JPS63272910A - 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〕 本発明はエンジンの排気装置に係り、詳しくは、各気筒
ごとに独立した排気通路を有する多気筒エンジンの排気
装置に関する。

〔従来技術〕

エンジンの高速・高負荷時には、各気筒から排出される
排気ガスが極めて高温・高圧となり、排気タービン、排
気マニホールド、０２センサー、あるいは排気ガス浄化
装置などに過大な熱負荷をかけ、その寿命を短縮させる
こととなる。この問題を対策するものとして、特開昭５
７−２０３２９２号公報に一般に、高負荷時にはエンジ
ンに供給される燃料の空燃比を理論空燃比よりも過濃側
に設定することが知られている。

上記のように、理論空燃比よりも過濃な燃料をエンジン
に供給すると、燃焼に供されない未燃焼の燃料が気化す
るときに、排気ガスから気化熱を奪うため、排気ガスの
温度を低下させることはできる。しかし、エンジンの仕
事に何ら寄与することのない燃料が無駄に消費されて燃
費が悪化するという難点がある。

燃費向上の観点からは、燃料を敢えて過濃化することな
く、高速・高負荷運転時における排気ガス温度を効果的
に低下させなければならない。排気ガス温度が低下する
と、エンジンの耐熱限界温度に達する燃料の空燃比の値
が大となり、より希薄な燃料を使用することができるか
らである。排気ガス温度を低下させるためには、排気通
路を径大化するような効果が得られる手段を設け、排気
ガスが排出されやすくすると有効である。排気ガスの排
出が容易になると、残留ガス量が減少して排気ガス温度
が低下するためである。

一方、中低速・中低負荷運転時には、過給機を搭載した
エンジンでは、過給応答性を向上させるために、あるい
は、過給機を搭載しないエンジンにあっても、排気ガス
浄化装置における触媒反応を促進させるために、排圧お
よび排気ガス温度はある程度以上に維持される必要があ
り、排気通路は径小化されることが望ましい。

上記のことを考慮して、本出願人は、先に実願昭６１４
２３７４２号を出願し、排気管通路の集合部上流の独立
した排気管を連通ずるとともに、その連通路を開閉制御
するスイング弁を設け、高速・高負荷運転時にはスイン
グ弁を開いて各排気通路を連通して径大化を図る一方、
中低速・中低負荷運転時にはスイング弁を閉じ連通状態
を解除して、排気通路を個々に独立させて径小化を図れ
るような手段を提唱している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、そのような制御弁に、通常のバタフライ弁や
スイング弁を採用した場合、排気ガスは脈動を伴うので
、閉弁時にばたつきが生じるという難点があり適当でな
い。

本発明は、このような事情を考慮してなされ、高速・高
負荷運転時には、各排気通路を連通して径大化すること
によって、燃費の向上を図る一方、中低速・中低負荷運
転時には、数少ない制御弁によって、排気ガスの脈動に
よってもばたつくことなく、完全に各排気通路の連通を
遮断し、所定以上の排圧と排気ガス温度を維持すること
ができるようにしたエンジンの排気装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の手段は、各気筒の排気ポートにそれぞれ独立し
て接続された排気通路と、各排気通路を排気ポート近傍
傍で相互に連通ずる連通路と、その連通路を開閉制御す
るロータリバルブを備え、前記排気通路からの連通路を
ロークリバルブに各々独立して接続したことである。

〔作　　　用〕

高速・高負荷運転時には、ロータリバルブによって連通
路が全開されて各排気通路相互が連通され、排気通路の
実質的な径大化がなされる。そうすると、排圧や排気ガ
ス温度が低減され、エンジンンジンの耐熱限界温度に達
する燃料の空燃比をより大として、より希薄な燃料の使
用が許容され、燃費が向上される。中低速・中低負荷運
転時には、連通路を開閉する制御弁をロータリバルブと
し、排気脈動によるばたつきを解消し、かつかく排気通
路からロークリバルブまでを独立した連通路で連通した
ことによって連通路が確実に閉じられるため、排気ガス
はそれぞれ独立した排気通路からのみ排出されて、排圧
および排気ガス温度は所定以上に維持される。

〔発明の効果〕

本発明のエンジンの排気装置は、各気筒の排気ポートに
それぞれ独立して接続された排気通路と、各排気通路を
排気ポート近傍で相互に連通する連通路と、その連通路
を開閉制御するロークリバルブを備え、前記排気通路か
らの連通路をロークリバルブに各々独立して接続したの
で、高速・高負荷運転時に、燃費が向上されるとともに
、中低速・中低負荷運転時には、排気ガスの脈動によっ
てもロータリバルブがばたつくことなく、連通路を確実
に遮断することができる。そのため、排圧および排気ガ
ス温度は所定以上に維持され、下流側の排気ガス浄化装
置の触媒反応を促進させることができ、過給機が設けら
れている場合には、その応答性が向上される。

〔実　施　例〕

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

本例のエンジンの排気装置は、各排気通路を個々に独立
した連通路で連通ずるとともに、各連通路を集合させて
制御弁として採用したロータリバルブに接続し、排気通
路の径大化を図れるようにして、高速・高負荷運転時の
燃費を向上させるようにしている。そして、中低速・中
低負荷運転時には、ロークリバルブによって応答性よく
確実に連通路を遮断して各排気通路を個々に独立させ、
動圧過給効果の向上および触媒反応の促進化を図るよう
にしている。以下に図面に基づいて構成を説明する。

第１図に示すよう゛に、本例のエンジンの排気装置にあ
っては、各気筒１ａ〜１ｄの排気ポート２ａ〜２ｄから
それぞれ独立して延設される排気通路３ａ〜３ｄと、そ
の排気通路３を排気ポート２の近傍で相互に連通させる
個々に独立した連通路４ａ〜４ｄと、その連通路４を開
閉するロータリバルブ５とを備えている。

排気ポート２ａ〜２ｄ近傍の各排気通路３ａ〜３ｄに連
通路４ａ〜４ｄの各一端が接続され、その各他端は、排
気ガスの気筒間干渉を防止するべ（、点火順序を考慮し
て、第２図および第３図に示すように、ロークリバルブ
５に接続される。すなわち、第１気筒１ａに対応する連
通路４ａと第４気筒１ｄに対応する連通路４ｄ、および
第２気筒ｌｂに対応する連通路４ｂと第３気筒ＩＣに対
応する連通路４Ｃとが、それぞれ対向するようにロータ
リバルブ５に接続配置される。その配置の詳細は、第４
図乃至第６図に示すように、立体的に構成され、各排気
ポート２から外方に延設される排気通路３は下方に向か
って湾曲される一方、各連通路４は、排気通路３から分
岐して上方に延び、中央部で対向して上下二段に集合さ
れてロークリバルブ５に接続されている。

ロータリバルブ５は、第２図および第３図に示すように
、切欠部を有する円筒状体よりなるロータリ弁体６によ
って構成される。ロータリ弁体６は円筒状体の対向し合
う部分を切欠いて、連通路４の断面形状に対応する矩形
状の開口６Ａおよび６Ｂが上下に各一対形成され、側壁
部６Ｃおよび６Ｄが円板状の上底７と下底８と一体固定
に形成され、各連通路４に対して直交する軸のまわりに
回動自在となるように配設される。側壁部６Ｃおよび６
Ｄの上端、中央部および下端の外周は摺接面６３〜６Ｃ
とされ、連通路４を形成している連通管４１に設けられ
る摺接面４１ａ〜４１ｃに対して密接摺動し、閉弁時に
高いシール性が発揮されるようになっている。したがっ
て、図示のような閉止状態では、上記両摺接面の密接状
態は脈動方向の外力に対して安定度が高く、ロータリ弁
体６に排気ガスによる脈動が作用しても、バタフライ弁
やスイング弁のようにばたつくことなく、排気ガスを確
実に遮断することができる。そして、各側壁部６Ｃおよ
び６Ｄの外周両側縁には、竪方向の溝部１０が形成され
、炭化物や摩耗粉などの異物を一時的に堆積させ、ロー
タリ弁体６がスティックすることのないようにしている
。

上底７に形成されたボス部１１の上端には、ロータリ弁
体６を回動させるためのアーム１２がボルト１３によっ
て締着固定される。ボス部１１は、その周部を摺動面と
され、ボルト締結によって連通管４１の上面に固定され
た蓋体１４に嵌装された軸受部材１５に軸支される。一
方、下底８の中央下部に突設された支軸部１６が、連通
管４１と一体に形成された支持部１７に軸受部材１８を
介して枢支されている。

上記アーム１２は、第１図に示すように、ダイヤフラム
軸１９に接続される一方、エンジンコントロールユニッ
ト２０からの指令によって、エンジン回転数および吸気
管内圧力に応じて開度が調整される三方ソレノイドバル
ブ２１の下流にダイヤフラムバルブ２２の負圧室２３が
接続されている。負圧室２３内には、スプリング２３ａ
が設けられ、ダイヤフラム２２ａおよびこれと一体に固
定されたダイヤフラム軸１９を伸長状態に付勢している
。そのため、負圧室２３内が大気に開放されて、ダイヤ
プラム軸１９が伸張している状態では、ロータリバルブ
５は開かれて連通路４は連通状態とされる。三方ソレノ
イドバルブ２１の上流側には、チェックバルブ２４を介
して吸気管２５に接続されるバキュームチャンバー２６
が配設されている。

一方、排気通路３ａ〜３ｄは、その下流側で集合され、
その集合部２７の下流側には排気タービン２８が設けら
れている。そして、排気タービン２８を迂回して形成さ
れるバイパス２９に、動圧を調整するためのウェストゲ
ートバルブ３０が設けられている。ウェストゲートバル
ブ３０は、排気タービン２８と同一軸で回転駆動される
過給機３１の下流側に連通される作動室３２を有するダ
イヤフラムバルブ３３によって開度が調整されるように
なっている。過給機３１の下流には、過給気の充填効率
を向上させるためにインタークーラ３４が設けられ、動
圧過給効果がより向上されるようになっている。なお、
図中、３５はエンジン、３６はスロットルバルブ、３７
は吸気ポートである。

以上のように構成されるエンジンの排気装置の作動につ
いて説明する。

エンジン回転数または吸気管内圧力が所定値以下の中低
速・中低負荷運転時には、三方ソレノイドバルブ２１は
開かれ、バキュームチャンバー２６内に蓄えられた吸気
負圧がダイヤフラムバルブ２２の負圧室２３に導入され
、スプリング２３ａの弾発力に抗してダイヤフラム軸１
９が縮長され、アーム１２を介してロータリ弁体６が回
動され、ロークリバルブ５が閉じられる。ロータリ弁体
６、には排気ガスの脈動が作用するが、その摺接面６ａ
〜６Ｃが連通管４１の摺接面４１２〜４１ｃと脈動方向
の外力に安定な密接状態にあるため、ばたつくことなく
安定確実に連通路４が遮断される。

そうすると、各連通路４は個々に独立し、排気通路３は
それぞれが独立して築合部２７を経て排気タービン２８
に連通される。したがって、排気ガスは各排気通路３の
みを通り、膨張が抑制されつつ高い流速で排気タービン
２８に供給され、良好な動圧過給効果が応答性よく発揮
される。また、排気ガスが排気タービン２８の下流に設
けられる排気ガス浄化装置（図示省略）に至るまでに、
個々に独立した排気通路３から適度の通路抵抗を受ける
ので、残留ガスの排出が抑制される。そのため、排気ガ
ス温度が適度に維持され、触媒反応を（足進させること
ができる。

エンジン回転数または吸気管内圧力が所定値以上の高速
・高負荷運転時には、エンジンコントロールユニット イドバルブ２１によって、バキュームチャンバー２６か
らの負圧が遮断されるとともに、負圧室２３が大気に開
放される。そうすると、ダイヤフラム軸１９がスプリン
グ２３ａの付勢により伸張され、ロークリバルブ５が開
かれて各連通路４が相互に連通ずるようになる。とりわ
け、隣り合わない点火順序の連通路４ａと４ｄ、および
連通路４ｂと４０との間の流通が良好となり、排気ガス
が排出されやすくなる。各気筒１から排出される排気ガ
スの一部は、対応する排気通路３を経由してそのまま排
気タービン２８に供給されるとともに、残部は連通路４
を経由して別の排気通路３を通った後に排気タービン２
８に供給される。

そのため、各排気通路３よりも実質的に大きい排気のた
めの有効断面積が得られ、排気ガスが受ける通路抵抗が
減少して排圧が低下するとともに、残留ガス量も減少し
て排気ガス温度も低下する。

排気ガス温度の低下によって、エンジンの耐熱限界温度
に達する使用燃料の空燃比の値が大となり、より希薄な
燃料の使用が許容され、燃費が向上する。そして、排気
タービン２８やその下流に設けられている排気ガス浄化
装置に対する熱負荷が軽減され、その劣化が抑制される
。また、点火順序を考慮した各連通路４のロータリバル
ブ５に対する対向配置により、排気ガスの干渉は回避さ
れる。

なお、過給圧は、上記のロークリバルブ５の開度によっ
ても調整されるが、過給圧に応じて作動するダイヤフラ
ムバルブ３３によって作動するウェストゲートバルブ３
０で自動的に調整されるようになっている。すなわち、
過給圧に応じてウェストゲートバルブ３０の開度が調整
されることによって、排気タービン２８に作用する動圧
が過大にならないように調整され、過給圧の自動調整が
行われるのである。

以上のような効果を発揮させるために、本例では、応答
性がよくシール性の良好な単一のロータリバルブ５を作
動させることにより、独立した複数の連通路４を迅速か
つ確実に開閉操作し、装置の制御応答性を良好ならしめ
るとともに、構造を簡単化し、かつ信頼性をも向上させ
ている。

第７図（ａｌおよび第７図（ｂｌはロークリバルブの異
なる実施例を示し、ロータリ弁体３０の側壁部３１に複
数の竪溝３２を形成し、熱膨張時の変形を吸収して作動
時の摩擦を軽減するとともに、その竪溝３２内に炭化物
や摩耗粉などの異物を一時的に堆積させるようにしてい
る。異物を竪溝３２に集めることによって、ロータリ弁
体３０や連通管の摺接面に損傷を与えないようにするこ
とができ、かつ異物が摺接面に粘着固化してロータリ弁
体３０がスティックすることがないようにすることがで
きる。

第８図はロークリバルブの別の実施例を示し、連通路４
ａからロータリ弁体５１の上底５２へ連通するパイプ５
３、および連通路４Ｃから下底５４へ連通するパイプ５
５を設け、上底５２と下底５４に排気ガスを導入し、ロ
ータリ弁体５１を上下に浮動させ、スティックすること
がないようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエンジンの排気装置の概要図、第２図
はロークリバルブの賢所面図、第３図は第２図における
ｍ−ｍ線矢視断面図、第４図は排気通路、連通路および
ロータリバルブの接続状態を示す賢所面図、第５図は横
断面図、第６図は側面図、第７図（ａ）はロータリパル
プの異なる実施例を示す斜視図、第７図（ｂ）は横断面
図、第８図はロータリバルブの別の実施例を示す賢所面
図である。 １、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、１ｄ−−一気筒、２．２ａ。 ２ｂ、２ｃ、２ｄ−一排気ポート、３，３ａ、３ｂ。 ３ｃ、３ｄ−・−排気通路、４．４ａ、４ｂ、４ｃ。 ４ｄ一連通路、５−・ロータリバルブ。 特許出願人　　　　　マ　ツ　ダ　株式会社代　理　人
　　弁理士　吉村勝俊（ばか１名）第２図 第　３　図 第６図 第４図 第５図 第７図（ａ） 第７図（ｂ） ｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各気筒の排気ポートにそれぞれ独立して接続され
   た排気通路と、各排気通路を排気ポート近傍で相互に連
   通する連通路と、その連通路を開閉制御するロータリバ
   ルブを備え、 前記排気通路からの連通路がロータリバルブに各々独立
   して接続されたことを特徴とするエンジンの排気装置。