特許 7524799 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】

(24)【登録日】2024-07-22

(45)【発行日】2024-07-30

(54)【発明の名称】エンジンの排気装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/08 20100101AFI20240723BHJP

【ＦＩ】

F01N13/08 B

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021035779

(22)【出願日】2021-03-05

(65)【公開番号】P2022135762

(43)【公開日】2022-09-15

【審査請求日】2023-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木塚 幸雄

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２７６０４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載されたエンジンの排気ガスを排出し、下流において第１分岐排気管と第２分岐排気管に分岐している排気管であって、前記第１分岐排気管はマフラを含み、前記第２分岐排気管はマフラを含まない、排気管と、
前記第２分岐排気管に備えられ、当該第２分岐排気管を開閉する排気管バルブと、
前記車両の運転者が要求する車両駆動トルクと走行中の車両速度との組にあらかじめ対応付けられた前記排気管バルブの開閉状態に基づき前記排気管バルブの開閉を制御するバルブ制御装置であって、あらかじめ定められた要求駆動トルクが大きくかつ車両速度が高い、要求駆動トルクと車両速度の組のとき、前記排気管バルブを開状態に制御し、あらかじめ定められた要求駆動トルクが小さくかつ車両速度が低い、要求駆動トルクと車両速度の組のとき、前記排気管バルブを閉状態に制御する、バルブ制御装置と、
を有する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、車両に搭載されたエンジンの排気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの排気ガスは、マフラを含む排気管を通して排出される。排気ガスが排気管を通過する過程で温度が低下し、消音される。下記特許文献１には、２本の排気管（６，７）を備えたエンジンの排気装置が示されている。一方の排気管には、排気管の通路を開閉する制御バルブ（１０）が設けられている。車両走行中において、エンジン回転速度が２５００ｒｐｍ以上、かつ過給圧が５０ｍｍＨｇ以上で制御バルブ（１０）が開放され、排気音が増大する。また、車両走行中において、エンジン回転速度が２５００ｒｐｍ未満または過給圧が５０ｍｍＨｇ未満で制御バルブ（１０）が閉鎖され、排気音が減少する。なお、上記の（ ）内の符号は、下記特許文献１で用いられている符号であり、本願の実施形態の説明で用いられる部材名および符号とは関連しない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平４－１０９０１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

車両の運転者が知覚しているのは車両速度であり、エンジン回転速度により排気管の開閉制御を行うと、運転者が感じる加速感と、排気音の増加が一致せず違和感を生じる場合がある。

【0005】

本発明は、運転者の感じる加速感と排気音の増加についての違和感を軽減することを目的にする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るエンジンの排気装置は、車両に搭載されたエンジンの排気ガスを排出し、下流において第１分岐排気管と第２分岐排気管に分岐している排気管であって、第１分岐排気管はマフラを含み、第２分岐排気管はマフラを含まない、排気管と、第２分岐排気管に備えられ、当該第２分岐排気管を開閉する排気管バルブと、車両の運転者が要求する車両駆動トルクと走行中の車両速度との組にあらかじめ対応付けられた前記排気管バルブの開閉状態に基づき前記排気管バルブの開閉を制御するバルブ制御装置と、を有する。バルブ制御装置は、あらかじめ定められた要求駆動トルクが大きくかつ車両速度が高い、要求駆動トルクと車両速度の組のとき、前記排気管バルブを開状態に制御し、あらかじめ定められた要求駆動トルクが小さくかつ車両速度が低い、要求駆動トルクと車両速度の組のとき、前記排気管バルブを閉状態に制御する。

【発明の効果】

【0007】

運転者が要求する車両駆動トルクと、走行中の車両速度とに基づき排気音を制御することで、運転者の感じる加速感と排気音の増加が関連して車両との一体感が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態のエンジンの排気装置の構成を模式的に示す図である。

【図2】排気管バルブの開閉に係る制御マップを示す図である。

【図3】排気管バルブの開閉に係る制御フローの一例を示す図である。

【図4】排気管バルブの開閉に係る制御フローの他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、車両１０に搭載されたエンジンの排気装置１２の構成を示す模式図である。車両１０は、車両を駆動するエンジン１４と変速機１６を備える。エンジン１４の排気ガスは、排気マニホルド１８を介して排気装置１２の排気管２０に送られ、排気管２０に導かれて車両の後方に送られ排出される。排気管２０は、上流端が排気マニホルド１８に接続され、下流端にサブマフラ２２を備える上流側排気管２４と、サブマフラ２２から下流において分岐した第１分岐排気管２６と第２分岐排気管２８を含む。第１分岐排気管２６は、メインマフラ３０およびテールパイプ３２を含み、第１分岐排気管２６を通る排気ガスは、メインマフラ３０内で膨張し、メインマフラ３０からテールパイプ３２を介して外部に排出される。第２分岐排気管２８は、排気ガスをメインマフラ３０を介さず、直接外部に排出する。第２分岐排気管２８には、当該第２分岐排気管２８を開閉する排気管バルブ３４が備わる。

【0010】

排気管バルブ３４が閉じているときは、エンジン１４からの排気ガスは、第１分岐排気管２６を通って排出され、第２分岐排気管２８からは排出されない。排気管バルブ３４が開いているときは、排気ガスの多くの部分が、流路抵抗が少ない第２分岐排気管２８を通って排出され、一部の排気ガスが第１分岐排気管２６を通って排出される。

【0011】

排気装置１２は、排気管バルブ３４の開閉を制御するバルブ制御装置３６を含む。バルブ制御装置３６は、車両１０の運転者の要求する車両駆動トルク（以下、「要求駆動トルク」と記す。）と車両速度に基づき排気管バルブ３４を制御する。要求駆動トルクは、運転者の操作するアクセルペダルの操作量、そのときのエンジン１４の回転速度および変速機１６のギア比に基づいて求める。アクセルペダルの操作量は、アクセルペダルに設けられたアクセルペダルセンサ３８の出力に基づき取得することができる。エンジン１４の回転速度およびギア比は、エンジン１４および変速機１６を制御するエンジン制御装置４０から取得することができる。車両速度は、車輪の回転速度に基づいて車両速度を検出する車速センサ４２から取得することができる。

【0012】

バルブ制御装置３６は、エンジン１４の回転速度とアクセルペダルの操作量の組と、エンジンの出力トルクを対応付ける対応表、いわゆるトルクマップを格納している。この対応表を参照して、エンジン１４の回転速度とアクセルペダルの操作量に基づいてエンジン１４の出力トルクを算出する。さらに、エンジン１４の出力トルクに変速機１６のギア比および最終減速比を乗ずることで車両駆動トルクを算出することができる。最終減速比は固定値であり定数として扱うことができる。このようにして、バルブ制御装置３６は、エンジン１４の回転速度、アクセルペダルの操作量および変速機１６のギア比に基づき、要求駆動トルクを算出する。

【0013】

バルブ制御装置３６は、要求駆動トルクと車両の速度に基づき排気管バルブ３４の開閉を制御する。車両速度が高く、かつ要求駆動トルクが大きいときに排気管バルブ３４が開き、車両速度が低く、かつ要求駆動トルクが小さいときに排気管バルブ３４が閉じるように制御する。例えば、車両速度が速くなるに従ってより低い要求駆動トルクで排気管バルブ３４が開くようにすることができる。

【0014】

図２は、要求駆動トルクと車両速度の組と、排気管バルブ３４の開閉状態を対応付けた図である。境界線Ａより下側が排気管バルブ３４を閉状態に制御する領域であり、境界線Ａより上側が排気管バルブ３４を開状態に制御する領域である。バルブ制御装置３６は、図２に示す対応付けに基づき排気管バルブ３４の制御を行う。

【0015】

図３は、バルブ制御装置３６が実行する、排気管バルブ３４の開閉に係る制御フローの一例を示す図である。まず、要求駆動トルクおよび車両速度を取得し（Ｓ１００）、これらが、例えば図２に示す閉領域にあるかを判断する（Ｓ１０２）。閉領域にある場合、排気管バルブ３４を閉状態に制御し（Ｓ１０４）、閉領域にない場合、つまり開領域にある場合、排気管バルブ３４を開状態に制御する（Ｓ１０６）。

【0016】

図４は、バルブ制御装置３６が実行する、排気管バルブ３４の開閉に係る制御フローの他の一例を示す図である。まず、要求駆動トルクおよび車両速度を取得し（Ｓ２００）、これらが、例えば図２に示す閉領域にあるかを判断する（Ｓ２０２）。閉領域にある場合、フラグＦが1であるかを判断する（Ｓ２０４）。フラグＦは、排気管バルブ３４の現在の状態を示すフラグであり、フラグＦが１のとき、排気管バルブ３４が現在開状態であり、０のとき閉状態であることを示す。ステップＳ２０４で、フラグＦが1であった場合、エンジン１４の回転速度が取得され（Ｓ２０６）、さらにエンジン１４の回転速度が所定値、例えば２０００ｒｐｍ未満であるかを判断する（Ｓ２０８）。エンジン１４の回転速度が２０００ｒｐｍ未満であれば、フラグＦを０に更新して（Ｓ２１０）、排気管バルブ３４を閉制御する（Ｓ２１２）。ステップＳ２０４において、フラグＦが１ではない場合には、ステップＳ２１２に移行し、排気管バルブ３４を閉状態に維持する。ステップＳ２０２において、取得した要求駆動トルクと車両速度の組が閉領域にはないとされた場合、フラグＦを１とし（Ｓ２１４）、排気管バルブ３４を開制御する（Ｓ２１６）。ステップＳ２０８で、エンジン１４の回転速度が２０００ｒｐｍ以上であるとされた場合、ステップＳ２１６に移行し、排気管バルブ３４を開状態に維持する。

【0017】

図４に示す制御フローによれば、排気管バルブ３４が一旦開状態となると、エンジン１４の回転速度が２０００ｒｐｍ以上であれば、開状態が維持される。これにより、変速機１６のシフトアップによってエンジン１４の回転速度が低下した場合でも、回転速度が所定値（２０００ｒｐｍ）以上であれば排気管バルブ３４の開状態が維持され、排気音が急に小さくなることを抑えている。

【0018】

上述の実施形態において、第２分岐排気管２８は、排気ガスをメインマフラ３０を介さずに直接排出するものとしたが、排気ガスの一部をメインマフラ３０に導くようにしてもよい。また、上流側排気管２４は、Ｖ型エンジンに対応して２本を備えてもよい。

【符号の説明】

【0019】

１０ 車両、１２ 排気装置、１４ エンジン、１６ 変速機、１８ 排気マニホルド、２０ 排気管、２２ サブマフラ、２４ 上流側排気管、２６ 第１分岐排気管、２８ 第２分岐排気管、３０ メインマフラ、３４ 排気管バルブ、３６ バルブ制御装置、３８ アクセルペダルセンサ、４０ エンジン制御装置、４２ 車速センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】