(57)【要約】【課題】内燃機関の出力向上と排気浄化性能の両立を図る。【解決手段】排気マニホールド２を、燃焼順序が隣り合わない気筒同士からなる気筒毎に、排気通路２１，２２とに分割して形成すると共に、各排気通路２１，２２に容積部２１ａ，２２ａを形成し、容積部２１ａ，２２ａ上流側の排気通路２１，２２相互を接続した合流通路２３と排気通路２１との分岐点に設けた通路切換弁２４によって、高出力要求時は排気通路２１，２２に別々に排気を流通させ、それ以外は、排気通路２１，２２を容積部２１ａの上流側で合流させる形態とに切り換えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マニホールドを、燃焼順序が隣り合わない気筒同士からなる気筒群毎に、複数系統の排気通路に分割して形成すると共に、少なくとも１つの気筒群の排気通路に容積部を形成し、
これら複数系統の排気通路に別々に排気を流通させる形態と、複数系統の排気通路を前記容積部の上流側で合流させる形態とに切り換える通路切換手段と、
機関運転状態に応じて前記通路切換手段の切換を制御する制御手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、ノッキングを回避する運転領域または排気圧の上昇を抑制する運転領域では、前記複数系統の排気通路に別々に排気を流通させる形態を選択し、それ以外の運転領域では前記複数系統の排気通路を前記容積部の上流側で合流させる形態を選択することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項３】
複数系統の排気通路の全てに同一形状の容積部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項４】
前記通路切換手段は、被合流側の排気通路に排気を合流させる合流側の排気通路の途中から分岐して前記被合流側の排気通路に至る合流通路と、該合流通路の前記分岐点に介装されて、該被合流側の排気通路の分岐点上流側の通路を、下流側の通路と合流通路とに選択的に連通させる通路切換弁と、を備えて構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項５】
前記通路切換弁と、該通路切換弁が着座する排気通路壁との、各着座面を球面状に形成したことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項６】
前記通路切換弁と、該通路切換弁が着座する排気通路壁との、各着座面をテーパ状に形成したことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気マニホールドの通路形態に関し、特に、出力向上と排気浄化性能を両立させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気マニホールドに容積部を形成し、排気中の未燃ＨＣを容積部内で反応させて浄化し、排気温度上昇によって触媒の暖機活性を促進させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２９４１５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、排気マニホールドを２系統に分割して排気干渉を低減し、排気脈動による掃気効率を高め、出力を向上させる技術が知られている。
このように２系統に分割した排気マニホールドの各系統に容積部を設けても、未燃ＨＣの良好な反応を得ることが難しいことが判明した。
【０００４】
これは、各気筒から排出される排気のうち、初めに未燃ＨＣを多く含み、次いで、酸素濃度の高い排気が排出されることが知られており、初めに排出されたＨＣがその前の燃焼気筒から排出された排気中の酸素と反応して浄化される作用を有するのに対し、２系統に分割した場合、排気が２気筒置きに排出されるため、未燃ＨＣがその２回前の燃焼気筒から排出された排気中の酸素と良好に反応できないまま排出してしまうためと考えられる。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、出力向上と排気浄化性能向上とを両立した内燃機関の排気制御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】
【０００６】
このため、本発明は、以下のように構成した。
排気マニホールドを、燃焼順序が隣り合わない気筒同士からなる気筒毎に、複数系統の排気通路に分割して形成すると共に、少なくとも一方の気筒群に容積部を形成する。
【０００７】
これら複数系統の排気通路に別々に排気を流通させる形態と、複数系統の排気通路を前記容積部の上流側で合流させる形態とに切り換える通路切換手段と、
機関運転状態に応じて前記通路切換手段の切換を制御する制御手段と、
を設ける。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、出力を優先する場合は複数系統の排気通路に別々に排気を流通させる形態を選択することにより、排気通路の抵抗を小さくできると共に、各排気通路で燃焼順序が隣り合わない気筒からの排気が流れるため排気干渉を回避でき、排気脈動により掃気効率が高められ出力を向上できる。
【０００９】
また、上記以外の運転時は、複数系統の排気通路を容積部の上流側で合流させる形態を選択することにより、各気筒からの排気が容積部で混合し、排気中の未燃ＨＣが酸素と十分に反応して良好な浄化性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関の概要構成を示す。
４気筒内燃機関（エンジン）における機関本体１の排気ポート出口には、排気マニホールド２が接続されている。
【００１１】
前記排気マニホールド２は、燃焼順序（点火順序）が隣り合わない気筒同士からなる気筒群毎に、２系統の排気通路２１，２２に分割して形成してあり、下流端で合流して１本の排気管３と接続している。
【００１２】
具体的には、＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の点火順序において、排気通路２１は、＃１気筒と＃４気筒に接続し、排気通路２２は、＃２気筒と＃３気筒に接続する。
【００１３】
ここで、排気通路２１，２２は、それぞれ、上記のように燃焼順序が隣り合わず排気干渉を生じない気筒からの排気が流れるときに、排気脈動効果によって掃気効率が高められ、高出力を確保できる等価管長に設定してある。
【００１４】
前記排気通路２１，２２の下流部には、同一形状の容積部２１ａ，２２ａを形成し、これら容積部２１ａ，２２ａの上流側相互を結ぶ合流通路２３を形成してある。
前記合流通路２３と排気通路２１との分岐点に、通路切換弁２４を介装する。
【００１５】
前記通路切換弁２４は、前記排気通路２１の上流側の通路を、そのまま下流側の通路に連通し、合流通路２３とは遮断する非合流位置（点線で図示）と、上流側の通路を下流側の通路とは遮断し、合流通路２３と連通する合流位置（実線で図示）と、に切換自由に構成してある。
【００１６】
これら合流通路２３と通路切換弁２４とにより、通路切換手段が構成される。
前記排気管３には、三元触媒等の排気浄化触媒４が介装してある。
ＥＣＵ（電子制御装置）５には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ６、吸入空気量を検出するエアフローメータ７、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ８、機関冷却水温度を検出する水温センサ９などの信号が入力される。
【００１７】
ＥＣＵ５は、これら各センサからの信号より検出した機関運転状態に基づいて、前記通路切換弁２４の位置を制御する。すなわち、ＥＣＵ５により、制御手段が構成される
図２は、上記ＥＣＵ５による通路切換弁２４の制御のフローを示す。
【００１８】
ステップＳ１では、前記各種センサ類からの検出値を読み込む。
ステップＳ２では、前記検出値に基づいて、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷Ｔｅ（目標スロットル開度、燃料噴射量等）を算出する。
【００１９】
ステップＳ３では、前記エンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷Ｔｅに基づいて、図３に示すノッキング回避要求がある領域、または、図４に示す排圧上昇回避要求がある領域かを判定する。
【００２０】
ノッキング回避要求または排圧上昇回避要求がある領域と判定したときは、ステップＳ４へ進んで、通路切換弁２４を、排気通路２１の上流側と下流側とを連通し、合流通路２３を遮断する非合流位置に制御する。
【００２１】
これにより、２系統の排気通路２１，２２にそれぞれ排気干渉を生じない気筒同士の排気が流れ、通路抵抗の減少および排気脈動効果によって掃気効率が十分に高められる。
したがって、ノッキング回避が要求される領域（低・中回転高負荷域）では、掃気効率を高めることにより、各気筒の残留ガスを低減して筒内温度の上昇を抑制できるので、ノッキング回避を良好に回避しつつ機関出力を確保できる。
【００２２】
また、排圧上昇の回避が要求される領域（高回転高負荷域）では、掃気効率を高めることにより、排圧の上昇を抑制して最大出力を向上できる。
また、容積部２１ａ，２２ａを同一形状に形成しているので、これら領域での運転時は、２系統の排気通路２１，２２に接続された両気筒群の出力を均等化でき、安定した出力性能を確保できる。
【００２３】
一方、ステップＳ３で、ノッキング回避要求領域および排圧上昇回避要求領域のいずれでもないと判定したときは、ステップＳ５へ進み、通路切換弁２４を、排気通路２１の上流側が下流側と遮断し、合流通路２３と連通する合流位置に制御する。
【００２４】
これにより、＃１気筒および＃４気筒からの排気は、排気通路２１の上流側の通路から合流通路２３を介して排気通路２２の下流側の通路内に流入し、該排気通路２２を流れる＃２気筒および＃３気筒からの排気と合流する。
【００２５】
このように各気筒からの排気が合流すると、各気筒の排気行程の初めの部分が、１回前の燃焼気筒の排気行程の終わりの部分とオーバーラップし、排気行程の初めに多く排出される未燃ＨＣが、１回前の排気行程の終わりに排出される排気中の高濃度の酸素と接触し反応する。さらに、容積部に至ると拡散混合効果が高められて、反応が促進され、未燃ＨＣを効率よく浄化できる。
【００２６】
図５は、通路切換弁２４装着部の詳細を示し、通路切換弁２４と、該通路切換弁２４が着座する排気通路２１壁との、各着座面２４ａ，２１ｂを球面状に形成している。
図６は、前記通路切換弁２４装着部の別の形態を示し、通路切換弁２４と、該通路切換弁が着座する排気通路壁との、各着座面を球面状に形成し弁体および排気通路の各着座面２４ａ，２１ｂをテーパ（円錐面）形状としたものである。
【００２７】
このように、着座面を球面状またはテーパ状に形成することにより、通路切換弁２４開時に、排気が着座面２１ｂを滑らかに通過することができ、乱れの発生を低減して、掃気効率引いてはエンジン出力をより高めることができる。
【００２８】
なお、合流通路２３と排気通路２２との分岐点に、通路切換弁２４を介装して、排気通路２２側に合流させる構成としてもよく、同様の効果が得られる。
また、本発明は、４気筒エンジンに限らず、他の多気筒エンジンにも適用できる。例えば、Ｖ型８気筒エンジンにおいて、各バンクで２系統ずつに分割し、直列またはＶ型６気筒エンジンで３気筒ずつ２系統に分割して、同様に構成することができる。
【００２９】
また、ガソリンエンジンのみならず、ディーゼルエンジンでも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態を示す内燃機関の概要構成を示す図。
【図２】同上実施形態における通路切換弁の制御のフローチャート。
【図３】同上実施形態におけるノッキング回避要求がある領域を示す図。
【図４】同上実施形態における排圧上昇回避要求がある領域を示す図。
【図５】同上実施形態における通路切換弁装着部の詳細を示す図。
【図６】別の実施形態における通路切換弁装着部の詳細を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１  機関本体 
２  排気マニホールド
３  排気管
４  排気浄化触媒
５  ＥＣＵ（電子制御装置）
６  回転速度センサ
７  エアフローメータ
８  アクセル開度センサ
９  水温センサ
２１  排気通路
２１ａ  排気通路２１の着座面
２２  排気通路
２３  合流通路
２４  通路切換弁
２４ａ  通路切換弁の着座面
【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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