JP6245123B2 - 多気筒エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒エンジンの排気装置に関する。

車両前部のエンジンルーム内で気筒列が車幅方向に延びるようにエンジンが配置され、かつ排気系がエンジンの後方に延びるように配置される横置きエンジン後方排気のレイアウトが知られている。その場合、上記排気系は、特許文献１に記載されるように、排気ガスの流れの上流側から順に、気筒に対応する複数の独立排気管、独立排気管が全て集合した後の単一排気管、及び触媒装置が備えられ、触媒装置は早期活性化及び活性状態維持のためになるべくエンジンに近い位置に配設される。

特開２０１３−５７２５５号公報（特に図１及び図２）

エンジンから排出された直後の排気ガスは流速が高く指向性が強いため、触媒装置がエンジンに近いと、排気ガスは拡散が進んでいない状態で触媒装置に局所的に導入される。その結果、モノリス担体が熱で割れたり、触媒装置の浄化性能が低下するという不具合が起こり得る。さらに、その場合、排気ガスの触媒装置への導入位置が気筒毎に異なると、触媒装置下流の酸素濃度センサの検出結果がばらついたり、失火した気筒から排出された未燃燃料が担体に付着したまま長時間残るという不具合も併発する。

このような問題は、排気ガスの流速がより高い上記特許文献１に記載されるような動圧排気系において起こり易い。動圧排気系とは、独立排気管から単一排気管に排気ガスを高速で流入させ、これにより発生した負圧で他の独立排気管から排気ガスを吸い出すように構成された排気系である。

本発明は、多気筒エンジンの排気装置における上記のような不具合に対処しようとするもので、排気ガスの触媒装置への局所的導入が抑制され、かつ排気ガスの触媒装置への導入位置の気筒間バラツキも抑制される多気筒エンジンの排気装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、所定方向に列状に並ぶ複数の気筒を含むエンジンが車両前部に配置され、かつ排気系がエンジンの後方に延びるように配置される多気筒エンジンの排気装置であって、上記複数の気筒の各排気ポートから互いに独立した状態で下流側に延びるとともに上記気筒と同数だけ設けられた独立排気管と、各独立排気管の下流端部が全て集合した集合管と、集合管の下流端部に接続された１本の湾曲した単一排気管と、単一排気管の下流端部に接続された触媒装置とが備えられ、上記集合管は、下流側ほど流路面積が小さくなる集合部と、集合部の下流側に設けられ、下流側ほど流路面積が大きくなるディフューザ部とを有し、上記集合部の上流端部に上記複数の独立排気管の各下流端部が互いに近接した状態で接続されるとともに、上記ディフューザ部の下流端部に上記単一排気管の上流端部が接続され、上記単一排気管は、屈曲部を２か所以上有し、上記単一排気管の下流部は、触媒装置の入口部に対して斜め側方から排気ガスが導入されるように接続されることを特徴とする。

本発明によれば、独立排気管から単一排気管に流入した排気ガスは、単一排気管の屈曲部では、単一排気管の屈曲の外側の内壁に衝突し、単一排気管内で屈曲の外側の内壁に接触しながら流れる。そのため、排気ガスは、流速が低下し、指向性が弱まり、拡散が進んだ状態で触媒装置に導入される。しかも、屈曲部が２か所以上あるので、屈曲部の距離が長くなり、上記作用が増大する。その上で、排気ガスは、触媒装置に、排気ガスの流通方向に対して斜めに導入されるので、排気ガスの流通方向に対して平行に導入される場合に比べて、拡散がさらに促進される。

加えて、排気ガスは、単一排気管の屈曲部では、単一排気管内で屈曲の外側の内壁に押し付けられて流れるので、いずれの独立排気管から単一排気管に流入した排気ガスであるかに拘らず、単一排気管内での流れの位置が略同じ（屈曲の外側）に揃えられる。しかも、屈曲部が２か所以上あるので、屈曲部の距離が長くなり、上記作用が増大する。

以上により、排気ガスの触媒装置への局所的導入が抑制され、かつ排気ガスの触媒装置への導入位置の気筒間バラツキも抑制される多気筒エンジンの排気装置が提供される。

本発明においては、上記屈曲部の曲げ角度の総和が１８０°以上であることが好ましい。

この構成によれば、屈曲部の距離が確実に長くなるので、拡散が進んだ状態で排気ガスが触媒装置に導入されるという作用、及び単一排気管内での排気ガスの流れの位置が略同じに揃えられるという作用が確実に得られ、ひいては、排気ガスの触媒装置への局所的導入、及び排気ガスの触媒装置への導入位置の気筒間バラツキが確実に抑制される。

本発明においては、上記屈曲部が相互に同じ側への屈曲成分を含むことにより上記単一排気管がループ状に形成されることが好ましい。

この構成によれば、屈曲部間で単一排気管の屈曲の外側の位置が大幅に変わることが抑制されるので、排気ガスは、上記屈曲部が変わる度に単一排気管の内壁を大きく移動することがない。そのため、単一排気管内での排気ガスの流れの位置が略同じに揃えられるという作用がより一層増大する。また、単一排気管のコンパクト化も図ることができる。

また、上記課題を解決するためのものとして、本発明は、所定方向に列状に並ぶ複数の気筒を含むエンジンが車両前部に配置され、かつ排気系がエンジンの後方に延びるように配置される多気筒エンジンの排気装置であって、上記複数の気筒の各排気ポートから互いに独立した状態で下流側に延びるとともに上記気筒と同数だけ設けられた独立排気管と、各独立排気管の下流端部が全て集合した集合管と、集合管の下流端部に接続された１本の湾曲した単一排気管と、単一排気管の下流端部に接続された触媒装置とが備えられ、上記集合管は、下流側ほど流路面積が小さくなる集合部と、集合部の下流側に設けられ、下流側ほど流路面積が大きくなるディフューザ部とを有し、上記集合部の上流端部に上記複数の独立排気管の各下流端部が互いに近接した状態で接続されるとともに、上記ディフューザ部の下流端部に上記単一排気管の上流端部が接続され、上記単一排気管は、曲げ角度が１８０°以上の屈曲部を１か所有し、上記単一排気管の下流部は、触媒装置の入口部に対して斜め側方から排気ガスが導入されるように接続されることを特徴とする。

本発明によれば、独立排気管から単一排気管に流入した排気ガスは、単一排気管の屈曲部では、単一排気管の屈曲の外側の内壁に衝突し、単一排気管内で屈曲の外側の内壁に接触しながら流れる。そのため、排気ガスは、流速が低下し、指向性が弱まり、拡散が進んだ状態で触媒装置に導入される。しかも、屈曲部の曲げ角度が１８０°以上あるので、屈曲部の距離が長くなり、上記作用が増大する。その上で、排気ガスは、触媒装置に、排気ガスの流通方向に対して斜めに導入されるので、排気ガスの流通方向に対して平行に導入される場合に比べて、拡散がさらに促進される。

加えて、排気ガスは、単一排気管の屈曲部では、単一排気管内で屈曲の外側の内壁に押し付けられて流れるので、いずれの独立排気管から単一排気管に流入した排気ガスであるかに拘らず、単一排気管内での流れの位置が略同じ（屈曲の外側）に揃えられる。しかも、屈曲部の曲げ角度が１８０°以上あるので、屈曲部の距離が長くなり、上記作用が増大する。

以上により、排気ガスの触媒装置への局所的導入が抑制され、かつ排気ガスの触媒装置への導入位置の気筒間バラツキも抑制される多気筒エンジンの排気装置が提供される。

本発明においては、上記触媒装置の下流に車両後方に延びる後方排気管がさらに備えられ、上記独立排気管の下方に触媒装置が配設され、上記独立排気管及び触媒装置の車幅方向の一方の側部に上記単一排気管が配設され、他方の側部に上記後方排気管が配設されることが好ましい。

この構成によれば、当該排気系をフロアパネルのトンネル部内にコンパクトに収容できる。また、後方排気管を交換するだけで、上記トンネル部内で排気系と四輪駆動車のプロペラシャフトとの干渉を回避できるため、当該排気系を四輪駆動車にも容易に採用できる。

本発明においては、上記排気系が、独立排気管から単一排気管に排気ガスを高速で流入させ、これにより発生した負圧で他の独立排気管から排気ガスを吸い出すように構成された動圧排気系であることが好ましい。

この構成によれば、排気ガスの流速がより高く、排気ガスの触媒装置への局所的導入が起こり易い動圧排気系において、排気ガスの触媒装置への局所的導入、及び排気ガスの触媒装置への導入位置の気筒間バラツキが効果的に抑制される。

本発明においては、上記独立排気管及び単一排気管の少なくとも一部が二重管構造とされることが好ましい。

この構成によれば、単一排気管が長くなることにより触媒装置の位置がエンジンから遠くなっても、触媒装置に導入される排気ガスの温度の低下が抑制され、触媒装置の早期活性化及び活性状態維持が確保される。

本発明においては、上記独立排気管及び単一排気管の少なくとも一部に断熱材が塗布されることが好ましい。

この構成によれば、単一排気管が長くなることにより触媒装置の位置がエンジンから遠くなっても、触媒装置に導入される排気ガスの温度の低下が抑制され、触媒装置の早期活性化及び活性状態維持が確保される。

本発明によれば、排気ガスの触媒装置への局所的導入が抑制され、かつ排気ガスの触媒装置への導入位置の気筒間バラツキも抑制される多気筒エンジンの排気装置が提供される。

本発明の実施の形態に係る多気筒エンジンの排気装置の平面図である。 上記エンジンの本体部の概略平面図である。 上記排気装置に用いられる集合管の排気ガスの流れ方向の断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 上記多気筒エンジンの排気装置の左上後方からの斜視図である。 同じく右側面図である。 同じく背面図である。 本実施形態の排気ガスの触媒本体へのガス当たりの分布図である。 対策前の上記ガス当たりの分布図である。 比較例の上記ガス当たりの分布図である。 本実施形態における曲げ角度を説明するための図１の部分拡大図である。

図１は、本実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置１の平面図、図２は、上記エンジンの本体部（特許請求の範囲でいう「エンジン」に相当する）１０の概略平面図、図３は、上記排気装置１に用いられる集合管（特許請求の範囲でいう「単一排気管」に相当する）５０の排気ガスの流れ方向の断面図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。

図１に示すように、上記排気装置１は、排気ガスの流れの上流側から順に、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２（図５〜図７参照）を有するエンジン本体部１０と、エンジン本体部１０に組み付けられる排気マニホールド４０と、排気マニホールド４０に接続される集合管５０と、集合管５０に接続されるループ管（特許請求の範囲でいう「単一排気管」に相当する）６０と、ループ管６０に接続される触媒装置７０と、触媒装置７０に接続される連結管８０と、連結管８０に接続されるフレキシブルエキゾーストパイプ９０と、フレキシブルエキゾーストパイプ９０に接続される後方排気管１００とを備える。

エンジン本体部１０は、第１〜第４気筒１３ａ〜１３ｄを有する直列４気筒４サイクルガソリンエンジンであって、車両の前部のエンジンルーム２内で気筒１３ａ〜１３ｄ列が車幅方向（図１の左右方向）に延びるように配置され、かつ排気系がエンジン本体部１０の後方（図１の下方）において後方に延びるように配置される横置きエンジン後方排気のレイアウトである。

図２に示すように、シリンダヘッド１１に、気筒１３ａ〜１３ｄの燃焼室に臨むように点火プラグ１４が設けられ、上記燃焼室に開口する吸気ポート１５及び排気ポート１６が設けられ、上記吸気ポート１５及び排気ポート１６を開閉する吸気弁１７及び排気弁１８が設けられる。吸気ポート１５は気筒１３ａ〜１３ｄに吸気を導入するためのもの、排気ポート１６は気筒１３ａ〜１３ｄから排気ガスを排出するためのもの、吸気弁１７及び排気弁１８は気筒１３ａ〜１３ｄと上記吸気ポート１５及び排気ポート１６とを連通又は遮断するためのものである。

本実施形態では、第１気筒１３ａ→第３気筒１３ｃ→第４気筒１３ｄ→第２気筒１３ｂの順に１８０°ＣＡ（クランク角）ずつずれたタイミングで点火が行われ、この順に、吸気→圧縮→膨張→排気の各行程がそれぞれ１８０°ＣＡずつずれたタイミングで実施される。

吸気弁１７は、吸気弁駆動機構２０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１５を開閉する。排気弁１８は、排気弁駆動機構３０で駆動されることにより、所定のタイミングで排気ポート１６を開閉する。

吸気弁駆動機構２０は、吸気弁１７に連結された吸気カムシャフト２１と吸気ＶＶＴ２２とを有する。吸気カムシャフト２１は、クランクシャフト（図示せず）に連結され、クランクシャフトの回転に伴い回転して吸気弁１７を開閉駆動する。吸気ＶＶＴ２２は、クランクシャフトと吸気カムシャフト２１との間の位相差を変更することにより、吸気弁１７の開弁期間及びリフト量を一定に保ったまま、吸気弁１７の開弁時期及び閉弁時期を変更する。

排気弁駆動機構３０は、排気弁１８に連結された排気カムシャフト３１と排気ＶＶＴ３２とを有する。排気カムシャフト３１は、クランクシャフトに連結され、クランクシャフトの回転に伴い回転して排気弁１８を開閉駆動する。排気ＶＶＴ３２は、クランクシャフトと排気カムシャフト３１との間の位相差を変更することにより、排気弁１８の開弁期間及びリフト量を一定に保ったまま、排気弁１８の開弁時期及び閉弁時期を変更する。

排気マニホールド４０は、シリンダヘッド１１の後面への組付フランジ４０ａ（図５〜図７参照）と、気筒１３ａ〜１３ｄに対応する４つの独立排気管４１…４１とを含む。独立排気管４１…４１は、その上流端部が気筒１３ａ〜１３ｄの排気ポート１６…１６に接続され、エンジン本体部１０の後面から湾曲しつつ車両後方に延びる。

図３に示すように、集合管５０は、上流側から順に、下流側ほど流路面積が小さくなる集合部５０ａと、集合部５０ａの下流端部の流路面積を維持して下流側に延びるストレート部５０ｂと、下流側ほど流路面積が大きくなるディフューザ部５０ｃとを備える。集合部５０ａの上流端部に独立排気管４１…４１の下流端部４１ａ…４１ａが接続され、ディフューザ部５０ｃの下流端部にループ管６０の上流端部が接続される。集合管５０は、図１及び図５〜図７に示すように、エンジン本体部１０の後方で上流側が上方に傾斜し下流側が後方かつ左方に傾斜して配設される。

図４に示すように、独立排気管４１…４１の下流端部４１ａ…４１ａは中心角が９０°の扇形で、円を形成するように束ねられて集合部５０ａの上流端部に接続される。図４において符号４２は独立排気管４１…４１の下流端部４１ａ…４１ａを束ねるために下流端部４１ａ…４１ａ間に介設される結合プレート、図３及び図４において符号５１は排気ガスの温度低下を抑制（言い換えると排気ガスを保温）するために集合管５０を覆う外管である。つまり、集合管５０は二重管構造である。

図１に示すように、独立排気管４１…４１は気筒１３ａ〜１３ｄの排気ポート１６…１６から湾曲しつつ集合管５０に向かって車両後方に延び、気筒１３ａ〜１３ｄから排出された排気ガスは独立排気管４１…４１を通って集合管５０の集合部５０ａに流入する。独立排気管４１…４１は下流側ほど流路面積が小さくなる形状を有するため、排気ガスは独立排気管４１…４１の下流端部４１ａ…４１ａから高速で集合部５０ａに流入する。集合部５０ａは下流側ほど流路面積が小さくなる形状を有するため、集合部５０ａに流入した排気ガスは高速を維持したまま下流側に流れる。

排気弁１８の開弁により気筒１３ａ〜１３ｄから独立排気管４１…４１に排出された高速のブローダウンガスは、流速が高められて集合管５０の集合部５０ａに流入する。これにより、集合部５０ａに負圧が発生し、この負圧により他の独立排気管４１から排気ガスが吸い出される（エゼクタ効果）。すなわち、本実施形態では、排気系は、動圧排気系である。

本実施形態では、少なくとも低速高負荷域において、気筒１３ａ〜１３ｄの排気弁１８の開弁期間と吸気弁１７の開弁期間とが吸気上死点を挟んでオーバーラップし、かつ、排気順序が連続する気筒１３ａ〜１３ｄ間において、先行の気筒１３ａ〜１３ｄのオーバーラップ期間中に、後続の気筒１３ａ〜１３ｄの排気弁２０が開弁するように、吸気弁駆動機構２０及び排気弁駆動機構３０が制御される。具体的に、第１気筒１３ａの排気弁１８と吸気弁１７とのオーバーラップ期間中に第３気筒１３ｃの排気弁１８が開弁し、第３気筒１３ｃの排気弁１８と吸気弁１７とのオーバーラップ期間中に第４気筒１３ｄの排気弁１８が開弁し、第４気筒１３ｄの排気弁１８と吸気弁１７とのオーバーラップ期間中に第２気筒１３ｂの排気弁１８が開弁し、第２気筒１３ｂの排気弁１８と吸気弁１７とのオーバーラップ期間中に第１気筒１３ａの排気弁１８が開弁する。そのため、エゼクタ効果により、オーバーラップ期間中の気筒１３ａ〜１３ｄの掃気が促進される。

図１、図５〜図７、及び図１１に示すように、ループ管６０は、集合管５０の下流端部と触媒装置７０の上流端部とを連絡する。ループ管６０は、上流側から第１屈曲部６０ａ及び第２屈曲部６０ｂを有する。第１屈曲部６０ａよりも上流側の部分の軸心（排気ガスの流通方向をいう。以下同じ）Ａは、上流側が上方に傾斜し下流側が後方かつ左方に傾斜して配設される。第１屈曲部６０ａと第２屈曲部６０ｂとの間の部分（つまり第１屈曲部６０ａよりも下流側の部分又は第２屈曲部６０ｂよりも上流側の部分）の軸心Ｂは、略水平面内で下流側が前方かつ左方に傾斜して配設される。第２屈曲部６０ｂよりも下流側の部分の軸心Ｃは、略水平面内で下流側が前方かつ右方に傾斜して配設される。

屈曲部６０ａ，６０ｂの曲げ角度の総和は１８０°以上である。本実施形態において、屈曲部６０ａ，６０ｂの曲げ角度とは、特に、気筒１３ａ〜１３ｄの中心軸線方向（本実施形態では鉛直方向）から見たときの曲げ角度、言い換えると、気筒中心軸線と直交する面（本実施形態では水平面）に中心軸線方向から投影したときに現れる曲げ角度（図１に表される曲げ角度）をいう。

図１１において、符号Ａは気筒中心軸線方向から見たときの第１屈曲部６０ａよりも上流側の部分の軸心（ループ管６０の上流端部の軸心）、符号Ｂは気筒中心軸線方向から見たときの第１屈曲部６０ａよりも下流側の部分の軸心（ループ管６０の中間部の軸心）、符号Ｃは気筒中心軸線方向から見たときの第２屈曲部６０ｂよりも下流側の部分の軸心（ループ管６０の下流端部の軸心）、符号Ｄは気筒中心軸線方向から見たときの上記軸心ＡとＢとの交点、符号Ｅは気筒中心軸線方向から見たときの上記軸心ＢとＣとの交点であり、第１屈曲部６０ａの曲げ角度αとは、気筒中心軸線方向から見たときの曲げ角度、第２屈曲部６０ｂの曲げ角度βとは、気筒中心軸線方向から見たときの曲げ角度である。

本実施形態では、第１屈曲部６０ａの曲げ角度αは１２５°であり、第２屈曲部６０ｂの曲げ角度βは７５°である。つまり、曲げ角度の総和（α＋β）は２００°である。

曲げ角度の総和の上限は特に限定されないが、例えば３６０°程度が好ましい。曲げ角度の総和が過度に大きいとループ管の製造コストが高くつく。また、排気ガスの流速が過度に低下する可能性がある。

本実施形態では、屈曲部６０ａ，６０ｂは、相互に同じ側への屈曲成分を含む。すなわち、上流側から見た第１屈曲部６０ａの屈曲の方向は右側（時計回り）であり、上流側から見た第２屈曲部６０ｂの屈曲の方向も右側（時計回り）である。これにより、ループ管６０は、その下流部６０ｘが上流部から離間せずに近接するループ状に形成される。

ループ管６０の下流部６０ｘは、触媒装置７０の入口部７０ａに対して斜め側方から、より詳しくは、触媒装置７０の軸心に対して後方かつ左方から前方かつ右方に斜めに排気ガスが導入されるように接続される。

触媒装置７０は、排気ガスの流通方向に対して平行に延びる略円筒状のケーシング７１と、ケーシング７１に収容される三元触媒機能を有する触媒本体（モノリス担体）７２とを備える。ケーシング７１の上流端部７１ａに所定の空間が形成され、ループ管６０の下流部６０ｘは上記ケーシング７１の上流端部７１ａに接続される。その際、ループ管６０の下流部６０ｘは、触媒装置７０の軸心に対して平行に接続されず、触媒装置７０の軸心に対して斜めに接続される。

触媒装置７０は、独立排気管４１…４１及び集合管５０の下方で、略水平面内で上流側が左方を向き下流側が右方を向くように横置きに配設される。

連結管８０は、触媒装置７０の右方に配設され、上流側の部分の軸心は、上流側が上方に傾斜し下流側が後方かつ右方に傾斜し、下流側の部分の軸心は、上流側が上方に傾斜し下流側が後方かつ左方に傾斜する。

連結管８０に酸素濃度センサ（図示せず）が配設される。酸素濃度センサは触媒装置７０の下流に配設され、触媒装置７０を通過した排気ガスの酸素濃度を検出する。

フレキシブルエキゾーストパイプ９０は、車体側からの振動を吸収して排気系に伝わるのを抑制するためのものであり、連結管８０の後方で上流側が上方に傾斜し下流側が後方かつ左方に傾斜して配設され、フロアパネル４のトンネル部５内に収容される。

後方排気管１００は、フレキシブルエキゾーストパイプ９０の後方に配設され、フロアパネル４のトンネル部５内でやや左右に蛇行しながら車両後方に延びる。後方排気管１００の上流側の部分の軸心は、上流側が上方に傾斜する。図１において符号３はエンジンルーム２と車室との間に介設されるダッシュパネル、図１及び図５〜図７において符号１０１は後方排気管１００に下流側排気系構成部材（図示せず）を連結するための連結プレートである。

図１に示すように、エンジン本体部１０の後方において後方に延びるように配置された排気系は、エンジン本体部１０の後面から車両後方に延びる４つの独立排気管４１…４１と、エンジン本体部１０の後方に配設され、４つの独立排気管４１…４１が全て同時に集合する集合管５０と、独立排気管４１…４１及び集合管５０の左側部に配設されるループ管６０と、独立排気管４１…４１及び集合管５０の下方でループ管６０の右側部に配設される触媒装置７０と、独立排気管４１…４１、集合管５０、及び触媒装置７０の右側部に配設される連結管８０と、連結管８０の後方に配設されるフレキシブルエキゾーストパイプ９０と、フレキシブルエキゾーストパイプ９０の後方に配設される後方排気管１００とを備える。そのため、気筒１３ａ〜１３ｄから独立排気管４１…４１に排出された排気ガスは、図１に矢印で示したように、集合管５０、ループ管６０、触媒装置７０、連結管８０、フレキシブルエキゾーストパイプ９０、及び後方排気管１００を平面視で右回り（時計回り）に流れた後、下流側排気系構成部材を通ってさらに車両後方に流れる。

以上の構成により、本実施形態では次のような作用が得られる。

（１）車両前部で気筒１３ａ〜１３ｄ列が車幅方向に延びるようにエンジン本体部１０が配置され、かつ排気系がエンジン本体部１０の後方において後方に延びるように配置される多気筒エンジンの排気装置１において、排気ガスの流れの上流側から順に、気筒１３ａ〜１３ｄに対応する４つの独立排気管４１…４１、独立排気管４１…４１が全て集合した後の集合管５０及びループ管６０、並びに触媒装置７０が備えられ、上記ループ管６０は、２か所の屈曲部６０ａ，６０ｂを有し、かつその下流部６０ｘが触媒装置７０の入口部７０ａに対して斜め側方から排気ガスが導入されるように接続されることから、独立排気管４１…４１から集合管５０及びループ管６０に流入した排気ガスは、ループ管６０の屈曲部６０ａ，６０ｂでは、ループ管６０の屈曲の外側の内壁に衝突し、ループ管６０内で屈曲の外側の内壁に接触しながら流れる。そのため、排気ガスは、流速が低下し、指向性が弱まり、拡散が進んだ状態で触媒装置７０に導入される。しかも、屈曲部６０ａ，６０ｂが２か所あるので、屈曲部６０ａ，６０ｂの距離が長くなり、上記作用が増大する。その上で、排気ガスは、触媒装置７０に、排気ガスの流通方向（軸心）に対して斜めに導入されるので、排気ガスの流通方向に対して平行に導入される場合に比べて、拡散がさらに促進される。

加えて、排気ガスは、ループ管６０の屈曲部６０ａ，６０ｂでは、ループ管６０内で屈曲の外側の内壁に押し付けられて流れるので、いずれの独立排気管４１…４１からループ管６０に流入した排気ガスであるかに拘らず、ループ管６０内での流れの位置が略同じ（屈曲の外側）に揃えられる。しかも、屈曲部６０ａ，６０ｂが２か所あるので、屈曲部６０ａ，６０ｂの距離が長くなり、上記作用が増大する。

図８は、実施例、つまり本実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置１における排気ガスの触媒本体７２へのガス当たり（流速）の分布図である。触媒本体７２に対して拡散が進んだ状態で均一にガス当たりが生じ、排気ガスの触媒装置７０への局所的導入が抑制されることが分かる。また、いずれの気筒１３ａ〜１３ｄからも同様にガス当たりが生じ、排気ガスの触媒装置７０への導入位置の気筒１３ａ〜１３ｄ間バラツキも抑制されることが分かる。

これに対し、図９は、参考例、つまりループ管を用いず、曲げのない状態で、集合管に直接触媒装置を接続した場合における排気ガスの触媒本体へのガス当たりの分布図である。触媒本体に対して局所的にガス当たりが生じ、そのため、モノリス担体が熱で割れたり、触媒装置の浄化性能が低下するという不具合が見られる。また、ガス当たりの気筒間バラツキが生じ、そのため、触媒装置下流の酸素濃度センサの検出結果がばらついたり、未燃燃料が担体に付着したまま長時間残るという不具合も見られる。

また、図１０は、比較例、つまり９０°の曲げを１回だけ行った場合における排気ガスの触媒本体へのガス当たりの分布図である。ガス当たりの気筒間バラツキが抑制されるものの、局所的なガス当たりが依然として強く生じる。

以上により、本実施形態によれば、排気ガスの触媒装置７０への局所的導入が抑制され、かつ排気ガスの触媒装置７０への導入位置の気筒１３ａ〜１３ｄ間バラツキも抑制される多気筒エンジンの排気装置１が提供される。

（２）上記屈曲部６０ａ，６０ｂの曲げ角度の総和が１８０°であることから、屈曲部６０ａ，６０ｂの距離が確実に長くなるので、拡散が進んだ状態で排気ガスが触媒装置７０に導入されるという作用、及びループ管６０内での排気ガスの流れの位置が略同じに揃えられるという作用が確実に得られ、ひいては、排気ガスの触媒装置７０への局所的導入、及び排気ガスの触媒装置７０への導入位置の気筒１３ａ〜１３ｄ間バラツキが確実に抑制される。

（３）上記屈曲部６０ａ，６０ｂが相互に同じ右側（時計回り）への屈曲成分を含むことにより上記ループ管６０がループ状に形成されることから、屈曲部６０ａ，６０ｂ間でループ管６０の屈曲の外側の位置が大幅に変わることが抑制されるので、排気ガスは、上記第１屈曲部６０ａから第２屈曲部６０ｂに移る際にループ管６０の内壁を大きく移動することがない。そのため、ループ管６０内での排気ガスの流れの位置が略同じに揃えられるという作用がより一層増大する。また、ループ管６０のコンパクト化も図ることができる。

（４）上記触媒装置７０の下流に車両後方に延びる後方排気管１００がさらに備えられ、上記独立排気管４１…４１の下方に触媒装置７０が配設され、上記独立排気管４１…４１及び触媒装置７０の左側部に上記ループ管６０が配設され、右側部に上記後方排気管１００が配設されることから、当該排気系をフロアパネル４のトンネル部５内にコンパクトに収容できる。また、後方排気管１００を蛇行の少ないものに交換するだけで、上記トンネル部５内で排気系と四輪駆動車やＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）車等のプロペラシャフト（図７の鎖線Ｓ参照）との干渉を回避できるため、当該排気系を四輪駆動車やＦＲ車等にも容易に採用できる。

（５）上記排気系が、独立排気管４１から集合管５０に排気ガスを高速で流入させ、これにより発生した負圧で他の独立排気管４１から排気ガスを吸い出すように構成された動圧排気系であることから、排気ガスの流速がより高く、排気ガスの触媒装置７０への局所的導入が起こり易い動圧排気系において、排気ガスの触媒装置７０への局所的導入、及び排気ガスの触媒装置７０への導入位置の気筒１３ａ〜１３ｄ間バラツキが効果的に抑制される。

（６）上記集合管５０が二重管構造とされることから、ループ管６０が長くなることにより触媒装置７０の位置がエンジン本体部１０から遠くなっても、触媒装置７０に導入される排気ガスの温度の低下が抑制（言い換えると排気ガスが保温）され、触媒装置７０の早期活性化及び活性状態維持が確保される。

なお、上記実施形態では、ループ管６０は２回曲げであったが、これに限らず、３回以上曲げてもよい。曲げ回数の上限は特に限定されないが、例えば１０回程度が好ましい。過度に多くの回数曲げるとループ管の製造コストが高くつく。また、排気ガスの流速が過度に低下する可能性がある。

曲げ角度の総和については２回以上曲げる限り１８０°未満でもよい。曲げ角度の総和の下限は特に限定されないが、例えば９０°程度が好ましい。曲げ角度の総和が過度に小さいと排気ガスの流速がそれほど低下しない可能性がある。

曲げ角度が１８０°以上の屈曲部を１か所有してもよい。この場合も曲げ角度の上限は特に限定されないが、例えば３６０°程度が好ましい。曲げ角度が過度に大きいとループ管の製造コストが高くつく。また、排気ガスの流速が過度に低下する可能性がある。

屈曲部６０ａ，６０ｂは、相互に同じ側への屈曲成分を含まなくてもよい。例えば、第１屈曲部６０ａは水平面内だけで曲げ、第２屈曲部６０ｂは垂直面内だけで曲げてもよい。あるいは、第１屈曲部６０ａは水平面内で上流側から見て右方に曲げ、第２屈曲部６０ｂは水平面内で上流側から見て左方に曲げてもよい。

上記実施形態では、ループ管６０は時計回りに屈曲したが、反時計回りに屈曲してもよい。

上記実施形態では、排気ガスの保温のため、集合管５０を二重管構造としたが、これに代えて又はこれと共に、集合管５０の外面に断熱材を塗布してもよい。また、集合管５０に限らず、ループ管６０や独立排気管４１を二重管構造にしたり断熱材を塗布してもよい。

上記実施形態では、排気系は動圧排気系であったが、これに限らず、通常の排気系にも本発明は好ましく適用可能である。

上記実施形態では、エンジンは横置きであったが、これに限らず、例えばＦＲ車等に採用される縦置きのエンジンにも本発明は好ましく適用可能である。すなわち、車両前部で気筒列が車両前後方向に延びるようにエンジンが配置され、かつ排気系がエンジンの後方に延びるように配置される縦置きエンジン後方排気のレイアウトでも構わない。

１ 多気筒エンジンの排気装置
５ トンネル部
１０ エンジン本体部（エンジン）
１３ａ〜１３ｄ 第１〜第４気筒
１６ 排気ポート
１８ 排気弁
４０ 排気マニホールド
４１ 独立排気管
４１ａ 独立排気管の下流端部
５０ 集合管（単一排気管）
５１ 外管
６０ ループ管（単一排気管）
６０ａ，６０ｂ 第１、第２屈曲部
６０ｘ ループ管の下流部
７０ 触媒装置
７０ａ 触媒装置の入口部
７１ ケーシング
７１ａ ケーシングの上流端部
７２ 触媒本体（モノリス担体）
１００ 後方排気管

Claims (8)

1. 所定方向に列状に並ぶ複数の気筒を含むエンジンが車両前部に配置され、かつ排気系がエンジンの後方に延びるように配置される多気筒エンジンの排気装置であって、
   上記複数の気筒の各排気ポートから互いに独立した状態で下流側に延びるとともに上記気筒と同数だけ設けられた独立排気管と、
   各独立排気管の下流端部が全て集合した集合管と、
   集合管の下流端部に接続された１本の湾曲した単一排気管と、
   単一排気管の下流端部に接続された触媒装置とが備えられ、
   上記集合管は、下流側ほど流路面積が小さくなる集合部と、集合部の下流側に設けられ、下流側ほど流路面積が大きくなるディフューザ部とを有し、
   上記集合部の上流端部に上記複数の独立排気管の各下流端部が互いに近接した状態で接続されるとともに、上記ディフューザ部の下流端部に上記単一排気管の上流端部が接続され、
   上記単一排気管は、屈曲部を２か所以上有し、
   上記単一排気管の下流部は、触媒装置の入口部に対して斜め側方から排気ガスが導入されるように接続され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、
   上記屈曲部の曲げ角度の総和が１８０°以上であ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１又は２に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   上記屈曲部が相互に同じ側への屈曲成分を含むことにより上記単一排気管がループ状に形成されることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
4. 所定方向に列状に並ぶ複数の気筒を含むエンジンが車両前部に配置され、かつ排気系がエンジンの後方に延びるように配置される多気筒エンジンの排気装置であって、
   上記複数の気筒の各排気ポートから互いに独立した状態で下流側に延びるとともに上記気筒と同数だけ設けられた独立排気管と、
   各独立排気管の下流端部が全て集合した集合管と、
   集合管の下流端部に接続された１本の湾曲した単一排気管と、
   単一排気管の下流端部に接続された触媒装置とが備えられ、
   上記集合管は、下流側ほど流路面積が小さくなる集合部と、集合部の下流側に設けられ、下流側ほど流路面積が大きくなるディフューザ部とを有し、
   上記集合部の上流端部に上記複数の独立排気管の各下流端部が互いに近接した状態で接続されるとともに、上記ディフューザ部の下流端部に上記単一排気管の上流端部が接続され、
   上記単一排気管は、曲げ角度が１８０°以上の屈曲部を１か所有し、
   上記単一排気管の下流部は、触媒装置の入口部に対して斜め側方から排気ガスが導入されるように接続されることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   上記触媒装置の下流に車両後方に延びる後方排気管がさらに備えられ、
   上記独立排気管の下方に触媒装置が配設され、
   上記独立排気管及び触媒装置の車幅方向の一方の側部に上記単一排気管が配設され、他方の側部に上記後方排気管が配設されることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   上記排気系が、独立排気管から単一排気管に排気ガスを高速で流入させ、これにより発生した負圧で他の独立排気管から排気ガスを吸い出すように構成された動圧排気系であることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   上記独立排気管及び単一排気管の少なくとも一部が二重管構造とされることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
   上記独立排気管及び単一排気管の少なくとも一部に断熱材が塗布されることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。