JPH06100093B2

JPH06100093B2 - 多気筒エンジンの排気制御装置

Info

Publication number: JPH06100093B2
Application number: JP60168366A
Authority: JP
Inventors: 一博原賀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-07-30
Filing date: 1985-07-30
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS6229718A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、多気筒のエンジンの排気通路に生じる排気圧
力振動を利用して、各気筒における掃気効率を向上させ
るようになす多気筒エンジンの排気制御装置に関する。

（従来の技術）多気筒エンジンにおいて、排気吹出しに伴って排気通路
に生じる排気圧力振動を利用することにより、各気筒か
ら排気を吸い出すようにして掃気効率を向上させる技術
が知られている。

斯かる技術が採用されたエンジンの排気装置にあって
は、効果的に掃気効率を向上させるため、排気圧力振動
の周期と排気弁の開閉タイミングとを同期させることが
必要とされる。しかし、通常のエンジンでは、排気通路
の寸法及び形状が不変とされるので効果的に排気効率を
向上させることができるのは、エンジン回転が、排気圧
力振動の周期と排気弁の開閉タイミングとが同期する同
期点を中心とした特定回転範囲にある場合に限られるこ
とになる。

このため、実公昭58-49381号公報にも示される如くに、
エンジン回転数に応じて排気通路の実効通路長を、例え
ば、エンジンの回転が低中回転域にあるときと高回転域
にあるときとで２段階に変化させるようにした排気制御
装置が提案されている。

斯かる排気制御装置によれば、排気通路長が不変のもの
に比して比較的広いエンジン回転範囲で掃気効率の向上
が図れるものの、排気通路に生じてる排気圧力振動の周
期と排気弁の開閉タイミングとの同期点は２点にしかす
ぎないので、掃気効率を向上させることが必要とされる
エンジン回転範囲（以下、エンジンの出力回転域と呼
ぶ）の全体に亙って、効果的に掃気効率を向上させるこ
とは困難である。そこで、エンジンの出力回転域の全体
に亙って、排気圧力振動の周期と排気弁の開閉タイミン
グとを同期させて効果的に掃気効率を向上させるべく、
エンジン回転数に応じて排気通路の実効通路長を連続的
に変化させるようするエンジンの排気制御装置が考えら
れている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述の如くに、エンジンの回転数に応じ
て排気通路の実効通路長を連続的に変化させるようにす
るエンジンの排気制御装置にあっては、必然的に排気通
路に通路長変更機構等を設けることが必要とされ、排気
系が複雑なものとなる、あるいは、排気通路のシール性
が損なわれ易い等の欠点が伴われる。また、実用される
エンジン、例えば、車両に搭載されるエンジンにおい
て、エンジンの出力回転域の全体に亙って排気圧力振動
の周期と排気弁の開閉タイミングとを同期させるために
は、排気通路の最大実効通路長が極めて大なるものとな
り、排気系の占有スペースが長大化してしまうという問
題が生じる。

斯かる点に鑑み本発明は、排気通路の実効通路長を変化
させることなく、排気圧力振動の利用のもとにエンジン
の出力回転域の全体に亙って掃気効率を効果的に向上せ
しめることができるようにされ、しかも、排気系を比較
的コンパクトに、かつ、軽量に構成することができる多
気筒エンジンの排気制御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）上述の目的を達成すべく、本発明に係る多気筒エンジの
排気制御装置は、特定の形態をとる排気通路と排気吹出
時期制御手段とを備えて構成される。そして、排気通路
が、夫々爆発順序が連続しない複数の気筒から成る２つ
の気筒群のうちの一方に属する各気筒に接続された第１
の分岐通路部、上記２つの気筒群のうちの他方に属する
各気筒に接続された第２の分岐通路部、第１の分岐通路
部を形成する各分岐通路が合流する第１の合流通路部、
第２の分岐通路部を形成する各分岐通路が合流する第２
の合流通路部、及び、第１及び第２の合流通路部が合流
して実質的な開放端を形成する共通通路部を有するもの
とされ、また、排気吹出時期制御手段が排気通路におけ
る第１及び第２の合流通路部に対する排気吹出開始時期
を、エンジン回転数が上昇するに従ってクランク角対応
時期に対して早め、上述の排気通路により可能とされる
排気圧力振動の有効利用の維持を図るものとされる。

（作用）上述の如くに構成された多気筒エンジンの排気制御装置
においては、排気吹出時期制御手段が、排気通路におけ
る第１及び第２の合流通路部に対する排気吹出開始時
期、即ち、各気筒に対する排気系の弁手段の実質的な開
弁開始時期を、エンジン回転数が上昇するに従ってクラ
ンク角対応時期に対して早め、排気圧力振動の有効利用
が維持されるように制御する。

これにより、エンジン回転数に応じてクランク角対応時
期に対して、その開始時期が早められた排気吹出しに伴
って、排気系の弁手段の出口側の排気通路に生じた正圧
波（一次波）が、各分岐通路、及び、第１及び第２の合
流通路部を通じて共通通路に伝播し、この共通通路部で
反射されて反転され、負圧波となって第１及び第２の合
流通路部及び各分岐通路を通じて、排気系の弁手段が閉
じ終わる（開弁終了）直前の状態にある気筒に伝播す
る。即ち、排気吹出開始時期が制御されて、排気吹出し
に伴って排気通路に生じる排気圧力振動の周期と１つの
気筒に対する排気系の弁手段の開弁終了直前の時期とが
同期せしめられるのである。これにより、当該負圧波が
伝播した気筒内の残留排気がこの負圧波により吸い出さ
れる。

この場合、エンジンの出力回転域の全体に亙って、歪気
圧力振動の周期と排気系の弁手段の開弁終了直前の時期
とが同期せしめられるので、排気通路の実効通路長等を
変更することなく、エンジンの出力回転域の全体に亙っ
て各気筒における掃気効率を効果的に向上させることが
できる。

また、排気通路の上流側が、夫々爆発順序が連続しない
気筒どうしに接続された第１及び第２の分岐通路部に分
割されるとともに、これら第１及び第２の分岐通路部を
形成する各分岐通路が夫々合流せしめられて第１及び第
２の合流通路部が形成され、さらに、これらが合流せし
められて実質的な開放端とされる共通通路部が形成され
るようになされるので、１つの気筒における排気吹出し
に伴って生じた排気圧力振動を他の気筒における掃気に
利用することができ、このため、排気系の占有スペース
を可及的に小としたもとで、上述の如くに掃気効率を向
上させることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る他気筒エンジンの排気制御装置の
一例をそれが適用されたエンジンの主要部とともに示
す。この第１図に示されるエンジンは、車両に搭載され
る４サイクル形式の直列４気筒ディーゼルエンジンであ
って、エンジン本体Ｅには４つの気筒10A,10B,10C及び1
0Dが設けられており、これら気筒10A〜10Dにおける着火
（爆発）順序が、気筒10A→気筒10C→気筒10D→気筒10B
となるように図示されない制御手段により制御される。
そして、着火順序が連続しない気筒10Aと10Dとで第１の
気筒群が、気筒10Bと10Cとで第２の気筒群が構成されて
いる。４つの気筒10A〜10Dの夫々には、タンク11に形成
された吸気拡大室11aに連通する個別吸気通路12A,12B,1
2C及び12Dの一部を形成する吸気ポート部14と、後述す
る分岐通路25A,25B,25C及び25Dの一部を形成する排気ポ
ート部16とが開口している。

なお、上述の個別吸気通路12A〜12Dは、夫々、吸気圧力
振動を利用した吸気の慣性過給が効果的に行われるよう
に、予め、その実効通路長，通路形状等が選定されてお
り、その実効通路長が実質的に同一となるように設定さ
れている。

また、気筒10A〜10Dには、夫々、第２図において気筒10
Aが代表されて簡略図示される如く、ピストン18が嵌挿
されており、このピストン18,吸気ポート部14及び排気
ポート部16に配された吸気弁13及び排気弁15,シリンダ
ヘッド17、及び、シリンダブロック19等に包囲されて燃
焼室20が形成される。なお、吸気弁13及び排気弁15は図
示されない公知の動弁機構により上述の着火順序に従っ
て順次所定のタイミングで開閉される。

気筒10A及び10Dには第１の分岐通路部23を形成する分岐
通路25A及び25Dが接続されており、これら分岐通路25A
及び25Dはその下流側で合流して第１の合流通路部26を
形成している。一方、気筒10B及び10Cには、第２の分岐
通路部24を形成する分岐通路25B及び25Cが接続されてお
り、これら分岐通路25B及び25Cもその下流側で合流して
第２の合流通路部27を形成している。第１の合流通路部
26及び第２の合流通路部27は、その下流側で合流して共
通通路部28を形成している。共通通路部28は、図示され
ない触媒コンバータ，消音器等を介して外部の大気に連
通するようにされ、実質的な開放端とされる。なお、分
岐通路25A〜25Dは、夫々、その実効通路長，通路径等が
実質的に同一とされ、それらは予め実験，試算等によっ
て得られた所定値となるように制定されており、また、
第１の合流通路部26及び第２の合流通路部27も同様であ
る。

上述の構成に加えて本例では、各個別吸気通路12A〜12D
にロータリ式の吸気タイミング弁30A,30B,30C及び30D
が、また、各分岐通路25A〜25Dに同様の排気タイミング
弁40A,40B,40C及び40Dが介装されている。これら吸気タ
イミング弁30A〜30D及び排気タイミング弁40A〜40Dの夫
々は、同軸上に相互に所定距離を隔てて一体的に連結さ
れており、その共通の回転軸部32及び42が遠心タイマ35
及び45に連結されている。

各タイミング弁30A〜30D及び40A〜40Dには、その径方向
に円柱状の貫通孔31及び41を形成されており、その貫通
孔31及び41の中心軸線が、各個別吸気通路12A〜12D及び
各分岐通路25A〜25Dの中心軸線に合致したとき各通路が
全開され、各個別吸気通路12A〜12D及び各分岐通路25A
〜25Dの中心軸線に直交するとき各通路が全閉される。
また、この場合、吸気タイミング弁30A〜30D及び排気タ
イミング弁40A〜40Dは、夫々気筒10A〜10Dの相互間で18
0゜の位相差をもって開閉するようにされており、さら
に、吸気タイミング弁30A〜30Dと排気タイミング弁40A
〜40Dは、気筒10A〜10Dにおいて所定の位相差をもって
開閉するようにされている。

遠心タイマ35及び45は、ディーゼルエンジンの燃料噴射
ポンプ等に汎用されている、例えば、SCD型タイマと同
タイプのもので、図示されていないが、回転軸部32及び
42が夫々連結されたフライウェイトホルダと、スプロケ
ットホイール33及び43が連結されたフランジアッセンブ
リとを有している。そして、フライウェイトホルダには
フライウェイトが所定の態様で枢支され、このフライウ
ェイトとフランジアッセンブリに形成された足部との間
にタイマスプリングが縮装されている。従って、スプロ
ケットホイール33及び43が回転するときには、その回転
力がスプロケットホイール33及び43→フランジアッセン
ブリ→足部→フライウェイト→フライウェイトホルダ→
回転軸部32及び42の順序で伝達され、回転軸部32及び42
がスプロケットホイール33及び43と同方向に回転するも
のとなる。

そして、スプロケットホイール33及び43が所定回転数以
上の回転数で回転するときには、遠心力の作用により、
そのときの回転数に応じてフライウェイトがタイマスプ
リングを押し縮めて拡開し、フライウェイトの曲面の働
きでフライウェイトホルダとフランジアッセンブリとの
位相が変化する。これにより、スプロケットホイール33
及び43に対して回転軸部32及び42がその回転方向に沿っ
て、そのときの回転数に応じて進み側に変位する。ま
た、スプロケットホイール33及び43の回転数が所定（最
大）回転数に達すると、フライウェイトの拡開動作が終
了して、スプロケットホイール33及び43に対する回転軸
部32及び42の変位量が最大となる。

スプロケットホイール33には、スプロケットホイール53
を介して、一方、スプロケットホイール43には、歯車列
52及びスプロケットホイール54を介して、夫々、クラン
ク軸により駆動される回動軸50の回転がチェーン55及び
56により伝達される。これにより、回転軸部32が回動軸
50の1/2の回転数でその回転方向と同方向に回転し、回
転軸部42が回動軸50の1/2の回転数でその回転方向とは
逆の方向に回転する。このため、回動軸50が所定回転数
以上で回転するとき、回転軸部32はそのときの回転数に
応じて回動軸50に対し進み側に変位し、回転軸部42はそ
のときの回転数に応じて回動軸50に対し遅れ側に変位す
る。

ここで、本例では吸気系において吸気の動的効果を有効
に利用して気筒10A〜10Dにおける吸気充填効率を向上さ
せるとともに、排気系においても排気の動的効果を有効
に利用して気筒10A〜10Dにおける排気効率を向上させる
べく、上述した吸気タイミング弁30A〜30Dの閉じ終り時
期（開弁終了時期）及び排気タイミング弁40A〜40Dの開
き始め時期（開弁開始時期）を、エンジン回転数、従っ
てクランク軸によって駆動される回動軸50の回転数に応
じ、クランク角対応時期に対して変化させるようにして
いる。

吸気系において吸気の動的効果を利用して吸気充填効率
を向上させるためには、個別吸気通路12A/12Dに生じる
吸気圧力振動の同期と気筒10A〜10Dに対する吸気弁13及
び吸気タイミング弁30A〜30Dとで構成される吸気系の弁
手段の開閉タイミングとを同期させることが必要とされ
る。この場合、個別吸気通路12A〜12Dに生じる吸気圧力
振動の周期は、個別吸気通路12A〜12Dの実効通路長等が
不変とされているので略一定とされる。このため、エン
ジンの出力回転域の全体に亙って吸気圧力振動の周期と
吸気行程の周期とを同期させるには、気筒10A〜10Dにお
ける吸気開弁期間（実質的に吸気が各気筒内に吸入され
る期間）を、エンジン回転数が上昇するに従って延長す
ることが必要とされる。

そこで、本例では、気筒10A〜10Dに対する吸気弁13及び
吸気タイミング弁30A〜30Dの開閉タイミングを以下に述
べる如くに設定している。

本例におけるエンジンでは、実験，試算等により、エン
ジン回転数が1000rpmのとき、吸気系の弁手段の開弁開
始時期をクランク角における上死点前約20゜に設定する
とともに、その開弁終了時期をクランク角における下死
点後15゜に設定し、開弁開始時期を変えることなく、そ
の開弁終了時期を、エンジン回転数が上昇するに従って
連続的に遅延させ、エンジン回転数が3250rpmのときク
ランク角における下死点後58゜に設定したとき、最も吸
気充填効率が向上することが確認された。

斯かる確認結果に基づき、気筒10A〜10Dにおいて、吸気
弁13は、第３図Ａ及びＢにおいて実線I_Mで示される如
く、エンジンの回転範囲の全体に亙って、クランク角に
おける上死点（TDC）前20゜程度で開き始め、クランク
角における下死点（BDC）後58゜で閉じ終わるように設
定される。これに対し、吸気タイミング弁30A〜30Dは、
エンジン回転数が1000rpm未満であるとき、第３図Ａに
おいて一点鎖線I_Tで示される如くに、クランク角におけ
る上死点前約60゜で開き始め、下死点後15゜で閉じ終わ
るように設定される。そして、エンジン回転数が1000rp
m以上であるとき、吸気タイミング弁30A〜30Dは遠心タ
イマ35の作動により、そのときのエンジン回転数に応じ
てその開弁終了時期が遅延され、エンジン回転数が3250
rpmに達したとき、第３図Ｂにおいて一点鎖線I_T′で示
される如くに開弁終了時期が最大に遅延されて上死点後
58゜となるように制定される。

従って、本例においては、気筒10A〜10Dにおける吸気開
弁期間が、吸気弁13及び吸気タイミング弁30A〜30Dの両
者が開かれている期間とされ、エンジン回転数が1000rp
m未満にあるときには、第３図Ａに示される如く、吸気
弁13の開弁開始時期とされるクランク角における上死点
前20゜から吸気タイミング30A/30Dの開弁終了時期とさ
れる下死点後15゜に至る期間Saとされるのに対し、エン
ジン回転数が3250rpmにあるときには、第３図Ｂに示さ
れる如く、吸気弁13の開弁開始時期とされる上死点前20
゜から吸気弁13及び吸気タイミング弁30A〜30Dの開弁終
了時期とされる下死点後58゜に至る期間Sbとされる。

一方、排気系において排気の動的効果を利用して掃気効
率を向上させるためには、第１及び第２の分岐通路部23
及び24,第１及び第２の合流通路部26及び27、及び、共
通通路部28等で構成される排気通路に生じる排気吹出し
に伴う排気圧力振動の周期と、気筒10A〜10Dに対する排
気弁15及び排気タイミング弁40A〜40Dで構成される弁手
段の開閉タイミングとを同期させることが必要とされ
る。この場合、排気通路に生じる排気圧力振動の周期
は、排気通路の各部の寸法が不変とされているので略一
定とされる。

また、排気系においては、吸気系に比して圧力振動の媒
体（排気）の温度が高いので、排気圧力振動の周期が比
較的短いものとされる。このため、１つの気筒、例え
ば、排気行程の順序が２番目とされる気筒10Cにおける
排気吹出しに伴って、排気通路に生じた排気圧力振動の
周期と気筒10Cにおける排気行程の周期とを同期させる
ためには、排気通路の実効通路長を極めて大なるものと
することが必要とされる。これを避けるべく、本例で
は、１つの気筒、例えば、気筒10Cにおける排気噴出し
に伴って、分岐通路25Cに生じる正圧波を共通通路部28
で反射させて負圧波となし、この負圧波を他の気筒、例
えば、気筒10Aに伝播させるべく、排気通路の各部、即
ち、第１及び第２の分岐通路部23及び24、及び第１及び
第２の合流通路部26及び27等の寸法及び形状が設定され
ている。

ところが、このように、１つの気筒における排気吹出し
に伴って排気通路に生じる排気圧力振動を利用して、他
の気筒における掃気効率を向上させるようにする場合に
も、エンジンの出力回転域の全体に亙って効果的に掃気
効率を向上させるためには、気筒10A〜10Dにおける排気
開弁期間（実質的に排気が気筒から外部に排気される期
間）をエンジン回転数が上昇するに従って延長すること
が必要とされる。

そこで、本例では、気筒10A〜10Dに対する排気弁15及び
排気タイミング弁4A〜40Dの開閉タイミングを以下に述
べる如く設定している。

本例におけるエンジンでは、実験，試算等によりエンジ
ン回転数が1000rpmのとき、排気系の弁手段の開弁開始
時期を、クランク角における下死点前15゜に設定すると
ともに、この開弁終了時期を上死点後20゜に設定し、開
弁終了時期を変えることなく、その開弁開始時期をエン
ジン回転数が上昇するに従って連続的に早め、エンジン
回転数が3250rpmのとき、下死点後46゜となるように設
定した場合に最も掃気効率が向上することが確認され
た。

斯かる確認結果に基づき、気筒10A〜10Dにおいて排気弁
15は、前述した第３図Ａ及びＢにおいて実線E_Mで示され
る如くに、エンジンの回転範囲の全体に亙って、クラン
ク角における下死点前46゜で開き始め、上死点後20゜程
度で閉じ終わるように設定される。これに対し、排気タ
イミング弁40A〜40Dは、エンジン回転数が1000rpm未満
にあるとき、第３図Ａにおいて破線E_Tで示される如く
に、下死点前15゜で開き始め、上死点後約60゜で閉じ終
わるように設定される。そして、エンジン回転数が1000
rpm以上にあるとき、排気タイミング弁40A〜40Dは、遠
心タイマ45の作動により、第４図に示される如く、エン
ジン回転数の上昇に伴い、この開弁開始時期が早めら
れ、エンジン回転数が、3250rpmにあるとき、第３図Ｂ
において波線E_T′で示される如くに、最大に早められて
下死点前46゜となるように設定される。

従って、本例においては、気筒10A〜10Dにおける排気開
弁期間が、排気弁15及び排気タイミング弁40A〜40Dの両
者が開かれている期間とされ、エンジン回転数が1000rp
m未満にあるときには、第３図Ａに示される如く、排気
タイミング弁40A〜40Dの開弁開始時期とされる下死点前
15゜から排気弁15の開弁終了時期とされる上死点後20゜
に至る期間Taとされるのに対し、エンジン回転数が3250
rpmにあるときには、第３図Ｂに示される如く、排気弁1
5及びタイミング弁30A〜30Dの開弁開始時期とされる下
死点前46゜から排気弁15の開弁終了時期とされる下死点
後20゜に至る期間Tbとされる。即ち、エンジン回転数が
1000〜3250rpmにあるときには気筒10A〜10Dにおける開
弁開始時期、従って、第１及び第２の合流通路部26及び
27に対する排気吹出開始時期が、クランク角対応時期に
対し、そのときの回転数に応じて早められてエンジン回
転数が上昇するに従って気筒10A〜10Dにおける排気開弁
期間が長くなるようにされる。

なお、本例では、実質的に吸気系の弁手段の開弁開始時
期と排気系の弁手段の開弁終了時期とはエンジンの出力
回転域は全体に亙って不変とされるので両者のオーバラ
ップ期間は変化しない。また、本例では排気吹出時期制
御手段が排気弁15,排気タイミング弁40A〜40D,遠心タイ
マ45,回転軸50,歯車列52,チェーン56等で構成されてい
ることになる。

上述の如くの構成を有する本例においては、エンジンが
作動状態にあるとき、図示されないエアフィルターを介
して吸気がタンク11に導かれ、その後、個別吸気通路12
A〜12Dを通じて気筒10A〜10Dに吸入される。斯かる場
合、気筒10A〜10Dにおいては、吸気弁13の開弁開始時
（このとき、吸気タイミング弁30A〜30Dは開弁してい
る）に伴って各個別吸気通路12A〜12Dに負圧波が発生す
る。この負圧波は個別吸気通路12A〜12Dを通じてタンク
11の吸気拡大室11aに伝播し、そこで反射されて反転さ
れ、正圧波となって再び往路と同じ個別吸気通路12A〜1
2Dを通じて気筒10A〜10Dに伝播する。ここで、エンジン
の出力回転域、例えば、エンジン回転数が1000rpm〜325
0rpmにある場合、吸気タイミング弁30A〜30Dの開弁終了
時期が遠心タイマ35の作動によってそのときのエンジン
回転数に応じて延長されるため、上述の正圧波は、吸気
開弁時期終了直前の状態にある気筒10A〜10Dに伝播する
ものとなる。これにより、気筒10A〜10Dにおける吸気開
弁時期終了直前に吸入される吸気が加速されて気筒10A
〜10D内に押し込まれる。即ち、個別吸気通路12A〜12D
に生じる吸気圧力振動の周期と吸気弁13及び排気タイミ
ング弁40A〜40Dで構成される弁手段の開閉タイミングと
がエンジンの出力回転域の全体に亙って同期せしめら
れ、所謂、慣性過給が行われるのである。これにより、
吸気充填効率がエンジンの出力回転域の全体に亙って効
果的に向上せしめられる。

一方、気筒10A〜10D内に供給された吸気は、図示されな
い燃料供給手段から供給された燃料とともに圧縮されて
爆発し、排気として分岐通路25A〜25Dに排出される。そ
して、分岐通路25A及び25Dに排出された排気は第１の合
流通路部26を通過して、一方、分岐通路25B及び25Cに排
出された排気は第２の合流通路部27を通過して共通通路
部28に導かれ、この共通通路部28を通じて外部に排出さ
れる。

斯かる場合、気筒10A〜10Dにおいて、排気タイミング弁
40A〜40Dの開弁開始時（このとき、排気弁15は開弁して
いる）に伴う排気吹出しによって分岐通路25A〜25Dに正
圧波（一次波）が、気筒10A〜10Dにおける排気行程の
（25A→25C→25D→25B）に従って発生する。そして、分
岐通路25A及び25Dに発生した正圧波は第１の合流通路部
26を通じて、また、分岐通路25B及び25Cに発生した正圧
波は第２の合流通路部27を通じて夫々共通通路部28に伝
播し、この共通通路部28で反射されて反転され、負圧波
となって第１及び第２の合流通路部26及び27、及び、第
１及び第２のの分岐通路部23及び24を通じて気筒10A〜1
0Dに伝播する。

ここで、エンジンの出力回転域、例えば、エンジン回転
数が1000rpm〜3250rpmにある場合には、気筒10A〜10Dに
おける排気タイミング弁40A〜40Dの開弁開始時期が遠心
タイマ45により、そのときのエンジン回転数に応じて早
められる。このため、気筒10A〜10Dにおける排気開弁期
間がエンジン回転数が1000rpmにあるときには、第５図
において実線で囲まれたハッチング領域で示される期間
（下死点前15゜から上死点後20゜までの時期）とされる
のに対し、エンジン回転数が上昇するに従ってその開始
時期が早められ、エンジン回転数が3250rpmにあるとき
には、この開始時期が第５図において破線で示される如
く、下死点前46゜に早められて気筒10A〜10Dにおける排
気開弁期間が延長される。

このため、第５図において気筒相互間の圧力伝播関係
が、実線矢印（エンジン回転数が1000rpmのとき）及び
破線矢印（エンジン回転数が3250rpm）で示される如
く、爆発順序が第１番目の気筒10Aにおける排気開弁期
間の終了直前に、爆発順序が第２番目の気筒10Cにおけ
る排気吹出しによって、分岐通路25Cに生じた正圧波が
共通通路部28で反射された負圧波となって伝播する。同
様に爆発順序が第２番目，第３番目及び第４番目の気筒
10C,10D及び10Bにおける排気開弁期間の終了直前に、爆
発順序が第３番目，第４番目及び第１番目の気筒10D,10
B及び10Aにおける排気吹出しによって、分岐通路25D,25
B及び25Aに生じた正圧波が共通通路部28で反射されて負
圧波となって伝播する。

これにより、排気開弁期間が終了する直前の状態にある
気筒10A〜10Dにおいて残留排気が伝播した負圧波によっ
て吸い出され、エンジン回転数が1000rpm〜3250rpmにあ
るときの掃気効率が飛躍的に向上するものとなる。この
場合、特に、吸気開弁期間と排気開弁期間のオーバラッ
プ期間に負圧波が伝播するようにされるので、吸気充填
効率及び掃気効率の両者をより効果的に向上せしめるこ
とができ、従って、エンジンの出力トルクを大幅に上昇
させることができる。

また、排気通路の上流側を、爆発順序が連続しない気筒
10Aと10D及び10Bと10Cに夫々接続された第１及び第２の
分岐通路部23及び24に分割するとともに、これら第１及
び第２の分岐通路部23及び24を形成する分岐通路25Aと2
5D及び25Cを合流させて第１及び第２の合流通路部26及
び27を形成し、さらに、これらを合流させて共通通路部
28を形成することにより、第１及び第２の合流通路部26
及び27が夫々分岐通路25Aと25D及び25Bと25Cの共通通路
となすことができるとともに、１つの気筒における排気
吹出しに伴って生じる排気圧力振動を他の気筒の掃気に
利用することができ、このため、排気系の占有スペース
を可及的に小としたもとで上述した如くに掃気効率の向
上を図ることができる。

第６図は、本発明に係る多気筒のエンジンの排気制御装
置の他の例の主要部を、それが適用されたエンジンの一
部とともに示す。この第６図に示されるエンジンは、車
両に搭載される４サイクル形式の直列４気筒ガソリンエ
ンジンである。この例において第１図に示される例の各
部に対応する部分には共通の符号が付されて、これらの
詳細説明は省略される。

第６図において、エンジン本体Ｅ′に設けられた気筒10
A,10B,10C及び10Dには、夫々、個別吸気通路12A′,12
B′,12C′及び12D′の下流端部を構成する第１の吸気ポ
ート14a及び第２の吸気ポート14bとから成る一対の吸気
ポートと、分岐通路25A′,25B′,25D′及び25C′の上流
端部を構成する第１の排気ポート16a及び第２の排気ポ
ート16bとから成る一対の排気ポートが開口している。
この場合、気筒10A〜10Dにおける点火プラグ（図示され
ていない）による点火（爆発）順序が気筒10A→気筒10C
→気筒10D→気筒10B→となるように図示されない制御手
段により制御される。また、気筒10Aと10Bとに開口する
第２の吸気ポート14b及び第２の排気ポート16b、及び、
気筒10Cと10Dに開口する第２の吸気ポート14b及び第２
の排気ポート16bは夫々隣り合うように配設されてお
り、第１の吸気ポート14aには第１の吸気弁13aが、第２
の吸気ポート14bには第２の吸気弁13bが、また、第１の
排気ポート16aには第１の排気弁15aが、第２の排気ポー
ト16bには第２の排気弁15bが夫々配されている。

個別吸気通路12A′〜12D′は、第７図に示される如く、
タンク11の内部に形成された吸気拡大室11aに連通する
ようにされている。また、第１の分岐通路部23を形成す
る分岐通路25A′及び25D′はその下流側で合流して第１
の合流通路部26を形成し、第２の分岐通路部24を形成す
る分岐通路25B′及び25C′もその下流側で合流して第２
の合流通路部27を形成している。さらに、第１及び第２
の合流通路部26及び27は、その下流側で合流して共通通
路部28を形成している。

さらに、気筒10A〜10Dには、夫々、第８図において気筒
10Dが代表されて示される如く、ピストン18が嵌挿され
ており、このピストン18,第１の吸気弁13a,第２の吸気
弁13b,第１の排気弁15a,第２の排気弁15b,シリンダヘッ
ド17及びシリンダブロック19等に包囲されて燃焼室20が
形成されている。なお、第８図において59は燃料噴射弁
である。

そして、この例では、上述した第１の吸気弁13a,第２の
吸気弁13b,第１の排気弁15a及び第２の排気弁15bを所定
のタイミングで開閉させる動弁機構60が設けられてい
る。この動弁機構60には、第２の吸気弁13bの開弁終了
時期及び第２の排気弁15bの開弁開始時期を変更すべく
タイミング変更手段70が付設されている。

タイミング変更手段70が付設された動弁機構60は、図示
されないクランク軸によってタイミングベルト62を介し
て回転される２本のカム軸71及び72を有し、カム軸71に
は、気筒10A〜10Dにおいて第１の吸気弁13a及び第２の
吸気弁13bを同一開弁期間をもって同時に開閉させるべ
く、カム面71aが形成され、また、カム軸72には、気筒1
0A〜10Dにおいて第１及び第２の排気弁15a及び15bを同
一開弁期間をもって同時に開閉させるべく、カム面72a
が形成されている。

タイミング変更手段70は上述のカム面71a及び72aと第２
の吸気弁13b及び第２の排気弁15bとの間に介装された２
つのタペット部材74を有している。このタペット部材74
には円弧状断面外形を有する受圧部74aが形成されてお
り、タペット部材74は、受圧部74aが、カム面71aと第２
の吸気弁13bの頂部とに、また、カム面72aと第１の排気
弁15bの頂部とに、夫々、挟まれた状態で一対の回動部
材76A及び76Bに夫々摺動自在に嵌挿保持されている。回
動部材76A及び76Bはカム軸71及び72に、これを支軸とし
て揺動できるように支持されて、その頂面部に設けられ
た吸気側及び排気側セクタ歯車78A及び78Bがタイミング
軸79に設けられたウォーム歯車80A及び80Bに噛合するよ
うにされている。

この場合、吸気側及び排気側セクタ歯車78A及び78Bとウ
ォーム歯車80A及び80Bの歯数，ピッチ等は、タイミング
軸79の１回転に対する回動部材76A及び76Bの回転角度の
比が所定値となるように予め選定されている。また、タ
イミング軸79はステップモータ82によって正逆両方向に
回転駆動されるようになされている。

そして、ステップモータ82によってタイミング軸79が回
転駆動されると、回動部材76A及び76Bは互いに反対方向
にカム軸71及び72を支軸として揺動する。このとき、回
動部材76Aはカム軸71と同方向に回転するものとされ、
また、回動部材76Bはカム軸72と逆方向に回転するもの
とされる。これにより、タペット部材74が回動部材76A
及び76Bとともに移動し、カム軸71及び72の特定角度位
置に対するカム面71a及び72aとタペット部材74の受圧部
74aとの当接位置がカム軸71及び72の回転方向に対して
相対的に変位する。

上述したステップモータ82の制御を行うべく、本例で
は、制御ユニット100が備えたれており、この制御ユニ
ット100には回転数センサNSからのエンジン回転数に応
じた検出信号Snが供給される。制御ユニット100はこの
検出信号Snに基づいてエンジン回転数に応じた制御信号
Cnを形成し、これをステップモータ82に供給する。これ
により、ステップモータ82はエンジン回転数に応じた角
度範囲だけ回転する。

この結果、気筒10A〜10Dにおいて第１の吸気弁13aは、
第９図において実線I₁で示される如く、その開弁開始及
び開弁終了時期が変化しないのに対し、第２の吸気弁13
bは、第９図において一点鎖線I₂で示される如く、その
開弁開始及び開弁終了時期がエンジン回転数に応じて所
定角度だけ遅延される。また、気筒10A〜10Dにおいて、
第１の排気弁15aは第９図において実線E₁で示される如
く、その開弁開始及び開弁終了時期が変化しないのに対
し、第２の排気弁15bは、第９図において破線E₂で示さ
れる如く、その開弁開始及び開弁終了時期がエンジン回
転数に応じて所定角度だけ早められる。なお、この例に
おいては、排気吹出時期制御手段段が第２の排気弁15b,
タイミング変更手段70,制御ユニット100,回転数センサN
S等で構成される。

従って、本例においては、エンジン回転数が上昇するに
従って第２の吸気弁13bの開弁終了時期が遅延される結
果、第１の吸気弁13aと第２の吸気弁13bとで構成される
吸気系の弁手段の開弁時間が延長される。このため、こ
の例においても、第１図に示される例と同様に、個別吸
気通路12A′〜12D′に生じる吸気圧力振動の周期と、第
１の吸気弁13a及び第２の吸気弁13bで構成される弁手段
の開閉タイミングとをエンジン出力回転域の全体に亙っ
て連続的に同期させることができ、このため、吸気充填
効率を効果的に向上させることができる。

そして、排気系においては、エンジン回転数が上昇する
に従って第２の排気弁15bの開弁開始時期が早められる
結果、第１の排気弁15aと第２の排気弁15bとで構成され
る排気系の弁手段の開弁時期が延長される。従って、こ
の例においても、第１図に示される例と同様に、排気吹
出開始時期がエンジン回転数に応じて連続的に早められ
るため、エンジンの出力回転域において、爆発順序が、
第１番目，第２番目，第３番目及び第４番目の気筒10A,
10C,10D及び10Bにおける排気開弁期間の終了直前に、爆
発順序が第２番目，第３番目，第４番目及び第１番目の
気筒10C,10D,10B及び10Aにおける第２の排気ポート16b
への排気吹出しによって分岐通路25C′,25D′,25B′及
び25A′に生じる正圧波を共通通路部28で反射させて負
圧波となして、第１の排気ポート16aを通じて伝播させ
ることができる。

これにより、排気開弁期間の終了直前の状態にある気筒
10A〜10Dにおいて残留排気を伝播した負圧波によって吸
い出すことができる。この結果、掃気効率をエンジンの
出力回転域の全体に亙って効果的に向上させることがで
きる。

なお、前述した第１図に示される例においては、排気タ
イミング弁40A/40Dの開弁開始時期を、また、上述した
第６図に示される例においては、第２の排気弁15bの開
弁開始時期を、夫々、エンジン回転数が上昇するに従っ
てクランク角対応時期に対して早めるようにされている
が、本発明に係る多気筒エンジンの排気制御装置は、こ
れらに限られることはなく、他の弁手段が用いられて排
気吹出開始時期をクランク角対応時期に対して早めるよ
うにされてもよいこと勿論である。

（発明の効果）以上の説明から明らかな如く、本発明に係る多気筒エン
ジンの排気制御装置においては、制御手段によって、排
気吹出開始時期がエンジンの回転数の上昇に従い、クラ
ンク角対応時期に対して早められ、排気圧力振動の有効
利用が維持されるようにされるので、排気通路の実効通
路長を変えることなく、所要のエンジン回転範囲の全体
に亙り、排気吹出しに伴って排気通路に生じる排気圧力
振動を有効に利用することができる。このため、効果的
に掃気効率を向上させることができ、エンジンの出力ト
ルクをより増大させることが可能となる。

また、排気通路の上流側が夫々爆発順序が連続しない気
筒どうしに接続された第１及び第２の分岐通路部に分解
されるとともに、これら第１及び第２の分岐通路部を形
成する各分岐通路が夫々合流せしめられ第１及び第２の
合流通路部が形成され、さらに、これらが合流せしめら
れて実質的な開放端とされる共通通路部が形成されるよ
うになされるので、１つの気筒における排気吹出しに伴
って生じた排気圧力振動を他の気筒における掃気に利用
することができ、しかも、排気系の占有スペースを可及
的に小とできることになる。このため、排気系をコンパ
クトに、かつ、軽量に形成したもとで、上述の如くの掃
気効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多気筒エンジンの排気制御装置の
一例を、それが適用されたエンジンの主要部とともに示
す概略平面図、第２図は第１図に示される例の概略正面
図、第３図Ａ及びＢ、及び、第４図は第１図に示される
例の構成の説明に供される動作特性図、第５図は第１図
に示される例の動作説明に供されるタイミングチャー
ト、第６図は本発明に係る多気筒エンジンの排気制御装
置の一例の主要部を、これが適用されたエンジンの主要
部とともに示す概略平面図、第７図は第６図に示される
例の構成の説明に供される概略図、第８図は第６図のVI
II−VIII線に従う断面図、第９図は第６図に示される例
の構成の説明に供される動作特性図である。図中、10A〜10Dは気筒、15は排気弁、15aは第１の排気
弁、15bは第２の排気弁、23は第１の分岐通路部、24は
第２の分岐通路部、25A〜25D及び25A′〜25D′は分岐通
路、26は第１の合流通路部、27は第２の合流通路部、28
は共通通路部、40A〜40Dは排気タイミング弁、45は遠心
タイマ、70はタイミング変更手段、82はステップモー
タ、100は制御ユニット、NSは回転数センサである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】夫々爆発順序が連続しない複数の気筒から
成る２つの気筒群のうちの一方に属する各気筒に接続さ
れた第１の分岐通路部、上記２つの気筒群のうちの他方
に属する各気筒に接続された第２の分岐通路部、上記第
１の分岐通路部を形成する各分岐通路が合流する第１の
合流通路部、上記第２の分岐通路部を形成する各分岐通
路が合流する第２の合流通路部、及び、上記第１及び第
２の合流通路部が合流する共通通路部を有し、上記共通
通路部が実質的な開放端を形成する排気通路と、該排気通路における上記第１及び第２の合流通路部に対
する排気吹出開始時期を、エンジン回転数が上昇するに
従ってクランク角対応時期に対して早め、上記排気通路
により可能とされる排気圧力振動の有効利用の維持を図
る排気吹出時期制御手段と、を具備して構成される多気筒エンジンの排気制御装置。