(57)【要約】【課題】車両の走行に伴ってエンジンルーム内に流入する空気が触媒コンバータに当たって触媒コンバータを冷却することを抑制する。【解決手段】排気マニホールド３１の下流端には排気を浄化する触媒コンバータが接続されている。排気マニホールド３１及び触媒コンバータを外側から取り囲むようにインシュレータ６０が設けられており、このインシュレータ６０の内燃機関側は開放されている。排気マニホールド３１は、排気が流通する管状部３２を備えている。管状部３２における排気ポート側の端部からはフランジ３３が外側に張り出している。また、排気マニホールド３１には、管状部３２の排気ポート側の開口部における軸線方向から視た場合に、フランジ３３よりも外側へと張り出している第１フィン３５及び第２フィン３６を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ポートに接続されて排気が流入する排気マニホールドと、
排気マニホールドの下流端に接続され、活性化温度以上に昇温されることで排気を浄化する触媒コンバータと、
前記排気マニホールド及び前記触媒コンバータを外側から取り囲むインシュレータと
を備える排気構造であって、
前記インシュレータにおける前記内燃機関側は開放されており、
前記排気マニホールドは、
排気が流入する管状部と、
当該管状部における前記排気ポート側の端部から外側に張り出しており、前記排気ポートに接続されるフランジと、
前記管状部の前記排気ポート側の開口部における軸線方向から視た場合に、前記フランジよりも外側へと張り出しているフィンと
を備えていることを特徴とする排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の排気マニホールドは、内燃機関の排気ポートに接続される複数の分岐管と、これら複数の分岐管が集約される合流管とを備えている。排気マニホールド（合流管）の下流側には、排気を浄化するための触媒コンバータが取り付けられている。内燃機関の各排気ポートから排出された排気は、各分岐管、合流管、及び触媒コンバータを経て、さらに下流側へと流れていく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１１５６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような排気構造において、触媒コンバータが排気を浄化できるようになるには、当該触媒コンバータ内部の触媒が活性化温度以上に昇温される必要がある。しかしながら、例えば車両が走行している場合には、車両の走行に伴ってエンジンルーム内に流入する空気が触媒コンバータに当たって触媒コンバータを冷却するため、触媒コンバータの昇温を妨げることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、内燃機関の排気ポートに接続されて排気が流入する排気マニホールドと、排気マニホールドの下流端に接続され、活性化温度以上に昇温されることで排気を浄化する触媒コンバータと、前記排気マニホールド及び前記触媒コンバータを外側から取り囲むインシュレータとを備える排気構造であって、前記インシュレータにおける前記内燃機関側は開放されており、前記排気マニホールドは、排気が流入する管状部と、当該管状部における前記排気ポート側の端部から外側に張り出しており、前記排気ポートに接続されるフランジと、前記管状部の前記排気ポート側の開口部における軸線方向から視た場合に、前記フランジよりも外側へと張り出しているフィンとを備えている。
【０００６】
上記構成においては、インシュレータの内燃機関側が開放されているため、車両が走行するのに伴ってエンジンルーム内に流入した空気が、インシュレータにおける内燃機関側からインシュレータ内部へと流入し得る。この点、上記構成においては、排気マニホールドのフィンが外側へと張り出していて、インシュレータの開放部分の一部をフィンで塞いだようになっている。したがって、インシュレータの内部に空気が流入することを抑制でき、インシュレータの内部に空気が流入することに起因して触媒コンバータの昇温が妨げられることも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】内燃機関及び当該内燃機関に適用された排気構造の平面図。
【図２】排気マニホールド及び触媒コンバータの平面図。
【図３】内燃機関側から視た排気マニホールド及び触媒コンバータの平面図。
【図４】内燃機関側から視た排気構造の平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、円柱状の気筒１２が内部に区画されたシリンダブロック１１を備えている。気筒１２は、シリンダブロック１１の上面に開口している。なお、気筒１２は複数区画されているが、図１では、気筒１２を１つのみ図示している。シリンダブロック１１の下端には、クランクケース１３が固定されている。クランクケース１３は、シリンダブロック１１と共にクランクシャフト１４を挟み込んで支持している。クランクケース１３の下端には、内燃機関１０の各所を潤滑するオイルを貯留するためのオイルパン１５が固定されている。なお、クランクケース１３及びオイルパン１５を合わせて「オイルパン」と呼称することもある。
【０００９】
シリンダブロック１１の上端には、シリンダヘッド２１が固定されている。シリンダヘッド２１の下面においては、平面視円形状の凹部２２が上側に向かって窪んでいる。凹部２２は、シリンダブロック１１における気筒１２に対向配置されている。シリンダヘッド２１には、気筒１２内に吸気を導入するための吸気ポート２３が区画されている。吸気ポート２３の一方側は凹部２２に開口しており、吸気ポート２３の他方側はシリンダヘッド２１の側面（図１において左側の側面）に開口している。吸気ポート２３は、気筒１２の数に対応して複数設けられている。なお、図１では、吸気ポート２３を１つのみ図示している。
【００１０】
シリンダヘッド２１には、気筒１２内から排気を排出するための排気ポート２４が区画されている。排気ポート２４の一方側は気筒１２の数に対応して複数に分岐しており、その分岐した各通路が凹部２２に開口している。排気ポート２４の他方側は、分岐した各通路が集合して１つの通路に集合しており、その集合通路がシリンダヘッド２１の側面（図１において右側の側面）に開口している。なお、図１では、排気ポート２４における分岐した通路のうちの１つのみを図示している。シリンダヘッド２１の上面には、当該シリンダヘッド２１の内部空間を上側から覆うヘッドカバー２５が取り付けられている。
【００１１】
図２に示すように、排気ポート２４におけるシリンダヘッド２１の側面側の開口には、排気マニホールド３１が接続されている。排気マニホールド３１の管状部３２は略楕円管状であり、排気下流側（排気ポート２４とは反対側）ほど下側に向かうように湾曲している。管状部３２における排気上流側（排気ポート２４側）の端部からは、外側へ向かって板状のフランジ３３が張り出している。
【００１２】
図３に示すように、フランジ３３の平面視形状は、略四角形状（略台形状）になっている。フランジ３３における四角形状の四隅においては、当該フランジ３３の厚み方向にボルト孔Ｈ１が貫通している。このボルト孔Ｈ１に挿通される図示しないボルトによって、排気マニホールド３１のフランジ３３がシリンダヘッド２１の側面に当接した状態で、両者が固定される。
【００１３】
図２に示すように、排気マニホールド３１の下流端には、触媒コンバータ４０が接続されている。触媒コンバータ４０は、上流側から順に、上流部４１、中流部４２、下流部４３に大別できる。触媒コンバータ４０の上流部４１は、下流側ほど径が大きくなる円管状になっている。上流部４１の上流端における径は、排気マニホールド３１の下流端における径と略同一になっている。上流部４１の下流端には、円管状の中流部４２が接続されている。中流部４２の径は、上流部４１の下流端の径と略同一になっている。また、中流部４２の径は軸方向の全体に亘って略一定になっている。この中流部４２の内部には、排気中に含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物を浄化するための三元触媒が収容されている。三元触媒は、活性化温度（例えば５００〜７００度）以上に昇温されることで、窒素酸化物や硫黄酸化物に対する浄化能を発揮する。中流部４２の下流端には、下流側ほど径が小さくなる円管状の下流部４３が接続されている。下流部４３の上流端における径は、中流部４２の径と同じになっている。下流部４３の下流側の一部は、径が一定の円管状になっており、この部分に図示しない他の排気管が接続されている。
【００１４】
図３に示すように、触媒コンバータ４０における下流部４３には、円管状の排気還流管５１が接続されている。排気還流管５１は、内燃機関１０側へと引き回されている。この実施形態では、排気還流管５１は、排気マニホールド３１や触媒コンバータ４０と並んで延びるように配置されている。排気還流管５１の下流側（下流部４３側とは反対側）の端部からは、外側へ向かって板状のフランジ５２が張り出している。フランジ５２の平面視形状は、略楕円形状になっている。フランジ５２における長径方向の両端部においては、当該フランジ５２の厚み方向にボルト孔Ｈ５が貫通している。このボルト孔Ｈ５に挿通される図示しないボルトによって、排気還流管５１のフランジ５２が、図示しない他の配管に接続されている。排気還流管５１は、他の配管を介して、内燃機関１０の吸気通路に接続されている。なお、図２では、排気還流管５１を二点鎖線で図示している。
【００１５】
フランジ５２における他の配管と当接するのとは反対側（図３において紙面奥側）の面からは、板状のブラケット５３が延びている。ブラケット５３は、排気還流管５１の上流側（触媒コンバータ４０の下流側）斜め下方に向かって延びている。ブラケット５３の平面視形状は、略四角形状になっている。ブラケット５３における先端部分には、当該ブラケット５３の厚み方向にボルト孔Ｈ６が貫通している。
【００１６】
図２及び図３に示すように、排気マニホールド３１のフランジ３３における内燃機関１０とは反対側（図２において右側、図３において紙面奥側）の面からは、板状の第１フィン３５が延びている。第１フィン３５は、フランジ３３のうちの、管状部３２における排気ポート２４側の開口よりも下側の部分から延びている。第１フィン３５は、全体として、管状部３２の下流側斜め下方に延びている。図３に示すように、第１フィン３５は、管状部３２における排気ポート２４側の開口部の軸線方向（図３において紙面厚み方向）から視た場合に、フランジ３３の外縁よりも下側にまで至っている。すなわち、第１フィン３５は、フランジ３３よりも外側にまで張り出している。
【００１７】
図３に示すように、第１フィン３５における延設方向に直交する方向の寸法を幅寸法としたとき、第１フィン３５の幅寸法は、先端側ほど短くなっている。第１フィン３５における延設方向先端部においては、当該第１フィン３５の厚み方向にボルト孔Ｈ２が貫通している。
【００１８】
図２及び図３に示すように、排気マニホールド３１のフランジ３３における内燃機関１０とは反対側の面からは、板状の第２フィン３６が延びている。第２フィン３６は、フランジ３３のうちの、管状部３２における排気ポート２４側の開口よりも排気還流管５１側（図２において紙面手前側、図３において右側）の部分から延びている。第２フィン３６は、全体として、フランジ３３から立ち上がるとともに先端側ほど排気還流管５１側へと寄るように斜めに延設されている。図３に示すように、第２フィン３６は、管状部３２における排気ポート２４側の開口部の軸線方向から視た場合に、フランジ３３の外縁よりも排気還流管５１側にまで至っている。すなわち、第２フィン３６は、フランジ３３よりも外側にまで張り出している。
【００１９】
第２フィン３６は、全体として先端側ほど幅が狭くなる三角形状になっている。第２フィン３６の先端側の一部は、当該第２フィン３６の先端が排気還流管５１側を向くように屈曲されている。この第２フィン３６の延設方向先端部においては、当該第２フィン３６の厚み方向にボルト孔Ｈ３が貫通している。
【００２０】
図４に示すように、排気マニホールド３１、触媒コンバータ４０、及び排気還流管５１は、樹脂製のインシュレータ６０によって外側から取り囲まれている。インシュレータ６０は、全体として筒形状になっていて、その筒形状の内部に、排気マニホールド３１、触媒コンバータ４０、及び排気還流管５１が収容されている。このようにインシュレータ６０は筒形状であるため、当該インシュレータ６０の軸線方向一方側である内燃機関１０側は開放されている。
【００２１】
インシュレータ６０は、当該インシュレータ６０の上側部分を構成する上側インシュレータ６１と、下側部分を構成する下側インシュレータ６２とを備えている。そして、上側インシュレータ６１及び下側インシュレータ６２は、いずれも断面視で一方側に湾曲した形状になっている。これら上側インシュレータ６１及び下側インシュレータ６２が、湾曲した凹み側が互いに向かい合うように対向配置されることで、インシュレータ６０全体としては筒形状になっている。
【００２２】
上側インシュレータ６１は、排気マニホールド３１における第２フィン３６のボルト孔Ｈ３に挿通される図示しないボルトによって排気マニホールド３１に固定されている。なお、図示は省略するが、上側インシュレータ６１は、ボルトやブラケット等を介して触媒コンバータ４０にも固定されている。
【００２３】
下側インシュレータ６２は、排気マニホールド３１における第１フィン３５のボルト孔Ｈ２に挿通される図示しないボルトによって排気マニホールド３１に固定されている。また、下側インシュレータ６２は、排気還流管５１におけるブラケット５３のボルト孔Ｈ６に挿通される図示しないボルトによって排気還流管５１に固定されている。なお、図示は省略するが、下側インシュレータ６２は、ボルトやブラケット等を介して触媒コンバータ４０にも固定されている。
【００２４】
本実施形態の作用及び効果について説明する。
上記のように構成された内燃機関１０が、吸気ポート２３側が車両前側、排気ポート２４側が車両前側に位置するように、車両に搭載されたとする。この場合、車両が前進走行すると、車両のエンジンルーム内に流入した空気が、内燃機関１０の吸気ポート２３側から排気ポート２４側へと回り込むようにして流れる。そして、排気ポート２４側へと回り込むように流れてきた空気の一部は、インシュレータ６０における内燃機関１０側の開口を介して、当該インシュレータ６０の内部に流入しようとする。仮に、インシュレータ６０の内部に多量の空気が流入すると、流入した空気によってインシュレータ６０内部に収容されている触媒コンバータ４０が冷却されてしまう。特に、内燃機関１０の始動直後は、できるだけ早期に触媒コンバータ４０を活性化させて、排気浄化能力を発揮できるようにするべきである。そのような内燃機関１０の始動直後の状況下で、インシュレータ６０内部に多量の空気が流入すると、触媒コンバータ４０の昇温が妨げられて、触媒コンバータ４０が活性化するまでの時間が長期化してしまう。
【００２５】
上記実施形態では、排気マニホールド３１において、第１フィン３５及び第２フィン３６がフランジ３３よりも外側にまで張り出している。そのため、インシュレータ６０における内燃機関１０側の開口の一部が、第１フィン３５及び第２フィン３６によって塞がれたようになっている。したがって、インシュレータ６０における内燃機関１０側の開口から空気が流入しようとしても、第１フィン３５及び第２フィン３６によってその流れが妨げられる。そして、空気が、インシュレータ６０の内部における第１フィン３５及び第２フィン３６よりも下流側、すなわち、触媒コンバータ４０側へと至ることを抑制できる。その結果、例えば、内燃機関１０の始動直後において、インシュレータ６０の内部に空気が流入することに起因して触媒コンバータ４０の昇温が妨げられることも抑制できる。
【００２６】
ところで、排気マニホールド３１の管状部３２内には高温の排気が流入するため、内燃機関１０の駆動時には、排気マニホールド３１は相当に高温になり得る。その一方で、内燃機関１０が駆動していないときには、排気マニホールド３１の温度は外気温相当の温度にまで低下する。排気マニホールド３１においてこのような温度変化が繰り返し生じると、フランジ３３のボルト孔Ｈ１に挿通されているボルトに緩みが生じるおそれがある。
【００２７】
この点、上記実施形態では、インシュレータ６０の内部へ流入しようとする空気は、第１フィン３５及び第２フィン３６によって妨げられるため、第１フィン３５や第２フィン３６には、比較的に多くの空気が当たることになる。すなわち、第１フィン３５や第２フィン３６は、インシュレータ６０の内部へ流入しようとする空気によって冷却され、それに応じてフランジ３３も冷却される。つまり、第１フィン３５や第２フィン３６は、フランジ３３を冷却するための「冷却フィン」としても機能する。そして、フランジ３３を効率よく冷却することで、フランジ３３が過度に高い温度に加熱されることを抑制し、フランジ３３において生じる温度変化の幅を小さくできる。
【００２８】
しかも、上記実施形態の第１フィン３５の先端部にはボルト孔Ｈ２が設けられており、第２フィン３６の先端部にはボルト孔Ｈ３が設けられている。すなわち、第１フィン３５及び第２フィン３６は、インシュレータ６０を固定するための「ブラケット」としても機能している。したがって、例えば、各フィンとインシュレータ６０を固定するための「ブラケット」とを別々に設ける場合に比較して、排気構造３０の構造の簡略化や小型化に寄与できる。
【００２９】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態における内燃機関１０の構造はあくまでも例示であり、適宜変更できる。例えば、上記実施形態では、シリンダヘッド２１の内部において、排気ポート２４が下流側において１つの集合通路に合流していたが、複数の排気ポート２４が合流することなく、それぞれがシリンダヘッド２１の側面において開口していてもよい。この場合、排気マニホールド３１は、排気ポート２４の開口の数に応じた数の分岐管と、各分岐管の下流側に接続されて当該分岐管が合流する合流管とで構成されればよい。このような排気マニホールド３１の構造であっても、分岐管の上流端から延びるフランジよりも外側にまで張り出すフィンを採用すれば、上記実施形態と同様の効果を得られる。
【００３０】
・排気構造３０において排気還流管５１は必須ではない。車両において排気を吸気側へと戻す排気還流装置（ＥＧＲ装置）が搭載されていない場合には、排気還流管５１も存在しないことになる。このような場合でも、インシュレータ６０が、排気マニホールド３１及び触媒コンバータ４０を外側から取り囲む構造であれば、上記実施形態の第１フィン３５や第２フィン３６の構造を適用できる。
【００３１】
・車両に搭載されたときの内燃機関１０の向きは上記実施形態の例に限らない。例えば、内燃機関１０の吸気ポート２３が車両の幅方向一方側、内燃機関１０の排気ポート２４が車両の幅方向他方側を向くように、内燃機関１０が車両に搭載されてもよい。内燃機関１０の向きがどうであれ、インシュレータ６０の内燃機関１０が開放されていれば、その開放されている箇所からインシュレータ６０の内部に空気は流入し得るので、上記実施形態の第１フィン３５や第２フィン３６が有効である。
【００３２】
・排気マニホールド３１において、第１フィン３５及び第２フィン３６のいずれか一方を省略してもよい。フランジ３３よりも外側にまで張り出しているフィンが少なくとも１つあれば、そのようなフィンが存在しない場合よりは、インシュレータ６０の内部の触媒コンバータ４０にまで空気が流入することは防げる。
【００３３】
・排気マニホールド３１において、第１フィン３５及び第２フィン３６に代えて、又は加えて、フランジ３３よりも外側にまで張り出している他のフィンを設けてもよい。内燃機関１０の全体形状や内燃機関１０の周囲の装置の配置によって、インシュレータ６０の開口のうちで空気が流入しやすい箇所としにくい箇所とが生じ得る。このような事情を考慮して、例えば、少なくとも空気が流入しやすい箇所においてフィンを設ければ、インシュレータ６０の内部に空気が流入することを効果的に抑制できる。
【００３４】
・排気マニホールド３１において、管状部３２からフィンが延びていてもよい。管状部３２から延びるフィンが、フランジ３３よりも外側にまで張り出していれば、そのフィンによって、管状部３２よりも下流側（触媒コンバータ４０側）に空気が流入することは抑制できる。
【００３５】
・第１フィン３５におけるボルト孔Ｈ３を省略してもよい。ボルト孔Ｈ３を省略する場合、排気マニホールド３１における第１フィン３５以外の箇所、触媒コンバータ４０、内燃機関１０の周囲に存在する他の装置等において、インシュレータ６０を固定する構造を設ければよい。この点、第２フィン３６のボルト孔Ｈ６についても同様である。
【００３６】
・インシュレータ６０は、３つ以上の部材が組み合わされて筒形状をなしていてもよいし、筒形状の一つの部材で構成されていてもよい。
・インシュレータ６０の形状は、上記実施形態のように筒形状に限らない。例えば、インシュレータ６０が、上側インシュレータ６１のみで構成されていたり、下側インシュレータ６２のみで構成されていてもよい。これらのような場合でも、インシュレータ６０における内燃機関１０側が開放されていれば、上記実施形態の第１フィン３５及び第２フィン３６の構成を適用でき得る。
【符号の説明】
【００３７】
１０…内燃機関、１１…シリンダブロック、１２…気筒、１３…クランクケース、１４…クランクシャフト、１５…オイルパン、２１…シリンダヘッド、２２…凹部、２３…吸気ポート、２４…排気ポート、２５…ヘッドカバー、３０…排気構造、３１…排気マニホールド、３２…管状部、３３…フランジ、３５…第１フィン、３６…第２フィン、４０…触媒コンバータ、４１…上流部、４２…中流部、４３…下流部、５１…排気還流管、５２…フランジ、５３…ブラケット、６０…インシュレータ、６１…上側インシュレータ、６２…下側インシュレータ、Ｈ１…ボルト孔、Ｈ２…ボルト孔、Ｈ３…ボルト孔、Ｈ５…ボルト孔、Ｈ６…ボルト孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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