(57)【要約】【課題】排気浄化触媒への排気ガスの流入形態を最適にすることで排気浄化触媒の浄化性能を高く維持することができる排気管を提供する。【解決手段】機関本体の排気ポート９と排気浄化触媒１３とを連通する内燃機関の排気管２０であって、当該排気管内を流通する排気ガス全体の流れ方向が変化する流れ変化部分を有する内燃機関の排気管において、上記流れ変化部分の直ぐ下流に絞り部２４を有し、該絞り部における流路断面積は該絞り部の直ぐ上流における排気管の流路断面積よりも小さい。【選択図】図２
2007138811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体の排気ポートと排気浄化触媒とを連通する内燃機関の排気管であって、当該排気管内を流通する排気ガス全体の流れ方向が変化する流れ変化部分を有する内燃機関の排気管において、
上記流れ変化部分の直ぐ下流に絞り部を有し、該絞り部における流路断面積は該絞り部の直ぐ上流における排気管の流路断面積よりも小さい、排気管。
【請求項２】
上記排気管は各気筒の排気ポートに連通する複数の排気枝管と、連通部においてこれら排気枝管全てに連通する一つの集合排気管とを有し、上記絞り部は上記連通部の下流側において集合排気管に設けられる、請求項１に記載の排気管。
【請求項３】
上記絞り部の形状は、該絞り部の下流側に配置される上記排気浄化触媒に流入する排気ガスの最大流速が所定流速以下となるような形状とされる、請求項１又は２に記載の排気管。
【請求項４】
上記絞り部は、流路断面積が該絞り部の軸線方向下流に向かって徐々に小さくなっていく上流側テーパ部と、該上流側テーパ部の下流側に設けられると共に流路断面積が該絞り部の軸線方向下流に向かって徐々に大きくなっていく下流側テーパ部とを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気管。
【請求項５】
上記上流側テーパ部によって画成される排気流路の容積と、上記下流側テーパ部によって画成される排気流路の容積との比率がほぼ２：５である、請求項４に記載の排気管。
【請求項６】
機関本体の排気ポートと排気浄化触媒とを連通する内燃機関の排気管において、流路断面積が排気管の軸線方向下流に向かって徐々に小さくなる絞り部を有し、該絞り部の直ぐ下流に上記排気浄化触媒が位置するように上記絞り部が配置される、排気管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、機関本体から排出された排気ガスは炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯX）等の有害成分を含有している。このため、多くの内燃機関では機関本体から排出された排気ガスを排気浄化触媒（酸化触媒、三元触媒、ＮＯX吸蔵触媒等）に流入させ、排気浄化触媒においてこれら有害成分を浄化した上で排気ガスを大気中に放出するようにしている。
【０００３】
排気浄化触媒におけるこれら有害成分の浄化性能は、様々な要因によって変化する。これら要因としては、例えば、排気浄化触媒の構成、排気浄化触媒の劣化度合い、流入排気ガスの空燃比、排気浄化触媒の温度等が挙げられる。例えば、排気浄化触媒における貴金属の担持量が少ない場合には排気浄化触媒上で酸化・還元反応が促進されにくく、よって排気浄化触媒の浄化性能が低下する。また、排気浄化触媒が鉛（Ｐｂ）、リン（Ｐ）又は硫黄（Ｓ）等の成分により被毒されて劣化すると排気浄化触媒の酸素吸蔵能力やＮＯX吸蔵能力が低下し、また排気浄化触媒が熱により劣化すると貴金属の酸化・還元能力が低下し、よって排気浄化触媒の浄化性能が低下する。
【０００４】
また、例えば特許文献１に記載の装置では、排気浄化触媒の浄化性能を向上させるために、ＮＯX吸蔵触媒の排気上流側に設けられた還元剤添加装置と排気浄化触媒との間の吸気管に絞り部が設けられている。還元剤添加装置はＮＯX吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯXを離脱させるためにＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガス中に還元剤を添加するために用いられるが、上記装置では還元剤添加装置から還元剤が添加されると還元剤を含んだ排気ガスが絞り部を通過する際に還元剤の気化が促進せしめられる。このため、ＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガス中に含まれた還元剤は十分に気化しており、ＮＯX吸蔵触媒からＮＯXを効率的に離脱・還元させることができるようになると共に還元剤がＮＯX吸蔵触媒において利用されずにＮＯX吸蔵触媒を通過してしまうことが抑制される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１３２３３号公報
【特許文献２】特開平１０−１４１０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排気浄化触媒におけるこれら有害成分の浄化性能は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの流れによっても変化する。例えば、排気浄化触媒に流入する排気ガスの流れが偏ると、すなわち排気浄化触媒の特定の領域のみを多くの排気ガスが流通するようになると、その特定の領域において排気浄化触媒が大きく劣化してしまう。そして、その後も排気浄化触媒の特定の領域のみを多くの排気ガスが流通すると、排気浄化触媒全体としては劣化度合いが小さいにも関わらず排気ガス中の有害成分を十分に浄化することができなくなってしまう。
【０００７】
また、排気浄化触媒に流入する排気ガスの流速は排気浄化触媒の領域に応じて異なるが、このうち最大の流速（以下、「最大流速」と称す）が速すぎるとこの最大流速の排気ガスが排気浄化触媒を通過する間にこの排気ガス中の有害成分の一部が浄化されなくなってしまうことがあり、よって排気ガス中の有害成分を十分に浄化することができなくなってしまう。
【０００８】
このように排気浄化触媒に流入する排気ガスの流れに偏りがあったり最大流速が速すぎたりすると、排気浄化触媒における有害成分の浄化性能を低下させることになる。このため、排気浄化触媒の浄化性能を維持するためには、排気ガスを排気浄化触媒に偏りなく均一に流入させると共に排気ガスの最大流速を低く抑えることが必要とされる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、排気浄化触媒への排気ガスの流入形態を最適にすることで排気浄化触媒の浄化性能を高く維持することができる内燃機関の排気管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関本体の排気ポートと排気浄化触媒とを連通する内燃機関の排気管であって、当該排気管内を流通する排気ガス全体の流れ方向が変化する流れ変化部分を有する内燃機関の排気管において、上記流れ変化部分の直ぐ下流に絞り部を有し、該絞り部における流路断面積は該絞り部の直ぐ上流における排気管の流路断面積よりも小さい。
第１の発明によれば、排気管の流れ変化部分の直ぐ下流に絞り部が設けられるため、絞り部では旋回流が発生する。この結果、絞り部よりも下流側では排気ガスの流れの偏りがなくなり、排気浄化触媒に排気ガスが比較的均一に流入するようになる。また、絞り部の下流側の排気管の流路断面積が絞り部の上流側の排気管の流路断面積よりも小さくなっていなければ、絞り部の存在により排気浄化触媒へ流入する排気ガスの最大流速を比較的遅いものとすることができる。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において、上記排気管は各気筒の排気ポートに連通する複数の排気枝管と、連通部においてこれら排気枝管全てに連通する一つの集合排気管とを有し、上記絞り部は上記連通部の下流側において集合排気管に設けられる。
【００１２】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記絞り部の形状は、該絞り部の下流側に配置される上記排気浄化触媒に流入する排気ガスの最大流速が所定流速以下となるような形状とされる。
【００１３】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、上記絞り部は、流路断面積が該絞り部の軸線方向下流に向かって徐々に小さくなっていく上流側テーパ部と、該上流側テーパ部の下流側に設けられると共に流路断面積が該絞り部の軸線方向下流に向かって徐々に大きくなっていく下流側テーパ部とを有する。
【００１４】
第５の発明では、第４の発明において、上記上流側テーパ部によって画成される排気流路の容積と、上記下流側テーパ部によって画成される排気流路の容積との比率がほぼ２：５である。
【００１５】
上記課題を解決するために、第６の発明では、機関本体の排気ポートと排気浄化触媒とを連通する内燃機関の排気管において、流路断面積が下流に向かって徐々に小さくなる絞り部を有し、該絞り部の直ぐ下流に上記排気浄化触媒が位置するように上記絞り部が配置される。
第６の発明によれば、流路断面積が下流に向かって徐々に小さくなる絞り部の直ぐ下流に排気浄化触媒が配置される。偏りのある排気ガスの流れも上記絞り部を通過することにより比較的均一な流れになるため、排気浄化触媒には排気ガスが比較的均一に流入するようになる。
【発明の効果】
【００１６】
第１〜第５の発明によれば、排気浄化触媒に排気ガスが比較的均一に流入するようになると共に排気浄化触媒へ流入する排気ガスの最大流速を比較的遅いものとすることができ、これにより排気浄化触媒の浄化性能を高く維持することができるようになる。
【００１７】
第６の発明によれば、排気浄化触媒には排気ガスが比較的均一に流入するようになるため、排気浄化触媒の浄化性能を高く維持することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の排気管を備えた内燃機関全体を示す図である。
【００１９】
図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【００２０】
各気筒の排気ポート９は、上流側排気浄化触媒１３を内蔵した排気マニホルド（排気管）２０に連結され、この排気マニホルド２０は下流側排気管１４を介して下流側排気浄化触媒１５を内蔵したケーシング１６に連結される。上流側排気浄化触媒１３としては、貴金属等を担持した三元触媒や、貴金属等に加えてＮＯX吸蔵剤（上流側排気浄化触媒１３への流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中のＮＯXを吸蔵し、流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチのときには吸蔵しているＮＯXを排気ガス中へと離脱させる成分）を担持したＮＯX吸蔵触媒等が用いられる。
【００２１】
図２は、排気マニホルド２０の概略斜視図であり、図３は図２のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿った排気マニホルド２０の断面図である。図２に示したように、排気マニホルド２０は機関本体１の各排気ポート９に連結される排気枝管２１と、全ての排気枝管２１に連結される集合排気管２２とを有する。従って、各排気枝管２１には対応する排気ポート９から排出される排気ガスが流れるが、集合排気管２２には全ての排気ポート９から排出される排気ガスが流れることになる。
【００２２】
集合排気管２２は、図３に示したように、排気枝管２１が連結されている連結部２３と、絞り部２４と、上流側排気浄化触媒１３が内蔵されている触媒内蔵部２５とを有する。これら連結部２３、絞り部２４及び触媒内蔵部２５は、それぞれ軸線を有すると共に、これら軸線が整列するように配置される（以下、整列したこれら軸線をまとめて「軸線Ａ」と称す）。連結部２３は軸線Ａ回りにほぼ円筒状に形成される。また、連結部２３には連結部２３の軸線Ａに対してほぼ垂直に複数の排気枝管２１が連結され、これら複数の排気枝管２１は周方向に所定間隔毎に離間されて連結部２３に連結される。
【００２３】
絞り部２４は、排気ガスが流通可能であって軸線Ａに対して垂直な断面の断面積（以下、単に「流路断面積」と称す）が下流側に向かって徐々に小さくなるようにテーパが付けられた上流側テーパ部２４ａと、この上流側テーパ部２４ａの排気下流側（以下、単に「下流側」と称す）に設けられると共に流路断面積が下流側に向かって徐々に大きくなるようにテーパが付けられた下流側テーパ部２４ｂとを有する。本実施形態では、上流側テーパ部２４ａは下流側に向かって徐々に直径が小さくなる中空の切頭円錐状となっており、下流側テーパ部２４ｂは下流側に向かって徐々に直径が大きくなる中空の切頭円錐状となっている。このため、上流側テーパ部２４ａと下流側テーパ部２４ｂとの間の連結部分２４ｃにおいて絞り部２４の流路断面積が最も小さくなる（以下、この連結部を「最小断面積部分２４ｃ」と称す）。
【００２４】
本実施形態では、最小断面積部分２４ｃの直径Ｄ1は、上流側テーパ部２４ａの最も排気上流側（以下、単に「上流側」と称す）の部分の直径（すなわち、絞り部２４の上流側に位置する連結部２３の直径）又は下流側テーパ部２４ｂの最も下流側の部分の直径（すなわち、絞り部２４の下流側に位置する触媒内蔵部２５の直径）Ｄ2のほぼ半分とされる。従って、最小断面積部分２４ｃの流路断面積は、上流側テーパ部２４ａの最も上流側の部分の流路断面積又は下流側テーパ部２４ｂの最も下流側の部分の流路断面積のほぼ１／４とされる。
【００２５】
さらに、上流側テーパ部２４ａの軸線方向の長さＬ1と下流側テーパ部２４ｂの軸線方向の長さＬ2との比率は、ほぼ２：５とされる（Ｌ1：Ｌ2＝２：５）。また、本実施形態では、上流側テーパ部２４ａの最も上流側の部分の流路断面積と下流側テーパ部２４ｂの最も下流側の部分の流路断面積とがほぼ同一とされる。このため、上流側テーパ部２４ａによって画成される排気流路の容積と下流側テーパ部２４ｂによって画成される排気流路の容積とは上記と同様にほぼ２：５とされる。
【００２６】
触媒内蔵部２５も連結部２３と同様に軸線Ａ回りにほぼ円筒状に形成される。触媒内蔵部２５内には上流側排気浄化触媒１３が内蔵される。上流側排気浄化触媒１３は、その軸線が触媒内蔵部２５の軸線Ａとほぼ同軸となるように且つ触媒内蔵部２５の内面と上流側排気浄化触媒１３の外面との間に隙間ができないように触媒内蔵部２５内に収容せしめられる。触媒内蔵部２５の下流側端部には、下流側排気管１４に連結される排気管部分２５ａが設けられる。
【００２７】
図３に示したように、上流側排気浄化触媒１３はハニカム構造をなしており、上流端と下流端との間で互いに平行に延びる複数の排気流通路１３ａを有している。排気ガスはこれら排気流通路１３ａ間の隔壁１３ｂをほとんど通過することなくこれら排気流通路１３ａに沿って流れる。すなわち、排気ガスが上流側排気浄化触媒１３内を通過する際には上流側排気浄化触媒１３の軸線Ａの方向に向かって流れる。
【００２８】
次に、図４〜図６を参照して、上述したように構成された排気マニホルド２０内の排気ガスの流れについて説明する。以下の説明では、図４に示したような直線型の排気マニホルド１２０と比較して排気ガスの流れについて説明する。図４は、直線型の排気マニホルド１２０の概略斜視図であり、図２と同様な図である。なお、直線型の排気マニホルド１２０は上記実施形態の排気マニホルド２０とほぼ同一の構成であるが、直線型の排気マニホルド１２０は絞り部を有しておらず、集合排気管１２２の流路断面積は一定のままであるという点で上記実施形態の排気マニホルド２０と異なる構成となっている。
【００２９】
各気筒の燃焼室５から排出された排気ガスはその気筒に対応する排気ポート９を介してその気筒に対応する排気枝管２１に流入する。その後、排気ガスは排気枝管２１を通って集合排気管２２の連結部２３へと流れる。連結部２３は全ての排気枝管２１と連通しているため、全ての気筒の燃焼室５から排出された排気ガスは排気枝管２１を介して連結部２３に流入することになる。連結部２３に流入した排気ガスは絞り部２４を介して触媒内蔵部２５へと流れ、そして触媒内蔵部２５内に収容された排気浄化触媒１３の排気流通路１３ａを通過する。その後、排気ガスは触媒内蔵部２５の下流側端部に設けられた排気管部分２５ａを介して下流側排気管１４へと流出せしめられる。
【００３０】
このような排気ポート９から下流側排気管１４までの排気ガスの概略的な流れは、本実施形態の排気マニホルド２０と、図４に示した直線型の排気マニホルド１２０とで変わらないが、集合排気管２２、１２２内での流れはこれら排気マニホルド２０、１２０間で異なる。図５は、直線型の排気マニホルド１２０及び本実施形態の排気マニホルド２０内を通過する排気ガスの流れを模式的に示した図である。
【００３１】
直線型の排気マニホルド１２０では、図５（ａ）に矢印で示したように、各排気枝管１２１から集合排気管１２２に流入した排気ガスはその流れ方向を排気枝管１２１に平行な方向から集合排気管１２２に平行な方向へと急激に変えて流れる。場合によっては、このような急激な流れ方向の変更に伴って、集合排気管１２２内でタンブル流（上記軸線Ａと垂直な軸線回りの排気ガスの流れ）が形成される。排気ガスが集合排気管１２２内をこのように流れると、各気筒から集合排気管１２２内に流入した排気ガスの流れは、排気浄化触媒１３の上流側端面（排気浄化触媒１３の隔壁１３ｂの上流側端面が位置する平面）を通過する際に偏りを生じており、この上流側端面全面に亘って均一な流れとなっていない。すなわち、排気浄化触媒１３の上流側端面の或る領域を通過して排気浄化触媒１３に流入する排気ガスについてはその単位面積当たりの流量が多く且つその流速が速く、他の領域を通過して排気浄化触媒１３に流入する排気ガスについてはその単位面積当たりの流量が少なく且つその流速が遅くなっている。
【００３２】
図６（ａ）は、図４に示した直線型の排気マニホルド１２０を用いた場合における、クランク角度と排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの流速との関係を示した図である。図中の実線は排気浄化触媒１３の上流側端面を通過する排気ガスのうち最も流速が速い排気ガスの流速（以下、「最大流速」と称す）を、破線は排気浄化触媒１３の上流側端面を通過する排気ガスのうち最も流速が遅い排気ガスの流速（以下、「最小流速」と称す）を、一点鎖線は排気浄化触媒１３の上流側端面を通過する排気ガス全体の平均的な流速（以下、「平均流速」と称す）をそれぞれ示している。
【００３３】
図６（ａ）から分かるように、最大流速、最小流速及び平均流速共にクランク角が進むにつれて上下する。これは、各気筒の排気弁の開閉に伴うものであり、図６に示した例では４気筒の内燃機関を用いた場合について示しているため１サイクル（クランク角７２０°）当たり４回上下している。ここで、図６（ａ）に示した例ではクランク角１８０°付近で最大流速が極めて大きくなっている。これは、排気浄化触媒１３の上流側端面のうち一部の領域を通過する排気ガスの流速が極めて速くなっていることを意味する。このように、排気浄化触媒１３の上流側端面の一部領域を通過する排気ガス、すなわちこの一部領域に対応する排気流通路１３ａを通過する排気ガスの流速が極めて速いと、斯かる排気ガス中が排気流通路１３ａを通過する間に排気ガス中の有害成分が十分に浄化されない場合が生じてしまう。
【００３４】
また、上述したように、直線型の排気マニホルド１２０を用いた場合には、排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの単位面積当たりの流量が排気浄化触媒１３の上流側端面の領域によって大きく異なる。このため、或る排気流通路１３ａを通過する排気ガスの流量が他の排気流通路１３ａを通過する排気ガスの流量よりも多くなってしまう。
【００３５】
ここで、排気浄化触媒の劣化は、排気ガス中に含まれる鉛（Ｐｂ）、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）等の成分が排気浄化触媒の担体に吸蔵、吸着することによる被毒によって、又は排気浄化触媒の担体が熱によりシンタリングすることによって劣化せしめられる。従って、通過する排気ガスの流量が多い排気流通路１３ａには鉛、リン及び硫黄等の成分が多量に流入し易く、よって斯かる排気流通路１３ａ周りの担体では被毒による劣化を生じ易い。また、斯かる排気流通路１３ａでは高温の排気ガスが多量に流入したり、担持している貴金属上で生じる発熱反応が多かったりすることにより、この排気流通路１３ａの熱による劣化も生じ易い。このように、斯かる排気流通路１３ａ周りの担体では劣化が生じ易いと共に劣化した後にも多量の排気ガスが流入することになり、排気ガスの浄化効率が低下してしまう。すなわち、排気ガスの単位面積当たりの流量が排気浄化触媒１３の上流側端面の領域によって大きく異なると、排気ガスの浄化効率の低下を招く結果となる。
【００３６】
これに対して、図２に示した本実施形態の排気マニホルド２０では、図５（ｂ）に矢印で示したように、各排気枝管２１から集合排気管２２に流入した排気ガスはその流れ方向が排気枝管２１に平行な方向から集合排気管２２に平行な方向へと急激に変わると共に、絞り部２４の上流側テーパ部２４ａを通過する際に旋回流（スワール。上記軸線Ａ回りの排気ガスの流れ）を形成する。そして、排気ガスは旋回流を伴ったまま絞り部２４の下流側テーパ部２４ｂを通過する。
【００３７】
より詳細に説明すると、各排気枝管２１から集合排気管２２に流入した排気ガスは連結部２３の壁面に当たるのに伴ってその流れ方向が排気枝管２１に平行な方向から集合排気管２２に平行な方向へと急激に変化する。すなわち、連結部２３は中を流れる排気ガス全体の流れ方向（排気ガスの流れを巨視的に見た場合の流れ方向）が急激に変化する流れ変化部分を構成する。この排気ガスの流れ方向の変化は連結部２３内で完了するわけではなく、連結部２３の直ぐ下流側に位置する絞り部２４の上流側テーパ部２４ａにおいても起こる。特に、絞り部２４の上流側テーパ部２４ａにおいては、その壁面が軸線Ａに向かって傾いているため排気ガスはその壁面に沿って軸線Ａに向かうように流れると共に、これにより上流側テーパ部２４ａ内では排気ガスに旋回流が生じる。その後、排気ガスは、旋回流を伴ったまま、最小断面積部分２４ｃを通過して下流側テーパ部２４ｂ内を流れる。
【００３８】
このように絞り部２４で旋回流が生じることにより、上流側排気浄化触媒１３に流入する排気ガスは上流側排気浄化触媒１３の上流側端面全面に亘って比較的均一に流れるようになり、よって排気浄化触媒１３の上流側端面の領域毎に通過する排気ガスの単位面積当たりの流量や流速が大きく異なってしまうことが抑制される。このように、本実施形態の排気マニホルド２０では絞り部２４を設けることにより旋回流が発生し易くなり、これに伴って排気流通路１３ａ間で通過する排気ガスの流速や流量が大きく異なってしまうことが抑制される。
【００３９】
図６（ｂ）は、本実施形態の排気マニホルド２０を用いた場合における、クランク角度と上流側排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの流速との関係を示した図である。図中の実線は最大流速を、破線は最小流速を、一点鎖線は平均流速をそれぞれ示している。図６（ｂ）から分かるように、上流側排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの最大流速が極めて大きくなってしまうクランク角が存在しない。すなわち、特定の排気流通路１３ａを通過する排気ガスの流速が極めて速くなってしまうことが抑制される。このため、全ての排気流通路１３ａにおいて排気ガス中の有害成分は基本的に排気流通路１３ａを通過する間に十分に浄化されるようになる。
【００４０】
また、上述したように、本実施形態の排気マニホルド２０を用いた場合には、上流側排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの単位面積当たりの流量が排気浄化触媒１３の上流側端面の領域によって大きく異なることが抑制される。このため、排気流通路１３ａを通過する排気ガスの流量は全ての排気流通路１３ａについて比較的等しいものとなる。従って、特定の排気流通路１３ａのみが大きく劣化してしまうことがなく、全ての排気流通路１３ａが比較的均一に劣化するようになるため、上流側排気浄化触媒１３の劣化に伴う排気ガスの浄化率の低下を最小限に抑えることができるようになる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、最小断面積部分２４ｃの流路断面積と連結部２３の流路断面積又は触媒内蔵部２５の流路断面積との比率はほぼ１：４とされているが、この比率は１：４に限られず、最小断面積部分２４ｃの流路断面積が連結部２３又は触媒内蔵部２５の流路断面積よりも小さく且つ最小断面積部分２４ｃが絞りとして機能すれば如何なる比率であってもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、上流側テーパ部２４ａによって画成される排気流路の容積と下流側テーパ部２４ｂによって画成される排気流路の容積との比率はほぼ２：５とされているが、この比率は２：５に限られず、最小断面積部分２４ｃさえ設ければ任意の比率とすることができる。しかしながら、例えば、この比率を２：１とした場合には、上流側排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの単位面積当たりの流量が排気浄化触媒１３の上流側端面の領域によって大きく異なってしまうことが抑制され、排気ガスは排気浄化触媒１３の上流側端面全面に亘って比較的均一に流入するようになるが、排気浄化触媒１３に流入する排気ガスの最大流速は緩和されず、比較的速いものとなる。一方、上記比率を１：４〜１：１程度とすると排気ガスが比較的均一に排気浄化触媒１３に流入するようになると共に最大流速が緩和されるようになるため、上記比率は１：４〜１：１程度とするのが好ましい。
【００４３】
特に、上記容積の比率及び流路断面積の比率を最大流速が所定の限界流速以下となるように定めるのが好ましい。ここで、所定の限界流速とはそれ以上最大流速が速くなると排気ガスが上流側排気浄化触媒１３を通過する間に排気ガス中の有害成分が部分的に浄化されなくなってしまう虞のある流速である。容積及び流路断面積の比率をこのように定めることにより上流側排気浄化触媒１３による排気ガスの浄化率を高く維持することができる。
【００４４】
さらに、上記実施形態では、連結部２３、すなわち排気枝管２１が集合する部分の直ぐ下流に絞り部２４が設けられているが、絞り部２４を配置する位置は斯かる位置に限られない。しかしながら、絞り部２４は、排気管のうち排気ガス全体の流れ方向が変化する流れ方向変化部分の直ぐ下流側に配置される必要がある。このような位置に絞り部２４を配置することにより、絞り部２４の上流側テーパ部２４ａ内においても流れ方向の変化が継続し、この結果、絞り部２４内で旋回流が発生するようになるためである。
【００４５】
次に、図７を参照して、本発明の排気管の第二実施形態について説明する。図７は、図３と同様な排気マニホルド５０の断面図である。図７に示したように、排気マニホルド５０は機関本体１の各排気ポート９に連結される排気枝管５１と、全ての排気枝管５１に連通する集合排気管５２とを有する。図３に示した実施形態と同様に、集合排気管５２は、排気枝管５１が連結されている連結部５３と、絞り部５４と、上流側排気浄化触媒１３が内蔵されている触媒内蔵部５５とを有する。これら連結部５３、絞り部５４及び触媒内蔵部５５は、これらの軸線が整列するように配置される。
【００４６】
連結部５３及び触媒内蔵部５５は上記第一実施形態の連結部２３及び触媒内蔵部２５と同様に構成される。しかしながら、本実施形態では、絞り部５４の構成が上記第一実施形態の絞り部２４の構成と異なる。
【００４７】
絞り部５４は、流路断面積が徐々に小さくなるようにテーパが付けられたテーパ部を有し、本実施形態ではテーパ部は下流側に向かって徐々に直径が小さくなる中空の切頭円錐状となっている。しかしながら、絞り部５４は上記第一実施形態における下流側テーパ部２４ｂに対応する部分を有さない。したがって、絞り部５４の上流側と下流側とでは流路断面積が異なっており、絞り部５４の上流側に配置された連結部５３の流路断面積は絞り部５４の下流側に配置された触媒内蔵部２５の流路断面積よりも小さい。
【００４８】
このように、触媒内蔵部２５の直ぐ上流に流路断面積が徐々に小さくなるようなテーパ部のみを有する絞り部５４を設けることにより、上流側排気浄化触媒１３全体に排気ガスが流入するようになる。
【００４９】
すなわち、連結部５３のように流路断面積が大きい場合には、その中を流れる排気ガスの流量は流路断面全体に亘って均一にはなっておらず、流路断面の一部で局所的に流量が多くなっており流路断面の他の一部で局所的に流量が少なくなっている傾向にある。従って、例えば図４に示したように絞り部５４を設けずに連結部から触媒内蔵部まで流路断面積を等しいものとした場合、触媒内蔵部に内蔵された上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの流れに偏りが生じ、上流側排気浄化触媒の上流側端面の一部領域において、通過する排気ガスの流量が多いものとなると共に、他の一部領域において排気ガスの流量が少ないものとなり、このため上流側排気浄化触媒の一部が局所的に劣化してしまう。
【００５０】
一方、本実施形態のように、連結部５３の排気下流側に絞り部５４が設けられると、流路断面積が徐々に小さくなるのに伴って、その断面において排気ガスの流量が均一になっていく。このため、排気ガスが絞り部５４の最も下流側に位置する最小断面積部分を通過する際には排気ガスの流量は最小断面積部分の断面全面に亘って比較的均一となっている。絞り部５４の直ぐ下流側には上流側排気浄化触媒１３が設けられており、よって排気ガスは上流側排気浄化触媒１３に比較的均一に流入するようになる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、絞り部５４は連結部５３の直ぐ下流側、すなわち排気ガスの流れ方向変化部分の直ぐ下流側に配置されているが、絞り部５４は連結部５３の直ぐ下流側に配置される必要はなく、直線的に延びた排気管の下流側に配置されてもよい。ただし、この場合でも、絞り部５４の直ぐ下流側に触媒内蔵部５５、すなわち排気浄化触媒を配置する必要がある。これは、絞り部５４の直ぐ下流側において最も排気ガスが均一に流れていると考えられると共に、絞り部５４から或る程度離間された位置に上流側排気浄化触媒を配置すると絞り分５４から上流側排気浄化触媒まで排気ガスが流れる間に再び排気ガスの流れが不均一になってしまう虞があるためである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の排気管を備えた内燃機関全体を示す図である。
【図２】排気マニホルドの概略斜視図である。
【図３】図２のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿った排気マニホルドの断面図である。
【図４】直線型の排気マニホルド１２０の概略斜視図である。
【図５】排気マニホルド内を通過する排気ガスの流れを模式的に示した図である。
【図６】クランク角度と排気浄化触媒に流入する排気ガスの流速との関係を示した図である。
【図７】本発明の第二実施形態の排気マニホルドの概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１３    上流側排気浄化触媒
１４    下流側排気管
１５    下流側排気浄化触媒
１６    ケーシング
２０    排気マニホルド
２１    排気枝管
２２    集合排気管
２３    連結部
２４    絞り部
２４ａ    上流側テーパ部
２４ｂ    下流側テーパ部
２５    触媒内蔵部
【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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