(57)【要約】【課題】気筒休止運転では排気ガス流通抵抗を増加させて消音作用を高め、全気筒運転では消音作用を維持しつつ出力向上が得られる気筒休止エンジンの排気システムを提供する。【解決手段】エンジンの排気管を第１分岐管１５と第２分岐管１６とに分岐させ、第１分岐管１５に装着した比較的排気ガス流通抵抗が小さい第１消音器１０と、前記第２分岐管に装着した比較的排気ガス流通抵抗が大きい第２消音器２５と、排気ガスを第１分岐管１５と第２分岐管１６とに選択的に切り替える切替弁１７を備え、全気筒運転では排気ガスが第１分岐管１５に導入されて第１消音器２０で消音されるとともにエンジン出力が向上する。気筒休止運転にあっては、第２分岐管１６が開弁され、第２消音器２５に導入され気筒休止運転による低周排気音が消音され、こもり音が効率的消音される。【選択図】図１
2017066965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常時稼働する気筒と、低出力運転時に休止する気筒を備え、前記気筒の全てが稼動する全気筒運転と前記休止する気筒が休止する気筒休止運転とに切り替え可能な気筒休止エンジンの排気システムにおいて、
前記エンジンの排気管の下流側を第１分岐管と第２分岐管とに分岐し、
前記第１分岐管に装着した比較的排気ガス流通抵抗が小さい第１消音器と、
前記第２分岐管に装着した比較的排気ガス流通抵抗が大きい第２消音器と、
前記排気管に設けられて該排気管を流れる排気ガスを前記第１分岐管と第２分岐管とに選択的に切り替える切替弁と、
前記切替弁を前記全気筒運転時には前記第１分岐管側に、前記気筒休止運転時には第２分岐管側に切替え制御する制御装置とを備えたことを特徴とするエンジンの排気システム。
【請求項２】
前記第２消音器の排気ガス排出管が前記第１消音器に連通することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気システム。
【請求項３】
前記第１消音器は、中・高周波排気音の消音作用を備え、
前記第２消音器は、低周波排気音の消音作用を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気システムに関し、特に気筒休止エンジンの排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用エンジンとしての多気筒エンジンでは、燃費の向上等を目的として常時稼動する気筒と、低出力運転時に休止する気筒とを備えた気筒休止エンジンがある。
【０００３】
このような気筒休止エンジンにおいて、全気筒運転から一部の気筒が稼動休止する気筒休止運転に移行すると、エンジンの爆発次数が下がり低周波排気音、いわゆるこもり音が増大する。
【０００４】
この種の気筒休止エンジンの消音装置において、低周波排気音を共鳴減衰作用により低減するために、消音器本体から突出する排気ガス排出管を伸長する案がある。しかし、低周波排気音を共鳴減衰作用により低減させるような長い排気ガス排出管を配置することは極めて困難であり、消音器本体内における排気ガス流通抵抗を増大させることにより排気ガスエネルギを減衰させて低周波排気音の消音を図っている。一方、消音器本体内における排気ガス流通抵抗を増大させると、全気筒運転時の出力低下が懸念される。
【０００５】
例えば、特許文献１の排気消音装置は、図７に概要を示すように、消音器本体１０１内を多孔板からなる隔壁１０２により膨張室ＡとＢとに区画し、排気ガス導入管１０３が消音器本体１０１を貫通してその下流端が外部に開口する。排気ガス導入管１０３の周壁部に排気ガスを膨張室Ａ内に導入するための透孔１０３ａを有し、下流端に開閉弁１０４を設ける。また、膨張室Ａ、Ｂ内の排気ガスを外部に排出する排気ガス排出管１０５を備える。
【０００６】
気筒休止運転では、開閉弁１０４を閉弁状態に維持し、エンジンから排気ガス導入管１０３に導入された排気ガスが、実線矢印で示すように、透孔１０３ａから膨張室Ａに流れ、さらに隔壁１０２の通孔１０２ａを通って膨張室Ｂにも流れ、これら膨張室Ａ、Ｂで繰り返される拡張により排気ガスエネルギを減衰させて消音した後、排気ガス排出管１０５から外部に排出する。
【０００７】
一方、全気筒運転では、開閉弁１０４が開弁され、エンジンから排気ガス導入管１０３に導入された排気ガスは、２点鎖線矢印で示すように、排気ガス導入管１０３の下流端から外部に排出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−４５４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１によると、気筒休止運転では、排気ガス導入管１０３の下端に設けられた開閉弁１０４を閉弁することで、排気ガスが膨張室Ａ、Ｂ内に導入されて排気ガス流通抵抗が増大して低周波排気音が消音され、全気筒運転では、排気ガス導入管１０３の開閉弁１０４が開弁して排気ガス流通抵抗が低減されてエンジン出力が向上する。
【００１０】
しかし、全気筒運転では、排気ガス導入管１０３に導入された排気ガスは、消音作用されることなく外部に排出される。
【００１１】
また、排気ガス導入管１０３が消音器本体１０１を貫通した下流端に開閉弁１０４を有することから、全気筒運転から気筒休止運転に切り替えられて開閉弁１０４が閉弁した際に、排気ガスの流動切替えが緩和で低周波排気音、すなわちこもり音の発生が懸念される。
【００１２】
さらに、単一の消音気器本体１０１内において全気筒運転および気筒運転による特性が大きく異なる高周波排気音と低周波排気音を適切に処理することは困難である。
【００１３】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、気筒休止運転では排気ガス流通抵抗を増加させて消音作用を高め、全気筒運転では消音作用を維持しつつ出力向上が得られるエンジンの排気システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成する請求項１に記載のエンジンの排気システムは、常時稼働する気筒と、低出力運転時に休止する気筒を備え、前記気筒の全てが稼動する全気筒運転と前記休止する気筒が休止する気筒休止運転とに切り替え可能な気筒休止エンジンの排気システムにおいて、前記エンジンの排気管の下流側を第１分岐管と第２分岐管とに分岐し、前記第１分岐管に装着した比較的排気ガス流通抵抗が小さい第１消音器と、前記第２分岐管に装着した比較的排気ガス流通抵抗が大きい第２消音器と、前記排気管に設けられて該排気管を流れる排気ガスを前記第１分岐管と第２分岐管とに選択的に切り替える切替弁と、前記切替弁を前記全気筒運転時には前記第１分岐管側に、前記気筒休止運転時には第２分岐管側に切替え制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成によると、全気筒運転では切替弁により、排気管を流れる排気ガスが第１分岐管に導入され、比較的排気ガス流通抵抗が小さい第１消音器に導入されて消音されるとともにエンジン出力が向上する。
【００１６】
一方、気筒休止運転にあっては、排気管を流れる排気ガスが第２分岐管に導入され、比較的排気ガス流通抵抗が大きい第２消音器に導入され、気筒休止運転による低周排気音が消音され、こもり音が効率的に消音される。
【００１７】
また、第１消音器および第２消音器の上流側となる第１分岐管と第２分岐管に排気ガスを切り替える切替弁を配置することで、切替弁の切り替えと同時に排気ガス流が第1消音器側あるいは第2消音器側に切り替えられ、応答性に優れる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記第２消音器の排気ガス排出管が前記第１消音器に連通することを特徴とする。
【００１９】
この構成によると、第２消音器の排気ガス排出管が第１消音器に連通することで、気筒休止運転時に第２消音器で消音された排気ガスが排気ガス排出管において消音され、さらに第１消音器で消音される。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記第１消音器は、中・高周波排気音の消音作用を備え、前記第２消音器は、低周波排気音の消音作用を備えたことを特徴とする。
【００２１】
これによると、第２消音器で気筒休止運転における低周波排気音が効率的に消音され、第１消音器において中・高周波排気音が消音される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、全気筒運転では排気ガスが比較的排気ガス流通抵抗が小さい第１消音器に導入され、消音されるとともにエンジン出力が向上する。一方、気筒休止運転にあっては排気ガスが比較的排気ガス流通抵抗が大きい第２消音器に導入されて低周排気音が消音され、こもり音が効率的消音される。
【００２３】
また、切替弁の切り替えと同時に排気ガス流を切り替えられ、応答性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施の形態に係るエンジンの排気システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】作用説明図であり、（ａ）は全気筒運転時の作用を示し、（ｂ）は気筒休止運転時の作用を示す。
【図３】作動フローチャートである。
【図４】作動フローチャートである。
【図５】第２実施の形態に係るエンジンの排気システムの概略構成を示す模式図である。
【図６】作動説明図であり、（ａ）は全気筒運転時の作用を示し、（ｂ）は気筒休止運転時の作用を示す。
【図７】従来の消音装置の概要説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１実施の形態）
本発明におけるエンジンの排気システムの第１実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。
【００２６】
図１はエンジンの排気システム１の概略構成を示す模式図であり、図２は作用説明図である。
【００２７】
本実施の形態において、車両用エンジン１０は、常時稼動する２気筒と低出力運転時に稼動休止する２気筒を備え、気筒の全てが稼動する全気筒運転と低出力運転時に稼動休止する気筒が休止する気筒休止運転とに切り替え可能な気筒休止エンジンであって、各気筒から図示しない排気マニホールドに排気ガスが排出される。
【００２８】
排気マニホールドは各気筒の排気ポートにそれぞれ接続する複数の排気導入部と、それらの排気導入部を集合させる集合管部を有しており、排気システム１は排気マニホールドを介してエンジンからの排気ガスが導入される排気管を有する。排気管は、エンジンからの排気ガスが導入される前部排気管１１を有し、前部排気管１１に副消音器１２が接続され、副消音器１２の排気ガス排出管に主排気管１３が接続される。主排気管１３の後端に後述する切換え弁１７を介在して左右に分岐する第１分岐管１５および第２分岐管１６が接続される。
【００２９】
第１分岐管１５の下流端に第１消音器２０の排気ガス導入管が接続され、第２分岐管１６に第２消音器２５の排気ガス導入管が接続される。さらに、第２消音器２５の排気ガス排出管２７が第１消音器２０の排気ガス導入管に接続される。これら第１消音器２０および第２消音器２５は車体左右に分離して並列配置されて車体前後方向長を抑制するとともに排気ガス排出管２７を伸長させる。この排気ガス排出管２７の長尺化によっては排気ガス排出管２７での排気ガス流通抵抗が増大する。
【００３０】
第１消音器２０は、例えば消音器本体２１の内部に膨張室が形成され、第１分岐管１５に接続されて消音器本体２１内に排気ガスを導入する排気ガス導入管および消音器本体２１内の排気ガスを排出する排気ガス排出管２２を有する。この第１消音器２０は、主に中・高周波排気音の消音作用を担当すべく比較的排気ガス流通抵抗が小さく、圧力損失が低く設定される。
【００３１】
一方、第２消音器２５は、例えば消音器本体２６の内部に複数の膨張室および膨張室にグラスウールが収容されて形成され、第２分岐管１６に接続されて消音器本体２６内に排気ガスを導入する排気ガス導入管および消音器本体２６内の排気ガスを排出する排気ガス排出管２７を有する。この第２消音器２５は、主に低周波排気音の消音作用を担当すべく比較的排気ガス流通抵抗が大きく設定される。
【００３２】
排気管の分岐点となる主排気管１３の下端に配置される切換弁１７は、電動式あるいは油圧式のアクチュエータ１８の作動により第１分岐管１５側を開弁し第２分岐管１６側を閉弁する全気筒運転位置と、第１分岐管１５側を閉弁し第２分岐管１６側を開弁する気筒休止運転位置とに選択的に切り替えるように構成される。全気筒運転位置において実線矢印ａで示すように主排気管１３からの排気ガスを第１分岐管運転１５側に誘導し、気筒休止運転位置において二点鎖線矢印ｂで示すように主排気管１３からの排気ガスを第２分岐管１６に誘導する。
【００３３】
アクチュエータ１８には、アクチュエータ１８を作動する制御装置１９が接続される。制御装置１９は、例えばエンジン制御装置（ＥＣＵ）から気筒休止運転時に出力する気筒休止信号に従ってアクチュエータ１８を作動制御する。
【００３４】
次に、このように構成された排気システムの作用を図２に示す作動説明図および図３の作動フローチャートを参照して説明する。
【００３５】
エンジン１０の運転に伴って、気筒休止運転時にはエンジン制御装置（ＥＣＵ）から制御装置１９に気筒休止信号が送信され、かつ全気筒運転では気筒休止信号の送信が中断する。
【００３６】
制御装置１９では、エンジン制御部から送信される気筒休止信号の有無に従って全気筒運転か否か判断する（ステップＳ１０１）。
【００３７】
ステップＳ１０１でＹｅｓ、すなわち、全気筒運転では、アクチュエータ１８の作動により切替弁１７を全気筒運転位置に切替えて維持する（ステップＳ１０２）。これにより第１分岐管１５側が開弁し第２分岐管１６側が閉弁して図２（ａ）に示すように主排気管１３からの排気ガスが第１分岐管１５に誘導される。これにより、エンジン１０からの排気ガスは、主排気管１３から第１分岐管１５を経て中・高周波排気音の消音作用を担当する第１消音器２０に導入され、第１消音器２０で消音されて、排気ガス排出管２２から外部に排出する。
【００３８】
一方、ステップＳ１０１でＮｏ、すなわち、気筒休止運転では、アクチュエータ１８の作動により切替弁１７を気筒休止運転位置に切替えて維持する（ステップＳ１０３）。
【００３９】
これにより第１分岐管１５側が閉弁し第２分岐管１６側が開弁して図２（ｂ）に示すように主排気管１３からの排気ガスが第２分岐管１６に誘導する。これにより、エンジン１０からの排気ガスは、主排気管１３から第２分岐管１６を経て排気ガス流通抵抗が大きく主に低周波排気音の消音作用を担当する第２消音器２５に導入され、第２消音器２５で消音され、さらに排気ガス排出管２７を介して第１消音器２０に導入され、第１消音器２０で消音されて排気ガス排出管２２から外部に排出する。
【００４０】
次に、作用について説明する。
【００４１】
エンジン１０の運転中、エンジン１０の排気マニホールドから前部排気管１１および副消音器１２を経て主排気管１３に排気ガスが導入する。全気筒運転では切替弁１７が全気筒運転位置に保持されて図２（ａ）に示すように排気ガスは主排気管１３から第1分岐管１５側に導入される。第１分岐管１５から主に中・高周波排気音の消音作用を担当する比較的排気ガス流通抵抗が小さく設定された第１消音器２０に導入され、第１消音器２０で消音されて排気ガス排出管２２から外部に排出される。ここで、第１消音器２０は、排気ガス流通抵抗が小さく、圧力が損失が極めて小さくエンジン出力が向上する。
【００４２】
一方、気筒休止運転にあっては、切替弁１７が気筒休止運転位置に保持されて排気ガスが主排気管１３から第２分岐管１６側に導入され、比較的排気ガス流通抵抗が大きく低周波排気音の消音作用に優れた第２消音器２５に導入される。第２消音器２５で消音された排気ガスは、第２消音器２５の長い排気ガス排出管２７を経由して消音作用を受けた後、第１消音器２０に導入されてさらに第1消音器２０で消音されて排気ガス排出管２２から外部に排出される。換言すると、気筒休止運転における排気ガスは、排気ガス流通抵抗は大きい第２消音器２５、排気ガス排出管２７および第１消音器２０によって連続的に消音されてこもり音が効率的消音される。
【００４３】
また、第１消音器２０および第２消音器２５の上流側となる第１分岐管１５および第２分岐管１６の上流端と主排気管１３の下流端間に切替弁１７を介在することで、全気筒運転から気筒休止運転に移行した際、切替弁１７を全気筒運転位置から気筒休止運転位置に切り替えることで、瞬時に第１消音器２０から第２消音器２２に切り替えられ、瞬時に第２消音器２５により消音作用が得られる。
【００４４】
これにより、全気筒運転から気筒休止運転に切り替えられた際、排気ガスが主排気管１３内に滞留することがなく、低周波排気音、すなわちこもり音の発生が抑制される。
【００４５】
このように、エンジン１０からの排気ガスを全気筒運転では第１消音器２０側に、気筒休止運転では第２消音器２５側に切り替える切替弁１７を備えることで、気筒休止運転では、エンジン１０からの排気ガスは、排気ガス流通抵抗が大きく低周波排気音の消音作用が優れた第２消音器２５の消音作用で消音され、更に第１消音器２０の消音作用で消音されて排気消音効果が高められる。一方、全気筒運転領域では排気ガス流通抵抗が比較的小さい第１消音器２０により消音され、かつエンジンの出力向上効果が得られる。
【００４６】
なお、上記説明では、エンジンＥＣＵからの気筒休止信号に基づき、切替弁１７を切替えように構成したが、全気筒が稼働する全気筒運転の排気ガス圧に対し、一部の気筒のみが稼働する気筒休止運転の排気ガス圧は極めて小さいことから、排気系、たとえ前部排気管１１の排気ガス圧を検出することで全気筒運転あるは気筒休止運転が検知できる。
【００４７】
そこで、排気ガス圧力センサによる排気ガス圧信号に基づき切替弁１７を切り替え制御する例を図１および図４のフローチャートに従って説明する。
【００４８】
排気系経路の閾値以上の排気ガス圧を検知した際、制御装置１９に排気ガス圧信号を出力する排気ガス圧センサを有し、制御装置１９は排気ガス圧信号の有無によりアクチュエータを作動制御する。他の構成は上記構成同様である。
【００４９】
図４にフローチャートを示すように、排気ガス圧力センサが閾値以上の排気ガス圧を検知した際に、制御装置１９に排気ガス圧信号が送信さされる。制御装置１９では全気筒運転信号の有無に従って全気筒運転か否か判断する（ステップＳ１０５）。
【００５０】
ステップＳ１０５でＹｅｓ、すなわち全気筒運転では、アクチュエータ１８の作動により切換弁１７を全気筒運転位置に切り替えて第２分岐管１６側を閉弁して第１分岐管１５側を開弁する（ステップＳ１０６）。これにより、図２（ａ）に示すようにエンジン１０からの排気ガスは、主排気管１３から第１分岐管１５を経て排気ガス流通抵抗の小さい第１消音器２０に供給され、第１消音器２０で消音作用され、排気ガス排出管２２から外部に排出される。
【００５１】
一方、ステップＳ１０５でＮｏ、すなわち気筒休止運転では、アクチュエータ１８の作動により、切換弁１７を気筒休止運転位置に切り替え第１分岐管１５側を閉弁して第２分岐管１６側を開弁する（ステップＳ１０７）。
【００５２】
これにより、図２（ｂ）に示すようにエンジン１０からの排気ガスは、主排気管１３から第２分岐管１６を経て排気ガス流通抵抗が大きく低周波排気音の低減作用に優れた第２消音器２５に供給され、第２消音器２５で消音作用され、第２消音器２５で消音された排気ガスが排気ガス排出管２２を経由して排気ガス流通抵抗の小さい第１消音器２０に供給され、第１消音器２０で消音作用され、排出ガス排出管２２から外部に排出される。
【００５３】
（第２実施の形態）
第２実施の形態を図５および図６を参照して説明する。なお、上記第１実施の形態における図１と対応する部位に同一符号を付することで該部の詳細な説明を省略する。
【００５４】
図５はエンジンの排気システムの概略構成を示す模式図である。
【００５５】
車両用エンジン１０は、常時稼動する２気筒と低負荷出運転時に稼動休止する２気筒を備える気筒休止エンジンであって、各気筒から図示しない排気マニホールドに排気ガスが排出される。排気システム１は排気マニホールドを介してエンジンからの排気ガスが導入される前部排気管１１を有し、前部排気管１１に副消音器１２が接続され、副消音器１２の排気ガス排出管に主排気管１３が接続される。
【００５６】
主排気管１３の後端に切換弁１７を介在して第１分岐管１５および第２分岐管１６が接続される。第１分岐管１５の下流端に第１消音器２０が接続され、第２分岐管１６に第２消音器２５が接続される。
【００５７】
第１消音器２０は、第１分岐管１５に接続されて消音器本体２１内に排気ガスを導入する排気ガス導入管および排気ガス排出管２２を有する。この第１消音器２０は、主に高中周波排気音の消音作用を担当すべく比較的排気ガス流通抵抗が小さく、圧力損失が低く設定される。
【００５８】
一方、第２消音器２５は、第２分岐管１６に接続されて消音器本体２６内に排気ガスを導入する排気ガス導入管および排気ガス排出管２７を有する。この第２消音器２５は、主に低周波排気音の消音作用を担当すべく比較的排気ガス流通抵抗が大きく設定される。
【００５９】
切換弁１７は、アクチュエータ１８の作動により第１分岐管１５側を開弁し第２分岐管１６側を閉弁する全気筒運転位置と第１分岐管１５側を閉弁し第２分岐管１６側を開弁する気筒休止運転位置とに選択的に切り替えるように構成される。全気筒運転位置において実線矢印ａで示すように主排気管１３からの排気ガスを第１分岐管１５に誘導し、気筒休止開弁位置において鎖線矢印ｂで示すように主排気管１３からの排気ガスを第２分岐管１６に誘導する。
【００６０】
エンジン１０の運転中、エンジン１０の排気マニホールドから前部排気管１１、副消音器１２および主排気管１３に排気ガスが導入され、全気筒運転では切替弁１７が全気筒運転位置に保持されて、図６（ａ）に示すように排気ガスは主排気管１３から第１分岐管１５側に導入されて比較的排気ガス流通抵抗が小さく設定された第１消音器２０に導入される。第１消音器２０で消音されて排気ガス排出管２２から外部に排出される。ここで、第１消音器２０は、排気ガス流通抵抗が小さく、圧力損失がなく、或いは極めて小さくエンジン出力の低減が抑制される。
【００６１】
一方、気筒休止運転にあっては、切替弁１７が気筒休止運転位置に保持されて主排気管１３から第２分岐管１６側に導入され、比較的排気ガス流通抵抗が大きく低周波排気音の消音作用に優れた第２消音器２５に導入される。気筒休止運転における排気ガスは、排気ガス流通抵抗は大きい第２消音器２５よって消音されてこもり音が効率的消音される。
【００６２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１        排気システム
１０      車両用エンジン
１３      主排気管
１５      第１分岐管
１６      第２分岐管
１７      切替弁
１９      制御装置
２０      第１消音器
２１      消音器本体
２２      排気ガス排出管
２５      第２消音器
２６      消音器本体
２７      排気ガス排出管
【図１】
2017066965.tif 000003
【図２】
2017066965.tif 000004
【図３】
2017066965.tif 000005
【図４】
2017066965.tif 000006
【図５】
2017066965.tif 000007
【図６】
2017066965.tif 000008
【図７】
2017066965.tif 000009