JPH0478817B2 - - Google Patents

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／a_p 〔ただし、 Ｌ：排気管長、 a_p：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
ポートに負圧の圧力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
期に負圧の圧力波が到達しないのみならず、逆に
正圧の圧力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
設定された内熱機関において、前記排気管開放端
部の断面積を変化させることができるように、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、該機関回転数
検知手段からの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遮
蔽するとともに前記不適合回転域以外の回転域の
内、少なくとも高速回転域では前記排気管開放端
を全開とす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
端部にて反転された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の内、少なくと
も高速回転域では、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、前記排気弁開弁期間中
に前記排気ポートへ正圧の排気反射波が反射され
る不適合回転域で前記内燃機関が運転した場合に
は、前記排気管開放端部の断面積が減少するよう
に前記遮蔽部材が移動し、不適合回転域における
正圧の排気反射波が排気弁開弁期間中に加るのを
効果的に防止でき、排気効率および出力が低下す
ることがない。

このように本発明においては、全回転域に亘つ
て高い排気効率の内燃機関が得られ、しかも高速
回転域で排気管の開放端部が全開となり、突出遮
蔽部材による排気の抵抗がないので、最高出力を
得ることができる。

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。この遮蔽部材は通常の
仕切弁と同様な構造を備え、従つて排気管２に対
して大きな撓みを生ずることなく、かつ充分な剛
性を有し、第２図に点線１３ａ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、遠心
力を利用した機械的な回転数検知装置に遮蔽部材
１３を連結し、上記のような回転数に応じた遮蔽
部材１３の移動を機械的に行わせることもでき
る。また、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に当り、上記内
燃機関１および排気管２は10000r.p.m付近の回転
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ED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
ていない不適合回転数域である。不適合回転数域
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
合回転数域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で示すように不適合回転数域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。点線はＣは適合回転数域Ａにおいて
も遮蔽部材１３を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αで示すようなηv曲
線となる。

ここで適合回転数域Ａは機関の高速回転数域で
あり、不適合回転数域Ｂは機関の低中速回転数域
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
り、遮蔽部材１３を機関回転数に応じて作動し、
不適合回転数域である低中速域では排気管２の開
放端部１０を部分的に遮蔽し、適合回転数域であ
る高速域では該端部１０を全開状態とする。従つ
て高速域においては遮蔽部材１３は排気の抵抗と
なることがないので、遮蔽部材による出力損失が
生ずることはない。第８図は前記閉端波p₁の閉端
反射率P₁／P₂および開端波p₂の開放反射率｜
P₂／P₀と、開放端部遮蔽率すなわち遮蔽部材１
３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１
３による開放端部材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図は動
不適合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合回転数域における
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図は開放端部材遮蔽
率と圧力波反射率との関係を示す線図である。 符号の説明、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１３、１４……ソレノイド、１５……プ
ランジヤー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、前記排気管開放端部の断面積を変化させるこ
   とができるように、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、該機関回転数検知手段からの出力に基い
   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遮蔽するとともに前記不適合
   回転域以外の回転域の内、少なくとも高速回転域
   では前記排気管開放端を全開とするように前記遮
   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。