JP5531923B2 - Intake and exhaust system for multi-cylinder engine - Google Patents
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Description
本発明は、自動車等に設けられる多気筒エンジンの吸排気装置に関する。 The present invention relates to an intake / exhaust device for a multi-cylinder engine provided in an automobile or the like.
従来、自動車等のエンジンにおいて、エンジン出力を高めることを目的とした吸排気装置の開発が行なわれている。 2. Description of the Related Art Conventionally, intake and exhaust devices have been developed for the purpose of increasing engine output in engines such as automobiles.
例えば、特許文献1には、ターボ過給機を有する装置であって、各気筒の排気ポートに接続されて互いに独立する複数の独立通路と、ターボ過給機の上流に設けられてこれら独立通路が集合する集合部と、この集合部に設けられて各独立通路の流路面積を変更可能なバルブとを備えたものが開示されている。この装置では、前記バルブによって前記独立排気通路の流路面積を縮小することで、排気行程にある気筒の排気を所定の独立通路から前記集合部に比較的高速で流入させ、この高速の排気の周囲に生成された負圧を前記集合部において他の独立通路に作用させていわゆるエゼクタ効果によってこの他の独立通路内の排気を下流側に吸い出すことで、ターボ過給機に供給されるガス量を増大させてエンジン出力を向上させるよう構成されている。
For example,
自動車等のエンジンにおいて、エンジン出力の向上要求は依然として高く、簡単な構成でより一層エンジン出力を高めることが求められている。 In an engine such as an automobile, the demand for improving the engine output is still high, and it is required to further increase the engine output with a simple configuration.
本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構成でより吸気量をより増大させてエンジン出力を高めることのできる多気筒エンジンの吸排気装置の提供を目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an intake / exhaust device for a multi-cylinder engine that can increase the intake air amount with a simple configuration and increase the engine output.
前記課題を解決するために、本発明は、吸気ポートおよび排気ポートがそれぞれ形成されるとともに前記吸気ポートを開閉可能な吸気バルブと前記排気ポートを開閉可能な排気バルブとが設けられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの吸排気装置であって、前記各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続される吸気通路と、1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続される独立排気通路と、前記各独立排気通路の下流端に接続されて、当該各独立排気通路を通過した排気が集合する集合部と、前記各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動可能なバルブ駆動手段とを備え、前記各独立排気通路のうち排気順序が連続する気筒に接続された独立排気通路は互いに隣り合う位置で前記集合部に接続されており、前記各独立排気通路および集合部は、各気筒から各排気ポートおよび各独立排気通路を通って前記集合部に排気が排出されるのに伴いエゼクタ効果によって隣接する他の独立排気通路およびこの独立排気通路に接続された排気ポート内に負圧が生成される形状を有し、前記各独立排気通路は、その下流端部分の流路面積と同じ面積を有する真円の直径aと、前記集合部の最小流路面積と同じ面積を有する真円の直径Dとの関係がa/D≧0.5となる形状を有し、前記バルブ駆動手段は、少なくともエンジンの回転数が予め設定された基準回転数よりも低い低速領域において、前記各気筒の吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が吸気上死点および他方の気筒の排気バルブが開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動するとともに、少なくとも前記低速領域において、前記他方の気筒から排出された排気により前記一方の気筒の排気ポートに生成された負圧が最大となる時期が当該一方の気筒のオーバーラップ期間と重複するように前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of cylinders each having an intake port and an exhaust port and provided with an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port. An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine having an intake passage connected to an intake port of each of the cylinders and an independent connection connected to an exhaust port of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust sequences are not consecutive to each other An exhaust passage, a collecting portion connected to a downstream end of each independent exhaust passage and collecting exhaust passing through the independent exhaust passage, and valve driving means capable of driving an intake valve and an exhaust valve of each cylinder The independent exhaust passages connected to the cylinders in which the exhaust order is continuous among the independent exhaust passages are connected to the collecting portion at positions adjacent to each other. The independent exhaust passages and the collecting portions are connected to other independent exhaust passages adjacent to each other by an ejector effect as exhaust is discharged from the cylinders through the exhaust ports and the independent exhaust passages to the collecting portions. A shape in which a negative pressure is generated in an exhaust port connected to the independent exhaust passage, and each independent exhaust passage has a diameter of a perfect circle having the same area as the flow path area of the downstream end portion thereof, and The relationship between the diameter D of a perfect circle having the same area as the minimum flow path area of the collecting portion is a / D ≧ 0.5, and at least the engine speed is set in advance in the valve driving means. In a low speed region lower than the reference rotational speed, the opening period of the intake valve and the opening period of the exhaust valve of each cylinder overlap each other with a predetermined overlap period, and one of the cylinders in which the exhaust sequence continues Cylinder The intake valve and the exhaust valve of each cylinder are driven so that the overlap period overlaps with the intake top dead center and the time when the exhaust valve of the other cylinder is open, and at least in the low speed region, the other The opening timing of the exhaust valve is determined so that the time when the negative pressure generated in the exhaust port of the one cylinder becomes maximum due to the exhaust discharged from the cylinder overlaps the overlap period of the one cylinder. Provided is an intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, which is advanced with an increase in rotational speed.
本装置によれば、エゼクタ効果をより効果的に利用して、気筒の掃気を促進し、吸気効率ひいてはエンジン出力を高めることができる。 According to the present apparatus, the ejector effect can be used more effectively, the scavenging of the cylinder can be promoted, and the intake efficiency and thus the engine output can be increased.
具体的には、本装置では、少なくとも前記低速領域において所定の気筒のオーバーラップ期間中に他の気筒の排気バルブを開弁させているので、排気バルブの開弁時に所定の独立排気通路から前記集合部に高速の排気が噴出するのに伴い前記エゼクタ効果によって前記オーバーラップ期間中の気筒の排気ポートに負圧を生成することができ、前記オーバーラップ期間中の気筒内のガスを排気ポート側に吸い出して掃気を促進することができる。しかも、前記オーバーラップ期間中に前記負圧が最大となるよう構成されているため、前記負圧を効果的に吸気行程中の気筒に付与して吸気効率を効果的に高めることができる。
特に、独立排気通路が、その下流端部分の流路面積と同じ面積を有する真円の直径aと、前記集合部の最小流路面積と同じ面積を有する真円の直径Dとの関係がa/D≧0.5となる形状を有しているため、前記エゼクタ効果を効果的に得ることができる。
Specifically, in the present apparatus, the exhaust valves of the other cylinders are opened during the overlap period of the predetermined cylinders at least in the low speed region. As the high-speed exhaust gas is ejected to the collecting portion, a negative pressure can be generated in the exhaust port of the cylinder during the overlap period by the ejector effect, and the gas in the cylinder during the overlap period can be discharged to the exhaust port side. It can be sucked out to promote scavenging. In addition, since the negative pressure is maximized during the overlap period, the negative pressure can be effectively applied to the cylinders during the intake stroke to effectively increase the intake efficiency.
In particular, the relationship between the diameter a of the perfect circle having the same area as the flow area of the downstream end portion of the independent exhaust passage and the diameter D of the perfect circle having the same area as the minimum flow area of the gathering portion is a. Since it has a shape satisfying /D≧0.5, the ejector effect can be effectively obtained.
ここで、排気バルブの開弁期間中において排気ポートに排出される排気の圧力、速度が最大となる時期は排気バルブの開弁開始後しばらく後であり、この最大速度の排気によって他の気筒の排気ポートに前記最大負圧が生成される。そして、排気バルブの開弁開始から前記高速の排気が排出されるまでの遅れ時間ひいては排気バルブの開弁開始から前記負圧が最大となるまでの時間は、クランク角度にして、エンジン回転数が高いほど長くなる。そのため、例えば、排気バルブの開弁開始時期が同一の場合は、エンジン回転数が高くなるほど前記負圧が最大となる時期が遅くなり、この負圧が最大となる時期がオーバーラップ期間とずれるおそれがある。 Here, during the valve opening period of the exhaust valve, the time when the pressure and speed of the exhaust discharged to the exhaust port become maximum is some time after the start of the opening of the exhaust valve. The maximum negative pressure is generated at the exhaust port. The delay time from the start of opening of the exhaust valve until the high-speed exhaust is discharged, and the time from the start of opening of the exhaust valve to the time when the negative pressure becomes maximum, is the crank angle and the engine speed is The higher the value, the longer. Therefore, for example, when the exhaust valve opening start timing is the same, the higher the engine speed, the slower the timing when the negative pressure becomes maximum, and the timing when the negative pressure becomes maximum may shift from the overlap period. There is.
これに対して、本装置では、前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させており、前記負圧が最大となる時期が早くなるためこの負圧が最大となる時期とオーバーラップ期間とをより確実に重複させることができる。 On the other hand, in this apparatus, the opening timing of the exhaust valve is advanced as the engine speed increases, and the time when the negative pressure becomes maximum is earlier. And the overlap period can be more reliably overlapped.
前記構成において、前記バルブ駆動手段は、少なくとも前記低速領域において、前記他方の気筒から排出された排気により前記一方の気筒の排気ポートに生成された負圧が最大となる時期が、エンジン回転数によらず略同一クランク角度時期となるように、前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させるのが好ましい(請求項2)。 In the above configuration, the valve driving means is configured so that at least in the low speed region, the time when the negative pressure generated in the exhaust port of the one cylinder by the exhaust exhausted from the other cylinder becomes the maximum is the engine speed. Regardless of this, it is preferable to advance the opening timing of the exhaust valve as the engine speed increases so that the crank angle timing is substantially the same (claim 2).
このようにすれば、エンジン回転数によらず、前記負圧が最大となる時期を例えばTDC付近といったオーバーラップ期間のうちこの負圧によってより効果的に気筒内の排気を吸い出すことのできる時期とすることができる。 In this way, regardless of the engine speed, the time when the negative pressure becomes maximum is the time when exhaust gas in the cylinder can be more effectively sucked out by this negative pressure during the overlap period, for example, near TDC. can do.
前記構成において、前記バルブ駆動手段は、排気バルブの開閉時期およびリフト量を変更可能なリフト可変機構を有し、少なくとも前記低速領域において、当該リフト可変機構によりエンジン回転数の増大に伴って排気バルブのリフト量を増大しつつ前記排気バルブの開弁開始時期を進角させるのが好ましい(請求項3)。 In the above configuration, the valve driving means has a variable lift mechanism capable of changing the opening / closing timing and lift amount of the exhaust valve, and at least in the low speed region, the exhaust valve is increased as the engine speed increases by the variable lift mechanism. It is preferable to advance the valve opening start timing of the exhaust valve while increasing the lift amount.
このようにすれば、エンジン回転数の増大に伴って排気バルブの開弁開始時期を進角させて前記負圧が最大となる時期を適切な時期にすることができるとともに、エンジン回転数の増大に伴って増大する排気流量に対応して掃気性能を確保することができる。 In this way, the opening timing of the exhaust valve can be advanced as the engine speed increases, so that the time when the negative pressure becomes maximum can be set to an appropriate time, and the engine speed can be increased. Accordingly, the scavenging performance can be ensured corresponding to the exhaust gas flow rate that increases with this.
また、前記構成において、前記バルブ駆動手段は、少なくとも前記低速領域において、前記リフト可変機構によりエンジン回転数の増大に伴って前記排気バルブのリフト量を増大し、かつ、前記排気バルブの開弁開始時期を進角させつつ、前記排気バルブの閉弁時期を遅角させるのが好ましい(請求項4)。 In the above configuration, the valve driving means increases the lift amount of the exhaust valve with the increase in engine speed by the variable lift mechanism at least in the low speed region, and starts opening the exhaust valve. It is preferable to retard the closing timing of the exhaust valve while advancing the timing.
このように排気バルブの閉弁時期を遅角して、これによりオーバーラップ期間の終時期を遅角すれば、前記負圧が最大となる時期と前記オーバーラップ期間とを重複させるための前記排気バルブの開弁開始時期の進角量を小さく抑えることができるため、排気バルブの開弁開始時期の進角量が大きいことに伴う膨張仕事の低減を抑制することができ、エンジン出力をより確実に高めることができる。 In this way, if the exhaust valve closing timing is retarded and thereby the end timing of the overlap period is retarded, the exhaust for overlapping the timing when the negative pressure becomes maximum and the overlap period are overlapped. Since the advance amount of the valve opening start timing can be kept small, the reduction of expansion work due to the large advance amount of the exhaust valve opening start timing can be suppressed, and the engine output is more reliably ensured. Can be increased.
また、本発明において、前記各独立排気通路の少なくとも下流側の部分は、上流側よりも下流側の方が流路面積が小さい形状を有し、前記各吸気通路のうち前記吸気バルブから当該吸気バルブの開弁に伴い生成された吸気脈動の圧力波が反転されるまでの部分の長さおよび横断面積は、前記吸気脈動の1次の山が前記吸気バルブ近傍で生じる時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となり吸気の慣性過給効果が得られる1次の同調回転数が予め設定された同調基準回転数よりも高く、かつ、前記吸気脈動の1次の谷が前記吸気バルブ近傍において発生する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となる非同調回転数が前記同調基準回転数よりも低くなる寸法に設定されており、前記同調基準回転数は、前記多気筒エンジンからのエンジン出力が、前記各独立排気通路の流路面積を一定とした場合におけるエンジン出力よりも小さくなるエンジン回転数付近に設定されているのが好ましい(請求項5)。 In the present invention, at least the downstream portion of each independent exhaust passage has a shape in which the flow passage area is smaller on the downstream side than on the upstream side. The length and the cross-sectional area of the portion until the pressure wave of the intake pulsation generated by opening the valve is reversed are the time when the primary peak of the intake pulsation occurs in the vicinity of the intake valve and the closing of the intake valve. The primary tuning rotational speed at which the valve timing is substantially the same and the inertial supercharging effect of the intake is obtained is higher than a preset tuning reference rotational speed, and the primary valley of the intake pulsation is in the vicinity of the intake valve Is set to a dimension in which the non-synchronized rotation speed at which the intake valve closing timing and the intake valve closing timing are substantially the same is lower than the tuning reference rotation speed. Engine output The preferably set in the vicinity of the engine rotational speed is smaller than the engine output in case of a constant flow area of the independent exhaust passages (claim 5).
このようにすれば、エゼクタ効果と吸気の慣性過給効果を効果的に利用してより広いエンジン回転数領域でエンジン出力を高めることができる。 In this way, the engine output can be increased in a wider engine speed range by effectively utilizing the ejector effect and the inertial supercharging effect of the intake air.
具体的には、各独立排気通路の流路面積が下流側において絞られていることで独立排気通路から前記集合部により高速で排気を噴出させることができ高いエゼクタ効果を得ることができる。ここで、独立排気通路の流路面積が絞られていることで排気抵抗は増大する。これに対して、この構成では、吸気の慣性過給効果が得られる1次の同調回転数が、エンジン出力が各独立排気通路の流路面積を一定とした場合におけるエンジン出力よりも小さくなる回転数付近に設定された同調基準回転数よりもエンジン回転数の高い高速領域内に設定されているため、排気流量が大きいことによりエゼクタ効果による掃気性能向上効果よりも排気抵抗増大の影響の方が大きくなる高速領域においても、前記吸気の慣性過給効果により気筒内の掃気性能を高めてポンプ損失の増大を抑制することができ、より広いエンジン回転数領域でエンジン出力を高めることができる。特に、慣性過給効果を得ることのできない吸気脈動の1次の谷が発生する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となる非同調回転数が前記同調基準回転数よりも低くなるように構成されているので、同調基準回転数よりもエンジン回転数の高い高速領域全体にわたって掃気性能をより確実に高めることができる。 Specifically, since the flow area of each independent exhaust passage is narrowed on the downstream side, exhaust can be ejected at a high speed from the independent exhaust passage to the collecting portion, and a high ejector effect can be obtained. Here, exhaust resistance increases because the flow area of the independent exhaust passage is reduced. On the other hand, in this configuration, the primary synchronized rotational speed at which the inertial supercharging effect of the intake air is obtained is a speed at which the engine output becomes smaller than the engine output when the flow passage area of each independent exhaust passage is constant. Because it is set in the high speed region where the engine speed is higher than the tuning reference speed set near the number, the effect of the increase in exhaust resistance is better than the scavenging performance improvement effect due to the ejector effect due to the large exhaust flow rate. Even in an increasing high speed region, the scavenging performance in the cylinder can be enhanced by the inertia supercharging effect of the intake air to suppress an increase in pump loss, and the engine output can be increased in a wider engine speed region. In particular, the non-synchronized rotational speed at which the primary valley of the intake pulsation in which the inertia supercharging effect cannot be obtained and the closing timing of the intake valve are substantially the same is lower than the tuning reference rotational speed. Therefore, the scavenging performance can be more reliably improved over the entire high speed region where the engine speed is higher than the tuning reference speed.
以上説明したように、本発明によれば、エゼクタ効果をより効果的に利用して、気筒の掃気を促進し、吸気効率ひいてはエンジン出力を高めることができる。 As described above, according to the present invention, the ejector effect can be used more effectively, the scavenging of the cylinder can be promoted, and the intake efficiency and thus the engine output can be increased.
本発明に係る多気筒エンジンの排気装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。 An embodiment of an exhaust device for a multi-cylinder engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は前記多気筒エンジンの吸排気装置を備えたエンジンシステム100の概略構成図である。このエンジンシステム100は、シリンダヘッド9およびシリンダブロックを有するエンジン本体1と、エンジン制御用のECU2と、吸気通路を構成するエンジン本体1に接続される複数の吸気管3およびこれら吸気管3に接続されるサージタンク4と、エンジン本体1に接続される排気マニホールド5と、排気マニホールド5に接続される触媒装置6とを備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
前記シリンダヘッド9およびシリンダブロックの内部にはピストンがそれぞれ嵌挿された複数の気筒12が形成されている。本実施形態では、前記エンジン本体1は、直列4気筒のエンジンであって、前記シリンダヘッド9およびシリンダブロックの内部には4つの気筒12が直列に並んだ状態で形成されている。具体的には、図2の右から順に第1気筒12a,第2気筒12b,第3気筒12c,第4気筒12dが形成されている。前記シリンダヘッド9には、ピストンの上方に区画された燃焼室内に臨むようにそれぞれ点火プラグ15が設置されている。
A plurality of
前記エンジン本体1は4サイクルエンジンであって、図5に示すように、各気筒12a〜12dにおいて、180℃Aずつずれたタイミングで前記点火プラグ15による点火が行われて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がそれぞれ180℃Aずつずれるように構成されている。本実施形態では、第1気筒12a→第3気筒12c→第4気筒12d→第2気筒12bの順に点火が行われてこの順に排気行程等が実施される。
The
各気筒12の上部には、それぞれ燃焼室に向かって開口する2つの吸気ポート17および2つの排気ポート18が設けられている。吸気ポート17は、各気筒12内に吸気を導入するためのものである。排気ポート18は、各気筒12内から排気を排出するためのものである。各吸気ポート17には、これら吸気ポート17を開閉して吸気ポート17と気筒12内部とを連通あるいは遮断するための吸気バルブ19が設けられている。各排気ポート18には、これら排気ポート18を開閉してこれら排気ポート18と気筒12内部とを連通あるいは遮断するための排気バルブ20が設けられている。前記吸気バルブ19は吸気バルブ駆動機構(バルブ駆動手段)30により駆動されることで、所定のタイミングで吸気ポート17を開閉する。また、前記排気バルブ20は、排気バルブ駆動機構(バルブ駆動手段)40により駆動されて、所定のタイミングで排気ポート18を開閉する。
Two
前記吸気バルブ駆動機構30は、吸気バルブ19に連結された吸気カムシャフト31と吸気VVT32とを有している。吸気カムシャフト31は、周知のチェーン/スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトの回転に伴い回転して、吸気バルブ19を開閉駆動する。
The intake
前記吸気VVT32は、吸気バルブ19のバルブタイミングを変更するためのものである。この吸気VVT32は、吸気カムシャフト31と同軸に配置されてクランクシャフトにより直接駆動される所定の被駆動軸と吸気カムシャフト31との間の位相差を変更して、これによりクランクシャフトと前記吸気カムシャフト31との間の位相差を変更することで、吸気バルブ19のバルブタイミングを変更する。吸気VVT32の具体的構成としては、例えば、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト31との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これら液室間に圧力差を設けることで前記位相差を変更する液圧式機構や、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト31との間に設けられた電磁石を有し、前記電磁石に電力を付与することで前記位相差を変更する電磁式機構等が挙げられる。この吸気VVT32は、ECU2で算出された吸気バルブ19の目標バルブタイミングに基づいて前記位相差を変更する。
The
前記排気バルブ駆動機構40は、排気バルブ20に連結された排気カムシャフト41と排気CVVL42とを有している。排気カムシャフト41は、前記吸気カムシャフト31と同様にクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトの回転に伴い回転して、排気バルブ20を開閉駆動する。
The exhaust
前記排気CVVL42は、排気バルブ20のバルブタイミングを変更するためのものである。前記排気CVVL42は、排気バルブ20のリフト量を連続的に(無段階で)変更可能ないわゆる連続可変バルブリフト機構(Continuous Variable Valve Lift Mechanism)と呼ばれるものである。
The
本実施形態では、前記排気CVVL42は、排気バルブ20の閉弁時期を所定のクランク角位置に固定しながら、排気バルブ20のリフト量を可変的に変更して排気バルブ20の開弁開始時期を変更する。
In the present embodiment, the
このような構成のCVVLは既に公知であり、その具体例は、例えば特開2007−85241号公報に開示されている(なお、同文献ではVVEと称されている)。 A CVVL having such a configuration is already known, and a specific example thereof is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-85241 (referred to as VVE in the same document).
前記各気筒12の吸気ポート17は、その上流側においてそれぞれ前記吸気管3に接続されている。具体的には、前記吸気管3は気筒数に対応して4本設けられており、各気筒12に設けられた2つの吸気ポート17が、1つの吸気管3に接続されている。
The
前記各吸気管3は、その上流側において前記サージタンク4に接続されており、このサージタンクに貯留されている空気が各吸気管3に分配される。このサージタンク4は、吸気管3の並び方向に延びており吸気管3に分配するための空気を貯留可能な十分な容積を有している。従って、前記吸気バルブ19の開弁に伴い吸気バルブ19近傍で発生した負圧波は、吸気管3を伝播して前記サージタンク4に到達するとこのサージタンク4で反転、反射して正圧波となる。この正圧波は、吸気バルブ19側に戻り、気筒12の入口付近で反転、反射し負圧波となり、再びサージンタンク4側に伝播する。このようにして、吸気管3内には、図10に示すような、圧力脈動(吸気脈動)が生じる。この図10は、横軸を時間として、吸気バルブ19近傍における吸気脈動による圧力変化を模式的に示した図である。この図10に示すように、吸気バルブ19近傍では、吸気バルブ19の開弁開始(時刻t0)後、山(圧力の高い状態)と谷(圧力の低い状態)とが減衰しながら交互に現れる。
Each
吸気の慣性過給効果とは、前記吸気バルブ19の閉弁直前に吸気バルブ19近傍が前記山の状態とされて吸気ポート17側の圧力が高められることで気筒12への吸気が促進されるというものである。特に、前記負圧波がサージタンク4で1回反転、反射することで生成された正圧波による1次の山は、その圧力が大きく、高い慣性過給効果を得ることができる。
Inertial supercharging effect of intake air means that immediately before the
本実施形態では、この1次の山による高い慣性過給効果が、後述する同調基準回転数N1よりもエンジン回転数の高い高速領域で得られるように、前記吸気管3の長さL_in(図1参照)および横断面積すなわち排気の流れ方向と直交する方向の面積あるいは流路面積が設定されている。また、この高速領域において、前記吸気バルブ19の閉弁直前に吸気バルブ19近傍が前記谷の状態となるのを回避して、高速領域全体において前記慣性過給効果が得られるように、前記吸気管3の長さL_inおよび横断面積が設定されている。
In the present embodiment, the length L_in of the intake pipe 3 (see FIG. 5) is obtained so that a high inertial supercharging effect due to this primary peak is obtained in a high speed region where the engine speed is higher than the tuning reference speed N1 described later. 1) and a cross-sectional area, that is, an area in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas or a flow path area is set. Further, in this high-speed region, the
すなわち、吸気バルブ19近傍において吸気脈動の1次の山が発生する時刻t1a(図10参照)と吸気バルブ19の閉弁時期とが略同一となる1次の同調回転数Nin_1aが、前記同調基準回転数N1よりも高くなるように、また、吸気バルブ19近傍において吸気脈動の1次の谷が発生する時刻t1b(図10参照)と吸気バルブ19の閉弁時期とが略同一となる1次の非同調回転数Nin_1bが、前記同調基準回転数N1よりも低くなるように、吸気管3の長さL_inおよび横断面積が設定されている。
That is, the primary tuning rotational speed Nin_1a at which the time t1a (see FIG. 10) at which the primary peak of the intake pulsation occurs in the vicinity of the
ここで、1次の山による高い慣性過給効果をより高速領域で得られるようにするには、吸気管3の長さL_inをより短くする、あるいは、吸気管3の横断面積をより大きくすればよいが、吸気管3の横断面積を大きくする変更はレイアウト上の制約が大きいため、本実施形態では、吸気管3の長さL_inをより短くすることで高速領域で高い慣性過給効果が得られるようにしている。
Here, in order to obtain a high inertial supercharging effect due to the primary mountain in a higher speed region, the length L_in of the
前記排気マニホールド5は、3つの独立排気通路52と、混合管(集合部)56aと、ストレート管56bと、ディフューザー56cとを備えている。
The
前記各独立排気通路52は、前記各気筒12の排気ポート18に接続されている。具体的には、前記気筒12のうち第1気筒12aの排気ポート18と第4気筒12dの排気ポート18とは、それぞれ個別に独立排気通路52a、52dに接続されている。一方、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第2気筒12bと第3気筒12cの排気ポート18は、これら各気筒から同時に排気が排出されることがないため、構造を簡素化する観点から、1つの独立排気通路52bに接続されている。より詳細には、この第2気筒12bと第3気筒12cの排気ポート18に接続されている独立排気通路52bは、その上流側において2つの通路に分離しており、その一方に前記第2気筒12bの排気ポート18が接続され、他方に前記第3気筒12cの排気ポート18が接続されている。
Each
これら独立排気通路52は、互いに独立しており、第2気筒12bあるいは第3気筒12cから排出された排気と、第1気筒12aから排出された排気と、第4気筒12dから排出された排気とは、互いに独立して各独立排気通路52内を通って下流側に排出される。
These
前記第2気筒12bおよび第3気筒12cの排気ポート18に対応する独立排気通路52は、これら気筒12b,12cの中央部分すなわちエンジン本体1の略中央部分と対向して直線的に延びており、他の気筒12a,12dの排気ポート18に対応する独立排気通路52は、対応する各排気ポート18と対向する位置から前記第2気筒12bおよび第3気筒12cに対応する独立排気通路52に向かって湾曲して延びている。
The
前記各独立排気通路52の下流側には前記混合管56aが接続されており、各独立排気通路52を通過した排気はこの混合管56aで集合する。この混合管56aにおいて、前記3つの独立排気通路52は、その下流端が互いに隣接する位置で混合管56aに接続されている。
The mixing
前記各独立排気通路52および混合管56aは、各独立排気通路52から排気が高速で噴出されてこの排気が高速で混合管56aを通過するのに伴い、この高速の排気の周囲に発生した負圧作用すなわちエゼクタ効果によって隣接する他の独立排気通路52およびこの独立排気通路52と連通する排気ポート18内のガスが下流側に吸い出される形状を有している。
Each of the
具体的には、前記各独立排気通路52は、下流に向かうほどその流路面積が小さくなる形状を有しており、排気が各独立排気通路52から高速で下流側へ噴出されるよう構成されている。より詳細には、図2および図4に示すように、各独立排気通路52は、略楕円形断面を有する上流側部分から下流に向かうに従ってその断面積が縮小されており、その下流端では上流側部分の楕円形断面積の略1/3となる扇形となっている。そして、これら独立排気通路52は、扇形をなす各下流端が全体として略円形断面を形成するように集合して前記混合管56aに接続されている。
Specifically, each of the
そして、前記混合管56aは、その上流端の断面積が前記各独立排気通路52の下流端の合計面積よりも大きく、下流に向かうほど縮径してその流路面積が小さくなり、その下流端の流路面積と同じ面積を有する真円の直径をD(図3参照)とし、前記独立排気通路52の下流端の断面積と同じ面積を有する真円の直径をa(図3参照)とした場合に、a/D=0.65となる形状を有している。ここで、この混合管56aの具体的構造は前記に限らないが、この混合管56aが、その上流端と下流端の少なくとも一方の流路面積が最も小さい流路面積となる形状を有し、a/Dがa/D≧0.5の範囲に設定されていれば、この混合管56aを排気が十分な高い速度で通過して前記エゼクタ効果が十分に得られることが分かっているため、前記のような形状を有するものが好ましい。なお、前記混合管56aへの排気の流入速度をより高めるべく、前記独立排気通路52の下流端に流路面積が小さくされた部分すなわち絞り部が設けられている場合には、この絞り部の流路面積の直径をaとして、前記混合管56aがa/D≧0.5となるような形状とされるのが好ましい。
The mixing
前記混合管56aに流入した排気は前記ストレート管56bおよび前記ディフューザー56cを通過して下流側に流出する。前記ストレート管56cは、前記混合管56aから連続して、この混合管56aの下流端と同一の断面形状すなわち同一の流路面積で下流側に延びる形状を有している。前記ディフューザー56cは、前記ストレート管56bから連続して下流側に延びており、下流に向かうに従って拡径してその流路面積が大きくなる形状を有している。
The exhaust gas flowing into the mixing
前記ディフューザー56cの下流側には前記触媒装置6の後述するケーシング62が接続されており、ディフューザー56cを通過した排気はケーシング62内に流入する。
A casing 62 (to be described later) of the
前記触媒装置6は、エンジン本体1から排出された排気を浄化するための装置である。この触媒装置6は、三元触媒等の触媒本体64とこの触媒本体64を収容するケーシング62とを備えている。ケーシング62は排気の流れ方向と平行に延びる略円筒状を有している。前記触媒本体64は、前記ケーシング62の上下流方向の中央部分に収容されており、このケーシング62の上流端62aには所定の空間が形成されている。前記ディフューザー56cの下流端はこのケーシング62の上流端62aに接続されており、ディフューザー56cから排出された排気はこのケーシング62の上流端62aに流入した後、触媒本体64側へ進行する。
The
前記ECU2は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行するためのCPUと、RAMやROMからなりプログラム及びデータを格納するメモリと、各種信号の入出力を行なうI/Oバスとを備えている。このECU2は、前記I/Oバスを介して各種センサからの信号を受け、この信号に基づき種々の演算を行い、この演算結果に基づき各種アクチュエータに駆動信号を送信する。前記吸気VVT32および排気CVVL42は、このECU2からの信号を受けて前記吸気バルブ19および排気バルブ20を駆動する。
The
前記吸気VVT32および排気CVVL42は、前記ECU2からの駆動信号を受けて、前記吸気バルブ19および排気バルブ20を、全運転領域において、排気バルブ20の開弁期間と吸気バルブ19の開弁期間とが吸気上死点(TDC)を挟んでオーバーラップし、かつ、排気バルブ20が他の気筒12のオーバーラップ期間T_O/L中に開弁を開始するように駆動する。具体的には、図5に示すように、第1気筒12aの吸気バルブ19と排気バルブ20とがオーバーラップしている期間中に第3気筒12cの排気バルブ20が開弁し、第3気筒12cの吸気バルブ19と排気バルブ20とがオーバーラップしている期間中に第4気筒12dの排気バルブ20が開弁し、第4気筒12dの吸気バルブ19と排気バルブ20とがオーバーラップしている期間中に第2気筒12bの排気バルブ20が開弁し、第2気筒12bの吸気バルブ19と排気バルブ20とがオーバーラップしている期間中に第1気筒12aの排気バルブ20が開弁するように、各バルブ19,20を駆動する。
The
また、前記排気CVVL32は、エンジン回転数が増大するに伴い、前記排気バルブ20のリフト量を増大させつつ排気バルブ20の開弁開始時期を進角させる。より詳細には、前記排気CVVL32は、排気ポート18内の圧力が後述するブローダウンガスの排出に伴って生成された最大負圧となる時期がエンジン回転数によらずほぼ一定となるように、エンジン回転数の増大に伴い排気バルブ20の開弁開始時期を進角させる。本実施形態では、前記最大負圧となる時期がTDCとほぼ一致するように進角させる。
The exhaust CVVL 32 advances the valve opening start timing of the
なお、本エンジンシステム100において、前記吸気バルブ19および排気バルブ20の開弁時期、閉弁時期とは、それぞれ、図9に示すように、各バルブのリフトカーブにおいてバルブのリフトが急峻に立ち上がるあるいは立ち下がる時期であり、例えば0.4mmリフトの時期をいう。
In the
以上のように構成された本エンジンシステム100における吸気性能について次に説明する。
Next, the intake performance in the
本装置では、前記独立排気通路52および混合管56aは、エゼクタ効果により所定の独立排気通路52から混合管56aに排気が高速で噴出されるのに伴い、他の独立排気通路52内に負圧が生成されてこの他の独立排気通路52ひいてはこの他の独立排気通路52に連通する排気ポート18内のガスが下流側へ吸い出されるよう構成されている。そして、所定の気筒12(以下、適宜、吸気行程気筒12という)のオーバーラップ期間中に、排気順序がこの吸気行程気筒12の1つ後に設定された他の気筒12(以下、適宜、排気行程気筒12という)の排気バルブ20が開弁するように設定されている。
In this apparatus, the
従って、排気行程気筒12の排気バルブ20が開弁してこの排気行程気筒12内の排気が独立排気通路52を通って混合管56aに高速で噴出されるのに伴い、前記エゼクタ効果によりオーバーラップ期間中の吸気行程気筒12の排気ポート18内に負圧が生成され、これにより、このオーバーラップ期間中の吸気行程気筒12内の掃気が促進される。特に、各独立排気通路52の下流端は前記混合管56aにおいて隣接して配置されている。そのため、排気行程気筒12に接続された独立排気通路52による吸出し力は吸気行程気筒12に接続された独立排気通路52に効果的に作用する。
Accordingly, as the
このエゼクタ効果により排気ポート18内が負圧となる効果について調べた結果を、図6に示す。この図6は、本エンジンシステム100を用いて排気ポート18内の圧力変化を調べた結果を、排気バルブ20および吸気バルブ19のリフトカーブと合わせて示したものであり、この図6において上下2つの圧力グラフP1,P2はそれぞれ排気順序が連続する2つの気筒の排気ポート18内の圧力変化を示している。この図6において、各排気ポート18内の圧力は、排気バルブ20の開弁開始直後(圧力P1においてクランク角=CA_1となる時期)に最大圧力(Pmax)となるとともに、排気順序が1つ前の気筒12の圧力がこの最大圧力となったしばらく後(圧力P2においてクランク角=CA_2となる時期)に最大負圧(Pmin)となっており、前記エゼクタ効果により生じる最大負圧が排気バルブ20の開弁開始直後に気筒12から排出された高圧、高速のガス(いわゆるブローダウンガス)が前記独立排気通路52を通って前記混合管56aに高速で噴出されるのに伴って生成されることがわかる。
FIG. 6 shows the result of examining the effect of the negative pressure in the
ここで、前記排気バルブ20の開弁開始後、排気行程気筒12から前記ブローダウンガスが排出されるまでのクランク角期間ひいては排気バルブ20の開弁開始からこのブローダウンガスにより吸気行程気筒12に高い負圧が生成されるまでクランク角期間は、図7に示すように、エンジンの回転数の増大に伴って長くなる。図7は、本エンジンシステム100と同様の構造を有するエンジン本体1および排気マニホールドを備えた装置を用いて、異なる複数のエンジン回転数において、排気バルブ20の開弁開始時期および閉弁時期をエンジン回転数によらず一定として排気ポート18内の圧力変化を調べた結果を示した図である。この図7において、ラインL1、L2、L3、L4、L5、L6はそれぞれエンジン回転数が1000rpm,2000rpm,3000rpm,4000rpm,5000rpm,6000rpmでの結果である。この図7に示されるように、排気バルブ20の開弁開始時期および閉弁時期が同じ時期の場合、エンジン回転数が増大するに伴って、排気バルブ20の開弁開始後、前記ブローダウンガスが排出されるまでのクランク角度期間は長くなっている。そして、これに伴い、排気ポート18内の負圧が最大となる時期がクランク角度で遅くなっている。これは、排気バルブ20の開弁開始後ブローダウンガスが排気ポート18内に排出されるまでの絶対時間がエンジン回転数によらず一定であるためと考えられる。そのため、例えば、エンジン回転数によらず排気バルブ20の開弁開始時期および閉弁時期を一定とすると、前記オーバーラップ期間中に排気ポート18内の負圧を最大とすることができず、この負圧による掃気促進効果を効果的に発揮できない。
Here, after the opening of the
これに対して、本エンジンシステム100では、前述のように、エンジン回転数の増大に伴って排気バルブ20の開弁開始時期が進角されている。そのため、前記排気ポート18内の負圧がエンジン回転数によらず前記オーバーラップ期間中のTDC付近において最大となるため、前記掃気促進効果を効果的に得ることができる。特に、TDC付近において排気ポート18内の負圧が最大とされることで、気筒12内の残留ガスをより効果的に吸い出すことができ、高い吸気効率を得ることができる。
In contrast, in the
このエンジン回転数の増大に伴って排気バルブ20の開弁開始時期を進角させるという制御を行った本エンジンシステム100における図7に対応する排気ポート18内の圧力変化を図8に示す。この図8に示されるように、本エンジンシステム100では、エンジン回転数によらず高いTDC付近において排気ポート18内の圧力が高い負圧とされている。
FIG. 8 shows a change in pressure in the
さらに、本エンジンシステム100では、エンジン回転数の増大に伴って排気バルブ20のリフト量が増大されており、エンジン回転数の増大に伴い流量が増大する排気を効率よく排出できる。そのため、前記エゼクタ効果による吸気効率の向上効果を確保しつつ、排気抵抗を低減して吸気効率をより高めることができる。
Further, in the
また、前記独立排気通路52が前記エゼクタ効果が効果的に得られるように下流側においてその流路面積が小さく絞られていることにより、エンジン回転数が高くなり排気流量が大きくなると、排気抵抗が大きくなってポンプ損失が増大する結果エンジン出力がかえって悪化するという問題が生じるが、本エンジンシステム100では、高速領域において吸気の慣性過給効果が効果的に得られるように構成されているため、高速領域においても得人出力を高く維持することができる。
Further, since the flow area of the
具体的には、本エンジンシステム100では、前記同調基準回転数N1は、前記のように独立排気通路52の流路面積が絞られることにより、そのエンジン出力が、排気通路の流路面積が絞られていない場合よりもエンジン出力が低下する回転数付近に設定されている。すなわち、前記同調基準回転数N1は、本エンジンシステム100のエンジン出力の方が、本エンジンシステム100において前記独立排気通路52に代えて流路面積が一定の排気通路を用いた場合(以下、流路面積一定仕様という場合がある)のエンジン出力よりも小さくなる回転数付近に設定されている。そして、本エンジンシステム100では、前述のように、各吸気管3の長さL_inおよび横断面積の調整により、1次の同調回転数Nin_1aが前記同調基準回転数N1よりも高く、1次の非同調回転数Nin_1bが前記同調基準回転数N1よりも低く設定されている。そのため、前記独立排気通路52が絞られることに伴いエンジン出力が低下する前記同調基準回転数N1よりもエンジン回転数の高い高速領域全体において、吸気の慣性過給効果により掃気性能を高めることができ、これによりポンプ損失の増大を抑制してエンジン出力の低下を小さく抑えることができる。
Specifically, in the
図11に、本エンジンシステム100のエンジン出力(エンジントルク)の例(実線)と、前記流路面積一定仕様のエンジン出力(エンジントルク)の例(破線)とを示す。この図11に示されるように、エンジン回転数がトルク低下回転数N0よりも低い領域では、本エンジンシステム100の方が流路面積一定仕様よりもエンジントルクが高い。一方、エンジン回転数がトルク低下回転数N0よりも高い領域では、本エンジンシステム100の方が流路面積一定仕様よりもエンジントルクが低い。
FIG. 11 shows an example (solid line) of the engine output (engine torque) of the
本実施形態では、前記エンジントルクの低下が確実に抑制されるように、前記1次の同調回転数Nin_1aがこのトルク低下回転数N0に設定され、前記基準回転数N1は、このトルク低下回転数N0よりもわずかに小さい回転数に設定されている。例えば、前記トルク低下回転数N0が5000rpmであるのに対して、前記同調基準回転数N1は4500rpmに設定されている。そして、前記吸気管3は、1次の同調回転数Nin_1a5000rpmとなるように、その径が45mm、その長さL_inが400mmに設定されている。なお、本実施形態の4気筒を有するエンジン本体1の排気量は2リットルである。この場合において、1次の非同調回転数Nin_1bは3500rpmとなる。前記図11には、エンジントルクに合わせて、吸気バルブ19の閉弁時期の吸気バルブ19近傍における吸気脈動による圧力変化の様子を概略的に示している。
In the present embodiment, the primary tuning rotation speed Nin_1a is set to the torque reduction rotation speed N0 so that the decrease in the engine torque is reliably suppressed, and the reference rotation speed N1 is set to the torque reduction rotation speed. The number of revolutions is set slightly smaller than N0. For example, while the torque reduction rotational speed N0 is 5000 rpm, the tuning reference rotational speed N1 is set to 4500 rpm. The
なお、図11に示したエンジントルクの比較結果は、吸気管3の長さおよび横断面積が同一であり得られる吸気脈動効果が同等の場合の比較である。従って、前記独立排気通路52に代えて流路面積が一定の排気通路を用いるとともに従来のようにエンジン回転数の比較的低い領域において吸気の慣性過給効果が得られるように構成されたエンジンシステムのエンジン出力は、図11の鎖線に示すように、高速領域において、本エンジンシステム100よりも低く、本エンジンシステム100では、前記吸気の慣性過給効果により、従来のエンジンシステムに比べて高いエンジン出力を得ることができる。
The engine torque comparison result shown in FIG. 11 is a comparison in the case where the intake pulsation effect that can be obtained with the same length and cross-sectional area of the
以上のように、本エンジンシステム100によれば、エゼクタ効果をより効果的に利用して、気筒12の掃気を促進し、吸気効率を高めることができるとともに、高速領域において吸気慣性効果を効果的に利用してポンプ損失を小さく抑えることができ、全速度領域においてエンジン出力を高めることができる。
As described above, according to the
ここで、前記実施形態では、排気バルブの閉弁時期を一定とした場合について示したが、排気バルブ20の開弁開始時期を過度に進角させると、エンジン本体1における膨張仕事が減少するおそれがある。そのため、このような場合には、図12に示すように、エンジン回転数の増大に伴い排気バルブ20の開弁開始時期を進角させるとともに、エンジン回転数の増大に伴い排気バルブ20の閉弁時期を遅角させるのが好ましい。なお、この場合には、エンジン回転数の増大量に対する排気バルブ20の閉弁時期の遅角量は、エンジン回転数の増大量に対する排気バルブ20の開弁開始時期の進角量よりも小さく設定するのが好ましい。
Here, in the above-described embodiment, the case where the closing timing of the exhaust valve is made constant is shown. However, if the opening timing of the
また、前記実施形態では、全運転領域において、エゼクタ効果による高い掃気促進効果が得られるように、吸気バルブ19と排気バルブ20とをオーバーラップさせるとともに他の気筒12の排気バルブ20の開弁開始時期とこのオーバーラップ期間とを重複させる制御およびエンジン回転数の増大に伴って前記最大負圧となる時期と前記オーバーラップ期間とを重複させる制御を実施する場合について説明したが、エンジン回転数が所定の基準回転数よりも低い運転領域でのみ行なってもよい。すなわち、エンジン回転数が高い運転領域では、排気流量が増大するため、エゼクタ効果により得られる掃気促進効果よりもポンプ損失低減により得られる掃気促進効果の方が高い場合がある。従って、このような場合には、吸気バルブ19と排気バルブ20とを掃気促進効果をより高めることができるように制御するのが好ましい。
In the above embodiment, the
また、前述のように、エンジン回転数が高い運転領域におけるポンプ損失を低減するべく、前記各独立排気通路52のうち流路面積が小さくなる領域から前記ディフューザー56cの下流側の部分までをバイパスする通路を設け、この通路をその流路面積を一定等として排気抵抗が大きくならない形状にするとともに、この通路にこの通路を開閉するバルブを取り付けて、前記エンジン回転数が低い運転領域ではこのバルブを閉じて前記独立排気通路52のみを排気が通過するように構成するとともに、エンジン回転数が高い運転領域では前記バルブを開いて排気が前記バイパス通路側をも通過するように構成してもよい。
Further, as described above, in order to reduce the pump loss in the operation region where the engine speed is high, the region from the region where the flow area becomes small in each of the
また、触媒装置6の位置は前記に限らない。ただし、本エンジンシステム100によれば、エゼクタ効果および背圧の低減により吸気効率を高めることができるため、ターボ過給機を有しないエンジンシステムにおいて有用である。そして、このようにターボ過給機を有しない場合には、触媒装置6を前記実施形態のように各独立排気通路52に直接接続してより上流側の位置に配置することができ、これにより触媒本体64に流入する排気の温度を高く維持して触媒本体64を早期に活性させることができる。
Further, the position of the
1 エンジン本体
5 排気マニホールド
17 吸気ポート
18 排気ポート
19 吸気バルブ
20 排気バルブ
30 吸気バルブ駆動機構(バルブ駆動手段)
40 排気バルブ駆動機構(バルブ駆動手段)
52 独立排気通路
56a 混合管(集合部)
DESCRIPTION OF
40 Exhaust valve drive mechanism (valve drive means)
52
Claims (5)
前記各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続される吸気通路と、
1つの気筒あるいは排気順序が互いに連続しない複数の気筒の排気ポートにそれぞれ接続される独立排気通路と、
前記各独立排気通路の下流端に接続されて、当該各独立排気通路を通過した排気が集合する集合部と、
前記各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動可能なバルブ駆動手段とを備え、
前記各独立排気通路のうち排気順序が連続する気筒に接続された独立排気通路は互いに隣り合う位置で前記集合部に接続されており、
前記各独立排気通路および集合部は、各気筒から各排気ポートおよび各独立排気通路を通って前記集合部に排気が排出されるのに伴いエゼクタ効果によって隣接する他の独立排気通路およびこの独立排気通路に接続された排気ポート内に負圧が生成される形状を有し、
前記各独立排気通路は、その下流端部分の流路面積と同じ面積を有する真円の直径aと、前記集合部の最小流路面積と同じ面積を有する真円の直径Dとの関係がa/D≧0.5となる形状を有し、
前記バルブ駆動手段は、少なくともエンジンの回転数が予め設定された基準回転数よりも低い低速領域において、前記各気筒の吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、かつ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒の前記オーバーラップ期間が吸気上死点および他方の気筒の排気バルブが開弁している時期に重複するように、各気筒の吸気バルブおよび排気バルブを駆動するとともに、少なくとも前記低速領域において、前記他方の気筒から排出された排気により前記一方の気筒の排気ポートに生成された負圧が最大となる時期が当該一方の気筒のオーバーラップ期間と重複するように前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。 An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders, each having an intake port and an exhaust port, and an intake valve capable of opening and closing the intake port and an exhaust valve capable of opening and closing the exhaust port. ,
An intake passage connected to each intake port of each cylinder;
An independent exhaust passage connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust sequences are not continuous with each other;
A collecting portion connected to the downstream end of each independent exhaust passage, where the exhaust passing through each independent exhaust passage gathers;
Valve drive means capable of driving the intake valve and the exhaust valve of each cylinder,
The independent exhaust passages connected to the cylinders in which the exhaust order is continuous among the independent exhaust passages are connected to the collecting portion at positions adjacent to each other,
Each of the independent exhaust passages and the collective portion includes another independent exhaust passage and the independent exhaust adjacent thereto due to an ejector effect as exhaust gas is discharged from each cylinder through the exhaust port and the independent exhaust passage to the collective portion. A shape in which negative pressure is generated in the exhaust port connected to the passage;
Each of the independent exhaust passages has a relationship between a diameter a of a perfect circle having the same area as the flow path area of the downstream end portion thereof and a diameter D of a perfect circle having the same area as the minimum flow path area of the collecting portion. /D≧0.5 has a shape,
The valve driving means has a predetermined overlap period between the valve opening period of the intake valve and the valve opening period of the exhaust valve in each cylinder at least in a low speed region where the engine speed is lower than a preset reference speed. Intake of each cylinder so that the overlap period of one cylinder overlaps between the intake top dead center and the time when the exhaust valve of the other cylinder is opened between the cylinders that overlap and the exhaust sequence continues. The valve and the exhaust valve are driven, and at least in the low-speed region, the time when the negative pressure generated in the exhaust port of the one cylinder by the exhaust exhausted from the other cylinder becomes the maximum is the excess of the one cylinder The multi-cylinder engine is characterized in that the opening timing of the exhaust valve is advanced as the engine speed increases so as to overlap with a lap period. Jin intake and exhaust device.
前記バルブ駆動手段は、少なくとも前記低速領域において、前記他方の気筒から排出された排気により前記一方の気筒の排気ポートに生成された負圧が最大となる時期が、エンジン回転数によらず略同一クランク角度時期となるように、前記排気バルブの開弁開始時期をエンジン回転数の増大に伴って進角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。 The intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to claim 1,
In the valve driving means, at least in the low speed region, the time when the negative pressure generated in the exhaust port of the one cylinder is maximized by the exhaust discharged from the other cylinder is substantially the same regardless of the engine speed. An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, wherein the valve opening start timing of the exhaust valve is advanced as the engine speed increases so that the crank angle timing is reached.
前記バルブ駆動手段は、排気バルブの開閉時期およびリフト量を変更可能なリフト可変機構を有し、少なくとも前記低速領域において、当該リフト可変機構によりエンジン回転数の増大に伴って排気バルブのリフト量を増大しつつ前記排気バルブの開弁開始時期を進角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。 An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to claim 1 or 2,
The valve drive means has a variable lift mechanism capable of changing the opening / closing timing and lift amount of the exhaust valve, and at least in the low speed region, the lift variable amount of the exhaust valve is increased by the variable lift mechanism as the engine speed increases. An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, wherein the valve opening start timing of the exhaust valve is advanced while increasing.
前記バルブ駆動手段は、少なくとも前記低速領域において、前記リフト可変機構によりエンジン回転数の増大に伴って前記排気バルブのリフト量を増大し、かつ、前記排気バルブの開弁開始時期を進角させつつ、前記排気バルブの閉弁時期を遅角させることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。 The intake / exhaust device for a multi-cylinder engine according to claim 3,
The valve driving means increases the lift amount of the exhaust valve as the engine speed increases by the variable lift mechanism at least in the low speed region, and advances the valve opening start timing of the exhaust valve. An intake / exhaust device for a multi-cylinder engine, wherein the closing timing of the exhaust valve is retarded.
前記各独立排気通路の少なくとも下流側の部分は、上流側よりも下流側の方が流路面積が小さい形状を有し、 At least the downstream portion of each independent exhaust passage has a shape in which the flow area is smaller on the downstream side than on the upstream side,
前記各吸気通路のうち前記吸気バルブから当該吸気バルブの開弁に伴い生成された吸気脈動の圧力波が反転されるまでの部分の長さおよび横断面積は、前記吸気脈動の1次の山が前記吸気バルブ近傍で生じる時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となり吸気の慣性過給効果が得られる1次の同調回転数が予め設定された同調基準回転数よりも高く、かつ、前記吸気脈動の1次の谷が前記吸気バルブ近傍において発生する時期と吸気バルブの閉弁時期とが略同一となる非同調回転数が前記同調基準回転数よりも低くなる寸法に設定されており、 The length and cross-sectional area of the portion of each intake passage from the intake valve until the pressure wave of the intake pulsation generated by opening the intake valve is reversed is the first peak of the intake pulsation. The timing that occurs in the vicinity of the intake valve and the valve closing timing of the intake valve are substantially the same, and the primary tuning rotational speed at which the inertial supercharging effect of the intake is obtained is higher than a preset tuning reference rotational speed, and The non-tuned rotational speed at which the primary valley of the intake pulsation occurs in the vicinity of the intake valve and the closed timing of the intake valve is set to a dimension that is lower than the tuning reference rotational speed.
前記同調基準回転数は、前記多気筒エンジンからのエンジン出力が、前記各独立排気通路の流路面積を一定とした場合におけるエンジン出力よりも小さくなるエンジン回転数付近に設定されていることを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。 The tuning reference rotational speed is set in the vicinity of an engine rotational speed at which the engine output from the multi-cylinder engine is smaller than the engine output when the flow area of each independent exhaust passage is constant. Multi-cylinder engine intake and exhaust system.
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