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JP7694545B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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JP7694545B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するもので、更に詳細には、複数の気筒に連通する排気通路を備えたエンジンの直近に触媒コンバータが付設された内燃機関の排気浄化装置に関する。
この種の内燃機関の排気浄化装置において、エンジンの直近に配置される触媒コンバータを、気筒列方向の中央部位から大きくオフセットして配置せざるを得ない場合がある。このようにエンジンの直近に配置される触媒コンバータが大きくオフセットされていても、排気ガスを触媒コンバータにバランスよく導入する技術として特許文献１が開示されている。
特許文献１には、気筒配列に沿って並んだ状態の複数の第１排気通路、第２排気通路、第３排気通路及び第４排気通路の各々を流れる排気ガス流は、それぞれ第１排気通路と第２排気通路の間に配置された集合部に設けられた旋回構造により、触媒コンバータに向けて旋回誘導される技術が開示されている。
特許文献１によれば、触媒コンバータが大きくオフセットして配置されていても、排気ガスを触媒コンバータにバランスよく導入することができる。
特開２０１４－２１１１１１号公報
しかしながら、特許文献１においては、旋回流の発生により管外側に流れが偏るため、触媒中央部を有効活用できない懸念がある。また、特許文献１においては、集合部は第１排気通路と第２排気通路との間に配置されているので、第１排気通路と第２排気通路を流れる排気ガスの流速が速く、触媒内に留まる時間が短くなってしまう。したがって、浄化能力確保のために触媒を大きくする必要があるが、排気浄化システム全体としては圧力損失が増加する懸念がある。
この発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、触媒を大きくすることなく、浄化特性の向上が図れる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、第１の発明は、複数の気筒、及び前記複数の気筒に連通する１又は複数の排気通路を備えたエンジンに触媒コンバータが付設された内燃機関の排気浄化装置であって、前記１又は複数の排気通路の下流側に接続する合流部において、前記１又は複数の排気通路の下流側端部が前記合流部内に突出する突出部が形成されることにより前記合流部内に流入する排気ガスの主流の噴流を促す拡散部が設けられており、且つ、前記１又は複数の排気通路に設けられた排気ガスの流入口と対向する前記合流部の内壁に、前記流入口から前記合流部内に直線的に流入する排気ガスの主流を衝突させて３次元的に分散させる分散面が形成されており、更に、前記１又は複数の排気通路が屈曲部を介して前記合流部に接続され、前記屈曲部の外側壁に沿う軸と、前記合流部の前記分散面とが略直交していることを特徴とするものである。
このように構成することにより、各気筒からの排気通路が合流する合流部において、合流部に流入する排気ガスの主流の噴流により、排気通路の壁側に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込むことで、流れを拡散させることができる。これと共に、各気筒からの排気通路が合流する合流部において、合流部内に流入する排気ガスの主流が流入口と対向する合流部の内壁に衝突して流れを、衝突部に対して３次元的に分散させることができる。これらにより、排気ガスの流速が低下し、触媒方向の流れを低減することができる。
加えて、この発明において、前記合流部における前記複数の排気通路から前記合流部内に流入する排気ガスの主流が交わる部位に、排気ガスセンサが設けられているのが好ましい。
このように構成することにより、各気筒から排出される排気ガスの流速が速い状態で排気ガスセンサに衝突するため、センサ応答性を確保することができる。
この発明によれば、各気筒に連通する排気通路の下流側に接続する合流部において、排気ガスの主流を拡散及び分散させて流速を低下させ、触媒を通過する流速を低減できるため、触媒を大きくすることなく、浄化特性の向上が図れる。
この発明に係る排気浄化装置の第１実施形態を示す概略平面図（ａ）及び（ａ）のＩ部拡大断面図（ｂ）である。 第１実施形態の排気浄化装置の概略側面図である。 第１実施形態の排気浄化装置における第１気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 第１実施形態の排気浄化装置における第２気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 第１実施形態の排気浄化装置における第３気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 第１実施形態の排気浄化装置における第４気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 第１実施形態の排気浄化装置における排気ガスの流れを示す概略側面図である。 第１実施形態の排気浄化装置における分散面を変形した排気ガスの流れを示す概略側面図である。 この発明に係る排気浄化装置の第２実施形態を示す概略平面図である。 第２実施形態の排気浄化装置の概略側面図である。 第２実施形態の排気浄化装置における第１気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 第２実施形態の排気浄化装置における第２気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 第２実施形態の排気浄化装置における第３気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 第２実施形態の排気浄化装置における第４気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 この発明に係る排気浄化装置の第３実施形態を示す概略平面図である。 第３実施形態の排気浄化装置における第１～第３気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 第３実施形態の排気浄化装置における第４気筒の排気ガスの流れを示す概略平面図である。 この発明に係る排気浄化装置の第４実施形態を示す概略平面図である。 第４実施形態の排気浄化装置の概略側面図である。 第４実施形態の排気浄化装置における排気ガスの流れを示す概略平面図である。 第４実施形態の排気浄化装置における排気ガスの流れを示す概略側面図である。 第４実施形態の排気浄化装置の変形例を示す概略側面図である。 この発明に係る排気浄化装置の第５実施形態を示す概略斜視図である。 第５実施形態の排気浄化装置の概略側面図である。 第５実施形態の排気浄化装置の概略正面図である。 第５実施形態の排気浄化装置における排気ガスの流れを示す概略側面図である。 第５実施形態の排気浄化装置における排気ガスの流れを示す概略正面図である。
以下に、この発明を実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
ここでは、直列気筒のエンジンを備えた内燃機関の排気浄化装置について説明する。
＜第１実施形態＞
この発明に係る内燃機関の排気浄化装置１は、図１及び図２に示すように、エンジン２のシリンダヘッド３に設けられた複数すなわち直列の第１～第４の気筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ（以下に、第１～第４気筒１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄという）に連通する第１～第４の排気管からなる排気通路２０ａ～２０ｄの下流側に合流部３０が接続され、合流部３０の下方の下流側に触媒コンバータ４０が接続されている。
エンジン２は、シリンダヘッド３に設けられた各気筒１０ａ～１０ｄに連通し、各気筒１０ａ～１０ｄで発生する排気ガスを導出する第１～第４の排気ポート１１ａ～１１ｄの一端が水平方向に開口している。なお、気筒列は、図１において、上端側から下端側に向かって順に第１気筒１０ａ，第２気筒１０ｂ，第３気筒１０ｃ及び第４気筒１０ｄによって構成されている。これら第１～第４気筒１０ａ～１０ｄの各々に第１～第４の排気ポート１１ａ～１１ｄが対応している。
第１～第４気筒１０ａ～１０ｄでは、例えば、第１気筒１０ａ、第３気筒１０ｃ、第４気筒１０ｄ、第２気筒１０ｂの順にタイミングをずらしながら繰り返し燃焼が行われる。したがって、第１～第４の排気ポート１１ａ～１１ｄの各排気ポート１１ａ～１１ｄからは、タイミングをずらしながら別々に排気ガスが連続して排出される。
第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄの各々は、上流側の端部が、シリンダヘッド３に固定される取付フランジ２２に接続されており、対応する第１～第４気筒１０ａ～１０ｄに第１～第４の排気ポート１１ａ～１１ｄを介して連通している。第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄは、気筒列に沿って横に一定の間隔をおいて並んでエンジン２から離れる後方に延在している。これら第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄの下流側の端部は、合流部３０に接続され、互いに連通している。なお、合流部３０は、シリンダヘッド３に対して第１～第４の排気ポート１１ａ～１１ｄの中間の位置に配置されている。
第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄのうち、第１の排気通路１１ａと第４の排気通路１１ｄは、シリンダヘッド３の中間と合流部３０の中心部とを結ぶ仮想線（図示せず）に対して対称に配置されており、それぞれ、シリンダヘッド３からエンジンの後方に伸びる直線状部の先端側が屈曲部２１を介して合流部３０に向かって傾斜した状態で接続されている。なお、第１の排気通路２０ａの下流側端部と第４の排気通路１１ｄの下流側端部は合流部３０内に突出して後述する拡散部３２を形成している。
第２の排気通路２０ｂと第３の排気通路２０ｃは、シリンダヘッド３の中間と合流部３０の中心部とを結ぶ仮想線（図示せず）に対して対称に配置されており、エンジン２の後方に向かってやや屈曲して合流部３０に接続されている。
合流部３０には、第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄの各々が接続される流入口３１が設けられており、流入口３１に接続される第１の排気通路１１ａの端部と第４の排気通路１１ｄの端部とが合流部３０内に突出されることで、合流部３０に流入する排気ガスの主流の噴流を促す拡散部３２が形成されている（図１（ｂ）参照）。このように拡散部３２を形成することにより、第１の排気通路１１ａと第４の排気通路１１ｄとから合流部３０に流入する排気ガスの主流の噴流により、第１の排気通路１１ａと第４の排気通路１１ｄとの壁側に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込むことで、流れを拡散させることができる。これにより、排気ガスの流速が低下し、触媒コンバータ４０の触媒方向への流れを低減することができる。
合流部３０において、第１の排気通路１１ａと第４の排気通路２０ｄを接続する流入口３１と対向する合流部３０の内壁に、流入口３１から合流部３０内に直線的に流入する排気ガスの主流を３次元的に分散する分散面３３が形成されている。この場合、分散面３３は、第１の排気通路１１ａと第４の排気通路１１ｄの軸に対して略直交するように設けられている。また、分散面３３は、第１の排気通路１１ａと第４の排気通路２０ｄの屈曲部２１の外側壁に沿う軸に対して略直交するように設けられている。
また、合流部３０において、第２の排気通路２０ｂと第３の排気通路２０ｃを接続する流入口３１と対向する合流部３０の内壁に、流入口３１から合流部３０内に直線的に流入する排気ガスの主流を３次元的に分散する分散面３３が形成されている。この場合、分散面３３は、第２の排気通路２０ｂと第３の排気通路２０ｃの軸に対して略直交するように設けられている。なお、図１において、分散面３３を分かり易くするために、直線で示している。
また、分散面３３は、図２に示すように、垂直方向に沿う分散面３３に対して上部側が鈍角な傾斜面３４にて形成されている。このように分散面３３を上部側が鈍角な傾斜面３４にて形成することにより、排気ガスの分散方向を上方に誘導することができ、更に触媒方向への流れを低減することができる。
合流部３０における第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄから合流部３０内に流入する排気ガスの主流が交わる部位に、各気筒１０ａ～１０ｄから流出する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を計測する空燃比センサ５０が設けられている。このように、第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄから合流部３０内に流入する排気ガスの主流が交わる部位に空燃比センサ５０を設けることにより、各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスの流速が速い状態で空燃比センサ５０に衝突するため、センサ応答性を確保することができる。なお、空燃比センサ５０で検出された計測データは、制御部（図示せず）に伝送され、制御部によって計測値に基づいて各気筒１０ａ～１０ｄの燃焼条件が制御される。
次に、第１実施形態の排気浄化装置１において、各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスの流れについて、図３Ａ～図３Ｄを参照して説明する。
第１気筒１０ａから排出される排気ガスの主流は、図３Ａに矢印で示すように、第１の排気ポート１１ａに接続される第１の排気通路２０ａの屈曲部２１の外側壁に沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入する。合流部３０に流入する排気ガスの主流は、拡散部３２によって噴流となって合流部３０内に流入する。この排気ガスの噴流により、第１の排気通路２０ａの壁側に淀む排気ガスの流れが壁から剥離される。また、図３Ａ（ｂ）に示すように、排気ガスの噴流によって流入口３１の周囲の静止ガスが巻き込まれて排気ガスは拡散されて、排気ガスの流速が低下する。
また、合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して流れが、図３Ａ（ａ）及び図４Ａに示したように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第２気筒１０ｂから排出された排気ガスの主流は、図３Ｂに矢印で示すように、第２の排気ポート１１ｂに接続する第２の排気通路２０ｂを流れて合流部３０の流入口３１に流入する。合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図３Ｂ及び図４Ａに示したように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第３気筒１０ｃから排出された排気ガスの主流は、図３Ｃに矢印で示すように、第３の排気ポート１１ｂに接続する第３の排気通路２０ｃを流れて合流部３０の流入口３１に流入する。合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図３Ｃ及び図４Ａに示したように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第４気筒１０ｄから排出される排気ガスの主流は、図３Ｄに矢印で示すように、第４の排気ポート１１ｄに接続される第４の排気通路２０ｄの屈曲部２１の外側壁に沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入する。合流部３０に流入する排気ガスの主流は、拡散部３２によって噴流となって合流部３０内に流入する。この排気ガスの噴流により、第４の排気通路２０ａの壁側に淀む排気ガスの流れが壁から剥離される。また、図３Ｄ（ｂ）に示すように、排気ガスの噴流によって流入口３１の周囲の静止ガスが巻き込まれて排気ガスは拡散されて、排気ガスの流速が低下する。
また、合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図３Ｄ（ａ）及び図４Ａに示したように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
前記のように、各気筒１０ａ～１０ｄから排出された排気ガスの主流は、各気筒１０ａ～１０ｄに連通する各排気ポート１１ａ～１１ｄに接続される第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄを流れて合流部３０内に流入して、拡散部３２の噴流による拡散と、分散面３３への衝突による分散によって流速が低下する。したがって、流速が低下された排気ガスが合流部３０の下流側の触媒コンバータ４０に送られるので、触媒方向の流れを低減することができ、触媒の浄化特性の向上が図れる。
なお、分散面３３を図４Ｂに示すように、垂直方向に沿う分散面３３に対して上部側が鈍角な傾斜面３４にて形成することにより、排気ガスの分散方向を上方に誘導することができるので、更に触媒方向への流れを低減することができる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態の排気浄化装置１Ａは、図５及び図６に示すように、シリンダヘッド３に対して第３気筒１０ｃに連通する第３の排気ポート１１ｃと第４気筒１０ｄに連通する第４の排気ポート１１ｄの中間の位置に、合流部３０が配置される場合である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同じ部分には同一符号を付して説明する。
第２実施形態の排気浄化装置１Ａにおいて、第１気筒１０ａに連通する第１の排気通路２０ａは、シリンダヘッド３からエンジンの後方に伸びる直線状部の先端側が屈曲部２１を介して合流部３０に向かって傾斜した状態で接続されている。第２気筒１０ｂに連通する第２の排気通路２０ｂは、シリンダヘッド３からエンジン２の後方に伸びる直線状部が第１の排気通路２０ａの屈曲部２１の下流側に接続されている。第３気筒１０ｃに連通する第３の排気通路２０ｃと第４気筒１０ｄに連通する第４の排気通路２０ｄは、エンジン２の後方に向かってやや屈曲して合流部３０に接続されている。
合流部３０には、第２の排気通路２０ｂを接続する第１の排気通路２０ａと第３の排気通路２０ｃ及び第４の排気通路２０ｄの各々が接続される流入口３１が設けられている。
合流部３０において、第１の排気通路１１ａを接続する流入口３１と対向する合流部３０の内壁に、流入口３１から合流部３０内に直線的に流入する排気ガスの主流を３次元的に分散する分散面３３が形成されている。この場合、分散面３３は、第１の排気通路１１ａの軸に対して略直交するように設けられている。また、分散面３３は、第１の排気通路１１ａの屈曲部２１の外側壁に沿う軸に対して略直交するように設けられている。
また、合流部３０において、第３の排気通路２０ｃと第４の排気通路２０ｄを接続する流入口３１と対向する合流部３０の内壁に、流入口３１から合流部３０内に直線的に流入する排気ガスの主流を３次元的に分散する分散面３３が形成されている。この場合、分散面３３は、第３の排気通路２０ｃと第４の排気通路２０ｄの軸に対して略直交するように設けられている。なお、図５において、分散面３３を分かり易くするために、直線で示している。
合流部３０における第１の排気通路２０ａと第３の排気通路２０ｃ及び第４の排気通路２０ｄから合流部３０内に流入する排気ガスの主流が交わる部位に、各気筒１０ａ～１０ｄから流出する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を計測する空燃比センサ５０が設けられている。このように、第１の排気通路２０ａと第３の排気通路２０ｃ及び第４の排気通路２０ｄから合流部３０内に流入する排気ガスの主流が交わる部位に空燃比センサ５０を設けることにより、各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスの流速が速い状態で空燃比センサ５０に衝突するため、センサ応答性を確保することができる。なお、空燃比センサ５０で検出された計測データは、制御部（図示せず）に伝送され、制御部によって計測値に基づいて各気筒１０ａ～１０ｄの燃焼条件が制御される。
次に、第２実施形態の排気浄化装置１Ａにおいて、各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスの流れについて、図７Ａ～図７Ｄを参照して説明する。
第１気筒１０ａから排出される排気ガスの主流は、図７Ａに矢印で示すように、第１の排気ポート１１ａに接続される第１の排気通路２０ａの屈曲部２１の外側壁に沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入する。合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図７Ａに示したように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第２気筒１０ｂから排出された排気ガスの主流は、図７Ｂに矢印で示すように、第２の排気ポート１１ｂに接続する第２の排気通路２０ｂを流れて第１の排気通路２０ａの屈曲部２１の下流側に流れて、屈曲部２１の外側壁に沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入する。合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図７Ｂに示したように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第３気筒１０ｃから排出された排気ガスの主流は、図７Ｃに矢印で示すように、第３の排気ポート１１ｂに接続する第３の排気通路２０ｃを流れて合流部３０の流入口３１に流入する。合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図７Ｃに示したように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第４気筒１０ｄから排出される排気ガスの主流は、図７Ｄに矢印で示すように、第４の排気ポート１１ｄに接続される第４の排気通路２０ｄの屈曲部２１の外側壁に沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入する。合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図７Ｄに示したように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
前記のように、各気筒１０ａ～１０ｄから排出された排気ガスの主流は、各気筒１０ａ～１０ｄに連通する各排気ポート１１ａ～１１ｄに接続される第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄを流れて合流部３０内に流入して、分散面３３への衝突による分散によって流速が低下する。したがって、流速が低下された排気ガスが合流部３０の下流側の触媒コンバータ４０に送られるので、触媒方向の流れを低減することができ、触媒の浄化特性の向上が図れる。
なお、第３気筒１０ｃ及び第４気筒１０ｄに連通する第３の排気通路２０ｃ及び第４の排気通路２０ｄにおいては、図６に示すように、これら第３，第４の排気通路２０ｃ，２０ｄの入口部分の下面２０ｅと合流部３０の壁面端面３０ａとの角度を略直角にすることで、排気ガスの分散を促進することができる。また、分散面３３を図６に示すように、上部側が鈍角な傾斜面３４にて形成することにより、排気ガスの分散方向を上方に誘導することができるので、更に触媒方向への流れを低減することができる。
前記のように、各気筒１０ａ～１０ｄから排出された排気ガスの主流は、各気筒１０ａ～１０ｄに連通する各排気ポート１１ａ～１１ｄに接続される第１～第４の排気通路２０ａ～２０ｄを流れて合流部３０内に流入して、分散面３３への衝突による分散によって流速が低下する。したがって、流速が低下された排気ガスが合流部３０の下流側の触媒コンバータ４０に送られるので、触媒方向の流れを低減することができ、触媒の浄化特性の向上が図れる。
＜第３実施形態＞
第３実施形態の排気浄化装置１Ｂは、図８，図９Ａ及び図９Ｂに示すように、シリンダヘッド３に対して第３気筒１０ｃに連通する第３の排気ポート１１ｃと第４気筒１０ｄに連通する第４の排気ポート１１ｄの中間の位置に、合流部３０が配置される場合であって、各排気ポート１１ａ～１１ｄに連通する排気通路２０Ｂを一体に形成した場合である。なお、第３実施形態において、第１実施形態と同じ部分には同一符号を付して説明する。
第３実施形態の排気浄化装置１Ｂにおいて、排気通路２０Ｂは、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、各排気ポート１１ａ～１１ｄに連通する開口部２３を有し、第１の排気ポート１１ａ側の外側壁がシリンダヘッド３からエンジン２の後方に延びる直線状部の先端側に屈曲部２１を介して合流部３０に向かって拡大傾斜した状態で合流部３０に接続されている。また、排気通路２０Ｂは、第４の排気ポート１１ｄ側の外側壁がシリンダヘッド３からエンジン２の後方に延びる直線状部の先端側が緩やかに屈曲して合流部３０に接続されている。
この場合、排気通路２０Ｂにおける屈曲部２１から合流部３０側に向かって傾斜する傾斜壁面２４には、第１気筒１０ａ，第２気筒１０ｂ及び第３気筒１０ｃから排出される排気ガスが衝突するように形成されている。このように形成することにより、第１気筒１０ａ，第２気筒１０ｂ及び第３気筒１０ｃから排出される排気ガスは傾斜壁面２４に衝突した排気ガスの主流は傾斜壁面２４に沿って合流部３０内に流入する。
合流部３０には、排気通路２０Ｂを接続する流入口３１が設けられており、流入口３１と対向する合流部３０の内壁に、流入口３１から合流部３０内に直線的に流入する排気ガスの主流を３次元的に分散する分散面３３が形成されている。この場合、分散面３３は、傾斜壁面２４に沿う軸に対して略直交するように設けられている。また、分散面３３は、第４気筒１０ｄから排出される排気ガスが流入する流入口３１部と対向する合流部３０の内壁に、流入口３１から合流部３０内に直線的に流入する排気ガスの主流を３次元的に分散する分散面３３が形成されている。
合流部３０において、傾斜壁面２４に沿って合流部３０内に流入する排気ガスの主流と第４気筒１０ｄから排出されて合流部３０内に流入する排気ガスの主流が交わる部位に、各気筒１０ａ～１０ｄから流出する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を計測する空燃比センサ５０が設けられている。このように、傾斜壁面２４に沿って合流部３０内に流入する排気ガスの主流と第４気筒１０ｄから排出されて合流部３０内に流入する排気ガスの主流が交わる部位に空燃比センサ５０を設けることにより、各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスの流速が速い状態で空燃比センサ５０に衝突するため、センサ応答性を確保することができる。なお、空燃比センサ５０で検出された計測データは、制御部（図示せず）に伝送され、制御部によって計測値に基づいて各気筒１０ａ～１０ｄの燃焼条件が制御される。
次に、第３実施形態の排気浄化装置１Ｂにおいて、各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスの流れについて、図９Ａ及び図９Ｂを参照して説明する。
第１気筒１０ａから排出される排気ガスの主流は、図９Ａに実線の矢印で示すように、排気通路２０Ｂの傾斜壁面２４に衝突した後、傾斜壁面２４沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入する。傾斜壁面２４に沿った流れは合流部３０内に流入すると、急拡大のため噴流となり、排気通路２０Ｂの外側壁側に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込んで拡散する。そして、合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図９Ａに示すように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第２気筒１０ｂから排出された排気ガスの主流は、図９Ａに破線の矢印で示すように、排気通路２０Ｂの傾斜壁面２４に衝突した後、傾斜壁面２４沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入する。傾斜壁面２４に沿った流れは合流部３０内に流入すると、急拡大のため噴流となり、排気通路２０Ｂの外側壁側に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込んで拡散する。そして、合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図９Ａに示すように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第３気筒１０ｃから排出された排気ガスの主流は、図９Ａに一点鎖線の矢印で示すように、排気通路２０Ｂの傾斜壁面２４に衝突した後、傾斜壁面２４沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入する。傾斜壁面２４に沿った流れは合流部３０内に流入すると、急拡大のため噴流となり、排気通路２０Ｂの外側壁側に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込んで拡散する。そして、合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図９Ａに示すように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第４気筒１０ｄから排出される排気ガスの主流は、図９Ｂに矢印で示すように、第４の排気ポート１１ｄに接続される排気通路２０Ｂの流入口３１に流入する。合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図９Ｂに示したように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
前記のように、第１～第３気筒１０ａ～１０ｃから排出された排気ガスの主流は、排気通路２０Ｂの傾斜壁面２４に衝突した後、傾斜壁面２４に沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入して、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、衝突部に対して３次元的に分散される。分散面３３への衝突による分散によって流速が低下する。また、第４気筒１０ｄから排出された排気ガスの主流は、合流部３０の流入口３１に流入して噴流となり、排気通路２０Ｂの外側壁に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込んで拡散する。また、合流部３０内流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、衝突部に対して３次元的に分散される。したがって、流速が低下された排気ガスが合流部３０の下流側の触媒コンバータ４０に送られるので、触媒方向の流れを低減することができ、触媒の浄化特性の向上が図れる。
＜第４実施形態＞
第４実施形態の排気浄化装置１Ｃは、図１０及び図１１に示すように、各気筒１０ａ～１０ｄに連通する排気ポート１１ａ～１１ｄを集合した集合排気ポート１２に連通する排気通路２０Ｃを合流部３０に接続した場合である。この場合、集合排気ポート１２の排出口１３は、第２の排気ポート１１ｂと第３の排気ポート１１ｃの中間の位置に設けられている。なお、第４実施形態において、第１実施形態と同じ部分には同一符号を付して説明する。
第４実施形態の排気浄化装置１Ｃにおいて、合流部３０は、集合排気ポート１２の排出口１３に連通する排気通路２０Ｃを介してシリンダヘッド３に対して第２気筒１０ｂに連通する第２の排気ポート１１ｂと第３気筒１０ｃに連通する第３の排気ポート１１ｃの中間の位置に配置されている。
合流部３０には、排気通路２０Ｃを接続する流入口３１が設けられており、排気通路２０Ｃとの接続部には、合流部３０内に流入する排気ガスの主流の噴流を促す拡散部３２Ｃが設けられている。この場合、拡散部３２Ｃは排気通路２０Ｃと合流部３０の接続部の段差によって形成されている。
また、合流部３０には、流入口３１と対向する合流部３０の内壁に、排気通路２０Ｃの壁面２５に沿って流入口３１から合流部３０内に直線的に流入する排気ガスの主流を３次元的に分散する分散面３３が形成されている。
合流部３０において、各気筒１０ａ～１０ｄから排出されて排気通路２０Ｃの壁面２５に沿って合流部３０内に流入する排気ガスの主流が交わる部位に、前記第１～第３実施形態と同様に、各気筒１０ａ～１０ｄから流出する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を計測する空燃比センサ５０が設けられている。
次に、第４実施形態の排気浄化装置１Ｃにおいて、各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスの流れについて、図１２及び図１３を参照して説明する。なお、第１気筒１０ａ，第４気筒１０ｄと第２気筒１０ｂ，第３気筒１０ｃとは対称形状のため、ここでは、第１気筒１０ａと第２気筒１０ｂについて説明する。
第１気筒１０ａから排出される排気ガスは、図１２に矢印で示すように、大きく曲げられて集合排気ポート１２の排出口１３から排気通路２０Ｃの壁面２５に沿って合流部３０に流入する。合流部３０内に流入する排気ガスの主流は、排気通路２０Ｃと合流部３０の接続部の段差によって形成された拡散部３２Ｃによって噴流となり、排気通路２０Ｃの壁側に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込んで拡散する。そして、合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図１３に示すように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
第２気筒１０ｂから排出される排気ガスは、集合排気ポート１２の排出口１３から排気通路２０Ｃの壁面２５に沿ってほぼ直線的に合流部３０内に流入する。合流部３０内に流入する排気ガスの主流は、排気通路２０Ｃと合流部３０の接続部の段差によって形成された拡散部３２Ｃによって噴流となり、排気通路２０Ｃの壁側に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込んで拡散する。そして、合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図１３に示すように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
前記のように、第１～第４気筒１０ａ～１０ｄから排出された排気ガスの主流は、排気通路２０Ｃの壁面２５に沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入して噴流となり、排気通路２０Ｃの外側壁に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込んで拡散する。また、合流部３０内流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、衝突部に対して３次元的に分散される。したがって、流速が低下された排気ガスが合流部３０の下流側の触媒コンバータ４０に送られるので、触媒方向の流れを低減することができ、触媒の浄化特性の向上が図れる。
なお、第４実施形態の排気浄化装置１Ｃにおいて、分散面３３を図１１に示すように、上部側が鈍角な傾斜面３４にて形成することにより、排気ガスの分散方向を上方に誘導することができるので、更に触媒方向への流れを低減することができる。
また、第４実施形態の排気浄化装置１Ｃにおいて、図１４に示すように、排気通路２０Ｃの入口部分の下面２０ｅと合流部３０の壁面端面３０ａとの角度を略直角にすることで、排気ガスの分散を促進することができる。
＜第５実施形態＞
第５実施形態の排気浄化装置１Ｄは、図１５～図１７に示すように、各気筒１０ａ～１０ｄに連通する各排気通路２０ａ～２０ｄの各中心軸の延長線上に壁２５Ｄを設けた集合排気通路２０Ｄを有しており、集合排気通路２０Ｄが合流部３０に接続されている。なお、第５実施形態において、第１実施形態と同じ部分には同一符号を付して説明する。
集合排気通路２０Ｄに設けられる壁２５Ｄは、各排気通路２０ａ～２０ｄの中心軸又は壁面の延長線に対して垂直方向に形成されている。
第５実施形態の排気浄化装置１Ｄにおいて、合流部３０は、シリンダヘッド３に対して第４気筒１０ｄ側に配置されており、第１の排気通路２０ａに屈曲部２１を介して延びる集合排気通路２０Ｄの下流側端が屈曲するエルボー部２６を介して合流部３０に接続されている。なお、第２～第４の排気通路２０ｂ～２０ｄの下流側端が集合排気通路２０Ｄに接続されている。
集合排気通路２０Ｄの下流側に接続する合流部３０には、合流部３０内に流入する排気ガスの主流の噴流を促す拡散部３２Ｄが設けられている。この場合、拡散部３２Ｄは集合排気通路２０Ｄ（具体的には、エルボー部２６）と合流部３０の接続部の段差によって形成されている。なお、拡散部を、エルボー部２６を合流部３０内に突出させて形成してもよい。
また、合流部３０には、集合排気通路２０Ｄを接続する流入口３１と対向する合流部３０の内壁に、流入口３１から合流部３０内に直線的に流入する排気ガスの主流を３次元的に分散する分散面３３が形成されている。この場合、分散面３３は、集合排気通路２０Ｄの軸に対して略直交するように設けられている。また、分散面３３は、集合排気通路２０Ｄのエルボー部２６の壁２６ａに沿う軸に対して略直交するように設けられている。なお、分散面３３を、集合排気通路２０Ｄの軸に対する垂直方向において上部側が鈍角な傾斜面にて形成してもよい。
次に、第５実施形態の排気浄化装置１Ｄにおいて、各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスの流れについて、図１５、図１８及び図１９を参照して説明する。
各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスは、図１５に矢印で示すように各気筒１０ａ～１０ｄを流れて集合排気通路２０Ｄの壁２５Ｄに衝突して分散され、壁２５Ｄに沿って集合排気通路２０Ｄを流れて、合流部３０内に流入する。合流部３０内に流入する排気ガスの主流は、集合排気通路２０Ｄと合流部３０の接続部の段差によって形成された拡散部３２Ｄによって噴流となり、集合排気通路２０Ｄの壁側に淀む排気ガスの流れを壁から剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込んで拡散する。そして、合流部３０内に直線的に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、図１８及び図１９に示すように衝突部に対して３次元的に分散される。これにより、排気ガスの流速が低下する。
前記のように、第１～第４気筒１０ａ～１０ｄから排出された排気ガスは、各気筒１０ａ～１０ｄを流れて集合排気通路２０Ｄの壁２５Ｄに衝突して分散されることで、各気筒１０ａ～１０ｄから排出される排気ガスの分布のばらつきが抑制される。そして、分布のばらつきが抑制された排気ガスが集合排気通路２０Ｄの壁２５Ｄに沿って流れて合流部３０の流入口３１に流入して噴流となり、集合排気通路２０Ｄの壁２５Ｄに淀む排気ガスの流れを壁２５Ｄから剥離すると共に、周囲の静止ガスを巻き込んで拡散する。また、合流部３０内に流入した排気ガスの主流は、流入口３１と対向する分散面３３に衝突して、衝突部に対して３次元的に分散される。したがって、流速が低下された排気ガスが合流部３０の下流側の触媒コンバータ４０に送られるので、触媒方向の流れを低減することができ、触媒の浄化特性の向上が図れる。
なお、第５実施形態の排気浄化装置１Ｄにおいて、合流部３０の分散面３３を上部側が鈍角な傾斜面（図示せず）にて形成することにより、排気ガスの分散方向を上方に誘導することができるので、更に触媒方向への流れを低減することができる。
なお、前記実施形態では、エンジンは４気筒の場合について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、エンジンは４気筒以外の複数の気筒であってもよい。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 排気浄化装置
２ エンジン
３ シリンダヘッド
１０ａ～１０ｄ 第１～第４気筒
１１ａ～１１ｄ 第１～第４の排気ポート
１２ 集合排気ポート
１３ 排出口
２０ａ～２０ｄ 第１～第４の排気通路
２０ｅ 下端面
２０Ｂ，２０Ｃ 排気通路
２０Ｄ 集合排気通路
２１ 屈曲部
２２ 取付フランジ
２３ 開口部
２４ 傾斜壁面
２５ 壁面
２５Ｄ 壁
２６ エルボー部
２６ａ 壁
３０ 合流部
３１ 流入口
３２，３２Ｃ，３２Ｄ 拡散部
３３ 分散面
３４ 傾斜面
４０ 触媒コンバータ
５０ 空燃比センサ。

Claims (2)

  1. 複数の気筒、及び前記複数の気筒に連通する１又は複数の排気通路を備えたエンジンに触媒コンバータが付設された内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記１又は複数の排気通路の下流側に接続する合流部において、前記１又は複数の排気通路の下流側端部が前記合流部の内面から前記合流部内に突出する突出部が形成されることにより前記合流部内に流入する排気ガスの主流の噴流を促す拡散部が設けられており、且つ、
    前記１又は複数の排気通路に設けられた排気ガスの流入口と対向する前記合流部の内壁に、前記流入口から前記合流部内に直線的に流入する排気ガスの主流を衝突させて３次元的に分散させる分散面が形成されており、
    更に、前記１又は複数の排気通路が屈曲部を介して前記合流部に接続され、前記屈曲部の外側壁に沿う軸と、前記合流部の前記分散面とが略直交している
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記合流部における前記複数の排気通路から前記合流部内に流入する排気ガスの主流が交わる部位に、空燃比センサが設けられている、
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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