JP2005240602A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 拡張室内での排気流れの乱れを防止する。
【解決手段】 各気筒から排出された排気が集合する拡張室８と、各気筒の排気ポートからの排気を拡張室８内に導入する複数の分岐管４，〜７と、拡張室８の排気下流側に位置し、拡張室出口部１１を経て導入された排気を浄化する触媒３と、を有する内燃機関の排気装置１において、各分岐管４，〜，７は、各分岐管４，〜，７の一端側開口部４ａ，〜，７ａから拡張室８内に流れ込む各排気流れが、互いに略同一方向を指向し、かつ拡張室出口部１１を指向しないよう拡張室８にそれぞれ接続されている共に、拡張室８は、拡張室出口部１１の開口中心Ｐが、気筒列方向に直交し気筒列中心Ｑを含む平面上から外れた位置に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関する。

特許文献１には、気筒間の排気流れが互いに干渉するように、各気筒からの排気を拡張室に導入するようにした構成が開示されている。

この特許文献１においては、冷機始動時は点火時期を遅角することで排気を昇温させ、未燃炭化水素を酸化させ、触媒の早期活性化を図っている。
特開２００２−１２２０１７号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、冷機始動時に排気温度を昇温させるために点火時期を遅角するため、排気ガスボリュームは増大することとなる。また、排気マニホールド壁面は始動直後で冷えている状態である。

そのため、各気筒からの排気の流れば拡張室内で互いにぶつかりあい干渉しあうと、拡張室内での排気流れの乱れが大きくなり、それによる拡張室内壁への熱伝達率が大きくなることでの放熱が発生し、排気ガス温度が低下して排気マニホールド内での排気ガスの昇温効果が低下する虞があるがある。また、拡張室内での気筒干渉が発生することで出力の低下する虞がある。

そこで、本発明は、各気筒から排出された排気が集合する拡張室と、各気筒の排気ポートからの排気を拡張室内に導入する複数の分岐管と、拡張室の排気下流側に位置し、拡張室出口部を経て導入された排気を浄化する触媒と、を有する内燃機関の排気装置において、各分岐管は、各分岐管の一端側開口部から拡張室内に流れ込む各排気流れが、互いに略同一方向を指向し、かつ拡張室出口部を指向しないよう拡張室にそれぞれ接続されている共に、拡張室は、拡張室出口部の開口中心が、気筒列方向に直交し気筒列中心を含む平面上から外れた位置に形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、拡張室内へ流入した排気が拡張室出口部へ直接抜けず拡張室内に滞留する排気の滞留時間が相対的に増大することになり、拡張室内における排気中の未燃炭化水素の酸化を効率よく行うことができ、排気性能の向上を図ることができる。また、拡張室内で、各分岐管からの排気流れが互いにぶつかりあうことはなく、拡張室内での排気流れの乱れによって大きくなる拡張室内の排気から拡張室内壁への熱伝達率の増加を抑制することができ、総じて排気温度の低下を防止することができる。また、拡張室内での気筒干渉も防止することができるので、気筒干渉によるエンジン出力の低下代を小さくすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気装置の概略構成を示す正面図であり、図２は図１の右側面図である。尚、本実施形態は、直列４気筒エンジンに適用した例を示すものである。

排気装置１は、エンジン本体（図示せず）の排気ポート（図示せず）に接続される排気マニホールド２と、排気マニホールド２に接続された触媒３と、から大略構成され、エンジン本体の側方に排気マニホールド２が位置し、排気マニホールド２の下方（図１及び図２おける下方）に触媒３が配置されるレイアウトとなっている。

排気マニホールド２は、各気筒の排気ポートに連通する分岐管４，５，６，７と、各分岐管４，５，６，７の一端側が接続され、各気筒から排出された排気を合流させる拡張室８と、を有している。

各分岐管４，５，６，７の一端は、拡張室８の外周壁に接続されている。各分岐管４，５，６，７の他端は、細長い矩形板状のフランジ９によって互いに連結されており、このフランジ９をエンジン本体に固定することにより、排気マニホールド２の排気上流側端部１０となる各分岐管４，５．６，７の他端側がそれぞれ対応する排気ポートに接続される。尚、各分岐管４，５，６，７の通路断面積は互いに等しいものである。

拡張室８は、その排気下流側（図１及び図２おける下方）に、拡張室出口部１１を有している。そして、拡張室出口部１１よりも排気下流側に位置する排気マニホールド２の排気下流側端部１２に触媒３が接続されている。

各分岐管４，５，６，７は、図３に示すように、各分岐管４，５，６，７の一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａから拡張室８内に流れ込む各排気流れが、互いに略同一方向を指向するよう拡張室８にそれぞれ接続されている。換言すれば、各分岐管４，５，６，７から拡張室８内に流入する各排気流れが互いに干渉しあうことがないよう各分岐管４，５，６，７の一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開口方向が略同一方向を指向して拡張室８内に排気流れの渦ｆ５が形成されるように、各分岐管４，５，６，７は拡張室８に接続されている。つまり、各分岐管４，５，６，７は、各分岐管４，５，６，７から拡張室８へ流入する各排気流れｆ１〜ｆ４の流れのベクトルが略一致するよう、一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開口方向が略同一方向を指向している。

さらにまた、各分岐管４，５，６，７は、その一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａが拡張室出口部１１を指向しないよう拡張室８にそれぞれ接続されている。そして、拡張室８は、拡張室出口部１１の開口中心Ｐが、気筒列方向に直交し気筒列中心を含む平面上に位置しないように形成されている。換言すれば、拡張室出口部１１の開口中心Ｐは、気筒列中心Ｑに対してオフセットしている。ここで、気筒列中心Ｑは、気筒列方向（図３における左右方向）における分岐管４の他端側開口部４ｂと分岐管７の他端側開口部７ｂとの中間位置と略一致するものである。

そして、各分岐管４，５，６，７は、各分岐管４，５，６，７の一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａにおいて、分岐管４，５，６，７から拡張室８内に流れ込む排気の流入方向側（図３における左側）の分岐管内壁面が、拡張室８の内壁面と滑らかに連続するようそれぞれ形成されている。

また、拡張室出口部１１における排気通路断面積Ａ２は、拡張室出口部１１よりも排気上流側における拡張室８内の排気通路断面積よりも小さくなるよう形成されている。より詳しくは、拡張室出口部１１における通路断面積Ａ２が、各分岐管４，５，６，７の通路断面積Ａ１の２倍以下の大きさとなるよう設定されている。

拡張室８は、拡張室出口部１１近傍において、排気下流側の拡張室出口部１１に向かって漸次その通路断面積が小さくなるよう略漏斗状に形成されている。そして、排気マニホールド２は、拡張室出口部１１から排気マニホールド２の排気下流側端部１２に向かって、漸次その通路断面積が大きくなるよう略漏斗状に形成されている。つまり、排気マニホールド２は、拡張室出口部１１の前後で通路断面積に絞りが加えられた形状となっている。

また、排気マニホールド２の拡張室出口部１１の位置には、排気中の空燃比を検出する空燃比センサ１３が配置されている。

このような第１実施形態においては、各分岐管４，５，６，７の一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａから拡張室８内に流れ込む各排気流れが互いに略同一方向を指向すると共に、各分岐管４，５，６，７の一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａが拡張室出口部１１を直接指向せず、かつ拡張室出口部１１の開口中心Ｐが気筒列方向に直交し気筒列中心Ｑを含む平面上に位置しないよう構成されているので、拡張室８内へ流入した排気が拡張室出口部１１へ直接抜けず拡張室８内に滞留する排気の滞留時間が相対的に増大することになり、拡張室８内における排気中の未燃炭化水素の酸化を効率よく行うことができ、排気性能の向上を図ることができる。また、各分岐管４，５，６，７から拡張室８に流れ込む排気の流れは、互いに略同一方向を指向しているため、拡張室８内で互いにぶつかりあわず、拡張室８内に渦をまく流れｆ５を形成することになり、拡張室８内で、各分岐管４，５，６，７からの排気流れｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４が互いにぶつかりあうことはなく、拡張室８内での排気流れの乱れによって大きくなる拡張室８内の排気から拡張室８内壁への熱伝達率の増加を抑制することができ、総じて排気温度の低下を防止することができる。また、拡張室８内での気筒干渉も防止することができるので、気筒干渉によるエンジン出力の低下代を小さくすることができる。

さらに、各分岐管４，５，６，７は、各分岐管４，５，６，７の一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａにおいて、分岐管４，５，６，７から拡張室８内に流れ込む排気の流入方向側（図３における左側）の分岐管内壁面が、拡張室８の内壁面と滑らかに連続するようそれぞれ形成されているので、各分岐管４，５，６，７から排気が拡張室８に流れ込む際に、排気が拡張室８の内壁面に衝突することなく、拡張室８の内壁面に沿って拡張室８内に流入することになるため、排気から拡張室内壁面への熱伝達率の低下を図る上で有利であり、かつ拡張室８内に渦をまくような排気流れ（図１〜図３における流れｆ５）を形成するのにも有利である。

そして、排気マニホールド２は、拡張室出口部１１の前後で通路断面積に絞りが加えられた形状となっているので、拡張室８内における排気の滞留時間が相対的に長くなり、拡張室８内における未燃炭化水素の酸化を一層促進することができると共に、触媒３に対して均一な流れの排気を送り込むことができ、触媒３での転化効率を向上させることができる。

また、排気マニホールド２の絞りが加えられた位置、すなわち拡張室出口部１１に空燃比センサ１３が配設されているので、気筒間のセンシングのバラツキを回避することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、上述した第１実施形態と同一の要素には同一に符号を付し、重複する説明は省略する。

この第２実施形態における排気装置２は、上述した第１実施形態と同様に、排気マニホールド２と排気マニホールド２１の排気下流側に位置する触媒３とによって大略構成されているが、エンジン本体の側方に位置する排気マニホールド２と触媒３との位置関係が第１実施形態とは異なっている。

すなわち、図４〜図６に示すように、エンジン本体（図示せず）の側方に位置する排気マニホールド２に対して、触媒３が排気マニホールド２の下方に位置するのはなく、触媒３が排気マニホールド２の側方（図４、図５における右側）に位置している。

このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様に、各分岐管４，５，６，７は、各分岐管４，５，６，７の一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａから拡張室８内に流れ込む各排気流れｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４が、互いに略同一方向を指向するよう拡張室８にそれぞれ接続され、各分岐管４，５，６，７から拡張室８へ流入する各排気流れｆ１〜ｆ４の流れのベクトルが一致するよう、一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａが略同一方向を指向している。さらにまた、各分岐管４，５，６，７は、その一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａが拡張室出口部１１を指向しないよう拡張室８にそれぞれ接続され、拡張室８は、拡張室出口部１１の開口中心Ｐが、気筒列方向に直交し気筒列中心Ｑを含む平面上に位置しないように形成されている。そして、各分岐管４，５，６，７は、各分岐管４，５，６，７の一端側開口部４ａ，５ａ，６ａ，７ａにおいて、分岐管４，５，６，７から拡張室８内に流れ込む排気の流入方向側（図６における左側）の分岐管内壁面が、拡張室８の内壁面と滑らかに連続するようそれぞれ形成されている。また、拡張室出口部１１における排気通路断面積Ａ２は、拡張室出口部１１よりも排気上流側における拡張室８内の排気通路断面積よりも小さくなるよう形成されている。より詳しくは、拡張室出口部１１における通路断面積Ａ２が、各分岐管４，５，６，７の通路断面積Ａ１の２倍以下となるよう設定されている。そして、排気マニホールド２は、拡張室出口部２２の前後で通路断面積に絞りが加えられた形状となっており、排気中の空燃比を検出する空燃比センサ１３が、排気マニホールド２の拡張室出口部１１の位置に配置されている。

そのため、この第２実施形態における排気装置２１においても、上述した第１実施形態の排気装置１と同様の作用効果を得ることができる。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
（１） 内燃機関の排気装置は、各気筒から排出された排気が集合する拡張室と、各気筒の排気ポートからの排気を拡張室内に導入する複数の分岐管と、拡張室の排気下流側に位置し、拡張室出口部を経て導入された排気を浄化する触媒と、を有するものであって、各分岐管は、各分岐管の一端側開口部から拡張室内に流れ込む各排気流れが、互いに略同一方向を指向し、かつ拡張室出口部を指向しないよう拡張室にそれぞれ接続されている共に、拡張室は、拡張室出口部の開口中心が、気筒列方向に直交し気筒列中心を含む平面上から外れた位置に形成されている。これによって、拡張室内へ流入した排気が拡張室出口部へ直接抜けず拡張室内に滞留する排気の滞留時間が相対的に増大することになり、拡張室内における排気中の未燃炭化水素の酸化を効率よく行うことができ、排気性能の向上を図ることができる。また、拡張室内で、各分岐管からの排気流れが互いにぶつかりあうことはなく、拡張室内での排気流れの乱れによって大きくなる拡張室内の排気から拡張室内壁への熱伝達率の増加を抑制することができ、総じて排気温度の低下を防止することができる。また、拡張室内での気筒干渉も防止することができるので、気筒干渉によるエンジン出力の低下代を小さくすることができる。

（２） 上記（１）に記載の内燃機関の排気装置において、拡張室出口部における排気通路断面積は、拡張室出口部よりも排気上流側における拡張室内の排気通路断面積よりも小さくなるよう形成されている。これによって、拡張室内における排気の滞留時間が相対的に長くなり、拡張室内における未燃炭化水素の酸化を一層促進することができると共に、触媒に対して均一な流れの排気を送り込むことができ、触媒での転化効率を向上させることができる。

（３） 上記（２）に記載の内燃機関の排気装置いおいて、拡張室出口部近傍に空燃比センサが配設されている。これによって、気筒間のセンシングのバラツキを回避することができる。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の排気装置において、各分岐管の一端側開口部において、分岐管から拡張室内に流れ込む排気の流入方向側の分岐管内壁面は、拡張室の内壁面と滑らかに連続するようそれぞれ形成されている。これによって、各分岐管から排気が拡張室に流れ込む際に、排気が拡張室の内壁面に衝突することなく、拡張室の内壁面に沿って拡張室内に流入することになるため、排気から拡張室内壁面への熱伝達率の低下を図る上で有利であり、かつ拡張室内に渦をまくような排気流れを形成するのにも有利となる。

本発明の第１実施形態における内燃機関の排気装置の正面図。 図１の右側面図。 本発明の第１実施形態における内燃機関の排気装置の平面図。 本発明の第２実施形態における内燃機関の排気装置の正面図。 図４の右側面図。 本発明の第２実施形態における内燃機関の排気装置の平面図。

符号の説明

１…排気装置
２…排気マニホールド
３…触媒
４…分岐管
５…分岐管
６…分岐管
７…分岐管
８…拡張室
１１…拡張室出口部

Claims (4)

1. 各気筒から排出された排気が集合する拡張室と、各気筒の排気ポートからの排気を拡張室内に導入する複数の分岐管と、拡張室の排気下流側に位置し、拡張室出口部を経て導入された排気を浄化する触媒と、を有する内燃機関の排気装置において、
   各分岐管は、各分岐管の一端側開口部から拡張室内に流れ込む各排気流れが、互いに略同一方向を指向し、かつ拡張室出口部を指向しないよう拡張室にそれぞれ接続されている共に、
   拡張室は、拡張室出口部の開口中心が、気筒列方向に直交し気筒列中心を含む平面上から外れた位置に形成されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 拡張室出口部における排気通路断面積は、拡張室出口部よりも排気上流側における拡張室内の排気通路断面積よりも小さくなるよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
3. 拡張室出口部近傍に空燃比センサが配設されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
4. 各分岐管の一端側開口部において、分岐管から拡張室内に流れ込む排気の流入方向側の分岐管内壁面は、拡張室の内壁面と滑らかに連続するようそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。

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