JP2010031781A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもバイパス触媒やメイン触媒の活性化を早くする装置を提供する。
【解決手段】各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の第１排気通路と、全ての第１排気通路が合流してなる第２排気通路と、この第２排気通路に介装され、上流端にディフューザを有する第１触媒と、同じくこの第２排気通路に前記第１触媒より下流に介装される第２触媒とを備えるエンジンの排気装置において、シリンダヘッドの排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジ（２２）を備え、このヘッドフランジの内部に第１排気通路（２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ）と前記第２排気通路の上流側部分（２６）とを構成する。
【選択図】図４

Description

この発明は、触媒で排気浄化を行うエンジン（内燃機関）の排気装置、特に、メイン触媒が活性化していない冷間始動直後に、別の触媒を備えたバイパス流路側に排気を案内するようにした形式の排気装置の改良に関する。

各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路と、複数の気筒の上流側メイン通路が合流してなる下流側メイン通路と、この下流側メイン通路に介装されたメイン触媒と、前記上流側メイン通路から分岐するとともにバイパス触媒が介装されたバイパス通路と、各気筒から排出された排気が前記バイパス通路へ流れるように、前記上流側メイン通路を開閉するとともに、閉時に各上流側メイン通路相互の連通を遮断する流路切換弁とを備えるものがある（特許文献１参照）。
特開２００８−８２８４号公報

ところで、上記特許文献１の技術では、エンジンの冷間始動時にまず流路切換弁を全閉状態として排気をエンジンに近いバイパス触媒に流しバイパス触媒を早期に活性化して排気中の有害成分を浄化するとともに、バイパス触媒から出た排気をメイン触媒に流すことでメイン触媒を加熱し、メイン触媒が活性化したと判断したら、流路切換弁を全閉状態から全開状態へと切換え排気の殆どをメイン通路を介してメイン触媒に流し、メイン触媒で排気の有害成分を浄化するようにしている。

上記のバイパス触媒は早期に活性化させる目的でエンジンの近傍に配置されている。この目的からすれば、各気筒のエンジンアウトからバイパス触媒までの各距離が全て最短距離にあることが望ましい。これは、最短距離でなければ、最短距離との差の分だけ排気の熱がガス流路の温度上昇に余計に奪われてしまうことを意味し、バイパス触媒に到達して触媒を加熱するためのガスの熱量が減少してしまうためである。これに対して、各気筒のエンジンアウトからバイパス触媒までの各距離が全て最短距離だとバイパス触媒に到達して触媒を加熱するためのガスの熱量が最大となり、その分バイパス触媒の活性化が早くなり、また下流のメイン触媒の活性化も早くなる。

しかしながら、従来は、フランジとしての役割を有するヘッドフランジに対して、上流側バイパス通路を構成する別体の櫛状パイプを接続し、その櫛状パイプの出口とバイパス触媒とを連絡パイプで接続している。このため、各気筒のエンジンアウトからバイパス触媒までの各距離が全て最短距離にあるとは言い難く、バイパス触媒やメイン触媒の活性化を早くする余地を残していた。

そこで本発明は、従来よりもバイパス触媒やメイン触媒の活性化を早くする装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものでない。

本発明は、各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の第１排気通路（５１）と、全ての第１排気通路（５１）が合流してなる第２排気通路（５２）と、この第２排気通路（５２）に介装され、上流端にディフューザ（５３Ａ）を有する第１触媒（５３）と、同じくこの第２排気通路（５２）に前記第１触媒（５３）より下流に介装される第２触媒（５４）とを備えるエンジンの排気装置において、シリンダヘッドの排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジを備え、このヘッドフランジの内部に前記第１排気通路（５１）と前記第２排気通路（５２）の上流側部分とを構成する。

また、本発明は、各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路（２）と、複数の気筒の上流側メイン通路（２）が合流してなる下流側メイン通路（３）と、この下流側メイン通路（３）に介装されたメイン触媒（８）と、前記上流側メイン通路（２）から分岐する上流側バイパス通路（１１）と、全ての上流側バイパス通路（１１）が合流してなる下流側バイパス通路（１４）と、この下流側バイパス通路（１４）に介装され、上流端にディフューザ（１８Ａ）を有するバイパス触媒（１８）と、各気筒から排出された排気が前記バイパス通路（１１、１４）へ流れるように、前記上流側メイン通路（２）を開閉するとともに、閉時に各上流側メイン通路（２）相互の連通を遮断する流路切換弁（４）とを備えるエンジンの排気装置において、シリンダヘッドの排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジを備え、このヘッドフランジの内部に前記上流側メイン通路（２）の上流側部分、前記上流側バイパス通路の全部（１１）及び前記下流側バイパス通路（１４）の上流側部分を構成する。

本発明によれば、各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の第１排気通路（５１）と、全ての第１排気通路（５１）が合流してなる第２排気通路（５２）と、この第２排気通路（５２）に介装され、上流端にディフューザ（５３Ａ）を有する第１触媒（５３）と、同じくこの第２排気通路（５２）に前記第１触媒（５３）より下流に介装される第２触媒（５４）とを備えるエンジンの排気装置において、シリンダヘッドの排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジを備え、このヘッドフランジの内部に前記第１排気通路（５１）と前記第２排気通路（５２）の上流側部分とを構成するので、シリンダヘッドの排気ポート出口（エンジンアウト）から第１排気通路の合流部までの距離を最短距離にできるため、バイパス触媒に到達して触媒を加熱するためのガスの熱量が最大となり、その分バイパス触媒の活性化のタイミングや下流のメイン触媒の活性化のタイミングを従来より早めることができる。また、バイパス触媒に到達して触媒を加熱するためのガスの熱量が最大となると、バイパス触媒上流端に設けられるディフューザでのガスの拡散を促進できる。

また、本発明によれば、各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路（２）と、複数の気筒の上流側メイン通路（２）が合流してなる下流側メイン通路（３）と、この下流側メイン通路（３）に介装されたメイン触媒（８）と、前記上流側メイン通路（２）から分岐する上流側バイパス通路（１１）と、全ての上流側バイパス通路（１１）が合流してなる下流側バイパス通路（１４）と、この下流側バイパス通路（１４）に介装され、上流端にディフューザ（１８Ａ）を有するバイパス触媒（１８）と、各気筒から排出された排気が前記バイパス通路（１１、１４）へ流れるように、前記上流側メイン通路（２）を開閉するとともに、閉時に各上流側メイン通路（２）相互の連通を遮断する流路切換弁（４）とを備えるエンジンの排気装置において、シリンダヘッド（２０）の排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジ（２２）を備え、このヘッドフランジ（２２）の内部に前記上流側メイン通路（２）の上流側部分、前記上流側バイパス通路の全部（１１）及び前記下流側バイパス通路（１４）の上流側部分を構成するので、シリンダヘッドの排気ポート出口（エンジンアウト）から上流側バイパス通路１１の合流部までの距離を最短距離にできるため、バイパス触媒に到達して触媒を加熱するためのガス（排気）の熱量が最大となり、その分バイパス触媒の活性化のタイミングや下流のメイン触媒の活性化のタイミングを従来より早めることができる。また、バイパス触媒に到達して触媒を加熱するためのガス（排気）の熱量が最大となると、バイパス触媒上流端に設けられるディフューザでのガスの拡散を促進できる。

以下、この発明を直列４気筒エンジンの排気装置として適用した第１実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は排気装置の配管レイアウトの模式図、図２はエンジンの排気装置の実際の概略図であり、始めに、これら図１、図２に基づいて、排気装置全体の構成を説明する。直列に配置された１番気筒（♯１気筒）、２番気筒（♯２気筒）、３番気筒（♯３気筒）、４番気筒（♯４気筒）からなる各気筒１には、気筒毎に上流側メイン通路２が接続されている。４つの気筒に個々に接続された４本の上流側メイン通路２は、下流側で１本の下流側メイン通路３として合流しており、その合流部、換言すれば、上流側メイン通路２と下流側メイン通路３との境界となる部位には、４本の上流側メイン通路２を一斉に開閉する流路切換弁４が設けられている。この切換弁４は、冷間時に閉じられるものであって、閉時には、上流側メイン通路２と下流側メイン通路３との間の上下の連通を遮断するとともに、４本の上流側メイン通路２の間を互いに非連通状態とする構成となっている。

流路切換弁４から下流に延びる下流側メイン通路３の途中には、メイン触媒８が介装されている。このメイン触媒８は、車両の床下に配置される容量の大きなものであって、その触媒としては、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。以上の上流側メイン通路２と下流側メイン通路３とメイン触媒８とによって、通常の運転時に排気が通流するメイン流路が構成される。

一方、バイパス流路として、上流側メイン通路２の各々から、上流側バイパス通路１１が分岐している。この上流側バイパス通路１１は、上流側メイン通路２よりも通路断面積が十分に小さなものであって、その上流端となる分岐点１２は、上流側メイン通路２のできるだけ上流側の位置に設定されている。そして、４本の上流側バイパス通路１１は、下流側の合流点１３で１本の下流側バイパス通路１４として合流している。

なお、各通路を模式的に示した図１では、各上流側バイパス通路１１が比較的長く描かれているが、実際には、可能な限り短くなっている。換言すれば、最短距離でもって下流側バイパス通路１４として合流している。

この下流側バイパス通路１４の下流端は、下流側メイン通路３のメイン触媒８より上流側の合流点１７において、下流側メイン通路３に合流している。そして、上記下流側バイパス通路１４の途中には、三元触媒を用いたバイパス触媒１８が介装されている。このバイパス触媒１８は、バイパス流路の中で、可能な限り上流側に配置されている。上記バイパス触媒１８は、メイン触媒８に比べて容量が小さな小型のものであり、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。

下流側バイパス通路１４の下流側メイン通路３への合流点１７より上流の下流側メイン通路３に排気還流通路１５の一端が接続されている。この排気還流通路の１５の他端は、図示せぬ排気還流制御弁を介してエンジンの吸気系へと延びている。

上記のように構成されたエンジンの排気装置においては、冷間始動後のエンジン温度ないしは排気温度が低い段階では、適宜なモータ（アクチュエータ）を介して流路切換弁４が閉じられ、メイン流路が遮断される。そのため、各気筒１から吐出された排気は、その全量が、分岐点１２から上流側バイパス通路１１および下流側バイパス通路１４を通してバイパス触媒１８へと流れる。バイパス触媒１８は、排気系の上流側つまり気筒１に近い位置にあり、かつ小型のものであるので、速やかに活性化し、早期に排気浄化が開始される。また、このとき、流路切換弁４が閉じることで、各気筒１の上流側メイン通路２が互いに非連通状態となる。そのため、ある気筒から吐出された排気が他の気筒の上流側メイン通路２へと回り込む現象が防止され、この回り込みに伴う排気温度の低下が確実に回避される。

一方、メイン触媒８の暖機が進行して活性化状態になったら、流路切換弁４が開放される。これにより、各気筒１から吐出された排気は、主に、上流側メイン通路２から下流側メイン通路３を通り、メイン触媒８を通過する。このときバイパス流路側は特に遮断されていないが、バイパス流路側の方がメイン流路側よりも通路断面積が小さく、かつバイパス触媒１８が介在しているので、両者の通気抵抗の差により、排気流の大部分はメイン流路側を通り、バイパス流路側には殆ど流れない。従って、バイパス触媒１８の熱劣化は十分に抑制される。またバイパス流路側が完全に遮断されないことから、排気流量が大となる高回転速度高負荷時には、排気流の一部がバイパス流路側を流れることで、背圧による充填効率低下を回避することができる。

次に、本発明の要部であるバイパス流路の構成を図３、図４、図５、図６に基づいて説明する。

本発明の排気装置を適用するエンジンは、４つの各気筒が一列に連なって設けられている直列４気筒エンジンであるため、エンジンのシリンダヘッド２０（図２参照）はほぼ直方体形状をしており、４つの各排気ポートはこのシリンダヘッドの長手方向の縦壁２０Ａ（図２参照）に直交して一列に開口している。

図３はシリンダヘッド２０の排気ポート出口からバイパス触媒１８までのガス流路を構成するパイプアセンブリー２１の概略正面図、図４はヘッドフランジ２２の平面図、図５はヘッドフランジ２２の斜視図、図６はヘッドフランジ２２の内部通路を示す断面図である。

パイプアセンブリー２１は、シリンダヘッド２０の排気側の長手方向縦壁２０Ａに取り付けられるヘッドフランジ２２と、ヘッドフランジ２２に接続される連絡パイプ３１とから構成されている。このパイプアセンブリー２１は図２で丸をつけた部分に相当する。

ヘッドフランジ２２は、図４、図５に示したように全体としてほぼ長板状に形成され、一方の平面状側壁２２Ａがシリンダヘッド２０の排気側の長手方向縦壁２０Ａに取り付けられる。シリンダヘッド２０の長手方向縦壁２０Ａに開口する４つの排気ポート出口に対応して、４つの孔２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄが等間隔でヘッドフランジ２２に開けられている。つまり、この各孔２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄから各気筒の排気が吐出されてくる。このため、４つの各孔２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄの周囲には円筒状の接続部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄがヘッドフランジから突出して設けられ、上流側メイン通路２を構成するメインパイプの上流端が各接続部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄにそれぞれ取り付けられることとなる。ただし、この各メインパイプについては本発明の対象外であるので、図示していない。

一方、ヘッドフランジ２２の内部には、図６に示したように４つの各孔２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄと連通する直管状通路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄと、これら４つの直管状通路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄの全てが合流する円柱状の合流部２６とが設けられている。このため、ヘッドフランジ２２の他方の側壁２２Ｂには、直管状通路２５Ａ、２５Ｂ２５Ｃ、２５Ｄの一部を構成する通路壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄと合流部２６の一部を構成する通路壁２７Ｅとが盛り上げて形成されている。

ここで、４つの各通路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄを直管状としたのは、シリンダヘッド２０の排気側の長手方向縦壁２０Ａに開口する各気筒の排気ポート出口（エンジンアウト）から合流部２６までの距離を最短距離とするためである。また、合流部２６を円柱状としたのは、後述する連絡パイプ３１との間でガス流れをスムーズにするためである。

これに対して従来のヘッドフランジは、フランジとしての機能を有するのみで、内部通路は設けられていない。そして、このヘッドフランジに対して、４つの上流側バイパス通路２を構成する別体の櫛状パイプを接続し、その櫛状パイプの出口とバイパス触媒１８とを連絡パイプで接続している。この従来の構成と比較した場合、本実施形態においてヘッドフランジ内に内部通路（２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ、２６）を設けたことで、ヘッドフランジ２２の厚さそのものは従来のヘッドフランジより多少厚くなるが、排気装置全体としてのスペースはそれほど大きく変化することはない（図４参照）。

上記合流部２６は、実施形態ではヘッドフランジ２２の長手方向のほぼ中央位置に設けられているが、これに限定されるものでなく、エンジンルーム内のレイアウトにより合流部２６の設けられる位置は変わり得る。

ヘッドフランジ２２内の合流部２６はその下流端で円筒状の連絡パイプ３１の上流端に接続されている。連絡パイプ３１の下流端には、バイパス触媒１８が接続される。バイパス触媒１８は、セラミックや金属からなるハニカム担体と、その表面にコーティングされる触媒成分とからなり、全体として円柱状に形成され、バイパス触媒１８の円形状の上流端にラッパ状の管であるディフューザ１８Ａ（図２参照）を有している。このディフューザ１８Ａは触媒に入る手前でガスを拡散させるためのものである。

上記合流部２６の下流端と連絡パイプ３１の上流端とにそれぞれ同形状のフランジ２８、３２が設けられており、これら２つのフランジ２８、３２をボルト等で締結することにより、ヘッドフランジ２２と連絡パイプ３１とが一体化されている。

また、ヘッドフランジ２２にはヘッドフランジ２２の平面状側壁２２Ａをシリンダヘッド２０の排気側の長手方向縦壁２０Ａに取り付けるためのボルト孔４１が合計で６箇所に設けられている。

このようにして、ヘッドフランジ２２と連絡パイプ３１とからなるパイプアセンブリー２１により、上流側メイン通路２の最上流側部分、上流側バイパス通路１１の全部及び下流側バイパス通路１４の上流側部分が構成されている。

このようにパイプアセンブリー２１が構成されると、流路切換弁４の全閉状態で燃焼順序に従って各排気ポートを出た排気（ガス）はヘッドフランジ２２内の内部通路である直管状通路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄのいずれかを通り最短距離で合流部２６に吐出され、連絡パイプ３１を経てバイパス触媒１８の上流端にあるディフューザ１８Ａへと流入することとなる。

このように、本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路２と、複数の気筒の上流側メイン通路２が合流してなる下流側メイン通路３と、この下流側メイン通路３に介装されたメイン触媒８と、上流側メイン通路２から分岐する上流側バイパス通路１１と、全ての上流側バイパス通路１１が合流してなる下流側バイパス通路１４と、この下流側バイパス通路１４に介装され、上流端にディフューザ１８Ａを有するバイパス触媒１８と、各気筒から排出された排気がバイパス通路１１、１４へ流れるように、上流側メイン通路２を開閉するとともに、閉時に各上流側メイン通路２相互の連通を遮断する流路切換弁４とを備えるエンジンの排気装置において、シリンダヘッド２０の排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジ２２を備え、このヘッドフランジ２２の内部に上流側メイン通路２の上流側部分、上流側バイパス通路１１の全部及び下流側バイパス通路１４の上流側部分を構成するので、シリンダヘッド２０の排気ポート出口（エンジンアウト）から上流側バイパス通路１１の合流部２６までの距離を最短距離にできるため、バイパス触媒１８に到達して触媒１８を加熱するためのガス（排気）の熱量が最大となり、その分バイパス触媒１８の活性化のタイミングや下流のメイン触媒８の活性化のタイミングを従来より早めることができる。

また、バイパス触媒１８に到達して触媒１８を加熱するためのガス（排気）の熱量が最大となると、バイパス触媒１８上流端に設けられるディフューザ１８Ａでのガスの拡散を促進できる。

次に、図７は第２実施形態で、ヘッドフランジ２２の下流端に有する下流端フランジ２８を下流側から見た図である。

第２実施形態では、４本の直管状通路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄが合流する円柱状合流部２６の軸心と円筒状の連絡パイプ３１の上流端の軸心を一致させるのではなく、４本の直管状通路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄが合流する円柱状合流部２６の軸心（図７では「合流部中心」と表記）を、円筒状の連絡パイプ３１の上流端の軸心（図７では「出口孔部中心」と表記）より図７において下方に所定量偏心させている。これは、偏心を利用して連絡パイプ３１内にガスの旋回流を起こし、その分バイパス触媒１８の上流端に設けられるディフューザ１８Ａでガスの拡散を促進することにより、バイパス触媒１８上流端へのガス当たりを空間的によくするためである。

これについてさらに説明すると、前述したようにバイパス触媒１８は、セラミックや金属からなるハニカム担体と、その表面にコーティングされる触媒成分とからなり、全体として円柱状に形成され、触媒の円形状の上流端に、触媒に入る手前でガスを拡散させるためのディフューザ１８Ａを有している（図２参照）。従って、ディフューザ１８Ａに吐出されたガスは、バイパス触媒１８の上流端に対して空間的に均等に当たるのが理想である。

しかしながら、前述のように従来は、フランジとしての役割を有するヘッドフランジに対して、上流側バイパス通路１１及び下流側バイパス通路１４の上流側部分を構成する別体の櫛状パイプを接続し、その櫛状パイプの出口とバイパス触媒とを１本の連絡パイプで接続している。このため、エンジンアウトからバイパス触媒１８までのガス流路が折れ曲がり、ディフューザ１８Ａに吐出するガスの方向と勢いが不安定で、ディフューザ１８Ａに吐出したガスが十分に拡散されにくいものとなっており、バイパス触媒１８へのガス当たりが悪い、という問題があった。

ここで、「触媒へのガス当たりが悪い」とは、ディフューザ１８Ａに吐出されたガスが触媒１８の上流端に対して空間的に偏って当たる現象をいう。つまり、触媒１８の上流端にディフューザ１８Ａを設けているだけでは触媒１８の円形状上流端に対してガスが当たる部分と当たらない部分とが生じるのである。

このように、触媒１８の上流端に対してガスが当たる部分とガスが当たらない部分とが生じるということは触媒１８全体が使われないことを意味し、触媒１８の浄化性能を十分に発揮させることができない。また、ガスが当たる部分だけが温度上昇する、いわゆる熱の片当たりが生じ、触媒１８の耐久性が低下してしまう。

そこで第２実施形態は、第１実施形態に対してさらに、円柱状合流部２６の軸心を円筒状連絡パイプ３１の上流端の軸心より偏心させることとして上記の問題に対処させることとしたものである。すなわち、第２実施形態では、円柱状合流部２６の軸心を連絡パイプ３１の上流端の軸心より所定量偏心させているので、連絡パイプ３１に吐出されるガスに、図８に示したようにガスの強い旋回流が生じ、その分バイパス触媒１８上流端に設けられるディフューザ１８Ａでのガスの拡散が促進され、バイパス触媒１８上流端へのガス当たりが改善されることとなる。

ここで、上記図８は４つ各気筒について排気のガス流れをシミュレーションにより解析したものである。図８において紙面奥にあるシリンダヘッド（図示しない）に対して紙面手前の右側にバイパス触媒１８が見えており、第１気筒（＃１Ｃｙｌ）、第２気筒（＃２Ｃｙｌ）、第３気筒（＃３Ｃｙｌ）、第４気筒（＃４Ｃｙｌ）のいずれの気筒からの排気（ガス）も、連絡パイプ３１内にガスの旋回流が生じており、その分ディフューザ１８Ａでの拡散が促進されることから、バイパス触媒１８上流端にガスが均等に流れ込んでいるのが分かる。

さらに述べると、〈１〉熱源である触媒１８からの熱害が生じないように、〈２〉触媒１８がハーネスの配置の邪魔にならないように、エンジンルーム内でのバイパス触媒１８の位置が定まる。また、触媒１８の位置は〈３〉レイアウト上の制約をも受ける。これらの結果、図８ではバイパス触媒１８が紙面手前の右方に斜めになって配置されている。このようなバイパス触媒１８とシリンダヘッド２０（エンジン本体）との配置を受けて、連絡パイプ３１内に吐出されるガスに旋回流が生じ、その分バイパス触媒１８上流端のディフューザ１８Ａでガスの拡散が促進されるように、合流部２６の位置、連絡パイプ３１の形状、合流部２６軸心の、連絡パイプ３１の上流端の軸心からの偏心量を最適に定めることとなる。

このようにして、第２実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、合流部２６を円柱状に形成し、この円柱状合流部２６の下流に円筒状の連絡パイプ３１を接続し、円柱状合流部２６の軸心を円筒状連絡パイプ３１の上流端の軸心より偏心させているので、連絡パイプ３１内にガスの旋回流が生じることになり、ディフューザ８Ａでのガスの拡散を一段と促進できる。

上述の実施形態においては、円柱状合流部２６の軸心を円柱状連絡パイプ３１の上流端の軸心に対して偏心させたが、合流部を円筒状連絡パイプ３１の上流端とし、直管状通路２５Ａ〜２５Ｄの軸心が円筒状連絡パイプ３１の上流端の平面と交差する点（直管状通路２５Ａ〜２５Ｄの軸心が合流部と交差する点）が、合流部の中心から偏心する構造としても同様の効果が得られる。つまり、円筒状連絡パイプ３１の上流端における中心で４つの直管状通路の軸心が合流するのではなく、円筒状連絡パイプ３１の上流端における中心から偏心した位置で４つの直管状通路の軸心が合流することで旋回流を起こす構造となる。また、全ての直管状通路の軸心が円筒状連絡パイプ３１の上流端における中心から偏心している必要はなく、少なくとも１つの直管状通路の軸心が円筒状連絡パイプ３１の上流端における中心から偏心していれば旋回流を起こすことが可能である。偏心させる方向については、上述では図７における下方向に偏心させているが、これに限られるものではない。ただし、直管状通路２５Ａ〜２５Ｄの配列方向（図７の左右方向）に偏心させるよりも、直管状通路２５Ａ〜２５Ｄの配列方向と直交する方向（図７の上下方向）に偏心させるほうが、より効率よく旋回流を起こすことが可能である。

以上のように本発明を具体的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、図９に示した排気装置（第３実施形態）に対しても本発明を適用できる。

これについて説明すると、第３実施形態の排気装置は、各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の第１排気通路５１と、全ての第１排気通路５１が合流してなる第２排気通路５２と、この第２排気通路５２に介装され、上流端にディフューザ５３Ａを有する第１触媒５３と、同じくこの第２排気通路５２に第１触媒１８より下流に介装される第２触媒５４とを備えている。

ここで、図９と図１とを見比べると、図１において流路切換弁４が全閉状態にあるときの構成が、つまり図１から上流側メイン通路２と流路切換弁４とを取り去った構成が図９の構成であることがわかる。従って、図９において第１触媒５３は図１のバイパス触媒１８に、第２触媒５４は図１のメイン触媒８に相当する。

こうした図９の排気装置を前提として、第３実施形態では、シリンダヘッドの排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジを備えさせ、このヘッドフランジの内部に、図３、図４、図５、図６と同様にして第１排気通路５１と第２排気通路５２の上流側部分とを構成する。具体的にはヘッドフランジの内部に、気筒毎の第１排気通路５１に相当する直管状通路と、これら直管状通路が合流する合流部とを設ける。このように、第３実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の第１排気通路５１と、全ての第１排気通路５１が合流してなる第２排気通路５２と、この第２排気通路５２に介装され、上流端にディフューザ５３Ａを有する第１触媒５３と、同じくこの第２排気通路５２に第１触媒５３より下流に介装される第２触媒５４とを備えるエンジンの排気装置において、シリンダヘッドの排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジを備え、このヘッドフランジの内部に第１排気通路５１と第２排気通路５２の上流側部分とを構成するので、シリンダヘッドの排気ポート出口（エンジンアウト）から第１排気通路５１の合流部までの距離を最短距離にできるため、第１触媒５３に到達して当該触媒５３を加熱するためのガスの熱量が最大となり、その分第１触媒５３の活性化のタイミングや下流の第２触媒５４の活性化のタイミングを従来より早めることができる。

また、第１触媒５３に到達して触媒５３を加熱するためのガスの熱量が最大となると、第１ス触媒５３上流端に設けられるディフューザ５３Ａでのガスの拡散を促進できる。

また、第２実施形態で説明したように、第３実施形態に対し、前記合流部を円柱状に形成し、この円柱状合流部の下流に円筒状の連絡パイプを接続し、円柱状合流部の軸心を円筒状連絡パイプの上流端の軸心より偏心させることが考えられる（第４実施形態）。この第４実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、連絡パイプ内にガスの旋回流が生じることになり、第１触媒５３の上流端に設けられるディフューザ５３Ａでのガスの拡散を一段と促進できる。

エンジンはガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。

排気装置の配管レイアウトの模式図。 排気装置の実際の概略図。 第１実施形態のシリンダヘッドの排気ポート出口からバイパス触媒までのガス流路を構成するパイプアセンブリーの概略正面図。 第１実施形態のヘッドフランジの平面図。 第１実施形態のヘッドフランジの斜視図。 第１実施形態のヘッドフランジの内部通路を示す断面図。 第２実施形態のフランジ２８を下流側から見た図。 第２実施形態の各気筒のガス流れを示す解析図。 第３実施形態の排気装置の配管レイアウトの模式図。

符号の説明

２…上流側メイン通路
３…下流側メイン通路
４…流路切換弁
８…メイン触媒
１１…上流側バイパス通路
１４…下流側バイパス通路
１８…バイパス触媒
１８Ａ…ディフューザ
２２…ヘッドフランジ
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ…直管状通路
２６…合流部
３１…連絡パイプ

Claims (8)

1. 各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の第１排気通路と、
   全ての第１排気通路が合流してなる第２排気通路と、
   この第２排気通路に介装され、上流端にディフューザを有する第１触媒と、
   同じくこの第２排気通路に前記第１触媒より下流に介装される第２触媒と
   を備えるエンジンの排気装置において、
   シリンダヘッドの排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジ
   を備え、
   このヘッドフランジの内部に前記第１排気通路と前記第２排気通路の上流側部分とを構成することを特徴とするエンジンの排気装置。
2. 前記ヘッドフランジの内部に、前記気筒毎の第１排気通路に相当する直管状通路と、これら直管状通路が合流する合流部とを設けることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。
3. 前記合流部の下流に円筒状の連絡パイプを接続し、
   前記直管状通路の軸心が前記合流部と交差する点を、円筒状連絡パイプの上流端の軸心より偏心させることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気装置。
4. 前記合流部を円柱状に形成し、
   この円柱状合流部の下流に円筒状の連絡パイプを接続し、
   円柱状合流部の軸心を円筒状連絡パイプの上流端の軸心より偏心させることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気装置。
5. 各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路と、
   複数の気筒の上流側メイン通路が合流してなる下流側メイン通路と、
   この下流側メイン通路に介装されたメイン触媒と、
   前記上流側メイン通路から分岐する上流側バイパス通路と、
   全ての上流側バイパス通路が合流してなる下流側バイパス通路と、
   この下流側バイパス通路に介装され、上流端にディフューザを有するバイパス触媒と、
   各気筒から排出された排気が前記バイパス通路へ流れるように、前記上流側メイン通路を開閉するとともに、閉時に各上流側メイン通路相互の連通を遮断する流路切換弁と
   を備えるエンジンの排気装置において、
   シリンダヘッドの排気ポート出口に取り付けるヘッドフランジ
   を備え、
   このヘッドフランジの内部に前記上流側メイン通路の上流側部分、前記上流側バイパス通路の全部及び前記下流側バイパス通路の上流側部分を構成することを特徴とするエンジンの排気装置。
6. 前記ヘッドフランジの内部に、前記上流側メイン通路の上流側部分及び前記上流側バイパス通路の全部に相当する直管状通路と、これら直管状通路が合流する合流部とを設けるすることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気装置。
7. 前記合流部の下流に円筒状の連絡パイプを接続し、
   前記直管状通路の軸心が前記合流部と交差する点を、円筒状連絡パイプの上流端の軸心より偏心させることを特徴とする請求項６に記載のエンジンの排気装置。
8. 前記合流部を円柱状に形成し、
   この円柱状合流部の下流に円筒状の連絡パイプを接続し、
   円柱状合流部の軸心を円筒状連絡パイプの上流端の軸心より偏心させることを特徴とする請求項６に記載のエンジンの排気装置。

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