JP4394851B2 - エンジンの酸素濃度センサ取付構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのエキゾーストマニホールドの出口開口部に接続された排気管に酸素濃度センサを取り付けるエンジンの酸素濃度センサ取付構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサで検出し、この酸素濃度に基づいてエンジンの燃料噴射量を制御する技術は周知である。従来、多気筒エンジンでは、エキゾーストマニホールドの集合部の下流側に接続された排気管に酸素濃度センサを設けるのが一般的であり、この場合、エキゾーストマニホールドを構成する複数の排気単管の長さを均一にすることで、各燃焼室から排出される排気ガスの寄与度を平均化して酸素濃度の検出精度を向上させることが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンルームにクランクシャフトを左右方向に向けて横置きに配置した多気筒エンジンでは、複数の排気単管の長さを均一にすることは比較的に容易であるが、クランクシャフトを前後方向に向けて縦置きに配置した多気筒エンジンでは、車体前方側の燃焼室に連なる排気単管が長くなり、車体後方側の燃焼室に連なる排気単管が短くなることが避けられない。その結果、エキゾーストマニホールドの集合部の下流側に接続された排気管に酸素濃度センサを設けた場合、各燃焼室から排出される排気ガスの酸素濃度に対する寄与度にばらつきが発生し、酸素濃度の検出精度が低下する問題がある。
【0004】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エキゾーストマニホールドの複数の排気単管の長さが不均一であっても、その下流の排気管に設けた酸素濃度センサの検出精度を確保することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、エンジンのエキゾーストマニホールドの出口開口部に接続された排気管に酸素濃度センサを取り付けるエンジンの酸素濃度センサ取付構造において、エキゾーストマニホールドの複数の排気単管の出口端を相互に平行になるように束ねて出口開口部を形成し、該出口開口部に連なる排気管の湾曲部の湾曲方向内側に酸素濃度センサを取り付け、排気管の内部に位置する酸素濃度センサの検出部から、該検出部に最も近い位置における排気管の中心線と平行に直線を引いたとき、この直線がエキゾーストマニホールドの出口開口部を外れた位置を通ることを特徴とするエンジンの酸素濃度センサ取付構造が提案される。
【0006】
上記構成によれば、エキゾーストマニホールドの複数の排気単管の出口端を相互に平行になるように束ねて出口開口部を形成し、該出口開口部に連なる排気管の湾曲部の湾曲方向内側に酸素濃度センサを取り付け、酸素濃度センサの検出部から該検出部に最も近い位置における排気管の中心線と平行に直線を引いたとき、この直線がエキゾーストマニホールドの出口開口部を外れた位置を通るので、エキゾーストマニホールドから出た排気ガスを湾曲した排気管の内部で充分に混合させ、複数の排気単管の長さの差を補償して酸素濃度センサの検出精度を確保することができる。排気管の内部で排気ガスを充分に混合できるのは、エキゾーストマニホールドの出口開口部に対向する湾曲した排気管の内壁に排気ガスが衝突して拡散するためである。また酸素濃度センサを排気管の湾曲方向内側に取り付けたので、排気管の湾曲部に形成されるデッドスペースを有効利用してスペース効率を高めることができ、しかも酸素濃度センサを着脱する作業スペースを確保してメンテナンス性を高めることができる。
【0007】
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、エンジンが車両に搭載されており、酸素濃度センサは排気管のフロント側に配置されることを特徴とするエンジンの酸素濃度センサ取付構造が提案される。
【0008】
上記構成によれば、酸素濃度センサを排気管のフロント側に配置したので、車両の走行に伴う走行風で酸素濃度センサを冷却して耐久性を高めることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 図1〜図10は本発明の一実施例を示すもので、図1はV型8気筒エンジンの正面図、図2は図1の2方向矢視図、図3は図2に対応する分解図、図4は図1の4−4線断面図、図5は図4の5−5線断面図、図6は2の6−6線断面図、図7は第1カバー半体の単品図、図8は第2カバー半体の単品図、図9は図1の9−9線断面図、図10は4個の排気ポートから排出される排気ガスが酸素濃度の検出値に与える影響を示すグラフである。 図1に示すように、V型8気筒エンジンEはクランクシャフト11を車体前後方向に配置して自動車のエンジンルームに縦置きに搭載される。エンジンEはV型のシリンダブロック12と、このシリンダブロック12の上面に結合された左右一対のシリンダヘッド13,13と、両シリンダヘッド13,13の上面に結合された左右一対のヘッドカバー14,14と、シリンダブロック12の下面に結合されたクランクケース15と、クランクケース15の下面に結合されたオイルパン16とを備える。左右のシリンダヘッド13,13の取付面13a,13aに各々エキゾーストマニホールド17,17が結合されており、それらの周囲がカバー18,18で覆われる。左右のエキゾーストマニホールド17,17の下流には、短い排気管19,19を介して直下型の排気ガス浄化触媒装置20,20が結合される。左右のエキゾーストマニホールド17,17およびカバー18,18の外側に近接して、左右のフロントサイドフレームF,Fが前後方向に配置される。左右の排気系の構造は車体中心線に対して左右対称であるため、その代表として車体右側の排気系の構造を説明する。
【0010】
図2〜図9に示すように、エキゾーストマニホールド17は、シリンダヘッド13の取付面13aに結合される板状の取付フランジ21と、取付面13aに開口する4個の排気ポート22a〜22dに連通する4本の排気単管23a〜23dとを備える。カバー18は、エキゾーストマニホールド17に一体化された第1カバー半体24と、この第1カバー半体24に着脱自在に固定される第2カバー半体25とを備える。
【0011】
シリンダヘッド13の取付面13aには、少なくとも2本(実施例では2本)のスタッドボルト26,26と、複数個(実施例では5個)のねじ孔13b…とが形成される。一方、エキゾーストマニホールド17の取付フランジ21の外周縁には外向き(シリンダヘッド13から離反する方向)に突出する補強リブ21aが形成されるとともに、前記2本のスタットボルト26,26に対応する2個の切欠21b,21bと、前記5個のねじ孔13b…に対応する5個の貫通孔21c…とが形成される。取付フランジ21の下部の前後両端に設けられた2個の切欠21b,21bは下向きに開口しており、その部分で補強リブ21aが途切れている。
【0012】
しかして、前記2本のスタットボルト26,26に螺合する2個のナット27,27と、取付フランジ21の貫通孔21c…を貫通して取付面13aのねじ孔13b…に螺合する5個のボルト28…とにより、取付フランジ21がシリンダヘッド13に締結される。このとき、取付フランジ21とシリンダヘッド13との間にガスケット29(図5参照)が配置される。
【0013】
エキゾーストマニホールド17の取付フランジ21には、シリンダヘッド13の排気ポート22a〜22dに対応する位置に、環状を成す4個の補強リブ21d…が外向きに突出するように形成される。4個の補強リブ21d…の内周に第1カバー半体24の内端側の4個の環状部24a…がそれぞれ嵌合し、更にその内周に4本の排気単管23a〜23dの上流端がそれぞれ嵌合し、溶接30…(図5参照)により一体に結合される。また4本の排気単管23a〜23dの下流端が合流する集合部31が排気管19の上流端に溶接32(図3および図9参照)されており、第1カバー半体24の外端側に形成された半割円筒部24cが前記溶接部の近傍に溶接33される(図3参照)。第1カバー半体24は、エキゾーストマニホールド17の内面側、つまりエンジンE側の側面を覆うように配置される。
【0014】
第2カバー半体25はエキゾーストマニホールド17のフロントサイドフレームF側の側面を覆うもので、第1カバー半体24に3本のボルト34,35,36で着脱自在に固定される。3本のボルト34,35,36は第2カバー半体25の3個の貫通孔25a,25b,25cを貫通し、第1カバー半体24の貫通孔24b…を貫通して内面のウエルドナット37,38,39に螺合される(図6参照)。第2カバー半体25を第1カバー半体24に結合した状態で、その外端部に形成された半割円筒部25dは第1カバー半体24の半割円筒部24cと協働して排気管19の上流端を取り囲む。第1カバー半体24および第2カバー半体25には開口24d,25eが形成されており、取付フランジ21をシリンダヘッド13に締結する5本のボルト28…のうちの1本が前記開口24d,25eを通して着脱される。
【0015】
図9から明らかなように、排気管19は約60°湾曲しており、その湾曲方向内側に排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ40が設けられる。酸素濃度センサ40の先端の検出部40aを通り、その検出部40aに最も近い排気管19の中心線Cに平行な直線Lを引いたとき、直線Lはエキゾーストマニホールド17の下流端の出口開口部17aの範囲から外れている。つまり、排気管19は強く湾曲しており、かつ排気濃度センサ40は排気管19の下流寄りの位置に配置されている。図1から明らかなように、排気濃度センサ40は排気管19のフロント側の面、つまり車両が走行する際に走行風が最も効率良く当たる位置に設けられる。
【0016】
車体に搭載したエンジンEにエキゾーストマニホールド17を取り付けるとき、フロントサイドフレームFがシリンダヘッド13の側方に近接して配置されているため、エキゾーストマニホールド17をシリンダヘッド13の取付面13aに直交する方向に移動させて取り付けることができない。そこで本実施例では、先ずエキゾーストマニホールド17を後方から前方に移動させてシリンダヘッド13およびフロントサイドフレームF間に挿入した後、エキゾーストマニホールド17の取付フランジ21がシリンダヘッド13の取付面13aに沿って移動するようにエキゾーストマニホールド17を上方から下方に移動させる(図1および図4の矢印A参照)。すると、取付フランジ21に形成した下向きに開口する2個の切欠21b,21bがシリンダヘッド13の2本のスタッドボルト26,26に係止され、エキゾーストマニホールド17がシリンダヘッド13に仮固定される。この状態で2本のスタッドボルト26,26にナット27,27を螺合するとともに、5本のボルト28…を取付フランジ21の貫通孔21c…を貫通させてシリンダヘッド13のねじ孔13b…に螺合することで、エキゾーストマニホールド17がシリンダヘッド13の締結される。
【0017】
このように、エキゾーストマニホールド17をシリンダヘッド13の取付面13aに直交する方向に移動させることなく、前記取付面13aに沿う方向に移動させることでシリンダヘッド13に締結することができるので、フロントサイドフレームFと干渉することなくシリンダヘッド13にエキゾーストマニホールド17を取り付けることができる。しかも取付フランジ21の切欠21b,21bをシリンダヘッド13のスタッドボルト26,26に係止してエキゾーストマニホールド17をシリンダヘッド13に仮固定することができるので、それに続くナット27,27およびボルト28…の螺合作業を容易に行うことができる。
【0018】
更に、切欠21b,21bが下向きに開放しているので、スタッドボルト26,26によるエキゾーストマニホールド17の支持が安定するだけでなく、切欠21b,21bが取付フランジ21の両端部に形成されているのでエキゾーストマニホールド17の支持が一層安定する。またエキゾーストマニホールド17の取付フランジ21に一体に溶接された第1カバー半体24の環状部24a…の外側を囲むようにスタッドボルト26,26およびねじ孔13b…が配置されるので、第1カバー半体24に邪魔されることなくナット27,27およびボルト28…の螺合作業を行うことができる。しかも4本の排気単管23a〜23dが口元から完全にカバー18に覆われるので、排気ガスの熱の放射および排気騒音の放射を効果的に抑制することができる。
【0019】
尚、エキゾーストマニホールド17の取り外し作業は、上述した取り付け作業と逆の手順で行うことができ、この場合にもエキゾーストマニホールド17がフロントサイドフレームFと干渉するのを防止することができる。
【0020】
またエキゾーストマニホールド17の取付フランジ21の外周部に設けた補強リブ21aがシリンダヘッド13から離反する方向に突出しているので、高温の排気ガスが流れる排気単管23a〜23dから上下方向に放射される熱を前記補強リブ21aで遮断し、シリンダブロック12およびシリンダヘッド13間に配置されたガスケットや、シリンダヘッド13およびヘッドカバー14間に配置されたガスケットの耐久性を高めることができる。更に、前記補強リブ21aは取付フランジ21の切欠21b,21bに連なる位置まで延びているため、切欠21b,21bを形成したことによる取付フランジ21の剛性低下を最小限に抑えることができる。
【0021】
またカバー18がエキゾーストマニホールド17の車体外側および下側を覆う部分(つまり第2カバー半体25)は水や泥が付着するために腐食が発生し易いが、第2カバー半体25がエキゾーストマニホールド17と一体の第1カバー半体24に対して着脱可能であるため、腐食した第2カバー半体25だけを交換して維持費を節減することができる。 ところで、酸素濃度センサ40が取り付けられた排気管19には4本の排気単管23a〜23dから排気ガスが流入するが、本来は4個の排気ポート22a〜22dから排出される排気ガスの酸素濃度に対する寄与率が各々25%になるべきところ、図10(a)に示すように、従来のものは酸素濃度センサ40の検出値に与える影響が各々の排気単管23a〜23d毎に異なってしまい、酸素濃度の精密な検出が困難であった。その理由は、V型8気筒エンジンEを縦置きすると4本の排気単管23a〜23dの長さに差が生じることが避けられないため、酸素濃度センサ40の取り付け位置や、それが取り付けられる排気管19の形状が不適切であると、4本の排気単管23a〜23dから排気管19に供給される排気ガスが均等に酸素濃度センサ40に作用しないからである。
【0022】
このような不具合を解消するには、排気管19の曲率を増加させ、かつ排気管19の下流側に酸素濃度センサ40を設けることで、4本の排気単管23a〜23dから流入する排気ガスを排気管19の内壁に衝突させて充分に攪拌した状態で酸素濃度センサ40に作用させることが必要である。これに必要な排気管19の曲がりの程度と酸素濃度センサ40の取り付け位置とが満たす条件は、前述したように、酸素濃度センサ40の先端の検出部40aを通り、その検出部40aに最も近い排気管19の中心線Cに平行な直線Lを引いたとき、直線Lがエキゾーストマニホールド17の下流端の出口開口部17aの範囲から外れていることである(図9参照)。この条件を満たすことにより、図10(b)に示すように、4個の排気ポート22a〜22dから排出される排気ガスの酸素濃度に対する寄与率を各々25%に近づけることができる。
【0023】
また排気管19の湾曲方向内側に酸素濃度センサ40を設けたので、排気管19の湾曲方向内側のデッドスペースを有効利用して酸素濃度センサ40を配置することができ、しかも酸素濃度センサ40を着脱するための工具を操作するスペースを確保してメンテナンス性を高めることができる。また排気管19のフロント側の走行風が最も効率良く当たる位置に酸素濃度センサ40を設けたことで、酸素濃度センサ40を効果的に冷却して耐久性を高めることができる。
【0024】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0025】
例えば、実施例ではV型8気筒エンジンEを例示したが、本発明は気筒数が異なるV型エンジンや直列多気筒エンジンに対しても適用することができる。
【0026】
また本発明は車両に縦置きに搭載したエンジンEに適用した場合に最も効果的であるが、車両用以外のエンジンや車両に横置きに搭載したエンジンに対しても適用することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上のように請求項1に記載された発明によれば、エキゾーストマニホールドの複数の排気単管の出口端を相互に平行になるように束ねて出口開口部を形成し、該出口開口部に連なる排気管の湾曲部の湾曲方向内側に酸素濃度センサを取り付け、酸素濃度センサの検出部から該検出部に最も近い位置における排気管の中心線と平行に直線を引いたとき、この直線がエキゾーストマニホールドの出口開口部を外れた位置を通るので、エキゾーストマニホールドから出た排気ガスを湾曲した排気管の内部で充分に混合させ、複数の排気単管の長さの差を補償して酸素濃度センサの検出精度を確保することができる。排気管の内部で排気ガスを充分に混合できるのは、エキゾーストマニホールドの出口開口部に対向する湾曲した排気管の内壁に排気ガスが衝突して拡散するためである。また酸素濃度センサを排気管の湾曲方向内側に取り付けたので、排気管の湾曲部に形成されるデッドスペースを有効利用してスペース効率を高めることができ、しかも酸素濃度センサを着脱する作業スペースを確保してメンテナンス性を高めることができる。
【0028】
また請求項2に記載された発明によれば、酸素濃度センサを排気管のフロント側に配置したので、車両の走行に伴う走行風で酸素濃度センサを冷却して耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 V型多気筒エンジンの正面図
【図2】 図1の2方向矢視図
【図3】 図2に対応する分解図
【図4】 図1の4−4線断面図
【図5】 図4の5−5線断面図
【図6】 2の6−6線断面図
【図7】 第1カバー半体の単品図
【図8】 第2カバー半体の単品図
【図9】 図1の9−9線断面図
【図10】 4個の排気ポートから排出される排気ガスが酸素濃度の検出値に与える影響を示すグラフ
【符号の説明】
C 排気管の中心線
E エンジン
L 排気管の中心線と平行に引いた直線
17 エキゾーストマニホールド
17a 出口開口部
19 排気管
23a〜23d 排気単管
40 酸素濃度センサ
40a 検出部
Claims (2)
- エンジン(E)のエキゾーストマニホールド(17)の出口開口部(17a)に接続された排気管(19)に酸素濃度センサ(40)を取り付けるエンジンの酸素濃度センサ取付構造において、
エキゾーストマニホールド(17)の複数の排気単管(23a〜23d)の出口端を相互に平行になるように束ねて出口開口部(17a)を形成し、該出口開口部(17a)に連なる排気管(19)の湾曲部の湾曲方向内側に酸素濃度センサ(40)を取り付け、排気管(19)の内部に位置する酸素濃度センサ(40)の検出部(40a)から、該検出部(40a)に最も近い位置における排気管(19)の中心線(C)と平行に直線(L)を引いたとき、この直線(L)がエキゾーストマニホールド(17)の出口開口部(17a)を外れた位置を通ることを特徴とするエンジンの酸素濃度センサ取付構造。 - エンジン(E)が車両に搭載されており、酸素濃度センサ(40)は排気管(19)のフロント側に配置されることを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの酸素濃度センサ取付構造。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001211008A JP4394851B2 (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | エンジンの酸素濃度センサ取付構造 |
US10/189,802 US6925862B2 (en) | 2001-07-11 | 2002-07-08 | Engine oxygen concentration sensor mounting structure |
Applications Claiming Priority (1)
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