JP2008051006A - 排気管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排気マニホールドの各枝管からの排気ガスが、排気ガスセンサに直接当たるのを避けて、より実際の内燃機関の空燃比に応じた空燃比を検出する。
【解決手段】排気ポートのそれぞれに接続する複数の枝管と、枝管が集合して連通する排気通路と備える排気管構造において、排気通路は、枝管の連通部付近において、その管軸が一直線となるように形成された集合部を備える。枝管は、それぞれ、連通部付近においてその管軸が一直線となる円柱形状に形成された部分を有し、かつ集合部の管軸と円柱形上部分の管軸とが平行となる状態で集合部に連通する。排気ガスセンサを取り付ける取付部は、排気ガスセンサの集合部内への突出部と連通部における複数の枝管とを、集合部の管軸に平行な方向に向けて集合部の管軸に垂直な面に投影させてできる、突出部の投影部と枝管の投影部とが互いに重ならない状態となるように、集合部に配置されている。
【選択図】図３

Description

この発明は排気管構造に関する。更に、具体的には、内燃機関の各気筒の排気系に接続される排気経路の構造に関するものである。

従来、特開２００３−１９３８３５号公報には、内燃機関の各気筒の排気ポートに接続される排気通路の構造が開示されている。具体的に、この排気通路は、各気筒の排気ポートに接続する枝管（内管）が、集合部（内管コーン）において集合し、集合した枝管が排気通路に接続するようにして構成されている。集合部とその外部を覆う外管との上部には、空燃比センサを取り付けるための開口が設けられている。開口は、空燃比センサが取り付けられた場合に、その空燃比センサが、枝管の各管軸と排気通路の管軸とが交わる位置に配置されるように形成されている。

この従来技術の構造よれば、このような位置に空燃比センサが取り付けられることで、各気筒の排気ポートに接続する枝管から排出される排気ガスが、空燃比センサに直接当たるようになる。これにより、空燃比センサへの排気ガス当たりが良好となり、正確に、排気ガスに応じた空燃比を検出することができる。上記従来技術によれば、これにより、高い精度で空燃比制御を行うことができるものとしている。

特開２００３−１９３８３５号公報 実開昭５２−１３３８１４号公報 特開平９−１６６０１９号公報 特開２００５−３０７８６４号公報 特許３１２８８７３号

上記従来技術においては、枝管と排気通路との管軸が交わる位置に空燃比センサ等の排気ガスセンサが配置され、各気筒から排出された排気ガスが直接排気ガスセンサに当たることとなる。従って、例えば、インジェクタからの燃料噴射量のバラツキ等に起因して、燃焼状態に気筒間で差が発生した場合には、その気筒間のバラツキの影響を直に受けた排気ガスが、そのまま排気ガスセンサに当たる。このため、排気ガスセンサの出力は、気筒ごとの燃焼のバラツキによる排気ガスのバラツキの影響をそのまま反映することとなり、内燃機関全体の実際の空燃比に応じた出力とは異なる状態を示す事態が生じうる。その結果、気筒全体での空燃比の状態に応じた最適な空燃比制御を行うことができず、エミッション特性が低下することとなる。

また、例えば高出力を考慮して枝管を長くするような場合等、集合部において全ての枝管の管軸を一点で交差させる構成を採ることができない場合がある。このような場合、全ての枝管からの排気ガスが、直接かつ均等に当たるような位置に排気ガスセンサを配置することが困難となる。その結果、排気ガスセンサの配置位置によって、各枝管の間で、排気ガスセンサに直接当たる排気ガス量にバラツキが生じることとなる。この場合、排気ガスセンサの出力は、バラツキの影響を強く受けて、内燃機関全体の実際の空燃比とは異なる出力を示すこととなり、空燃比制御にズレを生じさせることとなる場合がある。

また、内燃機関の始動開始直後など、内燃機関から発生した水が多く排出される場合がある。このため、枝管からの排気ガスが直接当たる位置に排気ガスセンサが配置されていると、多量に排出された水が、排気ガスと共に直接排気ガスセンサに当たることとなる。これにより排気ガスセンサ内で急激な温度変化が起きて、排気ガスセンサのセンサ素子に割れが生じるなど、排気ガスセンサの故障の原因となることが考えられる。

従って、この発明は、上記の問題を解決することを目的として、気筒ごとのバラツキの影響を抑えると共に、排気ガスセンサの被水を防ぐ位置に排気ガスセンサを配置できるように改良した排気管構造を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気管構造であって、
内燃機関の気筒の排気ポートのそれぞれに接続する複数の枝管と、
前記枝管が、前記排気ポートとの接続側とは反対側において集合して連通する排気通路と、
前記排気通路の側面部に形成された排気ガスセンサの取付部と、
を備え、
前記排気通路は、前記枝管が集合して連通する連通部付近において、前記排気通路の管軸が一直線となるように形成された集合部を備え、
前記枝管は、それぞれ、前記連通部付近において円柱形状に形成された部分を備え、かつ、前記円柱形状部分において、前記円柱形状部分の管軸と前記集合部の管軸とが平行となる状態で前記集合部に連通し、
前記取付部は、前記取付部に取り付けられる排気ガスセンサの前記集合部内への突出部と、前記連通部における前記複数の枝管とを、前記集合部の管軸に平行な方向に向けて前記集合部の管軸に垂直な面に投影させてできる、前記突出部の投影部と前記枝管の投影部とが互いに重ならない状態となり、かつ、前記突出部の投影部は前記連通部外周の投影部内に入る状態となるように、前記集合部に配置されていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記排気通路は、排気ガスを浄化する浄化装置を内蔵するための筒体部を備え、
前記集合部は、前記筒体部と連通して一体型に形成され、前記浄化装置の上流側の排気経路を構成することを特徴とする請求項１に記載の排気管構造。

第３の発明は、第１の発明において、
前記集合部は、円柱形状に形成された部分を有し、かつ、前記枝管が共通して連通する主管であって、
前記主管の下流側の端部に、排気ガスを浄化する浄化装置に接続する接続部を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第１から第３の何れか１の発明において、
前記枝管は、前記連通部の、前記集合部の管軸に垂直な方向の連通部断面において、不均等に配置されて、前記集合部に連通し、
前記取付部は、前記連通部において互いに隣り合って配置された２つの枝管のうち、前記円柱形上部分の管軸間の距離が最も長くなる２つの枝管の間の空間を、前記集合部の管軸に平行な方向に向けて前記集合部の管軸に垂直な面に投影させてできる前記空間の投影部内に、前記突出部の投影部が位置するように、配置されることを特徴とする。

第５の発明は、第１から第４の何れか１の発明において、
前記集合部内の、前記取付部の上流側に配置された保護板を備え、
前記保護板は、前記集合部の前記保護板より上流側から前記集合部の管軸方向に下流側を見た場合に、前記突出部を隠すように形成されていることを特徴とする。

第６の発明は、第１から第４の何れか１の発明において、
前記集合部は、前記取付部の上流側において、前記集合部の上流側から管軸方向に下流側を見た場合に、前記突出部を隠すように形成された窪み部を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、集合部と枝管は、その管軸が平行となる状態で連通し、更に、複数の枝管を、集合部の管軸方向に投影させた場合に、この枝管の投影部と排気ガスセンサの突出部とが重ならない状態となるように、排気ガスセンサの取付部が形成されている。この構造により、各枝管から排出される排気ガスの多くは、管軸に平行な流れをもった状態で集合部に流入する。ここで、排気ガスセンサは、枝管の下流側への投影部とは重ならない位置に設置されることから、直接排気ガスセンサに当たる排気ガスの量を少なく抑えることができる。従って、気筒ごとの燃焼のバラツキによる排気ガスセンサの出力の過剰な変動を抑えて、内燃機関全体の空燃比に応じた安定したセンサ出力を得ることができる。従って、より精度の高い空燃比制御を行うことができる。また、排気ガスが直接当たることによる排気ガスセンサの被水を高い確率で防ぐことができる。

第２の発明によれば、集合部は、浄化装置を内蔵するための筒体部と連通して一体型に形成されている。この構成によれば、集合部の取付部に取り付けられた排気ガスセンサ当たるガスの多くは、浄化装置において反射した排気ガスが集合部に滞留したガスと混合した状態の排気ガスとなる。従って、枝管からの排気ガスが排気ガスセンサに直接当たるのを抑えつつ、枝管から排気された排気ガスの空燃比をある程度強く反映することができる。従って、気筒ごとのバラツキによる排気ガスセンサの出力の過剰な変動を抑えることができ、より高い精度で空燃比制御を行うことができる。

第３の発明によれば、直接排気ガスセンサに当たる排気ガスの量を少なく抑えることができる。従って、気筒ごとの燃焼のバラツキによる排気ガスセンサの出力の過剰な変動を抑えて、内燃機関全体での空燃比に応じた安定したセンサ出力を得ることができる。

第４の発明によれば、枝管を不均等に配置することで、センサ取付部の上流側に位置する部分を挟んで配置された２つの枝管の間を特に広くするような配置とすることができる。これにより、排気ガスセンサに枝管から排出される排気ガスが直接当たるのを、より確実に抑えることができ、気筒ごとのバラツキによる空燃比制御のバラツキを抑えることができると共に、排気ガスセンサの被水を高い確率で防ぐことができる。

第５又は第６の発明によれば、排気ガスセンサの上流側を隠す保護板や窪み部を設けることで、排気ガスセンサに、枝管からの排気ガスが直接当たるのを抑えることができる。従って、気筒ごとのバラツキによる空燃比制御のバラツキをより確実に抑えることができると共に、排気ガスセンサの被水を高い確率で防ぐことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の排気管構造を有する内燃機関システムを説明するための概略図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は複数の気筒♯１〜♯４を備えている。内燃機関１０の各気筒♯１〜♯４の吸気ポート（図示せず）には、吸気マニホールド１２が接続されている。吸気マニホールド１２は、各気筒の数に応じた数の吸気ブランチと、吸気ブランチが集合する集合管とを有し、吸気ブランチの端部において、各気筒♯１〜♯４の吸気ポートのそれぞれに連通している。

一方、内燃機関１０の各気筒♯１〜♯４の排気ポート（図示せず）には、後述する構造を有する排気マニホールド１４が接続されている。排気マニホールド１４の下流には、排気マニホールド１４と一体型に構成された触媒コンバータ１６（浄化装置）が配置されている。触媒コンバータ１６の上流側には空燃比センサ（排気ガスセンサ）１８が取り付けられている。

図１のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０を有している。ＥＣＵ２０の入力部には、空燃比センサ１８が接続され、その出力に応じて排気ガスの空燃比が検出される。また、ＥＣＵ２０は検出された空燃比等の情報に基づいて、燃料噴射量等の運転条件を演算して、内燃機関の運転を制御することができる。

図２は、図１のシステムの排気管構造について説明するための図である。図３は、排気ブランチ３１〜３４の連通部をその上流側から見た状態を表す図である。また、図４は、排気ブランチ３１〜３４の連通部付近と、コーン部４２及び筒体４０の上流部分の断面を表す模式図であり、図４（ａ）は、図３におけるＡ−Ａ´方向の断面を表し、図４（ｂ）は、図３のＢ方向から見た側面を表している。

図２に示すように、排気マニホールド１４と触媒コンバータ１６とは一体型に構成されている。排気マニホールド１４は、各気筒♯１〜♯４の排気ポートのそれぞれに接続する４つの排気ブランチ（枝管）３１、３２、３３、３４を有している。

触媒コンバータ１６は、筒体（筒体部）４０内に配置されている。筒体４０の上流側には、筒体４０に連通する円錐形状のコーン部（集合部）４２が形成されている。コーン部４２は、円柱形状に形成された部分を有し、この円柱形状部分に、空燃比センサ１８（あるいは酸素センサ）を取り付けるためのセンサ取付部（取付部）４４が形成されている。排気マニホールド１４の排気ブランチ３１〜３４は、コーン部４２の上流側端部（連通部）において集合して、コーン部４２に連通している。この連通部付近において、排気ブランチ３１〜３４は同一の円柱形状に形成されている。

図３、図４に示すように、コーン部４２と筒体４０とは、その管軸a0（集合部の管軸）が共通の直線となるように形成されている。排気ブランチ３１〜３４の、コーン部４２に対する入射角は、零度となっている。すなわち、排気ブランチ３１〜３４の下流部付近の管軸a1〜a4（円柱形状部分の管軸）は、それぞれ、コーン部４２の管軸a0に対して平行な直線となっている。

図３は、排気ブランチ３１〜３４の連通部を上流側から見た状態を表しているが、言い換えると、排気ブランチ３１〜３４を、コーン部管軸a0方向に、センサ取付部４４における管軸a0に垂直な方向の断面に、投影した状態を表している。この投影図において、各排気ブランチ３１〜３４は、コーン部４２の断面において均等に接続するように配置されている。つまり、コーン部４２の管軸a0（つまりコーン部４２断面の円の中心）を中心として、コーン部４２の管軸a0と排気ブランチ３１〜３４の各管軸a1〜a4との距離は全て同じであり、コーン部管軸a0を中心として、隣り合うブランチの管軸a1〜a4間の中心角は全て９０度となる間隔で並べられている。

センサ取付部４４は、気筒♯３の排気ブランチ３３と、気筒♯４の排気ブランチ３４との間に、全ての排気ブランチ３１〜３４と、図３に示す投影上で重ならない位置に配置されている。つまり、センサ取付部４４は、排気ブランチ３１〜３４をコーン部４２内部まで延長した場合の延長部分の外部に形成されている。

センサ取付部４４には、空燃比センサ１８が固着されている。センサ取付部４４に取り付けられた空燃比センサ１８が、気筒♯３の排気ブランチ３１と、気筒♯４の排気ブランチ３４との間に、全ての排気ブランチ３１〜３４と、図３の投影上重ならない位置、すなわち排気ブランチ３１〜３４を、コーン部４２内部まで延長した延長線部分とは外れた位置に配置されるように、センサ取付部４４が形成されている。

以上のように、実施の形態１によれば、排気ブランチ３１〜３４の連通部付近、及びコーン部４２、触媒コンバータ１６を内蔵する筒体４０の管軸が、同一の直線方向に構成され、かつ、センサ取付部４４に取り付けられた空燃比センサ１８が、全てのブランチ３１〜３４の延長線部分とは外れた部分に配置される。

この構成により、各排気ブランチ３１〜３４から排出される排気ガスは、各管軸a0〜a4に平行な流れが与えられた状態で、コーン部４２に流れ込む。このため、排気ブランチ３１〜３４の延長部を避けて配置された空燃比センサ１８に、流れ込んだ排気ガスが直接当たる量はごく僅かとなり、排気ガスの殆どはまず触媒コンバータ１６方向に流れる。従って、空燃比センサ１８に、排気ブランチ３１〜３４からの排気ガスが直接当たるのを避けることができる。

空燃比センサ１８は、主に、触媒コンバータ１６側に直進し、触媒コンバータ１６の入口から反射してきた排気ガスと、コーン部４２内に滞留していた排気ガスとの混合ガスに晒されることとなる。これにより、空燃比センサ１８の出力は、各気筒♯１〜♯４から直接排出された排気ガスではなく、ある程度、均質化された排気ガスの空燃比に応じたものとなる。従って、個々の気筒の燃焼のバラツキに左右されて、空燃比センサ１８の出力が過剰に変動するのを抑えることができ、内燃機関１０全体での空燃比に応じた安定したセンサ出力を得ることができる。従って、より高い精度で空燃比制御を実現することができ、燃費やエミッション特性の改善を図ることができる。

また、排気マニホールド１４と触媒コンバータ１６とが一体型に形成され、排気マニホールド１４の排気ブランチ３１〜３４は、触媒コンバータ１６を内蔵する筒体４０と連通するコーン部４２に直接接続している。したがって、排気ブランチ３１〜３４からの排気ガスの直射を回避しつつ、空燃比センサ１８には、そのとき排気ブランチ３１〜３４から排出される排気ガスがある程度濃度の濃い状態で混入されたガスを当てることができる。したがって、気筒♯１〜♯４間の燃焼のバラツキの影響により空燃比センサ１８の出力の過剰な変動するのを抑えつつ、そのときの内燃機関１０の状態に応じた正確な空燃比を検出することができる。

また、例えば内燃機関１０の始動時等には排気ガスに多くの水分が含まれることがある。しかし、実施の形態１の排気管構造によれば、各気筒♯１〜♯４から排出される排気ガスが直接空燃比センサ１８に当たるのを防ぐことができる。従って、空燃比センサ１０の被水確率を大幅に低減することができる。

なお、実施の形態１によれば、センサ取付部４４に空燃比センサ１８を取り付ける場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば酸素センサ等、他のセンサを取り付けることもできる。これについては、以下の実施の形態についても同様である。

また、実施の形態１においては、内燃機関１０が４つの気筒♯１〜♯４を有する場合について説明した。しかし、この発明において、内燃機関１０は４気筒に限るものではない。また、直列型の内燃機関に限るものでもなく、複数の気筒群ごとに分かれて構成され、各気筒群ごとに異なる排気マニホールドに接続される場合であってもよい。この場合、各気筒群のマニホールドごとに上記の構造を適用することもでき、また、各マニホールドの主管が、触媒上流部に共通して集合部に連通する場合、その連通部付近の構造として上記の構造を適用することもできる。これについては、以下の実施の形態においても同様である。

実施の形態２．
実施の形態２の排気管構造が搭載されたシステムは、排気管構造が異なる点を除いて、図１のシステムと同様の構成を有している。図５は、実施の形態２の排気管構造について説明するための図である。実施の形態２の排気管構造は、排気マニホールド１４と触媒とが一体型に構成されていない点において、実施の形態１の排気管構造と異なっている。具体的に、実施の形態２の排気マニホールド５０は、図５に示すように、各気筒♯１〜♯４の排気ポートのそれぞれに接続する排気ブランチ（枝管）５１〜５４と、この排気ブランチ５１〜５４とが集合して接続する集合管（集合部）５５とを備えている。集合管５５は、その下流側端部に触媒コンバータ（浄化装置）１６との接続部５７を有している。

排気ブランチ５１〜５４は、集合管５５との連通部付近において、円柱形状に形成されている。また、集合管５５も円柱形状に形成されている。排気ブランチ５１〜５４は、集合管５５に入射角零度で接続する。つまり、排気ブランチ５１〜５４の連通部付近の管軸は、集合管５５管軸と平行になるように構成されている。

センサ取付部５６は、集合管５５に形成されている。センサ取付部５６は、実施の形態１において説明したのと同様に、空燃比センサ１８がセンサ取付部５６に取り付けられた場合に、気筒♯３の排気ブランチ５１と、気筒♯４の排気ブランチ５４との間に、全ての排気ブランチ５１〜５４と、管軸方向への正射上で重ならない位置に形成されている。つまり、センサ取付部５６は、排気ブランチ５１〜５４を集合管５５の内部に延長させた場合に、この延長部分の外側に配置されるように形成されている。

このように構成されることにより、実施の形態２においても、排気ブランチ５４から排出される排気ガスは、排気ブランチ５１〜５４の管軸及び集合管５５の管軸方向に直進する流れが与えられた状態で、集合管５５内に流入する。つまり、排気ガスの多くは、集合管５５内を、排気ブランチ５１〜５４から直進して流れることとなる。ここで、空燃比センサ１８は、各排気ブランチ５１〜５４の集合管５５内への延長部分を避けて配置されている。従って、各排気ブランチ５１〜５４から排出される排気ガスが空燃比センサ１８に直射する量を、ごく僅かに留めることができる。

その結果、空燃比センサ１８には、主に、触媒コンバータ１６の入口から反射してきた排気ガスと、集合管５５内に滞留していた排気ガスが当たることとなる。これにより、空燃比センサ１８の出力は、各気筒♯１〜♯４の燃焼のバラツキに左右されないものとなり、集合管５５内である程度均質化された排気ガスの空燃比が検出されることとなる。従って、個々の気筒♯１〜♯４の燃焼のバラツキによる空燃比の変動に左右されることなく、より高い精度で空燃比制御を実現することができる。また、各気筒♯１〜♯４から排出される排気ガスが直接空燃比センサ１８に当たるのを防ぐことができる。従って、空燃比センサの被水確率を大幅に低減することができる。

実施の形態３．
実施の形態３のシステムは、排気管構造が異なる点を除いて、図１のシステムと同様の構成を有している。実施の形態３の排気管構造は、排気ブランチの連通部における集合状態が異なる点を除いて、実施の形態１の排気管構造と同じものである。図６は、実施の形態３の排気管構造について説明するための模式図であり、図６（ａ）は、図３に対応し、排気ブランチの連通部上流から下流側を見た状態を表し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ方向から見た状態を表している。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、排気マニホールド６０は、各気筒♯１〜♯４の排気ポートに接続する、排気ブランチ６１〜６４を有している。排気ブランチ６１〜６４は下流側で集合して、コーン部４２に連通している。コーン部４２は、触媒コンバータ１６を内蔵する筒体４０と連通して構成されている。

排気ブランチ６１〜６４は、実施の形態１の場合と同様に、コーン部４２に対して入射角零度で接続して集合している。しかし、図６（ａ）に示すように、連通部の断面において、各排気ブランチ６１〜６４の配置位置は、コーン部４２に対して不均等となっている。具体的に、連通部の断面において、排気ブランチ６２と６４、６２と６１、６１と６３の各管軸を結ぶ線分a2a4、線分a2a1、線分a1a3の長さは全て同一であり、排気ブランチ６３と６４の管軸を結ぶ線分a3a4の長さは長くなっている。つまり、連通部の断面において、排気ブランチ６２と６４との間、排気ブランチ６２と６１との間、排気ブランチ６１と６３との間の、排気ブランチが接続された部分以外の空間面積は、同一であるが、排気ブランチ６３と６４との間の空間面積は、他の部分の面積に比べて広くなるように、各ブランチ６１〜６４が配置されている。

センサ取付部４４は、排気ブランチ６３と排気ブランチ６４との間の空間を、コーン部管軸a0方向に正射した場合に、この空間内に位置するように形成されている。つまり、間隔が広くなるように形成された排気ブランチ６３、６４の間の延長部分であって、各ブランチ６１〜６４をコーン部４２内に延長した場合にその延長部分に当たらない位置に、センサ取付部４４が形成される。このセンサ取付部４４に空燃比センサ１８が取り付けられる場合、空燃比センサ１８のコーン部４２内への突出部も、排気ブランチ６３、６４の間の下流部であって、各ブランチ６１〜６４の延長線上に当たらない位置に配置されることとなる。

以上のように、センサ取付部４４が形成され、空燃比センサ１８が配置されることで、実施の形態３によれば、空燃比センサ１８に、各排気ブランチ６１〜６４から排出される排気ガスが直接当たる量をより確実に低減することができる。すなわち、空燃比センサ１８は、触媒コンバータ１６で反射され滞留ガス等と混合した、ある程度均質な排気ガスの空燃比に応じた出力を発することができる。したがって、気筒間の燃焼のバラツキ等による排気ガス空燃比の過剰なバラツキに左右されることなく、内燃機関１０全体の運転状態を反映した空燃比に基づいて、精度の高い空燃比制御を実現できる。また、同時に、空燃比センサ１８に直接排気ガスが当たることによる空燃比センサの被水を、より高い確立で防ぐことができる。

なお、実施の形態３においては、排気マニホールド６０と触媒が一体型の排気管構造の場合、すなわち、各ブランチ６１〜６４が、集合してそのままコーン部４２に接続する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば図５に示すように、排気マニホールドが、各気筒の排気ポートに接続する排気ブランチと、そのブランチが集合する集合管を有し、この集合管に、センサ取付部が形成される場合にも適用することができる。

具体的に、このような場合、実施の形態２と同様に、各ブランチ５１〜５４の連通部付近及び集合管５５が直線的に形成され、互いに入射角零度で連通するように構成する。更に、実施の形態３の構成を適用し、各排気ブランチ５１〜５４の連通部における配置が不均等になるように、すなわち、図６に示したのと同様に、特定の排気ブランチ間（図５に適用すると例えば５３と５４の間）の接続部の間が広くなるように配置される。更に、間隔が広く形成された排気ブランチ間の空間を、集合管管軸a0方向にセンサ取付部４４の位置に置ける断面に正射した投影部分に、センサ取付部４４及びこれに配置される空燃比センサ１０の突出部が配置されるように形成される。

また、実施の形態３においては、排気ブランチ６１〜６４の連通部における配置を不均筒とすることで、何れかの排気ブランチ６１〜６４の間に他の部分よりも広い空間を設け、この空間の下流側にセンサ取付部４４が配置されるようにすることで、空燃比センサ１８に排気ガスが直接当たるのを避ける場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、例えば集合部（集合管５５あるいはコーン部４２）の断面積に対するブランチの断面積の差が、従来の場合に比べて大きくなるように設計するものであってもよい。つまり、連通部において、排気ブランチ間の空間の下流側に延長した場合にその延長部分内に空燃比センサ１８が余裕をもって設置できる程度に、連通部の断面積と排気ブランチの断面積との相対的な差が大きくなるように設計すればよい。具体的には集合部（コーン部、集合管）を従来よりも太く形成したものであってもよく、また、排気ブランチを従来よりも細くしたものであってもよい。

これにより、各排気ブランチが連通部において均等に配置されても、排気ブランチ間を広くすることができる。従って、排気ブランチ間の隙間の下流側の延長位置にセンサ取付部４４を形成して、空燃比センサ１８を取り付けるようにすることで、空燃比センサ１８への排気ガスの直射を、より効果的に防ぐことができる。

実施の形態４．
実施の形態４の内燃機関システムは、排気管構造が異なる点を除いて図１の内燃機関システムと同様の構成を有している。図７は、この発明の実施の形態４における排気管構造について説明するための模式図であり、図７（ａ）は、図３のＡ−Ａ´方向に対応する断面を表し、図７（ｂ）は、排気ブランチの連通部からコーン部内を見た状態を表している。図７（ａ）、（ｂ）に示す排気管構造は、空燃比センサ１８の上流部に、排気ガスよけの保護板７０が配置されている点を除いて、実施の形態１の排気管構造と同一の構成を有している。

具体的に、保護板７０は、センサ取付部４４の上流部に配置されている。図７（ｂ）に示すように、センサ取付部４４に空燃比センサ１８が取り付けられた状態で、コーン部４２内を上流側から見ると、保護板７０は、空燃比センサ１８のコーン部４２内に突出した突出部全体を隠すような形状に構成されて配置されている。

このようにセンサ取付部４４上流に保護板７０を配置することで、センサ取付部４４に取り付けられた空燃比センサ１８に、排気ブランチ３１〜３４からの排出される排気ガスが直接当たるのを効果的に防ぐことができる。従って、空燃比センサ１８の検出対象となる排気ガスは、主に触媒コンバータ１６からの反射ガスと、コーン部４２内に滞留した滞留ガスとなる。従って、気筒間の燃焼のバラツキの影響を抑えて、そのときの燃焼状態に応じたより正確な空燃比を検出することができ、気筒間の燃焼のバラツキによる空燃比制御のバラツキを抑えることができる。また、排気ガスの空燃比センサへの直射をより確実に防ぐことができるため、空燃比センサの被水を高い確立で防ぐことができる。

なお、実施の形態４では、空燃比センサ１８の上部に、保護板７０を配置する場合について説明した。しかし、この発明は、センサ取付部４４の上流側に形成され、空燃比センサ１８に直接当たる排気ガスの流れを確実に避けるように構成されるものであれば、他の構造であってもよい。

図８は、実施の形態４の他の例について説明するための図である。図８に示す他の例においては、コーン部４２のセンサ取付部４４の上流側に、窪み部８０が設けられている。窪み部８０は、コーン部４２内を上流側から見た場合に、センサ取付部４４に取り付けられた空燃比センサ１８が隠れる形状に形成されている。従って、センサ取付部４４に取り付けられる空燃比センサ１８は、排気ガスの直射を避けて、触媒コンバータ１６からの反射ガスやコーン部４２内の滞留ガスが混合された排気ガスを検出対象とすることができる。従って、気筒間の燃焼のバラツキによる影響を抑えて、より高精度に空燃比制御を行うことができると共に、空燃比センサ１８の被水を確実に防止することができる。

なお、センサ取付部４４上流に設ける窪み部８０の形状は、図８の他の例に図示した形状に限るものではない。窪み部８０の形状は、コーン部４２内を上流から見た場合に、取り付けられる空燃比センサのコーン部４２内への突出部が確実に隠されるものであれば、他の形状であってもよい。また、図７の保護板７０や、窪み部８０に限るものでもなく、他の構成により空燃比センサ１８の突出部の上流側を隠し、排気ガスの直射を防ぐものであってもよい。

また、実施の形態４では、実施の形態１の、排気マニホールドと触媒が一体型となった排気管構造の、センサ取付部４４上流に、保護板７０あるいは窪み部８０を設置する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、実施の形態４の保護板７０や窪み部８０を、実施の形態２の集合管５５のセンサ取付部５６上流部に設けるようにして適用するものであってもよい。また、同様に、実施の形態３のように、排気ブランチが不均等に配置されている場合にも適用することができる。このようにしても、同様に、空燃比センサ１８への排気ガスの直射をより確実に避けて、空燃比制御のバラツキを低減すると共に、空燃比センサの被水を高い確立で防止することができる。

以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

この発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１の排気通路の構成について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１の排気通路の構成について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１の排気通路の構成について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態２の排気通路の構成について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態３の排気通路の構成について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態４の排気通路の構成について説明するための模式図である。 この発明の実施の形態４の排気通路の構成について説明するための模式図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
♯１〜♯４ 気筒
１２ 吸気マニホールド
１４ 排気マニホールド
１６ 触媒コンバータ
１８ 空燃比センサ
２０ ＥＣＵ
３１〜３４ 排気ブランチ
４０ 筒体
４２ コーン部
４４ センサ取付部
５０ 排気マニホールド
５１〜５４ 排気ブランチ
５５ 集合管
５６ センサ取付部
５７ 接続部
６０ 排気マニホールド
６１〜６４ 排気ブランチ
７０ 保護板
８０ 窪み部

Claims (6)

1. 内燃機関の気筒の排気ポートのそれぞれに接続する複数の枝管と、
   前記枝管が、前記排気ポートとの接続側とは反対側において集合して連通する排気通路と、
   前記排気通路の側面部に形成された排気ガスセンサの取付部と、
   を備え、
   前記排気通路は、前記枝管が集合して連通する連通部付近において、前記排気通路の管軸が一直線となるように形成された集合部を備え、
   前記枝管は、それぞれ、前記連通部付近において円柱形状に形成された部分を備え、かつ、前記円柱形状部分において、前記円柱形状部分の管軸と前記集合部の管軸とが平行となる状態で前記集合部に連通し、
   前記取付部は、前記取付部に取り付けられる排気ガスセンサの前記集合部内への突出部と、前記連通部における前記複数の枝管とを、前記集合部の管軸に平行な方向に向けて前記集合部の管軸に垂直な面に投影させてできる、前記突出部の投影部と前記枝管の投影部とが互いに重ならない状態となり、かつ、前記突出部の投影部は前記連通部外周の投影部内に入る状態となるように、前記集合部に配置されていることを特徴とする排気管構造。
2. 前記排気通路は、排気ガスを浄化する浄化装置を内蔵するための筒体部を備え、
   前記集合部は、前記筒体部と連通して一体型に形成され、前記浄化装置の上流側の排気経路を構成することを特徴とする請求項１に記載の排気管構造。
3. 前記集合部は、円柱形状に形成された部分を有し、かつ、前記枝管が共通して連通する主管であって、
   前記主管の下流側の端部に、排気ガスを浄化する浄化装置に接続する接続部を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気管構造。
4. 前記枝管は、前記連通部の、前記集合部の管軸に垂直な方向の連通部断面において、不均等に配置されて、前記集合部に連通し、
   前記取付部は、前記連通部において互いに隣り合って配置された２つの枝管のうち、前記円柱形状部分の管軸間の距離が最も長くなる２つの枝管の間の空間を、前記集合部の管軸に平行な方向に向けて前記集合部の管軸に垂直な面に投影させてできる前記空間の投影部内に、前記突出部の投影部が位置するように、配置されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の排気管構造。
5. 前記集合部内の、前記取付部の上流側に配置された保護板を備え、
   前記保護板は、前記集合部の前記保護板より上流側から前記集合部の管軸方向に下流側を見た場合に、前記突出部を隠すように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の排気管構造。
6. 前記集合部は、前記取付部の上流側において、前記集合部の上流側から管軸方向に下流側を見た場合に、前記突出部を隠すように形成された窪み部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の排気管構造。
   

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