特許 7600196 内燃機関の排気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】内燃機関の排気装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20241209BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20241209BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20241209BHJP

【ＦＩ】

F01N3/24 N

F01N3/24 F ZAB

F01N13/08 Z

F01N3/28 301V

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022154179

(22)【出願日】2022-09-27

(65)【公開番号】P2024048248

(43)【公開日】2024-04-08

【審査請求日】2023-05-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100169111

【弁理士】

【氏名又は名称】神澤 淳子

(74)【代理人】

【識別番号】100098176

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 訓

(72)【発明者】

【氏名】宇津木 克洋

(72)【発明者】

【氏名】上家 康平

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 準之助

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 裕行

(72)【発明者】

【氏名】山田 椋太

【審査官】鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２４０７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０９０５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－０５７５２１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３７６９６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０３０８２３４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０１Ｎ １３／０８

Ｆ０１Ｎ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

触媒（４２）を備える内燃機関（１０）の排気装置（ＥＤ）であって、
前記触媒（４２）の長手方向軸線（４２Ａ）に沿って延びたジョイント管部（４６）と、
前記ジョイント管部（４６）の上流側に延びて前記長手方向軸線（４２Ａ）に交差する方向から前記ジョイント管部（４６）につながる交差管部（４８）と
を備え、
前記ジョイント管部（４６）は、前記長手方向軸線（４２Ａ）が交差する端壁部（４６ａ）と、前記端壁部（４６ａ）につながるとともに前記交差管部（４８）がつながる周壁部（４６ｂ）とを備え、前記端壁部（４６ａ）と前記周壁部（４６ｂ）とは前記ジョイント管部（４６）内に前記長手方向軸線（４２Ａ）に沿って延びる触媒上流側空間（Ｓ）を区画形成し、
前記交差管部（４８）の排気流れ方向の中心線（４８Ａ）は、前記ジョイント管部（４６）における対向する凹湾曲状の壁面（４６ｃ）と直接交差し、
前記ジョイント管部（４６）の軸方向視において、前記交差管部（４８）の前記中心線（４８Ａ）は、前記触媒（４２）の前記長手方向軸線（４２Ａ）からずれていて、
前記ジョイント管部（４６）につながる前記交差管部（４８）は１本である
ことを特徴とする内燃機関（１０）の排気装置（ＥＤ）。

【請求項2】

前記ジョイント管部（４６）の軸方向視において、
前記周壁部（４６ｂ）は断面略円形の内壁面（４６ｂｓ）を有し、
前記交差管部（４８）は、前記周壁部（４６ｂ）の接線方向に延びるように前記ジョイント管部（４６）につながれている
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関（１０）の排気装置（ＥＤ）。

【請求項3】

前記ジョイント管部（４６）を前記長手方向軸線（４２Ａ）に直交する方向からみたとき、
前記交差管部（４８）は、前記ジョイント管部（４６）の前記端壁部（４６ａ）に沿って前記ジョイント管部（４６）につながる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関（１０）の排気装置（ＥＤ）。

【請求項4】

前記交差管部（４８）の前記中心線（４８Ａ）から前記触媒（４２）の上流側端面（４２Ｅ）までの距離（Ｄ１）は、前記交差管部（４８）の平均直径（Ｄ２）よりも大きい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関（１０）の排気装置（ＥＤ）。

【請求項5】

前記交差管部（４８）の前記中心線（４８Ａ）は、前記長手方向軸線（４２Ａ）と略直交する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関（１０）の排気装置（ＥＤ）。

【請求項6】

前記ジョイント管部（４６）の前記周壁部（４６ｂ）は、上流側から下流側に向けて前記ジョイント管部（４６）の前記触媒上流側空間（Ｓ）が拡張するように形付けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関（１０）の排気装置（ＥＤ）。

【請求項7】

前記ジョイント管部（４６）は前記交差管部（４８）と一体に形成されていて、前記ジョイント管部（４６）及び前記交差管部（４８）は割面構造を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関（１０）の排気装置（ＥＤ）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、気候変動の緩和又は影響軽減を目的とした取り組みが継続され、この実現に向けて排気浄化装置に関する研究開発が行われている。

【0003】

例えば、特許文献１は、出力軸方向に複数の気筒を配置した多気筒内燃機関において、排気マニホールドの内壁部分に排気流を偏向させる偏向手段を設けることを開示する。その排気マニホールドは、複数の気筒の各排気ポートに接続される独立通路と、それら独立通路を下流側で１つに集合させる集合部とを有する。そして、その偏向手段は、複数の気筒の排気ポートのうち、排気流が独立通路を介して直線状にキャタライザに流入する一部の気筒の排気ポートに対し、該排気ポートからの排気流に対向する排気マニホールドの内壁部分に排気流を偏向させるように設けられる。その偏向手段は、排気マニホールドの内壁から突設された堰であり、この堰は、前述の一部の気筒以外の他の気筒からそれぞれ独立通路を介して流入する排気ガスによって生成されるスワール流に対し略平行に排気ガスを偏向させる形状を有する。これにより、特許文献１に開示の技術は、特許文献１の記載によれば、排気マニホールド直付けのキャタライザに排気ガスの熱によるクラックが発生するのを防止するとともに、排気ガスをキャタライザの上流端に均一に流入させようとする。

【0004】

また、特許文献２は、自動車の排気ガスを浄化するために排気管の途中に介装される触媒コンバータに関する技術を開示する。この触媒コンバータにおいては、触媒担体が収装された外筒の上流側端部に、該外筒と一体または別体で構成されるディフューザ部が設けられ、該ディフューザ部の上流側端部にエキゾーストマニホールドの集合部が接続される。そして、ディフューザ部の上流側端部の内側に、円筒形状の介装部材を密着した状態で設け、その介装部材の下流側端部に、触媒担体に当たる排気ガスの分布を略均一にするように内側へ折り曲げられた抵抗部を形成している。これにより、特許文献２に開示の技術は、特許文献２の記載によれば、触媒担体に当たる排気ガスの分布を略均一にすることにより、触媒担体の排気ガス浄化性能を向上しようとする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平８－２１２３１号公報

【文献】特開２００６－１４２２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１の上記技術は、多気筒内燃機関において、排気ポート及び排気マニホールドの形状に合わせて排気通路に突出する堰を精密に設計することを必要とする。

【0007】

また、特許文献２の技術は、多気筒内燃機関において、上記介装部材を別途用意して排気通路に設ける必要があり、例えば排気管内の省スペースの点で課題を有する。

【0008】

本願は、上記課題の解決のため、内燃機関の排気通路の触媒への排気ガスの流れを改善することを可能にする新規な構成を提供することを目的とする。そして、本願開示の技術は、延いては気候変動の緩和または影響軽減に寄与するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、
触媒を備える内燃機関の排気装置であって、
前記触媒の長手方向軸線に沿って延びたジョイント管部と、
前記ジョイント管部の上流側に延びて前記長手方向軸線に交差する方向から前記ジョイント管部につながる交差管部と
を備え、
前記ジョイント管部は、前記長手方向軸線が交差する端壁部と、前記端壁部につながるとともに前記交差管部がつながる周壁部とを備え、前記端壁部と前記周壁部とは前記ジョイント管部内に前記長手方向軸線に沿って延びる触媒上流側空間を区画形成し、
前記交差管部の排気流れ方向の中心線は、前記ジョイント管部における対向する凹湾曲状の壁面と直接交差することを特徴とする内燃機関の排気装置
を提供する。

【0010】

上記構成によれば、ジョイント管部は、触媒の長手方向軸線が交差する端壁部と、この端壁部につながるとともに交差管部がつながる周壁部とを備え、端壁部と周壁部とはジョイント管部内に前記長手方向軸線に沿って延びる触媒上流側空間を区画形成する。そして、交差管部の排気流れ方向の中心線は、ジョイント管部における対向する凹湾曲状の壁面と直接交差する。したがって、交差管部からジョイント管部に流入した排気ガスは、凹湾曲状の壁面に向かい、その壁面の凹湾曲形状に沿って周方向の流れ成分が付与され、例えばＵターンするように流れ方向を変えて下流側に流れることが促され、よって交差管部を介してジョイント管部内に流入した排気ガスで旋回流又は渦流を発生させ、その排気ガスの流れを触媒の上流側端面に向けてより好適に当てることができる。これにより、排気ガスの触媒接触領域を好適に拡大することができ、内燃機関の排気通路の触媒への排気ガスの流れを改善することができる。更に、この構成は、気筒数に拘わらず種々の内燃機関に適用できるという利点を有する。なお、上記構成により、有効に触媒の浄化性能を活用することができるので、触媒のサイズを低減することもでき、ひいては貴金属量を削減することができる。また、排気ガスが流れる触媒の領域を増やすことにより、局所的に流れが触媒に当たる場合と比較して、触媒の過加熱を防ぎ、触媒の熱害を防ぐことができる。

【0011】

好ましくは、前記ジョイント管部の軸方向視において、前記交差管部の前記中心線は、前記触媒の前記長手方向軸線からずれているとよい。この構成により、交差管部を介してジョイント管部に流入した排気ガスは、ジョイント管部の前述の凹湾曲状の壁面に沿って滑らかに流れることが可能になり、交差管部を介してジョイント管部内に流入した排気ガスで旋回流又は渦流を発生させ易くなる。

【0012】

好ましくは、前記ジョイント管部の軸方向視において、前記周壁部は断面略円形の内壁面を有し、前記交差管部は、前記周壁部の接線方向に延びるように前記ジョイント管部につながれているとよい。この構成により、交差管部を介してジョイント管部に流入した排気ガスは、ジョイント管部の前述の凹湾曲状の壁面に沿ってより滑らかに流れることが可能になり、交差管部を介してジョイント管部内に流入した排気ガスで旋回流又は渦流をより一層発生させ易くなる。

【0013】

好ましくは、前記ジョイント管部を前記長手方向軸線に直交する方向からみたとき、前記交差管部は、前記ジョイント管部の前記端壁部に沿って前記ジョイント管部につながるとよい。この構成により、排気ガスがより滑らかに交差管部からジョイント管部に流入して触媒側に流れることが可能になるので、より強い旋回流又は渦流をジョイント管部で生じさせることができる。

【0014】

好ましくは、前記交差管部の前記中心線から前記触媒の上流側端面までの距離は、前記交差管部の平均直径よりも大きいとよい。この構成によれば、交差管部の中心線から触媒の上流側端面までの距離をより長くすることができ、ジョイント管部内で旋回流又は渦流をより好適に発達させることができる。

【0015】

好ましくは、前記交差管部の前記中心線は、前記長手方向軸線と略直交するとよい。この構成により、交差管部を介してジョイント管部に流入した排気ガスでより好適に旋回流又は渦流を生じさせることが可能になる。

【0016】

好ましくは、前記ジョイント管部の前記周壁部は、上流側から下流側に向けて前記ジョイント管部の前記触媒上流側空間が拡張するように形付けられているとよい。この構成により、排気ガスの流れる速度をジョイント管部で調整することが可能になり、触媒への排気ガスの衝突を緩やかにすることも可能になる。

【0017】

好ましくは、前記ジョイント管部は前記交差管部と一体に形成されていて、前記ジョイント管部及び前記交差管部は割面構造を有する。この構成により、ジョイント管部と交差管部との交差角度が大きくても、ジョイント管部及び交差管部を一体で容易に形成することが可能になる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の上記一態様によれば、上記構成を備えるので、内燃機関の排気通路の触媒への排気ガスの流れを改善することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。

【図2】排気管から排気浄化装置までのそれらの内側の排気通路の部分の排気流路モデルの上面図である。

【図3】図２に示す排気流路モデルの正面図である。

【図4】図２に示す排気流路モデルの左側面図である。

【図5】排気浄化装置の触媒の長手方向軸線に沿って切断した、図２の排気流路モデルの断面図であり、触媒の輪郭を破線で示す図である。

【図6A】図１の内燃機関における排気接続管の第１接続管半体を示す図である。

【図6B】図１の内燃機関における排気接続管の第２接続管半体を示す図である。

【図7】従来の排気装置の一部を示す図である。

【図8A】図１の内燃機関の排気装置のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、触媒の上流側端面への排気ガスの当たりの強さを示す図である。

【図8B】図１の内燃機関の排気装置のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、図３に示す排気流路モデルに対応する向きで排気通路の排気ガスの流れを示す。

【図8C】図１の内燃機関の排気装置のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、図４に示す排気流路モデルに対応する向きで排気通路の排気ガスの流れを示す。

【図9A】図７に示す従来の排気装置のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、触媒の上流側端面への排気ガスの当たりの強さを示す図である。

【図9B】図７に示す従来の排気装置のコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、図７に示す排気装置に対応する向きで排気通路の排気ガスの流れを示す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る実施形態を添付図に基づいて説明する。同一の部品（又は構成）には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

【0021】

図１に、本実施形態に係る内燃機関１０の概略構成図を示す。内燃機関１０では、シリンダブロック１２に形成されたシリンダ（気筒）１４内を往復動するピストン１６の運動は、コンロッド１７を介して内燃機関１０の不図示のクランクシャフト（出力軸）に回転運動として伝達される。

【0022】

シリンダブロック１２の上端面には、シリンダヘッド１８が固定され、それらとピストン１６との間に燃焼室２０が区画形成される。シリンダヘッド１８には、燃焼室２０に開口する吸気ポート２４と排気ポート２６とが形成されている。吸気ポート２４と排気ポート２６とは、それぞれ、図示しない動弁機構、例えばカムによって駆動される吸気弁２８と排気弁３０とで開閉される。燃焼室２０に臨むように点火プラグ２２が設けられている。

【0023】

シリンダヘッド１８の吸気ポート２４には、吸気管３２が接続されていて、吸気ポート２４及び吸気管３２はそれぞれ吸気通路３４の一部を形成する。ここでは、吸気管３２に燃料噴射弁３５が設けられているが、燃料噴射弁は吸気ポート２４に設けられてもよく、また直接燃焼室２０に燃料を噴射するように設けられてもよい。シリンダヘッド１８の排気ポート２６には、排気管３６が接続されていて、排気ポート２６及び排気管３６はそれぞれ排気通路３８の一部を形成する。

【0024】

吸気弁２８が吸気ポート２４を開く吸入行程の際に、ピストン１６が気筒１４内を降下して筒内負圧が生じると、不図示のエアクリーナを介して吸気通路３４に吸入された外気が、吸気ポート２４を通って気筒１４内へ流入し、このとき燃料噴射弁３５から噴射された燃料も気筒１４内に流入する。そして、点火プラグ２２による点火により、燃焼室２０において燃料は爆発燃焼する。また、排気弁３０が排気ポート２６を開く排気行程の際に、ピストン１６の上昇により気筒１４内から押し出された排気ガスは、排気ポート２６を通って排気管３６へ、つまり排気通路３８へ排出される。

【0025】

排気通路３８の途中には、排気浄化装置４０が配置されている。排気浄化装置４０内には、触媒４２が配置されている。排気浄化装置４０は、触媒コンバータと称されてもよい。触媒４２は、触媒担体（以下、単に「担体」という。）に担持されて排気浄化装置４０の略円筒形状のケース４０ｃ内に収容されている。担体は、ここでは断面略円形状のハニカム構造を有し、セラミックス製であるが、これ以外の形状及び材料で作製されてもよい。排気浄化装置４０のケース４０ｃは、ケース４０ｃの上流端から下流端付近まで概ね一定の内部断面形状を有し、その上流端近傍に触媒４２の上流端４２Ｕが位置する。ケース４０ｃ内に触媒４２が位置するとき、触媒４２における触媒４２の上流端４２Ｕの端面（上流側端面）４２Ｅに略直交する長手方向軸線４２Ａは、排気浄化装置４０つまりケース４０ｃの長手方向軸線に略一致する。ここでは、この触媒４２の上流端４２Ｕの上流側端面４２Ｅは、略円形である。なお、触媒４２は、貴金属を有し、ここでは三元触媒であるが、三元触媒に限定されず、他の触媒であってもよい。なお、排気通路３８において、排気浄化装置４０の更に下流側の排気管４１には図示しない消音装置が設けられ得る。

【0026】

以下、触媒４２を備える排気浄化装置４０を含む、内燃機関１０の排気装置ＥＤについて更に説明する。

【0027】

シリンダヘッド１８に固定された排気管３６の下流側には、排気接続管４４が接続されている。排気接続管４４は、排気ポート２６から流れ出た排気流つまり排気ガスの流れを旋回流又は渦流にして排気浄化装置４０に向けるように形成されている。排気接続管４４は、ジョイント管部４６と、このジョイント管部４６の上流側の交差管部４８とを備える。ジョイント管部４６が触媒４２の長手方向軸線４２Ａに沿って延びるように、排気接続管４４は、排気浄化装置４０に対して設けられる。交差管部４８は、ジョイント管部４６の上流側に延びて長手方向軸線４２Ａに交差する方向からジョイント管部４６につながる。ここでは、排気接続管４４の交差管部４８の上流端４８ｕは排気管３６の下流端に接続され、排気接続管４４のジョイント管部４６の下流端４６ｄは排気浄化装置４０の上流端４０ｕに接続される。ここでは、排気接続管４４のジョイント管部４６の下流端４６ｄの排気浄化装置４０の上流端４０ｕへの接続は溶接により行われるが、他の接続手段により行われてもよい。図１において破線で示す符号Ｗの部分は、溶接部を意味する。

【0028】

ジョイント管部４６は、端壁部４６ａと、この端壁部４６ａにつながるとともに交差管部４８がつながる周壁部４６ｂとを備える。端壁部４６ａは周壁部４６ｂの一端部を閉じるように、周壁部４６ｂにつながる。したがって、ジョイント管部４６は、特に、カップ状である。なお、周壁部４６ｂにおける長手方向軸線４２Ａに直交する断面の形状は略円形であり、これは排気浄化装置４０のケース４０ｃの略円筒形状に対応する。排気接続管４４が排気浄化装置４０に接続されたとき、ジョイント管部４６の端壁部４６ａは、触媒４２の長手方向軸線４２Ａが交差し、ここでは、その長手方向軸線４２Ａが略直交する。したがって、端壁部４６ａと周壁部４６ｂとは、ジョイント管部４６内に触媒４２の長手方向軸線４２Ａに沿って延びる触媒上流側空間Ｓを区画形成する。そして、交差管部４８の排気流れ方向の中心線４８Ａは、ジョイント管部４６における対向する凹湾曲状の壁面４６ｃと直接交差する。この凹湾曲状の壁面４６ｃは、周壁部４６ｂの内面４６ｂｓの一部である。したがって、凹湾曲状の壁面４６ｃは、長手方向軸線４２Ａを中心として長手方向軸線４２Ａの周方向に湾曲している。

【0029】

図２から図４に、図１の内燃機関１０の排気装置ＥＤにおける、排気管３６から排気浄化装置４０までのそれらの内側の排気通路３８の部分の排気流路モデルＭを示す。図２は排気流路モデルＭの上面図であり、図３は排気流路モデルＭの正面図であり、図４は排気流路モデルＭの左側面図である。また、図５は、排気浄化装置４０つまり触媒４２の長手方向軸線４２Ａに沿って切断した排気流路モデルＭの断面図であり、排気流路モデルＭの空洞の内部において触媒４２の輪郭を破線で示す。ただし、以下の説明では、排気流路モデルＭにおいて、排気管３６、排気接続管４４、交差管部４８、ジョイント管部４６、排気浄化装置４０におけるそれぞれの内面に相当する部分に符号３６ｓ、４４ｓ、４８ｓ、４６ｓ、４０ｓを付す。同様に、上記各部材の内面に相当する箇所に、その部材の符号に更に「ｓ」を付加した符号を用い得る。

【0030】

図４は排気流路モデルＭの左側面図であり、換言すると排気接続管４４のジョイント管部４６を長手方向軸線４２Ａの方向からみた図つまりジョイント管部４６の軸方向視である。この図４において、交差管部４８の排気流れ方向の中心線４８Ａは、ジョイント管部４６における対向する凹湾曲状の壁面４６ｃと直接交差するが、触媒４２の長手方向軸線４２Ａからずれている。つまり、図４において、中心線４８Ａは、触媒４２の長手方向軸線４２Ａから所定距離離れている。要するに、交差管部４８は軸方向中心点と称することもできる長手方向軸線４２Ａからオフセットして、ジョイント管部４６に対して配置されている。そして、本実施形態では、交差管部４８の中心線４８Ａは触媒４２の長手方向軸線４２Ａと略直交する。これは、長手方向軸線４２Ａが図３において紙面に平行でありかつ図４において紙面に直交し、図３及び図４において交差管部４８の中心線４８Ａが紙面に略平行であることから明白である。

【0031】

特に、本実施形態では、ジョイント管部４６の軸方向視（図４参照）において、ジョイント管部４６の周壁部４６ｂは断面略円形の内壁面４６ｂｓを有し、交差管部４８は、周壁部４６ｂの接線方向に延びるようにジョイント管部４６につながれている。

【0032】

そして、ジョイント管部４６を長手方向軸線４２Ａに直交する方向からみたとき、つまり図２及び図３の排気流路モデルＭの上面図及び平面図において、交差管部４８は、ジョイント管部４６の端壁部４６ａに沿ってジョイント管部４６につながる。したがって、図２及び図３に示すように、交差管部４８はジョイント管部４６のより上流側端部側に接続する。なお、図２から図４における内壁面４６ａｓは端壁部４６ａの内壁面である。

【0033】

そして、図３に示すように、交差管部４８の中心線４８Ａから触媒４２の上流側端面４２Ｅまでの距離Ｄ１は、交差管部４８の平均直径Ｄ２よりも大きいつまり長い。ここでは交差管部４８はその長手方向において略一定の径を有するように筒状に形成されている。そして、距離Ｄ１は、平均直径Ｄ２の２．５倍～３倍に設定され得る。なお、この距離Ｄ１と直径Ｄ２との関係は、ジョイント管部４６内での排気ガスの旋回流又は渦流、つまりスワール流の発達をより好適にもたらすように決定されるとよい。

【0034】

更に、図１及び図５に示すように、ジョイント管部４６の周壁部４６ｂつまりその内壁面４６ｂｓは、上流側から下流側に向けてジョイント管部４６の内部空間つまり触媒上流側空間Ｓが拡張するように形付けられている。ここでは、図４に示すようにジョイント管部４６の周壁部４６ｂつまりその内壁面４６ｂｓは断面略円形に形成されているので、ジョイント管部４６の端壁部４６ａ側から触媒４２側に向けて径が広がるようにつまり拡径するようにテーパ状に形成され、略円錐台形を有している。

【0035】

なお、排気接続管４４は、割面構造を有する。特に、ジョイント管部４６は交差管部４８と一体に形成されて、ジョイント管部４６と交差管部４８とは割面構造を有する。つまり、排気接続管４４は、第１接続管半体４４ｐと第２接続管半体４４ｑとを割面４４ｒで接続することで構成される。第１接続管半体４４ｐは、図６Ａにその内壁面４４ｉを見えるように示し、交差管部４８の第１半体部４８ｐとジョイント管部４６の第１半体部４６ｐとを有し、第２接続管半体４４ｑは、図６Ｂにその外壁面４４ｏを見えるように示し、交差管部４８の第２半体部４８ｑとジョイント管部４６の第２半体部４６ｑとを有する。第１接続管半体４４ｐと第２接続管半体４４ｑとの接合面である割面４４ｒは交差管部４８の中心線４８Ａを含むように設計されている。更に、本実施形態では、割面４４ｒは、排気接続管４４を排気浄化装置４０に接続したとき、触媒４２の長手方向軸線４２Ａに略平行になるように定められている。

【0036】

ここで、上記構成の内燃機関１０の排気装置ＥＤの作用効果を調べるべく、コンピュータシミュレーションを行った。その結果を説明する。なお、比較のために、従来の排気装置１００についても同条件でコンピュータシミュレーションを行った。従来の排気装置１００は、図７に示すように、排気浄化装置４０のすぐ上流側の排気通路部材１０２の中心線１０２Ａが、触媒４２の長手方向軸線４２Ａと非平行であり、交差し、かつ、触媒４２に直接交差する。

【0037】

まず、上記構成の内燃機関１０の排気装置ＥＤにおけるコンピュータシミュレーションの結果を図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃに示す。図８Ａは、触媒４２の上流側端面４２Ｅへの排気ガスの当たりの強さを示す図であり、色が濃いところほど当たりが強いところ、つまり排気ガスが触媒により接触するところである。図８Ｂ及び図８Ｃは、図１の内燃機関１０の排気装置ＥＤのコンピュータシミュレーションの結果を示す図であり、それぞれ図３及び図４に示す排気流路モデルＭに対応する向きで排気通路３８の排気ガスの流れを示す。図８Ｂ及び図８Ｃにおける各線は、排気ガスの流れを示し、また各線の色が濃いほど速度が速いことを示す。したがって、図８Ｂ及び図８Ｃにおいて、線の密集度合いが高いほど、より多くの排気ガスが流れていることを意味する。

【0038】

従来の排気装置１００のコンピュータシミュレーションの結果を図９Ａ及び図９Ｂに示す。図９Ａは図８Ａに相当し、触媒４２の上流側端面４２Ｅへの排気ガスの当たりの強さを同様に示し、図９Ｂは図７に対応する向きで排気通路の排気ガスの流れを示す図である。図８Ｂ及び図８Ｃと同様に、図９Ｂでも、各線は排気ガスの流れを示し、また各線の色が濃いほど速度が速いことを示す。

【0039】

図８Ａと図９Ａを比較すると、内燃機関１０の排気装置ＥＤのコンピュータシミュレーションの結果の方が、従来の排気装置１００のコンピュータシミュレーションの結果よりも色の濃い領域が広かった。具体的には、触媒４２の上流側端面４２Ｅの面積を「１」としたとき、内燃機関１０の排気装置ＥＤの排気ガスの当たっている面積は０．７６であり、従来の排気装置１００の排気ガスの当たっている面積は０．６７であった。

【0040】

また、図８Ｂ及び図８Ｃを、図９Ｂと比べることで、内燃機関１０の排気装置ＥＤでは、ジョイント管部４６で旋回流つまり渦流が好適に生じ、触媒４２の上流側端面４２Ｅへ排気ガスが流れ込む領域がより広くなっていることが理解できる。また、ジョイント管部４６において下流側に向かう過程で、排気ガスの流速が遅くなることが理解できる。

【0041】

上記説明した内燃機関１０の排気装置ＥＤによれば、以下の作用効果が奏される。

【0042】

内燃機関１０の排気装置ＥＤは、排気接続管４４を備え、触媒４２の長手方向軸線４２Ａに沿って延びたジョイント管部４６と、ジョイント管部４６の上流側に延びて長手方向軸線４２Ａに交差する方向からジョイント管部４６につながる交差管部４８とを備える。そして、ジョイント管部４６は、長手方向軸線４２Ａが交差する端壁部４６ａと、端壁部４６ａにつながるとともに交差管部４８がつながる周壁部４６ｂとを備え、端壁部４６ａと周壁部４６ｂとはジョイント管部４６内に長手方向軸線４２Ａに沿って延びる触媒上流側空間Ｓを区画形成する。また、交差管部４８の排気流れ方向の中心線４８Ａは、ジョイント管部４６における対向する凹湾曲状の壁面４６ｃと直接交差する。したがって、交差管部４８からジョイント管部４６に流入した排気ガスは、凹湾曲状の壁面４６ｃに向かい、壁面４６ｃの凹湾曲形状に沿って周方向の流れ成分が付与され、例えばＵターンするように流れ方向を変えて下流側に流れることが促され、よって旋回流又は渦流を形成するように流れることができる。よって、図３に矢印Ａ１、図４に矢印Ａ２及び図５に矢印Ａ３でそれぞれ模式的に示すように、交差管部４８を介してジョイント管部４６内に流入した排気ガスで旋回流又は渦流を発生させ、その排気ガスの流れを触媒４２の上流側端面４２Ｅに向けてより好適に当てることができる。これにより、排気ガスの触媒接触領域を好適に拡大することができ、排気通路３８の触媒４２への排気ガスの流れを改善することができる。更に、この構成は、排気通路３８に突出する部品又は部材を用意することを必要としない。したがって、排気装置ＥＤによれば、内燃機関１０において、排気通路３８に突出する部品又は部材を用意することを必要とせずに、排気通路３８の触媒４２への排気ガスの流れを改善することができる。また、排気通路３８の触媒４２への排気ガスの流れを改善することができるので、有効に触媒４２の浄化性能を活用することができる。よって、触媒４２のサイズを低減することもでき、ひいては触媒の貴金属量を削減することができる。また、排気ガスが流れる触媒４２の領域を増やすことにより、局所的に流れが触媒４２に当たる場合と比較して、触媒４２の過加熱を防ぎ、触媒４２の熱害を防ぐことができる。なお、上記構成の排気装置ＥＤは、気筒数に拘わらず種々の内燃機関の排気通路に適用できるという利点も有する。

【0043】

また、ジョイント管部４６の軸方向視つまり図４において、交差管部４８の中心線４８Ａは、触媒４２の長手方向軸線４２Ａからずれている。よって、交差管部４８を介してジョイント管部４６に流入した排気ガスは、ジョイント管部４６の前述の凹湾曲状の壁面４６ｃに沿って滑らかに流れることが可能になり、交差管部４８を介してジョイント管部４６内に流入した排気ガスで旋回流又は渦流を発生させ易くなる。

【0044】

また、ジョイント管部４６の軸方向視つまり図４において、周壁部４６ｂは断面略円形の内壁面４６ｂｓを有し、交差管部４８は、周壁部４６ｂの接線方向に延びるようにジョイント管部４６につながれている。したがって、交差管部４８を介してジョイント管部４６に流入した排気ガスは、ジョイント管部４６の前述の凹湾曲状の壁面４６ｃに沿ってより滑らかに流れることが可能になり、交差管部４８を介してジョイント管部４６内に流入した排気ガスで旋回流又は渦流をより一層発生させ易くなる。

【0045】

更に、ジョイント管部４６を長手方向軸線４２Ａに直交する方向からみたとき、つまり図２及び図３において、交差管部４８は、ジョイント管部４６の端壁部４６ａに沿ってジョイント管部４６につながる。これにより、排気ガスがより滑らかに交差管部４８からジョイント管部４６に流入して触媒４２側に流れることが可能になる。よって、より強い旋回流又は渦流をジョイント管部４６で生じさせることができる。

【0046】

また、交差管部４８の中心線４８Ａから触媒４２の上流側端面４２Ｅまでの距離Ｄ１は、交差管部４８の平均直径Ｄ２よりも大きい。したがって、交差管部４８の中心線４８Ａから触媒の上流側端面４２Ｅまでの距離Ｄ１をより長くすることができ、ジョイント管部４６内で旋回流又は渦流をより好適に発達させることができる。

【0047】

なお、排気装置ＥＤでは、交差管部４８の中心線４８Ａは、長手方向軸線４２Ａと略直交する。したがって、交差管部４８を介してジョイント管部４６に流入した排気ガスでより好適に旋回流又は渦流を生じさせることが可能になる。

【0048】

また、ジョイント管部４６の周壁部４６ｂは、上流側から下流側に向けてジョイント管部４６の内部空間つまり上記空間Ｓが拡張するように形付けられている。この構成により、排気ガスの流れる速度を調整することが可能になり、触媒４２への排気ガスの衝突を緩やかにすることも可能になる。

【0049】

なお、図６Ａ及び図６Ｂに基づいて説明したように、ジョイント管部４６は交差管部４８と一体に形成されていて、ジョイント管部４６及び交差管部４８は割面構造を有する。この構成により、ジョイント管部４６と交差管部４８との交差角度が大きくても、ジョイント管部４６及び交差管部４８を一体で容易に形成することが可能になる。

【0050】

以上、本発明の一実施形態に係る内燃機関１０の排気装置ＥＤを説明したが、種々の変更が可能である。例えば、内燃機関１０は、火花点火式の内燃機関であることに限定されず、圧縮着火式の内燃機関であってもよい。また、内燃機関１０の気筒数は、１つでも複数であってもよい。

【0051】

また、上記実施形態では、ジョイント管部４６は排気浄化装置４０と別体で作製されて接続されたが、排気浄化装置４０の一部に含まれてもよい。この場合、当初から、ジョイント管部４６は排気浄化装置４０のケース部４０ｃに一体に作製されてもよい。同様に、交差管部４８も、ジョイント部４６とともに排気浄化装置４０に組み込まれて、例えば当初から一体に作製されてもよい。なお、排気装置ＥＤにおいて、排気管３６は除かれて、排気接続管４４がシリンダヘッド１８に直接接続されてもよい。

【0052】

また、上記実施形態では、ジョイント管部４６の長手方向軸線４２Ａに直交する断面は略円形であり、ジョイント管部４６は断面略円形の内面を有した。これにより、ジョイント管部４６に流入した排気ガスで旋回流又は渦流を容易に形成することを可能にした。しかし、ジョイント管部４６は断面略円形の内面を有することに限定されず、上記凹湾曲状の壁面４６ｃを有し得る限り、ジョイント管部４６は種々の断面形状を有することができる。例えば、ジョイント管部４６は断面略Ｕ字形の内面を有してもよい。

【0053】

また、触媒４２の前後つまり、上流側（前側）及び下流側（後側）のいずれか一方又は両方に排気ガスセンサを設けるとよい。この排気ガスセンサとして、排気ガス中の空燃比を検出するセンサ（例えばＬＡＦ（リニア・エア・フューエルレシオ）センサ）、又は、酸素センサが用いられ得る。例えば、ＬＡＦセンサは触媒４２の上流側に設けられ、酸素センサは触媒４２の下流側に設けられる。これにより、それらのセンサの出力信号に基づいて、触媒４２の劣化状態を判定することが可能になる。なお、これらのセンサを設けるとき、排気通路３８の排気ガスの流れを阻害しないようにセンサの位置決めなどがされるとよい。例えば、触媒４２の上流側の排気ガスセンサは、シリンダヘッド１８に取り付けることができ、また排気接続管４４に設けられてもよく、ジョイント管部４６に設けられることも、交差管部４８に設けられることも可能である。

【0054】

以上、本発明に係る実施形態及びその変形例について説明したが、本発明はそれらに限定されない。本願の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、種々の置換、変更が可能である。

【符号の説明】

【0055】

１０ 内燃機関
４０ 排気浄化装置
４２ 触媒
４２Ｅ 上流側端面
４４ 排気接続管
４６ ジョイント管部
４６ｃ 凹湾曲状の壁面
４８ 交差管部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】