(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４つ以上の気筒を有するとともに、吸気ポート、排気ポート、吸気弁、および排気弁が各気筒に設けられた多気筒エンジンに備わる排気装置であって、
上記各気筒の排気ポートに個別に接続された４つ以上の独立排気通路と、
上記４つ以上の独立排気通路の下流端部が互いに独立した状態で近接配置されることにより形成された集約部と、
上記集約部の下流側に接続され、上記独立排気通路の全てと連通する共通の空間が内部に形成された合流部と、
排気順序が連続しない複数の気筒の独立排気通路どうしを連通する第１連通路と、排気順序が連続しない別の複数の気筒の独立排気通路どうしを連通し、かつ第１連通路とは独立した第２連通路とを含む２つ以上の連通路と、
上記各連通路にそれぞれ設けられた開閉可能な可変弁と、
上記各可変弁を制御する制御手段とを備え、
上記集約部で集約された各独立排気通路の下流端部は、下流側に至るほど通路断面積が小さくなるように形成されており、
少なくともエンジンの高負荷域において、上記各気筒の吸気弁および排気弁の開弁期間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ける一方の気筒のオーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁の開弁期間と重複するように、各気筒の吸気弁および排気弁の動作タイミングが設定されており、
上記制御手段は、少なくともエンジンの高負荷域において、エンジン回転速度が所定値以上のときは上記各可変弁の開度を所定の高開度に維持し、エンジン回転速度が上記所定値よりも低いときは上記各可変弁の開度を上記所定の高開度よりも小さい値に設定することを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
【請求項２】
請求項１記載の多気筒エンジンの排気装置において、
上記制御手段は、少なくともエンジンの高負荷域において、エンジン回転速度が上記所定値よりも低いときは、回転速度が低いほど上記各可変弁の開度を小さくし、最小で０％に設定することを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の多気筒エンジンの排気装置において、
上記各可変弁は、共通の回転軸を有するバタフライ弁からなり、
上記制御手段は、上記共通の回転軸を回転させることで上記各可変弁を開閉駆動することを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
上記各独立排気通路と、これに接続される上記連通路との接続角度が、全ての独立排気通路について同一に設定されたことを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
上記各独立排気通路の下流端部の軸線と上記合流部の軸線とのなす角度が、全ての独立排気通路について同一に設定されたことを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４つ以上の気筒を有するとともに、吸気ポート、排気ポート、吸気弁、および排気弁が各気筒に設けられた多気筒エンジンに備わる排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、多気筒エンジンの排気装置においては、いわゆるエゼクタ効果を利用して排気効率を高めることが試みられてきた。エゼクタ効果とは、高速で噴出された流体の周囲に発生する負圧によって他の流体を吸い出す作用のことである。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、直列４気筒エンジンの排気装置として、各気筒の排気ポートにそれぞれ接続された４つの独立排気通路と、各独立排気通路が１箇所に集合する集合部と、この集合部の上流側に設けられ、各独立排気通路の流路面積を変更可能な可変排気バルブとを備えたものが開示されている。
【０００４】
この特許文献１に記載の排気装置では、上記可変排気バルブが作動して各独立排気通路の流路面積が縮小されることにより、ある気筒から排出された排気ガスが独立排気通路から集合部に向けて高速で流入する。すると、この高速で流入した排気ガスの周囲に負圧が生成され、この負圧が他の独立排気通路に作用することで（エゼクタ効果）、当該他の独立排気通路内の排気ガスが下流側に吸い出され、掃気の促進等が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９７３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のように複数の独立排気通路を集合部に集めて、エゼクタ効果による掃気の促進等を図った場合でも、排気ガスの流速が速いエンジンの高速域では、排気ガスの流通抵抗が増えてポンプ損失が増大する結果、エゼクタ効果による利点が減殺されてしまい、かえってエンジン出力の低下等を招くおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、低速域でのエゼクタ効果の活用と、高速域での排気抵抗の低減とを両立することが可能な多気筒エンジンの排気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、４つ以上の気筒を有するとともに、吸気ポート、排気ポート、吸気弁、および排気弁が各気筒に設けられた多気筒エンジンに備わる排気装置であって、上記各気筒の排気ポートに個別に接続された４つ以上の独立排気通路と、上記４つ以上の独立排気通路の下流端部が互いに独立した状態で近接配置されることにより形成された集約部と、上記集約部の下流側に接続され、上記独立排気通路の全てと連通する共通の空間が内部に形成された合流部と、排気順序が連続しない複数の気筒の独立排気通路どうしを連通する第１連通路と、排気順序が連続しない別の複数の気筒の独立排気通路どうしを連通し、かつ第１連通路とは独立した第２連通路とを含む２つ以上の連通路と、上記各連通路にそれぞれ設けられた開閉可能な可変弁と、上記各可変弁を制御する制御手段とを備え、上記集約部で集約された各独立排気通路の下流端部は、下流側に至るほど通路断面積が小さくなるように形成されており、少なくともエンジンの高負荷域において、上記各気筒の吸気弁および排気弁の開弁期間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ける一方の気筒のオーバーラップ期間が他方の気筒の排気弁の開弁期間と重複するように、各気筒の吸気弁および排気弁の動作タイミングが設定されており、上記制御手段は、少なくともエンジンの高負荷域において、エンジン回転速度が所定値以上のときは上記各可変弁の開度を所定の高開度に維持し、エンジン回転速度が上記所定値よりも低いときは上記各可変弁の開度を上記所定の高開度よりも小さい値に設定することを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
本発明では、エンジン回転速度が所定値以上の高速域において、複数の連通路に設けられた各可変弁の開度を所定の高開度に設定し、排気順序が連続しない複数の気筒の独立排気通路どうしを連通させることにより、ある１つの気筒から排出された排気ガスの流れを上記連通路を介して分岐させて、複数の独立排気通路に上記排気ガスを通すことができる。これにより、排気ガスの流速が特に速く排気抵抗が上昇し易いエンジンの高速域において、排気抵抗を効果的に抑制し、ポンプ損失を低減させることができる。
【００１０】
一方、エンジン回転速度が上記所定値よりも低い低速域では、上記可変弁の開度が低減されることにより、上記排気ガスの分岐流が抑制されるか、もしくは停止される。すると、ある気筒において排気弁が開き始めたときに、当該気筒から勢いよく排出された排気ガス（ブローダウンガス）が、同気筒に接続された独立排気通路を主に通って合流部に噴出されるようになり、その噴出流の周りに大きな負圧が生成される。このとき、排気弁が開き始めた上記気筒に対し排気順序が１つ前になる気筒では、吸気弁および排気弁がともに開くオーバーラップ期間にあるため、このオーバーラップ期間中の気筒において、排気ポートからの排気ガスの吸い出しと、吸気ポートからの空気の流入とが同時に行われ、掃気の促進および吸気量の増大が図られる。
【００１１】
このように、本発明によれば、エンジンの低速域でエゼクタ効果を活用して掃気の促進等を図ることにより、エンジン出力を効果的に向上させることができるとともに、排気ガスの流速が特に速くなるエンジンの高速域では、排気ガスの流れを分岐させて排気抵抗を抑制することにより、ポンプ損失を効果的に低減することができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、上記制御手段は、少なくともエンジンの高負荷域において、エンジン回転速度が上記所定値よりも低いときは、回転速度が低いほど上記各可変弁の開度を小さくし、最小で０％に設定する（請求項２）。
【００１３】
この構成によれば、最もエンジン回転速度が低いときに、可変弁の開度を０％に設定して連通路を完全に遮断することにより、最大限のエゼクタ効果を発揮させて掃気を効果的に促進させることができる。一方、可変弁の開度が０％に設定される速度域と、可変弁の開度が上記所定の高開度に設定される速度域との間にあたる中間の速度域では、エンジン回転速度に応じて可変弁の開度をリニアに制御することにより、可変弁を急激に開閉した場合と異なり、可変弁の開度変化に伴うエンジン出力の急変を効果的に防止することができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、上記各可変弁は、共通の回転軸を有するバタフライ弁からなり、上記制御手段は、上記共通の回転軸を回転させることで上記各可変弁を開閉駆動する（請求項３）。
【００１５】
この構成によれば、１つの回転軸を回転させるだけで複数の可変弁を同時に駆動できるため、各可変弁の開度を互いに一致させながら容易かつ確実に各可変弁を開閉駆動することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、上記各独立排気通路と、これに接続される上記連通路との接続角度が、全ての独立排気通路について同一に設定される（請求項４）。
【００１７】
この構成によれば、上記可変弁を開弁させたときに、ある気筒の独立排気通路から連通路を通じて他の独立排気通路に分岐する排気ガスの割合が、いずれの気筒から排気ガスが排出された場合でも同等になるため、排気抵抗の低減効果が気筒ごとにばらつくのを効果的に防止することができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、上記各独立排気通路の下流端部の軸線と上記合流部の軸線とのなす角度が、全ての独立排気通路について同一に設定される（請求項５）。
【００１９】
この構成によれば、各気筒から独立排気通路を通って合流部に流入する排気ガスの流入角度が、いずれの気筒から排気ガスが排出された場合でも同等になるため、エゼクタ効果による掃気促進等の効果が気筒ごとにばらつくのを効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明の多気筒エンジンの排気装置によれば、低速域でのエゼクタ効果の活用と、高速域での排気抵抗の低減とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の排気装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】上記排気装置に備わる複数の独立排気通路を中心に図示した正面図である。
【図３】上記独立排気通路を中心に図示した斜視図である。
【図４】図３の一部切欠き斜視図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、上記各独立排気通路の下流端部の軸線と合流部の軸線とのなす角度、および、上記各独立排気通路と連通路との接続角度に関する説明図である。
【図６】上記エンジンの各気筒におけるバルブタイミングを説明するための図である。
【図７】上記連通路を開閉する可変弁の開度が運転条件に応じてどのように制御されるかを説明するための図である。
【図８】上記可変弁が全閉にされた場合の排気ガスの流れを説明するための模式図である。
【図９】上記可変弁が開弁された場合の排気ガスの流れを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の排気装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される４サイクルの火花点火式多気筒エンジンである。具体的に、当実施形態のエンジンは、列状に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有する直列４気筒型のエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気装置９と、エンジン本体１で行われる混合気の燃焼により生成された排気ガスを排出するための排気装置１５と、エンジンの各部を制御するＥＣＵ３０（制御手段）とを備えている。
【００２３】
上記エンジン本体１の各気筒２Ａ〜２Ｄには、それぞれピストン（図示省略）が往復摺動可能に挿入されており、各ピストンの上方に燃焼室が区画形成されている。この燃焼室は、図外のインジェクタ（燃料噴射弁）から噴射される燃料と空気とによる混合気を燃焼させるための空間である。すなわち、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室では、火花点火（後述する点火プラグ７による点火）をきっかけに混合気が燃焼し、高温の排気ガスが生成される。生成された排気ガスは、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気行程において、燃焼室から上記排気装置１５へと排出される。
【００２４】
上記エンジン本体１の上部（シリンダヘッド）には、上記吸気装置９から供給される空気を各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室に導入するための吸気ポート３と、吸気ポート３を開閉する吸気弁５と、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室で生成された排気ガスを上記排気装置１５に導出するための排気ポート４と、排気ポート４を開閉する排気弁６とが設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、１つの気筒につき吸気弁５および排気弁６が２つずつ設けられている。
【００２５】
上記エンジン本体１の上部（シリンダヘッド）には、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室を上から臨むように４つの点火プラグ７が設けられている。各点火プラグ７は、図外の点火回路からの給電に応じて各気筒２Ａ〜２Ｄの混合気に点火エネルギーを供給するものである。当実施形態のような直列４気筒エンジンでは、第１気筒２Ａ→第３気筒２Ｃ→第４気筒２Ｄ→第２気筒２Ｂの順に、１８０°ＣＡずつずれたタイミングで点火が行われて、この順に排気行程等が実施される。なお、「°ＣＡ」とは、エンジンの出力軸であるクランク軸の回転角（クランク角）を表す。
【００２６】
上記吸気装置９は、スロットル弁等の部品（図示省略）が装備される１本の吸気管１０と、吸気管１０の下流端部（エンジン本体１側の端部）に接続されたサージタンク１１と、サージタンク１１と各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート３とを連通する４つの独立吸気通路１２とを有している。
【００２７】
上記排気装置１５は、いわゆる４−１タイプと呼ばれるもので、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート４に個別に接続された４つの独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄと、各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの下流端部（エンジン本体１から遠ざかる方向の端部）が互いに近接するように集約された（束ねられた）集約部１７と、集約部１７の下流側に接続され、上記独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの全てと連通する共通の空間が内部に形成された合流部１８と、合流部１８の下流側に接続された１本の排気管１９とを有している。なお、図１では図示を省略しているが、下流側の排気管１９には、排気ガス浄化用の触媒や、サイレンサー等が装備される。
【００２８】
（２）排気装置の具体的構成
図２、図３は、上記排気装置１５の独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄを中心に図示した正面図および斜視図である。また、図４は、図３の一部切欠き斜視図である。これら図２〜図４、および先の図１に示すように、上記エンジン本体１の排気側の側面には、ボルト等を介してフランジ１３が固定されており、このフランジ１３には、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート４に対応する４つの穴１４が設けられている。そして、このフランジ１３の各穴１４の位置に上記４つの独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの各上流端部（エンジン本体１側の端部）が接続されることにより、上記各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄが各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート４と連通する状態で取り付けられている。
【００２９】
上記４つの独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄは、エンジン本体１から遠ざかる下流側ほど内側（エンジン本体１の気筒列方向の中心側）に向かうように湾曲形成されており、第２気筒２Ｂと第３気筒２Ｃとの間に対応する位置において１箇所に集約されている。そして、この集約された各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの下流端部と、これらを集約状態に保持する保持部材等により、上記集約部１７が構成されている。図２に示すように、各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの下流端部は、それぞれ、円を４分割したような扇型の断面を有しており、このような断面を有する各下流端部が４つ集まることにより、全体としてほぼ円形の集約部１７が形成されている。
【００３０】
上記集約部１７において近接配置された各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの下流端部は、下流側に至るほど通路断面積が小さくなるノズル状に形成されている（図５参照）。このため、各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの下流端部を通過した排気ガスは、そこで加速した後に（流速を高めた後に）合流部１８へと噴出される。
【００３１】
図５（ａ）（ｂ）は、上記各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの下流端部を通過した排気ガスが、合流部１８に対しどのような角度で流入するかを説明するための図である。本図に示すように、第１気筒２Ａに接続された独立排気通路１６Ａの下流端部の軸線と合流部１８の軸心とがなす角度をθａ、第２気筒２Ｂに接続された独立排気通路１６Ｂの下流端部の軸線と合流部１８の軸心とがなす角度をθｂ、第３気筒２Ｃに接続された独立排気通路１６Ｃの下流端部の軸線と合流部１８の軸心とがなす角度をθｃ、第４気筒２Ｄに接続された独立排気通路１６Ｄの下流端部の軸線と合流部１８の軸心とがなす角度をθｄとすると、これら４つの角度は、全て同一に設定されている（θａ＝θｂ＝θｃ＝θｄ）。これにより、各気筒２Ａ〜２Ｄから独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄを通って合流部１８に流入する排気ガスの流入角度は、全ての独立排気通路について同等に揃えられる。なお、後述するエゼクタ効果をより高める観点から、上記角度θａ〜θｄは、できるだけ小さくすることが望ましい。
【００３２】
図１に示すように、上記合流部１８の内部には、下流側ほど通路断面積が小さくなるように形成されたノズル部２０と、ほぼ一様の通路断面積を有するように形成されたストレート部２１と、下流側ほど通路断面積が大きくなるように形成されたディフューザ部２２とが、上流側から順に形成されている。このため、上記各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄのいずれかの下流端部から噴出された排気ガスは、まずノズル部２０へと流入し、そこでさらに加速する（圧力は低下する）。そして、ノズル部２０で加速した排気ガスは、ディフューザ部２２の通過時に減速され、これに伴って排気ガスの圧力が回復する。
【００３３】
上記のように各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄのいずれかの下流端部から合流部１８のノズル部２０に向けて高速で排気ガスが噴出されると、その噴出ガスの周囲には、大気圧よりも低い負圧が生成される。したがって、ある気筒の独立排気通路（１６Ａ〜１６Ｄのいずれか）から合流部１８に排気ガスが噴出されるのに伴い、他の気筒の独立排気通路等に負圧が作用して、排気ガスが下流側へと吸い出される（エゼクタ効果）。
【００３４】
上記エゼクタ効果により排気ガスが吸い出されることで、掃気の促進を図ることができる。また、ある気筒の独立排気通路（１６Ａ〜１６Ｄのいずれか）から排出された排気ガスが他の気筒の独立排気通路に逆流することが防止されるので、排気干渉が抑制されるという利点もある。
【００３５】
ここで、上記エゼクタ効果による掃気を確実に図るには、ある気筒の排気弁６が開弁し始めたときに、当該気筒よりも排気順序が１つ前の気筒において、吸気弁５および排気弁６がともに開弁している必要がある。
【００３６】
図６は、上記のような掃気の促進を目的として設定された第１気筒２Ａ〜第４気筒２Ｄの吸排気弁５，６の動作タイミングを示す図である。本図に示すように、第１気筒２Ａ〜第４気筒２Ｄのいずれにおいても、排気行程の終期から吸気行程の始期にかけて（図中の期間Ｏ／Ｌにかけて）、吸気弁５および排気弁６がともに開弁している。以下では、このように吸排気弁５，６がともに開弁している期間、つまり、吸気弁５の開弁期間と排気弁６の開弁期間とが重複している期間Ｏ／Ｌを、オーバーラップ期間と称する。一方、ある気筒がオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ）にあるとき、当該気筒の次に排気行程を迎える気筒では、排気弁６が開弁し始めている。
【００３７】
具体的に、第１気筒２Ａがオーバーラップ期間中にあるときには、この第１気筒２Ａの次に排気行程を迎える第３気筒２Ｃの排気弁６が開き始める。同様に、第３気筒２Ｃのオーバーラップ期間中に、次に排気行程を迎える第４気筒２Ｄの排気弁６が開き始め、第４気筒２Ｄのオーバーラップ期間中に、次に排気行程を迎える第２気筒２Ｂの排気弁６が開き始める。
【００３８】
吸排気弁５，６の動作タイミングが上記のように設定されていれば、ある気筒の排気弁６の開弁直後に排出される最も流速の速い排気ガス（いわゆるブローダウンガス）が合流部１８に噴出されたときに、その噴出流の周りに生成される大きな負圧の作用（エゼクタ効果）により、当該気筒よりも排気順序が１つ前の気筒における掃気性が高められる。例えば、第１気筒２Ａの排気弁６が開き始めて、高速の排気ガス（ブローダウンガス）が独立排気通路１６Ａを通じて合流部１８に噴出されると、それに伴う負圧が、上記第１気筒２Ａよりも排気順序が１つ前の第２気筒２Ｂに作用する。このとき、第２気筒２Ｂはオーバーラップ期間にあるため、排気ポート４からの排気ガスの吸い出しと、吸気ポート３から筒内への空気の流入とが同時に行われることになる。これにより、掃気が充分に図られるとともに、吸気量が増大される。
【００３９】
再び図１〜図４に戻って、上記排気装置１５は、排気順序が連続しない一対の気筒の各独立排気通路どうしを連通する第１および第２の連通路２５Ａ，２５Ｂを有している。すなわち、第１連通路２５Ａは、第１気筒２Ａの独立排気通路１６Ａと、第１気筒２Ａに対し排気順序が１つ飛びの関係にある第４気筒２Ｄの独立排気通路１６Ｄとを連通するように設けられている。また、第２連通路２５Ｂは、第２気筒２Ｂの独立排気通路１６Ｂと、第２気筒２Ｂに対し排気順序が１つ飛びの関係にある第３気筒２Ｃの独立排気通路１６Ｃとを連通するように設けられている。
【００４０】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、上記第１連通路２５Ａと独立排気通路１６Ａ，１６Ｄとの接続角度を、それぞれθ１，θ４、上記第２連通路２５Ａと独立排気通路１６Ｂ，１６Ｃとの接続角度を、それぞれθ２，θ３とすると、これら４つの接続角度は、全て同一に設定されている（θ１＝θ２＝θ３＝θ４）。ここで、「接続角度」とは、図示のように、互いに接続される２つの通路の軸心どうしがなす角度をいうものとする。
【００４１】
上記第１、第２連通路２５Ａ，２５Ｂには、それぞれ、開閉可能な可変弁２６（図３、図４）が設けられている。これら２つの可変弁２６は、共通の（１本の）回転軸２７を有するバタフライ弁からなり、上記共通の回転軸２７の一端部は、電動モータ２８に連結されている。電動モータ２８は、上記ＥＣＵ３０と電気的に接続されており（図１）、このＥＣＵ３０の指令を受けて上記電動モータ２８が作動することにより、上記回転軸２７が回転駆動され、これに伴い上記各可変弁２６が第１、第２連通路２５Ａ，２５Ｂをそれぞれ開閉する。なお、上記２つの可変弁２６は、ともに共通の回転軸２７を介して開閉駆動されるため、両可変弁２６の開度は常に同一になる。
【００４２】
図７は、上記可変弁２６の開度がＥＣＵ３０によりどのように制御されるかを説明するための図である。なお、図７の上段は、当実施形態のエンジンが運転可能な回転速度および負荷の範囲を示しており、図７の下段は、エンジンの回転速度に基づき決定される可変弁２６の開度を示している。本図において、Ｎｅ０はアイドリング速度を、Ｎｅ１は最高速度をそれぞれ表し、ＷＯＴはエンジンの全負荷ラインを表している。
【００４３】
上記可変弁２６の開度は、エンジン回転速度に基づき制御される。具体的には、エンジン回転速度がアイドリング速度Ｎｅ０からそれよりも高い速度Ｎｅｘ’までの範囲の比較的低い速度域にあるとき、可変弁２６の開度は０％（全閉）に設定される。一方、この開度０％の速度域よりも高回転側では、回転速度の上昇に応じて可変弁２６の開度が徐々に増大設定され、回転速度が所定値Ｎｅｘに達すると、開度は１００％（全開）に設定される。そして、エンジン回転速度が所定値Ｎｅｘ以上になると、可変弁２６の開度は、回転速度にかかわらず１００％に維持される。
【００４４】
言い換えると、上記可変弁２６の開度は、エンジン回転速度が所定値Ｎｅｘ以上のときに１００％（全開）に維持される一方、エンジン回転速度が上記所定値Ｎｅｘよりも低いときには、１００％よりも小さく設定されて、最小で０％（全閉）に設定される。なお、上記可変弁２６の開度を１００％にするか否かの閾値となる上記所定値Ｎｅｘは、例えば、４０００ｒｐｍから４５００ｒｐｍまでの範囲のいずれかの値に設定される。
【００４５】
また、上記のような回転速度に応じた可変弁２６の開度制御は、エンジン負荷とは関係なく実行される。つまり、エンジン負荷が高くても低くても、エンジン回転速度のみに基づいて、図７の下段のような開度制御が実行される。
【００４６】
図８および図９は、上記可変弁２６の開度設定による作用を分かり易く説明するための模式図である。このうち、図８は、可変弁２６の開度が０％（全閉）に設定された場合の排気ガスの流れを示している。可変弁２６の開度が０％である場合、第１、第２連通路２５Ａ，２５Ｂはともに完全に遮断されているので、各気筒２Ａ〜２Ｄのいずれかから排出された排気ガスは、当該気筒に接続された独立排気通路（１６Ａ〜１６Ｄのいずれか）のみを通って、下流側の合流部１８に流入することになる。
【００４７】
例えば、第１気筒２Ａから排出された排気ガスは、矢印Ｘに示すように、第１気筒２Ａに接続された独立排気通路１６Ａ（図中最も左側の通路）のみを通って合流部１８に流入し、第２気筒２Ｂから排出された排気ガスは、矢印Ｙに示すように、第２気筒２Ｂに接続された独立排気通路１６Ｂ（左から２番目の通路）のみを通って合流部１８に流入する。このことは、第３気筒２Ｃや第４気筒２Ｄから排出される排気ガスについても同様である。
【００４８】
上記のように可変弁２６の開度が０％に設定されて、排気ガスの流れが図８のように制御された場合（つまり排気ガスの流れが一切分岐しない場合）には、各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄを通過した排気ガスが高速のまま合流部１８に流入するため、その排気ガスの周りに大きな負圧が生成されることにより、最大限のエゼクタ効果が得られることになる。
【００４９】
これに対し、図９に示すように、上記可変弁２６が開弁された場合には、第１、第２連通路２５Ａ，２５Ｂが開放状態になるため、当該各連通路２５Ａ，２５Ｂを通じて排気ガスの流れが分岐する。例えば、第１気筒２Ａから排出された排気ガスは、この第１気筒２Ａに接続された独立排気通路１６Ａ（図中最も左側の通路）を通る矢印Ｘ１の流れと、上記独立排気通路１６Ａから第１連通路２５Ａを通って第４気筒２Ｄの独立排気通路１６Ｄ（最も右側の通路）に流入する矢印Ｘ２の流れとに分岐する。また、第２気筒２Ｂから排出された排気ガスは、この第２気筒２Ｂに接続された独立排気通路１６Ｂ（左から２番目の通路）を通る矢印Ｙ１の流れと、上記独立排気通路１６Ｂから第２連通路２５Ｂを通って第３気筒２Ｃの独立排気通路１６Ｃ（右から２番目の通路）に流入する矢印Ｙ２の流れとに分岐する。なお、第４気筒２Ｄから排出された排気ガス、および第３気筒２Ｃから排出された排気ガスについても、それぞれ、第１連通路２５Ａまたは第２連通路２５Ｂを介して２つの流れ（２つの独立排気通路を通る流れ）に分岐する。
【００５０】
上記のように各気筒２Ａ〜２Ｄから排出された排気ガスが２つの独立排気通路（１６Ａ及び１６Ｄ、または１６Ｂ及び１６Ｃ）を通過するように分岐すれば、１つの気筒からの排気ガスが２つの独立排気通路の下流端部を通じて合流部１８に流入するようになるので、当該合流部１８への排気ガスの流入速度が遅くなって、エゼクタ効果が弱められる。一方、排気ガスが２つの流れに分岐した後は、排気ガスの流通断面積が増大するため、排気ガスの流通抵抗（排気抵抗）が低減されることになる。
【００５１】
上記のような作用は、当然ながら、上記可変弁２６の開度が１００％（全開）のときに最大になる。すなわち、開度が１００％のときは、エゼクタ効果が大幅に弱められる一方、排気抵抗は最も小さくなる。これに対し、上記可変弁２６の開度が１００％よりも低い場合には、開度が低いほどエゼクタ効果が強まり、かつ排気抵抗が増大する。
【００５２】
（３）作用効果等
以上説明したように、当実施形態の直列４気筒エンジンの排気装置は、４つの気筒２Ａ〜２Ｄの各排気ポート４にそれぞれ接続された独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄと、各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの下流端部が集約された集約部１７と、集約部１７の下流側に接続された合流部１８と、排気順序が連続しない複数の気筒の各独立排気通路（１６Ａ及び１６Ｄ、１６Ｂ及び１６Ｃ）どうしを連通する第１、第２連通路２５Ａ，２５Ｂと、各連通路２５Ａ，２５Ｂにそれぞれ設けられた可変弁２６とを備える。上記集約部１７で集約された各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの下流端部は、下流側に至るほど通路断面積が小さくなるように形成されており、上記各気筒２Ａ〜２Ｄの吸排気弁５，６の動作タイミングは、排気順序が連続する気筒間における一方の気筒のオーバーラップ期間（図６の期間Ｏ／Ｌ）が他方の気筒の排気弁６の開弁期間と重複するように設定されている。さらに、上記可変弁２６の開度は、エンジン回転速度が所定値Ｎｅｘ以上のときは１００％（全開）に維持され、エンジン回転速度が上記所定値Ｎｅｘよりも低いときは１００％未満に低減される。このような構成によれば、低速域でのエゼクタ効果の活用と、高速域での排気抵抗の低減とを両立できるという利点がある。
【００５３】
すなわち、上記実施形態では、エンジン回転速度が所定値Ｎｅｘ以上の高速域において、複数の連通路２５Ａ，２５Ｂに設けられた各可変弁２６の開度を１００％に設定し、排気順序が連続しない複数の気筒の独立排気通路（１６Ａ及び１６Ｄ、１６Ｂ及び１６Ｃ）どうしを完全に連通させることにより、ある１つの気筒から排出された排気ガスの流れを上記連通路２５Ａ，２５Ｂを介して分岐させて、複数の独立排気通路に上記排気ガスを通すことができる。これにより、排気ガスの流速が特に速く排気抵抗が上昇し易いエンジンの高速域において、排気抵抗を効果的に抑制し、ポンプ損失を低減させることができる。
【００５４】
一方、エンジン回転速度が上記所定値Ｎｅｘよりも低い低速域では、上記可変弁２６の開度が１００％未満に設定されることにより、上記排気ガスの分岐流が抑制されるか、もしくは停止される。すると、ある気筒（２Ａ〜２Ｄのいずれか）において排気弁６が開き始めたときに、当該気筒から勢いよく排出された排気ガス（ブローダウンガス）が、同気筒に接続された独立排気通路（１６Ａ〜１６Ｄのいずれか）を主に通って合流部１８に噴出されるようになり、その噴出流の周りに大きな負圧が生成される。このとき、排気弁６が開き始めた上記気筒に対し排気順序が１つ前になる気筒では、吸気弁５および排気弁６がともに開くオーバーラップ期間にあるため、このオーバーラップ期間中の気筒において、排気ポート４からの排気ガスの吸い出しと、吸気ポート３からの空気の流入とが同時に行われ、掃気の促進および吸気量の増大が図られる。
【００５５】
このように、上記実施形態によれば、エンジンの低速域でエゼクタ効果を活用して掃気の促進等を図ることにより、エンジン出力を効果的に向上させることができるとともに、排気ガスの流速が特に速くなるエンジンの高速域では、排気ガスの流れを分岐させて排気抵抗を抑制することにより、ポンプ損失を効果的に低減することができる。
【００５６】
特に、上記実施形態では、エンジン回転速度が所定値Ｎｅｘよりも低い低速域において、回転速度が低いほど上記可変弁２６の開度を小さくし、最小で０％に設定するようにしたため、最もエンジン回転速度が低いときに最大限のエゼクタ効果を発揮させつつ、可変弁２６の開度変化に伴うエンジン出力の急変を効果的に防止できるという利点がある。
【００５７】
すなわち、上記実施形態では、最もエンジン回転速度が低いとき（図７のＮｅ０からＮｅｘ’までの範囲にあるとき）に、可変弁２６の開度を０％に設定して連通路２５Ａ，２５Ｂを完全に遮断することにより、最大限のエゼクタ効果を発揮させて掃気を効果的に促進させることができる。一方、可変弁２６の開度が０％に設定される速度域と、可変弁２６の開度が１００％に設定される速度域との間にあたる中間の速度域（図７のＮｅｘ’からＮｅｘまでの範囲）では、エンジン回転速度に応じて可変弁２６の開度をリニアに制御することにより、可変弁２６を急激に開閉した場合と異なり、可変弁２６の開度変化に伴うエンジン出力の急変を効果的に防止することができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、第１、第２連通路２５Ａ，２５Ｂに設けられた各可変弁２６が、共通の回転軸２７を有するバタフライ弁からなり、この回転軸２７が電動モータ２８により回転させられることで、上記各可変弁２６が開閉駆動される。このような構成によれば、１つの回転軸２７を回転させるだけで複数の可変弁２６を同時に駆動できるため、各可変弁２６の開度を互いに一致させながら容易かつ確実に各可変弁２６を開閉駆動することができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、各気筒２Ａ〜２Ｄの独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄと、これに接続される第１、第２連通路２５Ａ，２５Ｂとの接続角度θ１〜θ４が、全ての独立排気通路について同一に設定されている（θ１＝θ２＝θ３＝θ４）。このような構成によれば、上記可変弁２６を開弁させたときに、ある気筒の独立排気通路（１６Ａ〜１６Ｄのいずれか）から連通路（２５Ａまたは２５Ｂ）を通じて他の独立排気通路に分岐する排気ガスの割合が、いずれの気筒から排気ガスが排出された場合でも同等になるため、排気抵抗の低減効果が気筒ごとにばらつくのを効果的に防止することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、各独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄの下流端部の軸線と合流部１８の軸線とのなす角度θａ〜θｄが、全ての独立排気通路について同一に設定されている（θａ＝θｂ＝θｃ＝θｄ）。このような構成によれば、各気筒２Ａ〜２Ｄから独立排気通路１６Ａ〜１６Ｄを通って合流部１８に流入する排気ガスの流入角度が、いずれの気筒から排気ガスが排出された場合でも同等になるため、エゼクタ効果による掃気促進等の効果が気筒ごとにばらつくのを効果的に防止することができる。
【００６１】
なお、上記実施形態では、エンジン回転速度が所定値Ｎｅｘ以上の高速域において、上記可変弁２６の開度を１００％（全開）に設定し、回転速度が所定値Ｎｅｘよりも低い低速域では、回転速度が低いほど上記可変弁２６の開度を徐々に低下させるようにしたが（図７参照）、エンジン回転速度が所定値Ｎｅｘ未満になれば、可変弁２６の開度を直ちに０％（全閉）まで低下させてもよい。ただし、この場合には、上記所定値Ｎｅｘを境にエンジン出力が急変することが懸念されるので、上記所定値Ｎｅｘの近傍で点火プラグ７による点火時期をリタードするなどしてエンジン出力の急変を防止するといった措置が望まれる。
【００６２】
また、上記所定値Ｎｅｘ以上の高速域における可変弁２６の開度についても、必ずしも１００％（全開）に設定する必要はない。すなわち、高速域での可変弁２６の開度は、上記連通路２５Ａ，２５Ｂを通じて排気ガスが充分に分岐し得るような高開度であれば、１００％未満の開度であってもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、可変弁２６の開度を回転速度に応じて増減させる図７のような制御を、エンジン負荷にかかわらず実行するようにしたが、エンジンの排気抵抗の増大が特に問題になるのは、吸気量が多くしかも排気ガスの流速が速くなるエンジンの高回転かつ高負荷域であるため、エンジンの低負荷域では、上記図７のような制御を必ずしも実行する必要はない。このため、例えば、エンジンの低負荷域では、回転速度にかかわらず、可変弁２６を全閉（もしくは所定の低開度）に設定しておいてもよい。あるいは、エゼクタ効果が有用なのは特に低回転かつ高負荷域であり、低負荷域では充分なエゼクタ効果が得られないため、上記とは逆に、エンジンの低負荷域では、回転速度にかかわらず、可変弁２６を全開（もしくは所定の高開度）に設定してもよい。いずれの場合でも、可変弁２６の開度を回転速度に応じて増減させる制御は、エンジンの高負荷域でのみ実行されることになる。
【００６４】
また、上記実施形態では、エンジンの運転領域にかかわらず、図６に示すように、排気順序が連続する気筒間における一方の気筒のオーバーラップ期間（吸気弁５および排気弁６がともに開弁している期間Ｏ／Ｌ）が他方の気筒の排気弁６の開弁期間と重複するように、各気筒２Ａ〜２Ｄの吸排気弁５，６の動作タイミング（バルブタイミング）を設定したが、例えばバルブタイミングを変更し得る可変機構を備えたエンジンである場合には、吸気量が増大するエンジンの高負荷域でのみ図６に示したようなバルブタイミングに設定し、エンジンの低負荷域では、オーバーラップ期間が存在しないようにバルブタイミングを制御してもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、直列４気筒エンジンに本発明の排気装置を適用した例について説明したが、本発明の排気装置を適用し得るエンジンは、同様の作用効果が得られるものであれば、直列４気筒エンジンに限られず、４つ以上の気筒を有する多気筒エンジンであってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
２Ａ〜２Ｄ  気筒
３  吸気ポート
４  排気ポート
５  吸気弁
６  排気弁
１５  排気装置
１６Ａ〜１６Ｄ  独立排気通路
１７  集約部
１８  合流部
２５Ａ  第１連通路（連通路）
２５Ｂ  第２連通路（連通路）
２６  可変弁
２７  回転軸
３０  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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