(57)【要約】【課題】排気冷却用構成を有する内燃機関の排気冷却システムにおいて、内燃機関の低負荷運転時に、好適な排気温度の低下抑制を実現する。【解決手段】複数の気筒に対応してシリンダヘッドに形成された複数の排気ポートのそれぞれに接続された排気枝管を有し、各排気枝管の集合部より下流側の排気管に排気浄化触媒が配置された内燃機関の排気冷却システムであって、排気枝管又は排気ポートを冷却する冷却部と、冷却部による冷却箇所より下流側の排気枝管から該冷却部への熱移動を阻害するように構成された熱伝達阻害部であって、該熱伝達阻害部による熱移動の阻害能力は、内燃機関が所定の低負荷運転状態にあるときの、排気ポートから該排気枝管に向かって排出される排気温度が高くなる排気ポートほど、該排気ポートに対応する該阻害能力が大きくなるように設定された熱伝達阻害部と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒に対応してシリンダヘッドに形成された複数の排気ポートのそれぞれに接続された排気枝管を有し、各排気枝管の集合部より下流側の排気管に排気浄化触媒が配置された内燃機関の排気冷却システムであって、
前記排気枝管又は前記排気ポートを冷却する冷却部と、
前記冷却部による冷却箇所より下流側の前記排気枝管から該冷却部への熱移動を阻害するように構成された熱伝達阻害部であって、該熱伝達阻害部による熱移動の阻害能力は、前記内燃機関が所定の低負荷運転状態にあるときの、前記排気ポートから該排気枝管に向かって排出される排気温度が高い排気ポートほど、該排気ポートに対応する該阻害能力が大きくなるように設定された熱伝達阻害部と、
を備える、内燃機関の排気冷却システム。
【請求項２】
前記複数の排気ポートは、相対的に曲率の小さい曲がり部を有する、又は直線形状を有する第一排気ポートと、相対的に曲率の大きい曲がり部を有する第二排気ポートを少なくとも含み、
前記所定の低負荷運転状態における前記第一排気ポートから排出される排気温度は、該所定の低負荷運転状態における前記第二排気ポートから排出される排気温度より高く、且つ、前記熱伝達阻害部は、該熱伝達阻害部による該第一排気ポートに対応する阻害能力が、該熱伝達阻害部による該第二排気ポートに対応する阻害能力より大きくなるように構成される、
請求項１に記載の内燃機関の排気冷却システム。
【請求項３】
前記第二排気ポートは、前記排気枝管との接続部位において、前記相対的に曲率の大きい曲がり部とは別の接続部位曲がり部を有し、該接続部位曲がり部は、曲がり半径が相対的に小さい内側曲がり部と曲がり半径が相対的に大きい外側曲がり部を有し、
前記所定の低負荷運転状態における前記内側曲がり部の温度は、該所定の低負荷運転状態における前記外側曲がり部の温度より高く、
前記熱伝達阻害部による前記第二排気ポートに対応する阻害能力は、前記内側曲がり部と前記外側曲がり部のそれぞれに対応して設定され、且つ、該外側曲がり部に対応する阻害能力は、該内側曲がり部に対応する阻害能力より大きく設定される、
請求項２に記載の内燃機関の排気冷却システム。
【請求項４】
前記外側曲がり部に対応する阻害能力は、前記第一排気ポートに対応する阻害能力より低く設定される、
請求項３に記載の内燃機関の排気冷却システム。
【請求項５】
前記複数の気筒は、吸気通路から供給される吸気量が異なるように構成された第一気筒と第二気筒であって、前記所定の低負荷運転状態において、気筒内の空燃比が相対的にリーン空燃比になる第一気筒と、気筒内の空燃比が相対的にリッチ空燃比になる第二気筒とを少なくとも含み、
前記所定の低負荷運転状態における、前記第一気筒に対応する第一排気ポートから排出される排気温度は、該所定の低負荷運転状態における前記第二気筒に対応する第二排気ポートから排出される排気温度より高く、且つ、前記熱伝達阻害部は、該熱伝達阻害部による該第一排気ポートに対応する阻害能力が、該熱伝達阻害部による該第二排気ポートに対応する阻害能力より大きくなるように構成される、
請求項１に記載の内燃機関の排気冷却システム。
【請求項６】
前記冷却部は、前記排気枝管の一部を冷却する冷却アダプタであって、該冷却アダプタには、前記集合部の上流側に位置する該排気枝管の他部が接続され、
前記熱伝達阻害部は、前記排気枝管の他部が接続される側の前記冷却アダプタの端面、該冷却アダプタに対して接続される側の該排気枝管の他部のフランジ、該冷却アダプタの端面と該フランジとの間に配置されるガスケット、該排気枝管の他部において該フランジから該集合部までの所定部位のうち少なくとも何れかに形成される、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の内燃機関の排気冷却システム。
【請求項７】
前記冷却部は、前記排気ポートを冷却する冷却装置であって、
前記熱伝達阻害部は、前記排気枝管が接続される前記シリンダヘッドの接続部位、該シリンダヘッドに対して接続される側の前記排気枝管のフランジ、該接続部位と該フランジとの間に配置されるガスケット、該排気枝管において該フランジから前記集合部までの所定部位のうち少なくとも何れかに形成される、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の内燃機関の排気冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関が特に高負荷で運転される場合に、排気からの熱ストレスにより排気浄化触媒が劣化するのを回避するために、排気を冷却する技術が知られている。例えば、排気中に含まれる燃料量を増量させ、その気化潜熱を利用する技術が存在するが、排気中の燃料量が増量することで一酸化炭素濃度が上昇しやすくなり、エミッションの観点から好ましくない。また、排気冷却を行う別の技術として、排気管に水冷の冷却アダプタを装着する技術が存在する。このような冷却アダプタを利用することで、高負荷運転時の排気熱による触媒のストレスを軽減できるが、一方で内燃機関の冷間始動時等の排気温度が比較的低い場合でも排気が冷却されるため、排気浄化触媒の暖機が速やかに行われにくくなる。そこで、シリンダヘッドの排気ポート近傍に断熱性の部材を配置して、排気マニホールドから冷却アダプタが設けられているシリンダヘッド側への熱移動を抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１、２を参照）。また、同じような目的のために、冷却アダプタと排気マニホールドの間の接触面積が小さくなるように、フランジ部分において非接触部位を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。
【０００３】
また、内燃機関のシリンダヘッドには、内燃機関の冷却を行うため冷却液流路が形成されている。この流路を流れる冷却液によって、排気通路を伝って排気の熱も奪われることになるため、排気温度の低下に起因した問題が生じ得る。そこで、例えば、特許文献４に示す技術では、二重管排気マニホールドのシリンダヘッド側への取付け構造に関し、排気マニホールド側からシリンダヘッドへ熱が伝わりにくい取付け用フランジの構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５６５４７号公報
【特許文献２】特開２００２−１１５６０１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６９３１１号公報
【特許文献４】特開平９−２４２５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒においては、そこに流れ込む排気の温度に依存して触媒温度は大きく変動する。上述した排気冷却用の構成（例えば、冷却アダプタであり、以下「排気冷却用構成」という。）を備える内燃機関では、当該排気冷却用構成により冷却された排気が排気浄化触媒に流れ込むため、当該触媒が過度に昇温することを回避することができる。一方で、内燃機関の運転状態が低負荷領域に属し内燃機関から排出された時点での排気温度が比較的低い場合には、当該排気冷却用構成により排気温度が更に低下してしまうため、排気浄化触媒の温度を排気浄化に適した温度に維持することが難しくなり、エミッションの悪化が懸念される。
【０００６】
また、従来技術では、排気温度の低下抑制の検討にあたり、内燃機関のシリンダヘッド側に設けられた排気冷却用構成による冷却能力そのものを考慮しているが十分ではない。一般には、内燃機関には複数の気筒が備えられ、各気筒に対応してシリンダヘッド内に排気ポートが形成されている。ここで、排気ポートの形状や配置等は、内燃機関における気
筒の並びや、繋がれる排気枝管の配置等の様々な条件により好適に調整される。本願発明者は、この度、この排気ポートの形状等が、排気ポートから排出される排気温度、すなわちその排気が流れ込む排気枝管の温度を決定する重要な要因であるとともに、排気枝管から排気冷却用構成への熱移動には、この排気ポートから排出される排気温度が大きく影響を及ぼしていることを見出したが、従来技術においてこのような観点から排気温度の低下抑制に取り組んだ事実は皆無である。したがって、排気通路に設けられた排気浄化触媒の温度を好適に維持する観点に立てば、従来技術では十分ではない。
【０００７】
また、排気枝管から排気冷却用構成への熱移動の抑制を図るにあたり、排気ポートに繋がれる排気枝管近傍に生じる熱応力の分布や大きさによっては、熱歪みが大きくなり、排気系の強度の観点から好ましくない状況が生まれる可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、排気冷却用構成を有する内燃機関の排気冷却システムであって、内燃機関の運転状態が低負荷領域に属し内燃機関から排出された時点での排気温度が比較的低い場合に、好適な排気温度の低下抑制を実現し得る排気冷却システム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】
【０００９】
本発明において、上記課題を解決するために、上記の通り、シリンダヘッドに形成された排気ポートの形状や配置とその排気ポートから排出される排気温度との関係性に着目した。これは、排気枝管側から排気冷却用構成への熱移動の状況は、排気ポートから排気枝管側へ排出される排気温度に大きく依存するとともに、排気枝管近傍に生まれる熱歪みの状況がその排気温度に大きく依存することを熟慮したことによる。
【００１０】
具体的には、本発明は、複数の気筒に対応してシリンダヘッドに形成された複数の排気ポートのそれぞれに接続された排気枝管を有し、各排気枝管の集合部より下流側の排気管に排気浄化触媒が配置された内燃機関の排気冷却システムであって、前記排気枝管又は前記排気ポートを冷却する冷却部と、前記冷却部による冷却箇所より下流側の前記排気枝管から該冷却部への熱移動を阻害するように構成された熱伝達阻害部であって、該熱伝達阻害部による熱移動の阻害能力は、前記内燃機関が所定の低負荷運転状態にあるときの、前記排気ポートから該排気枝管に向かって排出される排気温度が高い排気ポートほど、該排気ポートに対応する該阻害能力が大きくなるように設定された熱伝達阻害部と、を備える。なお、当該所定の低負荷運転状態とは、冷却部の冷却能力によって排気温度が低下し、排気浄化触媒の活性維持が困難となる程度に機関負荷が低い状態を意味し、例えば、内燃機関がアイドル運転を行うような負荷状態が例示できる。
【００１１】
そして、上記内燃機関の排気冷却システムでは、上記冷却部により排気枝管を流れる排気が冷却され、該冷却された排気が排気浄化触媒に流れ込むように構成される。ここで、冷却部の冷却能力は、該冷却部が設置されている箇所の冷却、および冷却部と排気枝管との間の熱移動を引き起こすものであることを踏まえ、内燃機関が所定の低負荷運転を行っている際の排気冷却効果を軽減するために、排気枝管から冷却部への熱伝達を阻害する熱伝達阻害部を配置するとともに、内燃機関が所定の低負荷運転状態にあるときの排気ポートから排出される排気温度に応じて、熱伝達阻害部による阻害能力が設定される。なお、その阻害の態様としては、熱伝達阻害部が存在しない場合と比べて、排気枝管から冷却部への熱移動が阻害される、すなわち鈍化されるように構成されれば様々な態様を採用することができる。例えば、熱伝達阻害部として断熱部材を採用し、当該断熱部材を冷却部と排気枝管との間に介在させてもよい。また、排気枝管において、その下流側から熱移動しにくくなるようにその形状や材質を調整してもよい。このように熱伝達阻害部が構成されることで、排気枝管から冷却部に流れ込む熱の移動が阻害され、特に、内燃機関が所定の低負荷運転状態にある場合には、熱伝達阻害部による排気枝管から冷却部への熱伝達阻害
が、効果的に排気温度の低下抑制を図ることになる。
【００１２】
しかし、シリンダヘッドに形成される排気ポートの形状や配置は、気筒の配置や排気枝管の配置等に応じて様々であり、その結果、内燃機関が所定の低負荷運転状態にある場合の、複数の排気ポートから排出される排気温度は、必ずしも同一になるとは限らない。したがって、その排気が流れ込む排気枝管の温度にもばらつきが生じることになる。この結果、排気枝管と冷却部との間における温度差も、各排気ポートに応じて異なってくるため、排気枝管から冷却部への熱移動を決定付ける要素が、排気ポートごとに異なることになる。本願発明者は、この点に着目し、熱伝達阻害部の阻害能力が、内燃機関が所定の低負荷運転状態にあるときの排気ポートから排出される排気温度が高くなる排気ポートほど、該排気ポートに対応する阻害能力が高くなるように熱伝達阻害部を構成した。仮に、各排気ポートからの排気温度の相違を考慮せずに熱伝達部阻害部による阻害能力を設定すると、例えば、該阻害能力を一律に設定すると、熱伝達部阻害部による阻害能力に過不足が生じることになる。阻害能力が過度に大きくなると、冷却部への熱移動は阻害できるものの排気枝管と冷却部との間の温度差が大きくなり、排気枝管近傍での熱歪みが顕著となり得る。更には、内燃機関が高負荷運転になった場合に、冷却部本来の目的である排気浄化触媒の熱負荷軽減を十分に果たせなくなる。また、仮に阻害能力が不足すると、冷却部の冷却能力が相対的に強まり、低負荷運転時に排気温度の低下抑制を十分に図ることが困難となる。
【００１３】
そこで、熱伝達阻害部による阻害能力を、内燃機関が所定の低負荷運転状態にあるときの排気ポートからの排気温度に応じて設定することで、各排気ポートに対応した好適な阻害能力により、排気枝管全体から冷却部への熱移動を好適に阻害するとともに、排気枝管全体で生じる熱歪みの影響を可及的に抑制することが可能となる。より具体的には、上記の通り、所定の低負荷運転状態における排気ポートからの排気温度が高くなる排気ポートほど、それに対応する阻害能力が大きくなるように該阻害能力を設定することで、排気枝管全体から冷却部への熱移動の抑制と排気枝管全体における熱歪みの抑制の均衡を図ることができる。
【００１４】
ここで、上記の内燃機関の排気冷却システムにおいて、前記複数の排気ポートは、相対的に曲率の小さい曲がり部を有する、又は直線形状を有する第一排気ポートと、相対的に曲率の大きい曲がり部を有する第二排気ポートを少なくとも含むように構成されてもよい。そして、前記所定の低負荷運転状態における前記第一排気ポートから排出される排気温度は、該所定の低負荷運転状態における前記第二排気ポートから排出される排気温度より高く、且つ、前記熱伝達阻害部は、該熱伝達阻害部による該第一排気ポートに対応する阻害能力が、該熱伝達阻害部による該第二排気ポートに対応する阻害能力より大きくなるように構成される。
【００１５】
本願発明者は、排気ポートの形状に起因した排気冷却能力に着目した。排気ポートが排気の流れの向きを変更する曲がり部を有する場合、その曲がり部の曲率が大きいほど、排気ポートが高温化しやすいことに着目した。そして、このように排気ポートが高温化することは、排気からより多くの熱を奪うことになるため、排気ポートからの排出排気を冷却する能力が大きいことを意味する。そして、上記のように、第一排気ポートと第二排気ポートを少なくとも有する場合、第二排気ポートの方が第一排気ポートよりも相対的に大きな曲率の曲がり部を有するため、第二排気ポートから排出される排気がより多く冷却され、第一排気ポートから排出される排気温度の方が高くなる。この結果、第一排気ポートに接続される排気枝管の方が、第二排気ポートに接続される排気枝管よりも高温化しやすくなる。そこで、第一排気枝管ポートに対応する阻害能力を、第二排気ポートに対応する阻害能力より大きく設定することで、排気枝管全体から冷却部への熱移動の抑制と排気枝管全体における熱歪みの抑制の均衡を図ることができる。
【００１６】
また、上記の内燃機関の排気冷却システムにおいて、前記第二排気ポートは、前記排気枝管との接続部位において、前記相対的に曲率の大きい曲がり部とは別の接続部位曲がり部を有し、該接続部位曲がり部は、曲がり半径が相対的に小さい内側曲がり部と曲がり半径が相対的に大きい外側曲がり部を有してもよい。この場合、前記所定の低負荷運転状態における前記内側曲がり部の温度は、該所定の低負荷運転状態における前記外側曲がり部の温度より高く、そして、前記熱伝達阻害部による前記第二排気ポートに対応する阻害能力は、前記内側曲がり部と前記外側曲がり部のそれぞれに対応して設定され、且つ、該外側曲がり部に対応する阻害能力は、該内側曲がり部に対応する阻害能力より大きく設定される。
【００１７】
第二排気ポートは、上記の通り、その冷却能力により排出される排気温度が、第一排気ポートからの排気よりも低い。しかし、第二排気ポートだけに着目すると、第二排気ポートを排気枝管との接続部位近傍に内側曲がり部と外側曲がり部を有している場合には、上記の排気ポート形状に起因する冷却能力と同様に、内側曲がり部が外側曲がり部より高温化しやすく、したがって、内側曲がり部の近傍を通って排気枝管に流れ込む排気温度は、その内側曲がり部により多くの熱を奪われるため、外側曲がり部の近傍を通って排気枝管に流れ込む排気温度よりも低くなる。そこで、この点を踏まえ、第二排気ポートに関し外側曲がり部に対応する阻害能力を、内側曲がり部に対応する阻害能力より大きく設定することで、排気枝管全体から冷却部への熱移動の抑制と排気枝管全体における熱歪みの抑制の均衡をより効果的に図ることができる。なお、この場合、前記外側曲がり部に対応する阻害能力は、前記第一排気ポートに対応する阻害能力より低く設定されるのが好ましい。
【００１８】
また、上記の内燃機関の排気冷却システムにおいて、前記複数の気筒は、吸気通路から供給される吸気量が異なるように構成された第一気筒と第二気筒であって、前記所定の低負荷運転状態において、気筒内の空燃比が相対的にリーン空燃比になる第一気筒と、気筒内の空燃比が相対的にリッチ空燃比になる第二気筒とを少なくとも含むように構成されてもよい。そして、前記所定の低負荷運転状態における、前記第一気筒に対応する第一排気ポートから排出される排気温度は、該所定の低負荷運転状態における前記第二気筒に対応する第二排気ポートから排出される排気温度より高く、且つ、前記熱伝達阻害部は、該熱伝達阻害部による該第一排気ポートに対応する阻害能力が、該熱伝達阻害部による該第二排気ポートに対応する阻害能力より大きくなるように構成される。
【００１９】
本願発明者は、排気ポートから排出される排気温度のばらつきに関し、吸気通路から気筒に供給される吸気量のばらつきに着目した。内燃機関の構成や配置によって、吸気通路から複数の気筒に吸気が供給される場合に、吸気が流れ込みやすい気筒と、それに比べて流れ込みにくい気筒が存在する場合がある。そのため、内燃機関の構造上の理由により、気筒に形成される混合気の空燃比に、ばらつきが生じ得る。そして、混合気空燃比が相対的にリッチになると、含まれる燃料の気化潜熱の影響を大きく受けるため、その燃焼後の排気温度が相対的にリーン空燃比の場合と比べて低くなる傾向がある。このように内燃機関の構造上の理由により、排気ポートから排出される排気温度にばらつきが生じ得る場合には、上記のように排気温度が高くなる排気ポートに対応する阻害能力を大きくすることで、排気枝管全体から冷却部への熱移動の抑制と排気枝管全体における熱歪みの抑制の均衡を図ることができる。
【００２０】
ここで、上記の内燃機関の冷却システムにおいて、前記冷却部は、前記排気枝管の一部を冷却する冷却アダプタであって、該冷却アダプタには、前記集合部の上流側に位置する該排気枝管の他部が接続され、前記熱伝達阻害部は、前記排気枝管の他部が接続される側の前記冷却アダプタの端面、該冷却アダプタに対して接続される側の該排気枝管の他部のフランジ、該冷却アダプタの端面と該フランジとの間に配置されるガスケット、該排気枝
管の他部において該フランジから該集合部までの所定部位のうち少なくとも何れかに形成されてもよい。
【００２１】
このように冷却アダプタによって排気枝管が冷却される場合、冷却部がシリンダヘッドの外部に配置されることになる。そこで、排気から排気枝管に伝熱し、そこから冷却部に逃げる熱の移動を効果的に阻害するために、上記の箇所に熱伝達阻害部が形成されるのが好ましい。なお、上記フランジ、ガスケットに熱伝達阻害部が形成される場合、フランジ、ガスケットの全体を、熱移動を阻害するように構成しても構わない。また、熱伝達阻害部が形成される上記所定部位は、排気枝管において局所的に高温化しやすい部位であってもよい。
【００２２】
また、別法として、上記の内燃機関の冷却システムにおいて、前記冷却部は、前記排気ポートを冷却する冷却装置であって、前記熱伝達阻害部は、前記排気枝管が接続される前記シリンダヘッドの接続部位、該シリンダヘッドに対して接続される側の前記排気枝管のフランジ、該接続部位と該フランジとの間に配置されるガスケット、該排気枝管において該フランジから前記集合部までの所定部位のうち少なくとも何れかに形成されてもよい。これにより、排気枝管から冷却部への効果的な熱移動の阻害が実現される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、排気冷却用構成を有する内燃機関の排気冷却システムにおいて、内燃機関の運転状態が低負荷領域に属し内燃機関から排出された時点での排気温度が比較的低い場合に、好適な排気温度の低下抑制を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る内燃機関の排冷却システムの概略構成を示す第一の図である。
【図２】図１に示す内燃機関のシリンダヘッドに形成された排気ポートの構造を示す図である。
【図３】図１に示す内燃機関の排気冷却システムにおいて、冷却アダプタと下流側排気枝管のフランジとの間に配置される断熱ガスケットの構成を示した図である。
【図４】内燃機関の排気系における熱移動を概略的に示した図である。
【図５】排気枝管とシリンダブロックとの間に設けられた断熱ガスケットの断熱性と、排気枝管の壁面温度との相関を示す図である。
【図６】排気ポートの曲がり角が３０度、６０度、９０度のときの、排気ポートにおける排気の流れを示す図である。
【図７】排気ポートの曲がり角が３０度、９０度のときの、ヘッド壁の温度分布を示す図である。
【図８】内燃機関に含まれる４つの気筒の排気ポートによる排気冷却代を示す図である。
【図９】内燃機関の低負荷運転時の、気筒＃１と＃２における断熱ガスケットの断熱性と、排気枝管への入りガス温度および排気枝管の壁面温度との相関を示す図である。
【図１０】内燃機関の高負荷運転時の、断熱ガスケットの断熱性と、排気枝管の壁面温度および冷却アダプタ温度との相関を示す図である。
【図１１】図１に示す内燃機関の排気枝管周辺の別の構造を示す図である。
【図１２】図１に示す内燃機関の排気冷却システムにおいて、冷却アダプタと下流側排気枝管のフランジとの間に配置される断熱ガスケットの他の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２６】
本発明に係る内燃機関の排気冷却システムの実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気冷却システムの概略構成、および当該システムを備える内燃機関１の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であるが、なお、４つの気筒２について、図２に示すように、各気筒を区別して表示する場合には、気筒の参照番号２の後に続けて区別のための番号（＃１〜＃４）を記載することとする。図１においては、４つの気筒のうち一つの気筒のみ（例えば、気筒２＃２）が図示されているとともに、図示されていない気筒（例えば、気筒２＃１）に対応して設けられる冷却アダプタ１０や排気枝管９が併記されている。また、図２には、その内燃機関１のシリンダヘッド１ａに形成された排気ポートの構成を示すとともに、図３には、冷却アダプタ１０と、それに接続される排気枝管（後述する下流側排気枝管９ｂ）との間に配置される断熱ガスケット１１の構成を示す。
【００２７】
内燃機関１の各気筒２には、点火プラグ３が取り付けられ、シリンダヘッド１ａ内に吸気ポート４と排気ポート５を備えている。吸気ポート４は、内燃機関１の気筒２内へ空気や燃料を導く通路であり、吸気バルブ６によって開閉される。吸気ポート４は、図示しない吸気通路と接続され、大気中から新気（空気）が取り込まれる。そして、この吸気ポート４中に燃料噴射が行えるように、燃料噴射弁８が取り付けられている。排気ポート５は、気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）を気筒２内から排出するための通路であり、排気バルブ７によって開閉される。この排気ポート５についても、図２に示すように、各気筒に対応して各排気ポートを区別して表示する場合には、排気ポートの参照番号５の後に続けて区別のための番号（＃１〜＃４）を記載することとする。各気筒２に対応する排気ポート５には、それぞれ排気枝管９が接続される。排気枝管９は、後述するように上流側排気枝管９ａと下流側排気枝管９ｂで形成される。なお、上流側排気枝管９ａ又は下流側排気枝管９ｂを各気筒に対応して区別して表示する場合には、各排気枝管の参照番号９ａ又は９ｂの後に続けて区別のための番号（＃１〜＃４）を記載する。そして、４つの気筒に対応する４つの下流側排気枝管９ｂ＃１〜９ｂ＃４は、図１に示すように集合部９ｅで合流し、その下流で排気管１２に接続されている。この排気管１２には、排気浄化を行うための排気浄化触媒２０が設けられており、排気浄化触媒２０として、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒などを挙げることができる。
【００２８】
ここで、図１に示すように、内燃機関１には、排気枝管９を流れる排気を冷却するための冷却アダプタ１０が各排気枝管に設けられている。具体的には、冷却アダプタ１０は、その内部に冷却水が循環する冷却水路１０ａを有しており、且つ、冷却アダプタ１０の冷却面が、排気ポート５の直下流の排気枝管９の一部である上流側排気枝管９ａの外周を覆うように配置されている。冷却アダプタ１０の冷却水路１０ａは、図示しない内燃機関１の冷却水路と接続され共通する循環ポンプによって冷却水が循環されるように構成されていてもよく、また、内燃機関１の冷却水路とは独立して冷却水を循環するように構成されていてもよい。この上流側排気枝管９ａは、いわば冷却アダプタ１０によって直接に冷却される箇所となる。
【００２９】
さらに、上流側排気枝管９ａの下流側には、集合部９ｅまでの排気枝管としての排気通路を形成する下流側排気枝管９ｂが設けられている。そして、下流側排気枝管９ｂには、上流側排気枝管９ａ側に接続フランジ９ｃが設けられ、接続フランジ９ｃと上流側排気枝管９ａとの間に断熱ガスケット１１を挟んだ状態で、下流側排気枝管９ｂと上流側排気枝管９ａは接続される。なお、４つの下流側排気枝管９ｂ＃１〜９ｂ＃４に対して接続フランジ９ｃは一体として形成され、そのフランジ上に設けられた貫通孔と、上流側排気枝管９ａ側に設けられたネジ穴１３を利用して、接続フランジ９ｃと上流側排気枝管９ａとの
接続が行われる。具体的には、ネジ穴１３に取り付けられたスタッドボルトが上記貫通孔に通されて、ナットで固定されることで両者は接続される。なお、上記断熱ガスケット１１が、本発明に係る熱伝達阻害部に相当するが、その詳細については後述する。
【００３０】
このように上流側排気枝管９ａを流れる排気を冷却する冷却アダプタ１０が備えられる内燃機関１では、内燃機関１から排出される排気温度を低下させることで、排気系に設置される部品等に掛かる熱負荷を軽減させて、部品寿命の長期化等を図ることができる。特に、排気浄化触媒２０に流れ込む排気温度の高温化を抑制することで、排気浄化触媒に含まれる貴金属の量を減量することも可能となる。なお、代替技術として排気中に含まれる燃料量を増量させて、その気化潜熱で排気温度を低下させることも可能であるが、燃費の悪化や燃料増量に起因するエミッションの悪化（例えば、一酸化炭素濃度の増加）が生じやすくなる。そのため、冷却アダプタ１０による排気冷却は、内燃機関１の排気浄化特性を向上する点からも有用である。
【００３１】
一方で、内燃機関１から排出される排気温度が比較的低い場合、すなわち内燃機関１が低負荷運転を行っている場合（例えば、排気のエンタルピーが１０〜２０ｋＷより低い場合やアイドル運転を行っている場合等）に、冷却アダプタ１０による排気冷却が行われると、排気浄化触媒２０に流れ込む排気温度が過度に低くなり、その結果、排気浄化触媒２０による排気浄化効率が著しく低下する可能性がある。そこで、本願発明では、冷却アダプタ１０によって直接冷却される上流側排気枝管９ａに対して接続され、排気浄化触媒２０に流れ込む排気が流れる下流側排気枝管９ｂからその冷却アダプタ１０への熱移動を考慮して、内燃機関１が低負荷運転されている場合に排気温度低下を抑制するための排気冷却システムを構築した。
【００３２】
ここで、図４の上段（ａ）は、冷却アダプタ１０が設けられていない場合の、排気ポート５を有するシリンダヘッド１ａと排気枝管９の通路壁との間で行われる熱移動を概略的に示した図である。この場合、シリンダヘッド１ａには、気筒２内での燃焼により発生する熱が放熱Ｑ１として移動してくるとともに、シリンダヘッド１ａが有する熱が、放熱Ｑ３として大気（周囲雰囲気）に移動する。また、排気枝管９においては、排気枝管９を流れる排気が有する熱が放熱Ｑ２として、排気から排気枝管９へと移動してくるとともに、排気枝管９が有する熱が、放熱Ｑ４として大気に移動する。内燃機関１が低負荷運転している場合は、内燃機関１の機関温度の上昇は十分ではなく、一方で、排気枝管９は燃焼後の排気に晒されるため、排気枝管９の温度がシリンダヘッド１ａの温度より高くなる傾向がある。そのため、排気枝管９からシリンダヘッド１ａに、伝熱Ｑ５として熱が移動する。
【００３３】
次に、冷却アダプタ１０が設けられている場合の熱移動について、図４の下段（ｂ）に基づいて説明する。なお、模式的な図示である図３においては、冷却アダプタ１０によって直接冷却される上流側排気枝管９ａは、冷却アダプタ１０と一体とみなすことができる。したがって、熱移動を説明する図４（ｂ）では、冷却アダプタ１０側の排気枝管壁の隣に下流側排気枝管９ｂ側の排気枝管壁が配置されている。ここで、シリンダヘッド１ａにおける熱移動は、上記図４（ａ）に基づいて説明した通りであり、図４（ｂ）中の放熱Ｑ１１は、図４（ａ）中の放熱Ｑ１に相当し、図４（ｂ）中の放熱Ｑ１３は、図４（ａ）中の放熱Ｑ３に相当する。また、冷却アダプタ１０においても、上流側排気枝管９ａを流れる排気から、放熱Ｑ１６として熱が移動する。この熱移動が、冷却アダプタ１０による直接的な排気冷却となる。
【００３４】
また、同じように、下流側排気枝管９ｂにおいては、下流側排気枝管９ｂを流れる排気が有する熱が放熱Ｑ１２として、排気から下流側排気枝管９ｂへと移動してくるとともに、下流側排気枝管９ｂが有する熱が、放熱Ｑ１４として大気に移動することになる。ここ
で、冷却アダプタ１０が存在すると、その冷却能力により下流側排気枝管９ｂから冷却アダプタ１０への伝熱Ｑ１５が生じる。ここで、冷却アダプタ１０は水冷式であるためその冷却能力は比較的大きい。そのため、冷却アダプタ１０から下流側排気枝管９ｂにわたる排気通路壁での温度勾配が大きくなり、その結果、伝熱Ｑ１５の熱量は、図４（ａ）に示した伝熱Ｑ５の熱量と比べて非常に大きくなる。この結果、下流側排気枝管９ｂでの放熱が促進されることになり、上記放熱Ｑ１２およびＱ１４の熱量も、図４（ａ）に示した放熱Ｑ２、Ｑ４の熱量と比べて大きくなる傾向がある。このように、冷却アダプタ１０が存在することで、伝熱Ｑ１５を基点として、排気枝管９で生じる熱移動が排気温度の低下を促進させ得ることが理解できる。この排気温度の低下影響は、特に、排気浄化触媒２０の浄化能力の観点に立てば、内燃機関１が低負荷運転を行っている場合に顕著となりやすい。
【００３５】
このように冷却アダプタ１０を設けることで排気系部品の長寿命化や内燃機関１の排気浄化特性の向上が図られる一方で、内燃機関１の低負荷運転時における排気温度の低下が懸念される。そこで、本願発明では、図４（ｂ）に示した冷却アダプタ１０に起因する熱移動の基点となる伝熱Ｑ１５に注目して、効果的な排気温度の低下抑制が図られる。具体的には、図１に示すように、伝熱Ｑ１５を阻害するために、下流側排気枝管９ｂの接続フランジ９ｃと冷却アダプタ１０との間に、ガスケットとしての機能を有し、上流側排気枝管９ａおよび下流側排気枝管９ｂの材料であるＳＵＳよりも断熱能力を有する、すなわち熱貫流率が低い材料で形成された断熱ガスケット１１が設けられている。
【００３６】
ここで、断熱ガスケット１１が下流側排気枝管９ｂの通路壁面温度に及ぼす影響について、図５に基づいて詳細に説明する。図５は、図１に示す内燃機関１において上流側排気枝管９ａと下流側排気枝管９ｂとの間に断熱ガスケット１１が配置されたときの、断熱ガスケット１１の熱貫流率と下流側排気枝管９ｂの通路壁面温度との相関を表している。なお、図中線Ｌ１で示される相関は、下流側排気枝管９ｂがシュラウドで覆われている場合の相関であり、線Ｌ２で示される相関は、下流側排気枝管９ｂがシュラウドで覆われていない場合の相関である。ここで、熱貫流率は、断熱ガスケット１１を構成する一又は複数の材料の熱伝導率をその厚みで除した、材料毎の熱抵抗値（Ｒ１、・・・、Ｒｎ）から、下記の式１に従って算出される。熱貫流率の値が小さいほど、断熱性が高いことを意味する。
熱貫流率  ＝  １／Σ（Ｒ１＋・・・＋Ｒｎ）  ・・・（式１）
【００３７】
断熱ガスケット１１の断熱性が高くなると、線Ｌ１、Ｌ２で示すように下流側排気枝管９ｂの壁面温度は上昇する。このことは、下流側排気枝管９ｂの通路壁から上流側排気枝管９ａの壁へ伝わる熱移動（伝熱Ｑ１５）が断熱ガスケット１１によって阻害されることで、下流側排気枝管９ｂの壁に多くの熱が滞留することを意味する。ここで、下流側排気枝管９ｂに多くの熱が滞留すると、特に、その端部に位置する接続フランジ９ｃは高温化しやすく、熱応力の増加や熱歪みの発生が懸念される。更には、内燃機関１に備えられる４つの排気枝管９には、それぞれに対応する排気ポート５を経由して排気が流れこむことになるが、排気ポート５による排気冷却能力が各ポートに応じて異なるため、すなわち各排気ポート５による熱の奪われ方が異なるため、排気ポート５から排出される排気温度も必ずしも同一になるとは限らない。そのため、内燃機関１が低負荷運転を行っている状態において、排気ポート５からの排気が流れ込むことになる各排気枝管９の壁面温度は、排気ポート５の冷却能力に応じて異なり、仮に、接続フランジ９ｃと冷却部１０との間に配置される断熱ガスケット１１の断熱性を一様に所定の熱貫流率となるように設定すると、その断熱性に過不足が生じることになる。
【００３８】
例えば、断熱ガスケット１１の断熱性が一様に過度に大きくなってしまうと、冷却アダプタ１０への伝熱Ｑ１５を十分に阻害することはできるものの、接続フランジ９ｃが高温
化し、熱応力等の問題が顕在化する。また、内燃機関が高負荷運転状態となると、本来的に必要とされる排気冷却能力が確保できず、排気浄化触媒２０の熱負荷の軽減が図りにくくなる。一方で、断熱ガスケット１１の断熱性が一様に低くなってしまうと、排気温度の低下抑制を十分に図ることが困難となる。そこで、本願発明に係る内燃機関１の排気冷却システムでは、内燃機関１が低負荷運転状態にあるときの、排気ポート５＃１〜５＃４のそれぞれの排気冷却能力を考慮し、各排気ポートから排出される排気温度に応じて、各下流側排気枝管９ｂ＃１〜９ｂ＃４と冷却アダプタ１０との間に配置される断熱ガスケット１１の断熱性を部分的に異なるように設定する。
【００３９】
ここで、本願発明者は、排気ポート５の排気冷却能力を検討するにあたり、排気弁７が配置される部位から排気枝管９が接続される部位までの間に排気ポート５が曲がっている場合、その曲がり部の曲率が大きくなるほどヘッド内の通路壁（以下、「ヘッド壁」とも言う）の温度が、排気の熱により高温化しやすいことに本願発明者は着目した。排気ポート５を形成するヘッド壁の温度が排気熱により高くなることは、そこで排気熱が奪われることになるため、当該排気に対する冷却能力が高いことを意味する。そこで、以下に排気ポート５の曲がり部５ｄの温度と曲がり部５ｄの曲率について、図６および図７に基づいて説明する。なお、曲がり部の入口と出口とにおける排気ポートの延在方向のズレが、曲がり部の曲がり角として定義される。図６においては、曲がり部の曲がり角が大きくなるほど、その曲率が大きくなるように構成されている。
【００４０】
図６には、それぞれ３０度、６０度、９０度の曲がり角を有する曲がり部５ｄを有し、排気の流れに対する断面積が同一の排気ポート５の一部分が記載されるとともに、内燃機関１が低負荷運転しているときの所定エンタルピーの排気が流れている場合の、排気流速の様子が示されている。具体的には、曲がり部５ｄは、図に向かって左側が、曲がり半径が小さい内側曲がり部であり、図に向かって右側が、曲がり半径が大きい外側曲がり部である。そして、曲がり部５ｄにおいては、排気流速が濃淡表示され、且つ排気流速が高くなるほど濃く表示されている。
【００４１】
図６を見て理解できるように、内側曲がり部に隣接する領域に、排気流速が相対的に高くなる領域が形成され、当該領域は、曲がり角が大きくなるに従い大きくなっていく。その結果、曲がり部５ｄの下流側では、排気流速が相対的に低くなる領域Ｒ１と、相対的に高くなる領域Ｒ２が形成される。そして、この排気流速が相対的に低くなる領域Ｒ１は、曲がり部５ｄの曲がり角が大きくなるほど拡大していき、曲がり角が９０度になると排気流れの剥離が生じ、図６（ｃ）で斜線で示される領域Ｒ１では、逆流が生まれることになる。
【００４２】
そして、曲がり部５ｄの曲がり角が大きくなるほど、内側曲がり部の内壁面に当たる排気の垂直成分が大きくなり、また、図６に示すように内側曲がり部の内壁面近傍に高速の排気流れが形成される。そのため、内側曲がり部が特に高温化しやすくなる。また、上記の通り、曲がり角が大きくなり排気流れの剥離が生じると、内側曲がり部の出口で排気の流れに乱れが生じ、その上流側の内側曲がり部の高温化を招く要因となっているとも考えられる。そこで、図７に、曲がり角が３０度の曲がり部５ｄのヘッド壁における熱分布、および曲がり角が９０度の曲がり部５ｄのヘッド壁における熱分布を示す。なお、両図における熱分布は、高温であるほど濃く記載される。図７からも理解できるように、曲がり部５ｄの曲がり角が小さい場合には、内側曲がり部と外側曲がり部では、ヘッド壁面の温度差はそれほど大きくないが、曲がり部５ｄの曲がり角が大きくなると、内側曲がり部のヘッド壁面の温度が、外側曲がり部のヘッド壁面の温度よりも高くなる傾向がある。
【００４３】
このように排気ポート５の曲がり部５ｄの曲率又は曲がり角が大きくなると、内側曲がり部のヘッド壁面温度の高温化が顕著となる。このことは、排気ポート５の曲がり部５ｄ
の形状に応じて、排気ポート５による排気冷却能力が変動することを意味する。本実施例における内燃機関１では、図２に示すように４つの気筒２＃１〜２＃４が直列に配置されており、各気筒に対応する排気ポート５＃１〜５＃４の出口（排気枝管９に接続される側の開口部）が、気筒２の並びの概ね中央の部位に集まるように各排気ポート５が形成される。そのため、列の外側に位置する気筒２＃１、２＃４に対応する排気ポート５＃１、５＃４は、列の内側に位置する気筒２＃２、２＃３に対応する排気ポート５＃２、５＃３と比べて、曲がり部の曲率が大きくなるように形成されている。
【００４４】
この結果、排気ポート５＃１、５＃４による排気冷却能力は、排気ポート５＃２、５＃３による排気冷却能力より大きくなる。実質的に図２に示す形状と同一の排気ポートを有する内燃機関において、低負荷運転が行われている場合の、各気筒に対応する排気ポートの冷却能力（排気冷却代）を、２つの形状パターンにおいて排気ポート毎に比較したグラフを図８に示す。当該排気冷却代は、排気ポート５への入ガス温度と排気ポートからの出ガス温度の差として定義される。実際の排気ポートの形状や大きさによって排気冷却代の値は変動するが、相対的に曲率の大きい曲がり部を有する排気ポート５＃１、５＃４による排気冷却能力が、相対的に曲率の小さい曲がり部を有する排気ポート５＃２、５＃３による排気冷却能力より大きくなる傾向を理解することができる。
【００４５】
そして、排気ポート５による排気冷却能力が大きくなることで、排気ポート５に接続される排気枝管９に流れ込む排気温度が低下し、冷却アダプタ１０と下流側排気枝管９ｂとの温度差は小さくなる。一方で、排気ポート５による排気冷却能力が小さくなることで、排気ポート５に接続される排気枝管９に比較的温度維持された排気が流れ込むため、排気枝管９の温度上昇を招き、冷却アダプタ１０と下流側排気枝管９ｂとの温度差が大きくなる。そこで、このような排気ポート５の排気冷却能力の相違に起因する、下流側排気枝管９ｂから冷却アダプタ１０への熱移動条件の変動を考慮し、断熱ガスケット１１の断熱性が設定される。
【００４６】
ここで、図９の上段（ａ）に、内燃機関１が低負荷運転を行っているときの、断熱ガスケット１１の熱貫流率と下流側排気枝管９ｂ＃１への入りガス温度との相関（線Ｌ３で示される相関）と、断熱ガスケット１１の熱貫流率と下流側排気枝管９ｂ＃１の壁面温度との相関（線Ｌ４で示される相関）を示す。更に、図９の下段（ｂ）には、内燃機関１が低負荷運転を行っているときの、断熱ガスケット１１の熱貫流率と下流側排気枝管９ｂ＃２への入りガス温度との相関（線Ｌ５で示される相関）と、断熱ガスケット１１の熱貫流率と下流側排気枝管９ｂ＃２の壁面温度との相関（線Ｌ６で示される相関）を示す。また、図１０には、内燃機関１が高負荷運転を行っているときの、断熱ガスケット１１の熱貫流率と下流側排気枝管９ｂの壁面温度との相関（線Ｌ７で示される相関）と、断熱ガスケット１１の熱貫流率と冷却アダプタ１０によって冷却されている上流側排気枝管９ａ＃１の壁面温度との相関（線Ｌ８で示される相関）を示す。なお、下流側排気枝管９ｂ＃１、９ｂ＃２への入りガス温度は、冷却アダプタ１０を経由してはいるものの、対応する排気ポート５＃１、５＃２から排出された排気温度を反映するものと考えられる。
【００４７】
図９に示すように、断熱ガスケット１１の断熱性を適宜変えても、下流側排気枝管９ｂ＃２への入りガス温度が、下流側排気枝管９ｂ＃１への入りガス温度より約１０度程度高いのは、上述したように排気ポート５＃２による排気冷却能力が排気ポート５＃１による排気冷却能力より低いことに起因するものと考えられる。また、下流側排気枝管９ｂ＃１と下流側排気枝管９ｂ＃２の壁面温度を比べても、同じように、下流側排気枝管９ｂ＃２の壁面温度の方が下流側排気枝管９ｂ＃１の壁面温度より高い。ここで、冷却アダプタ１０と下流側排気枝管９ｂの壁面温度との差が大きくなるほど伝熱Ｑ１５が大きくなることを考慮して、低負荷運転時に排出される排気温度が高くなる排気ポート５＃２、換言すれば、排気冷却能力が相対的に小さい排気ポート５＃２に対応した断熱ガスケット１１の所
定部位の断熱性を、排気冷却能力が相対的に大きい排気ポート５＃１に対応した断熱ガスケット１１の所定部位の断熱性より高くなるように設定する。この結果、低負荷運転時に排出する排気温度が相対的に低い排気ポート５＃１に対しては、断熱ガスケット１１の断熱性が相対的に低くなるが、そこでは伝熱Ｑ１５を増大せしめる上記温度差は小さいため、このような断熱性の設定を行っても排気温度の低下抑制への影響は軽減できる。
【００４８】
また、内燃機関１が高負荷運転を行っているときは、図１０に示すように、断熱ガスケット１１の断熱性にかかわらず冷却アダプタ１０側の上流側排気枝管９ａの壁面温度は概ね一定であるものの、下流側排気枝管９ｂの壁面温度は、断熱ガスケット１１の断熱性が大きくなるとともに増大していく。ここで、上記の通り、排気ポート５＃１に対応した断熱ガスケット１１の所定部位の断熱性が相対的に低くなるように設定されているため、接続フランジ９ｃ側に溜まった熱を冷却アダプタ１０側に逃がすことになり、高負荷運転時での下流側排気枝管９ｂ＃１の壁面温度を低下させ、接続フランジ９ｃでの熱応力等の問題も同時に軽減することが可能となる。
【００４９】
具体的には、図３に示すように、排気ポート５＃１、５＃４による排気冷却能力は、排気ポート５＃２、５＃３による排気冷却能力より大きく、その結果、排気ポートから排出される排気温度は、相対的に低くなる。そこで、断熱ガスケット１１のうち、排気ポート５＃１、５＃４に対応する部位１１ｂの断熱性を相対的に高くし、排気ポート５＃２、５＃３に対応する部位１１ａの断熱性を相対的に高く設定する。例えば、部位１１ａを断熱性が比較的高いダンマで形成し、部位１１ｂを断熱性が比較的低いセラミックで形成する。このような断熱性の設定を行うことで、排気枝管全体から冷却アダプタ１０への熱移動（伝熱Ｑ１５）の抑制と、排気枝管、特に接続フランジ９ｃでの熱応力等の抑制をバランス良く図ることができる。
【００５０】
なお、断熱ガスケット１１は、部位１１ａ、１１ｂを一体的に含むように形成されてもよく、又は各部位に分けて個別に形成されてもよい。また、断熱ガスケット１１の材質を変更するのではなく、その厚さを変更したり、別部材を挟むようにして、部位１１ａ、１１ｂの断熱性を所望の断熱性になるように調整してもよい。
【００５１】
また、図３に示すように、排出される排気温度が相対的に高い排気ポート５＃２、５＃３に対応する上流側排気枝管９ａ＃２、９ａ＃３の間隔を、排気ポート５＃１、５＃４に対応する上流側排気枝管９ａ＃１、９ａ＃４の間隔よりも広げている。これは、排出される排気温度が相対的に高いことによる上流側排気枝管９ａ＃２、９ａ＃３のそれぞれからの輻射熱の影響により、接続される下流側排気枝管９ｂ＃２、９ｂ＃３が高温化するのを可及的に抑制するためである。
【００５２】
＜変形例１＞
上述までの実施例においては、熱伝達阻害部として断熱ガスケット１１が用いられているが、その別法として、以下に示す形態も採用することができる。先ず、下流側排気枝管９ｂの接続フランジ９ｃが接続される、冷却アダプタ１０の端面１０ｂを、断熱ガスケット１１の部位１１ａ、１１ｂに対応した断熱性が得られるように形成してもよい。具体的には、当該端面１０ｂを、設定すべき断熱性を有する所定の断熱部材により形成したり、接続フランジ９ｃとの接触面積を調整したりすることで、下流側排気枝管９ｂからの熱流入に対する熱貫流率を調整する。同様に、冷却アダプタ１０に対して接続される接続フランジ９ｃについても、断熱ガスケット１１の部位１１ａ、１１ｂに対応した断熱性が得られるように形成してもよい。
【００５３】
また、下流側排気枝管９ｂにおいて、接続フランジ９ｃと集合部９ｅまでの間の枝管壁の所定部位の断熱性を高めることで、下流側排気枝管９ｂから冷却アダプタ１０への伝熱
Ｑ１５を阻害してもよい。具体的には、図１１に示すように、接続フランジ９ｃ近傍の排気枝管の所定部位９ｆの排気枝管壁の厚さＴ１を、他の部位の排気枝管壁の厚さＴ２より薄くすることで、伝熱Ｑ１５の阻害能力を調整してもよい。例えば、Ｔ１を小さくするほど、伝熱Ｑ１５の阻害能力が大きくなり、また、所定部位９ｆの長さＬ１０を長くするほど、伝熱Ｑ１５の阻害能力が大きくなる。そこで、Ｔ１やＬ１０の大きさをパラメータとして、上記本願発明の技術思想に従い、低負荷運転時の下流側排気枝管９ｂの温度に応じた伝熱Ｑ１５の阻害能力を設定することができる。
【００５４】
このように示す熱伝達阻害部としての具体的な形態については、必ずしも一つに限定する必要はなく、複数の形態を同時に採用することもできる。
【００５５】
＜変形例２＞
上記の実施例においては、冷却部（冷却アダプタ）１０は、シリンダヘッド１ａの外部に装着されているが、この態様に代えて、冷却部がシリンダヘッド１ａに組み込まれる態様を採用することもできる。この場合、組み込まれた冷却部によって、排気ポート５内を流れる排気の冷却が行われることになる。このような態様においても、上述した排気ポート５そのものの排気冷却能力により、排気枝管９に流れ込む排気温度に相違が現れるため、上記実施例と同じように、排気ポート５と接続される排気枝管９との間に、本発明に係る伝熱阻害部が配置される。このような構成においても、排気ポート５と排気枝管９との間に、本願発明に係る熱伝達阻害部に相当する構成、すなわち、低負荷運転時の排気ポートから排出される排気温度に応じて断熱性が設定された断熱部材や図１１に示す排気枝管の構成を適用することで、排気枝管全体から冷却アダプタ１０への熱移動（伝熱Ｑ１５）の抑制と、接続フランジ９ｃでの熱応力等の抑制をバランス良く図ることができる。
【００５６】
＜変形例３＞
上述までの実施例では、断熱ガスケット１１における、排気ポート５＃１、５＃４に対応する部位１１ｂの断熱性は、相対的に小さくなるよう設定されているが、排気温度の低下抑制が十分な限りにおいては、当該部位１１ｂにおいて断熱ガスケットが配置されないようにしてもよい。この場合、排気ポート５＃２、５＃３に対応する部位１１ａにのみ、断熱ガスケット１１が配置されることになる。
【実施例２】
【００５７】
本実施例では、排気冷却能力が相対的に大きい排気ポート５＃１が、排気枝管９と接続される接続部位での、局所的な排気冷却能力に着目した。以下に、この場合の断熱ガスケット１１の断熱性の設定について説明する。図１２の上段（ａ）には、排気ポート５＃１の概略構成が示されている。ここで、排気ポート５＃１は、上記曲がり部５ｄとは別に、排気枝管９と接続される部位に、排気の流れが曲がる曲がり部（本発明に係る「接続部位曲がり部」）が形成されており、それは、曲がり半径が相対的に小さい内側曲がり部５ａ＃１と、曲がり半径が相対的に大きい外側曲がり部５ｂ＃１を有するように形成されている。この接続部位曲がり部は、排気ポート５＃１が、排気枝管９の端面に対して概ね垂直に接続されるように形成されている。
【００５８】
このように排気ポート５＃１の接続部位が形成されることで、図７に基づいて説明したように、内燃機関１の低負荷運転時に、排気ポート５＃１において、内側曲がり部５ａ＃１の温度が外側曲がり部５ｂ＃１の温度より高くなりやすい。すなわち、内燃機関１の低負荷運転時において、排気ポート５＃１の接続部位の一部が、他部と比べて排気冷却能力が高い状態になる。そのため、同一の排気ポート５＃１から排出される排気であっても、内側曲がり部５ａ＃１近傍を通って排出される排気温度は、外側曲がり部５ｂ＃１近傍を通って排出される排気温度よりも低くなる。
【００５９】
そこで、このような同一の排気ポート５における排気温度の違いを考慮して、断熱ガスケット１１の部分的な断熱性の設定を行ってもよい。具体的には、図１２の下段（ｂ）に示すように、排気冷却能力が相対的に大きい排気ポート５＃１、５＃４の接続部位の内側曲がり部に対応する、断熱ガスケット１１の所定部位１１ｃの断熱性を、該排気ポート５＃１、５＃４の接続部位の外側曲がり部に対応する、断熱ガスケット１１の所定部位１１ｄの断熱性よりも低く設定する。このように断熱性を設定することで、排気枝管全体から冷却アダプタ１０への熱移動（伝熱Ｑ１５）の抑制と、接続フランジ９ｃでの熱応力等の抑制をバランス良く図ることができる。
【００６０】
なお、上記実施例で排気冷却能力が相対的に低い排気ポート５＃２、５＃３に対応する部位ついては、同じように、断熱性が相対的に高い所定部位１１ａとして形成すればよい。このとき、所定部位１１ａの断熱性は、所定部位１１ｂの断熱性よりも高く設定される。
【実施例３】
【００６１】
上述までの実施例では、排気ポート５による排気冷却能力に着目し、排気ポート５から排出される排気温度に応じて、断熱ガスケット１１の断熱性の設定が行われた。ここで、本実施例では、排気ポート５からの排気温度に影響を与える内燃機関１の構造的な要因である、図示しない内燃機関１の吸気通路から吸気ポート４を介して各気筒２に供給される吸気量のばらつきをもたらす吸気通路の構造に着目する。一般的に、気筒２内で形成される混合気の空燃比が相対的にリッチ側の空燃比になると、燃焼後の排気に含まれる燃料成分の気化潜熱により、その排気温度が低温化する傾向がある。そのため、内燃機関１の構造的な要因として、他の気筒より少ない吸気量が流入する気筒２が存在する場合、当該気筒２では、他の気筒と比べて、定常的にリッチ側の空燃比の混合気が形成されることになり、当該気筒２の排気ポート５から排出される排気温度は相対的に低くなる。
【００６２】
例えば、図２で示した排気ポート５と同じように、各気筒に対応する吸気ポート４の入口（図示しない吸気枝管に接続される側の開口部）が、気筒２の並びの概ね中央の部位に集まるように形成されると、内側の気筒２＃２、２＃３に対応する吸気ポート４は、比較的曲率が小さい形状で形成されることになるため、吸気が気筒内に流れ込みやすい。一方で、外側の気筒２＃１、２＃４に対応する吸気ポート４は、比較的曲率が大きい形状で形成されることになるため、吸気が気筒内に流れにくい。このような吸気の流れ込みやすさの違いによって、各気筒内で形成される混合気空燃比の定常的なばらつきが生じ、排気ポート５から排出される排気温度が相対的に高い気筒と、相対的に低い気筒が存在することになる。このような内燃機関１の吸気通路の構造に起因する排気温度の違いを考慮して、断熱ガスケット１１の断熱性を調整してもよい。
【００６３】
この場合、吸気通路の構造的な要因により混合気空燃比が相対的にリッチ側の空燃比となりやすい気筒２の排気ポート５＃１、５＃４に対応する、断熱ガスケット１１の所定部位の断熱性を、残りの排気ポート５＃２、５＃３に対応する、断熱ガスケット１１の所定部位の断熱性より低く設定する。
【００６４】
また、気筒２内の混合気空燃比に影響を及ぼす吸気通路の構造的な要因としては、内燃機関１にＥＧＲ装置が備えられる場合、そのＥＧＲガスの気筒への流入しやすさを決定する構造も挙げることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１    内燃機関
２    気筒
３    点火プラグ
４    吸気ポート
５    排気ポート
５ｄ  曲がり部
８    燃料噴射弁
９    排気枝管
９ａ  上流側排気枝管
９ｂ  下流側排気枝管
９ｃ  接続フランジ
９ｅ  集合部
１０  冷却アダプタ
１１  断熱ガスケット
１２  排気管
２０  排気浄化触媒
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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