JP2002235540A - 内燃機関の排気マニホルド - Google Patents

内燃機関の排気マニホルド

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気マニホルドにおける気筒間の排気干渉を
抑制して出力を改善すると共に、空燃比センサを各気筒
の排気ガスを均等に検出できる位置に設置可能とする。 【解決手段】 排気マニホールド１０は、各気筒ごとの
複数の排気管１ａ〜１ｄと、集合ケース３とからなる。
各排気管１ａ〜１ｄは、集合ケース３に合流する部分に
おいて、その直上部に直線部４を有する。そして、点火
順序が連続しない気筒どうしの排気管の直線部４をその
中心線Ｃ１，Ｃ２どうしが集合ケース３内あるいはそれ
より下流側で交点Ｇを有するように互いに傾斜させて、
集合ケース３に接続する。そして、空燃比センサ５を、
その検出部５ａが前記交点Ｇ付近に位置するように配置
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の出力性
能と排気性能とを改善する排気マニホルドの形状に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気マニホルドにおいて、各
気筒ごとの複数の排気管を合流させる場合、合流させる
気筒の排気順序や合流させる位置によっては、排気干渉
が起こり、出力が低下する。そこで、例えば第１の従来
例として特開昭５９−１８８０２２号公報では、直列４
気筒の場合に点火順序が連続しない＃１気筒と＃４気
筒、＃２気筒と＃３気筒の排気管を先に合流させてい
る。
【０００３】しかし、近年、内燃機関の排気性能改善の
要求から触媒を排気マニホルド直下に保持することが求
められている。この場合には、内燃機関の排気ポートか
ら触媒までの距離が短くなるため、＃１気筒と＃４気
筒、＃２気筒と＃３気筒を合流してから集合ケースに合
流しようとすると、排気ポート出口のすぐ下流で排気管
を合流させることとなり、排気干渉による出力の低下を
招くという問題点があった。
【０００４】第２の従来例として特開平７−６３０９２
号公報では、マニホルド触媒を２つ用意して、＃１気筒
と＃４気筒、＃２気筒と＃３気筒それぞれ別のマニホル
ド触媒に合流させている。この場合には、排気干渉が少
なく出力の低下はないものの、マニホルド触媒を２つ必
要とするため、コストが増加するという問題点があっ
た。
【０００５】また、排気マニホルドには触媒を有効活用
するために酸素センサに代表される空燃比センサを設置
する必要があり、その際には空燃比センサは各気筒の排
気ガスを均等に検出できる位置に設置することが要求さ
れる。この場合には、排気マニホルド直下に配置される
マニホルド触媒では、各気筒の排気ガスを均等に検出で
きるように空燃比センサを設置することが困難になって
きている。
【０００６】第３の従来例として特開平６−２４１０４
０号公報では、集合ケースを隔壁により２室に分け、＃
１気筒と＃４気筒、＃２気筒と＃３気筒それぞれ各室に
合流させる一方、前記隔壁に連通口を設けて、そこに空
燃比センサを配置している。しかしながら、排気ガスの
流速が高い高負荷条件では排気ガスの主流は連通口側に
はあまり流れずに集合ケースを通過してしまい、空燃比
センサが各気筒の排気ガスを均等に検出することが困難
であるという問題点があった。
【０００７】第４の従来例として特開平１１−１３４６
８号公報では、排気管の途中にリブを設けて排気ガスが
空燃比センサの方を指向するようにしている。しかしな
がら、この場合には排気管の途中にリブが存在するため
に出力が低下するという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点に鑑みたもので、マニホルド触媒を保持する場合で
も、排気干渉を抑制して出力を改善し得る排気マニホル
ドを提供することを目的とする。また本発明は、触媒を
有効活用してエミッションを低減するために、空燃比セ
ンサを各気筒の排気ガスを均等に検出できる位置に設置
可能な排気マニホルドを提供することも目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明では、各気筒ごとの複数の排気管と集合ケースとから
なる内燃機関の排気マニホルドであって、前記各排気管
は、その一端が内燃機関の排気ポートに接続され、他端
が前記集合ケースに接続されるように形成されており、
前記各排気管が前記集合ケースに合流する部分におい
て、前記合流部の直上部が直線部を有し、点火順序が連
続しない気筒どうしの排気管の前記直線部をその中心線
どうしが前記集合ケース内あるいはそれより下流側で交
点を有するように互いに傾斜させて、前記各排気管を前
記集合ケースに接続したことを特徴とする。請求項２の
発明では、請求項１の発明において、点火順序が連続す
る気筒どうしの排気管の前記直線部は、互いに略平行に
することを特徴とする。
【００１０】請求項３の発明では、各気筒ごとの複数の
排気管と集合ケースとからなる内燃機関の排気マニホル
ドであって、前記各排気管は、その一端が内燃機関の排
気ポートに接続され、他端が前記集合ケースに接続され
るように形成されており、前記各排気管が前記集合ケー
スに合流する部分において、前記合流部の直上部が直線
部を有し、点火順序が連続する気筒どうしの排気管の前
記直線部をその中心線どうしが前記集合ケース内あるい
はそれより下流側で交点を有するように互いに傾斜させ
て、前記各排気管を前記集合ケースに接続したことを特
徴とする。請求項４の発明では、請求項１の発明におい
て、点火順序が連続しない気筒どうしの排気管の前記直
線部は、互いに略平行にすることを特徴とする。
【００１１】請求項５の発明では、各気筒ごとの複数の
排気管と集合ケースとからなる内燃機関の排気マニホル
ドであって、前記各排気管は、その一端が内燃機関の排
気ポートに接続され、他端が前記集合ケースに接続され
るように形成されており、前記各排気管が前記集合ケー
スに合流する部分において、前記合流部の直上部が直線
部を有し、全ての気筒の排気管の前記直線部をその中心
線どうしが前記集合ケース内あるいはそれより下流側で
交点を有するように互いに傾斜させて、前記各排気管を
前記集合ケースに接続したことを特徴とする。
【００１２】請求項６の発明では、請求項１〜５の発明
において、前記集合ケース内に配置される空燃比センサ
を、その検出部が前記交点付近に位置するように、配置
したことを特徴とする。請求項７の発明では、請求項６
の発明において、前記交点を持つ前記直線部のうち空燃
比センサに近い方の直線部の中心線に比べ、空燃比セン
サから遠い方の直線部の中心線が、空燃比センサの中心
軸に対し、より垂直に近い角度となるようにしたことを
特徴とする。
【００１３】請求項８の発明では、各気筒ごとの複数の
排気管と集合ケースとからなる内燃機関の排気マニホル
ドであって、前記各排気管は、その一端が内燃機関の排
気ポートに接続され、他端が前記集合ケースに接続され
るように形成されており、前記各排気管が前記集合ケー
スに合流する部分において、前記合流部の直上部が直線
部を有し、全ての気筒の排気管の前記直線部を互いに略
平行にして、前記各排気管を前記集合ケースに接続し、
前記直線部の長さより前記集合ケースの長さを長くした
ことを特徴とする。請求項９の発明では、請求項８の発
明において、前記集合ケース内に配置される空燃比セン
サを、その検出部が前記略平行となる直線部における排
気管断面形状のその投影断面形状内に位置するように、
配置したことを特徴とする。
【００１４】請求項１０の発明では、請求項１〜９の発
明において、前記各排気管と前記集合ケースとの長手方
向での合流位置が各個の排気管で異なることを特徴とす
る。請求項１１の発明では、請求項１０の発明におい
て、前記各排気管と前記集合ケースとの長手方向での合
流位置は、前記集合ケース内に配置される空燃比センサ
に近い排気管の方が、上流位置となることを特徴とす
る。
【００１５】請求項１２の発明では、請求項１〜１１の
発明において、前記複数の排気管の直線部の中心線の中
心となる軸線の垂直面に対して、前記集合ケースの出口
側に接続される触媒の前端面が角度を有することを特徴
とする。請求項１３の発明では、請求項１２の発明にお
いて、前記複数の排気管の直線部の中心線の中心となる
軸線と、前記触媒の中心軸とがオフセットしており、前
記排気管と前記集合ケースとの合流部から前記触媒の前
端面までの距離が長くなるように、前記前端面が角度を
有することを特徴とする。
【００１６】請求項１４の発明では、請求項１〜１３の
発明において、前記各排気管が前記集合ケースに合流す
る部分において、前記各排気管は、互いに略等しい大き
さの略扇形の断面形状をなしていることを特徴とする。
請求項１５の発明では、請求項１４の発明において、前
記直線部の中心線は、前記直線部の略扇形の断面の重心
を流れ方向に貫く線であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、各排気管がそ
れぞれ直線部を有して別々に集合ケースに接続している
ため、各気筒の排気ガスが集合ケースに合流するまで他
の気筒の排気ガスと干渉することがなく、また各気筒の
排気ガスが指向性を持って集合ケース内を流れるので、
排気脈動によって他の気筒の排気管内に逆流する量も少
なくなり、排気干渉を低減することができて、出力を向
上することができる。また、点火順序が連続しない気筒
どうしの排気管の直線部の中心線が互いに傾斜してい
て、下流側で交差するため、点火順序が連続する気筒間
での排気干渉を防止しつつ、集合ケース内で各気筒の排
気ガスをある程度混合してから、触媒へ流入させること
ができる。更に、各気筒の排気ガス濃度を均等に検出で
きるように空燃比センサを配置することが容易となる。
請求項２の発明によれば、点火順序が連続する気筒どう
しの排気管の直線部は互いに略平行にしているので、こ
れらの間での排気干渉を確実に低減できる。
【００１８】請求項３の発明によれば、各排気管がそれ
ぞれ直線部を有して別々に集合ケースに接続しているた
め、各気筒の排気ガスが集合ケースに合流するまで他の
気筒の排気ガスと干渉することがなく、また各気筒の排
気ガスが指向性を持って集合ケース内を流れるので、排
気脈動によって他の気筒の排気管内に逆流する量も少な
くなり、排気干渉を低減することができて、出力を向上
することができる。また、点火順序が連続する気筒どう
しではあるが、一部の排気管の直線部の中心線が互いに
傾斜していて、下流側で交差するため、集合ケース内で
各気筒の排気ガスをある程度混合してから、触媒へ流入
させることができる。更に、各気筒の排気ガス濃度を均
等に検出できるように空燃比センサを配置することが容
易となる。請求項４の発明によれば、点火順序が連続し
ない気筒どうしではあるが、一部の排気管の直線部は互
いに略平行にしているので、これらの間での排気干渉を
低減できる。
【００１９】請求項５の発明によれば、各排気管がそれ
ぞれ直線部を有して別々に集合ケースに接続しているた
め、各気筒の排気ガスが集合ケースに合流するまで他の
気筒の排気ガスと干渉することがなく、また各気筒の排
気ガスが指向性を持って集合ケース内を流れるので、排
気脈動によって他の気筒の排気管内に逆流する量も少な
くなり、排気干渉を低減することができて、出力を向上
することができる。また、全ての気筒の排気管の直線部
の中心線が互いに傾斜していて、下流側で交差するた
め、請求項１、３の発明の場合より、排気干渉を生じる
可能性は高くなるものの、全ての気筒の排気ガスを１点
に合流させることができるので、各気筒の排気ガス濃度
を均等に検出できるように空燃比センサを配置すること
がより容易となる。
【００２０】請求項６の発明によれば、前記交点に空燃
比センサの検出部を位置させることで、空燃比センサに
より各気筒の排気ガス濃度を均等に検出することができ
る。この結果、空燃比を精度良く制御することができる
ため、触媒を有効活用でき、エミッションを低減でき
る。請求項７の発明によれば、前記交点を持つ前記直線
部のうち空燃比センサに近い方の直線部の中心線に比
べ、空燃比センサから遠い方の直線部の中心線が、空燃
比センサの中心軸に対し、より垂直に近い角度となるよ
うにし、言い換えれば、空燃比センサに近い方の直線部
の中心線が、空燃比センサの中心軸に対し、より平行に
近い角度となるようにしたので、高負荷時に空燃比セン
サに近い方の気筒の排気ガスの空燃比センサに対する当
たりが強くなりすぎるのを防ぐことができる。よって、
空燃比センサの熱劣化を防止することができる。その結
果、空燃比センサの経時劣化を低減できるため、より精
度良く空燃比を制御でき、エミッションを低減できる。
【００２１】請求項８の発明によれば、各排気管がそれ
ぞれ直線部を有して別々に集合ケースに接続しているた
め、各気筒の排気ガスが集合ケースに合流するまで他の
気筒の排気ガスと干渉することがなく、また各気筒の排
気ガスが指向性を持って集合ケース内を流れるので、排
気脈動によって他の気筒の排気管内に逆流する量も少な
くなり、排気干渉を低減することができて、出力を向上
することができる。また、全ての気筒の排気管の直線部
が互いに略平行となっているため、集合ケース内での排
気干渉をも更に低減でき、出力性能の更なる向上も期待
できる。この場合、集合ケース内で各気筒の排気ガスを
ある程度混合させる点では、請求項１、３、５の発明よ
り劣るが、集合ケースの長さ（排気管の合流位置から触
媒までの距離）を長くとれるのであれば、問題はない。
【００２２】請求項９記載の発明によれば、略平行とな
る直線部における排気管断面形状のその投影断面形状内
に空燃比センサの検出部を位置させることで、空燃比セ
ンサにより各気筒の排気ガス濃度を均等に検出すること
ができる。この結果、空燃比を精度良く制御することが
できるため、触媒を有効活用でき、エミッションを低減
できる。
【００２３】請求項１０の発明によれば、各排気管と集
合ケースとの長手方向での合流位置が各個の排気管で異
なるようにしたため、排気管を集合ケースに接続する際
のレイアウトの自由度が高くなる。請求項１１の発明に
よれば、各排気管と集合ケースとの長手方向での合流位
置は、空燃比センサに近い排気管の方が、上流位置とな
るようにしているので、空燃比センサに近い排気管から
の排気ガスが空燃比センサに到達するまでに集合ケース
内で広がるため、排気ガスの空燃比センサに対する当た
りが強くなりすぎるのを防ぐことができる。よって、空
燃比センサの熱劣化を防止することができる。その結
果、空燃比センサの経時劣化を低減できるため、より精
度良く空燃比を制御でき、エミッションを低減できる。
【００２４】請求項１２の発明によれば、複数の排気管
の直線部の中心線の中心となる軸線の垂直面に対して、
触媒の前端面が角度を有しているため、排気ガスの流速
が高い高負荷時に排気ガスが触媒の一部に集中して流
れ、触媒が熱劣化するのを防止することができる。その
結果、触媒の経時劣化を低減できるため、触媒のエミッ
ション転化率の低下を防止できる。
【００２５】請求項１３の発明によれば、複数の排気管
の直線部の中心線の中心となる軸線と、触媒の中心軸と
がオフセットしており、排気管と集合ケースとの合流部
から触媒の前端面までの距離が長くなるように、触媒の
前端面が角度を有しているため、排気ガスが触媒内をよ
り均一に流れるようになり、触媒を有効活用してエミッ
ションを低減することができる。
【００２６】請求項１４の発明によれば、各排気管の合
流部での断面形状を互いに略等しい大きさの略扇形とし
たため、板金と溶接によって排気管と集合ケースを結合
することができ、製造コストを低減することができる。
請求項１５の発明によれば、前記直線部の中心線は、前
記直線部の略扇形の断面の重心を流れ方向に貫く線とす
ることで、その意義を明確化できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明に係る内燃機関の排
気マニホルドの第１実施形態の構成を示している。排気
マニホルド１０は、各気筒（＃１〜＃４）ごとの複数の
排気管１ａ〜１ｄと、上流側の取付け用フランジ２と、
下流側の集合ケース３とからなり、前記複数の排気管１
ａ〜１ｄは、各一端が取付け用フランジ２を介して内燃
機関の排気ポートに接続され、各他端が集合ケース３に
合流するように形成されている。
【００２８】図２には各気筒の排気管１ａ〜１ｄが集合
ケース３に合流する部分の断面形状（図１のＡ−Ａ断
面）を示しており、各排気管１ａ〜１ｄはそれぞれ概略
等しい大きさの扇形をしている。このように各気筒の排
気管１ａ〜１ｄは集合ケース３に合流するまで、他の気
筒の排気管と合流することはない。尚、各気筒の排気管
１ａ〜１ｄは、図３に例示するように、一端側（フラン
ジ２側）では略円形の断面を有していて、他端側（集合
ケース３側）で略扇形の断面となるように、中間で断面
形状が次第に変化している。また、排気管１ａ〜１ｄが
集合ケース３に合流する位置の直上部は、長さＬの直線
形状の直線部４となっており、排気ガスは直線部４によ
って指向されて下流に流れていく。このため、排気ガス
の一部が他の気筒の排気管内に逆流する量も少なくな
り、排気干渉が低減して出力が向上する。
【００２９】また、点火順序が連続しない＃１気筒の排
気管１ａと＃４気筒の排気管１ｄの各直線部４，４は、
その中心線Ｃ１，Ｃ２どうしが集合ケース３内で角度θ
を持って交差して、交点Ｇを形成するように、互いに傾
斜させてある。尚、直線部の中心線とは、直線部の略扇
形の断面の重心を流れ方向に貫く線をいう。また、点火
順序が連続しない＃３気筒の排気管１ｃと＃２気筒の排
気管１ｂの各直線部４，４についても、同様に、傾斜さ
せてある。
【００３０】点火順序が連続する＃１気筒の排気管１ａ
と＃３気筒の排気管１ｃ、＃４気筒の排気管１ｄと＃２
気筒の排気管１ｂについては、互いに略平行としてあ
る。従って、本実施形態では、各気筒の排気管１ａ〜１
ｄの直線部の中心線は図４に示すように配置され、交点
Ｇは２つある（Ｇ１、Ｇ２）。
【００３１】集合ケース３は、各気筒の排気管１ａ〜１
ｄを包絡する円形の断面をなしている。従って、パイプ
で製造した排気管１ａ〜１ｄを集合ケース３に結合する
作業は、板金、溶接の工程作業となるため、鋳造で一体
成形する場合に比べてコストを低減できる。また、集合
ケース３は、排気管１ａ〜１ｄに対して断面積が十分大
きいディフューザ形状をなしているため、排気管１ａ〜
１ｄからの排気ガスは前記の指向性を持ちつつも集合ケ
ース３内に広がって下流に流れていく。
【００３２】一方、排気空燃比の検出のため、集合ケー
ス３の壁部よりケース内に臨ませて、酸素センサに代表
される空燃比センサ５を取付けるが、空燃比センサ５先
端の検出部５ａを前記交点Ｇ近傍に位置させている。こ
れにより、空燃比センサ５は各気筒の排気ガス濃度を均
等に検出することができる。尚、実際には前記交点Ｇは
２つあるので、空燃比センサ５先端の検出部５ａは２つ
の交点の中間位置に位置させるのがよい。すなわち、図
４に示す２つの交点Ｇ１、Ｇ２を結ぶ線の中点Ｍ付近に
位置させるのがよい。
【００３３】尚、ここでは、直線部４の中心線Ｃ１，Ｃ
２が集合ケース３内で交点Ｇを持つようにしたが、図５
に示すように、集合ケース３の長さが短い場合など、直
線部４の中心線Ｃ１，Ｃ２が集合ケース３より下流側で
交点Ｇを持つようにしてもよい。この場合においても、
空燃比センサ５の検出部５ａを直線部４の中心線Ｃ１，
Ｃ２の交点Ｇ付近に位置させることによって、各気筒の
排気ガス濃度を均等に検出することができる。
【００３４】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。図６は本発明に係る内燃機関の排気マニホルドの
第２実施形態の構成を示している。第１実施形態と異な
る点は、点火順序が連続する＃１気筒の排気管１ａと＃
２気筒の排気管１ｂの各直線部４，４を、その中心線Ｃ
１，Ｃ２どうしが集合ケース３内で角度θを持って交差
して、交点Ｇを形成するように、互いに傾斜させてあ
る。また、点火順序が連続する＃４気筒の排気管１ｄと
＃３気筒の排気管１ｃの各直線部４，４についても、同
様に、傾斜させてある。
【００３５】点火順序が連続しない＃１気筒の排気管１
ａと＃４気筒の排気管１ｄ、＃２気筒の排気管１ｂと＃
３気筒の排気管１ｃについては、互いに略平行としてあ
る。以上のように、点火順序が連続する気筒の排気管を
傾斜させ、点火順序が連続しない気筒の排気管を平行に
配置するようにしても、第１実施形態に比べ、排気干渉
しやすい点火順序が連続する気筒の排気管が交点を持つ
分、排気干渉低減効果はやや減少するものの、少なくと
も２気筒ずつは平行に配置されることで、一定の効果は
得られる。
【００３６】次に、本発明の第３実施形態について図７
及び図８により説明する。第１実施形態では、点火順序
が連続する＃１気筒の排気管１ａと＃３気筒の排気管１
ｃ、＃４気筒の排気管１ｄと＃２気筒の排気管１ｂにつ
いては、互いに略平行にして、排気干渉を低減している
が、第３実施形態では、図１を左方向から見た場合に図
７に示されるように、又は斜めに見た場合に図８に示さ
れるように、これらについても、その中心線どうしが集
合ケース３内（あるいはそれより下流側）で角度θを持
って交差して、交点Ｇを形成するように、互いに傾斜さ
せることで、全ての気筒の排気管１ａ〜１ｄの直線部を
その中心線どうしが下流側で交点Ｇを持つように傾斜さ
せている。この場合には、排気干渉により出力はやや落
ちるものの、１つの交点Ｇに空燃比センサ５の検出部５
ａを位置させることができるので、空燃比センサ５によ
り各気筒の排気ガス濃度をより均等に検出することがで
きる。
【００３７】また、ここでは、４気筒の場合の例を示し
たが、３気筒の場合（Ｖ６エンジンのように３気筒ずつ
集合する場合を含む）には、全ての気筒の排気管の直線
部の中心線どうしを交差させて、交点を形成するのがよ
い。図９には３気筒（含むＶ６エンジン）の場合の各気
筒の排気管が集合ケースに合流する部分の断面形状を示
しており、３気筒の場合には、各排気管は１２０°の中
心角を持った扇形断面形状となる。同様に他の気筒数に
ついても扇形の中心角を変えることによって実現でき
る。尚、直６エンジンの場合でも同様な思想に基づき適
用できる。
【００３８】ここで、第１実施形態（点火非連続気筒交
点／連続気筒平行）、第２実施形態（点火連続気筒交点
／非連続気筒平行）及び第３実施形態（全気筒交点）に
ついて、（１）排気干渉低減効果、（２）触媒内流速分
布均一化効果、（３）空燃比センサ感度向上効果、の面
での得失について述べる。
【００３９】（１）排気干渉低減効果 第１実施形態や第２実施形態のように、２気筒を平行に
することによって、平行にした気筒どうしの排気干渉を
少なくすることができる。また、点火順序が連続する気
筒は排気干渉を起こし易いので、特に第１実施形態のよ
うに、点火順序が連続する２気筒を平行にすることによ
って、更に排気干渉を少なくすることができる。
【００４０】（２）触媒内流速分布均一化効果 ここでは、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０
は第１実施形態を代表例として集合部ケース内の排気ガ
スの流れを示したものである。図１１は第１実施形態〜
第３実施形態について図１０のＡ−Ａ断面に相当する触
媒の前端面上での各気筒からのガスの主流及びガス通過
部の範囲を示したものである。排気管から集合ケース内
（触媒ディフューザ部）に流入した排気ガスは、集合ケ
ース内で拡散しつつ、触媒担体部に流入する。第３実施
形態のように４気筒を１点に集中した場合にはガスの主
流が通過する部分が触媒の１領域に集中することになる
（図１１参照）。これに対し、第１実施形態や第２実施
形態のように２気筒を平行にすることによって、触媒へ
の主流ガスの集中を少なくすることができる（図１１参
照）。尚、排気ガスの流れが集中するとその部分が選択
的に劣化するため、触媒の耐久性能が低下する。
【００４１】また、排気管から集合ケース内（触媒ディ
フューザ部）に流入した排気ガスは、集合部内で大きな
渦（縦渦）を形成して、触媒担体部に流入する。ガスは
渦を形成しながら次第に、触媒部に流れ込むことになる
（図１０参照）。この場合、図１１中のＢ−Ｂ面に平行
に渦が形成されると、最も、渦径が大きくなり、渦が安
定する。第３実施形態のように４気筒を１点に集中させ
た場合には、図１１中のＢ−Ｂ面に対して、ガスが傾い
て流入するため、大きな渦を形成するのが難しくなる。
また、全ての気筒が他の気筒の渦を形成する際に干渉を
引き起こすことになる。これに対し、第１実施形態や第
２実施形態のように２気筒を平行流とした場合は、Ｂ−
Ｂ面に平行にガスが流入するため、渦を形成し易い。ま
た平行な２気筒の渦は干渉しないため、安定した渦が形
成される。この場合には、ガスの主流だけでなく、渦を
形成しながら拡散したガスが触媒を通過する際の流れ分
布もより大きく広がり、触媒内のガスの流れがより一層
均一化される（図１１参照）。
【００４２】特に第１実施形態のように点火順序が連続
する気筒を平行流のペアとした場合には、ペアの気筒ガ
ス（２気筒分）が通過する際には、それぞれの渦への干
渉が少ない（Ｂ−Ｂ面に平行に渦が形成されるため）。
よって、第２実施形態のように点火順序が連続しない気
筒を平行流のペアにした場合に比べて、渦を形成し易
い。その結果、前述したようにガスは渦を形成しながら
拡散していくため、ガスが触媒を通過する際の流れ分布
もより大きく広がり、触媒内のガス流れがより一層、均
一化される。
【００４３】（３）空燃比センサ感度向上効果 空燃比センサの感度については、第３実施形態のように
４気筒を１点に集中させて、そこに空燃比センサを設置
した場合が、最も効果が大きい。
【００４４】次に、本発明の第４実施形態について説明
する。図１２は本発明に係る内燃機関の排気マニホルド
の第４実施形態の構成を示している。第４実施形態は、
第１実施形態（図１）に対して、排気管１ａ〜１ｄが集
合ケース３に合流する部分の直上部において、直線部４
の長さＬが長くなっている所が特徴である。
【００４５】直線部４が長くなると、排気ガスは直線部
４によって指向される流れが強くなるため、排気ガスの
一部が他の気筒の排気管内に逆流する量も更に少なくな
る。よって排気干渉が低減して出力がより向上する。但
し、直線部４が長くなると、排気ポートから集合ケース
３までの距離が長くなる。その結果、集合ケース３の下
流側に取付けられる触媒までの距離が長くなるため、触
媒の昇温特性が悪化する。よって、直線部４の長さは触
媒の昇温特性により決まるエミッションと出力のバラン
スとから決まることになる。尚、破線１１で示すよう
に、触媒への流入部形状をより拡大して、排気ガスが均
一化されて下流に向かうようにしてもよく、図１、図
５、図６及び図１３以降に示される他の実施形態に適用
してもよい。
【００４６】次に、本発明の第５実施形態について説明
する。図１３は本発明に係る内燃機関の排気マニホルド
の第５実施形態の構成を示しし、図１４は左方向から見
た概略図である。第５実施形態は、正面（図１３）から
見て、点火順序の連続しない＃１気筒と＃４気筒、及び
＃３気筒と＃２気筒をペアにして排気管を平行にし、側
面（図１４）から見て、点火順序の連続する＃１気筒と
＃３気筒、及び＃４気筒と＃２気筒を交点Ｇを持つよう
に傾斜させものであり、排気管の引き回しが異なるのみ
で、機能的には第１実施形態（図１）及び第４実施形態
（図１２）と同じである。
【００４７】次に、本発明の第６実施形態について説明
する。図１５は本発明に係る内燃機関の排気マニホルド
の第６実施形態の構成を示している。第６実施形態は、
第４実施形態（図１２）に対して、空燃比センサ５の配
置角度を変えた所が異なる。排気管直線部４の中心線の
交点Ｇに空燃比センサ５の検出部５ａを配置する際に、
排気管１ａ，１ｃ側の直線部４の中心線Ｃ１と、排気管
１ｄ，１ｂ側の直線部４の中心線Ｃ２とで、空燃比セン
サ５の中心軸ｍとの角度が異なるように、空燃比センサ
５を配置する。
【００４８】具体的には、空燃比センサ５に近い方の排
気管１ｄ，１ｂ側の直線部４の中心線Ｃ２に比べ、空燃
比センサ５から遠い方の排気管１ａ，１ｃ側の直線部４
の中心線Ｃ１が、空燃比センサ５の中心軸ｍに対し、よ
り垂直に近い角度となるようにし、言い換えれば、空燃
比センサ５に近い方の排気管１ｄ，１ｂ側の直線部４の
中心線Ｃ２が、空燃比センサ５の中心軸ｍに対し、より
平行に近い角度となるようにする。
【００４９】図１５に示した角度では、空燃比センサ５
に近い方の排気管１ｄ，１ｂ側の直線部４の中心線Ｃ２
と空燃比センサ５の中心軸ｍとの角度γ２を、空燃比セ
ンサ５から遠い方の排気管１ａ，１ｃ側の直線部４の中
心線Ｃ１と空燃比センサ５の中心軸ｍとの角度γ１よ
り、鋭角とする。すなわち、γ２＜γ１とする。γ２＝
γ１の場合、空燃比センサ５に近い方の排気管１ｄ，１
ｂからの排気ガスの空燃比センサ５に対する当たりが強
くなって、空燃比センサ５の熱劣化を生じるので、γ２
＜γ１とすることによって、排気管１ｄ，１ｂ側の排気
ガスが酸素センサ５に当たり過ぎとなるのを抑制するの
である。
【００５０】次に、本発明の第７実施形態について説明
する。図１６は本発明に係る内燃機関の排気マニホルド
の第７実施形態の構成を示している。第７実施形態は、
第４実施形態（図１２）に対して、各気筒の排気管１ａ
〜１ｄの直線部４が集合ケース３に合流する位置が異な
ることを特徴とする。
【００５１】図１６に示すように、空燃比センサ５から
遠い排気管１ａ，１ｃ側に対して、空燃比センサ５に近
く空燃比センサ５への排気ガスの当たりが強い排気管１
ｄ，１ｂ側の集合ケース３ヘの合流位置を上流位置とす
る。これによって排気管１ｄ，１ｂ側の排気ガスの集合
ケース３内での拡散が早く始まるため、空燃比センサ５
に排気ガスが当たり過ぎとなるのを抑制することができ
る。
【００５２】次に、本発明の第８実施形態について説明
する。図１７は本発明に係る内燃機関の排気マニホルド
の第８実施形態の構成を示している。第８実施形態は、
第４実施形態（図１２）に対して、集合ケース３の出口
側に触媒６を取付ける場合に、触媒６の前端面６ａに傾
き角βを持たせたことを特徴としている。
【００５３】詳しくは、複数存在する排気管１ａ〜１ｄ
の直線部４の中心線Ｃ１，Ｃ２の中心軸Ｃに対し、触媒
６の中心軸ｎをオフセットさせて配置している（図中の
ＯＦはオフセット距離である）。そして、前記中心軸Ｃ
に対する垂直面Ｐを基準として、触媒６の前端面６ａが
傾き角βを持つように配置している。これによって排気
ガスが触媒６ａの前端面６ａ位置で排気管直線部４の交
点Ｇから遠ざかる方向の流れを形成することができる。
その結果、触媒６内の排気ガスの流れをより均一化でき
る。
【００５４】図１８は更に触媒６の長さを酸素センサ５
側と反対側とで変えた例であり、排気管直線部４の交点
Ｇに対して、酸素センサ５が設置される側の触媒の長さ
ｎ２を反対側の触媒のｎ１に対して長くしている（ｎ２
＞ｎ１）。この場合においても、図１７と同様な効果を
得ることができる。
【００５５】次に本発明の第９実施形態について説明す
る。図１９は本発明に係る内燃機関の排気マニホルドの
第９実施形態の構成を示している。第９実施形態は、第
１実施形態（図１）や第４実施形態（図１２）に対し
て、全ての気筒の排気管１ａ〜１ｄの直線部４を互いに
略平行にして、集合ケース３に接続している。
【００５６】この場合は、排気管１ａ〜１ｄの集合部か
ら触媒に至るまでの集合ケース３の長さＬＣが、排気管
１ａ〜１ｄの合流部までの直線部４の長さＬに比べて、
十分長く、また、前述の実施形態のように直線部４が交
点を有する場合の集合ケース３の長さより長いことを前
提とする。従って、排気管１ａ〜１ｄの直線部４によっ
て排気ガスの流れが直線部４の方向に指向されるのみな
らず、各気筒の直線部４が略平行となっているため、角
度を持っている場合に比べて、更に排気ガスが他の気筒
の排気管に逆流しにくい。よって、排気干渉を更に低減
し、出力を向上することができる。
【００５７】空燃比センサ５については、図２０に図１
９のＢ−Ｂ断面を示すように、その検出部５ａが略平行
となる直線部４における排気管断面形状のその投影断面
形状内に位置するように、配置する。また、排気ガスの
流れ方向では、空燃比センサ５は排気管１ａ〜１ｄの合
流部からある程度の距離を置いた位置に配置するのがよ
い。このようにすれば、空燃比センサ５を排気管１ｄ，
１ｂ側に配置しても、排気管１ａ，１ｃ側の排気ガスも
拡散して空燃比センサ５を通過するため、各気筒の排気
ガス濃度をより精度良く検出することができるからであ
る。
【００５８】しかし、このようにすると、内燃機関の排
気ポートから集合ケース３の出口側に設置される触媒ま
での距離が長くなるため、触媒の昇温特性が悪化する可
能性がある。よって、空燃比センサ５の設置位置はセン
サの気筒感度と触媒の昇温特性とがバランスする位置に
設置する必要がある。尚、図２０では空燃比センサ５を
排気管１ｄ，１ｂの中間に設置しているが、投影面の円
内であれば、どこに設置してよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る排気マニホルドの第１実施形態
の構成図
【図２】 図１のＡ−Ａ断面図
【図３】 排気管の断面形状についての説明図
【図４】 直線部の指向方向を示す概略図
【図５】 集合ケース下流側で交点を持つ場合の構成図
【図６】 本発明に係る排気マニホルドの第２実施形態
の構成図
【図７】 本発明に係る排気マニホルドの第３実施形態
（全ての気筒の排気管が角度を有する場合）の構成図
【図８】 第３実施形態での直線部の指向方向を示す概
略図
【図９】 ３気筒が合流する場合の断面図
【図１０】 効果の説明図
【図１１】 効果の説明図
【図１２】 本発明に係る排気マニホルドの第４実施形
態の構成図
【図１３】 本発明に係る排気マニホルドの第５実施形
態の構成図
【図１４】 図１３の概略側面図
【図１５】 本発明に係る排気マニホルドの第６実施形
態の構成図
【図１６】 本発明に係る排気マニホルドの第７実施形
態の構成図
【図１７】 本発明に係る排気マニホルドの第８実施形
態の構成図
【図１８】 第８実施形態の変形例の構成図
【図１９】 本発明に係る排気マニホルドの第９実施形
態の構成図
【図２０】 図１９のＢ−Ｂ断面図
【符号の説明】
１０ 排気マニホルド １ａ〜１ｄ 排気管 ２ 取付け用フランジ ３ 集合ケース ４ 直線部 ５ 空燃比センサ ５ａ 検出部 ６ 触媒 ６ａ 前端面
フロントページの続き (72)発明者 森 光司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G004 BA00 BA01 BA03 BA06 DA00 DA02 DA25 EA00 3G091 AA17 AA28 AB01 BA00 BA07 BA13 EA34 HA36 HB01

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】各気筒ごとの複数の排気管と集合ケースと
    からなる内燃機関の排気マニホルドであって、前記各排
    気管は、その一端が内燃機関の排気ポートに接続され、
    他端が前記集合ケースに接続されるように形成されてお
    り、前記各排気管が前記集合ケースに合流する部分にお
    いて、前記合流部の直上部が直線部を有し、点火順序が
    連続しない気筒どうしの排気管の前記直線部をその中心
    線どうしが前記集合ケース内あるいはそれより下流側で
    交点を有するように互いに傾斜させて、前記各排気管を
    前記集合ケースに接続したことを特徴とする内燃機関の
    排気マニホルド。
  2. 【請求項２】点火順序が連続する気筒どうしの排気管の
    前記直線部は、互いに略平行にすることを特徴とする請
    求項１記載の内燃機関の排気マニホルド。
  3. 【請求項３】各気筒ごとの複数の排気管と集合ケースと
    からなる内燃機関の排気マニホルドであって、前記各排
    気管は、その一端が内燃機関の排気ポートに接続され、
    他端が前記集合ケースに接続されるように形成されてお
    り、前記各排気管が前記集合ケースに合流する部分にお
    いて、前記合流部の直上部が直線部を有し、点火順序が
    連続する気筒どうしの排気管の前記直線部をその中心線
    どうしが前記集合ケース内あるいはそれより下流側で交
    点を有するように互いに傾斜させて、前記各排気管を前
    記集合ケースに接続したことを特徴とする内燃機関の排
    気マニホルド。
  4. 【請求項４】点火順序が連続しない気筒どうしの排気管
    の前記直線部は、互いに略平行にすることを特徴とする
    請求項３記載の内燃機関の排気マニホルド。
  5. 【請求項５】各気筒ごとの複数の排気管と集合ケースと
    からなる内燃機関の排気マニホルドであって、前記各排
    気管は、その一端が内燃機関の排気ポートに接続され、
    他端が前記集合ケースに接続されるように形成されてお
    り、前記各排気管が前記集合ケースに合流する部分にお
    いて、前記合流部の直上部が直線部を有し、全ての気筒
    の排気管の前記直線部をその中心線どうしが前記集合ケ
    ース内あるいはそれより下流側で交点を有するように互
    いに傾斜させて、前記各排気管を前記集合ケースに接続
    したことを特徴とする内燃機関の排気マニホルド。
  6. 【請求項６】前記集合ケース内に配置される空燃比セン
    サを、その検出部が前記交点付近に位置するように、配
    置したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか
    １つに記載の内燃機関の排気マニホルド。
  7. 【請求項７】前記交点を持つ前記直線部のうち空燃比セ
    ンサに近い方の直線部の中心線に比べ、空燃比センサか
    ら遠い方の直線部の中心線が、空燃比センサの中心軸に
    対し、より垂直に近い角度となるようにしたことを特徴
    とする請求項６記載の内燃機関の排気マニホルド。
  8. 【請求項８】各気筒ごとの複数の排気管と集合ケースと
    からなる内燃機関の排気マニホルドであって、前記各排
    気管は、その一端が内燃機関の排気ポートに接続され、
    他端が前記集合ケースに接続されるように形成されてお
    り、前記各排気管が前記集合ケースに合流する部分にお
    いて、前記合流部の直上部が直線部を有し、全ての気筒
    の排気管の前記直線部を互いに略平行にして、前記各排
    気管を前記集合ケースに接続し、前記直線部の長さより
    前記集合ケースの長さを長くしたことを特徴とする内燃
    機関の排気マニホルド。
  9. 【請求項９】前記集合ケース内に配置される空燃比セン
    サを、その検出部が前記略平行となる直線部における排
    気管断面形状のその投影断面形状内に位置するように、
    配置したことを特徴とする請求項８記載の内燃機関の排
    気マニホルド。
  10. 【請求項１０】前記各排気管と前記集合ケースとの長手
    方向での合流位置が各個の排気管で異なることを特徴と
    する請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機
    関の排気マニホルド。
  11. 【請求項１１】前記各排気管と前記集合ケースとの長手
    方向での合流位置は、前記集合ケース内に配置される空
    燃比センサに近い排気管の方が、上流位置となることを
    特徴とする請求項１０記載の内燃機関の排気マニホル
    ド。
  12. 【請求項１２】前記複数の排気管の直線部の中心線の中
    心となる軸線の垂直面に対して、前記集合ケースの出口
    側に接続される触媒の前端面が角度を有することを特徴
    とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の内
    燃機関の排気マニホルド。
  13. 【請求項１３】前記複数の排気管の直線部の中心線の中
    心となる軸線と、前記触媒の中心軸とがオフセットして
    おり、前記排気管と前記集合ケースとの合流部から前記
    触媒の前端面までの距離が長くなるように、前記前端面
    が角度を有することを特徴とする請求項１２記載の内燃
    機関の排気マニホルド。
  14. 【請求項１４】前記各排気管が前記集合ケースに合流す
    る部分において、前記各排気管は、互いに略等しい大き
    さの略扇形の断面形状をなしていることを特徴とする請
    求項１〜請求項１３のいずれか１つに記載の内燃機関の
    排気マニホルド。
  15. 【請求項１５】前記直線部の中心線は、前記直線部の略
    扇形の断面の重心を流れ方向に貫く線であることを特徴
    とする請求項１４記載の内燃機関の排気マニホルド。
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