JP6296039B2

JP6296039B2 - エンジンの排気装置

Info

Publication number: JP6296039B2
Application number: JP2015212033A
Authority: JP
Inventors: 直之山形
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: JP2017082687A

Description

ここに開示する技術は、エンジンの排気装置に関する。

特許文献１には、エンジンの排気装置の一例として、環状の排気通路を設ける一方、各気筒の排気ポートに独立して接続された各独立排気通路をそれぞれ環状の排気通路に接続すると共に、この環状の排気通路における各独立排気通路との接続部から最も離れた位置に下流側の排気通路を接続する構成が開示されている。

前記の特許文献１に開示された構成によると、各気筒から排出された排気ガスは、独立排気通路と環状排気通路との接続部で２手に分かれる。そして、２手に分かれた排気ガスは、それぞれ、環状排気通路を異なる経路で通過して、下流側の排気通路に流入する。

特開昭６４−８０７１８号公報

ところで、従来より、エンジン始動時には、排気浄化触媒（以下、単に「触媒」とも称する）の早期活性化が要求されている。そうした要求を満足するためには、排気通路において、各気筒から触媒までの流路長を短くする構成が有利である。そのためには、例えば各気筒に接続される独立通路の長さを短くすることが考えられる。この構成を採用した場合、各気筒内から排出された排気ガスが触媒まで到達するときの放熱が抑制されて、高温の排気ガスを触媒に送ることができる。そのことで、触媒を早めに昇温させて、早期に活性化させることが可能になる。

しかしながら、各気筒の独立通路を短くする構成は、ある気筒において排気弁が開いて排気ガスの排出が開始された直後に発生する勢いの強い排気ガス（ブローダウンガス）が、他の気筒に接続される独立通路に流れ込んでしまうという、いわゆる排気干渉を招く虞がある。

また一方で、触媒が活性化した後には、例えば車内を早めに暖めたり、エンジンのフリクションを早めに低減させたりするために、エンジンの暖機を早期に行うことも要求されている。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気浄化触媒の早期活性化を図ると共に、エンジンの暖機を促進することが可能な排気装置を実現することにある。

ここに開示する技術は、エンジンの複数の気筒のそれぞれに繋がるように設けられかつ、前記気筒から排出される排気ガスが流れるよう構成された複数の独立通路と、前記複数の独立通路のそれぞれが接続されかつ、所定の循環方向に前記排気ガスが流れるよう構成されたループ状の還流通路と、前記還流通路に接続されると共に、前記排気ガスを浄化する排気浄化触媒が配設された下流通路とを備え、前記複数の独立通路の下流端部は、前記還流通路内で、前記循環方向に並んで配置されており、前記複数の独立通路の下流端部の開口は、当該開口から前記還流通路内に前記排気ガスを前記循環方向に排出するように、前記循環方向を指向しており、前記複数の独立通路は、前記開口から前記排気ガスを噴出することで、前記還流通路内に、エゼクタ効果により負圧が発生する領域が形成されるように構成され、前記還流通路において、前記下流通路の接続箇所から、前記循環方向に並んだ前記独立通路の接続箇所のうち、前記排気ガスが前記循環方向に沿って循環するときに、前記下流通路の接続箇所を通過した後に最初に通過する独立通路の接続箇所までの間の部分である復路側通路部には、前記排気ガスの流れを制御する制御バルブが配設され、前記制御バルブは、前記排気浄化触媒の未活性時には閉じる一方、前記排気浄化触媒の活性後には開くように構成され、前記復路側通路部の少なくとも一部は、前記排気ガスと、前記エンジンとの間で熱交換を行う熱交換部を構成している。

ここで、「エゼクタ効果」は、排気ガスを噴出することで、噴流の周囲に負圧が発生する領域が形成されることを意味する。

前記の構成によると、複数の独立通路の下流端部の開口は、循環方向を指向している。各気筒から排出される排気ガスの流れによって、還流通路内には、所定の循環方向に流れる排気ガスの流れが形成される。各独立通路の下流端部の開口は、循環方向を指向しているため、ある気筒から排出された排気ガスが、循環方向に並ぶ他の気筒の独立通路の、循環方向を指向する開口から当該独立通路に流れ込むように回り込むことが抑制される。

また、前記の構成によると、各独立通路から噴出する排気ガスの流れによって、エゼクタ効果により、負圧領域が形成される。これにより、還流通路内を流れる排気ガスの、循環方向の流れが促進されるから、還流通路から排気行程中の気筒の独立通路へ、排気ガスが流れ込むことがさらに抑制される。

こうして、排気干渉が抑制される。独立通路の配置、及び、独立通路の下流端部の開口の向きによって、排気干渉が抑制されるため、各気筒の独立通路を短くすることが可能になる。各気筒の独立通路を短くすることにより、各気筒から排気浄化触媒までの排気ガスの経路が短くなるため、各気筒から排出された排気ガスを、高温のまま排気浄化触媒に送ることができるようになる。これによって、排気浄化触媒の未活性時には、排気浄化触媒の早期活性化を実現することが可能になる。

さらに、前記の構成によると、復路側通路部、つまり、還流通路において、下流通路の接続箇所から、循環方向に並んだ独立通路の接続箇所のうち、排気ガスが循環方向に沿って循環するときに、還流通路の接続箇所を通過した後に最初に通過する独立通路の接続箇所までの間の部分である復路側通路部には、前記排気ガスの流れを制御する制御バルブが設けられている。この制御バルブは、排気浄化触媒の未活性時には閉じる一方、排気浄化触媒の活性後には開くように構成されているため、排気浄化触媒の未活性時には、ループ状の還流通路を流れる排気ガスは、全て、下流通路の方に流れる。これにより、排気ガスが、後述する熱交換部を通過せずに、排気浄化触媒に送られるため、排気浄化触媒の未活性時には、各気筒から排出された排気ガスを、高温のまま、排気浄化触媒に送ることができるようになる。これによって、排気浄化触媒の活性化が早まる。

一方で、排気浄化触媒の活性後には、制御バルブが開くことにより、排気ガスの一部は、下流通路の接続箇所から、復路側通路部を通って独立通路の接続箇所の方に戻る。

ここで、前記の構成によると、復路側通路部の少なくとも一部は、排気ガスと、エンジンとの間で熱交換を行う熱交換部を構成している。そのため、復路側通路部を通過する排気ガスは、熱交換部においてエンジンとの間で熱交換した後に、独立通路の接続箇所の方に戻る。エンジンの始動時に、排気浄化触媒が活性した後には、制御バルブが開くことにより、排気ガスの一部を熱交換部に送り、エンジンに放熱させることが可能になる。これにより、排気浄化触媒の活性後に、エンジンの暖機を早期に実現することが可能になる。

こうして、前記の構成によると、排気干渉を抑制することで、各気筒内から排気浄化触媒までの流路長を短くすることが可能となり、排気浄化触媒の未活性時には早期活性化を実現する一方、還流通路に熱交換部を配設することでエンジンの暖機が可能となり、排気浄化触媒の活性後に、エンジンの暖機を早期に実現することが可能になる。

また、独立通路が短くなることで、排気抵抗が低減し、ポンプ損失の低減にも有利になる。

また、前記熱交換部は、当該熱交換部を流れる排気ガスが、前記エンジンのウォータジャケット内のエンジン冷却水との間で熱交換を行うように、前記ウォータジャケットに対して設けられている、としてもよい。

前記の構成によると、エンジン冷却水を介して、エンジンを暖機することが可能になる。この構成は、車室内の暖房要求時に、暖房性能を早期に高めることが可能になる。

また、前記独立通路の下流端部の開口の面積に相当する真円の径ａと、前記還流通路において前記独立通路の下流端部の開口に沿って延びる横断面に相当する真円の径Ｄとの比ａ／Ｄは、０．４以上０．９以下に設定されている、としてもよい。

本願発明者等の知見から、ａ／Ｄが０．４未満のときには、負圧領域を形成して排気干渉を抑制することができなくなり、ａ／Ｄが１に近付くほど（言い換えると、独立通路の下流端部の開口の断面積ａと、還流通路の断面積Ｄとが近付くほど）、負圧の発生には有利になる。しかしながら、ａ／Ｄが０．９よりも大きくなると、独立通路の下流端部の開口の断面積が、還流通路の断面積付近まで大きくなるため、排気ガスの循環流れが流れる還流通路の実質的な断面積が小さくなり、還流通路における排気ガスの流れを阻害してしまう。したがって、排気干渉を抑制しかつ、排気ガスの循環を阻害しないために、ａ／Ｄは０．４以上０．９以下に設定することが好ましい。

また、前記複数の独立通路の下流端部には、それぞれ、先細り状のノズル部が設けられている、としてもよい。

前記の構成によると、先細り状のノズル部を設けることで、そうしたノズル部を通過する排気ガスの流速を高めることが可能になる。排気ガスの流速を高めることは、エゼクタ効果により負圧領域を形成する上で有効である。

以上説明したように、前記のエンジンの排気装置によると、独立通路の配置及び開口の向きを工夫して排気干渉を抑制することで、各気筒内から排気浄化触媒までの流路長を短くすることが可能となり、排気浄化触媒の未活性時には、早期活性化を実現する一方、排気ガスが循環する還流通路に制御バルブと熱交換部とを配設することによってエンジンの暖機が可能となり、排気浄化触媒の活性後には、還流通路を循環する排気ガスによってエンジンの暖機を早期に実現することが可能になる。

エンジンの排気装置の構成を示す概念図である。ノズル部の開口を含む、図１のＡ-Ａ断面を示す説明図である。ノズル径及びポート長と、流速との関係を示す説明図である。制御バルブの開度、触媒温度、及びエンジン冷却水の水温の推移を示す説明図である。還流通路及びノズル部の変形例を示す図２対応図である。

以下、図面を参照しながらエンジンの排気装置を説明する。尚、以下の説明は例示である。図１は、エンジン１及び排気装置２の概略構成と、各々に含まれる要素間の接続関係とを概念的に示す図であり、各要素の配置や形状等を、必ずしも、具体的に表すものではない。

エンジン１は、３つの気筒１１、１２、１３が直列に配置された４サイクル３気筒エンジンであり、気筒１１〜１３の各々に設けた排気ポート１１ａ、１２ａ、１３ａが、気筒１１〜１３の配列方向（以下、「気筒列方向」と称する）に並んで配置されている。尚、３つの気筒１１〜１３を、紙面左側から順に「第１気筒」１１、「第２気筒」１２、「第３気筒」１３と称する場合がある。各排気ポート１１ａ〜１３ａは、上流側で二股に分岐しており、この実施形態では、排気行程において、第１気筒１１の排気ポート１１ａ、第３気筒１３の排気ポート１３ａ、第２気筒１２の排気ポート１２ａの順で開閉する。尚、エンジン１は、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンである。

排気装置２は、以下で詳述するように、エンジン１の３つの気筒１１〜１３のそれぞれに繋がるように設けられかつ、気筒１１〜１３から排出される排気ガスが流れるよう構成された３つの独立通路４１〜４３と、３つの独立通路４１〜４３のそれぞれが接続されかつ、所定の循環方向Ｒ（紙面反時計回り方向）に排気ガスが流れるよう構成されたループ状の還流通路５と、還流通路５に接続されると共に、排気を浄化する排気浄化触媒（以下、単に「触媒」とも称する）３が配設された下流通路６とを備えている。

詳しくは、３つの独立通路４１〜４３は、図１に示すように、気筒列方向に並んでおり、それぞれの上流端部は、３つの気筒１１〜１３のそれぞれに繋がるよう、エンジン１の側面に開口する排気ポート１１ａ〜１３ａに接続されている。また、３つの独立通路４１〜４３のそれぞれの下流端部は、還流通路５に接続されている。以下、第１気筒１１に繋がる独立通路４１を「第１独立通路」４１と称したり、第２気筒１２に繋がる独立通路４２を「第２独立通路」４２と称したり、第３気筒１３に繋がる独立通路４３を「第３独立通路」４３と称したりする場合がある。

還流通路５は、図１の例では、略三角形状の外形を有している。還流通路５は、エンジン１の側面に沿うように配置され、気筒列方向に沿って第３気筒側（紙面右側）から第１気筒側（紙面左側）まで直線状に延びる第１通路部５１と、第１通路部５１における第１気筒側の一端から連続する第２通路部５２と、第２通路部５２から連続しかつ、第１通路部５１における第３気筒１３側の一端に連通する第３通路部５３とを有しており、循環方向Ｒに沿って、第１通路部５１、第２通路部５２、及び、第３通路部５３の順番でループ状に繋がっている。独立通路４１〜４３、並びに、第１通路部５１、第２通路部５２及び第３通路部５３は、いずれも、この例では、略円形状の横断面を有している。

還流通路５のうち、第２通路部５２と第３通路部５３との連通部付近には、下流通路６の上流端が接続されている。下流通路６は、第２通路部５２に対して、通路軸が交差するように接続されている。また、下流通路６の下流側部分には、排気の浄化機能を有する排気浄化触媒（以下、単に「触媒」と称する）３が配設されている。触媒３は、例えば三元触媒である。以下、還流通路５における下流通路６の接続箇所を、「分岐部」５８と称する。

ここで、独立通路４１〜４３の説明に戻ると、３つの独立通路４１〜４３の下流端部は、還流通路５内で、循環方向Ｒに並んで配置されると共に、独立通路４１〜４３の下流端部の開口は、当該開口から還流通路５内に排気ガスを循環方向Ｒに排出するように、循環方向Ｒを指向している。

詳しくは、独立通路４１〜４３の下流端部は、還流通路５の第１通路部５１内において、上流側から下流側に向かうにつれて、循環方向Ｒに沿うように曲げられており、それによって、下流端部の開口が循環方向Ｒを指向している。３つの独立通路４１〜４３の下流端部には、それぞれ、先細り状のノズル部４１ａ〜４３ａが設けられている。排気ガスの流速は、ノズル部４１ａ〜４３ａを通過する際に高まる。したがって、各気筒から排出された排気ガスは、ノズル部４１ａ〜４３ａにおいて流速が高まった状態で、第１通路部５１内に循環方向Ｒに噴出される（図１の鎖線参照）。また、ノズル部４１ａ〜４３ａの開口４１ｂ〜４３ｂの断面積は、後述するように、所定の断面積Ｓ_１に設定されている。

詳細は後述するが、このエンジン１の排気装置２においては、排気干渉が抑制されているため、排気ポート１１ａ〜１３ａと独立通路４１〜４３とからなる通路の長さが短くされている。具体的には、各気筒１１〜１３に接続された排気ポート１１ａ〜１３ａの通路長と、各排気ポート１１ａ〜１３ａに繋げられかつ、第１通路部５１に接続された独立通路４１〜４３の通路長との和、つまり、各気筒１１〜１３より排出されてから還流通路５内に排出されるまでの排気ガスの流路長（以下、「ポート長」と称する）は、各気筒１１〜１３のボア径の２倍以下に設定されている。各排気ポート１１ａ〜１３ａに繋がる独立通路４１〜４３の通路長を、ボア径以下に設定してもよい。以下、第１通路部５１における独立通路４１〜４３の接続箇所を、それぞれ、「第１接続部」５５、「第２接続部」５６、「第３接続部」５７と称する。

第１通路部５１を循環方向Ｒに流れる排気ガスは、第１〜第３接続部５５〜５７を通過する際に、独立通路４１〜４３の各々から排出された排気ガスと合流する。ここで、第１通路部５１を流れる排気ガスが独立通路４１〜４３の各々から排出された排気ガスと合流する際の流路断面積、具体的には、還流通路５においてノズル部４１ａ〜４３ａの開口４１ｂ〜４３ｂに沿って延びる横断面の断面積は、後述するように、所定の断面積Ｓ_２となるように構成される。前述したノズル部４１ａ〜４３ａにおいて排気ガスの流速が高まった状態で、第１通路部５１内に排気ガスが噴出する結果、第１通路部５１内に噴出された排気ガスの周囲には、負圧が発生するようになる（つまり、エゼクタ効果）。このエゼクタ効果によって、第１通路部５１内において、循環方向Ｒの排気ガスの流れが促進される。

ここで、ノズル部４１ａ〜４３ａの開口の大きさは、以下で説明するように、還流通路５の断面積の大きさや、ポート長の長さに応じて設定される。具体的に、図２に示すように、ノズル部４１ａ〜４３ａの開口４１ｂ〜４３ｂの断面積Ｓ_１は、その断面積に相当する真円の径（以下、「ノズル径」とも称する）をａとしたときに、Ｓ_１＝π（ａ／２）^２で表され、還流通路５においてノズル部４１ａ〜４３ａの開口４１ｂ〜４３ｂに沿って延びる横断面の断面積Ｓ_２は、その断面積に相当する真円の径をＤとしたときに、Ｓ_２＝π（Ｄ／２）^２で表される。そして、この第１通路部５１では、ノズル径ａと径Ｄとの関係が、０．４≦ａ／Ｄ≦０．７となるように構成されている。これは、ａ／Ｄが小さくなるほど、第１通路部５１内に負圧領域が発生し難くなり、ａ／Ｄが０．４未満のときには、エゼクタ効果が十分に発揮されなくなるためである。一方、ａ／Ｄが１に近付くほど、負圧の発生には有利になるが、ａ／Ｄが０．７よりも大きくなると、ノズル部４１ａ〜４３ａの開口４１ｂ〜４３ｂの断面積Ｓ_１が、還流通路５の断面積Ｓ_２付近まで大きくなるため、還流通路５における排気ガスの流れを阻害してしまう。したがって、負圧領域の発生に支障を来すことなく、還流通路５における排気ガスの流れを阻害しないようにするには、ａ／Ｄは、０．４以上０．７以下に設定することが好ましい。

また、ノズル部４１ａ〜４３ａから噴出される排気ガスの流速は、図３に示すように、ポート長が短くなるにつれて、ブローダウンガスの膨張が抑止されて速くなると共に、ノズル径ａが小さくなるにつれて、排気ガスがより絞られて速くなる。よって、図３の矢印に示すように、ポート長を短くすることで、所定の流速（具体的には、エゼクタ効果が十分に発揮される程度の流速）を保ちつつ、ノズル径ａを大きくすることが可能になる。ノズル径ａを大きくすることで、特に高速域における圧力損失を低減することが可能になる。

このように、ノズル径ａの大きさは、ａ／Ｄに係る制限と、排気ガスの流速と、排気干渉との兼ね合いで設定される。

前述の通り、ノズル部４１ａ〜４３ａから噴出された排気ガスによって、第１通路部５１においては循環方向Ｒの排気ガスの流れが発生し、排気ガスは、第１通路部５１から第２通路部５２に流入するように流れる。第２通路部５２に流入した排気ガスは、この第２通路部５２を通過する際に、前述の分岐部５８で２手に分かれ、２手に分かれたうちの一方は、還流通路５内を循環するように、第３通路部５３に流入する一方、２手に分かれたうちの他方は、還流通路５内を循環せずに、下流通路６内に流入し、触媒３に到達することになる。第２通路部５２の通路軸が、下流通路６の通路軸に対して傾いているため、触媒３に対し排気ガスが分散して流入するという利点がある。

ここで、還流通路５において、下流通路６の分岐部５８から、循環方向Ｒに並んだ独立通路４１〜４３の第１〜第３接続部５５〜５７のうち、排気ガスが循環方向Ｒに沿って循環するときに、下流通路６の分岐部５８を通過した後に最初に通過する独立通路の接続箇所（この実施形態では、第３独立通路４３の第３接続部５７）までの間の部分である復路側通路部５９には、制御バルブ８が配設されている。

詳しくは、復路側通路部５９は、分岐部５８と、第３通路部５３と、第１通路部５１のうち第３接続部５７よりも上流側部分とを含んでおり、制御バルブ８は、第３通路部５３に配設されている。

制御バルブ８は、第３通路部５３に配設されており、触媒３の状態に応じて開閉することにより、復路側通路部５９を通過する排気ガスの流量を制御する。詳細は後述するが、エンジン１の制御装置（不図示）は、触媒３が未活性時には、制御バルブ８を閉じる。また、触媒３の活性後には、制御バルブ８を開く。

また、復路側通路部５９の少なくとも一部は、エンジン１との間で熱交換を行う熱交換部５９ａを構成している。

詳しくは、熱交換部５９ａは、この実施形態では、第３通路部５３のうち制御バルブ８よりも下流側部分であり、エンジン１内を延びるように配置されている。この熱交換部５９ａは、エンジン１のウォータジャケット１４内を流れるエンジン冷却水との間で熱交換を行うように、エンジン１内において、ウォータジャケット１４に対して設けられている。これにより、熱交換部５９ａを流れる排気ガスは、エンジン冷却水へ放熱することになる。熱交換部５９ａの構成は、これに限らず、例えばエンジンオイルへ放熱させてもよい。また、熱交換部５９ａは、ＥＧＲクーラを兼用してもよい。

前記排気装置２の構成によると、排気干渉が抑制されて、各気筒１１〜１３の独立通路４１〜４３を短くすることができるようになる。つまり、３つのノズル部４１ａ〜４３ａの開口４１ｂ〜４３ｂは、循環方向Ｒを指向しているため、開口４１ｂ〜４３ｂから還流通路５内に排出される排気ガスは、循環方向Ｒに流れる。各独立通路４１〜４３の下流端部は、循環方向Ｒに沿うように曲げられて、その開口が循環方向Ｒを指向しているため、循環方向Ｒに沿って流れる排気ガスが、当該開口を通じて独立通路４１〜４３内に回り込むように流れることが抑制される。

また、前記の構成によると、各独立通路４１〜４３から噴出する排気ガスの流れによって、エゼクタ効果により、第１通路部５１内において循環方向Ｒの排気ガスの流れが促進される。そのため、還流通路５から排気行程中の気筒の独立通路へ、排気ガスが流れ込むことが抑制される。

こうして、排気干渉が抑制される。よって、排気干渉が抑制された分だけ、各気筒１１〜１３の独立通路４１〜４３を短くすることが可能になる。各気筒１１〜１３の独立通路４１〜４３を短くすることにより、各気筒１１〜１３から触媒３までの排気ガスの経路が短くなるため、各気筒１１〜１３から排出された排気ガスを、高温のまま触媒３に送ることができるようになる。そのため、触媒３の未活性時には、触媒３の早期活性化を実現することが可能になる。

さらに、前記の構成によると、還流通路５の復路側通路部５９には、触媒３の未活性時には閉じるように構成された制御バルブ８が設けられているため、触媒３の未活性時には、ループ状の還流通路５を流れる排気ガスは、全て、下流通路６の方に流れる。これにより、排気ガスが、後述する熱交換部５９ａを通過せずに、触媒３に送られるため、触媒３の未活性時には、各気筒１１〜１３から排出された排気ガスを、高温のまま、触媒３に送ることができるようになる。これによって、触媒３の活性化が早まる。

図４は、エンジン１の始動時におけるエンジン冷却水温度の変化、触媒温度の変化、及び、制御バルブ８のバルブ開度の推移の一例を示している。時刻ｔ_０のときにエンジン１が始動する。始動後、触媒３が活性温度に至るまでは、制御バルブ８が閉じている。前述の通り、触媒３の温度が速やかに上昇し、時刻ｔ_１において活性温度に到達する。この間、エンジン冷却水の温度上昇は相対的に低い。

一方で、触媒３が所定の活性温度に到達した後には、制御バルブ８を開ける。このことにより、排気ガスの一部は、分岐部５８から、復路側通路部５９を通って独立通路の接続箇所の方に戻る。

ここで、前記の構成によると、復路側通路部５９の少なくとも一部は、排気ガスとエンジン１との間で熱交換部を行う熱交換部５９ａを構成している。そのため、復路側通路部５９を通過する排気ガスは、熱交換部５９ａにおいてエンジンとの間で熱交換した後に、独立通路の接続箇所の方に戻る。図４に示すように、エンジン１が始動して、触媒３が活性した後（つまり、時刻ｔ_１以降）には、制御バルブ８が開くことにより、排気ガスの一部を熱交換部５９ａに送り、エンジン１に放熱させることが可能になる。これにより、触媒３の活性後に、エンジン１の暖機を早期に実現することが可能になる（図４のｔ≧ｔ_１参照）。

こうして、前記の構成によると、排気干渉を抑制することで、各気筒１１〜１３内から触媒３までの流路長を短くすることが可能となり、触媒３の未活性時には早期活性化を実現する一方、還流通路５に熱交換部５９を配設することでエンジン１の暖機が可能となり、触媒３の活性後に、エンジン１の暖機を早期に実現することが可能になる。

また、熱交換部５９ａは、エンジン冷却水を介して、エンジン１を暖機することが可能になる。図４の上段に示すように、エンジン冷却水の水温は、触媒３が活性した後には、熱交換部５９を介した受熱によって、比較的急峻に上昇するようになる。これにより、エンジン１の暖機を図ることが可能になる。この構成は、車室内の暖房要求時に、暖房性能を早期に高めることが可能になる。

また、ノズル部４１ａ〜４３ａの開口４１ｂ〜４３ｂの断面積Ｓ_１に相当する真円の径ａと、還流通路５においてノズル部４１ａ〜４３ａの開口４１ｂ〜４３ｂに沿って延びる横断面の断面積Ｓ_２に相当する真円の径Ｄとの比をａ／Ｄを０．４以上０．７以下に設定することで、排気干渉を抑制しかつ、排気ガスの循環を阻害しないような構成が得られる。

また、３つの独立通路４１〜４３の下流端部に先細り状のノズル部４１ａ〜４３ａを設けることで、独立通路４１〜４３から噴出される排気ガスの流速を高めることが可能になる。排気ガスの流速を高めることは、エゼクタ効果により負圧領域を形成する上で有効である。

また、図３に示すように、排気ポート１１ａ〜１３ａから独立通路４１〜４３までの長さを短くすれば、ノズル径ａを大きく設定することができるようになる（低回転域においてもエゼクタ効果が得られる）。そのことで、排気抵抗が小さくなり、特に高速域におけるポンプ損失を低減することが可能になる。

＜その他の実施形態＞
前記の実施形態では、エンジン１はガソリンエンジンであったが、この構成には限られない。エンジン１は、ディーゼルエンジンであってもよい。

前記の実施形態では、エンジン１を３気筒エンジンとして構成しているが、２気筒、又は、４気筒以上のエンジンで構成してもよい。その場合、気筒間の排気干渉を抑制するように、排気の開弁時期が重ならない気筒ごとに還流通路を設けるようにしてもよい。例えば、６気筒エンジンとして構成する場合、還流通路を２つ用意して、４サイクル３気筒単位で還流通路に接続してもよい。

また、前記の実施形態では、独立通路４１〜４３及び第１〜第３通路部５１〜５３は、いずれも、略円形状の横断面を有していたが、この構成には限られない。例えば、図５に示すように、略矩形状の横断面であってもよい。その場合、本願発明者等の知見から、ノズル部４１ａ’〜４３ａ’の開口４１ｂ’〜４３ｂ’の断面積Ｓ_１’に相当する真円の径ａと、第１通路部５１’においてノズル部４１ａ’〜４３ａ’の開口４１ｂ’〜４３ｂ’に沿って延びる横断面の断面積Ｓ_２’に相当する真円の径をＤ’との比ａ／Ｄは、０．５以上０．９以下に設定することが好ましい。

さらに、触媒３が配設される下流通路６は、還流通路５から分岐するように、この還流通路５に接続されてもよい。

１エンジン
１１第１気筒（気筒）
１１ａ第１気筒の排気ポート（排気ポート）
１２第２気筒（気筒）
１２ａ第２気筒の排気ポート（排気ポート）
１３第３気筒（気筒）
１３ａ第３気筒の排気ポート（排気ポート）
１４ウォータジャケット
２排気装置
３排気浄化触媒
４１第１独立通路（独立通路）
４１ａノズル部
４２第２独立通路（独立通路）
４２ａノズル部
４３第３独立通路（独立通路）
４３ａノズル部
５還流通路
５５第１独立通路の接続箇所（独立通路の接続箇所）
５６第２独立通路の接続箇所（独立通路の接続箇所）
５７第３独立通路の接続箇所（独立通路の接続箇所）
５８分岐部（下流通路の接続箇所）
５９復路側通路部
５９ａ熱交換部
６下流通路
８制御バルブ
Ｒ循環方向

Claims

エンジンの複数の気筒のそれぞれに繋がるように設けられかつ、前記気筒から排出される排気ガスが流れるよう構成された複数の独立通路と、
前記複数の独立通路のそれぞれが接続されかつ、所定の循環方向に前記排気ガスが流れるよう構成されたループ状の還流通路と、
前記還流通路に接続されると共に、前記排気ガスを浄化する排気浄化触媒が配設された下流通路とを備え、
前記複数の独立通路の下流端部は、前記還流通路内で、前記循環方向に並んで配置されており、前記複数の独立通路の下流端部の開口は、当該開口から前記還流通路内に前記排気ガスを前記循環方向に排出するように、前記循環方向を指向しており、
前記複数の独立通路は、前記開口から前記排気ガスを噴出することで、前記還流通路内に、エゼクタ効果により負圧が発生する領域が形成されるように構成され、
前記還流通路において、前記下流通路の接続箇所から、前記循環方向に並んだ前記独立通路の接続箇所のうち、前記排気ガスが前記循環方向に沿って循環するときに、前記下流通路の接続箇所を通過した後に最初に通過する独立通路の接続箇所までの間の部分である復路側通路部には、前記排気ガスの流れを制御する制御バルブが配設され、
前記制御バルブは、前記排気浄化触媒の未活性時には閉じる一方、前記排気浄化触媒の活性後には開くように構成され、
前記復路側通路部の少なくとも一部は、前記排気ガスと、前記エンジンとの間で熱交換を行う熱交換部を構成しているエンジンの排気装置。
請求項１に記載のエンジンの排気装置において、
前記熱交換部は、当該熱交換部を流れる排気ガスが、前記エンジンのウォータジャケット内のエンジン冷却水との間で熱交換を行うように、前記ウォータジャケットに対して設けられているエンジンの排気装置。
請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気装置において、
前記独立通路の下流端部の開口の面積に相当する真円の径ａと、前記還流通路において前記独立通路の下流端部の開口に沿って延びる横断面に相当する真円の径Ｄとの比ａ／Ｄは、０．４以上０．９以下に設定されているエンジンの排気装置。
請求項３に記載のエンジンの排気装置において、
前記複数の独立通路の下流端部には、それぞれ、先細り状のノズル部が設けられているエンジンの排気装置。