JP4096791B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気装置に関し、詳しくは、各気筒からの排気を集合させる排気管部分に空燃比センサを配設すると共に、前記排気管部分から機関に還流させる排気の取り出しを行わせる構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各気筒からの排気を集合させる排気管部分から一部の排気を取り出し、これを機関の吸気系に還流する排気還流装置が知られている。
【０００３】
また、前記排気還流装置における排気側の排気取出口の近傍に空燃比センサを設け、この空燃比センサで検出される空燃比に基づいて機関への燃料供給量を補正する空燃比フィードバック制御が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２８０５１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒を早期に活性化させて始動時の排気エミッションを改善すべく、排気マニホールドの直下に触媒を設ける場合があり、この場合、前記排気還流装置における排気の取出口と、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサとを短い排気集合管部分に配置する必要が生じる。
【０００６】
しかし、排気取出口の近傍に空燃比センサが配設されると、還流排気の取り出しによる排気流れの乱れによって、空燃比センサの検出値に対する各気筒の寄与率にばらつきが発生し、空燃比の検出精度が低下してしまうという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、還流排気の取出口近傍に空燃比センサを配置しても、空燃比センサで空燃比を精度良く検出させることができる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明に係る内燃機関の排気装置では、各気筒からの排気を集合させる排気管部分を２重管構造とし、該２重管構造の内管で囲まれる中央排気通路内で空燃比センサによる空燃比の検出を行わせる一方、前記２重管構造の内管及び外管で挟まれる横断面が環状の排気通路から、機関に還流させる排気を取り出すと共に、前記空燃比センサが配設される部分よりも上流側及び下流側の内管に複数の穴を開口させ、該穴を介して前記環状排気通路内に排気を導入させ、かつ、前記空燃比センサが配設される部分よりも下流側に設ける穴の数を上流側に比べて多くする構成とした。
【０００９】
尚、本願において、空燃比センサは、排気成分濃度に応じて空燃比を検出するセンサであって、理論空燃比に対するリッチ・リーンのみを検出可能なリッチ・リーンセンサの他、空燃比を広域に検出できるセンサが含まれるものとする。
【００１０】
【発明の効果】
上記構成によると、集合排気管部分を２重管構造として、空燃比の検出を行わせる排気通路と、還流排気の取り出しを行わせる排気通路とに区別するので、排気の流れ方向に空燃比センサと排気取出口とが近接していても、空燃比センサの検出値に対する各気筒の寄与率が排気還流に影響されてばらつくことが回避され、空燃比センサで精度良く空燃比を検出させることができる。
また、環状排気通路内に排気を導入させるために内管に開口させる穴を、空燃比センサの上流側よりも下流側の穴の数を多くしたことで、内管内における排気の乱れをより小さく抑制できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における内燃機関の排気装置を示し、内燃機関１からの排気を導出するための排気マニホールド２の直下に触媒コンバータ３が配設される。
【００１２】
前記排気マニホールド２は、図２に示すように、機関１に取り付けるためのフランジ部２１，該フランジ部２１に接続される各気筒別の分岐管２２ａ〜２２ｄ，これら分岐管２２ａ〜２２ｄが集合する集合管２３から構成される。
【００１３】
前記集合管２３の下流端付近にはフランジ２４が設けられ、該フランジ２４と触媒コンバータ３上流側のフランジ３１とが結合されることで、排気マニホールド２の直下に触媒コンバータ３が接続される。
【００１４】
尚、前記フランジ２４とフランジ３１との間にはガスケット４が介装される。前記集合管２３は２重管構造に構成され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサ５が配置されると共に、排気の一部を機関１の吸気系に還流させるための排気還流管６が接続される。
【００１５】
前記排気還流管６の他端側は前記フランジ部２１に接続される。
図３は、前記集合管２３の参考例を示す断面である。
前記集合管２３は、外管２３１，内管２３２からなる２重管構造で、集合管２３の上流端では、外管２３１，内管２３２が密着しているが、該上流端よりも下流側では、外管２３１と内管２３２との間に隙間が設けられ、そのまま下流端まで延設される。
【００１６】
前記外管２３１，内管２３２による２重管構造によって、前記集合管２３は、内管２３２で囲まれる中央排気通路２３３、及び、外管２３１と内管２３２とで挟まれ前記中央排気通路２３３を囲む横断面が環状の排気通路２３４とを備える。
【００１７】
そして、前記集合管２３の下流端に開放される環状排気通路２３４の下流端２３４ａから、排気が環状排気通路２３４内に入り込むようになっている。
前記集合管２３の流れ方向の中央部分には、空燃比センサ５の取付けボス２３５と、排気の取出口２３６とが、集合管２３の中心を挟んで対向配置される。
【００１８】
前記取付けボス２３５は、図４に示すように、外管２３１と内管２３２とが密着させて設けられる開口に溶接で固定されるようになっており、これにより、前記取付けボス２３５を固定するときに、溶接スパッタが外管２３１と内管２３２と間に侵入することがないようにしてある。
【００１９】
該取付けボス２３５に対して空燃比センサ５を取り付けることで、空燃比センサ５の先端のセンシング部が前記中央排気通路２３３内に配設され、中央排気通路２３３内で空燃比の検出を行う。
【００２０】
また、前記排気の取出口２３６は、集合管２３の中心を挟んで前記取付けボス２３５に対向する外管２３１に開口され、該排気取出口２３６には、排気還流管６の先端が円錐形に広げて溶接される（図５参照）。
【００２１】
上記構成によると、集合管２３を２重管構造として、内管２３２の内側の中央排気通路２３３で空燃比センサ５による空燃比の検出を行わせ、内管２３２と外管２３１とで挟まれる環状排気通路２３４から還流排気を取り出すので、大量の還流排気を取り出したとしても、中央排気通路２３３内の排気流れを大きく乱すことがない。
【００２２】
従って、空燃比センサ５の検出値に対する各気筒の寄与率にばらつきが発生することが回避され、空燃比を精度良く検出させることができる。
また、空燃比センサ５と排気取出口２３６とを、集合管２３の中心を挟んで対向配置し、これらを同一横断面上に配設できるから、排気マニホールド２の直下に触媒コンバータ３が配設され、集合管２３の長さが短い場合であっても、空燃比センサ５と排気取出口２３６とを狭い範囲に配設することが可能である。
【００２３】
更に、排気取出口２３６に対して排気還流管６の先端を円錐形に広げて溶接する構成であれば、内管２３２と外管２３１との隙間が狭い場合であっても、排気取り出し経路を狭めることなく、排気還流管６を接続させることができる。
【００２４】
尚、上記参考例では、内管２３２と外管２３１とで挟まれる環状排気通路２３４の下流端側から排気を導入する構成としたが、図６に示すように、上流端側から環状排気通路２３４内に排気を導入する構成とすることができる。
【００２５】
図６に示す第２の参考例では、内管２３２と外管２３１とをその下流端部分で溶接し、内管２３２と外管２３１とで挟まれる環状排気通路２３４が上流側に向けて開放される。
【００２６】
尚、前記内管２３２の上流端内側には分岐管２２ａ〜２２ｄ側から延設される補強管２５が嵌合接続され、内管２３２先端の補強を行うようにしてある。
また、図３に示した第１の参考例では、前記排気取出口２３６に対して排気還流管６の先端を円錐形に広げて溶接する構成としたが、図７に示すように、外管２３１の排気取出口２３６周囲にフランジ２３１ａを形成し、該フランジ２３１ａに対して排気還流管６の先端を挿入して溶接する構成としても良い。
更に、上記参考例では、内管２３２と外管２３１とで挟まれる環状排気通路２３４に対する排気の導入を、該環状排気通路２３４を下流側又は上流側に向けて開放することで行わせる構成としたが、図８に示す実施形態のように、内管２３２に穴２３２ａを開口させ、該穴２３２ａを介して中央排気通路２３３から環状排気通路２３４に向けて排気を流入させる構成とすることができる。
【００２７】
図８及び図９に示す実施形態では、内管２３２と外管２３１とをその上流端及び下流端でそれぞれ溶接する一方、内管２３２の空燃比センサ５よりも上流側及び下流側で、空燃比センサ５及び排気取出口２３６が対向する径方向に対して９０°ずれた径方向の両側に、それぞれ複数の円形の穴２３２ａを開口させてある。
【００２８】
前記穴２３２ａは、流れ方向に沿って直線的かつ等間隔に複数個並べられた穴列が周方向に複数列設けられて構成され、空燃比センサ５の上流側よりも下流側の穴２３２ａの数が多くなるようにしてある。
【００２９】
上記構成によると、還流排気の取り出しによって空燃比センサ５の雰囲気に乱れが生じることが抑止され、空燃比センサ５の検出値に対する各気筒の寄与率にばらつきが発生することが回避される。
【００３０】
特に、空燃比センサ５の上流側に比べて下流側の穴２３２ａの数を多くしたことで、内管２３２内における排気の乱れをより小さく抑制できる。
また、穴２３２ａが内管２３２に対して規則正しく整列されることで、排気音を低減でき、消音効果装置としても機能させることができる。
【００３１】
更に、前記排気取出口２３６が臨む内管２３２部分に穴を設けていないから、多数の穴２３２ａから均一に排気を取り出すことができる。
尚、前記空燃比センサ５と排気取出口２３６とを同一径方向に直線的に配置する必要はなく、例えば、図１０に示すように、前記空燃比センサ５の取り付け方向に対して９０°ずれた位置に排気取出口２３６を設けることができる。
【００３２】
そして、図１０に示す場合には、空燃比センサ５と集合管２３の中心を挟んで対向する側の内管２３２に穴２３２ａを設ければ良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における排気装置の全体構成図。
【図２】第１の参考例における排気マニホールドを示す部分断面図。
【図３】第１の参考例における集合管の詳細を示す部分拡大断面図。
【図４】空燃比センサの取付け構造を示す部分拡大断面図。
【図５】排気還流管の取付け構造を示す部分拡大断面図。
【図６】第２の参考例における集合管の詳細を示す部分拡大断面図。
【図７】排気還流管取付け構造の別の例を示す部分拡大断面図。
【図８】実施形態における集合管の詳細を示す部分拡大断面図。
【図９】実施形態における内管の穴，空燃比センサ，排気取出口の位置関係を示す横断面図であり、図８のＡ−Ａ断面図。
【図１０】内管の穴，空燃比センサ，排気取出口の位置関係の別の例を示す横断面図。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…排気マニホールド
３…触媒コンバータ
５…空燃比センサ
６…排気還流管
２１…ランジ部
２２ａ〜２２ｄ…分岐管
２３…集合管
２３１…外管
２３２…内管
２３３…中央排気通路
２３４…環状排気通路
２３５…取付けボス
２３６…排気取出口
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気装置に関し、詳しくは、各気筒からの排気を集合させる排気管部分に空燃比センサを配設すると共に、前記排気管部分から機関に還流させる排気の取り出しを行わせる構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各気筒からの排気を集合させる排気管部分から一部の排気を取り出し、これを機関の吸気系に還流する排気還流装置が知られている。
【０００３】
また、前記排気還流装置における排気側の排気取出口の近傍に空燃比センサを設け、この空燃比センサで検出される空燃比に基づいて機関への燃料供給量を補正する空燃比フィードバック制御が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２８０５１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒を早期に活性化させて始動時の排気エミッションを改善すべく、排気マニホールドの直下に触媒を設ける場合があり、この場合、前記排気還流装置における排気の取出口と、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサとを短い排気集合管部分に配置する必要が生じる。
【０００６】
しかし、排気取出口の近傍に空燃比センサが配設されると、還流排気の取り出しによる排気流れの乱れによって、空燃比センサの検出値に対する各気筒の寄与率にばらつきが発生し、空燃比の検出精度が低下してしまうという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、還流排気の取出口近傍に空燃比センサを配置しても、空燃比センサで空燃比を精度良く検出させることができる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明に係る内燃機関の排気装置では、各気筒からの排気を集合させる排気管部分を２重管構造とし、該２重管構造の内管で囲まれる中央排気通路内で空燃比センサによる空燃比の検出を行わせる一方、前記２重管構造の内管及び外管で挟まれる横断面が環状の排気通路から、機関に還流させる排気を取り出すと共に、前記空燃比センサが配設される部分よりも上流側及び下流側の内管に複数の穴を開口させ、該穴を介して前記環状排気通路内に排気を導入させ、かつ、前記空燃比センサが配設される部分よりも下流側に設ける穴の数を上流側に比べて多くする構成とした。
【０００９】
尚、本願において、空燃比センサは、排気成分濃度に応じて空燃比を検出するセンサであって、理論空燃比に対するリッチ・リーンのみを検出可能なリッチ・リーンセンサの他、空燃比を広域に検出できるセンサが含まれるものとする。
【００１０】
【発明の効果】
上記構成によると、集合排気管部分を２重管構造として、空燃比の検出を行わせる排気通路と、還流排気の取り出しを行わせる排気通路とに区別するので、排気の流れ方向に空燃比センサと排気取出口とが近接していても、空燃比センサの検出値に対する各気筒の寄与率が排気還流に影響されてばらつくことが回避され、空燃比センサで精度良く空燃比を検出させることができる。
また、環状排気通路内に排気を導入させるために内管に開口させる穴を、空燃比センサの上流側よりも下流側の穴の数を多くしたことで、内管内における排気の乱れをより小さく抑制できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における内燃機関の排気装置を示し、内燃機関１からの排気を導出するための排気マニホールド２の直下に触媒コンバータ３が配設される。
【００１２】
前記排気マニホールド２は、図２に示すように、機関１に取り付けるためのフランジ部２１，該フランジ部２１に接続される各気筒別の分岐管２２ａ〜２２ｄ，これら分岐管２２ａ〜２２ｄが集合する集合管２３から構成される。
【００１３】
前記集合管２３の下流端付近にはフランジ２４が設けられ、該フランジ２４と触媒コンバータ３上流側のフランジ３１とが結合されることで、排気マニホールド２の直下に触媒コンバータ３が接続される。
【００１４】
尚、前記フランジ２４とフランジ３１との間にはガスケット４が介装される。前記集合管２３は２重管構造に構成され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサ５が配置されると共に、排気の一部を機関１の吸気系に還流させるための排気還流管６が接続される。
【００１５】
前記排気還流管６の他端側は前記フランジ部２１に接続される。
図３は、前記集合管２３の参考例を示す断面である。
前記集合管２３は、外管２３１，内管２３２からなる２重管構造で、集合管２３の上流端では、外管２３１，内管２３２が密着しているが、該上流端よりも下流側では、外管２３１と内管２３２との間に隙間が設けられ、そのまま下流端まで延設される。
【００１６】
前記外管２３１，内管２３２による２重管構造によって、前記集合管２３は、内管２３２で囲まれる中央排気通路２３３、及び、外管２３１と内管２３２とで挟まれ前記中央排気通路２３３を囲む横断面が環状の排気通路２３４とを備える。
【００１７】
そして、前記集合管２３の下流端に開放される環状排気通路２３４の下流端２３４ａから、排気が環状排気通路２３４内に入り込むようになっている。
前記集合管２３の流れ方向の中央部分には、空燃比センサ５の取付けボス２３５と、排気の取出口２３６とが、集合管２３の中心を挟んで対向配置される。
【００１８】
前記取付けボス２３５は、図４に示すように、外管２３１と内管２３２とが密着させて設けられる開口に溶接で固定されるようになっており、これにより、前記取付けボス２３５を固定するときに、溶接スパッタが外管２３１と内管２３２と間に侵入することがないようにしてある。
【００１９】
該取付けボス２３５に対して空燃比センサ５を取り付けることで、空燃比センサ５の先端のセンシング部が前記中央排気通路２３３内に配設され、中央排気通路２３３内で空燃比の検出を行う。
【００２０】
また、前記排気の取出口２３６は、集合管２３の中心を挟んで前記取付けボス２３５に対向する外管２３１に開口され、該排気取出口２３６には、排気還流管６の先端が円錐形に広げて溶接される（図５参照）。
【００２１】
上記構成によると、集合管２３を２重管構造として、内管２３２の内側の中央排気通路２３３で空燃比センサ５による空燃比の検出を行わせ、内管２３２と外管２３１とで挟まれる環状排気通路２３４から還流排気を取り出すので、大量の還流排気を取り出したとしても、中央排気通路２３３内の排気流れを大きく乱すことがない。
【００２２】
従って、空燃比センサ５の検出値に対する各気筒の寄与率にばらつきが発生することが回避され、空燃比を精度良く検出させることができる。
また、空燃比センサ５と排気取出口２３６とを、集合管２３の中心を挟んで対向配置し、これらを同一横断面上に配設できるから、排気マニホールド２の直下に触媒コンバータ３が配設され、集合管２３の長さが短い場合であっても、空燃比センサ５と排気取出口２３６とを狭い範囲に配設することが可能である。
【００２３】
更に、排気取出口２３６に対して排気還流管６の先端を円錐形に広げて溶接する構成であれば、内管２３２と外管２３１との隙間が狭い場合であっても、排気取り出し経路を狭めることなく、排気還流管６を接続させることができる。
【００２４】
尚、上記参考例では、内管２３２と外管２３１とで挟まれる環状排気通路２３４の下流端側から排気を導入する構成としたが、図６に示すように、上流端側から環状排気通路２３４内に排気を導入する構成とすることができる。
【００２５】
図６に示す第２の参考例では、内管２３２と外管２３１とをその下流端部分で溶接し、内管２３２と外管２３１とで挟まれる環状排気通路２３４が上流側に向けて開放される。
【００２６】
尚、前記内管２３２の上流端内側には分岐管２２ａ〜２２ｄ側から延設される補強管２５が嵌合接続され、内管２３２先端の補強を行うようにしてある。
また、図３に示した第１の参考例では、前記排気取出口２３６に対して排気還流管６の先端を円錐形に広げて溶接する構成としたが、図７に示すように、外管２３１の排気取出口２３６周囲にフランジ２３１ａを形成し、該フランジ２３１ａに対して排気還流管６の先端を挿入して溶接する構成としても良い。
更に、上記参考例では、内管２３２と外管２３１とで挟まれる環状排気通路２３４に対する排気の導入を、該環状排気通路２３４を下流側又は上流側に向けて開放することで行わせる構成としたが、図８に示す実施形態のように、内管２３２に穴２３２ａを開口させ、該穴２３２ａを介して中央排気通路２３３から環状排気通路２３４に向けて排気を流入させる構成とすることができる。
【００２７】
図８及び図９に示す実施形態では、内管２３２と外管２３１とをその上流端及び下流端でそれぞれ溶接する一方、内管２３２の空燃比センサ５よりも上流側及び下流側で、空燃比センサ５及び排気取出口２３６が対向する径方向に対して９０°ずれた径方向の両側に、それぞれ複数の円形の穴２３２ａを開口させてある。
【００２８】
前記穴２３２ａは、流れ方向に沿って直線的かつ等間隔に複数個並べられた穴列が周方向に複数列設けられて構成され、空燃比センサ５の上流側よりも下流側の穴２３２ａの数が多くなるようにしてある。
【００２９】
上記構成によると、還流排気の取り出しによって空燃比センサ５の雰囲気に乱れが生じることが抑止され、空燃比センサ５の検出値に対する各気筒の寄与率にばらつきが発生することが回避される。
【００３０】
特に、空燃比センサ５の上流側に比べて下流側の穴２３２ａの数を多くしたことで、内管２３２内における排気の乱れをより小さく抑制できる。
また、穴２３２ａが内管２３２に対して規則正しく整列されることで、排気音を低減でき、消音効果装置としても機能させることができる。
【００３１】
更に、前記排気取出口２３６が臨む内管２３２部分に穴を設けていないから、多数の穴２３２ａから均一に排気を取り出すことができる。
尚、前記空燃比センサ５と排気取出口２３６とを同一径方向に直線的に配置する必要はなく、例えば、図１０に示すように、前記空燃比センサ５の取り付け方向に対して９０°ずれた位置に排気取出口２３６を設けることができる。
【００３２】
そして、図１０に示す場合には、空燃比センサ５と集合管２３の中心を挟んで対向する側の内管２３２に穴２３２ａを設ければ良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における排気装置の全体構成図。
【図２】第１の参考例における排気マニホールドを示す部分断面図。
【図３】第１の参考例における集合管の詳細を示す部分拡大断面図。
【図４】空燃比センサの取付け構造を示す部分拡大断面図。
【図５】排気還流管の取付け構造を示す部分拡大断面図。
【図６】第２の参考例における集合管の詳細を示す部分拡大断面図。
【図７】排気還流管取付け構造の別の例を示す部分拡大断面図。
【図８】実施形態における集合管の詳細を示す部分拡大断面図。
【図９】実施形態における内管の穴，空燃比センサ，排気取出口の位置関係を示す横断面図であり、図８のＡ−Ａ断面図。
【図１０】内管の穴，空燃比センサ，排気取出口の位置関係の別の例を示す横断面図。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…排気マニホールド
３…触媒コンバータ
５…空燃比センサ
６…排気還流管
２１…ランジ部
２２ａ〜２２ｄ…分岐管
２３…集合管
２３１…外管
２３２…内管
２３３…中央排気通路
２３４…環状排気通路
２３５…取付けボス
２３６…排気取出口
Claims (3)
- 各気筒からの排気を集合させる排気管部分を２重管構造とし、該２重管構造の内管で囲まれる中央排気通路内で空燃比センサによる空燃比の検出を行わせる一方、前記２重管構造の内管及び外管で挟まれる横断面が環状の排気通路から、機関に還流させる排気を取り出すと共に、
前記空燃比センサが配設される部分よりも上流側及び下流側の内管に複数の穴を開口させ、該穴を介して前記環状排気通路内に排気を導入させ、かつ、前記空燃比センサが配設される部分よりも下流側に設ける穴の数を上流側に比べて多くしたことを特徴とする内燃機関の排気装置。 - 前記外管に設けられる排気取出口が臨む内管部分を避けて前記穴を開口させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
- 前記空燃比センサと、前記外管に設けられる排気取出口とを、排気管の同一横断面上に配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気装置。
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