(57)【要約】【課題】この発明は、エンジン温間時における触媒の加熱抑制と、エンジン冷間時における触媒の早期暖機とを両立させることができるエンジンのエキゾーストガス冷却構造を提供することを目的とする。【解決手段】触媒２４までの距離が短い排気ポート２８が、熱伝導率の低いＳＵＳで構成される一方、触媒２４までの距離が長い排気ポート９ａ、９ｂは、熱伝導率の高いアルミニウムで構成されたウォータジャケット９内に形成されている。このため、元々熱が奪われにくい排気ポート２８側の排気ガスに対し、その温度を下げずに触媒２４に流入させることができ、エンジン冷間時における触媒２４の早期暖機が可能になる。さらに、元々熱が奪われ易い排気ポート９ａ、９ｂの排気ガスに対しては、その熱を効果的に奪い、触媒２４に低温の排気ガスを流入させることができるため、エンジン温間時における触媒２４の過剰な加熱を抑制することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の燃焼室と触媒とを接続する複数の排気通路を備える多気筒エンジンのエキゾーストガス冷却構造であって、
上記複数の排気通路のうち、上記燃焼室から触媒までの距離が短い排気通路は、上記触媒までの距離が長い排気通路に比べて放熱効率が低く構成されている
エンジンのエキゾーストガス冷却構造。
【請求項２】
上記排気通路は、気筒列方向に延びるとともに、各気筒から排出されるガスをその一端側で集合させる集合部を備えており、
該集合部には、上記触媒が接続され、
上記触媒までの距離が長い排気通路を車両前方側に配置する一方、
上記触媒までの距離が短い排気通路を車両後方側に配置した
請求項１記載のエンジンのエキゾーストガス冷却構造。
【請求項３】
上記触媒までの距離が長い排気通路を水冷とした
請求項１または２記載のエンジンのエキゾーストガス冷却構造。
【請求項４】
上記触媒までの距離が短い排気通路は、上記触媒までの距離が長い排気通路に比べて熱伝導率の低い材質で構成されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジンのエキゾーストガス冷却構造。
【請求項５】
上記触媒までの距離が短い排気通路は鋼材で構成されるとともに、上記触媒までの距離が長い排気通路はアルミニウムで構成されている
請求項４記載のエンジンのエキゾーストガス冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各気筒の燃焼室と触媒とを接続する複数の排気通路を備える多気筒エンジンのエキゾーストガス冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンの排気系には排気ガス（エキゾーストガス）を浄化させる触媒が介設されており、排気ガス浄化性能の向上を図るためには上記触媒をエンジンスタート後から短時間で活性化することが望ましい。
【０００３】
このためにはエンジンの排気ポートから排出される排気ガスを可及的保温した状態下において触媒に流入させることが望まれている。
【０００４】
その一方で、エンジン温間時には、触媒の温度が上がり過ぎると触媒の劣化等の悪影響を及ぼすという問題があった。そこで、近年では、各気筒の燃焼室と触媒とを接続する排気通路において、例えば特許文献１に開示されているような排気ポートや排気マニホールドを水冷とし、これによって排気温度の上昇を抑制することが行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５２５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エンジン冷間時には、エンジン温間時とは逆に、触媒の温度を活性温度まで早期に上昇させるべく燃焼室から排出された排気ガスを高温のまま触媒に流入させる必要がある。従って、エンジン温間時を考慮して排気温度の上昇を抑制する上述の構成は、エンジン冷間時においても排気ガスの温度を下げてしまうことになり、かえってエンジン冷間時における触媒の活性化、つまり早期暖機を妨げることになってしまう。
【０００７】
この発明は、エンジン温間時における触媒の加熱抑制と、エンジン冷間時における触媒の早期暖機とを両立させることができるエンジンのエキゾーストガス冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のエンジンのエキゾーストガス冷却構造は、各気筒の燃焼室と触媒とを接続する複数の排気通路を備える多気筒エンジンのエキゾーストガス冷却構造であって、上記複数の排気通路のうち、上記燃焼室から触媒までの距離が短い排気通路は、上記触媒までの距離が長い排気通路に比べて放熱効率が低く構成されているものである。
【０００９】
この構成によれば、触媒までの距離が短く、元々熱が奪われにくい排気通路側の排気ガスに対し、その温度を下げずに触媒に流入させることができる。このため、エンジン冷間時における触媒の早期暖機が可能になる。
【００１０】
さらに、触媒までの距離が長く、元々熱が奪われ易い排気通路の排気ガスに対しては、放熱効率を高く設定することで、その熱を効果的に奪い、触媒に低温の排気ガスを流入させることができる。このため、エンジン温間時における触媒の過剰な加熱を抑制することができる。
【００１１】
この発明の一実施態様においては、上記排気通路が、気筒列方向に延びるとともに、各気筒から排出されるガスをその一端側で集合させる集合部を備えており、該集合部には、上記触媒が接続され、上記触媒までの距離が長い排気通路を車両前方側に配置する一方、上記触媒までの距離が短い排気通路を車両後方側に配置したものである。
【００１２】
この構成によれば、触媒までの距離が長い排気通路を車両前側に配置することで、車両走行時に発生する走行風を利用して、上記排気通路から排出される排気の冷却効果を増大させることができる。一方、触媒までの距離が短い排気ポートを車両後側に配置することで、走行風の影響を受けることなく排気を高温のまま触媒に流入させることができる。
【００１３】
この発明の一実施態様においては、上記触媒までの距離が長い排気通路を水冷としたものである。
【００１４】
この構成によれば、エンジン温間時において排気ガスを効果的に冷却することができる。
【００１５】
この発明の一実施態様においては、上記触媒までの距離が短い排気通路が、上記触媒までの距離が長い排気通路に比べて熱伝導率の低い材質で構成されているものである。
【００１６】
この構成によれば、触媒までの距離が短い排気通路の熱伝導率を低くすることで、高温の排気ガスをその温度を下げずに触媒に流入させることができる。このため、エンジン冷間時における触媒の早期暖機が可能になる。
【００１７】
さらに、触媒までの距離が長い排気通路の熱伝導率を高くすることで、排気ガスの熱が奪われ易くなり、触媒に低温の排気ガスを流入させることができる。このため、エンジン温間時における触媒の過剰な加熱を抑制することができる。
【００１８】
この発明の一実施態様においては、上記触媒までの距離が短い排気通路が鋼材で構成されるとともに、上記触媒までの距離が長い排気通路はアルミニウムで構成されているものである。
【００１９】
この構成によれば、エンジン温間時における触媒の加熱抑制の効果と、エンジン冷間時における触媒の早期暖機の効果とを良好に発揮できる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、触媒までの距離が短く、元々熱が奪われにくい排気通路側の排気ガスに対し、その温度を下げずに触媒に流入させることができるため、エンジン冷間時における触媒の早期暖機が可能になる。
【００２１】
さらに、触媒までの距離が長く、元々熱が奪われ易い排気通路の排気ガスに対しては、放熱効率を高く設定することで、その熱を効果的に奪い、触媒に低温の排気ガスを流入させることができる。このため、エンジン温間時における触媒の過剰な加熱を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。  
図面はエンジンのエキゾーストガス冷却構造を示すが、まず、図１、図２、図３を参照してエンジンおよびその配設構造について説明する。なお、この実施形態においては、エンジンとしてロータリエンジンを用いている。また、図中において矢印（Ｆ）は車両前方、矢印（Ｒ）は車両後方を示す。
【００２３】
図１はロータリエンジンの側面図、図２はその正面図、図３はパワートレインおよび排気系を斜め下方から見た状態で示す概略斜視図であって、このロータリエンジン１は、図１に示すように、フロントサイドハウジング２と、ロータ（不図示）を内蔵したロータハウジング３（詳しくはフロントロータハウジング）と、インタミディエイトサイドハウジング４と、ロータ（不図示）を内蔵したロータハウジング５（詳しくはリヤロータハウジング）と、リヤサイドハウジング６とを有し、これらの各ハウジング２、３、４、５、６を複数のテンションボルト７を用いて一体的に締結固定している。  
この場合、上述のテンションボルト７をリヤ側からフロントサイドハウジング２に締結して、各ハウジング２〜６を一体的に固定するものである。
【００２４】
図１に示すように、上述のロータリエンジン１はその気筒内の燃焼室１ａ、１ｂ（ロータハウジング３、５参照）が車両前後方向に配列されるように、エンジンルーム内に配設されている。つまり、ロータリエンジン１をエンジンルーム内に縦置き配置したものである。なお、本実施形態では、２ロータ構造のロータリエンジン１を例示したが、これは３ロータ構造のロータリエンジンであってもよく、また多気筒ロータリエンジンであってもよい。
【００２５】
上述のロータリエンジン１の一方側（本実施形態では車両右方側）下部には、前後両端に注水パイプ８Ａ、排水パイプ８Ｂを取付けたウォータジャケット９が配設されている。そして、図２に示すように、フランジ部１０及びウォータジャケット９を介して排気マニホールド１１が接続されると共に、この排気マニホールド１１の上部は上部遮熱カバー１２で覆われている。
【００２６】
この遮熱カバー１２は、排気マニホールド１１に沿って配設され、図示しない支持部材を介して排気マニホールド１１に支持されている。
【００２７】
上述のロータリエンジン１の一方側、つまり、排気マニホールド１１を接続した側と同側には、フランジ部１３を介して吸気マニホールド１４が接続されている。本実施形態では、上部遮熱カバー１２が排気マニホールド１１に沿って配設されることで、排気ガスの熱による吸気マニホールド１４等への熱害影響を抑えるように構成されている。
【００２８】
また、フロントサイドハウジング２の前面に設けられたフロントカバー１５の正面側には、図２に示すように、エキセントリックシャフトに連結されたエキセンシャフトプーリ１６を設け、このエキセンシャフトプーリ１６と、ウオータポンプ用のプーリ１７と、オルタネータ用のプーリ１８と、の間に動力伝達ベルト１９を張架している。  
また、上述のエキセントリックシャフトの後端部（リヤ側端部）には、図１に示すように、フライホイール２０を連結している。
【００２９】
さらに、上述のロータリエンジン１の底部には、図１〜図３に示すようにオイルパン２１を取付けている。
【００３０】
ところで、上述の排気マニホールド１１の後端部には、接合フランジ２２が取付けられており、図３に示す接合フランジ２３との接続により排気マニホールド１１が触媒２４に接続され、ひいては、燃焼室１ａ、１ｂ（図１参照）と触媒２４とが接続されている。
【００３１】
本実施形態の排気システムでは、ロータリエンジン１のエンジン本体から排出された排気ガスが、排気マニホールド１１を介して触媒２４に導入され、排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素及び窒素酸化物がこの触媒２４により浄化された後、排気管を介して排出されるように構成されている。
【００３２】
また、この触媒２４の後端部にはサイレンサ２５を接続すると共に、サイレンサ２５を含む排気系をインシュレータ２６で覆って熱害防止を図るように構成している。なお、図３において、上述のロータリエンジン１の後部に位置する部材２７は、トランスミッションであり、ロータリエンジン１とトランスミッション２７との両者でパワートレインを構成している。
【００３３】
次に、図４、図５をさらに参照して、エンジンのエキゾーストガス冷却構造について説明する。図４は図１の要部拡大平面図、図５は図４の水平断面図である。
【００３４】
排気マニホールド１１の基端部１１ａは、図４、図５に示すように、ウォータジャケット９内に形成された前側排気ポート９ａ、９ｂ（以下、単に排気ポート９ａ、９ｂと略記する）、後側排気ポート２８（以下、単に排気ポート２８と略記する）に連通接続されており、この排気マニホールド１１はロータリエンジン１の一方側において車両の前後方向、即ちここでは気筒列方向に延設されている。
【００３５】
排気マニホールド１１には、各気筒（排気ポート９ａ、９ｂ、２８）から排出される排気ガスを一端側（後側）で集合させる集合部１１ｂが形成されており、この集合部１１ｂが触媒２４（図３参照）に接続されている。
【００３６】
このため、本実施形態では、排気マニホールドの集合部を基端部の気筒列方向中央部に形成する場合とは異なり、排気ポート９ａ、９ｂを含む前側の排気通路については、燃焼室１ａ、１ｂから触媒２４までの距離が長く、排気ポート２８を含む後側の排気通路については、燃焼室１ａ、１ｂから触媒２４までの距離が短くなっている。
【００３７】
ウォータジャケット９には、図４に示すように、触媒２４から遠い車両前側のフロントサイドハウジング２とインタミディエイトサイドハウジング４とに対応する位置に排気ポート９ａ、９ｂが形成されている。そして、この排気ポート９ａ、９ｂは、図５に示すように、排気マニホールド１１の基端部１１ａの前部に連通している。
【００３８】
また、ウォータジャケット９には、上述した排気ポート９ａ、９ｂの周囲を囲むようにして、図５に示すような冷却水通路９ｃが形成されている。冷却水通路９ｃは、排気ポート９ａ、９ｂの周囲を囲む部位同士が連通しており、前部が冷却水の注水パイプ８Ａに連通し、後部が排水パイプ８Ｂに連通している。
【００３９】
注水パイプ８Ａ、排水パイプ８Ｂは、ロータリエンジン１の周囲に配設された不図示の循環通路にそれぞれ接続され、冷却水はこの循環通路内で熱を奪われ冷却されながら循環するようになっている。
【００４０】
一方、排気ポート２８は、図４に示すように、触媒２４に最も近い車両後側の、リヤサイドハウジング６に対応する位置に配設されており、図５に示すように、排気マニホールド１１の基端部１１ａの後部に連通している。
【００４１】
また、これらウォータジャケット９、排気ポート２８においては、ウォータジャケット９が、相対的に熱伝導率の高いアルミニウムにより構成される一方、排気ポート２８が、相対的に熱伝導率の低い鋼材、例えばＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）で構成されている。
【００４２】
ここで、排気ポート９ａ、９ｂは、排気ポート２８に比べ触媒２４までの距離が長く設定されることで、排気ポート９ａ、９ｂから排出される排気ガス（図５中矢印Ｘ、Ｙで示す）は、排気ポート２８から排出される排気ガス（図５中矢印Ｚで示す）に比べ、排気の熱を交換する部分（排気通路自体が熱交換を行う部分）が多く熱が奪われ易くなっている。
【００４３】
さらに、本実施形態では、排気ポート９ａ、９ｂから排出される排気ガスが、ウォータジャケット９内の冷却水通路９ｃを流れる冷却水により熱を奪われ、特にエンジン温間時においては効果的に冷却されるとともに、ウォータジャケット９が熱伝導率の高いアルミニウムとされていることで、上記排気ガスの熱がより奪われ易くなっている。それ故に排気ポート９ａ、９ｂにおける放熱効率は高く設定されている。
【００４４】
一方、排気ポート２８から排出される排気ガスは、排気ポート２８における熱伝導率が低いために熱が奪われにくく、それ故に放熱効率が低く設定されている。このため、排気ポート２８から排出される排気ガスは、その排気温度を下げずに排気マニホールド１１内に流入させることができるようになっている。
【００４５】
本実施形態では、上述したように、燃焼室１ａ、１ｂから触媒２４までの距離の違いにより放熱効率を異ならせることとし、排気ポート２８の放熱効率を排気ポート９ａ、９ｂに比べて低く設定することで、元々熱が奪われにくい排気ポート２８側の排気ガスに対し、その温度を下げずに触媒２４に流入させることができる。このため、エンジン冷間時における触媒２４の早期暖機が可能になる。
【００４６】
さらに、元々熱が奪われ易い排気ポート９ａ、９ｂの排気ガスに対しては、放熱効率を高く設定することで、その熱を効果的に奪い、触媒２４に低温の排気ガスを流入させることができる。このため、エンジン温間時における触媒２４の過剰な加熱を抑制することができる。
【００４７】
つまり、上述したように、触媒２４までの距離の違いにより放熱効率を異ならせることとし、燃焼室１ａ、１ｂから触媒２４までの距離の短い排気ポート２８の放熱効率を、触媒２４までの距離の長い排気ポート９ａ、９ｂの放熱効率に比べて低く設定することで、エンジン温間時における触媒２４の加熱抑制と、エンジン冷間時における触媒２４の早期暖機とを両立させることが可能になる。
【００４８】
また、図示のように、排気ポート９ａ、９ｂを車両前側に配置することで、車両走行時に発生する走行風（図５中矢印Ｗで示す）を利用して、排気ポート９ａ、９ｂから排出される排気の冷却効果を増大させることができる。
【００４９】
一方、排気ポート２８を車両後側に配置することで、走行風の影響を受けることなく排気を高温のまま触媒２４に流入させることができるため、触媒２４の早期暖機においてより効果的となる。
【００５０】
このように、排気ポート９ａ、９ｂ、２８を車両前後方向に並べて配置する構成は、例えば本実施形態のようにエンジン本体が縦置き配置とされる場合に実現可能となる。
【００５１】
また、ウォータジャケット９、排気ポート２８の材質について、それぞれをアルミニウム、ＳＵＳとする組み合わせにより、上述したエンジン温間時における触媒２４の加熱抑制の効果と、エンジン冷間時における触媒２４の早期暖機の効果とを良好に発揮できる。
【００５２】
なお、図１〜図５に示す実施形態では、触媒２４までの距離に応じて排気ポート９ａ、９ｂ、２８の放熱効率を異ならせることとしたが、本発明は、触媒２４までの距離に応じて排気通路の放熱効率が異なっていればよく、例えば、排気通路を構成する排気マニホールドの放熱効率を異ならせるようにしてもよい。
【００５３】
図６は、本発明の他の実施形態に係る要部水平断面図である。図６に示す実施形態では、排気マニホールド６１が前後に分割されており、前側部材６１ａと後側部材６１ｂとの連結により１つの連続した排気通路が形成されるようになっている。そして、排気ポート７６、７７に対応する前側部材６１ａの部分には、ロータリエンジン５０のハウジング５２〜５６の冷却水通路５１と連通する冷却水通路６１ｃを形成している。
【００５４】
冷却水通路６１ｃには、冷却水通路５１内の冷却水が流入可能となっており、車両前側の排気ポート７６、７７から排出される排気ガスを効果的に冷却することができるようになっている。
【００５５】
さらに、前側部材６１ａと後側部材６１ｂとはそれぞれ材質が異なっており、アルミニウム、ＳＵＳにより構成されている。このため、車両前側の排気ポート７６、７７から排出される排気ガスは、排気マニホールド６１でその熱が奪われ易くなる一方で、車両後側の排気ポート７８から排出される排気ガスは、その温度を下げずに触媒２４（図３参照）に流入するようになっている。
【００５６】
このように、冷却水通路６１ｃの冷却効果と、前側部材６１ａ、後側部材６１ｂの材質の選定とにより、触媒２４までの距離に応じて排気マニホールド６１の放熱効率を異ならせるようにしても、エンジン温間時における触媒２４の加熱抑制と、エンジン冷間時における触媒２４の早期暖機とを両立させることが可能になる。
【００５７】
ところで、上述した各実施形態では、ロータリエンジンの場合を説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、レシプロエンジンであってもよい。なお、レシプロエンジンとした場合であっても、そのエンジン本体をエンジンルーム内に縦置き配置することで、走行風を利用した冷却効果を同様に得ることができる。
【００５８】
また、上述した実施形態では、触媒２４までの距離が長い排気通路の放熱効率を向上させるべく、熱伝導率の高い材質を使用するとともに、水冷により排気ガスの冷却を行うこととしているが、本発明では、必要に応じていずれか一方のみを採用するようにしてもよい。
【００５９】
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の排気通路は、前側排気ポート９ａ、９ｂ、後側排気ポート２８、排気ポート７６、７７、７８、及び排気マニホールド１１、６１に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施形態に係るエンジンのエキゾーストガス冷却構造を備えたロータリエンジンの側面図。
【図２】図１の正面図。
【図３】パワートレインおよび排気系を斜め下方から見た状態で示す概略斜視図。
【図４】図１の要部拡大平面図。
【図５】図４の水平断面図。
【図６】この発明の他の実施形態に係るエンジンのエキゾーストガス冷却構造を備えたロータリエンジンの要部水平断面図。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ、１ｂ…燃焼室
９…ウォータジャケット
９ａ、９ｂ…前側廃棄ポート
１１、６１…排気マニホールド
１１ｂ…集合部
２４…触媒
２８…後側排気ポート
７６、７７、７８…排気ポート
【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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