JPH07109170B2 - 多気筒エンジンの排気装置 - Google Patents

多気筒エンジンの排気装置

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JPH07109170B2
JPH07109170B2 JP60263753A JP26375385A JPH07109170B2 JP H07109170 B2 JPH07109170 B2 JP H07109170B2 JP 60263753 A JP60263753 A JP 60263753A JP 26375385 A JP26375385 A JP 26375385A JP H07109170 B2 JPH07109170 B2 JP H07109170B2
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B27/04Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues in exhaust systems only, e.g. for sucking-off combustion gases
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は複数個の気筒から導かれる排気管を集合して
なる共通の膨張室を通して大気中へ排気を排出するよう
構成した多気筒エンジンに関するもので、特に排気系の
改良によってエンジンの出力特性を改善するものに関す
る。
〔従来の技術〕
一般に4行程の高速エンジンでは、吸気効率を上げて最
大出力を増すために、排気管に生じる排気圧力波の脈動
を利用することが行われている。すなわち、エンジンの
排気口に連なる排気管の長さをエンジンの高速域で最大
出力が発生するような寸法に設定することにより、排気
弁の開弁時に排気口に生じ、排気管内を音速で伝播する
正の圧力波を排気管の下流側の開口端で反転させ、吸気
弁と排気弁とが同時に開弁している、いわゆるオーバー
ラップ時期にそれが遡上して吸入行程の開始時期に排気
口近傍の排気通路に大きな負圧を作用させ、これを燃焼
室を介して吸気通路に波及させて吸入効率を高めるよう
にしている。
また、上述したような高速エンジンのうち多気筒のもの
においては、複数個の気筒から導かれる数個の排気管を
1つの膨張室に導き、その後、排気消音器に導いて騒音
の水準を低下させてから大気中へ放出している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかるに、多気筒エンジンにおいて上述したように各排
気管から共通の膨張室へ排気を導くように構成すると、
一の気筒からの排気圧力波が膨張室を介して他の気筒内
へ波及し、その気筒のアイドリング運転時の燃焼安定性
を阻害することがある。この傾向は吸排気弁が共に開弁
する期間、いわゆるオーバーラップを大きく設定してあ
る近年の高出力エンジンにおいて顕著となることが知ら
れている。
また、前記高速エンジンにおいて排気管長を上述したよ
うにエンジンの高速域に同調する寸法に設定すると、中
速域で排気の脈動が逆に作用し、オーバーラップ時期に
排気口近傍の排気通路に正圧が作用してしまうことがあ
った。すなわち、中速域で出力トルクが急激に低下し、
エンジンの出力特性中にいわゆるトルク谷が生じてしま
う。
この発明は上記不具合を解消すべくなされたもので、多
気筒エンジンのアイドリング運転時での燃焼安定性を改
善することを目的とする。また、低速域の燃焼安定性を
改善しつつ中速域でトルク谷が生じるのを防ぐことがで
きるようにすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第1の発明に係る多気筒エンジンの排気装置は、数個の
気筒の排気口に接続された複数の排気管の下流端を1つ
の膨張室に接続すると共に、全ての排気管の排気通路の
開口面積をアイドリング運転を阻害しない程度の面積を
最小として大小に調節可能な閉塞弁を設け、アイドリン
グ回転域では前記閉塞弁の開度を最少開度とする作動装
置を設けたものである。
第2の発明に係る多気筒エンジンの排気装置は、数個の
気筒の排気口に接続された複数の排気管の下流端を1つ
の膨張室に接続すると共に、全ての排気管の排気通路の
開口面積をアイドリング運転を阻害しない程度の面積を
最小として大小に調節可能な閉塞弁を設け、アイドリン
グ回転域では前記閉塞弁の開度を最少開度としかつエン
ジンの中速域では前記閉塞弁が排気通路の開口面積の略
1/2を閉じるような作動装置を設けたものである。
〔作用〕
第1の発明によれば、アイドリング回転域では閉塞弁が
閉じて排気通路の開口面積を絞るので、排気弁が開いた
とき一の排気管に生じる正の圧力波が、膨張室を介して
他の気筒の排気管に作用することが少なくなる。
第2の発明によれば、アイドリング回転域では、閉塞弁
が閉じて排気通路の開口面積を絞るので、排気弁が開い
たとき一の排気管に生じる正の圧力波が、膨張室を介し
て他の気筒の排気管に作用することが少なくなる。これ
に加え、エンジンの中速域では閉塞弁が排気通路の開口
面積の略1/2を閉じるようになる関係から、排気弁が開
いたときに排気口に生じる正の圧力波の一部が閉塞弁に
よって反射されかつ残りが排気管の下流端で反射して吸
気管中を遡上するするようになる。閉塞弁で反射した反
射波と開口端で反射した反射波とでは圧力波形が同じで
位相のみが逆となるので、その反射波は相互に打ち消し
合って減衰される。すなわち、第2の発明によれば、ア
イドリング回転域では一の排気管から他の排気管へ圧力
波が伝播され難くなることに加え、エンジンの中速域で
は排気管中に生じる圧力波の影響が軽減されてトルク谷
の発生がなくなる。
また、これらの発明において高速域では閉塞弁を操作し
て全開とさせることにより、従来と同様の高い高速トル
クが得られる。
〔実施例〕
以下、図示の実施例によってこの発明を説明する。
第1図は自動二輪車の側面図、第2図はその排気通路の
平面図、第3図は第2図におけるIII−III線断面図、第
4図は閉塞弁の作動図、第5図は排気管内圧力の変化を
実測した圧力線図である。
これらの図において、1は自動二輪車であり、並列4気
筒の4行程エンジン2を搭載している。3は排気通路で
あり、図示してない排気弁によって開閉されるエンジン
2の排気口に連結されていて、第2図で示すように、各
気筒の連なる鋼管製の排気管31と、それらの集合する膨
張室32と、そこから分岐され車体の一側と他側とに各1
個づつ配置された排気消音器33とで一連に形成されてい
る。
4は排気管31の下流端近傍に設けられた蝶弁形の閉塞弁
である。閉塞弁4の設置位置には特に制約はないが、可
及的に開口端へ接近させて設けることが好ましく、それ
によって、排気圧力波の脈動を閉塞弁4と開口端とで二
分して反射させ、相互に干渉させて特定のエンジン速度
における排気圧脈動の効果を減殺している。
閉塞弁4は第3図で示すように、排気管31の下流端に設
けられた支持枠5内を貫通させた支軸5aとそれに支持さ
れる円板5bとからなっている。円板5bは排気管の内面と
同心状に支持されており、支軸5aを介して後述する作動
装置4aによって回動され、排気通路の断面積を大小に調
節する。
ここで、円板5bの面積は全閉状態のときに排気管31の開
口面積が約1/2或いはそれ以下になるように設定されて
おり、全閉状態でアイドリング運転を阻害しない開口面
積が得られる面積を最大として設定されている。
支軸5aはガバナその他の回転速度センサ4bによって制御
されるパルスモータを含む作動装置4aにワイヤ4cを介し
て連結され、エンジン回転速度のアイドリングを含む低
速度域で閉じられ、それ以上の中高速域では開き状態に
維持される。ここでいう低速域とは、アイドリング速度
から中速域に至る以前の速度域である。なお、閉塞弁4
の形状はこの実施例では排気管の内径と相似形の円板形
をなしているが、この形状は任意であり、例えば排気管
と同径の蝶形弁を半開状態と全開状態とで使用するよう
にしてもよい。
次ぎに、この実施例の動作について説明する。
第4図で示すように、まずエンジンがアイドリング速度
から低速域にあるときには、閉塞弁4は最少開度にあ
り、その周囲には環状に排気通路が開口している。エン
ジン速度が増して低速域を越えると、閉塞弁4は支軸5a
によって急速に全開され、多量の排気を排出する上で何
らの支障をも生じなくなる。なお、高速形エンジンの中
速域における「トルク谷」の解消のためには、図中、破
線で示すように、全閉と全開との間に開口面積が略1/2
となる略1/2開度の領域を設定することが好ましい。
よって、閉塞弁4が最少開度にあるとき、排気弁が開弁
する排気行程開始と共に一の気筒の排気口に生じた正の
圧力波が閉塞弁4によって絞られるため、膨張室32への
圧力波の伝播が抑制されるばかりか、膨張室32へ伝播し
た一部の圧力波は他の気筒の排気通路中の円板5bによっ
て遮られて他の気筒へ伝播するのが少なくなるので、膨
張室32を介して他の気筒の排気管に波及することが少な
くなる。例えば、エンジン回転を2000rpmとし、閉塞弁
4の開度を1/2としたとき、第5図の(b)中に星印で
示すように、他の気筒の圧力波の影響は閉塞弁4を全開
したときの特性{同図中(a)}に比し、著しく軽減さ
れていることが判る。更に、同図の(c)は閉塞弁4の
開度を1/4にしたもので、このときは他の気筒の圧力波
は全く消去されている。
このように、吸気弁の開き始める排気行程終期に排気口
に作用する他の気筒の圧力波の影響が軽減され、吸気の
導入が設定通りに行われ、運転が安定になる。
次ぎに、エンジン速度が増して低速域を越えると、閉塞
弁4は支軸5aによって開かれるので、排気管31内の通気
抵抗が減じ、最大出力の発生にいささかも障害とはなら
ない。また、エンジンの出力特性は高速高トルク形に移
行する。
なお、高速形エンジンにおいては、第4図の破線で示す
ように、中速域において略1/2開度の領域を設定すれ
ば、高速形エンジンで問題となる、いわゆるトルク谷は
ほとんど無視できる程度に軽減される。これは、排気弁
が開弁する排気行程開始と共に排気口に生じた正の圧力
波の一部が閉塞弁4によって反射されかつ残部が閉塞弁
4の周囲を通過して排気管31の下流端で反転して遡上す
るからである。詳述すると、閉塞弁4で反射した圧力波
と、排気管31の下流端で反射した圧力波とでは圧力波形
が同じで位相のみが逆となるので、これらの反射波が相
互に打ち消し合って減衰されるからである。
すなわち、排気管中に生じる圧力波の影響が軽減される
ので、上述したようにトルク谷が軽減されることにな
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように第1の発明に係る多気筒エンジンの
排気装置は、数個の気筒の排気口に接続された複数の排
気管の下流端を1つの膨張室に接続すると共に、全ての
排気管の排気通路の開口面積をアイドリング運転を阻害
しない程度の面積を最小として大小に調節可能な閉塞弁
を設け、アイドリング回転域では前記閉塞弁の開度を最
少開度とする作動装置を設けたため、アイドリング回転
域では、閉塞弁が閉じて排気通路の開口面積を絞るの
で、排気弁が開いたとき一の排気管に生じる正の圧力波
が、膨張室を介して他の気筒の排気管に作用することが
少なくなる。
したがって、多気筒エンジンにおいてアイドリング回転
域での燃焼安定性を改善することができる。
第2の発明に係る多気筒エンジンの排気装置は、数個の
気筒の排気口に接続された複数の排気管の下流端を1つ
の膨張室に接続すると共に、全ての排気管の排気通路の
開口面積をアイドリング運転を阻害しない程度の面積を
最小として大小に調節可能な閉塞弁を設け、アイドリン
グ回転域では前記閉塞弁の開度を最少開度としかつエン
ジンの中速域では前記閉塞弁が排気通路の開口面積の略
1/2を閉じるような作動装置を設けため、アイドリング
回転域では一の排気管から他の排気管へ圧力波が伝播さ
れ難くなることに加え、エンジンの中速域では、閉塞弁
が排気通路の開口面積の略1/2を閉じる関係から、排気
弁が開いたときに排気管に生じる正の圧力波の一部が閉
塞弁によって反射されかつ残りが排気管の下流端で反射
され吸気管中を遡上するようになる。閉塞弁で反射した
反射波と開口端で反射した反射波とでは圧力波形が同じ
で位相のみが逆となるので、その反射波は相互に打ち消
し合って減衰される。すなわち、排気管中に生じる圧力
波の影響が軽減される。
したがって、高速形の多気筒エンジンにおいてアイドリ
ング回転域では一の排気管から他の排気管へ圧力波が伝
播され難くなることに加え、エンジンの中速域では排気
管中に生じる圧力波の影響が軽減され、トルク谷の発生
がなくなる。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の一実施例を示すものであり、第1図は
自動二輪車の側面図、第2図はその排気通路の平面図、
第3図は第2図におけるIII−III線断面図、第4図は閉
塞弁の作動図、第5図は排気管内圧力の変化を実測した
圧力線図である。 3……排気通路、31……排気管、32……膨張室、4……
閉塞弁、4a……作動装置。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】数個の気筒の排気口に接続された複数の排
    気管の下流端を1つの膨張室に接続すると共に、全ての
    排気管の排気通路の開口面積をアイドリング運転を阻害
    しない程度の面積を最小として大小に調節可能な閉塞弁
    を設け、アイドリング回転域では前記閉塞弁の開度を最
    少開度とする作動装置を設けてなる多気筒エンジンの排
    気装置。
  2. 【請求項2】閉塞弁は膨張室に至る排気管の下流端近傍
    に配置されている特許請求の範囲第1項記載の多気筒エ
    ンジンの排気装置。
  3. 【請求項3】閉塞弁は蝶弁形をなしている特許請求の範
    囲第1項記載の多気筒エンジンの排気装置。
  4. 【請求項4】作動装置はエンジン速度によって制御され
    るモータである特許請求の範囲第1項記載の多気筒エン
    ジンの排気装置。
  5. 【請求項5】数個の気筒の排気口に接続された複数の排
    気管の下流端を1つの膨張室に接続すると共に、全ての
    排気管の排気通路の開口面積をアイドリング運転を阻害
    しない程度の面積を最小として大小に調節可能な閉塞弁
    を設け、アイドリング回転域では前記閉塞弁の開度を最
    少開度としかつエンジンの中速域では前記閉塞弁が排気
    通路の開口面積の略1/2を閉じるような作動装置を設け
    てなる多気筒エンジンの排気装置。
  6. 【請求項6】閉塞弁は膨張室に至る排気管の下流端近傍
    に配置されている特許請求の範囲第5項記載の多気筒エ
    ンジンの排気装置。
  7. 【請求項7】閉塞弁は蝶弁形をなしている特許請求の範
    囲第5項記載の多気筒エンジンの排気装置。
  8. 【請求項8】作動装置はエンジン速度によって制御され
    るモータである特許請求の範囲第5項記載の多気筒エン
    ジンの排気装置。
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