JP2015068223A - 排気管構造 - Google Patents

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_２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_２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。