JPH0745825B2 - エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は排気ターボ過給機を備えたエンジンの排気装置
に関するものである。

（従来技術） 従来より、排気特性を改善してエンジン出力の向上を図
る目的から１気筒当たり２個以上の排気ポートを形成し
て多弁式エンジンは公知であり、またこのような多弁式
エンジンに排気ターボ過給機を組合わせてエンジン出力
のより一層の向上を図るようにしたものも知られている
（例えば、特開昭59−196926号公報参照）。

ところが、この公知例のエンジンにおいては、２つの排
気ポートを常時排気ターボ過給機に連通させるようにし
ているため、排気ガスの流量が比較的少ないエンジンの
低速・低負荷運転時には下記するような理由により十分
な過給効果が得られないという問題があった。即ち、排
気通路の通路面積は、排気ガスの流量が最大となる高速
・高負荷運転状態において排気ガスを抵抗なくスムーズ
に流通させることができるような大きさに設定されてい
るため、排気ガス流量が高速・高負荷運転時に比べて少
ない低速・低負荷運転時においては排気ガスの流速が大
きく低下し、排気ターボ過給機の回転速度の落ち込みに
より、十分な過給作用が得られなくなるものである。

（発明の技術的背景） このような事情に鑑み、本願発明者等は、多弁式エンジ
ンにおいて高水準の過給効果をしかもより広範囲の運転
領域において得るための手段について鋭意研究した結
果、排気通路面積をエンジンの運転状態に応じて可変と
することによりこれを実現する手段を開発し、その具体
的構成を既に出願している（昭和61年10月31日出願の特
許願、発明の名称：エンジンの排気装置）。

この先出願に係る排気装置の概略を第１図を参照して説
明すると、第１図において符号１は４個の気筒2A,2B,2
C,2Dを有する４気筒自動車用エンジンであって、その各
気筒2A,2B,2C,2Dにはそれぞれ２つの吸気ポート、即
ち、第１の吸気ポート３と第２の吸気ポート４と、２つ
の排気ポート即ち、第１の排気ポート５と第２の排気ポ
ート６がそれぞれ形成されている。この各気筒2A,2B・
・の第１の吸気ポート３と第２の吸気ポート４には、そ
れぞれ独立した第１の吸気通路7A,7B,7C,7Dと第２の吸
気通路8A,8B,8C,8Dが接続されている。

一方、各気筒2A,2B,2C,2Dの各第１の排気ポート5,5・・
にはそれぞれ第１の排気通路9A,9B,9C,9Dが、また各第
２の排気ポート6,6・・にはそれぞれ第２の排気通路10
A,10B,10C,10Dが接続されている。この各気筒の第１の
排気ポート５に接続される４本の第１の排気通路9A,9B
・・と第２排気ポート６にそれぞれ接続される４本の第
２の排気通路10A,10B・・は、２つのスクロール室21A,2
1Bを有する排気ターボ過給機20の左右一対の排気導入通
路11,12に対してそれぞれ別々に接続されるわけである
が、この場合、この例においては排気エネルギーをより
効率的に利用するために上記各排気通路の接続に下記す
るような工夫をしている。即ち、点火順序が連続する複
数の気筒の排気ポート同士を接続すると、先行作動する
気筒から排出された排気ガスにより残圧が排気通路内に
残っている間に後行作動する気筒から排気ガスが排気通
路内に排出されるため、該排気通路内の排気ガスの最大
圧力は、ガス圧力の重合作用により各気筒からそれぞれ
単独に排気ガスが排出される場合よりも高圧となり、そ
れだけ排気ターボ過給機20に付与される排気エネルギー
が増大せしめられる、という点に着目し、４つの気筒2
A,2B,2C,2Dを点火順序の連続する気筒別に２つのグルー
プに分け、第１の気筒2Aと第２の気筒2Bで第１気筒群X₁
を、また第３の気筒2Cと第４の気筒2Dで第２気筒群X₂を
それぞれ構成している。そして、各気筒の第１の排気通
路9A〜9D側においては、第１気筒群X₁に属する２本の第
１の排気通路9A,9Bをその下流側で集合させて第１の排
気通路ユニット31を、第２気筒群X₂に属する２本の第１
の排気通路9C,9Dをその下流側で集合させて第２の排気
通路ユニット32をそれぞれ構成している。また、各気筒
の第２の排気通路10A〜10D側においては、第１気筒群X₁
に属する２本の第２の排気通路10A,10Bをその下流側で
集合させて第３の排気通路ユニット33を、第２気筒群X₂
に属する２本の第２の排気通路10C,10Dをその下流側で
集合させて第４の排気通路ユニット34をそれぞれ構成し
ている。さらに、このように構成された４つの排気通路
ユニット31,32,33,34のうち、第１の排気通路9A〜9D側
の第１の排気通路ユニット31と第２の排気通路ユニット
32を、それぞれ単独に上記ターボ過給機20の第１の排気
導入通路11と第２の排気導入通路12に接続し、各気筒2
A,2B,・・の第１の排気ポート５からの排気ガスを常時
排気ターボ過給機20側に導入するようにしている。

これに対して、第２の排気通路10A〜10D側の第３の排気
通路ユニット33と第４の排気通路ユニット34は、それぞ
れの下流部33a,34aに設けた制御弁14,14を介して上記第
１の排気導入通路11および第２の排気導入通路12に対し
て断続自在に接続されている。この制御弁14,14はエン
ジンの低速・高負荷運転時には閉弁され、それ以外の運
転領域においては開弁されるようにその作動特性が設定
されている。従って、各気筒2A,2B,・・の第２の排気ポ
ート6,6・・側からは、低速・低負荷運転領域以外の運
転領域においてのみ排気ターボ過給機20側に排気ガスが
供給される。尚、図中符号15,15はウェストゲート弁で
ある。

このように排気系を構成すると、エンジンの低負荷・低
負荷運転領域以外の運転領域においては、各気筒2A,2B,
・・の作動室から排出される排気ガスの排出量は多くな
るが、この場合には上記制御弁14が開いているため排気
ガスはそれぞれ第１の排気通路9A〜9Dと第２の排気通路
10A〜10Dの両方からスムーズに排気ターボ過給機20側に
導かれ高水準の過給効果が得られる。

これに対して、エンジンの低速・低負荷運転時には排気
ガスの流量そのものが比較的少ないため、排気通路の通
路面積が高速・高負荷運転時と同じであれば排気ガスの
流速が低下することとなるが、この例の装置においては
低速・低負荷運転時には第２の排気通路10A〜10Dが制御
弁14,14によって閉じられるため、この運転状態におけ
る排気通路の実質的な通路面積は第１の排気通路9A〜9D
の通路面積まで絞られることとなり、排気ガスの流量そ
のものが少ないにもかかわらずその流速は高速に維持さ
れ、高水準の過給効果が得られることとなる。即ち、制
御弁14,14を閉じることにより第２の排気ポート６側の
排気弁（図示省略）を閉弁保持したのと同様の効果が得
られるようにしている。

ところが、この先出願の排気装置においては、その後の
研究段階で下記する如き理由により低速・低負荷運転領
域において若干吸気の充填効率が低下するおそれがある
ことが判明した。即ち、４気筒エンジンにおいては第５
図に示す如く各気筒の排気弁の開弁順序（即ち、点火順
序）は１→３→４→２の順になっている。また、点火順
序が連続する２つの気筒間においては、各排気弁相互間
の開弁タイミング（即ち、各排気ポート相互間の開口タ
イミング）は、先行作動する気筒の排気弁の開弁終了近
傍と、後行作動する気筒の排気弁の開弁開始初期とが所
定の時間幅をもって相互に重なり合うように設定されて
いる（重合領域ａ）。従って、エンジンの低速・低負荷
運転時において制御弁14,14が閉弁されると、第３排気
通路ユニット33および第４排気通路ユニット34はそれぞ
れ閉通路とされる。このため各気筒群X₁,X₂において
は、それぞれ上記重合領域ａに対応する時期において、
点火順序が早い気筒（即ち、第１の気筒群X₁における第
２の気筒2Bと第２の気筒群X₂における第３の気筒2C）の
開弁終了近傍で、点火順序の遅い気筒（即ち、第１の気
筒群X₁における第１の気筒2Aと第２の気筒群X₂における
第４の気筒2D）側から開弁開始初期の高圧の排気ガスが
逆流するいわゆる排気ガスの吹き抜け現象が発生し、各
気筒においては排気ガスの吹き抜け量に相当する量だけ
吸気の充填量が減少するというおそれがある。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、各気筒毎にそれぞれ第
１の排気ポートと第２の排気ポートを備えるとともに、
点火順序の連続する複数の気筒ごとに上記各第１の排気
ポートと第２の排気ポートとを集合させ、各気筒から排
出される排気ガスを、エンジンの運転状態に応じて第１
の排気ポートと第２の排気ポートとから選択的に排気タ
ーボ過給機側に供給するようにし、しかも排気ターボ過
給機に対する排気導入経路の選択を上記第２の排気ポー
トの集合部に設けた制御弁によって行なうようにしたエ
ンジンの排気装置において、点火順序の連続する気筒相
互間における第２の排気ポートを介しての排気ガスの吹
き抜け現象の発生を未然に防止し、もって吸気の充填効
率の向上を図ることを目的とするものである。

（目的を達成するための手段） 本発明は上記の目的を達成するための手段として、各気
筒ごとに第１の排気ポートと第２の排気ポートとを有す
る多気筒エンジンの上記各第１の排気ポートに第１の排
気通路を、上記各第２の排気ポートに第２の排気通路
を、それぞれ接続する一方、上記各気筒の第１の排気通
路はこれを排気ターボ過給機の排気導入通路に直接的に
接続し、また上記各気筒の第２の排気通路はこれを点火
順序の連続する複数の気筒よりなる気筒群ごとに集合さ
せて排気通路ユニットを構成して該排気通路ユニットの
集合部を上記排気導入通路にそれぞれ接続するととも
に、該各排気通路ユニットの集合部に、エンジンの特定
の運転領域において閉作動して該排気通路ユニットと上
記排気導入通路との間の連通を遮断する如く作用する制
御弁を設けたエンジンの排気装置において、上記各気筒
の一対の排気ポートの開弁開始時期を、上記第２の排気
ポートの開弁開始時期が上記第１の排気ポートの開弁開
始時期よりも所定時間だけ遅れるようにそれぞれ設定し
たものである。

（作 用） 本発明では上記の手段により、各気筒においては、それ
ぞれの第１の排気ポートが開弁を開始したのち所定時間
遅れて第２の排気ポートが開弁を開始するため、特定の
運転領域、例えば低速・低負荷運転時に制御弁が閉弁さ
れたとしても、該第２の排気ポートが開弁された時点に
おいては既に上記第１の排気ポートを通して排気行程初
期の高圧の排気ガスの一部が排気ターボ過給機側に排出
された後であることから、その後に第２の排気ポート側
から排出された排気ガスが排気通路ユニット内に充満し
たとしてもそのガス圧力は比較的低圧に保持されること
になる。このため、先行作動する気筒の排気行程終期と
後行作動する気筒の排気行程初期とが所定の時間幅をも
って重合しており且つこの先行作動する気筒が排気行程
終期であってその作動室の内圧が比較的低圧であって
も、該内圧と後行作動室する気筒の排気行程初期の排気
ガス圧力に基づく上記排気通路ユニット内の排気ガス圧
力との差は可及的に小さく、その結果、該排気通路ユニ
ットが閉通路状態とされているにもかかわらず、後行作
動する気筒側から先行作動する気筒側への排気ガスの吹
き抜けが可及的に抑制されるものである。

（発明の効果） 従って、本発明のエンジンの排気装置によれば、エンジ
ンの特定の運転領域、例えば低速・低負荷運転時におけ
る後行作動する気筒側から先行作動する気筒側への排気
ガスの吹き抜けが可及的に防止されることから、各気筒
内における残留排気ガス量が減少し、それだけ吸気の充
填効率が向上せしめられるという効果が得られるもので
ある。

（実施例） 以下、本発明の好適な実施例を説明するが、本発明は第
１図に示す如き構造を有するエンジンの排気装置に適用
されるものであり、従って、装置の構成説明と基本的な
作動説明は上記「発明の技術背景」の項で詳細に説明し
たので、ここでは本発明の要旨である各気筒2A〜2Dにお
ける第１の排気ポート５と第２の排気ポート６の開弁開
弁時期の設定についてのみ説明する。

第１の実施例 先ず、第１の実施例としては、第２図に示す如くエンジ
ンの各気筒においてそれぞれ、排気ターボ過給機20に対
して制御弁14を介して連結される第２の排気ポート６の
開弁開始時期を、該排気ターボ過給機20に対して直結さ
れた第１の排気ポート５の開弁開始時期よりも時間t₁だ
け遅らせるようにしている。尚、この場合、開弁終了時
期は両者同一であり、従って、上記時間t₁だけ第２の排
気ポート６の開口時期が第１の排気ポート５のそれより
も短くなっている。

このように第１の排気ポート５と第２の排気ポート６と
の間においてその開弁開始時期を相対的に設定すると、
エンジンの低速運転時において第３の排気通路ユニット
33及び第４の排気通路ユニット34にそれぞれ設けた制御
弁14,14がともに閉弁され、該第３の排気通路ユニット3
3と第４の排気通路ユニット34がそれぞれ閉通路とされ
た状態であっても、各気筒においては、先ず第１の排気
ポート５が開いて作動室内部の排気行程初期の高圧の排
気ガスの一部が第１の排気通路ユニット31あるいは第２
の排気通路ユニット32を通って排気ターボ過給機20側に
排出され、該作動室内圧が幾分低下した時点で第２の排
気ポート６が開口して第３の排気通路ユニット33あるい
は第４の排気通路ユニット34内に排出されることとな
る。従って、第３の排気通路ユニット33あるいは第４の
排気通路ユニット34内の排気ガス圧力と、先行作動する
気筒、即ち、第１の気筒群X₁の第２の気筒2Bと第２の気
筒群X₂の第３の気筒2Cの作動室内圧（排気ガス圧力）と
の差が、例えば第３の排気通路ユニット33および第４の
排気通路ユニット34内に排気行程初期の高圧の排気ガス
が何らの圧力低下作用を受けることなくそのまま排出さ
れる場合に比して小さい。このため、第１の気筒2Aの第
２の排気ポート６と第２の気筒2Bの第２の排気ポート６
の開口期間、及び第３の気筒2Cの第２の排気ポート６と
第４の気筒2Dの第２の排気ポート６の開口期間、がそれ
ぞれ所定の時間幅をもって重合した状態であっても、第
１の気筒2Aから第２の気筒2Bに、あるいは第４の気筒2D
から第３の気筒2Cに排気ガスが逆流すること（即ち、吹
き抜け現象）が可及的に防止されることとなる。この結
果、各気筒2A,2B・・においては、排気行程終了時にお
ける排気ガスの作動室内への残留量が可及的に減少せし
められ、それだけ吸気の充填効率が向上することとな
る。

尚、このように、各気筒においてそれぞれ第２の排気ポ
ート６の開弁開始時期を第１の排気ポート５の開弁開始
時期よりも遅らせることにより排気ガスの吹き抜け抑制
効果が得られる訳であるが、この排気ポートの開弁開始
時期による調整方法に加えて、第１図において鎖線図示
する如く第３の排気通路ユニット33及び第４排気通路ユ
ニット34の通路集合部にそれぞれ適宜容積を有する容積
室40,40を付設すれば、該容積室40,40における圧力緩衝
作用により、上記排気ガス吹き抜け抑制効果をより一層
高めることが可能となる。

第２の実施例 第２の実施例においては、第３図に示すように各気筒の
2A〜2Dにおける第１の排気ポート５と第２の排気ポート
６の開口期間をほぼ同一に保持したまま、第２の排気ポ
ート６の開弁開始時期を第１の排気ポート５の開弁開始
時期よりも時間t₂だけ遅らせるように該第１の排気ポー
ト５と第２の排気ポート６の開弁開始時期を相対的に設
定している。従って、この場合、第２の排気ポート６の
開弁終了時期は、第１の排気ポート５の開弁終了時期よ
りも時間t₃だけ遅れることになる。

第３の実施例 第３の実施例のものは、各気筒の2A〜2Dにおける第２の
排気ポート６の開口時期を第１の排気ポート５の開口時
期よりも短めに設定し、且つ第２の排気ポート６の開弁
開始時期を第１の排気ポート５のそれよりも時間t₄だけ
遅らせるとともに、第２の排気ポート６の開弁終了時期
を第１の排気ポート５のそれよりも時間t₅だけ早めるよ
うに設定している。

この第２の実施例及び第３の実施例共に、上記第１の実
施例と同様の作用効果が得られることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る排気装置が適用されるエ
ンジンの排気系システム図、第２図ないし第４図は本発
明の実施例に係る排気装置における排気ポートの開口タ
イミング図、第５図はエンジンの各気筒相互間に排気ポ
ートの開口タイミング相関図である。 １はエンジン、2A〜2Dは気筒、３及び４は吸気ポート、
５は第１の排気ポート、６は第２の排気ポート、7A〜7D
及び8A〜8Dは吸気通路、9A〜9Dは第１の排気通路、10A
〜10Dは第２の排気通路、11及び12は排気導入通路、14
は制御弁、15はウェストゲート弁、20は排気ターボ過給
機、31〜34は排気通路ユニット、40は容積室である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各気筒ごとに第１の排気ポートと第２の排
   気ポートとを有する多気筒エンジンの上記各第１の排気
   ポートに第１の排気通路を、上記各第２の排気ポートに
   第２の排気通路を、それぞれ接続する一方、上記各気筒
   の第１の排気通路はこれを排気ターボ過給機の排気導入
   通路に直接的に接続し、また上記各気筒の第２の排気通
   路はこれを点火順序の連続する複数の気筒よりなる気筒
   群ごとに集合させて排気通路ユニットを構成して該排気
   通路ユニットの集合部を上記排気導入通路にそれぞれ接
   続するとともに、該各排気通路ユニットの集合部に、エ
   ンジンの特定の運転領域において閉作動して該排気通路
   ユニットと上記排気導入通路との間の連通を遮断する如
   く作用する制御弁を設けたエンジンの排気装置であっ
   て、 上記各気筒の一対の排気ポートの開弁開始時期を、上記
   第２の排気ポートの開弁開始時期が上記第１の排気ポー
   トの開弁開始時期よりも所定時間だけ遅れるようにそれ
   ぞれ設定したことを特徴とするエンジンの排気装置。