JP4145625B2 - エンジンの排気系構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気系構造、特に排気マニホールドが、複数の多岐管と、それら多岐管の下流側相互を集合させる集合部とより構成され、その集合部の直下流には触媒コンバータが配設され、その触媒コンバータの筒状をなすケーシングが、該ケーシング内部の触媒の最上流端よりも前記集合部側に延出する入口筒部を一体に備え、該入口筒部内には、集合部より触媒に向かう排ガスを拡散させる入口空間部が形成される排気系構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の上記排気系構造においては、例えば図９に示すように、触媒コンバータのケーシングの入口筒部が先細りの円錐テーパ状に形成され、その先端即ち入口端に接続される排気マニホールドの集合チャンバ（集合部）の上部壁に複数の多岐管の下流端が互いに並列に挿入、接続されている。この場合、各排気多岐管は触媒に対しかなり小径である上、集合チャンバに対する挿入方向が各多岐管の取り回しの都合で不揃いなため、各多岐管から集合チャンバに流れ込む排ガスを上記入口筒部の入口端で一旦まとめ、その流れを均一にしてから入口筒部内で緩やかに拡散させることで、各多岐管の排ガスを触媒前端面に均一に当てるようにしている。
【０００３】
ところが上記従来の構造において、各多岐管の内径に対しかなり大径の触媒の前端面に向かって排ガスを十分に拡散させるためには、(1) 各多岐管の排ガスを入口筒部に対し均一に集合させるべく多岐管の管長を十分長くすることと、(2) 集合した排ガスを均一化すべく集合チャンバの容量を十分大きくすることと、(3) 入口筒部内での排ガス拡散時間を稼ぐべく該入口筒部の長さを十分長くすること等を必要とし、そのために十分な設置スペースを確保しなければならない。
【０００４】
この場合、もし集合チャンバに十分な容量を確保できなければ、該チャンバの出口径を絞る必要があって圧力損失が高まりエンジン出力に悪影響を与える虞れがあり、その上、チャンバ出口径と触媒径の差が大きくなって更に長い入口筒部が必要になり、一層大きな設置スペースを確保する必要が生じる。またこれらのことにより、各多岐管から触媒に至る排ガス経路のヒートマスも増大させ、排気エミッションの悪化要因ともなってしまう。
【０００５】
そこで、排気マニホールドのために大きな設置スペースを必要とすることなく排ガスを均一且つ十分に拡散させて触媒の前端面に当てることにより従来の上記問題を解決できるようにするために、例えば触媒コンバータのケーシングの入口筒部を渦流室とし、この渦流室の外周部に接線方向に沿って各多岐管の下流端を互いに対向しないように開口させて、各多岐管からの排ガスが互いに衝突しないように渦流室に流入させるものが、既に提案されている（下記の特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
実公昭６１−４３９３７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記提案のものでは、各多岐管からの排ガスが入口筒部（渦流室）の外周部にその接線方向に沿って流入し、該入口筒部（渦流室）内で旋回流を起こしながら十分に拡散するので、エンジンの回転速度の高低に関係なく排ガスの触媒前端面への当たり方が常に略一定且つ均一となる。そのため、特に排ガス温度が低いエンジンの冷間始動時等の低速回転時には、保有熱量が少ない排ガスが触媒の広い前端面の全面に亘り拡散流入することで触媒の昇温特性が悪くなり、却ってＨＣの浄化効率が低下する等の問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み提案されたもので、従来の上記問題をコンパクトで且つ簡単な構造で解決できる、エンジンの排気系構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに並列する４つの気筒を有するエンジンの排気マニホールドが、エンジン本体の一側面に前記４つの気筒に対応して並列に開口する４つの排気ポートに上流端部がそれぞれ接続される４本の多岐管と、それら多岐管の下流側相互を集合させる集合部とより構成され、その集合部の直下流には触媒コンバータが配設され、その触媒コンバータの筒状をなすケーシングは、該ケーシング内部の触媒の最上流端よりも前記集合部側に延出する入口筒部を一体に備え、その入口筒部内には、前記集合部より触媒に向かう排ガスを拡散させる入口空間部が形成されてなる、エンジンの排気系構造において、前記集合部は、前記ケーシングの中心軸線の周囲を略全周に亘り円環状に延び且つその周方向中間部に全多岐管からの排ガスの最終合流位置を設定した旋回通路より構成されていて、その旋回通路のうち、前記最終合流位置よりも上流側半部が、外側の２本の多岐管相互の下流側集合部と内側の２本の多岐管相互の下流側集合部とを互いに隣接させて形成されると共に、同旋回通路の前記最終合流位置よりも下流側半部が、全多岐管からの排ガスを集合状態で旋回させる集合ガス旋回通路部を構成しており、その集合ガス旋回通路部の下流端が前記中心軸線側を指向して、前記入口筒部の先端中央部に設けられ且つ前記入口空間部に開口する開口部に接続されることを特徴としている。
【００１０】
また請求項２の発明は、エンジンの排気マニホールドが、複数の多岐管と、それら多岐管の下流側相互を集合させる集合部とより構成され、その集合部の直下流には触媒コンバータが配設され、その触媒コンバータの筒状をなすケーシングは、該ケーシング内部の触媒の最上流端よりも前記集合部側に延出する入口筒部を一体に備え、その入口筒部内には、前記集合部より触媒に向かう排ガスを拡散させる入口空間部が形成され、前記集合部が、全多岐管からの排ガスの最終合流位置よりも少なくとも下流側に、前記ケーシングの中心軸線の周囲を旋回するように湾曲する集合ガス旋回通路部を有していて、その集合ガス旋回通路部の下流端が前記中心軸線側を指向して、前記入口筒部の先端中央部に設けられ且つ前記入口空間部に開口する開口部に接続されてなるエンジンの排気系構造であって、前記開口部が、前記入口筒部の先端中央部に固着されて内端部が前記入口空間部内に突出する内筒より構成され、その内筒の外周面と前記入口筒部の内周面との対向面間に環状空隙部が形成されることを特徴とする。
【００１１】
また請求項３の発明は、エンジンの排気マニホールドが、複数の多岐管と、それら多岐管の下流側相互を集合させる集合部とより構成され、その集合部の直下流には触媒コンバータが配設され、その触媒コンバータの筒状をなすケーシングは、該ケーシング内部の触 媒の最上流端よりも前記集合部側に延出する入口筒部を一体に備え、その入口筒部内には、前記集合部より触媒に向かう排ガスを拡散させる入口空間部が形成され、前記集合部が、全多岐管からの排ガスの最終合流位置よりも少なくとも下流側に、前記ケーシングの中心軸線の周囲を旋回するように湾曲する集合ガス旋回通路部を有していて、その集合ガス旋回通路部の下流端が前記中心軸線側を指向して、前記入口筒部の先端中央部に設けられ且つ前記入口空間部に開口する開口部に接続されてなるエンジンの排気系構造であって、前記排気マニホールドが、上下方向に重なり合って相互に一体的に結合される複数の構成要素より上下に分割構成され、その複数の構成要素が、前記各多岐管の上流端より前記集合ガス旋回通路部の下流端に至る排ガス流路が同一平面に沿うように形成されることを特徴とする。
【００１２】
上記特徴によれば、排気マニホールドの各多岐管より集合部に流入した排ガスは、その最終合流位置よりも下流側にある集合ガス旋回通路部を旋回しながら通過する間に十分に拡散し、均一化されて入口筒部に流入するから、各多岐管や入口筒部を特別長く形成したり或いは集合部を特別大きな容量とする必要はなくなり、排気系の省スペース化が図られると共に各多岐管から触媒に至る排ガス経路のヒートマス軽減が図られる。また上記集合ガス旋回通路部を旋回流動する排ガスは、ケーシング入口筒部の先端中央部に設けた開口部より入口筒部内の入口空間部に流入するが、排ガス流量（従って熱保有量）が少ないエンジンの低速運転時においては、排ガス自体の流動エネルギが小さく、入口空間部での内部圧力も比較的小さくて、排ガスの流線が入口空間部の中央部に集まり易くなる。即ち、排ガスは前記開口部より入口空間部を概ね直進して触媒前端面の略中心部に効率よく集まり、そこにヒートスポットを形成することができるから、例えばガス温度が比較的低い冷間始動時などのエンジン低回転時でも上記ヒートスポットにより昇温特性をより向上させることができ、触媒による排気浄化効率が一層向上する。一方、エンジンの高回転時においては、排ガス自体の流動エネルギが大きく、入口空間部での内部圧力も高まり、開口部を出た排ガスの流線が十分な拡がり傾向をみせて入口空間部での排ガス拡散効果が高くなり、これにより、多量の排気ガスを十分に拡散させて触媒の前端面全体にほぼ均等に当てることが可能となるから、触媒の浄化ボリュームを全体として有効に使うことができて排気浄化効率の向上が図られるばかりか、触媒全体をほぼ均一に昇温できて触媒の熱負荷軽減、延いては耐久性向上が図られる。
【００１３】
また特に請求項２の発明の前記特徴によれば、上記内筒の特設により入口筒部が二重管構造となることから、入口筒部の排ガス保温効果が高まる上、エンジンの低速回転領域での入口空間部での排ガスの直進性が更に向上し、前述のヒートスポット効果が一層高められて触媒の昇温特性が向上するから、特に冷間始動時のＨＣ浄化効率を効果的に高めることができる。またエンジンの高速回転領域では、入口空間部の内部圧力は高く、該入口空間部における排ガスの拡散効果が上記内筒の特設によっても損なわれることはない。
【００１４】
また特に請求項３の発明の前記特徴によれば、各多岐管の上流端より前記集合ガス旋回通路部の下流端に至る排ガス流路が略同一平面上で形成されるようになって排気マニホールドを上下方向及び横方向に著しく小型化することが可能となって、車載上、極めて有利であり、またこのような排気マニホールドを、上記複数の構成要素を上下に重ねて結合するだけで簡単に製造することが可能となる。
【００１５】
また請求項４の発明は、請求項１，２又は３の上記特徴に加えて、前記ケーシング内には、その上流側に酸化型触媒又は三元型触媒が、またその下流側に三元型触媒又は還元型触媒が互いに直列に収納されることを特徴とし、この特徴によれば、触媒コンバータのケーシング内では、その上流側の酸化型触媒又は三元型触媒で効率よくＨＣを浄化できるため、その下流側の三元型触媒又は還元型触媒で残るＮＯｘ、ＣＯを効率よく集中的に浄化可能となる。
【００１６】
また請求項５の発明は、請求項４の上記特徴に加えて、前記ケーシング内には、前記上流側の酸化型触媒又は三元型触媒と、前記下流側の三元型触媒又は還元型触媒との間に空隙が形成され、その空隙にガス検出部を臨ませるガスセンサが前記ケーシングに装着されることを特徴とし、この特徴によれば、上記空隙は、その周方向位置の如何に依らず排ガスが満遍なく流れることから、そのケーシングの周方向位置の違いによる検出値のばらつきが少なくなり、従って、該ガスセンサの取付位置の自由度が大きくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
【００１８】
添付図面において、図１〜図８は本発明の一実施例を示すものであって、図１は、エンジンルーム内におけるエンジン及びその排気系の要部を示す概略斜視図、図２は、図１の２矢視図、図３は、排気マニホールド及び入口筒部の分解斜視図、図４は、排気マニホールドの拡大平面図（図２の４矢視拡大図）、図５は、排気マニホールドより上型を取り外した状態を示す図４対応図、図６は、図５の６−６線断面図（エンジンの高速回転時）、図７は、図５の６−６線断面図（エンジンの低速回転時）、図８は、排気マニホールドより上型及び中型を取り外した状態を示す平面図（図６の８−８線断面図）である。
【００１９】
自動車のエンジンルーム内には、複数の気筒が車体左右方向に並ぶ横置き多気筒エンジンＥが収容されており、該エンジンＥは、図示しない車体フレームにマウント支持される。このエンジンＥのエンジン本体１には、その車体前後方向後側の側面において複数の排気ポート（図示せず）が互いに並列状態で開口しており、それら排気ポートには、排気マニホールドＭの複数の第１〜第４多岐管Ａ１〜Ａ４の上流端がそれぞれ接続される。尚、図示例では、複数の多岐管Ａ１〜Ａ４の上流端が、それら上流端に固着した共通一枚の取付板Ｐ及び図示しないガスケットを介してエンジン本体１の側面に着脱可能にボルトで締着される。
【００２０】
排気マニホールドＭは、前記第１〜第４多岐管Ａ１〜Ａ４と、それら多岐管Ａ１〜Ａ４の下流側に連なりその相互を集合させる集合部Ｂとより構成され、その集合部Ｂの直下流には、エンジン本体１の後側に直立状態で配置された触媒コンバータＣが接続される。尚、この触媒コンバータＣの下流側には、図示しない排気マフラに連なる排気管Ｅｘが接続される。
【００２１】
その触媒コンバータＣは、円筒状をなすと共に中心軸線Ｌを上下方向に向かせた段付きのケーシング２を備えており、そのケーシング２内には、その上流側に酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕが、またその下流側に三元型触媒又は還元型触媒Ｃｄが互いに直列に収納される。尚、本実施例では、各触媒Ｃｕ，Ｃｄが触媒担体に保持されて所定の円柱状に成形されているが、その触媒担体を含む成形体全体を便宜上、触媒と呼ぶ。
【００２２】
前記ケーシング２内には、酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕの下流側端面と、三元型触媒又は還元型触媒Ｃｄの上流側端面との間に扁平な空隙３が形成され、その空隙３にガス検出部を臨ませるガスセンサとしてのＯ2 センサＳｅが、該ケーシング２の中間部周壁の適所に装着される。尚、このケーシング２の中間部周壁には、該ケーシング２をエンジン本体１に取付、支持するための複数の取付ブラケットｂも固着される。
【００２３】
前記ケーシングＣは、そのケーシング２内の触媒の最上流端（即ち酸化型触媒Ｃｕの上流側端面）よりも前記集合部Ｂ側に延出する入口筒部２ａを一体に備えており、その入口筒部２ａ内には、前記集合部Ｂより酸化型触媒Ｃｕに向かう排ガスを拡散させる入口空間部４が形成される。
【００２４】
その入口筒部２ａの先端壁中央部には、前記入口空間部４に開口する開口部Ｉが設けられる。この開口部Ｉは、図示例では入口筒部２ａの先端壁中央部に貫通、固着されて内端部Ｎｉが入口空間部４内に、また外端部Ｎｏが前記集合部Ｂ内にそれぞれ突出する内筒Ｎより構成される。その内筒Ｎの内端部Ｎｉの外周面と入口筒部２ａの内周面との間には環状空隙部ｓが形成され、この部分で入口筒部２ａは二重管構造となっている。尚、入口筒部２ａの先端壁は、図示例では、排気マニホールドＭの後述する下型７により形成（即ち該下型７が先端壁に兼用）されて構造の簡素化が図られているが、このような兼用構造に代えて、排気マニホールドＭとは別個の壁部材で入口筒部２ａの先端壁を形成するようにしてもよい。
【００２５】
前記内筒Ｎは、基本的に円筒状に形成されており、その外端部Ｎｏ、即ち集合部Ｂ内に突出する部分には、後述する集合ガス旋回通路部Ｒｓの下流端が直接連通するように周方向の一部が切り欠かれて、ガス導入部Ｏが形成される。
【００２６】
前記排気マニホールドＭは、上下方向に重なり合って相互に一体的に結合される複数の構成要素としての上型５、中型６及び下型７より上下に分割構成され、その上型５、中型６及び下型７は、各多岐管Ａ１〜Ａ４の上流端より前記集合ガス旋回通路部Ｒｓの下流端に至る排気マニホールドＭ内の排ガス流路が同一平面に沿うように形成される。
【００２７】
下型７は、内側の第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３の下半分を形成する第２・第３多岐管下側形成部７Ａと、第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３の下流側相互を集合させると共にケーシング２の中心軸線Ｌの周囲を略全周に亘り旋回する旋回通路Ｒの下半分を前記内筒Ｎの外端部Ｎｏと協働して形成する旋回通路下側形成部７Ｂとを一体に形成して構成される。また下型７の下端面は、入口筒部２ａの先端開口を塞ぐように該入口筒部２ａの先端外周縁に溶接等で気密に固着され、その入口筒部２ａの先端外周縁には、下型７の前記第２・第３多岐管下側形成部７Ａに対応した一対の横断面円弧状の支持溝２ａｇが形成される。
【００２８】
上型５は、外側の第１、第４多岐管Ａ１、Ａ４の上半分を形成する第１・第４多岐管上側形成部５Ａと、第１、第４多岐管Ａ１、Ａ４の下流側相互を集合させると共に前記旋回通路Ｒの上半分を形成する旋回通路上側形成部５Ｂとを一体に形成して構成される。
【００２９】
中型６は、上型５と下型７との接合面間の一部に介装されるものであって、下型７の第２・第３多岐管下側形成部７Ａと協働して第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３を形成する第２・第３多岐管上側形成部６Ａと、上型５の第１・第４多岐管上側形成部５Ａと協働して第１、第４多岐管Ａ１、Ａ４を形成する第１・第４多岐管下側形成部６Ａ′と、前記旋回通路Ｒの上流側半部を上下に仕切り且つ内筒Ｎの外端開口を塞ぐ平板状の仕切り壁部６Ｂと、その仕切り壁部６Ｂの下面より下方に張り出して前記旋回通路Ｒの始端と終端間を遮断し且つ旋回通路Ｒの終端に達した排ガスをケーシング２の中心軸線Ｌ側に転向させて前記内筒Ｎの外端部Ｎｏのガス導入部Ｏ（従って前記開口部Ｉ）に導くガス誘導壁６Ｂ′とを一体に形成して構成される。尚、下型７及び入口筒部２ａの外周にそれぞれ連設される接合フランジには、中型６の板厚に対応する段差７ｓ，２ａｓがそれぞれ形成されている。
【００３０】
而して前記旋回通路Ｒのうち、中型６の仕切り壁部６Ｂで上下に仕切られない下流側半部は、本発明の集合ガス旋回通路部Ｒｓを構成する。即ち、旋回通路Ｒにおいて、中型６の仕切り壁部６Ｂによる上下の仕切りが途切れた位置が全多岐管Ａ１〜Ａ４からの排ガスの最終合流位置Ｘとなり、その最終合流位置Ｘより下流側の旋回通路Ｒが集合ガス旋回通路部Ｒｓとなる。
【００３１】
尚、上型５には、前記集合ガス旋回通路部Ｒｓの下流端寄りに検出部を臨ませるようにしてＬＡＦセンサＳｅ′が装着される。
【００３２】
次に前記実施例の作用を説明する。エンジンＥの運転中は、その高温の排気ガスが排気マニホールドＭを経てその集合部Ｂから触媒コンバータＣに流入し、そのケーシング２内では、上流側の酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕで効率よくＨＣを浄化し、次いで下流側の三元型触媒又は還元型触媒Ｃｄで残るＮＯｘ、ＣＯを効率よく集中的に浄化することができる。
【００３３】
ところで排気マニホールドＭの内側の第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３より集合部Ｂに達した排ガスは、該集合部Ｂにおける前記旋回通路Ｒの上流側半部（中型６の直下部分）で集合し、一方、外側の第１、第４多岐管Ａ２、Ａ３より集合部Ｂに達した排ガスは、同旋回通路Ｒの上流側半部（中型６の直上部分）で集合する。次いで中型６の仕切り壁部６Ｂによる旋回通路Ｒの仕切りが途切れた最終合流位置Ｘで第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３からの排ガスと第１、第４多岐管Ａ２、Ａ３からの排ガスとが集合して、その下流側の旋回通路Ｒ（即ち集合ガス旋回通路部Ｒｓ）を旋回しながら通過し、その間に排ガスは十分に拡散し、均一化されて内筒Ｐｉを経て触媒コンバータＣの入口筒部２ａに流入する。従って、排ガスの拡散、均一化のために各多岐管Ａ１〜Ａ４や入口筒部２ａを特別長く形成したり或いは集合部Ｂを特別大きな容量とする必要はなくなるため、排気系の省スペース化が図られると共に各多岐管Ａ１〜Ａ４から触媒Ｃｕ、Ｃｄに至る排ガス経路のヒートマス軽減が図られる。
【００３４】
また上記集合ガス旋回通路部Ｒｓを旋回流動する排ガスは、ケーシング２の入口筒部２ａの先端中央部に設けた開口部Ｉより入口筒部２ａ内の入口空間部４に流入するため、排ガス流量（従って熱保有量）が少ないエンジンの低速運転時においては、排ガス自体の流動エネルギが小さく、入口空間部４での内部圧力も比較的小さくて、排ガスの流線が入口空間部４の中央部に集まり易くなる。即ち、内筒Ｎを出た排ガスは入口空間部４を概ね直進して上流側酸化型触媒Ｃｕの前端面ｆの略中心部に効率よく集まり、そこにヒートスポットを形成することができる（図７参照）。このため、例えばガス温度が比較的低い冷間始動時などのエンジン低回転時でも上記ヒートスポットにより昇温特性をより向上させることができ、酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕによる排気浄化効率、特にＨＣの浄化効率が向上する。
【００３５】
一方、エンジンＥの高回転時においては、排ガス自体の流動エネルギが大きく、入口空間部４での内部圧力も高まり、内筒Ｎを出た排ガスの流線が十分な拡がり傾向をみせて入口空間部４での排ガス拡散効果が高くなるから、多量の排気ガスを十分に拡散させて酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕの前端面ｆの全体に略均等に当てることが可能となる（図６参照）。このため、その酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕの浄化ボリュームを全体として有効に使うことができて排気浄化効率の向上が図られるばかりか、該触媒Ｃｕ全体をほぼ均一に昇温できて触媒の熱負荷軽減、延いては耐久性向上が図られる。
【００３６】
また特に図示例では、前記開口部Ｉが、入口筒部２ａの先端中央部に固着されて内端部Ｎｉが入口空間部４内に突出する内筒Ｎより構成され、その内筒Ｎの外周面と入口筒部２ａの内周面との対向面間に環状空隙部ｓが形成される構造としている。このため、その内筒Ｎの特設により入口筒部２ａが二重管構造となって入口筒部２ａの排ガス保温効果が高まる上、エンジンＥの低速回転領域での入口空間部４での排ガスの直進性がより向上し、前述のヒートスポット効果が一層高められて触媒の昇温特性が向上するから、特に冷間始動時のＨＣ浄化効率を効果的に高めることができる。尚、その内筒Ｎの外端部Ｎｏは、集合部Ｂ内に突出していて前記旋回通路Ｒの一部（内周壁）に兼用されるから、それだけ構造簡素化が図られる。
【００３７】
また図示例では、排気マニホールドＭが、上下方向に重なり合って相互に一体的に結合される複数の構成要素（上型５、中型６、下型７）より上下に分割構成され、その複数の構成要素５〜７が、各多岐管Ａ１〜Ａ４の上流端より前記開口部Ｉに至る排ガス流路が同一平面に沿うように形成されている。このため、排気マニホールドＭを上下方向及び横方向に著しく小型化することが可能となって、車載上、極めて有利であり、またこのような排気マニホールドＭを、上記上型５、中型６、下型７の上記三段に重ねて結合するだけで簡単に製造することが可能となり、量産性も高くなる。しかも各多岐管Ａ１〜Ａ４を小スペースにおいて集合でき、排ガスの熱量を外部に逃がすことなく入口筒部２まで導入することができ、またこのような小スペースにも拘わらず、前記旋回通路Ｒ（特に集合ガス旋回通路Ｒｓ）により集合部Ｂでの通路長さを十分に確保できて各多岐管Ａ１〜Ａ４の排ガスを入口筒部２に均等に送り込むことが可能である。
【００３８】
ところで図示例の触媒コンバータＣのケーシング２内には、上流側の酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕと、下流側の三元型触媒又は還元型触媒Ｃｄとの間に扁平な空隙３が形成され、その空隙３にガス検出部を臨ませるガスセンサとしてのＯ2 センサＳｅがケーシング２に装着されている。そしてこの空隙３には、ケーシング２の周方向位置の如何に依らず排ガスが満遍なく流れていて、その周方向位置の違いによるＯ2 センサＳｅの検出値のばらつきが少ないことが実験により確認された。従ってこのセンサＳｅの取付位置の自由度が高くなり、車載の状況に応じて適宜取付位置を決めることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変更を行うことができる。
【００４０】
例えば、前記実施例では、触媒コンバータＣのケーシング２の入口筒部２ａが概ね有底円筒状のものを使用したが、本発明では、その入口筒部を従来例のように先細りの円錐テーパ状に形成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように各請求項の発明によれば、排気マニホールドの各多岐管より集合部に流入した排ガスは、その最終合流位置よりも下流側にある集合ガス旋回通路部を旋回しながら通過する間に十分に拡散し、均一化されて入口筒部に流入するようになり、従って、排ガスの拡散、均一化のために各多岐管や入口筒部を特別長く形成したり或いは集合部を特別大きな容量とする必要はなくなるため、排気系の省スペース化が図られると共に各多岐管から触媒に至る排ガス経路のヒートマス軽減が図られる。また上記集合ガス旋回通路部を旋回流動する排ガスは、ケーシング入口筒部の先端中央部に設けた開口部より入口筒部内の入口空間部に流入するため、その排ガスの流量が少ないエンジンの低速運転時には、入口空間部を概ね直進して触媒前端面の略中心部に効率よく集まり、そこにヒートスポットを形成できるようになり、これにより、冷間始動時などのエンジン低回転時でも触媒の昇温特性を向上させて排気浄化効率を高めることができ、一方、エンジン高回転時には、内部圧力が高く、流動エネルギが大きいことにより、入口空間部での排ガス拡散効果が高く、多量の排気ガスを十分に拡散させて触媒の前端面全体にほぼ均等に当てることが可能となるから、触媒の浄化ボリュームを全体として有効に使うことができて排気浄化効率の向上が図られる。
【００４２】
また特に請求項２の発明によれば、前記開口部が、入口筒部の先端中央部に固着されて内端部が入口空間部内に突出する内筒より構成され、その内筒の外周面と前記入口筒部の内周面との間に環状空隙部が形成されるので、上記内筒の特設により入口筒部が二重管構造となることで入口筒部の排ガス保温効果が高まる上、エンジンの低速回転領域での入口空間部での排ガスの直進性が更に向上し、前述のヒートスポット効果が一層高められて、特に冷間始動時のＨＣ浄化効率を効果的に高めることができる。
【００４３】
また特に請求項３の発明によれば、排気マニホールドが、上下方向に重なり合って相互に一体的に結合される複数の構成要素より上下に分割構成され、その複数の構成要素が、各多岐管の上流端より集合ガス旋回通路部の下流端に至る排ガス流路が同一平面に沿うように形成されるので、排気マニホールドを上下方向及び横方向に著しく小型化することが可能となって、車載上、極めて有利であり、またこのような排気マニホールドを、上記複数の構成要素を上下に重ねて結合するだけで簡単に製造することが可能となる。
【００４４】
また特に請求項４の発明によれば、触媒コンバータのケーシング内では、その上流側の酸化型触媒又は三元型触媒で効率よくＨＣを浄化できるため、その下流側の三元型触媒又は還元型触媒で残るＮＯｘ、ＣＯを効率よく集中的に浄化可能となる。
【００４５】
また特に請求項５の発明によれば、ケーシング内には、前記上流側の酸化型触媒又は三元型触媒と、前記下流側の三元型触媒又は還元型触媒との間に空隙が形成され、その空隙にガス検出部を臨ませるガスセンサが前記ケーシングに装着されるので、上記空隙は、その周方向位置の如何に依らず排ガスが満遍なく流れることから、そのケーシングの周方向位置の違いによる検出値のばらつきが少なくなり、従って、該ガスセンサの取付位置の自由度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジンルーム内におけるエンジン及びその排気系の要部を示す概略斜視図
【図２】 図１の２矢視図
【図３】 排気マニホールド及び入口筒部の分解斜視図
【図４】 排気マニホールドの拡大平面図（図２の４矢視拡大図）
【図５】 排気マニホールドより上型を取り外した状態を示す図４対応図
【図６】 図５の６−６線断面図（エンジンの高速回転時）
【図７】 図５の６−６線断面図（エンジンの低速回転時）
【図８】 排気マニホールドより上型及び中型を取り外した状態を示す平面図（図６の８−８線断面図）
【図９】 従来例を示す図２対応図
【符号の説明】
Ａ１〜Ａ４ 第１〜第４多岐管
Ｂ 集合部
Ｃ 触媒コンバータ
Ｃｄ 三元型触媒又は還元型触媒
Ｃｕ 酸化型触媒又は三元型触媒
Ｅ エンジン
Ｉ 開口部
Ｌ ケーシングの中心軸線
Ｍ 排気マニホールド
Ｎ 内筒
Ｎｉ 内端部
Ｒ 旋回通路
Ｒｓ 集合ガス旋回通路部
Ｓｅ Ｏ2 センサ（ガスセンサ）
ｓ 環状空隙部
Ｘ 排ガスの最終合流位置
１ エンジン本体
２ ケーシング
２ａ 入口筒部
３ 空隙
４ 入口空間部
５ 上型（構成要素）
６ 中型（構成要素）
７ 下型（構成要素）
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気系構造、特に排気マニホールドが、複数の多岐管と、それら多岐管の下流側相互を集合させる集合部とより構成され、その集合部の直下流には触媒コンバータが配設され、その触媒コンバータの筒状をなすケーシングが、該ケーシング内部の触媒の最上流端よりも前記集合部側に延出する入口筒部を一体に備え、該入口筒部内には、集合部より触媒に向かう排ガスを拡散させる入口空間部が形成される排気系構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の上記排気系構造においては、例えば図９に示すように、触媒コンバータのケーシングの入口筒部が先細りの円錐テーパ状に形成され、その先端即ち入口端に接続される排気マニホールドの集合チャンバ（集合部）の上部壁に複数の多岐管の下流端が互いに並列に挿入、接続されている。この場合、各排気多岐管は触媒に対しかなり小径である上、集合チャンバに対する挿入方向が各多岐管の取り回しの都合で不揃いなため、各多岐管から集合チャンバに流れ込む排ガスを上記入口筒部の入口端で一旦まとめ、その流れを均一にしてから入口筒部内で緩やかに拡散させることで、各多岐管の排ガスを触媒前端面に均一に当てるようにしている。
【０００３】
ところが上記従来の構造において、各多岐管の内径に対しかなり大径の触媒の前端面に向かって排ガスを十分に拡散させるためには、(1) 各多岐管の排ガスを入口筒部に対し均一に集合させるべく多岐管の管長を十分長くすることと、(2) 集合した排ガスを均一化すべく集合チャンバの容量を十分大きくすることと、(3) 入口筒部内での排ガス拡散時間を稼ぐべく該入口筒部の長さを十分長くすること等を必要とし、そのために十分な設置スペースを確保しなければならない。
【０００４】
この場合、もし集合チャンバに十分な容量を確保できなければ、該チャンバの出口径を絞る必要があって圧力損失が高まりエンジン出力に悪影響を与える虞れがあり、その上、チャンバ出口径と触媒径の差が大きくなって更に長い入口筒部が必要になり、一層大きな設置スペースを確保する必要が生じる。またこれらのことにより、各多岐管から触媒に至る排ガス経路のヒートマスも増大させ、排気エミッションの悪化要因ともなってしまう。
【０００５】
そこで、排気マニホールドのために大きな設置スペースを必要とすることなく排ガスを均一且つ十分に拡散させて触媒の前端面に当てることにより従来の上記問題を解決できるようにするために、例えば触媒コンバータのケーシングの入口筒部を渦流室とし、この渦流室の外周部に接線方向に沿って各多岐管の下流端を互いに対向しないように開口させて、各多岐管からの排ガスが互いに衝突しないように渦流室に流入させるものが、既に提案されている（下記の特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
実公昭６１−４３９３７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記提案のものでは、各多岐管からの排ガスが入口筒部（渦流室）の外周部にその接線方向に沿って流入し、該入口筒部（渦流室）内で旋回流を起こしながら十分に拡散するので、エンジンの回転速度の高低に関係なく排ガスの触媒前端面への当たり方が常に略一定且つ均一となる。そのため、特に排ガス温度が低いエンジンの冷間始動時等の低速回転時には、保有熱量が少ない排ガスが触媒の広い前端面の全面に亘り拡散流入することで触媒の昇温特性が悪くなり、却ってＨＣの浄化効率が低下する等の問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み提案されたもので、従来の上記問題をコンパクトで且つ簡単な構造で解決できる、エンジンの排気系構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに並列する４つの気筒を有するエンジンの排気マニホールドが、エンジン本体の一側面に前記４つの気筒に対応して並列に開口する４つの排気ポートに上流端部がそれぞれ接続される４本の多岐管と、それら多岐管の下流側相互を集合させる集合部とより構成され、その集合部の直下流には触媒コンバータが配設され、その触媒コンバータの筒状をなすケーシングは、該ケーシング内部の触媒の最上流端よりも前記集合部側に延出する入口筒部を一体に備え、その入口筒部内には、前記集合部より触媒に向かう排ガスを拡散させる入口空間部が形成されてなる、エンジンの排気系構造において、前記集合部は、前記ケーシングの中心軸線の周囲を略全周に亘り円環状に延び且つその周方向中間部に全多岐管からの排ガスの最終合流位置を設定した旋回通路より構成されていて、その旋回通路のうち、前記最終合流位置よりも上流側半部が、外側の２本の多岐管相互の下流側集合部と内側の２本の多岐管相互の下流側集合部とを互いに隣接させて形成されると共に、同旋回通路の前記最終合流位置よりも下流側半部が、全多岐管からの排ガスを集合状態で旋回させる集合ガス旋回通路部を構成しており、その集合ガス旋回通路部の下流端が前記中心軸線側を指向して、前記入口筒部の先端中央部に設けられ且つ前記入口空間部に開口する開口部に接続されることを特徴としている。
【００１０】
また請求項２の発明は、エンジンの排気マニホールドが、複数の多岐管と、それら多岐管の下流側相互を集合させる集合部とより構成され、その集合部の直下流には触媒コンバータが配設され、その触媒コンバータの筒状をなすケーシングは、該ケーシング内部の触媒の最上流端よりも前記集合部側に延出する入口筒部を一体に備え、その入口筒部内には、前記集合部より触媒に向かう排ガスを拡散させる入口空間部が形成され、前記集合部が、全多岐管からの排ガスの最終合流位置よりも少なくとも下流側に、前記ケーシングの中心軸線の周囲を旋回するように湾曲する集合ガス旋回通路部を有していて、その集合ガス旋回通路部の下流端が前記中心軸線側を指向して、前記入口筒部の先端中央部に設けられ且つ前記入口空間部に開口する開口部に接続されてなるエンジンの排気系構造であって、前記開口部が、前記入口筒部の先端中央部に固着されて内端部が前記入口空間部内に突出する内筒より構成され、その内筒の外周面と前記入口筒部の内周面との対向面間に環状空隙部が形成されることを特徴とする。
【００１１】
また請求項３の発明は、エンジンの排気マニホールドが、複数の多岐管と、それら多岐管の下流側相互を集合させる集合部とより構成され、その集合部の直下流には触媒コンバータが配設され、その触媒コンバータの筒状をなすケーシングは、該ケーシング内部の触 媒の最上流端よりも前記集合部側に延出する入口筒部を一体に備え、その入口筒部内には、前記集合部より触媒に向かう排ガスを拡散させる入口空間部が形成され、前記集合部が、全多岐管からの排ガスの最終合流位置よりも少なくとも下流側に、前記ケーシングの中心軸線の周囲を旋回するように湾曲する集合ガス旋回通路部を有していて、その集合ガス旋回通路部の下流端が前記中心軸線側を指向して、前記入口筒部の先端中央部に設けられ且つ前記入口空間部に開口する開口部に接続されてなるエンジンの排気系構造であって、前記排気マニホールドが、上下方向に重なり合って相互に一体的に結合される複数の構成要素より上下に分割構成され、その複数の構成要素が、前記各多岐管の上流端より前記集合ガス旋回通路部の下流端に至る排ガス流路が同一平面に沿うように形成されることを特徴とする。
【００１２】
上記特徴によれば、排気マニホールドの各多岐管より集合部に流入した排ガスは、その最終合流位置よりも下流側にある集合ガス旋回通路部を旋回しながら通過する間に十分に拡散し、均一化されて入口筒部に流入するから、各多岐管や入口筒部を特別長く形成したり或いは集合部を特別大きな容量とする必要はなくなり、排気系の省スペース化が図られると共に各多岐管から触媒に至る排ガス経路のヒートマス軽減が図られる。また上記集合ガス旋回通路部を旋回流動する排ガスは、ケーシング入口筒部の先端中央部に設けた開口部より入口筒部内の入口空間部に流入するが、排ガス流量（従って熱保有量）が少ないエンジンの低速運転時においては、排ガス自体の流動エネルギが小さく、入口空間部での内部圧力も比較的小さくて、排ガスの流線が入口空間部の中央部に集まり易くなる。即ち、排ガスは前記開口部より入口空間部を概ね直進して触媒前端面の略中心部に効率よく集まり、そこにヒートスポットを形成することができるから、例えばガス温度が比較的低い冷間始動時などのエンジン低回転時でも上記ヒートスポットにより昇温特性をより向上させることができ、触媒による排気浄化効率が一層向上する。一方、エンジンの高回転時においては、排ガス自体の流動エネルギが大きく、入口空間部での内部圧力も高まり、開口部を出た排ガスの流線が十分な拡がり傾向をみせて入口空間部での排ガス拡散効果が高くなり、これにより、多量の排気ガスを十分に拡散させて触媒の前端面全体にほぼ均等に当てることが可能となるから、触媒の浄化ボリュームを全体として有効に使うことができて排気浄化効率の向上が図られるばかりか、触媒全体をほぼ均一に昇温できて触媒の熱負荷軽減、延いては耐久性向上が図られる。
【００１３】
また特に請求項２の発明の前記特徴によれば、上記内筒の特設により入口筒部が二重管構造となることから、入口筒部の排ガス保温効果が高まる上、エンジンの低速回転領域での入口空間部での排ガスの直進性が更に向上し、前述のヒートスポット効果が一層高められて触媒の昇温特性が向上するから、特に冷間始動時のＨＣ浄化効率を効果的に高めることができる。またエンジンの高速回転領域では、入口空間部の内部圧力は高く、該入口空間部における排ガスの拡散効果が上記内筒の特設によっても損なわれることはない。
【００１４】
また特に請求項３の発明の前記特徴によれば、各多岐管の上流端より前記集合ガス旋回通路部の下流端に至る排ガス流路が略同一平面上で形成されるようになって排気マニホールドを上下方向及び横方向に著しく小型化することが可能となって、車載上、極めて有利であり、またこのような排気マニホールドを、上記複数の構成要素を上下に重ねて結合するだけで簡単に製造することが可能となる。
【００１５】
また請求項４の発明は、請求項１，２又は３の上記特徴に加えて、前記ケーシング内には、その上流側に酸化型触媒又は三元型触媒が、またその下流側に三元型触媒又は還元型触媒が互いに直列に収納されることを特徴とし、この特徴によれば、触媒コンバータのケーシング内では、その上流側の酸化型触媒又は三元型触媒で効率よくＨＣを浄化できるため、その下流側の三元型触媒又は還元型触媒で残るＮＯｘ、ＣＯを効率よく集中的に浄化可能となる。
【００１６】
また請求項５の発明は、請求項４の上記特徴に加えて、前記ケーシング内には、前記上流側の酸化型触媒又は三元型触媒と、前記下流側の三元型触媒又は還元型触媒との間に空隙が形成され、その空隙にガス検出部を臨ませるガスセンサが前記ケーシングに装着されることを特徴とし、この特徴によれば、上記空隙は、その周方向位置の如何に依らず排ガスが満遍なく流れることから、そのケーシングの周方向位置の違いによる検出値のばらつきが少なくなり、従って、該ガスセンサの取付位置の自由度が大きくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
【００１８】
添付図面において、図１〜図８は本発明の一実施例を示すものであって、図１は、エンジンルーム内におけるエンジン及びその排気系の要部を示す概略斜視図、図２は、図１の２矢視図、図３は、排気マニホールド及び入口筒部の分解斜視図、図４は、排気マニホールドの拡大平面図（図２の４矢視拡大図）、図５は、排気マニホールドより上型を取り外した状態を示す図４対応図、図６は、図５の６−６線断面図（エンジンの高速回転時）、図７は、図５の６−６線断面図（エンジンの低速回転時）、図８は、排気マニホールドより上型及び中型を取り外した状態を示す平面図（図６の８−８線断面図）である。
【００１９】
自動車のエンジンルーム内には、複数の気筒が車体左右方向に並ぶ横置き多気筒エンジンＥが収容されており、該エンジンＥは、図示しない車体フレームにマウント支持される。このエンジンＥのエンジン本体１には、その車体前後方向後側の側面において複数の排気ポート（図示せず）が互いに並列状態で開口しており、それら排気ポートには、排気マニホールドＭの複数の第１〜第４多岐管Ａ１〜Ａ４の上流端がそれぞれ接続される。尚、図示例では、複数の多岐管Ａ１〜Ａ４の上流端が、それら上流端に固着した共通一枚の取付板Ｐ及び図示しないガスケットを介してエンジン本体１の側面に着脱可能にボルトで締着される。
【００２０】
排気マニホールドＭは、前記第１〜第４多岐管Ａ１〜Ａ４と、それら多岐管Ａ１〜Ａ４の下流側に連なりその相互を集合させる集合部Ｂとより構成され、その集合部Ｂの直下流には、エンジン本体１の後側に直立状態で配置された触媒コンバータＣが接続される。尚、この触媒コンバータＣの下流側には、図示しない排気マフラに連なる排気管Ｅｘが接続される。
【００２１】
その触媒コンバータＣは、円筒状をなすと共に中心軸線Ｌを上下方向に向かせた段付きのケーシング２を備えており、そのケーシング２内には、その上流側に酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕが、またその下流側に三元型触媒又は還元型触媒Ｃｄが互いに直列に収納される。尚、本実施例では、各触媒Ｃｕ，Ｃｄが触媒担体に保持されて所定の円柱状に成形されているが、その触媒担体を含む成形体全体を便宜上、触媒と呼ぶ。
【００２２】
前記ケーシング２内には、酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕの下流側端面と、三元型触媒又は還元型触媒Ｃｄの上流側端面との間に扁平な空隙３が形成され、その空隙３にガス検出部を臨ませるガスセンサとしてのＯ2 センサＳｅが、該ケーシング２の中間部周壁の適所に装着される。尚、このケーシング２の中間部周壁には、該ケーシング２をエンジン本体１に取付、支持するための複数の取付ブラケットｂも固着される。
【００２３】
前記ケーシングＣは、そのケーシング２内の触媒の最上流端（即ち酸化型触媒Ｃｕの上流側端面）よりも前記集合部Ｂ側に延出する入口筒部２ａを一体に備えており、その入口筒部２ａ内には、前記集合部Ｂより酸化型触媒Ｃｕに向かう排ガスを拡散させる入口空間部４が形成される。
【００２４】
その入口筒部２ａの先端壁中央部には、前記入口空間部４に開口する開口部Ｉが設けられる。この開口部Ｉは、図示例では入口筒部２ａの先端壁中央部に貫通、固着されて内端部Ｎｉが入口空間部４内に、また外端部Ｎｏが前記集合部Ｂ内にそれぞれ突出する内筒Ｎより構成される。その内筒Ｎの内端部Ｎｉの外周面と入口筒部２ａの内周面との間には環状空隙部ｓが形成され、この部分で入口筒部２ａは二重管構造となっている。尚、入口筒部２ａの先端壁は、図示例では、排気マニホールドＭの後述する下型７により形成（即ち該下型７が先端壁に兼用）されて構造の簡素化が図られているが、このような兼用構造に代えて、排気マニホールドＭとは別個の壁部材で入口筒部２ａの先端壁を形成するようにしてもよい。
【００２５】
前記内筒Ｎは、基本的に円筒状に形成されており、その外端部Ｎｏ、即ち集合部Ｂ内に突出する部分には、後述する集合ガス旋回通路部Ｒｓの下流端が直接連通するように周方向の一部が切り欠かれて、ガス導入部Ｏが形成される。
【００２６】
前記排気マニホールドＭは、上下方向に重なり合って相互に一体的に結合される複数の構成要素としての上型５、中型６及び下型７より上下に分割構成され、その上型５、中型６及び下型７は、各多岐管Ａ１〜Ａ４の上流端より前記集合ガス旋回通路部Ｒｓの下流端に至る排気マニホールドＭ内の排ガス流路が同一平面に沿うように形成される。
【００２７】
下型７は、内側の第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３の下半分を形成する第２・第３多岐管下側形成部７Ａと、第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３の下流側相互を集合させると共にケーシング２の中心軸線Ｌの周囲を略全周に亘り旋回する旋回通路Ｒの下半分を前記内筒Ｎの外端部Ｎｏと協働して形成する旋回通路下側形成部７Ｂとを一体に形成して構成される。また下型７の下端面は、入口筒部２ａの先端開口を塞ぐように該入口筒部２ａの先端外周縁に溶接等で気密に固着され、その入口筒部２ａの先端外周縁には、下型７の前記第２・第３多岐管下側形成部７Ａに対応した一対の横断面円弧状の支持溝２ａｇが形成される。
【００２８】
上型５は、外側の第１、第４多岐管Ａ１、Ａ４の上半分を形成する第１・第４多岐管上側形成部５Ａと、第１、第４多岐管Ａ１、Ａ４の下流側相互を集合させると共に前記旋回通路Ｒの上半分を形成する旋回通路上側形成部５Ｂとを一体に形成して構成される。
【００２９】
中型６は、上型５と下型７との接合面間の一部に介装されるものであって、下型７の第２・第３多岐管下側形成部７Ａと協働して第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３を形成する第２・第３多岐管上側形成部６Ａと、上型５の第１・第４多岐管上側形成部５Ａと協働して第１、第４多岐管Ａ１、Ａ４を形成する第１・第４多岐管下側形成部６Ａ′と、前記旋回通路Ｒの上流側半部を上下に仕切り且つ内筒Ｎの外端開口を塞ぐ平板状の仕切り壁部６Ｂと、その仕切り壁部６Ｂの下面より下方に張り出して前記旋回通路Ｒの始端と終端間を遮断し且つ旋回通路Ｒの終端に達した排ガスをケーシング２の中心軸線Ｌ側に転向させて前記内筒Ｎの外端部Ｎｏのガス導入部Ｏ（従って前記開口部Ｉ）に導くガス誘導壁６Ｂ′とを一体に形成して構成される。尚、下型７及び入口筒部２ａの外周にそれぞれ連設される接合フランジには、中型６の板厚に対応する段差７ｓ，２ａｓがそれぞれ形成されている。
【００３０】
而して前記旋回通路Ｒのうち、中型６の仕切り壁部６Ｂで上下に仕切られない下流側半部は、本発明の集合ガス旋回通路部Ｒｓを構成する。即ち、旋回通路Ｒにおいて、中型６の仕切り壁部６Ｂによる上下の仕切りが途切れた位置が全多岐管Ａ１〜Ａ４からの排ガスの最終合流位置Ｘとなり、その最終合流位置Ｘより下流側の旋回通路Ｒが集合ガス旋回通路部Ｒｓとなる。
【００３１】
尚、上型５には、前記集合ガス旋回通路部Ｒｓの下流端寄りに検出部を臨ませるようにしてＬＡＦセンサＳｅ′が装着される。
【００３２】
次に前記実施例の作用を説明する。エンジンＥの運転中は、その高温の排気ガスが排気マニホールドＭを経てその集合部Ｂから触媒コンバータＣに流入し、そのケーシング２内では、上流側の酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕで効率よくＨＣを浄化し、次いで下流側の三元型触媒又は還元型触媒Ｃｄで残るＮＯｘ、ＣＯを効率よく集中的に浄化することができる。
【００３３】
ところで排気マニホールドＭの内側の第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３より集合部Ｂに達した排ガスは、該集合部Ｂにおける前記旋回通路Ｒの上流側半部（中型６の直下部分）で集合し、一方、外側の第１、第４多岐管Ａ２、Ａ３より集合部Ｂに達した排ガスは、同旋回通路Ｒの上流側半部（中型６の直上部分）で集合する。次いで中型６の仕切り壁部６Ｂによる旋回通路Ｒの仕切りが途切れた最終合流位置Ｘで第２、第３多岐管Ａ２、Ａ３からの排ガスと第１、第４多岐管Ａ２、Ａ３からの排ガスとが集合して、その下流側の旋回通路Ｒ（即ち集合ガス旋回通路部Ｒｓ）を旋回しながら通過し、その間に排ガスは十分に拡散し、均一化されて内筒Ｐｉを経て触媒コンバータＣの入口筒部２ａに流入する。従って、排ガスの拡散、均一化のために各多岐管Ａ１〜Ａ４や入口筒部２ａを特別長く形成したり或いは集合部Ｂを特別大きな容量とする必要はなくなるため、排気系の省スペース化が図られると共に各多岐管Ａ１〜Ａ４から触媒Ｃｕ、Ｃｄに至る排ガス経路のヒートマス軽減が図られる。
【００３４】
また上記集合ガス旋回通路部Ｒｓを旋回流動する排ガスは、ケーシング２の入口筒部２ａの先端中央部に設けた開口部Ｉより入口筒部２ａ内の入口空間部４に流入するため、排ガス流量（従って熱保有量）が少ないエンジンの低速運転時においては、排ガス自体の流動エネルギが小さく、入口空間部４での内部圧力も比較的小さくて、排ガスの流線が入口空間部４の中央部に集まり易くなる。即ち、内筒Ｎを出た排ガスは入口空間部４を概ね直進して上流側酸化型触媒Ｃｕの前端面ｆの略中心部に効率よく集まり、そこにヒートスポットを形成することができる（図７参照）。このため、例えばガス温度が比較的低い冷間始動時などのエンジン低回転時でも上記ヒートスポットにより昇温特性をより向上させることができ、酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕによる排気浄化効率、特にＨＣの浄化効率が向上する。
【００３５】
一方、エンジンＥの高回転時においては、排ガス自体の流動エネルギが大きく、入口空間部４での内部圧力も高まり、内筒Ｎを出た排ガスの流線が十分な拡がり傾向をみせて入口空間部４での排ガス拡散効果が高くなるから、多量の排気ガスを十分に拡散させて酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕの前端面ｆの全体に略均等に当てることが可能となる（図６参照）。このため、その酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕの浄化ボリュームを全体として有効に使うことができて排気浄化効率の向上が図られるばかりか、該触媒Ｃｕ全体をほぼ均一に昇温できて触媒の熱負荷軽減、延いては耐久性向上が図られる。
【００３６】
また特に図示例では、前記開口部Ｉが、入口筒部２ａの先端中央部に固着されて内端部Ｎｉが入口空間部４内に突出する内筒Ｎより構成され、その内筒Ｎの外周面と入口筒部２ａの内周面との対向面間に環状空隙部ｓが形成される構造としている。このため、その内筒Ｎの特設により入口筒部２ａが二重管構造となって入口筒部２ａの排ガス保温効果が高まる上、エンジンＥの低速回転領域での入口空間部４での排ガスの直進性がより向上し、前述のヒートスポット効果が一層高められて触媒の昇温特性が向上するから、特に冷間始動時のＨＣ浄化効率を効果的に高めることができる。尚、その内筒Ｎの外端部Ｎｏは、集合部Ｂ内に突出していて前記旋回通路Ｒの一部（内周壁）に兼用されるから、それだけ構造簡素化が図られる。
【００３７】
また図示例では、排気マニホールドＭが、上下方向に重なり合って相互に一体的に結合される複数の構成要素（上型５、中型６、下型７）より上下に分割構成され、その複数の構成要素５〜７が、各多岐管Ａ１〜Ａ４の上流端より前記開口部Ｉに至る排ガス流路が同一平面に沿うように形成されている。このため、排気マニホールドＭを上下方向及び横方向に著しく小型化することが可能となって、車載上、極めて有利であり、またこのような排気マニホールドＭを、上記上型５、中型６、下型７の上記三段に重ねて結合するだけで簡単に製造することが可能となり、量産性も高くなる。しかも各多岐管Ａ１〜Ａ４を小スペースにおいて集合でき、排ガスの熱量を外部に逃がすことなく入口筒部２まで導入することができ、またこのような小スペースにも拘わらず、前記旋回通路Ｒ（特に集合ガス旋回通路Ｒｓ）により集合部Ｂでの通路長さを十分に確保できて各多岐管Ａ１〜Ａ４の排ガスを入口筒部２に均等に送り込むことが可能である。
【００３８】
ところで図示例の触媒コンバータＣのケーシング２内には、上流側の酸化型触媒又は三元型触媒Ｃｕと、下流側の三元型触媒又は還元型触媒Ｃｄとの間に扁平な空隙３が形成され、その空隙３にガス検出部を臨ませるガスセンサとしてのＯ2 センサＳｅがケーシング２に装着されている。そしてこの空隙３には、ケーシング２の周方向位置の如何に依らず排ガスが満遍なく流れていて、その周方向位置の違いによるＯ2 センサＳｅの検出値のばらつきが少ないことが実験により確認された。従ってこのセンサＳｅの取付位置の自由度が高くなり、車載の状況に応じて適宜取付位置を決めることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変更を行うことができる。
【００４０】
例えば、前記実施例では、触媒コンバータＣのケーシング２の入口筒部２ａが概ね有底円筒状のものを使用したが、本発明では、その入口筒部を従来例のように先細りの円錐テーパ状に形成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように各請求項の発明によれば、排気マニホールドの各多岐管より集合部に流入した排ガスは、その最終合流位置よりも下流側にある集合ガス旋回通路部を旋回しながら通過する間に十分に拡散し、均一化されて入口筒部に流入するようになり、従って、排ガスの拡散、均一化のために各多岐管や入口筒部を特別長く形成したり或いは集合部を特別大きな容量とする必要はなくなるため、排気系の省スペース化が図られると共に各多岐管から触媒に至る排ガス経路のヒートマス軽減が図られる。また上記集合ガス旋回通路部を旋回流動する排ガスは、ケーシング入口筒部の先端中央部に設けた開口部より入口筒部内の入口空間部に流入するため、その排ガスの流量が少ないエンジンの低速運転時には、入口空間部を概ね直進して触媒前端面の略中心部に効率よく集まり、そこにヒートスポットを形成できるようになり、これにより、冷間始動時などのエンジン低回転時でも触媒の昇温特性を向上させて排気浄化効率を高めることができ、一方、エンジン高回転時には、内部圧力が高く、流動エネルギが大きいことにより、入口空間部での排ガス拡散効果が高く、多量の排気ガスを十分に拡散させて触媒の前端面全体にほぼ均等に当てることが可能となるから、触媒の浄化ボリュームを全体として有効に使うことができて排気浄化効率の向上が図られる。
【００４２】
また特に請求項２の発明によれば、前記開口部が、入口筒部の先端中央部に固着されて内端部が入口空間部内に突出する内筒より構成され、その内筒の外周面と前記入口筒部の内周面との間に環状空隙部が形成されるので、上記内筒の特設により入口筒部が二重管構造となることで入口筒部の排ガス保温効果が高まる上、エンジンの低速回転領域での入口空間部での排ガスの直進性が更に向上し、前述のヒートスポット効果が一層高められて、特に冷間始動時のＨＣ浄化効率を効果的に高めることができる。
【００４３】
また特に請求項３の発明によれば、排気マニホールドが、上下方向に重なり合って相互に一体的に結合される複数の構成要素より上下に分割構成され、その複数の構成要素が、各多岐管の上流端より集合ガス旋回通路部の下流端に至る排ガス流路が同一平面に沿うように形成されるので、排気マニホールドを上下方向及び横方向に著しく小型化することが可能となって、車載上、極めて有利であり、またこのような排気マニホールドを、上記複数の構成要素を上下に重ねて結合するだけで簡単に製造することが可能となる。
【００４４】
また特に請求項４の発明によれば、触媒コンバータのケーシング内では、その上流側の酸化型触媒又は三元型触媒で効率よくＨＣを浄化できるため、その下流側の三元型触媒又は還元型触媒で残るＮＯｘ、ＣＯを効率よく集中的に浄化可能となる。
【００４５】
また特に請求項５の発明によれば、ケーシング内には、前記上流側の酸化型触媒又は三元型触媒と、前記下流側の三元型触媒又は還元型触媒との間に空隙が形成され、その空隙にガス検出部を臨ませるガスセンサが前記ケーシングに装着されるので、上記空隙は、その周方向位置の如何に依らず排ガスが満遍なく流れることから、そのケーシングの周方向位置の違いによる検出値のばらつきが少なくなり、従って、該ガスセンサの取付位置の自由度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジンルーム内におけるエンジン及びその排気系の要部を示す概略斜視図
【図２】 図１の２矢視図
【図３】 排気マニホールド及び入口筒部の分解斜視図
【図４】 排気マニホールドの拡大平面図（図２の４矢視拡大図）
【図５】 排気マニホールドより上型を取り外した状態を示す図４対応図
【図６】 図５の６−６線断面図（エンジンの高速回転時）
【図７】 図５の６−６線断面図（エンジンの低速回転時）
【図８】 排気マニホールドより上型及び中型を取り外した状態を示す平面図（図６の８−８線断面図）
【図９】 従来例を示す図２対応図
【符号の説明】
Ａ１〜Ａ４ 第１〜第４多岐管
Ｂ 集合部
Ｃ 触媒コンバータ
Ｃｄ 三元型触媒又は還元型触媒
Ｃｕ 酸化型触媒又は三元型触媒
Ｅ エンジン
Ｉ 開口部
Ｌ ケーシングの中心軸線
Ｍ 排気マニホールド
Ｎ 内筒
Ｎｉ 内端部
Ｒ 旋回通路
Ｒｓ 集合ガス旋回通路部
Ｓｅ Ｏ2 センサ（ガスセンサ）
ｓ 環状空隙部
Ｘ 排ガスの最終合流位置
１ エンジン本体
２ ケーシング
２ａ 入口筒部
３ 空隙
４ 入口空間部
５ 上型（構成要素）
６ 中型（構成要素）
７ 下型（構成要素）
Claims (5)
- 互いに並列する４つの気筒を有するエンジン（Ｅ）の排気マニホールド（Ｍ）が、エンジン本体（１）の一側面に前記４つの気筒に対応して並列に開口する４つの排気ポートに上流端部がそれぞれ接続される４本の多岐管（Ａ１〜Ａ４）と、それら多岐管（Ａ１〜Ａ４）の下流側相互を集合させる集合部（Ｂ）とより構成され、その集合部（Ｂ）の直下流には触媒コンバータ（Ｃ）が配設され、その触媒コンバータ（Ｃ）の筒状をなすケーシング（２）は、該ケーシング（２）内部の触媒（Ｃｕ，Ｃｄ）の最上流端よりも前記集合部（Ｂ）側に延出する入口筒部（２ａ）を一体に備え、その入口筒部（２ａ）内には、前記集合部（Ｂ）より触媒（Ｃｕ，Ｃｄ）に向かう排ガスを拡散させる入口空間部（４）が形成されてなる、エンジンの排気系構造において、
前記集合部（Ｂ）は、前記ケーシング（２）の中心軸線（Ｌ）の周囲を略全周に亘り円環状に延び且つその周方向中間部に全多岐管（Ａ１〜Ａ４）からの排ガスの最終合流位置（Ｘ）を設定した旋回通路（Ｒ）より構成されていて、その旋回通路（Ｒ）のうち、前記最終合流位置（Ｘ）よりも上流側半部が、外側の２本の多岐管（Ａ１，Ａ４）相互の下流側集合部と内側の２本の多岐管（Ａ２，Ａ３）相互の下流側集合部とを互いに隣接させて形成されると共に、同旋回通路（Ｒ）の前記最終合流位置（Ｘ）よりも下流側半部が、全多岐管（Ａ１〜Ａ４）からの排ガスを集合状態で旋回させる集合ガス旋回通路部（Ｒｓ）を構成しており、
その集合ガス旋回通路部（Ｒｓ）の下流端は前記中心軸線（Ｌ）側を指向して、前記入口筒部（２ａ）の先端中央部に設けられ且つ前記入口空間部（４）に開口する開口部（Ｉ）に接続されることを特徴とする、エンジンの排気系構造。 - エンジン（Ｅ）の排気マニホールド（Ｍ）が、複数の多岐管（Ａ１〜Ａ４）と、それら多岐管（Ａ１〜Ａ４）の下流側相互を集合させる集合部（Ｂ）とより構成され、その集合部（Ｂ）の直下流には触媒コンバータ（Ｃ）が配設され、その触媒コンバータ（Ｃ）の筒状をなすケーシング（２）は、該ケーシング（２）内部の触媒（Ｃｕ，Ｃｄ）の最上流端よりも前記集合部（Ｂ）側に延出する入口筒部（２ａ）を一体に備え、その入口筒部（２ａ）内には、前記集合部（Ｂ）より触媒（Ｃｕ，Ｃｄ）に向かう排ガスを拡散させる入口空間部（４）が形成され、前記集合部（Ｂ）は、全多岐管（Ａ１〜Ａ４）からの排ガスの最終合流位置（Ｘ）よりも少なくとも下流側に、前記ケーシング（２）の中心軸線（Ｌ）の周囲を旋回するように湾曲する集合ガス旋回通路部（Ｒｓ）を有していて、その集合ガス旋回通路部（Ｒｓ）の下流端が前記中心軸線（Ｌ）側を指向して、前記入口筒部（２ａ）の先端中央部に設けられ且つ前記入口空間部（４）に開口する開口部（Ｉ）に接続されてなる、エンジンの排気系構造であって、
前記開口部（Ｉ）は、前記入口筒部（２ａ）の先端中央部に固着されて内端部（Ｎｉ）が前記入口空間部（４）内に突出する内筒（Ｎ）より構成され、その内筒（Ｎ）の外周面と前記入口筒部（２ａ）の内周面との対向面間に環状空隙部（ｓ）が形成されることを特徴とする、エンジンの排気系構造。 - エンジン（Ｅ）の排気マニホールド（Ｍ）が、複数の多岐管（Ａ１〜Ａ４）と、それら多岐管（Ａ１〜Ａ４）の下流側相互を集合させる集合部（Ｂ）とより構成され、その集合部（Ｂ）の直下流には触媒コンバータ（Ｃ）が配設され、その触媒コンバータ（Ｃ）の筒状をなすケーシング（２）は、該ケーシング（２）内部の触媒（Ｃｕ，Ｃｄ）の最上流端よりも前記集合部（Ｂ）側に延出する入口筒部（２ａ）を一体に備え、その入口筒部（２ａ）内には、前記集合部（Ｂ）より触媒（Ｃｕ，Ｃｄ）に向かう排ガスを拡散させる入口空間部（４）が形成され、前記集合部（Ｂ）は、全多岐管（Ａ１〜Ａ４）からの排ガスの最終合流位置（Ｘ）よりも少なくとも下流側に、前記ケーシング（２）の中心軸線（Ｌ）の周囲を旋回するように湾曲する集合ガス旋回通路部（Ｒｓ）を有していて、その集合ガス旋回通路部（Ｒｓ）の下流端が前記中心軸線（Ｌ）側を指向して、前記入口筒部（２ａ）の先端中央部に設けられ且つ前記入口空間部（４）に開口する開口部 （Ｉ）に接続されてなる、エンジンの排気系構造であって、
前記排気マニホールド（Ｍ）は、上下方向に重なり合って相互に一体的に結合される複数の構成要素（５〜７）より上下に分割構成され、その複数の構成要素（５〜７）は、前記各多岐管（Ａ１〜Ａ４）の上流端より前記集合ガス旋回通路部（Ｒｓ）の下流端に至る排ガス流路が同一平面に沿うように形成されることを特徴とする、エンジンの排気系構造。 - 前記ケーシング（２）内には、その上流側に酸化型触媒又は三元型触媒（Ｃｕ）が、またその下流側に三元型触媒又は還元型触媒（Ｃｄ）が互いに直列に収納されることを特徴とする、請求項１，２又は３に記載のエンジンの排気系構造。
- 前記ケーシング（２）内には、前記上流側の酸化型触媒又は三元型触媒（Ｃｕ）と、前記下流側の三元型触媒又は還元型触媒（Ｃｄ）との間に空隙（３）が形成され、その空隙（３）にガス検出部を臨ませるガスセンサ（Ｓｅ）が前記ケーシング（２）に装着されることを特徴とする、請求項４に記載のエンジンの排気系構造。
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