JP5891943B2 - 多気筒エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に搭載される多気筒エンジンの排気装置に関し、詳しくは、トルクの気筒間格差が抑制されるように構成された多気筒エンジンの排気装置に関する。

従来、自動車等に搭載される多気筒エンジンにおいて、トルクの向上を目的とした排気装置の開発が行なわれている。

例えば、特許文献１には、排気順序が隣り合わない気筒の排気通路を束ねて、先細りの排気管として集合させ、この絞り部分にエゼクタ効果を持たせて、気筒間の排気干渉を防止する技術が開示されている。前記エゼクタ効果により、排気順序が１つ前の他の気筒の排気ポートから気筒内にかけて負圧が作用し、排気が下流に吸い出されて掃気が促進され、体積効率（ηＶ）の向上ひいてはトルクの向上が図られる。

特開平０４−０３６０２３号公報（第４頁、第５頁、第３図）

エゼクタ効果を得るための構成として、複数の気筒の排気ポートに上流端が接続され、前記気筒から排出された排気が通過する複数の排気通路と、前記各排気通路の下流端が束ねられて接続され、各排気通路を通過した排気が集合する集合管とを備え、前記各排気通路の下流端に下流ほど流路面積が小さくなる絞り部を設けることが知られている。これによれば、ある気筒から排出された排気が排気通路の下流端の絞り部から集合管に高速で噴出することにより前記集合管内に負圧が発生し、この負圧が排気順序が１つ前の他の気筒の排気ポートに作用して排気が下流に吸い出されるエゼクタ効果が奏される。

ところで、前記集合管の下流に配置される触媒の活性化の観点から、あるいは排気系のコンパクト化の観点から、排気通路をできるだけ短くしたいという要求がある。そのため、各排気通路は排気ポートから集合管まで最短距離で結ばれる。すると、気筒と集合管との位置関係に応じて排気通路の長さひいては排気通路の容積が気筒毎にばらつき、ある気筒の排気通路は容積が相対的に大きくなり、他の気筒の排気通路は容積が相対的に小さくなる。

容積が相対的に大きい排気通路（以下「大容積通路」という）に排出されたブローダウンガスの排気ポート内のピーク圧力は、容積が相対的に小さい排気通路（以下「小容積通路」という）に排出されたブローダウンガスの排気ポート内のピーク圧力よりも低くなる。そして、排気通路を流れる排気の流速は、上流の圧力すなわち排気ポート内の圧力と、下流の圧力すなわち大気圧との圧力差によって決まる。大気圧は一定であるから、排気ポート内の圧力が低いほど排気通路を流れる排気の流速が低くなる。

その結果、大容積通路に排出された排気が集合管に噴出するときの流速が、小容積通路に排出された排気が集合管に噴出するときの流速よりも低くなる。そのため、大容積通路が接続された気筒から排出された排気による負圧ないしエゼクタ効果が、小容積通路が接続された気筒から排出された排気による負圧ないしエゼクタ効果よりも小さくなる。すなわち、エゼクタ効果の気筒間格差が生じ、ひいてはトルクの気筒間格差が生じるのである。

また、エゼクタ効果の気筒間格差が生じると、エミッションの悪化やエンジン振動の増加の一因にもなる。すなわち、エゼクタ効果が気筒毎にばらつくと、体積効率が気筒毎にばらつく。一方、排気系に設けられた酸素濃度センサの検出値によって決まる燃料噴射量は一般的には気筒毎には変えない場合が多い。したがって、その場合は、体積効率のばらつきは空燃比のばらつきを招く。すると、三元触媒の浄化性能が十分発揮されず、エミッションが悪化するのである。また、気筒毎に燃料噴射量を変えて空燃比を揃えることによりエミッションの悪化を防いだとしても、その場合は、体積効率のばらつきがトルクのばらつきを招き、エンジン振動の原因になるのである。

そこで、本発明は、排気通路をできるだけ短くしつつ、エゼクタ効果の気筒間格差ひいてはトルクの気筒間格差及びエミッションの悪化やエンジン振動の増加が抑制されるように構成された多気筒エンジンの排気装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、複数の気筒の排気ポートに上流端が接続され、前記気筒から排出された排気が通過する複数の排気通路と、前記各排気通路の下流端において下流ほど流路面積が小さくなるように形成された絞り部と、前記各排気通路の下流端が束ねられて接続され、各排気通路を通過した排気が集合する集合管と、少なくとも所定の運転領域において、各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、各気筒の排気弁が排気順序が１つ前の他の気筒のオーバーラップ期間中に開弁を開始するように、各気筒の吸気弁及び排気弁を駆動する弁駆動手段とを有する多気筒エンジンの排気装置であって、複数の前記排気通路には容積が相違するものが混在しており、容積が相対的に大きい排気通路の前記絞り部の流路面積が、容積が相対的に小さい排気通路の前記絞り部の流路面積よりも小さく設定されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置である（請求項１）。

本発明によれば、ある気筒から排出された排気が排気通路の下流端の絞り部から集合管に高速で噴出することにより前記集合管内に負圧が発生し、この負圧が排気順序が１つ前の他の気筒の排気ポートに作用して排気が下流に吸い出されるエゼクタ効果が得られる。

しかも、少なくとも所定の運転領域（例えば低速高負荷域等）においては、排気順序が１つ前の他の気筒のオーバーラップ期間中に負圧が作用するので、前記エゼクタ効果により、前記他の気筒内にも負圧が作用し、掃気が促進され、体積効率の向上ひいてはトルクの向上が図られる。

その上で、複数の排気通路のうち、容積が相対的に大きい排気通路すなわち大容積通路の絞り部の流路面積が、容積が相対的に小さい排気通路すなわち小容積通路の絞り部の流路面積よりも小さく設定されているので、排気通路の容積が大きいことに起因するエゼクタ効果の低下を、絞り部の流路面積を小さくして排気が集合管に噴出するときの流速を高めることにより補うことができる。その結果、排気通路をできるだけ短くしつつ、エゼクタ効果の気筒間格差ひいてはトルクの気筒間格差が抑制される。また、エミッションの悪化やエンジン振動の増加も抑制される。

本発明では、排気通路は、全気筒のうち一部の複数の気筒用に共通に設けられた共通排気通路と、残りの気筒用に個別に設けられた独立排気通路とを有し、前記共通排気通路は、排気順序が隣り合わない複数の気筒の排気ポートに上流端が接続された複数の分岐通路と、前記各分岐通路が合流した部分に上流端が接続され、且つ、下流端に前記絞り部が形成された合流通路とからなり、前記独立排気通路は、各気筒の排気ポートに上流端が接続され、且つ、下流端に前記絞り部が形成された単独の通路からなり、前記共通排気通路の容積が前記独立排気通路の容積よりも大きく設定され、前記共通排気通路の前記絞り部の流路面積が前記独立排気通路の前記絞り部の流路面積よりも小さく設定されていることが好ましい（請求項２）。

この構成によれば、排気通路として、分岐通路と合流通路とからなる共通排気通路と、単独の通路からなる独立排気通路とが混在している場合に、共通排気通路の容積が独立排気通路の容積よりも大きく設定されているので、共通排気通路の分岐通路を長くすることができる。その結果、分岐通路を急角度で合流させずに済み、共通排気通路を通過する排気の抵抗を少なく抑えることができる。そのため、共通排気通路の排気抵抗を減らしつつ、エゼクタ効果の気筒間格差及びエミッションの悪化等を抑制することができる。

本発明では、当該エンジンはエンジン本体に第１気筒から第４気筒まで４つの気筒が直列に配置された直列４気筒エンジンであり、第２気筒及び第３気筒の排気通路が前記共通排気通路であり、第１気筒及び第４気筒の排気通路が前記独立排気通路であり、前記集合管は気筒列方向においてエンジン本体の中央部に対向する位置に配置されていることが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、気筒列方向においてエンジン本体の中央部を境に、１つの共通排気通路と２つの独立排気通路と１つの集合管とが左右対称に配置される。その結果、エゼクタ効果の気筒間格差及びエミッションの悪化等が効率よく抑制される。

本発明では、前記共通排気通路及び前記独立排気通路は前記絞り部よりも上流側の部分で同一方向に湾曲し、前記共通排気通路及びその絞り部は前記独立排気通路及びその絞り部よりも前記湾曲方向の内側に配置されていることが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、例えば排気系のコンパクト化等のために共通排気通路及び独立排気通路が同一方向に湾曲する場合に、その湾曲部を利用して、効率よく、共通排気通路の長さを短くすることができ、大容積通路である共通排気通路の容積をできるだけ小さくすることができる。その結果、共通排気通路の絞り部の流路面積を小さくする度合いを抑制することができ、共通排気通路の絞り部を通過する排気の抵抗の増大を抑制することができる。

本発明によれば、排気通路をできるだけ短くしつつ、エゼクタ効果の気筒間格差が抑制されるように構成された多気筒エンジンの排気装置が提供される。そのため、トルクの気筒間格差が抑制され、また、エミッションの悪化やエンジン振動の増加も抑制される。

第１の実施形態（４−３−１排気系）に係る多気筒エンジンの排気装置を備えたエンジンシステムの概略構成図である。 図１の吸気系を除いた部分の拡大図である。 図１の排気系の概略側面図である。 本実施形態に係る排気系に含まれる独立排気通路、共通排気通路及び集合管の形状をより詳しく示す平面図である。 図４に示される部分の斜視図である。 図４に示される部分の側面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した部分の斜視図である。 本実施形態に係る吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの説明図である。 本実施形態に係る吸気弁及び排気弁の開弁開始時期及び閉弁時期の説明図である。 図２のＸ−Ｘ線断面図であって、（ａ）は排気通路の絞り部の形状の第１例を示すもの、（ｂ）は第２例を示すものである。 本実施形態の共通排気通路及び独立排気通路に排出されたブローダウンガスの排気ポート内のピーク圧力を示す図である。 図２のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図であって、（ａ）は排気通路の絞り部の形状の第１例を示すもの、（ｂ）は第２例を示すものである。 本実施形態の特徴の１つを説明するためのブロック平面図である。 第２の実施形態（４−１排気系）の図２に対応する図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図であって、図１２（ａ）に対応する図である。 第３の実施形態（４−２−１排気系）の図２に対応する図である。 図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図であって、図１２（ａ）に対応する図である。

（１）全体構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置１００を備えたエンジンシステムの概略構成図、図２は、図１の吸気系を除いた部分の拡大図、図３は、図１の排気系の概略側面図である。また、図４は、本実施形態に係る排気系に含まれる独立排気通路５２，５３、共通排気通路５４及び集合管５６の形状をより詳しく示す平面図、図５は、図４に示される部分の斜視図、図６は、図４に示される部分の側面図、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した部分の斜視図である。

この排気装置１００は、シリンダヘッド９及びシリンダブロック（図示せず）を有するエンジン本体１と、エンジン制御用のＥＣＵ２と、エンジン本体１に接続される複数の独立吸気通路３等を含む吸気系と、エンジン本体１に接続される排気マニホールド５と、排気マニホールド５に接続される触媒装置６とを備えている。

前記シリンダヘッド９及びシリンダブロックの内部にはピストン（図示せず）がそれぞれ嵌挿された複数（図例では４つ）の気筒１２が形成されている。本実施形態では、エンジン本体１は、直列４気筒のエンジンであって、シリンダヘッド９及びシリンダブロックの内部には、４つの気筒１２が直列に並んだ状態で形成されている。具体的には、図１及び図４の右から順に、第１気筒１２ａ、第２気筒１２ｂ、第３気筒１２ｃ、第４気筒１２ｄが配置されている。第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄは、気筒列方向（図１及び図２に関して左右方向）においてエンジン本体１の端部に位置する気筒、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃは、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に位置する気筒である。シリンダヘッド９には、ピストンの上方に区画された燃焼室内に臨むようにそれぞれ点火プラグ１５が設置されている。

エンジン本体１は４サイクルエンジンであって、図８に示すように、各気筒１２ａ〜１２ｄにおいて、１８０°ＣＡずつずれたタイミングで点火プラグ１５による点火が行われて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各行程がそれぞれ１８０°ＣＡずつずれたタイミングで行われる。本実施形態では、第１気筒１２ａ→第３気筒１２ｃ→第４気筒１２ｄ→第２気筒１２ｂの順に点火が行われ、この順に各行程が実施される。このことから明らかなように、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃは、点火順序が隣り合わず、したがって排気順序も隣り合わない。

シリンダヘッド９には、それぞれ燃焼室に向かって開口する２つの吸気ポート１７及び２つの排気ポート１８が設けられている。吸気ポート１７は、各気筒１２内に吸気を導入するためのものである。排気ポート１８は、各気筒１２内から排気を排出するためのものである。各吸気ポート１７には、これら吸気ポート１７を開閉して吸気ポート１７と気筒１２内部とを連通又は遮断するための吸気弁１９が設けられている。各排気ポート１８には、これら排気ポート１８を開閉して排気ポート１８と気筒１２内部とを連通又は遮断するための排気弁２０が設けられている。吸気弁１９は、吸気弁駆動機構３０で駆動されることにより、所定のタイミングで吸気ポート１７を開閉する。排気弁２０は、排気弁駆動機構４０で駆動されることにより、所定のタイミングで排気ポート１８を開閉する。

吸気弁駆動機構３０は、吸気弁１９に連結された吸気カムシャフト３１と吸気ＶＶＴ３２とを有している。排気弁駆動機構４０は、排気弁２０に連結された排気カムシャフト４１と排気ＶＶＴ４２とを有している。吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１は、周知のチェーン及びスプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されており、クランクシャフトの回転に伴い回転して、吸気弁１９及び排気弁２０を開閉駆動する。

吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２は、吸気弁１９及び排気弁２０のバルブタイミングを変更するためのものである。例えば、吸気ＶＶＴ３２は、吸気カムシャフト３１と同軸に配置されてクランクシャフトにより直接駆動される所定の被駆動軸（図示せず）を有し、この被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間の位相差を変更する。これにより、クランクシャフトと吸気カムシャフト３１との間の位相差が変更され、吸気弁１９のバルブタイミングが変更される。排気ＶＶＴ４２もこれに準じて同様である。

吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２の具体的構成としては、例えば、前記被駆動軸と吸気カムシャフト３１又は排気カムシャフト４１との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これらの液室間に圧力差を設けることで前記位相差を変更する液圧式機構や、前記被駆動軸と吸気カムシャフト３１又は排気カムシャフト４１との間に電磁石を配設し、この電磁石に電力を付与することで前記位相差を変更する電磁式機構等が挙げられる。吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２は、ＥＣＵ２で算出された吸気弁１９及び排気弁２０の目標バルブタイミングに基づいて前記位相差を変更する。

本実施形態では、吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２は、吸気弁１９及び排気弁２０の開弁期間及びリフト量、つまりバルブプロファイルをそれぞれ一定に保ったまま、吸気弁１９及び排気弁２０の開弁時期（図９には「開弁開始時期」と記す）及び閉弁時期をそれぞれ変更する。

本実施形態では、吸気弁１９及び排気弁２０の開弁時期及び閉弁時期とは、図９に示すように、バルブの開弁付近及び閉弁付近においてバルブリフトの勾配が緩やかな部分（ランプ部）を除いた区間をバルブの開弁期間とした場合の開弁開始時期及び閉弁完了時期のことをいう。例えば、ランプ部の高さが０．４ｍｍである場合には、バルブリフト量が０．４ｍｍに増大した時期又は減少した時期が、それぞれ開弁時期及び閉弁時期になる。

各気筒１２の吸気ポート１７には独立吸気通路３が接続されている。独立吸気通路３は気筒数に対応して４つ備えられている。独立吸気通路３の気筒側の端部は２つに分かれ、その下流端が気筒１２の２つの吸気ポート１７に接続されている。

各気筒１２の排気ポート１８には独立排気通路５２，５３又は共通排気通路５４が接続されている。すなわち、エンジン本体１の排気側には、第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３という２つの独立排気通路と、１つの共通排気通路５４とが備えられている。独立排気通路５２，５３の気筒側の端部はそれぞれ２つに分かれ、その上流端が気筒１２の２つの排気ポート１８に接続されている。共通排気通路５４は、上流側部分が第１分岐通路５４ｂ及び第２分岐通路５４ｃという２つの分岐通路に分岐し、各分岐通路５４ｂ，５４ｃの気筒側の端部は２つに分かれ、その上流端が気筒１２の２つの排気ポート１８に接続されている。

（２）排気系の構成
本実施形態に係る多気筒エンジンの排気系は、前記独立排気通路５２，５３と、前記共通排気通路５４と、集合管５６と、触媒装置６とを含む。

まず、排気通路５２，５３，５４について説明する。本実施形態では、排気通路５２，５３，５４は、全気筒１２ａ〜１２ｄのうち一部の複数の気筒１２ｂ，１２ｃ用に共通に設けられた共通排気通路５４と、残りの気筒１２ａ，１２ｄ用に個別に設けられた独立排気通路５２，５３とを含んでいる。すなわち、４つの気筒１２のうち、気筒列方向においてエンジン本体１の端部に位置する第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄの排気ポート１８には、それぞれ第１独立排気通路５２の上流端及び第２独立排気通路５３の上端部が接続され、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に位置する第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃの排気ポート１８には、それぞれ共通排気通路５４の第１分岐通路５４ｂの上流端及び第２分岐通路５４ｃの上流端が接続されている。

第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３は、第１気筒１２ａの排気ポート１８及び第４気筒１２ｄの排気ポート１８から集合管５６に向けて下流に延びている。すなわち、第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３は、単独の通路からなっている。これに対し、共通排気通路５４の第１分岐通路５４ｂ及び第２分岐通路５４ｃは、第２気筒１２ｂの排気ポート１８及び第３気筒１２ｃの排気ポート１８から所定距離だけ下流に延びた後、合流し、単一の合流通路５４ａとなって、集合管５６に向けて下流に延びている。すなわち、共通排気通路５４は、前記合流通路５４ａ、前記第１分岐通路５４ｂ、及び前記第２分岐通路５４ｃからなっている。そして、第１分岐通路５４ｂの上流端が第２気筒１２ｂの排気ポート１８に接続され、第２分岐通路５４ｃの上流端が第３気筒１２ｃの排気ポート１８に接続されている。このような本実施形態の排気系は４−３−１排気系ということができる。

前述したように、第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃとは、相互に排気順序が隣り合わない気筒１２同士である。したがって、第２気筒１２ｂから排出された排気と、第３気筒１２ｃから排出された排気とが、共通排気通路５４を連続して流れることはない。

２つの独立排気通路５２，５３及び１つの共通排気通路５４は、相互に独立している。つまり、第１気筒１２ａから排出された排気と、第３気筒１２ｃから排出された排気と、第４気筒１２ｄから排出された排気と、第２気筒１２ｂから排出された排気とは、相互に干渉し合うことなく各排気通路５２，５３，５４を通過する。

第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３は、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄの排気ポート１８から所定距離だけ下流に延びた後、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に向けて湾曲し、相互に近接する（図１、図２、図４及び図５参照）。同様に、共通排気通路５４の第１分岐通路５４ｂ及び第２分岐通路５４ｃは、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃの排気ポート１８から所定距離だけ下流に延びた後、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に向けて湾曲し、相互に合流して合流通路５４ａとなる（図１、図２、図４及び図５参照）。

各排気通路５２，５３，５４の下流端は、図４〜図７に示すように、下流ほど流路面積（排気通路５２，５３，５４の断面積）が小さくなるように先細り形状に形成されている。つまり、各排気通路５２，５３，５４の下流端は絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘとして機能する。そのため、各排気通路５２，５３，５４を通過した排気は絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘから高速で噴出する。

各排気通路５２，５３，５４の下流端（絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘ）は、エンジン本体１の外部で、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に対向する位置で相互に束ねられ、この状態で集合管５６の上流端に接続される。集合管５６は、エンジン本体１の外部で、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に対向する位置に配置されている。各排気通路５２，５３，５４を通過した排気は各排気通路５２，５３，５４の下流端すなわち絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘから集合管５６内に高速で噴出し、集合管５６内で集合する。このとき集合管５６内に負圧が発生し、発生した負圧によって隣接する他の排気通路５２，５３，５４と連通する排気ポート１８内の排気が下流に吸い出されるエゼクタ効果が得られる。

本実施形態では、集合管５６の下流に配置されている触媒装置６の活性化の観点から、また排気系のコンパクト化の観点から、各排気通路５２，５３，５４はできるだけ短くなるように排気ポート１８から集合管５６まで最短距離で結ばれている。その結果、気筒１２ａ〜１２ｄと集合管５６との位置関係に応じて、排気通路５２，５３，５４の長さが気筒１２ａ〜１２ｄ毎にばらついている。

ここで、排気通路５２，５３，５４の長さとは、排気通路５２，５３，５４の上流端すなわち燃焼室を臨む排気ポート１８の開口から排気通路５２，５３，５４の下流端すなわち集合管５６の上流端との接続部までの長さをいう。特に、共通排気通路５４の長さは、第２気筒１２ｂに接続した第１分岐通路５４ｂの長さ又は第３気筒１２ｃに接続した第２分岐通路５４ｃの長さと、合流通路５４ａの長さとの和であり、２つの分岐通路５４ｂ，５４ｃの長さを両方含むものではない。

具体的に、第１気筒１２ａの第１独立排気通路５２及び第４気筒１２ｄの第２独立排気通路５３は長さが相対的に長くなり、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃの共通排気通路５４は長さが相対的に短くなる。しかし、共通排気通路５４は２つの気筒１２ｂ，１２ｃの排気ポート１８に接続するために上流側部分が２つの分岐通路５４ｂ，５４ｃに分岐しているので、そのような分岐がない独立排気通路５２，５３に比べて、長さは短いが、容積は大きくなる。つまり、本実施形態では、複数の排気通路５２，５３，５４には容積が相違するものが混在しており、そのうち、共通排気通路５４は、容積が相対的に大きい排気通路すなわち大容積通路であり、独立排気通路５２，５３は、容積が相対的に小さい排気通路すなわち小容積通路である。

したがって、第２気筒１２ｂ又は第３気筒１２ｃから共通排気通路５４に排出されたブローダウンガスの排気ポート１８内のピーク圧力は、第１気筒１２ａ又は第４気筒１２ｄから独立排気通路５２，５３に排出されたブローダウンガスの排気ポート１８内のピーク圧力よりも低くなり、結果として、第２気筒１２ｂ又は第３気筒１２ｃから共通排気通路５４に排出された排気が集合管５６に噴出するときの流速が、第１気筒１２ａ又は第４気筒１２ｄから独立排気通路５２，５３に排出された排気が集合管５６に噴出するときの流速よりも低くなる。そのため、共通排気通路５４が接続された第２気筒１２ｂ又は第３気筒１２ｃから排出された排気による負圧ないしエゼクタ効果が、独立排気通路５２，５３が接続された第１気筒１２ａ又は第４気筒１２ｄから排出された排気による負圧ないしエゼクタ効果よりも小さくなるという問題、つまりエゼクタ効果の気筒間格差が生じるという問題がある。

そこで、本実施形態では、このようなエゼクタ効果の気筒間格差を抑制するために、大容積通路である共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積を、小容積通路である独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積よりも小さく設定している。

図７に示すように、各排気通路５２，５３，５４の絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘの流路は扇形に形成されている。３つの排気通路５２，５３，５４の絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘは、扇形が３つ集まって円形となるように束ねられて集合管５６の上流端に接続されている。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、各排気通路５２，５３，５４の絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘの扇形（実線）の流路面積は、各排気通路５２，５３，５４の上流側部分の円形、楕円形又は長円形（鎖線）の流路面積の略１／３まで絞られている。

図１０（ａ）に示すように、本実施形態では、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃの共通排気通路５４の絞り部５４ｘの扇形の中心角θ４を、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄの独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの扇形の中心角θ２、θ３よりも小さく設定している。３つの扇形の半径は相互に同じである。これにより、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積が独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積よりも小さくなる。

これに代えて、図１０（ｂ）に示すように、３つの扇形の中心角θ２、θ３、θ４を相互に同じとし、代わりに、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃの共通排気通路５４の絞り部５４ｘの扇形の半径を、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄの独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの扇形の半径よりも小さく設定してもよい。これによっても、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積が独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積よりも小さくなる。さらに、３つの扇形の中心角θ２、θ３、θ４及び半径の両方を調整することにより、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積を独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積よりも小さく設定してもよい。

ここで、共通排気通路５４の容積が独立排気通路５２，５３の容積よりも大きいほど、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積を独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積よりも小さくする。その場合、共通排気通路５４の容積をＶ２とし、独立排気通路５２，５３の容積をＶ１とし、共通排気通路５４の容積Ｖ２と独立排気通路５２，５３の容積Ｖ１との比をＶ２／Ｖ１で表し、独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積をＳ１とし、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積をＳ２とし、独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積Ｓ１と共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積Ｓ２との比をＳ１／Ｓ２で表すと、例えば、Ｖ２／Ｖ１が１．３５のとき、排気通路５２，５４の絞り部５２ｘ，５４ｘの流路面積（本実施形態では扇形の面積）と同じ面積を有する真円の直径をａとすると、独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの直径ａは２２ｍｍ、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの直径ａは２１ｍｍ、Ｓ１／Ｓ２は１．０４７が好ましく採用可能であり、あるいは、独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの直径ａは２３．５ｍｍ、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの直径ａは２２．５ｍｍ、Ｓ１／Ｓ２は１．０４４等が好ましく採用可能である。

図１１は、本実施形態の第２気筒１２ｂ又は第３気筒１２ｃから共通排気通路５４に排出されたブローダウンガスの排気ポート１８内のピーク圧力（実線）と、第１気筒１２ａから独立排気通路５２に排出されたブローダウンガスの排気ポート１８内のピーク圧力（破線）とを併せて示す図である。左側から順に第２気筒１２ｂのピーク圧力、第１気筒１２ａのピーク圧力、第３気筒１２ｃのピーク圧力が示され、横軸に第１気筒１２ａの行程が示されている。測定条件は、Ｖ２／Ｖ１＝１．３５、独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの前記直径ａ＝２３．５ｍｍ、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの前記直径ａ＝２２．５ｍｍ、Ｓ１／Ｓ２＝１．０４４、回転数＝３０００ｒｐｍである。

図１１から明らかなように、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積Ｓ２を、独立排気通路５２の絞り部５２ｘの流路面積Ｓ１よりも小さく設定した結果、共通排気通路５４の容積Ｖ２が独立排気通路５２の容積Ｖ１よりも大きいにも拘らず、第２気筒１２ｂ又は第３気筒１２ｃから共通排気通路５４に排出されたブローダウンガスの排気ポート１８内のピーク圧力（実線）は、第１気筒１２ａから独立排気通路５２に排出されたブローダウンガスの排気ポート１８内のピーク圧力（破線）と同程度に高いものであった。そのため、第２気筒１２ｂ又は第３気筒１２ｃから共通排気通路５４に排出された排気が集合管５６に噴出するときの流速が、第１気筒１２ａから独立排気通路５２に排出された排気が集合管５６に噴出するときの流速と同程度に高くなり、エゼクタ効果の気筒間格差が抑制されることになる。

比較のため、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの前記直径ａを２３．５ｍｍ、つまりＳ１／Ｓ２を１としたときの測定結果を図１１に鎖線で示した。図示したように、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積Ｓ２を、独立排気通路５２の絞り部５２ｘの流路面積Ｓ１と同じに設定したときは、共通排気通路５４の容積Ｖ２が独立排気通路５２の容積Ｖ１よりも大きいことに起因して、第２気筒１２ｂ又は第３気筒１２ｃから共通排気通路５４に排出されたブローダウンガスの排気ポート１８内のピーク圧力（鎖線）は、第１気筒１２ａから独立排気通路５２に排出されたブローダウンガスの排気ポート１８内のピーク圧力（破線）よりも低いものであった。そのため、第２気筒１２ｂ又は第３気筒１２ｃから共通排気通路５４に排出された排気が集合管５６に噴出するときの流速が、第１気筒１２ａから独立排気通路５２に排出された排気が集合管５６に噴出するときの流速よりも低くなり、エゼクタ効果の気筒間格差が生じることになる。

図３及び図６に示すように、第１独立排気通路５２、第２独立排気通路５３、及び共通排気通路５４は、例えば排気系のコンパクト化等のために、気筒列方向の一端側から他端側を見たときに、エンジン本体１の内部から外部に亘って、絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘよりも上流側の部分で、図３及び図６に関して下方に湾曲する湾曲部Ｒが形成されている。そして、この湾曲部Ｒにおいて、共通排気通路５４は、第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３よりも下方への湾曲方向の内側に配置されている。また、共通排気通路５４の下流端の絞り部５４ｘも、第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３の下流端の絞り部５２ｘ，５３ｘよりも下方への湾曲方向の内側に配置されている。そのため、共通排気通路５４の上流端から下流端までの長さが、独立排気通路５２，５３の上流端から下流端までの長さよりもさらに短くなっている。これは、共通排気通路５４の容積をできるだけ小さくして独立排気通路５２，５３の容積に近づけようとする方策の１つである。しかしながら、例えば排気系のコンパクト化を無視して独立排気通路５２，５３をむやみに長くする等の措置を取らない限りは、共通排気通路５４の容積を独立排気通路５２，５３の容積に等しくすることは難しい。そのため、共通排気通路５４の容積が独立排気通路５２，５３の容積よりも大きくなってしまうので、このような排気通路５２，５３，５４の容積の気筒間格差に起因するエゼクタ効果の気筒間格差を是正するために、大容積通路である共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積を、小容積通路である独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積よりも小さく設定しているのである。

図１〜図７に示すように、独立排気通路５２，５３及び共通排気通路５４の上流側部分はシリンダヘッド９内に連通孔として形成されている。そして、独立排気通路５２，５３及び共通排気通路５４のシリンダヘッド９外の部分（エンジン本体１の外部に露出している部分）と集合管５６とは排気マニホールド５として形成されている。なお、図４〜図７において、符号５２ｆ，５３ｆ，５４ｆは、独立排気通路５２，５３及び共通排気通路５４のシリンダヘッド９外の部分をエンジン本体１に結合するためのフランジである。また、独立排気通路５２，５３及び共通排気通路５４のシリンダヘッド９外の部分は、耐熱性に富む鋳鋼で作製され、集合管５６は、ステンレス鋼で作製されている。

図３及び図６から明らかなように、本実施形態では、共通排気通路５４は、シリンダヘッド９内に連通孔として形成された部分を含めて、エンジン本体１の内部から外部に亘って、前記湾曲部Ｒにおいて、第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３よりも湾曲方向の内側に配置されている。ただし、これに限定されず、共通排気通路５４の上流端から下流端までの長さが、独立排気通路５２，５３の上流端から下流端までの長さよりもさらに短くなる限り、状況に応じて、共通排気通路５４は、シリンダヘッド９外の部分のみ又はシリンダヘッド９内の部分のみ、第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３よりも湾曲方向の内側に配置されてもよい。

ここで、図３、図６及び図１３から明らかなように、共通排気通路５４の下流端の絞り部５４ｘは第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３の下流端の絞り部５２ｘ，５３ｘよりもエンジン本体１寄りに配置され、第１独立排気通路５２及び第２独立排気通路５３の下流端の絞り部５２ｘ，５３ｘは気筒列方向に並んで配置されている。

次に、集合管５６について説明する。図２及び図３に示すように、集合管５６は、上流から順に、円筒形状のガス流入部５６ａ、逆円錐台形状の絞り部５６ｂ、円筒形状のストレート部５６ｃ、円錐台形状のディフューザー部５６ｄ、及び円筒形状のガス排出部５６ｅを含む。束ねられた３つの排気通路５２，５３，５４の下流端（絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘ）は、前記ガス流入部５６ａに接続される。

集合管５６は、排気通路５２，５３，５４の絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘから排気が高速で集合管５６内に噴出することにより得られるエゼクタ効果を促進し、且つ、低下した排気の圧力及び温度を集合管５６の下流側部分（例えばディフューザー部５６ｄ）において再び上昇すなわち回復させるような形状を有している。

絞り部５６ｂは、排気通路５２，５３，５４の下流端から集合管５６内に噴出した排気が高い流速を維持したまま下流に流れ込むように、下流ほど流路面積（集合管５６の断面積）が小さくなるように逆円錐台形状に形成されている。この絞り部５６ｂの下流端の流路面積は集合管５６の最小流路面積である。

ストレート部５６ｃは、前記絞り部５６ｂから流れ込んだ排気の流速が高いまま維持されるように、前記最小流路面積を保って下流に延びる円筒形状に形成されている。

このような集合管５６の上流側部分の形状により、各排気通路５２，５３，５４の下流端から高速で集合管５６内に噴出した排気は、高速を維持したまま前記絞り部５６ｂを通過し、高速を維持したまま前記ストレート部５６ｃに流れ込み、この排気の周囲に広い範囲で大きい負圧が発生し、エゼクタ効果が促進される。

ディフューザー部５６ｄは、集合管５６の上流側部分において低下した排気の圧力及び温度が再び上昇すなわち回復するように、下流ほど流路面積が大きくなるように円錐台形状に形成されている。

ガス排出部５６ｅは、集合管５６が触媒装置６に接続し、排気が触媒装置６に排出される部分であり、流路面積が一定の円筒形状に形成されている。このガス排出部５６ｅの下流端に触媒装置６のケーシング６２が接続され、集合管５６を通過した排気は触媒装置６のケーシング６２に流入する。

本実施形態では、排気通路５２，５３，５４の絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘの流路面積（本実施形態では扇形の面積）と同じ面積を有する真円の直径をａとし、集合管５６の最小流路面積（本実施形態では絞り部５６ｂの下流端の流路面積ひいてはストレート部５６ｃの流路面積）と同じ面積を有する真円の直径をＤとしたときに、ａ／Ｄを０．５以上に設定すれば、排気通路５２，５３，５４の絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘから集合管５６内に噴出した排気が十分に高い流速を維持したままストレート部５６ｃに流れ込み、高いエゼクタ効果が得られることが分かっているので、本実施形態では、ａ／Ｄ≧０．５が満足されるように、排気通路５２，５３，５４の下流端（絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘ）の流路面積及び集合管５６の最小流路面積が定められている。

また、本実施形態では、各排気通路５２，５３，５４の下流端（絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘ）から集合管５６内に噴出した排気が後述する円筒形状のガス流入部５６ａの内面に張り付いて排気の流速が低下するという不具合を抑制するために、図１２に示すように、集合管５６のガス流入部５６ａの内面を、３つの排気通路５２，５３，５４の下流端が束ねられてなる円形よりも、径方向において外方に離間させている。例えば、３つの排気通路５２，５３，５４の下流端が束ねられてなる円形の外径を４０ｍｍ、ガス流入部５６ａの内径を６０ｍｍに設定し、２つの円を同心に配置している。

次に、触媒装置６について説明する。触媒装置６は、エンジン本体１から排出された排気を浄化するための装置であり、図２及び図３に示すように、三元触媒である触媒本体６４と、この触媒本体６４を収容するケーシング６２とを備えている。

ケーシング６２は、前記集合管５６のガス排出部５６ｅに接続される接続部６２ａと、この接続部６２ａの下流に位置して前記触媒本体６４を収容する触媒収容部６２ｃと、前記接続部６２ａと前記触媒収容部６２ｃとの間に介在する容積拡大部６２ｂとを含んでいる。

接続部６２ａは、集合管５６のガス排出部５６ｅと略同じ径を有する円筒形状に形成されている。触媒本体６４は、略円筒形状であって、十分な触媒能力が確保されるように、前記集合管５６よりも大きな径を有している。これに伴い、触媒収容部６２ｃは、前記接続部６２ａよりも大径の略円筒形状に形成されている。例えば、接続部６２ａの径が６０ｍｍ程度であるのに対して、触媒収容部６２ｃの径は１００ｍｍ程度に設定されている。そして、この接続部６２ａと触媒収容部６２ｃとの間に介設された前記容積拡大部６２ｂは、排気が接続部６２ａから円滑に触媒本体６４全体に流入するように、接続部６２ａから触媒収容部６２ｃに向かって拡径する円錐台形状に形成されている。

本実施形態では、前記触媒本体６４は三元触媒であるから、空燃比が１付近で最もよく浄化性能を発揮する。図５に符号６２ｄで酸素濃度センサ（Ｏ_２センサ）を示した。図示しない燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量は、この排気系に設けられた酸素濃度センサ６２ｄの検出値によって決まる。しかし、燃料噴射量は一般的には気筒１２ａ〜１２ｄ毎には変えない場合が多い。したがって、その場合は、エゼクタ効果が気筒１２ａ〜１２ｄ毎にばらつき、体積効率（ηＶ）が気筒１２ａ〜１２ｄ毎にばらつくと、空燃比が気筒１２ａ〜１２ｄ間でばらつくことになるので、そうなると、触媒本体６４の浄化性能が十分発揮されず、エミッションが悪化することになる。また、気筒１２ａ〜１２ｄ毎に燃料噴射量を変えて空燃比を揃えることによりエミッションの悪化を防いだとしても、その場合は、体積効率のばらつきがトルクのばらつきを招き、エンジン振動の原因になる。

図１に戻り、ＥＣＵ２は、運転条件に応じて予め設定された吸気弁１９及び排気弁２０の目標バルブタイミングをその記録領域（メモリ）に格納している。ＥＣＵ２は、例えばエンジン回転センサやスロットル開度センサ等の各種センサやスイッチ類（図示せず）からの信号に基いて現在の運転条件を演算すると共に、この演算結果に対応した目標バルブタイミングを前記記録領域から抽出し、各気筒１２ａ〜１２ｄの吸気弁１９及び排気弁２０のバルブタイミングがこの目標バルブタイミングとなるように前記吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０を制御する。

本実施形態では、各気筒１２ａ〜１２ｄの吸気弁１９及び排気弁２０の目標バルブタイミングは、次のような観点から設定されている。すなわち、少なくとも所定の運転領域（例えば３０００ｒｐｍ）において、図８に示すように、各気筒１２ａ〜１２ｄの吸気弁１９の開弁期間と排気弁２０の開弁期間とが吸気上死点を挟んで所定のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ重複し、且つ、各気筒１２ａ〜１２ｄの排気弁２０が排気順序が１つ前の他の気筒１２ａ〜１２ｄのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に開弁を開始すること、である。具体的には、第１気筒１２ａの吸気弁１９と排気弁２０とのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に第３気筒１２ｃの排気弁２０が開弁し、第３気筒１２ｃの吸気弁１９と排気弁２０とのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に第４気筒１２ｄの排気弁２０が開弁し、第４気筒１２ｄの吸気弁１９と排気弁２０とのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に第２気筒１２ｂの排気弁２０が開弁し、第２気筒１２ｂの吸気弁１９と排気弁２０とのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に第１気筒１２ａの排気弁２０が開弁するように、目標バルブタイミングが設定されている。これにより、排気順序が１つ前の他の気筒１２ａ〜１２ｄの掃気が促進され、体積効率の向上ひいてはトルクの向上が図られる。

（３）本実施形態の特徴
以上のように、本実施形態では、エゼクタ効果が得られるように構成された多気筒エンジンの排気装置１００において、次のような特徴的構成を採用した。

複数の気筒１２ａ〜１２ｄの排気ポート１８に上流端が接続され、前記気筒１２ａ〜１２ｄから排出された排気が通過する複数の排気通路５２，５３，５４と、前記各排気通路５２，５３，５４の下流端において下流ほど流路面積が小さくなるように形成された絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘと、前記各排気通路５２，５３，５４の下流端（絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘ）が束ねられて接続され、各排気通路５２，５３，５４を通過した排気が集合する集合管５６とを備えた。ＥＣＵ２は、少なくとも所定の運転領域（例えば低速高負荷域等）において、各気筒１２ａ〜１２ｄの吸気弁１９の開弁期間と排気弁２０の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ重複し、各気筒１２ａ〜１２ｄの排気弁２０が排気順序が１つ前の他の気筒１２ａ〜１２ｄのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に開弁を開始するように、各気筒１２ａ〜１２ｄの吸気弁１９及び排気弁２０を駆動する吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０を制御する。

これにより、ある気筒１２ａ〜１２ｄから排出された排気が排気通路５２，５３，５４の下流端の絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘから集合管５６に高速で噴出することにより前記集合管５６内に負圧が発生し、この負圧が排気順序が１つ前の他の気筒１２ａ〜１２ｄの排気ポート１８に作用して排気が下流に吸い出されるエゼクタ効果が得られる。

しかも、少なくとも所定の運転領域においては、排気順序が１つ前の他の気筒１２ａ〜１２ｄのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に負圧が作用するので、前記エゼクタ効果により、前記他の気筒１２ａ〜１２ｄ内にも負圧が作用し、掃気が促進され、体積効率の向上ひいてはトルクの向上が図られる。

その上で、複数の排気通路５２，５３，５４には容積が相違するものが混在しており、複数の排気通路５２，５３，５４のうち、大容積通路である共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積Ｓ２が、小容積通路である独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積Ｓ１よりも小さく設定されているので、共通排気通路５４の容積Ｖ２が大きいことに起因するエゼクタ効果の低下を、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積Ｓ２を小さくして共通排気通路５４の絞り部５４ｘから排気が集合管５６に噴出するときの流速を高めることにより補うことができる。その結果、触媒装置６の活性化の観点から、また排気系のコンパクト化の観点から、排気通路５２，５３，５４をできるだけ短くしつつ、エゼクタ効果の気筒間格差ひいてはトルクの気筒間格差が抑制される。また、エゼクタ効果の気筒間格差が抑制されることにより、体積効率の気筒間格差が抑制され、ひいては空燃比の気筒間格差も抑制されるので、三元触媒である触媒本体６４の浄化性能が十分発揮されて、エミッションの悪化やエンジン振動の増加も抑制される。

本実施形態では、排気通路５２，５３，５４は、全気筒１２ａ〜１２ｄのうち一部の複数の気筒１２ｂ，１２ｃ用に共通に設けられた共通排気通路５４と、残りの気筒１２ａ，１２ｄ用に個別に設けられた独立排気通路５２，５３とを有している。そして、排気順序が隣り合わない第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃのための排気通路は、各気筒１２ｂ，１２ｃの排気ポート１８に上流端が接続された複数の分岐通路５４ｂ，５４ｃと、前記各分岐通路５４ｂ，５４ｃが合流した部分に上流端が接続され、且つ、下流端に絞り部５４ｘが形成された合流通路５４ａとからなる共通排気通路５４である。一方、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄのための排気通路は、各気筒１２ａ，１２ｄの排気ポート１８に上流端が接続され、且つ、下流端に絞り部５２ｘ，５３ｘが形成された単独の通路からなる独立排気通路５２，５３である。そして、共通排気通路５４の容積Ｖ２が独立排気通路５２，５３の容積Ｖ１よりも大きく設定され、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積Ｓ２が独立排気通路５２，５３の絞り部５２ｘ，５３ｘの流路面積Ｓ１よりも小さく設定されている。

これにより、分岐通路５４ｂ，５４ｃと合流通路５４ａとからなる共通排気通路５４と、単独の通路からなる独立排気通路５２，５３とが混在している場合に、共通排気通路５４の容積Ｖ２が独立排気通路５２，５３の容積Ｖ１よりも大きく設定されているので、共通排気通路５４の分岐通路５４ｂ，５４ｃを長くすることができる。その結果、分岐通路５４ｂ，５４ｃを急角度で合流させずに済み、共通排気通路５４を通過する排気の抵抗を少なく抑えることができる。そのため、共通排気通路５４の排気抵抗を減らしつつ、エゼクタ効果の気筒間格差及びエミッションの悪化等を抑制することができる。

本実施形態では、当該エンジンはエンジン本体１に第１気筒１２ａから第４気筒１２ｄまで４つの気筒が直列に配置された直列４気筒エンジンであり、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に位置する第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃの排気通路が共通排気通路５４であり、気筒列方向においてエンジン本体１の端部に位置する第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄの排気通路が独立排気通路５２，５３である。そして、集合管５６は気筒列方向においてエンジン本体１の中央部に対向する位置に配置されている。

これにより、図１３によく示されるように、気筒列方向においてエンジン本体１の中央部を境に、４つの気筒１２ａ〜１２ｄと１つの共通排気通路５４と２つの独立排気通路５２，５３と１つの集合管５６とが左右対称に配置される。その結果、エゼクタ効果の気筒間格差ひいてはトルクの気筒間格差及びエミッションの悪化等が効率よく抑制される。

本実施形態では、共通排気通路５４及び独立排気通路５２，５３は絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘよりも上流側の部分で下方に湾曲し（湾曲部Ｒ）、共通排気通路５４及びその絞り部５４ｘは独立排気通路５２，５３及びその絞り部５２ｘ，５３ｘよりも下方への湾曲方向の内側に配置されている。

これにより、図３及び図６によく示されるように、例えば排気系のコンパクト化等のために、共通排気通路５４及び独立排気通路５２，５３が同一方向（下方）に湾曲する場合に、その湾曲部Ｒを利用して、効率よく、共通排気通路５４の上流端から下流端までの長さを独立排気通路５２，５３の上流端から下流端までの長さよりもさらに短くすることができ、大容積通路である共通排気通路５４の容積Ｖ２をできるだけ小さくすることができる。その結果、共通排気通路５４の絞り部５４ｘの流路面積Ｓ２を小さくする度合いを抑制することができ、共通排気通路５４の絞り部５４ｘを通過する排気の抵抗の増大を抑制することができる。

（４）本実施形態の変形例
前記第１の実施形態は、排気系が４−３−１排気系の場合であったが、これに限定されない。例えば、図１４の第２の実施形態に示すように、排気系が４−１排気系の場合も本発明は好ましく適用される。図１４において、符号１５１〜１５４は、それぞれ、第１〜第４気筒１２ａ〜１２ｄの排気ポート１８に上流端が接続され、下流端に絞り部１５１ｘ，１５２ｘ，１５３ｘ，１５４ｘ（図１５参照）が形成された単独の通路からなる独立排気通路である。

この第２実施形態では、全ての排気通路１５１〜１５４が同種の排気通路、すなわち単独の通路からなり分岐がない独立排気通路であるので、第１気筒１２ａの第１独立排気通路１５１及び第４気筒１２ｄの第４独立排気通路１５４は、長さが相対的に長くなり、ひいては容積が相対的に大きくなる。また、第２気筒１２ｂの第２独立排気通路１５２及び第３気筒１２ｃの第３独立排気通路１５３は、長さが相対的に短くなり、ひいては容積が相対的に小さくなる。つまり、第２実施形態では、第１独立排気通路１５１及び第４独立排気通路１５４は、容積が相対的に大きい排気通路すなわち大容積通路であり、第２独立排気通路１５２及び第３独立排気通路１５３は、容積が相対的に小さい排気通路すなわち小容積通路である。

そのため、第２実施形態では、図１５に示すように、第１独立排気通路１５１及び第４独立排気通路１５４の絞り部１５１ｘ，１５４ｘの流路面積を、第２独立排気通路１５２及び第３独立排気通路１５３の絞り部１５２ｘ，１５３ｘの流路面積よりも小さく設定している。

なお、図１５には、４つの扇形の中心角を調整することにより、第１独立排気通路１５１及び第４独立排気通路１５４の絞り部１５１ｘ，１５４ｘの流路面積を第２独立排気通路１５２及び第３独立排気通路１５３の絞り部１５２ｘ，１５３ｘの流路面積よりも小さく設定する場合を示したが、４つの扇形の半径を調整してもよく、さらには、４つの扇形の中心角及び半径の両方を調整してもよい。

図１６及び図１７に示す第３の実施形態は、排気系が４−２−１排気系の場合である。図１６において、符号２５４は、排気順序が隣り合わない第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃの排気ポート１８に上流端が接続された第１分岐通路２５４ｂ及び第２分岐通路２５４ｃと、前記分岐通路２５４ｂ，２５４ｃが合流してなり、下流端に絞り部２５４ｘ（図１７参照）が形成された合流通路２５４ａとからなる第１共通排気通路であり、符号２５５は、排気順序が隣り合わない第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄの排気ポート１８に上流端が接続された第１分岐通路２５５ｂ及び第２分岐通路２５５ｃと、前記分岐通路２５５ｂ，２５５ｃが合流してなり、下流端に絞り部２５５ｘ（図１７参照）が形成された合流通路２５５ａとからなる第２共通排気通路である。

この第３実施形態では、全ての排気通路２５４，２５５が同種の排気通路、すなわち分岐通路と合流通路とからなり分岐がある共通排気通路であるので、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄの第２共通排気通路２５５は、長さが相対的に長くなり、ひいては容積が相対的に大きくなる。また、第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃの第１共通排気通路２５４は、長さが相対的に短くなり、ひいては容積が相対的に小さくなる。つまり、第３実施形態では、第２共通排気通路２５５は、容積が相対的に大きい排気通路すなわち大容積通路であり、第１共通排気通路２５４は、容積が相対的に小さい排気通路すなわち小容積通路である。

そのため、第３実施形態では、図１７に示すように、第２共通排気通路２５５の絞り部２５５ｘの流路面積を、第１共通排気通路２５４の絞り部２５４ｘの流路面積よりも小さく設定している。

なお、図１７には、２つの扇形の中心角を調整することにより、第２共通排気通路２５５の絞り部２５５ｘの流路面積を第１共通排気通路２５４の絞り部２５４ｘの流路面積よりも小さく設定する場合を示したが、２つの扇形の半径を調整してもよく、さらには、２つの扇形の中心角及び半径の両方を調整してもよい。

前記実施形態では、集合管５６は、流路面積が縮小する絞り部５６ｂだけを含むもの（ストレート部５６ｃ及びディフューザー部５６ｄがないもの）でもよく、絞り部５６ｂと流路面積が拡大するディフューザー部５６ｄとだけを含むもの（ストレート部５６ｃがないもの）でもよい。このような構成の集合管５６を用いてもエゼクタ効果は十分得ることができる。例えば、量産設計時にレイアウト上の制約等から集合管５６を短くする場合に、絞り部５６ｂだけを含む集合管５６や、ストレート部５６ｃを省略して絞り部５６ｂとディフューザー部５６ｄとを直接滑らかに曲面でつなぐような形状の集合管５６等としても構わない。

例えば、シリンダヘッド９と排気マニホールド５との合わせ面等では、排気通路５２，５３，５４の下流のほうが流路面積が大きい部分が存在してもよい。すなわち、エゼクタ効果が得られるのであれば、状況に応じて、排気通路５２，５３，５４の下流端（絞り部５２ｘ，５３ｘ，５４ｘ）よりも上流側の部分では、下流ほど流路面積が大きくなるように形成された部分があっても構わない。

１ エンジン本体
５ 排気マニホールド
６ 触媒装置
１２ａ〜１２ｄ 第１〜第４気筒
１７ 吸気ポート
１８ 排気ポート
１９ 吸気弁
２０ 排気弁
３０ 吸気弁駆動機構（弁駆動手段）
４０ 排気弁駆動機構（弁駆動手段）
５２ 第１独立排気通路
５２ｘ 絞り部
５３ 第２独立排気通路
５３ｘ 絞り部
５４ 共通排気通路
５４ａ 合流通路
５４ｂ 第１分岐通路
５４ｃ 第２分岐通路
５４ｘ 絞り部
５６ 集合管
５６ａ ガス流入部
６２ ケーシング
６２ｄ 酸素濃度センサ
６４ 触媒本体
１００ 排気装置
１５１ 第１独立排気通路
１５１ｘ 絞り部
１５２ 第２独立排気通路
１５２ｘ 絞り部
１５３ 第３独立排気通路
１５３ｘ 絞り部
１５４ 第４独立排気通路
１５４ｘ 絞り部
２５４ 第１共通排気通路
２５４ａ 合流通路
２５４ｂ 第１分岐通路
２５４ｃ 第２分岐通路
２５４ｘ 絞り部
２５５ 第２共通排気通路
２５５ａ 合流通路
２５５ｂ 第１分岐通路
２５５ｃ 第２分岐通路
２５５ｘ 絞り部
Ｒ 湾曲部

Claims (4)

1. 複数の気筒の排気ポートに上流端が接続され、前記気筒から排出された排気が通過する複数の排気通路と、
   前記各排気通路の下流端において下流ほど流路面積が小さくなるように形成された絞り部と、
   前記各排気通路の下流端が束ねられて接続され、各排気通路を通過した排気が集合する集合管と、
   少なくとも所定の運転領域において、各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間重複し、各気筒の排気弁が排気順序が１つ前の他の気筒のオーバーラップ期間中に開弁を開始するように、各気筒の吸気弁及び排気弁を駆動する弁駆動手段とを有する多気筒エンジンの排気装置であって、
   複数の前記排気通路には容積が相違するものが混在しており、容積が相対的に大きい排気通路の前記絞り部の流路面積が、容積が相対的に小さい排気通路の前記絞り部の流路面積よりも小さく設定されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
2. 請求項１に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   排気通路は、全気筒のうち一部の複数の気筒用に共通に設けられた共通排気通路と、残りの気筒用に個別に設けられた独立排気通路とを有し、
   前記共通排気通路は、排気順序が隣り合わない複数の気筒の排気ポートに上流端が接続された複数の分岐通路と、前記各分岐通路が合流した部分に上流端が接続され、且つ、下流端に前記絞り部が形成された合流通路とからなり、
   前記独立排気通路は、各気筒の排気ポートに上流端が接続され、且つ、下流端に前記絞り部が形成された単独の通路からなり、
   前記共通排気通路の容積が前記独立排気通路の容積よりも大きく設定され、
   前記共通排気通路の前記絞り部の流路面積が前記独立排気通路の前記絞り部の流路面積よりも小さく設定されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
3. 請求項２に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   当該エンジンはエンジン本体に第１気筒から第４気筒まで４つの気筒が直列に配置された直列４気筒エンジンであり、
   第２気筒及び第３気筒の排気通路が前記共通排気通路であり、
   第１気筒及び第４気筒の排気通路が前記独立排気通路であり、
   前記集合管は気筒列方向においてエンジン本体の中央部に対向する位置に配置されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
4. 請求項３に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   前記共通排気通路及び前記独立排気通路は前記絞り部よりも上流側の部分で同一方向に湾曲し、前記共通排気通路及びその絞り部は前記独立排気通路及びその絞り部よりも前記湾曲方向の内側に配置されていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。

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