(57)【要約】触媒（２）が収容される触媒容器（３）に対して角度をもって連結される排気マニホールド（４）は、エンジンの複数の排気ポート（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）にそれぞれ連通する分岐管（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）と、これら分岐管が集合する排気集合部（７）と、この排気集合部（７）内を分割する仕切板（８）とを含む。仕切板（８）には、触媒（２）側の端面部（８Ａ）に切欠き（９）が設けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒が収容される触媒容器に対して角度をもって連結される排気マニホールドであって、
エンジンの複数の排気ポートにそれぞれ連通する分岐管と、これら分岐管が集合する排気集合部と、この排気集合部内を分割する仕切板とを含み、
前記仕切板には、前記触媒側の端面部に切欠きが設けられたことを特徴とする排気マニホールド。
【請求項２】
前記仕切板の切欠き部位にセンサを配設したことを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】    本発明は、触媒一体型排気マニホールドに関し、詳細には、触媒容器に角度をもって連結される排気マニホールドの構造に関する。
【背景技術】    触媒一体型排気マニホールドにおいては、エンジンの各排気ポートから排出される排気ガス同士の干渉を抑制しエンジン出力を向上させるとともに、排気ガスの浄化を効率的に行うことを目的として、様々な提案がなされている。
例えば、特開２００１−１６４９３７号公報（［００１４］−［００１９］，図１−図７）には、エンジンの複数の排気ポートに連通する分岐管と、これら分岐管が集合する排気集合部と、排気集合部と連結する触媒容器と、触媒容器内に収容された触媒とを備えた触媒一体型排気マニホールドにおいて、排気集合部内に仕切りを設けて二室に区画するとともに、排気工程の順番が連続しない気筒の排気ポートに連通する分岐管同士を集合させて、各室に連通させたものが開示されている。
また、特開２０００−１１０５５５号公報（［０００７］−［００１１］，図１−図４）には、排気集合部内を二分割する隔壁の排気下流側端縁と触媒との間に形成されるクリアランスを、クリアランス面積が隔壁の排気下流側端縁部位の排気通路断面積に対して所定の割合以下に設定し、排気干渉を抑えた触媒一体型排気マニホールドが開示されている。
前述した触媒一体型排気マニホールドは、排気集合部が触媒容器に対して直線状に連結されたものを対象としている。
しかしながら、エンジンのレイアウト等の問題により、排気集合部が触媒容器に対して角度をもって連結される場合がある。
第６図に示す触媒一体型排気マニホールド１０１においては、触媒１０２を収容する触媒容器１０３に対して、排気マニホールド１０４が角度をもって連結されている。そして、排気マニホールド１０４は、エンジンの複数の排気ポートに排気ポート側フランジ１０５を介してそれぞれ連通する分岐管１０６と、これら分岐管１０６が集合する排気集合部１０７と、この排気集合部１０７内を分割する仕切板１０８とから構成されている。
このような触媒一体型排気マニホールド１０１においては、排気ガスが触媒１０２に対して偏流するため、触媒の複数のガス流通路１０２ａの特定箇所のみに排気ガスが当たることになり、触媒１０２の劣化、円滑な排気の阻害等の問題が生じることになる。
また、このような触媒一体型排気マニホールド１０１においては、仕切板１０８によって分割された各分室にＯ２センサを配設する必要があるため、製造コストが高価になるという問題があった。
そこで、本発明は、排気マニホールドが触媒容器に角度をもって連結される触媒一体型排気マニホールドにおいて、排気ガスの偏流に起因する触媒の劣化と排気ガスの滞留を防ぐことを目的とする。
また、前述した触媒一体型排気マニホールドの製造コストを抑えることも目的とする。
【発明の開示】
仕切板によって分割された触媒一体型排気マニホールドの排気集合部においては、断続的に排気ガスが流れ、排気ガスが流れる側の分室と排気ガスが流れない反対側の分室では圧力差が生じる。そこで、両分室間に生じる圧力差を利用して、一方の分室から他方の分室へ排気ガスを流入させてガス流の分散を図るとともに、一時に大きなガス流が触媒に流入するのを緩和する構成を提案する。
すなわち、本発明では、触媒が収容される触媒容器に対して角度をもって連結される排気マニホールドであって、エンジンの複数の排気ポートにそれぞれ連通する分岐管と、これら分岐管が集合する排気集合部と、この排気集合部内を分割する仕切板とを含み、前記仕切板には、前記触媒側の端面部に切欠きが設けられたことを特徴とする。
このような排気マニホールドによると、仕切板の触媒側の端面部に切欠きを設けたことにより、仕切板によって分割された各分室に流入する排気ガスの一部が、切欠きを通して反対側の分室に流入した後に触媒側に流れるので、排気ガスの流れが触媒の特定箇所に集中するのを緩和し、排気ガスの偏流に起因する触媒の劣化と排気ガスの滞留を防ぐことが可能となる。
また、本発明では、上述した排気マニホールドにおいて、前記仕切板の切欠き部位にセンサを配設したことを特徴とする。
このような排気マニホールドによると、例えばＯ２センサ等のセンサを仕切板の切欠き部位に配設したことにより、各分室にそれぞれセンサを配設することが不要となり、製造コストを抑えることができる。仕切板の切欠き部位においては、仕切板の切欠きを通して反対側の分室に流入しようとする排気ガスが、切欠き部位に配設したセンサと接触し、通過するので、各排気ポートから排出されるそれぞれの排気ガスの状態（酸素濃度等）をより効果的に検出することができる。
【図面の簡単な説明】    第１図は、本発明の排気マニホールドが適用される第１実施形態に係る触媒一体型排気マニホールドの説明図であり、（ａ）は触媒一体型排気マニホールドの断面図、（ｂ）は仕切板の斜視図である。
第２図は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
第３図は、本発明の排気マニホールドが適用される第２実施形態に係る触媒一体型排気マニホールドの説明図であり、（ａ）は触媒一体型排気マニホールドの断面図、（ｂ）は仕切板の斜視図である。
第４図は、本発明の排気マニホールドが適用される第３実施形態に係る触媒一体型排気マニホールドの説明図であり、（ａ）は触媒一体型排気マニホールドの断面図、（ｂ）は仕切板の斜視図である。
第５図は、本発明の排気マニホールドを用いた排気ガスの流速解析を示す説明図であり、（ａ）は実験に用いた排気マニホールドの部分断面斜視図、（ｂ）はガス通路面積を説明するための排気集合部の横断面図、（ｃ）は各排気ポートから流出した排気ガスの触媒中央部における流速分布を表す。
第６図は、排気マニホールドが、触媒を収容する触媒容器に対して角度をもって連結された従来の触媒一体型排気マニホールドの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】    以下、添付の図面を参照して、本発明の第１実施形態について詳細に説明する。
初めに、第１図及び第２図を参照して、本発明の排気マニホールドが適用される第１実施形態に係る触媒一体型排気マニホールドについて説明する。
本実施形態の排気マニホールドは、直列に配置された４気筒エンジンの排気システムに関するものである。
第１（ａ）図に示すように、触媒一体型排気マニホールド１は、触媒２が収容される触媒容器３と、この触媒容器３に対して角度をもって連結される排気マニホールド４とを含み構成される。
触媒２は、エンジンの排気ポートＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４から排出される排気ガス中に含まれる有害成分を無害な成分に変換するもので、断面蜂の巣状に形成された多数のガス流通路を有するセラミックや耐熱鋼箔等から成る一体成形物担体の表面に、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを浄化する三元触媒が担持されたものである。
触媒容器３は、触媒２を収容するもので、排気マニホールド４に対して角度をもって連結される。
排気マニホールド４は、エンジンの複数の排気ポートＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４に排気ポート側フランジ５を介してそれぞれ連通する分岐管６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと、これら分岐管６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが集合する排気集合部７と、この排気集合部７内を分割する仕切板８とから構成されている。
なお、図示した４気筒エンジンにおいては、第１（ａ）図の左側より第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒として、第１気筒−第３気筒−第４気筒−第２気筒−第１気筒の順に点火されるように構成されている。
排気集合部７は、第２図に示すように、仕切板８によって第１分室７Ａ及び第２分室７Ｂに二分割され、分岐管６ａと６ｄが第１分室７Ａに、他の分岐管６ｂと６ｃが第２分室７Ｂにそれぞれ連通する。
仕切板８は、第１（ａ）図及び第１（ｂ）図に示すように、触媒２側の端面部８Ａの片側に切欠き９が設けられ、この切欠き９を通して、第１分室７Ａと第２分室７Ｂが連通している。
符号１０は、排気ガス中の酸素濃度を検出して、空燃比をフィードバック制御するためのＯ２センサである。ＥＣＵ（図示せず）は、Ｏ２センサの検出値に基づいて、空燃費がリーン（Ｏ２過多）の場合には燃料噴射量を増加する制御を行い、空燃費がリッチ（酸素不足）の場合には燃料噴射量を減少する制御を行う。
Ｏ２センサ１０は、そのプローブ部分が仕切板８の切欠き部位に位置しており、各排気ポートから排出されるそれぞれの排気ガスの酸素濃度を効果的に検出することができる。
図示した例では、１つのＯ２センサ１０のみを用いて空燃費のフィードバック制御を行っているので、例えば、クランクアングルセンサ（図示せず）及びカムアングルセンサ（図示せず）を用いて現在の燃焼気筒を判別し、特定の気筒に対する適切な燃料噴射量の増減を行っている。なお、気筒の判別は、上述したクランクアングルセンサ及びカムアングルセンサを用いた例に限らず、公知の方法を利用することができる。
以上のように構成された触媒一体型排気マニホールド１の作用を排気ガスの流れに基づいて説明する。
本実施形態のエンジンにおいては、第１気筒−第３気筒−第４気筒−第２気筒−第１気筒の順に点火される。これにより、燃焼後の燃焼室内部のガスは、第１の排気ポートＥ１−第３の排気ポートＥ３−第４の排気ポートＥ４−第２の排気ポートＥ２−第１の排気ポートＥ１の順で各排気ポートから排出される。まず、第１の排気ポートＥ１から排出された排気ガス流は、排気マニホールド４の分岐管６ａを流下して、排気集合部７の第１分室７Ａを通って触媒２に流入する。次に、第３の排気ポートＥ３から排出された排気ガス流が、排気マニホールド４の分岐管６ｃを流下して、排気集合部７の第２分室７Ｂを通って触媒２に流入する。さらに、第４の排気ポートＥ４から排出された排気ガス流が、排気マニホールド４の分岐管６ｄを流下して、排気集合部７の第１分室７Ａを通って触媒２に流入し、次に、第２の排気ポートＥ２から排出された排気ガス流が、排気マニホールド４の分岐管６ｂを流下して、排気集合部７の第２分室７Ｂを通って触媒２に流入する。
その際、分岐管６ａと分岐管６ｄから第１分室７Ａを通って触媒２に流入する排気ガス流の一部は、仕切板８の切欠き９を通して、第２分室７Ｂに流入した後触媒２に流入する。同様に、分岐管６ｂと分岐管６ｃから第２分室７Ｂを通って触媒２に流入する排気ガス流の一部は、仕切板８の切欠き９を通して、第１分室７Ａに流入した後触媒２に流入する。
このように、本実施形態に係る触媒一体型排気マニホールド１によると、仕切板８の触媒２側の端面部８Ａの片側に切欠き９を設けたことにより、仕切板８によって分割された各分室７Ａ，７Ｂに流入する排気ガスの一部が、切欠き８を通して反対側の分室７Ｂ，７Ａに流入した後に触媒２側に流れる。従って、排気マニホールド４が触媒容器３に対して角度をもって連結される場合であっても、各分室７Ａ，７Ｂから触媒２に流入する排気ガスの流れが、触媒２の多数のガス流通路の特定箇所のみに集中するのを緩和し、排気ガスの偏流に起因する触媒２の劣化と排気ガスの滞留を防ぐことができる。
また、仕切板８の切欠き部位にＯ２セシサ１０を配設したことにより、各分室７Ａ，７ＢにそれぞれＯ２センサ１０を設ける必要がなくなるので、触媒一体型排気マニホールド１の製造コストを抑えることができる。
仕切板８の切欠き９を通して反対側の分室７Ａ，７Ｂに流入する排気ガスの量は、切欠き９の開口面積の大きさに比例して多くなる。一方、切欠き９の開口面積が大きくなると、排気工程の順番が連続する気筒の排気ポートＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４から流入する排気ガスが、切欠き９を介して相互に干渉する虞がある。
従って、排気マニホールド４と触媒容器３の取付け角度、すなわち排気集合部７から触媒２に流入する排気ガスの角度等を考慮して、切欠き９の開口面積を適宜設定することが望ましい。
次に、第３図を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一要素については同一の符号を用いて参照し、詳細な説明は省略する。
同図に示すように、本実施形態に係る触媒一体型排気マニホールド１１は、第１実施形態の触媒一体型排気マニホールド１と実質的に同一の構成を有する。但し、仕切板８の端面部８Ａの両側に切欠き９が設けられている。
このような触媒一体型排気マニホールド１１によると、仕切板８の端面部８Ａの両側に切欠き９が設けられているので、触媒２への排気ガスの偏流をより均一化させることができる。
両端の切欠き９，９を通して反対側の分室に流入する排気ガスの量は、二つの切欠き９，９の開口面積の大きさに比例して多くなる。一方、両端の切欠き９，９の開口面積が大きくなると、排気工程の順番が連続する気筒の排気ポートＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４から流入する排気ガスが、切欠き９，９を介して相互に干渉する虞がある。
従って、排気マニホールド４と触媒容器３の取付け角度、すなわち排気集合部７から触媒２に流入する排気ガスの角度等を考慮して、二つの切欠き９，９の開口面積を適宜設定することが望ましい。
次に、第４図を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一要素については同一の符号を用いて参照し、詳細な説明は省略する。
同図に示すように、本実施形態に係る触媒一体型排気マニホールド２１は、第１実施形態の触媒一体型排気マニホールド１と実質的に同一の構成を有する。但し、仕切板８の切欠き９がＯ２センサ１０とは反対側に設けられており、触媒２側に位置する仕切板８の端面部８Ａと触媒２の上面との間にクリアランス１２が設けられている。
また、Ｏ２センサ１０のプローブ部分に対応する位置には、凹部１３が設けられている。Ｏ２センサ１０のプローブ部分は、その円柱状外形部が、仕切板８の凹部１３に適合している。
このような触媒一体型排気マニホールド２１によると、仕切板８の片側に設けた切欠き９及び仕切板８の端面部８Ａと触媒２の上端との間に設けたクリアランス１２により、触媒２への排気ガスの偏流をより均一化させることができる。
切欠き９及びクリアランス１２を通して反対側の分室に流入する排気ガスの量は、切欠き９の開口面積及びクリアランス１２の面積の大きさに比例して多くなる。一方、切欠き９の開口面積とクリアランス１２の面積が大きくなると、排気工程の順番が連続する気筒の排気ポートＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４から流入する排気ガスが、切欠き９とクリアランス１２を介して相互に干渉する虞がある。
従って、排気マニホールド４と触媒容器３の取付け角度、すなわち排気集合部７から触媒２に流入する排気ガスの角度等を考慮して、切欠き９の開口面積及びクリアランス１２の面積を適宜設定することが望ましい。
解析実験
本発明の排気マニホールドを用いて、各排気ポートから排出された排気ガスがどのように触媒に流れるかを解析する実験を行った。
第５図は、本発明の排気マニホールドを用いた排気ガスの流速解析を示す説明図であり、（ａ）は実験に用いた排気マニホールドの部分断面斜視図、（ｂ）はガス通路面積を説明するための排気集合部の横断面図、（ｃ）は各排気ポートから流出した排気ガスの触媒中央部における流速分布を表す。
解析実験では、直列４気筒エンジンを用いて、エンジン回転数を３０００ｒｐｍに維持した状態で、各排気ポートＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４から排気ガスが流出したときの触媒２の中央部（Ａ−Ａ線）における排気ガスの流速をそれぞれ測定した。
図示した触媒一体型排気マニホールドは、仕切板８の触媒側端面部の片側に切欠き９が設けられており、切欠き９の部位にＯ２センサ１０が配設されている。また、仕切板８の端面部と触媒２の上面との間にはクリアランス（図示せず）が設けられている。
なお、切欠き９の面積は、排気集合部７の下端における一方又は他方のガス通路面積（すなわち、排気集合部７の下端での横断面積から仕切板８の端面部横断面積を除いた面積の１／２）ＰＡに対して１８％とした。Ｏ２センサ１０の断面積を含めると、切欠き部位の開口面積は、ガス通路面積に対して１５％となる。
第５（ｃ）図を参照すると、各排気ポートＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４から流出した排気ガスの一部は、切欠き９を通して反対側の分室に流れた後、触媒２に流れていることがわかる。
従って、各分室を流れる排気ガスの一部を反対側の分室に分散させ、排気ガスの偏流に起因する触媒２の劣化と排気ガスの滞留を防ぐことができる。
以上、本発明の好適な実施形態について述べたが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、様々に変形又は変更することが可能である。
例えば、前述した触媒一体型排気マニホールド１，１１，２１は、４気筒エンジンに用いる４−２−１の排気方式として説明したが、６気筒エンジンに用いる６−２−１の排気方式に適用することも可能である。
また、仕切板８に設ける切欠き９の位置や個数又はその開口面積、仕切板８の触媒２側の端面部８Ａと触媒２の上端との間に設けたクリアランス１２の面積等は、適宜変更することが可能である。例えば、仕切板８の中央部や端面部８Ａの中央に切欠き９を設けることも可能である。
【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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【国際調査報告】
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