JP2015068223A - 排気管構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】触媒に当たりテーパ部の内周面に沿って排気ガスセンサ側に逆流する排気ガスが、排気ガスセンサまで到達してしまうことを極力抑制することができる排気管構造を提供する。
【解決手段】排気管構造は、内燃機関の複数の出口ポートのそれぞれに対応して接続されている複数の枝管、および複数の枝管の下流側に設けられ前記複数の枝管から流れる排気ガスを1つに集合する出口配管を有するエギゾーストマニホルドと、前記出口配管を流れる前記排気ガスの異常の有無を検出する排気ガスセンサと、出口配管の下流側に設けられ、下流側に向かうにしたがって断面の開口積が大きくなるテーパ部と、テーパ部を通って供給される排気ガスの浄化を行う触媒と、テーパ部の下流側に設けられ触媒を収容する収容部と、テーパ部の内周面から触媒に向かって突出している環状の突出部とを備えている。
【選択図】図3

Description

本発明の一態様は、排気管構造に関する。
従来、例えば特許文献1に開示されているような排気管構造では、2つ以上の枝管(排気管)が集合するエギゾーストマニホルド(集合部)の出口付近に排気ガスセンサ(Oセンサ)が設けられ、エギゾーストマニホルドの下流に触媒が設けられている。この種の排気管構造によれば、触媒に供給される前の排気ガス中のOの濃度は、排気ガスセンサによって検出される。
また、特許文献1の排気管構造では、エギゾーストマニホルドから触媒側に向かって流れる排気ガスの流路は、下流側に向かうにしたがって断面の開口積が大きくなるテーパ部(スロート部)を有している。また、触媒に当たって直接跳ね返ってくる排気ガスを排気ガスセンサが再度検出しないように、触媒の上流側端面の中央を凹ませて、排気ガスセンサと触媒との距離を十分に確保している。
特開2002−266635号号公報
触媒に当たった排気ガスの一部が、テーパ部の内周面に沿って排気ガスセンサ側に逆流することがある。この場合、排気ガスセンサは、この逆流した排気ガスを再度検出して、排気ガスの検出精度が低下することがある。
本発明の一態様の目的は、触媒に当たりテーパ部の内周面に沿って排気ガスセンサ側に逆流する排気ガスが、排気ガスセンサまで到達してしまうことを極力抑制することができる排気管構造を提供することである。
本発明の一態様の排気管構造は、内燃機関の複数の出口ポートのそれぞれに対応して接続されている複数の枝管、および複数の枝管の下流側に設けられ複数の枝管から流れる排気ガスを1つに集合する出口配管を有するエギゾーストマニホルドと、出口配管付近に設けられ、出口配管を流れる排気ガスの異常の有無を検出する排気ガスセンサと、出口配管の下流側に設けられ、筒状をなし、下流側に向かうにしたがって断面の開口積が大きくなるテーパ部と、テーパ部を通って供給される排気ガスの浄化を行う触媒と、テーパ部の下流側に設けられ、触媒を収容する収容部と、テーパ部の内周面から触媒に向かって突出している環状の突出部と、を備えていることを特徴としている。
この本発明の一態様によれば、触媒に当たりテーパ部の内周面に沿って排気ガスセンサ側に逆流する排気ガスは、テーパ部の内周面から触媒に向かって突出している環状の突出部によって遮られることにより、排気ガスセンサまで到達しにくくなる。これにより、触媒に当たりテーパ部の内周面に沿って排気ガスセンサ側に逆流する排気ガスが、排気ガスセンサまで到達してしまうことを極力抑制することができ、排気ガスの検出精度を良好にすることができる。
また、本発明の一態様の排気管構造は、突出部が出口配管の下流側の端部であることを特徴としている。
この本発明の一態様によれば、突出部と出口配管とが一体であるため、簡単な構成で突出部を形成することができる。
また、本発明の一態様の排気管構造は、突出部がテーパ部の上流側の端部を内側に折り曲げて形成されていることを特徴としている。
この本発明の一態様によれば、突出部とテーパ部が一体であるため、簡単な構成で突出部を形成することができる。
また、本発明の一態様の排気管構造は、突出部が触媒の中心軸に対して平行に延びていることを特徴としている。
この本発明の一態様によれば、突出部の上流側から触媒側に流れる排気ガスが、突出部に沿って触媒側に案内されやすくなり、エギゾーストマニホルドの出口配管の内部に排気ガスが滞留しにくくなる。これにより、排気ガスの検出精度をより一層良好にすることができる。
また、本発明の一態様の排気管構造は、突出部がテーパ部の内周面に設けられたメッシュ状の部材であることを特徴としている。
この本発明の一態様によれば、触媒に当たりテーパ部の内周面に沿って排気ガスセンサ側に逆流する排気ガスが、排気ガスセンサまで到達してしまうことを極力抑制することができるとともに、エギゾーストマニホルドの出口配管から触媒側に流れる排気ガスの圧損の増大を極力抑制することができる。
本発明の一態様によれば、触媒に当たりテーパ部の内周面に沿って排気ガスセンサ側に逆流する排気ガスが、排気ガスセンサまで到達してしまうことを極力抑制することができる。
本発明の第1の実施形態の排気管構造を模式的に表した図。 排気管構造の斜視図。 排気管構造の縦断側面図。 図3のIV−IV断面図。 図3のV−V断面図。 本発明の第2の実施形態の排気管構造を示す図3相当図。 図6のVII−VII断面図。 本発明の第3の実施形態の排気管構造を示す図3相当図。
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態の排気管構造について、図1〜図5を参照して説明する。
図1〜図4に示す排気管構造11は、例えば自動車用の内燃機関12(図1参照)の下流側に設けられている排気管の一部であり、排気管構造11の下流側には消音器(図示せず)につながる排気管が接続されている。
内燃機関12には、複数、例えば4つの出口ポート(図示せず)が一列に並んで形成されている。そして、内燃機関12で生成された排気ガスが、出口ポートを通って排気管構造11に供給される。
排気管構造11は、エギゾーストマニホルド13と、触媒コンバータ14とを備えている。
エギゾーストマニホルド13は、例えば金属製の複数の枝管15と、例えば金属製の出口配管16とを有している。
枝管15は、内燃機関12の出口ポートと出口配管16とをつなぐ配管である。したがって、枝管15の数は内燃機関12の出口ポートの数に対応しており、この実施形態の枝管15の数は4つである。各枝管15は、一端部が内燃機関12の4つの出口ポートのそれぞれに対応して接続され、他端部が出口配管16につながっている。なお、必要に応じて、各枝管15を、図1、図2および図4において左側から順に、枝管151、枝管152、枝管153、枝管154として説明する。
枝管15における上流側の端部(以下、一端部と称する)には、フランジ17が設けられている。フランジ17は、内燃機関12の出口ポート全体を覆う形状、例えば長尺の板状をなしており、図4に示すように内燃機関12の出口ポートに対応する箇所に開口部、この場合4つの開口部18が形成されている。なお、必要に応じて、各開口部18を、図4において左側から順に、開口部181、開口部182、開口部183、開口部184として説明する。
フランジ17は、ボルトなどの締結部材(図示せず)によって、図1に示すように内燃機関12に取り付けられている。また、図4に示すように枝管151の内部と開口部181とが連通し、枝管152の内部と開口部182とが連通し、枝管153の内部と開口部183とが連通し、枝管154の内部と開口部184とが連通するように、枝管15とフランジ17とが溶接などによって接合されている。
出口配管16は、複数、この実施形態では4つの枝管15から流れる排気ガスを1つに集合する配管であり、枝管15の下流側に設けられている。この実施形態では、4つの枝管15の下端部を合わせた大きさに相当する円筒状に形成されている。
なお、各枝管15と出口配管16とは一体物でもよく、あるいは、別々の部材を溶接などによって接合させて一体構成としてもよい。
出口配管16付近、より具体的には、出口配管16のうち4つの枝管15が合わさった部分に最も近い位置には、図1〜図5に示すように排気ガスセンサ、この実施形態では空燃比センサ19が設けられている。排気ガスセンサは、出口配管16を流れる排気ガスの異常の有無を検出するセンサである。ここで、排気ガスセンサとして用いられる空燃比センサ19は、排気ガスの異常の有無として、出口配管16を流れる排気ガスの空燃比を検出するためのセンサである。なお、詳しくは説明しないが、排気ガスセンサ(空燃比センサ19)の出力信号(異常の有無の信号)は、内燃機関の燃料供給量を制御する制御回路(図示せず)に送られる。
空燃比センサ19は、略円柱状をなし、検出側の端部すなわち先端部が出口配管16の内部の中央付近に位置している。なお、空燃比センサ19の他端部は、上述した制御回路(図示せず)に接続されている。この実施形態では、空燃比センサ19の軸方向が出口配管16の径方向にほぼ一致するように、空燃比センサ19は、取付台20によって保持されている。
なお、この実施形態では、排気ガスセンサとして、空燃比センサ19を用いて説明しているが、他のセンサ、例えば酸素センサなどにも適用できる。
触媒コンバータ14は、触媒21と、例えば金属製の触媒ケース22とを有している。
触媒21は、出口配管16の下流側に設けられて排気ガスの浄化を行うものであり、例えば、排気ガスを酸化あるいは還元するための触媒である。触媒21は、例えば円柱状をなしている。触媒21は、浄化が行われる面積を十分に確保するために比較的大きく形成され、例えば、触媒21の軸方向の断面積は、出口配管16の軸方向の断面積よりも大きく設定されている。この実施形態では、触媒21の直径が出口配管16の直径よりも大きく設定されている。
触媒21の内部には、軸方向に延びる多数の貫通孔(図示せず)が形成されている。そして、排気ガスが触媒21の貫通孔を通る際に、排気ガスの浄化が行われる。触媒21は、触媒ケース22の収容部23の内部に収容されている。
触媒ケース22は、上流側の端部がエギゾーストマニホルド13の出口配管16に接続され、下流側の端部が排気管(図示せず)に接続されている。
触媒ケース22は、収容部23と、上流側テーパ部24と、下流側テーパ部25とを有している。
収容部23は、内部に触媒21を収容する筒状をなしており、この実施形態では、触媒21の外形に対応して円筒状に形成されている。また、この実施形態では、収容部23の中心軸は、触媒21の中心軸と出口配管16の中心軸とが一致するように、出口配管16の中心軸と一致している。収容部23と触媒21との間には、触媒21を所定の位置に保持するための緩衝部材(図示せず)が設けられている。
上流側テーパ部24は、出口配管16の下流側に設けられ、筒状をなし、下流側に向かうにしたがって断面の開口積が大きくなるテーパ状をなしている。この実施形態では、上流側テーパ部24の上流側の端部が出口配管16につながり、下流側の端部が収容部23につながるように、上流側テーパ部24は円錐のテーパ状をなしている。これにより、収容部23は上流側テーパ部24の下流に設けられ、上流側テーパ部24を通って供給される排気ガスが触媒21によって浄化されるようになる。
収容部23と上流側テーパ部24とは一体物でもよく、あるいは、別々の部材を溶接などによって接合させて一体構成としてもよい。収容部23と上流側テーパ部24との一体物は、例えばスピニング加工によって得られる。また、収容部23と上流側テーパ部24とを別々の部材から構成する場合、例えば上流側テーパ部24をキャップ状にして、収容部23に嵌め合わせて溶接などによって接合することによって得られる。
下流側テーパ部25は、収容部23の下流側に設けられ、筒状をなし、下流側に向かうにしたがって断面の開口積が小さくなるテーパ状をなしている。この実施形態では、下流側テーパ部25の上流側の端部が収容部23につながり、下流側の端部が円筒状の排気管(図示せず)につながるように、下流側テーパ部25は円錐のテーパ状をなしている。これにより、収容部23に収容されている触媒21の貫通孔を通った排気ガスは、下流側テーパ部25を通って下流側の排気管に流れるようになる。
収容部23と下流側テーパ部25とは一体物でもよく、あるいは、別々の部材を溶接などによって接合させて一体構成としてもよい。収容部23と下流側テーパ部25との一体物は、例えばスピニング加工によって得られる。また、収容部23と下流側テーパ部25とを別々の部材から構成する場合、例えば下流側テーパ部25をキャップ状にして、収容部23に嵌め合わせて溶接などによって接合することによって得られる。
ここで、上流側テーパ部24の内部には、突出部26が設けられている。突出部26は、上流側テーパ部24の内周面に沿って上流側へ逆流する排気ガスを下流側へ案内するものである。この実施形態の突出部26は、出口配管16の下流側の端部が上流側テーパ部24の上流側の端部から当該上流側テーパ部24の内部まで突出している環状の部分である。この構成によれば、上流側テーパ部24の上流側の端部に、出口配管16から流れ出る排気ガスの周方向外側の回りを囲うように円筒状の突出部26が形成された構成となる。
また、この実施形態では出口配管16の中心軸と触媒21の中心軸が一致していることにより、突出部26が触媒21の中心軸に対して平行に延びた形状になっている。
なお、突出部26の軸方向の長さは、突出部26の内周側から流れ出る排気ガスが触媒21の上流側端面の外周縁まで到達するように適宜設定される。すなわち、突出部26の長さが長すぎる場合、突出部26の内周側から触媒21に流れる排気ガスは、触媒21の上流側端面全体に行き渡りにくくなり、触媒21の中心付近のみで排気ガスの浄化が行われてしまう。一方、突出部26の軸方向の長さが短すぎる場合、後述する本実施形態の作用・効果が十分に得られにくくなる。そのため、突出部26の軸方向の長さは、後述する本実施形態の作用・効果が十分に得られるように設定されている。
この第1の実施形態によれば、次の作用・効果を奏する。
内燃機関12の出口ポートから排出される排気ガスは、エギゾーストマニホルド13の所定の枝管15を通って出口配管16に流れる。出口配管16に流れた排気ガスは、図3および図4の矢印Aで示すように、触媒コンバータ14の上流側テーパ部24、収容部23の内部に収容されている触媒21の多数の貫通孔および下流側テーパ部25を通って、触媒コンバータ14の下流側に接続されている排気管に供給される。
この構成によれば、出口配管16を流れる排気ガスの異常状態の有無、この実施形態では排気ガスの空燃比が、空燃比センサ19によって検出される。
ここで、触媒21に当たり上流側テーパ部24の内周面に沿って空燃比センサ19側に逆流する排気ガスの流れの方向を矢印Bとして示すと、矢印Bで示すように流れる排気ガスは、突出部26によって遮られることにより、空燃比センサ19まで到達しにくくなり、下流側に案内されやすくなる。
これにより、触媒21に当たり上流側テーパ部24の内周面に沿って空燃比センサ19側に逆流する排気ガスが、空燃比センサ19まで到達してしまうことを極力抑制することができ、排気ガスの検出精度を良好にすることができる。
また、突出部26が出口配管16の下流側の端部であり、突出部26と出口配管16とが一体であるため、簡単な構成で突出部26を形成することができる。
また、突出部26が触媒21の中心軸に対して平行に延びているので、突出部26の上流側から触媒に流れる排気ガスが突出部26に沿って触媒21側に案内されやすくなり、出口配管16の内部に排気ガスが滞留しにくくなる。これにより、排気ガスの検出精度をより一層良好にすることができる。
<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態の排気管構造について、図6および図7を参照して説明する。なお、第2の実施形態の排気管構造31を構成する部材のうち第1の実施形態の排気管構造11を構成する部材と実質的に同一の部材については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図6および図7に示すように、排気管構造31は、突出部32の構造が第1の実施形態の突出部26の構造と異なる。
排気管構造31の突出部32は、上流側テーパ部24の上流側の端部を内側に折り曲げて形成され、先端の端部が下流を向いている。この場合、突出部32は、出口配管16の下流側の端部の外周面に接して設けられ、出口配管16の端部から下流側に突出している。したがって、突出部32は、出口配管16に対して同心の筒状をなし、上流側テーパ部24の上流側の端部に、出口配管16から流れ出る排気ガスの周方向外側の回りを囲うように円筒状の突出部32が形成された構成となる。
この実施形態の突出部32は、第1の実施形態の突出部26と同様の機能を有する。したがって、第2の実施形態の排気管構造31も、第1の実施形態の排気管構造11と同様の作用・効果を奏する。
また、突出部32が上流側テーパ部24の上流側の端部であり、突出部32と上流側テーパ部24とが一体であるため、簡単な構成で突出部32を形成することができる。
<第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態の排気管構造について、図8を参照して説明する。なお、第3の実施形態の排気管構造41を構成する部材のうち第1の実施形態の排気管構造11を構成する部材と実質的に同一の部材については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図8に示すように、排気管構造41は、突出部42の構造が第1の実施形態の突出部26の構造と異なる。
排気管構造41の突出部42は、例えば金属製のメッシュ状の部材であり、全体として環状をなしている。メッシュの隙間の大きさは、排気ガスが通過可能な大きさである。
突出部42の外周面は、上流側テーパ部24の内周面に溶接などにより固定されている。
この実施形態の突出部42は、第1の実施形態の突出部26と同様の機能を有する。したがって、第3の実施形態の排気管構造41も、第1の実施形態の排気管構造11と同様の作用・効果を奏する。
また、エギゾーストマニホルド13の出口配管16から触媒21側に流れる排気ガスの一部は、突出部42のメッシュの隙間を介して通過するので、この出口配管16から触媒21側に流れる排気ガスの圧損の増大を極力抑制することができる。
<その他の実施形態>
本実施形態は上記に限定されるものではなく、本発明の技術範囲内において種々の形態をとることができる。
例えば、本実施形態では、内燃機関12には4つの出口ポートが形成されているとして説明したが、出口ポートは4つ以外にも適用できる。
第1の実施形態の突出部26、第2の実施形態の突出部32、第3の実施形態の突出部42の各突出部を適宜組み合わせてもよい。
排気ガスセンサ(空燃比センサ19)は、出口配管16のうち4つの枝管15が合わさった部分に最も近い位置に設けられているとして説明したが、本発明の作用・効果が得られる位置、例えば枝管15が合わさった部分から触媒21までの間、より詳しくは上流側テーパ部24であってもよい。
第1の実施形態の突出部26は、出口配管16とは別部材で形成し、出口配管16に溶接などにより固定してもよい。
第2の実施形態の突出部32は、上流側テーパ部24とは別部材で形成し、上流側テーパ部24に溶接などにより固定してもよい。
また、本発明の突出部は、触媒21の中心軸に対して平行に延びている形状に限定されるものではなく、例えば、下流側に向かうにしたがって広がる形状としてもよい。
その他、上記構成は一例に過ぎず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜、形状、数、材料、接合方法などを変更してもよい。例えば、エギゾーストマニホルド13や触媒ケース22は、樹脂等から形成されていてもよい。また、収容部23の中心軸と、触媒21の中心軸と出口配管16の中心軸とが、それぞれ一致していなくてもよい。
11・・・排気管構造
12・・・内燃機関
13・・・エギゾーストマニホルド
15・・・枝管
16・・・出口配管
19・・・排気ガスセンサ(空燃比センサ)
21・・・触媒
23・・・収容部
24・・・テーパ部(上流側テーパ部)
26・・・突出部
31・・・排気管構造
32・・・突出部
41・・・排気管構造
42・・・突出部

Claims (5)

  1. 内燃機関の複数の出口ポートのそれぞれに対応して接続されている複数の枝管、および前記複数の枝管の下流側に設けられ前記複数の枝管から流れる排気ガスを1つに集合する出口配管を有するエギゾーストマニホルドと、
    前記出口配管を流れる前記排気ガスの異常の有無を検出する排気ガスセンサと、
    前記出口配管の下流側に設けられ、筒状をなし、下流側に向かうにしたがって断面の開口積が大きくなるテーパ部と、
    前記テーパ部を通って供給される前記排気ガスの浄化を行う触媒と、
    前記テーパ部の下流側に設けられ、前記触媒を収容する収容部と、
    前記テーパ部の内周面から前記触媒に向かって突出している環状の突出部と、
    を備えていることを特徴とする排気管構造。
  2. 前記突出部は、前記出口配管の下流側の端部であることを特徴とする請求項1に記載の排気管構造。
  3. 前記突出部は、前記テーパ部の上流側の端部を内側に折り曲げて形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の排気管構造。
  4. 前記突出部は、前記触媒の中心軸に対して平行に延びていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の排気管構造。
  5. 前記突出部は、前記テーパ部の内周面に設けられたメッシュ状の部材であることを特徴とする請求項1に記載の排気管構造。
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