WO2013073132A1 - 多気筒エンジンの排気装置 - Google Patents

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WO2013073132A1
WO2013073132A1 PCT/JP2012/007113 JP2012007113W WO2013073132A1 WO 2013073132 A1 WO2013073132 A1 WO 2013073132A1 JP 2012007113 W JP2012007113 W JP 2012007113W WO 2013073132 A1 WO2013073132 A1 WO 2013073132A1
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cylinder
valve
area
downstream
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PCT/JP2012/007113
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中村　光男
幹公 藤井
信浩 惣明
岡崎　俊基
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マツダ株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust device for a multi-cylinder engine mounted on an automobile or the like.
  • Patent Document 1 exhaust passages of cylinders whose exhaust order is not continuous are bundled and gathered as a tapered exhaust pipe, and the gathered throttle portion has an ejector effect, thereby preventing exhaust interference between cylinders. Techniques to do this are disclosed.
  • an object of the present invention is to provide an exhaust device for a multi-cylinder engine that can suppress a decrease in ejector effect with a simple configuration.
  • the present invention is an exhaust system for a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders provided with an intake valve capable of opening and closing an intake port and an exhaust valve capable of opening and closing an exhaust port.
  • a plurality of independent exhaust passages whose upstream ends are connected to the exhaust ports of cylinders or a plurality of cylinders whose exhaust order is not continuous, and a downstream side in the exhaust flow direction are gradually reduced in diameter, and exhaust gas that has passed through the independent exhaust passages flows in.
  • a collecting section connected to the upstream end of the collecting section in a state in which the downstream ends of the independent exhaust passages are bundled, and an exhaust passage is partially formed in the collecting section or an exhaust passage downstream from the collecting section.
  • An exhaust device for a multi-cylinder engine characterized in that an obstacle member that is closed up is provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust device for a multi-cylinder engine according to an embodiment of the present invention. It is a principal part enlarged view of FIG. It is a principal part side view of FIG. It is explanatory drawing in which the valve opening period of the exhaust valve of each cylinder of the said engine and the valve opening period of an intake valve overlap a predetermined overlap period. It is explanatory drawing of the valve opening period of the said intake valve and an exhaust valve.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 2.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 2.
  • O 2 is a mixing tube and a longitudinal sectional view of the periphery thereof when provided in the straight portion of the mixing tube which is downstream of the exhaust passage from the collecting portion of the mixing tube sensors. It is explanatory drawing of the effect
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of an operation of the embodiment (reduction in vibration amplitude at a frequency of 1000 Hz to 2000 Hz).
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the embodiment (decrease in the total value of the vibration amplitude when the engine speed is 1000 rpm to 6000 rpm).
  • (A)-(d) is a figure for demonstrating the cause in which the self-excited oscillation of an exhaust jet arises in steps.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. 8 and illustrates a flow area at the downstream end of the independent exhaust passage and an area obtained by subtracting an area where an obstacle member blocks the exhaust flow path from the minimum flow area. is there.
  • O 2 upstream pipe portion of the casing of the catalytic converter in the case of providing the upstream pipe portion of the casing of the catalytic converter which is the exhaust passage downstream of the collective portion of the mixing tube a sensor, a mixing tube and a longitudinal sectional view of the periphery thereof.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust device 100 for a multi-cylinder engine according to the present embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. 1
  • FIG. 3 is a side view of the main part of FIG.
  • An exhaust system 100 for a multi-cylinder engine is connected to an engine body 1 having a cylinder head 9 and a cylinder block (not shown), an engine control ECU (Engine Control Unit) 2, and the engine body 1. And an exhaust manifold 5 and a catalyst device 6 connected to the exhaust manifold 5.
  • an engine body 1 having a cylinder head 9 and a cylinder block (not shown), an engine control ECU (Engine Control Unit) 2, and the engine body 1.
  • an exhaust manifold 5 and a catalyst device 6 connected to the exhaust manifold 5.
  • the engine body 1 is an inline 4-cylinder engine.
  • a plurality (four in the illustrated example) of cylinders 12 each having a piston fitted therein are formed in series in the engine body 1.
  • a first cylinder 12a, a second cylinder 12b, a third cylinder 12c, and a fourth cylinder 12d are formed in order from the right with respect to FIGS.
  • the cylinder head 9 is provided with a spark plug 15 for each cylinder 12 so as to face a combustion chamber defined above the piston.
  • Each cylinder 12 is provided with a fuel injection valve (not shown) that directly injects fuel into the combustion chamber.
  • Engine body 1 is a 4-cycle engine. As shown in FIG. 4, in each cylinder 12a to 12d, ignition by the spark plug 15 is performed at a timing shifted by 180 ° CA (crank angle). As a result, the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke are performed. Each stroke is performed at a timing shifted by 180 ° CA. In the present embodiment, ignition is performed in the order of the first cylinder 12a ⁇ the third cylinder 12c ⁇ the fourth cylinder 12d ⁇ the second cylinder 12b, and each stroke is performed in this order.
  • the cylinder head 9 is provided with two intake ports 17 and two exhaust ports 18 that open toward the combustion chamber for each cylinder 12.
  • the intake port 17 is for introducing intake air into each cylinder 12.
  • the exhaust port 18 is for exhausting exhaust from each cylinder 12.
  • Each intake port 17 is provided with an intake valve 19 for opening and closing the intake port 17 to communicate or block the intake port 17 and the inside of the cylinder 12.
  • Each exhaust port 18 is provided with an exhaust valve 20 for opening and closing the exhaust port 18 to communicate or block the exhaust port 18 and the inside of the cylinder 12.
  • the intake valve 19 opens and closes the intake port 17 at a predetermined timing by being driven by an intake valve drive mechanism 30 serving as valve drive means.
  • the exhaust valve 20 opens and closes the exhaust port 18 at a predetermined timing by being driven by an exhaust valve drive mechanism 40 that is a valve drive means.
  • the intake valve drive mechanism 30 has an intake camshaft 31 and an intake VVT 32 connected to the intake valve 19.
  • the intake camshaft 31 is connected to a crankshaft (not shown) via a known power transmission mechanism such as a chain and sprocket mechanism, and rotates with the rotation of the crankshaft to open and close the intake valve 19.
  • the intake VVT 32 is for changing the valve timing of the intake valve 19.
  • the intake VVT 32 has a predetermined driven shaft that is arranged coaxially with the intake camshaft 31 and is directly driven by the crankshaft, and changes the phase difference between the driven shaft and the intake camshaft 31. As a result, the phase difference between the crankshaft and the intake camshaft 31 is changed, and the valve timing of the intake valve 19 is changed.
  • the configuration of the intake VVT 32 include a hydraulic mechanism and an electromagnetic mechanism.
  • the hydraulic mechanism has a plurality of liquid chambers arranged in the circumferential direction between the driven shaft and the intake camshaft 31, and the driven shaft and the intake cam are adjusted by adjusting a pressure difference between the liquid chambers.
  • the phase difference between the shaft 31 and the shaft 31 is changed.
  • an electromagnet is disposed between the driven shaft and the intake camshaft 31, and a phase difference between the driven shaft and the intake camshaft 31 is adjusted by adjusting electric power applied to the electromagnet. Is to change.
  • the intake VVT 32 changes the phase difference based on the target valve timing of the intake valve 19 calculated by the ECU 2.
  • the intake camshaft 31 rotates with the rotation of the crankshaft under the phase difference, and opens and closes the intake valve 19 at the target valve timing.
  • the downstream end of the intake passage 3 is connected to the intake port 17 of each cylinder 12.
  • the upstream end of each intake passage 3 is connected to a surge tank 3a.
  • the exhaust valve drive mechanism 40 has the same structure as the intake valve drive mechanism 30. That is, the exhaust valve drive mechanism 40 changes the phase difference between the exhaust camshaft 41 and the crankshaft by changing the phase difference between the exhaust camshaft 41 and the crankshaft. And an exhaust VVT 42 for changing.
  • the exhaust VVT 42 changes the phase difference based on the target valve timing of the exhaust valve 20 calculated by the ECU 2.
  • the exhaust camshaft 41 rotates with the rotation of the crankshaft under the phase difference, and opens and closes the exhaust valve 20 at the target valve timing.
  • the intake VVT 32 and the exhaust VVT 42 are arranged such that the intake valve 19 and the exhaust valve 20 are opened and closed while the valve opening period and the lift amount, ie, the valve profile, of the intake valve 19 and the exhaust valve 20 are kept constant. Change the valve timing.
  • the opening timing and closing timing of the intake valve 19 and the exhaust valve 20 are portions where the gradient of the valve lift is gentle near the opening and closing of the valve, respectively, as shown in FIG.
  • the timing when the valve lift increases or decreases to 0.4 mm becomes the valve opening timing and the valve closing timing, respectively.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the three independent exhaust passages 52 and the downstream ends of the independent exhaust passages 52 in order from the upstream side, and the mixture into which exhaust gas that has passed through the independent exhaust passages 52 flows.
  • the mixing pipe 50 has, on its axis, in order from the upstream side, the collecting portion 56 whose flow area decreases toward the downstream side, and the flow area of the downstream end of the collecting portion 56 (the minimum flow path of the mixing pipe 50). (Straight area) and a diffuser portion 58 having a flow passage area that increases toward the downstream side.
  • each independent exhaust passage 52 is connected to the exhaust port 18 of each cylinder 12. Specifically, of the four cylinders 12, the upstream end of one independent exhaust passage (first independent exhaust passage) 52 a is connected to the exhaust port 18 of the first cylinder 12 a, and another exhaust port 18 of the fourth cylinder 12 d is connected to another exhaust port 18. The upstream end of one independent exhaust passage (third independent exhaust passage) 52d is connected. On the other hand, with respect to the second cylinder 12b and the third cylinder 12c in which the exhaust strokes are not adjacent to each other and the exhaust order is not continuous, from the viewpoint of simplifying the structure, one common independent exhaust passage (second independent exhaust passage) 52b is provided. The upstream end is connected to the exhaust port 18.
  • the second independent exhaust passage 52b whose upstream end is connected to the exhaust port 18 of the second cylinder 12b and the exhaust port 18 of the third cylinder 12c is branched into two passages on the upstream side.
  • the upstream end of the one passage is connected to the exhaust port 18 of the second cylinder 12b, and the upstream end of the other passage is connected to the exhaust port 18 of the third cylinder 12c.
  • the second independent exhaust passage 52b corresponding to the second cylinder 12b and the third cylinder 12c is between the second cylinder 12b and the third cylinder 12c, that is, the central portion of the engine body 1 in the cylinder row direction. Is extended toward the collecting portion 56 of the mixing tube 50.
  • the first independent exhaust passage 52a corresponding to the first cylinder 12a and the third independent exhaust passage 52d corresponding to the fourth cylinder 12d are curved from positions facing the first cylinder 12a and the fourth cylinder 12d, respectively. , Extending toward the collecting portion 56 of the mixing tube 50.
  • the first, second, and third independent exhaust passages 52a, 52b, and 52d are independent of each other. Therefore, the exhaust discharged from the first cylinder 12a, the exhaust discharged from the second cylinder 12b or the third cylinder 12c, and the exhaust discharged from the fourth cylinder 12d are independent of each other, and each independent exhaust passage 52a. , 52b, 52d and discharged downstream. Exhaust gas that has passed through the independent exhaust passages 52 a, 52 b, 52 d flows into the collecting portion 56 of the mixing pipe 50.
  • Each independent exhaust passage 52 and the collecting portion 56 have the following shapes. That is, as the exhaust gas is ejected from each independent exhaust passage 52 at a high speed and flows into the collecting portion 56 at a high speed, a negative pressure is generated around the high-speed exhaust gas, and the generated negative pressure in the mixing pipe 50 is reduced. It acts on the other adjacent independent exhaust passage 52 and the exhaust port 18 communicating with this other independent exhaust passage 52, and the exhaust pressure in the exhaust port 18 is sucked out downstream by the action of this negative pressure (ie, ejector effect). Is obtained).
  • the collecting portion 56 flows toward the downstream side so that the exhaust discharged from each independent exhaust passage 52 flows downstream while maintaining a high speed and the backward flow from the downstream side is prevented.
  • the road area is reduced.
  • the flow area at the downstream end of the collecting portion 56 is smaller than the total flow area at the downstream end of each independent exhaust passage 52 so that the exhaust speed is maintained at a higher level. Is set.
  • the collecting portion 56 has an inverted truncated cone shape (funnel shape) whose diameter decreases toward the downstream side.
  • the gathering portion 56 and the straight portion 57 of the mixing tube 50 have a downstream channel area smaller than the upstream channel area. Therefore, the exhaust gas passes through the collecting portion 56 and the straight portion 57 at a high speed. During this passage, the exhaust pressure and temperature decrease. Therefore, in the gathering portion 56 and the straight portion 57, the amount of heat released to the outside of the exhaust gas can be kept small.
  • the exhaust gas that has passed through the straight portion 57 flows into the diffuser portion 58 whose flow path area increases toward the downstream side. Thereby, the pressure and temperature of the exhaust gas are recovered, and the exhaust gas that has passed through the diffuser portion 58 while maintaining a high temperature is discharged to the downstream catalytic device 6.
  • each independent exhaust passage 52 has a shape in which the flow passage area becomes smaller toward the downstream side so that the exhaust is ejected from each independent exhaust passage 52 to the collecting portion 56 at a high speed.
  • the upstream side portions (indicated by phantom lines) of the independent exhaust passages 52a, 52b, 52d have a substantially elliptical cross-sectional shape, and the downstream ends (indicated by solid lines) are It has a fan-shaped cross-sectional shape.
  • the cross-sectional area that is, the flow passage area is reduced from the upstream portion toward the downstream side, and the flow passage area at the downstream end of each independent exhaust passage 52a, 52b, 52d is approximately 1 / of the flow passage area of the upstream portion.
  • the independent exhaust passages 52 a, 52 b, 52 d are aggregated so that the downstream ends forming a fan shape are adjacent to each other and form a substantially circular cross section as a whole, and are connected to the upstream end of the aggregation portion 56.
  • FIGS. 1 and 2 See FIGS. 1 and 2. That is, the cross-sectional shapes of the downstream ends of the independent exhaust passages 52 in the direction orthogonal to the axis of the mixing pipe 50 are formed in the same sector shape (see FIGS. 6 and 7), and the sectors are gathered to form a substantially circle.
  • the downstream end of each independent exhaust passage 52 is connected to the upstream end of the collecting portion 56 of the mixing pipe 50 in a state where the downstream ends of the independent exhaust passages 52 are bundled.
  • the opening period of the exhaust valve 20 and the opening period of the intake valve 19 of each cylinder 12 sandwich the intake top dead center (TDC).
  • TDC intake top dead center
  • the exhaust valve 20 of the third cylinder 12c is opened during the overlap period T_O / L between the exhaust valve 20 of the first cylinder 12a and the intake valve 19, and the third cylinder 12c.
  • the exhaust valve 20 of the fourth cylinder 12d opens during the overlap period T_O / L between the exhaust valve 20 and the intake valve 19 and the overlap period T_O / between the exhaust valve 20 and the intake valve 19 of the fourth cylinder 12d.
  • the exhaust valve 20 of the second cylinder 12b opens, and during the overlap period T_O / L between the exhaust valve 20 of the second cylinder 12b and the intake valve 19, the exhaust valve 20 of the first cylinder 12a opens. Is set to
  • the intake valve drive mechanism 30 and the exhaust valve drive mechanism 40 receive a control signal from the ECU 2 and at least in the low speed and high load region, the valve opening period of the exhaust valve 20 and the valve opening period of the intake valve 19 in each cylinder 12.
  • the exhaust valve 20 of the succeeding cylinder 12 is opened during the overlap period T_O / L of the preceding cylinder 12 between the cylinders 12 and 12 in which the exhaust order is continuous.
  • the intake valve 19 and the exhaust valve 20 of each cylinder 12 are driven.
  • the exhaust valve 20 of the cylinder 12 in the exhaust stroke is opened, and as the blowdown gas is ejected from the cylinder 12 in the exhaust stroke through the independent exhaust passage 52 to the collecting portion 56 at high speed, the ejector effect
  • a negative pressure is generated in the exhaust port 18 of the cylinder 12 in the intake stroke during the overlap period T_O / L. Therefore, the ejector effect extends not only from the exhaust port 18 of the cylinder 12 in the intake stroke during the overlap period T_O / L but also from the cylinder 12 to the intake port 17 and from the cylinder in the intake stroke during the overlap period T_O / L. Twelve scavenging is further promoted.
  • the catalyst device 6 is a device for purifying the exhaust discharged from the engine body 1.
  • the catalyst device 6 includes a catalyst body 64 and a casing 62 that houses the catalyst body 64.
  • the casing 62 has a substantially cylindrical shape extending in parallel with the exhaust circulation direction.
  • the catalyst main body 64 is for purifying harmful components in the exhaust gas.
  • the catalyst main body 64 contains a three-way catalyst and exhibits a three-way catalyst function in a stoichiometric air-fuel ratio atmosphere.
  • the catalyst body 64 is accommodated in the diameter-enlarged portion in the center of the casing 62 in the exhaust flow direction.
  • a predetermined space (upstream pipe portion of the casing 62) is formed at the upstream end of the casing 62.
  • the downstream end of the diffuser portion 58 of the mixing pipe 50 is connected to the upstream pipe portion of the casing 62.
  • the exhaust discharged from the diffuser portion 58 flows into the upstream pipe portion and then proceeds to the catalyst body 64 side.
  • the entire exhaust system passage including the independent exhaust passage 52, the mixing pipe 50, the casing 62 of the catalyst device 6 and the like through which exhaust exhausted from the cylinder 12 flows is defined as an exhaust passage. 4 is shown.
  • an O 2 sensor 59 is disposed in the exhaust passage 4 downstream of the collecting portion 56 of the mixing pipe 50. More specifically, the O 2 sensor 59 is disposed at the upstream end portion of the straight portion 57 downstream of the collecting portion 56 (see also FIGS. 2 and 3). That is, the O 2 sensor 59 is disposed at a position where the flow channel area of the mixing tube 50 is the smallest.
  • the O 2 sensor 59 has a rod-shaped sensor portion that protrudes from the tube wall of the mixing tube 50 into the internal space, that is, the exhaust passage.
  • the O 2 sensor 59 functions as an obstacle member that partially blocks the exhaust flow path of the mixing pipe 50, more specifically, the exhaust flow path of the straight portion 57 (see also FIGS. 6 and 7).
  • the O 2 sensor 59 will be referred to as an obstacle member 59 and described.
  • the reason why the obstacle member 59 that partially blocks the exhaust passage is disposed in the exhaust passage 4 downstream from the gathering portion 56 of the mixing pipe 50 is as follows.
  • FIG. 9 shows an independent exhaust passage 52a (fourth) of the first cylinder 12a among the three independent exhaust passages 52a, 52b, 52d of the exhaust manifold 5 according to the crank angle (CA) in the engine according to the present embodiment. It is explanatory drawing (engine speed is 2500 rpm) which shows how the internal pressure of the independent exhaust passage 52d of the cylinder 12d changes similarly).
  • the high pressure near 360 ° CA is a positive pressure generated in the independent exhaust passage 52a by blowdown gas from the own cylinder (first cylinder 12a).
  • the negative pressure near 540 ° CA is the negative pressure generated in the independent exhaust passage 52a by the ejector effect based on the blowdown gas flowing out from the third cylinder 12c to the collecting portion 56
  • the negative pressure near 0 ° CA is The negative pressure generated in the independent exhaust passage 52a by the ejector effect based on the blowdown gas flowing out from the four cylinders 12d to the collecting portion 56, that is, the negative pressure near 180 ° CA, flows out from the second cylinder 12b to the collecting portion 56. This is a negative pressure generated in the independent exhaust passage 52a by the ejector effect based on the gas.
  • FIG. 10 is a frequency analysis of the vibration at the time of negative pressure generation shown in FIG. 9 (engine speed is 2500 rpm). As shown in the figure, the vibration amplitude is the largest in the range of 1000 Hz to 2000 Hz among the frequencies of 500 Hz to 8000 Hz (broken line).
  • FIG. 11 shows a total value (overall) of vibration amplitudes in the range of the engine speed of 1000 rpm to 6000 rpm and the frequency of 1000 Hz to 2000 Hz.
  • the obstruction member that partially blocks the exhaust passage is not provided in the exhaust passage 4 downstream from the gathering portion 56 of the mixing pipe 50 (broken line), compared to the case (solid line) provided.
  • the total value of the amplitudes of vibrations in the engine speed range of 1000 rpm to 6000 rpm and the frequency range of 1000 Hz to 2000 Hz is large.
  • FIG. 7 shows a part of FIG. 7 extracted and redrawn.
  • reference numeral 256 denotes a converging part of the mixing pipe (corresponding to the collecting part 56 of the mixing pipe 50 of the present embodiment)
  • reference numeral 252b denotes a nozzle from which compressed air from the compressor is ejected (independent exhaust passage of other cylinders of the present embodiment).
  • reference numerals 252a and 252d are passages (corresponding to the independent exhaust passages 52a and 52d of the self-cylinder of this embodiment) which are adjacent to the nozzle 252b and communicate with a collecting cylinder (chamber) (not shown).
  • the jet E When the dry air is ejected from the nozzle 252b to the converging portion 256 of the mixing tube at a super-high speed of Mach 3.05, the jet E is ejected on either side in the mixing tube due to negative pressure imbalance in the mixing tube. And is in contact with the inner wall surface of the mixing tube (the state shown in FIG. 12A). Then, the speed of the jet E decreases on the contact side, and the negative pressure becomes weak, whereby the jet E moves to another location on the inner wall surface of the mixing tube (see FIG. 12 (b) through the state of FIG. 12 (b). c)). This time, the speed of the jet E decreases on the other side in contact with it, and the negative pressure becomes weaker.
  • the jet E moves to another location on the inner wall surface of the mixing tube (the state shown in FIG. 12 (d)). After that, the state of FIG.
  • the jet E of compressed air ejected from the nozzle 252b causes self-excited vibration.
  • This self-excited vibration is considered to appear as pressure vibration when negative pressure is generated (when compressed air is ejected) in the passages 252a and 252d adjacent to the nozzle 252b.
  • the obstacle member 59 that partially blocks the exhaust passage is disposed in the exhaust passage 4 downstream from the gathering portion 56 of the mixing pipe 50.
  • the obstruction member 59 prevents the self-excited vibration by preventing the exhaust jet jetted at a high speed from each independent exhaust passage 52 to the gathering portion 56 of the mixing pipe 50 from moving to another location on the inner wall surface of the mixing pipe 50. It is thought that it has the effect
  • the exhaust jet moves to another location on the inner wall surface of the mixing tube 50, the exhaust jet flows along the inner wall surface of the mixing tube 50, that is, while in contact with the inner wall surface of the mixing tube 50. It is thought that it moves to the place of.
  • FIGS. 9 to 11 also show the operation in the case where the obstacle member 59 that partially blocks the exhaust flow path is disposed in the exhaust passage 4 downstream from the gathering portion 56 of the mixing pipe 50 (solid line).
  • the self-excited vibration is suppressed.
  • the vibration amplitude is reduced in the frequency range of 1000 Hz to 2000 Hz.
  • the total value of the amplitudes of vibrations in the range of the engine speed from 1000 rpm to 6000 rpm and the frequency from 1000 Hz to 2000 Hz is relatively reduced.
  • the obstacle member 59 is disposed in the exhaust passage 4 downstream from the collecting portion 56
  • the obstacle member 59 is disposed in the diffuser portion 58 of the mixing pipe 50 as indicated by a virtual line in FIG. May be.
  • it may be disposed in the upstream pipe portion of the casing 62 of the catalyst device 6 downstream of the mixing pipe 50.
  • the obstacle member 59 may be arranged in the collecting portion 56.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.
  • reference numeral S ⁇ b> 1 indicates a flow path area at the downstream end of the independent exhaust passage 52 indicated by a virtual line.
  • the hatched portion indicates an area (effective flow area) obtained by subtracting the area where the obstacle member 59 blocks the exhaust flow path from the minimum flow path area of the mixing pipe 50.
  • the minimum channel area is the channel area at the downstream end of the collecting portion 56 of the mixing tube 50 or the channel area of the straight portion 57 of the mixing tube 50.
  • the obstacle member 59 is disposed on the straight portion 57 (that is, disposed at the position where the flow path area is minimum).
  • the area obtained by subtracting the area where the obstruction member 59 blocks the exhaust flow path (the area of the white area) from the area of the circle 57) is hatched.
  • the diameter of a perfect circle having the same area as the flow path area S1 at the downstream end of the independent exhaust passage 52 is a, and the area where the obstruction member 59 blocks the exhaust flow path from the flow area of the straight portion 57.
  • a / D is 0.5 to 0.85, where D is the diameter of a perfect circle having the same area as the effective channel area (hatched portion in FIG. 13).
  • the present embodiment has a plurality of cylinders 12a, 12b, 12c, and 12d provided with an intake valve 19 that can open and close the intake port 17 and an exhaust valve 20 that can open and close the exhaust port 18.
  • An exhaust device 100 for a multi-cylinder engine is provided.
  • the exhaust device 100 includes a plurality of independent exhaust passages 52a, 52b, 52d whose upstream ends are connected to the exhaust ports 18 of one cylinder 12a or 12d or a plurality of cylinders 12b, 12c whose exhaust order is not continuous, and each independent exhaust passage.
  • a mixing pipe 50 into which exhaust gas that has passed through 52a, 52b, and 52d flows.
  • the downstream ends of the independent exhaust passages 52a, 52b, and 52d are connected to the upstream end of the mixing pipe 50 in a bundled state.
  • the mixing pipe 50 includes a collecting portion 56 whose diameter is gradually reduced on the downstream side in the exhaust flow direction.
  • An obstruction member 59 that partially closes the exhaust passage is provided in the gathering portion 56 or the exhaust passage 4 downstream from the gathering portion 56.
  • the exhaust gas that has passed through each independent exhaust passage 52 flows into the mixing pipe 50, thereby generating a negative pressure in the mixing pipe 50.
  • An ejector effect is obtained in which the exhaust in the exhaust port 18 of the other cylinder 12 that communicates is sucked downstream.
  • the mixing pipe 50 includes a collecting portion 56 whose diameter gradually decreases on the downstream side in the exhaust flow direction, in other words, a collecting portion 56 whose flow path area decreases toward the downstream side.
  • An obstruction member 59 that partially blocks the exhaust flow path in the collecting portion 56 or in the exhaust passage 4 downstream of the collecting portion 56 (which may be the exhaust passage 4 included in the mixing pipe 50 or not). Is provided.
  • the obstacle member 59 prevents the exhaust jet ejected from the downstream end of each independent exhaust passage 52 from moving to another location on the inner wall surface of the mixing pipe 50, thereby suppressing the self-excited oscillation of the exhaust jet. Is done.
  • the opening period of the exhaust valve 20 and the opening period of the intake valve 19 of each cylinder 12 overlap each other by a predetermined overlap period T_O / L and the exhaust order is continuous.
  • Intake air that drives the intake valve 19 and the exhaust valve 20 of each cylinder 12 so that the exhaust valve 20 of the subsequent cylinder 12 opens during the overlap period T_O / L of the preceding cylinder 12 between the cylinders 12 and 12 A valve drive mechanism 30 and an exhaust valve drive mechanism 40 are provided.
  • an overlap period T_O / L is provided in which the exhaust valve 20 and the intake valve 19 of each cylinder 12 are both open, and between the cylinders 12 and 12 in which the exhaust order is continuous. Since the exhaust valve 20 of the subsequent cylinder 12 opens during the overlap period T_O / L of the preceding cylinder 12, the ejector effect extends to the intake port 17 of the preceding cylinder 12 during the overlap period T_O / L. As a result, scavenging of the preceding cylinder 12 is further promoted, and the volumetric efficiency ( ⁇ V) is further improved, and further, the torque is further improved.
  • the O 2 sensor is also used as the obstruction member 59, it is not necessary to prepare a dedicated member as the obstruction member 59. By using the O 2 sensor as the obstruction member 59, the number of parts can be reduced. Figured. Further, since the O 2 sensor is provided at the position where the flow path area is the minimum (straight portion 57), the oxygen concentration of the exhaust discharged from all the cylinders 12 can be detected evenly. Therefore, the operating state of the engine can be detected with high accuracy, and for example, control for each cylinder 12 during execution of AWS can be performed with high accuracy.
  • the obstruction member 59 is provided at a position where the flow passage area is the smallest (straight portion 57), and the diameter of a perfect circle having the same area as the flow passage area S1 at the downstream end of each independent exhaust passage 52 is a.
  • a / D is 0.5 to 0.85.
  • the effective flow path area is too large, which means that the area where the obstruction member 59 blocks the exhaust flow path is too small. As a result, the exhaust jet flow The self-excited vibration suppression effect may be insufficient.
  • the a / D exceeds 0.85, the effective flow path area is too small, which means that the area where the obstruction member 59 blocks the exhaust flow path is too large.
  • the flow of the exhaust jet ejected from the downstream end of the independent exhaust passage 52 becomes stagnant, the negative pressure in the mixing pipe 50 becomes weak, and the ejector effect may be insufficient.
  • the a / D to 0.5 to 0.85, the ejector effect and the suppression effect of the self-excited vibration of the exhaust jet flow are balanced.
  • the present embodiment is an exhaust device of a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders provided with an intake valve capable of opening and closing an intake port and an exhaust valve capable of opening and closing an exhaust port, and one cylinder or the exhaust order is not continuous
  • a plurality of independent exhaust passages whose upstream ends are connected to the exhaust ports of a plurality of cylinders, and a collecting portion into which exhaust gas flowing through the independent exhaust passages flows into the downstream side in the exhaust flow direction, and the exhaust gas passes through the independent exhaust passages.
  • An obstruction member for partially blocking the exhaust flow path is provided in the exhaust passage downstream of the collective portion or the collective portion connected to the upstream end of the collective portion in a state where the downstream ends of the independent exhaust passages are bundled.
  • each independent exhaust passage flows into the collecting portion, thereby generating a negative pressure in the collecting portion. Due to this negative pressure, other independent exhaust passages or other cylinders that communicate with the other exhaust passages are generated. An ejector effect is obtained in which the exhaust gas in the exhaust port is sucked out downstream.
  • the collecting portion has a shape in which the downstream side in the exhaust flow direction is gradually reduced in diameter, in other words, a shape in which the flow path area becomes smaller on the downstream side, and the collecting portion is downstream of the collecting portion.
  • this exhaust passage for example, an exhaust passage included in the mixing pipe including the collecting portion or an exhaust passage that is not included
  • an obstruction member that partially blocks the exhaust passage.
  • the speed of the exhaust jet decreases on the contact side, and the negative pressure becomes weak, whereby the exhaust jet moves to another place on the inner wall surface of the mixing tube, and is caused by the repetition of the operation.
  • the said obstruction member is considered to have the effect
  • the exhaust jet undergoes self-excited vibration
  • the negative pressure in the collecting portion (in the mixing tube) becomes weak, and the ejector effect decreases. Therefore, by suppressing the self-excited vibration of the exhaust jet, it is possible to suppress a decrease in the ejector effect with a simple configuration.
  • NV noise (noise) and vibration (vibration)) in NVH is improved by suppressing self-excited vibration.
  • valve drive means for driving the intake valve and the exhaust valve of each cylinder is provided so that the exhaust valve of the subsequent cylinder opens during the overlap period of the cylinder.
  • an overlap period in which the exhaust valve and the intake valve of each cylinder are both open is provided, and the overlap of the preceding cylinder is made between the cylinders in which the exhaust order is continuous. Since the exhaust valve of the succeeding cylinder opens during the period, the ejector effect extends to the intake port of the preceding cylinder during the overlap period, thereby further promoting scavenging of the preceding cylinder and volume efficiency ( ⁇ V ), And in turn, torque can be further improved.
  • This embodiment discloses that the obstruction member is provided in an exhaust passage immediately downstream of the gathering portion.
  • the obstacle member is provided at a position where the flow path area is minimum. As the flow path area is smaller, the speed of the exhaust jet increases, the negative pressure becomes stronger, and the self-excited vibration of the exhaust jet tends to occur. Therefore, according to this configuration, the self-excited vibration of the exhaust jet is effectively suppressed by the obstacle member.
  • the present embodiment discloses that the obstacle member is an O 2 sensor.
  • the O 2 sensor is provided at a position where the flow path area is the minimum (for example, when provided immediately downstream of the gathering portion of the mixing pipe), the oxygen concentration of the exhaust discharged from all the cylinders is equalized. It can be detected. Therefore, the operating state of the engine can be detected with high accuracy, and for example, control for each cylinder at the time of execution of AWS (Accelerated Warm Up System) can be performed with high accuracy.
  • AWS Accelerated Warm Up System
  • the obstruction member is provided at a position where the flow passage area of the exhaust passage is the smallest, and the diameter of a perfect circle having the same area as the flow passage area at the downstream end of each independent exhaust passage is a, It is disclosed that a / D is 0.5 to 0.85, where D is the diameter of a perfect circle having the same area as the area obtained by subtracting the area where the obstacle member blocks the exhaust flow path from the road area. .
  • the ejector effect and the suppression effect of the self-excited vibration of the exhaust jet are balanced. If the a / D is less than 0.5, the area obtained by subtracting the area where the obstruction member blocks the exhaust passage from the minimum passage area is too large. This means that the area blocking the road is too small, and as a result, the effect of suppressing the self-excited vibration of the exhaust jet can be insufficient. When the a / D exceeds 0.85, an area obtained by subtracting an area where the obstacle member blocks the exhaust passage from the minimum passage area is too small. As a result, the flow of the exhaust jet ejected from the downstream end of each independent exhaust passage is stagnated, the negative pressure in the gathering section (in the mixing tube) becomes weak, and the ejector effect is insufficient. obtain.
  • the mixing tube 50 may include only the collecting portion 56 (the straight portion 57 and the diffuser portion 58 are not provided) in which the flow passage area is reduced. A thing including only the diffuser part 58 to expand (those without the straight part 57) may be used. The ejector effect can be obtained even when the mixing tube having such a configuration is used. For example, when the mixing tube 50 is shortened due to layout restrictions during mass production design, the mixing tube including only the collecting portion 56 or the straight portion is omitted and the collecting portion 56 and the diffuser portion 58 are directly and smoothly curved. It does not matter as a mixing tube or the like having a shape to be connected.
  • the obstacle member (O 2 sensor in the illustrated example) 59 is located immediately downstream of the mixing tube 50, that is, immediately downstream of the collecting portion 56. It is preferable to arrange in the exhaust passage 4.
  • the obstacle member 59 is disposed in the upstream pipe portion of the casing 62 of the catalyst device 6 downstream of the mixing pipe 50.
  • the length of the mixing pipe 50 in the exhaust circulation direction can be reduced, and the length of the entire exhaust system in the exhaust circulation direction can be reduced.
  • the obstruction member 59 is disposed at a position where the flow path area is minimum (immediately downstream of the gathering portion 56). As the flow path area is smaller, the speed of the exhaust jet increases, the negative pressure becomes stronger, and the self-excited vibration of the exhaust jet tends to occur. Therefore, according to this configuration, the obstacle member 59 effectively suppresses the self-excited vibration of the exhaust jet.
  • the shape, number, arrangement mode, and the like of the obstacle member 59 are not particularly limited as long as they partially block the exhaust flow path, and may be appropriately determined according to the situation.
  • Examples of shapes that can be adopted include rod shapes, plate shapes, and mesh shapes.
  • a plurality may be arranged in the exhaust circulation direction, or a plurality may be arranged so as to surround the exhaust passage.
  • the present invention has wide industrial applicability in the technical field of exhaust systems for multi-cylinder engines mounted on automobiles and the like.

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Abstract

　簡単な構成でエゼクタ効果の低下を抑制することが可能な多気筒エンジンの排気装置は、１つの気筒又は排気順序が連続し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独立排気通路（５２）と、排気流通方向の下流側が次第に縮径し、各独立排気通路（５２）を通過した排気が流入する集合部（５６）とを有する。各独立排気通路（５２）の下流端が束ねられた状態で集合部（５６）の上流端に接続される。集合部（５６）又は集合部（５６）より下流の排気通路（４）に、排気流路を部分的に塞ぐＯ２センサ（５９）が設けられている。

Description

多気筒エンジンの排気装置
　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、排気順序が連続し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、この集合させた絞り部分にエゼクタ効果を持たせることにより、気筒間の排気干渉を防止する技術が開示されている。
特開平０４－０３６０２３号公報
　多気筒エンジンにおいて、トルクの向上を図るためには、前記エゼクタ効果の低下を抑制することが重要な要素の１つである。
　そこで、本発明は、簡単な構成でエゼクタ効果の低下を抑制することが可能な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、吸気ポートを開閉可能な吸気弁及び排気ポートを開閉可能な排気弁が備えられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの排気装置であって、１つの気筒又は排気順序が連続し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独立排気通路と、排気流通方向の下流側が次第に縮径し、前記各独立排気通路を通過した排気が流入する集合部とを有し、前記各独立排気通路の下流端が束ねられた状態で前記集合部の上流端に接続され、前記集合部又は前記集合部より下流の排気通路に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材が設けら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。
　上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面とから明らかになる。
本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置の概略構成図である。 図１の要部拡大図である。 図２の要部側面図である。 前記エンジンの各気筒の排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間オーバーラップする説明図である。 前記吸気弁及び排気弁の開弁期間の説明図である。 図２のＶＩ－ＶＩ線断面図である。 図２のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。 Ｏ２センサを混合管の集合部より下流の排気通路である混合管のストレート部に設けた場合の混合管及びその周辺の縦断面図である。 実施形態の作用（排気噴流の自励振動の抑制）の説明図である。 実施形態の作用（周波数が１０００Ｈｚ～２０００Ｈｚでの振動の振幅の低減）の説明図である。 実施形態の作用（エンジン回転数が１０００ｒｐｍ～６０００ｒｐｍでの振動の振幅の合計値の減少）の説明図である。 （ａ）～（ｄ）は、排気噴流の自励振動が起きる原因を段階的に説明するための図である。 図８のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線断面図であって、独立排気通路の下流端の流路面積、及び、最小の流路面積から障害部材が排気流路を塞ぐ面積を減算した面積を説明するものである。 Ｏ２センサを混合管の集合部より下流の排気通路である触媒装置のケーシングの上流管部に設けた場合の触媒装置のケーシングの上流管部、混合管及びその周辺の縦断面図である。
　（１）全体構成
　図１は本実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置１００の概略構成図、図２は図１の要部拡大図、図３は図２の要部側面図である。
　本実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置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ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｅ　Ｕｎｉｔ）２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。
　エンジン本体１は直列４気筒のエンジンである。エンジン本体１の内部に、ピストンがそれぞれ嵌挿された複数（図例では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、図１及び図２に関して右から順に、第１気筒１２ａ、第２気筒１２ｂ、第３気筒１２ｃ、第４気筒１２ｄが形成されている。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を臨むように気筒１２毎に点火プラグ１５が設置されている。また、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（図示せず）が気筒１２毎に備えられている。
　エンジン本体１は４サイクルエンジンである。図４に示すように、各気筒１２ａ～１２ｄにおいて、１８０°ＣＡ（クランク角）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、その結果、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。
　シリンダヘッド９には、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が気筒１２毎に設けられている。吸気ポート１７は各気筒１２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、吸気ポート１７を開閉して吸気ポート１７と気筒１２の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、排気ポート１８を開閉して排気ポート１８と気筒１２の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、弁駆動手段である吸気弁駆動機構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、弁駆動手段である排気弁駆動機構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。吸気カムシャフト３１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することにより吸気弁１９を開閉駆動する。吸気ＶＶＴ３２は、吸気弁１９のバルブタイミングを変更するためのものである。
　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。
　吸気ＶＶＴ３２の具体的構成としては、例えば、液圧式機構や電磁式機構等が挙げられる。液圧式機構は、前記被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これらの液室間の圧力差を調節することにより前記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ものである。電磁式機構は、前記被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間に電磁石を配設し、前記電磁石に付与する電力を調節することにより前記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ものである。吸気ＶＶＴ３２は、ＥＣＵ２で算出された吸気弁１９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。吸気カムシャフト３１は、前記位相差の下でクランクシャフトの回転に伴って回転し、吸気弁１９を前記目標バルブタイミングで開閉駆動する。
　各気筒１２の吸気ポート１７に吸気通路３の下流端が接続されている。各吸気通路３の上流端はサージタンク３ａに接続されている。
　排気弁駆動機構４０は、吸気弁駆動機構３０と同様の構造を有している。すなわち、排気弁駆動機構４０は、排気弁２０及びクランクシャフトに連結された排気カムシャフト４１と、この排気カムシャフト４１とクランクシャフトとの間の位相差を変更することにより排気弁２０のバルブタイミングを変更する排気ＶＶＴ４２とを有している。排気ＶＶＴ４２は、ＥＣＵ２で算出された排気弁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。排気カムシャフト４１は、前記位相差の下でクランクシャフトの回転に伴って回転し、排気弁２０を前記目標バルブタイミングで開閉駆動する。
　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、それぞれ、図５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である場合は、バルブリフトが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となる。
　（２）排気系の構成
　排気マニホールド５は、上流側から順に、３つの独立排気通路５２と、各独立排気通路５２の下流端に接続されて各独立排気通路５２を通過した排気が流入する混合管５０とを有する。前記混合管５０は、その軸芯上に、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５６と、前記集合部５６の下流端の流路面積（混合管５０の最小流路面積）を維持して下流側に延びるストレート部５７と、下流側ほど流路面積が大きくなるディフューザー部５８とを備えている。
　各独立排気通路５２は、その上流端が各気筒１２の排気ポート１８に接続されている。具体的に、４つの気筒１２のうち第１気筒１２ａの排気ポート１８に１つの独立排気通路（第１独立排気通路）５２ａの上流端が接続され、第４気筒１２ｄの排気ポート１８に別の１つの独立排気通路（第３独立排気通路）５２ｄの上流端が接続されている。一方、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃとについては、構造を簡素化する観点から、共通する１つの独立排気通路（第２独立排気通路）５２ｂの上流端が排気ポート１８に接続されている。より詳細には、上流端が第２気筒１２ｂの排気ポート１８と第３気筒１２ｃの排気ポート１８とに接続されている第２独立排気通路５２ｂは、その上流側が２つの通路に分岐し、分岐した一方の通路の上流端が第２気筒１２ｂの排気ポート１８に接続され、他方の通路の上流端が第３気筒１２ｃの排気ポート１８に接続されている。
　本実施形態では、第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃとに対応する第２独立排気通路５２ｂは、第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃとの間、すなわち気筒列方向におけるエンジン本体１の中央部分と対向する位置において、前記混合管５０の集合部５６に向かって延びている。一方、第１気筒１２ａに対応する第１独立排気通路５２ａ及び第４気筒１２ｄに対応する第３独立排気通路５２ｄは、それぞれ、第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄと対向する位置から湾曲しつつ、前記混合管５０の集合部５６に向かって延びている。
　第１、第２、第３独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄは互いに独立している。そのため、第１気筒１２ａから排出された排気と、第２気筒１２ｂ又は第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は、互いに独立して各独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄを通って下流側に排出される。各独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄを通過した排気は混合管５０の集合部５６に流入する。
　各独立排気通路５２及び集合部５６は、次のような形状を有している。すなわち、各独立排気通路５２から排気が高速で噴出し、高速で集合部５６に流入するのに伴い、この高速の排気の周囲に負圧が発生し、発生した混合管５０内の負圧が隣接する他の独立排気通路５２及びこの他の独立排気通路５２と連通する排気ポート１８に作用し、この負圧の作用によって前記排気ポート１８内の排気が下流側に吸い出される（すなわちエゼクタ効果が得られる）ような形状である。
　具体的に、集合部５６は、各独立排気通路５２から排出された排気が高い速度を維持したまま下流側に流れ、且つ下流側からの逆流が防止されるように、下流側に向かうほど流路面積が小さくなる形状を有している。本実施形態では、排気の速度がより高い状態で維持されるように、集合部５６の下流端の流路面積は、各独立排気通路５２の下流端の流路面積の合計よりも小さい値に設定されている。本実施形態では、集合部５６は、下流側に向かうほど径が小さくなる逆円錐台形状（漏斗形状）を有している。
　前述のように、混合管５０の集合部５６及びストレート部５７は、下流側の流路面積が上流側の流路面積よりも小さい。そのため、排気は集合部５６及びストレート部５７を高速で通過する。この通過時に排気の圧力及び温度が低下する。そのため、集合部５６及びストレート部５７では、排気の外部への放熱量が小さく抑えられる。ストレート部５７を通過した排気は、下流側に向かうほど流路面積が大きくなるディフューザー部５８に流入する。これにより、排気の圧力及び温度が回復し、高い温度を維持したまま、ディフューザー部５８を通過した排気は、下流側の触媒装置６に排出される。
　一方、各独立排気通路５２の下流部は、排気が各独立排気通路５２から高速で集合部５６に噴出するように、下流側に向かうほど流路面積が小さくなる形状を有している。本実施形態では、図６に示すように、各独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄの上流側部分（仮想線で示す）は略楕円形の断面形状を有し、下流端（実線で示す）は扇形の断面形状を有している。そして、上流側部分から下流側に向かうほど断面積、すなわち流路面積が縮小され、各独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄの下流端の流路面積は上流側部分の流路面積の略１／３となっている。
　図７に示すように、独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄは、扇形をなす各下流端が互いに隣接し、全体として略円形断面を形成するように集合し、集合部５６の上流端に接続されている（図１、図２参照）。すなわち、混合管５０の軸芯と直交する方向における各独立排気通路５２の下流端の断面形状が互いに同じ扇形に形成され（図６、図７参照）、前記扇形が集合して略円が形成されるように各独立排気通路５２の下流端が束ねられた状態で各独立排気通路５２の下流端が混合管５０の集合部５６の上流端に接続されている。
　本実施形態では、少なくとも低速高負荷域において、図４に示すように、各気筒１２の排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが吸気上死点（ＴＤＣ）を挟んで所定のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌオーバーラップし、且つ、排気順序が連続する気筒１２，１２間において、一方の気筒（先行の気筒）１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に、他方の気筒（後続の気筒）１２の排気弁２０が開弁を開始するように設定されている。
　具体的に、図４に示すように、第１気筒１２ａの排気弁２０と吸気弁１９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の排気弁２０と吸気弁１９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の排気弁２０と吸気弁１９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の排気弁２０と吸気弁１９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が開弁するように設定されている。
　つまり、吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０は、ＥＣＵ２からの制御信号を受けて、少なくとも低速高負荷域において、各気筒１２の排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌオーバーラップすると共に、排気順序が連続する気筒１２，１２間において先行の気筒１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に後続の気筒１２の排気弁２０が開弁するように、各気筒１２の吸気弁１９及び排気弁２０を駆動する。
　これにより、排気行程にある気筒１２の排気弁２０が開弁し、ブローダウンガスが排気行程にある気筒１２から独立排気通路５２を通って集合部５６に高速で噴出するのに伴い、エゼクタ効果により、オーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中の吸気行程にある気筒１２の排気ポート１８に負圧が生成する。そのため、エゼクタ効果がオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中の吸気行程にある気筒１２の排気ポート１８だけでなく、気筒１２から吸気ポート１７にまで及び、オーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中の吸気行程にある気筒１２の掃気がより一層促進される。
　図１、図２、図３に戻り、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る。この触媒装置６は、触媒本体６４と、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、排気流通方向と平行に延びる略円筒状である。触媒本体６４は、排気中の有害成分を浄化するためのものであり、例えば三元触媒を含有し、理論空燃比の雰囲気下で三元触媒機能を発揮する。
　触媒本体６４は、ケーシング６２の排気流通方向の中央の拡径部分に収容されている。ケーシング６２の上流端には所定の空間（ケーシング６２の上流管部）が形成されている。混合管５０のディフューザー部５８の下流端は前記ケーシング６２の上流管部に接続されている。ディフューザー部５８から排出された排気は前記上流管部に流入した後、触媒本体６４側へ進行する。
　前述のように、混合管５０のディフューザー部５８からは、高い温度の排気が触媒装置６に排出される。そのため、混合管５０に直接に触媒装置６が接続されていることで、触媒装置６には相対的に高温の排気が流入する。これにより、触媒本体６４は早期に活性化され、また、触媒本体６４の活性状態が確実に維持される。
　本実施形態では、前記独立排気通路５２、前記混合管５０、前記触媒装置６のケーシング６２等を含む、気筒１２から排出された排気が流れる排気系の通路全体を排気通路として、図中、符号４を付して示す。
　（３）本実施形態の特徴
　図８に示すように、混合管５０の集合部５６より下流の排気通路４に、Ｏ２センサ５９が配設されている。より具体的に、このＯ２センサ５９は、集合部５６より下流のストレート部５７の上流端部に配設されている（図２、図３も参照）。すなわち、このＯ２センサ５９は、混合管５０の流路面積が最小の位置に配設されている。そして、このＯ２センサ５９は、混合管５０の管壁から内部空間、すなわち排気流路に突出する棒状のセンサ部を有している。これにより、Ｏ２センサ５９は、混合管５０の排気流路、より詳しくはストレート部５７の排気流路を部分的に塞ぐ障害部材として機能する（図６、図７も参照）。以下、Ｏ２センサ５９のことを障害部材５９と称して説明する。
　本実施形態において、混合管５０の集合部５６より下流の排気通路４に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材５９を配設した理由は、およそ次のようである。
　図９は、本実施形態に係るエンジンにおいて、クランク角（ＣＡ）に応じて、排気マニホールド５の３つの独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄのうちの第１気筒１２ａの独立排気通路５２ａ（第４気筒１２ｄの独立排気通路５２ｄでも同様の結果が得られる）の内部の圧力がどのように変化するかを示す説明図（エンジン回転数は２５００ｒｐｍ）である。
　３６０°ＣＡ付近の高い圧力は、自気筒（第１気筒１２ａ）からのブローダウンガスにより独立排気通路５２ａ内に生じる正圧である。そして、５４０°ＣＡ付近の負圧は、第３気筒１２ｃから集合部５６に流出するブローダウンガスに基くエゼクタ効果により独立排気通路５２ａ内に生じる負圧、０°ＣＡ付近の負圧は、第４気筒１２ｄから集合部５６に流出するブローダウンガスに基くエゼクタ効果により独立排気通路５２ａ内に生じる負圧、１８０°ＣＡ付近の負圧は、第２気筒１２ｂから集合部５６に流出するブローダウンガスに基くエゼクタ効果により独立排気通路５２ａ内に生じる負圧である。
　図示したように、混合管５０の集合部５６より下流の排気通路４に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材を配設しない場合（鎖線）は、エゼクタ効果による負圧の発生時に、換言すれば、他気筒１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからのブローダウン時に、自気筒１２ａの独立排気通路５２ａの内部圧力が振動を起こしている。この振動により、混合管５０内の負圧が弱くなり、エゼクタ効果が低下し、トルクの向上が図り難くなる。また、この振動により、ＮＶ（ノイズ（騒音）及びバイブレーション（振動））も悪化する。これに対し、混合管５０の集合部５６より下流の排気通路４に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材５９を配設した場合（実線）は、前記のような振動が抑制されている。
　図１０は、図９に示す負圧発生時の振動を周波数分析したものである（エンジン回転数は２５００ｒｐｍ）。図示したように、周波数が５００Ｈｚ～８０００Ｈｚのうち、１０００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲で、振動の振幅が最も大きくなっている（破線）。
　図１１は、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ～６０００ｒｐｍの範囲で、周波数が１０００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲の振動の振幅の合計値（ｏｖｅｒａｌｌ）を示したものである。図示したように、混合管５０の集合部５６より下流の排気通路４に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材を配設しない場合（破線）は、配設した場合（実線）に比べて、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ～６０００ｒｐｍの全範囲で、周波数が１０００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲の振動の振幅の合計値が大きくなっている。
　他気筒からのブローダウン時に、自気筒の独立排気通路５２の内部圧力に振動が発生する理由は、必ずしも明らかではないが、例えば、次のようなことが考えられる。
　図１２は、日本機械学会論文集（Ｂ編）５２巻４７４号（昭６１－２）、５０８頁～５１３頁、「超高速空気エゼクタにおける一次流れの振動」（松尾、望月、中村）に掲載されている図７の一部を抽出して描き改めたものである。図中、符号２５６は混合管の収束部（本実施形態の混合管５０の集合部５６に相当）、符号２５２ｂはコンプレッサからの圧縮空気が噴出するノズル（本実施形態の他気筒の独立排気通路５２ｂに相当）、符号２５２ａ，２５２ｄは前記ノズル２５２ｂに隣接し、図外の集合胴（チャンバー）に連通する通路（本実施形態の自気筒の独立排気通路５２ａ，５２ｄに相当）である。
　前記ノズル２５２ｂから、マッハ３．０５の超高速で、乾燥空気を混合管の収束部２５６に噴出させると、噴出した噴流Ｅは、混合管内の負圧の不均衡によって混合管内でいずれかの側に偏り、混合管の内壁面に接触する（図１２（ａ）の状態）。すると、接触した側において噴流Ｅの速度が低下し、負圧が弱くなり、これにより噴流Ｅは混合管の内壁面の別の場所に移動する（図１２（ｂ）の状態を経て図１２（ｃ）の状態）。今度は、接触した別の側において噴流Ｅの速度が低下し、負圧が弱くなり、これにより噴流Ｅは混合管の内壁面のさらに別の場所に移動する（図１２（ｄ）の状態を経て図１２（ａ）の状態）。以上のような動作が繰り返されることにより、ノズル２５２ｂから噴出した圧縮空気の噴流Ｅが自励振動を起こす。そして、この自励振動が、前記ノズル２５２ｂに隣接する通路２５２ａ，２５２ｄ内において、負圧の発生時（圧縮空気の噴出時）に、圧力の振動として現れるものと考えられる。
　そのため、例えば、図１２（ａ）の状態から図１２（ｂ）の状態を経て図１２（ｃ）の状態に移行する際や、図１２（ｃ）の状態から図１２（ｄ）の状態を経て図１２（ａ）の状態に移行する際等に、つまり、圧縮空気の噴流Ｅが混合管の内壁面の別の場所に移動する際に、その移動を邪魔すると、圧縮空気の噴流Ｅの自励振動が抑制されると考えられる。
　したがって、本実施形態では、図８に示したように、混合管５０の集合部５６より下流の排気通路４に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材５９を配設したものである。この障害部材５９は、各独立排気通路５２から混合管５０の集合部５６に高速で噴出した排気噴流が混合管５０の内壁面の別の場所に移動するのを邪魔して自励振動を抑制する作用を有するものと考えられる。
　なお、排気噴流が混合管５０の内壁面の別の場所に移動する場合、排気噴流は、混合管５０の内壁面に沿って、すなわち、混合管５０の内壁面に接触した状態のまま、別の場所に移動するものと考えられる。
　図９～図１１に、混合管５０の集合部５６より下流の排気通路４に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材５９を配設した場合（実線）の作用を併せて示す。図示したように、障害部材５９を配設した場合は、図９においては、他気筒１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからのブローダウン時における自気筒１２ａの独立排気通路５２ａの内部圧力の振動、すなわち排気噴流の自励振動が抑制されている。図１０においては、周波数が１０００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲で、振動の振幅が低減されている。図１１においては、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ～６０００ｒｐｍの範囲で、周波数が１０００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲の振動の振幅の合計値が相対的に減少している。
　障害部材５９を集合部５６より下流の排気通路４に配設する態様として、状況に応じて、図８に仮想線で示したように、障害部材５９を混合管５０のディフューザー部５８に配設してもよい。あるいは、図示しないが、混合管５０の下流の触媒装置６のケーシング６２の上流管部に配設してもよい。そして、これらに対して、障害部材５９を集合部５６より下流の排気通路４に配設する代わりに、障害部材５９を集合部５６に配設してもよい。
　図１３は、図８のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線断面図である。図中、符号Ｓ１は、仮想線で示される独立排気通路５２の下流端の流路面積を示している。また、図中、ハッチングを施した部分は、混合管５０の最小の流路面積から障害部材５９が排気流路を塞ぐ面積を減算した面積（有効流路面積）を示している。図８において、最小の流路面積は、混合管５０の集合部５６の下流端の流路面積、又は、混合管５０のストレート部５７の流路面積である。図８の場合は、障害部材５９がストレート部５７に配設されている（すなわち流路面積が最小の位置に配設されている）ので、図１３では、ストレート部５７の流路面積（符号５７の円の面積）から障害部材５９が排気流路を塞ぐ面積（白抜き部分の面積）を減算した部分にハッチングを施してある。
　そして、本実施形態では、独立排気通路５２の下流端の流路面積Ｓ１と同じ面積を有する真円の直径をａとし、ストレート部５７の流路面積から障害部材５９が排気流路を塞ぐ面積を減算した面積、すなわち有効流路面積（図１３のハッチング部分）と同じ面積を有する真円の直径をＤとしたときに、ａ／Ｄが０．５～０．８５である。これにより、後に詳しく説明するように、エゼクタ効果と、排気噴流の自励振動の抑制効果とがバランスよく両立する。
　（４）本実施形態の作用
　本実施形態では、吸気ポート１７を開閉可能な吸気弁１９及び排気ポート１８を開閉可能な排気弁２０が備えられた複数の気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有する多気筒エンジンの排気装置１００が提供される。排気装置１００は、１つの気筒１２ａ若しくは１２ｄ又は排気順序が連続しない複数の気筒１２ｂ，１２ｃの排気ポート１８に上流端が接続された複数の独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄと、各独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄを通過した排気が流入する混合管５０とを有している。各独立排気通路５２ａ，５２ｂ，５２ｄの下流端は束ねられた状態で混合管５０の上流端に接続されている。混合管５０は、排気流通方向の下流側が次第に縮径する集合部５６を含んでいる。集合部５６又は集合部５６より下流の排気通路４に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材５９が設けられている。
　本実施形態によれば、各独立排気通路５２を通過した排気が混合管５０に流入することにより混合管５０内に負圧が発生し、この負圧により、他の独立排気通路５２ないしこれと連通する他の気筒１２の排気ポート１８内の排気が下流側に吸い出されるエゼクタ効果が得られる。
　その上で、本実施形態によれば、混合管５０は、排気流通方向の下流側が次第に縮径する集合部５６、換言すれば、流路面積が下流側ほど小さくなる集合部５６を含み、この集合部５６に、又は、この集合部５６より下流の排気通路４（混合管５０に含まれる排気通路４でも含まれない排気通路４でもよい）に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材５９が設けられている。これにより、障害部材５９が、各独立排気通路５２の下流端から噴出した排気噴流が混合管５０の内壁面の別の場所に移動するのを邪魔することにより、排気噴流の自励振動が抑制される。排気噴流が自励振動を起こすと、混合管５０内の負圧が弱くなり、エゼクタ効果が低下し、トルクの向上が図り難くなる。したがって、排気噴流の自励振動を抑制することにより、簡単な構成でエゼクタ効果の低下を抑制することが可能となり、トルクの向上が図られる。また、排気噴流の自励振動を抑制することにより、ＮＶＨのうちＮＶが改善される。
　本実施形態では、少なくとも低速高負荷域において、各気筒１２の排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌオーバーラップすると共に、排気順序が連続する気筒１２，１２間において先行の気筒１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に後続の気筒１２の排気弁２０が開弁するように、各気筒１２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が設けられている。
　これにより、少なくとも低速高負荷域では、各気筒１２の排気弁２０と吸気弁１９とが共に開いた状態となるオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌが設けられ、排気順序が連続する気筒１２，１２間において先行の気筒１２のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に後続の気筒１２の排気弁２０が開弁するので、エゼクタ効果がオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中の先行気筒１２の吸気ポート１７にまで及び、これにより、先行気筒１２の掃気がより一層促進され、体積効率（ηＶ）のより一層の向上、ひいてはトルクのより一層の向上が図られる。
　本実施形態では、障害部材５９として、Ｏ２センサを兼用したから、障害部材５９として専用の部材を用意する必要がなく、Ｏ２センサを障害部材５９として兼用することで、部品点数の削減が図られる。また、Ｏ２センサを流路面積が最小の位置（ストレート部５７）に設けたから、全ての気筒１２から排出される排気の酸素濃度を均等に検出できる。そのため、エンジンの運転状態を精度よく検出でき、例えばＡＷＳの実行時における気筒１２毎の制御を精度よく行うことができる。
　本実施形態では、障害部材５９を流路面積が最小の位置（ストレート部５７）に設け、各独立排気通路５２の下流端の流路面積Ｓ１と同じ面積を有する真円の直径をａとし、最小の流路面積であるストレート部５７の流路面積から障害部材５９が排気流路を塞ぐ面積を減算した面積（有効流路面積）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０．５～０．８５としている。
　前記ａ／Ｄが０．５未満であると、有効流路面積が大き過ぎることになり、このことは障害部材５９が排気流路を塞ぐ面積が小さ過ぎることを意味し、その結果、排気噴流の自励振動の抑制効果が不足し得る。一方、前記ａ／Ｄが０．８５を超えると、有効流路面積が小さ過ぎることになり、このことは障害部材５９が排気流路を塞ぐ面積が大き過ぎることを意味し、その結果、各独立排気通路５２の下流端から噴出した排気噴流の流れが滞って、混合管５０内の負圧が弱くなり、エゼクタ効果が不足し得る。以上により、前記ａ／Ｄを０．５～０．８５とすることにより、エゼクタ効果と、排気噴流の自励振動の抑制効果とがバランスよく両立する。
　本実施形態の技術的特徴をまとめると下記のようになる。
　本実施形態は、吸気ポートを開閉可能な吸気弁及び排気ポートを開閉可能な排気弁が備えられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの排気装置であって、１つの気筒又は排気順序が連続し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独立排気通路と、排気流通方向の下流側が次第に縮径し、前記各独立排気通路を通過した排気が流入する集合部とを有し、前記各独立排気通路の下流端が束ねられた状態で前記集合部の上流端に接続され、前記集合部又は前記集合部より下流の排気通路に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材が設けられていることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置を開示する。
　この構成によれば、各独立排気通路を通過した排気が集合部に流入することにより集合部内に負圧が発生し、この負圧により、他の独立排気通路ないしこれと連通する他の気筒の排気ポート内の排気が下流側に吸い出されるエゼクタ効果が得られる。
　その上で、前記集合部は、排気流通方向の下流側が次第に縮径する形状、換言すれば、流路面積が下流側ほど小さくなる形状とされ、この集合部に、又は、この集合部より下流の排気通路（例えば集合部を含む混合管に含まれる排気通路でも含まれない排気通路でもよい）に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材が設けられている。これにより、各独立排気通路の下流端から噴出した排気噴流の自励振動が抑制される。この自励振動は、各独立排気通路の下流端から噴出した排気噴流が集合部を含む混合管内の負圧の不均衡によって混合管内でいずれかの側に偏り、混合管の内壁面に接触し、接触した側において排気噴流の速度が低下し、負圧が弱くなり、これにより排気噴流が混合管の内壁面の別の場所に移動し、…という動作の繰返しにより生じるものと考えられる。そして、前記障害部材は、排気噴流が混合管の内壁面の別の場所に移動するのを邪魔して自励振動を抑制する作用を有するものと考えられる。排気噴流が自励振動を起こすと、集合部内（混合管内）の負圧が弱くなり、エゼクタ効果が低下する。したがって、排気噴流の自励振動を抑制することにより、簡単な構成でエゼクタ効果の低下を抑制することが可能となる。また、自励振動を抑制することにより、ＮＶＨのうちＮＶ（ノイズ（騒音）及びバイブレーション（振動））が改善される。
　本実施形態は、少なくとも低速高負荷域において、前記各気筒の排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間オーバーラップすると共に、排気順序が連続する気筒間において先行の気筒の前記オーバーラップ期間中に後続の気筒の排気弁が開弁するように、前記各気筒の吸気弁及び排気弁を駆動する弁駆動手段が設けられていることを開示する。
　この構成によれば、少なくとも低速高負荷域では、各気筒の排気弁と吸気弁とが共に開いた状態となるオーバーラップ期間が設けられ、排気順序が連続する気筒間において先行の気筒のオーバーラップ期間中に後続の気筒の排気弁が開弁するので、前記エゼクタ効果がオーバーラップ期間中の先行気筒の吸気ポートにまで及び、これにより、先行気筒の掃気がより一層促進され、体積効率（ηＶ）のより一層の向上、ひいてはトルクのより一層の向上が図られる。
　本実施形態は、前記障害部材は、前記集合部の直下流の排気通路に設けられていることを開示する。
　この構成によれば、障害部材は、流路面積が最小の位置に設けられている。流路面積が小さいほど、排気噴流の速度が上昇し、負圧が強くなり、排気噴流の自励振動が起き易くなる。したがって、この構成によれば、障害部材により排気噴流の自励振動が効果的に抑制される。
　本実施形態は、前記障害部材は、Ｏ２センサであることを開示する。
　この構成によれば、障害部材として専用の部材を用意する必要がなく、Ｏ２センサを障害部材として兼用することで、部品点数の削減が図られる。また、Ｏ２センサを流路面積が最小の位置に設けた場合（例えば混合管の集合部の直下流に設けた場合等）には、全ての気筒から排出される排気の酸素濃度を均等に検出できる。そのため、エンジンの運転状態を精度よく検出でき、例えばＡＷＳ（アクセルレーテッドウオームアップシステム）の実行時における気筒毎の制御を精度よく行うことができる。
　本実施形態は、前記障害部材を排気通路の流路面積が最小の位置に設け、各独立排気通路の下流端の流路面積と同じ面積を有する真円の直径をａとし、前記最小の流路面積から前記障害部材が排気流路を塞ぐ面積を減算した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が０．５～０．８５であることを開示する。
　この構成によれば、エゼクタ効果と、排気噴流の自励振動の抑制効果とがバランスよく両立する。前記ａ／Ｄが０．５未満であると、前記最小の流路面積から前記障害部材が排気流路を塞ぐ面積を減算した面積が大き過ぎることになり、このことは前記障害部材が排気流路を塞ぐ面積が小さ過ぎることを意味し、その結果、排気噴流の自励振動の抑制効果が不足し得る。前記ａ／Ｄが０．８５を超えると、前記最小の流路面積から前記障害部材が排気流路を塞ぐ面積を減算した面積が小さ過ぎることになり、このことは前記障害部材が排気流路を塞ぐ面積が大き過ぎることを意味し、その結果、各独立排気通路の下流端から噴出した排気噴流の流れが滞って、集合部内（混合管内）の負圧が弱くなり、エゼクタ効果が不足し得る。
　（５）本実施形態の変形例
　混合管５０は、流路面積が縮小する集合部５６のみを含むもの（ストレート部５７及びディフューザー部５８がないもの）でもよく、集合部５６と流路面積が拡大するディフューザー部５８とだけを含むもの（ストレート部５７がないもの）でもよい。このような構成の混合管を用いてもエゼクタ効果は得られる。例えば、量産設計時にレイアウト上の制約等から混合管５０を短くする場合に、集合部５６のみを含む混合管や、ストレート部を省略して集合部５６とディフューザー部５８とを直接滑らかに曲面でつなぐような形状の混合管等としても構わない。
　例えば、図１４に示すように、集合部５６のみを含む混合管５０を用いた場合、障害部材（図例はＯ２センサ）５９は、混合管５０の直下流、つまり集合部５６の直下流の排気通路４に配設することが好ましい。図１４では、障害部材５９は、混合管５０の下流の触媒装置６のケーシング６２の上流管部に配設されている。
　これにより、混合管５０の排気流通方向の長さのコンパクト化が図られ、ひいては排気系全体の排気流通方向の長さのコンパクト化が図られる。加えて、障害部材５９は、流路面積が最小の位置（集合部５６の直下流）に配設されている。流路面積が小さいほど、排気噴流の速度が上昇し、負圧が強くなり、排気噴流の自励振動が起き易くなる。したがって、この構成によれば、障害部材５９により排気噴流の自励振動が効果的に抑制される。
　障害部材５９の形状、数、配置の態様等は、排気流路を部分的に塞ぐものであれば、特に限定されるものではなく、状況に応じて適宜決定すればよい。採用し得る形状としては、棒状の他、板状、網目状等が挙げられる。採用し得る配置の態様としては、排気流路に突出の他、排気流路を跨ぐものでもよい。また、排気流通方向に複数個を並べてもよく、排気流路を囲むように複数個を並べてもよい。また、これらを組み合わせて障害部材５９を配置してもよい。
　Ｏ２センサの他に、障害部材５９として兼用し得るセンサ類としては、例えば排気温センサ等が挙げられる。
　この出願は、２０１１年１１月１４日に出願された日本国特許出願特願２０１１－２４８７２３を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
　本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ充分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び／又は改良することは容易になし得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、そのような変更形態又は改良形態は、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
　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の技術分野において、広範な産業上の利用可能性を有する。

Claims (5)

  1. 　吸気ポートを開閉可能な吸気弁及び排気ポートを開閉可能な排気弁が備えられた複数の気筒を有する多気筒エンジンの排気装置であって、
    　１つの気筒又は排気順序が連続し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独立排気通路と、排気流通方向の下流側が次第に縮径し、前記各独立排気通路を通過した排気が流入する集合部とを有し、
    　前記各独立排気通路の下流端が束ねられた状態で前記集合部の上流端に接続され、
    　前記集合部又は前記集合部より下流の排気通路に、排気流路を部分的に塞ぐ障害部材が設けら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、
    　少なくとも低速高負荷域において、前記各気筒の排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが所定のオーバーラップ期間オーバーラップすると共に、排気順序が連続する気筒間において先行の気筒の前記オーバーラップ期間中に後続の気筒の排気弁が開弁するように、各気筒の吸気弁及び排気弁を駆動する弁駆動手段が設けら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１又は２に記載の多気筒エンジンの排気装置において、
    　前記障害部材は、前記集合部の直下流の排気通路に設けら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１から３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、
    　前記障害部材は、Ｏ２センサであ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、
    　前記集合部を備える混合管を設け、
    　前記障害部材を前記混合管の流路面積が最小の位置に設け、
    　各独立排気通路の下流端の流路面積と同じ面積を有する真円の直径をａとし、前記最小の流路面積から前記障害部材が排気流路を塞ぐ面積を減算した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が０．５～０．８５であ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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