JPH102226A

JPH102226A - 多気筒エンジンの排気装置

Info

Publication number: JPH102226A
Application number: JP8175868A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kawakubo; 毅川久保; Jiro Watase; 治朗渡瀬
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの各回転速度において、それぞれ排
気の圧力波が有効に利用されることにより、いずれの回
転速度でも排気脈動効果が十分に得られるようにし、か
つ、これが簡単な構成で得られるようにする。【解決手段】排気管３，２１の各中途部の内部を互い
に連通させる連通管７を複数設ける。これら各連通管７
の内部をそれぞれ開閉自在に閉じる制御弁９を設ける。
上記エンジン１がある回転速度にあるときに、ある気筒
２の先の排気行程により生じた排気１７の圧力波が、こ
の気筒２に対応する上記排気管３，２１の断面積の急拡
大部で反射して、この排気管３，２１の気筒２側の一端
部３ａが後続の排気行程で開かれるときにこの一端部３
ａに到達するよう、上記急拡大部を設定すべき位置が、
上記排気管３，２１の長手方向でみて隣り合う両連通管
７，７のほぼ中央部にあるとき、上記両連通管７，７の
両制御弁９，９を共に開弁動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各一端部がこれに
対応する各気筒の燃焼室に連通し、各他端部が大気に連
通する複数の排気管を備えた多気筒エンジンであって、
各気筒が排気脈動効果を十分に得られるようにした多気
筒エンジンの排気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】多気筒エンジンは、通常、各一端部がこ
れに対応する各気筒の燃焼室に連通し、各他端部が大気
に連通する複数の排気管を備えている。上記排気管の内
部が排気通路とされ、この排気通路の上記一端部である
上記燃焼室への開口部が排気開口部とされている。

【０００３】そして、ある気筒における爆発行程後の排
気行程では、この気筒に対応する排気管の一端部、つま
り、上記排気開口部が開かれて、上記爆発行程後の燃焼
ガスが、排気として上記燃焼室から排気通路を通り大気
に排出されるようになっている。

【０００４】ところで、上記排気が上記燃焼室から排気
開口部を通って排出されるとき、排気の圧力波である正
圧波が生じて、これが、一旦、上記排気通路内をその下
流側に向って音速で進み、これが同上排気通路の断面積
が急拡大している部分（以下、これを「急拡大部」とい
う）にまで達すると、ここで反射され、符号を変えて負
圧波となり、上記排気開口部に向って音速で戻ることと
なる。

【０００５】上記の場合、ある気筒において、先の排気
行程に基づき上記「急拡大部」での反射により生じた負
圧波が、これに続く後続の排気行程で、上記排気開口部
が開かれるときに、この排気開口部に到達するようにす
れば、燃焼室内の燃焼ガスは上記燃焼室内から上記負圧
波によって吸い出され、このため、吸入効率が間接的に
向上させられてエンジン性能の向上が得られることとな
る。この効果は、排気の圧力波の利用により生じたもの
であって、排気脈動効果といわれている。

【０００６】そこで、上記排気脈動効果を得るために、
従来、実開平４‐９３７２５号公報で示されるよう、構
成されたものがある。

【０００７】これによれば、各一端部がこれに対応する
各気筒の燃焼室に連通し、各他端部が大気に連通する複
数の排気管が備えられている。これら排気管の各中途部
の内部を互いに連通させる連通管が同上各排気管の上流
側から下流側に向って複数設けられ、これら各連通管の
内部をそれぞれ開閉自在に閉じる制御弁が設けられてい
る。そして、エンジンの回転速度に応じて、上記制御弁
のうち少なくとも一つの制御弁が開弁動作させられるよ
うになっている。より具体的には、エンジンの回転速度
が遅くなるに従い（もしくは速くなるに従い）、上記制
御弁のうち下流側（もしくは上流側）の制御弁が開弁動
作させられるようになっている。

【０００８】即ち、制御弁が開弁動作させられている連
通管と、排気管との結合部が前記「急拡大部」に相当
し、エンジンの回転速度が遅くなるに従って（もしくは
速くなるに従って）、上記「急拡大部」が排気管の一端
部から離れる（もしくは近づく）こととされている。

【０００９】これによれば、エンジンの回転速度が遅け
れば（もしくは速ければ）、ある気筒における先の排気
行程から、後続の排気行程になるまでの期間が長くかか
る（もしくは短くなる）点に着目し、先の排気行程で生
じた負圧波が、後続の排気行程で開かれた排気管の排気
開口部にまで戻るまでの時間が遅くなるよう（もしくは
速くなるよう）にし、もって、この排気開口部にタイミ
ングよく負圧波が到達することとされている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の技術では、次の如き問題がある。

【００１１】即ち、ある気筒において、先の排気行程に
基づき、上記「急拡大部」での反射により生じた負圧波
を、後続の排気行程で開かれる排気開口部にタイミング
よく到達させるために上記「急拡大部」を設定すべき位
置が、排気管の長手方向でみて、例えば、隣り合う両連
通管のほぼ中央部であるとき、従来では、これら両連通
管のうちいずれか一方の連通管の制御弁が開弁動作させ
られるようになっている。

【００１２】しかし、これでは、負圧波が排気開口部に
達するタイミングは、少し早くなり過ぎ、もしくは、遅
くなり過ぎて、排気脈動効果が十分には得られないとい
う問題がある。

【００１３】そこで、上記連通管を制御弁と共に排気管
の長手方向でみて、より多く設けることが考えられる。
このようにすれば、「急拡大部」を設けるべき位置に、
いずれかの連通管がより接近することとなって、負圧波
をよりタイミングよく、排気開口部に到達させることが
できることとなる。

【００１４】しかし、このようにすると、連通管と制御
弁の数が多くなって、排気装置の構成が複雑になるとい
う問題がある。

【００１５】一方、公害防止の点に鑑み、排気を浄化す
るために触媒を設けることが従来より行われているが、
単に触媒を設けると、ここで、排気の圧力波が反射し
て、排気脈動効果の向上が阻害されるおそれがある。

【００１６】本発明は、上記のような事情に注目してな
されたもので、エンジンの各回転速度において、それぞ
れ排気の圧力波が有効に利用されることにより、いずれ
の回転速度でも排気脈動効果が十分に得られるようにす
ることを課題とする。

【００１７】また、上記した課題の達成が簡単な構成で
得られるようにすることを課題とする。

【００１８】更に、排気を浄化する触媒を設ける場合
に、この触媒が、上記した排気脈動効果の向上を阻害し
ないようにすることを課題とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の本発明の多気筒エンジンの排気装置は、次の如くであ
る。

【００２０】請求項１の発明は、各一端部３ａがこれに
対応する各気筒２の燃焼室２ａに連通し、各他端部３ｂ
が大気に連通する複数の排気管３，２１を備え、これら
排気管３，２１の各中途部の内部を互いに連通させる連
通管７を同上各排気管３，２１の上流側から下流側に向
って複数設け、これら各連通管７の内部をそれぞれ開閉
自在に閉じる制御弁９を設け、エンジン１の回転速度に
応じて、上記制御弁９のうち少なくとも一つの制御弁９
を開弁動作させるようにした場合において、上記エンジ
ン１がある回転速度にあるときに、ある気筒２の先の排
気行程により生じた排気１７の圧力波が、この気筒２に
対応する上記排気管３，２１の断面積の急拡大部で反射
して、この排気管３，２１の一端部３ａが後続の排気行
程で開かれるときにこの一端部３ａに到達するよう、上
記急拡大部を設定すべき位置が、上記排気管３，２１の
長手方向でみて隣り合う両連通管７，７のほぼ中央部に
あるとき、上記両連通管７，７の両制御弁９，９を共に
開弁動作させるようにしたものである。

【００２１】請求項２の発明は、請求項１の発明に加え
て、上記各排気管３，２１毎にそれぞれ排気浄化触媒２
２，２２を設けたものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。

【００２３】（第１の実施の形態）

【００２４】図１〜３は、第１の実施の形態を示してい
る。

【００２５】図において、符号１は、４サイクルの多気
筒エンジン（内燃機関）で、複数（四つ）の第１〜４気
筒２（Ａ〜Ｄ）を備えている。

【００２６】上記エンジン１は、上記各気筒２（Ａ〜
Ｄ）から一方向に向ってほぼ平行にそれぞれ延出する複
数（四本）の第１〜４排気管３（Ａ〜Ｄ）を備え、これ
ら各排気管３の内部が排気通路４となっている。上記各
排気管３の各一端部３ａは上記各気筒２の燃焼室２ａに
連通し、各他端部３ｂは互いに集合した後、共通のサイ
レンサー５を通して大気に連通させられている。上記各
排気管３の上記一端部３ａにおける排気通路４の上記燃
焼室２ａへの開口部が排気開口部とされている。以下、
この排気開口部と一端部３ａとは同義語として使用す
る。

【００２７】上記排気管３の各中途部の内部である排気
通路４を互いに連通させる連通管７が、上記各排気管３
の上流側から下流側に向って複数（四本）設けられてい
る。これら連通管７は第１〜４連通管７（Ａ〜Ｄ）であ
って、各排気管３の長手方向でみて、互いにほぼ等間隔
に設けられている。これら各連通管７の内部は、上記各
排気管３の排気通路４と互いに連通する他の排気通路８
となっている。

【００２８】上記各連通管７の他の排気通路８をそれぞ
れ開閉自在に閉じるバタフライ弁形式の制御弁９が設け
られている。この場合、各排気管３の長手方向でみて、
同じところに位置する複数の制御弁９は共通のアクチュ
エータ１０によって、同時に閉弁、もしくは開弁動作
（図２中仮想線）させられるようになっている。

【００２９】上記エンジン１のクランク軸の回転速度を
検出する速度検出センサー１２が設けられている。この
速度検出センサー１２の検出信号を入力して、上記アク
チュエータ１０を駆動させ、これにより、上記各制御弁
９を開、閉弁動作させる電子的な制御装置１３が設けら
れている。

【００３０】各図中実線で示すように、上記各制御弁９
をそれぞれ閉弁動作させて各連通管７の他の排気通路８
を閉じたとき、上記各排気管３の排気通路４は互いに独
立した通路となる。

【００３１】上記各排気管３の長手方向でみて、いずれ
かの制御弁９群を開弁動作させると、この開弁動作させ
られた制御弁９群を内有する第１〜４連通管７（Ａ〜
Ｄ）と、各排気管３とで構成される第１〜４結合部１６
（Ａ〜Ｄ）は、各排気管３の排気通路４の断面積が急拡
大する部分となり、これが「急拡大部」に相当する。

【００３２】上記各排気管３の長手方向でみて、これら
排気管３の一端部３ａを基準位置とし、この基準位置か
ら第１〜４結合部１６（Ａ〜Ｄ）までの寸法が、Ｌ₁ 〜
Ｌ₄とされている。

【００３３】上記の場合、第１〜４気筒２（Ａ〜Ｄ）
は、互いに位相差をもって運転される。

【００３４】そして、ある一つの気筒２（Ａ）の運転状
態をみれば、その爆発行程後の排気行程では、上記一端
部３ａが動弁機構により開かれて、上記爆発行程におけ
る混合気の燃焼後の燃焼ガスが、排気１７として上記燃
焼室２ａから第１連通管７（Ａ）の排気通路８と、サイ
レンサー５とを通って大気に排出される。

【００３５】上記の場合、排気１７が上記燃焼室２ａか
ら第１排気管３（Ａ）の一端部３ａを通って排出される
とき、排気１７の圧力波である正圧波が生じて、これ
が、一旦、上記排気通路４内をその下流側に向って音速
で進む。この正圧波が、図２中仮想線で示すように、制
御弁９が開弁動作させられて、第１排気管３（Ａ）の排
気通路４の断面積が急拡大されている「急拡大部」に達
すると、ここで反射され、符号を変えて負圧波となり、
上記一端部３ａに向って音速で戻ることとなる。

【００３６】上記エンジン１の回転速度に応じて、上記
制御弁９群のうち少なくとも一つの制御弁９群が開弁動
作させられるようになっている。より具体的には、上記
速度検出センサー１２で検出されたエンジン１の回転速
度が遅くなるに従い（もしくは速くなるに従い）、この
検出信号を入力した制御装置１３が、上記制御弁９群の
うち、下流側（もしくは上流側）の制御弁９群を開弁動
作させることとされている。

【００３７】即ち、エンジン１の回転速度が遅くなるに
従って（もしくは速くなるに従って）、上記「急拡大
部」が排気管３の一端部３ａから離れる（もしくは近づ
く）こととされている。

【００３８】これによれば、ある気筒２（Ａ）におい
て、エンジン１の回転速度が遅ければ（もしくは速けれ
ば）、先の排気行程から、後続の排気行程になるまでの
期間が長くかかる（もしくは短くなる）点に着目し、先
の排気行程で生じた負圧波が、後続の排気行程で開かれ
た排気管３の一端部３ａにまで戻るまでの時間が遅くな
るよう（もしくは速くなるよう）にし、もって、この一
端部３ａにタイミングよく負圧波が到達することとされ
ている。

【００３９】上記の場合、先の排気行程に基づき上記
「急拡大部」での反射により生じた負圧波を、その後続
の排気行程で開かれる排気管３の一端部３ａにタイミン
グよく到達させるために「急拡大部」を設定すべき位置
が、いずれかの結合部１６（Ａ〜Ｄ）の近傍にあると
き、この近傍の結合部１６における連通管７の制御弁９
を開弁動作させる。

【００４０】すると、上記排気管３と連通管７との結合
部１６が「急拡大部」となり、この「急拡大部」で反射
して生じた負圧波は、後続の排気行程で開かれる排気管
３の一端部３ａにタイミングよく到達する。

【００４１】よって、上記したある気筒２（Ａ）の燃焼
室２ａ内の燃焼ガスが、この燃焼室２ａ内から上記負圧
波によって効果的に吸い出され、排気脈動効果が効果的
に得られることとなる（図３中、Ｌ₁ 〜₄ の実線図
示）。

【００４２】また、上記した「急拡大部」を設定すべき
位置が、排気管３の長手方向でみて、隣り合う両連通管
７，７のほぼ中央部（つまり、（Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ）／２、も
しくは（Ｌ₂ ＋Ｌ₃ ）／２の近傍）にあるときには、両
連通管７，７の両制御弁９，９が共に開弁動作させられ
るようになっており、これにより、二つの「急拡大部」
が生じることとなる。

【００４３】上記した各作用を、表にまとめれば、次の
如くである。

【００４４】なお、表中、Ｌ₁ 等は、「急拡大部」を設
定すべき位置を示している。また、×印は制御弁９が閉
弁動作していることを示し、○印は同上制御弁９が開弁
動作していることを示し、△印は同上制御弁９が閉、も
しくは開弁動作のいずれかをしていることを示してい
る。

【００４５】

【表１】

【００４６】上記したように、「急拡大部」を設定すべ
き位置が両連通管７，７のほぼ中央になったとき、これ
ら両連通管７，７の両制御弁９，９が共に開かれ、この
ため、排気管３と、両連通管７，７との各結合部１６，
１６がそれぞれ「急拡大部」となり、これら各「急拡大
部」でそれぞれ反射して生じた二つの負圧波が、後続の
排気行程で開かれる排気管３の一端部３ａに対し、最適
なタイミングの前後に次々と到達することとなる。

【００４７】よって、これによれば、上記「急拡大部」
が単一である場合に比べて、エンジン１の燃焼室２ａ内
の燃焼ガスが、この燃焼室２ａ内から上記二つの負圧波
により効果的に吸い出され、このため、十分な排気脈動
効果が得られることとなる（図３中、（Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ）／
２と（Ｌ₂ ＋Ｌ₃ ）／２の破線図示）。

【００４８】なお、上記各気筒２からの排気１７が各排
気管３を流れるとき、これら各排気１７は互いに干渉し
ないこととされている。

【００４９】（第２の実施の形態）

【００５０】図４は、第２の実施の形態を示している。

【００５１】これによれば、第１の実施の形態における
第１、第４排気管３（Ａ，Ｄ）は、各連通管７で互いに
連通させられている各下流側の部分が一体化されて、第
１の共通の排気管２１（Ａ）とされ、また、第１の実施
の形態における第２、第３排気管３（Ｂ，Ｃ）は、各連
通管７で互いに連通させられている各下流側の部分が一
体化されて、第２の共通の排気管２１（Ｂ）とされてい
る。

【００５２】また、上記した共通の排気管２１の下流端
には、それぞれに互いに独立した排気浄化触媒２２が設
けられている。この排気浄化触媒２２内も排気通路とな
っており、排気１７がこの排気浄化触媒２２内を通過す
るとき、化学吸着されて、浄化されるようになってい
る。

【００５３】上記の場合、共通の排気管２１と、この排
気管２１に連設される排気浄化触媒２２との各排気通路
の断面積は互いにほぼ等しくされており、この排気浄化
触媒２２を設けたところで、排気１７の圧力波は反射し
ないこととされている。

【００５４】上記両排気管２１，２１の上流端同士と、
下流端同士の少なくともいずれか一方を互いに連通させ
る他の連通管２３が設けられ、この連通管２３内の排気
１７の酸素量を検出するＯ₂ センサー２４が設けられて
いる。

【００５５】このＯ₂ センサー２４の検出信号を前記制
御装置１３が入力して、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が調
整されるようになっている。

【００５６】他の構成や作用は、前記第１の実施の形態
と同様であるため、図面に共通の符号を付してその説明
を省略する。

【００５７】以下の各図は、第３、第４の実施の形態を
示している。これら各実施の形態の構成や作用は、前記
第２の実施の形態と同様であるため図面に共通の符号を
付してその説明を省略する。

【００５８】（第３の実施の形態）

【００５９】図５は、第３の実施の形態を示している。

【００６０】これによれば、排気浄化触媒２２は各排気
管２１の上流端に連設されている。

【００６１】このため、上記各排気浄化触媒２２とＯ₂
センサー２４は、各気筒２の近くに位置しているため、
その燃焼温度で、より高温とされる。

【００６２】よって、上記排気浄化触媒２２とＯ₂ セン
サー２４は、その特性上、排気１７を効果的に浄化し、
排気１７中の酸素量をより正確に検出する。

【００６３】（第４の実施の形態）

【００６４】図６、７は、第４の実施の形態を示してい
る。

【００６５】これによれば、各排気浄化触媒２２とＯ₂
センサー２４は各排気管２１の長手方向の中途部に位置
させられている。

【００６６】上記各排気浄化触媒２２は互いに結合され
てコンパクトに構成されている。

【００６７】

【発明の効果】本発明による効果は、次の如くである。

【００６８】請求項１の発明は、各一端部がこれに対応
する各気筒の燃焼室に連通し、各他端部が大気に連通す
る複数の排気管を備え、これら排気管の各中途部の内部
を互いに連通させる連通管を同上各排気管の上流側から
下流側に向って複数設け、これら各連通管の内部をそれ
ぞれ開閉自在に閉じる制御弁を設け、エンジンの回転速
度に応じて、上記制御弁のうち少なくとも一つの制御弁
を開弁動作させるようにした多気筒エンジンの排気装置
において、上記エンジンがある回転速度にあるときに、
ある気筒の先の排気行程により生じた排気の圧力波が、
この気筒に対応する排気管の断面積の急拡大部で反射し
て、この排気管の一端部が後続の排気行程で開かれると
きにこの一端部に到達するよう、上記急拡大部を設定す
べき位置が、上記排気管の長手方向でみて隣り合う両連
通管のほぼ中央部にあるとき、上記両連通管の両制御弁
を共に開弁動作させるようにしてある。

【００６９】このため、急拡大部を設定すべき位置が両
連通管のほぼ中央になったとき、上記したように、これ
ら両連通管の両制御弁が共に開かれる。すると、排気管
と、両連通管との各結合部がそれぞれ急拡大部となり、
これら各急拡大部でそれぞれ反射して生じた二つの負圧
波が、後続の排気行程で開かれる排気管の一端部に対
し、最適なタイミングの前後に次々と到達することとな
る。

【００７０】よって、これによれば、上記急拡大部が単
一である場合に比べて、エンジンの燃焼室内の燃焼ガス
が、この燃焼室内から上記二つの負圧波により効果的に
吸い出され、このため、十分な排気脈動効果が得られる
こととなる。

【００７１】即ち、エンジンの各回転速度において、そ
れぞれ排気の圧力波が有効に利用されることにより、い
ずれの回転速度でも排気脈動効果が十分に得られること
となる。

【００７２】また、上記したように、排気脈動効果が十
分に得られるという効果は両連通管における両制御弁を
共に開弁動作させることにより達成されたのであって、
連通管や制御弁の数を増やして達成されるものではな
い。

【００７３】よって、上記効果の達成は、部品点数の増
加を伴わないことから、簡単な構成で得られることとな
る。

【００７４】請求項２の発明は、上記各排気管毎にそれ
ぞれ排気浄化触媒を設けてあり、次の効果がある。

【００７５】即ち、仮に、各排気管に対し共通の排気浄
化触媒を設けたとすると、排気管と、この排気管に連設
される排気浄化触媒との間で、各排気通路の断面積が急
変しがちとなり、つまり、急拡大部が生じることとなっ
て、ここで、圧力波が反射するおそれを生じる。

【００７６】そこで、上記したように、上記各排気管毎
にそれぞれ排気浄化触媒を設けたのであり、このため、
各排気管と、この排気管に連設される排気浄化触媒との
各排気通路の断面積は互いにほぼ等しくできることか
ら、上記排気浄化触媒を設けたところにおいて、排気の
圧力波が反射することは防止される。

【００７７】よって、排気の圧力波は、開弁動作してい
る連通管と、排気管との結合部だけで反射することか
ら、排気脈動効果の向上が、上記排気浄化触媒を設ける
ことにより阻害されるということは防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態で、エンジンの全体平面線図
である。

【図２】第１の実施の形態で、図１の部分拡大断面図で
ある。

【図３】第１の実施の形態で、エンジンの回転数とエン
ジントルク（出力）の関係を示すグラフ図である。

【図４】第２の実施の形態で、図１に相当する図であ
る。

【図５】第３の実施の形態で、図１に相当する図であ
る。

【図６】第４の実施の形態で、図１に相当する図であ
る。

【図７】第４の実施の形態で、図６の７‐７線矢視断面
図である。

【符号の説明】

１エンジン２気筒２ａ燃焼室３排気管３ａ一端部３ｂ他端部４排気通路５サイレンサー７連通管８排気通路９制御弁１２速度検出センサー１３制御装置１６結合部１７排気２１排気管２２排気浄化触媒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各一端部がこれに対応する各気筒の燃焼
室に連通し、各他端部が大気に連通する複数の排気管を
備え、これら排気管の各中途部の内部を互いに連通させ
る連通管を同上各排気管の上流側から下流側に向って複
数設け、これら各連通管の内部をそれぞれ開閉自在に閉
じる制御弁を設け、エンジンの回転速度に応じて、上記
制御弁のうち少なくとも一つの制御弁を開弁動作させる
ようにした多気筒エンジンの排気装置において、上記エンジンがある回転速度にあるときに、ある気筒の
先の排気行程により生じた排気の圧力波が、この気筒に
対応する排気管の断面積の急拡大部で反射して、この排
気管の一端部が後続の排気行程で開かれるときにこの一
端部に到達するよう、上記急拡大部を設定すべき位置
が、上記排気管の長手方向でみて隣り合う両連通管のほ
ぼ中央部にあるとき、上記両連通管の両制御弁を共に開
弁動作させるようにした多気筒エンジンの排気装置。
【請求項２】上記各排気管毎にそれぞれ排気浄化触媒
を設けた請求項１に記載の多気筒エンジンの排気装置。