JP4737026B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、複数の燃焼室を有して、この燃焼室に対して複数の排気通路が設けられた内燃機関に関するものである。

一般的な多気筒エンジンにおいて、エンジン本体に複数の気筒（燃焼室）が設けられ、シリンダブロックの各シリンダにピストンが移動自在に嵌合し、各ピストンは下部に回転自在に支持されたクランクシャフトに連結されており、シリンダブロックの上部にシリンダヘッドが締結されることで各燃焼室が構成されている。各燃焼室には吸気ポート及び排気ポートが形成され、吸気弁及び排気弁により開閉可能となっている。そして、各吸気ポートに吸気管が連結される一方、各排気ポートに排気管がそれぞれ連結され、この排気管に過給機や浄化触媒が装着されている。

このような多気筒エンジンにて、一つの燃焼室に対して２つの独立した排気ポートを設け、各排気ポートにそれぞれ排気通路を連結し、一方の排気通路に過給機を装着し、他方の排気通路に前段浄化触媒を装着することで、残留ガス量の減少による性能向上と、冷間始動時における触媒暖機性能の向上によるエミッションの低減を図ったものがある。即ち、エンジンの冷間始動時に、排気ガスを他方の排気通路に流し、前段浄化触媒を効果的に暖機することで早期活性化により排気浄化性能が向上する。また、エンジンの高負荷時に、排気ガスを一方の排気通路に流し、この大量の排気ガスにより過給機を駆動することで、高過給を可能として性能が向上する。

なお、一つの気筒あたり二つの排気ポートを形成してそれぞれは域通路を連結し、一方の排気通路をターボ過給機に接続し、他方の排気通路を排気通路ユニットを介してターボ過給機に接続し、排気通路ユニットに運転状態に応じて開閉する制御弁を設けたものとして、下記特許文献１に記載されたエンジンの排気装置がある。また、第１気筒に接続された第１排気管と、第２気筒に接続された第２排気管とを下流端部で合流して触媒を装着し、温度の降下量の大きい第１排気管を二重構造としたものとして、下記特許文献２に記載された内燃機関の排気浄化装置がある。

特公平０７−０４５８２５号公報 特開平０８−１２１１５３号公報

上述した従来のエンジンでは、排気ガスを他方の排気通路に流すことで、前段浄化触媒を効果的に暖機して早期活性化を図ると共に、排気ガスを一方の排気通路に流すことで、過給機による性能向上を図っている。ところが、一つの燃焼室に対して単に２つの独立した排気通路を設け、エンジンの運転状態に応じて切換えるようにしても、全量の排気ガスが段浄化触媒や過給機に導入されるものの、排気ガスの熱エネルギが十分に活用されていない。また、エンジンの各燃焼室では、順番に爆発が発生することから、排気干渉が発生して過給機の稼動効率が低下してしまうおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、運転状態に応じて排気ガスの熱エネルギを効果的に活用することで排気浄化効率及び性能の向上を図った内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、複数の燃焼室と、該複数の燃焼室に連結される吸気通路と、該吸気通路を開閉する吸気弁と、前記複数の燃焼室に連結される第１排気通路と、該第１排気通路を開閉する第１排気弁と、前記複数の燃焼室に連結されて前記第１排気通路より大きな熱容量を有する第２排気通路と、該第２排気通路を開閉する第２排気弁と、前記燃焼室から排出される排気ガスの経路を前記第１排気通路と前記第２排気通路との間で切換可能な排気切換手段と、運転状態に応じて前記排気切換手段を制御する排気制御手段とを具え、前記排気制御手段は前記排気切換手段を制御することで、冷間始動時及び低回転低負荷時には排気ガスの経路を前記第１排気通路に切換え、低回転高負荷時には排気ガスの経路を前記第２排気通路に切換え、高回転時には排気ガスの経路を前記第１排気通路及び前記第２排気通路に切換えることを特徴とするものである。

本発明の内燃機関では、前記第１排気通路における通路表面積より前記第２排気通路における通路表面積が大きく設定されることを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記複数の燃焼室に連通する前記第１排気通路における各第１排気ポートの通路断面積より前記第２排気通路における各第２排気ポートの通路断面積が大きく設定されることを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記複数の燃焼室に連通する前記第１排気通路における各第１排気ポート同士、または、前記複数の燃焼室に連通する前記第２排気通路における各第２排気ポート同士が隣接して配設され、隣接する前記各排気ポートを集合通路によりシリンダヘッド内で合流させることを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記第２排気通路は、前記複数の燃焼室のうちの爆発が連続しない燃焼室同士が集合することを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記排気制御手段は前記排気切換手段を制御することで、燃料カット時には排気ガスの経路を前記第２排気通路に切換えることを特徴としている。

本発明の内燃機関によれば、一つの燃焼室に対して２つの排気通路を連結し、第１排気通路の熱容量よりも第２排気通路の熱容量を大きく設定し、排気切換手段により排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能とし、排気制御手段が排気切換手段を制御することで、冷間始動時及び低回転低負荷時には排気ガスの経路を第１排気通路に切換え、低回転高負荷時には排気ガスの経路を第２排気通路に切換え、高回転時には排気ガスの経路を第１排気通路及び第２排気通路に切換えるようにしたので、運転状態に応じて排気ガスの経路が熱容量の小さい第１排気通路と熱容量の大きい第２排気通路との間で切換得られることとなり、排気ガスの熱エネルギを効果的に活用することで、触媒の暖機性能を上げて排気浄化効率を向上することができると共に、出力性能を向上することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンの概略平面図、図２は、実施例１の直列４気筒エンジンの概略断面図、図３は、実施例１の直列４気筒エンジンにおける運転状態に対する排気通路切換マップである。

本実施例の内燃機関として直列４気筒エンジンを適用している。この直列４気筒エンジンにおいて、図１及び図２に示すように、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された４つのシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

４つの燃焼室１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この各燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に一対の吸気ポート１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ）及び一対の排気ポート２０（２０ａ１，２０ａ２，２０ｂ１，２０ｂ２，２０ｃ１，２０ｃ２，２０ｄ１，２０ｄ２）が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）及び排気弁２２（２２ａ１，２２ａ２，２２ｂ１，２２ｂ２，２２ｃ１，２２ｃ２，２２ｄ１，２２ｄ２）の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図２にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。

従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。

また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７，２８となっている。この吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）及びリフト量（開放量）も変更可能となっている。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。

吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットル弁３９を有する電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ４１が装着されており、このインジェクタ４１は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜して配置されている。各気筒に装着されるインジェクタ４１はデリバリパイプ４２に連結され、このデリバリパイプ４２には高圧燃料供給管４３を介して高圧燃料ポンプ４４が連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。

なお、本実施例では、吸気ポート１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ）、吸気マニホールド３５、サージタンク３６、吸気管３７などにより本発明の吸気通路が構成されている。

一方、本実施例の排気系は、一つの燃焼室に対して２つの排気通路が設けられ、この各排気通路は複数の燃焼室から排出された排気ガスを集合して排出するように構成され、第１排気通路に対して第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。

即ち、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２は、第１排気弁２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２により開閉可能であり、互いに隣り合う第１気筒の排気ポート２０ａ２と第２気筒の排気ポート２０ｂ２がシリンダヘッド１２内の集合通路４６で集合し、第３気筒の排気ポート２０ｃ２と第４気筒の排気ポート２０ｄ２がシリンダヘッド１２内の集合通路４７で集合しており、各集合通路４６，４７が第１連結管４８により連結されている。一方、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１は、第２排気弁２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１により開閉可能であり、互いに隣り合う第２気筒の排気ポート２０ｂ１と第３気筒の排気ポート２０ｃ１がシリンダヘッド１２内の集合通路４９で集合しており、この集合通路４９と第１気筒の排気ポート２０ａ１と第４気筒の排気ポート２０ｄ１が第２連結管５０により連結されている。

そして、第１連結管４８に第１排気管５１が連結され、第２連結管５０に第２排気管５２が連結され、各連結管５１，５２の下流端部が合流して排気集合管５３が連結されている。この排気集合管５３の上流側には前段浄化触媒５４が装着され、下流側には後段浄化触媒５５が装着されている。この場合、前段浄化触媒５４は、三元触媒であって、排気空燃比がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理するものである。また、後段浄化触媒５５は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であって、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したリッチ燃焼領域またはストイキ燃焼領域にあるときに、吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料によりＮＯｘを還元するものである。

また、本実施例では、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２（第１排気弁２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２）の通路断面積より、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１（第２排気弁２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１）の通路断面積が大きく設定されると共に、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２と第１連結管４８と第１排気管５１とからなる第１排気通路の通路表面積より、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１と第２連結管５０と第２排気管５２とからなる第２排気通路の通路表面積が大きく設定されることで、第１排気通路に対して第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。

また、第２排気通路を構成する第２排気ポート２０ｂ１，２０ｃ１をシリンダヘッド１２内で集合する集合通路４９は、複数の燃焼室１８のうちの爆発が連続しない燃焼室１８ｂ，１８ｃ同士が隣接して集合するようになっている。

車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）６１が搭載されており、このＥＣＵ６１は、インジェクタ４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。即ち、吸気管３７の上流側にはエアフローセンサ６２及び吸気温センサ６３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ６４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ６１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ６５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ６１に出力しており、アクセルポジションセンサ６６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ６１に出力している。更に、クランク角センサ６７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ６１に出力し、このＥＣＵ６１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ６８が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ６１に出力している。一方、排気集合管５３には、前段浄化触媒５４の上流側に位置して排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ６９が設けられており、検出した排気空燃比をＥＣＵ６１に出力している。

従って、ＥＣＵ６１は、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射時間）、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ６１は、検出した排気ガスの空燃比をフィードバックして空燃比が所望の空燃比となるように燃料噴射量を補正している。

また、ＥＣＵ６１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。

ところで、本実施例のエンジンにあっては、上述したように、第１排気通路として、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２、集合通路４６，４７、第１連結管４８、第１排気管５１が設けられ、第２排気通路として、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１、集合通路４９、第２連結管５０、第２排気管５２が設けられており、第１排気通路の熱容量より第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。また、各燃焼室１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１９ｄ）から排出される排気ガスの経路を、この第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能な排気切換手段として、排気可変動弁機構２８を適用している。そして、排気制御手段としてのＥＣＵ６１は、エンジンの運転状態に応じて排気可変動弁機構２８を制御することで、排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換えるようにしている。

即ち、図１乃至図３に示すように、ＥＣＵ６１は、エンジンの冷間始動時や低回転低負荷時などの運転領域Ａのときには、第２排気通路を閉止して第１排気通路を開放するために、排気可変動弁機構２８を制御して、第２排気弁２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１のリフト量を０として第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１を常時閉止する一方、第１排気弁２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２のリフト量を確保して第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２を開放することで、排気ガスの経路を第１排気通路に切換える。

従って、各燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出された排気ガスは、熱容量が低い第１排気通路を構成する第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２、集合通路４６，４７、第１連結管４８、第１排気管５１を通って排気集合管５３に流れて前段浄化触媒５４に流入することとなり、前段浄化触媒５４より上流側の第１排気通路での排気ガスの熱エネルギの損失を低減し、排気ガスの熱エネルギを前段浄化触媒５４に効率的に供給することで、前段浄化触媒５４が短時間で活性化することとなる。

また、ＥＣＵ６１は、エンジンの低回転高負荷時などの運転領域Ｂのときには、第１排気通路を閉止して第２排気通路を開放するために、排気可変動弁機構２８を制御して、第１排気弁２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２のリフト量を０として第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２を常時閉止する一方、第２排気弁２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１のリフト量を確保して第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１を開放することで、排気ガスの経路を第２排気通路に切換える。

従って、各燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出された排気ガスは、熱容量が高い第２排気通路を構成する第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１、集合通路４９、第２連結管５０、第２排気管５２を通って排気集合管５３に流れることとなり、排気干渉が抑制されて出力性能が向上することとなる。

更に、ＥＣＵ６１は、エンジンの高回転時などの運転領域Ｃのときには、第１排気通路及び第２排気通路を開放するために、排気可変動弁機構２８を制御して、第１排気弁２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２のリフト量を確保して第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２を開放すると共に、第２排気弁２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１のリフト量を確保して第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１を開放することで、排気ガスの経路を第１排気通路及び第２排気通路の両方とするように切換える。

従って、各燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出された排気ガスは、第１排気通路を構成する第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２、集合通路４６，４７、第１連結管４８、第１排気管５１を通って排気集合管５３に流れると共に、第２排気通路を構成する第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１、集合通路４９、第２連結管５０、第２排気管５２を通って排気集合管５３に流れることとなり、排気流路面積が大きくなって背圧が低減され、出力性能が向上すると共に燃費が向上することとなる。

なお、図３に表す運転状態に対する排気通路切換マップにて、エンジン回転数は、クランク角センサ６７が検出した各気筒のクランク角度に基づいてＥＣＵ６１が算出している。また、エンジン負荷は、エアフローセンサ６２が検出した吸入空気量、スロットルポジションセンサ６５が検出したスロットル開度、アクセルポジションセンサ６６が検出したアクセル開度、または、体積効率、筒内圧などを適用すればよい。

また、ＥＣＵ６１は、燃料カット時などの運転領域のときには、第１排気通路を閉止して第２排気通路を開放するために、排気可変動弁機構２８を制御して、第１排気弁２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２のリフト量を０として第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２を常時閉止する一方、第２排気弁２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１のリフト量を確保して第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１を開放することで、排気ガスの経路を第２排気通路に切換える。

従って、燃料カットにより低温となって各燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出された排気ガスは、熱容量が高い第２排気通路を構成する第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１、集合通路４９、第２連結管５０、第２排気管５２を通って排気集合管５３に流れて前段浄化触媒５４に流入することとなり、前段浄化触媒５４より上流側の第２排気通路で排気ガスの熱エネルギが奪われて低減し、更に低温となった排気ガスを前段浄化触媒５４に供給することで、前段浄化触媒５４を短時間で冷却することとなり、触媒貴金属の熱劣化が抑制される。

このように実施例１の内燃機関にあっては、直接４気筒エンジンにて、燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに対して第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２等を介して第１排気管５１を連結すると共に、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１等を介して第２排気管５２を連結し、第１排気管５１からなる第１排気通路よりも第２排気管５２からなる第２排気通路の熱容量を大きく設定し、排気可変動弁機構２８により燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出される排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能とし、ＥＣＵ６１は、エンジン運転状態に応じて排気可変動弁機構２８を制御するようにしている。

従って、エンジン運転状態に応じて排気ガスの経路が熱容量の小さい第１排気通路と熱容量の大きい第２排気通路との間で切換得られることとなり、排気ガスの熱エネルギを効果的に活用することで、前段浄化触媒５４の暖機性能を上げて排気浄化効率を向上することができると共に、出力性能を向上することができる。

また、実施例１の内燃機関では、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２の通路断面積より、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１の通路断面積を大きく設定すると共に、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２と第１連結管４８と第１排気管５１とからなる第１排気通路の通路表面積より、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１と第２連結管５０と第２排気管５２とからなる第２排気通路の通路表面積を大きく設定することで、第１排気通路に対して第２排気通路の熱容量を大きく設定している。従って、簡単な構成で第１排気通路と第２排気通路との熱容量を変えることができ、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。

また、実施例１の内燃機関では、ＥＣＵ６１は、排気可変動弁機構２８を制御することで、冷間始動時及び低回転低負荷時には排気ガスの経路を第１排気通路に切換え、低回転高負荷時には排気ガスの経路を第２排気通路に切換え、高回転時には排気ガスの経路を第１排気通路及び第２排気通路の両方に切換えるようにしている。

従って、冷間始動時や低回転低負荷時に、排気ガスは熱容量が低い第１排気通路に流入することとなり、前段浄化触媒５４より上流側の第１排気通路での排気ガスの熱エネルギの損失を低減し、排気ガスの熱エネルギを前段浄化触媒５４に効率的に供給することで、前段浄化触媒５４を短時間で活性化することができる。また、エンジンの低回転高負荷時に、排気ガスは熱容量が高い第２排気通路に流入することとなり、排気干渉が抑制されて出力性能を向上することができる。更に、エンジンの高回転時に、排気ガスは第１排気通路及び第２排気通路に流入することとなり、排気流路面積が大きくなって背圧が低減され、出力性能を向上することができると共に、燃費を向上することができる。

また、エンジンの燃料カット時に、排気ガスの経路を第２排気通路に切換えることで、排気ガスは熱容量が高い第２排気通路に流入することとなり、前段浄化触媒５４より上流側の第２排気通路で排気ガスの熱エネルギが奪われて低減し、更に低温となった排気ガスを前段浄化触媒５４に供給することで、前段浄化触媒５４を短時間で冷却することとなり、触媒貴金属の熱劣化を抑制することができる。

更に、実施例１の内燃機関では、第２排気通路を構成する第２排気ポート２０ｂ１，２０ｃ１をシリンダヘッド１２内で集合する集合通路４９が、複数の燃焼室１８のうちの爆発が連続しない燃焼室１８ｂ，１８ｃ同士が隣接して集合するようにしている。従って、排気脈動の干渉による性能低下を防止することができる。

そして、この実施例１では、第１排気管５１と第２排気管５２の下流端部を合流して排気集合管５３を連結し、この排気集合管５３に浄化触媒５４，５５を装着している。従って、エンジンのどのような運転状態であっても、排気ガスが排気集合管５３から浄化触媒５４，５５に流入することとなり、排気浄化効率を向上することができる。

また、実施例１では、低熱容量側の第１排気通路を構成する集合通路４６，４７をシリンダヘッド１２内に形成することで、排気マニホールドを廃止している。従って、浄化触媒５４，５５に流れる排気ガスの温度低下を抑制することができ、触媒暖機性を向上することができる。また、高熱容量側の第２排気通路を構成する集合通路４９をシリンダヘッド１２内に形成することで、排気マニホールドを廃止している。従って、高負荷時に排気ガスの温度上昇を抑制することができ、燃焼悪化を防止することができ、燃費を向上することができる。この場合、シリンダヘッド１２内での集合通路４６，４７，４９の交差をなくして排気通路をコンパクトに構成することができる。

図４は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンの概略平面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

本実施例の内燃機関として直列４気筒エンジンを適用している。この直列４気筒エンジンにおいて、図４に示すように、４つの燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに対して、吸気ポート１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ及び排気ポート２０ａ１，２０ａ２，２０ｂ１，２０ｂ２，２０ｃ１，２０ｃ２，２０ｄ１，２０ｄ２が形成されており、吸気弁２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ及び排気弁２２ａ１，２２ａ２，２２ｂ１，２２ｂ２，２２ｃ１，２２ｃ２，２２ｄ１，２２ｄ２により開閉可能となっている。

そして、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２は、隣り合う第１気筒の排気ポート２０ａ２と第２気筒の排気ポート２０ｂ２が集合通路４６で集合し、第３気筒の排気ポート２０ｃ２と第４気筒の排気ポート２０ｄ２が集合通路４７で集合し、各集合通路４６，４７が第１連結管４８により連結されている。一方、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１は、隣り合う第２気筒の排気ポート２０ｂ１と第３気筒の排気ポート２０ｃ１が集合通路４９で集合し、この集合通路４９と第１気筒の排気ポート２０ａ１と第４気筒の排気ポート２０ｄ１が第２連結管５０により連結されている。

そして、第１連結管４８に第１排気管５１が連結され、第２連結管５０に第２排気管５２が連結され、各排気管５１，５２の下流端部が合流して排気集合管５３が連結され、前段浄化触媒５４と後段浄化触媒５５が装着されている。

このように本実施例では、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２の通路断面積より、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１の通路断面積が大きく設定されると共に、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２と第１連結管４８と第１排気管５１とからなる第１排気通路の通路表面積より、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１と第２連結管５０と第２排気管５２とからなる第２排気通路の通路表面積が大きく設定されることで、第１排気通路に対して第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。この場合、第２排気通路を構成する第２排気ポート２０ｂ１，２０ｃ１を集合する集合通路４９は、複数の燃焼室のうちの爆発が連続しない燃焼室１８ｂ，１８ｃ同士が隣接して集合するようになっている。

また、本実施例のエンジンの排気系には、ターボ過給機７１が設けられている。このターボ過給機７１は、吸気管３７側に設けられたコンプレッサ７２と第２排気管５２側に設けられたタービン７３とが連結軸７４により一体に連結されて構成されている。この場合、ターボ過給機７１は、熱容量の大きい側の第２排気管５２からの排気ガスによりタービン７３が駆動可能である。そして、このターボ過給機７１におけるコンプレッサ７２の下流側であって、電子スロットル装置４０（スロットル弁３９）の上流側の吸気管３７に、このコンプレッサ７２により圧縮されて温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ７５が設けられている。

そして、本実施例のエンジンにあっては、上述したように、第１排気通路として、第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２、集合通路４６，４７、第１連結管４８、第１排気管５１が設けられ、第２排気通路として、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１、集合通路４９、第２連結管５０、第２排気管５２が設けられており、第１排気通路の熱容量より第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。また、排気可変動弁機構２８により、各燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出される排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能とし、ＥＣＵ６１がエンジンの運転状態に応じて排気可変動弁機構２８を制御している。

即ち、ＥＣＵ６１は、エンジンの冷間始動時や低回転低負荷時には、第２排気通路を閉止して第１排気通路を開放するために、排気可変動弁機構２８を制御して、第２排気弁２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１のリフト量を０として第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１を常時閉止する一方、第１排気弁２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２のリフト量を確保して第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２を開放することで、排気ガスの経路を第１排気通路に切換える。

従って、各燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出された排気ガスは、熱容量が低い第１排気通路を構成する第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２、集合通路４６，４７、第１連結管４８、第１排気管５１を通って排気集合管５３に流れて前段浄化触媒５４に流入することとなり、前段浄化触媒５４より上流側の第１排気通路での排気ガスの熱エネルギの損失を低減し、排気ガスの熱エネルギを前段浄化触媒５４に効率的に供給することで、前段浄化触媒５４が短時間で活性化することとなる。

また、ＥＣＵ６１は、エンジンの低回転高負荷時には、第１排気通路を閉止して第２排気通路を開放するために、排気可変動弁機構２８を制御して、第１排気弁２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２のリフト量を０として第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２を常時閉止する一方、第２排気弁２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１のリフト量を確保して第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１を開放することで、排気ガスの経路を第２排気通路に切換える。

従って、各燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出された排気ガスは、熱容量が高い第２排気通路を構成する第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１、集合通路４９、第２連結管５０、第２排気管５２を通って排気集合管５３に流れることとなり、ターボ過給機７１を稼動して低回転であっても高トルクが発生し、また、排気干渉が抑制されて出力性能が向上することとなる。

更に、ＥＣＵ６１は、エンジンの高回転時には、第１排気通路及び第２排気通路を開放するために、排気可変動弁機構２８を制御して、第１排気弁２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２のリフト量を確保して第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２を開放すると共に、第２排気弁２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１のリフト量を確保して第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１を開放することで、排気ガスの経路を第１排気通路及び第２排気通路の両方とするように切換える。

従って、各燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出された排気ガスは、第１排気通路を構成する第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２、集合通路４６，４７、第１連結管４８、第１排気管５１を通って排気集合管５３に流れると共に、第２排気通路を構成する第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１、集合通路４９、第２連結管５０、第２排気管５２を通って排気集合管５３に流れることとなり、排気流路面積が大きくなって背圧が低減され、出力性能が向上すると共に燃費が向上することとなる。

このように実施例２の内燃機関にあっては、直接４気筒エンジンにて、燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに対して第１排気ポート２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２等を介して第１排気管５１を連結すると共に、第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１等を介して第２排気管５２を連結し、第１排気管５１からなる第１排気通路よりも第２排気管５１からなる第２排気通路の熱容量を大きく設定し、熱容量の大きい第２排気通路側の第２排気管５２にターボ過給機７１を装着し、排気可変動弁機構２８により燃焼室１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから排出される排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能とし、ＥＣＵ６１は、エンジン運転状態に応じて排気可変動弁機構２８を制御するようにしている。

従って、エンジンの高負荷時に、排気ガスは、ターボ過給機７１が装着されて熱容量が高い第２排気通路を構成する第２排気ポート２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１、集合通路４９、第２連結管５０、第２排気管５２を通って排気集合管５３に流れることとなり、このターボ過給機７１を効果的に稼動させ、出力性能を向上することができる。

図５は、本発明の実施例３に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。

本実施例の内燃機関としてＶ型６気筒エンジンを適用している。このＶ型６気筒エンジンにおいて、図５に示すように、第１バンクの３つの燃焼室１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ（第１、第３、第５気筒）に対して、吸気ポート１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ及び排気ポート１０３ａ１，１０３ａ２，１０３ｂ１，１０３ｂ２，１０３ｃ１，１０３ｃ２が形成されており、吸気弁１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ及び排気弁１０５ａ１，１０５ａ２，１０５ｂ１，１０５ｂ２，１０５ｃ１，１０５ｃ２により開閉可能となっている。

そして、第１排気ポート１０３ａ２，１０３ｂ２，１０３ｃ２は、隣り合う第１気筒の排気ポート１０３ａ２と第３気筒の排気ポート１０３ｂ２が集合通路１０６で集合し、この集合通路１０６と第５気筒の排気ポート１０３ｃ２が第１連結管１０７により連結されている。一方、第２排気ポート１０３ａ１，１０３ｂ１，１０３ｃ１は、隣り合う第３気筒の排気ポート１０３ｂ１と第５気筒の排気ポート１０３ｃ１が集合通路１０８で集合し、この集合通路１０８と第１気筒の排気ポート１０３ａ１が第２連結管１０９により連結されている。そして、第１連結管１０７に第１排気管１１０が連結され、第２連結管１０９に第２排気管１１１が連結されている。

また、第２バンクの３つの燃焼室１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ（第２、第４、第６気筒）に対して、吸気ポート１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ及び排気ポート１２３ａ１，１２３ａ２，１２３ｂ１，１２３ｂ２，１２３ｃ１，１２３ｃ２が形成されており、吸気弁１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ及び排気弁１２５ａ１，１２５ａ２，１２５ｂ１，１２５ｂ２，１２５ｃ１，１２５ｃ２により開閉可能となっている。

そして、第１排気ポート１２３ａ２，１２３ｂ２，１２３ｃ２は、隣り合う第４気筒の排気ポート１２３ｂ２と第６気筒の排気ポート１２３ｃ２が集合通路１２６で集合し、この集合通路１２６と第２気筒の排気ポート１２３ａ２が第１連結管１２７により連結されている。一方、第２排気ポート１２３ａ１，１２３ｂ１，１２３ｃ１は、隣り合う第２気筒の排気ポート１２３ａ１と第４気筒の排気ポート１２３ｂ１が集合通路１２８で集合し、この集合通路１２８と第６気筒の排気ポート１２３ｃ１が第２連結管１２９により連結されている。そして、第１連結管１２７に第１排気管１３０が連結され、第２連結管１２９に第２排気管１３１が連結されている。

このように本実施例では、第１排気ポート１０３ａ２，１０３ｂ２，１０３ｃ２，１２３ａ２，１２３ｂ２，１２３ｃ２の通路断面積より、第２排気ポート１０３ａ１，１０３ｂ１，１０３ｃ１，１２３ａ１，１２３ｂ１，１２３ｃ１の通路断面積が大きく設定されると共に、第１排気ポート１０３ａ２，１０３ｂ２，１０３ｃ２，１２３ａ２，１２３ｂ２，１２３ｃ２と第１連結管１０７，１２７と第１排気管１１０，１３０とからなる第１排気通路の通路表面積より、第２排気ポート１０３ａ１，１０３ｂ１，１０３ｃ１，１２３ａ１，１２３ｂ１，１２３ｃ１と第２連結管１０９，１２９と第２排気管１１１，１３１とからなる第２排気通路の通路表面積が大きく設定されることで、第１排気通路に対して第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。この場合、第２排気通路を構成する集合通路１０８，１２８は、複数の燃焼室のうちの爆発が連続しない燃焼室１０１ｂ，１０１ｃ同士、燃焼室１２１ａ，１２１ｂ同士が隣接して集合するようになっている。

そして、図示しない排気可変動弁機構によりエンジンの運転状態に応じて排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能となっている。

このように実施例３の内燃機関にあっては、Ｖ型６気筒エンジンにて、第１排気通路よりも第２排気通路の熱容量を大きく設定し、第２排気通路を構成する集合通路１０８，１２８を、複数の燃焼室のうちの爆発が連続しない燃焼室１０１ｂ，１０１ｃ同士、１２１ａ，１２１ｂ同士が隣接して集合するように構成し、排気可変動弁機構によりエンジン運転状態に応じて排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能としている。従って、排気脈動の干渉による性能低下を防止することができる。

また、各集合通路１０６，１０８，１２６，１２８をシリンダヘッド内に形成することで、排気マニホールドを廃止している。従って、触媒暖機性を向上することができると共に、高負荷時に排気ガスの温度上昇を抑制し、燃焼悪化を防止して燃費を向上することができ、また、シリンダヘッド内での集合通路１０６，１０８，１２６，１２８の交差をなくして排気通路をコンパクトに構成することができる。

図６は、本発明の実施例４に係る内燃機関を表すＶ型８気筒エンジンの概略平面図である。

本実施例の内燃機関としてＶ型８気筒エンジンを適用している。このＶ型８気筒エンジンにおいて、図６に示すように、第１バンクの４つの燃焼室２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ（第１、第３、第５、第７気筒）に対して、吸気ポート２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ及び排気ポート２０３ａ１，２０３ａ２，２０３ｂ１，２０３ｂ２，２０３ｃ１，２０３ｃ２，２０３ｄ１，２０３ｄ２が形成されており、吸気弁２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ及び排気弁２０５ａ１，２０５ａ２，２０５ｂ１，２０５ｂ２，２０５ｃ１，２０５ｃ２，２０５ｄ１，２０５ｄ２により開閉可能となっている。

そして、第１排気ポート２０３ａ２，２０３ｂ２，２０３ｃ２，２０３ｄ２は、隣り合う第３気筒の排気ポート２０３ｂ２と第５気筒の排気ポート２０３ｃ２が集合通路２０６で集合し、この集合通路２０６と第１、第７気筒の排気ポート２０３ａ２，２０３ｄ２が第１連結管２０７により連結されている。一方、第２排気ポート２０３ａ１，２０３ｂ１，２０３ｃ１，２０３ｄ１は、隣り合う第１気筒の排気ポート２０３ａ１と第３気筒の排気ポート２０３ｂ１が集合通路２０８で集合すると共に、隣り合う第５気筒の排気ポート２０３ｃ１と第７気筒の排気ポート２０３ｄ１が集合通路２０９で集合し、この集合通路２０８，２０９が第２連結管２１０により連結されている。そして、第１連結管２０７に第１排気管２１１が連結され、第２連結管２１０に第２排気管２１２が連結されている。

また、第２バンクの４つの燃焼室２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄ（第２、第４、第６、第８気筒）に対して、吸気ポート２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｄ及び排気ポート２２３ａ１，２２３ａ２，２２３ｂ１，２２３ｂ２，２２３ｃ１，２２３ｃ２，２２３ｄ１，２２３ｄ２が形成されており、吸気弁２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃ，２２４ｄ及び排気弁２２５ａ１，２２５ａ２，２２５ｂ１，２２５ｂ２，２２５ｃ１，２２５ｃ２，２２５ｄ１，２２５ｄ２により開閉可能となっている。

そして、第１排気ポート２２３ａ２，２２３ｂ２，２２３ｃ２，２２３ｄ２は、隣り合う第２気筒の排気ポート２２３ａ２と第４気筒の排気ポート２２３ｂ２が集合通路２２６で集合すると共に、隣り合う第６気筒の排気ポート２２３ｃ２と第８気筒の排気ポート２２３ｄ２が集合通路２２７で集合し、この集合通路２２６，２２７が第１連結管２２８により連結されている。一方、第２排気ポート２２３ａ１，２２３ｂ１，２２３ｃ１，２２３ｄ１は、隣り合う第４気筒の排気ポート２２３ｂ１と第６気筒の排気ポート２２３ｃ１が集合通路２２９で集合し、この集合通路２２９と第２、第８気筒の排気ポート２２３ａ１，２２３ｄ１が第２連結管２３０により連結されている。そして、第１連結管２２８に第１排気管２３１が連結され、第２連結管２３０に第２排気管２３２が連結されている。

このように本実施例では、第１排気ポート２０３ａ２，２０３ｂ２，２０３ｃ２，２０３ｄ２，２２３ａ２，２２３ｂ２，２２３ｃ２，２２３ｄ２の通路断面積より、第２排気ポート２０３ａ１，２０３ｂ１，２０３ｃ１，２０３ｄ１，２２３ａ１，２２３ｂ１，２２３ｃ１，２２３ｄ１の通路断面積が大きく設定されると共に、第１排気ポート２０３ａ２，２０３ｂ２，２０３ｃ２，２０３ｄ２，２２３ａ２，２２３ｂ２，２２３ｃ２，２２３ｄ２と第１連結管２０７，２２８と第１排気管２１１，２３１とからなる第１排気通路の通路表面積より、第２排気ポート２０３ａ１，２０３ｂ１，２０３ｃ１，２０３ｄ１，２２３ａ１，２２３ｂ１，２２３ｃ１，２２３ｄ１と第２連結管２１０，２３０と第２排気管２１２，２３２とからなる第２排気通路の通路表面積が大きく設定されることで、第１排気通路に対して第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。この場合、第２排気通路を構成する集合通路２０８，２０９，２２９は、複数の燃焼室のうちの爆発が連続しない燃焼室２０１ａ，２０１ｂ同士、燃焼室２０１ｃ，２０１ｄ同士、燃焼室２２１ｂ，２２１ｃ同士が隣接して集合するようになっている。

そして、図示しない排気可変動弁機構によりエンジンの運転状態に応じて排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能となっている。

このように実施例４の内燃機関にあっては、Ｖ型８気筒エンジンにて、第１排気通路よりも第２排気通路の熱容量を大きく設定し、第２排気通路を構成する集合通路２０８，２０９，２２９を、複数の燃焼室のうちの爆発が連続しない燃焼室２０１ａ，２０１ｂ同士、燃焼室２０１ｃ，２０１ｄ同士、燃焼室２２１ｂ，２２１ｃ同士が隣接して集合するように構成し、排気可変動弁機構によりエンジン運転状態に応じて排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能としている。従って、排気脈動の干渉による性能低下を防止することができる。

また、各集合通路２０６，２０８，２０９，２２６，２２７，２２９をシリンダヘッド内に形成することで、排気マニホールドを廃止している。従って、触媒暖機性を向上することができると共に、高負荷時に排気ガスの温度上昇を抑制し、燃焼悪化を防止して燃費を向上することができ、また、シリンダヘッド内での集合通路２０６，２０８，２０９，２２６，２２７，２２９の交差をなくして排気通路をコンパクトに構成することができる。

図７は、本発明の実施例５に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンの概略平面図である。

本実施例の内燃機関として直列４気筒エンジンを適用している。この直列４気筒エンジンにおいて、図７に示すように、４つの燃焼室３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄに対して、吸気ポート３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ及び排気ポート３０３ａ１，３０３ａ２，３０３ｂ１，３０３ｂ２，３０３ｃ１，３０３ｃ２，３０３ｄ１，３０３ｄ２が形成されており、吸気弁３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄ及び排気弁３０５ａ１，３０５ａ２，３０５ｂ１，３０５ｂ２，３０５ｃ１，３０５ｃ２，３０５ｄ１，３０５ｄ２により開閉可能となっている。

そして、吸気ポート３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄには、吸気マニホールド３０６を介してサージタンク３０７が連結され、このサージタンク３０７に吸気管３０８が連結されており、この吸気管３０８の空気取入口にはエアクリーナ３０９が取付けられている。そして、このエアクリーナ３０９の下流側にスロットル弁３１０を有する電子スロットル装置３１１が設けられている。

一方、本実施例の排気系は、一つの燃焼室に対して２つの排気通路が設けられ、この各排気通路は複数の燃焼室から排出された排気ガスを集合して排出するように構成され、第１排気通路に対して第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。

即ち、第１排気ポート３０３ａ２，３０３ｂ２，３０３ｃ２，３０３ｄ２は、隣り合う第１気筒の排気ポート３０２ａ２と第２気筒の排気ポート３０２ｂ２が集合通路３１２で集合し、第３気筒の排気ポート３０３ｃ２と第４気筒の排気ポート３０３ｄ２が集合通路３１３で集合し、各集合通路３１２，３１３に第１連結管３１４，３１５が連結されている。一方、第２排気ポート３０３ａ１，３０３ｂ１，３０３ｃ１，３０３ｄ１は、隣り合う第２気筒の排気ポート３０３ｂ１と第３気筒の排気ポート３０３ｃ１が集合通路３１６で集合し、この集合通路３１６に第２連結管３１７が連結され、第１気筒の排気ポート３０３ａ１及び第４気筒の排気ポート３０３ｄ１に第２連結管３１８，３１９が連結されている。

そして、第１連結管３１４，３１５は、下流端部が集合して第１排気管３２０が連結され、第２連結管３１７，３１８，３１９に第２排気管３２１が連結され、第１排気管３２０に前段浄化触媒３２２が装着され、第１排気管３２０と第２排気管３２１の下流端部が集合して排気集合管３２３が連結されて後段浄化触媒３２４が装着されている。

このように本実施例では、第１排気ポート３０３ａ２，３０３ｂ２，３０３ｃ２，３０３ｄ２の通路断面積と、第２排気ポート３０３ａ１，３０３ｂ１，３０３ｃ１，３０３ｄ１の通路断面積が同様に設定される一方、第１排気ポート３０３ａ２，３０３ｂ２，３０３ｃ２，３０３ｄ２と第１連結管３１４，３１５と第１排気管３２０とからなる第１排気通路の通路長さより、第２排気ポート３０３ａ１，３０３ｂ１，３０３ｃ１，３０３ｄ１と第２連結管３１７，３１８，３１９と第２排気管３２１とからなる第２排気通路の通路長さが大きく設定されることで、第１排気通路の表面積より第２排気通路の表面積が大きく設定され、第１排気通路に対して第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。この場合、第２排気通路を構成する第２排気ポート３０３ｂ１，３０３ｃ１を集合する集合通路３１６は、複数の燃焼室のうちの爆発が連続しない燃焼室３０１ｂ，３０１ｃ同士が隣接して集合するようになっている。

そして、本実施例のエンジンにあっては、上述したように、第１排気通路として、第１排気ポート３０３ａ２，３０３ｂ２，３０３ｃ２，３０３ｄ２、集合通路３１２，３１３、第１連結管３１４，３１５、第１排気管３２０が設けられ、第２排気通路として、第２排気ポート３０３ａ１，３０３ｂ１，３０３ｃ１，３０３ｄ１、集合通路３１６、第２連結管３１７，３１８．３１９、第２排気管３２１が設けられており、第１排気通路の熱容量より第２排気通路の熱容量が大きく設定されている。また、エンジンには吸気可変動弁機構３２５と排気可変動弁機構３２６が設けられ、排気切換手段としての排気可変動弁機構３２６により、各燃焼室３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄから排出される排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能とし、ＥＣＵ３２７がエンジンの運転状態に応じて排気可変動弁機構３２６を制御している。

即ち、ＥＣＵ３２７は、エンジンの冷間始動時や低回転低負荷時には、排気ガスの経路を第１排気通路に切換えることで、前段浄化触媒３２２が短時間で活性化することとなる。また、ＥＣＵ３２７は、エンジンの低回転高負荷時には、排気ガスの経路を第２排気通路に切換えることで、排気干渉が抑制されて出力性能が向上することとなる。更に、ＥＣＵ３２７は、エンジンの高回転時には、排気ガスの経路を第１排気通路及び第２排気通路の両方とするように切換えることで、排気流路面積が大きくなって背圧が低減され、出力性能が向上すると共に燃費が向上することとなる。

このように実施例５の内燃機関にあっては、直接４気筒エンジンにて、燃焼室３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄに対して第１排気ポート３０３ａ２，３０３ｂ２，３０３ｃ２，３０３ｄ２等を介して第１排気管３２０を連結すると共に、第２排気ポート３０３ａ１，３０３ｂ１，３０３ｃ１，３０３ｄ１等を介して第２排気管３２１を連結し、第１排気通路の長さより第２排気通路の長さを長くすることでの熱容量を大きく設定し、排気可変動弁機構３２６により燃焼室３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ，３０３ｄから排出される排気ガスの経路を第１排気通路と第２排気通路との間で切換可能とし、ＥＣＵ３２７は、エンジン運転状態に応じて排気可変動弁機構３２６を制御するようにしている。

従って、エンジン運転状態に応じて排気ガスの経路が熱容量の小さい第１排気通路と熱容量の大きい第２排気通路との間で切換得られることとなり、排気ガスの熱エネルギを効果的に活用することで、前段浄化触媒５４の暖機性能を上げて排気浄化効率を向上することができると共に、出力性能を向上することができる。

なお、上述した各実施例では、第１排気通路の熱容量より第２排気通路の熱容量を大きく設定するために、第１排気通路と第２排気通路との通路断面積、通路表面積、通路長さを異なるように設定したが、これに限るものではなく、一方の排気通路にターボ過給機を設けて熱容量を大きくしてもよい。また、第１排気通路と第２排気通路との通路断面積を異なるものとする場合、排気ポートの径及び排気弁の径を変更するものとしたが、排気ポート及び排気弁を３つ設けて第１排気通路を一つとし、第２排気通路を二つとしても良い。

また、上述した各実施例では、排気切換手段として排気可変動弁機構２８，３２６を適用したが、これに限らず、カム機構などにより別の切替機構を用いてもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、運転状態が変更されても適正に排気ガス中の有害成分を浄化処理することで排気浄化効率の向上を図ったものであり、いずれの内燃機関にも有用である。

本発明の実施例１に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンの概略平面図である。 実施例１の直列４気筒エンジンの概略断面図である。 実施例１の直列４気筒エンジンにおける運転状態に対する排気通路切換マップである。 本発明の実施例２に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンの概略平面図である。 本発明の実施例３に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。 本発明の実施例４に係る内燃機関を表すＶ型８気筒エンジンの概略平面図である。 本発明の実施例５に係る内燃機関を表す直列４気筒エンジンの概略平面図である。

符号の説明

１１ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ，２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄ，３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ 燃焼室
１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ，２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃ，２２２ｄ ，３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ，３０２ｄ吸気ポート
２０ 排気ポート
２０ａ２，２０ｂ２，２０ｃ２，２０ｄ２，１０３ａ２，１０３ｂ２，１０３ｃ２，１２３ａ２，１２３ｂ２，１２３ｃ２，２０３ａ２，２０３ｂ２，２０３ｃ２，２０３ｄ２，２２３ａ２，２２３ｂ２，２２３ｃ２，２２３ｄ２，３０３ａ２，３０３ｂ２，３０３ｃ２，３０３ｄ２ 第１排気ポート（第１排気通路）
２０ａ１，２０ｂ１，２０ｃ１，２０ｄ１，１０３ａ１，１０３ｂ１，１０３ｃ１，１２３ａ１，１２３ｂ１，１２３ｃ１，１２１ｃ２，２０３ａ１，２０３ｂ１，２０３ｃ１，２０３ｄ１，２２３ａ１，２２３ｂ１，２２３ｃ１，２２３ｄ１，３０３ａ１，３０３ｂ１，３０３ｃ１，３０３ｄ１ 第２排気ポート（第２排気通路）
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃ，２２４ｄ，３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄ 吸気弁
２２ 排気弁
２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２，１０５ａ２，１０５ｂ２，１０５ｃ２，１２５ａ２，１２５ｂ２，１２５ｃ２，２０５ａ２，２０５ｂ２，２０５ｃ２，２０５ｄ２２２５ａ２，２２５ｂ２，２２５ｃ２，２２５ｄ２，３０５ａ２，３０５ｂ２，３０５ｃ２，３０５ｄ２ 第１排気弁
２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１，１０５ａ１，１０５ｂ１，１０５ｃ１，１２５ａ１，１２５ｂ１，１２５ｃ１，２０５ａ１，２０５ｂ１，２０５ｃ１，２２５ａ１，２２５ｂ１，２２５ｃ１，２２５ｄ１，３０５ａ１，３０５ｂ１，３０５ｃ１，３０５ｄ１ 第２排気弁
２７，３２５ 吸気可変動弁機構
２８，３２６ 排気可変動弁機構（排気切換手段）
３７，３０８ 吸気管（吸気通路）
４０，３１１ 電子スロットル装置
４１ インジェクタ
４５ 点火プラグ
４６，４７，１０６，１２６，２０６，２２６，２２７，３１２，３１３ 集合通路（第１排気通路）
４９，１０８，１２８，２０８，２０９，２２９，３１６ 集合通路（第２排気通路）
４８，１０７，１２７，２０７，２２８，３１４，３１５ 第１連結管（第１排気通路）
５０，１０９，１２９，２１０，２３０，３１７，３１８，３１９ 第２連結管（第２排気通路）
５１，１１０，１３０，２１１，２３１，３２０ 第１排気管（第１排気通路）
５２，１１１，１３１，２１２，２３２，３２１ 第２排気管（第２排気通路）
５３，３２３ 排気集合管
５４，３２２ 前段浄化触媒
５５，３２４ 後段浄化触媒
６１，３２７ 電子制御ユニット、ＥＣＵ
７１ ターボ過給機

Claims (6)

1. 複数の燃焼室と、該複数の燃焼室に連結される吸気通路と、該吸気通路を開閉する吸気弁と、前記複数の燃焼室に連結される第１排気通路と、該第１排気通路を開閉する第１排気弁と、前記複数の燃焼室に連結されて前記第１排気通路より大きな熱容量を有する第２排気通路と、該第２排気通路を開閉する第２排気弁と、前記燃焼室から排出される排気ガスの経路を前記第１排気通路と前記第２排気通路との間で切換可能な排気切換手段と、運転状態に応じて前記排気切換手段を制御する排気制御手段とを具え、
   前記排気制御手段は前記排気切換手段を制御することで、冷間始動時及び低回転低負荷時には排気ガスの経路を前記第１排気通路に切換え、低回転高負荷時には排気ガスの経路を前記第２排気通路に切換え、高回転時には排気ガスの経路を前記第１排気通路及び前記第２排気通路に切換えることを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、前記第１排気通路における通路表面積より前記第２排気通路における通路表面積が大きく設定されることを特徴とする内燃機関。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関において、前記複数の燃焼室に連通する前記第１排気通路における各第１排気ポートの通路断面積より前記第２排気通路における各第２排気ポートの通路断面積が大きく設定されることを特徴とする内燃機関。
4. 請求項１に記載の内燃機関において、前記複数の燃焼室に連通する前記第１排気通路における各第１排気ポート同士、または、前記複数の燃焼室に連通する前記第２排気通路における各第２排気ポート同士が隣接して配設され、隣接する前記各排気ポートを集合通路によりシリンダヘッド内で合流させることを特徴とする内燃機関。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記第２排気通路は、前記複数の燃焼室のうちの爆発が連続しない燃焼室同士が集合することを特徴とする内燃機関。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記排気制御手段は前記排気切換手段を制御することで、燃料カット時には排気ガスの経路を前記第２排気通路に切換えることを特徴とする内燃機関。

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