JP2003148143A - 多気筒内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気マニホルドの直下流に配置された触媒装
置を備えた排気装置において、排気マニホルドのコンパ
クト化を可能とし、しかも機関出力の低下を抑制し、さ
らに触媒装置での排気ガスの流量分布を均一化する。 【解決手段】 車両に搭載された直列４気筒内燃機関の
排気装置は、第１，第４枝管12_１，12_４が集合する第１
集合管13_１および第２，第３枝管12_２，12_３が集合する
第２集合管13_２を有する排気マニホルド10と、第１，第
２触媒装置15 _１，15_２とを備える。第２，第３枝管1
2_２，12_３の出口部は、第１，第４枝管12 _１，12_４の出
口部よりも上方に位置し、第２集合管13_２は、第１集合
管13_１よりも大きな容積を有すると共に、第１集合管13
_１の最小通路面積よりも大きな最小を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載された
多気筒内燃機関の触媒装置を備える排気装置に関し、詳
細には、第１，第２気筒群を有する多気筒内燃機関にお
いて、各気筒群の複数の枝管が集合する第１，第２集合
管を有する排気マニホルドの直下流に連なる第１，第２
触媒装置を備えた排気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両に搭載された多気筒内燃機関
において、排気装置に備えられた触媒装置の触媒の活性
を早めて機関始動直後から排気ガスの浄化を効果的に行
うため、排気マニホルドの集合管の直下流に、速やかに
活性温度に達するように熱容量が比較的小さい触媒装
置、いわゆる直下型触媒装置が設けられたものがある。
例えば、特開２０００−２２７０３８号公報に開示され
た直列４気筒内燃機関では、第１，第４気筒の排気管の
排気ガスが第１合流部で合流し、第２，第３気筒の排気
管の排気ガスが第２合流部で合流する。そして、第１合
流部の下流側の排気通路に第１前置触媒装置が配置さ
れ、第２合流部の下流側の排気通路に第２前置触媒装置
が配置される。さらに、第１，第２前置触媒装置から流
出した排気ガスは第３合流部で合流し、第３合流部の下
流にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置が配置される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、車両に搭載さ
れる多気筒内燃機関では、常にコンパクト化が求められ
ており、その一環として排気装置を構成する排気マニホ
ルドをコンパクトにすることも求められている。一方、
排気装置が直下型触媒装置を備える場合、排気ガスを触
媒装置内の触媒に万遍なく接触させて浄化性能を向上さ
せるには、触媒が担持された触媒担体の入口端面におけ
る排気ガスの流量分布が均一であることが好ましい。

【０００４】ところで、前記従来技術では、第２合流部
と第２前置触媒装置（直下型触媒装置に相当）との間の
排気通路を形成する集合管の通路長は、第１合流部と第
１前置触媒装置（直下型触媒装置に相当）との間の排気
通路を形成する集合管の通路長よりも長いことから、第
２前置触媒装置に流入する排気ガスの流量分布は、第１
前置触媒装置に流入する排気ガスのそれよりも均一であ
ると考えられる。しかしながら、排気ガスのより均一な
流量分布を得るためには比較的長い通路長を要し、排気
マニホルドのコンパクト化の点では改善の余地があっ
た。さらに、第２合流部と第２前置触媒装置との間の前
記集合管の通路長が長いことは、該集合管での排気の流
通抵抗の増加を伴うため、機関出力の低下要因となって
いた。

【０００５】また、車両に搭載された多気筒内燃機関に
おいて、機関本体の真後ろに、排気マニホルドおよび直
下型触媒装置が配置される排気装置では、走行風が、機
関本体に妨げられて、排気マニホルドや直下型触媒装置
に当たり難い。特に、排気管の１／２の周期で排気ガス
が流れるうえ、排気成分の反応による触媒装置自体の発
熱が加わる合流部下流側の集合管は、熱的に過酷な状態
におかれる。このとき、前記従来技術のように、第２合
流部と第２前置触媒装置との間の集合管は、第１合流部
と第１前置触媒装置との間の集合管よりも長い通路長を
有するために、より大きな熱容量を有し、その大きな熱
容量のゆえに、第１集合管に比べて、走行風による冷却
が十分に行われ難い。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、請求項１ないし請求項４記載の発明は、
排気マニホルドの直下流に配置された触媒装置を備えた
排気装置において、排気マニホルドのコンパクト化を可
能とし、しかも機関出力の低下を抑制し、さらに触媒装
置での排気ガスの流量分布を均一化することを目的とす
る。そして、請求項２記載の発明は、さらに、触媒装置
での排気ガスの流量分布を一層均一化することを目的と
し、請求項３記載の発明は、さらに、機関本体の真後ろ
に配置された排気マニホルドの熱容量の大きい集合管を
走行風で効果的に冷却することを目的とし、請求項４記
載の発明は、さらに、排気マニホルドの枝管での排気ガ
スの温度低下を抑制して、触媒装置での浄化率を向上さ
せることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
１記載の発明は、第１および第２気筒群を構成する気筒
が一列に配列されて、前記第１気筒群に属する複数の前
記気筒の間に前記第２気筒群に属する少なくとも１つの
前記気筒が配置された機関本体を有する、車両に搭載さ
れた多気筒内燃機関の排気装置であって、前記各気筒に
連通する枝管、前記第１気筒群の前記各枝管が集合する
第１集合管および前記第２気筒群の前記各枝管が集合す
る第２集合管を有する排気マニホルドと、前記第１およ
び前記第２集合管の直下流にそれぞれ連なる第１および
第２触媒装置とを備える多気筒内燃機関の排気装置にお
いて、前記第２気筒群の前記各枝管の前記第２集合管内
に開口する出口部は、前記第１気筒群の前記各枝管の前
記第１集合管内に開口する出口部よりも上方に位置し、
前記第２集合管は、前記第１集合管よりも大きな容積を
有すると共に、前記第１集合管の最小通路面積よりも大
きな最小通路面積を有する多気筒内燃機関の排気装置で
ある。

【０００８】これにより、第２気筒群の各枝管の出口部
は、第１気筒群の各枝管の出口部よりも上方に位置する
ので、第１気筒群の複数の気筒の間に第２気筒群の少な
くとも１つの気筒が配置されるにも拘わらず、第１気筒
群の各枝管と第２気筒群の各枝管とを相互に干渉するこ
となく近接させて配置することが可能となる。しかも、
第２集合管は、第１集合管よりも大きな容積を有し、か
つ第１集合管の最小通路面積よりも大きな最小通路面積
を有するので、その通路長が長いにも拘わらず、第２集
合管での排気ガスの流通抵抗を小さくすることができる
共に第２触媒装置での排気ガスの流量分布が均一化され
る。

【０００９】したがって、請求項１記載の発明によれ
ば、次の効果が奏される。すなわち、第２気筒群の各枝
管の出口部は、第１気筒群の各枝管の出口部よりも上方
に位置することにより、第１気筒群の複数の気筒の間に
第２気筒群の少なくとも１つの気筒が配置されるにも拘
わらず、第１気筒群の各枝管と第２気筒群の各枝管とを
相互に干渉することなく近接させて配置することが可能
となるので、枝管の配置をコンパクトにすることが可能
となり、ひいては排気マニホルドをコンパクトにするこ
とが可能となる。しかも、第２集合管は、第１集合管よ
りも大きな容積を有し、かつ第１集合管の最小通路面積
よりも大きな最小通路面積を有することにより、その通
路長が長いにも拘わらず、第２集合管での排気ガスの流
通抵抗を小さくすることができるので、機関出力の低下
が抑制され、さらに第２触媒装置での排気ガスの流量分
布が均一化されて、触媒による排気ガスの浄化率が向上
する。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の多
気筒内燃機関の排気装置において、前記第１気筒群の前
記各枝管の前記出口部は、前記第１集合管の旋回流形成
部で排気ガスが旋回流を形成するように開口し、前記第
２気筒群の前記各枝管の前記出口部は、前記第２集合管
の旋回流形成部で排気ガスが旋回流を形成するように開
口し、前記第２集合管の前記旋回流形成部は、前記第１
集合管の前記旋回流形成部よりも長い通路長を有すると
共に前記第２気筒群の前記各枝管よりも大きい通路面積
を有するものである。

【００１１】これにより、第１，第２集合管の旋回流形
成部により排気ガスの旋回流が形成されるので、第１，
第２集合管の直下流の第１，第２触媒装置に、旋回流と
なった排気ガスが流入する。また、第２集合管の旋回流
形成部は第１集合管の旋回流形成部よりも通路長が長い
にも拘わらず、第２気筒群の各枝管の通路面積よりも大
きな通路面積を有するので、第２集合管での排気ガスの
旋回流の形成が容易になると共に、該各枝管からの排気
ガスが広がって流れると共に第２触媒装置までその旋回
流が維持される。

【００１２】したがって、請求項２記載の発明によれ
ば、請求項１記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏
される。すなわち、第１気筒群の各枝管の開口部は、第
１集合管の旋回流形成部で排気ガスが旋回流を形成する
ように開口し、第２気筒群の各枝管の開口部は、第２集
合管の旋回流形成部で排気ガスが旋回流を形成するよう
に開口することにより、それら旋回流形成部で旋回流と
なった排気ガスが第１，第２集合管の直下流の第１，第
２触媒装置に流入するので、第１，第２触媒装置での排
気ガスの流量分布が一層均一化されて、触媒による排気
ガスの浄化率が向上する。さらに、第２集合管の旋回流
形成部は、第１集合管の旋回流形成部よりも長い通路長
を有すると共に第２気筒群の各枝管よりも大きい通路面
積を有することにより、第２集合管での排気ガスの旋回
流の形成が容易になると共に、該各枝管からの排気ガス
が広がって流れると共に、旋回流形成部が旋回流形成部
よりも長い通路長を有するにも拘わらず第２触媒装置ま
でその旋回流が維持されるので、第２触媒装置での流量
分布の均一化が容易になり、しかも旋回流により流量分
布の均一化が促進されるため、排気ガスの流量分布を均
一化するための通路長を短縮することができ、排気マニ
ホルドがコンパクト化される。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記
多気筒内燃機関は、気筒配列方向で前記機関本体の端部
から順次並設された第１気筒ないし第４気筒を有する４
気筒内燃機関であり、前記第１気筒群は前記第１および
前記第４気筒から構成され、前記第２気筒群は前記第２
および前記第３気筒から構成され、前記排気マニホルド
および前記第１および前記第２触媒装置は、前記機関本
体の真後ろに配置され、前記第２集合管の上部は、前記
第１集合管よりも前記機関本体の最上部寄りに位置する
ものである。

【００１４】これにより、機関本体の真後ろに位置する
ため走行風が当たり難く、特に暖機完了後の機関運転時
に熱的に過酷な状態におかれる第１，第２集合管におい
て、第１集合管の旋回流形成部よりも長い通路長を有す
ることにより、第１集合管よりも熱容量が大きい第２集
合管の上部が、機関本体の最上部を越えた走行風により
冷却され易い位置を占める。

【００１５】したがって、請求項３記載の発明によれ
ば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の
効果が奏される。すなわち、直列４気筒内燃機関の機関
本体の真後ろに配置された排気マニホルドおよび第１，
第２触媒装置において、第２，第３枝管の出口部が開口
する第２集合管の上部は、第１集合管よりも機関本体の
最上部の近くに位置することにより、機関本体の真後ろ
に配置されるために走行風が当たり難く、特に暖機完了
後の機関運転時に熱的に過酷な状態におかれて、その大
きな熱容量のゆえに第１集合管よりも冷却されにくい第
２集合管は、機関本体の最上部を越えた走行風により冷
却され易い位置を占めるので、第１集合管よりも熱容量
が大きいにも拘わらず効果的に冷却されて、その耐久性
が向上する。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記
多気筒内燃機関は、気筒配列方向で前記機関本体の端部
から順次並設された第１気筒ないし第４気筒を有する４
気筒内燃機関であり、前記第１気筒群は前記第１および
前記第４気筒から構成され、前記第２気筒群は前記第２
および前記第３気筒から構成され、前記第１触媒装置は
前記第２触媒装置よりも前記第４気筒寄りに位置し、前
記第２および前記第３気筒にそれぞれ連通する第２およ
び第３枝管が前記第１気筒に連通する第１枝管の真上で
近接して位置し、前記第２集合管が前記第１枝管の真後
ろで近接して位置するものである。

【００１７】これにより、第１気筒群の枝管のうち通路
長が長い第１枝管は、その真上で近接した位置の第２，
第３枝管、およびその真後ろで近接した位置の第２集合
管から、熱伝達および熱放射により熱を受けるので、第
１枝管を流れる排気ガスの温度低下が抑制される。

【００１８】したがって、請求項４記載の発明によれ
ば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の
効果が奏される。すなわち、直列４気筒内燃機関の第４
気筒寄りの第１触媒装置に連なる第１集合管に集合する
枝管のうちより長い通路長を有する第１枝管に対して、
第２，第３枝管がその真上で近接して位置し、第２集合
管がその真後ろで近接して位置することにより、第１枝
管は、第２気筒群の第２，第３枝管および第２集合管か
ら、熱伝達および熱放射により熱を受けて、保温され、
第１枝管を流れる排気ガスの温度低下が抑制されるの
で、流入する排気ガスによる第１触媒装置の触媒担体の
温度上昇が促進されて、第１触媒装置での排気ガスの浄
化率が向上し、そのうえ排気マニホルドがコンパクト化
される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１〜図
４を参照して説明する。図１〜図３を参照すると、本発
明の排気装置が適用される多気筒内燃機関Ｅは、頭上カ
ム軸型の水冷式直列４気筒４サイクル内燃機関であり、
該内燃機関Ｅは、そのクランク軸が左右方向を指向する
横置き配置とされて乗用車の前部に搭載される。なお、
この実施例において、「上下」、「前後」および「左
右」は、車両を基準としたときの「上下」、「前後」お
よび「左右」をそれぞれ意味するものとする。

【００２０】図２を参照すると、内燃機関Ｅの機関本体
１は、それぞれピストンが摺動自在に嵌合される４つの
気筒２_１〜２_４を有する。左右方向に一列に配列された
それら気筒２_１〜２_４は、機関本体１の右端部から順に
第１ないし第４気筒２_１〜２ _４から構成される。そし
て、機関本体１は、図１に示されるように、各気筒２_１
〜２_４の軸線が上部に向かって後方に傾斜するように、
後傾した状態で車両に搭載される。

【００２１】機関本体１の真ん前には、シリンダヘッド
に形成された吸気ポートを介して各気筒２_１〜２_４に連
通する吸気マニホルドを有する吸気装置（図示されず）
が配置される。また、機関本体１の真後ろには、前記シ
リンダヘッドに形成された排気ポートを介して各気筒２
_１〜２_４に連通する排気マニホルド10を有する排気装置
が配置される。

【００２２】図３を併せて参照すると、排気マニホルド
10は、機関本体１の後面に排気マニホルド10を固定する
ための取付けフランジ11と、前記排気ポートを介して第
１〜第４気筒２_１〜２_４にそれぞれ連通する第１〜第４
枝管12_１〜12_４と、第１，第４枝管12_１，12_４が接続さ
れて集合して第１，第４気筒２_１，２_４からの排気ガス
が流れる第１集合管13_１と、第２，第３枝管12_２，12_３
が接続されて集合して第２，第３気筒２_２，２_３からの
排気ガスが流れる第２集合管13_２とを有する。そして、
点火順序は、第１気筒２_１、第３気筒２_３、第４気筒２
_４、第２気筒２ _２の順とされて、点火時期が連続しない
第１，第４気筒２_１，２_４が第１気筒群を構成し、気筒
配列方向Ａ（この実施例では、左右方向でもある。）で
第１，第４気筒２_１，２_４の間に位置する第２，第３気
筒２_２，２_３が第２気筒群を構成する。

【００２３】さらに、第１，第２集合管13_１，13_２に
は、第１，第２集合管13_１，13_２に流入した排気ガスが
当たる位置に、各気筒２_１〜２_４からの排気ガスの成
分、例えば酸素濃度を検出することにより、空燃比に比
例した出力を発生するリニア空燃比センサ14が取り付け
られる。これら空燃比センサ14の出力は、制御装置に入
力されて、該制御装置による各気筒２_１〜２_４への燃料
供給量の制御などによる空燃比の制御に反映される。

【００２４】そして、第１，第２集合管13_１，13_２の後
述する流出部13_１c，13_２cの直下流には、同一仕様の第
１，第２触媒装置15_１，15_２がそれぞれ接続されて連な
る。第１，第２触媒装置15_１，15_２は、上下方向でほぼ
鉛直方向となる軸線L1，L2を有する円筒状のケース16
と、該ケース16に収納されると共に多数のセルを有しケ
ース16と同軸の円柱状の触媒担体17（図４参照）とを備
える。

【００２５】図３に示されるように、ほぼ同じ高さ位置
で互いに近接して配置される第１，第２触媒装置15_１，
15_２は、気筒配列方向Ａでの機関本体１の幅内に納まる
ように、この実施例では第２，第３気筒２_２，２_３のほ
ぼ真後ろにおいて、気筒配列方向Ａにほぼ沿って、かつ
気筒配列方向Ａから見て重なるように配置される。この
とき、第１触媒装置15_１は、第４気筒２_４寄りに、かつ
第２触媒装置15_１，15 _２よりも機関本体１の近くに位置
する。

【００２６】第１，第２触媒装置15_１，15_２に収納され
る触媒担体17は、暖機運転時の機関始動直後から高い浄
化率が得られるように、排気系で第１，第２触媒装置15
_１，15_２の下流側に配置される後述する主触媒装置に収
納される触媒担体に比べて小さい容量を有する。したが
って、触媒担体17の熱容量は小さく、各気筒２_１〜２ _４
からの排気ガスにより機関始動後に速やかに活性温度に
達して、高い浄化率を示す。なお、触媒担体17には、暖
機運転時の空燃比が比較的小さい混合気の燃焼により生
成される排気ガス中に多く含まれるＨＣ、ＣＯの酸化機
能を強化した三元触媒が担持される。

【００２７】第１，第２触媒装置15_１，15_２を通った排
気ガスは、それら触媒装置15_１，15 _２の下流端部に接続
される集合部を有する排気管18により集合される。そし
て、図示されないが、該排気管18に接続される主触媒装
置において、残留しているＨＣ、ＣＯおよびＮＯ_Ｘが浄
化されて無害化された排気ガスが、前記主触媒装置の下
流側に設けられるマフラを通って大気中に放出される。
なお、この主触媒装置の触媒担体は、希薄混合気での機
関運転時の際に比較的多く生成されるＮＯ_Ｘの還元機能
を強化した三元触媒とされる。それゆえ、前記排気装置
は、排気マニホルド10および第１，第２触媒装置15_１，
15_２、さらに前記主触媒装置および前記マフラを備え
る。

【００２８】ところで、第１，第２触媒装置15_１，15_２
の前述の配置により、第１枝管12_１の通路長は第４枝管
12_４のそれよりも長い。そして、第１，第４枝管12_１，
12_４は、それら枝管12_１，12_４の取付けフランジ11との
接続部12_１a，12_４aとほぼ同じ高さ位置で、第１集合管
13_１の接続部13_１aに接続される。第１集合管13_１は、
該接続部13_１aと、接続部13_１aに連なると共に第１集合
管13_１内に開口する第１，第４枝管12_１，12_４の出口部
12_１b，12_４b（図４参照）から第１集合管13_１に流入し
た排気ガスが当たるほぼ円筒状の旋回流形成部13_１b
と、旋回流形成部13_１bに連なり下流側ほど徐々に拡大
する通路面積を有して第１触媒装置15_１が接続される下
流端部となるロート状の流出部13_１cとを有する。

【００２９】旋回流形成部13_１bおよび流出部13_１cは、
第１集合管13_１と第１触媒装置15_１とが接続されたと
き、ケース16と同軸となる軸線L3（図１参照）を有す
る。そして、図４の（Ａ）に示されるように、第１枝管
12_１から軸線L3に対して偏心した位置を指向して流入し
た排気ガスの一部は、旋回流形成部13_１bの円筒状の管
壁に当たって偏向されて、上方から見て時計回りの方向
の旋回流Ｓを形成し、同様に図４の（Ｃ）に示されるよ
うに、第４枝管12_４から軸線L3に対して偏心した位置を
指向して流入した排気ガスの一部は、旋回流形成部13_１
bの円筒状の管壁に当たって偏向されて、上方から見て
反時計回りの方向の旋回流Ｓを形成する。ここで、旋回
流形成部13_１bの通路面積は、図２，図３に示されるよ
うに、いずれも等しい通路面積を有する第１〜第４枝管
12_１〜12_４の通路面積にほぼ等しく設定される。

【００３０】一方、ほぼ等しい通路長を有する第２，第
３枝管12_１，12_２は、取付けフランジ11から第１枝管12
_１の真上の位置まで屈曲されて延び、第１枝管12_１の上
方でかつ第１枝管12_１に近接した位置で第２集合管13_２
の接続部13_２aに接続される。第２集合管13_２は、該接
続部13_２aと、該接続部13_２aに連なると共に第２集合管
13_２内に開口する第２，第３枝管12_２，12_３の出口部12
_２b，12_３bから第２集合管13_２に流入した排気ガスが当
たるほぼ円筒状の旋回流形成部13_２bと、旋回流形成部1
3_２bに連なり下流側ほど徐々に拡大する通路面積を有し
て第２触媒装置15_２が接続される下流端部となるロート
状の流出部13_２cとを有する。

【００３１】旋回流形成部13_２bおよび流出部13_２cは、
第２集合管13_２と第２触媒装置15_２とが接続されたと
き、ケース16と同軸となる軸線L4（図１参照）を有す
る。そして、図４の（Ｂ）に示されるように、第２枝管
12_２から軸線L4に対して偏心した位置を指向して流入し
た排気ガスの一部は、旋回流形成部13_２bの円筒状の管
壁に当たって偏向されて、上方から見て時計回りの方向
の旋回流Ｓを形成し、同様に図４の（Ｄ）に示されるよ
うに、第３枝管12_３から軸線L4に対して偏心した位置を
指向して流入した排気ガスの一部は、旋回流形成部13_２
bの円筒状の管壁に当たって偏向されて、上方から見て
反時計回りの方向の旋回流Ｓを形成する。

【００３２】ここで、接続部13_２aが第１枝管12_１の上
方に位置することから、第２集合管13_２内に開口する第
２，第３枝管12_２，12_３の出口部12_２b，12_３bは、第１
集合管13_１内に開口する第１，第４枝管12_１，12_４の出
口部12_１b，12_４bよりも上方に位置する。また、それら
接続部13_１a，13_２aは各集合管13_１，13_２の機関本体１
側に位置する。そして、第２集合管13_２の最小通路面積
は、第１集合管13_１の最小通路面積よりも大きくなるよ
うに、それら最小通路面積を規定する各集合管13_１，13
_２の旋回流形成部13_１b，13_２bについては、第２集合管
13_２の旋回流形成部13_２bが、第２，第３枝管12_２，12
_３の通路面積、および第１集合管13_１の旋回流形成部13
_１bの通路面積よりも大きな通路面積を有するように設
定される。さらに、図１によく示されるように、第２集
合管13_２の軸線方向（この実施例では、上下方向でもあ
る。）の長さは、第１集合管13_１のそれよりも長くされ
て、旋回流形成部13_２bは、旋回流形成部13_１bよりも軸
線方向で長い通路長を有する。したがって、第２集合管
13_２は、第１集合管13_１よりも大きな容積および大きな
熱容量を有する。

【００３３】それゆえ、図４に示されるように、第１集
合管13_１の旋回流形成部13_１bにより、第１触媒装置15
_１の触媒担体17の入口端面17aの直上流において、第１
枝管12_１からの排気ガスが軸線L1回りに時計回りの方向
に旋回し、第４枝管12_４からの排気ガスが軸線L1回りに
反時計回りの方向に旋回する。また、第２集合管13_２の
旋回流形成部13_２bにより、第２触媒装置15_２の触媒担
体17の入口端面17aの直上流において、第２枝管12_２か
らの排気ガスが軸線L2回りに時計回りの方向に旋回し、
第３枝管12_３からの排気ガスが軸線L2回りに反時計回り
の方向に旋回する。

【００３４】さらに、第１，第２集合管13_１，13_２は、
機関本体１の真後ろに位置するものの、第２集合管13_２
のほうが第１集合管13_１よりも上方まで延びて、その上
部が、ボンネット20下方のエンジンルーム21に配置され
た機関本体１の最上部1aの近くに位置する。

【００３５】そして、車両走行中に、エンジンルーム21
内を前方から後方に向かって機関本体１を越えて流れる
走行風Ｗにより、第２集合管13_２は、第１集合管13_１よ
りも冷却され易い位置にある。それゆえ、第１集合管13
_１よりも大きな熱容量を有する第２集合管13_２は、この
走行風Ｗにより、第１集合管13_１よりも効果的に冷却さ
れる。

【００３６】さらに、第２触媒装置15_２の触媒担体17の
入口端面17aにおける排気ガスの流量分布は、第１触媒
装置15_１の触媒担体17の入口端面17aでの流量分布より
も均一である。その理由は、第１集合管13_１では、旋回
流形成部13_１bの通路長が短いため十分な旋回流Ｓが生
成される前に排気ガスが入口端面17aに達するのに対し
て、第２集合管13_２では、旋回流形成部13_２bの通路長
が長く、しかもその通路面積が大きいため、十分な旋回
流Ｓが生成されると共に、入口端面17aの面積により近
い通路面積を排気ガスが流れることによると考えられ
る。このため、第２触媒装置15_２では、入口端面17aで
の流量分布が第１触媒装置15_１のそれよりもより均一で
あって、排気ガスが触媒担体17に万遍なく当たることか
ら、触媒による反応熱に起因して、第２触媒装置15_２は
第１触媒装置15_１に比べてより高温となる。

【００３７】また、第２集合管13_２は、第１枝管12_１の
真上から真後ろにかけて湾曲し、さらに下方に向かって
延びている。第２，第３枝管12_２，12_３および第２集合
管13 _２は、それぞれ第１枝管12_１の下流側の部分12_１c
に対して近接して配置される。この近接した位置関係に
より、第１枝管12_１は、第２，第３枝管12_２，12_３およ
び第２集合管13_２からの対流熱伝達および熱放射による
熱により保温される位置にある。

【００３８】次に、前述のように構成された実施例の作
用および効果について説明する。車両に搭載された内燃
機関Ｅにおいて、前記第２気筒群に属する第２，第３気
筒２_２，２_３にそれぞれ連通する第２，第３枝管12_２，
12_３の第２集合管13_２内での出口部12_２b，12_３bは、前
記第１気筒群に属する第１，第４気筒２_１，２_４にそれ
ぞれ連通する第１，第４枝管12_１，12_４の第１集合管13
_１内での出口部12 _１b，12_４bよりも上方に位置すること
により、前記第１気筒群を構成する第１，第４気筒
２_１，２_４の間に前記第２気筒群を構成する第２，第３
気筒２_２，２_３が配置されるにも拘わらず、第１，第４
枝管12_１，12_４と第２，第３枝管12_２，12_３とを相互に
干渉することなく近接させて配置することが可能となる
ので、各枝管12_１〜１２_４の配置をコンパクトにするこ
とが可能となり、ひいては排気マニホルド10をコンパク
トにすることが可能となる。

【００３９】第２集合管13_２は、第１集合管13_１よりも
大きな容積を有し、かつ第１集合管13_１の最小通路面積
よりも大きな最小通路面積を有することにより、その通
路長が長いにも拘わらず、第２集合管13_２での排気ガス
の流通抵抗を小さくすることができるので、機関出力の
低下が抑制され、さらに、第２触媒装置15_２の触媒担体
17の入口端面17aでの排気ガスの流量分布が均一化され
て、触媒による排気ガスの浄化率が向上する。

【００４０】さらに、前記第１気筒群の第１，第４枝管
12_１，12_４の出口部12_１b，12_４bは、第１集合管13_１の
旋回流形成部13_１bで排気ガスが旋回流Ｓを形成するよ
うに第１集合管13_１内に開口し、前記第２気筒群の出口
部12_２b，12_３bは、第２集合管13_２の旋回流形成部13_２
bで排気ガスが旋回流Ｓを形成するように第２集合管13
_２内に開口することにより、それら旋回流形成部13
_１b，13_２bで旋回流Ｓとなった排気ガスが、第１，第２
集合管13_１，13_２の直下流の第１，第２触媒装置15 _１，
15_２に流入するので、第１，第２触媒装置15_１，15_２の
触媒担体17の入口端面17aでの排気ガスの流量分布が一
層均一化されて、排気ガスが触媒担体17にほぼ万遍なく
当たるようになって、触媒による排気ガスの浄化率が向
上する。

【００４１】さらに、第２集合管13_２の旋回流形成部13
_２bは、第１集合管13_１の旋回流形成部13_１bよりも長い
通路長を有すると共に第２，第３枝管12_２，12_３よりも
大きい通路面積を有することにより、第２集合管13_２で
の排気ガスの旋回流Ｓの形成が容易になると共に、第
２，第３枝管12_２，12_３からの排気ガスが広がって流れ
ると共に、旋回流形成部13_２bが旋回流形成部13_１bより
も長い通路長を有するにも拘わらず第２触媒装置15_２ま
でその旋回流Ｓが維持されるので、第２触媒装置15_２で
の流量分布の均一化が容易になり、しかも旋回流Ｓによ
り流量分布の均一化が促進されるため、排気ガスの流量
分布を均一化するための通路長を短縮することができ
て、排気マニホルド10がコンパクト化される。

【００４２】機関本体１の真後ろに配置された排気マニ
ホルド10および第１，第２触媒装置15_１，15_２におい
て、第２，第３枝管12_２，12_３の出口部12_２b，12_３bが
開口する第２集合管13_２の上部は、第１集合管13_１より
も機関本体１の最上部1aの近くに位置することにより、
第２集合管13_２は、機関本体１の最上部1aを越えた走行
風Ｗにより冷却され易い位置を占める。その結果、旋回
流形成部13_２bが、第２，第３枝管12_２，12_３の通路面
積、および第１集合管13_１の旋回流形成部13_１bの通路
面積よりも大きな通路面積を有し、さらに第２集合管13
_２の軸線方向の長さが第１集合管13_１のそれよりも長く
されて、旋回流形成部13_２bは、旋回流形成部13_１bより
も軸線方向で長い通路長を有することから、第１集合管
13_１よりも大きな容積および大きな熱容量を有する第２
集合管13_２は、機関本体１の真後ろに配置されるために
走行風Ｗが当たり難く、特に暖機完了後の機関運転時に
熱的に過酷な状態におかれて、その大きな熱容量のゆえ
に第１集合管13_１よりも冷却されにくいにも拘わらず、
効果的に冷却されて、その耐久性が向上する。

【００４３】さらに、第２触媒装置15_２では、入口端面
17aでの流量分布が第１触媒装置15 _１のそれよりもより
均一であって、排気ガスが触媒担体17に万遍なく当たる
ことから、触媒による反応熱に起因して、第２触媒装置
15_２は第１触媒装置15_１に比べて高温となものの、第２
触媒装置15_２からの熱が第２集合管13_２を通じて放熱さ
れるため、特に暖機完了後の機関運転時において、第２
触媒装置15_２の過熱を防止して、その耐久性が向上す
る。

【００４４】内燃機関Ｅの第４気筒２_４寄りの第１触媒
装置15_１が接続される第１集合管13 _１に接続される第
１，第４枝管12_１，12_４のうちより長い通路長を有する
第１枝管12_１の下流側の部分12_１cに対して、第２，第
３枝管12_２，12_３がその部分12 _１cの真上で近接して位
置し、かつ第２集合管13_２がその部分12_１cの真後ろで
近接して位置することにより、特に暖機運転時におい
て、第１枝管12_１は、前記第２気筒群の第２，第３枝管
12_２，12_３および第２集合管13_２から、熱伝達および熱
放射により熱を受けて、保温され、第１枝管12_１を流れ
る排気ガスの温度低下が抑制されるので、流入する排気
ガスによる第１触媒装置15_１の触媒担体17の温度上昇が
促進されて、第１触媒装置15_１での排気ガスの浄化率が
向上し、そのうえ排気マニホルド10がコンパクト化され
る。

【００４５】第１，第２集合管13_１，13_２の接続部13_１
a，13_２aが、各集合管13_１，13_２の機関本体１側に配置
され、しかも第１触媒装置15_１は第２触媒装置15_２より
も機関本体１の近くに位置するので、旋回流Ｓを形成す
るような第１，第２集合管13 _１，13_２との接続のため
に、一部の枝管を長くすることおよび一部の枝管を大き
く屈曲させる必要性が少なくなり、枝管をコンパクトに
形成することができ、ひいては排気マニホルド10がコン
パクト化され、枝管での温度低下や流通抵抗も低減され
る。

【００４６】以下、前述した実施例の一部の構成を変更
した実施例について、変更した構成に関して説明する。
前記実施例では、機関本体１の右端部の気筒を第１気筒
２_１としたが、第１気筒は機関本体１の左端部の気筒で
あってもよい。また、排気マニホルド10および第１，第
２触媒装置15_１，15_２は、機関本体１の真ん前に配置さ
れていてもよい。

【００４７】前記実施例では、多気筒内燃機関は、直列
４気筒内燃機関Ｅであったが、５気筒以上の内燃機関で
あって、その全気筒のうちの４以上で構成される気筒が
一列に配列されて、それら気筒が少なくとも２つの気筒
群を構成する多気筒内燃機関であってもよい。また、各
気筒群を構成する気筒数は３以上であってもよい。

【００４８】前記実施例では、前記第１気筒群に属する
２つの気筒２_１，２_４の間に、前記第２気筒群に属する
２つの気筒２_２，２_３が配置されたが、第１気筒群に属
する複数の気筒の間に、第２気筒群に属する少なくとも
１つの気筒が配置されてもよい。

【００４９】前記実施例では、第２触媒装置15_２の触媒
担体17の入口端面17aでの排気ガスの流量分布が第１触
媒装置15_１のそれよりもより均一であったが、例えば第
１集合管13_１の旋回流形成部13_１bの通路面積を大きく
するなどして、第１触媒装置15_１での排気ガスの流量分
布の均一性を向上させ、排気ガスの流量分布が、第１，
第２触媒装置15_１，15_２でほぼ同じになるようにするこ
ともできる。

【００５０】第１，第２集合管13_１，13_２のそれぞれで
形成される旋回流Ｓの方向は、前記実施例では、各集合
管13_１，13_２に集合する２つの枝管12_１，12_４；12_２，
12_３の間で逆方向であったが、同一の方向であってもよ
い。また、排気マニホルドは、枝管と集合管とが一体成
形されて形成されたものであってもよく、その場合は枝
管と集合管との境界部が接続部となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である直列４気筒内燃機関の排
気装置の概略右側面図である。

【図２】図１の直列４気筒内燃機関の排気装置の概略平
面図である。

【図３】図１の直列４気筒内燃機関の排気装置を右上後
方から見た概略斜視図である。

【図４】図１の排気装置の集合管内での排気ガスの旋回
流を説明する模式図である。

【符号の説明】

１…機関本体、1a…最上部、２_１〜２_４…第１〜第４気
筒、10…排気マニホルド、11…取付けフランジ、12_１〜
12_４…第１〜第４枝管、12 _１b〜12_４b…出口部、13_１，
13_２…第１，第２集合管、13_１b，13_２b…旋回流形成
部、14…空燃比センサ、15_１，15_２…第１，第２触媒装
置、16…ケース、17…触媒担体、17a…入口端面、18…
排気管、20…ボンネット、21…エンジンルーム、Ｅ…内
燃機関、Ａ…気筒配列方向、L1〜L4…軸線、Ｓ…旋回
流、Ｗ…走行風。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G004 AA01 BA00 BA06 BA09 DA00 DA01 DA02 DA03 DA11 DA22 DA25 EA00 3G091 AA02 AA17 AB03 BA14 BA15 BA19 EA34 FA01 HA11 HA12 HA36 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 BB02 CA01 CA07 CC23 CC24 CC32 CC33 DA01 DA02 DA05 DA20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１および第２気筒群を構成する気筒が
   一列に配列されて、前記第１気筒群に属する複数の前記
   気筒の間に前記第２気筒群に属する少なくとも１つの前
   記気筒が配置された機関本体を有する、車両に搭載され
   た多気筒内燃機関の排気装置であって、前記各気筒に連
   通する枝管、前記第１気筒群の前記各枝管が集合する第
   １集合管および前記第２気筒群の前記各枝管が集合する
   第２集合管を有する排気マニホルドと、前記第１および
   前記第２集合管の直下流にそれぞれ連なる第１および第
   ２触媒装置とを備える多気筒内燃機関の排気装置におい
   て、 前記第２気筒群の前記各枝管の前記第２集合管内に開口
   する出口部は、前記第１気筒群の前記各枝管の前記第１
   集合管内に開口する出口部よりも上方に位置し、前記第
   ２集合管は、前記第１集合管よりも大きな容積を有する
   と共に、前記第１集合管の最小通路面積よりも大きな最
   小通路面積を有することを特徴とする多気筒内燃機関の
   排気装置。
2. 【請求項２】 前記第１気筒群の前記各枝管の前記出口
   部は、前記第１集合管の旋回流形成部で排気ガスが旋回
   流を形成するように開口し、前記第２気筒群の前記各枝
   管の前記出口部は、前記第２集合管の旋回流形成部で排
   気ガスが旋回流を形成するように開口し、前記第２集合
   管の前記旋回流形成部は、前記第１集合管の前記旋回流
   形成部よりも長い通路長を有すると共に前記第２気筒群
   の前記各枝管よりも大きい通路面積を有することを特徴
   とする請求項１記載の多気筒内燃機関の排気装置。
3. 【請求項３】 前記多気筒内燃機関は、気筒配列方向で
   前記機関本体の端部から順次並設された第１気筒ないし
   第４気筒を有する４気筒内燃機関であり、前記第１気筒
   群は前記第１および前記第４気筒から構成され、前記第
   ２気筒群は前記第２および前記第３気筒から構成され、
   前記排気マニホルドおよび前記第１および前記第２触媒
   装置は、前記機関本体の真後ろに配置され、前記第２集
   合管の上部は、前記第１集合管よりも前記機関本体の最
   上部寄りに位置することを特徴とする請求項１または請
   求項２記載の多気筒内燃機関の排気装置。
4. 【請求項４】 前記多気筒内燃機関は、気筒配列方向で
   前記機関本体の端部から順次並設された第１気筒ないし
   第４気筒を有する４気筒内燃機関であり、前記第１気筒
   群は前記第１および前記第４気筒から構成され、前記第
   ２気筒群は前記第２および前記第３気筒から構成され、
   前記第１触媒装置は前記第２触媒装置よりも前記第４気
   筒寄りに位置し、前記第２および前記第３気筒にそれぞ
   れ連通する第２および第３枝管が前記第１気筒に連通す
   る第１枝管の真上で近接して位置し、前記第２集合管が
   前記第１枝管の真後ろで近接して位置することを特徴と
   する請求項１または請求項２記載の多気筒内燃機関の排
   気装置。