(57)【要約】【課題】排気装置全体の排気効率及び排気制御を良好にし、かつエンジンを小型化することができる多気筒エンジンの排気マニホールドを提供すること【解決手段】多気筒エンジン１０の各排気ポートに一端側を連結した各排気通路１〜４の他端側２１〜２４の開口部を拡張室１５にそれぞれ異なった方向で、かつ拡張室１５の外形形状の接線方向に指向するように開口させた。また、各排気通路１〜４の他端側２１〜２４の開口部の拡張室１５に対する接続角度を、拡張室１５と触媒１６との接続面に対して１５度以上になるように設定した。また、酸素センサ２０を拡張室１５の上部に拡張室１５の中心に向けて取付けた。このように構成することにより、拡張室１５内に排出される排気ガス同士が干渉することがなくなり、排気干渉によるエンジンの出力低下を防止できる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジンの各排気ポートに、それぞれ独立して排気通路の一端側を連通して接続し、各排気通路の他端側を拡張室に連通して接続した多気筒エンジンの排気マニホールドにおいて、
前記各排気通路の他端側の開口部は、それぞれ異なった方向を指向するように前記拡張室に開口させたことを特徴とする多気筒エンジンの排気マニホールド。
【請求項２】
前記各排気通路の他端側の開口部は、前記拡張室の外形形状の接線方向に指向するように開口させたことを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの排気マニホールド。
【請求項３】
前記各排気通路の他端側の開口部の各開口方向と、前記拡張室下端と触媒の接続面とのなす角度を１５度以上に設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多気筒エンジンの排気マニホールド。
【請求項４】
前記各排気通路の形状は、排気ガスを前記拡張室の上部空間で螺旋状に旋回させるような形状に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気マニホールド。
【請求項５】
前記拡張室の中央上部に拡張室中心に向けて酸素センサを取付けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの出力性能の向上をはたす多気筒エンジンの排気マニホールドの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載される多気筒エンジンには、エンジンの各排気ポートから排出される排気ガスを排出する排気通路を設け、この排気通路の途中に排気ガスに含まれる有害成分を浄化処理する触媒コンバータを設けたものがあり、排気ガスを触媒コンバータを通過させることにより浄化した後大気中に放出するようにしている。また、排気ガスが１箇所に集中する拡張室には酸素センサが設けられ、集合した排気ガスの酸素濃度を感知して排気ガス浄化制御を行っている。
【０００３】
しかし、多気筒エンジンの各排気ポートから排出される排気ガスを１つの触媒コンバータで浄化する場合、排気ガスが触媒上部に到達する前に必ず１つの空間に排気ガスを集合させなければならず、触媒上部、排気ガスの集合部、排気通路内で、排気ガス同士が互いに干渉する事により生じる排気干渉が、エンジンの出力性能低下をひき起こし、また、排気温度上昇による熱害的な悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００４】
また、多気筒エンジンの各排気ポートから排出される排気ガスを複数の触媒コンバータを介して浄化する場合は、触媒上部、排気ガスの集合部、排気通路内での排気ガス同士の排気干渉は低減できるが、複数の触媒コンバータを配設する大きな空間が必要となり、また、複数の酸素センサを必要とするため、コスト上昇の要因となる。
【０００５】
従来のエンジンの触媒付排気通路として、例えば、特許文献１には、多気筒エンジンの各排気ポートに独立排気通路を設け、各独立排気通路を第１拡張室で集合させ、第１拡張室の下方に集合排気通路を介して触媒を内蔵した第２拡張室を設けることにより、第１拡張室と第２拡張室の２箇所で排気ガスの反射波が発生し、２つの排気ガスの反射波の位相差を利用して排気ガスの干渉を低減させることにより、排気通路の長さを長くすることなく排気ガスの排気干渉を低減させてエンジンを小型化することが開示されている。
【０００６】
また、従来のエンジンの触媒付排気通路として、例えば、特許文献２には、多気筒エンジンの各排気ポートに独立排気通路を設け、各独立排気通路を第１拡張室で集合させ、第１拡張室の下方に集合排気通路を介して触媒を内蔵した第２拡張室を設け、排気ガスの排気干渉が発生する場所を分散させて、排気ガスの排気干渉を低減させることにより、排気通路の長さを短くして効率の良い排気ガスの排気をおこなうことが開示されている。
【０００７】
また、従来の排気浄化装置として、例えば、特許文献３には、♯１排気ポートおよび♯２排気ポートからなる双管部に連なる湾曲通路部からなる排気マニホールドと、♯３排気ポートおよび♯４排気ポートからなる双管部に連なる湾曲通路部からなる排気マニホールドとを、触媒コンバータ上部の拡張室の中央部に左右から開口させて、左右の排気マニホールドの拡張室への開口部の中心線の指向方向を上下に互いにずらすことにより、拡張室内及び排気マニホールド内での排気干渉を低減させることが開示されている。
【０００８】
また、従来の排気浄化装置として、例えば、特許文献４には、排気マニホールドの中央部に位置する半球状に球状化された拡張室に、拡張室壁部より酸素センサ素子部を拡張室内の球中心に向けて取付けることにより、その素子部先端を拡張室に排出された排気ガスの最も混合の良好な球中心に近づけて、排気ガスの酸素濃度を良好に感知して排気ガス制御の性能を向上させることが開示されている。
【０００９】
（特許文献１）
特開平９−３１７４５０号公報
（特許文献２）
特開平１０−４７０４５号公報
（特許文献３）
実公昭６２−１０４２３号公報
（特許文献４）
実公昭６２−１０４２４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の多気筒エンジンの排気マニホールドの構造では、各排気ポートから排出された排気ガスが、排気通路内または触媒コンバータの上部空間もしくは拡張室内で互いに排気干渉することによる、エンジンの出力低下及び排気温度上昇等による熱害的な悪影響を及ぼすおそれがあった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、排気通路の集合部である触媒コンバータの上部空間の拡張室での排気ガスを円滑に流れさせることにより、拡張室内、排気通路内での排気干渉を低減させてエンジンの排気装置全体の排気効率を向上させ、酸素センサによる排気ガスの酸素濃度の感知を良好にして十分な排気ガス浄化制御を行い、かつ触媒コンバータをエンジンに近接配置してエンジンを小型化することができる排気マニホールドを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明は、多気筒エンジンの各排気ポートに、それぞれ独立して排気通路の一端側を連通して接続し、各排気通路の他端側を拡張室に連通して接続した多気筒エンジンの排気マニホールドにおいて、前記各排気通路の他端側の開口部は、それぞれ異なった方向を指向するように前記拡張室に開口させたことを特徴とする。
このように構成することにより、多気筒エンジンの各排気ポートから排出される排気ガス同士が、拡張室内で直接衝突することがなく、各排気通路内及び拡張室内での排気ガスの流れが円滑になり、排気干渉によるエンジンの出力低下を防止することができる。
【００１２】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明において、前記各排気通路の他端側の開口部は、前記拡張室の外形形状の接線方向に指向するように開口させたことを特徴とする。
このように構成することにより、多気筒エンジンの各排気ポートから排出される排気ガス同士が、拡張室内で互いに正面衝突することがなく、拡張室形状に沿った渦状の排気ガス流を発生させることが可能であり、各排気通路内及び拡張室内の排気ガスの流れが円滑になり、排気干渉によるエンジンの出力低下を防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載した発明において、前記各排気通路の他端側の開口部の各開口方向と、前記拡張室下端と触媒の接続面とのなす角度を１５度以上に設定したことを特徴とする。
このように構成することにより、各排気通路の他端側の開口部の触媒に対する進入角度が下方向に指向しているので、排気マニホールド内の排気ガスを効率よく下部の触媒へ流すことができる。
【００１４】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれかに記載した発明において、前記各排気通路の形状は、排気ガスを前記拡張室の上部空間で螺旋状に旋回させるような形状に形成したことを特徴とする。
このように構成することにより、多気筒エンジンの各排気ポートから拡張室内に排気ガスが円滑に排出され、排気ガスの排気マニホールドでの圧力損失が減少し、エンジンの出力低下を防止することができる。
【００１５】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれかに記載した発明において、前記拡張室の中央上部に拡張室中心に向けて酸素センサを取付けたことを特徴とする。
このように構成することにより、酸素センサが拡張室内で排気ガスの本流で圧力の影響を大きく受けない混合の良好な排気ガスの渦の中心に近づくこととなり、酸素センサの耐久性を損なうことなく酸素濃度を良好に感知して十分な排気ガス浄化制御が行える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る多気筒エンジンの排気マニホールドを、多気筒エンジンが４気筒エンジンの場合について図１〜図３に基いて詳細に説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック８と、シリンダブロック８に載置したシリンダヘッド５と、シリンダヘッド５に載置したシリンダヘッドカバー６と、シリンダブロック８の下面に取付けられた図示しないオイルパンを備えている。シリンダヘッド５の前面には取付フランジ７が取付られており、この取付フランジ７に排気マニホールドの各排気通路１〜４の一端側が連結されている。各排気通路１〜４の他端側は拡張室１５に連結されている。また、拡張室１５の下部には、図示しない取付フランジを介して触媒１６を内蔵した触媒コンバータ１７が連結されている。触媒コンバータ１７の下部には接続フランジ１８を介して接続された排気管１９がエンジン下方に延ばされ、図示しない消音器を介して大気に開放されている。
【００１７】
図２に示すように、シリンダブロック８の内側には第１気筒３１〜第４気筒３４が形成されている。シリンダヘッド５内には吸気ポート５１〜５４及び排気ポート４１〜４４がそれぞれ形成され、各吸気ポート５１〜５４及び各排気ポート４１〜４４は、それぞれ第１気筒３１〜第４気筒３４に連通している。また、排気マニホールドの各排気通路１〜４は、拡張室１５の上方で螺旋状に旋回する形状に形成されている。各排気通路１〜４の一端側１１〜１４は、それぞれ排気ポート４１〜４４に取付フランジ７を介して連通して接続されている。また、各排気通路１〜４の他端側２１〜２４は、拡張室１５に連通して接続されている。ここで、各排気通路１〜４の他端側２１〜２４の開口部は、拡張室１５にそれぞれ異なった方向で、かつ拡張室１５の外形形状の接線方向に指向して開口している。また、図３に示すように、各排気通路１〜４の他端側２１〜２４の開口部の拡張室１５に対する接続角度θは、拡張室１５と触媒１６との接続面に対して１５度以上になるように設定されている。さらに、拡張室１５は、各排気ポート４１〜４４からそれぞれ各排気通路１〜４を介して排出される排気ガスが拡張室１５の中で撹拌されて旋回流を形成して、十分に混合できる大きさに形成されている。また、拡張室１５内での排気ガスの酸素濃度を感知するために、拡張室１５の中央上部に拡張室１５の中心に向けて酸素センサ２０が取付けられている。
【００１８】
以上のように構成された本実施形態の作用について次に説明する。
エンジン１０の各排気ポート４１〜４４から排出された排気ガスは、排気マニホールドの各排気通路１〜４を介して触媒コンバータ１７の上部に連通する拡張室１５に排出される。このとき、各排気通路１〜４は、拡張室１５の上方で排気ガスを螺旋状に旋回するような形状に形成されているため、排気ガスの排気マニホールドでの流れが円滑となり圧力損失が低減される。また、各排気通路の他端側２１〜２４の開口方向がそれぞれ異なった方向で、拡張室１５の外形形状の接線方向に指向していて、かつ拡張室１５下端と触媒１６との接続面とのなす角度θが１５度以上に設定されているため、拡張室１５に排出される排気ガスは良好に混合され触媒中心に向かって螺旋状の渦を形成して、触媒を通過した後、効率よく排気管１９に排出される。また、酸素センサ２０は、拡張室１５上部に拡張室１５の中心に向けて取付けられているので、排気ガス流の渦の中心部の排気ガスを感知して十分に排気ガス浄化制御を行える。なお、本発明の実施の形態を、４気筒エンジンに適用した場合について説明したが、３気筒エンジンやそれ以外の多気筒エンジンに適用することもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、多気筒エンジンの各排気ポートに、それぞれ独立して排気通路の一端側を連通して接続し、これらの各排気通路の他端側の開口部を拡張室のそれぞれ異なった方向を指向するように接続したので、拡張室に開口した各排気通路の他端側の開口部から排出される排気ガス同士が直接衝突することがなく、各排気通路内及び拡張室内の排気ガスの流れが円滑になり、排気干渉によるエンジンの出力低下を防止することができる。
【００２０】
請求項２に記載した発明によれば、各排気通路の他端側の開口部が拡張室の外形形状の接線方向に指向しているので、各排気ポートから排出される排気ガスが互いに正面衝突することがなく、拡張室形状に沿った渦状の排気ガス流を発生させることが可能であり、各排気通路内及び拡張室内の排気ガスの流れが円滑になり、排気干渉によるエンジンの出力低下を防止することができる。
【００２１】
請求項３に記載した発明によれば、各排気通路の他端側の開口部の各開口方向と、拡張室下端と触媒との接続面とのなす角度を１５度以上に設定したので、各排気通路の他端側の開口部の触媒に対する進入角度が、下方向に指向して、排気マニホールド内の排気ガスを効率よく下部の触媒へ流すことが可能であり、排気干渉によるエンジンの出力低下を防止することができる。
【００２２】
請求項４に記載した発明によれば、各排気通路の形状は、排気ガスを拡張室の上部空間で旋回させるような形状であるので、排気ガスの排気マニホールド内での圧力損失が減少し、各排気通路内および拡張室内の排気ガスの流れが円滑になり、排気干渉によるエンジンの出力低下を防止することができる。
【００２３】
請求項５に記載した発明によれば、拡張室の中央上部に中心に向けて酸素センサを取付けたので、拡張室内の酸素センサが混合の良好な排気ガスの渦の中心に近づくこととなり、排気ガス浄化制御を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る多気筒エンジンの排気マニホールドの側面図である。
【図２】図１に示す多気筒エンジンの排気マニホールドの平面図である。
【図３】図１に示す多気筒エンジンの排気マニホールドの排気通路の他端側と、拡張室と触媒との接続面とのなす角度を示す図である。
【符号の説明】
１〜　４　　　　　排気マニホールドの排気通路
７　　　　　　　　取付フランジ
８　　　　　　　　シリンダブロック
１０　　　　　　　　エンジン
１１〜１４　　　　　排気通路の一端側
１５　　　　　　　　拡張室
１７　　　　　　　　触媒コンバータ
２０　　　　　　　　酸素センサ
２１〜２４　　　　　排気通路の他端側
３１〜３４　　　　　第１〜第４気筒
４１〜４４　　　　　排気ポート
５１〜５４　　　　　吸気ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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