JPH0478816B2

JPH0478816B2 -

Info

Publication number: JPH0478816B2
Application number: JP60143875A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tsukamoto; Yoichi Ishibashi; Koichi Komyama
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1992-12-14
Also published as: JPS627924A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は往復式内燃機関の排気ポートに接続さ
れ、排気を外部に排出する排気管における排気制
御装置に関するものである。

従来技術２サイクルまたは４サイクルの内燃機関におい
て、排気弁が開くと、シリンダ内の高温高圧の燃
焼ガスが排気ポートより排気管内に排出され、こ
の際に高い圧力波が発生し、排気管の開口端に向
つて進み、開口端で負の圧力波として再び排気ポ
ートに戻るが、この負圧波が戻つたときに、排気
弁が閉塞する直前であれば、内燃機関の背圧が低
下し、内燃機関の排気効率が向上するとともに、
出力が増大し、このような効果は排気脈動効果と
称される。

発明が解決しようとする問題点しかし、このような排気脈動効果を利用して出
力向上を図つた内燃機関においては、圧力波が排
気管内を往復するに要する時間τは、 τ＝2L／a₀ 〔ただし、Ｌ；排気管長、 a₀；圧力波の平均速度〕であつて、内燃機関の運転状態にそれ程左右され
ずに略一定であるのに対し、排気弁の開弁間隔
は、内燃機関の回転数の増減に比例して変化する
ため、高速回転域において、排気管を戻つて排気
ポートに負圧の波が到達したときに排気弁の開弁
終期に合致するように排気管の管長を設定する
と、他の不適合な回転域では、排気弁の開弁終期
に負圧の波が到達しないのみならず、逆に正圧の
波が到達することもあつて、内燃機関の背圧が増
大し、排気効率および出力が低下することがあ
る。

特に車両用内燃機関では、広い回転域に亘つて
運転が行われるため、このような不適合回転域を
避けて運転することができなかつた。

問題点を解決するための手段および作用効果本発明は、このような難点を克服した内燃機関
の排気制御装置の改良に係り、内燃機関の排気ポ
ートに連接された横断面積が略一定の排気管の管
長が、内燃機関の定常回転域におけるシリンダか
ら排気ポートを介して排気管に排出される正圧の
圧力波が該排気管の開放端部にて反射されて負の
圧力波として排気ポートに戻つたときに排気弁開
弁終期にタイミングを合せて到達することができ
る長さに設定された内燃機関において、該排気管
の開放端部に大きな撓みを生ずることのない剛性
の遮蔽部材を可動に設け、前記排気管の開放端部
から前記排気ポートへ正圧の排気反射波が排気弁
開弁期間中に反射される不適合回転域を検出する
機関回転数検知手段を設けるとともに、該機関回
転数検知手段からの電気出力に基いて不適合回転
域での前記排気管開放端部の断面積を減少させる
ように前記遮蔽部材を制御する遮蔽部材制御手段
を設けたことを特徴とするものである。

本発明は前記したように構成されているので、
排気管内を流れる排気の正圧波が該排気管の開放
端部にて反転されて負の圧力波として戻り、排気
弁の開弁終期に丁度タイミングが合つて負の圧力
波が排気ポートに到達する回転域では、前記遮蔽
部材制御手段が動作せず、排気管開放端部は前記
遮蔽部材により遮蔽されることなく全開し、排気
脈動効果が引出されて、出力が増大しうる。

また本発明においては、前記排気管の開放端部
にて反転され負の圧力波として該排気管を戻つた
圧力波が、排気弁の開弁期間とタイミングを外し
て排気ポートに達し、逆に正の圧力波が排気弁の
開弁期間中に排気ポートに到達するように不適合
回転域で内燃機関が運転されている場合には、前
記機関回転数検知手段からの電気出力に基いて前
記遮蔽部材制御手段が動作して、前記遮蔽部材が
動かされて前記排気管開放端部の断面積が減少
し、該排気管開放端部における不適合排気反射波
が少くなるので、排気弁の開弁時期における正圧
波の排気ポートへの到達が可及的に減少され、排
気効率および出力の低下が未然に阻止される。

このように本発明においては、排気脈動効果を
充分に引出すことのできる回転域では、前記遮蔽
部材を移動させて、排気管開口端部の断面積を増
大させ、排気脈動効果を利用して排気効率および
出力の向上を図ることができるとともに、排気管
開放端部で反射された反射波の内、正圧力の反射
波が排気弁開放時期にて排気ポートに達するよう
な不適合回転域では、前記遮蔽部材でもつて前記
排気管開放端部の断面積を減少させ、排気弁開弁
時における排気ポートへの不適合正圧反射波をで
きるだけ減少させて、排気効率および出力の低下
を防止できるので、全回転域に亘り排気効率を高
い水準に維持して出力の増大を図ることができ
る。

また本発明は、広い回転域に亘り出力を高い水
準に維持できるので、回転域の広い車両用内燃機
関に特に適する。

実施例以下、本発明を４サイクル内燃機関の排気管に
適用した実施例について説明する。第１図は内燃
機関１とこれに接続された排気管２を示す概略図
である。内燃機関１は４サイクル機関で、頭部に
排気ポート３および吸気ポート４を備え、これら
の各ポートはそれぞれ排気弁５および吸気弁６を
介してシリンダ室７に連通している。排気管２は
排気ポート３に接続されている。８は吸気管、９
は気化器である。排気管２は排気ポート３からほ
ぼ同一断面積で下流側へ延び、その後端の開放端
部１０は大径の排気マフラー１１内に開口してい
る。内燃機関１の排気行程において排気弁５が開
くとシリンダ室７内の燃焼ガスが排気ポート３お
よび排気管２を経て排気マフラー１１内に放出さ
れ、次いで排気出口１２から大気中へ放出され
る。そして排気行程終期の上死点付近において吸
気弁６が開いて新気の吸入が開始され、その後排
気弁５が閉じる。

排気管２の前記開放端部１０には可動の遮蔽部
材１３が設けられている。この遮蔽部材１３は通
常の仕切弁と同様な構造を備え、第２図に点線１
３ａで示すように排気管２の断面を全部開放させ
る開放位置と、同図に実線１３ｂで示すように排
気管２の断面を部分的に遮蔽する遮蔽位置との間
で、図において上下に移動することができる。本
実施例においては遮蔽部材１３はソレノイド１４
のプランジヤー１５に連結されており、遮蔽部材
１３の移動はソレノイド１４の作動により行われ
る。ソレノイド１４は、図示してない機関回転数
検知装置に電気的に接続されており、機関回転数
の或る領域例えば2500〜8000r.p.mの回転数域に
おいて前記検知装置からの電気出力により付勢さ
れ、プランジヤー１５を押し出して遮蔽部材１３
を遮蔽位置１３ｂに移動させる。あるいは、前記
ソレノイド１４の代りに、機関回転数センサによ
つて制御されるパルスモータを使用してもよい。

以下、本実施例の作用を述べる当り、上記内燃
機関１および排気管２は10000r.p.m付近の回転数
域（適合回転数域）において、前記遮蔽部材１３
を開放した状態で、排気の動的効果を有効に利用
できるように設定されているものとする。第３図
はこの適合回転数域内の回転数で運転中に排気ポ
ート３に生ずる圧力変動の時間的経過を示す線図
で、横軸ｔは時間、縦軸ｐは圧力を表わす。下死
点BDCと上死点TDCとの間の期間Ｅは排気行程
期間である。時期EOにおいて排気弁５が開き、
排気ポート３の圧力は急上昇して正圧パルスを生
ずる。この正圧パルスは排気管２を音速で伝播
し、開放端部１０において負圧パルスが反射され
る。この負圧パルスが排気行程Ｅの後期に排気ポ
ート３に達するので、上死点TDCの付近で排気
ポート３に、図に（−）で示してある負圧が生ず
る。従つてこの負圧によつて排気作用が促進さ
れ、またこの負圧期間中に先ずSOにおいて吸気
弁６が開き次いでESにおいて排気弁５が閉じる
ので掃気作用も改善され、容積効率が高まる。

しかし、遮蔽部材１３が開放位置に或る状態で
機関回転数が前記適合回転数域を外れ、例えば
6000r.p.m程度に低下した場合、負圧パルスの到
達時間は前と同じであるので、第４図に示すよう
に、負圧時期（−）が排気行程Ｅの中間期に生
じ、上死点TDC近傍では、排気ポート３の圧力
は図に（＋）で示すように正圧となる。従つてこ
の正圧により排気作用および掃気作用が阻止さ
れ、容積効率はかえつて低下する。この結果、機
関回転数Neに対する容積効率ηvの変化を線図で
表わすと、第６図の曲線ａのようになる。同図に
おいてＡは第３図のように負圧時期と排気行程時
期とが適合している適合回転数域であり、Ｂは第
４図のように負圧時期と排気行程時期とが適合し
ていない不適回転数域である。不適回転数域Ｂに
おいては機関の出力トルクが低下し、所謂トルク
の谷となる。

従つて本実施例においては、機関回転数が不適
回転数域Ｂ内に在る時には、前記機関回転数検知
装置からの電気出力によりソレノイド１４が作動
して遮蔽部材１３を遮蔽位置１３ｂに移動させ
る。このようにして開放端部１０が部分的に閉鎖
された排気管２においては、第７図に示すよう
に、加振源ｏすなわち排気弁位置から発した振巾
P₀の正圧波p₀は開放端部１０の開口部分１０ａに
おいて振巾P₂の負の開端波p₂となつて反射すると
ともに、遮蔽部分１０ｂにおいて振巾P₁の正の
閉端波p₁となつて反射する。そしてこの開端波p₂
と閉端波p₁は干渉によつて互いに打消される。こ
の結果、第５図に示すように、排気ポート３に生
ずる負圧は小さくなり、以後の二次波についても
同様であるので、上死点TDC付近において第４
図のような正圧は生じない。従つてこの正圧によ
る容積効率ηvの低下がなく、第６図に破線ｂで
示すように不適回転数域Ｂにおいても比較的高い
容積効率ηvが維持され、トルクの谷が解消され
る。点線ｃは適合回転数域Ａにおいても遮蔽部材
１３が遮蔽位置に置いた場合のηv曲線であるが、
この領域においては遮蔽部材１３は開放位置を占
めるので、曲線ａに沿つて高効率が得られ、結
局、同図に曲線ｄで示すようなηv曲線となる。

ここで適合回転数Ａは機関の高速回転域であ
り、不適回転数域Ｂは機関の低中速域すなわちア
イドリングから前記したトルクの谷を低速側から
高速側へと通過する迄の速度域である。従つて遮
蔽部材１３を機関回転域に応じて作動させること
により、不適回転数では遮蔽状態とし適合回転数
域では開放状態とすることができる。

なお、遮蔽部材１３は前述のように仕切弁式の
もので、従つて排気管２に対して大きなたわみを
生ずることなくかつ充分な剛性を有し、排気管２
の軸線に直角な面に沿つて開放位置１３ａから遮
蔽位置１３ｂへ移動するので、閉端波Ｐ１と開端
波Ｐ２とが軸線方向において同じ位置から反射さ
れることとなり、従つて正の閉端波Ｐ１と負の開
端波Ｐ２との位相が整合し、これらの干渉による
相殺が有効に行なわれる。

第８図は前記閉端波p₁の閉端反射率P₁／P₀お
よび開端波p₂の開端反射率｜P₂／P₀｜と、開放
端部遮蔽率すなわち遮蔽部材１３により遮蔽され
る排気管２の断面積S₁（第２図）が排気管２の全
断面積S₀に対するS₁／S₀との関係を示した線図で
あり、加振圧力P₀が0.2Kg／cm²から1.2Kg／cm²まで
の範囲内にある時のものである。閉端反射率と開
端反射率とが等しいと両反射波が互いに完全に打
消し合われるので、このような遮蔽率Ｍが最適点
となる。しかしこの最適点Ｍは加振圧力P₀によ
り多少変動するので、遮蔽部材１３による開放端
部１０の遮蔽率は20〜40％とするのが良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２
図は排気管開放端部に設けた遮蔽部材を示す端面
図、第３図は遮蔽部材開放時の適合回転数域にお
ける排気ポート圧力変動を示す線図、第４図は同
不適回転数域における圧力変動を示す線図、第５
図は遮蔽部材遮蔽時の不適回転数域における圧力
変動を示す線図、第６図は機関回転数と容積効率
との関係を示す線図、第７図は本発明の原理を説
明するための図面、第８図は開放端部遮蔽率と圧
力波反射率との関係を示す線図である。１……内燃機関、２……排気管、３……排気ポ
ート、４……吸気ポート、５……排気弁、６……
吸気弁、７……シリンダ室、８……吸気管、９…
…気化器、１０……開放端部、１１……排気マフ
ラー、１２……排気出口、１３……遮蔽部材、１
４……ソレノイド、１５……プランジヤー。

Claims

【特許請求の範囲】

１内燃機関の排気ポートに連接された横断面積
が略一定の排気管の管長が、内燃機関の定常回転
域におけるシリンダから排気ポートを介して排気
管に排出される正圧の圧力波が該排気管の開放端
部にて反射されて負の圧力波として排気ポートに
戻つたときに排気弁開弁終期にタイミングを合せ
て到達することができる長さに設定された内燃機
関において、該排気管の開放端部に大きな撓みを
生ずることのない剛性の遮蔽部材を可動に設け、
前記排気管の開放端部から前記排気ポートへ正圧
の排気反射波が排気弁開弁期間中に反射される不
適合回転域を検出する機関回転数検知手段を設け
るとともに、該機関回転数検知手段からの電気出
力に基いて不適合回転域での前記排気管開放端部
の断面積を減少させるように前記遮蔽部材を制御
する遮蔽部材制御手段を設けたことを特徴とする
排気制御装置。