JP2016075167A - 多気筒内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多気筒エンジンの各気筒の排気ガスの単位時間当たりの流通量を均一にして排気ガスセンサに接触させる【解決手段】 空燃比センサ１１に対する単位時間あたりの排気ガスの量が最大の排気通路である通路６ｂに、抑制ロッド１２を取り付け、排気ガスの空燃比センサ１１に対する通路の断面積が狭くなるように変更し、排気ガスの空燃比センサ１１への当たりを抑制する。【選択図】図２

Description

本発明は、排気集合管に排気ガスセンサを備えた多気筒内燃機関の排気装置に関する。

多気筒内燃機関（多気筒エンジン）の排気ガスは、各気筒の排気ガス通路から排気集合管に送られ、排気浄化装置等を経て放出される。排気集合管には、排気ガス中の酸素濃度を検出して空燃比を求める排気ガスセンサ（空燃比センサ）が設けられている。多気筒エンジンでは、エンジンルームの機器のレイアウトにより、各気筒から排気集合管（空燃比センサ）までの排気ガス通路の長さや経路状況が異なっているのが現状である。

各気筒から排気集合管（空燃比センサ）までの排気ガス通路の長さや経路状況が異なっていると、排気ガスが空燃比センサの側部に強く当たる排気ガス通路、排気ガスの全量が空燃比センサの正面から強く当たる排気ガス通路、排気ガスの一部が空燃比センサの側部にあたり、残りのガスが空燃比センサの脇を通過する排気ガス通路が存在することになってしまう。

空燃比センサへの排気ガスの接触が排気ガス通路毎に異なると、気筒毎の排気ガスの空燃比センサへの検出性能が不均一になり、空燃比センサの検出結果をフィードバックする際に、気筒毎に補正を行って空燃比を制御する必要があった。

このため、排気集合管の空燃比センサの上流側に棒状部材を設け、排気ガスに乱流を生じさせて排気ガスを均一にし、広い面積で空燃比センサに排気ガスを接触させる技術が従来から提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の技術により、各気筒の排気ガス通路の排気ガスを均一にして空燃比センサに接触させることができる。

しかし、特許文献１の技術は、排気集合管に棒状部材が設けられた構成となっているので、各気筒の排気ガス通路の状況の違いによる排気ガスの流れを均一にするためには、各気筒の排気ガスが十分に集合した後の部位に棒状部材を設置する必要がある。

このため、特許文献１の技術を使用するためには、集合部を長く設ける必要があった。集合部を長く設けると、エンジン本体と触媒の距離が離れることになり、エンジンの冷態始動時には触媒の活性化がし難く、排ガス法規をクリアするには、更なる触媒貴金属の増量が必要になる。従って、排気ガスの流れを均一にする技術が望まれているのが実情である。

特開２０１２−７７６１５号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、多気筒内燃機関の各気筒の排気ガスの単位時間当たりの流通量を均一にして、排気ガスを排気ガスセンサに接触させることができる多気筒内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、多気筒内燃機関の各気筒の排気ガス通路と、前記各気筒の排気ガス通路に連通して配され、前記排気ガス通路の排気ガスが集合する排気集合管と、前記排気集合管に備えられる排気ガスセンサと、前記各気筒の排気ガス通路の少なくとも一箇所に前記排気ガス通路の内壁から突設されて、排気ガスの通過する排気ガス流路の断面積を変更する変更部材とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、排気ガスの単位時間当たりの流通量が多い排気ガス通路で、排気ガスセンサに対する排気ガスの通路の断面積を変更部材で変更して、排気ガスの排気ガスセンサへの当たりを抑制する。

これにより、多気筒内燃機関で、排気ガスの単位時間当たりの流通量が多い排気ガス通路が存在していても、各気筒の排気ガス通路の排気ガスの単位時間当たりの流通量を均一にして、排気ガスを排気ガスセンサに接触させることが可能になる。

例えば、３気筒内燃機関で、並設された３つの排気ガス通路のうち、中央の排気ガス通路に排気集合管が対向して配置され、排気集合管の中央部位に排気ガスセンサが配置された場合、排気ガスの流れは次のようになることが考えられる。

中央を挟んで両側の排気ガス通路の排気ガスは、排気ガスの一部が排気ガスセンサの横に接触して通過する。中央の排気ガス通路の排気ガスは、排気ガスセンサに対して略全量が強く接触して通過する。この状態で、例えば、中央の排気ガス通路の排気ガスに対して排気ガスセンサの検出状況を基準にすると、中央を挟んで両側の排気ガス通路の排気ガスに対しては、排気ガスセンサの検出性能が低下することになる。

従って、排気ガスセンサを空燃比センサとして用い、中央を挟んで両側の排気ガス通路の排気ガスの検出状況に基づいて空燃比をフィードバック制御した場合、所望の空燃比に制御することができず、排気ガス性能を満足させることができない虞が生じる。

このような場合、本願発明では、中央の排気ガス通路（排気ガスの単位時間当たりの流通量が多い排気ガス通路）に変更部材を配して排気ガスの通過する排気ガス流路の断面積を変更し（排気ガスの排気ガスセンサへの当たりを抑制し）、各気筒の排気ガス通路の排気ガスの単位時間当たりの流通量を均一にして、排気ガスを排気ガスセンサに接触させるようにしている。

これにより、各気筒の排気ガスの排気ガスセンサでの検出性能を均一にすることができ、フィードバック制御が的確に実施されて排ガス性能の低下をなくすことができる。

そして、請求項２に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、請求項１に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記排気ガスセンサの長手方向に対する前記変更部材の長さは、前記排気ガスセンサよりも長くなっていることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、変更部材は、排気ガスセンサよりも長手方向の長さが長くなっているので、排気ガスセンサの内部に流入する排気ガスを的確に規制することができる。

また、請求項３に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記変更部材が前記排気ガス流路を横切る幅は前記排気ガスセンサが前記排気ガス流路を横切る幅より短いことを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、空燃比センサの排気ガス流路を横切る幅よりも、変更部材の排気ガス流路を横切る幅が短いので、変更部材に対応する部位の排気ガスの流入を規制して排気ガスを排気ガスセンサの内部に流入させることができる。

また、請求項４に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記変更部材は、前記排気ガスセンサに対し、前記排気ガス流路を横切る方向に略平行に配置されることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、変更部材が、排気ガス流路を横切る方向で排気ガスセンサと略平行に配置されているので、排気ガスセンサの先端側に排気ガスの流入部が形成されていても、排気ガスの流入の規制を的確に行うことができる。

また、請求項５に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記変更部材が配される前記排気ガス通路は、前記気筒から前記排気ガスセンサまでの前記排気ガス流路が最も短い排気ガス通路を含むことを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、変更部材が配される排気ガス通路は、気筒から排気ガスセンサまでの排気ガス流路が最も短い排気ガス通路（排気ガスセンサに対する単位時間あたりの排気ガスの量が最大の排気ガス通路）を含むので、各気筒の排気ガス通路の排気ガスの量を的確に均一にすることができる。

また、請求項６に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記排気ガスセンサは、前記排気ガスが接触する素子が筒状のカバーで覆われた空燃比センサであり、前記カバーの周面には前記排気ガスの流入口が形成され、前記変更部材は、前記排気ガスの流れの上流側で前記流入口の少なくとも一部が対向して配されていることを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、排気ガスセンサとして、排気ガスが接触する素子が筒状のカバーで覆われた空燃比センサを適用し、空燃比センサの流入口からカバーの内部に流入する排気ガスを的確に規制することができる。

本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、多気筒内燃機関の各気筒の排気ガスの単位時間当たりの流通量を均一にして、排気ガスを排気ガスセンサに接触させることが可能になる。

本発明の一実施例に係る排気装置を備えた多気筒内燃機関の概略外観図である。 本発明の一実施例に係る排気装置の概略平面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図３中のＩＶ矢示図である。 排気ガスの流れを説明する排気装置の概略平面図である。 他の実施例に係る排気装置の概略平面図である。 他の実施例に係る排気装置の概略平面図である。

図１から図５に基づいて本発明の一実施例に係る排気装置を説明する。

図１には本発明の一実施例に係る排気装置を備えた多気筒内燃機関の要部を排気側から見た状態の概略外観状況、図２には本発明の一実施例に係る排気装置である排気通路と排気マニホールドの接続部位の平面状態の断面、図３には図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面であり、排気ガスセンサとしての空燃比センサと変更部材としての抑制ロッドの関係の側面視の状態、図４には図３中のＩＶ矢示の状況であり、空燃比センサと抑制ロッドとの関係の抑制ロッド側から見た状態を示してある。また、図５には排気ガスの流れを説明する排気装置の概略平面（図２に相当する）を示してある。

図１、図２に基づいて排気装置の全体を説明する。

図１、図２に示すように、多気筒内燃機関（多気筒エンジン）である３気筒エンジン１のシリンダヘッド２には３つの排気通路３が設けられ、排気ガス通路としての排気通路３の端部が外側に向けて開口している。

シリンダヘッド２の排気通路３の部位には、ガスケット４を介して排気マニホールド５が接続されている。排気マニホールド５は、排気通路３に連続する排気ガス通路としての通路６と、通路６が集合される排気集合管７とで形成されている。

図２に示すように、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃに対し、排気マニホールド５の通路６ａ、６ｂ、６ｃが連通し、排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ及び通路６ａ、６ｂ、６ｃにより排気ガス通路が構成されている。中央の排気通路３ｂ、通路６ｂ（排気ガス通路）に対向して排気集合管７が配されている。排気集合管７には排気ガスセンサ（空燃比センサ）１１が設けられている。

排気ガス通路を構成する３つの通路６ａ、６ｂ、６ｃの先端部は互いの境界部位がＲ状に形成されている。３つの通路６ａ、６ｂ、６ｃの境界部位を排気ガスの流路として見た場合、３つの通路６ａ、６ｂ、６ｃの壁面の延長線（図２中点線で示してある）が交差する部位までが排気通路（通路６ａ、６ｂ、６ｃ）となっている。

中央の排気通路３ｂ、通路６ｂ（中央の排気ガス通路）に対向する排気集合管７に空燃比センサ１１が配置されているため、排気通路３ｂ、通路６ｂの排気ガスが、空燃比センサ１１に対して略全量が強く接触して通過する。即ち、排気通路３ｂ、通路６ｂは、気筒から空燃比センサ１１までの排気ガス流路が最も短い排気通路（空燃比センサ１１に対する単位時間あたりの排気ガスの量が最大の排気通路）となっている。

空燃比センサ１１に対する単位時間あたりの排気ガスの量が最大の排気通路である通路６ｂには、変更部材としての抑制ロッド１２が取付けられている（通路６ｂの内壁から突設されている）。空燃比センサ１１の上流側に抑制ロッド１２が配されることで、排気ガスの空燃比センサ１１に対する通路の断面積が変更され（狭められ）、排気ガスの空燃比センサ１１への当たりが抑制される。

抑制ロッド１２は、空燃比センサ１１に対し、通路６ｂを横切る方向で空燃比センサ１１と略平行に配置されている。このため、空燃比センサ１１の先端側に排気ガスの流入部が形成されていても、排気ガスの流入の規制を的確に行うことができる。

空燃比センサ１１は、排気ガスの当たりが強くなりすぎないように、排気集合管７の排気ガスの流れの中心に対してオフセットして取り付けられることがある。この場合、抑制ロッド１２の取り付き位置も、空燃比センサ１１のオフセット量に応じてオフセットされる。両者のオフセット量は、排気ガスの空燃比センサ１１に対する通路の断面積の変更状況により設定される。

図３、図４に基づいて空燃比センサ１１の概略構成、及び、抑制ロッド１２の配置状況を説明する。

図３に示すように、空燃比センサ１１は、排気ガスが接触する接触する素子２１が筒状のカバー２２で覆われて構成されている。カバー２２の下部の周面には排気ガスの流入口２３（流入部）が形成され、カバー２２の底部には排気ガスの流出口２４が形成されている。

カバー２２の内側には中筒２５が設けられ、流入口２３から流入した排気ガスは、中筒２５の外周に案内されて上部から素子２１に導かれ、素子２１に接触した排気ガスは中筒２５の内周に案内されて流出口２４に導かれる。

抑制ロッド１２は通路６ｂに設置されると共に空燃比センサ１１は排気集合管７に設置され、抑制ロッド１２と空燃比センサ１１の距離Ｓ（図２も合わせて参照）は、排気ガスの強さを低減できる任意の距離の範囲で設定される。

空燃比センサ１１のカバー２２の長手方向（図３中上下方向）に対する抑制ロッド１２の長さＨは、カバー２２の長さｈよりも長くなっている。つまり、一部の流入口２３の上流側の通路面積部が抑制ロッド１２で覆われ、カバー２２の先端側（下部）に排気ガスの流入口２３が形成されていても、排気ガスの流入の規制を的確に行うことができる。

また、図４に示すように、抑制ロッド１２の径ｒは空燃比センサ１１のカバー２２の径Ｒよりも小径にされている。即ち、空燃比センサ１１の通路６ｂを横切る幅よりも、抑制ロッド１２が通路６ｂを横切る幅が短くなっている。このため、抑制ロッド１２に対応する部位の排気ガスの流入が規制された状態で、カバー２２の流入口２３から排気ガスを内部に流入させることができる。

図５に基づいて、上述した排気装置における各気筒の排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃ（排気ガス通路）の排気ガスの流れの状況を説明する。

中央を挟んで両側の排気通路３ａ、３ｃ、通路６ａ、６ｃの排気ガスＧ１、Ｇ３は、排気ガスＧ１、Ｇ３の一部が空燃比センサ１１の横に接触して通過する。中央の排気通路３ｂ、通路６ｂの排気ガスＧ２は抑制ロッド１２により排気ガスＧ２ａ、Ｇ２ｂに分断され、空燃比センサ１１の横に接触して通過する。

このため、抑制ロッド１２により、排気通路３ｂ、通路６ｂの排気ガスＧ２の空燃比センサ１１への当たりが抑制されるので、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃ（３つの排気ガス通路）の排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の空燃比センサ１１への当たりが均一な状態にされる。

つまり、各気筒の排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃ（各気筒の排気ガス通路）の排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の単位時間当たりの流通量が均一にされて、排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３が空燃比センサ１１に接触するようになっている。

このため、３気筒内燃機関の各気筒の排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の単位時間当たりの流通量を均一にして、排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３を空燃比センサ１１に接触させることが可能になる。

これにより、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃの排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３に対する空燃比センサ１１の検出性能は均一になり、排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃによって排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の検出性能がばらつくことがなくなる。

従って、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃのどの通路の排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の検出状況に基づいて空燃比をフィードバック制御した場合であっても、所望の空燃比に制御することができ、検出される排気ガスが通過する排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃ（排気ガス通路）に拘わらず、排気ガス性能が低下することがない。

尚、上述した実施例では、多気筒エンジンとして３気筒エンジン１を例に挙げて説明したが、２気筒エンジン、４気筒エンジン、直列６気筒エンジン、もしくはそれ以上の気筒数の多気筒エンジンに適用することも可能である。

例えば、４気筒エンジンの場合、両側を除いた中央の２気筒の排気ガス通路の両方、もしくは、いずれかに、即ち、少なくとも、空燃比センサに対する単位時間あたりの排気ガスの量が最大の排気ガス通路に、抑制ロッド１２を設けることが可能である。

また、６気筒エンジンの場合、両側を除いた中央の４気筒の排気ガス通路の全て、もしくは、いずれか１つ乃至３つに、即ち、少なくとも、空燃比センサに対する単位時間あたりの排気ガスの量が最大の排気ガス通路に、抑制ロッド１２を設けることが可能である。

図６、図７に基づいて本発明の他の実施例を説明する。

図６、図７には本発明の他の実施例に係る排気装置の概略平面を示してある。図６、図７に示した状態は、図２、図５の状態に相当する。このため、図２、図５に示した部材と同一の部材には同一符号を付してある。

図６に示した実施例は、抑制ロッド１２がシリンダヘッド２の排気通路３ｂに設置されている。図６に示した実施例では、抑制ロッド１２をシリンダヘッド２の排気通路３ｂに設置することで、抑制ロッド１２と空燃比センサ１１の距離Ｓを長く取ることができる。

図７に示した実施例は、排気集合管がシリンダヘッド２に一体に形成された例である。即ち、シリンダヘッド２には排気通路３３ａ、３３ｂ、３３ｃが形成され、シリンダヘッド２には排気通路３３ａ、３３ｂ、３３ｃが集合される集合管３４が形成されている。集合管３４は中央の排気通路３３ｂに対向して配されている。

シリンダヘッド２には排気管３５が取り付けられ、集合管３４は排気管３５に連通している。シリンダヘッド２と一体の集合管３４と、シリンダヘッド２に取り付けられる排気管３５により、排気集合管が構成されている。そして、排気集合管としての排気管３５に空燃比センサ１１が設置され、中央の排気通路３３ｂに抑制ロッド１２が設置されている。

図７に示した実施例では、シリンダヘッド２に排気集合管を形成した多気筒エンジンの各気筒の排気ガスの単位時間当たりの流通量を均一にして、排気ガスを空燃比センサ１１に接触させることが可能になる。

本発明は、排気集合管に排気ガスセンサを備えた多気筒内燃機関の排気装置の産業分野で利用することができる。

１ ３気筒エンジン
２ シリンダヘッド
３、３３ 排気通路
４ ガスケット
５ 排気マニホールド
６ 通路
７ 排気集合管
１１ 排気ガスセンサ（空燃比センサ）
１２ 抑制ロッド
２１ 素子
２２ カバー
２３ 流入口
２４ 流出口
２５ 中筒
３４ 集合管
３５ 排気管

Claims (6)

1. 多気筒内燃機関の各気筒の排気ガス通路と、
   前記各気筒の排気ガス通路に連通して配され、前記排気ガス通路の排気ガスが集合する排気集合管と、
   前記排気集合管に備えられる排気ガスセンサと、
   前記各気筒の排気ガス通路の少なくとも一箇所に前記排気ガス通路の内壁から突設されて、排気ガスの通過する排気ガス流路の断面積を変更する変更部材とを備えた
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
2. 請求項１に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、
   前記排気ガスセンサの長手方向に対する前記変更部材の長さは、前記排気ガスセンサよりも長くなっている
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
3. 請求項１もしくは請求項２に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、
   前記変更部材が前記排気ガス流路を横切る幅は前記排気ガスセンサが前記排気ガス流路を横切る幅より短い
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、
   前記変更部材は、前記排気ガスセンサに対し、前記排気ガス流路を横切る方向に略平行に配置される
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、
   前記変更部材が配される前記排気ガス通路は、
   前記気筒から前記排気ガスセンサまでの前記排気ガス流路が最も短い排気ガス通路を含む
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、
   前記排気ガスセンサは、前記排気ガスが接触する素子が筒状のカバーで覆われた空燃比センサであり、
   前記カバーの周面には前記排気ガスの流入口が形成され、
   前記変更部材は、前記排気ガスの流れの上流側で前記流入口の少なくとも一部が対向して配されている
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
   
   

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