(57)【要約】【課題】圧力損失によるエンジン出力の低下を抑えつつ、排気圧力に応じた排気流路の切換を行えるようにする。【解決手段】内燃機関（エンジン）の排気管１０と、消音器２０とが並列に設けられた排気系において、排気管１０の途中に設けられて排気管１０と消音器２０とを連通する開口１１と、開口１１を開閉する切換部１２と、排気管１０から分岐する分岐管３０と、分岐管３０の背圧により切換部１２を操作する切換操作部とを備え、切換操作部を、分岐管３０の背圧を受けて、切換部１２を全閉位置に移動させる方向に付勢される可動部４０と、切換部１２を全開位置に移動させる方向に可動部４０を付勢するスプリング４３と、可動部４０と切換部１２とを接続して、切換部１２を可動部４０と連動して移動させる接続部４１とから構成し、排気ガスの流路の切り換えが、排気管１０から分岐する分岐管３０の背圧を受けた可動部４０で行うようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管と、消音器とが並列に設けられた排気系において、
前記排気管の途中に設けられて、前記排気管と前記消音器とを連通する開口と、
前記開口を開閉する開閉切換部と、
前記排気管から分岐する分岐管と、
前記分岐管の背圧により、前記開閉切換部を操作する切換操作部と、を設けたことを特徴とする内燃機関の可変排気装置。
【請求項２】
前記切換操作部は、
前記分岐管の背圧を受けて、前記開閉切換部を前記開口を全閉する位置に移動させる方向に付勢される可動部と、
前記開閉切換部を前記開口を全開する位置に移動させる方向に、前記可動部を付勢する付勢手段と、
前記可動部と前記開閉切換部とを接続して、前記開閉切換部を前記可動部の移動に連動して移動させる接続部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変排気装置。
【請求項３】
前記付勢手段は、前記分岐管の延長上に設けられたスプリングであり、
前記可動部は、前記分岐管の背圧による付勢力と、前記スプリングによる付勢力とが均衡する位置に移動して、前記開口の開度を決定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変排気装置。
【請求項４】
前記分岐管の先端部は、拡径されて拡径部とされており、
前記可動部は、前記分岐管の背圧と前記拡径部の流路断面積により決まる付勢力と、前記付勢手段による付勢力とが均衡する位置に移動して、前記開口の開度を決定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の可変排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の可変排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）の排気系では、排気流路に設けた消音器で、排気騒音を消音させている。エンジンの排気系では、エンジンが低速回転している時には排気ガスの流れを阻害して消音効率を向上させ、またエンジンが中・高速回転している時には排気ガスを流れ易くして背圧を減少させることで出力を増加させることが求められている。
そのため、低・中・高速回転時に使用される排気流路と、中・高速回転時のみに使用される排気流路とを消音器内に設けて、排気ガスの排気流路を、流路可変機構で切換えるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】実開平０６−０７３３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図３は、特許文献１に開示されたような従来例にかかる消音器の流路可変機構を模式的に示した図である。
従来例にかかる消音器の流路可変機構５０は、排気流路を構成する配管５１の出口側の開口５２を開閉する切換弁５３と、開口５２を閉じる方向に切換弁５３を付勢するバネ５４と、から構成される。
この流路可変機構５０では、切換弁５３に作用する背圧がバネ５４の付勢力よりも小さい低速回転時には、開口５２が閉じられ（図３の（ａ）参照）、背圧がバネ５４の付勢力よりも大きくなる中・高速回転時には、開口５２が開かれる（図３の（ｂ）参照）ので、エンジンの回転に応じて開口５２が開閉されて、排気流路が切り換えられるようになっている。
【０００４】
この流路可変機構５０を有する消音器を採用すると、切換弁５３が排気流路上に設けられているので、流路可変機構５０を設けていない消音器の場合に比べて、中・高速回転時の圧力損失が大きくなり、その分だけエンジンの出力が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、圧力損失によるエンジン出力の低下を抑えつつ、排気流路の切換が適切に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃機関の排気管と、消音器とが並列に設けられた排気系において、排気管の途中に設けられて、排気管と消音器とを連通する開口と、開口を開閉する開閉切換部と、排気管から分岐する分岐管と、分岐管の背圧により、開閉切換部を操作する切換操作部と、を設けた構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排気管と消音器とを連通する開口を開閉する開閉切換部は、排気管から分岐する分岐管の背圧を受けた切換操作部により操作される。開口の開閉に際し、切換操作部は、排気管の背圧を受けず、排気管内を流れる排気ガスの流れを直接阻害しないので、圧力損失によるエンジン出力の低下を抑えつつ、排気圧力に応じた排気流路の切換が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態に係る可変排気装置を備える排気ガスの排気流路を説明する断面図であり、（ａ）は、排気流路を切り換える切換部１２の位置が、開口１１を全開する全開位置である場合を示しており、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図２は、排気流路を切り換える切換部１２の位置が、開口１１を全閉する全閉位置である場合を説明する図である。
【０００９】
図示しないエンジンからの排気ガスを大気中に放出する排気管１０は、消音器２０を貫通して設けられている。
排気管１０は、断面略円形状の筒状体であり、排気管１０の消音器２０に挿入された部分の上流側の位置には、排気管１０の内部の排気流路と消音器２０の内部とを連通する開口１１が設けられている。
開口１１は、排気管１０の軸方向（長手方向）の所定範囲内に、周方向に沿って所定間隔で複数設けられており、図中左側から排気管１０内に導入された排気ガスのうち、開口１１を通って消音器２０の内部に排出され排気ガスは、消音器２０内の図示しない消音流路を通過したのちに、大気中に放出されるようになっている。
【００１０】
消音器２０の内部において、排気管１０には、開口１１を開閉して排気ガスの排気流路を切り換えるための切換部１２が外挿されている。
切換部１２は、円筒形状を有しており、軸方向長さＬ１は、切換部１２で開口１１を閉じることができるように、開口１１の軸方向長さＬ２よりも長く設定されている。
切換部１２は、排気管１０の長手方向に沿って摺動可能に設けられており、開口１１を全開する全開位置（図１の（ａ）参照）と、全閉する全閉位置（図２参照）との間で、移動可能とされている。
【００１１】
排気管１０の消音器２０よりも上流側の位置には、排気管１０よりも流路断面積の小さい分岐管３０が、排気管１０から分岐して設けられている。
分岐管３０は、排気管１０から所定距離離れた位置で、排気管１０の下流側に向けて折り曲げられており、折り曲げ部分より先の分岐管３０ａは、排気管１０と平行に配置されている。
分岐管３０ａは、消音器２０内に挿入されており、消音器２０内において、分岐管３０ａの先端は拡径されて拡径部３０ｂが形成されている。
【００１２】
拡径部３０ｂの先端には、有底円筒形状の可動部４０が、拡径部３０ｂの長手方向に摺動可能となるように、外嵌して設けられており、分岐管３０ａの先端部に、拡径部３０ｂと可動部４０とからなる圧力室Ｐが形成されている。
ここで、拡径部３０ｂの先端は、可動部４０により閉塞されており、エンジンの回転数が上昇して分岐管３０ａの背圧が上昇すると、圧力室Ｐ内の圧力が大きくなる。よって、拡径部３０ｂに摺動可能に外嵌されている可動部４０は、エンジンの回転数が上昇するにつれて、より大きな付勢力で、排気管１０の下流方向（図中右側方向）に向けて付勢される。
【００１３】
可動部４０は、拡径部３０ｂに外嵌する周壁部４０ａに設けた接続部４１により、切換部１２と接続されている。ここで、排気管１０と分岐管３０ａとが互いに平行に配置されているので、可動部４０が拡径部３０ｂの軸方向（軸線Ｘ方向）に沿って摺動すると、切換部１２が、可動部４０の摺動に連動して、排気管１０の軸方向（排気管１０の中心を通る軸線Ｙ方向）に沿って摺動する。すなわち、切換部１２が、可動部４０により、全閉位置と全開位置との間の所定位置に配置されるようになっている。
【００１４】
可動部４０の底部４０ｂには、スプリング４３が外嵌されるスプリング係合部４２が設けられている。
スプリング４３は、一端側を、可動部４０のスプリング係合部４２に、他端側を、消音器２０の内壁２１に設けたスプリング係合部２２に、それぞれ外嵌して固定されている。スプリング４３は、分岐管３０ａの中心を通る軸線Ｘ上に配置されており、可動部４０を排気管１０の上流方向（図中左方向）に常時付勢している。
【００１５】
そのため、エンジンの停止時には、可動部４０は、スプリング４３による付勢力のみを受けて、切換部１２を全開位置に配置させて、開口１１を全開する（図１の（ａ）参照）。
また、エンジンが始動されると、可動部４０は、分岐管３０の背圧による付勢力と、スプリング４３による付勢力とが均衡する位置に移動して、これら付勢力の釣り合いに応じて決まる所定位置に切換部１２を配置させて、開口１１を所定の開度にする。
そして、可動部４０は、分岐管３０背圧による付勢力がスプリング４３による付勢力よりも大きくなると、切換部１２を全閉位置に配置させて、開口１１を全閉する（図２参照）。
【００１６】
ここで、切換部１２による開口１１の開閉動作の特性は、分岐管３０の背圧により可動部４０に作用する付勢力と、スプリング４３による付勢力とにより決まる。
実施形態では、図１の（ｂ）に示すように、拡径部３０ｂの流路断面積Ｂを、分岐管３０ａの流路断面積Ａよりも大きくして、可動部４０の受圧面を広くしており、エンジンの回転数に応じて決まる背圧と拡径部３０ｂの流度断面積とに応じて決まる所望の付勢力が可動部４０に作用するようにしている。
また、スプリング４３のバネ定数や、流路断面積Ａ、Ｂは、実験結果を踏まえて、排気流路の切換が適切に行えるように設定されている。
【００１７】
かかる構成の可変排気装置を備える排気ガスの排気流路では、エンジンの回転数が低く圧力室Ｐに作用する分岐管３０の背圧が小さい間は、可動部４０を排気管１０の下流方向に付勢する付勢力が、スプリング４３が可動部４０を排気管１０の上流方向に付勢する付勢力よりも小さいので、切換部１２は、全開位置に保持される（図１参照）。
よって、排気ガスの一部は、消音器２０内の消音流路を経たのちに大気中に放出されるので、排気騒音が低減される。
【００１８】
そして、エンジンの回転数の増大により分岐管３０の背圧が上昇し、可動部４０を図中右方向に付勢する付勢力が、可動壁を図中左方向に付勢するスプリング４３の付勢力よりも大きくなると、可動部４０は切換部１２を全閉位置に向けて摺動させる。
そして、エンジンの回転数が増大を続けると、開口１１が切換部１２により狭められてゆき、エンジンの回転数が高回転領域に達した地点で、切換部１２が全閉位置に配置されて、開口１１が閉じられる。
よって、排気ガスは、消音器２０内の消音流路を通過せずに、そのまま排気管１０から大気中に放出されるようになり、これに伴って背圧が減少するので、エンジンの出力が増大する。
【００１９】
ここで、実施形態の拡径部３０ｂと、可動部４０と、接続部４１と、スプリング４３とが、発明における切換操作部を構成する。
【００２０】
以上の通り、実施形態では、内燃機関（エンジン）の排気管１０と、消音器２０とが並列に設けられた排気系において、排気管１０の途中に設けられて、排気管１０と消音器２０とを連通する開口１１と、開口１１を開閉する切換部１２と、排気管１０から分岐する分岐管３０と、分岐管３０の背圧により切換部１２を操作する切換操作部とを備えて、排気ガスの流路の切り換えが、排気管１０から分岐する分岐管３０の背圧を受けた切換操作部により行われる構成とした。
これにより、開口の開閉に際し、切換操作部は、排気管の背圧を受けず、排気管内を流れる排気ガスの流れを直接阻害しないので、排気管の延長上に排気流路を切り換えるための切換弁が設けられた従来の装置に比べて、排気ガスの流路を切り換える際の圧力損失を抑えることができる。よって、圧力損失によるエンジンの出力の低下を抑えつつ、排気圧力に応じた排気流路の切換が行える。
さらに、切換部１２の操作に内燃機関の背圧を利用するので、切換部を操作するための機構、例えばサーボモータなどを別途設ける必要がない。また、排気流路の切換を可能にするために従来例のような切換弁を設ける必要もない。よって、内燃機関の可変排気装置の部品点数を抑えて、装置をより安価で提供できるようになる。
【００２１】
また、切換部１２は、開口１１を全閉する全閉位置（図２）と、開口１１を全開する全開位置（図１の（ａ））との間で移動可能とされており、切換操作部は、分岐管３０の背圧を受けて、切換部１２を全閉位置に移動させる方向に付勢される可動部４０と、切換部１２を全開位置に移動させる方向に可動部４０を付勢するスプリング４３と、可動部４０と切換部１２とを接続して、切換部１２を可動部４０と連動して移動させる接続部４１と、を備える構成とした。
これにより、エンジンの回転数が小さい低速回転時には、スプリング４３による付勢力のほうが、分岐管３０の背圧による付勢力よりも大きいので、開口１１が全開されて、消音器２０に排気ガスが導かれる。よって、低速回転時の消音効率を向上させることができる。
そして、エンジンの回転数が大きくなると、分岐管３０の背圧による付勢力が大きくなり、切換部１２が全閉位置に向けて移動させられて、開口１１が全閉される。よって、消音器２０に導かれる排気ガスの量が減少して、最終的に消音器２０側に排気ガスが流れなくなるので、排気ガスの抜けが良くなり、エンジンの出力が向上する。
よって、エンジンが低速回転している時に必要とされる低騒音化と、中・高速回転している時に必要とされる低背圧化の両方を達成できる。
これにより、近年の排気騒音規制の強化や排気有害物質の低減要求により、消音器や触媒装置の要求性能の確保のために内燃機関の背圧が高くなっても、中・高速回転走行時におけるエンジンの出力低下を好適に防止できる。
【００２２】
また、スプリング４３は、分岐管３０の中心を通る軸線Ｘの延長上に設けられており、可動部４０は、分岐管３０の背圧による付勢力と、スプリング４３による付勢力とが均衡する位置に移動して、切換部１２による開口１１の開度を決定する構成とした。これにより、開口１１の開閉特性は、スプリング４３による付勢力で調整できるので、排気流路の切り換えを所望のタイミングで行うことができる内燃機関の可変排気装置を提供できる。また、付勢力の異なるスプリングを複数用意しておくことで、スプリングを交換するだけで、排気流路の切り換えタイミングを所望のタイミングにした内燃機関の可変排気装置を提供できる。
【００２３】
さらに、分岐管３０ａの先端部は、拡径されて拡径部３０ｂとされており、可動部４０は、分岐管３０ａの背圧と拡径部３０ｂの流路断面積により決まる付勢力と、付勢手段（スプリング４３）による付勢力とが均衡する位置に移動して、切換部１２による開口１１の開度を決定する構成とした。
これにより、拡径部３０ｂの流路断面積と、スプリング４３による付勢力とを適宜調整することで、排気流路の切り換えを所望のタイミングで行うことのできる内燃機関の可変排気装置とすることができる。
【００２４】
前記した実施形態では、排気管１０の消音器２０よりも上流側の位置から、分岐管３０が分岐する場合を例示したが、消音器２０内において、排気管１０から分岐するように設けても良い。
また、消音器２０の密閉性を損なうことがない限り、分岐管３０とその先端の可動部４０とスプリング４３とを、消音器２０の外側に設けて、消音器２０に挿入した接続部で切換部１２を操作するようにしても良い。
【００２５】
さらに、前記した実施形態では、開口１１が、排気管１０の周方向に沿って所定間隔で複数設けられている場合を例示したが、開口の形状は、排気流路と消音器２０の消音流路とを連通できる形状であれば、円形、楕円、スリット形状など、適宜選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る可変排気装置を備える排気ガスの排気流路の断面図である。
【図２】実施形態に係る可変排気装置の作動を示す図である。
【図３】従来例に係る流路可変機構の作動を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    排気管
１１    開口
１２    切換部(開閉切換部）
２０    消音器
２１    内壁
２２    スプリング係合部
３０    分岐管
３０ａ  分岐管
３０ｂ  拡径部
４０    可動部
４１    接続部
４２    スプリング係合部
４３    スプリング（付勢手段）
５０    流路可変機構
５１    配管
５２    開口
５３    切換弁
５４    バネ
Ｐ      圧力室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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