JP3769357B2

JP3769357B2 - 車両用排気装置

Info

Publication number: JP3769357B2
Application number: JP15635697A
Authority: JP
Inventors: 康夫深江
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: JPH112120A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒コンバータの下流の排気管に酸素濃度センサが取り付けられた車両用排気装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用排気装置としては、例えば、特開平７−１５０９３１号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この公報には、排気系の触媒コンバータの触媒作用を監視するため、触媒コンバータの上流位置と下流位置の排気管に酸素濃度センサが設けられた排気系システムが記載されている。
【０００４】
図６に従来の車両用排気装置を示す。図６において、触媒コンバータの下流の排気管に触媒等の劣化を診断するための酸素濃度センサが取り付けられている。触媒コンバータの中心線と排気管の中心線はほぼ水平線上で一致している。触媒コンバータの底面は排気管の底面より下方位置にある。触媒コンバータの出口フランジの口径Ｄ１はどのような口径を持った排気管にも使用できるように大きくなってる。排気管の内径Ｄ２は、消音性能と出力性能と酸素濃度センサの感応特性を勘案して決まっており、排気管の入口フランジの口径Ｄ３は排気管の内径Ｄ２とほぼ同等の大きさになっており、触媒コンバータの出口フランジの口径Ｄ１より小さい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車両用排気装置にあっては、触媒コンバータの出口フランジと排気管の入口フランジとの間に段差が生じる構造となっているため、この段差によって堰き止められた触媒コンバータ内の排気凝縮水（寒冷時にエンジンの運転・停止を頻繁に繰り返すと発生する）が、エンジン始動時やその後の空吹かしによって、一気に触媒コンバータの下流の排気管に噴出され、そこに取り付けられている酸素濃度センサが破損するという問題がある。
【０００６】
すなわち、酸素濃度センサは、ヒータを内蔵したセラミックの内外表面を白金でコートした検知構造を持ち、大気と排出ガス中の酸素濃度比によって発生する起電力の大きさにて酸素濃度を測定するもので（図３を参照）、ヒータによりセラミックは約６００℃程度の高温で熱せられているため、この赤熱状態のセラミックに排気凝縮水がかかると、急冷による収縮でセラミックが割れ、酸素濃度センサが破損する。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、エンジン空吹かしにより排気凝縮水が噴き出して酸素濃度センサにかかることによるセンサ破損を防止する車両用排気装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（解決手段１）
上記課題の解決手段１（請求項１）は、触媒コンバータの下流に排気管がフランジ接続され、該排気管に触媒等の劣化を診断するための酸素濃度センサが取り付けられ、
前記排気管の酸素濃度センサ取り付け部内径が、触媒コンバータの出口フランジの口径より小さく設定され、
前記酸素濃度センサは、排気管の管内に配置される検知部にヒータを内蔵したセラミックを有する車両用排気装置において、
前記触媒コンバータの出口フランジの内側下面と、前記排気管の入口フランジの内側下面の高さが同等であり、
前記酸素濃度センサの下流側の排気通路の下面は、排気管の入口フランジの内側下面よりも低い位置に配置され、
前記排気管の入口部通路の下面が下流側に向かって水平より上がることなく酸素濃度センサの下流側の排気通路まで延長されていることを特徴とする。
【０００９】
（解決手段２）
上記課題の解決手段２（請求項２）は、請求項１記載の車両用排気装置において、
前記排気管の入口フランジの口径が、触媒コンバータの出口フランジの口径と同等であり、排気管の入口フランジの口径から酸素濃度センサ取り付け部内径まで徐々に排気通路径を縮小し、この通路径が縮小された排気管の入口部通路には内側下面が頂点となるＶ字溝が下流側に延長されていることを特徴とする。
【００１０】
（解決手段３）
上記課題の解決手段３（請求項３）は、請求項１記載の車両用排気装置において、
前記排気管の入口フランジの口径中心線を触媒コンバータの出口フランジの口径中心線より下方にオフセット設定し、排気管の入口フランジの内側下面と触媒コンバータの出口フランジの内側下面をほぼ一致させたことを特徴とする。
【００１１】
（解決手段４）
上記課題の解決手段４（請求項４）は、請求項１ないし請求項３記載の車両用排気装置において、
前記触媒コンバータを、コンバータ中心線より出口フランジ中心線が下方に配置された構成とし、この触媒コンバータと組み合わせて使用されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
実施の形態１は、請求項１，２，４に記載の発明に対応する車両用排気装置である。
【００１３】
まず、構成を説明する。
【００１４】
図１は実施の形態１の車両用排気装置を示す断面図、図２は実施の形態１の車両用排気装置を示す図１のＡ−Ａ矢視図、図３は実施の形態１の車両用排気装置の酸素濃度センサを示す検知部断面図、図４は実施の形態１の車両用排気装置を示す全体システム図である。
【００１５】
図４において、１は排気マニホールド、２は第１排気管、３は触媒コンバータ、４は第２排気管（排気管に相当）、５は消音器、６は第１酸素濃度センサ、７は第２酸素濃度センサ（酸素濃度センサに相当）である。
【００１６】
前記触媒コンバータ３の上流側にフランジ接続された第１排気管２には第１酸素濃度センサ６が取り付けられ、触媒コンバータ３の下流側にフランジ接続された第２排気管４には第２酸素濃度センサ７が取り付けられ、それぞれの酸素濃度センサ６，７により測定された酸素濃度の差により触媒コンバータ３の触媒等の劣化が診断される。
【００１７】
図１〜図３により本発明の実施の形態１の構成を説明する。
【００１８】
前記第２酸素濃度センサ７は、図１に示すように、触媒コンバータ３の下流の第２排気管４に取り付けられ、触媒コンバータ３と第２排気管４とは出口フランジ３１と入口フランジ４１によりフランジ接続され、第２排気管４の酸素濃度センサ取り付け部内径Ｄ６は、触媒コンバータ３の出口フランジ３１の口径Ｄ４より小さく設定されている。
【００１９】
前記触媒コンバータ３は、図１に示すように、コンバータ中心線Ｌ１より出口フランジ中心線Ｌ２が下方に配置され、図６に示すコンバータ中心線と出口フランジ中心線が一致している従来の触媒コンバータに比べ、排気凝縮水の触媒コンバータ３内への溜り量を減少した構成とされている。この触媒コンバータ３の内部には、アルミナ素材にプラチナ等の貴金属を付着したハニカムタイプ（あるいはペレットタイプ）の触媒３２が内部に装着されていて、排出ガス中のＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素）等の成分を無害なＣＯ₂ （炭酸ガス），Ｈ₂ Ｏ（水）に化学変化するのを助ける役割をする酸化触媒作用や排出ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を無害なＮ₂ （窒素）とＯ₂ （酸素）に化学変化するのを助ける役割をする三元触媒作用を行なう。
【００２０】
前記第２排気管４は、図１及び図２に示すように、その入口フランジ４１の口径Ｄ５が、触媒コンバータ３の出口フランジ３１の口径Ｄ４とほぼ同等であり、入口フランジ４１の口径Ｄ５から酸素濃度センサ７の取り付け部内径Ｄ６まで徐々に排気通路径を縮小し、この通路径が縮小された第２排気管４の入口部通路には内側下面が頂点となるＶ字溝４２が形成されている。そして、第２酸素濃度センサ７の下流側の内径Ｄ７を持つ排気通路の下面４３は、第２排気管４の入口フランジ４１の内側下面よりも低い位置に配置され、前記Ｖ字溝４２は、第２排気管４の入口フランジ４１の内側下面よりも低い排気通路の下面４３に延長されている。
【００２１】
すなわち、第２排気管４の入口通路径を徐々に縮小しながらもＶ字溝４２を形成することにより、触媒コンバータ３の出口フランジ３１の内側下面と、第２排気管４の入口フランジ４１の内側下面の高さが同等であり、第２酸素濃度センサ７の下流側の排気通路の下面４３は、第２排気管４の入口フランジ４１の内側下面よりも低い位置に配置され、第２排気管４の入口部通路の下面が下流側に向かって水平より上がることなく第２酸素濃度センサ７の下流側の排気通路まで延長されている構成を実現している。尚、第２排気管４の入口フランジ４１には、上側に一体に干渉防止用突起部４４が形成されている。
【００２２】
前記第２酸素濃度センサ７は、図３に示すように、第２排気管４にシール７１により気密状態で螺合されるセンサベース７２と、該センサベース７１の内側に嵌合される有底円筒状のセラミック７３と、前記センサベース７２に固定されセラミック７３の外周部を覆うセンサカバー７４により構成されている。前記セラミック７３には、ヒータ７３ａが内蔵されていると共に内外面には白金７３ｂ，７３ｃがコートされている。また、前記センサカバー７４には、排出ガスを導入するため縦方向に多数のルーバスリット７４ａが開口されている。すなわち、第２酸素濃度センサ７は、大気と排出ガス中の酸素濃度比によって発生する起電力の大きさにより酸素濃度を測定するもので、第２排気管４の管内に配置される検知部には、ヒータ７３ａを内蔵したセラミック７３と、ルーバスリット７４ａが開口されたセンサカバー７４が存在することになる。
【００２３】
次に、作用を説明する。
【００２４】
［排気凝縮水によるセンサ破損防止作用］
まず、寒冷時にエンジンの運転・停止を頻繁に繰り返すと、排気ガス中に含まれる水分が凝縮して触媒コンバータ３内に排気凝縮水が発生する。
【００２５】
この排気凝縮水は、フランジによって堰き止められることがなく、第２排気管４に向かって流れ出し、第２排気管４のＶ字溝４２を通って第２排気管４の入口フランジ４１の内側下面よりも低い位置に設定された排気通路の下面４３に溜るようになる。
【００２６】
この排気凝縮水が溜る排気通路の下面４３は、第２酸素濃度センサ７の下流側になるため、エンジン始動時やその後の空吹かしを行なっても第２酸素濃度センサ７から大きく離れた下流側に噴き出されるだけで、一気に触媒コンバータ３の下流の排気管に噴出され、第２酸素濃度センサ７に排気凝縮水がかかることが防止される。
【００２７】
よって、第２酸素濃度センサ７のセラミック７３がヒータ７３ａにより高温で熱せられている赤熱状態であっても、セラミック７３に排気凝縮水がかかることがなく、急冷による収縮でセラミック７３が割れるセンサ破損を防止することができる。
【００２８】
すなわち、第２酸素濃度センサ７より上流位置において排気凝縮水の流れを阻止する堰を無くし、触媒コンバータ３から第２排気管４のＶ字溝４２に向かって流れ出す排気凝縮水を第２酸素濃度センサ７より下流位置に積極的に溜める構成を採用したため、排気凝縮水によるセンサ破損が防止される。
【００２９】
また、触媒コンバータ３内に発生する排気凝縮水は、触媒コンバータ３内に多少は溜ることになるが、この溜め量は少なければ少ないほど排気凝縮水によるセンサ破損防止作用は確実なものになる。これに対し、本実施形態では、コンバータ中心線Ｌ１より出口フランジ中心線Ｌ２が下方に配置された触媒コンバータ３との組み合わせとしているため、触媒コンバータ３内に溜る排気凝縮水の溜め量が最小に抑えられ、確実な排気凝縮水によるセンサ破損防止作用が発揮されることになる。
【００３０】
［干渉防止用突起部によるセンサ破損防止作用］
本実施形態では、第２排気管４の入口フランジ４１の上側に干渉防止用突起部４４が形成されている。
【００３１】
よって、車両の排気装置は車体フロアに対しゴム等の弾性部材により弾性支持されているため、縁石や路面から突き出している大きな岩等に乗り上げたり跨いだりし排気装置が弾性変形により上方に突き上げられる。この時、第２酸素濃度センサ７より先に車体フロアに干渉防止用突起部４４が干渉することで、第２酸素濃度センサ７のフロア干渉が回避され、第２酸素濃度センサ７のフロア干渉による破損が防止される。
【００３２】
尚、干渉防止用突起部４４と同様な突起部を、図４に示すように、第１排気管２の出口フランジの上側に設けることで、第１酸素濃度センサ６のフロア干渉による破損の防止を図るようにしても良い。
【００３３】
［エンジン出力性能維持作用］
従来の排気装置の場合、図６に示すように、触媒コンバータの出口フランジの口径Ｄ１と排気管の入口フランジの口径Ｄ３とは大きな径差があり、触媒コンバータから排気管へ排気ガスが流れる時、この排気ガス流路断面積を急激に変化させる径差が大きな縮流抵抗となる。特に、排気ガス流量の大きな高エンジン出力時であるほど大きな縮流抵抗となり、これが排気系負荷を増大させてエンジン出力性能の低下をもたらせていた。
【００３４】
これに対し、本実施形態の場合には、第２排気管４の入口フランジ４１の口径Ｄ５を、触媒コンバータ３の出口フランジ３１の口径Ｄ４とほぼ同等とし、入口フランジ４１の口径Ｄ５から酸素濃度センサ７の取り付け部内径Ｄ６まで徐々に排気通路径を縮小させたため、触媒コンバータ３から第２排気管４へ排気ガスが流れる時、排気ガス流路断面積は徐々に変化することになり、エンジン出力性能を犠牲にすることがなく、従来装置と比べた場合には、エンジン出力性能を増大させる結果となる。
【００３５】
次に、効果を説明する。
【００３６】
（１）第２酸素濃度センサ７より上流位置において排気凝縮水の流れを阻止する堰を無くし、触媒コンバータ３から第２排気管４のＶ字溝４２に向かって流れ出す排気凝縮水を第２酸素濃度センサ７より下流の排気通路の下面４３に溜める構成を採用したため、排気凝縮水によるセンサ破損を防止することができる。
【００３７】
（２）第２排気管４の入口フランジ４１の口径Ｄ５を、触媒コンバータ３の出口フランジ３１の口径Ｄ４とほぼ同等とし、入口フランジ４１の口径Ｄ５から酸素濃度センサ７の取り付け部内径Ｄ６まで徐々に排気通路径を縮小させたため、触媒コンバータ３から第２排気管４へ排気ガスが流れる時の縮流抵抗が小さく抑えられ、エンジン出力性能を犠牲にすることがない。
【００３８】
（３）コンバータ中心線Ｌ１より出口フランジ中心線Ｌ２が下方に配置された触媒コンバータ３との組み合わせとしたため、触媒コンバータ３内に溜る排気凝縮水の溜め量が最小に抑えられ、確実に排気凝縮水によるセンサ破損防止を達成することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
実施の形態２は、請求項１，３，４に記載の発明に対応する車両用排気装置である。
【００４０】
まず、構成を説明する。
【００４１】
この実施の形態２は、実施の形態１の第２排気管４に代え、第２排気管８を用いた例で、第２排気管８として、全長にわたり同じ内径Ｄ８を持つパイプの両端部にフランジを溶接した管を用い、第２排気管８の入口フランジ８１の口径中心線Ｌ３を触媒コンバータ３の出口フランジ３１の口径中心線Ｌ２より下方にオフセット設定し、第２排気管８の入口フランジ８１の内側下面と触媒コンバータ３の出口フランジ３１の内側下面をほぼ一致させ、第２排気管８の入口フランジ８１の内側下面よりも低い位置に排気凝縮水を溜める排気通路の下面８２を設定した。
【００４２】
すなわち、同径パイプによる第２排気管８を用いながらも入口フランジ８１の口径中心線Ｌ３を触媒コンバータ３の出口フランジ３１の口径中心線Ｌ２より下方にオフセット設定することにより、触媒コンバータ３の出口フランジ３１の内側下面と、第２排気管８の入口フランジ８１の内側下面の高さが同等であり、第２酸素濃度センサ７の下流側の排気通路の下面８２は、第２排気管８の入口フランジ８１の内側下面よりも低い位置に配置され、第２排気管８の入口部通路の下面が下流側に向かって水平より上がることなく第２酸素濃度センサ７の下流側の排気通路まで延長されている構成を実現している。
【００４３】
尚、他の構成は、実施の形態１と同様であり、作用についてもエンジン出力維持作用を除いて同様であるので説明を省略する。
【００４４】
よって、実施の形態２では、実施の形態１の（１），（３）の効果に、下記の効果が加わる。
【００４５】
（４）第２排気管８の入口フランジ８１の口径中心線Ｌ３を触媒コンバータ３の出口フランジ３１の口径中心線Ｌ２より下方にオフセット設定する構成を採用したため、第２排気管８として両端部にフランジを固定した同径パイプによる管を用いることができ、コスト的に有利となる。
【００４６】
（その他の実施の形態）
実施の形態１では第２排気管４の入口フランジ４１の口径Ｄ５から酸素濃度センサ７の取り付け部内径Ｄ６まで徐々に排気通路径を縮小させ、この排気通路にＶ字溝４２を形成した例を示し、実施の形態２では第２排気管８の入口フランジ８１の口径中心線Ｌ３を触媒コンバータ３の出口フランジ３１の口径中心線Ｌ２より下方にオフセット設定した例を示したが、触媒コンバータの出口フランジの内側下面と、前記排気管の入口フランジの内側下面の高さが同等であり、酸素濃度センサの下流側の排気通路の下面は、排気管の入口フランジの内側下面よりも低い位置に配置され、排気管の入口部通路の下面が下流側に向かって水平より上がることなく酸素濃度センサの下流側の排気通路まで延長されている構成であれば、実施の形態１，２で示した構成に限定されるものではない。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明にあっては、触媒コンバータの下流に排気管がフランジ接続され、該排気管に触媒等の劣化を診断するための酸素濃度センサが取り付けられ、排気管の酸素濃度センサ取り付け部内径が、触媒コンバータの出口フランジの口径より小さく設定され、酸素濃度センサは、排気管の管内に配置される検知部にヒータを内蔵したセラミックを有する車両用排気装置において、触媒コンバータの出口フランジの内側下面と、前記排気管の入口フランジの内側下面の高さが同等であり、酸素濃度センサの下流側の排気通路の下面は、排気管の入口フランジの内側下面よりも低い位置に配置され、排気管の入口部通路の下面が下流側に向かって水平より上がることなく酸素濃度センサの下流側の排気通路まで延長されている構成としたため、エンジン空吹かしにより排気凝縮水が噴き出して酸素濃度センサにかかることによるセンサ破損を防止する車両用排気装置を提供することができるという効果が得られる。
【００４８】
請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の車両用排気装置において、排気管の入口フランジの口径が、触媒コンバータの出口フランジの口径と同等であり、排気管の入口フランジの口径から酸素濃度センサ取り付け部内径まで徐々に排気通路径を縮小し、この通路径が縮小された排気管の入口部通路には内側下面が頂点となるＶ字溝が下流側に延長されている構成としたため、請求項１記載の発明の効果に加え、触媒コンバータから排気管へ排気ガスが流れる時の縮流抵抗が小さく抑えられ、エンジン出力性能を犠牲にすることがない。
【００４９】
請求項３記載の発明にあっては、請求項１記載の車両用排気装置において、排気管の入口フランジの口径中心線を触媒コンバータの出口フランジの口径中心線より下方にオフセット設定し、排気管の入口フランジの内側下面と触媒コンバータの出口フランジの内側下面をほぼ一致させた構成としたため、請求項１記載の発明の効果に加え、排気管として両端部にフランジを固定した同径パイプによる管を用いることができ、コスト的に有利となる。
【００５０】
請求項４記載の発明にあっては、請求項１ないし請求項３記載の車両用排気装置において、触媒コンバータを、コンバータ中心線より出口フランジ中心線が下方に配置された構成とし、この触媒コンバータと組み合わせて使用される構成としたため、請求項１ないし請求項３記載の発明の効果に加え、触媒コンバータ内に溜る排気凝縮水の溜め量が最小に抑えられ、確実に排気凝縮水によるセンサ破損防止を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の車両用排気装置を示す要部断面図である。
【図２】実施の形態１の車両用排気装置を示す図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】実施の形態１の車両用排気装置の酸素濃度センサを示す検知部断面図である。
【図４】実施の形態１の車両用排気装置を示す全体システム図である。
【図５】実施の形態２の車両用排気装置を示す要部断面図である。
【図６】従来の車両用排気装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
３触媒コンバータ
３１出口フランジ
４第２排気管
４１入口フランジ
４２Ｖ字溝
４３排気通路の下面
７第２酸素濃度センサ
８第２排気管
８１入口フランジ
８２排気通路の下面
Ｌ１コンバータ中心線
Ｌ２出口フランジ３１の口径中心線
Ｌ３入口フランジ８１の口径中心線
Ｄ４出口フランジ３１の口径
Ｄ５入口フランジ４１の口径
Ｄ６酸素濃度センサ７の取り付け部内径
Ｄ７第２排気管４の内径
Ｄ８第２排気管８の内径

Claims

触媒コンバータ（３）の下流に排気管（４）がフランジ接続され、該排気管（４）に触媒等の劣化を診断するための酸素濃度センサ（７）が取り付けられ、
前記排気管（４）の酸素濃度センサ取り付け部内径（Ｄ６）が、触媒コンバータ（３）の出口フランジ（３１）の口径（Ｄ４）より小さく設定され、
前記酸素濃度センサ（７）は、排気管（４）の管内に配置される検知部にヒータ（７３ａ）を内蔵したセラミック（７３）を有する車両用排気装置において、前記触媒コンバータ（３）の出口フランジ（３１）の内側下面と、前記排気管（４）の入口フランジ（４１）の内側下面の高さが同等であり、
前記酸素濃度センサ（７）の下流側の排気通路の下面（４３）は、排気管（４）の入口フランジ（４１）の内側下面よりも低い位置に配置され、
前記排気管（４）の入口部通路の下面が下流側に向かって水平より上がることなく酸素濃度センサ（７）の下流側の排気通路まで延長されていることを特徴とする車両用排気装置。
請求項１記載の車両用排気装置において、
前記排気管（４）の入口フランジ（４１）の口径（Ｄ５）が、触媒コンバータ（３）の出口フランジ（３１）の口径（Ｄ４）と同等であり、排気管（４）の入口フランジ（４１）の口径（Ｄ５）から酸素濃度センサ取り付け部内径（Ｄ６）まで徐々に排気通路径を縮小し、この通路径が縮小された排気管（４）の入口部通路には内側下面が頂点となるＶ字溝（４２）が下流側に延長されていることを特徴とする車両用排気装置。
請求項１記載の車両用排気装置において、
前記排気管（８）の入口フランジ（８１）の口径中心線（Ｌ３）を触媒コンバータ（３）の出口フランジ（３１）の口径中心線（Ｌ１）より下方にオフセット設定し、排気管（８）の入口フランジ（８１）の内側下面と触媒コンバータ（３）の出口フランジ（３１）の内側下面をほぼ一致させたことを特徴とする車両用排気装置。
請求項１ないし請求項３記載の車両用排気装置において、
前記触媒コンバータ（３）を、コンバータ中心線（Ｌ１）より出口フランジ中心線（Ｌ２）が下方に配置された構成とし、この触媒コンバータ（３）と組み合わせて使用されることを特徴とする車両用排気装置。