特許 6402693 エンジンの排気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6402693

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】エンジンの排気装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 9/04 20060101AFI20181001BHJP

   F02B 37/22 20060101ALI20181001BHJP

【ＦＩ】

   F02D9/04 G

   F02B37/22

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-165008(P2015-165008)

(22)【出願日】2015年8月24日

(65)【公開番号】特開2017-44077(P2017-44077A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2017年3月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100176304

【弁理士】

【氏名又は名称】福成 勉

(72)【発明者】

【氏名】末國 栄之介

(72)【発明者】

【氏名】梅村 潤司

(72)【発明者】

【氏名】辻田 周平

(72)【発明者】

【氏名】三原 誠

(72)【発明者】

【氏名】藤山 智彰

(72)【発明者】

【氏名】濱田 浩幸

(72)【発明者】

【氏名】波多間 康司

(72)【発明者】

【氏名】池田 雅博

【審査官】 田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−８４７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−９５１１８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平１−１７４５２９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ９／００ − １１／００

Ｆ０２Ｂ ３３／００ − ４１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン本体と、当該エンジン本体から排出される排気ガスの圧力により駆動される過給機との間に介設されるエンジンの排気装置であって、
前記過給機に排気ガスを導入する第１排気通路および第２排気通路と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路との間に介在してこれらの通路を仕切る隔壁と、
前記第２排気通路内に配置され、当該第２排気通路を流れる排気ガスの流量を調節するバルブとを備え、
前記隔壁は、前記第１排気通路と前記第２排気通路とを連通させる連通部を有し、
前記連通部は、前記バルブが前記第２排気通路を閉じた状態において、前記第２排気通路から前記第１排気通路に排気ガスが流れるように、前記第２排気通路のうち、少なくとも排気ガスの流れ方向における前記バルブよりも上流側に対応する位置に設けられている、ことを特徴とするエンジンの排気装置。

【請求項2】

エンジン本体と、当該エンジン本体から排出される排気ガスの圧力により駆動される過給機との間に介設されるエンジンの排気装置であって、
前記過給機に排気ガスを導入する第１排気通路および第２排気通路と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路との間に介在してこれらの通路を仕切る隔壁と、
前記第２排気通路内に配置され、当該第２排気通路を流れる排気ガスの流量を調節するバルブとを備え、
前記隔壁は、前記第１排気通路と前記第２排気通路とを連通させる連通部を有し、
前記バルブは、前記第１排気通路と前記第２排気通路との並び方向と直交する方向に延びる軸周りに回転するバタフライバルブであり、
前記バタフライバルブは、当該バタフライバルブが閉じられた状態では前記第１排気通路側の端部が反第１排気通路側の端部よりも排気ガスの流れ方向における下流側に位置するように傾斜した状態で配置されている、ことを特徴とするエンジンの排気装置。

【請求項3】

前記連通部は、排気ガスの流れ方向における前記隔壁の上流側端部から前記流れ方向に延びる切欠部であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のエンジンの排気装置。

【請求項4】

前記連通部は、排気ガスの流れ方向に延びるスリットであることを特徴とする、請求項３に記載のエンジンの排気装置。

【請求項5】

前記エンジン本体は、複数の気筒と、各気筒内で往復動するピストンとを有し、
前記第１排気通路および前記第２排気通路は、各々、前記気筒の数に応じて複数個設けられ、前記複数の第１排気通路および前記複数の第２排気通路は、各々、気筒列方向に一列に並んで配置され、
前記複数の第１排気通路と前記複数の第２排気通路との間にそれぞれ介在する前記隔壁のうち、前記気筒列方向の両端に位置する前記隔壁が前記連通部を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のエンジンの排気装置。

【請求項6】

前記バルブは、前記第１排気通路と前記第２排気通路との並び方向と直交する方向に延びる軸周りに回転するバタフライバルブであり、
前記バタフライバルブは、当該バタフライバルブが閉じられた状態では前記第１排気通路側の端部が反第１排気通路側の端部よりも排気ガスの流れ方向における下流側に位置するように傾斜した状態で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの排気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンの排気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ターボ過給機付エンジンを搭載した車両において、ターボ過給機の過給能力を高める研究がなされている。例えば、特許文献１には、車両の走行状態に応じて、排気通路内における排気ガスの流通面積を変更することにより、ターボ過給機に導入される排気ガスの流速を制御し、これによりターボ過給機の過給能力を高めるようにしたエンジンが開示されている。

【0003】

具体的に説明すると、特許文献１に記載のターボ過給機付エンジンは、エンジン本体と、エンジン本体の排気ポートに接続された排気弁装置と、排気弁装置の下流端部に接続されたターボ過給機とを備えている。上記排気弁装置は、気筒列方向に並ぶ３つの低速用排気通路および気筒列方向に並ぶ３つの高速用排気通路を有する装置本体と、各高速用排気通路内に配置されて、各高速用排気通路内を流れる排気ガスの流量を調節する排気可変弁とを備えている。上記装置本体は、金属鋳造体で構成されており、低速用排気通路と高速用排気通路とは、排気ガスの流れ方向に沿って延びる隔壁によって上下２段に区画されている。

【0004】

特許文献１における排気可変弁は、車両の低速運転領域では閉じられる。排気可変弁の閉弁により、少ない排気ガスを低速用排気通路に集中させることで排気ガスの流速を高め、これによりターボ過給機のタービンの駆動力をアップさせて吸気圧を高めることができる。一方、排気可変弁は、車両の高速運転領域では開かれる。排気可変弁の開弁により、低速用排気通路および高速用排気通路の両方を通じて排気ガスをターボ過給機に供給することで、排気可変弁が排気抵抗となるのを防止しつつターボ過給機を駆動させて吸気圧を高めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−８４７５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載のターボ過給機付エンジンにおいては、低速用排気通路と高速用排気通路との間に位置する板状の隔壁が熱応力によって歪む虞があり、この歪みが大きくなると隔壁にクラックが生じる虞がある。

【0007】

詳しく説明すると、特に車両の高速運転領域では、排気ガスが低速用排気通路と高速用排気通路の両方を通過する上に隔壁が外気に触れないため、隔壁が上下両面から排気ガスによって加熱されて大きな熱膨張が生じる。一方、隔壁の周囲の部分は隔壁よりも肉厚で剛性が高く、外気に触れる面積が大きいため、隔壁と比べて熱膨張量が小さい。このため、隔壁とその周囲の部分との間に、熱膨張量の差による大きな歪みが発生し、隔壁とその周囲の部分との境界付近にクラックが生じる虞がある。

【0008】

さらに、上記排気可変弁が、隔壁やその周辺部分の熱歪み等により閉弁状態で固着した場合には、以下の不都合が生じる虞がある。すなわち、車両の高速運転領域において、本来であれば高速用排気通路を通じて流れるはずの排気ガスが排気可変弁に衝突して流れが滞り、その結果、エンジン本体の排気ポートから排気ガスがスムーズに出ず、エンジンの燃焼室で失火が生じて、高速運転領域における走行性能が低下する虞がある。

【0009】

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、過給機付エンジンを搭載した車両において、過給機に供給される排気ガスの流量を調節する排気弁装置が熱応力によって破損するのを防止しつつ、その排気弁装置に動作不良が生じた際に高速運転領域における走行性能が損なわれるのを抑制することができるエンジンの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】

【0010】

上記の課題を解決するために、本発明は、エンジン本体と、当該エンジン本体から排出される排気ガスの圧力により駆動される過給機との間に介設されるエンジンの排気装置であって、前記過給機に排気ガスを導入する第１排気通路および第２排気通路と、前記第１排気通路と前記第２排気通路との間に介在してこれらの通路を仕切る隔壁と、前記第２排気通路内に配置され、当該第２排気通路を流れる排気ガスの流量を調節するバルブとを備え、前記隔壁は、前記第１排気通路と前記第２排気通路とを連通させる連通部を有し、前記連通部は、前記バルブが前記第２排気通路を閉じた状態において、前記第２排気通路から前記第１排気通路に排気ガスが流れるように、前記第２排気通路のうち、少なくとも排気ガスの流れ方向における前記バルブよりも上流側に対応する位置に設けられていることを特徴とするエンジンの排気装置を提供する。

【0011】

本発明によれば、隔壁に連通部が形成されているため、隔壁に熱膨張が生じても、その熱膨張による熱応力が連通部に吸収される。これにより、隔壁が熱応力によって破損するのを防止することができる。さらに、隔壁やその周辺部分に生じた熱歪み等により、バルブが閉弁状態で固着することがあっても、高速運転領域における走行性能が低下するのを抑制することができる。詳しく説明すると、バルブが閉弁状態で固着した場合には、車両の高速運転領域では、エンジン本体からバルブ付近に到達した排気ガスが、連通部を通じて第１排気通路へ流れるため、バルブの上流側で排気ガスの滞留が生じにくくなり、その結果、エンジン本体の燃焼室内で失火が生じるのを防止することができ、これにより、低速運転領域での走行性能を維持しつつ、高速運転領域での走行性能が損なわれるのを抑制することができる。

【0012】

本発明においては、前記連通部は、排気ガスの流れ方向における前記隔壁の上流側端部から前記流れ方向に延びる切欠部であることが好ましい。

【0013】

この構成によれば、連通部が、排気ガスの流れ方向における隔壁の上流側端部から下流側へ形成されていることにより、連通部が隔壁の熱応力を吸収し易くなり、その結果、隔壁が熱応力によって破損するのを防止する等の効果をより効果的に奏することができる。

【0014】

本発明においては、前記連通部は、排気ガスの流れ方向に延びるスリットであることが好ましい。

【0015】

この構成によれば、スリットという簡単な構成により、隔壁の破損防止等の上記の効果を奏することができる。

【0016】

本発明においては、前記エンジン本体は、複数の気筒と、各気筒内で往復動するピストンとを有し、前記第１排気通路および前記第２排気通路は、各々、前記気筒の数に応じて複数個設けられ、複数の前記第１排気通路および複数の前記第２排気通路は、各々、気筒列方向に一列に並んで配置され、前記複数の第１排気通路と前記複数の第２排気通路との間にそれぞれ介在する前記隔壁のうち、前記気筒列方向の両端に位置する前記隔壁が前記連通部を有することが好ましい。

【0017】

この構成によれば、少ない数の連通部で、隔壁の破損防止等の上記の効果を奏することができる。つまり、隔壁に生じる熱応力は、気筒列方向の両端に位置する隔壁で生じやすいため、その両端の隔壁に連通部を設けることにより、隔壁の破損防止等の効果をより効果的に奏することができる。

【0018】

本発明においては、前記バルブは、前記第１排気通路と前記第２排気通路との並び方向と直交する方向に延びる軸周りに回転するバタフライバルブであり、前記バタフライバルブは、前記第１排気通路側の端部が反第１排気通路側の端部よりも排気ガスの流れ方向における下流側に位置するように傾斜した状態で配置されていることが好ましい。

【0019】

この構成によれば、バタフライバルブは、第１排気通路側の端部が反第１排気通路側の端部よりも排気ガスの流れ方向における下流側に位置するように傾斜しているため、エンジン本体からバラフライバルブに到達した排気ガスが、バタフライバルブによって連通部にスムーズに案内され、連通部を通じて第１排気通路に導かれることができる。これにより、バルブが閉弁状態で固着した場合に、高速運転領域での走行性能が損なわれるのをより確実に抑制することができる。
なお、本発明は、エンジン本体と、当該エンジン本体から排出される排気ガスの圧力により駆動される過給機との間に介設されるエンジンの排気装置であって、前記過給機に排気ガスを導入する第１排気通路および第２排気通路と、前記第１排気通路と前記第２排気通路との間に介在してこれらの通路を仕切る隔壁と、前記第２排気通路内に配置され、当該第２排気通路を流れる排気ガスの流量を調節するバルブとを備え、前記隔壁は、前記第１排気通路と前記第２排気通路とを連通させる連通部を有し、前記バルブは、前記第１排気通路と前記第２排気通路との並び方向と直交する方向に延びる軸周りに回転するバタフライバルブであり、前記バタフライバルブは、当該バタフライバルブが閉じられた状態では前記第１排気通路側の端部が反第１排気通路側の端部よりも排気ガスの流れ方向における下流側に位置するように傾斜した状態で配置されていることを特徴とするエンジンの排気装置を提供する。

【発明の効果】

【0020】

以上説明したように、本発明によれば、過給機付エンジンを搭載した車両において、過給機に供給される排気ガスの流量を調節する排気弁装置が熱応力によって破損するのを防止しつつ、その排気弁装置に動作不良が生じた際に高速運転領域における走行性能が損なわれるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係るエンジンの全体構成を示す図である。

【図2】上記エンジンのシリンダヘッド、排気マニホールド、及び過給機ケーシングの構成を示す図である。

【図3】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う矢視図（断面図）である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う矢視図（断面図）である。

【図5】図３のＶ−Ｖ線に沿う矢視図（断面図）である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0023】

図１は、本実施形態に係るエンジン１の全体構成を示す。ただし、図１においては、排気マニホールド２０内及び過給機ケーシング３０内では、後述する第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄ及び高速用排気導入通路３２が示される。本実施形態において、「上流」、「下流」というときは、そこを通過するガスの流れに関していう。

【0024】

エンジン１は、走行用の動力源として車両に搭載される直列４気筒の４サイクル火花点火式エンジンであり、ターボ過給機５０を備える。ターボ過給機５０は、周知の構造であり、排気通路３３に備えられるタービン５２と吸気通路１０に備えられるコンプレッサ５３とが連結軸５１で連結される。図１は、便宜上、タービン５２とコンプレッサ５３とを分離して示すが、実際には１本の連結軸５１の一端にタービン５２が設けられ、他端にコンプレッサ５３が設けられる。ターボ過給機５０の設置位置付近では、吸気通路１０と排気通路３３とが近接し、その間にターボ過給機５０が介設される。

【0025】

ターボ過給機５０は、その軸方向がエンジン１の気筒列方向と一致するように配置され、後述する低速用排気導入通路３１及び高速用排気導入通路３２と共に、過給機ケーシング３０に収容される。ターボ過給機５０は、排気ガスＷｅの圧力でタービン５２が回転することによりコンプレッサ５３が駆動して吸気Ｗｉを圧縮し吸気圧を上昇させる（過給圧）。排気通路３３には、ターボ過給機５０のタービン５２をバイパスするウエスト通路５５と、ウエスト通路５５を開閉するウエストゲート弁５６とが設けられる。

【0026】

吸気通路１０には、コンプレッサ５３の下流に、吸気を冷却するインタークーラ１１が設けられ、インタークーラ１１の下流に、運転状態に応じて吸気量を調節するスロットル弁１２が設けられ、スロットル弁１２の下流に、吸気を一時的に滞留させるサージタンク１３が設けられ、サージタンク１３の下流に、吸気を第１〜第４気筒４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ（これらを総称するときは気筒４という）に導く吸気マニホールド１４が設けられる。

【0027】

吸気マニホールド１４の下流端はシリンダヘッド２に接続される。シリンダヘッド２とシリンダブロック（図示せず）とを主要部材とするエンジン本体に、第１〜第４気筒４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが一直線上に配設される。気筒４は、周知の構造であり、ピストン（図示せず）で画成される燃焼室の上部に、吸気マニホールド１４から供給される吸気Ｗｉを燃焼室に吸入するための吸気ポート５と、燃焼室で生成した排気ガスＷｅを第１〜第３独立排気通路１６ａ，１６ｂｃ，１６ｄに排出するための排気ポート６と、吸気ポート５を開閉する吸気弁７と、排気ポート６を開閉する排気弁８とが設けられる。燃焼室の頂部に点火プラグ９が設けられ、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（図示せず）が適宜位置に設けられる。

【0028】

本実施形態では、第１気筒４ａ→第３気筒４ｃ→第４気筒４ｄ→第２気筒４ｂの順に１８０°ＣＡずつずれたタイミングで、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程が実施される。ここで、「°ＣＡ」は、エンジン１の出力軸であるクランク軸（図示せず）の回転角（クランク角）を表す。

【0029】

シリンダヘッド２に、吸気側の可変バルブタイミング機構１５ｉ及び排気側の可変バルブタイミング機構１５ｅが設けられる。これらの可変バルブタイミング機構１５ｉ，１５ｅは、吸気弁７及び排気弁８の開弁期間を維持したまま、吸気弁７及び排気弁８の開弁開始時期及び閉弁時期を平行移動させる。

【0030】

本実施形態では、所定の低速域（タービン５２に作用する排気ガス量が所定量未満の運転領域）では、各気筒４の吸気弁７の開弁期間と排気弁８の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、排気順序が１つ前の他の気筒４のオーバーラップ期間中に各気筒４の排気弁８の開弁が開始される。

【0031】

具体的には、第１気筒４ａの吸気弁７と排気弁８とのオーバーラップ期間中に第３気筒４ｃの排気弁８が開弁し、第３気筒４ｃの吸気弁７と排気弁８とのオーバーラップ期間中に第４気筒４ｄの排気弁８が開弁し、第４気筒４ｄの吸気弁７と排気弁８とのオーバーラップ期間中に第２気筒４ｂの排気弁８が開弁し、第２気筒４ｂの吸気弁７と排気弁８とのオーバーラップ期間中に第１気筒４ａの排気弁８が開弁する。

【0032】

第１気筒４ａの排気ポート６に第１独立排気通路１６ａの上流端部が接続され、第２気筒４ｂの排気ポート６に第１分岐通路１６ｂの上流端部が接続され、第３気筒４ｃの排気ポート６に第２分岐通路１６ｃの上流端部が接続され、第４気筒４ｄの排気ポート６に第３独立排気通路１６ｄの上流端部が接続される。第１分岐通路１６ｂと第２分岐通路１６ｃとが下流側で合流し、排気順序が連続しない第２気筒４ｂと第３気筒４ｃとで共通の第２独立排気通路１６ｂｃが形成される。これらの通路１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｂｃはシリンダヘッド２内に形成される。

【0033】

排気通路３３は、第１〜第３独立排気通路１６ａ，１６ｂｃ，１６ｄと、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄと、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄと、低速用排気導入通路３１と、高速用排気導入通路３２とを有する。

【0034】

具体的には、図１〜３に示されるように（ただし、図２においては、排気マニホールド２０内及び過給機ケーシング３０内では、後述する第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ及び低速用排気導入通路３１が示される）、第１〜第３独立排気通路１６ａ，１６ｂｃ，１６ｄの下流端部に、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ（本発明の「第１排気通路」に相当する）の上流端部と、第１〜第３高速用通路（本発明の「第２排気通路」に相当する）２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄの上流端部とが接続される。これらの通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ，２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄは気筒４ａ〜４ｄに対応し、排気マニホールド２０内に形成される。排気マニホールド２０は、その組付フランジ２０ｇ（図４，５参照）と、エンジン側スタッドボルト及びナットＶ２とにより、シリンダヘッド２に結合される。

【0035】

なお、以下の説明では、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄを総称する場合には、これらの通路を「低速用通路２１」と総称し、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄを総称する場合には、これらの通路を「高速用通路２２」と総称する。

【0036】

第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ及び第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄは、排気ガスＷｅの流れ方向に沿って延びる隔壁２０ａ（図４，５参照）によって上下２段に区画される（仕切られる）。上段の第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄは、下段の第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄに比べて、排気ガス流通面積が小さい値に設定される。

【0037】

隔壁２０ａは、第１低速用通路２１ａと第１高速用通路２２ａとを仕切るとともに、第２低速用通路２１ｂｃと第２高速用通路２２ｂｃとを仕切り、さらに、第３低速用通路２１ｄと第３高速用通路２２ｄとを仕切る。以下の説明では、隔壁２０ａのうち、第１低速用通路２１ａと第１高速用通路２２ａとを仕切る部分を「左側の隔壁２０ａ」と称し、第２低速用通路２１ｂｃと第２高速用通路２２ｂｃとを仕切る部分を「中央の隔壁２０ａ」と称し、第３低速用通路２１ｄと第３高速用通路２２ｄとを仕切る部分を「右側の隔壁２０ａ」と称する。

【0038】

図３に示されるように、左側の隔壁２０ａは、第１低速用通路２１ａと第１高速用通路２２ａとを連通させるスリット（本発明の「連通部」、「切欠部」、および「スリット」に相当する）２０ｈを有し、右側の隔壁２０ａは、第３低速用通路２１ｄと第３高速用通路２２ｄとを連通させるスリット部２０ｈとを有する。以下の説明では、前者のスリット２０ｈを「左側のスリット２０ｈ」と称し、後者のスリット２０ｈを「右側のスリット２０ｈ」と称する。なお、図４に示される例では、中央の隔壁２０ａは、スリット部２０ｈを有さない。

【0039】

スリット２０ｈは、排気ガスの流れ方向（図４における右方向）における隔壁２０ａの上流端部から流れ方向に延びる切欠部である。図４に示される例では、スリット２０ｈは、隔壁２０ａにおける排気ガスの流れ方向全体に亘って形成されるとともに、隔壁２０ａにおける上下方向全体に亘って形成されている。つまり、左側の隔壁２０ａは、左側のスリット２０ｈにより、車幅方向（第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄの配列方向、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄの配列方向）に切り離され、右側の隔壁２０ａは、右側のスリット２０ｈにより、車幅方向に切り離されている。

【0040】

図２に示されるように、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄの下流端部は、下流側に向かって排気ガス流通面積が次第に減少するように、絞り形状とされる。一方、図１に示されるように、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄの下流端部は、絞り形状とされない。

【0041】

図２に示されるように、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄの下流端部は、エンジン本体側の気筒列方向における気筒列長さの中心（エンジン中心）に集合するように相互に近接する。同様に、図１に示されるように、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄの下流端部も、エンジン中心に集合するように相互に近接する。

【0042】

図１，３，４に示されるように、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄに可変排気バルブ（本発明の「バルブ」に相当する）１２３が設けられる。可変排気バルブ１２３は、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄを流れる排気ガスの流量を調節する。具体的には、可変排気バルブ１２３は、タービン５２に作用する排気ガス量が所定量以上の運転領域では第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄを開き（開弁）、タービン５２に作用する排気ガス量が所定量未満の運転領域では閉じるように駆動される（閉弁、絞り制御、図４，５参照）。なお、可変排気バルブ１２３の構造については後述する。

【0043】

図１〜３に示されるように、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄの下流端部には、低速用排気導入通路３１の上流端部が接続され、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄの下流端部には、高速用排気導入通路３２の上流端部が接続される。低速用排気導入通路３１は、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄから噴出する排気ガスを集合させ、高速用排気導入通路３２は、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄから噴出する排気ガスを集合させる。低速用排気導入通路３１および高速用排気導入通路３２は、過給機ケーシング３０内に形成されている。

【0044】

図４，５に示されるように、過給機ケーシング３０は、その組付フランジ３０ｆ及び排気マニホールド２０側の組付フランジ２０ｆと、過給機側スタッドボルト及びナットＶ９とにより、排気マニホールド２０に結合される。

【0045】

低速用排気導入通路３１及び高速用排気導入通路３２は、排気ガスＷｅの流れ方向に沿って延びる隔壁３０ａ（図４，５参照）によって上下２段に区画される（仕切られる）。上段の低速用排気導入通路３１は、下段の高速用排気導入通路３２に比べて、排気ガス流通面積が小さい値に設定される。

【0046】

これらの排気導入通路３１，３２は、エンジン本体側からの排気ガスＷｅをターボ過給機５０のタービン５２に導入するための通路であり、それぞれエンジン本体側が気筒列方向に拡幅されている。低速用排気導入通路３１は、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄの下流端部とそれぞれ連通する共通の通路、すなわち低速用の集合通路である。高速用排気導入通路３２は、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄの下流端部とそれぞれ連通する共通の通路、すなわち高速用の集合通路である。

【0047】

図４，５に示されるように、可変排気バルブ１２３が絞り制御により閉じたときは、排気ガスＷｅは、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ及び低速用排気導入通路３１を通ってタービン５２に導入され、可変排気バルブ１２３が開いたときは、排気ガスＷｅは、上記に加えて、さらに、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄ及び高速用排気導入通路３２も通ってタービン５２に導入される。つまり、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ及び低速用排気導入通路３１は、エンジン回転速度に拘らず常時排気ガスＷｅが流れる低速用通路であり、第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄ及び高速用排気導入通路３２は、タービン５２に作用する排気ガス量が所定量以上のときにのみ排気ガスＷｅが流れる高速用通路である。

【0048】

そのため、タービン５２に作用する排気ガス量が所定量未満の低速域では、可変排気バルブ１２３の絞り制御により、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ及び低速用排気導入通路３１の排気ガス流通面積が小さい分、排気ガスＷｅの上記通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ，３１内の流速が速くなり、タービン５２に作用する排気ガスＷｅの流速が上昇する。すなわち、動圧過給システムによる動圧過給効果が強められる。その結果、低速域での過給圧がアップする。

【0049】

一方、タービン５２に作用する排気ガス量が所定量以上の高速域では、タービン５２に導入される排気ガスＷｅの量が増えると共に、可変排気バルブ１２３が開くことにより、可変排気バルブ１２３が排気抵抗となるのを防止しつつ、ターボ過給機５０を駆動させることができる。

【0050】

本実施形態では、タービン５２に作用する排気ガス量が所定量未満のとき、すなわち可変排気バルブ１２３が絞り制御により閉じる低速域では、前述のように、各気筒４の吸気弁７と排気弁８とがオーバーラップし、かつ排気順序が１つ前の他の気筒４のオーバーラップ期間中に各気筒４の排気弁８が開弁する。

【0051】

そのため、タービン５２に作用する排気ガス量が所定量未満の低速域では、可変排気バルブ１２３の絞り制御により、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄの排気ガス流通面積が小さい分、排気弁８の開弁直後に排出される排気ガスＷｅ（ブローダウンガス）の上記通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ内の流速が速くなり、さらに、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄの下流端部が絞り形状とされている分、上記通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄの下流端部から集合通路としての低速用排気導入通路３１に噴出する排気ガスＷｅの速度が速くなり、さらに、低速用排気導入通路３１の排気ガス流通面積が小さい分、上記通路３１に発生する負圧が増大して、吸気弁７と排気弁８とがオーバーラップ期間中にある気筒（隣接オーバーラップ気筒）４内の残留ガスの掃気が促進される。すなわち動圧排気システムによるエゼクタ効果が強められる。その結果、隣接オーバーラップ気筒４の吸気量がアップする。

【0052】

また、エゼクタ効果によって隣接オーバーラップ気筒４から吸引された排気ガスＷｅが付加される分、タービン５２に作用する排気ガスＷｅの流速が上昇し、これによっても、動圧過給効果が促進され、低速域での過給圧がアップする。

【0053】

このことをさらに詳しく説明する。すなわち、可変排気バルブ１２３が全開のときはエゼクタ効果が得られず、このとき、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ及び第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄから噴出するブローダウンガスは低速用排気導入通路３１及び高速用排気導入通路３２を介して他の通路に回り込む（逆流する）。これは、排気通路３３の容積が見かけ上増えたように作用する。一方、可変排気バルブ１２３の絞り制御によるエゼクタ効果があると、第１〜第３低速用通路２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄから噴出するブローダウンガスは他の通路から排気ガスＷｅを吸引し、上記のような回り込み（逆流）がない。これは、動圧過給システムにおいて、排気通路３３の容積が見かけ上減ったように作用する。したがって、エンジン１の低速域では、動圧過給システムの可変排気バルブ１２３の絞り制御による排気通路３３の容積減少により動圧過給効果が得られた上に、動圧排気システムのエゼクタ効果により上記動圧過給効果が促進される。

【0054】

なお、図１，２において、符号６０は、排気通路３３を流れる排気ガスＷｅの一部を吸気通路１０に還流させる排気再循環（ＥＧＲ）を行うために排気通路３３と吸気通路１０とを連通するＥＧＲ通路を示す。ＥＧＲ通路６０の排気通路３３側の導入部６０ａは、高速用排気導入通路３２において、可変排気バルブ１２３の下流に開口する。ＥＧＲ通路６０の吸気通路１０側の導出部６０ｂは、スロットル弁１２とサージタンク１３との間に開口する。ＥＧＲ通路６０に、ＥＧＲ通路６０を通過するガスを冷却するＥＧＲクーラ６１と、ＥＧＲ通路６０を開閉するＥＧＲ弁６２とが設けられる。本実施形態では、ＥＧＲ通路６０の上流部は、排気マニホールド２０及びシリンダヘッド２の内部に形成される。

【0055】

以上のように、可変排気バルブ１２３は、本実施形態において、エンジン１の排気通路３３に設けられた動圧排気システム及び動圧過給システムで用いられる。次に、図３を参照して、可変排気バルブ１２３の構造について説明する。

【0056】

可変排気バルブ１２３は、バルブ本体２３と、一対の円筒状の第１、第２ブッシュ部材２５ａ，２５ｂと、円柱状のシャフト部材２４とを備える。バルブ本体２３は、第１〜第３バタフライバルブ２３ａ，２３ｂｃ，２３ｄと、上記バタフライバルブ２３ａ，２３ｂｃ，２３ｄを相互連結する第１、第２軸部２３ｘ，２３ｙとを含む。第１、第２ブッシュ部材２５ａ，２５ｂは、上記バルブ本体２３をバルブ本体２３の軸方向（低速用通路２１と高速用通路２２との並び方向と直交する方向。車幅方向）の両端部で回転可能に支持する。シャフト部材２４は、第１ブッシュ部材２５ａの内部を上記軸方向に貫通し、上記バルブ本体２３の第１バタフライバルブ２３ａ側の内部で第１ブッシュ部材２５ａから所定長さ突出し、その突出した部分で上記バルブ本体２３に回転方向に相対移動不能に結合される。

【0057】

上記バルブ本体２３の両端部に、上記ブッシュ部材２５ａ，２５ｂを嵌入させるための第１、第２ボス部２３ｅ，２３ｆが形成される。

【0058】

可変排気バルブ１２３は、エンジン１の排気通路３３を構成する上流側の排気マニホールド２０と下流側の過給機ケーシング３０との合わせ面部Ｍよりも上流側で、隔壁２０ａの下方に設けられる（図４，５参照）。可変排気バルブ１２３は、シャフト部材２４の回転により、シャフト部材２４周りに回転する。可変排気バルブ１２３が閉じられた状態では、可変排気バルブ１２３は、低速用通路２１側の端部が反低速用通路２１側の端部よりも排気ガスの流れ方向における下流側（図４，５における右側）に位置するように傾斜した状態で配置される。

【0059】

バルブ本体２３の軸部２３ｘは、排気マニホールド２０の第１高速用通路２２ａと第２高速用通路２２ｂｃとの間に設けられてこれらの通路を仕切る高速用通路仕切壁を貫通する軸挿通孔２０Ｘに挿通される。バルブ本体２３の軸部２３ｙは、排気マニホールド２０の第２高速用通路２２ｂｃと第３高速用通路２２ｄとの間に設けられてこれらの通路を仕切る高速用通路仕切壁を貫通する軸挿通孔２０Ｘに挿通される（図３参照）。

【0060】

より詳しくは、バルブ本体２３は耐熱鋼で一体成形され、一端部側（図３の左側）から、軸方向に、排気マニホールド２０の第１高速用通路２２ａに配置される第１バタフライバルブ２３ａと、円筒状の第１軸部２３ｘと、第２高速用通路２２ｂｃに配置される第２バタフライバルブ２３ｂｃと、円筒状の第２軸部２３ｙと、第３高速用通路２２ｄに配置される第３バタフライバルブ２３ｄとがこの順に並設される。軸部２３ｘ，２３ｙはバルブ本体２３の軸心上に位置し、バタフライバルブ２３ａ，２３ｂｃ，２３ｄはバルブ本体２３の軸心側の厚みが大きく形成されて、上記軸部２３ｘ，２３ｙと上記バタフライバルブ２３ａ，２３ｂｃ，２３ｄとは相互に表面が滑らかに連続する。第１ボス部２３ｅは、バルブ本体２３の一端部を構成する第１バタフライバルブ２３ａの側部に形成され、第２ボス部２３ｆは、バルブ本体２３の他端部を構成する第３バタフライバルブ２３ｄの側部に形成される。

【0061】

（本実施形態の作用効果）
本実施形態によれば、隔壁２０ａにスリット２０ｈが形成されているため、隔壁２０ａに熱膨張が生じても、その熱膨張による熱応力がスリット２０ｈに吸収される。これにより、隔壁２０ａが熱応力によって破損するのを防止することができる。さらに、隔壁２０ａやその周辺部分に生じた熱歪み等により、バルブ本体２３が閉弁状態で固着することがあっても、高速運転領域における走行性能が低下するのを抑制することができる。

【0062】

詳しく説明すると、バルブ本体２３が閉弁状態で固着した場合には、車両の高速運転領域では、エンジン本体からバルブ本体２３付近に到達した排気ガスが、スリット２０ｈを通じて低速用通路２１へ流れるため、バルブ本体２３の上流側で排気ガスの滞留が生じにくくなり、その結果、エンジン本体の燃焼室内で失火が生じるのを防止することができ、これにより、低速運転領域での走行性能を維持しつつ、高速運転領域での走行性能が損なわれるのを抑制することができる。

【0063】

さらに、スリット２０ｈが、排気ガスの流れ方向における隔壁２０ａの上流側端部から下流側へ形成されていることにより、スリット２０ｈが隔壁２０ａの熱応力を吸収し易くなり、その結果、隔壁２０ａが熱応力によって破損するのを効果的に防止することができる。さらに、スリット２０ｈは切削加工等により簡単に形成することができる。

【0064】

また、本実施形態によれば、左側の隔壁２０ａおよび右側の隔壁２０ｂのみがスリット２０ｈを有しているため、少ない数のスリット２０ｈで、隔壁２０ａの破損防止等の効果を奏することができる。つまり、隔壁２０ａに生じる熱応力は、気筒列方向（第１〜第３高速用通路２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄの配列方向）の両端に位置する隔壁２０ａで生じやすいため、その両端の隔壁２０ａにスリット２０ｈを形成することにより、隔壁２０ａの破損防止等の効果を効果的に奏することができる。

【0065】

また、本実施形態によれば、バタフライバルブ２３ａ，２３ｂｃ，２３ｄは、低圧通路２１側の端部が反低圧通路２１側の端部よりも排気ガスの流れ方向における下流側に位置するように傾斜しているため（図４参照）、エンジン本体からバラフライバルブ２３ａ，２３ｂｃ，２３ｄに到達した排気ガスが、バタフライバルブ２３ａ，２３ｂｃ，２３ｄによってスリット２０ｈにスムーズに案内され（図４の矢印Ｗｅ参照）、スリット２０ｈを通じて低圧側通路２１に導かれることができる。これにより、バタフライバルブ２３ａ，２３ｂｃ，２３ｄが閉弁状態で固着した場合に、高速運転領域での走行性能が損なわれるのをより確実に抑制することができる。

【0066】

なお、上記実施形態では、低速用通路および高速用通路が各々３つ形成されているが、４つ以上形成されていてもよい。いずれの場合も、スリット２０ｈは、気筒列方向の両端に位置する隔壁２０ａに形成することができる。

【0067】

また、上記実施形態では、スリット２０ｈは、気筒列方向の両端に位置する隔壁２０ａにのみ形成されているが、それに加えて、中央の隔壁２０ａに形成されてもよい。

【0068】

また、上記スリット２０ｈに代えて、種々の形状の切欠部が形成されてもよい。例えば、平面視で半円状の切欠部が形成されてもよい。

【符号の説明】

【0069】

１ エンジン
４ａ〜４ｄ 第１〜第４気筒
２０ａ，３０ａ 隔壁
２１ａ，２１ｂｃ，２１ｄ 第１〜第３低速用通路（第１排気通路）
２２ａ，２２ｂｃ，２２ｄ 第１〜第３高速用通路（第２排気通路）
２３ａ，２３ｂｃ，２３ｄ 第１〜第３バタフライバルブ
５０ ターボ過給機
１２３ 可変排気バルブ（バルブ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】