CN103032144B

CN103032144B - 多汽缸发动机的进排气装置

Info

Publication number: CN103032144B
Application number: CN201210310752.9A
Authority: CN
Inventors: 山口启辅
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: CN103032144A; DE102012014648A1; JP2013072366A; JP5845777B2; US20130074478A1; US9228476B2; DE102012014648B4

Abstract

本发明提供一种多汽缸发动机的进排气装置，所述进排气装置的独立排气通路（52）的下游端形成为越是下游侧流路面积越小的形状，从而通过喷吸效果，在与邻接的其他独立排气通路（52）连接的排气道（18）内生成负压，同时使混合部（56）由从其上游端向下游侧延伸并越是下游侧流路面积越小的缩径部（57）、和从该混合部（56）的下游端向上游侧以大致一定的流路面积延伸的直管部（58）构成。

Description

多汽缸发动机的进排气装置

技术领域

本发明涉及设置在汽车等上的多汽缸发动机的进排气装置。

背景技术

以往，对于汽车等的发动机，进行了以提高发动机输出为目的的进排气装置的开发。

例如，在日本特开2009-97335号公报中，公开了一种具有涡轮增压器的装置，其具备：与各汽缸的排气道连接并相互独立的多个独立通路；设置于涡轮增压器的上游并使这些独立通路集合的混合部；和设置于该混合部上并可变更各独立通路的流路面积的阀。在该装置中，通过所述阀缩小所述独立排气通路的流路面积，以此使处于排气行程的汽缸的排气以较高速从规定的独立通路流入至所述混合部。而且，将生成在该高速的排气的周围的负压作用于所述混合部的其他独立通路，通过所谓喷吸（ejector）效果将该其他独立通路内的排气抽出至下游侧，以此，增加供给至涡轮增压器的气体量，从而提高发动机输出。

如上所述要求提高对于发动机单体的发动机输出，另一方面，在量产车辆等的方面要求抑制因制造偏差等导致的车辆之间的性能偏差使其变小。

发明内容

本发明鉴于上述问题，其目的是提供能够抑制伴随着制造偏差等而引起的性能偏差的多汽缸发动机的进排气装置。

为了解决所述问题，本发明是具有分别形成有进气道及排气道，同时设置有能开闭所述进气道的进气门和能开闭所述排气道的排气门的多个汽缸的多汽缸发动机的进排气装置，具有：与一个汽缸或者排气顺序相互不连续的多个汽缸的排气道分别连接的独立排气通路；为了使通过所述各独立排气通路的排气集合而与该各独立排气通路的下游端连接的混合部；包含能净化已通过该混合部的排气的催化剂主体和容纳该催化剂主体的催化剂箱的催化剂装置；和能驱动所述各汽缸的进气门及排气门的气门驱动装置；所述气门驱动装置将各汽缸的进气门及排气门驱动为至少在发动机的转数低于预先设定的规定的转数且发动机负荷高于预先设定的规定的负荷的低速高负荷区域上，使所述各汽缸的进气门的开阀期间和排气门的开阀期间以规定的重叠期间重复，且对于排气顺序连续的汽缸之间，使一方的汽缸的所述重叠期间与另一方的汽缸的排气门开阀时期重复；所述各独立排气通路中与排气顺序连续的汽缸连接的独立排气通路在相互邻接的位置上与所述混合部连接；所述各独立排气通路的下游端具有越是下游侧流路面积越小的形状，从而随着排气从各汽缸的排气道通过该独立排气通路的下游端排出至所述混合部，通过喷吸效果，在与邻接的其他独立排气通路连接的排气道内生成负压；所述混合部具有从该混合部的上游端向下游侧延伸并且越是下游侧流路面积越小的缩径部、和从该混合部的下游端向上游侧以大致一定的流路面积延伸的直管部。

根据本装置，至少在低速高负荷区域上增大汽缸内的新气量，从而可以提高发动机输出，同时可以抑制在装置间甚至是在安装该装置的车辆之间产生的所述发动机输出提高效果的偏差使其变小。

具体地，在该装置中，各独立排气通路的下游端的流路面积设定为越是下游侧越小。因此，可以将排气从各独立排气通路以高速流入至混合部中，借助于此可以得到有效的喷吸效果。即，可以在规定的排气道中生成高的负压。而且，该装置配置为在低速高负荷区域，在规定的汽缸的重叠期间中其他汽缸的排气门开阀。因此，在低速高负荷区域，可以将通过从其他汽缸中排出的排气而产生的高的负压作用于重叠期间中的汽缸的排气道，通过该负压促进重叠期间中的扫气，可以增大汽缸内的新气量。

尤其是，在该装置中，混合部的上游端部分成为越是下游侧流路面积越小的缩径部。因此，可以将从各独立排气通路以高速流入至混合部的排气在维持其速度的状态下，或者使其加速地流过。在这里，在流过混合部的排气的周围生成的负压在排气的速度越快时越高。因此，在该装置中，可以进一步提高在流过混合部的排气的周围生成的负压甚至是作用于重叠期间中的汽缸的排气道的负压，可以进一步提高扫气促进效果。

在这里，为了使排气以高速流过混合部内，如前文所述，优选地，将从混合部的上游端向下游侧延伸的部分的流路面积设定为越是下游侧越小，例如考虑使整个混合部的流路面积随着靠近下游而逐步地变小，从而使排气的速度随着靠近下游而逐步地提高。或者是，可以考虑仅将从混合部的上游端起规定长度的部分随着靠近下游减小流路面积之后，再次随着靠近下游将流路面积逐步地扩大，从而在混合部的下游侧部分形成所谓的扩散筒（diffuser）。但是，这样在混合部的下游端附近流路面积发生变化（随着靠近下游而逐步地变小或者随着靠近下游逐步地变大）的结构中，混合部的下游端附近的排气的速度根据上下游方向的位置而变得不同。因此，因制造偏差而导致混合部的长度即混合部的下游端的位置产生偏差时，存在混合部的下游端的排气的速度甚至是通过该排气生成的负压的大小产生偏差的问题。

相对于此，在本装置中，混合部的下游端为以大致一定的流路面积延伸的直管部。为此，即使混合部的长度即混合部的下游端的位置在上下游方向上发生变化，也维持一定的混合部的下游端的流路面积。因此，可以维持一定的所述负压的大小、甚至是发动机输出提高效果。

在本发明中，优选地，所述直管部从所述缩径部的下游端起以与该下游端的流路面积大致相同的面积延伸至所述混合部的下游端。

在该结构中，混合部仅由缩径部和直管部构成。因此，可以缩短混合部的长度，可以使装置小型化。又，由于从汽缸至催化剂装置的距离变短，因此可以提高流入至催化剂装置的排气的温度，实现催化剂主体的早期活性化，同时可以进一步确实地维持催化剂主体的活性。

又，在该结构中，从流路面积最小且在与上下游方向正交的断面方向上的排气的分布变得更均匀的缩径部的下游端，流速变低且排气容易扩散至所述断面方向、即排气分布容易变得均匀的直管部向下游侧延伸，并该直管部的下游端与催化剂装置连接。因此，可以在催化剂主体的断面方向上更均匀地导入排气，可以在催化剂主体中有效地净化排气。

又，优选地，在所述结构中还具备具有与从所述各汽缸排出的排气接触的接触部且同时能检测所述排气的氧浓度的氧浓度检测装置，所述氧浓度检测装置的接触部配置在作为所述催化剂箱的内侧的相对于所述混合部位于下游侧且相对于所述催化剂主体位于上游侧的部分上。

如前文所述，根据所述结构，在设置于混合部的下游端的直管部中，可以使排气在与上下游方向正交的方向上扩散。为此，如果在该混合部的正下方、即相对于混合部位于下游侧且相对于所述催化剂主体位于上游侧的位置上配置氧浓度检测装置的接触部，则可以检测变得更均匀化的排气的浓度，可以提高氧浓度的检测精度。

又，在本发明中，优选地，具有作为与所述催化剂箱一体形成的筒状构件、从所述催化剂箱的上游端延伸至所述混合部的上游端并与该混合部的上游端连接的外筒，所述混合部容纳在所述外筒的内侧。

这样，可以提高设置有混合部的部分的刚性。

如以上所述，根据本发明，可以抑制伴随着制造偏差等而引起的发动机输出偏差。

附图说明

图1是根据本发明的实施形态的多汽缸发动机的进排气装置的概略结构图；

图2是示出图1所示的装置的一部分的概略剖视图；

图3是图2的III-III剖视图；

图4是用于说明进气门及排气门的气门正时的图；

图5是用于说明根据本发明的实施形态的进气门及排气门的开阀时期及闭阀时期的图；

图6是根据本发明的比较例的排气系统的剖视图；

图7是示出混合管的长度和负压之间的关系的图表；

图8中，图8（a）是示出在图7所示的图表中混合管的长度L为L2以上、不到L3的情况下的结构的图；图8（b）是示出在图7所示的图表中混合管的长度L为L1以上、不到L2的情况下的结构的图；图8（c）是示出在图7所示的图表中混合管的长度L为不到L1的情况下的结构的图；

图9中，图9（a）是示出根据图1所示的实施形态的混合管附近的排气的速度分布的图；图9（b）是示出根据图6所示的比较例的混合管附近的排气的速度分布的图；

图10是示出根据其他实施形态的多汽缸发动机的进排气装置的一部分的概略剖视图；

图11是示出图10所示的装置的混合管的长度和负压之间的关系的图表；

图12是示出根据其他实施形态的多汽缸发动机的进排气装置的一部分的概略剖视图。

具体实施方式

参照附图说明根据本发明的多汽缸发动机的进排气装置的实施形态。

图1是多汽缸发动机的进排气装置100的概略结构图。图2是示出多汽缸发动机的进排气装置100的排气侧部分的概略剖视图。图3是图2的III-III线剖视图。

多汽缸发动机的进排气装置100具有：具有汽缸盖9及汽缸体的发动机主体1；控制发动机用的ECU（EngineControlUnit）2；与发动机主体1连接的多个进气管3；与发动机主体1连接的排气歧管5；与排气歧管5连接的催化剂装置6。

（1）发动机主体1和进气管3的结构

说明发动机主体1和进气管3的结构。

在汽缸盖9及汽缸体的内部形成有分别嵌插有活塞的多个汽缸12。在本实施形态中，发动机主体1是直列四汽缸的发动机，在汽缸盖9及汽缸体的内部以直列排列的状态形成有四个汽缸12。具体地，从图1的右侧起依次形成有第一汽缸12a、第二汽缸12b、第三汽缸12c、第四汽缸12d。在汽缸盖9上，设置有分别面向在活塞的上方划分的燃烧室内的火花塞15。

发动机主体1是四冲程发动机，如图4所示，发动机主体1形成为在各汽缸12a～12d中，在每错开180°CA（曲轴角，CrankAngle）的正时通过所述火花塞15进行点火，从而进气行程、压缩行程、膨胀行程、排气行程分别每错开180°CA的结构。在本实施形态中，以第一汽缸12a→第三汽缸12c→第四汽缸12d→第二汽缸12b的顺序进行点火，并按照该顺序实施排气行程等。

在各汽缸12的上部设置有分别向各燃烧室开口的两个进气道17及两个排气道18。进气道17用于将进气导入至各汽缸12内。排气道18用于排出各汽缸12内的排气。在各进气道17上设置有开闭这些进气道17以连通或阻断进气道17与汽缸12内部的进气门19。在各排气道18上设置有开闭这些排气道18以连通或阻断这些排气道18与汽缸12内部的排气门20。进气门19通过进气门驱动机构（气门驱动装置）30驱动，从而以规定的正时开闭进气道17。又，排气门20通过排气门驱动机构（气门驱动装置）40驱动，从而以规定的正时开闭排气道18。

进气门驱动机构30具有与进气门19连接的进气凸轮轴31和进气VVT（可变气门正时，VariableValveTiming）32。进气凸轮轴31通过众所周知的链条/链轮机构等的动力传递机构与曲轴连接，伴随着曲轴的旋转而旋转，开闭驱动进气门19。

进气VVT32用于变更进气门19的气门正时。该进气VVT32变更与进气凸轮轴31同轴配置并通过曲轴直接驱动的规定的从动轴和进气凸轮轴31之间的相位差，以此变更曲轴和所述进气凸轮轴31之间的相位差，从而变更进气门19的气门正时。作为进气VVT32的具体结构，例如可以例举：在从动轴和进气凸轮轴31之间具有在周方向上排列的多个液室，在这些液室之间具有通过设置压力差以变更相位差的液压式机构及设置在从动轴和进气凸轮轴31之间的电磁石，通过向电磁石赋予电力而变更所述相位差的电磁式机构等。进气VVT32根据用ECU2计算出的进气门19的目标气门正时变更所述相位差。

排气门驱动机构40具有与进气门驱动机构30相同的结构。即，排气门驱动机构40具有：与排气门20及曲轴连接的排气凸轮轴41；和通过变更该排气凸轮轴41和曲轴之间的相位差，以此变更排气门20的气门正时的排气VVT42。排气VVT42根据用ECU2计算出的排气门20的目标气门正时变更相位差。而且，排气凸轮轴41在该相位差下伴随着曲轴的旋转而旋转，从而以目标气门正时开闭驱动排气门20。

另外，在本实施形态中，进气VVT32及排气VVT42分别将进气门19及排气门20的开阀期间及升程量（即气门升程，valveprofile）保持一定的状态下，分别变更进气门19及排气门20的开阀时期和闭阀时期。

各汽缸12的进气道17在其上游侧分别与进气管3连接。具体地，进气管3与汽缸数相对应地设置有四个，设置在各汽缸12上的两个进气道17与一个进气管3连接。

（2）排气歧管5的结构

排气歧管5从上游依次具备三个独立排气通路52、混合管（混合部）56和外筒70。混合管56由相互同轴配置的缩径部57和直部（直管部）58构成。缩径部57从混合部56的上游端延伸至下游侧。直部58从缩径部57的下游端延伸至混合部56的下游端。

各独立排气通路52与各汽缸12的排气道18连接。具体地，第一汽缸12a的排气道18和第四汽缸12d的排气道18分别个别地与独立排气通路52a、52d连接。另一方面，排气行程不挨着的排气顺序不连续的第二汽缸12b和第三汽缸12c的排气道18，由于不会同时从这些各汽缸排出排气，因此从简化结构的观点考虑，连接在一个独立排气通路52b上。更详细地，与第二汽缸12b和第三汽缸12c的排气道18连接的独立排气通路52b形成为在其上游侧分叉，其一方与第二汽缸12b的排气道18连接，另一方与第三汽缸12c的排气道18连接。在本实施形态中，与第二汽缸12b及第三汽缸12c的排气道18对应的独立排气通路52从这些汽缸12b、12c的中央部分，即、从发动机主体1的大致中央部分的附近大致直线状延伸，与其他汽缸12a、12d的排气道18对应的独立排气通路52从对应的各排气道18的附近向着对应于第二汽缸12b及第三汽缸12c的独立排气通路52弯曲并延伸。

这些独立排气通路52相互独立，从第二汽缸12b或第三汽缸12c中排出的排气、从第一汽缸12a中排出的排气、和从第四汽缸12d中排出排气相互独立地通过各独立排气通路52内而流过。已通过各独立排气通路52的排气流入至混合管56。

各独立排气通路52及混合管56呈现出随着排气以高速从各独立排气通路52流入至混合管56内，通过产生在该高速的排气的周围的负压作用（喷吸效果），不仅在相邻的其他独立排气通路52内，而且在与该独立排气通路52连通的排气道18内能够生成负压的形状。

具体地，在各独立排气通路52的下游端，各独立排气通路52的下游端的流路面积设定为越靠近下游越小，从而使排气随着靠近下游而加速。在本实施形态中，如图3所示，各独立排气通路52随着从具有大致椭圆形断面的上游侧部分靠近下游而使其断面面积逐步缩小，在其下游端变成成为上游侧部分的椭圆形断面面积的约1/3的扇形。而且，这些独立排气通路52集合以使构成扇形的各下游端相邻且整体形成大致圆形截面并与混合管56连接。

在各独立排气通路52的下游端即混合管56的上游端附近，混合管56的上游侧部分的流路面积设定为越靠近下游侧越小，从而不会降低从各独立排气通路52喷出的排气的速度，使排气以高速通过混合管56。即，混合管56的缩径部57的流路面积设定为越靠近下游侧越小。

在本实施形态中，缩径部57呈现出在其上游端以具有一定的流路面积延伸后，随着靠近下游流路面积逐步地缩小的形状。又，在本实施形态中，缩径部57的上游端呈现出圆筒状，缩径部57的下游侧部分呈现出与圆筒状的上游端部分以同轴延伸的圆锥台形状。

以高速通过独立排气通路52及混合管56的缩径部57的排气流入至从缩径部57的下游端延伸的直部58。

直部58的流路面积设定为在整个上下游方向上是一定的。直部58的流路面积与缩径部57的下游端的流路面积相同，直部58呈现出从缩径部57的下游端延续，又与缩径部57同轴且向下游侧延伸的圆筒状。在本实施形态中，直部58和缩径部57一体地形成。

外筒70是管状构件。在外筒70的内侧容纳有混合管56。外筒70与混合管56的上游端连接，并从该混合管56的上游端延伸至下游端。这样，在排气歧管5中配置有混合部56的部分是由混合管56和外筒70构成的二重管结构。通过设置成二重管结构，以此使该排气歧管5中配置有混合管56的部分维持高的刚性。

外筒70以其内周面接触到混合管56的上游端的圆筒状部分的外周面的状态与混合管56同轴延伸。外筒70以一定的断面面积延伸，在混合管56的下游侧部分，外筒70的内周面从混合管56的外周面向外侧分离。在本实施形态中外筒70是圆管。

（3）催化剂装置6的结构

催化剂装置6是用于净化从发动机主体1排出的排气的装置。催化剂装置6具备净化排气的三元催化剂等的催化剂主体64和容纳该催化剂主体64的催化剂箱62。催化剂主体64同轴容纳于催化剂箱62。在本实施形态中，催化剂箱62呈现出在上下游方向上延伸的大致圆筒状。催化剂主体64呈现出在上下游方向上延伸的大致圆柱状。

催化剂箱62和外筒70形成为一体，催化剂箱62从外筒70的下游端起与该下游端连续地向下游侧延伸。具体地，催化剂箱62从外筒70的下游端起以与该下游端相同的断面面积延伸规定量后，以大于外筒70的下游端的断面面积的断面面积延伸规定量，之后，以与上游端的断面面积大致相同的断面面积延伸至下游端。

如前面所述，外筒70在混合管56的下游侧部分，外筒70的内周面从混合管56的外周面向外侧分离。因此，催化剂箱62的上游端的内周面也在相对于混合管56的径向外侧的位置上向下游侧延伸。

催化剂主体64在催化剂箱62的大致中央部分，容纳在设定成大断面面积的部分中。因此，在催化剂箱62的上游端形成有规定的空间。从混合管56排出的排气流入至催化剂箱62的上游端的空间内后，流入至催化剂主体64。

催化剂箱62中安装有用于检测排气的氧浓度的O₂传感器（氧浓度检测装置）66。O₂传感器66在前端具有与排气接触的接触部66a，通过该接触部66a和排气相接触，以此检测氧浓度。O₂传感器66在该接触部66a位于形成在催化剂箱62的上游端的空间的状态下被固定。即，接触部66a配置在作为催化剂箱62的内侧的相对于混合管56位于下游侧且相对于催化剂主体64位于上游侧的部分。在本实施形态中，接触部66a在从上下游方向上观察时配置在与混合管56的下游端的内周面一致的附近。

（4）控制内容

接着，说明通过ECU2进行的控制内容。

ECU2可以控制进气门19、排气门20的气门正时。ECU2根据来自各种传感器的信号运算当前的运行条件，同时根据该运行条件控制进气门19、排气门20的气门正时以使其成为预先存储的目标气门正时。

进气门19及排气门20的目标气门正时为，在整个运行区域中，排气门20的开阀期间和进气门19的开阀期间夹着进气上死点（TDC）重叠，且，排气门20设定为在其他汽缸12的重叠期间T_O/L中开始开阀。具体地，如图4所示，设定为在第一汽缸12a的进气门19和排气门20重叠的期间中第三汽缸12c的排气门20开阀，第三汽缸12c的进气门19和排气门20重叠的期间中第四汽缸12d的排气门20开阀，第四汽缸12d的进气门19和排气门20重叠的期间中第二汽缸12b的排气门20开阀，第二汽缸12b的进气门19和排气门20重叠的期间中第一汽缸12a的排气门20开阀。

另外，在本装置中，进气门19及排气门20的开阀时期、闭阀时期分别是指如图5所示的，在各气门的升程曲线中气门的升程急剧上升或下降的时期，例如是指0.4mm升程的时期。

（5）作用效果

如以上所构成的本装置100中，规定的汽缸12（以下，适当称为排气行程汽缸12）的排气门20开阀时，排气从该汽缸12以高速排出至对应的排气道18及独立排气通路52。尤其是，在排气门20的开阀开始后紧接着从汽缸12非常高速地排出排气（所谓的排空气体，blowdowngas）。

如前面所述，独立排气通络52及混合管56形成为从规定的独立排气通路52将排气以高速喷出至混合管56，与此相伴，由于喷吸效果，不仅在其他独立排气通路52内，而且在与该其他独立排气通路52连通的排气道18内也生成负压的结构。而且，设定为在规定的汽缸12（进气行程汽缸）的重叠期间中，使排气顺序设定在该进气行程汽缸12的一个之后的其他汽缸12（排气行程汽缸）的排气门20开阀。

因此，随着排气行程汽缸12的排气门20开阀而排空气体从该排气行程汽缸12通过独立排气通路52以高速喷出至混合管56，在重叠期间中的进气行程汽缸12的排气道18内生成负压。其结果是，重叠期间中的进气行程汽缸12内的残留气体向下游侧吸出，从而促进进气行程汽缸12的扫气。而且，进气行程汽缸12的新气量增多，从而实现高的发动机输出。尤其是，在本实施形态中，各独立排气通路52在相互相邻的状态下与混合管56连接。因此，在从规定的独立排气通路52中排出的排气的周围生成的负压有效地作用于其他独立排气通路52，并发挥高的扫气促进效果，即、高的发动机输出增大效果。

在这里，为了通过有效发挥喷吸效果以使在规定的排气道18内生成高负压，作为使从各独立排气通路52喷出至混合管56内的排气维持高速度下流过的结构，如前面所述，可以设定为使混合管56的上游侧部分的流路面积越是向下游侧越小。因此，例如，作为混合管56，考虑使用省略直部58而仅由缩径部57构成的混合管。又，如图6所示的比较例，考虑在混合管56上除了设置缩径部57和直部58之外还设置扩散筒部59。扩散筒部59从直部58的下游端与直部58同轴地向下游侧延伸，其流路面积具有随着向下游靠近而逐步地扩大的形状。图6中所示的比较例中省略外筒70。

但是，本发明人等经过锐意研究，结果发现如果将混合管56仅由随着靠近下游而流路面积逐步变小的缩径部57构成，或者形成为比较例的结构，则由于混合管56的制造偏差而产生在排气道18内生成的负压的大小的偏差，甚至发动机输出的偏差变大。

图7中示出关于混合管56的结构和在排气道18内生成的负压调查的结果。图7是示出对于图6所示的比较例的混合管56的结构，从下游侧切断混合管56，使混合管56的下游端的位置及与该下游端连接的催化剂装置6的位置向上游侧变化时的排气道18内的负压的变化。在图7中，横轴是混合管56的长度L（参照图8（a）～（c）），纵轴是排气道18内的负压。

在图7中，第三基准长度L3是比较例的混合管56的长度。第二基准长度L2是从比较例的混合管56的上游端至扩散筒部59的上游端，即直部58的下游端的长度。第一基准长度L1是从比较例的混合管56的上游端至直部58的上游端，即缩径部57的下游端的长度。

因此，在图7中混合管长度L为L2以上、不到L3的条件下，如图8（a）所示，混合管56由从上游依次配置的缩径部57、直部58、和随着靠近下游流路面积逐步变大的扩散筒部59构成，混合管56的下游端附近的流路面积随着靠近下游逐步地变大。另外，在该条件下，混合管长度L之差是扩散筒部59的长度之差。

又，在图7中混合管长度L为L1以上、不到L2的条件下，如图8（b）所示，混合管56由从上游依次配置的缩径部57、在上下游方向上流入面积一定的直部58构成，混合管56的下游端附近的流路面积在上下游方向上是一定的。另外，在该条件下，混合管长度L之差是直部58的长度之差。

在图7中混合管长度L为不到L1的条件下，如图8（c）所示，混合管56仅由随着靠近下游流路面积逐步变小的缩径部57构成，混合管56的下游端附近的流路面积随着靠近下游逐步地变小。另外，在该条件下，混合管长度L之差是缩径部57的长度之差。

该图7所示，在混合管长度L为L2以上、不到L3且随着靠近下游混合管56的下游端附近的流路面积逐步变大的结构中，或者在混合管长度L为不到L1且随着靠近下游混合管56的下游端附近的流路面积逐步变小的结构中，相对于混合管长度L的变化，排气道18内的负压的变化幅度大。考虑在这是因为在这些混合管56的下游端附近的流路面积发生变化的结构中，由于该下游端附近的上下游位置而使排气的速度变得不同，因此通过混合管长度L的变化使通过混合管56的下游端即混合管56的排气的速度发生变化。因此，在混合管56仅由随着靠近下游流路面积逐步变小的缩径部57构成，或者，在如比较例那样混合管56的下游端附近的流路面积随着靠近下游而逐步扩大地构成的情况下，相对于因制造偏差而导致的混合管长度L的偏差，排气道18内的负压的偏差变大。即、由零件的个体差异导致的混合管长度L的小的差异，较大影响到排气道18内产生的负压。

另一方面，在混合管长度L为L1以上、不到L2且混合管56的下游端附近的流路面积一定的结构中，即使混合管长度L发生变化，排气道18内的负压也基本上不变化。即、由零件的个体差异导致的混合管长度L的小的差异，不会影响到排气道18内产生的负压。

因此，在由混合管56、缩径部57、在上下游方向上流路面积一定的直部58构成的本装置100中，相对于因制造偏差而引起的混合管长度L的偏差，可以抑制排气道18内的负压的偏差使其变小。在这里，作为所述制造偏差，具有制造混合管56时产生的偏差、伴随着将混合管56安装在独立排气通路52及催化剂装置6中时与这些部件的大小匹配地切断混合管56的下游端从而变更混合管长度而存在的偏差。

又，将针对图6所示的比较例和本装置调查的排气的流动的结果在图9（a）及图9（b）中示出。图9（a）为本装置100的结果，图9（b）为比较例的结果。在图9（a）及图9（b）中，用颜色的深浅和箭头的长度来表示流速，基本上颜色深的部分流速快。

如图9（b）所示，在混合管56的下游端形成为扩散筒部59的比较例中，排气的分布为在缩径部57的下游端处在断面方向上暂且接近均匀的分布。但是，在该比较例中，设置有扩散筒部59，由此在缩径部57的下游的直部58上，排气的速度没有降低，排气没有向断面方向扩散地流过。而且，排气以贴合在在扩散筒部59的内周面中的排出的独立排气通路52侧的面上的状态下流到混合管56的下游端，在混合管56的下游端、即催化剂装置6的上游端上，排气的混合管56的断面方向的分布变得不均匀。

另一方面，如图9（a）所示，在将混合管56的下游端形成为直部58的本装置100中，在直部58中，排气的速度降低，因此排气在该直部58中向断面方向扩散。随之，在混合管56的下游端、即催化剂装置6的上游端，排气的混合管56的断面方向的分布与图9（b）所示的比较例的情况相比变得更均匀。

这样，在本装置100中，在催化剂装置6的上游端，可以使排气的分布变得均匀。因此，可以均匀地将排气导入至催化剂主体64，可以在催化剂主体64中有效地净化排气。

此外，在本装置100中，在作为催化剂装置6的上游端的排气均匀地流过的部分上配置有O₂传感器66的接触部66a。因此，可以通过O₂传感器以更高的精度检测氧浓度。

尤其是，在本装置100中，外筒70及与外筒70连续设置的催化剂箱62的上游端在从混合管56向外侧分离的位置上延伸。因此，与催化剂箱62从混合管56的下游端连续地向下游侧延伸的情况相比，抑制了从混合管56排出至催化剂装置6的上游端的排气在催化剂箱62的内周面上的附着，从而在该上游端排气的分布变得更均匀。

（6）其他实施形态

在这里，如图7所示，如果在直部58的下游侧设置扩散筒部59，则可以使排气道18内的负压变得更大。于是，为了在增大负压的同时抑制因制造偏差而引起的性能偏差，如图10所示，也可以在扩散筒部59的下游侧设置以一定的流路面积延伸的下游侧直部258。

在图11中示出将在比较例的扩散筒部59的下游侧上设置下游侧直部258的情况下的混合管长度L和负压之间的关系的调查结果添加在图7中的图表。在该图11中，混合管长度L为L3以上的结果是在扩散筒部59的下游侧设置有下游侧直部258的情况下的结果。如该图11所示，即使在扩散筒部59的下游侧上进一步设置下游侧直部258的情况下，也可以抑制相对于混合管长度L的变化的负压的变化幅度使其变小，从而可以抑制因制造偏差引起的性能偏差。又，在该结构中，由于排气通过扩散筒部59以阻力小的状态流到下游侧，因此维持更高的排气的速度。另外，在该结构中，缩径部57和扩散筒部59之间的直部58是也可以省略。

但是，如果增加扩散筒部59及下游侧直部258，则与此相应地混合管56的长度变长。因此，从装置的轻量化、小型化、通过使从汽缸12至催化剂主体64的通路长度变短以促进催化剂的早期活性化及活性维持的观点考虑，优选的是省略扩散筒部59及下游侧直部258。

又，省略前述外筒70，如图12所示，也可以在混合管56的下游端直接连接催化剂箱62。但是，如果用外筒70包围混合管56的周围以使配置混合管56的部分形成为二重管结构，则可以提高该部分的刚度。又，可以抑制排气的温度下降。

在这里，在混合管56的下游端直接连接催化剂箱62的结构中，为了抑制从混合管56排出至催化剂装置6的上游端的排气在催化剂箱62的内周面上的附着以在该上游端上使排气的分布变得更均匀，优选的是使催化剂箱62的上游端的内周面位于比混合管56的下游端更外侧的位置上。例如，如图12所示，将催化剂箱62的上游端形成为锥形形状的情况下，优选的是将锥形角度成为约20度以上。

又，在所述实施形态中，说明了在整个运行区域中，实施使进气门19和排气门20重叠的同时使其他汽缸12的排气门20的开阀开始时期和该重叠期间重复的控制的情况，但是也可以使该控制仅在发动机转数低于规定的转数且发动机的负荷高于预先设定的规定的负荷的低速高负荷等的一部分的区域上实施。即，在发动机转数高的运行区域中，排气流量增大，因此存在通过降低泵损失得到的扫气促进效果高于通过喷吸效果得到的扫气促进效果的情况。因此，在这样的情况下，优选的是控制进气门19和排气门20，从而可以更加提高扫气促进效果。

又，如前文所述，为了降低在发动机转数高的运行区域上的泵损失，配置为设置绕过从各独立排气通路52中流路面积变小的区域至混合管56的下游侧的部分的通路（旁通通路），并将该通路形成为通过使其流路面积一定等且排气阻力不变大的形状，同时在该通路上安装开闭该通路的阀，在所述发动机转数低的运行区域上关闭该阀而使排气仅通过独立排气通路52，同时也可以配置为在发动机转数高的运行区域上打开所述阀而使排气也通过所述旁通通路。

Claims

1.一种多汽缸发动机的进排气装置，具有分别形成有进气道及排气道，同时设置有能开闭所述进气道的进气门和能开闭所述排气道的排气门的多个汽缸，其特征在于，具有：

与各汽缸的排气道个别地连接的独立排气通路或者与排气顺序相互不连续的多个汽缸的排气道分别连接的独立排气通路；

为了使通过所述各独立排气通路的排气集合而与该各独立排气通路的下游端连接的混合部；

包含能净化已通过该混合部的排气的催化剂主体和容纳该催化剂主体的催化剂箱的催化剂装置；和

能驱动所述各汽缸的进气门及排气门的气门驱动装置；

所述气门驱动装置将各汽缸的进气门及排气门驱动为至少在发动机的转数低于预先设定的规定的转数且发动机负荷高于预先设定的规定的负荷的低速高负荷区域上，使所述各汽缸的进气门的开阀期间和排气门的开阀期间以规定的重叠期间重复，且对于排气顺序连续的汽缸之间，使一方的汽缸的所述重叠期间与另一方的汽缸的排气门开阀时期重复；

所述各独立排气通路中与排气顺序连续的汽缸连接的独立排气通路在相互邻接的位置上与所述混合部连接；

所述各独立排气通路的下游端具有越是下游侧流路面积越小的形状，从而随着排气从各汽缸的排气道通过该独立排气通路的下游端排出至所述混合部，通过喷吸效果，在与邻接的其他独立排气通路连接的排气道内生成负压；

所述混合部具有从该混合部的上游端向下游侧延伸并且越是下游侧流路面积越小的缩径部、和从该混合部的下游端向上游侧以大致一定的流路面积延伸的直管部；

所述催化剂箱在所述混合部的下游部分附近从所述混合部向外侧分离的位置向下游侧延伸。

2.根据权利要求1所述的多汽缸发动机的进排气装置，其特征在于，所述直管部从所述缩径部的下游端起以与该下游端的流路面积大致相同的面积延伸至所述混合部的下游端。

3.根据权利要求2所述的多汽缸发动机的进排气装置，其特征在于，

还具备具有与从所述各汽缸排出的排气接触的接触部且同时能检测所述排气的氧浓度的氧浓度检测装置；

所述氧浓度检测装置的接触部配置在作为所述催化剂箱的内侧的相对于所述混合部位于下游侧且相对于所述催化剂主体位于上游侧的部分上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的多汽缸发动机的进排气装置，其特征在于，

具有作为与所述催化剂箱一体形成的筒状构件、从所述催化剂箱的上游端延伸至所述混合部的上游端并与该混合部的上游端连接的外筒；

所述混合部容纳在所述外筒的内侧。