本發(fā)明涉及直列4氣缸內(nèi)燃機的排氣裝置，特別是涉及具備至少1個匯集排氣端口的排氣裝置，其中，該匯集排氣端口是通過使點火順序不連續(xù)的一對氣缸的排氣端口在氣缸蓋內(nèi)部匯合而成的。

背景技術(shù)：

例如專利文獻1中公開有如下結(jié)構(gòu)的排氣裝置，即，在直列4氣缸內(nèi)燃機中，使點火順序不連續(xù)的#2氣缸和#3氣缸的排氣端口在氣缸蓋內(nèi)部匯合，另一方面，使#1氣缸和#4氣缸的排氣端口保持原樣地在氣缸蓋側(cè)面開口。即，#2、#3氣缸的排氣端口構(gòu)成為一個匯集排氣端口，#1氣缸的排氣端口和#4氣缸的排氣端口構(gòu)成為分別獨立于每個氣缸的單獨排氣端口。而且，#2、#3氣缸用的匯集排氣端口經(jīng)由一個匯集排氣管而與催化劑轉(zhuǎn)化器連接，#1氣缸以及#4氣缸的單獨排氣端口分別經(jīng)由獨立的單獨排氣管而與催化劑轉(zhuǎn)化器連接。

在這樣使一部分氣缸的排氣端口在氣缸蓋內(nèi)部匯合的結(jié)構(gòu)中，在冷起動時，經(jīng)由匯集排氣管而向催化劑轉(zhuǎn)化器導(dǎo)入的排氣的溫度會變得較高，因此有利于起動后的催化劑的早期活性。并且，在專利文獻1中，使#2、#3氣缸用的匯集排氣管的管長比#1、#4氣缸用的單獨排氣管的管長更短，由此實現(xiàn)了對從匯集排氣管散熱的抑制。

然而，在如上所述使一部分氣缸的排氣端口在氣缸蓋內(nèi)部匯合的結(jié)構(gòu)中，有利于冷起動后的催化劑的早期活性這一點，但另一方面，在暖機后的高速高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時等通過匯集排氣端口以及匯集排氣管向催化劑轉(zhuǎn)化器流入的排氣的溫度容易變得過高，存在催化劑劣化等問題。

即，在冷起動時，存在為了催化劑的早期活性而要將排氣以盡量保持較高溫度的狀態(tài)向催化劑轉(zhuǎn)化器導(dǎo)入的要求，另一方面，在高速高負(fù)荷時，存在要盡量抑制向催化劑轉(zhuǎn)化器導(dǎo)入的排氣的溫度的要求。在上述當(dāng)前的結(jié)構(gòu)中，難以兼顧這樣的相反的要求。

專利文獻1：日本特開2008-38838號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是一種4氣缸內(nèi)燃機的排氣裝置，在4個氣缸中點火時機以360°分離的至少1對氣缸的排氣端口作為在氣缸蓋內(nèi)部匯合的匯集排氣端口而在氣缸蓋側(cè)面開口，

該4氣缸內(nèi)燃機的排氣裝置是通過與該匯集排氣端口連接的匯集排氣管和其他氣缸的排氣管一起與單個催化劑轉(zhuǎn)化器連接而構(gòu)成的，其中，所述4氣缸內(nèi)燃機的排氣裝置構(gòu)成為，

上述匯集排氣端口的出口部的等效直徑比匯合前的2個氣缸各自的排氣端口的等效直徑大，

上述出口部形成為在氣缸列方向上長的橢圓形或者長圓形，其短徑小于或等于匯合前的2個氣缸各自的排氣端口的等效直徑。

高溫的氣體在管路流動時的散熱量受到管路的表面積即散熱面積、與管路的壁面相接觸的氣體的流速、氣體的容積等的影響，在內(nèi)燃機剛冷起動之后的狀況下，從2個氣缸交替地排出的較少量的排氣要以相對于低溫的通路壁面以某種程度離開而從通路截面中央附近通過的方式流動，因此匯集排氣端口以及匯集排氣管的等效直徑越大，散熱量越少。因此，在冷起動時，能夠在將排氣保持為較高溫度的狀態(tài)下向催化劑轉(zhuǎn)化器導(dǎo)入。

另一方面，在如暖機后的高速高負(fù)荷時那樣大量的高溫排氣在壁面溫度較高的管路中流動的狀況下，散熱面積的大小起到支配性作用。特別是壁面溫度處于接近排氣溫度的狀態(tài)，因此匯集排氣管的外表面的面積的大小會影響散熱量。等效直徑越大，管路的表面積即散熱面積越大，并且，對橢圓或者長圓形截面實施扁平化而不使短徑比匯合前的排氣端口的等效直徑擴大，由此散熱面積擴大，能夠獲得較大的散熱量。因此，能夠抑制經(jīng)由匯集排氣管而向催化劑轉(zhuǎn)化器流入的排氣的溫度，能夠避免例如因過高的溫度而引起的催化劑的劣化。此外，匯集排氣管的截面形狀與匯集排氣端口出口部的形狀基本相同。

這樣，在本發(fā)明中，以增大匯集排氣端口的等效直徑、且使短徑小于或等于匯合前的排氣端口的等效直徑的方式實施扁平化，由此能夠滿足如下的相反的要求，即，在冷起動時將排氣以盡量保持較高的溫度的狀態(tài)向催化劑轉(zhuǎn)化器導(dǎo)入，與此同時，在高速高負(fù)荷時盡量抑制向催化劑轉(zhuǎn)化器導(dǎo)入的排氣的溫度。

附圖說明

圖1是具備本發(fā)明所涉及的排氣裝置的氣缸蓋的剖面圖。

圖2是該氣缸蓋的排氣端口側(cè)的側(cè)視圖。

圖3是安裝于氣缸蓋的排氣歧管的斜視圖。

圖4是表示冷機時的排氣端口的等效直徑與散熱量的關(guān)系的特性圖。

圖5是表示排氣端口的等效直徑以及扁平化與散熱面積的關(guān)系的特性圖。

圖6是表示排氣歧管不同的例子的斜視圖。

圖7是表示第2實施例的氣缸蓋的側(cè)視圖。

具體實施方式

圖1～圖3表示將本發(fā)明應(yīng)用于直列4氣缸內(nèi)燃機的一個實施例。如圖1所示，在氣缸蓋1中，#1～#4氣缸的排氣端口2a～2d朝向氣缸蓋1的一側(cè)的側(cè)面1a延伸，進氣端口3a～3d朝向另一側(cè)的側(cè)面1b延伸。這里，#1氣缸以及#4氣缸的排氣端口2a、2d作為單獨排氣端口而針對每個氣缸獨立地在氣缸蓋1的側(cè)面1a開口，#2氣缸以及#3氣缸的排氣端口2b、2c在氣缸蓋1內(nèi)部彼此匯合，作為一個匯集排氣端口2bc而在氣缸蓋1的側(cè)面1a開口。此外，#2氣缸和#3氣缸的點火時機以360°CA而分離，從而不會產(chǎn)生排氣干擾。上述氣缸蓋1以將排氣端口2a～2d的周圍包圍的方式而具備水套4，因冷卻水的循環(huán)而被強制地冷卻。

圖2示出了氣缸蓋1的側(cè)面1a，如圖所示，#1、#4氣缸的單獨排氣端口2a、2d分別以近似正圓的圓形而開口。與此相對，位于中央的#2、#3氣缸的匯集排氣端口2bc的出口部以在氣缸列方向上較長的橢圓形或者長圓形而開口。在圖示的例子中，形成為由兩端的半圓部分和中間的直線部分構(gòu)成的長圓形。該匯集排氣端口2bc的出口部的等效直徑比匯合前的#2氣缸以及#3氣缸的排氣端口2b、2c的等效直徑大。換言之，#2、#3氣缸的排氣端口2b、2c、以及#1、#4氣缸的排氣端口2a、2d具有基本相等的等效直徑，因此匯集排氣端口2bc的出口部的等效直徑設(shè)定為比#1氣缸的單獨排氣端口2a以及#4氣缸的單獨排氣端口2d的出口部的等效直徑大。

另外，形成為長圓形的匯集排氣端口2bc的出口部的沿著上下方向的短徑小于或等于匯合前的#2氣缸以及#3氣缸的排氣端口2b、2c的等效直徑。例如，在一個實施例中，比匯合前的#2氣缸以及#3氣缸的排氣端口2b、2c的等效直徑略小。#1、#4氣缸的單獨排氣端口2a、2d具有與#2、#3氣缸的排氣端口2b、2c基本相等的等效直徑、且以近似正圓形而開口，因此在氣缸蓋1的側(cè)面1a中，匯集排氣端口2bc的出口部形成為具有比單獨排氣端口2a、2d的直徑略小的短徑、且在氣缸列方向上較長地延伸的長圓形。在優(yōu)選的一個實施例中，長徑相對于短徑的比為1.6。

圖3示出了在氣缸蓋1的側(cè)面1a安裝的排氣歧管5。該排氣歧管5具備：#1單獨排氣管6，其與#1氣缸的單獨排氣端口2a連接；#4單獨排氣管7，其與#4氣缸的單獨排氣端口2d連接；以及匯集排氣管8，其與中央的匯集排氣端口2bc連接，上述這3個排氣管6、7、8的基端由頭安裝凸緣9支撐。#1單獨排氣管6以及#4單獨排氣管7具有近似圓形的剖面形狀，具有與氣缸蓋1的側(cè)面1a處的單獨排氣端口2a、2d的出口部基本相等的等效直徑。匯集排氣管8具有與氣缸蓋1的側(cè)面1a處的出口部開口形狀相對應(yīng)、且在氣缸列方向延伸的細長的長圓形的截面形狀，具有與上述出口部基本相等的等效直徑以及扁平率。

#1單獨排氣管6、#4單獨排氣管7以及匯集排氣管8的前端分別與單個催化劑轉(zhuǎn)化器11的上游側(cè)的擴散器部11a連接。催化劑轉(zhuǎn)化器11將圓柱狀的整體式催化劑載體收容于圓筒形金屬制殼體內(nèi)，擴散器部11a以形成在與催化劑載體端面之間而直徑逐漸擴大的空間的方式構(gòu)成為近似圓錐形。

匯集排氣管8從蓋安裝凸緣9沿與氣缸列方向相正交的方向直線狀地延伸，并且前端部以指向下方的方式彎曲而與擴散器部11a的上游側(cè)端部連接。在與催化劑轉(zhuǎn)化器11的連接部，匯集排氣管8具有近似半圓形的截面形狀(未圖示)。

位于氣缸列方向的前后的#1單獨排氣管6以及#4單獨排氣管7以俯視時大致對稱的方式在氣缸列方向上彎曲延伸，并且前端部以指向下方的方式彎曲而與擴散器部11a的上游側(cè)端部連接。更詳細而言，#1單獨排氣管6以及#4單獨排氣管7在催化劑轉(zhuǎn)化器11的附近以近似Y字形或者近似T字形匯合，匯合后的1個連接管部12與擴散器部11a連接。在與催化劑轉(zhuǎn)化器11的連接部，連接管部12具有與匯集排氣管8端部對稱的近似半圓形的截面形狀(未圖示)。

如圖3所示，匯集排氣管8配置于內(nèi)側(cè)即氣缸蓋1附近，單獨排氣管6、7配置為從匯集排氣管8的上方或者外側(cè)通過。二者的通路長度盡量設(shè)定為相等的長度。

此外，如圖6所示，匯集排氣管8還能夠使用以從單獨排氣管6、7的上方或者外側(cè)通過的方式構(gòu)成的排氣歧管5。

在上述實施例的結(jié)構(gòu)中，#1氣缸的排氣以及#4氣缸的排氣分別經(jīng)由單獨排氣端口2a、2d以及單獨排氣管6、7而向催化劑轉(zhuǎn)化器11流動，與此相對，#2氣缸的排氣以及#3氣缸的排氣經(jīng)由共用的匯集排氣端口2bc以及匯集排氣管8而向催化劑轉(zhuǎn)化器11流動。因此，在冷起動時，#2、#3氣缸的排氣以保持較高溫度的狀態(tài)向催化劑轉(zhuǎn)化器11供給而有助于催化劑的早期活性。這里，在具備匯集排氣端口的結(jié)構(gòu)中，如前所述，在暖機完畢后的高速高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時等相反地存在排氣溫度容易變得過高的不利，但在上述實施例中，通過使匯集排氣端口2bc的等效直徑增大且實施扁平化，能夠?qū)崿F(xiàn)暖機完畢后的高速高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時的排氣溫度的抑制，不會使冷起動后的排氣氣體的溫度的維持受損。

即，圖4示出了冷起動時的排氣端口的等效直徑與散熱量的關(guān)系，橫軸以相對于成為某個基準(zhǔn)的等效直徑D0(例如36mm)增減的方式示出排氣端口的等效直徑，縱軸以散熱量相對于基準(zhǔn)等效直徑D0的增減比例的方式示出散熱量。這里，各特性線a～f表示使短徑在24mm～47mm的范圍內(nèi)變化的情況下的特性，不依賴于扁平率的整體的趨勢由將各特性線a～f上的正圓時的點連結(jié)的曲線g表示。如該圖4所示，在冷起動后(例如怠速放置)的狀態(tài)下，即，在排氣端口內(nèi)壁面的溫度較低、且較少量的排氣在其中流動時，如果排氣端口的等效直徑較大，則少量的排氣幾乎不與低溫的排氣端口內(nèi)壁面接觸地在排氣端口中心附近流動，因此等效直徑越大則散熱量越少。在上述實施例中，匯集排氣端口2bc的等效直徑設(shè)定為比各排氣端口2b、2c的等效直徑大，各氣缸的排氣作為間歇流而交替地在其中流動，因此冷起動后的排氣氣體的冷卻得到抑制，實現(xiàn)了催化劑的早期活性。對于匯集排氣管8也同樣。

另一方面，圖5示出了內(nèi)燃機的暖機完畢后的高速高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時的排氣管的等效直徑與散熱量(通路表面積)的關(guān)系，橫軸以相對于成為某個基準(zhǔn)的等效直徑D0(例如36mm)增減的方式示出排氣管的等效直徑，縱軸以與通路表面積成正比的相對于正圓時的散熱量(通路表面積)增減的方式而示出散熱量。這里，各特性線a～f表示使短徑在24mm～47mm的范圍內(nèi)變化的情況下的特性，如圖所示，并不依賴于扁平率，等效直徑越大則通路表面積越大，因此散熱量變大。這是因為在暖機完畢后的高速高負(fù)荷運轉(zhuǎn)中，通路內(nèi)壁面溫度與排氣溫度之差較小、且大量的排氣氣體以與通路內(nèi)壁面相接觸的方式流動，因此散熱量依賴于成為散熱面的排氣管表面的表面積的大小。而且，如果對各特性線a～f進行比較則明確可知，如果是相同的等效直徑，則扁平率越高，散熱量(通路表面積)越大。因此，如上述實施例的匯集排氣端口2bc或者匯集排氣管8那樣增大等效直徑、且提高扁平率，由此能夠利用冷卻水以及外部氣體而實現(xiàn)有效的冷卻，高速高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時的排氣溫度的過度升高得到抑制。

這樣，在上述實施例中，能夠抑制催化劑的劣化等成為問題的暖機完畢后的高速高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時的排氣溫度的過度升高，并且在冷起動時能夠抑制排氣溫度的冷卻而實現(xiàn)催化劑的早期活性。

此外，作為扁平率，如果長徑相對于短徑的比處于1.6附近，則能夠?qū)⒗淦饎雍蟮呐艢鉁囟染S持為最高。而且，如果上述的比大于或等于1.6，則有利于暖機完畢后的散熱量。因此，優(yōu)選上述的比大于或等于1.6。

下面，基于圖7對本發(fā)明的第2實施例進行說明。在前述的實施例中，使#2氣缸以及#3氣缸的排氣端口2b、2c作為匯集排氣端口2bc而匯合，另一方面，關(guān)于#1氣缸和#4氣缸，形成為作為單獨排氣端口而獨立的結(jié)構(gòu)，但在圖7的第2實施例中，關(guān)于#1氣缸的排氣端口和#4氣缸的排氣端口，也形成為在氣缸蓋1的內(nèi)部作為第2匯集排氣端口2ad而匯合的結(jié)構(gòu)。即，具備：第1匯集排氣端口2bc，其使#2氣缸的排氣端口和#3氣缸的排氣匯合；以及第2匯集排氣端口2ad，其使#1氣缸的排氣端口和#4氣缸的排氣端口匯合，分別如圖7所示，在氣缸蓋1的側(cè)面1a開口。這些匯集排氣端口2bc、2ad的開口部均形成為在氣缸列方向上較長地延伸的橢圓形或者長圓形(圖示例子中為長圓形)，其等效直徑比匯合前的2個氣缸各自的等效直徑大，并且，其短徑小于或等于匯合前的2個氣缸各自的排氣端口的等效直徑。另外，第1匯集排氣端口2bc和第2匯集排氣端口2ad在氣缸蓋1的側(cè)面1a配置于上下不同的位置，并且在氣缸列方向上配置為至少一部分重疊。在圖示例子中，第1匯集排氣端口2bc相對地位于上方。

此外，對于排氣歧管并未進行圖示，但形成為具備與圖7中的開口部的形狀·配置相對應(yīng)的2個匯集排氣排氣管的結(jié)構(gòu)。

根據(jù)這樣的第2實施例，第1匯集排氣端口2bc和第2匯集排氣端口2ad隔著共用的分隔壁而上下相鄰，因此更有利于將冷起動后的排氣溫度確保為較高。