(57)【要約】  直列４気筒内燃機関（１）において、♯２気筒および♯３気筒の排気ポートは、シリンダヘッド（３）内部で互いに合流し、一つの集合排気ポートとして開口する。排気マニホルド（５）は、♯１，♯４気筒の個別排気管（６，７）と、集合排気管（８）と、を備えており、これら３本の排気管（６，７，８）の先端が触媒コンバータ（１１）に接続される。集合排気管（８）の排気の導入角度（θ１）に比較して、個別排気管（６，７）の排気の導入角度（θ２）は、３０°〜６０°大きい。これにより、触媒担体における流速分布や温度分布が均一となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒の排気が流れる集合排気管と、個々の気筒の排気が独立して流れる個別排気管と、を単一の触媒コンバータのディフューザ部に接続してなる内燃機関の排気装置において、
上記触媒コンバータの中心軸線に対する上記集合排気管の導入角度に比較して、上記中心軸線に対する上記個別排気管の導入角度が大きく設定されている、内燃機関の排気装置。
【請求項２】
内燃機関が直列４気筒内燃機関であり、♯２気筒および♯３気筒の排気ポートがシリンダヘッド内部で合流して一つの集合排気ポートを構成し、この集合排気ポートに上記集合排気管が接続されている、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
複数の個別排気管が触媒コンバータの直近で合流した上で上記ディフューザ部に接続されている、請求項１または２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
上記個別排気管の導入角度と上記集合排気管の導入角度との差が、３０°〜６０°である、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
上記触媒コンバータの中心軸線が内燃機関の上下方向に対し斜め外側に傾斜して配置されており、
下方を指向した集合排気管の先端部が上記中心軸線に対し傾斜して接続されている、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
上記触媒コンバータの中心軸線が内燃機関の上下方向に対しほぼ平行に配置されており、
下方を指向した集合排気管の先端部が上記中心軸線に対しほぼ平行に接続されている、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は多気筒内燃機関の排気装置に関し、特に、複数の気筒の排気が流れる集合排気管と、個々の気筒の排気が独立して流れる個別排気管と、を単一の触媒コンバータに接続してなる内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、直列４気筒内燃機関において、点火順序が連続しない♯２気筒と♯３気筒の排気ポートをシリンダヘッド内部で合流させる一方、♯１気筒と♯４気筒の排気ポートはそのままシリンダヘッド側面に開口させた構成の排気装置が開示されている。つまり、♯２，♯３気筒の排気ポートは一つの集合排気ポートとして構成され、♯１気筒の排気ポートと♯４気筒の排気ポートは、個々の気筒毎に独立した個別排気ポートとして構成されている。そして、♯２，♯３気筒用の集合排気ポートは、一つの集合排気管を介して触媒コンバータに接続されており、♯１気筒および♯４気筒の個別排気ポートは、各々独立した個別排気管を介して触媒コンバータに接続されている。特許文献１では、これらの集合排気管および個別排気管の先端部が、基本的に触媒コンバータの中心軸線に対し平行となるように触媒コンバータ端部に接続されている。【０００３】
このように一部の気筒の排気ポートをシリンダヘッド内部で合流させた構成では、冷間始動時に、集合排気管を介して触媒コンバータに導入される排気の温度が高く得られるため、始動後の触媒の早期活性の上で有利となる。【０００４】
しかしながら、その反面、集合排気管を介して触媒コンバータに導入される排気の流速と個別排気管を介して触媒コンバータに導入される排気の流速とが異なるものとなる。つまり、♯２，♯３気筒の排気ポートが合流した集合排気管は、気筒別の個別排気管よりも通路断面積が大きく設定されることから、流速が比較的低い。そのため、触媒コンバータ端部に導入された排気は、ある程度拡がって触媒担体端面に到達する。これに対し、♯１気筒および♯４気筒の個別排気管から導入された排気は、流速が高く、直進性が高いことから、触媒担体の端面の一部に局部的に衝突する。【０００５】
また、集合排気管から触媒コンバータに流入する排気の温度に比較して、個別排気管から触媒コンバータに流入する排気の温度は、一般に低くなる。【０００６】
従って、例えばモノリス触媒担体として構成される触媒担体における流速分布や温度分布が不均一となり易く、触媒の早期の劣化や温度差による触媒担体の割れなどが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３８８３８号公報
【発明の概要】
【０００８】
この発明は、複数の気筒の排気が流れる集合排気管と、個々の気筒の排気が独立して流れる個別排気管と、を単一の触媒コンバータのディフューザ部に接続してなる内燃機関の排気装置において、
上記触媒コンバータの中心軸線に対する上記集合排気管の導入角度に比較して、上記中心軸線に対する上記個別排気管の導入角度が大きく設定されている。
【０００９】
つまり、集合排気管に比較して排気流速が相対的に高い個別排気管からの排気が、触媒コンバータの中心軸線に対しより大きく傾いた角度でもって触媒コンバータに導入されるので、触媒コンバータの中心軸線に沿った方向の速度成分は低くなり、かつ、より広く拡がった形で触媒担体の端面に流入する。従って、触媒担体における流速分布や温度分布がより均一となり、触媒の早期劣化や触媒担体の割れが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明に係る排気装置の第１実施例を示す正面図。
【図２】同じく第１実施例の斜視図。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】第１実施例の排気の導入角度を示す説明図。
【図５】第１実施例の触媒ガス当たり均一度を比較例と比較して示した特性図。
【図６】この発明に係る排気装置の第２実施例を示す正面図。
【図７】第２実施例の排気の導入角度を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１および図２は、この発明を直列４気筒内燃機関１に適用した第１実施例を示している。内燃機関１は、シリンダブロック２およびシリンダヘッド３を備えており、各気筒の排気ポート（図示せず）が、シリンダヘッド３の一方の側面３ａに向かって延びている。ここで、♯１気筒および♯４気筒の排気ポートは、個別排気ポートとして気筒毎に独立してシリンダヘッド３の側面３ａに開口しており、♯２気筒および♯３気筒の排気ポートは、シリンダヘッド３内部で互いに合流し、一つの集合排気ポートとしてシリンダヘッド３の側面３ａに開口している。なお、♯２気筒と♯３気筒は点火時期が３６０°ＣＡ離れており、排気干渉は生じない。
【００１３】
シリンダヘッド３の側面３ａに取り付けられる排気マニホルド５は、図２に示すように、♯１気筒の個別排気ポートに接続される♯１個別排気管６と、♯４気筒の個別排気ポートに接続される♯４個別排気管７と、中央の集合排気ポートに接続される集合排気管８と、を備えており、これら３本の排気管６，７，８の基端がヘッド取付フランジ９によって支持されている。♯１個別排気管６および♯４個別排気管７は、ほぼ円形の断面形状を有し、集合排気管８は、気筒列方向に延びた細長い長円形の断面形状を有している。また、集合排気管８の通路断面積は、♯１個別排気管６および♯４個別排気管７の個々の通路断面積よりも大きく設定されている。
【００１４】
♯１個別排気管６、♯４個別排気管７および集合排気管８の先端は、単一の触媒コンバータ１１の上流側のディフューザ部１１ａにそれぞれ接続されている。触媒コンバータ１１は、円柱状のモノリス触媒担体を円筒形金属製ケース内に収容したものであって、ディフューザ部１１ａは、触媒担体端面との間に径が徐々に拡大する空間を形成するように略円錐形に構成されている。
【００１５】
触媒コンバータ１１は、図１に示すように、シリンダブロック２の側方に位置し、かつ該触媒コンバータ１１の中心軸線Ｌが内燃機関１の上下方向（図１の矢印ｙ方向）に対し斜め外側に傾斜したものとなる姿勢に配置されている。また、図２に示すように、気筒列方向については、シリンダヘッド３のほぼ中央の位置（つまり♯２，♯３気筒の集合排気ポートの側方）に配置されている。
【００１６】
従って、集合排気管８は、ヘッド取付フランジ９から気筒列方向と直交する方向に沿って直線的に延び、かつ先端部が下方を指向するように湾曲して、ディフューザ部１１ａの上方を向いた円錐面（特に、中心軸線Ｌに近い位置）に接続されている。図３に示すように、触媒コンバータ１１との接続部では、集合排気管８は、略半円形の断面形状を有している。
【００１７】
また、気筒列方向の前後に位置する♯１個別排気管６および♯４個別排気管７は、平面視でほぼ対称をなすように気筒列方向に湾曲して延び、かつ先端部が下方を指向するように湾曲して、ディフューザ部１１ａの上方を向いた円錐面（特に、中心軸線Ｌから相対的に離れた外周寄りの部分）に接続されている。より詳しくは、♯１個別排気管６および♯４個別排気管７は、触媒コンバータ１１の直近で略Ｙ字形ないし略Ｔ字形に合流しており、合流後の１本となった接続管部１２がディフューザ部１１ａに接続されている。図３に示すように、接続管部１２は、集合排気管８端部と対称な略半円形の断面形状を有している。
【００１８】
図４は、上記の個別排気管６，７および集合排気管８からディフューザ部１１ａ内に流入する排気の導入角度を示した説明図である。♯２，♯３気筒の集合排気管８を流れてきた排気は、矢印Ｇ１の方向に沿ってディフューザ部１１ａ内に流入し、触媒担体の端面に向かう。触媒コンバータ１１の中心軸線Ｌに対する矢印Ｇ１の導入角度θ１は、０ではないが、比較的小さい。これに対し、個別排気管６，７を流れてきた排気は、接続管部１２を介して、矢印Ｇ２の方向に沿ってディフューザ部１１ａ内に流入し、触媒担体の端面に向かう。この矢印Ｇ２の触媒コンバータ１１の中心軸線Ｌに対する導入角度θ２は、矢印Ｇ１の導入角度θ１に比較して相対的に大きい。好ましくは、導入角度θ１と導入角度θ２との差が、３０°〜６０°である。
【００１９】
上記のような構成においては、集合排気管８を流れる♯２，♯３気筒の排気は、集合排気管８の通路断面積が大きいことから、比較的低い流速でもってディフューザ部１１ａ内に流入する。そのため、ディフューザ部１１ａ内で十分に拡がって触媒担体の端面に達する。一方、♯１個別排気管６および♯４個別排気管７を流れてきた排気は、比較的高い流速でもってディフューザ部１１ａ内に流入するが、ディフューザ部１１ａの外周寄りの部分から大きな導入角度θ２でもって触媒担体に対し斜めに導入されるので、中心軸線Ｌに沿った方向の速度成分が低くなるとともに、触媒担体の端面に広く拡がっていく。
【００２０】
従って、各気筒の排気が触媒担体の全体により均等に拡がってかつより均一な速度で触媒担体内を流れる。これにより、触媒担体の各部での流速差や温度差が小さくなり、これら流速差や温度差に起因する触媒の早期劣化や触媒担体の割れなどが抑制される。
【００２１】
図５は、触媒担体の端面におけるガス当たりの均一度を、上記実施例の構成（ａ）と、♯１個別排気管６および♯４個別排気管７の先端部を集合排気管８と平行にして触媒コンバータ１１に接続した比較例（ｂ）と、で対比して示した特性図である。図示するように、♯１個別排気管６および♯４個別排気管７が集合排気管８と平行（つまり導入角度θ１，θ２の差が０）であると、個別排気管６，７の流速が高いことから、ガス当たりが不均一となる。これに対し、上記実施例のように導入角度θ１，θ２に角度差を与えることで、ガス当たりの均一度が向上する。
【００２２】
次に、図６および図７は、この発明の第２実施例を示している。この実施例では、触媒コンバータ１１は、その中心軸線Ｌが内燃機関１の上下方向（図６の矢印ｙ方向）とほぼ平行となるように配置されている。
【００２３】
そして、下方を指向するように曲げられた集合排気管８の先端部が、略円錐形をなすディフューザ部１１ａの頂部（換言すれば中心部）付近に接続されている。より詳しくは、集合排気管８の先端部が、中心軸線Ｌと平行に接続されており、図７に矢印Ｇ１で示す排気導入方向が中心軸線Ｌにほぼ沿っている。つまり、中心軸線Ｌに対する矢印Ｇ１の導入角度はほぼ０である。
【００２４】
♯１個別排気管６および♯４個別排気管７の先端部は、基本的には第１実施例と同様に触媒コンバータ１１の直近で略Ｙ字形ないし略Ｔ字形に互いに合流しており、合流後の１本となった接続管部１２が、ディフューザ部１１ａの外周寄り部分に接続されている。より詳しくは、図７に矢印Ｇ２で示すように、排気導入方向が斜め内側を指向するように接続されている。この矢印Ｇ２の中心軸線Ｌに対する導入角度θ２は、好ましくは３０°〜６０°である。
【００２５】
従って、第１実施例と同様に、触媒担体の各部における流速分布や温度分布がより均一となる。
【図１】
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【図２】
2016035156.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月26日(2014.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒の排気が流れる集合排気管と、個々の気筒の排気が独立して流れる個別排気管と、を単一の触媒コンバータのディフューザ部に接続してなる内燃機関の排気装置において、
上記触媒コンバータの中心軸線に対する上記集合排気管の導入角度に比較して、上記中心軸線に対する上記個別排気管の導入角度が大きく設定されており、両者の導入角度の差が３０°〜６０°である、内燃機関の排気装置。
【請求項２】
内燃機関が直列４気筒内燃機関であり、♯２気筒および♯３気筒の排気ポートがシリンダヘッド内部で合流して一つの集合排気ポートを構成し、この集合排気ポートに上記集合排気管が接続されている、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
複数の個別排気管が触媒コンバータの直近で合流した上で上記ディフューザ部に接続されている、請求項１または２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
上記触媒コンバータの中心軸線が内燃機関の上下方向に対し斜め外側に傾斜して配置されており、
下方を指向した集合排気管の先端部が上記中心軸線に対し傾斜して接続されている、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
上記触媒コンバータの中心軸線が内燃機関の上下方向に対しほぼ平行に配置されており、
下方を指向した集合排気管の先端部が上記中心軸線に対しほぼ平行に接続されている、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月30日(2016.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒の排気が流れる集合排気管と、個々の気筒の排気が独立して流れる個別排気管と、を単一の触媒コンバータのディフューザ部に接続してなる内燃機関の排気装置において、
上記触媒コンバータの中心軸線に対する上記集合排気管の導入角度に比較して、上記中心軸線に対する上記個別排気管の導入角度が大きく設定されている、内燃機関の排気装置。
【請求項２】
内燃機関が直列４気筒内燃機関であり、♯２気筒および♯３気筒の排気ポートがシリンダヘッド内部で合流して一つの集合排気ポートを構成し、この集合排気ポートに上記集合排気管が接続されている、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
複数の個別排気管が触媒コンバータの直近で合流した上で上記ディフューザ部に接続されている、請求項１または２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
上記個別排気管の導入角度と上記集合排気管の導入角度との差が、３０°〜６０°である、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
上記触媒コンバータの中心軸線が内燃機関の上下方向に対し斜め外側に傾斜して配置されており、
下方を指向した集合排気管の先端部が上記中心軸線に対し傾斜して接続されている、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
上記触媒コンバータの中心軸線が内燃機関の上下方向に対しほぼ平行に配置されており、
下方を指向した集合排気管の先端部が上記中心軸線に対しほぼ平行に接続されている、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
【国際調査報告】
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