JP2000145446A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

内燃機関の排気装置

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JP2000145446A
JP2000145446A JP10314790A JP31479098A JP2000145446A JP 2000145446 A JP2000145446 A JP 2000145446A JP 10314790 A JP10314790 A JP 10314790A JP 31479098 A JP31479098 A JP 31479098A JP 2000145446 A JP2000145446 A JP 2000145446A
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Masaki Takeyama
雅樹 武山
Toru Yoshinaga
融 吉永
Shinji Houchiyou
伸次 庖丁
Yasunori Nakamura
靖紀 中村
Kazuhiko Hayashi
和彦 林
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Soken Inc
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Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多気筒内燃機関の各気筒の排気管内に生成す
る結露水によってO2 センサが劣化するというようなト
ラブルを防止する。 【解決手段】 各気筒の排気管1が主排気管2へ集束す
る排気管集合部8において、排気管1の末端を斜めに切
断して斜めの端縁を形成し、更にその端縁を上流側に向
かって内側に折り曲げて、排気管1の下端部の内側に斜
めの案内溝1bを形成する。結露水は案内溝1bによっ
て確実に捕捉され、最下端部1cへ導かれて主排気管2
の壁面に沿った特定の位置へ落下するので、その位置を
避けてO2センサ4のカバー5の穴6を設けると、結露
水が穴6から侵入するのを防止することができる。案内
溝1bを設けなくても、斜めの端縁を形成しただけで結
露水の殆どは斜めの端縁に沿って流れて特定の位置へ落
下する。斜めの端縁を形成する方向により結露水を主排
気管2の中心部へ落下させることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関(エンジ
ン)の排気装置に係り、特に多気筒内燃機関において、
複数個の気筒の排気管を集束させて主排気管へ合流させ
る排気管集合部を備えている排気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】車両等に搭載される多気筒内燃機関にお
いて、複数個の気筒の排気管を集束させて主排気管へ合
流させるための排気管集合部の構造は、例えば特開平8
−334020号公報や特開平9−296724号公報
に記載されている。これらの例にも見られるように、複
数個の気筒の排気管を排気管集合部において単一の主排
気管へ滑らかに合流させるために、各気筒の排気管の末
端の断面形状を、例えば円形から扇形へ遷移するように
変形させてから、断面円形の主排気管へ接続することが
公知である。
【0003】一般に、内燃機関を冷間始動させる場合に
は、機関の燃料の燃焼によって発生する水蒸気状の水分
が、排気と共に排気管を流れる間に未だ温度が低い排気
管の壁面に触れて結露し、その結露水が集まって排気の
流れに伴って排気管の壁面伝いに流れ、主排気管の末端
から水滴となって外部へ放出される。
【0004】図6に示すように、複数個の気筒の各排気
管1の末端が、例えば図2に示すように断面扇形に変形
加工された後に、断面円形の単一の主排気管2内へ挿入
されることにより、排気の流れが収束して合流するよう
に構成された排気管集合部3において、排気管集合部3
が垂直な部分を有すると共に、垂直な部分の下部に酸素
センサ(O2 センサ)4が設けられる場合には、前述の
ようにして生成した結露水が排気と共に集合部3に集ま
り、そこから滴下してO2 センサ4のカバー5の表面を
濡らすだけでなく、その水が穴6からカバー5の内部へ
侵入して、カバー5の内部に支持されている図示しない
センサ素子を劣化させる恐れがある。また、O2 センサ
4の温度が高くなっている場合には、センサ素子が結露
水によって急に冷却されると、温度の急変によってセン
サ素子が破損する可能性もある。
【0005】O2 センサの保護までは考えられていない
ものの、排気と共に放出される結露水の処理に関する従
来技術には、例えば次のようなものがある。まず、実開
昭56−127315号公報に記載されたフォークリフ
トのような荷役車両の排気装置においては、煙突のよう
に直立して上方へ開口している主排気管から結露水が飛
散して周囲を汚すのを防止するために、主排気管の末端
にラッパ状に拡開するディフーザによって拡開室を形成
し、その先を縮径させると共に壁面に多数の穴を開口さ
せて、その縮径部の外側の室に吸水物質を充填すること
により、結露水を吸水物質へ吸収させるようになってい
る。
【0006】また、実開昭61−136117号公報に
記載された排気装置では、同様な目的において、主排気
管の末端の開口部に管の内方へ湾曲する折り返し部を設
けることによって環状空間を形成し、飛散しようとする
結露水を折り返し部において受け止めて収集し、一箇所
へ収集された結露水を管によって車体の下方へ導いて外
部へ排出するようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来技
術においては、複数個の気筒の排気管を合流させる排気
管集合部そのものや、上方へ排気する煙突型の主排気管
の末端部において結露水を捕捉して収集する手段は知ら
れているものの、各気筒の排気管から流下して主排気管
へ合流する排気管集合部において結露水を収集して無害
化する手段や、それによってO2 センサのような排気の
性状を検出するセンサを保護する手段は知られていな
い。そこで本発明は、排気管集合部において結露水を収
集して無害化し、それによって例えばセンサを保護する
こともできるような、多気筒内燃機関用の改良された排
気装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された内燃機関の排気装置を提供する。
【0009】請求項1に記載された排気装置において
は、排気管集合部によって集束して下方の主排気管へ合
流する排気管の末端が斜めに切断されて、そこに斜めの
下端縁が形成されているので、排気管内で生成した結露
水が排気管の末端から主排気管内へ落下するときに、ま
ず斜めの下端縁に沿って流れて、斜めの下端縁の最下端
部に集まり、そこから主排気管内の特定の部分へ滴下す
るので、結露水がランダムに主排気管内へ滴下して何ら
かの弊害をもたらすことが避けられる。
【0010】請求項2に記載された排気装置において
は、排気管集合部によって集束して下方の主排気管へ合
流する排気管の末端が斜めに切断されて斜めの端縁が形
成されているだけでなく、その端縁が上流側に向かって
内側に折り曲げられて、排気管の下端部の内側に斜めの
案内溝が形成されているので、排気管内に生成する結露
水が案内溝によって確実に捕集され、案内溝の最下端部
へ導かれて、そこから溢流して主排気管内の特定の部分
へ滴下するので、結露水がランダムに主排気管内へ滴下
して何らかの弊害をもたらすことが避けられる。
【0011】請求項3に記載された排気装置のように、
排気管の末端に形成された斜めの部分、即ち斜めの下端
縁或いは斜めの案内溝の最下端部は、主排気管の壁面付
近に位置していても、また、請求項4に記載された排気
装置のように、主排気管の中心部付近に位置していても
よく、そのように結露水の滴下する位置を限定すること
によって、結露水によって何らかの被害が予測されるも
のをその位置から遠ざけることができるので、被害を未
然に防止することが可能になる。
【0012】請求項5に記載された排気装置において
は、本発明の手段によって結露水が集中して滴下する特
定の位置を避けて、センサ素子を内部に収容するカバー
の排気通過用の穴を位置決めすることができるので、セ
ンサ素子が結露水を浴びて劣化するというようなトラブ
ルを防止することができる。請求項6に記載された排気
装置においては、そのセンサを、具体的に空燃比検出用
の酸素センサとすることができる。
【0013】請求項7に記載された排気装置において
は、排気管集合部において主排気管へ集束する前の排気
管が途中で屈曲しているので、その屈曲部を排気が通過
する際に、排気に含まれている水分が容易に結露し、排
気管の壁面に付着して排気管集合部の方へ流れるので、
排気中の水分の分離がより効率的に行われ、結露水がも
たらす恐れのある弊害をより確実に防止することができ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】図1ないし図4を使用して、本発
明の第1実施例を説明する。図1(a)及び(b)は本
発明の排気装置の2つの実施例における共通の構成を概
略的に示すもので、いずれの実施例も、図1(a)に示
すような吸気ポート内噴射式の4気筒のガソリンエンジ
ン7において、図1(b)に示すように4本の排気管
1,1,…が、排気を上方から下方に向かって導く単一
の主排気管2の垂直部分2aに合流する位置に排気管集
合部8が設けられており、主排気管2の垂直部分2aの
管壁に設けられた開口には、図示しないセンサ素子を内
蔵するO2 センサ4の円筒形のカバー5が挿入されて固
定されている場合を取り上げて説明している。
【0015】いずれの実施例も排気管集合部8の内部構
造に特徴があるが、第1実施例の特徴を示す要部の構造
は図2から図4の各図、特に図3に示されている。4個
の気筒の排気管1,1,…が単一の主排気管2に合流す
る排気管集合部8において、各排気管1の末端は図1に
示すように概ね円形の断面形が徐々に扇形となるように
変形加工された上で、それぞれ斜めに切断され、且つ、
図3及び図4に示すように、各排気管1の末端に内側の
上流側に向かう折り返し部が成形された後に、断面形が
円形である単一の主排気管2の中へ4本同時に挿入さ
れ、溶接部分2cによって一体化される。
【0016】このように、4本の排気管1の末端を主排
気管2内へ挿入するのに先立って、各排気管1の末端を
斜めに切断し、それによって形成された斜めの端縁1a
を、図4に示すように上流側に向かって内側に折り曲げ
る加工が行われて、下方に向かう各排気管1の下端部の
内側に案内溝1bが形成される。そして、各排気管1の
下端部の隣接する部分が相互に溶接されることにより、
斜めの接合面9が図2に示すように下面から見て十字状
に形成される。
【0017】第1実施例の特徴として、主排気管2の垂
直部分2aの開口2bに挿入して取り付けられたO2
ンサ4のカバー5には、排気を取り入れるための複数個
の穴6が、全て主排気管2の中心部付近に開口するよう
に穿孔されていると共に、前述のように各排気管1の末
端が斜めに切断され、折り返し部による案内溝1bが成
形されていることによって、第1実施例の場合は図2に
おいて円弧状を呈する最下端縁1cが、全て主排気管2
の管壁に沿って相互に概ね連続するように、各排気管1
と主排気管2との位置関係が決められる。
【0018】第1実施例の排気装置における排気管集合
部8はこのように構成されているので、エンジン7が冷
間始動されるときに、排気中の水分が排気管1の冷たい
壁面に触れることによって発生する結露水が壁面に沿っ
て排気管集合部8まで流下すると、各排気管1の末端の
内側には折り返し部によって案内溝1bが形成されてい
るので、結露水は全て案内溝1b内へ流入して捕捉さ
れ、斜めの接合面9に沿って最下端縁1cの内側の案内
溝1bへ流れて、そこで溢流したときは主排気管2の壁
面に沿って流下して排出される。
【0019】従って、結露水が排気管1の末端から直接
にカバー5の穴6の付近へ滴下することが避けられるの
で、結露水がO2 センサ4の内部に侵入して図示しない
センサ素子を劣化させるようなトラブルが防止される。
また、穴6へ結露水が侵入するのを避けるために、例え
ば穴6等を迷路状に形成するような必要もないので、結
露水が穴6を閉塞する恐れもなく、それによってO2
ンサ4の応答性が低下することもない。さらに、結露水
だけでなく、排気に含まれているオイル等の汚染物質に
よるO2 センサ4の劣化や、カバー5の穴6の閉塞を同
様な作用によって防止することができる。
【0020】図5は本発明の排気装置の第2実施例にお
いて要部となる排気管集合部8′の部分のみを示すもの
で、第2実施例については図5の他に図1や図2、図4
も参照することができる。第2実施例における排気管集
合部8′が第1実施例における排気管集合部8と異なる
点は、図5と図3を比較すれば明らかなように、各排気
管1の末端の斜めの切り口の方向が異なることと、O2
センサ4のカバー5に設けられた穴6′の開口位置が、
主排気管2の壁面寄りの位置に変更されていることであ
る。
【0021】第2実施例においても、第1実施例の場合
と同様に、各排気管1の末端の断面形が図2に示すよう
に扇形となるように変形され、4本の排気管1の末端
が、断面円形の主排気管2の中へ共に挿入されて、溶接
部分2cによって連結、固定される。また、挿入に先立
って各排気管1の末端を斜めに切断して斜めの端縁1a
を形成すると共に、図4に示すように斜めの端縁1aを
上流側に向かって内側に折り曲げる加工を行って、各排
気管1の下端部の内側に案内溝1b′を形成することも
第1実施例と概ね同様である。
【0022】さらに、隣接する各排気管1の間に溶接に
よる斜めの接合面9′を形成することも第1実施例と同
じであるが、4本の排気管1の断面扇形の末端部分に斜
めの端縁1aを形成する時に切断の方向を第1実施例と
は異なる方向に変えて、4本の排気管1の末端が主排気
管2に挿入されて一体化された時に各排気管1の最下端
部1dとなる尖った頂点が、全て主排気管2の中心に集
まるようにするので、概ね同様な工程による斜め切断と
折り返し部の加工ではあっても、でき上がった排気管集
合部8′内部の立体的形状は第1実施例とは全く異なる
ものとなる。
【0023】第2実施例の排気装置における排気管集合
部8′はこのように構成されているので、エンジン7の
冷間始動時に各排気管1内に生じる結露水が排気管1内
を壁面伝いに流下して排気管集合部8′へ到達すると、
結露水は案内溝1b′によって収集されて、全て各排気
管1の最下端部1dとなる頂点に集まり、そこから主排
気管2内の中心部へ滴下する。従って、滴下した結露水
がO2 センサ4のカバー5に当たったとしても、主排気
管2の壁面に近い位置に設けられた穴6′から遠い位置
となるので、結露水が穴6′からカバー5内へ侵入する
可能性が低くなり、結露水によってO2 センサ4のセン
サ素子が劣化することが避けられる。
【0024】以上の実施例においては、いずれも各排気
管1の末端に斜めの案内溝1b又は1b′が設けられて
結露水を確実に収集するようになっているが、これらの
案内溝が設けられていなくても、各排気管1の末端が斜
めに切断されて斜めの端縁が形成されているだけでも、
結露水はその斜めの端縁に沿って流れて、主排気管2の
壁面又は中心部のような特定の位置へ導かれるので、結
露水の水滴が主排気管2内へランダムに滴下してO2
ンサ4のカバー5の穴6から侵入するようなことがな
い。従って、本発明においては案内溝1b又は1b′を
設けることを基本的な要件とはしていない。
【0025】なお、図1に示すように、排気管集合部8
(或いは8′)において主排気管2へ集束する前の各排
気管1を途中で屈曲させると、それらの屈曲部を排気が
通過する際に排気に含まれている水分が容易に結露して
各排気管1の壁面に付着し、排気管集合部8(或いは
8′)の方へ流れるので、排気中の水分の分離がより効
率的に行われる。本発明の各実施例においては、前述の
ような手段によって結露水をO2 センサ4にとって無害
な位置に限定して落下させることができるので、水分が
効率よく分離されることと相まって、結露水によるO2
センサ4の被害をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施例に共通の全体構成を示
す部分的断面図、(b)はその一部の斜視図である。
【図2】本発明の各実施例に共通の、排気管集合部の下
面図である。
【図3】本発明の第1実施例の排気管集合部の構成を示
す縦断正面図である。
【図4】本発明の各実施例に共通の、排気管の端縁に形
成される案内溝を示す断面図である。
【図5】本発明の第2実施例の排気管集合部の構成を示
す縦断正面図である。
【図6】従来の排気装置における排気管集合部の構成を
示す縦断正面図である。
【符号の説明】
1…各気筒の排気管 1a…斜めに切断された端縁 1b,1b′…案内溝 1c…最下端縁 1d…最下端部 2…主排気管 2a…垂直部分 2b…開口 2c…溶接部分 3…従来の排気管集合部 4…酸素センサ(O2 センサ) 5…O2 センサのカバー 6,6′…カバーの穴 7…4気筒のガソリンエンジン 8,8′…本発明実施例の排気管集合部 9,9′…斜めの接合面
フロントページの続き (72)発明者 吉永 融 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 庖丁 伸次 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 中村 靖紀 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 林 和彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G004 DA02 DA12 DA23 DA25 GA04 GA06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多気筒内燃機関の複数個の気筒からの排
    気管の末端が上方から集束して下方の主排気管へ合流す
    る排気管集合部を備えており、前記排気管の下端部の前
    記末端が斜めに切断されていることにより、前記排気管
    集合部の内部に前記排気管の斜めの下端縁が形成されて
    いることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  2. 【請求項2】 多気筒内燃機関の複数個の気筒からの排
    気管の末端が上方から集束して下方の主排気管へ合流す
    る排気管集合部を備えており、前記排気管の下端部の前
    記末端が斜めに切断されていると共に、それによって形
    成される前記排気管の斜めの端縁が更に上流側に向かっ
    て内側に折り曲げられることにより、前記排気管の前記
    下端部の内側に斜めの案内溝が形成されていることを特
    徴とする内燃機関の排気装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、前記排気管の
    前記下端部に形成される斜めの部分の最下端部が前記主
    排気管の壁面付近に位置していることを特徴とする内燃
    機関の排気装置。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2において、前記排気管の
    前記下端部に形成される斜めの部分の最下端部が前記主
    排気管の中心部付近に位置していることを特徴とする内
    燃機関の排気装置。
  5. 【請求項5】 請求項3又は4のいずれかにおいて、前
    記排気管集合部の下方に位置する前記主排気管内に、排
    気の性状を検出するセンサの素子を収容するカバーが設
    けられており、前記センサの素子へ排気を導入するため
    に前記カバーに設けられる穴が、前記斜めの部分の最下
    端部の直下の位置を避けて形成されていることを特徴と
    する内燃機関の排気装置。
  6. 【請求項6】 請求項5において、前記センサが酸素セ
    ンサであることを特徴とする内燃機関の排気装置。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかにおいて、
    前記排気管集合部によって前記主排気管へ集束する排気
    管が途中で屈曲していることを特徴とする内燃機関の排
    気装置。
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