WO2024100965A1 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

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WO2024100965A1
WO2024100965A1 PCT/JP2023/031265 JP2023031265W WO2024100965A1 WO 2024100965 A1 WO2024100965 A1 WO 2024100965A1 JP 2023031265 W JP2023031265 W JP 2023031265W WO 2024100965 A1 WO2024100965 A1 WO 2024100965A1
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WO
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exhaust
space
exhaust purification
internal combustion
combustion engine
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PCT/JP2023/031265
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Inventor
英介 鵜飼
敏哉 徳田
Original Assignee
株式会社三五
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Application filed by 株式会社三五 filed Critical 株式会社三五
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  • the present invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine that can achieve improved warm-up performance and compact size while uniformly distributing exhaust gas to an exhaust purification member.
  • Exhaust emissions from internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines contain specific substances such as particulate matter (PM) consisting of soot, carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx). Therefore, from the perspective of protecting the global environment, it is common to remove these specific substances by installing exhaust purification devices in the exhaust flow passage of an internal combustion engine, including filters such as gasoline particulate filters (GPF) and diesel particulate filters (DPF) that capture PM, and exhaust purification catalysts such as oxidation catalysts (OC), three-way catalysts (TWC), selective catalytic reduction denitration devices (SCR), and ammonia slip catalysts (ASC).
  • PM particulate matter
  • CO carbon monoxide
  • HC unburned hydrocarbons
  • NOx nitrogen oxides
  • Patent Document 1 JP 2007-146681 A discloses an exhaust system for an internal combustion engine in which a long, cylindrical exhaust purification device incorporating multiple exhaust purification members is arranged approximately parallel to the crankshaft, and an exhaust manifold is integrally disposed on top of the exhaust purification device. This system is said to improve the space efficiency within the engine mounting compartment by making the exhaust device more compact, and to ensure a crushable zone in the fore-and-aft direction of the engine when the engine is mounted horizontally with rear exhaust.
  • Patent Document 2 Patent Publication No. 6444183 discloses an exhaust manifold device for an internal combustion engine, which has a similar layout to that described above, with an exhaust manifold wrapped around the outer periphery of a cylindrical housing of an exhaust purification member. This allows for a large length of branch pipes from each exhaust port and a large length of introduction pipe from the branch pipe assembly to an expansion chamber provided at the upstream end of the exhaust purification member, which is said to make it possible to effectively utilize exhaust pulsation while keeping the catalyst carrier warm.
  • exhaust gas flows into the expansion chamber provided upstream of the most upstream exhaust purification member through a single inlet pipe, which makes it easy for swirling and/or uneven flow to occur inside the expansion chamber.
  • This makes it difficult to make the flow speed and/or pressure of the exhaust gas flowing into the upstream end face of the exhaust purification member uniform, and the uniformity of the flow speed and/or pressure of the exhaust gas flowing into the upstream end face of the most upstream exhaust purification member is low (not uniform per surface).
  • the exhaust purification member cannot fully exert its inherent exhaust purification effect.
  • Patent Document 3 Japanese Utility Model Application Publication No. 52-94512
  • Patent Document 3 Japanese Utility Model Application Publication No. 52-94512
  • exhaust flows into the end opposite the expansion chamber formed at the upstream end of the exhaust purification catalyst, and is guided from the inlet to the expansion chamber via the gap between the inner and outer cylinders that hold the exhaust purification catalyst inside.
  • the positional relationship between the central axis of the inlet and the central axis of the outer cylinder is set to a so-called "twist position", and the exhaust is guided in the tangential direction of the outer cylinder (as viewed at right angles to the axis), generating and maintaining a swirling flow in the exhaust flowing from the gap into the expansion chamber, while allowing the exhaust to reach the upstream end face of the exhaust purification catalyst.
  • the flow velocity and/or pressure of the exhaust flowing into the upstream end face of the most upstream exhaust purification member is high (the exhaust contacts the upstream end face of the exhaust purification member uniformly). Therefore, although the above-mentioned idea can exert the effect of preventing an abnormal temperature rise of the exhaust purification catalyst by creating an insulating layer by the exhaust before purification, it is counterproductive to exerting the inherent exhaust purification function of the exhaust purification member as a whole. In addition, intentionally generating and maintaining a swirling flow as described above also causes the problem of increased flow path resistance (increased back pressure).
  • the exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention is an exhaust system for an internal combustion engine that is composed of an exhaust purification device that includes a casing and one or more exhaust purification members housed inside the casing, and an exhaust manifold.
  • the casing includes an inner tube, which is a cylindrical member that holds the exhaust purification member inside, and an outer tube, which is a member that has a bottomed cylindrical shape and whose open end fits externally onto the inner tube so as to cover at least a portion of the exhaust purification member.
  • a first space is formed, which is a gap between the outer peripheral surface of the inner tube and the inner peripheral surface of the outer tube
  • a second space is formed, which is a space between the end of the inner tube and the bottom of the outer tube.
  • the casing and the exhaust manifold are connected so that the internal space of the exhaust manifold's collecting pipe and the first space communicate through an inlet, which is an opening formed on the side of the outer tube.
  • the first projection view which is a projection view in the flow direction of exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space through the inlet, the entire inlet overlaps with the inner tube.
  • a first space which is a gap between the inner circumferential surface of the outer tube and the outer circumferential surface of the inner tube
  • a second space which is a space between the bottom of the outer tube and the end of the inner tube
  • the internal space of the exhaust manifold collector pipe and the first space are connected via an inlet, which is an opening formed on the side of the outer tube. Therefore, despite being a more compact structure compared to a structure in which a separate expansion chamber is provided, the exhaust flow velocity can be effectively reduced by expanding the exhaust that flows from the internal space of the collector pipe into the inside of the casing through the inlet from the first space to the second space. As a result, the flow of exhaust into the exhaust purification member can be made uniform.
  • the device of the present invention is configured so that the entire inlet overlaps with the inner tube in the first projection view, which is a projection view of the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space through the inlet. Therefore, the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe into the first space through the inlet can be reliably collided with the outer circumferential surface of the inner tube. As a result, the influence of pulsating flow in the exhaust gas flow can be reduced, and the inflow of the exhaust gas into the exhaust gas purification member can be made more uniform.
  • the ratio of the exhaust gas that flows into the first space and then expands to surround the inner tube and then expands into the second space can be increased, so that the heat retention effect of the exhaust gas purification member held inside the inner tube and the warm-up effect during cold conditions are also improved. These effects are particularly effective when the exhaust gas purification member is an exhaust gas purification catalyst.
  • the device of the present invention can achieve improved warm-up performance and compact size while uniformly distributing exhaust gas to the exhaust purification component.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an exhaust device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention (first device).
  • 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of an exhaust gas flow in the first device illustrated in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a vertical projection (first projection) in the flow direction of exhaust gas flowing from an internal space of a collecting pipe toward a first space through an inlet in the first device illustrated in FIGS. 1 and 2 .
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of an internal structure of an exhaust gas purification device provided in a first device according to Modification 1-1.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an exhaust device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention (first device).
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a vertical projection (first projection) in the flow direction of exhaust gas flowing from an internal space of
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a first projection view in a case where two inlets are formed at different positions in the central axial direction of an exhaust purification member provided in a first device according to the modified example illustrated in FIG.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of an internal structure of an exhaust gas purification device provided in a first device according to Modification 1-2.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing several examples of vertical projections (first projections) in the flow direction of exhaust gas flowing from the internal space of a collecting pipe through an inlet toward a first space in an exhaust device (second device) for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a second device according to Modification 2-1.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of the configuration of the second device according to the modified example 2-1.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing yet another example of the configuration of the second device according to the modified example 2-1
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an exhaust device for an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention (third device).
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an exhaust device for an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention (fourth device).
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the fourth device.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an exhaust device for an internal combustion engine according to a fifth embodiment of the present invention (fifth device).
  • 1 is a schematic perspective view of an exhaust system for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention (first embodiment system);
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an exhaust system for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention (first embodiment system);
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an exhaust system for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention (
  • FIG. 2 is a schematic top view of the device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic right side view of the device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic front view of the device according to the first embodiment.
  • 1 is a schematic diagram of the first embodiment of the device when viewed from the flow direction of exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space through an inlet.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic left side view of the device according to the first embodiment.
  • 21 is a schematic diagram showing the first embodiment device cut by a plane passing through the line AA drawn in FIG. 19 and the line BB drawn in FIG. 20.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of an exhaust system for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention (second embodiment device).
  • FIG. 11 is a schematic top view of the device according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic left side view of the device according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic front view of the device according to the second embodiment.
  • 26 is a schematic diagram showing the second embodiment device cut along a plane passing through the line CC depicted in FIG. 25.
  • 13A to 13C are schematic perspective views illustrating different layouts of a portion corresponding to a collecting pipe of an exhaust manifold provided in the device of the second embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view showing an example of the configuration of a third embodiment device according to one aspect of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 29A is a schematic front view of the device of the third embodiment illustrated in FIG. 28, FIG. 29B is a schematic top view, and FIG. 29C is a schematic right side view.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view showing an example of the configuration of a third embodiment device according to another aspect of the third embodiment of the present invention. 30, (b) is a schematic top view, (c) is a schematic right side view, and (d) is a schematic cross-sectional view taken along a plane passing through the straight line A-A drawn in (a) and the central axis of the exhaust purification member provided in the third embodiment device.
  • first system an exhaust system for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention
  • first system an exhaust system for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the first device.
  • a schematic cross-sectional view of a plane passing through the central axis of the exhaust purification member and the central axis of the exhaust manifold collector pipe provided in the first device is illustrated on the left side of the drawing
  • a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the central axis of the exhaust purification member and passing through the central axis of the exhaust manifold collector pipe is illustrated on the right side of the drawing.
  • collecting pipe does not only refer to a tubular member such as a general exhaust manifold collector pipe, but also broadly includes a member that defines a space where exhaust gas flowing inside the branch pipes in the exhaust manifold is collected (joined) and integrated (details will be described later in the explanation of Example 1 of the present invention).
  • the first device 1001 illustrated in FIG. 1 is an exhaust device for an internal combustion engine, which is composed of an exhaust purification device 100 including a casing 110 and one or more exhaust purification members 120 housed inside the casing 110, and an exhaust manifold 200.
  • the casing 110 includes an inner tube 111, which is a cylindrical member that holds the exhaust purification member 120 inside, and an outer tube 112, which is a member having a bottomed cylindrical shape and whose open end is fitted onto the inner tube 111 so as to cover at least a portion of the exhaust purification member 120.
  • the specific configuration of the inner tube 111 and the outer tube 112 that constitute the casing 110 is not particularly limited, so long as it satisfies the above-mentioned requirements and can withstand the usage environment and usage conditions as an exhaust purification device.
  • the inner tube 111 and the outer tube 112 may be configured as a cylindrical member made of a metal material such as stainless steel, or may be configured by a manufacturing method in which multiple press-molded members are stacked together (the so-called "Monaka manufacturing method").
  • the size and shape, etc. of the inner tube 111 can be appropriately determined, for example, depending on the size and shape, etc. of the exhaust purification member 120 held therein.
  • the size and shape, etc. of the outer tube 112 can be appropriately determined, for example, depending on the size and shape of the inner tube 111 held therein and the size and shape of the spatial margin in the engine mounting room.
  • the exhaust purification member 120 is a member that purifies exhaust gas.
  • the exhaust purification member 120 is a member that has the function of purifying the exhaust gas by removing and/or detoxifying the specific substances as described above contained in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine (not shown).
  • Specific examples of such members include exhaust purification catalysts such as oxidation catalysts (OC), three-way catalysts (TWC), selective catalytic reduction denitration devices (SCR), and ammonia slip catalysts (ASC), as well as filters such as gasoline particulate filters (GPF) and diesel particulate filters (DPF) that collect PM.
  • OC oxidation catalysts
  • TWC three-way catalysts
  • SCR selective catalytic reduction denitration devices
  • ASC ammonia slip catalysts
  • filters such as gasoline particulate filters (GPF) and diesel particulate filters (DPF) that collect PM.
  • the first device 1001 may be equipped with a device for supplying the additive to the exhaust flow path upstream of the member that requires the additive.
  • the exhaust purification member 120 may be, for example, an electrically heated catalyst (EHC), which is a purification member equipped with a heating element that generates heat by passing electricity through a pair of electrodes to heat the exhaust purification catalyst, and/or the heating element.
  • EHC electrically heated catalyst
  • the number of exhaust purification members 120 held inside the inner cylinder 111 may be one or two or more. In the latter case, all of the multiple exhaust purification members 120 may be of the same type or different types.
  • the specific method for holding the exhaust purification member 120 inside the inner tube 111 is not particularly limited, so long as it is possible to fix the exhaust purification member 120 at a predetermined position inside the inner tube 111 and to withstand the usage environment and usage conditions as an exhaust purification device.
  • a holding member (mat) 130 which is a cushioning material made of a material that can exert a restoring force as a repulsion against compression and has sufficient heat resistance, is clamped and held between the exhaust purification member 120 and the inner tube 111, and the restoring force of the holding member 130 can hold the exhaust purification member 120 at a predetermined position inside the inner tube 111.
  • Specific examples of the method for clamping and holding the retaining member 130 between the exhaust purification member 120 and the inner tube 111 as described above and holding the exhaust purification member 120 at a predetermined position inside the inner tube 111 by the restoring force of the retaining member 130 include a method using a press-in method and a sizing method. Details of the press-in method and the sizing method are well known to those skilled in the art, so a description of them will be omitted here.
  • Specific examples of materials that may be used to form the holding member 130 include inorganic fibers such as alumina fibers and alumina-silica fibers, and inorganic fibers to which a resin is added as a binder.
  • resins used as binders include acrylic rubber, nitrile rubber, polyvinyl alcohol, and acrylic resin.
  • a first space S1 is formed, which is a gap between the outer peripheral surface of the inner cylinder 111 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 112, and a second space S2 is formed, which is a space between the end of the inner cylinder 111 and the bottom of the outer cylinder 112.
  • the casing 110 and the exhaust manifold 200 are connected so that the internal space SC of the collecting pipe of the exhaust manifold 200 and the first space S1 communicate with each other via an inlet AE, which is an opening formed on the side of the outer cylinder 112.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the exhaust flow in the first device 1001 illustrated in FIG. 1.
  • a third space S3 exists downstream (opposite the second space S2) of the exhaust purification member 120 inside the inner tube 111, but such a downstream space is not an essential component of the first device 1001.
  • FIG. 2 only some of the components of the first device 1001 are labeled with symbols in order to clearly illustrate the exhaust flow in the first device 1001. Therefore, in the following explanation, please refer to not only FIG. 2 but also FIG. 1 as necessary.
  • exhaust gas discharged from an internal combustion engine (not shown) and collected in the internal space SC of the exhaust manifold 200 via an exhaust port (not shown) in the cylinder head 210 first flows from the internal space SC into the first space S1 via the inlet AE (see thick dashed arrow F1). At least a portion of the exhaust gas that flows into the first space S1 expands to surround the inner cylinder 111 (see thick dashed arrow F2). This enhances the heat retention effect of the exhaust purification member 120 held inside the inner cylinder 111 and the warm-up effect during cold conditions. The exhaust gas then flows into the second space S2 (see thick dashed arrow F3).
  • the exhaust gas that flows into the inside of the casing 110 from the internal space SC of the collecting pipe via the inlet AE is expanded from the first space S1 to the second space S2, thereby effectively reducing the flow rate of the exhaust gas.
  • the inflow of the exhaust gas that flows from the second space S2 into the inside of the inner tube 111 and reaches the upstream end (second space S2 side) of the exhaust gas purification member 120 can be made uniform.
  • the size and shape of the internal space SC of the exhaust manifold 200 collector pipe, the inlet AE formed on the side of the outer cylinder 112, and the first space S1 and second space S2 inside the casing 110 can be determined appropriately depending on, for example, the magnitude of the effect of reducing the flow rate of the exhaust gas and/or the magnitude of the flow path resistance.
  • the first device 1001 is configured so that the entire inlet AE overlaps with the inner cylinder 111 in the first projection view, which is a projection view in the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space SC of the collecting pipe toward the first space S1 through the inlet AE.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing an example of a vertical projection (first projection) in the flow direction (arrow F1 in Figure 2) of exhaust gas flowing from the internal space SC of the collecting pipe toward the first space S1 through the inlet AE in the first device 1001 illustrated in Figures 1 and 2.
  • first projection a vertical projection
  • FIG 3 only the inlet AE and the inner tube 111 in the first projection are drawn in order to clearly illustrate the positional relationship between the inlet AE and the inner tube 111 in the first device 1001.
  • the entire inlet AE overlaps with the inner cylinder 111.
  • the exhaust gas flowing from the internal space SC of the collecting pipe of the exhaust manifold 200 through the inlet AE into the first space S1 can be reliably collided with the outer circumferential surface of the inner tube 111.
  • the first device 1001 can reduce the effect of pulsating flow in the exhaust flow, and can further uniform the inflow of exhaust gas into the exhaust purification member 120.
  • the above configuration can increase the ratio of the exhaust gas that flows into the first space S1 and then expands to surround the inner tube 111 and then expands into the second space S2, thereby improving the heat retention effect of the exhaust purification member 120 held inside the inner tube 111 and the warm-up effect during cold operation. These effects are particularly effective when the exhaust purification member 120 is an exhaust purification catalyst.
  • the internal space SC of the collecting pipe of the exhaust manifold 200 and the first space S1 are connected to each other by the inlet AE, which is one opening formed on the side surface of the external cylinder 112.
  • the number of inlets AE is not limited to one, and any number of inlets AE, which is two or more, may be formed on the side surface of the external cylinder 112.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the internal structure of the exhaust purification device provided in the first device according to the modified example 1-1.
  • FIG. 4(a) is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the central axis of the exhaust purification member and passing through the central axis of the exhaust manifold collector pipe connected to the inlet, and the branch pipe of the exhaust manifold is omitted.
  • FIG. 4(b) is a schematic view showing an example of a vertical projection (first projection) of the exhaust flow direction flowing from the internal space of the collector pipe to the first space S1 through the inlets AE1 and AE2 in the first device 1001a according to the modified example 1-1 illustrated in FIG. 4(a).
  • FIG. 4(b) as in FIG. 3, only the inlets AE1 and AE2 and the inner cylinder 111 in the first projection are drawn in order to clearly illustrate the positional relationship between the inlets AE1 and AE2 and the inner cylinder 111 in the first device 1001a.
  • two inlets AE1 and AE2 are formed on the side of the outer cylinder 112, and a collecting pipe of the exhaust manifold is connected to each of them.
  • the two collecting pipes connected to the two inlets AE1 and AE2 may be formed by branching into two pipes after all the branch pipes of the exhaust manifold are gathered (merged). Alternatively, some of the multiple branch pipes may be gathered into one collecting pipe, and the remaining branch pipes may be gathered into the other collecting pipe.
  • the inlets AE1 and AE2 in a projection (first projection) of the exhaust flow direction from the internal space of the collecting pipe toward the first space S1 via the inlets AE1 and AE2, the inlets AE1 and AE2 entirely overlap with the inner cylinder 111. Therefore, similar to the first device 1001 described above, it is possible to achieve improved warm-up performance and compact size while uniformizing the inflow of exhaust gas into the exhaust purification member.
  • two inlets AE1 and AE2 are formed at the same position in the central axial direction of the exhaust purification member (not shown).
  • the two inlets AE1 and AE2 may be formed at different positions in the central axial direction of the exhaust purification member.
  • the number of inlets formed on the side surface of the outer cylinder is not limited to one or two, and may be any number of three or more. In this case, multiple inlets may be formed at different positions in the central axial direction of the exhaust purification member.
  • the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space S1 through one inlet AE and two inlets AE1 and AE2 formed on the side surface of the outer cylinder 112 is perpendicular to the direction of the central axis of the exhaust purification member 120.
  • the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space through the inlet does not necessarily have to be perpendicular to the direction of the central axis of the exhaust purification member.
  • the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space through the inlet may be inclined at a predetermined angle with respect to the direction of the central axis of the exhaust purification member.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the internal structure of an exhaust purification device provided in the first device according to the modified example 1-2.
  • FIG. 6(a) is a schematic cross-sectional view of a plane passing through the central axis of the exhaust purification member and the central axis of the inlet, and the branch pipe of the exhaust manifold is omitted.
  • FIG. 6(b) is a schematic view showing an example of a projection (second projection) of the diameter of the exhaust purification member 120 perpendicular to the exhaust flow direction of the exhaust flow flowing from the internal space of the collecting pipe to the first space S1 through the inlet AE in the first device 1001b according to the modified example 1-2 illustrated in FIG.
  • FIG. 6(b) only the inlet AE and the inner tube 111 in the second projection are drawn for the purpose of illustrating the positional relationship between the inlet AE and the inner tube 111 in the first device 1001b in an easy-to-understand manner.
  • the angle between the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space S1 through the inlet AE and the direction of the central axis AX of the exhaust purification member 120 is not perpendicular, but is inclined at a predetermined angle ⁇ .
  • the inlet AE has an elliptical shape rather than a perfect circle, but the inlet AE entirely overlaps with the inner tube 111. Note that, although not shown, even when the exhaust gas flow direction and the direction of the central axis AX of the exhaust purification member 120 are inclined as illustrated in FIG. 6A, the inlet AE entirely overlaps with the inner tube 111 in the first projection diagram, which is a projection diagram of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space S1 through the inlet AE.
  • Second Embodiment An exhaust system for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention (hereinafter, may be referred to as a "second system”) will be described below with reference to the drawings.
  • the first device is configured so that the entire inlet overlaps with the inner tube in the first projection view, which is a projection view in the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe of the exhaust manifold toward the first space of the exhaust purification device. Therefore, the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe into the first space through the inlet can be reliably collided with the outer circumferential surface of the inner tube. As a result, the influence of pulsating flow in the exhaust gas flow can be reduced, and the inflow of the exhaust gas into the exhaust purification member can be made more uniform.
  • the above configuration can increase the ratio of the exhaust gas that flows into the first space and then expands to the second space after expanding to surround the inner tube, thereby increasing the heat retention effect of the exhaust purification member held inside the inner tube and the warm-up effect when cold.
  • the second device is the first device described above, which is an exhaust device for an internal combustion engine, characterized in that the exhaust purification member closest to the second space in the first projection view described above at least partially overlaps with the inlet.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing several examples of vertical projections (first projections) in the flow direction of exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space through the inlet in the second device, and corresponds to FIG. 3 referred to in the explanation of the first device 1001 mentioned above.
  • first projections vertical projections
  • FIG. 7 only the inlet, inner tube, and exhaust purification member in the first projection are drawn in order to clearly illustrate the positional relationship between the inlet, inner tube, and exhaust purification member in the second device.
  • the inlet AE (see black circle) entirely overlaps with both the inner tube 111 and the exhaust purification member 120.
  • the heat retention effect of the exhaust purification member 120 held inside the inner tube 111 and the warm-up effect during cold operation due to the high-temperature exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe (not shown) toward the first space through the inlet AE can be extremely effectively improved.
  • the inlet AE (see black circle) entirely overlaps with the inner tube 111, the inlet AE and the exhaust purification member 120 only partially overlap near the upstream and downstream ends of the exhaust purification member 120, respectively.
  • the heat retention effect of the exhaust purification member 120 held inside the inner tube 111 and the warm-up effect during cold operation can be more effectively improved compared to the case where the inlet AE and the exhaust purification member 120 do not overlap at all in the first projection view.
  • the exhaust purification member located most upstream can be activated more reliably and quickly. Therefore, even if multiple exhaust purification members are housed inside the inner cylinder that constitutes the casing, the exhaust purification member located downstream can be activated by the high-temperature exhaust gas discharged from the exhaust purification member located most upstream.
  • the second device it is possible to achieve improved warm-up performance and miniaturization while uniformizing the flow of exhaust gas into the exhaust purification members, and to more effectively increase the heat retention effect of the exhaust purification member held inside the inner cylinder and the warm-up effect during cold conditions.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing one example of the configuration of the second device according to the modified example 2-1.
  • FIG. 8(a) is a schematic cross-sectional view of a plane passing through the central axis of the exhaust purification member provided in the second device according to the modified example 2-1 and the central axis of the collecting pipe of the exhaust manifold.
  • FIG. 8(b) is a schematic diagram showing an example of a vertical projection (first projection) of the exhaust flow direction flowing from the internal space of the collecting pipe through the inlet AE to the first space S1 in the second device 1002a according to the modified example 2-1 illustrated in (a).
  • first projection vertical projection
  • the exhaust purification member 121 arranged on the upstream side and the exhaust purification member 122 arranged on the downstream side are held at predetermined positions inside the inner tube 111 by holding members (mats) 131 and 132, respectively. That is, the second device 1002a has two exhaust purification members 121 and 122. As illustrated in FIG. 8(b), in the second device 1002a, each of the two exhaust purification members 121 and 122 partially overlaps with the inlet AE in the first projection view. In this way, in the second device, a configuration in which an exhaust purification member other than the exhaust purification member closest to the second space S2 (i.e., the most upstream side) in the first projection view overlaps with the inlet is not excluded.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing another example of the configuration of the second device according to variant 2-1.
  • (a) and (b) of FIG. 9 correspond to (a) and (b) of FIG. 8, respectively, which were referred to in the description of the second device 1002a described above.
  • the exhaust purification member 121 arranged on the upstream side and the exhaust purification member 122 arranged on the downstream side are held at predetermined positions inside the inner tube 111 by holding members (mats) 131 and 132, respectively. That is, the second device 1002b also has two exhaust purification members 121 and 122.
  • the entire inlet AE overlaps with the most upstream exhaust purification member 121, and the downstream exhaust purification member 122 and the inlet AE do not overlap at all.
  • the inlet overlaps with the exhaust purification member closest to the second space S2 (i.e., the most upstream side) in the first projection view but does not overlap with exhaust purification members other than the exhaust purification member is not excluded.
  • the exhaust purification member 121 located most upstream in the first projection view may partially overlap with the inlet AE.
  • both the exhaust purification member 121 arranged on the upstream side and the exhaust purification member 122 arranged on the downstream side are covered not only by the inner cylinder 111 but also by the outer cylinder 112. That is, the first space S1, which is the gap between the outer peripheral surface of the inner cylinder 111 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 112, is formed not only around the exhaust purification member 121 arranged on the upstream side but also around the exhaust purification member 122 arranged on the downstream side.
  • Such a configuration is preferable from the viewpoint of increasing the heat retention effect of the exhaust purification member 122 arranged on the downstream side and the warm-up effect when cold.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing yet another example of the configuration of the second device relating to variant example 2-1.
  • (a) and (b) of FIG. 10 correspond to (a) and (b) of FIG. 9, respectively, which were referred to in the description of the second device 1002b described above.
  • the first space S1 which is the gap between the outer peripheral surface of the inner cylinder 111 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 112, is formed only around the exhaust purification member 121 arranged on the upstream side, and is not formed around the exhaust purification member 122 arranged on the downstream side.
  • the exhaust purification member closest to the second space in the first projection view is configured to at least partially overlap with the inlet.
  • the exhaust purification member located most upstream can be more reliably and quickly activated. Therefore, the exhaust purification member located downstream can be activated by the high-temperature exhaust gas discharged from the exhaust purification member located most upstream.
  • the third device is an exhaust device for an internal combustion engine, which is the first device or the second device described above, characterized in that an outlet portion having an opening formed coaxially with the inner cylinder is provided at the end portion opposite the second space of the inner cylinder.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the third device.
  • an outlet portion 140 having an opening formed coaxially with the inner cylinder 111 is provided at the end of the inner cylinder 111 opposite the second space S2.
  • the downstream opening of the outlet portion 140 is formed coaxially with the inner cylinder 111.
  • the outlet portion 140 formed coaxially with the inner cylinder 111 is provided at the end of the inner cylinder 111 opposite to the second space S2. Therefore, in the third device 1003, it is possible to achieve uniform discharge of exhaust gas from the exhaust purification member located at the most downstream side without biasing the flow of exhaust gas from the exhaust purification member located at the most downstream side adjacent to the upstream side of the outlet portion 140. As a result, the third device 1003 achieves a more uniform inflow of exhaust gas from the second space S2 to the exhaust purification member located at the most upstream side. In other words, the third device 1003 can more reliably uniformize the inflow of exhaust gas into the exhaust purification member.
  • a tapered section whose inner diameter gradually decreases from the upstream side to the downstream side may be provided between the small diameter section formed at the downstream end of the outlet section 140 and the section of the inner tube 111 that houses the exhaust purification member 120 therein.
  • the fourth device is the first device or the second device described above, and the casing further includes a second outer cylinder.
  • the second outer cylinder is a member having a shape of a bottomed cylinder, and a shape configured such that the end on the bottom side covers the end of the inner cylinder opposite to the second space, and the end on the opening side is fitted on the outer circumferential surface of the outer cylinder.
  • the second outer cylinder is a member having a container-like shape that houses the exhaust purification member, the inner cylinder, and the outer cylinder.
  • a fourth space is formed as a gap between the outer circumferential surface of the outer cylinder and the inner circumferential surface of the second outer cylinder.
  • an outlet which is an opening that communicates between the fourth space and the outside of the second outer cylinder, is formed at a predetermined position of the second outer cylinder.
  • Figures 12 and 13 are schematic cross-sectional views illustrating the configuration of the fourth device. Specifically, Figures 12 and 13 are schematic cross-sectional views taken along a plane passing through the central axis of the exhaust purification member provided in the fourth device and the central axis of the exhaust manifold collecting pipe, and each illustrates two types of configurations of the fourth device.
  • the second outer cylinder 113 provided in the fourth device 1004a illustrated in FIG. 12 has a bottomed cylindrical shape, and is configured so that the bottom end covers the end of the inner cylinder 111 opposite the second space S2, and the opening end fits externally onto the outer circumferential surface of the outer cylinder 112.
  • the second outer cylinder 113 provided in the fourth device 1004b illustrated in FIG. 13 has a container-like shape that houses the exhaust purification member 120, the inner cylinder 111, and the outer cylinder 112 inside.
  • the specific configuration of the second external cylinder 113 is not particularly limited, so long as it satisfies the above-mentioned requirements and can withstand the usage environment and conditions as an exhaust purification device.
  • the second external cylinder 113 may be configured, like the inner cylinder 111 and the outer cylinder 112, as a cylindrical member made of a metal material such as stainless steel, or may be configured by a manufacturing method in which multiple press-molded members are stacked together (the so-called "Monaka method").
  • the size and shape, etc. of the second external cylinder 113 can be determined appropriately depending on, for example, the size and shape of the external cylinder 112 held inside and the size and shape of the available space in the engine compartment.
  • a third space S3 is formed between the downstream end (opposite the second space S2) of the exhaust purification member 120 and the second external cylinder 113
  • a fourth space S4 is formed between the outer peripheral surface of the external cylinder 112 and the inner peripheral surface of the second external cylinder 113.
  • the casing 110 provided in the exhaust purification device 100 constituting the fourth device 1004a and 1004b has a triple structure consisting of an inner cylinder 111, an outer cylinder 112, and a second outer cylinder 113.
  • the fourth space in which exhaust gas having a relatively low temperature flows, covers the outside of the first space S1 or the second space S2, in which exhaust gas having a relatively high temperature flows. Therefore, it is possible to achieve effects such as reducing heat damage to other devices and/or components, etc., arranged around the fourth device 1004a and 1004b.
  • an outlet AO which is an opening that connects the fourth space S4 with the outside of the second outer cylinder 113, is formed at a predetermined position of the second outer cylinder 113. That is, in the fourth devices 1004a and 1004b, an exhaust outlet AO can be formed at a desired position by forming an opening at a desired position of the second outer cylinder 113.
  • the outlet AO is formed on the opposite side of the inlet AE with the exhaust purification member 120 sandwiched therebetween, and in the fourth device 1004b illustrated in FIG. 13, the outlet AO is formed at a position facing the end of the upstream side (second space S2 side) of the exhaust purification member 120.
  • the casing 110 further includes the second outer cylinder 113, which increases the design freedom at least for the position of the exhaust outlet AO. It is also possible to provide an opening to connect the third space S3 to the outside of the second outer cylinder 113 and use it as an outlet AO, but from the viewpoint of effectively achieving the effects of reducing the heat damage described above by allowing the exhaust gas to flow into the fourth space S4, it is preferable to form the outlet AO so that it connects the fourth space S4 to the outside of the second outer cylinder 113.
  • the fourth device further includes a second outer tube, which is a member having a bottomed cylindrical shape and a shape configured such that the bottom end covers the end of the inner tube opposite to the second space and the opening end is fitted to the outer circumferential surface of the outer tube, or a container-like shape that accommodates the exhaust purification member, the inner tube, and the outer tube.
  • a third space is formed between the downstream end of the exhaust purification member and the second outer tube, and a fourth space is formed between the outer circumferential surface of the outer tube and the inner circumferential surface of the second outer tube.
  • the casing provided in the exhaust purification device has a triple structure consisting of a tube, an outer tube, and a second outer tube, it is possible to achieve an effect such as reducing heat damage to other devices and/or components arranged around the fourth device. Furthermore, since an opening can be formed at a desired position of the second outer tube to serve as an exhaust outlet, the design freedom of the position of the exhaust outlet is increased.
  • the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention (the device of the present invention), including the first device to the fourth device, is configured so that the entire inlet overlaps with the inner cylinder in the first projection view, which is a projection view of the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space through the inlet. Therefore, it is possible to increase the ratio of the exhaust gas that flows into the first space and expands to surround the inner cylinder and then expands into the second space, thereby improving the heat retention effect of the exhaust purification member held inside the inner cylinder and the warm-up effect when cold.
  • the fifth device is an exhaust device for an internal combustion engine, which is any one of the first to fourth devices described above, characterized in that it further comprises a start catalyst, which is an exhaust purification member formed by wrapping a tangle of metal fibers carrying an exhaust purification catalyst around the outer circumferential surface of the inner tube.
  • a start catalyst which is an exhaust purification member formed by wrapping a tangle of metal fibers carrying an exhaust purification catalyst around the outer circumferential surface of the inner tube.
  • an exhaust purification catalyst suitable for removing and/or detoxifying specific substances contained in the exhaust emitted from the internal combustion engine during the period until the activation of the exhaust purification member held inside the inner cylinder is completed is appropriately selected.
  • Specific examples of such exhaust purification catalysts include, for example, a hydrocarbon trap catalyst and a NOx storage and release catalyst, but are not limited to these.
  • metal fibers constituting the complex body supporting the exhaust purification catalyst metal fibers that can withstand the usage environment of the fifth device are appropriately selected. Since the heat capacity of the complex body of metal fibers is sufficiently smaller than the heat capacity of the exhaust purification member held inside the inner cylinder, the start catalyst can be quickly heated by the exhaust flowing into the first space through the inlet.
  • the start catalyst is at least partially fixed to the outer circumferential surface of the inner cylinder by means of, for example, welding, so as not to fall off from the outer circumferential surface of the inner cylinder during use.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the fifth device. Specifically, FIG. 14 is a schematic cross-sectional view taken along a plane passing through the central axis of the exhaust purification member provided in the fifth device and the central axis of the exhaust manifold collecting pipe.
  • the fifth device 1005 illustrated in FIG. 14 has the same configuration as the exhaust device for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention (first device) described with reference to FIG. 1 to FIG. 3, except that it further includes a start catalyst 300, which is an exhaust purification member formed by wrapping a tangle of metal fibers carrying an exhaust purification catalyst (not shown) around the outer circumferential surface of the inner tube 111. Therefore, similar to the first device, exhaust gas collected in the internal space of the exhaust manifold collector pipe via the exhaust port of the internal combustion engine (not shown) flows from the internal space into the first space S1 via the inlet AE.
  • a start catalyst 300 which is an exhaust purification member formed by wrapping a tangle of metal fibers carrying an exhaust purification catalyst (not shown) around the outer circumferential surface of the inner tube 111. Therefore, similar to the first device, exhaust gas collected in the internal space of the exhaust manifold collector pipe via the exhaust port of the internal combustion engine (not shown) flows from the internal space into the first space S1 via the
  • At least a part of the exhaust gas that flows into the first space S1 spreads to surround the inner tube 111, heating the inner tube 111 itself and enhancing the heat retention effect of the exhaust purification member 120 held inside the inner tube 111 and the warm-up effect during cold operation.
  • the start catalyst 300 which is an exhaust purification member made of a tangle of metal fibers carrying an exhaust purification catalyst, is wrapped around the outer circumferential surface of the inner tube 111, so that the start catalyst 300 is quickly heated by heat conduction from the inner tube 111 heated as described above. In other words, the start catalyst 300 can be activated before the activation of the exhaust purification member 120 held inside the inner tube 111 is completed.
  • the inlet AE overlaps with the start catalyst 300 in the first projection view, which is a projection view in the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space S1 through the inlet AE, as illustrated in FIG. 14. This causes at least a portion of the exhaust gas flowing from the internal space of the collecting pipe toward the first space S1 through the inlet AE to come into direct contact with the portion of the start catalyst 300 facing the inlet AE, thereby activating the start catalyst 300 more quickly.
  • the fifth device further includes a start catalyst, which is an exhaust purification member formed by winding a tangle of metal fibers carrying an exhaust purification catalyst around the outer circumferential surface of the inner cylinder.
  • a start catalyst which is an exhaust purification member formed by winding a tangle of metal fibers carrying an exhaust purification catalyst around the outer circumferential surface of the inner cylinder. This allows the start catalyst to be activated earlier than the exhaust purification member held inside the inner cylinder. As a result, it is possible to reliably remove and/or neutralize specific substances (initial emissions) contained in the exhaust emitted from the internal combustion engine during the period until the activation of the exhaust purification member held inside the inner cylinder is completed. It goes without saying that after the activation of the exhaust purification member held inside the inner cylinder is completed, the specific substances contained in the exhaust can be removed and/or neutralized by the exhaust purification member held inside the inner cylinder.
  • the exhaust system for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as the "first embodiment system") will be described in detail below with reference to the drawings.
  • Fig. 15 is a schematic perspective view of the first embodiment device
  • Fig. 16 is a schematic top view of the first embodiment device
  • Fig. 17 is a schematic right side view of the first embodiment device
  • Fig. 18 is a schematic front view of the first embodiment device
  • Fig. 19 is a schematic view of the first embodiment device as viewed from the direction of exhaust flow from the internal space of the collecting pipe through the inlet into the first space
  • Fig. 20 is a schematic left side view of the first embodiment device.
  • the first embodiment device 1011 is an exhaust manifold-integrated exhaust purification device (exhaust treatment unit) that is integrated with the exhaust manifold (hereinafter sometimes abbreviated as "exhaust manifold") 200.
  • exhaust manifold exhaust manifold
  • Such an exhaust purification device is also called a "maniverter.”
  • the first embodiment device 1011 is attached to the side of the cylinder head of an in-line four-cylinder internal combustion engine (not shown) via the head flange of the exhaust manifold 200.
  • the type of internal combustion engine to which the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention is applied is not limited to an in-line four-cylinder type, and the device of the present invention can be applied to internal combustion engines with various numbers of cylinders and cylinder layouts, such as two-cylinder, in-line six-cylinder, and V-type six-cylinder.
  • the portion corresponding to the collecting pipe of the exhaust manifold 200 is composed of a collecting chamber 230 and a connecting pipe 240.
  • the collecting chamber 230 is a member that defines a space where exhaust gas flowing in from the four branch pipes 220 is collected (joined)
  • the connecting pipe 240 is a member that connects the collecting chamber 230 to an inlet formed in an outer cylinder that constitutes the casing 110 of the exhaust purification device 100.
  • the term "collecting pipe” in this specification does not only refer to a tubular member such as a collecting pipe of a general exhaust manifold, but broadly includes a member that defines a space where exhaust gas flowing inside the branch pipes in the exhaust manifold is collected (joined) and integrated.
  • the exhaust outlet portion from the supercharger can be regarded as the collecting pipe, and the casing and the outlet portion can be connected so that the internal space of the outlet portion communicates with the first space through an inlet, which is an opening formed on the side of the outer cylinder.
  • a so-called "4-1" layout was adopted in which all of the four branch pipes 220 were directly connected to the collecting chamber 230.
  • the layout of the portion of the exhaust manifold 200 corresponding to the collecting pipe is not limited to the above.
  • a layout in which multiple branch pipes partially merge and finally merge into one may be adopted, such as a so-called "4-2-1" layout in which two merging pipes formed by merging two of the four branch pipes 220 into one further merge into one.
  • exhaust manifold is not limited to a typical exhaust manifold connected to the outside of an internal combustion engine, but also includes, for example, a so-called “collection port” where exhaust ports from multiple cylinders join together inside an engine head, as an exhaust manifold that constitutes the device of the present invention.
  • the casing 110 comprises an inner tube, which is a cylindrical member that holds an exhaust purification member (not shown) inside, and an outer tube, which is a member having a bottomed cylindrical shape and whose open end is fitted onto the inner tube so as to cover at least a portion of the exhaust purification member.
  • the exhaust purification member has a cylindrical shape, and the inner tube and outer tube have approximately cylindrical shapes, and these three components are arranged coaxially.
  • the crankshaft of the internal combustion engine and the central axis of the exhaust purification member are arranged so as to be approximately parallel to each other.
  • the axial direction of the exhaust pipe 160 which is a member that defines a flow path that guides exhaust gas discharged from the exhaust purification device 100 to other devices located downstream, is perpendicular to the axial direction of the exhaust purification member in a plan view.
  • This type of arrangement is suitable, for example, in a front engine, front drive (FF) vehicle in which the internal combustion engine is arranged in a so-called “horizontal" layout, in which the exhaust gas is guided toward the rear of the vehicle.
  • the exhaust pipe 160 is configured to be inclined downward at a predetermined angle ( ⁇ ) with respect to the horizontal.
  • the arrangement of the exhaust purification member and exhaust pipe relative to the internal combustion engine can be determined appropriately depending on the layout of the internal combustion engine and exhaust system in the vehicle in which the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention (the device of the present invention) is mounted.
  • the direction of the crankshaft of the internal combustion engine and the axial direction of the exhaust purification member do not need to be parallel, and the angle they form may be a predetermined angle, such as a right angle.
  • the angles formed by the axial direction and horizontal direction of the exhaust purification member and the axial direction of the exhaust pipe 160 in a plan view can also be determined appropriately.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing the first embodiment device 1011 cut by a plane passing through the line A-A drawn in FIG. 19 and the line B-B drawn in FIG. 20.
  • a first space S1 which is a gap between the outer peripheral surface of the inner tube 111 and the inner peripheral surface of the outer tube 112
  • a second space S2 which is a space between the end of the inner tube 111 and the bottom of the outer tube 112 are formed.
  • the casing 110 and the exhaust manifold 200 are connected so that the internal space SC of the collecting pipe of the exhaust manifold 200 and the first space S1 communicate with each other via an inlet AE, which is an opening formed on the side of the outer tube 112.
  • the exhaust gas that flows into the inside of the casing 110 from the internal space SC of the collecting pipe via the inlet AE is expanded from the first space S1 to the second space S2, thereby effectively reducing the flow rate of the exhaust gas.
  • the inflow of the exhaust gas that flows from the second space S2 into the inside of the inner tube 111 and reaches the upstream end (first space S1 side) of the exhaust gas purification member 120 can be made uniform (the exhaust gas surface contact with the upstream end face of the exhaust gas purification member 120 can be made uniform, improving the uniformity of the exhaust gas flow rate and/or pressure).
  • the first embodiment device 1011 is configured so that the entire inlet AE overlaps with the inner cylinder 111 in the first projection view, which is a projection view in the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space SC of the collecting pipe toward the first space S1 through the inlet AE.
  • the first embodiment device 1011 as can be seen from FIG. 21, the exhaust gas flowing from the internal space SC of the collecting pipe of the exhaust manifold 200 through the inlet AE into the first space S1 can be reliably collided with the outer circumferential surface of the inner tube 111.
  • the first embodiment device 1011 can reduce the effect of pulsating flow in the exhaust gas flow, and can further uniform the inflow of exhaust gas into the exhaust gas purification member 120.
  • the exhaust gas flowing from the internal space SC of the collecting pipe of the exhaust manifold 200 through the inlet AE into the first space S1 can be reliably collided with the outer circumferential surface of the inner tube 111.
  • the first embodiment device 1011 can reduce the effect of pulsating flow in the exhaust gas flow, and can further uniform the inflow of exhaust gas into the exhaust gas purification member 120.
  • the above configuration can increase the ratio of the exhaust gas that flows into the first space S1 and then expands to the second space 112 after expanding to surround the inner tube 111, thereby improving the heat retention effect of the exhaust gas purification member 120 held inside the inner tube 111 and the warm-up effect during cold operation. These effects are particularly effective when the exhaust gas purification member 120 is an exhaust gas purification catalyst.
  • the first embodiment device can achieve improved warm-up performance and compact size while uniformly distributing exhaust gas to the exhaust purification member.
  • the first embodiment device 1011 illustrated in Figures 15 to 21 is equipped with an EGR pipe 150, but the EGR pipe is not a required component of the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention (the device of the present invention), and the inclusion of an EGR pipe is determined according to the specifications of the vehicle on which the device of the present invention is mounted.
  • FIG. 22 is a schematic perspective view of the second embodiment device
  • FIG. 23 is a schematic top view of the second embodiment device
  • FIG. 24 is a schematic left side view of the second embodiment device
  • FIG. 25 is a schematic front view of the second embodiment device.
  • FIG. 26 is a schematic view showing the second embodiment device cut by a plane passing through the straight line C-C depicted in FIG. 25.
  • the second embodiment device 1012 has a similar configuration to the first embodiment device 1011 described above, except that the angle between the direction of the crankshaft of the internal combustion engine and the axial direction of the exhaust purification member is approximately a right angle, and an outlet portion 140 having an opening formed coaxially with the inner cylinder 111 is provided at the end of the inner cylinder 111 opposite the second space S2.
  • the flow rate of the exhaust gas can be effectively reduced by expanding the exhaust gas that flows into the inside of the casing 110 from the internal space SC of the collecting pipe via the inlet AE from the first space S1 to the second space S2.
  • the inflow of the exhaust gas that flows into the inside of the inner tube 111 from the second space S2 and reaches the end of the upstream side (first space S1 side) of the exhaust purification member 120 can be made uniform (the exhaust gas surface contact with the upstream end face of the exhaust purification member 120 can be made uniform, improving the flow rate and/or pressure of the exhaust gas).
  • the exhaust gas flowing from the internal space SC of the exhaust manifold 200 through the inlet AE into the first space S1 can be reliably collided with the outer circumferential surface of the inner tube 111.
  • the second embodiment device 1012 can reduce the effect of pulsating flow in the exhaust gas flow, and can further uniformize the inflow of exhaust gas into the exhaust gas purification member 120.
  • the above configuration can increase the ratio of the exhaust gas that flows into the first space S1 and then expands to the second space S2 after expanding to surround the inner tube 111, thereby improving the heat retention effect of the exhaust gas purification member 120 held inside the inner tube 111 and the warm-up effect during cold operation. These effects are particularly effective when the exhaust gas purification member 120 is an exhaust gas purification catalyst.
  • the angle between the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space SC of the collecting pipe toward the first space S1 through the inlet AE and the axial direction of the exhaust purification member 120 does not necessarily have to be perpendicular, and may be inclined at a predetermined angle ⁇ .
  • the angle between the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space SC of the collecting pipe (collection chamber 230 and connection pipe 240) toward the first space S1 through the inlet AE and the axial direction of the exhaust purification member 120 is an obtuse angle.
  • the angle between the flow direction of the exhaust gas flowing from the internal space SC toward the first space S1 and the axial direction of the exhaust purification member 120 can also be appropriately determined according to the layout of the internal combustion engine and exhaust system in the vehicle in which the device of the present invention is installed, as long as the predetermined positional relationship between the inlet and the inner tube or the inlet and the inner tube and the exhaust purification member located at the most upstream in the first projection view is satisfied.
  • the second embodiment device 1012 like the first embodiment device 1011 described above, it is possible to improve warm-up performance and reduce size while uniformly distributing exhaust gas to the exhaust purification member.
  • the second embodiment device 1012 illustrated in Figures 22 to 26 also includes an EGR pipe 150 like the first embodiment device 1011 described above, but as described above, the EGR pipe is not an essential component of the device of the present invention, and the adoption of an EGR pipe is determined according to the specifications of the vehicle in which the device of the present invention is installed.
  • the layout of the portion of the exhaust manifold 200 that corresponds to the collecting pipe is not limited to the above, and may be a layout in which the four branch pipes 220 merge one by one in sequence to finally become one merging pipe 250, as in the second embodiment device 1012a illustrated in FIG. 27(a).
  • the merging pipe 250 also functions as the collecting chamber 230 and the connecting pipe 240.
  • a layout in which multiple branch pipes are partially merged to finally become one junction pipe may be adopted, such as a so-called "4-2-1" layout in which two of the four branch pipes 220 are merged into one, and the two junction pipes further merge into one.
  • two junction pipes 250 formed by two of the four branch pipes 220 merging into one may be connected to two inlets AE1 and AE2 formed at different positions, as in the first device 1001a or first device 1001b illustrated in FIG. 4 or FIG. 5.
  • each exhaust device for an internal combustion engine is equipped with one exhaust purification device 100.
  • the number of exhaust purification devices equipped in the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention is not limited to one, and the device of the present invention can be equipped with two or more exhaust purification devices.
  • these exhaust purification devices can be arranged in various positional relationships.
  • Fig. 28 is a schematic perspective view showing an example of the configuration of a third embodiment device according to one aspect of the third embodiment of the present invention.
  • Fig. 29 (a) is a schematic front view of the third embodiment device illustrated in Fig. 28,
  • (b) is a schematic top view
  • (c) is a schematic right side view.
  • the third embodiment device 1013a is an exhaust device for an internal combustion engine that is composed of two exhaust purification devices 101 and 102 connected in series and an exhaust manifold 200.
  • the portion of the third embodiment device 1013a from the exhaust manifold 200 to the exhaust purification device 101 arranged upstream has a similar configuration to the portion from the exhaust manifold 200 to the exhaust purification device 100 in the first embodiment device 1011 described with reference to Figures 15 to 21.
  • the exhaust purification device 101 arranged upstream is arranged so that the crankshaft of the internal combustion engine (not shown) and the central axis of the exhaust purification member are approximately parallel to each other.
  • horizontal arrangement such an arrangement of the exhaust purification device will be referred to as "horizontal arrangement”.
  • the third embodiment device 1013a has a different configuration from the first embodiment device 1011.
  • the exhaust pipe 160 which is a member that defines a flow path that guides the exhaust gas discharged from the exhaust purification device 100 to other devices located downstream, is provided so as to extend perpendicular to the axial direction of the exhaust purification member.
  • another exhaust purification device 102 is disposed downstream of the exhaust purification device 101, and a connection part 170, which is a member that defines a flow path that guides the exhaust gas discharged from the exhaust purification device 101 to the exhaust purification device 102, is provided between the exhaust purification device 101 and the exhaust purification device 102.
  • downstream exhaust purification device 102 is arranged so that the angle between the direction of the crankshaft of the internal combustion engine (not shown) and the axial direction of the exhaust purification member is approximately a right angle, unlike the upstream exhaust purification device 101.
  • this arrangement of the exhaust purification devices will be referred to as "vertical installation.” That is, in the third embodiment device 1013a, the upstream exhaust purification device 101 is arranged “horizontally", and the downstream exhaust purification device 102 is arranged "vertically”.
  • Fig. 30 is a schematic perspective view showing an example of the configuration of a third embodiment device relating to another aspect of the third embodiment of the present invention.
  • Fig. 31 (a) is a schematic front view of the third embodiment device illustrated in Fig. 30, (b) is a schematic top view, (c) is a schematic right side view, and (d) is a schematic cross-sectional view taken along a plane passing through the straight line A-A drawn in (a) and the central axis of the exhaust purification member provided in the third embodiment device.
  • the third embodiment device 1013b is also an exhaust device for an internal combustion engine, similar to the above-mentioned third embodiment device 1013a, which is composed of two exhaust purification devices 101 and 102 connected in series and an exhaust manifold 200.
  • the portion from the exhaust manifold 200 to the exhaust purification device 101 arranged upstream in the third embodiment device 1013b has a similar configuration to the portion from the exhaust manifold 200 to the exhaust purification device 100 in the second embodiment device 1012 described with reference to Figures 22 to 26.
  • the exhaust purification device 101 arranged upstream is arranged so that it is "vertically placed" in which the angle between the direction of the crankshaft of the internal combustion engine (not shown) and the axial direction of the exhaust purification member is approximately right angle.
  • the portion of the exhaust manifold 200 constituting the second embodiment device 1012 that corresponds to the collecting pipe is composed of the collecting chamber 230 and the connecting pipe 240
  • the portion of the exhaust manifold 200 constituting the third embodiment device 1013b that corresponds to the collecting pipe is composed of four branch pipes 220 that merge one by one to finally form one merging pipe 250.
  • the third embodiment device 1013b has a different configuration from the second embodiment device 1012.
  • an outlet section 140 having an opening formed coaxially with the inner tube 111 of the exhaust purification device 100 is provided downstream of the exhaust purification device 100.
  • another exhaust purification device 102 is directly connected downstream of the exhaust purification device 101, and an outlet section 140 having an opening formed coaxially with the inner tube (not shown) of the exhaust purification device 102 is provided downstream of the exhaust purification device 102.
  • the downstream exhaust purification device 102 like the upstream exhaust purification device 101, is arranged in a "vertical" orientation, where the angle between the direction of the crankshaft of the internal combustion engine (not shown) and the axis of the exhaust purification member is approximately a right angle. That is, in the third embodiment device 1013b, both the upstream exhaust purification device 101 and the downstream exhaust purification device 102 are arranged in a "vertical" orientation.
  • each exhaust purification device in the device of the present invention having two or more exhaust purification devices is not limited to the third embodiment device 1013a and 1013b described above.
  • both the upstream exhaust purification device 101 and the downstream exhaust purification device 102 may be arranged "horizontally".
  • the upstream exhaust purification device 101 may be arranged “vertically” and the downstream exhaust purification device 102 may be arranged “horizontally”.
  • the device of the present invention may have three or more exhaust purification devices, and each exhaust purification device may be configured to be arranged in any one of the group consisting of "horizontally", “vertically”, and other arrangements that are neither "horizontally” nor “vertically”.
  • the mounting position of the internal combustion engine on the vehicle is not particularly limited, and may be, for example, near the front wheels, near the rear wheels, or between the front and rear wheels.
  • the fuel used in the internal combustion engine is also not particularly limited, and may be, for example, gasoline, diesel, hydrogen, or other alternative fuels.
  • the power source of the vehicle does not necessarily have to be an internal combustion engine alone, and may be, for example, an internal combustion engine combined with an electric device (motor/generator).

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Abstract

内燃機関の側部近傍において排気マニホールドと排気浄化装置とが一体的に構成されることにより小型化を達成する内燃機関の排気装置において、排気浄化触媒を内部に保持する内筒と外筒との間の空隙へと流入する内燃機関からの排気の流入口の全体が内筒の外周面に対向するように構成する。より好ましくは、内筒の内部に保持された排気浄化触媒と流入口とが少なくとも部分的に対向するように構成する。これにより、排気浄化部材への排気の流入の均一化を促進すると共に暖機性能の向上及び小型化を達成することができる。

Description

内燃機関の排気装置
　本発明は、内燃機関の排気装置に関する。より具体的には、本発明は、排気浄化部材への排気の流入を均一化しつつ暖機性能の向上及び小型化を達成することが可能な内燃機関の排気装置に関する。
　ガソリンエンジン及びディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気には、例えば煤等からなる粒子状物質（ＰＭ）、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃焼炭化水素（ＨＣ：ＨｙｄｒｏＣａｒｂｏｎ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等の特定物質が含まれる。そこで、地球環境保護等の観点から、例えばＰＭを捕集するガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ：Ｇａｓｏｌｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）等のフィルタ並びに酸化触媒（ＯＣ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｃａｔａｌｙｓｔ）、三元触媒（ＴＷＣ：Ｔｈｒｅｅ－Ｗａｙ　Ｃａｔａｌｙｓｔ）、選択触媒還元脱硝装置（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）及びアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ：Ａｍｍｏｎｉａ　Ｓｌｉｐ　Ｃａｔａｌｙｓｔ）等の排気浄化触媒等の排気浄化部材を含む排気浄化装置を内燃機関の排気流路に介装して、これらの特定物質を除去することが広く行われている。
　昨今の車両においては、排気浄化装置の内部に複数の排気浄化部材（例えば、触媒コンバータ及びフィルタ等）が内蔵され且つ各々の排気浄化部材が大容量化（大型化）される傾向にある。このため、エンジン搭載室（エンジンコンパートメント）における限られたスペースに排気浄化装置を収容することが益々困難になってきている。そこで、当該技術分野においては、エンジン搭載室内における内燃機関の側部近傍に排気マニホールドと排気浄化装置とが一体となった排気装置（マニバータ）が配設されたレイアウトが広く採用されるようになってきている。
　例えば、特許文献１（特開２００７－１４６６８１号公報）においては、複数の排気浄化部材を内蔵する長い筒状の排気浄化装置がクランク軸に略平行に配置され且つ当該排気浄化装置の上部に排気マニホールドが一体的に配設された内燃機関の排気装置が開示されている。これによれば、排気装置の小型化によりエンジン搭載室内のスペース効率を向上させると共に横置き後方排気となるように搭載した場合におけるエンジン前後方向のクラッシャブルゾーンを確保することができるとされている。
　また、特許文献２（特許第６４４４１８３号公報）においては、上述したものと同様のレイアウトにおいて、排気浄化部材の円筒状の筐体の外周面に排気マニホールド部が巻き付けられた構成を有する内燃機関の排気集合装置が開示されている。これによれば、各排気ポートからの枝管の長さ（ブランチ長）及び枝管の集合部分から排気浄化部材の上流側端部に設けられた拡張室までの導入管の長さを大きく確保することができるので、排気脈動の有効活用と触媒担体の保温とを両立させることができるとされている。
　しかしながら、上述した従来技術においては、最も上流側にある排気浄化部材の上流側に設けられた拡張室に単一の導入管を通して排気を流入させるので、拡張室の内部において旋回流及び／又は偏在流が発生し易い。このため、当該排気浄化部材の上流側の端面に流れ込む排気の流速及び／又は圧力が均一になり難く、最も上流側にある排気浄化部材の上流側の端面に流れ込む排気の流速及び／又は圧力の一様度が低い（面当たりが均一ではない）。その結果、当該排気浄化部材による本来の排気浄化作用を十分に発揮することができないという問題がある。
　一方、特許文献３（実開昭５２－９４５１２号公報）においては、排気マニホールドの構造については開示されていないが、上記のように内燃機関の側部近傍に配置される排気浄化装置が開示されている。当該排気浄化装置においては、排気浄化触媒の上流側の端部に形成された拡張室とは反対側の端部に排気が流入され、排気浄化触媒を内部に保持する内筒と外筒との間の空隙を経由して流入口から拡張室へと排気が導かれる。この際、流入口の中心軸と外筒の中心軸との位置関係を所謂「ねじれの位置」として（軸直角視で）外筒の接線方向へ排気を導くことにより、上記空隙から拡張室へと流入する排気に旋回流を発生させ且つ維持しつつ、排気浄化触媒の上流側の端面へと排気を到達させている。
　しかしながら、上述したように、排気浄化部材による本来の排気浄化作用を十分に発揮させる観点からは、最も上流側にある排気浄化部材の上流側の端面に流れ込む排気の流速及び／又は圧力の一様度が高い（排気浄化部材の上流側の端面への排気の面当たりが均一である）ことが好ましい。従って、上記考案は、浄化前の排気による断熱層を作り排気浄化触媒の異常な温度上昇を防ぐという効果は発揮し得るものの、排気浄化部材全体としての本来の排気浄化作用の発揮には却って逆効果となってしまう。また、上記のように意図的に旋回流を発生させ且つ維持することにより、流路抵抗が大きくなる（背圧が上昇する）という問題も惹起される。
特開２００７－１４６６８１号公報 特許第６４４４１８３号公報 実開昭５２－９４５１２号公報
　前述した内容から明らかであるように、当該技術分野においては、排気浄化部材への排気の流入を均一化しつつ暖機性能の向上及び小型化を達成することが可能な内燃機関の排気装置に対する継続的な要求が存在する。
　そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、内燃機関の側部近傍において排気マニホールドと排気浄化装置とが一体的に構成されることにより小型化を達成する内燃機関の排気装置において、排気浄化触媒を内部に保持する内筒と外筒との間の空隙へと流入する内燃機関からの排気の流入口の全体が内筒の外周面に対向するように構成することにより、上記課題を解決することができることを見出した。
　具体的には、本発明に係る内燃機関の排気装置（以降、「本発明装置」と称呼される場合がある。）は、ケーシング及びケーシングの内部に収容された１つ以上の排気浄化部材を備える排気浄化装置と、排気マニホールドと、によって構成された内燃機関の排気装置である。ケーシングは、排気浄化部材を内部に保持する筒状の部材である内筒と、有底筒状の形状を有し且つ排気浄化部材の少なくとも一部を覆うように開口側の端部が内筒に外嵌する部材である外筒と、を備える。
　また、ケーシングの内部において、内筒の外周面と外筒の内周面との間の空隙である第１空間と、内筒の端部と外筒の底部との間の空間である第２空間と、が形成されている。更に、排気マニホールドの集合管の内部空間と第１空間とが外筒の側面に形成された開口部である流入口を介して連通するように、ケーシングと排気マニホールドとが接続されている。加えて、流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図において、流入口の全体が内筒と重なっている。
　上記のように、本発明装置においては、ケーシングの内部において、外筒の内周面と内筒の外周面との間の空隙である第１空間と、外筒の底部と内筒の端部との間の空間である第２空間と、が形成されている。更に、排気マニホールドの集合管の内部空間と第１空間とが外筒の側面に形成された開口部である流入口を介して連通している。従って、拡張室を別途設ける構造に比べて、よりコンパクトな構造であるにも拘わらず、流入口を介して集合管の内部空間からケーシングの内部に流入した排気を第１空間から第２空間へと拡張させることにより、排気の流速を効果的に低減することができる。その結果、排気浄化部材への排気の流入を均一化することができる。
　加えて、本発明装置は、流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図において流入口の全体が内筒と重なるように構成されている。従って、流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に流入した排気を内筒の外周面に確実に衝突させることができる。その結果、排気の流れにおける脈流による影響を低減することができ、排気浄化部材への排気の流入を更に均一化することができる。また、上記構成により、第１空間に流入した排気のうち内筒を取り囲むように拡がった後に第２空間へと拡張する排気の比率を増大させることができるので、内筒の内部に保持されている排気浄化部材の保温効果及び冷間時における暖機効果も高まる。これらの効果は、排気浄化部材が排気浄化触媒である場合に特に有効である。
　以上のように、本発明装置によれば、排気浄化部材への排気の流入を均一化しつつ暖機性能の向上及び小型化を達成することができる。
　本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
本発明の第１実施態様に係る内燃機関の排気装置（第１装置）の構成の一例を示す模式的な断面図である。 図１に例示した第１装置における排気の流れの一例を示す模式的な断面図である。 図１及び図２に例示した第１装置において流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向への垂直投影図（第１投影図）の一例を示す模式図である。 変形例１－１に係る第１装置が備える排気浄化装置の内部構造の一例を示す模式的な断面図である。 図４に例示した変形例に係る第１装置が備える排気浄化部材の中心軸方向における異なる位置に２つの流入口が形成されている場合における第１投影図の一例を示す模式図である。 変形例１－２に係る第１装置が備える排気浄化装置の内部構造の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の第２実施態様に係る内燃機関の排気装置（第２装置）において流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向への垂直投影図（第１投影図）の幾つかの例を示す模式図である。 変形例２－１に係る第２装置の構成の１つの例を示す模式図である。 変形例２－１に係る第２装置の構成のもう１つの例を示す模式図である。 変形例２－１に係る第２装置の構成の更にもう１つの例を示す模式図である。
本発明の第３実施態様に係る内燃機関の排気装置（第３装置）の構成の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の第４実施態様に係る内燃機関の排気装置（第４装置）の構成の一例を示す模式的な断面図である。 第４装置の構成の他の例を示す模式的な断面図である。 本発明の第５実施態様に係る内燃機関の排気装置（第５装置）の構成の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気装置（第１実施例装置）の模式的な斜視図である。 第１実施例装置の模式的な上面図である。 第１実施例装置の模式的な右側面図である。 第１実施例装置の模式的な正面図である。 流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向から第１実施例装置を観察した場合における模式図である。 第１実施例装置の模式的な左側面図である。 図１９に描かれた直線Ａ－Ａ及び図２０に描かれた直線Ｂ－Ｂを通る平面によって切断された第１実施例装置を示す模式図である。
本発明の第２実施例に係る内燃機関の排気装置（第２実施例装置）の模式的な斜視図である。 第２実施例装置の模式的な上面図である。 第２実施例装置の模式的な左側面図である。 第２実施例装置の模式的な正面図である。 図２５に描かれた直線Ｃ－Ｃを通る平面によって切断された第２実施例装置を示す模式図である。 第２実施例装置が備える排気マニホールドの集合管に相当する部分の異なるレイアウトを例示する模式的な斜視図である。 本発明の第３実施例の１つの態様に係る第３実施例装置の構成の一例を示す模式的な斜視図である。 （ａ）は図２８に例示した第３実施例装置の模式的な正面図であり、（ｂ）模式的な上面図であり、（ｃ）は模式的な右側面図である。 本発明の第３実施例のもう１つの態様に係る第３実施例装置の構成の一例を示す模式的な斜視図である。 （ａ）は図３０に例示した第３実施例装置の模式的な正面図であり、（ｂ）模式的な上面図であり、（ｃ）は模式的な右側面図であり、（ｄ）は（ａ）に描かれた直線Ａ－Ａ及び第３実施例装置が備える排気浄化部材の中心軸を通る平面による模式的な断面図である。
《第１実施形態》
　以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気装置（以降、「第１装置」と称呼される場合がある。）について説明する。但し、以下の説明はあくまでも例示であり、本発明は以下に説明する実施形態に限定されない。本発明は、願書に添付する明細書、特許請求の範囲及び図面に記載された技術的思想の範囲を逸脱しない限り、如何なる形態によっても実施することができる。
〈構成〉
　図１は、第１装置の構成の一例を示す模式的な断面図である。図１においては、第１装置が備える排気浄化部材の中心軸及び排気マニホールドの集合管の中心軸を通る平面による模式的な断面図が図面に向かって左側に、排気浄化部材の中心軸に垂直であり且つ排気マニホールドの集合管の中心軸を通る平面による模式的な断面図が図面に向かって右側に、それぞれ例示されている。尚、本明細書において「集合管」なる用語は、一般的な排気マニホールドの集合管のような管状の部材のみを指すものではなく、排気マニホールドにおいて分岐管の内部を流れる排気が集合（合流）して一体となる空間を画定する部材を広く包含するものである（詳しくは本発明の実施例１に関する説明において後述する）。
　図１に例示する第１装置１００１は、ケーシング１１０及びケーシング１１０の内部に収容された１つ以上の排気浄化部材１２０を備える排気浄化装置１００と、排気マニホールド２００と、によって構成された内燃機関の排気装置である。ケーシング１１０は、排気浄化部材１２０を内部に保持する筒状の部材である内筒１１１と、有底筒状の形状を有し且つ排気浄化部材１２０の少なくとも一部を覆うように開口側の端部が内筒１１１に外嵌する部材である外筒１１２と、を備える。
　ケーシング１１０を構成する内筒１１１及び外筒１１２の具体的な構成は、上述した要件を満たし且つ排気浄化装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。具体的には、内筒１１１及び外筒１１２は、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる筒状の部材によって構成されていてもよく、或いはプレス成型された複数の部材を重ね合わせる製法（所謂「モナカ製法」）によって構成されていてもよい。内筒１１１の大きさ及び形状等は、例えば、内部に保持される排気浄化部材１２０の大きさ及び形状等に応じて、適宜定めることができる。外筒１１２の大きさ及び形状等は、例えば、内部に保持される内筒１１１の大きさ及び形状並びにエンジン搭載室における空間的余裕の大きさ及び形状等に応じて、適宜定めることができる。
　排気浄化部材１２０は排気を浄化する部材である。具体的には、排気浄化部材１２０は、図示しない内燃機関から排出される排気に含まれる前述したような特定物質を除去及び／又は無害化することにより当該排気を浄化する機能を有する部材である。このような部材の具体例としては、例えば、酸化触媒（ＯＣ）、三元触媒（ＴＷＣ）、選択触媒還元脱硝装置（ＳＣＲ）及びアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）等の排気浄化触媒並びにＰＭを捕集するガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等のフィルタ等を挙げることができる。
　特定物質を除去及び／又は無害化において例えば還元剤等の添加剤を必要とする排気浄化部材１２０を第１装置１００１が備える場合は、当該添加剤を必要とする当該部材よりも上流側の排気流路に当該添加剤を供給するための装置を第１装置１００１が備えていてもよい。更に、排気浄化部材１２０は、例えば、一対の電極を介して通電することによって発熱して排気浄化触媒を加熱する発熱体を備える浄化部材である電気加熱式触媒（ＥＨＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｈｅａｔｅｄ　Ｃａｔａｌｙｓｔ）及び／又は当該発熱体であってもよい。
　内筒１１１の内部に保持される排気浄化部材１２０の数は１つであっても或いは２つ以上であってもよい。後者の場合、複数の排気浄化部材１２０の全てが同じタイプであっても或いは異なるタイプであってもよい。
　排気浄化部材１２０を内筒１１１の内部に保持するための具体的な手法は、排気浄化部材１２０を内筒１１１の内部における所定の位置にそれぞれ固定し且つ排気浄化装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。例えば、第１装置１００１においては、圧縮に対する反発としての復元力を作用することが可能であり且つ十分な耐熱性を有する材料からなる緩衝材である保持部材（マット）１３０を排気浄化部材１２０と内筒１１１との間に挟圧保持し、保持部材１３０の復元力によって排気浄化部材１２０を内筒１１１の内部における所定の位置に保持することができる。
　上記のように排気浄化部材１２０と内筒１１１との間に保持部材１３０を挟圧保持し、保持部材１３０の復元力によって排気浄化部材１２０を内筒１１１の内部における所定の位置に保持するための手法の具体例としては、例えば圧入工法及びサイジング工法等を用いる手法を挙げることができる。圧入工法及びサイジング工法の詳細については当業者に周知であるので、ここでの説明は省略する。
　尚、上記のような保持部材１３０を構成する材料の具体例としては、例えばアルミナ系繊維及びアルミナ－シリカ系繊維等の無機繊維及びこのような無機繊維にバインダとしての樹脂を加えたものを挙げることができる。バインダとして使用される樹脂の具体例としては、例えば、アクリルゴム、ニトリルゴム、ポリビニルアルコール及びアクリル樹脂等を挙げることができる。
　また、ケーシング１１０の内部において、内筒１１１の外周面と外筒１１２の内周面との間の空隙である第１空間Ｓ１と、内筒１１１の端部と外筒１１２の底部との間の空間である第２空間Ｓ２と、が形成されている。更に、排気マニホールド２００の集合管の内部空間ＳＣと第１空間Ｓ１とが外筒１１２の側面に形成された開口部である流入口ＡＥを介して連通するように、ケーシング１１０と排気マニホールド２００とが接続されている。
　図２は、図１に例示した第１装置１００１における排気の流れの一例を示す模式的な断面図である。尚、図１及び図２においては、内筒１１１の内部における排気浄化部材１２０よりも下流側（第２空間Ｓ２とは反対側）に第３空間Ｓ３が存在するが、このような下流側の空間は第１装置１００１の必須の構成要件ではない。また、図２においては、第１装置１００１における排気の流れを解り易く例示することを目的として、第１装置１００１の構成要素の一部にのみ符号が付されている。従って、以下の説明においては、図２のみならず図１もまた必要に応じて参照されたい。
　図２に例示するように、図示しない内燃機関から排出されシリンダーヘッド２１０内の図示しない排気ポートを介して排気マニホールド２００の集合管の内部空間ＳＣへと集まった排気は、先ず流入口ＡＥを介して内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に向かって流入する（太い破線の矢印Ｆ１を参照）。第１空間Ｓ１に流入した排気のうちの少なくとも一部は、内筒１１１を取り囲むように拡がる（太い破線の矢印Ｆ２を参照）。これにより、内筒１１１の内部に保持されている排気浄化部材１２０の保温効果及び冷間時における暖機効果を高めることができる。排気は、更に第２空間Ｓ２へと流入する（太い破線の矢印Ｆ３を参照）。
　上記のように流入口ＡＥを介して集合管の内部空間ＳＣからケーシング１１０の内部に流入した排気を第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２へと拡張させることにより、排気の流速を効果的に低減することができる。その結果、第２空間Ｓ２から内筒１１１の内部に流入して排気浄化部材１２０の上流側（第２空間Ｓ２側）の端部に到達する排気の流入を均一化することができる。
　尚、排気マニホールド２００の集合管の内部空間ＳＣ、外筒１１２の側面に形成された流入口ＡＥ並びにケーシング１１０の内部における第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２の大きさ及び形状等は、例えば上述した排気の流速を低減する効果の大きさ及び／又は流路抵抗の大きさ等に応じて適宜定めることができる。
　加えて、第１装置１００１は、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図において、流入口ＡＥの全体が内筒１１１と重なるように構成されている。
　図３は、図１及び図２に例示した第１装置１００１において流入口ＡＥを介して集合管の内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向（図２における矢印Ｆ１）への垂直投影図（第１投影図）の一例を示す模式図である。但し、図３においては、第１装置１００１における流入口ＡＥと内筒１１１との位置関係を解り易く例示することを目的として、第１投影図における流入口ＡＥ及び内筒１１１のみが描かれている。
　図３に例示するように、第１装置１００１においては、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図において、流入口ＡＥ（黒い円形を参照）の全体が内筒１１１と重なっている。
　従って、第１装置１００１においては、流入口ＡＥを介して排気マニホールド２００の集合管の内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に流入した排気を内筒１１１の外周面に確実に衝突させることができる。その結果、第１装置１００１によれば、排気の流れにおける脈流による影響を軽減することができ、排気浄化部材１２０への排気の流入を更に均一化することができる。また、上記構成により、第１空間Ｓ１に流入した排気のうち内筒１１１を取り囲むように拡がった後に第２空間Ｓ２へと拡張する排気の比率を増大させることができるので、内筒１１１の内部に保持されている排気浄化部材１２０の保温効果及び冷間時における暖機効果も高まる。これらの効果は、排気浄化部材１２０が排気浄化触媒である場合に特に有効である。
〈効果〉
　以上のように、第１装置によれば、排気浄化部材への排気の流入を均一化しつつ暖機性能の向上及び小型化を達成することができる。
（変形例１－１）
　上述した第１装置１００１においては、外筒１１２の側面に形成された１つの開口部である流入口ＡＥによって排気マニホールド２００の集合管の内部空間ＳＣと第１空間Ｓ１とが連通されていた。しかしながら、流入口ＡＥの数は１つに限定されるものではなく、２つ以上の任意の数の流入口ＡＥが外筒１１２の側面に形成されていてもよい。
　図４は、変形例１－１に係る第１装置が備える排気浄化装置の内部構造の一例を示す模式的な断面図である。具体的には、図４の（ａ）は、排気浄化部材の中心軸に垂直であり且つ流入口に接続された排気マニホールドの集合管の中心軸を通る平面による模式的な断面図であり、排気マニホールドの分岐管は省略されている。図４の（ｂ）は、（ａ）に例示する変形例１－１に係る第１装置１００１ａにおいて流入口ＡＥ１及びＡＥ２を介して集合管の内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向への垂直投影図（第１投影図）の一例を示す模式図である。但し、図４の（ｂ）においても、図３と同様に、第１装置１００１ａにおける流入口ＡＥ１及びＡＥ２と内筒１１１との位置関係を解り易く例示することを目的として、第１投影図における流入口ＡＥ１及びＡＥ２並びに内筒１１１のみが描かれている。
　図４の（ａ）に例示する変形例１－１に係る第１装置１００１ａにおいては、２つの流入口ＡＥ１及びＡＥ２が外筒１１２の側面に形成されており、それぞれに排気マニホールドの集合管が接続されている。尚、２つの流入口ＡＥ１及びＡＥ２に接続される２つの集合管は、排気マニホールドが備える全ての分岐管が集合（合流）した後に２つに分岐されたものであってもよい。或いは、複数の分岐管の一部が一方の集合管に集合し、残りの分岐管が他方の集合管に集合していてもよい。
　図４の（ｂ）に例示するように、変形例１－１に係る第１装置１００１ａにおいても、流入口ＡＥ１及びＡＥ２を介して集合管の内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向への投影図（第１投影図）において、流入口ＡＥ１及びＡＥ２の全体が内筒１１１と重なっている。従って、上述した第１装置１００１と同様に、排気浄化部材への排気の流入を均一化しつつ暖機性能の向上及び小型化を達成することができる。
　尚、図４に例示した第１装置１００１ａにおいては、図示しない排気浄化部材の中心軸方向における同じ位置に２つの流入口ＡＥ１及びＡＥ２が形成されていた。しかしながら、変形例１－１に係る第１装置においては、例えば図５に例示する第１装置１００１ｂにおけるように、排気浄化部材の中心軸方向における異なる位置に２つの流入口ＡＥ１及びＡＥ２が形成されていてもよい。更に、外筒の側面に形成される流入口の数は１つ又は２つに限定されず、３つ以上の任意の数であってもよく、この場合、排気浄化部材の中心軸方向における異なる位置に複数の流入口が形成されていてもよい。
（変形例１－２）
　図１乃至図３に例示した第１装置１００１並びに図４及び図５に例示した変形例１－１に係る第１装置１００１ａにおいては、外筒１１２の側面に形成された１つの流入口ＡＥ並びに２つの流入口ＡＥ１及びＡＥ２を介して集合管の内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向が排気浄化部材１２０の中心軸の方向に対して直角である。しかしながら、第１装置においては、第１投影図において流入口の全体が内筒と重なっている限り、流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向が排気浄化部材の中心軸の方向に対して必ずしも直角である必要は無い。例えば、図６に例示するように、流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向が排気浄化部材の中心軸の方向に対して所定の角度にて傾斜していてもよい。
　図６は、変形例１－２に係る第１装置が備える排気浄化装置の内部構造の一例を示す模式的な断面図である。具体的には、図６の（ａ）は、排気浄化部材の中心軸及び流入口の中心軸を通る平面による模式的な断面図であり、排気マニホールドの分岐管は省略されている。図６の（ｂ）は、（ａ）に例示する変形例１－２に係る第１装置１００１ｂにおいて流入口ＡＥを介して集合管の内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れの当該排気の流れ方向に直交する排気浄化部材１２０の直径及び排気浄化部材１２０の中心軸ＡＸを通る平面への投影図（第２投影図）の一例を示す模式図である。但し、図６の（ｂ）においては、第１装置１００１ｂにおける流入口ＡＥと内筒１１１との位置関係を解り易く例示することを目的として、第２投影図における流入口ＡＥ及び内筒１１１のみが描かれている。
　図６の（ａ）に例示するように、第１装置１００１ｂにおいては、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向と排気浄化部材１２０の中心軸ＡＸの方向とがなす角度は垂直ではなく、所定の角度θにて傾斜している。その結果、図６の（ｂ）に例示する第２投影図においては、流入口ＡＥが真円形ではなく楕円形の形状を有するが、流入口ＡＥの全体が内筒１１１と重なっている。尚、図示しないが、図６の（ａ）に例示するように排気の流れ方向と排気浄化部材１２０の中心軸ＡＸの方向とが傾斜しる場合であっても、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図においても、流入口ＡＥの全体が内筒１１１と重なっている。
《第２実施形態》
　以下、図面を参照しながら本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気装置（以降、「第２装置」と称呼される場合がある。）について説明する。
　前述したように、第１装置は、排気マニホールドの集合管の内部空間から排気浄化装置の第１空間に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図において、流入口の全体が内筒と重なるように構成されている。従って、流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に流入した排気を内筒の外周面に確実に衝突させることができる。その結果、排気の流れにおける脈流による影響を低減することができ、排気浄化部材への排気の流入を更に均一化することができる。また、上記構成により、第１空間に流入した排気のうち内筒を取り囲むように拡がった後に第２空間へと拡張する排気の比率を増大させることができるので、内筒の内部に保持されている排気浄化部材の保温効果及び冷間時における暖機効果も高まる。
　しかしながら、内筒の内部に保持されている排気浄化部材の保温効果及び冷間時における暖機効果を高める観点からは、流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に流入した排気を内筒の排気浄化部材に対向する領域に衝突させることが好ましい。また、ケーシングを構成する内筒の内部に複数の排気浄化部材が収容されている場合は、排気の流れにおいて最も上流側に位置する排気浄化部材が活性化されていれば、当該排気浄化部材から排出される高温の排気によって下流側の排気浄化部材を活性化させることができる。従って、集合管の内部空間から第１空間に流入した排気を内筒の外周面に衝突させる際には、当該排気を内筒の最も上流側に位置する排気浄化部材に対向する領域に衝突させることが好ましい。
〈構成〉
　そこで、第２装置は、前述した第１装置であって、前述した第１投影図において第２空間に最も近い排気浄化部材と流入口とが少なくとも部分的に重なっていることを特徴とする、内燃機関の排気装置である。
　図７は、第２装置において流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向への垂直投影図（第１投影図）の幾つかの例を示す模式図であり、前述した第１装置１００１に関する説明において参照した図３に対応する図面である。但し、図７においては、第２装置における流入口と内筒と排気浄化部材との位置関係を解り易く例示することを目的として、第１投影図における流入口、内筒及び排気浄化部材のみが描かれている。
　図７の（ａ）に示す例においては、流入口ＡＥ（黒い円形を参照）の全体が内筒１１１及び排気浄化部材１２０の両方と重なっている。この場合、流入口ＡＥを介して図示しない集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する高温の排気による内筒１１１の内部に保持されている排気浄化部材１２０の保温効果及び冷間時における暖機効果を極めて効果的に高めることができる。一方、図７の（ｂ）及び（ｃ）に示す例においては、流入口ＡＥ（黒い円形を参照）の全体が内筒１１１と重なっているものの、流入口ＡＥと排気浄化部材１２０とは、それぞれ排気浄化部材１２０の上流側及び下流側の端部の近傍において、部分的に重なるに留まっている。しかしながら、これらの場合においても、流入口ＡＥと排気浄化部材１２０とが第１投影図において全く重なっていない場合に比べれば、内筒１１１の内部に保持されている排気浄化部材１２０の保温効果及び冷間時における暖機効果をより効果的に高めることができる。
〈効果〉
　以上のように、第２装置においては、内筒の最も上流側に位置する排気浄化部材に対向する領域に高温の排気を衝突させることができるので、最も上流側に位置する排気浄化部材をより確実且つ迅速に活性化させることができる。従って、ケーシングを構成する内筒の内部に複数の排気浄化部材が収容されている場合においても、最も上流側に位置する排気浄化部材から排出される高温の排気によって下流側に位置する排気浄化部材を活性化させることができる。その結果、第２装置によれば、排気浄化部材への排気の流入を均一化しつつ暖機性能の向上及び小型化を達成すると共に、内筒の内部に保持されている排気浄化部材の保温効果及び冷間時における暖機効果をより効果的に高めることができる。
（変形例２－１）
　第２装置に関する上記説明においては排気浄化装置が備えるケーシングを構成する内筒の内部に１つの排気浄化部材が収容されている構成を例示した。しかしながら、前述した第１装置に関する説明において述べたように、排気浄化装置が備えるケーシングを構成する内筒の内部には２つ以上の排気浄化部材を収容することもできる。このように内筒の内部に複数の排気浄化部材が収容されている場合においても、第１投影図において第２空間に最も近い排気浄化部材と流入口とが少なくとも部分的に重なるように第２装置が構成される。
　図８は、変形例２－１に係る第２装置の構成の１つの例を示す模式図である。具体的には、図８の（ａ）は、変形例２－１に係る第２装置が備える排気浄化部材の中心軸及び排気マニホールドの集合管の中心軸を通る平面による模式的な断面図である。図８の（ｂ）は、（ａ）に例示する変形例２－１に係る第２装置１００２ａにおいて流入口ＡＥを介して集合管の内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向への垂直投影図（第１投影図）の一例を示す模式図である。図８においても、第２装置における流入口と内筒と排気浄化部材との位置関係を解り易く例示することを目的として、第１投影図における流入口、内筒及び排気浄化部材のみが描かれている。
　図８に例示する第２装置１００２ａにおいては、上流側に配設された排気浄化部材１２１及び下流側に配設された排気浄化部材１２２が保持部材（マット）１３１及び１３２によってそれぞれ内筒１１１の内部における所定の位置に保持されている。即ち、第２装置１００２ａは２つの排気浄化部材１２１及び１２２を備える。そして、図８の（ｂ）に例示するように、第２装置１００２ａにおいては、第１投影図において２つの排気浄化部材１２１及び１２２の各々と流入口ＡＥとがそれぞれ部分的に重なっている。このように、第２装置においては、第１投影図において第２空間Ｓ２に最も近い（即ち、最も上流側）の排気浄化部材以外の排気浄化部材と流入口とが重なる態様も排除されない。
　次に、図９は、変形例２－１に係る第２装置の構成のもう１つの例を示す模式図である。図９の（ａ）及び（ｂ）は、上述した第２装置１００２ａに関する説明において参照した図８の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する図面である。
　図９に例示する第２装置１００２ｂにおいても、上述した第２装置１００２ａと同様に、上流側に配設された排気浄化部材１２１及び下流側に配設された排気浄化部材１２２が保持部材（マット）１３１及び１３２によってそれぞれ内筒１１１の内部における所定の位置に保持されている。即ち、第２装置１００２ｂもまた２つの排気浄化部材１２１及び１２２を備える。しかしながら、図９の（ｂ）に例示するように、第２装置１００２ｂにおいては、第１投影図において流入口ＡＥの全体が最も上流側の排気浄化部材１２１と重なっており、下流側の排気浄化部材１２２と流入口ＡＥとは全く重なっていない。このように、第２装置においては、第１投影図において流入口が第２空間Ｓ２に最も近い（即ち、最も上流側）の排気浄化部材とは重なるものの当該排気浄化部材以外の排気浄化部材とは重ならない態様も排除されない。また、このような態様においても、図７の（ｂ）及び（ｃ）を参照しながら上述したように、第１投影図において最も上流側の排気浄化部材１２１と流入口ＡＥとが部分的に重なっていてもよい。
　尚、図８及び図９に例示した第２装置１００２ａ及び１００２ｂにおいては、上流側に配設された排気浄化部材１２１及び下流側に配設された排気浄化部材１２２の両方が、内筒１１１のみならず外筒１１２によっても覆われている。即ち、内筒１１１の外周面と外筒１１２の内周面との間の空隙である第１空間Ｓ１は、上流側に配設された排気浄化部材１２１の周囲のみならず下流側に配設された排気浄化部材１２２の周囲にも形成されている。斯かる構成は、下流側に配設された排気浄化部材１２２の保温効果及び冷間時における暖機効果を高める観点からは好ましい。
　しかしながら、例えば、エンジン搭載室における空間的余裕の大きさ及び／又は下流側に配設された排気浄化部材のタイプ等によっては、上流側に配設された排気浄化部材１２１のみを内筒１１１及び外筒１１２の両方によって覆うようにしてもよい。図１０は変形例２－１に係る第２装置の構成の更にもう１つの例を示す模式図である。図１０の（ａ）及び（ｂ）は、上述した第２装置１００２ｂに関する説明において参照した図９の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する図面である。但し、図１０に例示する第２装置１００２ｃにおいては、上流側に配設された排気浄化部材１２１のみが内筒１１１及び外筒１１２の両方によって覆われており、下流側に配設された排気浄化部材１２２は内筒１１１によっては覆われているものの外筒１１２によっては覆われていない。即ち、内筒１１１の外周面と外筒１１２の内周面との間の空隙である第１空間Ｓ１は、上流側に配設された排気浄化部材１２１の周囲のみに形成されており、下流側に配設された排気浄化部材１２２の周囲には形成されていない。このように、第２装置においては、第１投影図において第２空間Ｓ２に最も近い（即ち、最も上流側）の排気浄化部材以外の排気浄化部材が外筒によって覆われていない態様も排除されない。
　以上のように、内筒の内部に複数の排気浄化部材が収容されている変形例２－１に係る第２装置１００２ａ乃至１００２ｃにおいても、第１投影図において第２空間に最も近い排気浄化部材と流入口とが少なくとも部分的に重なるように構成される。即ち、内筒の最も上流側に位置する排気浄化部材に対向する領域に高温の排気を衝突させることができるので、最も上流側に位置する排気浄化部材をより確実且つ迅速に活性化させることができる。従って、最も上流側に位置する排気浄化部材から排出される高温の排気によって下流側に位置する排気浄化部材を活性化させることができる。その結果、排気浄化部材への排気の流入を均一化しつつ暖機性能の向上及び小型化を達成すると共に、内筒の内部に保持されている排気浄化部材の保温効果及び冷間時における暖機効果をより効果的に高めることができる。
《第３実施形態》
　以下、図面を参照しながら本発明の第３実施形態に係る内燃機関の排気装置（以降、「第３装置」と称呼される場合がある。）について説明する。
〈構成〉
　第３装置は、前述した第１装置又は第２装置であって、内筒と同軸状に形成された開口部を有する出口部が、内筒の第２空間とは反対側の端部に設けられていることを特徴とする、内燃機関の排気装置である。
　図１１は、第３装置の構成の一例を示す模式的な断面図である。図１１の（ａ）に例示するように、第３装置１００３においては、内筒１１１と同軸状に形成された開口部を有する出口部１４０が、内筒１１１の第２空間Ｓ２とは反対側の端部に設けられている。しかも、出口部１４０の下流側の開口部は、内筒１１１と同軸状に形成されている。
〈効果〉
　上記のように、第３装置１００３においては、内筒１１１の第２空間Ｓ２とは反対側の端部に、内筒１１１と同軸状に形成された出口部１４０が設けられている。従って、第３装置１００３においては、出口部１４０の上流側に隣接する最も下流側に位置する排気浄化部材からの排気の流れを偏らせること無く、最も下流側に位置する排気浄化部材からの排気の均一な排出を達成することができる。その結果、第３装置１００３によれば、第２空間Ｓ２から最も上流側に位置する排気浄化部材への排気の更なる均一な流入が達成される。即ち、第３装置１００３によれば、排気浄化部材への排気の流入をより確実に均一化することができる。
　尚、図１１の（ｂ）に例示するように、出口部１４０の下流側の端部に形成された小径部と内筒１１１の排気浄化部材１２０を内部に収容する部分との間に、上流側から下流側へと進むにつれて内径が徐々に減少する部分であるテーパー部を設けてもよい。このようにテーパー部を設けることにより、出口部１４０の上流側に隣接する最も下流側に位置する排気浄化部材からの排気の流れを偏らせること無く、最も下流側に位置する排気浄化部材からの排気の均一な排出を達成する効果をより高めることができる。
《第４実施形態》
　以下、図面を参照しながら本発明の第４実施形態に係る内燃機関の排気装置（以降、「第４装置」と称呼される場合がある。）について説明する。
〈構成〉
　第４装置は、前述した第１装置又は第２装置であって、ケーシングが第２外筒を更に備える。第２外筒は、有底筒状の形状を有し且つ内筒の第２空間とは反対側の端部を底部側の端部が覆い且つ外筒の外周面に開口側の端部が外嵌するように構成された形状を有する部材である。或いは、第２外筒は、排気浄化部材、内筒及び外筒を内部に収容する容器状の形状を有する部材である。更に、ケーシングの内部においては、外筒の外周面と第２外筒の内周面との間の空隙である第４空間が形成されている。加えて、第４空間と第２外筒の外部とを連通する開口部である流出口が第２外筒の所定の位置に形成されている。
　図１２及び図１３は、第４装置の構成を例示する模式的な断面図である。具体的には、図１２及び図１３は、第４装置が備える排気浄化部材の中心軸及び排気マニホールドの集合管の中心軸を通る平面による模式的な断面図であり、第４装置の２種類の構成をそれぞれ例示する。
　図１２に例示する第４装置１００４ａが備える第２外筒１１３は、有底筒状の形状を有し且つ内筒１１１の第２空間Ｓ２とは反対側の端部を底部側の端部が覆い且つ外筒１１２の外周面に開口側の端部が外嵌するように構成された形状を有する。一方、図１３に例示する第４装置１００４ｂが備える第２外筒１１３は、排気浄化部材１２０、内筒１１１及び外筒１１２を内部に収容する容器状の形状を有する。
　第２外筒１１３の具体的な構成は、上述した要件を満たし且つ排気浄化装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。具体的には、第２外筒１１３は、内筒１１１及び外筒１１２と同様に、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる筒状の部材によって構成されていてもよく、或いはプレス成型された複数の部材を重ね合わせる製法（所謂「モナカ製法」）によって構成されていてもよい。第２外筒１１３の大きさ及び形状等は、例えば、例えば、内部に保持される外筒１１２の大きさ及び形状並びにエンジン搭載室における空間的余裕の大きさ及び形状等に応じて、適宜定めることができる。
　何れの構成においても、ケーシング１１０の内部においては、排気浄化部材１２０の下流側（第２空間Ｓ２とは反対側）の端部と第２外筒１１３との間に第３空間Ｓ３が形成され、外筒１１２の外周面と第２外筒１１３の内周面との間に第４空間Ｓ４が形成されている。その結果、図示しない集合管の内部空間ＳＣから流入口ＡＥを介してケーシング１１０の内部に流入した排気は、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２へと拡張して減速した後に排気浄化部材１２０に流入し、排気浄化部材１２０から第３空間Ｓ３を介して第４空間Ｓ４へと流入する。
　上記により、第４装置１００４ａ及び１００４ｂを構成する排気浄化装置１００が備えるケーシング１１０の少なくとも一部は、内筒１１１、外筒１１２及び第２外筒１１３からなる三重構造を有する。斯かる三重構造を有する部分においては、相対的に高い温度を有する排気が流れる第１空間Ｓ１又は第２空間Ｓ２の外側を相対的に低い温度を有する排気が流れる第４空間が覆っている。従って、例えば第４装置１００４ａ及び１００４ｂの周囲に配設される他の装置及び／又は部材等に対する熱害の低減等の効果を達成することができる。
　加えて、第４空間Ｓ４と第２外筒１１３の外部とを連通する開口部である流出口ＡＯが第２外筒１１３の所定の位置に形成されている。即ち、第４装置１００４ａ及び１００４ｂにおいては、第２外筒１１３の所望の位置に開口部を形成することにより、所望の位置に排気の流出口ＡＯを形成することができる。例えば、図１２に例示する第４装置１００４ａにおいては排気浄化部材１２０を間に挟んだ流入口ＡＥの反対側に流出口ＡＯが形成されており、図１３に例示する第４装置１００４ｂにおいては排気浄化部材１２０の上流側（第２空間Ｓ２側）の端部に対向する位置に流出口ＡＯが形成されている。このように、第４装置１００４ａ及び１００４ｂにおいては、ケーシング１１０が第２外筒１１３を更に備えることにより、少なくとも排気の流出口ＡＯの位置についての設計上の自由度が高まる。尚、第３空間Ｓ３と第２外筒１１３の外部とを連通するように開口部を設けて流出口ＡＯとすることも可能であるが、第４空間Ｓ４に排気を流入させて上述した熱害の低減等の効果を有効に達成する観点からは、第４空間Ｓ４と第２外筒１１３の外部とを連通するように流出口ＡＯを形成することが好ましい。
〈効果〉
　上記のように、第４装置は、有底筒状の形状を有し且つ内筒の第２空間とは反対側の端部を底部側の端部が覆い且つ外筒の外周面に開口側の端部が外嵌するように構成された形状を有するか或いは排気浄化部材、内筒及び外筒を内部に収容する容器状の形状を有する部材である第２外筒を更に備える。これにより、排気浄化部材の下流側の端部と第２外筒との間に第３空間が形成され、外筒の外周面と第２外筒の内周面との間に第４空間が形成される。その結果、排気浄化装置が備えるケーシングの少なくとも一部が筒、外筒及び第２外筒からなる三重構造を有するので、第４装置の周囲に配設される他の装置及び／又は部材等に対する熱害の低減等の効果を達成することができる。更に、第２外筒の所望の位置に開口部を形成して排気の流出口とすることができるので、排気の流出口の位置についての設計上の自由度が高まる。
《第５実施形態》
　以下、図面を参照しながら本発明の第５実施形態に係る内燃機関の排気装置（以降、「第５装置」と称呼される場合がある。）について説明する。
　前述したように、第１装置乃至第４装置を始めとする本発明に係る内燃機関の排気装置（本発明装置）は、流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図において流入口の全体が内筒と重なるように構成されている。従って、第１空間に流入した排気のうち内筒を取り囲むように拡がった後に第２空間へと拡張する排気の比率を増大させることができるので、内筒の内部に保持されている排気浄化部材の保温効果及び冷間時における暖機効果が高まる。
　一方、当業者に周知であるように、比較的小さい熱容量を有する別個の排気浄化装置を主たる排気浄化装置の上流側に配設することにより主たる排気浄化装置の活性化が完了するまでの期間における排気浄化作用を担保することができる。しかしながら、このように別個の排気浄化装置を追加すると、排気装置全体としてのサイズが大きくなり、エンジン搭載室（エンジンコンパートメント）における限られたスペースに排気装置を収容することが困難となる。
〈構成〉
　そこで、第５装置は、前述した第１装置乃至第４装置の何れかであって、排気浄化触媒が担持された金属繊維の錯綜体が前記内筒の外周面に巻き付けられてなる排気浄化部材であるスタート触媒を更に備えることを特徴とする、内燃機関の排気装置である。
　スタート触媒を構成する排気浄化触媒としては、内筒の内部に保持された排気浄化部材の活性化が完了するまでの期間に内燃機関から排出される排気に含まれる特定物質の除去及び／又は無害化に好適な排気浄化触媒が適宜選択される。このような排気浄化触媒の具体例としては、例えば炭化水素トラップ触媒及びＮＯｘ貯蔵放出触媒等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、排気浄化触媒を担持する錯綜体を構成する金属繊維としては、第５装置の使用環境に耐え得る金属繊維が適宜選択される。金属繊維の錯綜体の熱容量は内筒の内部に保持された排気浄化部材の熱容量に比べて十分に小さいので、流入口を介して第１空間に流入する排気によってスタート触媒を迅速に加熱することができる。このような錯綜体の具体例としては、例えば高い熱伝導率を有する金属製のワイヤーメッシュ等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。スタート触媒は、使用中に内筒の外周面から脱落しないように、例えば溶接等の手段によって、内筒の外周面に少なくとも部分的に固定されていることが好ましい。
　図１４は、第５装置の構成を例示する模式的な断面図である。具体的には、図１４は、第５装置が備える排気浄化部材の中心軸及び排気マニホールドの集合管の中心軸を通る平面による模式的な断面図である。
　図１４に例示する第５装置１００５は、図示しない排気浄化触媒が担持された金属繊維の錯綜体が内筒１１１の外周面に巻き付けられてなる排気浄化部材であるスタート触媒３００を更に備える点を除き、図１乃至図３を参照しながら説明した本発明の第１実施態様に係る内燃機関の排気装置（第１装置）と同様の構成を有する。従って、第１装置と同様に、図示しない内燃機関の排気ポートを介して排気マニホールドの集合管の内部空間へと集まった排気は流入口ＡＥを介して内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する。第１空間Ｓ１に流入した排気のうちの少なくとも一部は、内筒１１１を取り囲むように拡がり、内筒１１１自体を加熱するとともに、内筒１１１の内部に保持されている排気浄化部材１２０の保温効果及び冷間時における暖機効果を高めることができる。
　第５装置１００５においては、上述したように排気浄化触媒が担持された金属繊維の錯綜体からなる排気浄化部材であるスタート触媒３００が内筒１１１の外周面に巻き付けられているので、上記のようにして加熱された内筒１１１からの熱伝導によりスタート触媒３００が迅速に加熱される。即ち、内筒１１１の内部に保持された排気浄化部材１２０の活性化が完了する前に、スタート触媒３００を活性化させることができる。
　尚、スタート触媒３００をより迅速に活性化させる観点からは、図１４に例示するように、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図において、流入口ＡＥの少なくとも一部がスタート触媒３００と重なっていることが好ましい。これにより、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間から第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の少なくとも一部がスタート触媒３００の流入口ＡＥに対向する部分に直接的に触れることになるので、スタート触媒３００をより迅速に活性化させることができる。
〈効果〉
　上記のように、第５装置は、排気浄化触媒が担持された金属繊維の錯綜体が前記内筒の外周面に巻き付けられてなる排気浄化部材であるスタート触媒を更に備える。これにより、内筒の内部に保持された排気浄化部材よりも早期にスタート触媒を活性化させることができる。その結果、内筒の内部に保持された排気浄化部材の活性化が完了するまでの期間に内燃機関から排出される排気に含まれる特定物質（初期エミッション）の除去及び／又は無害化を確実に行うことができる。尚、内筒の内部に保持された排気浄化部材の活性化が完了した以降は、内筒の内部に保持された排気浄化部材によって排気に含まれる特定物質の除去及び／又は無害化を行うことができることは言うまでも無い。
　本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気装置（以降、「第１実施例装置」と称呼される場合がある。）につき、図面を参照しながら、以下に詳しく説明する。
　図１５は第１実施例装置の模式的な斜視図であり、図１６は第１実施例装置の模式的な上面図であり、図１７は第１実施例装置の模式的な右側面図であり、図１８は第１実施例装置の模式的な正面図である。また、図１９は流入口を介して集合管の内部空間から第１空間に向かって流入する排気の流れ方向から第１実施例装置を観察した場合における模式図であり、図２０は第１実施例装置の模式的な左側面図である。
　図１５乃至図２０に例示するように、第１実施例装置１０１１は、排気マニホールド（以降、「エキマニ」と略称される場合がある。）２００と一体的に構成されたエキマニ一体型排気浄化装置（排気処理ユニット）である。このような排気浄化装置は「マニバータ」とも称呼される。第１実施例装置１０１１は、排気マニホールド２００のヘッドフランジを介して図示しない直列四気筒内燃機関のシリンダーヘッドの側面に取り付けられる。但し、当然のことながら、本発明に係る内燃機関の排気装置（本発明装置）が適用される内燃機関の型式は直列四気筒型に限定されるものではなく、例えば二気筒、直列六気筒及びＶ型六気筒等、様々な気筒数及び気筒レイアウトを有する内燃機関に本発明装置を適用することができる。
　また、第１実施例装置１０１１が備える排気マニホールド２００においては、排気マニホールド２００の集合管に相当する部分が集合室２３０及び接続管２４０によって構成されている。集合室２３０は４つの枝管２２０から流入する排気が集合（合流）する空間を画定する部材であり、接続管２４０は排気浄化装置１００のケーシング１１０を構成する外筒に形成された流入口と集合室２３０とを接続する部材である。尚、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気装置（第１装置）に関する説明において述べたように、本明細書において「集合管」なる用語は、一般的な排気マニホールドの集合管のような管状の部材のみを指すものではなく、排気マニホールドにおいて分岐管の内部を流れる排気が集合（合流）して一体となる空間を画定する部材を広く包含するものである。例えばターボチャージャ等の過給器等の装置を排気マニホールドの集合管の下流側に内燃機関が備える場合は、当該過給器からの排気の出口部分を集合管と見做し、当該出口部分の内部空間と第１空間とが外筒の側面に形成された開口部である流入口を介して連通するように、ケーシングと当該出口部分とが接続することができる。
　また、第１実施例装置１０１１が備える排気マニホールド２００においては、４つの枝管２２０の全てが集合室２３０に直接的に接続されてなる所謂「４－１」レイアウトが採用されていた。しかしながら、排気マニホールド２００の集合管に相当する部分のレイアウトは上記に限定されない。図示しないが、例えば４つの枝管２２０のうち２つずつがそれぞれ１つに合流して形成された２つの合流管が更に１つに合流する所謂「４－２－１」レイアウトのように、複数の枝管が部分的に合流して最終的に１つに合流するレイアウトを採用してもよい。或いは、４つの枝管２２０のうち２つずつがそれぞれ１つに合流して形成された２つの合流管が、例えば図４又は図５に例示した第１装置１００１ａ又は第１装置１００１ｂにおけるように、異なる位置に形成された２つの流入口ＡＥ１及びＡＥ２にそれぞれ接続されていてもよい。更に、本明細書において「排気マニホールド」なる用語は、内燃機関の外部に接続される一般的な排気マニホールドに限定されるものではなく、例えばエンジンヘッド内において複数の気筒からの排気ポートが合流する所謂「集合ポート」もまた本発明装置を構成する排気マニホールドに含まれる。
　前述したように、ケーシング１１０は、図示しない排気浄化部材を内部に保持する筒状の部材である内筒と、有底筒状の形状を有し且つ排気浄化部材の少なくとも一部を覆うように開口側の端部が内筒に外嵌する部材である外筒と、を備える。第１実施例装置１０１１が備える排気浄化装置１００においては、排気浄化部材は円柱状の形状を有し、内筒及び外筒は略円筒状の形状を有し、これら３つの構成部材が同軸状に配設されている。また、第１実施例装置１０１１においては、内燃機関のクランク軸と排気浄化部材の中心軸とが互いに略平行になるように配置されている。
　更に、図１６及び図１９に示すように、排気浄化装置１００から排出される排気を下流側に位置する他の装置等に導く流路を画定する部材である排出管１６０の軸方向は、平面視において、排気浄化部材の軸方向に対して垂直である。このような配置は、例えば、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車において内燃機関を所謂「横置き」に配置するレイアウトにおいて車両の後方に向かって排気を導く場合等において好適である。加えて、図１７及び図２０に示すように、排出管１６０は、水平に対して所定の角度（θ）だけ下向きに傾斜するように構成されている。
　但し、内燃機関に対する排気浄化部材及び排出管の配置は、本発明に係る内燃機関の排気装置（本発明装置）が搭載される車両における内燃機関及び排気系等のレイアウト等に応じて適宜定めることができる。例えば、内燃機関のクランク軸の方向と排気浄化部材の軸方向とが平行ではなく、両者のなす角度が例えば直角等の所定の角度であってもよい。また、平面視における排気浄化部材の軸方向及び水平方向と排出管１６０の軸方向とがそれぞれなす角度もまた適宜定めることができる。
　図２１は、図１９に描かれた直線Ａ－Ａ及び図２０に描かれた直線Ｂ－Ｂを通る平面によって切断された第１実施例装置１０１１を示す模式図である。図２１に示すように、ケーシング１１０の内部において、内筒１１１の外周面と外筒１１２の内周面との間の空隙である第１空間Ｓ１と、内筒１１１の端部と外筒１１２の底部との間の空間である第２空間Ｓ２と、が形成されている。更に、排気マニホールド２００の集合管の内部空間ＳＣと第１空間Ｓ１とが外筒１１２の側面に形成された開口部である流入口ＡＥを介して連通するように、ケーシング１１０と排気マニホールド２００とが接続されている。
　上記構成により、第１実施例装置１０１１においては、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間ＳＣからケーシング１１０の内部に流入した排気を第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２へと拡張させることにより、排気の流速を効果的に低減することができる。その結果、第２空間Ｓ２から内筒１１１の内部に流入して排気浄化部材１２０の上流側（第１空間Ｓ１側）の端部に到達する排気の流入を均一化する（排気浄化部材１２０の上流側の端面への排気の面当たりを均一化して排気の流速及び／又は圧力の一様度を向上させる）ことができる。
　加えて、第１実施例装置１０１１は、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図において、流入口ＡＥの全体が内筒１１１と重なるように構成されている。
　従って、第１実施例装置１０１１においては、図２１から判るように、流入口ＡＥを介して排気マニホールド２００の集合管の内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に流入した排気を内筒１１１の外周面に確実に衝突させることができる。その結果、第１実施例装置１０１１によれば、排気の流れにおける脈流による影響を軽減することができ、排気浄化部材１２０への排気の流入を更に均一化することができる。また、上記構成により、図２を参照しながら説明したように、第１空間Ｓ１に流入した排気のうち内筒１１１を取り囲むように拡がった後に第２空間１１２へと拡張する排気の比率を増大させることができるので、内筒１１１の内部に保持されている排気浄化部材１２０の保温効果及び冷間時における暖機効果も高まる。これらの効果は、排気浄化部材１２０が排気浄化触媒である場合に特に有効である。
　以上のように、第１実施例装置によれば、排気浄化部材への排気の流入を均一化しつつ暖機性能の向上及び小型化を達成することができる。尚、図１５乃至図２１に例示した第１実施例装置１０１１はＥＧＲ管１５０を備えるが、本発明に係る内燃機関の排気装置（本発明装置）においてＥＧＲ管は必須の構成要素ではなく、ＥＧＲ管の採否は本発明装置が搭載される車両の仕様に応じて定められるものである。
　次に、本発明の第２実施例に係る内燃機関の排気装置（以降、「第２実施例装置」と称呼される場合がある。）につき、図面を参照しながら、以下に詳しく説明する。
　図２２は第２実施例装置の模式的な斜視図であり、図２３は第２実施例装置の模式的な上面図であり、図２４は第２実施例装置の模式的な左側面図であり、図２５は第２実施例装置の模式的な正面図である。更に、図２６は、図２５に描かれた直線Ｃ－Ｃを通る平面によって切断された第２実施例装置を示す模式図である。
　図２２乃至図２６に例示するように、第２実施例装置１０１２は、内燃機関のクランク軸の方向と排気浄化部材の軸方向とがなす角度が略直角である点及び内筒１１１と同軸状に形成された開口部を有する出口部１４０が、内筒１１１の第２空間Ｓ２とは反対側の端部に設けられている点を除き、上述した第１実施例装置１０１１と同様の構成を有する。
　従って、第２実施例装置１０１２においても、上述した第１実施例装置１０１１と同様に、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間ＳＣからケーシング１１０の内部に流入した排気を第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２へと拡張させることにより、排気の流速を効果的に低減することができる。その結果、第２空間Ｓ２から内筒１１１の内部に流入して排気浄化部材１２０の上流側（第１空間Ｓ１側）の端部に到達する排気の流入を均一化する（排気浄化部材１２０の上流側の端面への排気の面当たりを均一化して一排気の流速及び／又は圧力の様度を向上させる）ことができる。
　また、図２６から判るように、第２実施例装置１０１２においては、流入口ＡＥを介して排気マニホールド２００の集合管の内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に流入した排気を内筒１１１の外周面に確実に衝突させることができる。その結果、第２実施例装置１０１２によれば、排気の流れにおける脈流による影響を軽減することができ、排気浄化部材１２０への排気の流入を更に均一化することができる。また、上記構成により、図２を参照しながら説明したように、第１空間Ｓ１に流入した排気のうち内筒１１１を取り囲むように拡がった後に第２空間Ｓ２へと拡張する排気の比率を増大させることができるので、内筒１１１の内部に保持されている排気浄化部材１２０の保温効果及び冷間時における暖機効果も高まる。これらの効果は、排気浄化部材１２０が排気浄化触媒である場合に特に有効である。
　尚、本発明の第１実施形態の変形例１－２に関する説明において図６を参照しながら述べたように、流入口ＡＥを介して集合管の内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向と排気浄化部材１２０の軸方向とがなす角度は必ずしも垂直である必要は無く、所定の角度θにて傾斜していてもよい。図２４及び図２６に示すように、第２実施例装置１０１２においては、上述した第１実施例装置１０１１とは異なり、流入口ＡＥを介して集合管（集合室２３０及び接続管２４０）の内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向と排気浄化部材１２０の軸方向とがなす角度が鈍角となっている。このように、内部空間ＳＣから第１空間Ｓ１に向かって流入する排気の流れ方向と排気浄化部材１２０の軸方向とがなす角度もまた、第１投影図における流入口と内筒又は流入口と内筒及び最上流に位置する排気浄化部材との所定の位置関係が満足される限りにおいて、本発明装置が搭載される車両における内燃機関及び排気系等のレイアウト等に応じて適宜定めることができる。
　以上のように、第２実施例装置１０１２においても、上述した第１実施例装置１０１１と同様に、排気浄化部材への排気の流入を均一化しつつ暖機性能の向上及び小型化を達成することができる。尚、図２２乃至図２６に例示した第２実施例装置１０１２もまた上述した第１実施例装置１０１１と同様にＥＧＲ管１５０を備えるが、前述したように、本発明装置においてＥＧＲ管は必須の構成要素ではなく、ＥＧＲ管の採否は本発明装置が搭載される車両の仕様に応じて定められるものである。
　また、第２実施例装置１０１２が備える排気マニホールド２００においても、前述した第１実施例装置１０１１と同様に、４つの枝管２２０の全てが集合室２３０に直接的に接続されてなる所謂「４－１」レイアウトが採用されていた。しかしながら、排気マニホールド２００の集合管に相当する部分のレイアウトは上記に限定されず、例えば図２７の（ａ）に例示する第２実施例装置１０１２ａにおけるように、４つの枝管２２０が１つずつ逐次的に合流して最終的に１つの合流管２５０となるレイアウトであってもよい。この場合、合流管２５０は、集合室２３０及び接続管２４０の機能をも担うこととなる。
　また、図示しないが、例えば４つの枝管２２０のうち２つずつがそれぞれ１つに合流して形成された２つの合流管が更に１つに合流する所謂「４－２－１」レイアウトのように、複数の枝管が部分的に合流して最終的に１つの合流管となるレイアウトを採用してもよい。或いは、例えば図２７の（ｂ）に例示する第２実施例装置１０１２ｂにおけるように、４つの枝管２２０のうち２つずつがそれぞれ１つに合流して形成された２つの合流管２５０が、例えば図４又は図５に例示した第１装置１００１ａ又は第１装置１００１ｂにおけるように、異なる位置に形成された２つの流入口ＡＥ１及びＡＥ２にそれぞれ接続されていてもよい。
　前述した本発明の第１実施例乃至第４実施例に係る内燃機関の排気装置（第１装置乃至第４装置）並びに本発明の第１実施例及び第２実施例に係る内燃機関の排気装置（第１実施例装置及び第２実施例装置）に関する説明においては、各々の内燃機関の排気装置が１つの排気浄化装置１００を備える場合について述べた。しかしながら、本発明に係る内燃機関の排気装置（本発明装置）が備える排気浄化装置の数は１つに限定されるものではなく、本発明装置は２つ以上の排気浄化装置を備えることができる。また、本発明装置が２つ以上の排気浄化装置を備える場合、これらの排気浄化装置を様々な位置関係に配設することができる。
　そこで、本発明の第３実施例に係る内燃機関の排気装置（以降、「第３実施例装置」と称呼される場合がある。）の幾つかの具体例につき、図面を参照しながら、以下に詳しく説明する。
　図２８は本発明の第３実施例の１つの態様に係る第３実施例装置の構成の一例を示す模式的な斜視図である。また、図２９の（ａ）は図２８に例示した第３実施例装置の模式的な正面図であり、（ｂ）模式的な上面図であり、（ｃ）は模式的な右側面図である。
　図２８及び図２９に例示するように、第３実施例装置１０１３ａは、直列に接続された２つの排気浄化装置１０１及び１０２と排気マニホールド２００とによって構成された内燃機関の排気装置である。第３実施例装置１０１３ａにおける排気マニホールド２００から上流側に配設された排気浄化装置１０１に至る部分は、図１５乃至図２１を参照しながら説明した第１実施例装置１０１１における排気マニホールド２００から排気浄化装置１００に至る部分と同様の構成を有する。即ち、上流側に配設された排気浄化装置１０１は、図示しない内燃機関のクランク軸と排気浄化部材の中心軸とが互いに略平行になるように配置されている。以降、このような排気浄化装置の配置を「横置き」と称呼する。
　一方、排気浄化装置１０１よりも下流側の部分においては、第３実施例装置１０１３ａは第１実施例装置１０１１とは異なる構成を有する。第１実施例装置１０１１においては、排気浄化装置１００から排出される排気を下流側に位置する他の装置等に導く流路を画定する部材である排出管１６０が排気浄化部材の軸方向に対して垂直に延在するように設けられていた。これに対し、第３実施例装置１０１３ａにおいては、排気浄化装置１０１の下流側にもう１つの排気浄化装置１０２が配設されており、排気浄化装置１０１から排出される排気を排気浄化装置１０２に導く流路を画定する部材である接続部１７０が排気浄化装置１０１と排気浄化装置１０２との間に設けられている。
　尚、下流側の排気浄化装置１０２は、上流側の排気浄化装置１０１とは異なり、図示しない内燃機関のクランク軸の方向と排気浄化部材の軸方向とがなす角度が略直角となるように配置されている。以降、このような排気浄化装置の配置を「縦置き」と称呼する。即ち、第３実施例装置１０１３ａにおいては、上流側の排気浄化装置１０１は「横置き」に配置されており、下流側の排気浄化装置１０２は「縦置き」に配置されている。
　次に、図３０は本発明の第３実施例のもう１つの態様に係る第３実施例装置の構成の一例を示す模式的な斜視図である。また、図３１の（ａ）は図３０に例示した第３実施例装置の模式的な正面図であり、（ｂ）模式的な上面図であり、（ｃ）は模式的な右側面図であり、（ｄ）は（ａ）に描かれた直線Ａ－Ａ及び第３実施例装置が備える排気浄化部材の中心軸を通る平面による模式的な断面図である。
　図３０及び図３１に例示するように、第３実施例装置１０１３ｂもまた、上述した第３実施例装置１０１３ａと同様に、直列に接続された２つの排気浄化装置１０１及び１０２と排気マニホールド２００とによって構成された内燃機関の排気装置である。但し、第３実施例装置１０１３ｂにおける排気マニホールド２００から上流側に配設された排気浄化装置１０１に至る部分は、第３実施例装置１０１３ａとは異なり、図２２乃至図２６を参照しながら説明した第２実施例装置１０１２における排気マニホールド２００から排気浄化装置１００に至る部分と同様の構成を有する。即ち、上流側に配設された排気浄化装置１０１は、図示しない内燃機関のクランク軸の方向と排気浄化部材の軸方向とがなす角度が略直角である「縦置き」となるように配置されている。
　但し、前述したように第２実施例装置１０１２を構成する排気マニホールド２００の集合管に相当する部分は集合室２３０及び接続管２４０によって構成されているのに対し、第３実施例装置１０１３ｂを構成する排気マニホールド２００の集合管に相当する部分は４つの枝管２２０が１つずつ逐次的に合流して最終的に１つの合流管２５０となるように構成されている。
　一方、排気浄化装置１０１よりも下流側の部分においては、第３実施例装置１０１３ｂは第２実施例装置１０１２とは異なる構成を有する。第２実施例装置１０１２においては、排気浄化装置１００の内筒１１１と同軸状に形成された開口部を有する出口部１４０が排気浄化装置１００の下流側に設けられていた。これに対し、第３実施例装置１０１３ｂにおいては、排気浄化装置１０１の下流側にもう１つの排気浄化装置１０２が直接的に接続されており、排気浄化装置１０２の図示しない内筒と同軸状に形成された開口部を有する出口部１４０が排気浄化装置１０２の下流側に設けられている。
　尚、下流側の排気浄化装置１０２は、上流側の排気浄化装置１０１と同様に、図示しない内燃機関のクランク軸の方向と排気浄化部材の軸向とがなす角度が略直角である「縦置き」となるように配置されている。即ち、第３実施例装置１０１３ｂにおいては、上流側の排気浄化装置１０１及び下流側の排気浄化装置１０２が何れも「縦置き」に配置されている。
　但し、２つ以上の排気浄化装置を備える本発明装置における各排気浄化装置の配置は、上述した第３実施例装置１０１３ａ及び１０１３ｂに限定されるものではない。図示しないが、例えば、上流側の排気浄化装置１０１及び下流側の排気浄化装置１０２が何れも「横置き」に配置されていてもよい。或いは、上流側の排気浄化装置１０１が「縦置き」に配置され、下流側の排気浄化装置１０２が「横置き」に配置されていてもよい。更には、本発明装置が３つ以上の排気浄化装置を備えていてもよく、個々の排気浄化装置が「横置き」、「縦置き」、及び「横置き」でも「縦置き」でもない他の配置からなる群より選ばれる何れかの配置となるように構成されていてもよい。
　以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例並びに実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例並びに実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
　尚、本発明に係る内燃機関の排気装置が車両に搭載される内燃機関に適用される場合、当該内燃機関の当該車両における搭載位置は特に限定されず、例えば前輪付近、後輪付近又は前輪と後輪との間の何れであってもよい。また、当該内燃機関において使用される燃料もまた特に限定されず、例えばガソリン、軽油、水素又はその他の代替燃料であってもよい。更に、当該車両の動力源は必ずしも内燃機関単独である必要は無く、例えば電機装置（モーター／ジェネレータ）と組み合わされた内燃機関であってもよい。
　１００１，１００１ａ，１００１ｂ，１００２ａ，１００２ｂ，１００２ｃ，１００３，１００４ａ，１００４ｂ，１００５，１０１１，１０１２，１０１３ａ，１０１３ｂ…内燃機関の排気装置
　１００…排気浄化装置
　　１１０…ケーシング
　　　１１１…内筒
　　　１１２…外筒
　　　１１３…第２外筒
　　１２０，１２１，１２２…排気浄化部材
　　１３０、１３１，１３２…保持部材
　　１４０…出口部
　　１５０…ＥＧＲ管
　　１６０…排出管
　　１７０…接続部
　２００…排気マニホールド
　　２１０…シリンダーヘッド
　　２２０…枝管
　　２３０…集合室
　　２４０…接続管
　　２５０…合流管
　３００…スタート触媒
　ＳＣ…排気マニホールドの集合管の内部空間
　Ｓ１…第１空間
　Ｓ２…第２空間
　Ｓ３…第３空間
　Ｓ４…第４空間
　ＡＥ，ＡＥ１，ＡＥ２…流入口
　ＡＯ…流出口
　Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３…排気の流れ

Claims (5)

  1. 　ケーシング及び前記ケーシングの内部に収容された１つ以上の排気浄化部材を備える排気浄化装置と、排気マニホールドと、によって構成された内燃機関の排気装置であって、
    　前記ケーシングは、前記排気浄化部材を内部に保持する筒状の部材である内筒と、有底筒状の形状を有し且つ前記排気浄化部材の少なくとも一部を覆うように開口側の端部が前記内筒に外嵌する部材である外筒と、を備え、
    　前記ケーシングの内部において、
    　　前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との間の空隙である第１空間と、
    　　前記内筒の端部と前記外筒の底部との間の空間である第２空間と、
    が形成されており、
    　前記排気マニホールドの集合管の内部空間と前記第１空間とが前記外筒の側面に形成された開口部である流入口を介して連通するように、前記ケーシングと前記排気マニホールドとが接続されており、
    　前記流入口を介して前記集合管の前記内部空間から前記第１空間に向かって流入する排気の流れ方向への投影図である第１投影図において、前記流入口の全体が前記内筒と重なっている、
    ことを特徴とする、内燃機関の排気装置。
  2. 　請求項１に記載された内燃機関の排気装置であって、
    　前記第１投影図において、前記第２空間に最も近い前記排気浄化部材と前記流入口とが少なくとも部分的に重なっている、
    ことを特徴とする、内燃機関の排気装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載された内燃機関の排気装置であって、
    　前記内筒と同軸状に形成された開口部を有する出口部が、前記内筒の前記第２空間とは反対側の端部に設けられている、
    ことを特徴とする、内燃機関の排気装置。
  4. 　請求項１又は請求項２に記載された内燃機関の排気装置であって、
    　前記ケーシングが、有底筒状の形状を有し且つ前記内筒の前記第２空間とは反対側の端部を底部側の端部が覆い且つ前記外筒の外周面に開口側の端部が外嵌するように構成された形状を有する部材であるか、或いは、前記排気浄化部材、前記内筒及び前記外筒を内部に収容する容器状の形状を有する部材である第２外筒を更に備え、
    　前記ケーシングの内部において、前記外筒の外周面と前記第２外筒の内周面との間の空隙である第４空間が形成されており、
    　前記第４空間と前記第２外筒の外部とを連通する開口部である流出口が前記第２外筒の所定の位置に形成されている、
    ことを特徴とする、内燃機関の排気装置。
  5. 　請求項１又は請求項２に記載された内燃機関の排気装置であって、
    　排気浄化触媒が担持された金属繊維の錯綜体が前記内筒の外周面に巻き付けられてなる排気浄化部材であるスタート触媒を更に備える、
    ことを特徴とする、内燃機関の排気装置。
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JPS5294512U (ja) * 1976-12-02 1977-07-15
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WO2013069115A1 (ja) * 2011-11-09 2013-05-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

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