(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートを開閉可能な吸気弁及び排気ポートを開閉可能な排気弁が備えられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの排気装置であって、
気筒列方向の内側に位置しかつ排気順序が連続しない複数の気筒からなる第１の気筒群の排気ポートに接続された第１独立排気通路と、気筒列方向の外側に位置しかつ排気順序が連続しない複数の気筒からなる第２の気筒群の排気ポートに接続された第２独立排気通路と、前記第１、第２独立排気通路の各下流端部が束ねられて接続され、各独立排気通路の下流端部から噴出した排気が集合する混合管とを含む排気系が設けられ、
前記混合管は、下流側ほど流路面積が小さくなる逆円錐台形状のテーパ部を有し、
少なくともエンジン低速域においては、各気筒の吸排気開弁期間が所定のオーバーラップ期間を有し、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒のオーバーラップ期間が他方の気筒の排気開弁時期に重複するように設定され、
前記第１独立排気通路は、第１の板金部材の一方の面に第２の板金部材が結合されることにより形成されて、その上流側部分が前記第１の気筒群の各排気ポートに接続可能な複数の通路に分離した形状を有し、
前記第２独立排気通路は、前記第１の板金部材の他方の面に第３の板金部材が結合されることにより形成されて、その上流側部分が前記第２の気筒群の各排気ポートに接続可能な複数の通路に分離した形状を有し、
前記第１、第２独立排気通路の各下流端部は、気筒列方向においてエンジン中央部に対応する位置で束ねられて前記混合管に接続され、
前記第１、第２独立排気通路の各下流側部分に、気筒列方向視でエンジン上下方向の下方に向けて湾曲する湾曲部が形成されるように、前記第１の板金部材の下流側の一部とこれに対応する前記第２、第３の板金部材の一部とがそれぞれ湾曲しており、
前記第１独立排気通路の湾曲部の方が前記第２独立排気通路の湾曲部よりも通路長が長くなるように、気筒列方向視において、前記第１独立排気通路の湾曲部が前記第２独立排気通路の湾曲部よりも外周側に配置されたことを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
前記第１、第２の板金部材のうち少なくとも第２の板金部材に、前記第１独立排気通路の流路を形成するための凹溝が設けられ、
前記第１、第３の板金部材のうち少なくとも第３の板金部材に、前記第２独立排気通路の流路を形成するための凹溝が設けられ、
前記凹溝の両側縁部にフランジが設けられて、前記フランジが溶接されることにより前記第２、第３の板金部材が第１の板金部材に結合されていることを特徴とする多気筒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、自動車等に搭載される多気筒エンジンの排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等に搭載される多気筒エンジンにおいて、トルクの向上を目的とした排気装置の開発が行なわれている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、排気順序が連続しない気筒の排気通路を束ねて、先細りの排気管として集合させ、この絞り部分にエゼクタ効果を持たせて、気筒間の排気干渉を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−０３６０２３号公報（第４頁、第５頁、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多気筒エンジンにおいて、広い回転域に亘ってトルクの向上を図り、トルクのワイドレンジ化を達成するためには、例えばエンジン低速域においてエゼクタ効果が得られるように排気系を構成することが有効である。その場合、排気系の形状自由度が高いこと、生産性及び製造コストに優れること、触媒の活性化に有利であること等が重要である。
【０００６】
そこで、本発明は、形状の自由度が高く、生産性及び製造コストに優れ、触媒の活性化に有利でありつつ、エゼクタ効果が得られるように排気系が構成された多気筒エンジンの排気装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、吸気ポートを開閉可能な吸気弁及び排気ポートを開閉可能な排気弁が備えられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの排気装置であって、気筒列方向の内側に位置しかつ排気順序が連続しない複数の気筒からなる第１の気筒群の排気ポートに接続された第１独立排気通路と、気筒列方向の外側に位置しかつ排気順序が連続しない複数の気筒からなる第２の気筒群の排気ポートに接続された第２独立排気通路と、前記第１、第２独立排気通路の各下流端部が束ねられて接続され、各独立排気通路の下流端部から噴出した排気が集合する混合管とを含む排気系が設けられ、前記混合管は、下流側ほど流路面積が小さくなる逆円錐台形状のテーパ部を有し、少なくともエンジン低速域においては、各気筒の吸排気開弁期間が所定のオーバーラップ期間を有し、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒のオーバーラップ期間が他方の気筒の排気開弁時期に重複するように設定され、前記第１独立排気通路は、第１の板金部材の一方の面に第２の板金部材が結合されることにより形成されて、その上流側部分が前記第１の気筒群の各排気ポートに接続可能な複数の通路に分離した形状を有し、前記第２独立排気通路は、前記第１の板金部材の他方の面に第３の板金部材が結合されることにより形成されて、その上流側部分が前記第２の気筒群の各排気ポートに接続可能な複数の通路に分離した形状を有し、前記第１、第２独立排気通路の各下流端部は、気筒列方向においてエンジン中央部に対応する位置で束ねられて前記混合管に接続され、前記第１、第２独立排気通路の各下流側部分に、気筒列方向視でエンジン上下方向の下方に向けて湾曲する湾曲部が形成されるように、前記第１の板金部材の下流側の一部とこれに対応する前記第２、第３の板金部材の一部とがそれぞれ湾曲しており、前記第１独立排気通路の湾曲部の方が前記第２独立排気通路の湾曲部よりも通路長が長くなるように、気筒列方向視において、前記第１独立排気通路の湾曲部が前記第２独立排気通路の湾曲部よりも外周側に配置されたことを特徴とする多気筒エンジンの排気装置である（請求項１）。
【０００８】
本発明によれば、各独立排気通路を通過した排気が混合管に流入することにより混合管内に負圧が発生し、この負圧により、他の独立排気通路ないしこれと連通する他の気筒の排気ポート内の排気が下流側に吸い出されるエゼクタ効果が得られる。
【０００９】
その際、少なくともエンジン低速域では、各気筒の排気弁と吸気弁とが共に開いた状態となるオーバーラップ期間が設けられ、排気順序が連続する気筒間において一方の気筒のオーバーラップ期間中に他方の気筒の排気弁が開くので、前記エゼクタ効果がオーバーラップ期間中の気筒の吸気ポートにまで及び、気筒の掃気が促進される。これにより、エンジン低速域の体積効率（ηＶ）ひいてはトルクの向上が図られる。
【００１０】
その上で、本発明によれば、前記独立排気通路が板金部材の結合で形成されているので、例えばパイプ部材の結合で形成される場合等に比べて形状の自由度が高くなる。また、鋳物で形成される場合等に比べて管壁の厚みが薄くなり、軽量化が図られ、生産性及び製造コストに優れる。さらに、管壁の厚みが薄い分、管壁への排気の放熱量が減るから、触媒が早期に活性化し、また活性化した後の活性化状態が良好に維持される。
【００１１】
しかも、第１の板金部材と第２の板金部材との結合により、気筒列方向内側の第１の気筒群に接続される第１独立排気通路が形成され、第１の板金部材と第３の板金部材との結合により、気筒列方向外側の第２の気筒群に接続される第２独立排気通路が形成されるので、複数の独立排気通路の各下流端部が束ねられた複雑な構造が例えば板金プレス加工等により容易に形成される。
さらに、第１、第２独立排気通路の各下流側部分にそれぞれ湾曲部が形成されるとともに、第１独立排気通路の湾曲部が第２独立排気通路の湾曲部よりも外周側に配置されるので、この湾曲部においては第１独立排気通路の方が第２独立排気通路よりも通路長が長くなる。そのため、湾曲部よりも上流側では第１独立排気通路の方が第２独立排気通路よりも通路長が短くなることと相俟って、これら第１、第２独立排気通路が相互に等長化され、エゼクタ効果の気筒間バラツキが低減される。
【００１２】
以上により、エゼクタ効果が得られるように構成された排気系は、複雑な構造でありながら、形状の自由度が高く、生産性及び製造コストに優れ、触媒の活性化に有利なものとなる。
【００１３】
本発明では、前記第１、第２の板金部材のうち少なくとも第２の板金部材に、前記第１独立排気通路の流路を形成するための凹溝が設けられ、前記第１、第３の板金部材のうち少なくとも第３の板金部材に、前記第２独立排気通路の流路を形成するための凹溝が設けられ、前記凹溝の両側縁部にフランジが設けられて、前記フランジが溶接されることにより前記第２、第３の板金部材が第１の板金部材に結合されていることが好ましい（請求項２）。
【００１４】
この構成によれば、第１の板金部材の一方の面に第２の板金部材を結合して第１独立排気通路を形成する際及び第１の板金部材の他方の面に第３の板金部材を結合して第２独立排気通路を形成する際に、各独立排気通路の流路を形成するための凹溝が外側に露出せず伏せられた状態となるので、フランジの溶接時に前記凹溝内に溶接スパッタが入ることが回避され、独立排気通路の流路形状が変形することがない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エゼクタ効果が得られるように構成された複雑な構造の排気系を形状の自由度を高くして製造することができる。また、管壁の軽薄化が図られ、生産性、製造コスト及び触媒の活性化の面で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置の概略構成図である。
【図２】図１の排気系の拡大図である。
【図３】図２の要部側面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】前記エンジンの各気筒の吸排気開弁期間が所定のオーバーラップ期間を有する説明図である。
【図６】前記エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁期間の説明図である。
【図７】前記エンジンの排気マニホールドの分解斜視図である。
【図８】第３の板金部材の斜視図である。
【図９】前記第３の板金部材に第１の板金部材が結合された状態の斜視図である。
【図１０】前記第１の板金部材に第２の板金部材が結合された状態の斜視図である。
【図１１】図１０と比べて、図面上、上下を反対にして見た状態の斜視図である。
【図１２】図１０の状態の平面図である。
【図１３】フランジの溶接時に独立排気通路の流路を形成するための凹溝内に溶接スパッタが入る可能性のある例としての（ａ）板金部材上、（ｂ）板金部材中、（ｃ）板金部材下の斜視図である。
【図１４】フランジの溶接時に独立排気通路の流路を形成するための凹溝内に溶接スパッタが入る可能性のある他の例としての（ａ）板金部材上、（ｂ）板金部材中、（ｃ）板金部材下の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（１）全体構成
図１は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置１００の概略構成図、図２は、図１の排気系の拡大図、図３は、図２の要部側面図である。この排気装置１００は、シリンダヘッド９及びシリンダブロック（図示せず）を有するエンジン本体１と、エンジン制御用のＥＣＵ２と、エンジン本体１に接続される複数の独立吸気通路３…３等を含む吸気系と、エンジン本体１に接続される排気マニホールド５と、排気マニホールド５に接続される触媒装置６とを備えている。
【００２０】
前記シリンダヘッド９及びシリンダブロックの内部にはピストンがそれぞれ嵌挿された複数（図例では４つ）の気筒１２が形成されている。本実施形態では、エンジン本体１は、直列４気筒のエンジンであって、シリンダヘッド９及びシリンダブロックの内部には、４つの気筒１２が直列に並んだ状態で形成されている。具体的には、図１及び図２の右から順に、第１気筒１２ａ、第２気筒１２ｂ、第３気筒１２ｃ、第４気筒１２ｄが形成されている。シリンダヘッド９には、ピストンの上方に区画された燃焼室内に臨むようにそれぞれ点火プラグ１５が設置されている。
【００２１】
エンジン本体１は４サイクルエンジンであって、図５に示すように、各気筒１２ａ〜１２ｄにおいて、１８０°ＣＡずつずれたタイミングで点火プラグ１５による点火が行われて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各行程がそれぞれ１８０°ＣＡずつずれたタイミングで行われる。本実施形態では、第１気筒１２ａ→第３気筒１２ｃ→第４気筒１２ｄ→第２気筒１２ｂの順に点火が行われ、この順に各行程が実施される。
【００２２】
シリンダヘッド９には、それぞれ燃焼室に向かって開口する２つの吸気ポート１７及び２つの排気ポート１８が設けられている。吸気ポート１７は、各気筒１２内に吸気を導入するためのものである。排気ポート１８は、各気筒１２内から排気を排出するためのものである。各吸気ポート１７には、これら吸気ポート１７を開閉して吸気ポート１７と気筒１２内部とを連通又は遮断するための吸気弁１９が設けられている。各排気ポート１８には、これら排気ポート１８を開閉して排気ポート１８と気筒１２内部とを連通又は遮断するための排気弁２０が設けられている。吸気弁１９は、吸気弁駆動機構３０で駆動されることにより、所定のタイミングで吸気ポート１７を開閉する。排気弁２０は、排気弁駆動機構４０で駆動されることにより、所定のタイミングで排気ポート１８を開閉する。
【００２３】
吸気弁駆動機構３０は、吸気弁１９に連結された吸気カムシャフト３１と吸気ＶＶＴ３２とを有している。排気弁駆動機構４０は、排気弁２０に連結された排気カムシャフト４１と排気ＶＶＴ４２とを有している。吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１は、周知のチェーン及びスプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトの回転に伴い回転して、吸気弁１９及び排気弁２０を開閉駆動する。
【００２４】
吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２は、吸気弁１９及び排気弁２０のバルブタイミングを変更するためのものである。例えば、吸気ＶＶＴ３２は、吸気カムシャフト３１と同軸に配置されてクランクシャフトにより直接駆動される所定の被駆動軸を有し、この被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間の位相差を変更する。これにより、クランクシャフトと吸気カムシャフト３１との間の位相差が変更され、吸気弁１９のバルブタイミングが変更される。排気ＶＶＴ４２もこれに準じて同様である。
【００２５】
吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２の具体的構成としては、例えば、前記被駆動軸と吸気カムシャフト３１又は排気カムシャフト４１との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これらの液室間に圧力差を設けることで前記位相差を変更する液圧式機構や、前記被駆動軸と吸気カムシャフト３１又は排気カムシャフト４１との間に電磁石を配設し、この電磁石に電力を付与することで前記位相差を変更する電磁式機構等が挙げられる。吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２は、ＥＣＵ２で算出された吸気弁１９及び排気弁２０の目標バルブタイミングに基づいて前記位相差を変更する。
【００２６】
本実施形態では、吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２は、吸気弁１９及び排気弁２０の開弁期間及びリフト量、つまりバルブプロファイルをそれぞれ一定に保ったまま、吸気弁１９及び排気弁２０の開弁時期（図６に示す開弁開始時期）及び閉弁時期をそれぞれ変更する。
【００２７】
本実施形態では、吸気弁１９及び排気弁２０の開弁時期及び閉弁時期とは、図６に示すように、各バルブのリフトカーブにおいてバルブのリフトが急峻に立ち上がる時期又は立ち下がる時期であり、例えば０．４ｍｍリフトの時期をいう。
【００２８】
（２）排気系の構成
図１〜図３に示すように、排気マニホールド５は、上流側から順に、排気順序が連続しない２つの気筒１２の排気ポート１８にそれぞれ接続された２つの独立排気通路５２と、各独立排気通路５２の下流端部に接続されて各独立排気通路５２を通過した排気が流入し、集合する混合管５０とを有する。前記混合管５０は、その軸芯Ｌ１上に、上流側から順に、下流側ほど流路面積が小さくなるテーパ部５６と、前記テーパ部５６の下流端の流路面積（混合管５０の最小流路面積）を維持して下流側に延びるストレート部５７と、下流側ほど流路面積が大きくなるディフューザ部５８とを備えている。本実施形態では、前記テーパ部５６は、下流側に向かうに従って縮径する逆円錐台形状とされ、前記ディフューザ部５８は、下流側に向かうに従って拡径する円錐台形状とされている。
【００２９】
各独立排気通路５２は、各気筒１２の排気ポート１８に接続されている。具体的には、４つの気筒１２のうち、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第２気筒１２ｂの排気ポート１８と第３気筒１２ｃの排気ポート１８とは、共通の１つの独立排気通路５２ａに接続され、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第１気筒１２ａの排気ポート１８と第４気筒１２ｄの排気ポート１８とは、共通の他の１つの独立排気通路５２ｂに接続されている。より詳細には、独立排気通路５２ａは、その上流側において２つの通路に分離しており、その一方に第２気筒１２ｂの排気ポート１８が接続され、他方に第３気筒１２ｃの排気ポート１８が接続されている。同様に、独立排気通路５２ｂは、その上流側において２つの通路に分離しており、その一方に第１気筒１２ａの排気ポート１８が接続され、他方に第４気筒１２ｄの排気ポート１８が接続されている。
【００３０】
ここで、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃは、気筒列方向（図１、図２の左右方向）においてエンジン本体１の中央部（内側）に位置する気筒であり、特許請求の範囲でいう「第１の気筒群」に相当する。また、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄは、気筒列方向においてエンジン本体１の端部（外側）に位置する気筒であり、特許請求の範囲でいう「第２の気筒群」に相当する。そして、第１の気筒群の各排気ポート、つまり第２気筒１２ｂの排気ポート１８及び第３気筒１２ｃの排気ポート１８に接続された独立排気通路５２ａは、特許請求の範囲でいう「第１独立排気通路」に相当し、第２の気筒群の各排気ポート、つまり第１気筒１２ａの排気ポート１８及び第４気筒１２ｄの排気ポート１８に接続された独立排気通路５２ｂは、特許請求の範囲でいう「第２独立排気通路」に相当する。
【００３１】
本実施形態では、前記混合管５０は、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に対向する位置に配置されている。そして、前記独立排気通路５２ａ，５２ｂの各下流端部は、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に対向する位置で束ねられて前記混合管５０に接続されている。その場合、各独立排気通路５２ａ，５２ｂは、気筒中心線と平行な方向（図３の上下方向）に湾曲する湾曲部Ｒが形成されている（図３参照）。そして、前記湾曲部Ｒを気筒列方向視で見たとき、エンジン本体１の中央部（気筒列方向の内側）に位置する気筒１２ｂ，１２ｃの排気ポート１８に接続された独立排気通路５２ａは、エンジン本体１の端部（気筒列方向の外側）に位置する気筒１２ａ，１２ｄの排気ポート１８に接続された独立排気通路５２ｂよりも外周側で湾曲している。
【００３２】
２つの独立排気通路５２ａ，５２ｂは互いに独立しており、第１気筒１２ａ又は第４気筒１２ｄから排出された排気と、第２気筒１２ｂ又は第３気筒１２ｃから排出された排気とは、互いに独立して各独立排気通路５２ａ，５２ｂを下流側に通過し、各独立排気通路５２ａ，５２ｂの下流端部から混合管５０のテーパ部５６に噴出する。
【００３３】
各独立排気通路５２の下流端部は、下流側ほど流路面積が小さくなる先細り部とされている。これにより、各独立排気通路５２の下流端部から混合管５０に噴出するときの排気の流速は、各独立排気通路５２を先細り部まで通過してきた排気の流速よりも大きくなり、排気は、各独立排気通路５２の下流端部から混合管５０のテーパ部５６に高速で噴出する。
【００３４】
本実施形態では、図４に示すように、各独立排気通路５２ａ，５２ｂの下流端部は、断面形状が半円形とされ、この半円形が集合して全体として略円形断面を形成するように束ねられて、前記混合管５０のテーパ部５６の上流端に接続されている（図１〜図３参照）。
【００３５】
このような構成により、各独立排気通路５２を通過した排気が高速で混合管５０に噴出したときには、混合管５０内に負圧が発生し、この負圧によって、排気を噴出した独立排気通路５２に隣接する他の独立排気通路５２ないしこれと連通する他の気筒１２の排気ポート１８内の排気が下流側に吸い出されるエゼクタ効果が奏される。
【００３６】
そして、このエゼクタ効果を高めるように、混合管５０のテーパ部５６は、下流側ほど流路面積が小さくなる形状とされている。これにより、各独立排気通路５２の下流端部からテーパ部５６に噴出した排気は、高い流速を維持したままテーパ部５６及びストレート部５７を下流側に流れ、混合管５０内（特にテーパ部５６からストレート部５７）に発生する負圧が大きくなる。本実施形態では、混合管５０のテーパ部５６及びストレート部５７を流れる排気の流速をより高めるように、テーパ部５６の下流端の流路面積（すなわち混合管５０の最小流路面積であってストレート部５７の流路面積に同じ）は、２つの独立排気通路５２ａ，５２ｂの下流端部の流路面積の合計値よりも小さい値に設定されている。
【００３７】
独立排気通路５２の下流端部からテーパ部５６に噴出した排気が高速でテーパ部５６及びストレート部５７を通過することにより、テーパ部５６からストレート部５７にかけて発生する負圧が大きくなる（つまり排気の圧力が低下する）と共に、排気の温度が低下する。そのため、テーパ部５６及びストレート部５７において、排気の外部への放熱量は小さく抑えられる。このことは後述する触媒の活性化に有利に働く。そして、ストレート部５７を通過した排気は、下流側ほど流路面積が大きくなる形状のディフューザ部５８に流入することにより流速が低下する一方で、排気の圧力及び温度が回復し、高圧高温状態に戻った状態で触媒装置６に流入する。
【００３８】
触媒装置６は、エンジン本体１から排出された排気を浄化するための装置である。この触媒装置６は、排気中の有害成分を浄化する機能を有する触媒本体６４と、この触媒本体６４を収容するケーシング６２とを備えている。ケーシング６２は、排気の流通方向と平行に延びる略円筒状を有している。触媒本体６４は、例えば三元触媒を含有し、理論空燃比の雰囲気下で、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に酸化又は還元して除去し得る三元触媒機能を有する。
【００３９】
触媒本体６４は、ケーシング６２の排気流通方向の中央の拡径部分に収容されている。ケーシング６２の上流端には所定の空間が形成されている。前記混合管５０のディフューザ部５８の下流端は前記ケーシング６２の上流端に接続されている。ディフューザ部５８から排出された排気は前記ケーシング６２の上流端に流入した後、触媒本体６４側へ進行する。このとき、前述したように、混合管５０のディフューザ部５８を通過した排気は、高圧高温状態に戻っている。そのため、相対的に高い温度の排気が高圧で触媒本体６４に流入し、これにより、触媒本体６４は早期に活性化され、また、触媒本体６４の活性化状態が良好に維持される。
【００４０】
（３）本実施形態の特徴
［３−１］低速域でのエゼクタ効果
ＥＣＵ２は、少なくとも低速域（例えば２７００ｒｐｍ〜２８００ｒｐｍ以下の回転域）においては、各気筒１２の吸排気開弁期間が所定のオーバーラップ期間を有し、排気順序が連続する気筒１２，１２間において一方の気筒１２のオーバーラップ期間が他方の気筒１２の排気開弁時期に重複するように、吸気弁駆動機構３０の吸気ＶＶＴ３２及び排気弁駆動機構４０の排気ＶＶＴ４２を制御する。
【００４１】
より具体的には、低速域においては、図５に示すように、各気筒１２の排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが吸気上死点（ＴＤＣ）を挟んでオーバーラップし、且つ、排気順序が連続する気筒１２，１２間において、一方の気筒（先行する気筒）１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に、他方の気筒（後続の気筒）１２の排気弁２０が開弁を開始するように、吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２が制御される。例えば、第１気筒１２ａの排気弁２０と吸気弁１９とがオーバーラップしている期間中に第３気筒１２ｃの排気弁２０が開弁し、第３気筒１２ｃの排気弁２０と吸気弁１９とがオーバーラップしている期間中に第４気筒１２ｄの排気弁２０が開弁し、第４気筒１２ｄの排気弁２０と吸気弁１９とがオーバーラップしている期間中に第２気筒１２ｂの排気弁２０が開弁し、第２気筒１２ｂの排気弁２０と吸気弁１９とがオーバーラップしている期間中に第１気筒１２ａの排気弁２０が開弁するように、吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２がＥＣＵ２によって制御される。
【００４２】
これにより、排気行程気筒１２の排気弁２０が開弁してブローダウンガスがこの排気行程気筒１２から独立排気通路５２を通って混合管５０のテーパ部５６に高速で噴出されるのに伴い、エゼクタ効果によりオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中の吸気行程気筒１２の排気ポート１８内に負圧が生成される。そのため、前記エゼクタ効果がオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中の吸気行程気筒１２の排気ポート１８だけでなく、吸気行程気筒１２から吸気行程気筒１２の吸気ポート１７にまで及び、このオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中の吸気行程気筒１２の掃気が促進される。その結果、少なくとも低速域においては、本実施形態に係る多気筒エンジンは、エゼクタ効果によって、体積効率（ηＶ）の向上ひいてはトルクの向上が図られる。
【００４３】
［３−２］独立排気通路の構造
次に、図７〜図１２を参照して、排気系の独立排気通路５２の構造を説明する。
【００４４】
本実施形態においては、２つの独立排気通路５２ａ，５２ｂ及び混合管５０を含む排気マニホールド５は、板金プレス加工により成形された複数の板金部材が相互に結合されることにより形成されている。特に、２つの独立排気通路５２ａ，５２ｂは、第１〜第３の３つの板金部材７１，７２，７３が相互に結合されることにより形成され、混合管５０は、第４及び第５の２つの板金部材７４，７５が相互に結合されることにより形成されている。これらの板金部材７１〜７５は、例えばステンレス鋼製であり、厚みはおよそ１．５ｍｍ〜２ｍｍである。
【００４５】
図７は、本実施形態に係るエンジンの排気マニホールド５の分解斜視図であり、独立排気通路５２ａ，５２ｂを構成する第１〜第３の３つの板金部材７１，７２，７３の相互の位置関係と、混合管５０を構成する第４及び第５の２つの板金部材７４，７５の相互の位置関係とが示されている。図８は、前記第３の板金部材７３単体の斜視図であり、図９は、前記第３の板金部材７３に前記第１の板金部材７１が結合された状態を示す斜視図であり、図１０は、前記第１の板金部材７１にさらに前記第２の板金部材７２が結合された状態を示す斜視図である。そして、図１１は、前記図１０の状態を上下反対にして見た斜視図である。なお、図７〜図１１においては、前記第４及び第５の板金部材７４，７５も併せて表されているが、便宜上、同時に表したものであり、必ずしも第４の板金部材７４が第２の板金部材７２と一体に成形されているわけではなく、また、必ずしも第５の板金部材７５が第３の板金部材７３と一体に成形されているわけではない。
【００４６】
図示したように、第１の板金部材７１は、平面視で概略Ｔ字状に形成された平板部７１ｂを有する。この平板部７１ｂの一方の面（図９の上面）の中央部に、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃに対応する独立排気通路５２ａの流路を形成するための凹溝７１ａが平面視で概略Ｕ字状に設けられ、他方の面（図９の下面）の両端部に、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄに対応する独立排気通路５２ｂの流路を形成するための凹溝７１ａが一対設けられている。そして、これらの凹溝７１ａが設けられた側と反対の側において、平板部７１ｂの中央部が外方に突出し、この突出部７１ｃが気筒中心線と平行な方向（図９の下方）に湾曲している。すなわち、突出部７１ｃは、平板部７１ｂの一方の面（図９の上面）を外側に、他方の面（図９の下面）を内側に湾曲している。
【００４７】
第２の板金部材７２は、平面視で概略逆台形状に形成され、第１の板金部材７１の一方の面に対向する面（図７の下面）に、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃに対応する独立排気通路５２ａの流路を前記第１の板金部材７１の中央部のＵ字状凹溝７１ａと協働して形成するための凹溝７２ａが平面視で概略Ｙ字状に設けられている。そして、このＹ字状凹溝７２ａの両側縁部にフランジ７２ｂが設けられ、このフランジ７２ｂが前記第１の板金部材７１の平板部７１ｂの上面に溶接されることにより、第２の板金部材７２が第１の板金部材７１の上面に結合され、これにより、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃに対応する独立排気通路５２ａが形成されている（図１０参照）。
【００４８】
なお、第２の板金部材７２において、第１の板金部材７１の前記突出部７１ｃに対応する部位は、該突出部７１ｃと同様に、気筒中心線と平行な方向（図７の下方）に湾曲している。これにより、前記独立排気通路５２ａには、気筒中心線と平行な方向（図１０の下方）に湾曲する湾曲部Ｒが形成されている（図３参照）。
【００４９】
前記独立排気通路５２ａの下流端部は、第１の板金部材７１の平板部７１ｂと第２の板金部材７２の凹溝７２ａとにより画成されているので、その流路の断面形状は、図４に示したように、半円形となっている。また、独立排気通路５２ａの下流端部が下流側ほど流路面積が小さくなる先細り部となるように、第２の板金部材７２の凹溝７２ａの下流端部は、下流側ほど縮径するように絞りが設けられている。なお、図４に、第１の板金部材７１と第２の板金部材７２との溶接部を符号Ｗ１で例示する。
【００５０】
第３の板金部材７３は、平面視で概略Ｙ字状に形成され、第１の板金部材７１の他方の面に対向する面（図８の上面）に、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄに対応する独立排気通路５２ｂの流路を前記第１の板金部材７１の両端部の一対の凹溝７１ａと協働して形成するための凹溝７３ａが平面視で概略Ｙ字状に設けられている。そして、このＹ字状凹溝７３ａの両側縁部にフランジ７３ｂが設けられ、このフランジ７３ｂが前記第１の板金部材７１の平板部７１ｂの下面に溶接されることにより、第３の板金部材７３が第１の板金部材７１の下面に結合され、これにより、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄに対応する独立排気通路５２ｂが形成されている（図１１参照）。
【００５１】
なお、第３の板金部材７３において、第１の板金部材７１の前記突出部７１ｃに対応する部位は、該突出部７１ｃと同様に、気筒中心線と平行な方向（図８の下方）に湾曲している。これにより、前記独立排気通路５２ｂには、気筒中心線と平行な方向（図１０の下方）に湾曲する湾曲部Ｒが形成されている（図３、図１１参照）。
【００５２】
前記独立排気通路５２ｂの下流端部は、第１の板金部材７１の平板部７１ｂと第３の板金部材７３の凹溝７３ａとにより画成されているので、その流路の断面形状は、図４に示したように、半円形となっている。また、独立排気通路５２ｂの下流端部が下流側ほど流路面積が小さくなる先細り部となるように、第３の板金部材７３の凹溝７３ａの下流端部は、下流側ほど縮径するように絞りが設けられている。なお、図４に、第１の板金部材７１と第３の板金部材７３との溶接部を符号Ｗ２で例示する。
【００５３】
図１２に示すように、各独立排気通路５２ａ，５２ｂの上流端部は、それぞれ第１気筒１２ａ〜第４気筒１２ｄの各排気ポート１８に接続されるように、取付フランジ５ａに設けられた円孔５ｂに挿通されている。そのため、各独立排気通路５２ａ，５２ｂの上流端部には、前記円孔５ｂに挿通されるために、第１の板金部材７１の平板部７１ｂ、第２の板金部材７２のフランジ７２ｂ及び第３の板金部材７３のフランジ７３ｂよりも外方に延びる延設部７１ｘ，７２ｘ（独立排気通路５２ａの延設部に符号７２ｘを付し、独立排気通路５２ｂの延設部に符号７１ｘを付した）が形成されている。なお、取付フランジ５ａは、エンジン本体１に結合される（図１参照）。
【００５４】
［３−３］混合管の構造
次に、図７〜図１１を参照して、排気系の混合管５０の構造を説明する。
【００５５】
前述したように、本実施形態においては、混合管５０は、第４及び第５の２つの板金部材７４，７５が相互に結合されることにより形成されている。
【００５６】
図示したように、第４及び第５の板金部材７４，７５は、相互に略同じ形状であって、それぞれ、混合管５０の前記テーパ部５６、ストレート部５７及びディフューザ部５８の流路を相互に協働して形成するための中細り形状の凹溝７４ａ，７５ａと、この凹溝７４ａ，７５ａの両側縁部に設けられたフランジ７４ｂ，７５ｂとを有している。そして、これらのフランジ７４ｂ，７５ｂ同士が相互に重ね合わされて溶接されることにより、第４の板金部材７４と第５の板金部材７５とが相互に結合され、これにより、テーパ部５６、ストレート部５７及びディフューザ部５８を備えた混合管５０が形成されている（図１０、図１１参照）。
【００５７】
［３−４］作用
本実施形態においては、排気マニホールド５の独立排気通路５２ａ，５２ｂが第１〜第３の板金部材７１〜７３の結合で形成されているので、例えばパイプ部材の結合で形成される場合等に比べて形状の自由度を高くすることができる。また、鋳物で形成される場合等に比べて管壁の厚みを薄くすることができ（鋳物の場合は管壁の厚みが４ｍｍ程度になるが、本実施形態では、前述したように、板金部材７１〜７３の厚みはおよそ１．５ｍｍ〜２ｍｍである）、軽量化が図られ、生産性及び製造コストに優れる。さらに、管壁の厚みが薄い分、管壁への排気の放熱量が減るから、触媒本体６４が早期に活性化し、また活性化した後の活性化状態が良好に維持される。
【００５８】
同様に、排気マニホールド５の混合管５０が第４及び第５の板金部材７４，７５の結合で形成されているので、例えばパイプ部材の結合で形成される場合等に比べて形状の自由度を高くすることができる。また、鋳物で形成される場合等に比べて管壁の厚みを薄くすることができ（鋳物の場合は管壁の厚みが４ｍｍ程度になるが、本実施形態では、前述したように、板金部材７４，７５の厚みはおよそ１．５ｍｍ〜２ｍｍである）、軽量化が図られ、生産性及び製造コストに優れる。さらに、管壁の厚みが薄い分、管壁への排気の放熱量が減るから、触媒本体６４が早期に活性化し、また活性化した後の活性化状態が良好に維持される。
【００５９】
また、第１の板金部材７１と第２の板金部材７２との結合により、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃに対応する独立排気通路５２ａが形成され、第１の板金部材７１と第３の板金部材７３との結合により、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄに対応する独立排気通路５２ｂが形成されるので、２つの独立排気通路５２ａ，５２ｂの各下流端部が束ねられた複雑な構造を板金プレス加工により容易に形成することができる。
【００６０】
したがって、本実施形態においては、エゼクタ効果が得られるように構成された排気系の排気マニホールド５は、複雑な構造でありながら、形状の自由度が高く、生産性及び製造コストに優れ、触媒の活性化に有利なものである。
【００６１】
本実施形態においては、第１の板金部材７１の一方の面に第２の板金部材７２を結合して第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃに対応する独立排気通路５２ａを形成する際、及び、第１の板金部材７１の他方の面に第３の板金部材７３を結合して第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄに対応する独立排気通路５２ｂを形成する際には、独立排気通路５２ａ，５２ｂの流路を形成するための各凹溝７１ａ，７２ａ，７３ａが内側に開放するように、第１の板金部材７１と第２の板金部材７２とが重ね合わされ、第１の板金部材７１と第３の板金部材７３とが重ね合わされるので、前記凹溝７１ａ，７２ａ，７３ａは外側に露出せず伏せられた状態となる。そのため、フランジ７２ｂ，７３ｂの溶接時に前記凹溝７１ａ，７２ａ，７３ａ内に溶接スパッタが入ることが回避され、独立排気通路５２ａ，５２ｂの流路形状の変形が防がれる。したがって、シールドガスに不活性ガスを用いるアーク溶接のうちでも、作業工程が相対的に多く、コスト高となりがちなＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接のみならず、作業工程が相対的に少なく、コスト安なＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接もまた十分良好に使用することができ、この点においても、生産性及び製造コストに優れることとなる。
【００６２】
因みに、本実施形態に係る独立排気通路５２ａ，５２ｂを３つの板金部材の結合で形成する別の例を図１３及び図１４に示す。図中、（ａ）は前記第２の板金部材７２に対応する板金部材上１０２，２０２の単体斜視図、（ｂ）は前記第１の板金部材７１に対応する板金部材中１０１，２０１の単体斜視図、（ｃ）は前記第３の板金部材７３に対応する板金部材下１０３，２０３の単体斜視図である。
【００６３】
図１３の例の場合、例えば、板金部材上１０２と板金部材中１０１との接合時に、板金部材上１０２と板金部材下１０３との接合用の板金部材上１０２の凹溝（両端部の凹溝）内に溶接スパッタが入る可能性があるので好ましくない。図１４の例の場合、例えば、板金部材中２０１と板金部材下２０３との接合時に、板金部材上２０２と板金部材下２０３との接合用の板金部材下２０３の凹溝（中央部の凹溝）内に溶接スパッタが入る可能性があるので好ましくない。
【００６４】
本実施形態においては、独立排気通路５２ａは、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に位置する第２、第３気筒１２ｂ，１２ｃの排気ポート１８に接続され、独立排気通路５２ｂは、気筒列方向においてエンジン本体１の端部に位置する第１、第４気筒１２ａ，１２ｄの排気ポート１８に接続されている。また、混合管５０は、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に対向する位置に配置され、独立排気通路５２ａ，５２ｂの各下流端部は、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に対向する位置で束ねられて前記混合管５０に接続されている。したがって、エンジン本体１における各気筒１２…１２の位置及びエンジン本体１に対する混合管５０の位置に依存して、気筒１２の排気ポート１８から混合管５０までの独立排気通路５２ａ，５２ｂの長さが、エンジン中央部の第２、第３気筒１２ｂ，１２ｃに対応する独立排気通路５２ａのほうが、エンジン端部の第１、第４気筒１２ａ，１２ｄに対応する独立排気通路５２ｂよりも短くなる。
【００６５】
そのうえで、独立排気通路５２ａ，５２ｂには、気筒中心線と平行な方向（図１０の下方）に湾曲する湾曲部Ｒが形成されている。そして、この湾曲部Ｒを気筒列方向視で見たとき、エンジン中央部の第２、第３気筒１２ｂ，１２ｃに対応する独立排気通路５２ａは、エンジン端部の第１、第４気筒１２ａ，１２ｄに対応する独立排気通路５２ｂよりも外周側で湾曲している。このように、排気ポート１８から混合管５０までの長さが相対的に短かくなり易い独立排気通路５２ａが、前記長さが相対的に長くなり易い独立排気通路５２ｂよりも湾曲部Ｒにおいて外周側で湾曲しているので、この湾曲部Ｒにおいては、独立排気通路５２ａのほうが独立排気通路５２ｂよりも長くなる。そのため、両独立排気通路５２ａ，５２ｂは相互に等長化され、エゼクタ効果の気筒１２間バラツキが低減され、エゼクタ効果による体積効率の向上及びトルクの向上が安定化する。
【００６６】
（４）本実施形態の変形例
混合管５０は、流路面積が縮小するテーパ部５６だけを含むもの（ストレート部５７及びディフューザ部５８がないもの）でもよく、テーパ部５６と流路面積が拡大するディフューザ部５８とだけを含むもの（ストレート部５７がないもの）でもよい。このような構成の混合管５０を用いてもエゼクタ効果は十分得ることができる。例えば、量産設計時にレイアウト上の制約等から混合管５０を短くする場合に、テーパ部５６だけを含む混合管５０や、ストレート部５７を省略してテーパ部５６とディフューザ部５８とを直接滑らかに曲面でつなぐような形状の混合管５０等としても構わない。
【００６７】
また、吸気弁１９と排気弁２０とのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌを設け、一方の気筒１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌと他方の気筒１２の排気開弁時期とを重複させる制御を行うのは、低速域でも高負荷域のみとしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１２    気筒
１７    吸気ポート
１８    排気ポート
１９    吸気弁
２０    排気弁
３０    吸気弁駆動機構
３２    吸気ＶＶＴ
４０    排気弁駆動機構
４２    排気ＶＶＴ
５０    混合管
５２    独立排気通路
７１    第１の板金部材
７２    第２の板金部材
７３    第３の板金部材
１００  排気装置
【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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【図７】
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【図８】
0005867127.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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