(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排気がその内部を流れ、合流部において互いに合流する２本の中間管路と、
前記合流部の上流側において前記２本の中間管路同士を異なる位置で連通する２本の連通管と、
それぞれの前記連通管の内部に各々開閉可能に設けられたバルブと、
前記各々のバルブと連結された１本のバルブリンクロッドと、
前記バルブリンクロッドを駆動することにより前記各々のバルブの開閉を行うアクチュエータと、
を備え、
前記バルブはともに閉じる、一方が開き他方が閉じる、一方が閉じ他方が開く、各状態に切り換えられるように構成されることを特徴とする排気装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記エンジンがアイドル状態で駆動しているときには、前記バルブをともに閉じ、前記エンジンが前記アイドル状態よりも回転数の高い所定の低回転域で駆動しているときには、前記中間管路の下流側に設けられた連通管内部のバルブを開き、前記エンジンが前記所定の低回転域よりも高回転域で駆動しているときには、前記中間管路の上流側に設けられた連通管内部のバルブを開くことを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
【請求項３】
前記バルブは、開いている状態において前記排気が前記連通管を通過できるようにし、閉まっている状態において前記排気が前記連通管を通過できないようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の排気装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記バルブリンクロッドおよび前記各々のバルブを所定の軸を中心に回転させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の排気装置。
【請求項５】
前記複数のバルブは、平板状であることを特徴とする請求項４に記載の排気装置。
【請求項６】
前記中間管路の上流側に設けられた連通管内部のバルブを閉じる方向に付勢するバネを有することを特徴とする請求項４または５に記載の排気装置。
【請求項７】
前記バルブリンクロッドは、同一の軸を中心に回転し、互いに摺動可能なコアロッドと周辺ロッドを有し、前記中間管路の下流側に設けられた連通管内部のバルブは前記周辺ロッドに取り付けられ、前記中間管路の上流側に設けられた連通管内部のバルブは前記コアロッドに取り付けられており、前記コアロッドおよび前記周辺ロッドは突起部を備え、前記周辺ロッドの突起部は、前記中間管路の上流側に設けられた連通管内部のバルブを開くときに、前記コアロッドの突起部を押圧することを特徴とする請求項６に記載の排気装置。
【請求項８】
前記複数の連通管は、上方向に凸状となるように湾曲していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気装置に関し、特に排気の負圧波を利用してエンジンの吸排気を効率よく行うことのできる排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の直列４気筒内燃機関の排気装置では、４本のブランチ部（排気マニホールド）を２本の中間管路に合流させて、これら２本の中間管路がさらに合流する部分の上流側に中間管路同士を連通する２本の連通管を設けることで、低中速域での全開トルクを向上させるとともに、高速域での背圧増大を防止するようにしていた（例えば、特許文献1参照）。
【特許文献１】特開平１１−２８０４５８号公報（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の直列４気筒内燃機関の排気装置では（例えば、特許文献１参照）、上流側の連通管と下流側の連通管に独立した３つの制御弁を設け、さらに上流側の連通管に空燃費センサを設けているため、装置が複雑となり製造コストも増大するという問題点があった。また、高速域において３つの制御弁を全開にするものの、連通管で発生する排気の負圧波を利用して効率よく燃焼ガスを排気ポートから吸い出す設計になっておらず、全回転域においてエンジン出力を十分に出せないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でエンジンの吸排気を効率よく行うことのできる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】
【０００５】
本発明に係る排気装置は、エンジンから排出された排気がその内部を流れ、合流部において互いに合流する２本の中間管路と、前記合流部の上流側において前記２本の中間管路同士を異なる位置で連通する２本の連通管と、それぞれの前記連通管の内部に各々開閉可能に設けられたバルブと、前記各々のバルブと連結された１本のバルブリンクロッドと、前記バルブリンクロッドを駆動することにより前記各々のバルブの開閉を行うアクチュエータと、を備え、前記バルブはともに閉じる、一方が開き他方が閉じる、一方が閉じ他方が開く、各状態に切り換えられるように構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る排気装置は、中間管路同士を連通する複数の連通管と、それぞれの連通管内部に設けられた複数のバルブを備え、これら複数のバルブを１本のバルブリンクロッドで連結してこれをアクチュエータで駆動するため、装置が単純となり製造コストを低減することが可能となる。また２つ以上のバルブを開閉することにより、少なくとも３つの排気管長を選択することが可能となり、全回転域において排気の負圧波を利用した効率的な吸排気が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明に係る排気装置の実施形態について説明する。
【０００８】
（実施形態１．）
図１は、本発明の実施形態１に係る排気装置の全体構成を示した模式図である。また図２は、図１の排気装置の中間管路２０および連通管３０、３２の部分を示した斜視図である。
【０００９】
図１に示すように本発明の実施形態１に係る排気装置は、Ｖ型６気筒のエンジン１０からの排気を排出するものであり、エンジン１０の左右のバンクにはシリンダ１２が３つずつ並んでいる。そして、各シリンダ１２には排気マニホールド１４が接続されており、シリンダ１２から出た排気マニホールド１４は、左右ごとに３本ずつまとめられて２本の上流側管路１６に接続される。なお本実施形態では、Ｖ型６気筒エンジンを例として挙げているが、例えばＶ型８気筒エンジンの排気マニホールドを４本ずつまとめて２本の管路に接続してもよく、また直列４気筒エンジンの排気マニホールドを２本ずつまとめて２本の管路に接続してもよい。
【００１０】
それぞれの上流側管路１６は、例えば触媒コンバータ１８を介して中間管路２０に接続される。触媒コンバータ１８（三元触媒）は、エンジン１０の排気ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の有害物質を、二酸化炭素、水、窒素等の無害な物質に変える機能を有する。なお触媒コンバータ１８は、図１に示す位置よりも下流側の中間管路２０の途中等に設けるようにしてもよい。
【００１１】
２本の中間管路２０は、互いにほぼ平行で比較的接近するように配置されており、下流側の合流部２２で合流して１本の合流管２４となる。合流管２４は、下流側でマフラー（図１、図２において図示せず）に接続されており、マフラーで消音された排気は車両等の外部に排出される。
【００１２】
中間管路２０の合流部２２の上流側には、２本の中間管路２０同士を異なった位置で連通する上流側連通管３０および下流側連通管３２が設けられている。上流側連通管３０および下流側連通管３２は、２本の中間管路２０とほぼ直交しており、上流側連通管３０と下流側連通管３２はほぼ平行になっている。なお本実施形態では、中間管路２０の途中に上流側連通管３０と下流側連通管３２の２本の連通管を設けているが、例えば中間管路２０の途中に連通管を３本以上設けるようにしてもよい。
【００１３】
上流側連通管３０の内部には開閉可能な上流側バルブ３４が、下流側連通管３２の内部には開閉可能な下流側バルブ３６が設けられている。上流側バルブ３４および下流側バルブ３６は、例えば平板状であり、バルブが開いている状態では排気が連通管を通過できるようにし、閉まっている状態では排気が連通管を通過できないようにする。
【００１４】
また上流側バルブ３４および下流側バルブ３６は、１本のバルブリンクロッド４０と連結されており、バルブリンクロッド４０は電動モータ等からなるアクチュエータ４２によって回転させられる。アクチュエータ４２は、バルブリンクロッド４０をその中心軸を回転軸として回転させ、バルブリンクロッド４０の回転に伴って上流側バルブ３４および下流側バルブ３６が回転し、開閉する。例えば、図１および図２に示す排気装置では、バルブリンクロッド４０が回転して、上流側バルブ３４が開き、下流側バルブ３６が閉じた状態を示している。上流側バルブ３４、下流側バルブ３６およびバルブリンクロッド４０の構造や動作については後に説明する。なお本実施形態では、バルブリンクロッド４０を回転駆動することによりバルブの開閉を行っているが、その他の方法でバルブリンクロッド４０を駆動させてバルブの開閉を行うようにしてもよい。
【００１５】
ここで、中間管路２０に設けられた２本の連通管の作用について説明する。上流側バルブ３４および下流側バルブ３６がともに閉じた状態では、排気の圧力波が中間管路２０の合流部２２で向きを反転させられてエンジン１０の排気バルブ（図示せず）に向かう負圧波となる。これは管路の断面積が合流部２２で大きくなるためである。この負圧波がエンジン１０の排気バルブに到達するタイミングと、エンジン１０のピストン（図示せず）が上死点に達するタイミングが一致すると、負圧波がシリンダ１２内の燃焼ガスを排気ポートから効率よく吸い出し、吸気ポート（図示せず）からシリンダ１２内に流入する空気の量を増大させ、結果的に吸気効率を増大させる。
【００１６】
しかし、エンジンの回転数が上がるにつれて負圧波がエンジン１０の排気バルブに戻るタイミングを早くする必要がある。このため、エンジンの回転数が上がるのに伴って、順次、下流側バルブ３６、上流側バルブ３４を開いて排気の圧力波が反転して負圧波となる位置を調整する。例えば、図１および図２に示す状態では、上流側バルブ３４が開いているため、上流側連通管３０の部分で管路の断面積が大きくなり、排気の圧力波が上流側連通管３０で反転させられて、エンジン１０の排気バルブに向かう負圧波となる。これは、例えばエンジン１０の回転数が高い場合である。このように、エンジン１０の回転数に応じて排気の圧力波の伝播経路の長さを調節することで、エンジン１０の吸排気効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
図３、図４および図５は、図１および図２に示す上流側バルブ３４、下流側バルブ３６およびバルブリンクロッド４０を示した斜視図である。なお図３から図５では、バルブリンクロッド４０の長さが図１および図２に示すものと異なっており、上流側連通管３０、下流側連通管３２およびアクチュエータ４２は省略して示している。以下、図３から図５を用いて本実施形態に係る上流側バルブ３４、下流側バルブ３６およびバルブリンクロッド４０の構成および動作について説明する。
【００１８】
図３に示すように、バルブリンクロッド４０は同一の軸を中心に回転し、互いに摺動可能なコアロッド４０ａと周辺ロッド４０ｂから構成されている。コアロッド４０ａは、例えば周辺ロッド４０ｂに設けられた中空部に嵌め込まれており、コアロッド４０ａと周辺ロッド４０ｂは中心軸を回転軸として回転する。なお、周辺ロッド４０ｂは、アクチュエータ４２によって回転させられる。
【００１９】
コアロッド４０ａには、例えば円盤状の上流側バルブ３４が取り付けられており、周辺ロッド４０ｂには、例えば円盤状の下流側バルブ３６が取り付けられている。またコアロッド４０ａには、突起部５０が設けられており、周辺ロッド４０ｂには、突起部５２が設けられている。図１の状態では、コアロッド４０ａの突起部５０と周辺ロッド４０ｂの突起部５２が９０度の角度をなして離れている。なお、下流側バルブ３６は、上流側バルブ３４と同様に周辺ロッド４０ｂと別体にしてもよい。また図３では、上流側バルブ３４と突起部５０が一体となっているが、上流側バルブ３４と突起部５０を離れた位置に形成してもよい。
【００２０】
さらに、本実施形態に係る排気装置は、上流側バルブ３４を閉じる方向に付勢するバネ５４を有する。このバネ５４は、例えば一端が突起部５０に取り付けられており、もう一端が上流側連通管３０に取り付けられている。図３の状態では、周辺ロッド４０ｂの突起部５２がコアロッド４０ａの突起部５０を押圧していないため、上流側バルブ３４がバネ５４により閉じられ、また下流側バルブ３６も閉じた状態にある。例えばエンジン１０がアイドル運転等のようにごく低回転域で駆動している場合は、図３に示すように上流側バルブ３４および下流側バルブ３６をともに閉じるようにする。このとき、排気の圧力波は合流部２２で反転させられてエンジン１０の排気バルブに向かう負圧波となる。
【００２１】
エンジン１０の回転数が図３に示す場合よりも高いが所定の低回転域で駆動している場合には、周辺ロッド４０ｂを図３の矢印の方向に９０度回転して下流側バルブ３６を開ける（図４）。このとき、周辺ロッド４０ｂの突起部５２がコアロッド４０ａの突起部５０に接触するが押圧はしないため、上流側バルブ３４は閉じたままである。なお図４では、バネ５４を省略して示している。図４の状態では、排気の圧力波は主に下流側連通管３２で反転させられてエンジン１０の排気バルブに向かう負圧波となる。
【００２２】
エンジン１０が図４における所定の低回転域よりも高回転域で駆動している場合には、周辺ロッド４０ｂを図４の矢印の方向にさらに９０度回転して、上流側バルブ３４を開けて、下流側バルブ３６を閉じる（図５）。このとき、周辺ロッド４０ｂの突起部５２がコアロッド４０ａの突起部５０を押圧して、コアロッド４０ａおよび上流側バルブ３４を回転させる。なお図５では、バネ５４を省略して示している。図４および図５から明らかなように、上流側バルブ３４および下流側バルブ３６のいずれか一方が開いているときには、もう一方は閉じた状態となる。図５の状態では、排気の圧力波は主に上流側連通管３０で反転させられてエンジン１０の排気バルブに向かう負圧波となる。
【００２３】
本実施形態１では、２本の中間管路２０同士を連通する上流側連通管３０および下流側連通管３２と、それぞれの連通管内部に設けられた上流側バルブ３４および下流側バルブ３６を備え、これら複数のバルブを１本のバルブリンクロッド４０で連結してこれをアクチュエータ４２で駆動するため、装置が単純となり製造コストを低減することが可能となる。
【００２４】
また上流側バルブ３４および下流側バルブ３６を図３から図５に示すように開閉することで、エンジンの回転数に応じた排気管長を選択することが可能となり、全回転域において排気の負圧波を利用した効率的な吸排気が可能となる。
【００２５】
（実施形態２．）
図６は、本発明の実施形態２に係る排気装置の中間管路２０、上流側連通管３１および下流側連通管３３の部分を示した斜視図である。
【００２６】
本実施形態２に係る排気装置の上流側連通管３１および下流側連通管３３は、上側に凸状となるように湾曲している。その他の構成要素、動作等については、実施形態１に係る排気装置と同様であり、同じ構成要素については同一の符号を付している。
【００２７】
図７は、実施形態２に係る排気装置を搭載した車両の内部構成を示した図である。なお図７(ａ)は、実施形態２に係る排気装置を搭載した車両の内部構成を示した上面図、図７（ｂ）はその側面図、図７（ｃ）は図７(ａ)のＣ−Ｃ断面を示したものである。なお図７に示す車両は、後輪を駆動させるＦＲ車である。また図７では、合流管２４の下流側に接続されたマフラー７０も一緒に示している
図７に示す車両では、ボトムフロアメタル６０に上方向に湾曲したフロアトンネル６２が形成されており、その上に燃料タンク６４が設けられている。エンジン１０から後輪側に駆動力を伝達するプロペラシャフト６６はフロアトンネル６２の内部を通り、上流側連通管３１および下流側連通管３３もフロアトンネル６２の内部にある。そして、プロペラシャフト６６は、上流側連通管３１および下流側連通管３３の上方向に湾曲した部分を通過するようになっている。これにより、上流側連通管３１および下流側連通管３３とプロペラシャフト６６が干渉せず、プロペラシャフト６６を設置する場所を確保することが可能となる。その他の効果については、実施形態１に係る排気装置と同様である。
【００２８】
なお本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなし得る様々な変更、改良が含まれることは言うまでもない。例えば、連通管の形状は図２や図６に示したものに限定されない。また、バルブリンクロッド４０の構成および動作は図３から図５に示すものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態１に係る排気装置の全体構成を示した模式図である。
【図２】図１の排気装置の中間管路および連通管の部分を示した斜視図である。
【図３】図１および図２に示す上流側バルブ、下流側バルブおよびバルブリンクロッドを示した斜視図である。
【図４】図３のバルブリンクロッドの周辺ロッドが回転した状態の斜視図である。
【図５】図４のバルブリンクロッドの周辺ロッドが回転した状態の斜視図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る排気装置の中間管路、上流側連通管および下流側連通管の部分を示した斜視図である。
【図７】実施形態２に係る排気装置を搭載した車両の内部構成を示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０    エンジン
１２    シリンダ
１４    排気マニホールド
１６    上流側管路
１８    触媒コンバータ
２０    中間管路
２２    合流部
２４    合流管
３０、３１    上流側連通管
３２、３３    下流側連通管
３４    上流側バルブ
３６    下流側バルブ
４０    バルブリンクロッド
４０ａ    コアロッド
４０ｂ    周辺ロッド
４２    アクチュエータ
５０    突起部
５２    突起部
５４    バネ
６０    ボトムフロアメタル
６２    フロアトンネル
６４    燃料タンク
６６    プロペラシャフト
７０    マフラー
【図１】
0004715573.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004715573.tif 000006
【図６】
0004715573.tif 000007
【図７】
0004715573.tif 000008