(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口及び排気口がそれぞれ形成されるとともに該吸気口を開閉可能な吸気弁と該排気口を開閉可能な排気弁とが設けられた複数の気筒を有する内燃機関の吸排気装置であって、
上流端が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口の下流端にそれぞれ接続される複数の独立排気通路と、
前記各独立排気通路の下流端に接続され、少なくとも下流端の流路面積が上流側の各独立排気通路よりも小さく形成された絞り部と、
前記絞り部の下流端に接続され、前記各独立排気通路及び前記絞り部を通過した排気が内側で集合する集合部と、
前記絞り部及び前記集合部を収容する収容部と
を備え、
前記絞り部は、前記各独立排気通路が互いに近接するように接続された１つの内管と、該内管に上流側部で上下流方向に相対移動可能に外嵌合された外管とを備え、
前記集合部は、前記外管の下流側に延設された下流側部内に形成されており、
前記内管は、前記各独立排気通路及び前記集合部を連通させる複数の連通路と、内管の壁部を貫通するように設けられ、該各連通路の上流端と下流端との間の中間部を内管及び外管の間に形成される隙間空間に連通させる複数の連通口とを備え、
前記外管が上流方向移動端の閉じ位置に移動したときには、前記外管の内面が前記連通口を閉じて該連通口の開度が最小となり且つ前記絞り部下流端における流路面積が最小流路面積となる一方、外管が下流方向移動端の開き位置に移動したときには、該連通口の開度が最大となり且つ該絞り部下流端の流路面積が最大流路面積となるように、前記外管の上下流方向の移動量を変更させることにより、前記連通口の開度を変更させて前記絞り部下流端の流路面積が変更可能とされ、
前記絞り部下流端の流路面積の増加に伴い、該外管の内面と前記内管の外面との間に第１曲線に沿って増加する第１クリアランスが形成されるとともに、該外管の外面と前記収容部の内面との間に第２曲線に沿って減少する第２クリアランスが形成され、
前記第１曲線と前記第２曲線とは、前記絞り部下流端の流路面積の変更範囲内において、前記第１クリアランス及び前記第２クリアランスのクリアランス量が等しくなる交点を有し、
前記第１曲線と前記第２曲線との交点における前記絞り部下流端の流路面積は、最小流路面積と最大流路面積との中間値よりも大きい
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記内管は、その外周面に、前記絞り部下流端の流路面積が最小流路面積のときに外周部で前記外管の内周面に当接する内管当接部を備える一方、
前記外管は、その外周面に、前記絞り部下流端の流路面積が最大流路面積のときに外周部で前記収容部の内周面に当接する外管当接部を備えており、
前記第１クリアランスは、前記内管当接部の外周部と前記外管の内周面とのクリアランスであり、
前記第２クリアランスは、前記外管当接部の外周部と前記収容部の内周面とのクリアランスである
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記内管当接部の外周部及び前記外管当接部の外周部は、前記絞り部軸方向断面が、前記絞り部の上流側に向かって外径が増加するように傾斜する円弧面状に形成されており、
前記内管当接部が当接する外管内周面、及び前記外管当接部が当接する収容管内周面は、それぞれ該内管当接部の外周部及び該外管当接部の外周部に気密状に当接するように該当接部を反転した円弧面形状を有している
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記絞り部下流端の流路面積を変更可能な流路面積変更手段と、
前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動可能なバルブ駆動手段と、
前記流路面積変更手段および前記バルブ駆動手段を制御可能な制御手段と
をさらに備え、
前記制御手段は、
前記流路面積変更手段により、前記内燃機関の機関回転数が予め設定された基準回転数よりも高く内燃機関の負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い高速高負荷領域を少なくとも含む第１運転領域において前記絞り部下流端の流路面積を最大流路面積とさせる一方、前記内燃機関の機関回転数が前記基準回転数よりも低く内燃機関の負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い低速高負荷領域を少なくとも含む第２運転領域において、前記絞り部下流端の流路面積を最大流路面積よりも小さくさせ、
前記バルブ駆動手段により、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁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他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、前記各気筒の吸気弁および排気弁を動作させる
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記第２運転領域において、前記絞り部下流端の流路面積を最小流路面積とさせる
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記内燃機関の機関回転数が低回転側にあるときにのみ前記絞り部下流端の流路面積を最小流路面積にさせる
ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸排気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等のエンジンにおいて、エンジントルクを高めることを目的として、吸排気装置にスライド式の動圧可変弁を採用するが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
動圧可変弁は、主にエンジンを低回転域で運転している時の掃気性を高めるものであり、高回転域においては、排気ガス流量の増大に伴う排気抵抗の影響を抑制するために、排気ガス通路の流路断面積を拡大するように動圧可変弁を操作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５７２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載されたものでは、動圧可変弁としての外管は、内管に対して相対移動可能に配置されている。従って、外管のスライド時には、排ガス圧が高くなると外管が振動しガタツキ音が発生し得るという問題があり、改善の余地があった。
【０００６】
そこで本発明では、動圧可変弁の動作時に、排ガス圧が高い場合であっても、ガタツキ音の発生を抑制し得る動圧可変弁を備えた吸排気装置をもたらすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明では、スライド弁としての外管内面と内管外面との間に形成されるクリアランスの排気ガス通路の流路面積に対する変化曲線と、外管外面と収容部内面との間に形成されるクリアランスの排気ガス通路の流路面積に対する変化曲線との交点を与える流路面積を最大流路面積側に配置させるようにした。
【０００８】
すなわち、ここに開示する内燃機関の吸排気装置は、吸気口及び排気口がそれぞれ形成されるとともに該吸気口を開閉可能な吸気弁と該排気口を開閉可能な排気弁とが設けられた複数の気筒を有する内燃機関の吸排気装置であって、上流端が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口の下流端にそれぞれ接続される複数の独立排気通路と、前記各独立排気通路の下流端に接続され、少なくとも下流端の流路面積が上流側の各独立排気通路よりも小さく形成された絞り部と、前記絞り部の下流端に接続され、前記各独立排気通路及び前記絞り部を通過した排気が内側で集合する集合部と、前記絞り部及び前記集合部を収容する収容部とを備え、前記絞り部は、前記各独立排気通路が互いに近接するように接続された１つの内管と、該内管に上流側部で上下流方向に相対移動可能に外嵌合された外管とを備え、前記集合部は、前記外管の下流側に延設された下流側部内に形成されており、前記内管は、前記各独立排気通路及び前記集合部を連通させる複数の連通路と、内管の壁部を貫通するように設けられ、該各連通路の上流端と下流端との間の中間部を内管及び外管の間に形成される隙間空間に連通させる複数の連通口とを備え、前記外管が上流方向移動端の閉じ位置に移動したときには、前記外管の内面が前記連通口を閉じて該連通口の開度が最小となり且つ前記絞り部下流端における流路面積が最小流路面積となる一方、外管が下流方向移動端の開き位置に移動したときには、該連通口の開度が最大となり且つ該絞り部下流端の流路面積が最大流路面積となるように、前記外管の上下流方向の移動量を変更させることにより、前記連通口の開度を変更させて前記絞り部下流端の流路面積が変更可能とされ、前記絞り部下流端の流路面積の増加に伴い、該外管の内面と前記内管の外面との間に第１曲線に沿って増加する第１クリアランスが形成されるとともに、該外管の外面と前記収容部の内面との間に第２曲線に沿って減少する第２クリアランスが形成され、前記第１曲線と前記第２曲線とは、前記絞り部下流端の流路面積の変更範囲内において、前記第１クリアランス及び前記第２クリアランスのクリアランス量が等しくなる交点を有し、前記第１曲線と前記第２曲線との交点における前記絞り部下流端の流路面積は、最小流路面積と最大流路面積との中間値よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
前記第１曲線と前記第２曲線との交点を与える前記絞り部下流端の流路面積の外管位置では、前記第１クリアランス及び前記第２クリアランスが同一となり、このとき外管は内管及び収容部のいずれからも最も離れた位置となる。この状態で排ガス圧が高くなると、外管が振動しガタツキ音発生の原因となる。
【００１０】
本発明によれば、前記交点における絞り部下流端の流路面積が最小流路面積と最大流路面積との中間値よりも大きくなるように第１及び第２クリアランスを設定しているため、流路面積が比較的大きい状態の時、すなわち排気ガス圧が比較的低い状態の時に、外管が内管及び収容部のいずれからも最も離れた位置となるため、外管が最も振動しやすい状態においても、排ガス圧の入力が少なく、ガタツキ音の発生が抑制され得る。
【００１１】
なお、本発明において、「第１曲線」及び「第２曲線」は直線を含む概念である。
【００１２】
好ましい態様では、前記内管は、その外周面に、前記絞り部下流端の流路面積が最小流路面積のときに外周部で前記外管の内周面に当接する内管当接部を備える一方、前記外管は、その外周面に、前記絞り部下流端の流路面積が最大流路面積のときに外周部で前記収容部の内周面に当接する外管当接部を備えており、前記第１クリアランスは、前記内管当接部の外周部と前記外管の内周面とのクリアランスであり、前記第２クリアランスは、前記外管当接部の外周部と前記収容部の内周面とのクリアランスである。
【００１３】
本構成によれば、外管が閉じ位置又は開き位置にあるときに、外管はそれぞれ内管当接部又は収容部の内周面で支持されるから、外管を安定に保持することができる。
【００１４】
好ましい態様では、前記内管当接部の外周部及び前記外管当接部の外周部は、前記絞り部軸方向断面が、前記絞り部の上流側に向かって外径が増加するように傾斜する円弧面状に形成されており、前記内管当接部が当接する外管内周面、及び前記外管当接部が当接する収容管内周面は、それぞれ該内管当接部の外周部及び該外管当接部の外周部に気密状に当接するように該当接部を反転した円弧面形状を有している。
【００１５】
本構成によれば、外管が内管又は収容部に当接するときに、上述のような円弧面により当接するから、これらの部品の接触による衝撃力をより広い面積で受けることができ、外管の移動に伴う部品の劣化を抑制し、装置の耐久性を向上させることができる。
【００１６】
好ましい態様では、前記絞り部下流端の流路面積を変更可能な流路面積変更手段と、前記各気筒の吸気弁および排気弁を駆動可能なバルブ駆動手段と、前記流路面積変更手段および前記バルブ駆動手段を制御可能な制御手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記内燃機関の機関回転数が予め設定された基準回転数よりも高く内燃機関の負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い高速高負荷領域を少なくとも含む第１運転領域において前記絞り部下流端の流路面積を最大流路面積とさせる一方、前記内燃機関の機関回転数が前記基準回転数よりも低く内燃機関の負荷が予め設定された所定の負荷よりも高い低速高負荷領域を少なくとも含む第２運転領域において、前記絞り部下流端の流路面積を最大流路面積よりも小さくさせ、前記バルブ駆動手段により、前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁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他方の気筒の排気弁が開弁している時期に重複するように、前記各気筒の吸気弁および排気弁を動作させる。
【００１７】
本構成では、高速高負荷領域を含む第１運転領域において、絞り部下流端の流路面積が最大流路面積とされて、各独立排気通路から排出された排ガスが絞り部内においてより抵抗の小さい状態で通過するように制御される。そのため、この第１運転領域において、排ガス流量の増大に伴い増大する排気抵抗を小さく抑えて、排気のポンピングロスを小さく、また、吸気効率を高くすることができ、これにより、この第１運転領域においても、高いエンジントルク、また、高い熱効率を得ることができる。
【００１８】
また、エンジンが前記第２運転領域で運転されて絞り部下流端の流路面積が最大流路面積よりも小さい面積とされた状態において、前記各気筒の排気ポートから各連通路を通って集合部に排ガスが排出されるのに伴い他の連通路およびこの連通路と連通する排気ポート内にエゼクタ効果によって負圧が生成する。そうして、低速高負荷領域を含む第２運転領域においてエゼクタ効果を効果的に利用して掃気性能を向上させることができ、延いては高いエンジントルクを得ることができる。また、低速高負荷領域を含む第２運転領域において排気抵抗を小さく抑えることができるから、高いエンジントルク、また、高い熱効率を得ることができる。
【００１９】
このように、本発明によれば、第１運転領域と第２運転領域とを含むより広い運転領域において、独立排気通路と集合部との間に介在する絞り部においてその下流端の流路面積を変更するという簡単な構成で、エンジントルク、熱効率ひいては燃費性能を高めることができる。
【００２０】
好ましい態様では、前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記第２運転領域において、前記絞り部下流端の流路面積を最小流路面積とさせる。
【００２１】
第２運転領域Ａ２においてガス通路の流路面積を小さい面積としてエゼクタ効果を発揮させ、これにより吸気効率およびエンジントルクを高めつつ、第１運転領域Ａ１においてガス通路の流路面積を大きくして排気抵抗、ポンプロスを抑制し、これによりエンジントルクを高めることができる。また、絞り部下流端の流路面積を最小流路面積及び最大流路面積の一方に切り替える構成とすることにより、外管を閉じ位置又は開き位置に配置させることができるから、ガタツキ音の発生を効果的に抑制することができる。
【００２２】
好ましい態様では、前記制御手段は、前記流路面積変更手段により、前記内燃機関の機関回転数が低回転側にあるときにのみ前記絞り部下流端の流路面積を最小流路面積にさせる。
【００２３】
例えば、外管が絞り部下流端の流路面積が最小となる閉じ位置にあるときに、機関回転数の増加に伴って排ガス温度が上昇した場合、当該閉じ位置で外管が内管に固着する虞がある。この場合、絞り部下流端の流路面積は最小流路面積であるため、さらに機関回転数を増加させることができなくなる。
【００２４】
本発明によれば、絞り部下流端の流路面積を最小とする段階は機関回転数の低回転側であるから、閉じ位置において外管が内管に固着する虞が低減され、装置の耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上述べたように、本発明によると、外管が内管及び収容部のいずれからも最も離れた位置にあり、外管が最も振動しやすい状態においても、排ガス圧の上昇が穏やかとなり、ガタツキ音の発生が抑制され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置の概略構成図。
【図２】図１の概略側面図。
【図３】図１の多気筒エンジンの吸排気装置の制御系を説明するためのブロック図。
【図４】吸気弁および排気弁のバルブタイミングを説明するための図。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面図。
【図６】外管が流路面積最小位置にある状態における絞り部周辺の断面図。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図。
【図９】外管が流路面積中間位置近傍にある状態における絞り部周辺の断面図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図。
【図１１】外管が流路面積最大位置にある状態における絞り部周辺の断面図。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図。
【図１４】絞り部下流端のノズル径に対する外管の可動ストロークの比と排ガス圧との関係を示すグラフ。
【図１３】連通口の開度、ガス通路の流路面積、外管の可動ストロークに対する第１及び第２クリアランスの関係を示すグラフ。
【図１５】本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置で用いられる制御マップを示した図。
【図１６】ガス通路の流路面積および外管の位置の制御例を示した図。
【図１７】全負荷におけるガス通路の流路面積および外管の位置の制御例を示した図。
【図１８】吸気弁および排気弁の開弁時期および閉弁時期を説明するための図。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る絞り部の図７（ａ）相当図。
【図２０】本発明の第４実施形態に係る絞り部の図７（ａ）相当図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００２８】
（第１実施形態）
（１）装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置（内燃機関の吸排気装置）１００の概略構成図である。図２は、図１の一部の概略側面図である。図３は、この多気筒エンジンの吸排気装置１００の制御系を示すブロック図である。この装置１００は、シリンダヘッド９およびシリンダブロック１０（図２参照）を有するエンジン本体１と、ＥＣＵ（制御手段、図３参照）９０と、エンジン本体１に接続される排気マニホールド５０と、排気マニホールド５０に接続される触媒装置６０とを備えている。
【００２９】
シリンダヘッド９およびシリンダブロック１０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、エンジン本体１は、直列４気筒のエンジンであって、シリンダヘッド９およびシリンダブロック１０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１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。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。
【００３０】
エンジン本体１は４サイクルエンジンであって、図４に示すように、各気筒１２ａ〜１２ｄにおいて、１８０°ＣＡずつずれたタイミングで点火プラグ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°ＣＡ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。
【００３１】
シリンダヘッド９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（吸気口）１７および２つの排気ポート（排気口）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弁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弁２０が設けられている。吸気弁１９は吸気弁駆動機構（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、排気弁２０は、排気弁駆動機構（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。
【００３２】
吸気弁駆動機構３０は、吸気弁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、吸気弁１９を開閉駆動する。
【００３３】
吸気ＶＶＴ３２は、吸気弁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、吸気弁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、ＥＣＵ９０で算出された吸気弁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。
【００３４】
排気弁駆動機構４０は、吸気弁駆動機構３０と同様の構造を有している。すなわち、排気弁駆動機構４０は、排気弁２０およびクランクシャフトに連結された排気カムシャフト４１と、この排気カムシャフト４１とクランクシャフトとの位相差を変更することで排気弁２０のバルブタイミングを変更する排気ＶＶＴ４２とを有している。排気ＶＶＴ４２は、ＥＣＵ９０で算出された排気弁２０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。そして、排気カムシャフト４１は、この位相差の下でクランクシャフトの回転に伴って回転して排気弁２０を前記目標バルブタイミングで開閉駆動する。
【００３５】
なお、本実施形態では、吸気ＶＶＴ３２および排気ＶＶＴ４２は、吸気弁１９および排気弁２０の開弁期間及びリフト量つまりバルブ・プロファイルをそれぞれ一定に保ったまま、吸気弁１９および排気弁２０の開弁時期と閉弁時期とをそれぞれ変更する。
【００３６】
（２）排気系の構成
排気マニホールド５０と触媒装置６０とを含む排気系の詳細について次に説明する。排気マニホールド５０は、上流側から順に、３つの独立排気通路５２と、可動部５１とを備えている。
【００３７】
（２−１）独立排気通路５２の構成
図１に示すように、前記各独立排気通路５２は、シリンダヘッド９に形成された前記各気筒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５２，５２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互いに連続しない第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃの排気ポート１８は、これら各気筒１２ｂ，１２ｃ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、二股状に形成された１つの独立排気通路５２に接続されている。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５２は、その上流側において２つの通路に分離しており、その一方に第２気筒１２ｂの排気ポート１８が接続され、他方に第３気筒１２ｃの排気ポート１８が接続されている。
【００３８】
本実施形態では、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の中間位置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。また、図２に示すように、各独立排気通路５２は、シリンダヘッド９から水平方向に延びた後、車両前後方向の後ろ斜め下方に延びている。
【００３９】
図５は、図１のＶ−Ｖ線断面図である。この図５に示されるように、各独立排気通路５２の下流端５２ａの断面形状（開口形状）は円形である。これら円形の下流端５２ａは、後ろ斜め下方に延びる軸Ｌ（図２参照）上の点Ｏ１を中心とする円の円周上に、互いに等間隔に配列されている。
【００４０】
（２−２）可動部５１の構成
可動部５１は、三重管構造であって、各独立排気通路５２の下流端に接続された絞り部５３と、その絞り部５３の下流端に接続された合流部５８と、これら絞り部５３及び合流部５８を内側に収容する収容管（収容部）５１ａとを備えている。絞り部５３と合流部５８とは、上流側からこの順序で並んでいる。
【００４１】
（２−２−１）絞り部５３の構成
図６は、後述する外管５５が最も上流に位置する状態、すなわち上流方向移動端の閉じ位置（以下、流路面積最小位置という）における可動部５１付近を拡大して模式的に示した断面図である。図７は、上側から順に図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図のうち（ａ）は絞り部５３のみ、（ｂ）は後述する内管５４のみ、（ｃ）は後述する外管５５のみを各々示した図である。図８は、上側から順に図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図のうち（ａ）は絞り部５３のみ、（ｂ）は内管５４、（ｃ）は外管５５のみを示した図である。
【００４２】
図９は、図６に対応する図であって、外管５５が前記流路面積最小位置よりも下流側にスライドした状態における可動部５１付近を拡大して模式的に示した断面図である。図１１は、図６に対応する図であって、外管５５が前記流路面積最大位置にスライドした状態における可動部５１付近を拡大して模式的に示した断面図である。
【００４３】
絞り部５３は、内管５４と外管５５とを有する。
【００４４】
＜内管について＞
内管５４は、上下流方向に延びる管状部材である。この内管５４の内側には、上下流方向に延びて、各独立排気通路５２にそれぞれ対応する第１通路（連通路）５４ａが形成されている。第１通路は、各独立排気通路５２と後述する集合部５８ａを連通させている。本実施形態では、３つの第１通路５４ａが形成されている。換言すると、１つの内管５４により、各独立排気通路５２は互いに近接するように接続されている。
【００４５】
内管５４は、上流側部分が前記収容管５１ａの軸Ｌを中心とする円筒形をなし、下流側部分が軸Ｌを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有している。すなわち、内管５４の外周面（外面）５４ｇは、その上流側部分に設けられて軸Ｌと平行に延びる円筒面状の円筒面５４ｇ−１と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸Ｌ側に傾斜する略円錐台面状の内管側傾斜面５４ｇ−２とからなる。内管５４の外周面５４ｇの下流端の径は、例えば、内管５４の外周面５４ｇの上流端の径の約２／３に設定されている。
【００４６】
また、内管５４の上流側部分円筒面５４ｇ−１には、軸Ｌを中心とする環状の内管当接部７１が設けられている。内管当接部７１は、後述する外管５５が流路面積最小位置（絞り部下流端の流路面積が最小流路面積）のときに、その外周部７１ａで外管５５の内周面（内面）に形成された第１当接面７２に当接する。本実施形態において、内管当接部７１の外周部７１ａは、絞り部５３の軸Ｌ方向の断面が、絞り部５３の上流側に向かって外径が増加するように傾斜する円弧面状に形成されている。そして、内管当接部７１が当接する外管内周面としての第１当接面７２は、内管当接部７１の外周部７１ａに気密状に当接するように内管当接部７１を反転した円弧面形状を有している。これにより、外管５５が流路面積最小位置にあるときに外管５５を内管５４にて確実に支持し最小流路面積の状態を安定に保持することができる。また、内管５４と外管５５との接触による衝撃力をより広い面積で受けることができ、外管５５の移動に伴う両部品の劣化を抑制し、装置の耐久性を向上させることができる。
【００４７】
前記各第１通路５４ａは、軸Ｌを中心とする円の円周上に互いに等間隔に並んでいる。各第１通路５４ａは、その内周面のうち軸Ｌ側の部分はこの軸Ｌに向かって傾斜して延びるとともに、その内周面のうち軸Ｌから離間した側の部分は内管５４の外周面５４ｇに沿って延びる形状を有している。この形状に伴い、各第１通路５４ａの流路面積は、下流側の方が上流側よりも小さくなっている。
【００４８】
具体的には、各第１通路５４ａの上流端５４ｂは、図７に示すように、それぞれ円形を有している。一方、各第１通路５４ａの下流端５４ｃは、図８に示すように、軸Ｌと内管５４下流端との交点、すなわち内管５４下流端の中心点である点Ｏ２を中心とする１つの円を三分割した各々の領域に広がる略楕円形状であって、その開口面積（流路面積）が各第１通路５４ａの円形の上流端５４ｂの開口面積よりも小さくなるように構成されている。そして、各第１通路５４ａは、その円形の上流端５４ｂから下流側に、同一流路面積で延びた後、この上流端５４ｂよりも流路面積の小さい下流端５４ｃに向かって徐々に流路面積を小さくしつつ、すなわち、縮径しつつ、延びている。
【００４９】
内管５４は、各第１通路５４ａの円形の上流端５４ｂが、それぞれ前記各独立排気通路５２の下流端５２ａと一致するように配置されている。そのため、各独立排気通路５２の下流端５２ａから排出された排気は、対応する各第１通路５４ａ内に個別に（独立して）流入する。
【００５０】
内管５４の壁部には、各第１通路５４ａにそれぞれ対応する位置に、当該壁部を貫通するように、該各第１通路５４ａの上流端５４ｂと下流端５４ｃとの間の中間部を内管５４及び外管５５の間に形成される第２通路（隙間空間）５５ａに連通させる連通口５４ｄが形成されている。各連通口５４ｄは、内管５４の外周面５４ｇのうち前記内管側傾斜面５４ｇ−２に開口しており、上下流方向すなわち軸Ｌと平行な方向に開口している。本実施形態では、各連通口５４ｄは、略円形である。そして、内管５４の壁部に計３つの連通口５４ｄが形成されている。
【００５１】
＜外管について＞
外管５５は、上下流方向に延びる管状部材である。図６に示すように、外管５５の内側には１つの通路が形成されており、この通路内に前記内管５４が収容されている。外管５５の内周面５５ｇは、外管５５が前記流路面積最小位置にある状態において、内管５４の外周面５４ｇに沿って延びている。すなわち、外管５５の内周面５５ｇは、その上流側部分に設けられて上記内管当接部７１に当接する第１当接面７２を形成する湾曲面５５ｇ−１と、その下流側部分に設けられて下流に向かうに従って軸Ｌ側に傾斜する略円錐台面状の外管側傾斜面５５ｇ−２とからなる。外管５５の外管側傾斜面５５ｇ−２は、外管５５が流路面積最小位置にある状態において、内管５４の内管側傾斜面５４ｇ−２に接触しており、この状態において、前記各連通口５４ｄを塞ぐように構成されている。なお、図６では、説明のため、外管側傾斜面５５ｇ−２及び内管側傾斜面５４ｇ−２は少し離間して示している。
【００５２】
外管５５は、内管５４に対して上下流方向に相対移動可能である。すなわち、外管５５は内管５４に上流側部で上下流方向に相対移動可能に外嵌合されている。本実施形態では、内管５４は動かず、外管５５が軸Ｌと平行に上下流方向にスライドする。なお、本実施形態では、外管５５は、前記合流部５８と一体に形成されており、すなわち、合流部５８とともに上下流方向にスライドする。
【００５３】
具体的には、図１に示すように、収容管５１ａの外周面にスライドアクチュエータ（流路面積変更手段）５５ｆが配設されている。スライドアクチュエータ５５ｆは、ＥＣＵ９０の指令を受けて、外管５５の表面に配置されたスライダ７６を移動させ、外管５５を、軸Ｌと平行に、図６に示す位置（流路面積最小位置）と図１１に示す最も下流側の位置、すなわち下流方向移動端の開き位置（以下、流路面積最大位置という）との間でスライドさせる。スライドアクチュエータ５５ｆは、外管５５の位置を、流路面積最小位置と流路面積最大位置との間で連続的に変更させる。なお、以下、外管５５の流路面積最小位置からの上下流方向の移動量を可動ストロークＳとする。
【００５４】
また、外管５５の外周面側には、軸Ｌを中心とする環状の外管当接部７３が設けられている。外管当接部７３は、外管５５が流路面積最大位置（絞り部下流端の流路面積が最大流路面積）のときに、その外周部７３ａで後述する収容管５１ａの内周面に形成された第２当接面７４に当接する。外管当接部７３の外周部７３ａは、上流側に向かって外径が増加するように傾斜する円弧面状に形成されている。外管当接部７３が当接する収容管内周面としての第２当接面７４は、外管当接部７３の外周部７３ａに気密状に当接するように外管当接部７３を反転した円弧面形状を有している。これにより、外管５５が流路面積最大位置にあるときに外管５５を収容管５１ａにて確実に支持し最大流路面積の状態を安定に保持することができる。また、外管５５と収容管５１ａの接触による衝撃力をより広い面積で受けることができ、外管５５の移動に伴う両部品の劣化を抑制し、装置の耐久性を向上させることができる。
【００５５】
＜絞り部のガス通路について＞
図６に示す流路面積最小位置において、外管５５は、内管５４の内管当接部７１から内管５４の下流端まで延びる。前述のように、この状態において、外管５５の内周面５５ｇは、内管５４の外周面５４ｇと接触し、前記外管の内周面が前記連通口５４ｄを閉じて、連通口５４ｄの開度が最小となる。連通口５４ｄが閉じると、各独立排気通路５２から排出された排気は、絞り部５３のうち第１通路５４ａのみを通過して流下する。このように、外管５５が流路面積最小位置にある状態では、絞り部５３内に形成されて排気が通過可能なガス通路は、第１通路５４ａのみで構成され、ガス通路の流路面積（絞り部下流端の流路面積）Ｋは最小流路面積となる。
【００５６】
一方、図９に示すように、外管５５が図６に示す流路面積最小位置から下流側にスライドすると、外管５５の内周面５５ｇは内管５４の外周面５４ｇから下流側および径方向外側（軸Ｌから離れる方向）に離間する。従って、図１０に示すように、絞り部５３下流端において、外管５５の内周面５５ｇと内管５４の外周面５４ｇとが離間するのに伴って、前記各連通口５４ｄは開口し、外管５５の内周面５５ｇと内管５４の外周面５４ｇとの間には第２通路５５ａが出現する。
【００５７】
このように外管５５が図６に示す流路面積最小位置から図９に示す位置まで下流側にスライドした状態において、絞り部５３内に形成されるガス通路は、第１通路５４ａと第２通路５５ａとによって構成され、各ガス通路の流路面積Ｋは、図６に示す最小流路面積よりも大きくなる。そして、各独立排気通路５２から排出された排気は、第１通路５４ａに流入した後、その一部が前記連通口５４ｄを介して第２通路５５ａ内にも流入する。
【００５８】
なお、本実施形態において、第２通路５５ａは複数の第１通路５４ａにわたって延びる構成となっているが、内管側傾斜面５４ｇ−２に形成されている第１通路５４ａと第２通路５５ａとを連通する連通口５４ｄは、上下流方向に開口しており、第２通路５５ａよりも集合部５８ａの方が流路断面積が大きいため、所定の第１通路５４ａから第２通路５５ａに流入した排気は、その向きを下流向きに維持され、他の第１通路５４ａ側に向かうことなく第２通路５５ａを流下する。従って、第２通路５５ａ内での排気流れ方向の乱れの発生は抑制され、高いエゼクタ効果が発揮される。
【００５９】
第２通路５５ａの流路面積、延いては絞り部５３のガス通路の流路面積Ｋは、外管５５の下流側へのスライド量が大きくなるほど大きくなる。具体的には、外管５５が下流側へスライドするほど、外管５５の内周面５５ｇと内管５４の外周面５４ｇとの径方向の離間量は大きくなり、それに応じて第２通路５５ａおよびガス通路の流路面積が大きくなる。
【００６０】
前記外管５５が図１１に示す流路面積最大位置まで下流側にスライドした状態において、図１２に示すように、絞り部５３下流端における外管５５の内周面５５ｇと内管５４の外周面５４ｇとの径方向の離間量は最大となるとともに、連通口５４ｄの開度が最大となり、第２通路５５ａ延いてはガス通路の流路面積Ｋは最大流路面積となる。
【００６１】
なお、絞り部５３内のガス通路の流路面積Ｋは、ガス通路が第１通路５４ａと第２通路５５ａとで構成される場合においても、第１通路５４ａのみで構成される場合と同様に、下流側の方が上流側よりも大きくならないように構成されている。すなわち、絞り部５３は、各ガス通路の流路面積Ｋが上流側の各独立排気通路５２の下流端５２ａの流路面積以下となるように形成されている。本実施例においては、図１１に示す流路面積最大位置において、ガス通路の流路面積Ｋは、第１通路５４ａの上流端５４ｂの流路面積と同じとなるように設定している。このように設定することで、高負荷運転領域の排気ガス流量が相対的に多い場合であっても、絞り部５３で流路面積が絞られることによって通気抵抗が増大し、掃気性が低下することを抑制している。
【００６２】
そして、外管５５の可動ストロークＳを変更させることにより、連通口５４ｄの開度を変更させて、絞り部５３のガス通路の流路面積Ｋを変更させることができる。
【００６３】
（２―２−２）合流部の構成
合流部５８は、各独立排気通路５２から排出されて絞り部５３を通過した排気が合流する部分である。外管５５の位置に関わらず、各独立排気通路５２から排出されて絞り部５３の各ガス通路に流入した排気は、この合流部５８内に流入する。
【００６４】
合流部５８は、図６等に示すように、上流側から順に、集合部５８ａ、混合部５８ｂ、ディフューザー部５８ｃを備えている。前記集合部５８ａは、外管５５の下流端から下流に延びている。換言すると、集合部５８ａは、外管５５の下流側に延設された下流側部内に形成されている。従って、前記各独立排気通路５２及び前記絞り部５３を通過した排気が集合部５８ａの内側で集合する。本実施形態では、前述のように、合流部５８は外管５５と一体にスライド可能に連結されている。
【００６５】
なお、図９および図１１に示すように、外管５５が流路面積最小位置から下流側にスライドした状態では、外管５５は内管５４よりも下流側に延びており、集合部５８ａの長さ延いてはその容積は増加している。そして、絞り部５３内の第１通路５４ａを通過した排気は、外管５５の内側に流入して第２通路５５ａを通過した排気と合流した後、集合部５８ａに流入する。
【００６６】
後述するように、本装置では、所定の運転領域（第２運転領域Ａ２）において、所定の気筒１２から排出された排気を、絞り部５３から集合部５８ａ内に高速で排出させて、エゼクタ効果を発揮させ、他の気筒１２の排気ポート１８内に負圧を生じさせて、この気筒１２の掃気性能を高めるよう構成されている。そのため、集合部５８ａは、絞り部５３から排出された排気が、高い速度を維持したまま流下するように、下流側ほどその流路面積が小さくなる形状に設定されている。本実施形態では、集合部５８ａは、下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状を有している。また、集合部５８ａの内周面は、絞り部５３から流出した排気がこの内周面に沿って円滑に流下するように、外管５５の下流側部分の内周面すなわち外管側傾斜面５５ｇ−２に連続して、下流に向かうに従って軸Ｌに近づく方向に傾斜している。なお、この集合部５８ａの軸Ｌに対する傾斜角度は、前記外管５５の外管側傾斜面５５ｇ−２の傾斜角度とほぼ同じに設定されていてもよい。
【００６７】
混合部５８ｂは、集合部５８ａの下流端から下流側に延びる円筒形状を有しており、集合部５８ａの下流端の流路面積と同じ流路面積を維持して下流側に延びている。ディフューザー部５８ｃは、この混合部５８ｂの下流端から下流に向かうに従って流路面積が拡大する略円錐台形状を有している。
【００６８】
このように集合部５８ａでは、上流側の流路面積の方が下流側よりも大きい。そのため、排気はこの集合部５８ａと混合部５８ｂとを高速で通過する。この通過時に、排気の圧力・温度は低下する。そのため、この集合部５８ａおよび混合部５８ｂにおいて、排気の外部への放熱量は小さく抑えられる。そして、この混合部５８ｂを通過した排気は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するディフューザー部５８ｃに流入することで、その圧力・温度が回復され、高い温度を維持したまま下流側に排出される。
【００６９】
また、前述のように、本実施形態では、合流部５８および絞り部５３は、中空の収容管５１ａ内に挿入されている。そのため、これら合流部５８および絞り部５３の通過時における排気の外部への放熱はより一層抑制され、合流部５８からは高い温度の排気が下流側に排出される。
【００７０】
（２−２−３）収容管の構成
収容管５１ａは、図６に示すように、軸Ｌを中心とした管状部材であり、下流に向かうに従って主に縮径する略円錐台形状であって絞り部５３及び集合部５８ａを収容する部分と、スライダ７６を備えた混合部５８ｂを収容する凸状の部分と、下流に向かうに従って主に拡径する略円錐台形状であってディフューザー部５８ｃを収容する部分とを有する。換言すると、収容管５１ａは、軸Ｌを中心として、外管５５の外周面に沿うような形状を備えた管状部材である。収容管５１ａの内周面の集合部５８ａ近傍位置には、上述のごとく、外管５５の外周面に形成された外管当接部７３が流路面積最大位置において当接する第２当接面７４が形成されている。
【００７１】
（２−２−４）内管−外管間及び外管−収容管間のクリアランスについて
図１３は、前記内管当接部７１の外周部７１ａと前記外管５５の内周面に形成された第１当接面７２とのクリアランスを第１クリアランスＣ１、前記外管当接部７３の外周部７３ａと前記収容管５１ａの内周面に形成された第２当接面７４とのクリアランスを第２クリアランスＣ２としたときの、第１及び第２クリアランスＣ１，Ｃ２のガス通路の流路面積Ｋに対する変化を示している。なお、ガス通路の流路面積Ｋが最小のときに、連通口５４ｄの開度及び外管５５の可動ストロークＳは０となる一方、ガス通路の流路面積Ｋが最大のときに、連通口５４ｄの開度及び外管５５の可動ストロークＳは最大となる。
【００７２】
図１３に示すように、第１クリアランスＣ１は、ガス通路の流路面積Ｋの増加に伴い第１曲線Ａに沿って増加する。
【００７３】
また、第２クリアランスＣ２は、ガス通路の流路面積Ｋの増加に伴い第２曲線Ｂに沿って減少する。
【００７４】
このとき、第１曲線Ａと第２曲線Ｂとは、ガス通路の流路面積Ｋの変更範囲内において、第１クリアランスＣ１及び第２クリアランスＣ２のクリアランス量が等しくなる交点Ｘを有している。そして第１曲線Ａで表される第１クリアランスＣ１は、流路面積最小位置から交点Ｘの流路面積位置に至るまで、交点Ｘが与えるクリアランス量よりも小さく保たれている。また、第２曲線Ｂで表される第２クリアランスＣ２は、交点Ｘの流路面積位置から最大流路面積位置に至るまで、交点Ｘが与えるクリアランス量よりも小さく保たれている。
【００７５】
各独立排気通路５２から絞り部５３及び合流部５８へは、高温の排ガスが流入するため、スライド弁としての外管５５がスライド途中で内管５４又は収容管５１ａに固着しないように、第１クリアランスＣ１及び第２クリアランスＣ２は流路面積最小・最大位置を除いて０にならない、すなわち外管５５が内管５４又は収容管５１ａに非接触となるように設定されている。
【００７６】
従って、流路面積最小位置から交点Ｘの流路面積位置に至るまでは、外管５５は、収容管５１ａよりも内管５４に近い状態が保たれて、いわば内管５４に非接触の状態で支持されている。また、交点Ｘの流路面積位置から最大流路面積位置に至るまでは、外管５５は内管５４よりも収容管５１ａに近い状態が保たれて、いわば収容管５１ａに非接触で支持されている状態となる。
【００７７】
そして、第１曲線Ａと第２曲線Ｂとの交点Ｘを与える流路面積位置では、第１クリアランスＣ１及び第２クリアランスＣ２が同一となる。このとき外管５５は内管５４及び収容管５１ａのいずれからも最も離れた位置となるとともに、この位置において内管５４による支持から収容管５１ａによる支持へと切り替わることになる。従って、外管５５が交点Ｘの流路面積位置にあるときは、外管５５が最も振動しやすい状態にあり、排ガス圧の上昇とともにガタツキ音発生の可能性が高まる。
【００７８】
ここに、本実施形態に係る吸排気装置は、前記第１曲線Ａと前記第２曲線Ｂとの交点におけるガス通路の流路面積Ｋが、最小流路面積と最大流路面積との中間値Ｍよりも最大流路面積側となるように第１及び第２クリアランスＣ１，Ｃ２を設定していることを特徴とする。
【００７９】
以下、本構成の作用効果について説明する。
【００８０】
例えば、図６及び図８〜図１２に示すように、内管５４下流端の中心点Ｏ２に対して、各第１通路５４ａの下流端５４ｃの開口縁における当該中心点Ｏ２に最も近い点を第１点Ｐ２とし、該内管下流端中心点Ｏ２及び該第１点Ｐ２を通る直線と前記外管５５の内周面とが交わる点を第２点Ｑ２とする。そして、前記第１点Ｐ２から前記第２点Ｑ２までの距離を、各ガス通路の流路面積Ｋについての等価円直径と仮定したときの各ガス通路のノズル径Ｄとする。このノズル径Ｄと外管５５の上下流方向の移動量としての可動ストロークＳとの比Ｓ／Ｄをとり、当該比Ｓ／Ｄに対する排ガス圧をプロットすると、図１４のようになる。なお、エンジン回転数（機関回転数）は例えば４０００ｒｐｍである。
【００８１】
図１４において、外管５５が流路面積最小位置にあるとき、可動ストロークＳは０であり、比Ｓ／Ｄは０となる。一方、外管５５が流路面積最大位置にあるとき、比Ｓ／Ｄは０．４２となる。そして、図１３における流路面積が中間値Ｍとなる流路面積位置に外管５５があるとき、比Ｓ／Ｄは０．２３となる。
【００８２】
図１４に示すように、排ガス圧は、比Ｓ／Ｄが０から０．２４まではその増加に伴い緩やかに減少し、０．２４を超えたところから０．３３までは急激に減少し、そして０．３３以上ではほぼ一定となる。
【００８３】
従って、エンジン回転数が一定の所定回転数、ここでは４０００ｒｐｍであるときに、上記比Ｓ／Ｄを例えば０．２３を超えるように第１及び第２クリアランスＣ１，Ｃ２を設定することにより、交点Ｘを与えるガス通路の流路面積Ｋを最小流路面積と最大流路面積の中間値Ｍより大きくすることができる。交点Ｘを与える外管５５の位置では、上述のごとく、外管５５が最も振動しやすい状態にあるため、本構成とすることにより、流路面積が拡大し、排ガス圧が相対的に低くなった状態で交点Ｘを迎えるため、外管５５の振動を抑制でき、延いてはガタツキ音の発生を抑制することができる。
【００８４】
なお、より効果的に外管５５の振動を抑制しガタツキ音の発生を抑制する観点から、上記比Ｓ／Ｄを、より好ましくは０．２４以上、特に好ましくは０．３３以上となるように、第１及び第２クリアランスＣ１，Ｃ２を設定することが望ましい。
【００８５】
なお、ガス通路の流路面積Ｋを、ノズル径Ｄを等価円直径とする円の面積、すなわち等価円面積と仮定し、ガス通路の流路面積Ｋの最大流路面積と最小流路面積との総変化量に対する流路面積Ｋの最小流路面積からの変化量の割合Ｋｐ（％）を算出すると、上記比Ｓ／Ｄが０．２３、すなわちガス通路の流路面積Ｋの中間値Ｍのときに上記割合Ｋｐは５３％、上記Ｓ／Ｄが０．２４のときに上記割合Ｋｐは５６％、上記比Ｓ／Ｄが０．３３のときに上記割合Ｋｐは７８％となるため、該割合Ｋｐが好ましくは５４％以上、より好ましくは５６％以上、特に好ましくは７８％以上となるように第１及び第２クリアランスＣ１，Ｃ２を設定することが望ましい。
【００８６】
以上述べたように、本構成によれば、外管５５が最も振動しやすい状態において、ガス通路の流路面積Ｋが上記中間値Ｍよりも大きいから、排ガス圧の入力が少なく、ガタツキ音の発生が抑制され得る。
【００８７】
（２−３）触媒装置６０の構成
図１に示すように、触媒装置６０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６０は、触媒本体（触媒）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。触媒本体６４は、排気中の有害成分を浄化するためのものである。この触媒本体６４は、例えば、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を有し、三元触媒を含有する。
【００８８】
触媒本体６４は、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６１には所定の空間が形成されている。合流部５８の下流端、詳細には、ディフューザー部５８ｃの下流端はこのケーシング６２の上流端６１に接続されており、ディフューザー部５８ｃから排出された排気は、ケーシング６２の上流端６１に流入した後、触媒本体６４側へ進行する。
【００８９】
前述のように、合流部５８からは、高い温度の排気が下流側に排出される。そのため、このように合流部５８に直接触媒装置６０が接続されていることで、触媒装置６０内には高温の排気が流入し、これにより、触媒本体６４は早期活性化される、また、触媒本体６４の活性状態が確実に維持される。
【００９０】
（３）制御系
図３に示されるＥＣＵ９０は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置（制御手段）であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００９１】
ＥＣＵ９０には、エンジンに設けられた各種センサから種々の情報が入力される。具体的には、ＥＣＵ９０は、エンジンに設けられたクランク角センサＳＷ２、吸気量センサＳＷ４と電気的に接続されており、これら各センサＳＷ２、ＳＷ４からの入力信号に基づいて、エンジン回転数（機関回転数）Ｎｅ、吸気量ひいてはエンジン負荷Ｔといった種々の情報を取得する。
【００９２】
ＥＣＵ９０は、その主な機能的要素として、判定手段９１、吸排気制御手段９２、アクチュエータ制御手段９４を有している。
【００９３】
判定手段９１は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｔとに基づいて、エンジンをどのような態様で制御すべきかを都度判定する。図１５は、エンジン回転数Ｎｅおよび負荷Ｔに基づき決定される制御の種類を区分けして示す設定図（制御マップ）である。エンジンの運転中、判定手段９１は、この図１５の制御マップに従うようにエンジンの制御内容を決定する。
【００９４】
図１５の制御マップにおいて、エンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎ１以下の低速領域のうちエンジン負荷Ｔが基準負荷Ｔ１以上の低速高負荷領域には第２運転領域Ａ２が設定されており、それ以外の領域には、第１運転領域Ａ１が設定されている。本実施形態では、基準負荷Ｔ１は、エンジン回転数Ｎｅが高くなるほど大きくなるように設定されている。また、基準回転数Ｎ１は、例えば、４０００ｒｐｍ付近に設定されている。
【００９５】
判定手段９１は、エンジンの運転中において、エンジンの運転点（負荷Ｔおよび回転数Ｎｅの各値から特定される制御マップ上でのポイント）が第１運転領域Ａ１であるか第２運転領域Ａ２であるかを常に判断する。
【００９６】
再び図３に戻って、吸排気制御手段９２は、吸気ＶＶＴ３２を駆動することにより、吸気弁１９の開閉タイミングを変更する。
【００９７】
アクチュエータ制御手段９４は、スライドアクチュエータ５５ｆを駆動して外管５５の位置を変更し、これにより、絞り部５３内の各ガス通路の流路面積を変更する。
【００９８】
ＥＣＵ９０は、その他、点火プラグ１５等を運転状態に応じて適正に制御する。
【００９９】
（４）制御内容
ＥＣＵ９０により実施される各運転領域（第１運転領域Ａ１，第２運転領域）での制御内容について説明する。
【０１００】
ＥＣＵ９０は、クランク角センサＳＷ２および吸気量センサＳＷ４の各検出値に基づいて、エンジンの運転点（負荷Ｔおよび回転数Ｎｅ）が図１５の制御マップにおけるどの運転領域に該当するかを逐次判定する。そして、判定された運転領域が、図１５中の第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２のいずれであるかに応じて、それぞれ以下のような制御を実行する。
【０１０１】
（ｉ）第２運転領域Ａ２
低速高負荷領域からなる第２運転領域Ａ２では、図４に示すように、排気弁２０の開弁期間と吸気弁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、排気弁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調整される。詳細には、第１気筒１２ａの吸気弁１９と排気弁２０とがオーバーラップしている期間中に第３気筒１２ｃの排気弁２０が開弁し、第３気筒１２ｃの吸気弁１９と排気弁２０とがオーバーラップしている期間中に第４気筒１２ｄの排気弁２０が開弁し、第４気筒１２ｄの吸気弁１９と排気弁２０とがオーバーラップしている期間中に第２気筒１２ｂの排気弁２０が開弁し、第２気筒１２ｂの吸気弁１９と排気弁２０とがオーバーラップしている期間中に第１気筒１２ａの排気弁２０が開弁するよう調整される。
【０１０２】
また、この第２運転領域Ａ２では、外管５５の位置が流路面積最大位置よりも上流側とされて、絞り部５３内の各ガス通路の流路面積Ｋが最大面積よりも小さい面積とされる。また、各ガス通路の流路面積Ｋが最大面積よりも小さいという範囲内で、エンジン回転数Ｎｅに応じて外管５５の位置が変更される。
【０１０３】
具体的には、運転領域毎のガス通路の流路面積を示した図１６、および、エンジン回転数に対する流路面積の変化を示した図１７に示すように、エンジン回転数Ｎｅが大きくなるほど単位時間当たりの排気ガス流量が増大するので、外管５５の位置は下流側に変更されて、ガス通路の流路面積が大きくされる。すなわち、第２運転領域Ａ２において、負荷が一定の場合、外管５５の位置は、流路面積最小位置から流路面積最大位置の直前位置まで、エンジン回転数Ｎｅの増大に伴って徐々に下流側に変更される。
【０１０４】
後述するように、第２運転領域Ａ２よりも高回転側の第１運転領域Ａ１−１では、外管５５の位置は流路面積最大位置に設定されている。そのため、前記のように外管５５の位置が変更されることで、第２運転領域Ａ２と第１運転領域Ａ１の境界において外管５５の位置は円滑に切り替わる。なお、図１７は、全負荷Ｔｍａｘ（図１５参照）でのエンジン回転数Ｎｅと外管５５の位置とを示したものである。
【０１０５】
このようにして、第２運転領域Ａ２では、絞り部５３内のガス通路の流路面積は最大面積以下の面積に制御される。その結果、第２運転領域Ａ２では、各独立排気通路５２から排出された排気は、高速で絞り部５３を通過して集合部５８ａ内に流入する。特に、エンジン回転数Ｎｅが高く排気流量が大きくなるほどガス通路の流路面積が大きくされており、排気流量の増大に伴う背圧の増大が抑制されるため、排気の速度が適正に高められる。そして、このように絞り部５３内のガス通路から合流部５８に排気が高速で排出されることで上流側に比べて相対的に負圧状態となり、隣接する他のガス通路はエゼクタ効果により掃気が促進される。
【０１０６】
ここで、第２運転領域Ａ２では、前述のように、排気弁２０の開弁期間と吸気弁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、排気弁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調整されている。そのため、所定の気筒（排気行程気筒）１２の排気弁２０が開弁してこの排気行程気筒１２から所定のガス通路を通って前記合流部５８に排気が高速で排出されると、排気順序がこの排気行程気筒１２の１つ前に設定された他の気筒（吸気行程気筒）に対応するガス通路およびこの吸気行程気筒１２に接続される排気ポート１８内にエゼクタ効果により負圧が生成される。そして、排気行程気筒１２の排気弁２０開弁時に、前記吸気行程気筒がオーバーラップ期間中にあることから、この吸気行程気筒１２内の残留ガスが排気ポート１８側に吸い出され、吸気行程気筒１２内の掃気が促進される。特に、排気弁２０の開弁開始直後は気筒１２から非常に高速で排気（いわゆるブローダウンガス）が排出されるため、このブローダウンガスが排出された直後は、吸気行程気筒１２内の残留ガスの多くが排気ポート１８側に吸い出される。掃気が促進されると、吸気効率が増大するため、高いエンジントルクを得ることが可能となる。また、気筒１２内の残留ガス量が少なくなりノッキングが抑制されるのに伴って点火時期の進角化が可能となることによっても、高いエンジントルクを得ることが可能となる。
【０１０７】
なお、本装置において、吸気弁１９および排気弁２０の開弁時期、閉弁時期とは、それぞれ、図１８に示すように、各弁１９，２０のリフトカーブにおいてリフトが急峻に立ち上がるあるいは立ち下がる時期（ランプ部の終わり、または、開始の時期）であり、例えば０．４ｍｍリフトの時期をいう。
【０１０８】
（ｉｉ）第１運転領域Ａ１の高速領域Ａ１−１
第１運転領域Ａ１のうちエンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎ１以上の高速領域Ａ１−１では、排気流量が大きい。そのため、この高速領域Ａ１−１において、前記第２運転領域Ａ２と同様に、各ガス通路の流路面積を小さくしたのでは、エゼクタ効果による掃気性能向上効果よりも背圧が高くなることによる掃気性能の悪化が大きくなる。そこで、この高速領域Ａ１−１では、次のような制御を実施する。
【０１０９】
高速領域Ａ１−１では、排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが、オーバーラップしないように調整される。そして、高速領域Ａ１−１では、外管５５の位置が流路面積最大位置とされて、絞り部５３内の各ガス通路の流路面積が最大面積とされる。
【０１１０】
このように制御されることで、第１運転領域Ａ１のうちの高速領域Ａ１−１では、各独立排気通路５２から排出された排気は、抵抗を小さく抑えられた状態で絞り部５３を通過する。そのため、この高速領域Ａ１−１では、排気抵抗が小さく抑えられ、排気のポンピングロスが小さく抑えられるとともに吸気効率が高められ、これにより高いエンジントルク、高い熱効率が実現される。
【０１１１】
（ｉｉｉ）第１運転領域Ａ１の低速低負荷領域Ａ１−２
第１運転領域Ａ１のうちエンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎ１よりも低く、かつ、エンジン負荷Ｔが基準負荷Ｔ１よりも低い低速低負荷領域Ａ１−２では、吸気圧が低く筒内ガス量が少ない。そのため、エゼクタ効果により高い掃気が行われて、これに伴い、気筒１２内の残留ガス量が少なくなると、吸気のポンピングロスが増大する、また、燃焼温度が増大して冷却損失が増大する、という熱効率に対して好ましくない作用が生じる。また、そもそも、低速低負荷領域Ａ１−２では、要求新気量が少なく、エゼクタ効果に伴う高い吸気効率を得る必要が小さい。
【０１１２】
そこで、低速低負荷領域Ａ１−２では、高速領域Ａ１−１と同様に、エゼクタ効果が小さく抑えられるよう、すなわち、排気が絞り部５３から合流部５８に流入する速度が小さく抑えられよう、外管５５の位置を最大流路面積位置として絞り部５３内の各ガス通路の流路面積が最大面積とされる。
【０１１３】
ただし、低速低負荷領域Ａ１−２では、前述のように残留ガスが多い方が望ましいことから、残留ガスがより多く得られるように、排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とは、オーバーラップするように調整される。
【０１１４】
このように制御されることで、第１運転領域Ａ１の低速低負荷領域Ａ１−２では、各独立排気通路５２から排出された排気は、絞り部５３において、流路面積のより大きい空間を通過し、エゼクタ効果ひいては掃気が抑制される。掃気が抑制されることで、気筒１２内にはより多くの残留ガスが残存する。そのため、吸気のポンピングロスおよび冷却損失は低減し、高い熱効率すなわち燃費性能が実現される。
【０１１５】
以上のように、本実施形態に係る装置では、各独立排気通路５２からの排気がそれぞれ独立して流入する絞り部５３内の各ガス通路の流路面積を変更するという簡単な構成で、第２運転領域Ａ２において、エゼクタ効果を利用して高いエンジントルクを得つつ、第１運転領域Ａ１の高速領域Ａ１−１において排気抵抗を抑制して高いエンジントルクおよび燃費性能を得ることができるともに、第１運転領域Ａ１の低速低負荷領域Ａ１−２において掃気を抑制して残留ガスを確保し、高い燃費性能を得ることができる。
【０１１６】
特に、本実施形態では、第２運転領域Ａ２においてエンジン回転数Ｎｅが増大するほど各ガス通路の流路面積が増大されている。そのため、第２運転領域Ａ２において、エンジン回転数ひいては排気流量の増大に伴って増大する排気抵抗すなわちポンプロスを適正に抑制して効果的にエゼクタ効果を得ることができる。
【０１１７】
（６）他の実施形態
以下、本発明に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、第１実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１８】
（６−１）第２実施形態
前記第１実施形態では、第２運転領域Ａ２においてエンジン回転数Ｎｅが大きくなるほどガス通路の流路面積Ｋを増大させる場合について示したが、第２運転領域Ａ２においてガス通路の流路面積Ｋを、第１運転領域Ａ１における流路面積（最大面積）よりも小さい面積（例えば、最小面積）に固定するよう制御してもよい。具体的には、スライドアクチュエータ５５ｆを、外管５５の位置を流路面積最小位置と流路面積最大位置とで切替えるよう構成し、第２運転領域Ａ２において外管５５を流路面積最小位置にして第１通路５４ａと第２通路５５ａとを連通させない状態とする一方、第１運転領域Ａ１において外管５５を流路面積最大位置として第１通路５４ａと第２通路５５ａとを連通させる状態としてもよい。この場合であっても、第２運転領域Ａ２においてガス通路の流路面積を小さい面積としてエゼクタ効果を発揮させ、これにより吸気効率およびエンジントルクを高めつつ、第１運転領域Ａ１においてガス通路の流路面積を大きくして排気抵抗、ポンプロスを抑制し、これによりエンジントルクを高めることができる。
【０１１９】
また、ガス通路の流路面積Ｋを最小流路面積及び最大流路面積の一方に切り替える構成とすることにより、外管５５を流路面積最小位置又は流路面積最大位置に配置させることができるから、ガタツキ音の発生を効果的に抑制することができる。
【０１２０】
なお、第１実施形態及び第２実施形態のいずれにおいても、背圧増大による掃気性悪化を抑制する観点から、前記ガス通路の流路面積Ｋが最小流路面積となるのは、エンジン回転数Ｎｅが相対的に低回転側にあるときのみである。
【０１２１】
（６−２）第３実施形態
前記第１及び第２実施形態では、内管５４の円筒面５４ｇ−１には内管当接部７１が設けられており、内管当接部７１は、外管５５が流路面積最小位置のときに、その外周部７１ａで外管５５の内周面に形成された第１当接面７２に当接する構成であったが、内管当接部７１及び第１当接面７２を設ける代わりに、図１９に示すように、外管５５に複数の第２通路５５ａを区画するための区画壁５５ｅを設けるとともに、内管５４にこれら区画壁５５ｅがスライド移動可能な溝５４ｅを設ける構成としてもよい。
【０１２２】
図１９に示すように、内管５４の管壁には、各第１通路５４ａ間に対応する位置に、それぞれ内管５４の外周面５４ｇから軸Ｌに向かって延びるとともに上下流方向に延びる溝５４ｅが形成されている。
【０１２３】
また、外管５５には、前記内管５４の各溝５４ｅに対応して、その内周面５５ｇから軸Ｌに向かって延びるとともに上下流方向に延びる複数の区画壁５５ｅが形成されている。これら区画壁５５ｅは、前記各溝５４ｅ内に挿入されている。
【０１２４】
このとき、前記外管５５の各区画壁５５ｅは、内管５４の各溝５４ｅ内をスライドする。
【０１２５】
そして、外管５５の内周面５５ｇと内管５４の外周面５４ｇとの間には、区画壁５５ｅによって、３つの第２通路５５ａが区画される。各第２通路５５ａは、各第１通路５４ａの径方向外側にそれぞれ位置して、各連通口５４ｄを介して第１通路５４ａと連通する。
【０１２６】
なお、本実施形態において、第１クリアランスは、内管５４の溝５４ｅを含む外周面と外管５５の区画壁５５ｅを含む内周面とのクリアランスとなる。
【０１２７】
本構成によれば、第２通路５５ａに流入した排気が外管５５と内管５４との間で周方向に拡散して排気の速度が低下するのを効果的に回避することができ、第２運転領域Ａ２において第１通路５４ａと第２通路５５ａとを連通させつつ高いエゼクタ効果を得ることができる。
【０１２８】
また、最小流路面積位置から交点Ｘの流路面積位置に至るまでの第１クリアランスをより小さくすることができ、内管５４による外管５５の支持をより確実にすることができる。
【０１２９】
（６−３）第４実施形態
前記第１〜第３実施形態では、内管５４に設けられた連通口５４ｄは略円形であったが、これに限られず、例えば楕円形状や矩形状等種々の形状で形成することができる。また、例えば、図２０に示すように、内管５４の下流端に開放する切り欠き形状であってもよい。これにより、内管５４の製造工程が簡素化され得るとともに、外管５５が最小流路面積位置にあるときに外管５５の内周面と内管５４の外周面との接触面積が減少するから両部品の劣化を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、外管が内管及び収容部のいずれからも最も離れた位置にあり、外管が最も振動しやすい状態においても、排ガス圧の上昇が穏やかとなり、ガタツキ音の発生が抑制され得るので、極めて有用である。
【符号の説明】
【０１３１】
１２  気筒
１７  吸気ポート（吸気口）
１８  排気ポート（排気口）
１９  吸気弁
２０  排気弁
３０  吸気弁駆動機構（バルブ駆動手段）
４０  排気弁駆動機構（バルブ駆動手段）
５１ａ  収容管（収容部）
５２  独立排気通路
５３  絞り部
５４  内管
５４ａ  第１通路（連通路）
５５  外管
５５ａ  第２通路（隙間空間）
５４ｄ  連通口
５５ｆ  スライドアクチュエータ（流路面積変更手段）
５８ａ  集合部
７１  内管当接部
７１ａ  （内管当接部の）外周部
７２  第１当接面
７３  外管当接部
７３ａ  （外管当接部の）外周部
７４  第２当接面
９０  ＥＣＵ（制御手段）
Ｌ  軸
【図１】
0006344420.tif 000002
【図２】
0006344420.tif 000003
【図３】
0006344420.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006344420.tif 000007
【図７】
0006344420.tif 000008
【図８】
0006344420.tif 000009
【図９】
0006344420.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0006344420.tif 000012
【図１２】
0006344420.tif 000013
【図１３】
0006344420.tif 000014
【図１４】
0006344420.tif 000015
【図１５】
0006344420.tif 000016
【図１６】
0006344420.tif 000017
【図１７】
0006344420.tif 000018
【図１８】
0006344420.tif 000019
【図１９】
0006344420.tif 000020
【図２０】
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