JP4231303B2 - 排気管及び内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
排気管及び内燃機関の排気浄化装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路内に排気中の成分を検出するセンサが設けられた排気管及びこれを備えた内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、排気管内には各種制御を行うために、排気中の成分を検出するためのセンサが設けられている。このようなセンサの素子には活性温度がある場合が多く、一定の温度の環境下になければ正確な検出を行うことができないことがある。一例を挙げると、排気中の酸素濃度を測定するために、排気中の成分の検出を行う酸素センサは、例えば２００℃以上の環境下でなければ検出精度が高くならない。そのため、センサに素子を加熱するヒータを設けて、早期に素子を活性温度まで昇温させる技術が知られている。
【０００３】
ところで、機関停止中に排気通路内の排気が冷却して排気中の水分が凝縮したり、機関始動直後に低温状態にある排気通路内に排気が流れ込んで、排気が冷却されて排気中の水分が凝縮したりすることにより、排気通路内に水が溜まることがある。
【０００４】
このような水が排気などによって飛散して、高温状態となった素子に触れると、素子が急激に冷却されるため、検出精度が低下してしまう可能性があり、また、素子がサーマルショックによって破損してしまうことがある。そのため、素子に水が触れないように対策する必要がある。
【０００５】
従来、この対策としては、凝縮水が蒸発してなくなるまで素子の昇温を行わないようにする技術（例えば特許文献１）や、素子に周囲にプロテクタを配設する技術（例えば特許文献２）が知られている。なお、前者の場合には、素子の昇温を行わない間、エミッションや燃費の悪化の問題がある。その他の関連技術として特許文献３，４がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１５２１３号公報
【特許文献２】
特開２００１−７３８２７号公報
【特許文献３】
実開昭６１−６２２２１号公報
【特許文献４】
実開昭６２−１８３１９号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り、センサ素子には水が触れないように対策する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的の一つとして、センサ素子の付近に水が溜まることを低減して、センサ素子に水が触れることを防止することが挙げられる。
【０００８】
また、本発明の目的の一つとして、センサ素子の付近に水が飛散することを抑制して、センサ素子に水が触れることを防止することが挙げられる。
【０００９】
そして、本発明の目的の一つとして、高温状態のセンサ素子に水が触れることを防止することで、センサ素子の破損を防止することが挙げられる。
【００１０】
また、本発明の目的の一つとして、センサ素子に水が触れて温度が低下することによる検出精度の低下を防止することが挙げられる。そして、これに伴って、排気空燃比制御の向上及び浄化性能を向上させることも、本発明の目的として挙げられる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【００１２】
本発明においては、センサ素子に向かい水（凝縮水）が飛散される恐れのある（多い）領域（第１領域）から、飛散される恐れのない（少ない）領域に、水を移動させる一方通行となる通路を設ける構成とした。この構成により、一方通行の通路により第１領域側の水は第２領域に移動するため、第１領域に水が溜まることを低減でき、センサ素子に向かって飛散する水を低減することが可能となる。また、通路は一方通行であるので第２領域の水が第１領域に移動することは抑制され、第２領域側の水が通路を通って素子付近に飛散してしまうことも抑制できる。
【００１３】
より具体的な、本発明の排気管の構成としては、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路と、
前記センサ素子部の上流側から下流側に向けて、該センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路と、
第１通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水は第２通路側に移動され、かつ、第２通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水及び第１通路側から移動された水は第１通路側に移動されることが抑制されている、第１通路と第２通路とを連通する連通路と、を備えることを特徴とするものが挙げられる。
【００１４】
本構成によれば、連通路によって第１通路側の水は第２通路側に移動されるので、第１通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、連通路においては、第２通路側の水は第１通路側に移動されることが抑制されているので、第２通路側で飛散した水が、連通路を通じてセンサ素子に向かって飛散することを抑制できる。
【００１５】
また、本発明の排気管の他の構成としては、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路と、
前記センサ素子部の上流側から下流側に向けて、該センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路と、
第１通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水を第２通路側に導く傾斜部を有する、第１通路と第２通路を連通する連通路と、
第２通路側から飛散した水の該連通路の内部への進入を遮る遮り部と、を備えることを特徴とするものが挙げられる。
【００１６】
本構成によれば、連通路の傾斜部によって第１通路側の水は第２通路側に導かれるので、第１通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、遮り部によって第２通路側から飛散した水は連通路内部に進入することが遮られるので、第２通路側で飛散した水が、連通路を通じてセンサ素子に向かって飛散することを抑制できる。
【００１７】
また、本発明の排気管の他の構成としては、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路と、
前記センサ素子部の上流側から下流側に向けて、該センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路と、
第１通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水を第２通路に導く傾斜部を有し、かつ、第２通路側への開口部が下流側に向いている、第１通路と第２通路を連通する連通路と、を備えることを特徴とするものが挙げられる。
【００１８】
本構成によれば、連通路の傾斜部によって第１通路側の水は第２通路側に導かれるので、第１通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、連通路の第２通路側への開口部は下流側に向いているので、排気によって第２通路側から飛散した水が、開口部を通じて連通路内に進入することは抑制される。従って、第２通路側で飛散した水が、連通路を通じてセンサ素子に向かって飛散することを抑制できる。
【００１９】
そして、前記連通路の第１通路側の開口部は、前記センサ素子部よりも上流側に設けられると好適である。
【００２０】
このように構成すれば、センサ素子部よりも上流側において、第１通路側の水を低減できるため、排気の流れの方向に飛散される水が、センサ素子に向かって飛散されることを効果的に低減できる。なお、連通路の第１通路側の開口部がセンサ素子部よりも下流側にある場合においても、振動等によって排気の流れとは逆方向に飛散される水もあるため、センサ素子に向かって飛散する水を低減できる効果はある。
【００２１】
ここで、上述の「第１通路」と「第２通路」は、例えば、１つの通路を仕切り板によって２つの通路に仕切ることにより構成することができる。また、同心的に設けられた２重管によっても構成できる。更に、１つの管を２つの管に分岐させたり、独立した２つの管を設けたりすることによっても構成できる。
【００２２】
また、「センサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路」とは、第１通路を流れる排気がセンサ素子部を通ることを意味するものであり、例えば、第１通路内にセンサ素子部が配設されている場合の他に、第１通路よりも下流側の開口端近傍にセンサ素子部が設けられている場合も含むものである。そして、「センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路」とは、第２通路を流れる排気がセンサ素子部を通らないことを意味するものである。つまり、第２通路内にはセンサ素子部は配設されておらず、かつ、第２通路を流れた排気はセンサ素子部よりも下流側に流れていくことを意味する。
【００２３】
また、本発明の他の排気管としては、排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を含む範囲、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路内を上下の通路に仕切る仕切り板を備え、
該仕切り板に、
上下の通路を連通する連通孔と、
該連通孔の下側に、その上面が上部の通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水を下部の通路に導く傾斜面で構成され、その下面が下部の通路側から飛散した水の前記連通孔への進入を遮る遮り面で構成された壁と、を設けることを特徴とするものが挙げられる。
【００２４】
本構成によれば、連通孔の下側に設けられた壁の上面の傾斜面によって上部の通路側の水は下部の通路側に導かれるので、上部の通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、壁の下面の遮り面によって、下部の通路側から飛散した水は連通孔に進入することは抑制される。従って、下部の通路側で飛散した水が、連通孔を通じてセンサ素子に向かって飛散することを抑制できる。
【００２５】
ここで、連通孔の上側の通路への開口部は、前記センサ素子部よりも上流側に設けられると好適である。これにより、センサ素子部よりも上流側において、上側の水を低減できるため、排気の流れの方向に飛散される水が、センサ素子に向かって飛散されることを効果的に低減できる。なお、連通孔の上側の開口部がセンサ素子部よりも下流側にある場合においても、振動等によって排気の流れとは逆方向に飛散される水もあるため、センサ素子に向かって飛散する水を低減できる効果はある。
【００２６】
また、本発明の他の排気管としては、排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を含む範囲、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路の幅方向の一端から他端側に向けて下方に傾斜する傾斜部を有する第１仕切り板と、排気通路の幅方向の他端から一端側に向けて下方に傾斜する傾斜部を有する第２仕切り板と、を設け、これらの仕切り板によって排気通路内を上下に仕切ると共に、
これらの仕切り板は、上下方向には第１仕切り板と第２仕切り板との間に隙間が設けられて排気通路の上下を連通する連通路が形成され、かつ、幅方向には第１仕切り板と第２仕切り板との間に隙間がないように配設されていることを特徴とするものが挙げられる。
【００２７】
本構成によれば、上部の通路内の水は、第１仕切り板及び第２仕切り板は下方に傾斜しているので、仕切り板の上面を下方へと流れていく。ここで、第１仕切り板と第２仕切り板との間には上下方向に隙間が設けられて連通路が形成されているため、いずれの仕切り板から出発した水も最終的には下部の通路へと流れていく。従って、上部の通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、幅方向には第１仕切り板と第２仕切り板との間に隙間がないように配設されているので、下部の通路側で飛散した水は、いずれかの仕切り板によって遮られて、上部の通路側にまで飛散していくことはない。
【００２８】
また、他の発明の排気管としては、排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部が備えられている範囲内、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路内を上下の通路に仕切る仕切り板を備え、
前記仕切り板に、上下の通路を連通する連通孔を設けることを特徴とするものが挙げられる。
【００２９】
本構成によれば、上部の通路の水は連通孔を通って下部の通路に落下するため、上部の通路内に水が溜まることを低減できる。また、下部の通路側で飛散した水は、仕切り板の連通孔のない部分では上部の通路側まで飛散することを防止できる。
【００３０】
ここで、連通孔の上側の通路への開口部は、前記センサ素子部よりも上流側に設けられると好適である。これにより、センサ素子部よりも上流側において、上側の水を低減できるため、排気の流れの方向に飛散される水が、センサ素子に向かって飛散されることを効果的に低減できる。なお、連通孔の上側の開口部がセンサ素子部よりも下流側にある場合においても、振動等によって排気の流れとは逆方向に飛散される水もあるため、センサ素子に向かって飛散する水を低減できる効果はある。
【００３１】
また、他の発明の排気管としては、排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部が備えられている範囲内、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路内を上下の通路に仕切る仕切り板を備え、
前記仕切り板は、下流側に向かうにつれて下方に傾斜するように配設されていることを特徴とするものが挙げられる。
【００３２】
本構成によれば、上部の通路で仕切り板上に溜まった水は、仕切り板に沿って流れ落ちる。また、流れ落ちずに仕切り板上に水が溜まったままでも、この水に排気が直接当たることを防止できる。従って、センサ素子部に向かって水が飛散することを低減できる。また、下部の通路で飛散した水は仕切り板によって遮られる。
【００３３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置としては、上記のいずれか一つに記載の排気管が備えられ、
該排気管に配設されたセンサによる検出結果に基づいて、排気ガス成分の制御が行われることを特徴とするものが挙げられる。
【００３４】
本構成によれば、センサ素子に飛散した水が触れることが防止されているから、センサの検出精度が低下してしまうことはなく、安定した排気ガス成分制御を行うことができ、安定した浄化性能を実現できる。
【００３５】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３７】
まず、本実施の形態に係る排気管及び内燃機関の排気浄化装置を説明するに先立ち、これらが備えられる内燃機関の全体概要等について説明する。
【００３８】
〔内燃機関の基本構造及び機能〕
図１に示す内燃機関（以下、エンジンという）１は、複数のシリンダ（ただし図１では一本のシリンダのみ図示）を備え、吸入行程，圧縮行程，爆発行程及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得るディーゼルエンジンである。
【００３９】
エンジン１の内部に形成されるシリンダ１１内には、ピストン１２が往復動可能に収容される。ピストン１２の頭頂面１２ａと、シリンダ１１の内壁と、シリンダ１１の天井１１ａに囲まれた空間は、燃焼室１３を形成する。ピストン１２に連結されたコンロッド１４は、シリンダ１１内におけるピストン１２の往復運動をエンジン１のクランクシャフト（図示略）の回転運動に変換する。
【００４０】
シリンダ１１の天井１１ａには、燃焼室１３にその噴孔を向ける燃料噴射弁６０が設けられている。燃料噴射弁６０は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧され、蓄圧室（図示略）に蓄えられた加圧燃料を、燃焼室１３内に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。
【００４１】
また、シリンダ１１の天井１１ａには、燃焼室１３に連通し吸気管４０の最下流部位をなす吸気ポート４１と、同じく燃焼室１３に連通し排気管５０の最上流部位をなす排気ポート５１とが形成されている。さらに、この天井１１ａには、吸気ポート４１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する吸気弁１９や、排気ポート５１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する排気弁２０が設けられている。吸気弁１９は、基本的にはクランクシャフトの回転に同期して往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。排気弁２０は、基本的にはクランクシャフトの回転に同期して往復運動（開閉動作）を繰り返す。
【００４２】
吸気管４０は、外部から燃焼室１３内に吸入される空気（吸気）の通路を形成する。吸気管４０の内部には、スロットル弁４２が設けられている。スロットル弁４２は、ステップモータ等を備えたアクチュエータ４２ａによってその開度が無段階に調節される電子制御式の開閉弁である。
【００４３】
排気管５０は、燃焼室１３から排出される排気の通路を形成する。排気管５０の内部には、触媒ケーシング５４及び酸素濃度センサ５５が設けられている。触媒ケーシング５４は、不図示の排気浄化用触媒（以下、単に触媒という）を内蔵する。触媒は、周囲の温度が所定値（例えば２００℃）を上回っている条件下で活性化し、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を浄化する。また特に、触媒は、排気中の酸素濃度が高い条件下（リーン雰囲気）で一時的にＮＯｘを保持し、還元成分（例えば未燃の燃料成分）の濃度が高い条件下（リッチ雰囲気）で保持しているＮＯｘを放出・還元する性質を有する。
【００４４】
酸素濃度センサ５５は、排気通路内のガスに晒される検出素子５５Ａと、検出素子５５Ａに併設される電熱式ヒータ５５Ｂを備え、排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する。この酸素濃度センサ５５の出力信号は、燃焼室１３において機関燃焼に供された酸素量及び燃料量の比率（空燃比）Ａ／Ｆや、排気中に含まれる酸化成分（例えば酸素）及び還元成分（例えば未燃燃料成分）の濃度比率と高い相関がある。
【００４５】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）８０は、中央処理装置（ＣＰＵ），読み出し専用メモリ（ＲＯＭ），ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ），バックアップＲＡＭ、およびエンジン１が運転している期間中に時間を計測するタイマー等からなるメイン回路と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路と、外部出力回路とを備える。さらに、メイン回路と外部入力回路と内部入力回路とは、双方向性バスによって相互に接続されることにより論理演算回路を構成する。
【００４６】
このように構成されたＥＣＵ８０は、燃料噴射弁６０およびスロットル弁４２等を作動させることにより、エンジン１の運転状態の最適化や、排気特性の改善に関する各種制御を行う。
【００４７】
例えば、ＥＣＵ８０は、酸素濃度センサ５５の出力信号に基づき、燃料噴射弁６０を通じて噴射する燃料の量を調整し、空燃比を所定の目標値に収束させるフィードバック制御を実施することができる。
【００４８】
〔排気中酸素濃度の検出方法〕
図２は検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂからなる酸素濃度センサ５５の検出部の断面構造を示している。
【００４９】
図２に示すように、酸素濃度センサ５５の検出素子５５Ａは、ジルコニア（ＺｒＯ2）等、酸素イオン伝導性及び耐熱性を有する多孔質絶縁材料で構成された板材５５ａ，５５ｂ，５５ｃが積層されて構成されている。これら板材５５ａ，５５ｂ，５５ｃの積層体内部には、大気と連通する大気導入空間Ｓ１が形成されている。また、板材５５ａの両面、すなわち検出素子５５Ａの外部空間（排気通路内の空間）Ｓ２に臨む板面と、検出素子５５Ａの内部に形成された大気導入空間Ｓ１に臨む板面には、それぞれ電極５５ｄ，５５ｅが取り付けられている。また、電極５５ｄと外部空間Ｓ２との間にガス拡散体５５ｈが設けられている。
【００５０】
また、検出素子５５Ａの板材５５ｃには、電熱式のヒータ５５Ｂが張り合わされている。ヒータ５５Ｂは、板材５５ｆと、板材５５ｆに内蔵される電熱線５５ｇとを備えて構成され、検出素子５５Ａを加熱し、その温度を所定値に保持する役割を担う。
【００５１】
両電極５５ｄ，５５ｅの間に所定電圧が印加されると、両電極５５ｄ，５５ｅ近傍に存在する酸素分子がイオン化され、矢指α方向に沿って板材５５ａを透過する。このとき両電極５５ｄ，５５ｅ間を流れる電流値は、空間Ｓ２における酸素濃度と電極５５ｄ近傍の酸素濃度（近似的にゼロ）との差と、定量的に関連する。これは、ガス拡散体５５ｄを透過する酸素ガスの流量が（ガス拡散体５５ｄの働きによって）制限されることにより、上記電流値と上記酸素濃度差との間に再現性の高い定量的な関係が保証されるからである。よって、両電極５５ｄ，５５ｅ間に所定電圧を印加したときに両電極５５ｄ，５５ｅ間を流れる電流値を観測することにより、空間Ｓ２内の酸素濃度（排気中の酸素濃度）を把握することができる。
【００５２】
図３は、電極５５ｄ，５５ｅ間の印加電圧及び電流の関係を示すグラフである。なお、同グラフ中には、空間Ｓ２内（検出対象ガス中）の酸素濃度（酸素過剰率）が異なる複数の条件（酸素過剰率λ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ：ただし、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ）に対応する印加電圧及び電流間の関係が示されている。
【００５３】
図３に示すように、印加電圧が高くなるほど電流値も高くなる傾向があるものの、印加電圧が特定範囲にある場合には、電流値がほとんど変化しないことがわかる。このような特定範囲における電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を、酸素過剰率λ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄに対応する限界電流値という。そこで、電極５５ｄ，５５ｅ間を流れる電流値をこのような限界電流値に保持させるための印加電圧（例えば図中に示す電圧値Ｖｘ）を適宜設定し、限界電流値を測定することにより、検出対象ガス中の酸素濃度（酸素過剰率）を定量的に把握することができる。
【００５４】
図４は、空間Ｓ２内の酸素濃度と限界電流値との対応関係を概略的に示すグラフである。同図４に示すように、空間Ｓ２内の酸素濃度（排気中の酸素濃度）が高くなるほど限界電流値も高くなる。そこで、同図４中に示す点Ａ、点Ｂのように、排気中の酸素濃度と限界電流値との対応関係が明らかな２座標を予め決定しておけば、当該２座標を結ぶ線（特性線）を基に、酸素濃度センサ５５の検出信号（限界電流値）から、排気中の酸素濃度を定量することができる。
【００５５】
〔センサ素子の保護の必要性〕
酸素濃度センサ５５が排気中の酸素濃度に応じた正確な信号を出力するためには、所定の温度条件（例えば２００℃以上）が満たされる必要がある。このためＥＣＵ８０は、エンジン１の運転中にはヒータ５５Ｂに対する通電制御を行うことにより、検出素子５５Ａの温度管理を行う。
【００５６】
ところで、従来技術においても説明したように、エンジン１の停止中に排気通路内のガスに含まれる水分が凝縮したり、エンジン１の始動直後に温度が低くなっている排気通路内に排気が流れ込んで排気中の水分が凝縮したりすること等により、エンジンの排気通路内に水（水滴）が溜まる場合がある。そして、エンジン１の停止中から始動直後にかけて排気通路内に溜まった水（滞留水）が、エンジン１の排気の流れ等によって飛散し、その飛沫が加熱された酸素濃度センサ５５のセンサ素子（検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂ）に接触すると、これら検出素子５５Ａ又はヒータ５５Ｂが急激に冷却されて熱衝撃（サーマルショック）によって破損に至る懸念がある。また、検出素子５５Ａに水が触れると温度が下がるために、検出精度が低下してしまう虞がある。
【００５７】
そこで、センサ素子に水が触れないように、酸素濃度センサは、一般的に排気通路の最上部に配設される。しかしながら、これだけでは対策としては不十分であり、本実施の形態では排気管の構造を更に工夫している。以下、本発明における各種実施の形態に係る排気管及び内燃機関の排気浄化装置について説明する。ここで、排気浄化装置は、主として、排気管と、排気管内に備えられる触媒と、排気中の成分検出を行うセンサ（本実施の形態では酸素濃度の測定を行うための酸素濃度センサ）から構成される。そして、本実施の形態では排気管の構造に特徴があり、触媒やセンサに関しては、公知技術を適用できるものであるので、以下に示す各実施の形態では、排気管の構造を中心に説明する。
【００５８】
（第１の実施の形態）
図５及び図６を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る排気管及びこれを備えた内燃機関の排気浄化装置について説明する。図５は本発明の第１の実施の形態に係る排気管の概略図であり、（Ａ）はその一部破断斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の一部分の拡大図である。図６は本発明の第１の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００５９】
本実施の形態では、図示のように、排気管５０内に排気通路を上下に仕切る仕切り板１００が設けられている。この仕切り板１００によって上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。この仕切り板１００を設ける範囲は排気通路の一部で十分であるが、排気通路全体に設けても構わない。
【００６０】
この仕切り板１００と酸素濃度センサ５５との位置関係について更に詳しく説明する。仕切り板１００によって仕切られた第１通路５０Ａ側を流れる排気は酸素濃度センサ５５を通るが、第２通路５０Ｂ側を流れる排気は酸素濃度センサ５５を通らないようにする必要がある。つまり、酸素濃度センサ５５が、第１通路５０Ａ内に配設されるか、あるいは、第１通路５０Ａの下流側端部の近傍に配設される必要がある。このような位置関係とする理由は、後に詳細に説明するように、排気通路内で発生した凝縮水は、第２通路５０Ｂ側にのみ流れるように工夫されている。従って、第２通路５０Ｂを流れる排気は酸素濃度センサ５５を通らずに、第１通路５０Ａを流れる排気のみが酸素濃度センサ５５を通るようにするためである。
【００６１】
そして、仕切り板１００には第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する複数の連通孔１０１が設けられている。この連通孔１０１の下側には、下方に向かって傾斜した壁１０２が設けられ、これら連通孔１０１と壁１０２によって、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する連通路を形成している。そして、壁１０２の上面は排気の流れる方向に向かうにつれて下方に傾斜する傾斜面１０２ａで構成されている。これにより、連通路の第２通路５０Ｂ側への開口部は下流側（排気の流れにおける下流側）に向いている。なお、図中矢印は排気の流れる方向を示している。
【００６２】
以上の構成により、第１通路５０Ａ側で排気中の水分が凝縮されてできた水は、仕切り板１００の上面に溜まっていくが、水滴の大きさがある程度大きくなると、壁１０２の上面の傾斜面１０２ａに沿って重力によって流れていく。このように、第１通路５０Ａ側の水Ｗ１は、傾斜面１０２ａによって第２通路５０Ｂ側へと導かれ移動される。ここで、連通孔１０１の下部に壁１０２が設けられていることから、連通孔１０１内に水が表面張力によって溜まってしまうことはなく、連通孔１０１内にある水Ｗ１は好適に壁１０２の上面の傾斜面１０２ａに沿って流されていく。また、本実施の形態では、仕切り板１００の上流側端部１０３を下側に湾曲させている。これにより、この上流側端部１０３に水が表面張力によって付着されることも効果的に抑制している。
【００６３】
このように、本実施の形態の構成により、第１通路５０Ａ側に滞留する凝縮水を低減させることができる。従って、振動や排気の流れによって、酸素濃度センサ５５に向かって飛散される水を低減させることが可能となる。
【００６４】
また、第２通路５０Ｂ側で排気中の水分が凝縮されてできた水や、第１通路５０Ａ側から移動されてきた水は第２通路５０Ｂの床に滞留する。このようにして滞留された水Ｗ２は、振動や排気によって飛散されるおそれがある。しかし、飛散された水は、仕切り板１００の平板部分の下面によって遮られて第１通路５０Ａ側には移動されない。また、上記の通り第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂとを連通する連通路が設けられているものの、飛散された水は、壁１０２の下面によって遮られるため、連通路を抜けて第１通路５０Ａ側に移動されることはない。つまり、壁１０２の下面は第２通路５０Ｂ側から飛散した水の連通路内部への進入を遮る遮り部（遮り面１０２ｂ）として機能している。ここで、飛散される水の殆どは、排気の流れる方向に向かって飛散される。これに対して、本実施の形態では、連通路の第２通路５０Ｂ側への開口部が上記の通り下流側に向いているため、飛散された水が連通路内部へ進入することを効果的に抑制している。
【００６５】
このように、本実施の形態の構成により、第２通路５０Ｂ側で飛散した水が第１通路５０Ａ側に移動することを抑制させることができる。従って、振動や排気の流れによって、酸素濃度センサ５５に向かって飛散される水を抑制させることが可能となる。
【００６６】
なお、連通路の個数や大きさに関しては適宜設定することができるが、連通路における第１通路５０Ａ側の開口部の配置位置（本実施の形態では連通孔１０１の配置位置）に関しては、酸素濃度センサ５５の位置よりも上流側に多く設けるのが望ましい。その理由は、上記の通り、飛散される水の殆どは、排気の流れる方向に向かって飛散されるため、酸素濃度センサ５５の位置よりも上流側でなるべく滞留水を低減させることが望ましいからである。
【００６７】
以上のように、第１通路５０Ａ側に滞留する滞留水を低減させたこと、及び第２通路５０Ｂ側から第１通路５０Ａ側に水が移動することを抑制させたことが相俟って、検出素子５５Ａやヒータ５５Ｂに向かって水が飛散していくことを効果的に抑制できる。これにより、検出素子５５Ａやヒータ５５Ｂに水が触れてしまうことを防止できる。従って、これらが破損してしまうことを防止できる。また、検出素子５５Ａが水の付着によって温度が低下してしまうことを防止できることから、検出精度の低下を防止できる。そして、これに伴って、安定した排気空燃比制御及び浄化性能を実現することができる。
【００６８】
（第２の実施の形態）
図７には、本発明の第２の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形態では、排気通路内に仕切り板を設けることで上下の通路を形成する場合の構成を示した。これに対して、本実施の形態では分岐した排気管を設けることで上下の通路を形成する場合の構成を示す。上下の通路相互における凝縮水の移動（一方通行移動）に関する原理については、上記第１の実施の形態と同様であるので、詳細説明は適宜省略する。図７は本発明の第２の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００６９】
本実施の形態では、図示のように、排気通路の一部を一旦分岐させて再び元に戻す分岐通路を形成する分岐管１１０が設けられている。この分岐管１１０によって、上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。本実施の形態でも第１通路５０Ａ側に酸素濃度センサ５５が配設される。
【００７０】
そして、排気管５０の本体部分と分岐管１１０との間には、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂとを連通する複数（ここでは説明簡単のため２つ）の連通管１１１，１１２が設けられている。これらの連通管１１１，１１２の管内によって第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する連通路を形成している。そして、これら連通管１１１，１１２は排気の流れる方向に向かうにつれて下方に傾斜するように配設されている。
【００７１】
以上の構成により、本実施の形態においても上記第１の実施の形態の場合と同様の連通路が形成され、第１の実施の形態の場合と同様の原理により、第１通路５０Ａ側の水を低減すると共に、第２通路５０Ｂ側の水が第１通路５０Ａ側に移動されることを抑制でき、同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（第３の実施の形態）
図８には本発明の第３の実施の形態が示されている。上記第２の実施の形態では、分岐させた管と排気管本体部分との間には隙間があり、連通路はこれらの管を結ぶ連通管によって構成する場合を示した。これに対して、本実施の形態では、２つの管の間には隙間なく、２つの管の間は管の壁によって隔てられており、連通路は壁に形成した連通孔によって構成する場合を示す。図８は本発明の第３の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００７３】
本実施の形態では、図示のように、排気通路の一部を一旦分岐させて再び元に戻す分岐通路を形成する分岐管１２０が設けられている。この分岐管１２０によって、上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。本実施の形態でも第１通路５０Ａ側に酸素濃度センサ５５が配設される。
【００７４】
そして、本実施の形態では、上下の管の間は管の壁１２１で隔てるように構成されている。そして、この壁１２１に、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂとを連通する複数の連通孔１２２が設けられている。この連通孔１２２によって第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する連通路を形成している。そして、これら連通孔１２２は排気の流れる方向に向かうにつれて下方に傾斜するように設けられている。
【００７５】
以上の構成により、本実施の形態においても上記第１の実施の形態の場合と同様の連通路が形成され、第１の実施の形態の場合と同様の原理により、第１通路５０Ａ側の水を低減すると共に、第２通路５０Ｂ側の水が第１通路５０Ａ側に移動されることを抑制でき、同様の効果を得ることができる。
【００７６】
（第４の実施の形態）
図９及び図１０には第４の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形態では、排気通路内に仕切り板を設けることで２つの通路を形成する場合の構成を示した。これに対して、本実施の形態では２重管構造とすることで２つの通路を形成する場合の構成を示す。２つの通路相互における凝縮水の移動（一方通行移動）に関する原理については、上記第１の実施の形態と同様であるので、詳細説明は適宜省略する。図９は本発明の第４の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。図１０は本発明の第４の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００７７】
本実施の形態においては、排気管５０内に、排気管５０よりも小径である小径管１３０を、排気管５０と同心的に配設させる構成とした。この小径管１３０によって、この小径管１３０内の第１通路５０Ａと小径管１３０と排気管５０との間の隙間により構成される第２通路５０Ｂが形成されている。この小径管１３０と酸素濃度センサ５５との位置関係等については、上記第１の実施の形態における仕切り板１００と酸素濃度センサ５５との位置関係等と同様である。本実施の形態では、酸素濃度センサ５５は、排気管５０の天井部分から小径管１３０の内部にまで突き抜けるように配設されている。そして、水が触れると問題となってしまう検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂの部分は、小径管１３０内に配設される。従って、第１通路５０Ａの排気は検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂの部分を通るが、第２通路５０Ｂの排気は検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂの部分を通らないことになる。
【００７８】
そして、小径管１３０の下側部分には、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する複数の連通孔１３１が設けられている。この連通孔１３１の下側には、下方に向かって傾斜した壁１３２が設けられ、これら連通孔１３１と壁１３２によって、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する連通路を形成している。つまり、小径管１３０の下側部分が上記第１の実施の形態における仕切り板に相当し、連通孔１３１及び壁１３２についても、上記第１の実施の形態における仕切り板に設けられたものと同様である。
【００７９】
以上の構成により、本実施の形態においても上記第１の実施の形態の場合と同様の連通路が形成され、第１の実施の形態の場合と同様の原理により、第１通路５０Ａ側の水を低減すると共に、第２通路５０Ｂ側の水が第１通路５０Ａ側に移動されることを抑制でき、同様の効果を得ることができる。
【００８０】
（第５の実施の形態）
図１１及び図１２には第５の実施の形態が示されている。図１１は本発明の第５の実施の形態に係る排気管の概略図であり、（Ａ）はその一部破断斜視図であり、（Ｂ）は排気の流れ方向に垂直に切断した概略構成断面図である。図１２は本発明の第５の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００８１】
本実施の形態では、図示のように、排気管５０内に排気通路を上下に仕切る第１仕切り板１４１及び第２仕切り板１４２が設けられている。これらの仕切り板によって上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。これらの仕切り板を設ける範囲や、これらの仕切り板と酸素濃度センサ５５との位置関係については、上記第１の実施の形態で説明したのと同様であるので、その説明は省略する。
【００８２】
そして、第１仕切り板１４１は排気通路の幅方向の一端（図１１（Ｂ）では右側端部）から他端側（図１１（Ｂ）では左側）に向けて下方に傾斜するように配設されている。また、第２仕切り板１４２は排気通路の幅方向の他端から一端側に向けて下方に傾斜するように配設されている。そして、これらの仕切り板は、上下方向には図示のように第１仕切り板１４１と第２仕切り板１４２との間に隙間が設けられ、上下の通路を連通する連通路１４３を形成している。一方、幅方向に関しては、第１仕切り板１４１と第２仕切り板１４２との間には隙間は設けられず、一部が重なるように配設されている。
【００８３】
以上の構成により、第１通路５０Ａ側で排気中の水分が凝縮されてできた水は、第１仕切り板１４１あるいは第２仕切り板１４２の上面に溜まっていく。そして、水滴がある程度大きくなると、各仕切り板の上面側の傾斜面に沿って重力によって流れていく。そして、第１仕切り板１４１を流れていく水は、第２仕切り板１４２に落ち、また、第２仕切り板１４２を流れていく水は、各仕切り板の間の隙間で形成された連通路１４３を通って第２通路５０Ｂ側へ流れていく。
【００８４】
このように、本実施の形態の構成により、第１通路５０Ａ側に滞留する凝縮水を低減させることができる。従って、振動や排気の流れによって、酸素濃度センサ５５に向かって飛散される水を低減させることが可能となる。
【００８５】
また、第２通路５０Ｂ側で排気中の水分が凝縮されてできた水や、第１通路５０Ａ側から移動されてきた水は第２通路５０Ｂの床に滞留する。このようにして滞留された水Ｗ２は、振動や排気によって飛散されるおそれがある。しかし、飛散された水は、第１仕切り板１４１あるいは第２仕切り板１４２の下面によって遮られて第１通路５０Ａ側には移動されない。
【００８６】
このように、本実施の形態の構成により、第２通路５０Ｂ側で飛散した水が第１通路５０Ａ側に移動することを抑制させることができる。従って、振動や排気の流れによって、酸素濃度センサ５５に向かって飛散される水を抑制させることが可能となる。なお、第２通路５０Ｂ側で飛散した水が第１通路５０Ａ側に移動することを抑制するためには、第１仕切り板１４１と第２仕切り板１４２によって、幅方向に対しては隙間がないことが条件となる。そのため、第１仕切り板１４１と第２仕切り板１４２との間には、幅方向には重なる部分が原則必要となる。そして、この重なり部分が大きいほど、飛散した水の第１通路５０Ａ側への移動の抑制効果が高くなる。
【００８７】
以上のように、第１通路５０Ａ側に滞留する滞留水を低減させたこと、及び第２通路５０Ｂ側から第１通路５０Ａ側に水が移動することを抑制させたことが相俟って、検出素子５５Ａやヒータ５５Ｂに向かって水が飛散していくことを効果的に抑制できる。これにより、検出素子５５Ａやヒータ５５Ｂに水が触れてしまうことを防止できる。従って、これらが破損してしまうことを防止できる。また、検出素子５５Ａが水の付着によって温度が低下してしまうことを防止できることから、検出精度の低下を防止できる。そして、これに伴って、安定した排気空燃比制御及び浄化性能を実現することができる。
【００８８】
（第６の実施の形態）
図１３及び図１４には第６の実施の形態が示されている。図１３は本発明の第６の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。図１４は本発明の第６の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００８９】
本実施の形態では、図示のように、排気管５０内に排気通路を上下に仕切る仕切り板１５０が設けられている。この仕切り板１５０によって上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。この仕切り板１５０を設ける範囲や、この仕切り板１５０と酸素濃度センサ５５との位置関係については、上記第１の実施の形態で説明したのと同様であるので、その説明は省略する。
【００９０】
そして、仕切り板１５０には第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する複数の連通孔１５１が設けられている。第１の実施の形態では、連通孔の下側に傾斜した壁が設けられているのに対して本実施の形態ではそのような壁が設けられていない点を除けば、上記第１の実施の形態の場合と同様であるので、その詳細説明は省略する。
【００９１】
本実施の形態の構成においても、第１通路５０Ａ側の水は連通孔１５１を通じて第２通路５０Ｂ側に落下するため、第１通路５０Ａ側で凝縮された水を積極的に第２通路５０Ｂ側に移動させることができる。また、第２通路５０Ｂ側から飛散した水を仕切り板１５０の連通孔１５１のない部分で第１通路５０Ａ側に移動してくることを抑制することができる。
【００９２】
従って、本実施の形態でも、第１通路５０Ａ側に滞留する水の低減効果、及び第２通路５０Ｂ側から第１通路５０Ａ側への水の移動を抑制する効果を期待できるため、上記第１の実施の形態と同様の効果を期待できる。
【００９３】
（第７の実施の形態）
図１５及び図１６には第７の実施の形態が示されている。図１５は本発明の第７の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。図１６は本発明の第７の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００９４】
本実施の形態では、図示のように、排気管５０内に排気通路を上下に仕切る仕切り板１６０が設けられている。この仕切り板１６０によって上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。この仕切り板を設ける範囲や、この仕切り板と酸素濃度センサ５５との位置関係については、上記第１の実施の形態で説明したのと同様であるので、その説明は省略する。
【００９５】
そして、本実施の形態における仕切り板１６０は下流側（排気の流れる方向）に向かうにつれて下方に傾斜するように配設されている。
【００９６】
本実施の形態の構成により、第１通路５０Ａ側で凝縮された水は、水滴がある程度大きくなると、仕切り板１６０の傾斜に沿って重力によって下方へと流れていき第１通路５０Ａの外部への流される。また、水滴が仕切り板１６０に沿って流されない程度の大きさで、仕切り板１６０上に付着したままの状態であっても、仕切り板１６０が下方に傾斜しているため、仕切り板１６０上の水滴に排気が直接当たりにくく、水が上方に飛散しにくくなる。そして、第２通路５０Ｂ側で飛散した水は仕切り板１６０の下面に当たり、第１通路５０Ａ側に移動することは確実に防止される。
【００９７】
このように、本実施の形態では、第１通路５０Ａ側の水の滞留を低減できる効果が期待され、また、第１通路５０Ａ側での水の飛散を抑制できる効果が期待できる。そして、第２通路５０Ｂ側の水が第１通路５０Ａ側に移動することを確実に防止できる。
【００９８】
（その他）
これまで説明した各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせることで、相乗効果を期待することができる。例えば、第５の実施の形態で示した、２つの仕切り板に、第１の実施の形態で示した連通孔及び壁で構成される連通路を形成することが考えられる。また、第７の実施の形態で示した、傾斜する仕切り板に、第１の実施の形態で示した連通孔及び壁で構成される連通路を形成することが考えられる。
【００９９】
また、これまで説明した各実施の形態においては、排気中の成分を検出するセンサとして酸素濃度センサを一例に挙げて説明した。しかし、本発明においては、酸素濃度センサに限らず、ＮＯｘセンサ，ＨＣセンサ、あるいはＣＯセンサ等、各種排気中の成分を検出するセンサに対して有効に適用可能である。また、上記実施の形態においては、内燃機関としてディーゼルエンジンの場合を例にして説明したが、本発明は、勿論、ガソリンエンジンの場合にも適用可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、センサ素子付近の水の滞留を低減できる。また、センサ素子付近への水の飛散を抑制することができる。そして、これらによって、センサ素子に水が触れることを防止することができる。また、これにより、センサ素子の破損を防止すると共に、センサの検出精度の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る排気管が備えられた内燃機関の主要構成図である。
【図２】酸素濃度センサの主要部を示す概略構成図である。
【図３】酸素濃度センサの二電極間の印加電圧と電流の関係を示すグラフである。
【図４】酸素濃度センサの限界電流値と酸素濃度との対応関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る排気管の概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る排気管の概略図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図１５】本発明の第７の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
１１ シリンダ
１１ａ 天井
１２ ピストン
１２ａ 頭頂面
１３ 燃焼室
１４ コンロッド
１９ 吸気弁
２０ 排気弁
４０ 吸気管
４１ 吸気ポート
４２ スロットル弁
４２ａ アクチュエータ
５０ 排気管
５０Ａ 第１通路
５０Ｂ 第２通路
５１ 排気ポート
５４ 触媒ケーシング
５５ｈ ガス拡散体
５５ｄ ガス拡散体
５５ 酸素濃度センサ
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｆ 板材
５５ｄ，５５ｅ 電極
５５ｇ 電熱線
５５Ａ 検出素子
５５Ｂ ヒータ
６０ 燃料噴射弁
１００ 仕切り板
１０１ 連通孔
１０２ 壁
１０２ａ 傾斜面
１０２ｂ 遮り面
１０３ 上流側端部
１１０ 分岐管
１１１，１１２ 連通管
１２０ 分岐管
１２１ 壁
１２２ 連通孔
１３０ 小径管
１３１ 連通孔
１３２ 壁
１４１ 第１仕切り板
１４２ 第２仕切り板
１４３ 連通路
１５０ 仕切り板
１５１ 連通孔
１６０ 仕切り板
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路内に排気中の成分を検出するセンサが設けられた排気管及びこれを備えた内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、排気管内には各種制御を行うために、排気中の成分を検出するためのセンサが設けられている。このようなセンサの素子には活性温度がある場合が多く、一定の温度の環境下になければ正確な検出を行うことができないことがある。一例を挙げると、排気中の酸素濃度を測定するために、排気中の成分の検出を行う酸素センサは、例えば２００℃以上の環境下でなければ検出精度が高くならない。そのため、センサに素子を加熱するヒータを設けて、早期に素子を活性温度まで昇温させる技術が知られている。
【０００３】
ところで、機関停止中に排気通路内の排気が冷却して排気中の水分が凝縮したり、機関始動直後に低温状態にある排気通路内に排気が流れ込んで、排気が冷却されて排気中の水分が凝縮したりすることにより、排気通路内に水が溜まることがある。
【０００４】
このような水が排気などによって飛散して、高温状態となった素子に触れると、素子が急激に冷却されるため、検出精度が低下してしまう可能性があり、また、素子がサーマルショックによって破損してしまうことがある。そのため、素子に水が触れないように対策する必要がある。
【０００５】
従来、この対策としては、凝縮水が蒸発してなくなるまで素子の昇温を行わないようにする技術（例えば特許文献１）や、素子に周囲にプロテクタを配設する技術（例えば特許文献２）が知られている。なお、前者の場合には、素子の昇温を行わない間、エミッションや燃費の悪化の問題がある。その他の関連技術として特許文献３，４がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１５２１３号公報
【特許文献２】
特開２００１−７３８２７号公報
【特許文献３】
実開昭６１−６２２２１号公報
【特許文献４】
実開昭６２−１８３１９号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り、センサ素子には水が触れないように対策する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的の一つとして、センサ素子の付近に水が溜まることを低減して、センサ素子に水が触れることを防止することが挙げられる。
【０００８】
また、本発明の目的の一つとして、センサ素子の付近に水が飛散することを抑制して、センサ素子に水が触れることを防止することが挙げられる。
【０００９】
そして、本発明の目的の一つとして、高温状態のセンサ素子に水が触れることを防止することで、センサ素子の破損を防止することが挙げられる。
【００１０】
また、本発明の目的の一つとして、センサ素子に水が触れて温度が低下することによる検出精度の低下を防止することが挙げられる。そして、これに伴って、排気空燃比制御の向上及び浄化性能を向上させることも、本発明の目的として挙げられる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【００１２】
本発明においては、センサ素子に向かい水（凝縮水）が飛散される恐れのある（多い）領域（第１領域）から、飛散される恐れのない（少ない）領域に、水を移動させる一方通行となる通路を設ける構成とした。この構成により、一方通行の通路により第１領域側の水は第２領域に移動するため、第１領域に水が溜まることを低減でき、センサ素子に向かって飛散する水を低減することが可能となる。また、通路は一方通行であるので第２領域の水が第１領域に移動することは抑制され、第２領域側の水が通路を通って素子付近に飛散してしまうことも抑制できる。
【００１３】
より具体的な、本発明の排気管の構成としては、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路と、
前記センサ素子部の上流側から下流側に向けて、該センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路と、
第１通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水は第２通路側に移動され、かつ、第２通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水及び第１通路側から移動された水は第１通路側に移動されることが抑制されている、第１通路と第２通路とを連通する連通路と、を備えることを特徴とするものが挙げられる。
【００１４】
本構成によれば、連通路によって第１通路側の水は第２通路側に移動されるので、第１通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、連通路においては、第２通路側の水は第１通路側に移動されることが抑制されているので、第２通路側で飛散した水が、連通路を通じてセンサ素子に向かって飛散することを抑制できる。
【００１５】
また、本発明の排気管の他の構成としては、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路と、
前記センサ素子部の上流側から下流側に向けて、該センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路と、
第１通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水を第２通路側に導く傾斜部を有する、第１通路と第２通路を連通する連通路と、
第２通路側から飛散した水の該連通路の内部への進入を遮る遮り部と、を備えることを特徴とするものが挙げられる。
【００１６】
本構成によれば、連通路の傾斜部によって第１通路側の水は第２通路側に導かれるので、第１通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、遮り部によって第２通路側から飛散した水は連通路内部に進入することが遮られるので、第２通路側で飛散した水が、連通路を通じてセンサ素子に向かって飛散することを抑制できる。
【００１７】
また、本発明の排気管の他の構成としては、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路と、
前記センサ素子部の上流側から下流側に向けて、該センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路と、
第１通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水を第２通路に導く傾斜部を有し、かつ、第２通路側への開口部が下流側に向いている、第１通路と第２通路を連通する連通路と、を備えることを特徴とするものが挙げられる。
【００１８】
本構成によれば、連通路の傾斜部によって第１通路側の水は第２通路側に導かれるので、第１通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、連通路の第２通路側への開口部は下流側に向いているので、排気によって第２通路側から飛散した水が、開口部を通じて連通路内に進入することは抑制される。従って、第２通路側で飛散した水が、連通路を通じてセンサ素子に向かって飛散することを抑制できる。
【００１９】
そして、前記連通路の第１通路側の開口部は、前記センサ素子部よりも上流側に設けられると好適である。
【００２０】
このように構成すれば、センサ素子部よりも上流側において、第１通路側の水を低減できるため、排気の流れの方向に飛散される水が、センサ素子に向かって飛散されることを効果的に低減できる。なお、連通路の第１通路側の開口部がセンサ素子部よりも下流側にある場合においても、振動等によって排気の流れとは逆方向に飛散される水もあるため、センサ素子に向かって飛散する水を低減できる効果はある。
【００２１】
ここで、上述の「第１通路」と「第２通路」は、例えば、１つの通路を仕切り板によって２つの通路に仕切ることにより構成することができる。また、同心的に設けられた２重管によっても構成できる。更に、１つの管を２つの管に分岐させたり、独立した２つの管を設けたりすることによっても構成できる。
【００２２】
また、「センサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路」とは、第１通路を流れる排気がセンサ素子部を通ることを意味するものであり、例えば、第１通路内にセンサ素子部が配設されている場合の他に、第１通路よりも下流側の開口端近傍にセンサ素子部が設けられている場合も含むものである。そして、「センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路」とは、第２通路を流れる排気がセンサ素子部を通らないことを意味するものである。つまり、第２通路内にはセンサ素子部は配設されておらず、かつ、第２通路を流れた排気はセンサ素子部よりも下流側に流れていくことを意味する。
【００２３】
また、本発明の他の排気管としては、排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を含む範囲、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路内を上下の通路に仕切る仕切り板を備え、
該仕切り板に、
上下の通路を連通する連通孔と、
該連通孔の下側に、その上面が上部の通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水を下部の通路に導く傾斜面で構成され、その下面が下部の通路側から飛散した水の前記連通孔への進入を遮る遮り面で構成された壁と、を設けることを特徴とするものが挙げられる。
【００２４】
本構成によれば、連通孔の下側に設けられた壁の上面の傾斜面によって上部の通路側の水は下部の通路側に導かれるので、上部の通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、壁の下面の遮り面によって、下部の通路側から飛散した水は連通孔に進入することは抑制される。従って、下部の通路側で飛散した水が、連通孔を通じてセンサ素子に向かって飛散することを抑制できる。
【００２５】
ここで、連通孔の上側の通路への開口部は、前記センサ素子部よりも上流側に設けられると好適である。これにより、センサ素子部よりも上流側において、上側の水を低減できるため、排気の流れの方向に飛散される水が、センサ素子に向かって飛散されることを効果的に低減できる。なお、連通孔の上側の開口部がセンサ素子部よりも下流側にある場合においても、振動等によって排気の流れとは逆方向に飛散される水もあるため、センサ素子に向かって飛散する水を低減できる効果はある。
【００２６】
また、本発明の他の排気管としては、排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を含む範囲、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路の幅方向の一端から他端側に向けて下方に傾斜する傾斜部を有する第１仕切り板と、排気通路の幅方向の他端から一端側に向けて下方に傾斜する傾斜部を有する第２仕切り板と、を設け、これらの仕切り板によって排気通路内を上下に仕切ると共に、
これらの仕切り板は、上下方向には第１仕切り板と第２仕切り板との間に隙間が設けられて排気通路の上下を連通する連通路が形成され、かつ、幅方向には第１仕切り板と第２仕切り板との間に隙間がないように配設されていることを特徴とするものが挙げられる。
【００２７】
本構成によれば、上部の通路内の水は、第１仕切り板及び第２仕切り板は下方に傾斜しているので、仕切り板の上面を下方へと流れていく。ここで、第１仕切り板と第２仕切り板との間には上下方向に隙間が設けられて連通路が形成されているため、いずれの仕切り板から出発した水も最終的には下部の通路へと流れていく。従って、上部の通路内に水が溜まることを低減でき、センサ素子部付近に水が溜まることを低減できる。また、幅方向には第１仕切り板と第２仕切り板との間に隙間がないように配設されているので、下部の通路側で飛散した水は、いずれかの仕切り板によって遮られて、上部の通路側にまで飛散していくことはない。
【００２８】
また、他の発明の排気管としては、排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部が備えられている範囲内、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路内を上下の通路に仕切る仕切り板を備え、
前記仕切り板に、上下の通路を連通する連通孔を設けることを特徴とするものが挙げられる。
【００２９】
本構成によれば、上部の通路の水は連通孔を通って下部の通路に落下するため、上部の通路内に水が溜まることを低減できる。また、下部の通路側で飛散した水は、仕切り板の連通孔のない部分では上部の通路側まで飛散することを防止できる。
【００３０】
ここで、連通孔の上側の通路への開口部は、前記センサ素子部よりも上流側に設けられると好適である。これにより、センサ素子部よりも上流側において、上側の水を低減できるため、排気の流れの方向に飛散される水が、センサ素子に向かって飛散されることを効果的に低減できる。なお、連通孔の上側の開口部がセンサ素子部よりも下流側にある場合においても、振動等によって排気の流れとは逆方向に飛散される水もあるため、センサ素子に向かって飛散する水を低減できる効果はある。
【００３１】
また、他の発明の排気管としては、排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部が備えられている範囲内、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路内を上下の通路に仕切る仕切り板を備え、
前記仕切り板は、下流側に向かうにつれて下方に傾斜するように配設されていることを特徴とするものが挙げられる。
【００３２】
本構成によれば、上部の通路で仕切り板上に溜まった水は、仕切り板に沿って流れ落ちる。また、流れ落ちずに仕切り板上に水が溜まったままでも、この水に排気が直接当たることを防止できる。従って、センサ素子部に向かって水が飛散することを低減できる。また、下部の通路で飛散した水は仕切り板によって遮られる。
【００３３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置としては、上記のいずれか一つに記載の排気管が備えられ、
該排気管に配設されたセンサによる検出結果に基づいて、排気ガス成分の制御が行われることを特徴とするものが挙げられる。
【００３４】
本構成によれば、センサ素子に飛散した水が触れることが防止されているから、センサの検出精度が低下してしまうことはなく、安定した排気ガス成分制御を行うことができ、安定した浄化性能を実現できる。
【００３５】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３７】
まず、本実施の形態に係る排気管及び内燃機関の排気浄化装置を説明するに先立ち、これらが備えられる内燃機関の全体概要等について説明する。
【００３８】
〔内燃機関の基本構造及び機能〕
図１に示す内燃機関（以下、エンジンという）１は、複数のシリンダ（ただし図１では一本のシリンダのみ図示）を備え、吸入行程，圧縮行程，爆発行程及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得るディーゼルエンジンである。
【００３９】
エンジン１の内部に形成されるシリンダ１１内には、ピストン１２が往復動可能に収容される。ピストン１２の頭頂面１２ａと、シリンダ１１の内壁と、シリンダ１１の天井１１ａに囲まれた空間は、燃焼室１３を形成する。ピストン１２に連結されたコンロッド１４は、シリンダ１１内におけるピストン１２の往復運動をエンジン１のクランクシャフト（図示略）の回転運動に変換する。
【００４０】
シリンダ１１の天井１１ａには、燃焼室１３にその噴孔を向ける燃料噴射弁６０が設けられている。燃料噴射弁６０は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧され、蓄圧室（図示略）に蓄えられた加圧燃料を、燃焼室１３内に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。
【００４１】
また、シリンダ１１の天井１１ａには、燃焼室１３に連通し吸気管４０の最下流部位をなす吸気ポート４１と、同じく燃焼室１３に連通し排気管５０の最上流部位をなす排気ポート５１とが形成されている。さらに、この天井１１ａには、吸気ポート４１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する吸気弁１９や、排気ポート５１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する排気弁２０が設けられている。吸気弁１９は、基本的にはクランクシャフトの回転に同期して往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。排気弁２０は、基本的にはクランクシャフトの回転に同期して往復運動（開閉動作）を繰り返す。
【００４２】
吸気管４０は、外部から燃焼室１３内に吸入される空気（吸気）の通路を形成する。吸気管４０の内部には、スロットル弁４２が設けられている。スロットル弁４２は、ステップモータ等を備えたアクチュエータ４２ａによってその開度が無段階に調節される電子制御式の開閉弁である。
【００４３】
排気管５０は、燃焼室１３から排出される排気の通路を形成する。排気管５０の内部には、触媒ケーシング５４及び酸素濃度センサ５５が設けられている。触媒ケーシング５４は、不図示の排気浄化用触媒（以下、単に触媒という）を内蔵する。触媒は、周囲の温度が所定値（例えば２００℃）を上回っている条件下で活性化し、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を浄化する。また特に、触媒は、排気中の酸素濃度が高い条件下（リーン雰囲気）で一時的にＮＯｘを保持し、還元成分（例えば未燃の燃料成分）の濃度が高い条件下（リッチ雰囲気）で保持しているＮＯｘを放出・還元する性質を有する。
【００４４】
酸素濃度センサ５５は、排気通路内のガスに晒される検出素子５５Ａと、検出素子５５Ａに併設される電熱式ヒータ５５Ｂを備え、排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する。この酸素濃度センサ５５の出力信号は、燃焼室１３において機関燃焼に供された酸素量及び燃料量の比率（空燃比）Ａ／Ｆや、排気中に含まれる酸化成分（例えば酸素）及び還元成分（例えば未燃燃料成分）の濃度比率と高い相関がある。
【００４５】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）８０は、中央処理装置（ＣＰＵ），読み出し専用メモリ（ＲＯＭ），ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ），バックアップＲＡＭ、およびエンジン１が運転している期間中に時間を計測するタイマー等からなるメイン回路と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路と、外部出力回路とを備える。さらに、メイン回路と外部入力回路と内部入力回路とは、双方向性バスによって相互に接続されることにより論理演算回路を構成する。
【００４６】
このように構成されたＥＣＵ８０は、燃料噴射弁６０およびスロットル弁４２等を作動させることにより、エンジン１の運転状態の最適化や、排気特性の改善に関する各種制御を行う。
【００４７】
例えば、ＥＣＵ８０は、酸素濃度センサ５５の出力信号に基づき、燃料噴射弁６０を通じて噴射する燃料の量を調整し、空燃比を所定の目標値に収束させるフィードバック制御を実施することができる。
【００４８】
〔排気中酸素濃度の検出方法〕
図２は検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂからなる酸素濃度センサ５５の検出部の断面構造を示している。
【００４９】
図２に示すように、酸素濃度センサ５５の検出素子５５Ａは、ジルコニア（ＺｒＯ2）等、酸素イオン伝導性及び耐熱性を有する多孔質絶縁材料で構成された板材５５ａ，５５ｂ，５５ｃが積層されて構成されている。これら板材５５ａ，５５ｂ，５５ｃの積層体内部には、大気と連通する大気導入空間Ｓ１が形成されている。また、板材５５ａの両面、すなわち検出素子５５Ａの外部空間（排気通路内の空間）Ｓ２に臨む板面と、検出素子５５Ａの内部に形成された大気導入空間Ｓ１に臨む板面には、それぞれ電極５５ｄ，５５ｅが取り付けられている。また、電極５５ｄと外部空間Ｓ２との間にガス拡散体５５ｈが設けられている。
【００５０】
また、検出素子５５Ａの板材５５ｃには、電熱式のヒータ５５Ｂが張り合わされている。ヒータ５５Ｂは、板材５５ｆと、板材５５ｆに内蔵される電熱線５５ｇとを備えて構成され、検出素子５５Ａを加熱し、その温度を所定値に保持する役割を担う。
【００５１】
両電極５５ｄ，５５ｅの間に所定電圧が印加されると、両電極５５ｄ，５５ｅ近傍に存在する酸素分子がイオン化され、矢指α方向に沿って板材５５ａを透過する。このとき両電極５５ｄ，５５ｅ間を流れる電流値は、空間Ｓ２における酸素濃度と電極５５ｄ近傍の酸素濃度（近似的にゼロ）との差と、定量的に関連する。これは、ガス拡散体５５ｄを透過する酸素ガスの流量が（ガス拡散体５５ｄの働きによって）制限されることにより、上記電流値と上記酸素濃度差との間に再現性の高い定量的な関係が保証されるからである。よって、両電極５５ｄ，５５ｅ間に所定電圧を印加したときに両電極５５ｄ，５５ｅ間を流れる電流値を観測することにより、空間Ｓ２内の酸素濃度（排気中の酸素濃度）を把握することができる。
【００５２】
図３は、電極５５ｄ，５５ｅ間の印加電圧及び電流の関係を示すグラフである。なお、同グラフ中には、空間Ｓ２内（検出対象ガス中）の酸素濃度（酸素過剰率）が異なる複数の条件（酸素過剰率λ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ：ただし、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ）に対応する印加電圧及び電流間の関係が示されている。
【００５３】
図３に示すように、印加電圧が高くなるほど電流値も高くなる傾向があるものの、印加電圧が特定範囲にある場合には、電流値がほとんど変化しないことがわかる。このような特定範囲における電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を、酸素過剰率λ＝ａ，ｂ，ｃ，ｄに対応する限界電流値という。そこで、電極５５ｄ，５５ｅ間を流れる電流値をこのような限界電流値に保持させるための印加電圧（例えば図中に示す電圧値Ｖｘ）を適宜設定し、限界電流値を測定することにより、検出対象ガス中の酸素濃度（酸素過剰率）を定量的に把握することができる。
【００５４】
図４は、空間Ｓ２内の酸素濃度と限界電流値との対応関係を概略的に示すグラフである。同図４に示すように、空間Ｓ２内の酸素濃度（排気中の酸素濃度）が高くなるほど限界電流値も高くなる。そこで、同図４中に示す点Ａ、点Ｂのように、排気中の酸素濃度と限界電流値との対応関係が明らかな２座標を予め決定しておけば、当該２座標を結ぶ線（特性線）を基に、酸素濃度センサ５５の検出信号（限界電流値）から、排気中の酸素濃度を定量することができる。
【００５５】
〔センサ素子の保護の必要性〕
酸素濃度センサ５５が排気中の酸素濃度に応じた正確な信号を出力するためには、所定の温度条件（例えば２００℃以上）が満たされる必要がある。このためＥＣＵ８０は、エンジン１の運転中にはヒータ５５Ｂに対する通電制御を行うことにより、検出素子５５Ａの温度管理を行う。
【００５６】
ところで、従来技術においても説明したように、エンジン１の停止中に排気通路内のガスに含まれる水分が凝縮したり、エンジン１の始動直後に温度が低くなっている排気通路内に排気が流れ込んで排気中の水分が凝縮したりすること等により、エンジンの排気通路内に水（水滴）が溜まる場合がある。そして、エンジン１の停止中から始動直後にかけて排気通路内に溜まった水（滞留水）が、エンジン１の排気の流れ等によって飛散し、その飛沫が加熱された酸素濃度センサ５５のセンサ素子（検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂ）に接触すると、これら検出素子５５Ａ又はヒータ５５Ｂが急激に冷却されて熱衝撃（サーマルショック）によって破損に至る懸念がある。また、検出素子５５Ａに水が触れると温度が下がるために、検出精度が低下してしまう虞がある。
【００５７】
そこで、センサ素子に水が触れないように、酸素濃度センサは、一般的に排気通路の最上部に配設される。しかしながら、これだけでは対策としては不十分であり、本実施の形態では排気管の構造を更に工夫している。以下、本発明における各種実施の形態に係る排気管及び内燃機関の排気浄化装置について説明する。ここで、排気浄化装置は、主として、排気管と、排気管内に備えられる触媒と、排気中の成分検出を行うセンサ（本実施の形態では酸素濃度の測定を行うための酸素濃度センサ）から構成される。そして、本実施の形態では排気管の構造に特徴があり、触媒やセンサに関しては、公知技術を適用できるものであるので、以下に示す各実施の形態では、排気管の構造を中心に説明する。
【００５８】
（第１の実施の形態）
図５及び図６を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る排気管及びこれを備えた内燃機関の排気浄化装置について説明する。図５は本発明の第１の実施の形態に係る排気管の概略図であり、（Ａ）はその一部破断斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の一部分の拡大図である。図６は本発明の第１の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００５９】
本実施の形態では、図示のように、排気管５０内に排気通路を上下に仕切る仕切り板１００が設けられている。この仕切り板１００によって上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。この仕切り板１００を設ける範囲は排気通路の一部で十分であるが、排気通路全体に設けても構わない。
【００６０】
この仕切り板１００と酸素濃度センサ５５との位置関係について更に詳しく説明する。仕切り板１００によって仕切られた第１通路５０Ａ側を流れる排気は酸素濃度センサ５５を通るが、第２通路５０Ｂ側を流れる排気は酸素濃度センサ５５を通らないようにする必要がある。つまり、酸素濃度センサ５５が、第１通路５０Ａ内に配設されるか、あるいは、第１通路５０Ａの下流側端部の近傍に配設される必要がある。このような位置関係とする理由は、後に詳細に説明するように、排気通路内で発生した凝縮水は、第２通路５０Ｂ側にのみ流れるように工夫されている。従って、第２通路５０Ｂを流れる排気は酸素濃度センサ５５を通らずに、第１通路５０Ａを流れる排気のみが酸素濃度センサ５５を通るようにするためである。
【００６１】
そして、仕切り板１００には第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する複数の連通孔１０１が設けられている。この連通孔１０１の下側には、下方に向かって傾斜した壁１０２が設けられ、これら連通孔１０１と壁１０２によって、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する連通路を形成している。そして、壁１０２の上面は排気の流れる方向に向かうにつれて下方に傾斜する傾斜面１０２ａで構成されている。これにより、連通路の第２通路５０Ｂ側への開口部は下流側（排気の流れにおける下流側）に向いている。なお、図中矢印は排気の流れる方向を示している。
【００６２】
以上の構成により、第１通路５０Ａ側で排気中の水分が凝縮されてできた水は、仕切り板１００の上面に溜まっていくが、水滴の大きさがある程度大きくなると、壁１０２の上面の傾斜面１０２ａに沿って重力によって流れていく。このように、第１通路５０Ａ側の水Ｗ１は、傾斜面１０２ａによって第２通路５０Ｂ側へと導かれ移動される。ここで、連通孔１０１の下部に壁１０２が設けられていることから、連通孔１０１内に水が表面張力によって溜まってしまうことはなく、連通孔１０１内にある水Ｗ１は好適に壁１０２の上面の傾斜面１０２ａに沿って流されていく。また、本実施の形態では、仕切り板１００の上流側端部１０３を下側に湾曲させている。これにより、この上流側端部１０３に水が表面張力によって付着されることも効果的に抑制している。
【００６３】
このように、本実施の形態の構成により、第１通路５０Ａ側に滞留する凝縮水を低減させることができる。従って、振動や排気の流れによって、酸素濃度センサ５５に向かって飛散される水を低減させることが可能となる。
【００６４】
また、第２通路５０Ｂ側で排気中の水分が凝縮されてできた水や、第１通路５０Ａ側から移動されてきた水は第２通路５０Ｂの床に滞留する。このようにして滞留された水Ｗ２は、振動や排気によって飛散されるおそれがある。しかし、飛散された水は、仕切り板１００の平板部分の下面によって遮られて第１通路５０Ａ側には移動されない。また、上記の通り第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂとを連通する連通路が設けられているものの、飛散された水は、壁１０２の下面によって遮られるため、連通路を抜けて第１通路５０Ａ側に移動されることはない。つまり、壁１０２の下面は第２通路５０Ｂ側から飛散した水の連通路内部への進入を遮る遮り部（遮り面１０２ｂ）として機能している。ここで、飛散される水の殆どは、排気の流れる方向に向かって飛散される。これに対して、本実施の形態では、連通路の第２通路５０Ｂ側への開口部が上記の通り下流側に向いているため、飛散された水が連通路内部へ進入することを効果的に抑制している。
【００６５】
このように、本実施の形態の構成により、第２通路５０Ｂ側で飛散した水が第１通路５０Ａ側に移動することを抑制させることができる。従って、振動や排気の流れによって、酸素濃度センサ５５に向かって飛散される水を抑制させることが可能となる。
【００６６】
なお、連通路の個数や大きさに関しては適宜設定することができるが、連通路における第１通路５０Ａ側の開口部の配置位置（本実施の形態では連通孔１０１の配置位置）に関しては、酸素濃度センサ５５の位置よりも上流側に多く設けるのが望ましい。その理由は、上記の通り、飛散される水の殆どは、排気の流れる方向に向かって飛散されるため、酸素濃度センサ５５の位置よりも上流側でなるべく滞留水を低減させることが望ましいからである。
【００６７】
以上のように、第１通路５０Ａ側に滞留する滞留水を低減させたこと、及び第２通路５０Ｂ側から第１通路５０Ａ側に水が移動することを抑制させたことが相俟って、検出素子５５Ａやヒータ５５Ｂに向かって水が飛散していくことを効果的に抑制できる。これにより、検出素子５５Ａやヒータ５５Ｂに水が触れてしまうことを防止できる。従って、これらが破損してしまうことを防止できる。また、検出素子５５Ａが水の付着によって温度が低下してしまうことを防止できることから、検出精度の低下を防止できる。そして、これに伴って、安定した排気空燃比制御及び浄化性能を実現することができる。
【００６８】
（第２の実施の形態）
図７には、本発明の第２の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形態では、排気通路内に仕切り板を設けることで上下の通路を形成する場合の構成を示した。これに対して、本実施の形態では分岐した排気管を設けることで上下の通路を形成する場合の構成を示す。上下の通路相互における凝縮水の移動（一方通行移動）に関する原理については、上記第１の実施の形態と同様であるので、詳細説明は適宜省略する。図７は本発明の第２の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００６９】
本実施の形態では、図示のように、排気通路の一部を一旦分岐させて再び元に戻す分岐通路を形成する分岐管１１０が設けられている。この分岐管１１０によって、上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。本実施の形態でも第１通路５０Ａ側に酸素濃度センサ５５が配設される。
【００７０】
そして、排気管５０の本体部分と分岐管１１０との間には、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂとを連通する複数（ここでは説明簡単のため２つ）の連通管１１１，１１２が設けられている。これらの連通管１１１，１１２の管内によって第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する連通路を形成している。そして、これら連通管１１１，１１２は排気の流れる方向に向かうにつれて下方に傾斜するように配設されている。
【００７１】
以上の構成により、本実施の形態においても上記第１の実施の形態の場合と同様の連通路が形成され、第１の実施の形態の場合と同様の原理により、第１通路５０Ａ側の水を低減すると共に、第２通路５０Ｂ側の水が第１通路５０Ａ側に移動されることを抑制でき、同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（第３の実施の形態）
図８には本発明の第３の実施の形態が示されている。上記第２の実施の形態では、分岐させた管と排気管本体部分との間には隙間があり、連通路はこれらの管を結ぶ連通管によって構成する場合を示した。これに対して、本実施の形態では、２つの管の間には隙間なく、２つの管の間は管の壁によって隔てられており、連通路は壁に形成した連通孔によって構成する場合を示す。図８は本発明の第３の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００７３】
本実施の形態では、図示のように、排気通路の一部を一旦分岐させて再び元に戻す分岐通路を形成する分岐管１２０が設けられている。この分岐管１２０によって、上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。本実施の形態でも第１通路５０Ａ側に酸素濃度センサ５５が配設される。
【００７４】
そして、本実施の形態では、上下の管の間は管の壁１２１で隔てるように構成されている。そして、この壁１２１に、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂとを連通する複数の連通孔１２２が設けられている。この連通孔１２２によって第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する連通路を形成している。そして、これら連通孔１２２は排気の流れる方向に向かうにつれて下方に傾斜するように設けられている。
【００７５】
以上の構成により、本実施の形態においても上記第１の実施の形態の場合と同様の連通路が形成され、第１の実施の形態の場合と同様の原理により、第１通路５０Ａ側の水を低減すると共に、第２通路５０Ｂ側の水が第１通路５０Ａ側に移動されることを抑制でき、同様の効果を得ることができる。
【００７６】
（第４の実施の形態）
図９及び図１０には第４の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形態では、排気通路内に仕切り板を設けることで２つの通路を形成する場合の構成を示した。これに対して、本実施の形態では２重管構造とすることで２つの通路を形成する場合の構成を示す。２つの通路相互における凝縮水の移動（一方通行移動）に関する原理については、上記第１の実施の形態と同様であるので、詳細説明は適宜省略する。図９は本発明の第４の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。図１０は本発明の第４の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００７７】
本実施の形態においては、排気管５０内に、排気管５０よりも小径である小径管１３０を、排気管５０と同心的に配設させる構成とした。この小径管１３０によって、この小径管１３０内の第１通路５０Ａと小径管１３０と排気管５０との間の隙間により構成される第２通路５０Ｂが形成されている。この小径管１３０と酸素濃度センサ５５との位置関係等については、上記第１の実施の形態における仕切り板１００と酸素濃度センサ５５との位置関係等と同様である。本実施の形態では、酸素濃度センサ５５は、排気管５０の天井部分から小径管１３０の内部にまで突き抜けるように配設されている。そして、水が触れると問題となってしまう検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂの部分は、小径管１３０内に配設される。従って、第１通路５０Ａの排気は検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂの部分を通るが、第２通路５０Ｂの排気は検出素子５５Ａ及びヒータ５５Ｂの部分を通らないことになる。
【００７８】
そして、小径管１３０の下側部分には、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する複数の連通孔１３１が設けられている。この連通孔１３１の下側には、下方に向かって傾斜した壁１３２が設けられ、これら連通孔１３１と壁１３２によって、第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する連通路を形成している。つまり、小径管１３０の下側部分が上記第１の実施の形態における仕切り板に相当し、連通孔１３１及び壁１３２についても、上記第１の実施の形態における仕切り板に設けられたものと同様である。
【００７９】
以上の構成により、本実施の形態においても上記第１の実施の形態の場合と同様の連通路が形成され、第１の実施の形態の場合と同様の原理により、第１通路５０Ａ側の水を低減すると共に、第２通路５０Ｂ側の水が第１通路５０Ａ側に移動されることを抑制でき、同様の効果を得ることができる。
【００８０】
（第５の実施の形態）
図１１及び図１２には第５の実施の形態が示されている。図１１は本発明の第５の実施の形態に係る排気管の概略図であり、（Ａ）はその一部破断斜視図であり、（Ｂ）は排気の流れ方向に垂直に切断した概略構成断面図である。図１２は本発明の第５の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００８１】
本実施の形態では、図示のように、排気管５０内に排気通路を上下に仕切る第１仕切り板１４１及び第２仕切り板１４２が設けられている。これらの仕切り板によって上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。これらの仕切り板を設ける範囲や、これらの仕切り板と酸素濃度センサ５５との位置関係については、上記第１の実施の形態で説明したのと同様であるので、その説明は省略する。
【００８２】
そして、第１仕切り板１４１は排気通路の幅方向の一端（図１１（Ｂ）では右側端部）から他端側（図１１（Ｂ）では左側）に向けて下方に傾斜するように配設されている。また、第２仕切り板１４２は排気通路の幅方向の他端から一端側に向けて下方に傾斜するように配設されている。そして、これらの仕切り板は、上下方向には図示のように第１仕切り板１４１と第２仕切り板１４２との間に隙間が設けられ、上下の通路を連通する連通路１４３を形成している。一方、幅方向に関しては、第１仕切り板１４１と第２仕切り板１４２との間には隙間は設けられず、一部が重なるように配設されている。
【００８３】
以上の構成により、第１通路５０Ａ側で排気中の水分が凝縮されてできた水は、第１仕切り板１４１あるいは第２仕切り板１４２の上面に溜まっていく。そして、水滴がある程度大きくなると、各仕切り板の上面側の傾斜面に沿って重力によって流れていく。そして、第１仕切り板１４１を流れていく水は、第２仕切り板１４２に落ち、また、第２仕切り板１４２を流れていく水は、各仕切り板の間の隙間で形成された連通路１４３を通って第２通路５０Ｂ側へ流れていく。
【００８４】
このように、本実施の形態の構成により、第１通路５０Ａ側に滞留する凝縮水を低減させることができる。従って、振動や排気の流れによって、酸素濃度センサ５５に向かって飛散される水を低減させることが可能となる。
【００８５】
また、第２通路５０Ｂ側で排気中の水分が凝縮されてできた水や、第１通路５０Ａ側から移動されてきた水は第２通路５０Ｂの床に滞留する。このようにして滞留された水Ｗ２は、振動や排気によって飛散されるおそれがある。しかし、飛散された水は、第１仕切り板１４１あるいは第２仕切り板１４２の下面によって遮られて第１通路５０Ａ側には移動されない。
【００８６】
このように、本実施の形態の構成により、第２通路５０Ｂ側で飛散した水が第１通路５０Ａ側に移動することを抑制させることができる。従って、振動や排気の流れによって、酸素濃度センサ５５に向かって飛散される水を抑制させることが可能となる。なお、第２通路５０Ｂ側で飛散した水が第１通路５０Ａ側に移動することを抑制するためには、第１仕切り板１４１と第２仕切り板１４２によって、幅方向に対しては隙間がないことが条件となる。そのため、第１仕切り板１４１と第２仕切り板１４２との間には、幅方向には重なる部分が原則必要となる。そして、この重なり部分が大きいほど、飛散した水の第１通路５０Ａ側への移動の抑制効果が高くなる。
【００８７】
以上のように、第１通路５０Ａ側に滞留する滞留水を低減させたこと、及び第２通路５０Ｂ側から第１通路５０Ａ側に水が移動することを抑制させたことが相俟って、検出素子５５Ａやヒータ５５Ｂに向かって水が飛散していくことを効果的に抑制できる。これにより、検出素子５５Ａやヒータ５５Ｂに水が触れてしまうことを防止できる。従って、これらが破損してしまうことを防止できる。また、検出素子５５Ａが水の付着によって温度が低下してしまうことを防止できることから、検出精度の低下を防止できる。そして、これに伴って、安定した排気空燃比制御及び浄化性能を実現することができる。
【００８８】
（第６の実施の形態）
図１３及び図１４には第６の実施の形態が示されている。図１３は本発明の第６の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。図１４は本発明の第６の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００８９】
本実施の形態では、図示のように、排気管５０内に排気通路を上下に仕切る仕切り板１５０が設けられている。この仕切り板１５０によって上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。この仕切り板１５０を設ける範囲や、この仕切り板１５０と酸素濃度センサ５５との位置関係については、上記第１の実施の形態で説明したのと同様であるので、その説明は省略する。
【００９０】
そして、仕切り板１５０には第１通路５０Ａと第２通路５０Ｂを連通する複数の連通孔１５１が設けられている。第１の実施の形態では、連通孔の下側に傾斜した壁が設けられているのに対して本実施の形態ではそのような壁が設けられていない点を除けば、上記第１の実施の形態の場合と同様であるので、その詳細説明は省略する。
【００９１】
本実施の形態の構成においても、第１通路５０Ａ側の水は連通孔１５１を通じて第２通路５０Ｂ側に落下するため、第１通路５０Ａ側で凝縮された水を積極的に第２通路５０Ｂ側に移動させることができる。また、第２通路５０Ｂ側から飛散した水を仕切り板１５０の連通孔１５１のない部分で第１通路５０Ａ側に移動してくることを抑制することができる。
【００９２】
従って、本実施の形態でも、第１通路５０Ａ側に滞留する水の低減効果、及び第２通路５０Ｂ側から第１通路５０Ａ側への水の移動を抑制する効果を期待できるため、上記第１の実施の形態と同様の効果を期待できる。
【００９３】
（第７の実施の形態）
図１５及び図１６には第７の実施の形態が示されている。図１５は本発明の第７の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。図１６は本発明の第７の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【００９４】
本実施の形態では、図示のように、排気管５０内に排気通路を上下に仕切る仕切り板１６０が設けられている。この仕切り板１６０によって上部の第１通路５０Ａと下部の第２通路５０Ｂが形成されている。この仕切り板を設ける範囲や、この仕切り板と酸素濃度センサ５５との位置関係については、上記第１の実施の形態で説明したのと同様であるので、その説明は省略する。
【００９５】
そして、本実施の形態における仕切り板１６０は下流側（排気の流れる方向）に向かうにつれて下方に傾斜するように配設されている。
【００９６】
本実施の形態の構成により、第１通路５０Ａ側で凝縮された水は、水滴がある程度大きくなると、仕切り板１６０の傾斜に沿って重力によって下方へと流れていき第１通路５０Ａの外部への流される。また、水滴が仕切り板１６０に沿って流されない程度の大きさで、仕切り板１６０上に付着したままの状態であっても、仕切り板１６０が下方に傾斜しているため、仕切り板１６０上の水滴に排気が直接当たりにくく、水が上方に飛散しにくくなる。そして、第２通路５０Ｂ側で飛散した水は仕切り板１６０の下面に当たり、第１通路５０Ａ側に移動することは確実に防止される。
【００９７】
このように、本実施の形態では、第１通路５０Ａ側の水の滞留を低減できる効果が期待され、また、第１通路５０Ａ側での水の飛散を抑制できる効果が期待できる。そして、第２通路５０Ｂ側の水が第１通路５０Ａ側に移動することを確実に防止できる。
【００９８】
（その他）
これまで説明した各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせることで、相乗効果を期待することができる。例えば、第５の実施の形態で示した、２つの仕切り板に、第１の実施の形態で示した連通孔及び壁で構成される連通路を形成することが考えられる。また、第７の実施の形態で示した、傾斜する仕切り板に、第１の実施の形態で示した連通孔及び壁で構成される連通路を形成することが考えられる。
【００９９】
また、これまで説明した各実施の形態においては、排気中の成分を検出するセンサとして酸素濃度センサを一例に挙げて説明した。しかし、本発明においては、酸素濃度センサに限らず、ＮＯｘセンサ，ＨＣセンサ、あるいはＣＯセンサ等、各種排気中の成分を検出するセンサに対して有効に適用可能である。また、上記実施の形態においては、内燃機関としてディーゼルエンジンの場合を例にして説明したが、本発明は、勿論、ガソリンエンジンの場合にも適用可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、センサ素子付近の水の滞留を低減できる。また、センサ素子付近への水の飛散を抑制することができる。そして、これらによって、センサ素子に水が触れることを防止することができる。また、これにより、センサ素子の破損を防止すると共に、センサの検出精度の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る排気管が備えられた内燃機関の主要構成図である。
【図２】酸素濃度センサの主要部を示す概略構成図である。
【図３】酸素濃度センサの二電極間の印加電圧と電流の関係を示すグラフである。
【図４】酸素濃度センサの限界電流値と酸素濃度との対応関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る排気管の概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る排気管の概略図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【図１５】本発明の第７の実施の形態に係る排気管の一部破断斜視図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態に係る排気管における模式的断面図の一部である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
１１ シリンダ
１１ａ 天井
１２ ピストン
１２ａ 頭頂面
１３ 燃焼室
１４ コンロッド
１９ 吸気弁
２０ 排気弁
４０ 吸気管
４１ 吸気ポート
４２ スロットル弁
４２ａ アクチュエータ
５０ 排気管
５０Ａ 第１通路
５０Ｂ 第２通路
５１ 排気ポート
５４ 触媒ケーシング
５５ｈ ガス拡散体
５５ｄ ガス拡散体
５５ 酸素濃度センサ
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｆ 板材
５５ｄ，５５ｅ 電極
５５ｇ 電熱線
５５Ａ 検出素子
５５Ｂ ヒータ
６０ 燃料噴射弁
１００ 仕切り板
１０１ 連通孔
１０２ 壁
１０２ａ 傾斜面
１０２ｂ 遮り面
１０３ 上流側端部
１１０ 分岐管
１１１，１１２ 連通管
１２０ 分岐管
１２１ 壁
１２２ 連通孔
１３０ 小径管
１３１ 連通孔
１３２ 壁
１４１ 第１仕切り板
１４２ 第２仕切り板
１４３ 連通路
１５０ 仕切り板
１５１ 連通孔
１６０ 仕切り板
Claims (8)
- 排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路と、
前記センサ素子部の上流側から下流側に向けて、該センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路と、
第１通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水は第２通路側に移動され、かつ、第２通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水及び第１通路側から移動された水は第１通路側に移動されることが抑制されている、第１通路と第２通路とを連通する連通路と、を備えることを特徴とする排気管。 - 排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路と、
前記センサ素子部の上流側から下流側に向けて、該センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路と、
第１通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水を第２通路側に導く傾斜部を有する、第１通路と第２通路を連通する連通路と、
第２通路側から飛散した水の該連通路の内部への進入を遮る遮り部と、を備えることを特徴とする排気管。 - 排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を通る排気の流れを形成する第１通路と、
前記センサ素子部の上流側から下流側に向けて、該センサ素子部を通らない排気の流れを形成する第２通路と、
第１通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水を第２通路に導く傾斜部を有し、かつ、第２通路側への開口部が下流側に向いている、第１通路と第２通路を連通する連通路と、を備えることを特徴とする排気管。 - 前記連通路の第１通路側の開口部は、前記センサ素子部よりも上流側に設けられることを特徴とする請求項１，２または３に記載の排気管。
- 排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を含む範囲、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路内を上下の通路に仕切る仕切り板を備え、
該仕切り板に、
上下の通路を連通する連通孔と、
該連通孔の下側に、その上面が上部の通路側で排気中の水分が凝縮されてできた水を下部の通路に導く傾斜面で構成され、その下面が下部の通路側から飛散した水の前記連通孔への進入を遮る遮り面で構成された壁と、を設けることを特徴とする排気管。 - 排気通路の上部に設けられたセンサであって、排気中の成分を検出するセンサのセンサ素子部を含む範囲、あるいは、該センサ素子部の近傍よりも上流側に、排気通路の幅方向の一端から他端側に向けて下方に傾斜する傾斜部を有する第１仕切り板と、排気通路の幅方向の他端から一端側に向けて下方に傾斜する傾斜部を有する第２仕切り板と、を設け、これらの仕切り板によって排気通路内を上下に仕切ると共に、
これらの仕切り板は、上下方向には第１仕切り板と第２仕切り板との間に隙間が設けられて排気通路の上下を連通する連通路が形成され、かつ、幅方向には第１仕切り板と第２仕切り板との間に隙間がないように配設されていることを特徴とする排気管。 - 前記連通孔の上側の通路への開口部は、前記センサ素子部よりも上流側に設けられることを特徴とする請求項５に記載の排気管。
- 請求項１〜７のいずれか一つに記載の排気管が備えられ、
該排気管に配設されたセンサによる検出結果に基づいて、排気ガス成分の制御が行われることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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