JPH057536B2

JPH057536B2 -

Info

Publication number: JPH057536B2
Application number: JP63146983A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tsukamoto; Yoichi Ishibashi; Koichi Komyama
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1988-06-16
Filing date: 1988-06-16
Publication date: 1993-01-29
Also published as: JPS6429614A

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／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、排気弁を戻つて排気
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
該排気管の筒状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わせ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
部に隣接して大きな撓みを生ずることのない剛性
の遮断部材を前記排気管と交差する方向に沿つて
移動し、前記筒状開放端部をその周縁から中央に
向け移動しながら遮蔽面積を変化させるように設
け、内燃機関の回転数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
らの出力に基き機関回転数に応じて前記遮蔽部材
の位置を変化させ、不適合回転域での前記排気管
開放端部の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圧力波が該排気管の開放
端部にて反射され、排気弁の開弁終期に正の圧力
波が排気ポートに到達する不適合回転域では、前
記機関回転数検知手段からの出力に基き前記遮蔽
部材制御手段が動作して機関回転数に応じて前記
遮蔽部材が移動し、前記排気管開放端部の面積が
変化し、排気弁の開弁期間中での排気ポートへの
正の圧力波が到達する現象が抑えられ、排気効率
および出力の低下が阻止される。

さらに本発明では、前記遮蔽部材の突出量が増
加すると、該遮蔽部材の突出による遮蔽面積は、
連続的に増大する関係にあり、かつ不適合回転域
において遮蔽面積の変化に対し負の圧力波の反射
率がリニアに変動するため、前記遮蔽部材の突出
量が増加すると、これに対応して負の圧力波の反
射率が連続的に増大し、従つて排気管の開放端部
による正の圧力を打消す負の圧力波の反射率を高
精度にかつ簡単に制御することができる。

このように本発明においては、機関回転数の変
化と無関係に排気脈動効果を利用して排気効率お
よび出力を高い水準に維持することができる。

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の断面の周縁部に位置し該断面を全部開放さ
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、すなわち断面の周縁部
から中心部に向つて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は俳気行程
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η_v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η_v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η_v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η_v曲線であ
るが、この領域において遮蔽部材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η_v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
る。従つて遮蔽部材１３を機関回転数に応じて作
動させることにより、不適合回転数域では遮蔽状
態として適合回転数域では開放状態とすることが
できる。

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に対して大きな撓みを生ずる
ことなくかつ充分な剛性を有し、このような遮蔽
部材１３が排気管２の開放端部１０の周縁部から
該端部の中心部に分つて移動するので、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。

また、適合回転数域Ａにおいては遮蔽部材１３
は開放端部１０の周縁部に位置し排気管２の開口
内に突出していないので、遮蔽部材が排気の抵抗
となりこれにより出力損失を招くことがない。さ
らに、遮蔽部材を駆動するためのプランジヤ１５
は排気管２および排気マフラー１１の外部に設け
られ、排気の通路中にはかかる駆動部材が存在し
ないので、これによる排気抵抗の増加もない。

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
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

【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出
される正圧の圧力波が該排気管の筒状の開放端部
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わせ
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隣接して大き
な撓みを生ずることのない剛性の遮断部材を前記
排気管と交差する方向に沿つて移動し、前記筒状
開放端部をその周縁から中央に向け移動しながら
遮蔽面積を変化させるように設け、内燃機関の回
転数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出力に基き機
関回転数に応じて前記遮蔽部材の位置を変化さ
せ、不適合回転域での前記排気管開放端部の面積
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。