。このような内燃機関に於
て、例えば弁開閉時期の切換え回数が１回であれば２つ
のトルクビークを有しているが、各トルクピーク間、最
低速領域及び最高速領域に於て出力トルクが落込むこと
がある。そのことを改善するべく各トルクピーク間にて
上記した如く排気通路長を切換えると良いが、排気通路
長を２通りに変化させるのみでは、回転速度全域に亘り
排気脈動効果を利用して出力トルクを向」ニさせ、かつ
平坦化することは困難であった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、運転状況に応じてバルブリフト量及び弁開閉
時期の少なくともいずれか一方を可変とした動弁機構を
備える形式の内燃機関の性能を改善せんとするものであ
り、その主な目的は、回転速度の全域に亘り出力トルク
を向」ニさせ、かつ平坦化させることが可能な内燃機関
の排気装置を提供することにある。

［発明の構成コ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、運転状況に応じて
バルブリフト量及び弁開閉時期の少なくともいずれか一
方を可変とした動弁機構を備える多気筒の内燃機関に於
て、各気筒毎に個別に設けられた排気通路と、前記各気
筒のうち排気弁開時期が互いに重ならない気筒の排気通
路が集合する少なくとも２つの第１の集合通路と、前記
第１の集合通路が集合する第２の集合通路とを有する内
燃機関の排気装置であって、前記排気通路を互いに選択
的に連通させるべく該排気通路間に設けられた第１の連
通手段と、前記第１の集合通路を互いに選択的に連通さ
せるべく該第１の集合通路間に設けられた第２の連通手
段とを有し、運転状況に応じて前記第１の連通手段及び
前記第２の連通手段を選択的に開閉することを特徴とす
る内燃機関の排気装置を提供することにより達成される
。

〈作用〉 このようにすれば、切換式動弁機構を有する多気筒の内
燃機関に於ける各排気通路の実質的な長さを運転状況に
応じて選択的に変化させることにより回転速度の全域に
亘り排気脈動効果を利用できる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添（＝Ｊの図面について詳
しく説明する。

第１図〜第４図は本発明が適用された内燃機関、その吸
気装置、排気装置及び動弁機構の一部を示す。尚、当該
内燃機関は４気筒からなり、第１図〜第３図に示す部分
について、第１気筒１ａと、第４図に示す第２〜第４気
筒１ｂ、ｌｃ、ｌｄとは略同様な構造を有しているので
、同様な部分には同一の符号をイ【ｊし、その詳細な説
明を省略する。

シリンダブロック２内の気筒１ａの下部には、該ブロッ
クに一体的に結合したクランクケース４によりクランク
室が郭成されている。また、シリンダブロック２の気筒
１ａの」二端部にはシリンダヘッド４が固着され、更に
その上端部にシリンダへラドカバー５が固着されている
。また、シリンダブロック２には気筒１ａを囲繞するよ
うにウォータジャケット６が郭成されている。更に、気
筒１ａにはピストン７が摺動自在に受容され、コンロッ
ド８を介して図示されないクランクシャフトに連結され
ている。そして、燃焼室１０内での爆発によるピストン
７の往復運動がこのクランクシャフトの回転運動に変換
され出力されるようになる。

一方、本実施例の内燃機関では気筒毎に各々２個の吸気
弁１２ａ、１２ｂと排気弁１３ａ、１３ｂとが設けられ
、各弁１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂを駆動するべく
、シリンダヘッド４の内部に吸気側及び排気側の動弁機
構１４．１５が平行かつ対称的に配置されている。各動
弁機構１４．１５は、各々気筒毎に３個のロッカアーム
１６ａ、１６ｂ、１６Ｃ及びロッカアーム１７　ａｓ　
１７　ｂ。

１７ｃを有し、隣接する３個のロッカアームは、揺動自
在にかつ互いに相対角変位可能にロッカシャフト１８．
１９に枢支されている。これらロッカアームの」二方に
は、カムシャフト２０．２１が回転自在に支持されてい
る。

尚、各動弁機構１４．１５は同様の構造を有するので説
明を簡単にするために以下、吸気側の動弁機構１４のみ
について詳細に説明する。吸気弁１２ａ、１２ｂは、バ
ルブスプリング２２ａ、２２ｂにより閉弁方向に弾発付
勢されている。また、カムシャフト２０は、一体向に形
成されたリフトの小さな一対の低速用カム２０ａ、２０
ｂと、リフトの大きな高速用カム２０ｃとを有している
。

これらカム２０ａ、２０ｂ、２０ｃがロッカアーム１６
ａ、１６ｂ、１６ｃの中間部に各々スリッパ面を介して
当接し、ロッカアーム１６ａ、１６ｂの遊端部が各々ロ
ツタナットにより固定されるタペットねじ３５ａ、３５
ｂを介して吸気弁１２ａ、１２ｂのステム側遊端部に当
接している。従って、カムシャフト２０の回転に伴い、
吸気弁１２ａ１１２ｂがロッカアーム１６ａ、１６ｂを
介して開閉駆動される。ここで、第２図に於ける中央の
ロッカアーム１６ｃは高速カム２０ｃにより駆動される
が、シリンダヘッド４内に於けるロッカアーム１６ｃに
対応する部分に設けられたりフタ２３により常時高速用
カム２０ｃの摺接面に向けて弾発イ」勢されている（第
３図）。

次に、これらロッカアーム１６ａ、１６ｂ、１６Ｃの連
携動作を達成するための動弁切換機構２４について説明
する。

互いに隣接するロッカアーム１６ａ〜１６ｃの内部には
、互いに整合するガイド孔２５〜２７が穿設されている
。一端即ち第２図に於ける左側端に位置するロッカアー
ム１６ｂ内のガイド孔２７は、閉塞された盲孔とされて
おり、ピストン２８が軸線方向に摺動自在に受容されて
いる。ガイド孔２７の閉塞端はロッカアーム１６ｂに形
成された通路３２及びロッカシャフト１８に開設された
ボート３３を介してロッカシャフト１８内部に軸線方向
に沿って延設された油供給路３４に連通している。この
油供給路３４は、後記する制御ユニット７９の命令によ
り油圧コントローラ８１から選択的に油が供給され油圧
が変化するようになる。

中央に位置するロッカアーム１６ｃのガイド孔２６は貫
通孔とされており、該ガイド孔２６の全長と略等しいピ
ストン２９が軸線方向に摺動自在に受容されている。他
端に位置するロッカアーム１６ａのガイド孔２５には、
ストッパ３０が受容されている。このストッパ３０は概
ね有底筒状をなし、その内側とガイド孔２５の底部との
間に挟設された圧縮コイルばね３１により中央のロッカ
アーム１６ｃに向けて常時弾発付勢されている。

この動弁切換機構２４によれば、油供給路３４の油圧が
低いときにあっては、圧縮コイルばね３１の付勢力によ
りピストン２９がガイド孔２６に、ピストン２８がガイ
ド孔２７に各々位置することにより、各ロッカアーム１
６ａ〜１６ｃは互いに独立して運動し得る。従って、中
央のロッカアーム１６ｃは高速用カム２０ｃにより駆動
され、リフタ２３を繰り返し押し下げるのみの所謂ロス
トモーション運動を行うのに対し、第２図に於ける左右
のロッカアーム１６ａ、１６ｂは各々低速用カム２０ａ
、２０ｂにより駆動され、吸気弁１２ａ、１２ｂを低速
モードで開閉駆動する。油供給路３４の油圧が高められ
ると、圧縮コイルばね３１の付勢力に抗してピストン２
８がガイド孔２６に、ピストン２９がガイド孔２５に向
けて各々突入される。従って、３つのロッカアーム１６
ａ〜１６ｃは互いに一体的に結合される。ここで、低速
用カム２０ａ、２０ｂに対して高速用カム２０Ｃのカム
プロフィールが相対的に大きいことからロッカアーム１
６ａ、１６ｂも中央の高速用カム２０ｃにより駆動され
るようになり、吸気弁１２０ ａ、１２ｂが高速モードにより開閉駆動されるようにな
る。尚、」１記したように、排気弁１３ａ、１３ｂも吸
気弁１２ａ、１２ｂと同様にして低速モード或いは高速
モードにて選択的に開閉駆動される。

一方、第４図に併せて示すように、この内燃機関の吸気
装置は、各気筒１ａ、１ｂ、ＩＣ１１ｄ毎に、内部に吸
気通路４１〜４４が郭成され、かつ上流側にて図示され
ないスロットルボディに連結された吸気通路体３７〜４
０を有し、吸気通路４１〜４４の下流端がシリンダヘッ
ド４の内部に郭成された吸気ポート４５〜４８に整合す
るように該ヘッドに連結されている。

他方、この内燃機関の排気装置は、シリンダヘッド４の
内部に郭成された排気ポーＩ・５１〜５４に排気通路５
９〜６２が整合するように、シリンダヘッド４に上端が
固着された第１の排気通路体５５〜５８を有している。

また、これら第１の排気通路体５５〜５８の下流端には
、互いに排気弁開時期が重ならない気筒１ａ、ｌｄの各
排気通路５９．６２が互いに集合する一方の第１の集合
通路６６と、同じく互いに排気開時期が重ならない気筒
１ｂ、１ｃの各排気通路６０．６１が互いに集合する他
方の第１の集合通路６７とが内部に郭成され、かつ隔壁
６５をもって区分された第２の排気通路体６４が設けら
れている。この第２の排気の通路体６４の下流端近傍に
は、両箱１の集合通路６６．６７が互いに集合する第２
の集合通路６８が郭成されている（第４図）。また、第
２の排気通路体６４の下流側は図示されない触媒コンバ
ータ、マフラ等に接続されている。ここで、各排気通路
体５５〜５８の中間部には、各排気通路５９〜６２に開
口し、かつ該各排気通路同士を互いに連通ずるための連
通路７０が郭成された連通路体６９が設けられている。

この連通路７０の各排気通路５９〜６２への開口部分に
は、互いに連動する開閉制御弁７１〜７４が各々設けら
れている。また、第２の排気通路体６４の上流端近傍に
は、両集合通路６６．６７を互いに連通ずる開ロア５が
設けられ該開口には第２の開閉制御弁７６１ ２ が配設されている。上記した第１の開閉制御弁７１〜７
４及び第２の開閉制御弁７６は各々制御ユニット７９の
命令に基づきアクチュエータ７７．７８により開閉駆動
されるようになっている。制御ユニット７９は、内燃機
関の回転速度を検出する回転速度センサ８０にも接続さ
れている。また、この制御ユニット７９は上記した吸気
側及び排気側の各動弁切換機構にも油圧コントローラ８
１．８２を介して接続され、回転速度に応じて各開閉制
御弁７１〜７４．７６及び動弁切換機構を選択的に駆動
制御し得るようになっている。尚、実際には制御ユニッ
ト７９にスロットル開度センサ等からの信号を入力する
構造にして良く、回転速度のみならず様々な運転状況に
応じて各開閉制御弁７１〜７４．７６及び動弁切換機構
を駆動制御すると良い。

次に本発明に基づく排気装置の作動要領について第１図
、第４図及び第５図を参照して詳細に説明する。尚、第
５図に想像線で示す曲線は切換式動弁機構のみを備え、
かつ排気通路が単一である従来形式の内燃機関に於ける
仮想的な出力トルク特性を示す。

内燃機関の回転速度が徐々に増大する場合、まず、最も
低い回転速度領域即ち第５図に示す回転速度Ｎｌよりも
低い場合、動弁切換機構により動弁機構１４．１５の吸
気弁１２ａ、１２ｂ及び排気弁１３ａ、１３ｂの開閉時
期を低速モードに設定し、かつ第１の開閉制御弁７１〜
７４及び第２の開閉制御弁７６を閉じる。すると、互い
に排気弁開時期の重ならない気筒１　ａ　％　１　ｄの
排気通路５９．６２が第１の集合通路６６にて集合し、
気筒１ｂ、ＩＣの排気通路６０．６１が第１の集合通路
６７で集合し、各集合通路６６．６７が第２の集合通路
６８にて集合するようになる。即ち、実質的にこの回転
速度範囲に於て、互いに排気弁開時期の重ならない気筒
のうち一方の気筒で発生する圧力波が数回反射した後、
他方の気筒に、その排気弁開時期に同調して至るような
排気通路長となる。そのためこの範囲で排気脈動効果を
利用することができ、第５図の曲線■に示すような１・
３ ４ ルクカーブが得られる。曲線■が略頂点となる回転速度
Ｎ１までこの状態を保つ。

回転速度がＮ１となったら、弁開閉時期は低速モードの
まま第２の開閉制御弁７６のみを開く。

すると、第１の集合通路６６．６７の長さが実質的に短
くなり、即ち圧力波の反射時間が短くなり、曲線Ｉより
もやや高い回転速度の排気行程に同調させることにより
排気脈動効果を利用することができ、第５図の曲線■に
示すような）・ルクカーブが得られる。回転速度Ｎ１と
曲線■が略頂点となる回転速度Ｎ２　　（Ｎ２　＞Ｎ１
．　）　との間ではこの状態を保つ。

回転速度がＮ２となったら、弁開閉時期を高速モードに
設定する。このとき、弁開閉時期の変化に伴い、排気脈
動効果が得られる回転速度が高回転側にシフトする。従
って、第１の開閉制御弁７１〜７４を閉じたまま第２の
開閉制御弁７６をも閉じ、この回転速度範囲に於ける排
気工程に同調させることにより排気脈動効果を利用する
ことができ、第５図に曲線■に示すようなトルクカーブ
が得られる。回転速度Ｎ２と曲線■が略頂点となる回転
速度Ｎ３　（Ｎ３　＞Ｎ２　）との間ではこの状態を保
つ。

回転速度がＮ３となったら、弁開閉時期を高速モードの
まま第１の開閉制御弁７１〜７４をのみを開く。すると
、実質的に各排気通路５９〜６２の長さが短くなり、よ
り短い時間で反射する圧力波を最も高い回転速度で同調
させることにより排気脈動効果を利用することができ、
第５図に曲線■に示すようなトルクカーブが得られる。

一方、回転速度が減少していく場合には、上記とは逆の
順に吸気弁１２ａ、１２ｂ及び排気弁１３ａ、１３ｂの
開閉時期と、第１の開閉制御弁７１〜７４と、第２の開
閉制御弁７６とを切換え制御する。このとき、実際には
吸排気弁や各開閉制御弁のハンチング等を防止するべく
回転速度の増大時と減少時とで切換え制御する回転速度
を互いにやや異なる位置に設定すると良い。また、例え
ば回転速度が急激に増大する場合等にはスムーズに吸排
気弁及び各開閉制御弁を駆動するべく上記５ ６ 弁開閉時期や各閉制御弁の切換えを禁止しても良い。

［発明の効果］ このように本発明によれば、切換式動弁機構を備える内
燃機関の各排気通路の実質的な長さを運転状況に応じて
選択的に変化させることにより、広い回転速度範囲に亘
り排気脈動効果を利用して出力トルクを向」ニすると共
に平坦化することができることから、その効果は極めて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく排気装置を備える内燃機関の一
部を模式的に示す断面図である。 第２図は動弁機構の一部を模式的に示す構成図である。 第３図は動弁機構の要部を示す断面図である。 第４図は本発明に基づく排気装置を備える内燃機関を模
式的に示す構成図である。 第５図は内燃機関の回転速度変化に伴う動弁機構及び排
気通路の切換タイミングと内燃機関の出力トルク変化と
を示すグラフである。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、１ｄ−−−気筒 ２・・・シリンダブロック３・・・クランクケース４・
・・シリンダヘッド　５・・・シリンダへラドカバー５
・・・ウォータジャケット ７・・・ピストン　　　　８・・・コンロッド１０・・
・燃焼室　　　　１２ａ、１２ｂ・・・吸気弁１３ａ、
１３ｂ・・・排気弁 １４．１５・・・動弁機構 １６ａ、１６ｂ、１６ｃ・＝Ｃ７ツカアーム１７　ａ　
１１７　ｂ　ｓ　１７　ｃ　・”　ロッカアーム１８．
１９・・・ロッカシャフト ２０・・・カムシャフト ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・−・カム ２１・・・カムシャフト ２２ａ、２２ｂ・・・バルブスプリング２３・・・リフ
タ　　　　２４・・・動弁切換機構２５〜２７・・・ガ
イド孔２８．２９・・・ピストン３０・・・ストッパ　
　　３１・・・圧縮コイルばね３２・・・通路　　　　
　３３・・・ポート３４・・・油供給路 ７ ８ ３５ａ、３５ｂ・・・タペツＩ・ねじ ３７〜４０・・・吸気通路体 ４１〜４４・・・吸気通路 ４５〜４８・・・吸気ポート ５１〜５４・・・排気ポート ５５〜５８・・・排気通路体 ５９〜６２・・・排気通路 ６４・・・集合通路体　　６５・・・隔壁６６．６７・
・・第１の集合通路 ６８・・・第２の集合通路６９・・・連通路体７０・・
・連通路 ７１〜７４・・・第１の開閉制御弁 ７５・・・開口　　　　　７６・・・第２の開閉制御弁
７７．７８・・・アクチュエータ ７９・・・制御ユニット ８０・・・回転速度センサ ８１．８２・・・油圧コントローラ 特　許　出　願　人　　本口１技研工業株式会社代　　
　理　　　人　　弁理士　大　島　陽第２図 一φ苧 特開平３ ９０１１（７） 第３図 ０ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 運転状況に応じてバルブリフト量及び弁開閉時期の少な
   くともいずれか一方を可変とした動弁機構を備える多気
   筒の内燃機関に於て、各気筒毎に個別に設けられた排気
   通路と、前記各気筒のうち排気弁開時期が互いに重なら
   ない気筒の排気通路が集合する少なくとも２つの第１の
   集合通路と、前記第１の集合通路が集合する第２の集合
   通路とを有する内燃機関の排気装置であって、 前記排気通路を互いに選択的に連通させるべく該排気通
   路間に設けられた第１の連通手段と、前記第１の集合通
   路を互いに選択的に連通させるべく該第１の集合通路間
   に設けられた第２の連通手段とを有し、 運転状況に応じて前記第１の連通手段及び前記第２の連
   通手段を選択的に開閉することを特徴とする内燃機関の
   排気装置。