JPS62165532A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
た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ら知られている
（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６０年ｌθ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Ｉは４＠の気筒２　Ａ、
２　Ｂ、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２　Ａ、２　Ｂ、２Ｃ，２Ｄには
それぞれ２つの吸気ボート、即ち、第１の吸気ボート３
と第２の吸気ボート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かそれぞれ形成さ
れている。この各気筒２Ａ、２Ｂ・・の第１の吸気ボー
ト３と第２の吸気ボート４には、それぞれ独立した第１
の吸気通路７　Ａ、７　Ｂ、７　Ｃ，７Ｄと第２の吸気
通路８　Ａ、８　Ｂ、８　Ｃ，８Ｄが接続されている。

一方、各気筒２　Ａ、２　Ｂ、２　Ｃ，２Ｄの各第１の
排気ボート５．５・・にはそれぞれ第１の排気通路９　
Ａ、９　Ｂ、９　Ｃ，９Ｄが、また各第２の排気ポルト
ロ、６・・にはそれぞれ第２の排気通路ＩＯＡ、ＩＱＢ
、ＩＯＣ，ＩＯＣ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、ＩＯＢ・・は、２つのスク
ロール室２ＩＡ、２１Ｂ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ボート同士
を接続すると、先行作動する気筒から排出された排気ガ
スによる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か排出さ
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、２　Ｂ、２　Ｃ
，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２０気筒２Ｂで第１気筒群ｘ
ｌを、また第３の気筒２Ｃと第４の気筒２Ｄで第２気筒
群Ｘ、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９　Ａ、９　Ｂをその下流
側で集合させて第１の排気通路ユニット３Ｉを、第２気
筒群Ｘ、に属する２本の第１の排気通路９　Ｃ，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Ｘｌに属する２本の第２の排気通路１
０Ａ、ＩＯＢ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Ｘｔに属する２本の第２の
排気通路ＩＯＣ，ｌＯＤをその下流側で集合させて第４
の排気通路面積・ノド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３
１．３２．３３．３４のうち、第１の排気通路９Ａ〜９
Ｄ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２Ａ、２Ｂ、・・の第１の排気ポート５か
らの排気ガスを常時排気り−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〜ＩＯＤ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、それぞれその下流部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・低負荷
運転時には閉弁され、それ以外の退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型は
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ｌＯＡ〜ＩＯＤ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〜ＩＯＤ
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Ｉ−３→４−２の順になっており、しかも点火順
序が連続する２つの気筒間においては各排気弁の開弁タ
イミングは先行作動する気筒の排気弁の開弁終期と後行
作動する気筒の排気弁の開弁初期とが相互に重なり合う
ようになっている（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排気通路ユニヅト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Ｘ　、、Ｘ　２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Ｘ、における第２の気筒２Ｂと第２の気
筒ｎＸ２における第３の気筒２Ｇ）の開弁終期に、点火
順序の遅い気筒（即ち、第１の気筒群Ｘｌにおける第１
の気筒２Ａと第２の気筒群Ｘ、における第４の気筒２Ｄ
）側から開弁初期の高圧の排気ガスが逆流するいわゆる
排気ガスの吹き抜は現象が発生し、各気筒においては排
気ガスの吹き抜は最に相当するｍ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、各気筒ごとにそれぞれ
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６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
排気ガスの吹き抜は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６第１の排気ポートに第１の排
気通路を、上記６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時期を、上記第２の排気ポートの開
時期が上記第１の排気ポートの開時期よりも所定タイミ
ング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、各気筒の第１の排気ポー
トと第２の排気ポートの間においては第２の排気ポート
の方が第１の排気ポートよりも遅く開くため、特定の運
転領域、例えば低速・低負荷運転時に制御弁が開弁され
ても、第２の排気ポートが開口した時点においては既に
第１の排気ポートから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り、従っ
て、その後に第２の排気ボート側から排出されて排気通
路ユニット内に充満する排気ガスのガス圧力は比較的低
圧に保持され、該排気通路ユニット内の排気ガス圧力と
該排気通路ユニットに連通ずる先行作動する気筒の排気
終期における作動室の内圧との差が可及的に小さくなり
、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
ることとなる。

（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
口タイミング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の開口タイミングを、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の開口タイミングより
も時間ｔ、たけ遅らせるようにしている。尚、この場合
、閉塞タイミングは両者同一であり、従って、上記時間
ｔ１だけ第２の排気ポート６の開口期間が第１の排気ポ
ート５の開口期間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口タイミング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３３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
ニシト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
Ｘ、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直接排出される場合
に比して小さく、そのため第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重
合した状態であっても第１の気筒２Ａから第２の気筒２
Ｂ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（吹き抜け）ことが可及的に防止され
ることとなる。その結果、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の開口タイミングを第１の排気ポート５の開口タ
イミングよりも遅らせることにより排気ガスの吹き抜は
抑制効果が得られる訳であるが、このボート開口タイミ
ング調整方法に加えて、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は抑制効果を
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作詩したまま、第２の排
気ポート６の開口タイミングを第１の排気ポート５の開
口タイミングよりも時間１．１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の開口タイミン
グ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の閉塞タイミングは第１の排気ポート５の
閉塞タイミングよりも時間Ｌ３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の開口時間を第１の排気ポート５の開
口期間よりも短めに設定し、且つ第２の排気ポート６の
開口タイミングを第１の排気ポート５の開口タイミング
よりも時間ｔ４だけ遅らせるとと乙に、第２の排気ポー
ト６の閉塞タイミングを第１の排気ポート５の閉塞タイ
ミングよりも時間り、た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の実施例ともに上記第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。

（発明の効果） 本発明は、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時期を、上記第２の
排気ポートの開時期が上記第１の排気ポートの開時期よ
りも所定タイミングだけ遅れるようにそれぞれ設定した
ことを特徴とするものである。

従って、本発明のエンジンの排気装置によれば、点火順
序の連続する複数の気筒の第２の排気ボート同士を連結
する排気通路ユニット内の排気ガス圧力が、該第２の排
気ポートと第１の排気ポートとの開口タイミングを同一
に設定した場合に比して低圧に抑えられるところから、
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、その結果、
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
。

【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ク相関図である。 １　　　　・・・・・エンジン ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄ・・・・気筒 ３．４　　　　・・・・・吸気ポート ５　　　　・・・・・第１の排気ポート６　　　　・・
・・・第２の排気ボート８Ａ、８Ｂ、８Ｃ，８Ｄ ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ，９Ｄ・・・・第１の排気通路１０Ａ
、　ＩＯＢ、　ＩＯＣ，ＩＯＤ・・第２の排気通路１１
．１２　　　・・・・・排気導入通路１４　　　・・・
・・制御弁 １５　　　・・・・・ウェストゲート弁２０　　　・・
・・・排気ターボ過給吸：Ｈ，３２，３３，３４・・・
・排気通路ユニット４０　　　・・・・・容積室 ］′− 」 １０Ｄ ／　　　　　・０・・０エンジン ぷ、２Ｂ、Ｘ、、２Ｄ・・・・・気筒 Ａ、３．≠　　　・・・・・吸気ポート３　　　　　・
・・・・第１の排気ポート乙　　　　　　・・・・・第
２の排気ボート９Ａ、９Ｔ３，９Ｃ，■・・・・・第１
の排気通路ＩＯＡ、１０Ｂ、／ＱＣ，１００−−−第２
の排気通路／／、／２　　　　・・・・・排気導入通路
／≠　　　　　・・・・・制御弁 ／！　　　　　・・・・・ウェストゲート弁Ｊ　　　　
　・・・・・排気ターボ過給機３／、、ｕ、３３，３１
１・・・・・排気通路ユニット荀　　　　　・・・・・
容積室 身・ｊ３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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時期を、上記第２の排気ポ
   ートの開時期が上記第１の排気ポートの開時期よりも所
   定タイミング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。