(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列配置の複数の気筒の排気ポートに連通する複数の独立排気通路部と、それら独立排気通路部を流れる排気ガスを下流側にて合流させる排気集合部を有する排気マニホールドを備え、気筒列方向の中間に位置する気筒が複数で、前記排気集合部の下流端に、軸心が気筒列方向と直交する水平の方向から見て鉛直方向に対し傾斜した配置で触媒装置が直接連結されてなる多気筒エンジンの排気装置において、
前記排気マニホールドの気筒列方向の中間に位置する複数の気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部を、気筒列方向の端部に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部に対し、気筒列方向と直交する方向の外方に取り回して前記排気集合部に連通させるとともに、
該排気マニホールドの前記排気集合部を、触媒装置が連結される下流端の中心が、気筒列方向と直交する水平の方向から見て、前記中間に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部の鉛直方向延長線の幅内に位置する構成とし、
また、前記排気マニホールドを、気筒列方向と直交する水平の方向から見て、前記触媒装置の軸心の略延長線上で、かつ、前記中間に位置する複数の気筒の排気ポートに連通する互いに隣接した二つの独立排気通路部に挟まれた位置に、エンジン本体に連結するためのボルト締結部を有し、該ボルト締結部の下方に、前記排気集合部の下流端近傍まで延びる補強リブが延設され、また、気筒列方向の一側に位置する独立排気通路部の通路壁と気筒列方向の他側に位置する独立排気通路部の通路壁との連結位置を気筒列方向と直交する方向の外方に延びる連結壁を有し、該連結壁が前記補強リブに連結されてなる構成としたことを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
【請求項２】
前記排気マニホールドは、前記排気集合部の下流端の中心が、気筒列方向と直交する方向から見て、前記中間に位置する複数の気筒のうちの、気筒列方向において前記触媒装置が傾斜する側の気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部の鉛直方向延長線の幅内に位置する請求項１記載の多気筒エンジンの排気装置。
【請求項３】
前記排気マニホールドは、気筒列方向と直交する水平の方向から見て、前記排気集合部の下流端の端面の略延長面上の位置に、エンジン本体に連結するためのボルト締結部を有する請求項１記載の多気筒エンジンの排気装置。
【請求項４】
前記排気マニホールドは、前記ボルト締結部の下方で、前記補強リブに連結されるとともに、前記連結壁の気筒列方向の厚さが、前記気筒列方向の中間に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部と前記気筒列方向の端部に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部とを隔てる壁の壁面に直交する方向の厚さより大である請求項１記載の多気筒エンジンの排気装置。
【請求項５】
前記排気マニホールドは、前記排気集合部に、前記気筒列方向の中間に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部に対応する部分と、前記気筒列方向の端部に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部に対応する部分とを隔てる略気筒列方向の隔壁を有する請求項１記載の多気筒エンジンの排気装置。
【請求項６】
エンジンが、気筒列方向を車両前後方向に向けて搭載された縦置きエンジンである請求項１、２、３、４または５記載の多気筒エンジンの排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化用の触媒装置を排気マニホールドの下流端に直接連結してなる多気筒エンジンの排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気系に排気浄化用の触媒装置を配置する場合に、触媒装置を排気マニホールドの下流端に直接連結（直付け）することにより、高温の排気ガスを導入して触媒温度の上昇を速め、触媒による浄化性能を高めることは従来から行われている。
【０００３】
ところで、車体前部に出力軸方向を車両前後方向に向けて搭載され後輪を駆動するいわゆるＦＲ用の縦置きエンジンにおいては、通常、エンジンの後端側にトランスミッションが連結され、エンジンとトランスミッションとの連結部でトランスミッションの前端部が側方に大きく張り出す。そのため、排気マニホールドの下流端に触媒装置を直接連結する場合に、触媒装置は、例えば特開平８−６８３１６号公報に記載されているように、排気マニホールドの集合部の直下に鉛直方向に向けて配置するのが普通である。また、トランスミッションと干渉しないよう触媒装置を側方へ大きく張り出させる場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン縦置きのＦＲ車で、例えば、左ハンドルと右ハンドルの両方に対応させようとすると、排気マニホールドの略直下にステアリング装置がくる場合があり、例えばそのように排気マニホールドの略直下にステアリング装置がきて、そこから後方かつ上方に向かってステアリングコラムが延びるような場合に、排気マニホールドの下流端に触媒装置を直接連結するについては、触媒装置がステアリングコラムと干渉しないようにする必要があるが、そのようなステアリングコラムとの干渉を避けつつ排気マニホールドの集合部の直下に鉛直方向に向けて触媒装置を配置することはスペース的に困難である。また、そのように排気マニホールドの略直下にステアリング装置がきて、そこから後方かつ上方に向かってステアリングコラムが延びるような場合に、ステアリングコラムと干渉しない側方の位置まで触媒装置を張り出させたのでは、パワープラントの振動特性が悪化するとともに、触媒装置の支持剛性が悪化する。
【０００５】
また、排気マニホールドは、気筒間の排気干渉を防止するとともに各気筒の排気抵抗を均一化するものであることが要求される。
【０００６】
したがって、気筒間の排気干渉の防止および各気筒の排気抵抗の均一化を図りつつ、排気マニホールドに直付けする触媒装置のレイアウト性および支持剛性を確保することが課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の多気筒エンジンの排気装置は、直列配置の複数の気筒の排気ポートに連通する複数の独立排気通路部と、それら独立排気通路部を流れる排気ガスを下流側にて合流させる排気集合部を有する排気マニホールドを備え、気筒列方向の中間に位置する気筒が複数で、前記排気集合部の下流端に、軸心が気筒列方向と直交する水平の方向から見て鉛直方向に対し傾斜した配置で触媒装置が直接連結されてなる多気筒エンジンの排気装置において、排気マニホールドの気筒列方向の中間に位置する複数の気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部を、気筒列方向の端部に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部に対し、気筒列方向と直交する方向の外方に取り回して排気集合部に連通させるとともに、排気マニホールドの排気集合部を、触媒装置が連結される下流端の中心が、気筒列方向と直交する水平の方向から見て、中間に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部の鉛直方向延長線の幅内に位置する構成とし、また、排気マニホールドを、気筒列方向と直交する水平の方向から見て、触媒装置の軸心の略延長線上で、かつ、中間に位置する複数の気筒の排気ポートに連通する互いに隣接した二つの独立排気通路部に挟まれた位置に、エンジン本体に連結するためのボルト締結部を有し、該ボルト締結部の下方に、排気集合部の下流端近傍まで延びる補強リブが延設され、また、気筒列方向の一側に位置する独立排気通路部の通路壁と気筒列方向の他側に位置する独立排気通路部の通路壁との連結位置を気筒列方向と直交する方向の外方に延びる連結壁を有し、該連結壁が前記補強リブに連結されてなる構成としたものである。
【０００８】
上記多気筒エンジンの排気装置は、排気マニホールドの気筒列方向の中間に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部を、気筒列方向の端部に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部に対し、気筒列方向と直交する方向の外方に取り回して排気集合部に連通させたことにより、各気筒に対する独立排気通路の通路長さの差を小さくして排気抵抗の均一化を図ることができ、また、例えば４気筒エンジンで、点火順序が第１気筒−第３気筒−第４気筒−第２気筒の順である場合に、まず、中間位置にあって点火順序の連続しない第２気筒と第３気筒に対応する独立排気通路同士を、また、端部位置にあってやはり点火順序の連続しない第１気筒と第４気筒に対応する独立排気通路同士を、下流側でそれぞれ合流させて、それらを最終的に排気集合部で合流させるようにするなど、気筒間の排気干渉を防止するようにできる。また、この排気装置は、排気集合部の下流端に、軸心が鉛直方向に対し傾斜した配置で触媒装置が直接連結されるものであり、しかも、その触媒装置を連結する排気マニホールドの排気集合部の下流端の中心が、気筒列方向と直交する水平の方向から見て、中間に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部の鉛直方向延長線の幅内に位置するものであることにより、エンジンの直側方で、エンジンとトランスミッションとの連結部より前方の空間にステアリングコラム等との干渉を避ける形で排気マニホールド直付けの触媒装置を配置でき、かつ、中間位置の気筒に対する独立排気通路が外方に取り回されて端部位置の気筒に対する独立排気通路に覆いかぶさった構造の剛性の高い部分にて触媒装置を強固に支持できる。したがって、気筒間の排気干渉の防止および各気筒の排気抵抗の均一化を図りつつ、排気マニホールドに直付けする触媒装置のレイアウト性および支持剛性を確保することができる。
【０００９】
また、上記多気筒エンジンの排気装置は、気筒列方向の中間に位置する気筒が複数である場合に、排気マニホールドの、気筒列方向と直交する水平の方向から見て、触媒装置の軸心の略延長線上で、かつ、中間に位置する複数の気筒の排気ポートに連通する互いに隣接した二つの独立排気通路部に挟まれた位置に、エンジン本体に連結するためのボルト締結部を設けたものであり、このようにして触媒装置の軸心にきわめて近い位置で排気マニホールドをエンジン本体にボルト締結することにより、触媒装置を支持するマニホールド側の剛性を高めて、触媒装置の支持剛性を高めることができ、特に、気筒列方向と直交する水平方向の振れを抑制することができる。
【００１０】
また、上記多気筒エンジンの排気装置は、排気マニホールドの、ボルト締結部の下方に、排気集合部の下流端近傍まで延びる補強リブを延設したものであり、このような補強リブを設けることにより、触媒装置の支持剛性を一層高めることができ、気筒列方向と直交する水平方向の振れを抑制する効果を高めることができる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明の多気筒エンジンの排気装置は、請求項１に係る上記構成において、気筒列方向の中間に位置する気筒が複数である場合に、排気マニホールドを、排気集合部の下流端の中心が、気筒列方向と直交する方向から見て、中間に位置する複数の気筒のうちの、気筒列方向において触媒装置が傾斜する側の気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部の鉛直方向延長線の幅内に位置するようにしたものである。そうすることにより、排気マニホールドをエンジン本体への取り付け位置から排気集合部下流端までの排気経路の長さが短くかつコンパクトなものとして、高温の排気ガスによって触媒温度の上昇を速めるという直付け触媒装置の効果を一層高めることができ、また、排気マニホールドのエンジン本体への取り付け位置と触媒装置連結位置までの距離を短くして触媒装置の支持剛性を高めるようにできる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明の多気筒エンジンの排気装置は、請求項１に係る上記構成において、排気マニホールドの、気筒列方向と直交する水平の方向から見て、排気集合部の下流端の端面の略延長面上の位置に、エンジン本体に連結するためのボルト締結部を設けたものである。このようにして、触媒装置を連結する端面の延長面にきわめて近い位置で排気マニホールドをエンジン本体にボルト締結することにより、触媒装置の特に上下方向の振れを抑制することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明の多気筒エンジンの排気装置は、請求項１に係る上記構成において、ボルト締結部の下方で、補強リブに連結されるとともに、気筒列方向の一側に位置する独立排気通路部の通路壁と気筒列方向の他側に位置する独立排気通路部の通路壁との連結位置を気筒列方向と直交する方向の外方に延びる連結壁を設け、該連結壁の気筒列方向の厚さを、気筒列方向の中間に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部と前記気筒列方向の端部に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部とを隔てる壁の壁面に直交する方向の厚さより大としたものである。このような連結壁を設けることにより、さらに触媒装置の支持剛性を高め、気筒列方向と直交する水平方向の振れを抑制することができる。
【００１４】
また、請求項５に係る発明の多気筒エンジンの排気装置は、請求項１に係る上記構成において、排気マニホールドの排気集合部に、気筒列方向の中間に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部に対応する部分と、気筒列方向の端部に位置する気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部に対応する部分とを隔てる略気筒列方向の隔壁を設けたものである。このような隔壁を設けることにより、触媒装置連結位置に近い部分のマニホールド剛性を高め、触媒装置の支持剛性を高めることができる。
【００１５】
また、請求項６に係る発明の多気筒エンジンの排気装置は、請求項１〜５記載の構成を、気筒列方向を車両前後方向に向けて搭載された縦置きエンジンに適用するものである。本発明はこのように縦置きエンジンに適用するのが有利である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１はこの実施の形態の一例を示すエンジンの排気マニホールドと触媒装置の連結構造をエンジン上方から見た外形図、図２は同エンジン側方から見た外形図、図３は同エンジン後方から見た外形図、図４は図２のＡ−Ａ断面図、図５は図２のＢ−Ｂ断面図（図４のＢ’−Ｂ’断面図）である。
【００１８】
この例は、直列４気筒エンジンに適用したもので、図において、１はエンジン本体であり、２は、エンジンの後端側に連結されたトランスミッションである。エンジン本体１は、縦列配置で第１乃至第４の４気筒を備えている。そして、エンジン本体１の上部を構成するシリンダヘッド３の一側面に排気マニホールド４が連結される。
【００１９】
排気マニホールド４は、エンジン本体１の第１乃至第４の各気筒の排気ポート(図示せず)に連通する四つの独立排気通路部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄと、それら独立排気通路部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを流れる排気ガスを下流側にて合流させる排気集合部６とからなり、各独立排気通路部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの上流端には、それら独立排気通路部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを連結してシリンダヘッド３にボルト締結するヘッド連結用フランジ部７が一体に形成され、排気集合部６の下流端には、軸心が鉛直方向に対し気筒列方向（第１図の左右方向）の後方側（第１図の右側）に若干斜め外側へ向けて傾斜した配置で触媒装置８が直接連結されるキャタ連結用フランジ部９が一体に形成されている。図１および図２において、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、四つの独立排気通路部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄのそれぞれの上流側開口であって、開口４Ａが第１気筒の排気ポートに連通し、開口４Ｂが第２気筒の排気ポートに連通し、開口４Ｃが第３気筒の排気ポートに連通し、開口４Ｄが第４気筒の排気ポートに連通する。
【００２０】
排気マニホールド４の気筒列方向の端部に位置する第１気筒と第４気筒のそれぞれの排気ポートに連通する独立排気通路部５Ａ，５Ｄは、ヘッド連結用フランジ部７の部分から湾曲して気筒列方向の内側に延び、気筒列方向略中央の第１の合流部５ＡＤで合流して、その第１の合流部５ＡＤがヘッド連結用フランジ部７に近接する位置で排気集合部６に接続している。また、気筒列方向の中間に位置する第２気筒と第３気筒の排気ポートに連通する独立排気通路部５Ｂ，５Ｃは、気筒列方向略中央においてヘッド連結用フランジ部７から気筒列方向と略直交する方向に外方へ延び、端部気筒側の独立排気通路部５Ａ，５Ｄの回りを取り囲んで、これら端部気筒側の独立排気通路部５Ａ，５Ｄの第１の合流部５ＡＤの外方に隣接する第２の合流部５ＢＣで合流し、その第２の合流部５ＢＣが排気集合部６に接続している。
【００２１】
気筒列方向端部側の二つの独立排気通路部５Ａ，５Ｄは互いに略対称形で通路抵抗がほぼ等しく、気筒列方向中間側の二つの独立排気通路部５Ｂ，５Ｃもまた互いに略対称形で通路抵抗がほぼ等しい。そして、端部気筒側の独立排気通路部５Ａ，５Ｄと中間気筒側の独立排気通路部５Ｂ，５Ｃとは、上述のごとく端部気筒側の独立排気通路部５Ａ，５Ｄがヘッド連結用フランジ部７の部分から湾曲して気筒列方向の内側に延び、気筒列方向略中央の第１の合流部５ＡＤで合流して、排気集合部６に接続し、一方、中間気筒側の独立排気通路部５Ｂ，５Ｃが端部気筒側の各独立排気通路部５Ａ，５Ｄの外方に取り回され、第２の合流部５ＢＣで合流して、排気集合部６に接続する構成であり、かつ、これら端部気筒側の独立排気通路部５Ａ，５Ｄと中間気筒側の独立排気通路部５Ｂ，５Ｃが排気抵抗に差の無いものとされている。また、上記排気マニホールド４は、エンジンの点火順序が、第１気筒−第３気筒−第４気筒−第２気筒の順であって、点火順序の連続しない端部気筒（第１気筒および第４気筒）の独立排気通路部５Ａ，５Ｄ同士がまず第１の合流部５ＡＤで合流し、点火順序の連続しない中間気筒（第２気筒および第３気筒）の独立排気通路部５Ｂ，５Ｃ同士がまず第２の合流部５ＢＣで合流して、それら二つの合流部５ＡＤ，５ＢＣが最終的に排気集合部６で合流する構成であるため、排気干渉が生じにくい。
【００２２】
触媒装置８は、軸心が鉛直方向に対し気筒列方向の後方側に若干斜め外側へ向けて傾斜した配置で排気マニホールド４の排気集合部６下流端のキャタ連結用フランジ部９にボルト締結される。そして、この触媒装置８が連結される排気マニホールド４のキャタ連結用フランジ部９は、中心（図２の点Ｃ）が、気筒列方向と直交する方向から見て気筒列方向で触媒装置８が傾斜する側の中間気筒すなわち第３気筒側の独立排気通路部５Ｃの鉛直方向延長線の幅（図２の幅Ｗ）の内側に位置する設定とされている。
【００２３】
また、排気マニホールド４のヘッド連結用フランジ部７には、気筒列方向両端の各上下位置と、中間位置上下の各左右対称位置と、中央１カ所の計９カ所に、エンジン本体１に連結するためのボルト締結部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉが設けられている。そして、そのうちの中央のボルト締結部１０Ｉは、気筒列方向と直交する水平の方向（図２において図面に垂直な方向）から見て、触媒装置８の軸心Ｌの略延長線上で、かつ、中間気筒（第２気筒および第３気筒）の二つの独立排気通路部５Ｂ，５Ｃに挟まれた位置に設けられている。この位置にボルト締結部１０Ｉがあることにより、特に、気筒列方向と直交する水平方向の振れが抑制される。また、中間位置の下方右側のボルト締結部１０Ｈは、気筒列方向と直交する水平の方向（図２において図面に垂直な方向）から見て、排気集合部６の下流端のキャタ連結用フランジ部９の端面の略延長面上に位置する。この位置にボルト締結部１０Ｈがあることにより、特に、触媒装置の特に上下方向の振れが抑制される。
【００２４】
また、排気マニホールド４には、触媒装置８の軸心Ｌの略延長線上で中間気筒側の二つの独立排気通路部５Ｂ，５Ｃに挟まれた位置に設けられた上記ボルト締結部１０Ｉを下方に延長する形で、排気集合部６下端のキャタ連結用フランジ９の位置まで達する補強リブ１１が設けられている。また、気筒列方向の一側に位置する独立排気通路部５Ａ，５Ｂの通路壁と気筒列方向の他側に位置する独立排気通路部５Ｃ，５Ｄの通路壁との連結位置を気筒列方向と直交する方向の外方に延びて連結壁を構成する部分が、ボルト締結部１０Ｉの下方にあって、補強リブ１１に連結され、その連結壁の部分の気筒列方向の厚さ（図５にＴで示す）は、中間気筒側の独立排気通路部５Ｂ，５Ｃと端部気筒側の独立排気通路部５Ａ，５Ｄとを隔てる壁の壁面に直交する方向の厚さ（図４および図５にｔで示す）より大とされている。それにより、触媒装置８の支持剛性が一層高まる。
【００２５】
また、排気マニホールド４の排気集合部６の内部には、端部気筒側の独立排気通路部５Ａ，５Ｄが合流する第１の合流部５ＡＤに対応する部分６ａと、中間気筒側の独立排気通路部５Ｂ，５Ｃが合流する第２の合流部５ＢＣに対応する部分６ｂとを隔てるよう、略気筒列方向に隔壁１２が設けられている。このような隔壁１２が設けていることにより、キャタ連結位置に近い部分のマニホールド剛性が高まり、触媒装置８の支持剛性が高まる。
【００２６】
触媒装置８の下流側には排気管１３がフランジ連結されている。
【００２７】
なお、上記実施の形態は、４気筒エンジンの場合であるが、４気筒以外の多気筒エンジンに対しても本発明は適用することができる。
【００２８】
また、上記の実施の形態は、端部気筒側の独立排気通路同士をまず合流させ、中間気筒側の独立排気通路同士もまた合流させて、最終的に全部を排気集合部で集合させるようにしたものであるが、端部気筒側の各独立排気通路と中間気筒側の各独立排気通路を一度に排気集合部で合流させるような実施の形態も可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、気筒間の排気干渉の防止および各気筒の排気抵抗の均一化を図りつつ、排気マニホールドに直付けする触媒装置のレイアウト性および支持剛性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態の一例を示すエンジンの排気マニホールドと触媒装置の連結構造をエンジン上方から見た外形図である。
【図２】  同排気マニホールドと触媒装置の連結構造をエンジン側方から見た外形図である。
【図３】  同排気マニホールドと触媒装置の連結構造をエンジン後方から見た外形図である。
【図４】  図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】  図２のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  トランスミッション
３  シリンダヘッド
４  排気マニホールド
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ  独立排気通路部
６  排気集合部
７  ヘッド連結用フランジ部
８  触媒装置
９  キャタ連結用フランジ部
１０Ａ〜１０Ｉ  ボルト締結部
１１  補強リブ
１２  隔壁
【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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