(57)【要約】【課題】  各排気パイプから触媒コンバータに流れる排気ガスの流れを拡散することができる排気管構造を提供すること。【解決手段】  排気管構造は、内燃機関の排気ポートに接続される複数の排気パイプＰからなるエキゾーストマニホールド５と、排気ガスの浄化を行う触媒コンバータ９と、エキゾーストマニホールド５と触媒コンバータ９との間に介在される旋回流発生器８とを備えている。旋回流発生器８は、複数の排気パイプＰの下流端末部分を集合させた集合部８ａの下流側に設けられる流入部８ｂと、この流入部８ｂの下流側に設けられて排気ガスの流れを旋回流に変換させるための旋回流発生部８ｃと、この旋回流発生部８ｃの下流側に接続されるとともに触媒コンバータ９に連通される流出部８ｆと、を備えている。【選択図】      図１
2006009793.tif 000002
【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る複数の排気パイプからなるエキゾーストマニホールドと、排気ガスの浄化を行う触媒コンバータと、前記エキゾーストマニホールドと前記触媒コンバータとの間に介在される旋回流発生器とを備えた排気管構造であって、
前記旋回流発生器は、前記複数の排気パイプの下流端末部分を集合させた集合部の下流側に設けられる流入部と、
この流入部の下流側に設けられて前記排気ガスの流れを旋回流に変換させるための旋回流発生部と、
この旋回流発生部の下流側に接続されるとともに前記触媒コンバータに連通される流出部と、を備えていること
を特徴する排気管構造。
【請求項２】
前記流入部は、前記旋回流発生部の中心部から偏心した位置にある外周部に設けられ、
前記旋回流発生部は、前記流入部の内径をａ、前記旋回流発生部の内径をｂとすると、
ｂ≧２ａ
になること
を特徴とする請求項１に記載の排気管構造。
【請求項３】
前記流出部は、前記流入部の内径をａ、前記旋回流発生部の内径をｂ、前記流出部の最も細い部分の内径をｃとすると、
ａ≦ｃ≦ｂ
になること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気管構造。
【請求項４】
前記流出部は、この流出部の基端部が前記旋回流発生部の中心線上に設けられていること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の排気管構造。
【請求項５】
前記旋回流発生部は、前記流入部の中心線に対して、前記旋回流発生部の中心線がずらして配置され、
前記旋回流発生部内の壁面に、前記排気ガスの流れる方向を規制する案内壁部を有すること
を特徴とする請求項１に記載の排気管構造。
【請求項６】
前記旋回流発生部は、前記流入部から前記流出部に向けて拡径し、捩れた状態に形成されていること
を特徴とする請求項１または請求項５に記載の排気管構造。
【請求項７】
前記流出部は、前記旋回流発生部から前記触媒コンバータに向けて傾斜して形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の排気管構造。
【請求項８】
前記旋回流発生部、または、前記流出部の前記旋回流発生部に近い位置に、酸素濃度検出センサが設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から多気筒エンジンの排気ポートから排出される排気ガスは、複数の排気パイプからなるエキゾーストマニホールドの下流端末部分をそれぞれ旋回流発生部（ミキシングチャンバ）に接続して、１つの触媒コンバータで浄化できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
このような排気ガスの排気管構造では、排気ガスの旋回流を生じさせるための旋回流発生部が、エキゾーストマニホールドと触媒コンバータとの間に設置されている。
【特許文献１】特開２００３−１９３８２９号公報（段落００１３、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１に記載された旋回流発生部は、水平方向に平らな楕円形態のものからなり、その楕円形態の上面外周側や外周面に、各々の方向からエキゾーストマニホールドの排気パイプが溶接手段によって直接接続されている。
そして、従来の各排気パイプは、それぞれ分離された状態で、旋回流発生部の複数箇所に分離して接続され、旋回流発生部において、各排気パイプから流れて来た排気ガスが１つに合流するようになっている。このため、旋回流発生部は、構造が複雑になっているとともに、各排気パイプから旋回流発生部に流れて来た排気ガスが互いに干渉するので、通気抵抗が大きく、内燃機関のパワーロスを招いていた。
【０００４】
前記特許文献１に記載されているようなエキゾーストマニホールドでは、各排気パイプの集合部である旋回流発生部から触媒コンバータまでの距離が短いので、各排気パイプから流れて合流した排気ガスが拡散されず、そのままの状態で触媒コンバータに流れ込んでいた。すると、旋回流発生部から触媒コンバータ内に流れ込んだ排気ガスは、偏った状態で触媒に当たり、流速分布が不均一な状態になっていたため、浄化性能を十分に発揮できないという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、各排気パイプから触媒コンバータに流れる排気ガスの流れを拡散することができる排気管構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の排気管構造は、内燃機関の排気ポートに接続される複数の排気パイプからなるエキゾーストマニホールドと、排気ガスの浄化を行う触媒コンバータと、前記エキゾーストマニホールドと前記触媒コンバータとの間に介在される旋回流発生器とを備えた排気管構造であって、前記旋回流発生器は、前記複数の排気パイプの下流端末部分を集合させた集合部の下流側に設けられる流入部と、この流入部の下流側に設けられて前記排気ガスの流れを旋回流に変換させるための旋回流発生部と、この旋回流発生部の下流側に接続されるとともに前記触媒コンバータに連通される流出部と、を備えていることを特徴する。
【０００７】
請求項１に記載の本発明によれば、旋回流発生器は、複数の排気パイプの下流端末部分を集合させた集合部を有し、この集合部の下流側に、旋回流発生器の入口となる流入部が設けられているので、複数の排気パイプを流れた排気ガスが１つに合流してから下流の旋回流発生部に流入されるようになる。このため、排気パイプは、下流方向に長く延設することができることにより、従来の排気パイプのようにプレス加工する必要がなく、一般の鋼管を使用することを可能にするとともに、各排気パイプから流れて来た排気ガスの干渉を小さくすることができる。さらに、各排気パイプから旋回流発生器に流れ込んだ排気ガスは、旋回流発生部によって流れが旋回流に変換されて一様となり、互いに干渉し合うことがなく、流速が偏った不均一な状態になることもなく、かつ、拡散された状態で、旋回流発生器の出口である流出部から触媒コンバータ内に流れ込むようになる。このように排気ガスは、流れが整流されるため、触媒コンバータによる浄化性能が向上されて、良好に浄化される。
【０００８】
請求項２に記載の排気管構造は、請求項１に記載の排気管構造であって、前記流入部は、前記旋回流発生部の中心部から偏心した位置にある外周部に設けられ、前記旋回流発生部は、前記流入部の内径をａ、前記旋回流発生部の内径をｂとすると、
ｂ≧２ａ
になることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の本発明によれば、流入部が、排気ガスを旋回させる旋回流発生部の中心部から偏心した位置にある外周部に設けられているので、各排気パイプから集められた排気ガスが、旋回流発生部の外周部の接線方向に流れ込んで、その旋回流発生部の外周部から中心部側に向かって渦を巻くように旋回して拡散されるように流れる。さらに、旋回流発生部内の排気ガスは、旋回流発生部の内径ｂと流入部の内径ａとの比を適宜に変えることにより、旋回流の強さを調整できるようになり、最適な旋回流（サイクロン）を生じさせることができる。そして、流出部から触媒コンバータへ流れるときには、排気ガスが触媒コンバータの全断面に亘って略均等に分配されて、一様な流れとなり、触媒コンバータ内の特定部位に偏って通過することがないため、浄化効率が向上されるとともに、触媒の一部が偏って高温に暴露されることを防止することができる。これにより、触媒コンバータは、一部が集中的に劣化することが防止されるので、寿命を長くすることが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の排気管構造は、請求項１または請求項２に記載の排気管構造であって、前記流出部は、前記流入部の内径をａ、前記旋回流発生部の内径をｂ、前記流出部の最も細い部分の内径をｃとすると、
ａ≦ｃ≦ｂ
になることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の本発明によれば、流出部の最も細い部分の内径ｃが、流入部の内径ａより大きく、旋回流発生部の内径ｂよりも小さく形成されている。これにより、旋回流発生部内の排気ガスは、通気抵抗が緩和されてスムーズに旋回しながら流れるようになるとともに、各排気パイプから流れて来た排気ガスを流出部の内壁に沿って流して、流れを一様に均一化して触媒コンバータに流すことができるようになり、触媒コンバータで効率よく浄化されるようになる。
例えば、流出部の内壁に酸素濃度検出センサを設ける場合は、旋回流発生部に酸素濃度検出センサを設けた場合と比較して、取り付け位置の制約が解消されて取り付けの自由度が向上されるとともに、排気ガスの流れが安定して、酸素濃度検出センサの検出精度も向上される。
【００１２】
請求項４に記載の排気管構造は、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の排気管構造であって、前記流出部は、この流出部の基端部が前記旋回流発生部の中心線上に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の本発明によれば、流出部の基端部が旋回流発生部の中心線上に設けられることにより、旋回流発生部内の排気ガスが、外周部から中心部側に向かってスムーズに渦を巻くように旋回しながら一様に拡散されて、旋回流発生部の中心部の流出部から触媒コンバータへ流れるようになる。
【００１４】
請求項５に記載の排気管構造は、請求項１に記載の排気管構造であって、前記旋回流発生部は、前記流入部の中心線に対して、前記旋回流発生部の中心線がずらして配置され、前記旋回流発生部内の壁面に、前記排気ガスの流れる方向を規制する案内壁部を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の本発明によれば、旋回流発生部は、流入部の中心線に対して、旋回流発生部の中心線がずらして配置されていることにより、排気ガスが旋回流発生部の中心部からずれた外周部からその旋回流発生部内に流れ込むため、旋回流が生じ易い。さらに、旋回流発生部内の壁面に、排気ガスの流れる方向を規制する案内壁部を有することより、流入部から旋回流発生部に流れ込んだ排気ガスが案内壁部に衝突して旋回しながら下流方向に流れるように流れを強めて案内される。これにより、流出部内を下流方向に流れる排気ガス流れ成分と、この流出部内を旋回しながら流れる排気ガス流れ成分とがバランスよく合成することで、流れを整流化して均一にしつつ通気抵抗を小さくできる。
【００１６】
請求項６に記載の排気管構造は、請求項１または請求項５に記載の排気管構造であって、前記旋回流発生部は、前記流入部から前記流出部に向けて拡径し、捩れた状態に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の本発明によれば、旋回流発生部が、流入部から流出部に向けて拡径して略螺旋状に捩れた状態に形成されていることにより、流入部から流出部へ流れる各排気パイプからの排気ガスが、その拡径し捩れた形状に沿って案内され、旋回しながら広がって進む螺旋流となって一様に流れる。これにより、各排気パイプから流れて来た排気ガスは、流入部から流出部に流れる際に、それぞれ同じように旋回流が生じて整流され、触媒コンバータへ流れるようになる。
【００１８】
請求項７に記載の排気管構造は、請求項１に記載の排気管構造であって、前記流出部は、前記旋回流発生部から前記触媒コンバータに向けて傾斜して形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の本発明によれば、流出部は、旋回流発生部から触媒コンバータに向けて傾斜していることにより、排気ガスが下流方向に向かって螺旋状に流れようになる。
【００２０】
請求項８に記載の排気管構造は、請求項１に記載の排気管構造であって、前記旋回流発生部、または、前記流出部の前記旋回流発生部に近い位置に、酸素濃度検出センサが設けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の本発明によれば、各排気パイプから流れて来た排気ガスは、旋回流発生部、または、流出部の旋回流発生部に近い位置において、それぞれが同じように内壁に向かって沿うように流れる。このため、酸素濃度検出センサは、旋回流発生部、または、流出部の旋回流発生部に近い位置に設けられたことにより、それらの内壁の何処の位置に設置しても、各排気パイプから流れて来た排気ガスが一様に流れるため、取り付けた位置に依存せず、平均的な酸素濃度を正確に検出することができる。したがって、酸素濃度検出センサの取り付け位置の自由度が大きい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の排気管構造によれば、各排気パイプから触媒コンバータに流れる排気ガスの流れを拡散することができるようになり、浄化効率が向上されるとともに、触媒コンバータの劣化を防止して寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
≪第１実施の形態≫
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を詳細に説明する。
なお、本発明に係る排気管構造が適用される内燃機関の形式および種類は、特に限定されず、以下、その一例として、直列４気筒型ガソリンエンジンの４つの排気ポートに接続される排気管構造を説明する。また、本発明に係る排気管構造において、上下左右の方向は、エキゾーストマニホールドなどが設置される向きによって変わるため任意であるが、集合管の旋回流発生部に連設される流出部が設置されている方向を正面（図２参照）として、以下説明する。
図１は、本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す斜視図である。
【００２４】
＜エキゾーストマニホールド＞
図１に示すように、エキゾーストマニホールド５は、内燃機関の燃焼室（図示せず）で燃焼した燃焼ガスを後記する集合管８を介して触媒コンバータ９に送るためのものである。このエキゾーストマニホールド５は、例えば、４気筒の内燃機関の排気ポート（図示せず）に接続される４本の第１〜第４排気パイプ１〜４（以下、第１〜第４排気パイプ１〜４を総称して言うときは、単に、「排気パイプＰ」という）を備えてなる。エキゾーストマニホールド５には、上流側に、排気パイプＰの上流端末部を接続したフランジ部６が設けられ、下流側に、排気パイプＰの下流端末部分が集合して一体となる集合部８ａが設けられている。
【００２５】
＜排気パイプ＞
排気パイプＰは、複数のステンレス鋼管、鋼管などからなり、内燃機関の気筒数だけフランジ部６に取付口（図示せず）と第１〜第４排気パイプ１〜４とが設置されている。排気パイプＰは、排気ガスが管内の流速抵抗でエンジン（図示せず）のパワーロスが生じないように滑らかな曲線形状に形成されている。各排気パイプＰは、例えば、上流側の開口端部がそれぞれフランジ部６に横向きに溶接され、中央部が収束するように集中されて、この中央部から下流側の端部に向かって真下に延設されて、その下流側の端部が集合管８の集合部８ａの上面にそれぞれ溶接されている。このため、排気パイプＰは、下流方向に長く延設することができることにより、一般の鋼管を使用することも可能である。
【００２６】
＜集合管（旋回流発生器）＞
図１に示すように、集合管８は、集合部８ａで排気パイプＰを集合させて、流入部８ｂで１つになった排気ガスの流れを旋回流発生部８ｃで旋回流に変換させて拡散させて触媒コンバータ９に流す管であり、ステンレス鋼、鋼、鋳鉄などによって形成されている。この集合管８は、エキゾーストマニホールド５の集合部８ａと触媒コンバータ９との間に、連通して介在されている。集合管８は、複数の排気パイプＰの下流端末部分を集合させた集合部８ａと、この集合部８ａの下流側に設けられて排気ガスを１つに合流させて取り入れるための流入部８ｂと、排気ガスを旋回させるための旋回流発生部８ｃと、触媒コンバータ９に接続して排気ガスを送り出すための流出部８ｆと、をこの順番に備えて、それぞれ溶接手段などによって一体形成されてなる。
なお、この集合管８は、特許請求の範囲に記載の旋回流発生器に相当する。
【００２７】
＜集合部＞
集合部８ａは、４つ（複数）の排気パイプＰを流れた排気ガスを１つにするために下流端末部に形成されたもので、例えば、略円筒状に形成されている。集合部８ａの上流側は、各排気パイプＰの先端部が溶接されるとともに、各排気パイプＰに連通する貫通孔（図示せず）が穿設された円板状の部材からなり、水平に設けられている。集合部８ａの下流側は、その円板状の部材の外周部から下側に向けて連設された長さの短い円筒状のものからなり、その下流側に、排気ガスの集合管８への入口となる流入部８ｂが接続されている。
【００２８】
＜流入部＞
図２は、本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す図面であり、集合管を示す一部断面を有する正面図である。
図２に示すように、流入部８ｂは、集合部８ａに連結されて各排気パイプＰから流れて来た排気ガスを合流させる部分であり、旋回流発生部８ｃの中心部Ｏから偏心している位置にある外周部８ｄに設けられている。この流入部８ｂは、集合部８ａ側の径が大きく、旋回流発生部８ｃ側の径が小さく形成されて、上流側に向かって拡径するように、略円錐形状に形成されている。流入部８ｂは、例えば、前記中心部Ｏから斜め上方向の偏心位置に配置されて、排気パイプＰから流れて来た排気ガスが外周部８ｄの左側中央の接線方向から旋回流発生部８ｃに入って、この旋回流発生部８ｃの外側から中心部Ｏ側に向かってスムーズに渦を巻いて流れるように配置されている。なお、流入部８ｂは、前記各排気パイプＰの中央部から下流側がストレートに流入部８ｂに向かって流れるように形成されているため、各排気パイプＰから流れて来た排気ガスの干渉を小さくできるようになっている。また、流入部８ｂは、旋回流発生部８ｃの左上側でも右上側でもどちらでもよい。
【００２９】
＜旋回流発生部＞
旋回流発生部８ｃは、流入部８ｂの下流側に設けられて、各排気パイプＰから排気ガスの流れを旋回流に変換させて、一様になるように整流させるためものである。旋回流発生部８ｃは、略円盤形状をした中空のものからなり、外周部８ｄの左側から上方向に向けて流入部８ｂが溶接手段によって一体形成されて、旋回流発生部８ｃの盤面側の中心部Ｏ上（中心線上）に、流出部８ｆの基端部８ｅが溶接手段によって一体形成されて連通している。すなわち、旋回流発生部８ｃは、図２に示すように、各排気パイプＰからの排気ガスが、上側から下側に向かって流れて、旋回流発生部８ｃの左側の外周部８ｄに流れ込んで旋回し、略９０度向きを変えて正面側の中心部Ｏから流出部８ｆに流れ出るように形成されている。
【００３０】
図２に示すように、旋回流発生部８ｃは、流入部８ｂの内径をａ、旋回流発生部８ｃの内径をｂとすると、
ｂ≧２ａ
になるように、旋回流発生部８ｃの内径ｂが流入部８ｂの内径ａより大きく形成されている。
すなわち、流入部８ｂが旋回流発生部８ｃの中心部Ｏから偏心した位置に配設されていることにより、旋回流発生部８ｃの内径ｂは、流入部８ｂの内径ａの２倍以上の大きさに形成されている。
【００３１】
＜流出部＞
流出部８ｆは、旋回流発生部８ｃで旋回させた排気ガスを拡散させながら触媒コンバータ９に送るためのもので、触媒コンバータ９方向に径が拡径した略円錐形状に形成されている。流出部８ｆは、旋回流発生部８ｃの中心部Ｏから下流側に向けて設けられ、集合管８の出口を形成し、触媒コンバータ９に連通されている。
流出部８ｆは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、側面視して、上流側の基端部８ｅが、旋回流発生部８ｃの正面中央部から水平方向に略円錐形状に拡径して形成され、下流側の端部が斜め下側に折曲した状態で触媒コンバータ９に連設されている。
なお、図４（ｂ）に示すように、流出部８ｆの旋回流発生部８ｃに近い箇所は、排気ガスがスムーズに旋回しながら流れるようにするために、基端部８ｅから僅かに離れた位置が流出部８ｆの最も細い部分の内径ｃとなるように曲線状に形成されている。すなわち、流出部８ｆは、図１に示すように、旋回流発生部８ｃからこの流出部８ｆに流れ込んだ排気ガスが略螺旋状に旋回しながら拡散して触媒コンバータ９に流れるように形成されている。
【００３２】
図２に示すように、流出部８ｆは、流入部８ｂの内径をａ、旋回流発生部８ｃの内径をｂ、流出部８ｆの最も細い部分の内径をｃとすると（図４（ｂ）参照）、
ａ≦ｃ≦ｂ
になるように形成されている。
すなわち、流出部８ｆの最も細い部分の内径ｃは、流入部８ｂの内径ａ以上で、旋回流発生部８ｃの内径ｂ以下の長さに形成されている。
なお、図２に示すように、本実施の形態おいて、流入部８ｂの内径をａは、
ａ＝ｂ／２−ｃ／２
の略等しい長さに形成されている。
【００３３】
そして、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば、流出部８ｆの旋回流発生部８ｃに近い位置（流出部８ｆの内径ｃが最も細い部分）には、酸素の濃度を検出するＯ2センサＳが設置されている。このＯ2センサＳは、エンジンのシリンダ（図示せず）から流れて来る排気ガスの酸素の濃度を検出して、その検出した信号を、空燃比の制御を行うエンジン制御ユニットに送るように電気的に接続されている。
なお、このＯ2センサＳは、旋回流発生部８ｃ内に設けてもよい。Ｏ2センサＳは、特許請求の範囲に記載の酸素濃度検出センサに相当する。
【００３４】
＜触媒コンバータ＞
触媒コンバータ９は、最終的に大気中に放出されることになる排気ガスを、この触媒コンバータ９を通過させることで浄化して、その排気ガス中に含まれる有害成分を除去する装置であり、触媒９ａが内設されている。この触媒コンバータ９は、例えば、モノリス型三元触媒コンバータからなり、触媒コンバータ９の下流側には、マフラー（図示せず）が設置されている。
なお、触媒コンバータ９は、排気ガスの除害効果を有するものであれば、他のものであってもよい。
【００３５】
＜第１実施の形態の作用＞
次に、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施の形態に係る排気管構造の作用を説明する。
図３は、本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す要部斜視図であり、第１排気パイプから流れて来た排気ガスの軌跡を示す説明図である。図４は、本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す図であり、（ａ）は第１排気パイプから流れて来た排気ガスの軌跡を示す説明図、（ｂ）は要部左側面である。図５は、本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す図面であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面部における第１排気パイプから流れて来た排気ガスの流速分布図、（ｃ）は第２排気パイプから流れて来た排気ガスの流速分布図、（ｄ）は第３排気パイプから流れて来た排気ガスの流速分布図、（ｅ）は第４排気パイプから流れて来た排気ガスの流速分布図である。
【００３６】
内燃機関（図示せず）が作動すると、各排気ポート（図示せず）から図１に示す第１〜第４排気パイプ１〜４に排気ガスが流れる。第１〜第４排気パイプ１〜４は、集合管８の集合部８ａで１つに連結されており、その集合部８ａの下側に、流入部８ｂが設置されている。
【００３７】
これにより、第１〜第４排気パイプ１〜４を通過した排気ガスは、例えば、図３に示す第１排気パイプ１のように、集合管８の左側上端部にある流入部８ｂを通って下降する。その排気ガスは、流入部８ｂから旋回流発生部８ｃの外周部８ｄの左側中央に流れて、集合管８の内壁に案内され、旋回しながら旋回流発生部８ｃ内に入る。
旋回流発生部８ｃに入った排気ガスは、旋回流発生部８ｃの内壁に案内されて渦を巻くように旋回して拡散し、各排気パイプＰからの排気ガスはそれぞれ同じように旋回流となって流出部８ｆに流れ込む。
流出部８ｆ内の排気ガスは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、流出部８ｆが略円錐形状に拡径しているため、流出部８ｆの内壁に沿って拡散して、触媒コンバータ９の触媒９ａに流入する。
【００３８】
すると、触媒コンバータ９内の排気ガスは、従来の排気管構造と比較して、図５（ｂ）〜（ｅ）に示すように、各排気パイプＰの排気ガスの流れが略一様になっており、排気ガスの流速の等速線の間隔が広くて、その本数が少なく、略中央部が低速になって整流化されている。第１〜第４排気パイプ１〜４からの排気ガスは、旋回流発生部８ｃによって旋回されたことによって、図５（ｂ）〜（ｅ）に示すように、最低速部分が触媒コンバータ９の略中央に円形に現れて、最高速部分が外周部側に現れる。
【００３９】
＜第１実施の形態の効果＞
このように、本発明の第１実施の形態に係る排気管構造は、集合部８ａと触媒コンバータ９との間に、集合管８を設置したことにより、触媒９ａの特定部分に集中して排気ガスが通過する現象が無くなって、触媒コンバータ９の全断面に亘って排気ガスが略均一に分散されて入り込むようになる。また、４つの排気パイプ１〜４のいずれから流入しても略同等の流れとなる。このため、触媒コンバータ９内における排気ガスの偏りが解消して、触媒９ａの浄化効率を向上させることができ、また、触媒９ａの劣化による寿命の短縮を防止する効果もある。
【００４０】
≪第２実施の形態≫
次に、図６（ａ）、（ｂ）を参照して、本発明の第２実施の形態に係る排気管構造を説明する。なお、前記第１実施の形態と同じものは、同一符号を付記してその説明を省略する。図６は、本発明の第２実施の形態に係る排気管構造を示す図面であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は左側面図である。
【００４１】
＜集合管（旋回流発生器）＞
本発明の第２実施の形態は、エキゾーストマニホールド５と触媒コンバータ９との間に設けられる第１実施の形態の集合管８を変形したものである。
図６（ａ）〜（ｃ）に示す集合管（旋回流発生器）１０は、集合部１０ａに接続して１つになった排気パイプＰからの排気ガスを旋回流に変換させて拡散させるものである。この集合管１０は、前記集合部１０ａと、この集合部１０ａの下流側に傾斜させて設けられた流入部１０ｂと、この流入部１０ｂの底面の角に形成された案内壁部１０ｃと、排気ガスを旋回させるための旋回流発生部１０ｅと、排気ガスを送り出すための流出部１０ｇとから構成されている。
【００４２】
＜集合部＞
集合部１０ａは、各排気パイプＰを１つに接続して排気ガスを取り入れる部分であり、上流側に向けて略円錐形状に拡径している。この集合部１０ａの下流側には、流入部１０ｂが斜め右下方向に連設されている。
【００４３】
＜流入部＞
流入部１０ｂは、集合部１０ａの下流側に、下流方向に向かって斜めに形成されて、旋回流発生部１０ｅで旋回流（サイクロン）を効果的に生じ易くなるように誘導するための管である。この流入部１０ｂは、集合部１０ａから流れて来た各排気パイプＰからの排気ガスが、下流方向に斜めに流れて、後記する案内壁部１０ｃに向かって流れるように誘導されるとともに、さらに、旋回流発生部１０ｅで旋回流に効率よく変換されるように誘導されて流れる。
【００４４】
＜案内壁部＞
案内壁部１０ｃは、排気ガスの流れる方向を旋回流が生じる方向（排気ガスが通路内を略螺旋状に旋回する方向）に規制する面である。この案内壁部１０ｃは、例えば、旋回流発生部１０ｅ内における流入部１０ｂの底面側の内壁の角に形成された斜めの面からなり、旋回流発生部１０ｅに流れ込んだ排気ガスを流出部１０ｇ側に旋回しながら流れるように誘導するガイドである。案内壁部１０ｃは、例えば、旋回流発生部１０ｅの曲面状の内壁の一部を略平面状に形成してなる。この案内壁部１０ｃの大きさは、流れる排気ガスの流量に応じて適宜に形成すればよい。
なお、案内壁部１０ｃは、流入部１０ｂから旋回流発生部１０ｅに流れ込んだ排気ガスを流出部１０ｇに旋回し易く流れるように誘導するために、流入部１０ｂの中心線Ｏ１−Ｏ１の延長上付近に設置されることが望ましい。また、案内壁部１０ｃは、平面に限らず、他の部分より曲率の小さい曲面で、周囲と滑らかに繋がっていてもよい。
【００４５】
＜旋回流発生部＞
旋回流発生部１０ｅは、案内壁部１０ｃが内壁に形成されて、排気ガスを旋回させるための円形態空間がある部分である。この旋回流発生部１０ｅは、集合部１０ａに接続される流入部１０ｂの中心線Ｏ１−Ｏ１に対して、旋回流発生部１０ｅの中心線Ｏ２−Ｏ２を長さＬ分ずらした円形態からなる。ここで、円形態とは、円形、楕円形または長円形のことであって、略円形のものをいう。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、旋回流発生部１０ｅは、流入部１０ｂから流出部１０ｇに向けて略円錐状に拡径しているとともに、前記中心線Ｏ１−Ｏ１と中心線Ｏ２−Ｏ２とが排気ガスの流れ方向に対して不一致で、捩れた状態（略螺旋状）に形成されている。
なお、図６（ｃ）に示すように、前記旋回流発生部１０ｅの外周部１０ｆ内には、酸素の濃度を検出するＯ2センサＳが設置されている。Ｏ2センサＳで検出した酸素の濃度は、エンジン制御ユニットに送信されて空燃比の制御に使用される。
【００４６】
＜流出部＞
流出部１０ｇは、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、旋回流発生部１０ｅから斜め下方向に向けて略円錐形状に拡径して触媒コンバータ９に連設し、排気ガスを旋回させながら送り出すための部分である。
図６（ｃ）に示すように、流出部１０ｇは、側面視して、流入部１０ｂの中心線Ｏ１−Ｏ１に対して角度θ１下側に傾いて形成されている。
その角度θ１は、流入部１０ｂの中心線Ｏ１−Ｏ１に対する流出部１０ｇの中心線Ｏ３−Ｏ３の傾斜角度であり、
θ１＜９０°
である。角度θ１は望ましくは、
３０°＜θ１＜６０°
である。
このため、旋回流発生部１０ｅは、この旋回流発生部１０ｅの入口である流入部１０ｂの入口方向と、この旋回流発生部１０ｅの出口である流出部１０ｇの出口方向がずれていて、集合管１０における排気ガスの出口が、入口の中心軸（中心線Ｏ１−Ｏ１）上にない。
また、図６（ｃ）に示すように、旋回流発生部１０ｅは、排気ガスの流れ方向に対して全体が略拡径した状態に形成されていて、流入部１０ｂの内径が小さく、流出部１０ｇの内径が大きく形成されている。
【００４７】
＜第２実施の形態の作用＞
次に、図６（ａ）〜（ｃ）を参照して、本発明の第２実施の形態に係る排気管構造の作用を説明する。
内燃機関（図示せず）が作動すると、各排気ポート（図示せず）から図６（ａ）〜（ｂ）に示す第１〜第４排気パイプ１〜４に排気ガスが流れる。第１〜第４排気パイプ１〜４を通過した排気ガスは、集合管１０の集合部１０ａに流れ込み、流入部１０ｂで１つに合流する。
【００４８】
図６（ｂ）に示すように、流入部１０ｂで合流した排気ガスは、この流入部１０ｂに案内されて斜め下方向にある旋回流発生部１０ｅの下側の外周部１０ｆに向かって旋回流が生じ易いように流れて、案内壁部１０ｃに衝突し、下流方向に向かう流れが強められる。
図６（ｃ）に示すように、案内壁部１０ｃに衝突した排気ガスは、その案内壁部１０ｃに沿って旋回流発生部１０ｅ内を旋回して流れて、旋回流を生じさせる。そして、旋回流発生部１０ｅ内の排気ガスは、円形態の旋回流発生部１０ｅの内壁と、流入部１０ｂから流出部１０ｇに向けて略円錐状に拡径して略螺旋状に捩れた状態に形成されるとともに、左右方向に長さＬずれ、かつ、角度θ１下側に傾斜した旋回流発生部１０ｅに案内されて旋回しながら渦を巻くように拡散し、各排気パイプＰからの排気ガスが略同じ経路を通って流出部１０ｇに流れ込む。流出部１０ｇ内の排気ガスは、その流出部１０ｇが略円錐形状に拡径しているため、流出部１０ｇの内壁面に沿って拡散して、触媒コンバータ９に流入して浄化される。
【００４９】
一方、Ｏ2センサＳは、外周部１０ｆ内を流れるそれぞれの排気パイプＰの排気ガスが内壁に沿って一様に流れるので、外周部１０ｆの内壁の何処に設置しても各排気パイプＰからの排気ガス中の平均的な酸素濃度を正確に検出することができる。このＯ2センサＳは、それぞれの排気パイプＰからの排気ガスの酸素濃度を、バランスよく検出できるようになるので、エンジン制御ユニットで良好な空燃比の制御ができるようにする。さらに、Ｏ2センサＳは、取り付け位置の制約が解消されて、取り付け位置の自由度が大きくなる。
【００５０】
＜第２実施の形態の効果＞
このように、本発明の第２実施の形態に係る排気管構造は、前記した第１実施の形態と同様に、集合部１０ａと触媒コンバータ９との間に、集合管１０を設置したことにより、触媒コンバータ９の全断面に亘って排気ガスの流れが略均一に整流されて入り込むようになる。このため、触媒コンバータ９内における排気ガスの流れの偏りが解消されて、浄化効率を向上させることができる。
【００５１】
なお、本発明は、前記第１〜第２実施の形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。以下、その変形例を説明する。
【００５２】
≪第１変形例≫
図７は、本発明の実施の形態に係る排気管構造の第１変形例を示す図面であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は斜視図である。
例えば、図７（ａ）に示すように、流出部８ｆ１は、この流出部８ｆ１の基端部８ｅが旋回流発生部８ｃの中心部Ｏ上（中心線上）に設けられるとともに、流入部８ｂの中心線Ｏ１−Ｏ１と流出部８ｆ１の中心線Ｏ３−Ｏ３とがなす角度θ２が４５度〜１３５度になるように形成してもよい。このように流出部８ｆ１は、旋回流発生部８ｃから触媒コンバータ９に向けて傾斜して形成されていることにより、排気ガスは、旋回流発生部８ｃ内を略螺旋状に旋回しながら流れるようになる。
【００５３】
≪第２変形例≫
図８は、本発明の実施の形態に係る排気管構造の第２変形例を示す図面であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は斜視図である。
また、図８（ａ）に示すように、流出部８ｆ２は、流出部８ｆ２全体の径の太さが旋回流発生部８ｃと略同一な円筒状のもので、図８（ｂ）に示すように、斜め下方向に向かって形成されたものであってもよい。このように形成しても、排気ガスは、旋回流発生部８ｃ内を略螺旋状に旋回しながら流れるようになる。
【００５４】
なお、前記流出部８ｆ，８ｆ１，８ｆ２および排気パイプＰは、その形状を、周囲に設けられる部品の配置状況などに応じて適宜に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す図面であり、集合管を示す一部断面を有する正面図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す要部斜視図であり、第１排気パイプから流れて来た排気ガスの軌跡を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す図であり、（ａ）は第１排気パイプから流れて来た排気ガスの軌跡を示す説明図、（ｂ）は要部左側面である。
【図５】本発明の第１実施の形態に係る排気管構造を示す図面であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面部における第１排気パイプから流れて来た排気ガスの流速分布図、（ｃ）は第２排気パイプから流れて来た排気ガスの流速分布図、（ｄ）は第３排気パイプから流れて来た排気ガスの流速分布図、（ｅ）は第４排気パイプから流れて来た排気ガスの流速分布図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に係る排気管構造を示す図面であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は左側面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る排気管構造の第１変形例を示す図面であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る排気管構造の第２変形例を示す図面であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      第１排気パイプ
２      第２排気パイプ
３      第３排気パイプ
４      第４排気パイプ
５      エキゾーストマニホールド
８，１０  集合管（旋回流発生器）
８ａ，１０ａ  集合部
８ｂ，１０ｂ  流入部
８ｃ，１０ｅ  旋回流発生部
８ｄ，１０ｆ  外周部
８ｆ，８ｆ１，８ｆ２，１０ｇ  流出部
９      触媒コンバータ
１０ｃ  案内壁部
Ｏ      中心部
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３  中心線
Ｐ      排気パイプ
Ｓ      Ｏ2センサ（酸素濃度検出センサ）
【図１】
2006009793.tif 000003
【図２】
2006009793.tif 000004
【図３】
2006009793.tif 000005
【図４】
2006009793.tif 000006
【図５】
2006009793.tif 000007
【図６】
2006009793.tif 000008
【図７】
2006009793.tif 000009
【図８】
2006009793.tif 000010