JP4710876B2 - エンジンの排気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの排気装置に関する。
多気筒エンジンに接続される排気マニホールドは、各気筒の排気ポートに接続された複数の分岐管と、各分岐管内を通過した排気が集合する集合空間を内部に備えた集合部とを有している。そうして、従来より、エンジン中で燃焼される混合気を理論空燃近傍に制御すべく、前記集合空間内を通過する排気の酸素濃度を検出することが行われている。
例えば、特許文献1には、複数の分岐管と集合部とが上下半割の2つの扁平な成形部材によって構成された排気マニホールドが開示されている。この排気マニホールドにおいて、各分岐管と集合部とは、排気ポートと略同じ高さに配置され、上側の成形部材には、前記排気の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを取り付けるための取付ボス部が形成されている。
また、特許文献2には、集合部が多気筒エンジンの排気ポートよりも下方に配置された排気マニホールドが開示されている。この排気マニホールドにおいて、多気筒エンジンの排気ポートに接続された各分岐管は、集合部へ向かって下方へ延びて、下端が集合部の上壁に接続されている。そうして、前記集合部の上壁には、各分岐管の下端が接続された位置の中心において、前記排気の酸素濃度を検出する酸素濃度センサが取り付けられている。
特開2000−204945号公報 特開平7−097921号公報
ところで、前記分岐管の排気出口から集合空間へ流入した排気は、流路断面が拡大することで、分岐管内を通過する際に比して、拡散して流れるようになる。そうして、この拡散が生じることから、前記分岐管の排気出口から前記酸素濃度センサの検出部に至る排気流路が長くなるほど、前記検出部に到達する排気の酸素濃度は薄くなる。
ここで、特許文献1の排気マニホールドでは、各分岐管は、気筒列方向に並列した状態で、集合部のエンジン側に連なっている。このため、各分岐管の排気出口は、集合空間のエンジン側に開口しており、その開口位置は、分岐管が並列する方向に異なっている。また、前記取付ボス部は、前記上側成形部材において、前記分岐管が並列する方向の中央に形成されている。これは、集合部に形成される触媒コンバータの排気入口が、各気筒からの排気通路長のばらつきを最小にすべく、気筒列方向の中央に設置されるのに対応させるためである。この結果、酸素濃度センサの検出部は、集合空間において、分岐管の配列方向の中央に位置するものとなっている。以上のように各分岐管の排気出口と検出部とが配置されることから、特許文献1の排気マニホールドでは、各分岐管の排気出口から前記検出部に至る排気流路の長さに相違が生じている。具体的には、分岐管のうち外側の分岐管の排気出口から前記検出部に至る排気流路の長さは、内側の分岐管の排気出口から前記検出部に至る排気流路の長さよりも長くなっている。この結果、外側分岐管の排気出口を通過した排気は、内側分岐管の排気出口を通過した排気に比して、より拡散した状態で検出部に到達するため、各分岐管を通過した排気毎に、酸素濃度センサの感度のばらつきが生じてしまう。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、3つ以上の気筒が直列に配置された多気筒エンジンの各排気ポートにそれぞれ接続された複数の分岐管と、各前記分岐管の排気出口が開口する集合空間を内部に備えた集合部とが、上下半割の2つの扁平な板金成形部材によって構成されるとともに、酸素濃度センサの検出部が、前記集合空間内で前記分岐管の並列方向の中央に配置されたエンジンの排気装置であって、各前記分岐管の排気出口から前記検出部に至る排気流路の長さが均一になる排気装置を提供することにある。
請求項1の発明は、前記複数の排気出口が開口するとともに、前記酸素濃度センサの検出部が配置される集合空間内に、前記気筒列方向に並ぶ複数の分岐管のうち前記内側の分岐管の排気出口から前記検出部に直接流れる排気を遮るガス誘導部材を設けたものである。
具体的には、3つ以上の気筒が直列に配置された多気筒エンジンの各排気ポートにそれぞれ接続された複数の分岐管と、各前記分岐管の排気出口が開口する集合空間を内部に備えた集合部とが上下半割の2つの扁平な板金成形部材によって構成される排気マニホールドを有し、前記集合空間内における気筒列方向の中央位置に前記排気マニホールドの下流側に接続される触媒コンバータの排気入口が設けられ、各気筒から排出された排気ガスの酸素濃度を検出するために、上側の板金成形部材に酸素濃度センサが取り付けられ、前記酸素濃度センサの検出部が、前記集合空間内において、前記排気入口に対応して気筒列方向の中央に配置されるエンジンの排気装置であって、前記集合空間内には、各前記分岐管の排気出口から前記検出部に至る排気流路の長さを略均一にするためのガス誘導部材が設けられ、前記ガス誘導部材は、前記気筒列方向に並ぶ複数の分岐管のうち内側に位置する分岐管の排気出口と前記検出部との間に配置されて、前記内側の分岐管の排気出口から前記検出部に直接流れる排気を遮ることを特徴とする。
本発明によれば、ガス誘導部材によって、前記内側の分岐管の排気出口から前記検出部に直接流れる排気が遮られることで、内側の分岐管の排気出口を通過した排気は、検出部には、直接には至らずに、ガス誘導部材を迂回して、検出部に到達する。このため、内側の分岐管の排気出口から酸素濃度センサの検出部に至る排気流路の長さは、ガス誘導部材が設けられていない場合に比して、前記迂回の分長くなる。これに対して、排気出口から酸素濃度センサの検出部に至る排気流路の長さがもともと相対的に長い外側の分岐管の排気出口を通過した排気は、ガス誘導部材に遮られることがないため、排気流路の長さは、ガス誘導部材が設けられていない場合に比して変わらない。従って、集合空間内において、各分岐管の排気出口から酸素濃度センサの検出部に至る排気流路の長さは、ほぼ均一になる。これにより、各分岐管を通過した排気が、集合空間内で拡散する程度は、ほぼ等しくなるため、各分岐管を通過した排気毎に生じる酸素濃度センサの感度のばらつきは、小さくなる。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記ガス誘導部材は、前記集合空間内において、前記検出部に対して前記内側分岐管の排気出口側に立設する壁体であって、平面視で、前記検出部を取り囲むように、前記内側分岐管の排気出口側に凸となる扇状又は半円状を呈していることを特徴とする。
本発明によれば、前記ガス誘導部材が、平面視で、前記内側分岐管の排気出口側に凸となる扇状又は半円状を呈していることから、前記内側分岐管を通過した排気は、前記ガス誘導部材の湾曲壁面に沿って流れるようになる。これにより、排気の流れに対する前記ガス誘導部材による抵抗は小さくなるため、前記内側分岐管を通過した排気は、前記ガス誘導部材によって滑らかに誘導される。
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記触媒コンバータは、筒体によって上流部が構成されるとともに、前記筒体の一端に排気入口が形成され、前記筒体は、前記排気入口が前記集合空間に開口するように、前記下側板金成形部材に形成された貫通孔に内挿され、前記検出部は、前記排気入口の上方に位置し、前記ガス誘導部材は、前記筒体の前記流入部側の筒壁が前記下側板金成形部材の上面から上方へ所定長さ延びていることによって形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、触媒コンバータを構成する筒体の筒壁によって、前記ガス誘導部材が形成されていることから、排気マニホールドを構成する部品の点数を増やすことなく、前記ガス誘導部材を排気マニホールドに設けることができる。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか1つにおいて、前記多気筒エンジンは、4つの気筒が直列に配置されたエンジンであり、前記内側分岐管は、前記4気筒エンジンの気筒列方向に並ぶ4つの分岐管のうち内側に位置する2つの分岐管であり、前記ガス誘導部材は、前記2つの分岐管の排気出口と前記検出部との間に配置されて、前記2つの分岐管の排気出口から前記検出部に直接流れる排気を遮ることを特徴とする。
本発明によれば、前記多気筒エンジンが4つの気筒を有していることにより、前記多気筒エンジンの排気ポートに接続される分岐管は4つとなるが、前記ガス誘導部材は、前記4つの分岐管のうち気筒列方向の内側に位置する前記2つの分岐管の排気出口と前記検出部との間に配置され、前記2つの分岐管の排気出口から前記検出部に直接流れる排気を遮る。このため、前記2つの分岐管の排気出口を通過した排気は、ガス誘導部材を迂回するように流れて、検出部に向かう。この結果、前記内側の2つの分岐管の排気出口から酸素濃度センサの検出部に至る排気流路の長さは、ガス誘導部材が設けられていない場合に比して、ガス誘導部材を迂回する分長くなる。これに対して、前記4つの分岐管のうち外側の2つの分岐管の排気出口を通過した排気は、ガス誘導部材に遮られることがないため、排気流路の長さは、ガス誘導部材が設けられていない場合に比して変わらない。これにより、前記4つの分岐管の各排気出口から酸素濃度センサの検出部に至る排気流路の長さは、ほぼ均一になる。
請求項1の発明によれば、集合空間内において、各分岐管の排気出口から酸素濃度センサの検出部に至る排気流路の長さは、ほぼ均一になる。これにより、各分岐管を通過した排気が、集合空間内で拡散する程度は、ほぼ等しくなるため、各分岐管を通過した排気毎に生じる酸素濃度センサの感度のばらつきは、小さくなる。
請求項2の発明によれば、排気の流れに対する前記ガス誘導部材による抵抗は小さくなるため、前記内側分岐管を通過した排気は、前記ガス誘導部材によって滑らかに誘導される。
請求項3の発明によれば、前記排気マニホールドを構成する部品の点数を増やすことなく、前記ガス誘導部材を前記排気マニホールドに設けることができる。
請求項4の発明によれば、前記4気筒エンジンの排気ポートに接続される4つの分岐管の各排気出口から酸素濃度センサの検出部に至る排気流路の長さは、ほぼ均一になる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の排気装置1がエンジン10に接続された状態を示す側面図であり、図2は、同状態を示す平面図であり、図3は、同状態を示す後面図である。
排気装置1は、エンジン10に接続された排気マニホールド3と、該排気マニホールド3に接続された触媒コンバータ5とを備えている。
エンジン10は、4つの気筒が直列に配置された多気筒エンジンであり、エンジンルーム内にクランクシャフトが車幅方向に延びるように横置きに配置され、図2に示すように、気筒A,B,C,Dの排気ポートa,b,c,dが、車両後方側に向けて配置されている。
排気マニホールド3は、気筒A,B,C,D毎に設けられる分岐管22,23,24,25と、分岐管22,23,24,25内を通過した排気が集合する集合部11とを有し、エンジン10の車両後方側において、排気ポートa,b,c,dと略同じ高さに位置している。
分岐管22,23,24,25と集合部11とは、上下半割の2つの扁平な板金成形部材15,17を接合することによって形成されている。すなわち、分岐管22,23,24,25と集合部11とは一体に形成されたものであって、分岐管22,23,24,25と集合部11において、上半部は、上側板金成形部材15によって構成され、下半部は、下側板金成形部材17によって構成されている。
図2に示すように、分岐管22,23,24,25は、気筒A,B,C,Dの配列方向に並んでおり、上流端がそれぞれ排気ポートa,b,c,dに接続され、下流端が集合部11のエンジン10側に連なっている。
触媒コンバータ5は、上流部を構成するコーン部19と、コーン部19の下流部に連通し、内部に触媒担体を保持する触媒ケース21と、該触媒ケース21の下流端から上方へ屈曲する屈曲管23とを備えている。コーン部19は、下流側に行くに従って径が拡大しており、その上端が、集合部11の下部に接続されている。
図4は、上側の板金成形部材15を切断除去した状態の排気装置1を示す平面図であり、図5は、図3のJ−J線に沿って切断した断面図であり、図6は、図1のI−I線に沿って切断した断面図である。
集合部11は、分岐管22,23,24,25の排気出口27,29,31,33が開口する集合空間35を内部に備えている。ここで、分岐管22,23,24,25が気筒列方向に並んだ状態で集合部11のエンジン10側に連なっていることから、排気出口27,29,31,33は、全て集合空間35のエンジン10側(前側)に開口しており、その開口位置は、分岐管22,23,24,25の配列方向(図に示す左右方向に対応)に異なっている。より詳細には、分岐管22,23,24,25のうち、内側の気筒に対応する気筒B,Cに接続される分岐管23,24は、車両の後方に向かって延びていて、その排気出口29,31が、後方に開口している。これに対し、外側の気筒に対応する気筒A,Dに接続される分岐管22,25は、車両後方に延びた後、車幅方向の内方に向かって延びていて、その排気出口27,31が、分岐管23,24の排気出口29,31よりも車両後方位置において、排気出口29,31の左又は右方向に開口している。
また、図5及び6に示すように、コーン部19の上部には、触媒コンバータ5に排気を導入するコンバータ流入口37が形成されており、コンバータ流入口37が集合空間35に開口するように、コーン部19の上部は、下側の板金成形部材17に形成された貫通孔38に対し、その下側から上向きに挿入されている。
また、図6に示すように、上側の板金成形部材15において、分岐管22,23,24,25の並列方向(図6の左右方向に対応)の中央には、酸素濃度センサ39が取り付けられている。
図4〜6において、41は、酸素濃度センサ39の検出部を示しており、上述のように酸素濃度センサ39が上側の板金成形部材15に取り付けられることで、検出部41は、図4に示すように、集合空間35内において、分岐管22,23,24,25の並列方向(図に示す左右方向に対応)の中央に位置している。このように、検出部41が位置することで、分岐管22,3,24,25のうち内側の分岐管23,24の排気出口29,31は、外側の分岐管22,25の排気出口27,33よりも検出部41に近接して位置している。また、検出部41は、コーン部19の上端が貫通孔38に挿入された状態で、コンバータ流入口37の上方に位置している。なお、排気マニホールド3から上側の板金成形部材15を除去した状態では、酸素濃度センサ39も上側板金成形部材15とともに除去されるものであるが、図5では、検出部41の位置を示すために、該当位置に検出部の符号41を示している。
そうして、集合空間35内には、気筒列方向に並ぶ分岐管22,23,24,25のうち内側に位置する分岐管23,24の排気出口29,31と検出部41との間にガス誘導部材43が配置されている。
ガス誘導部材43は、検出部41に対して分岐管23,24の排気出口29,31側に立設する壁体であって、図5,6に示すように、コーン部19の排気出口29,31側の筒壁が下側板金成形部材17の下端から上方へ所定長さ延びていることによって形成され、図4に示すように、平面視で、検出部41を取り囲むように、排気出口29,31側に凸となる扇状を呈している。
このガス誘導部材43が集合空間35内に立設することで、図4に示すように、検出部41の周囲において排気出口29,31側では、ガス誘導部材43が検出部41を囲むように存在しており、また、排気出口29,31と反対側では、集合空間35の壁との間に隙間45が生じている。また、図5,6に示すように、集合空間35の天井、すなわち上側の板金成形部材15の下面とガス誘導部材43の上端との間には、所定幅の隙間47が存在している。
以上の構成を有する排気装置において、エンジン10からの排気は、分岐管22,23,24,25内を通過した後、矢印E,F,G,Hに示すように、排気出口27,29,31,33から集合空間35内へ流入する。そうして、集合空間35内に流入した排気E,F,G,Hは、コンバータ流入口37へ向かって集合空間35内を流れる。この際において、コンバータ流入口37の上方に検出部41が位置していることから、分岐管22,23,24,25から集合空間35内に流入した排気E,F,G,Hは、検出部41に向かうものとなるが、分岐管22,23,24,25のうち内側の分岐管23,24の排気出口29,31から検出部41へ向かって流れる排気は、排気出口29,31から直接検出部に向かうことが、ガス誘導部材43によって遮られる。これにより、排気出口29,31を通過した排気E,Fは、検出部41には直接至らずに、ガス誘導部材43を迂回して、検出部41に到達する。より具体的には、排気E,Fは、ガス誘導部材43の湾曲壁面51に沿って流れた後、隙間45を通過することで、検出部41に到達する。このため、ガス誘導部材43が設けられていない場合に比して、排気出口29,31から検出部41に至る排気流路の長さは、ガス誘導部材43が設けられていない場合に比して、ガス誘導部材43を迂回する分だけ長くなる。これに対して、外側の分岐管22,25の排気出口27,33を通過した排気は、ガス誘導部材43に遮られることなく、検出部41に向かって流れる。具体的には、排気出口27,33を通過した排気G,Hは、ガス誘導部材43の壁面に沿って流れることなく隙間45を通過して、検出部41に向けて流れる。このため、排気出口27,33から検出部41に至る排気流路の長さについては、ガス誘導部材43が設けられていない場合に比して変わらない。従って、集合空間35内において、排気出口27,29,31,33のそれぞれから検出部41に至る排気流路の長さは均一になる。これにより、分岐管22,23,24,25を通過した排気が集合空間35内で拡散する程度はほぼ等しくなるため、分岐管22,23,24,25のそれぞれを通過した排気毎に生じる酸素濃度センサ39の感度のばらつきは、小さくなる。
また、ガス誘導部材43が、平面視で、排気出口29,31側に凸となる扇状を呈していることから、内側分岐管23,24を通過した排気E,Fは、ガス誘導部材43の湾曲壁面51に沿って流れるようになる。これにより、排気E,Fの流れに対するガス誘導部材43による抵抗は小さくなり、内側分岐管23,24を通過した排気E,Fは、ガス誘導部材43によって滑らかに誘導される。
また、コーン部19の筒壁によって、ガス誘導部材43が形成されていることから、排気マニホールド3を構成する部品の点数を増やすことなく、ガス誘導部材43を排気マニホールド3に設けることができる。
また、ガス誘導部材43と上側板金成形部材15との間に隙間47が存在するように、ガス誘導部材43の高さが調整されていることから、排気マニホールド3にコーン部19を接続するにあたって、ガス誘導部材43は支障にならない。ここで、隙間47が存在することで、排気出口29,31を通過した排気の一部は、隙間47を通過するため、ガス誘導部材43の湾曲壁面51を沿わずに検出部41へ向かうことになる。しかしながら、ガス誘導部材43の高さが適切に調整されることで、隙間47を通過する排気の量を微量とすることができる。このため、隙間47が存在することで、上述した酸素濃度センサ39の感度のばらつき低減効果は低減されない。
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。
例えば、ガス誘導部材43は、平面視で、検出部41を取り囲むように、内側分岐管の排気出口側に凸となる半円状を呈していてもよい。この場合、ガス誘導部材43が前記半円状を呈するように、コーン部19の排気出口29,31側の筒壁は下側板金成形部材17の下端から上方へ所定長さ延びる。こうすることで、内側分岐管23,24を通過した排気は、前記半円状を呈するガス誘導部材43の湾曲壁面に沿って流れ、この結果、上記実施形態と同様に、内側分岐管23,24を通過した排気の流れに対するガス誘導部材43による抵抗は小さくなり、内側分岐管23,24を通過した排気は、ガス誘導部材43によって滑らかに誘導される。
また、ガス誘導部材43と上側板金成形部材15との間の隙間47が無くなるように、すなわちガス誘導部材43の上端が上側板金成形部材15の下面に接するように、ガス誘導部材43の高さは調整されてもよい。これにより、排気出口29,31を通過した排気E,Fの全てを、ガス誘導部材43の湾曲壁面に沿わせて、検出部41に向かわせることができる。これにより、排気出口27,29,31,33の各々から検出部41に至る排気流路の長さは、さらに均一になるため、酸素濃度センサ39の感度のばらつきの低減効果がさらに向上する。
また、例えば、ガス誘導部材43を、上側又は下側の板金成形部材15,17に形成された壁体によって構成することで、コーン部19と独立して設けるようにしてもよい。このようにしても、酸素濃度センサ39の感度のばらつき低減効果は、発揮される。
また、上側及び下側板金成形部材によって構成される排気マニホールドが接続されるエンジンは、上述した4気筒エンジンに限られず、3つ以上の気筒が直列に配置された多気筒エンジンとすることができる。この場合、排気マニホールドでは、前記多気筒エンジンに接続された複数の分岐管の各排気出口が集合空間のエンジン側に開口するとともに、その開口位置は分岐管の配列方向に異なり、また、酸素濃度センサの検出部は、集合空間において、分岐管の並列方向の中央に位置した状態になっている。そうして、この状態にある集合空間内に、前記複数の分岐管のうち内側に位置する分岐管の排気出口から前記検出部に直接流れる排気を遮るガス誘導部材が設けられる。こうすることで、各分岐管の排気出口から酸素濃度センサの検出部に至る排気流路の長さは、ほぼ均一になり、各分岐管を通過した排気毎に生じる酸素濃度センサの感度のばらつきは、小さくなる。
本発明の排気装置がエンジンに接続された状態を示す側面図である。 本発明の排気装置がエンジンに接続された状態を示す平面図である。 本発明の排気装置がエンジンに接続された状態を示す後面図である。 上側の板金成形部材を切断除去した状態の排気装置を示す平面図である。 図3のJ−J線に沿って切断した断面図である。 図1のI−I線に沿って切断した断面図である。
符号の説明
1 排気装置、
3 排気マニホールド、
5 触媒コンバータ、
10 エンジン、
11 集合部、
15 上側板金成形部材、
17 下側板金成形部材、
19 コーン部(筒体)、
22,23,24,25 分岐管、
27,29,31,33 排気出口、
35 集合空間、
39 酸素濃度センサ、
41 検出部、
43 ガス誘導部材。

Claims (4)

  1. 3つ以上の気筒が直列に配置された多気筒エンジンの各排気ポートにそれぞれ接続された複数の分岐管と、各前記分岐管の排気出口が開口する集合空間を内部に備えた集合部とが上下半割の2つの扁平な板金成形部材によって構成される排気マニホールドを有し、
    前記集合空間内における気筒列方向の中央位置に前記排気マニホールドの下流側に接続される触媒コンバータの排気入口が設けられ、各気筒から排出された排気ガスの酸素濃度を検出するために、上側の板金成形部材に酸素濃度センサが取り付けられ、前記酸素濃度センサの検出部が、前記集合空間内において、前記排気入口に対応して気筒列方向の中央に配置されるエンジンの排気装置であって、
    前記集合空間内には、各前記分岐管の排気出口から前記検出部に至る排気流路の長さを略均一にするためのガス誘導部材が設けられ、
    前記ガス誘導部材は、前記気筒列方向に並ぶ複数の分岐管のうち内側に位置する分岐管の排気出口と前記検出部との間に配置されて、前記内側の分岐管の排気出口から前記検出部に直接流れる排気を遮ることを特徴とするエンジンの排気装置。
  2. 前記ガス誘導部材は、前記集合空間内において、前記検出部に対して前記内側分岐管の排気出口側に立設する壁体であって、平面視で、前記検出部を取り囲むように、前記内側分岐管の排気出口側に凸となる扇状又は半円状を呈していることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気装置。
  3. 前記触媒コンバータは、筒体によって上流部が構成されるとともに、前記筒体の一端に排気入口が形成され、
    前記筒体は、前記排気入口が前記集合空間に開口するように、前記下側板金成形部材に形成された貫通孔に内挿され、
    前記検出部は、前記排気入口の上方に位置し、
    前記ガス誘導部材は、前記筒体の前記流入部側の筒壁が前記下側板金成形部材の上面から上方へ所定長さ延びていることによって形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジンの排気装置。
  4. 前記多気筒エンジンは、4つの気筒が直列に配置されたエンジンであり、
    前記内側分岐管は、前記4気筒エンジンの気筒列方向に並ぶ4つの分岐管のうち内側に位置する2つの分岐管であり、
    前記ガス誘導部材は、前記2つの分岐管の排気出口と前記検出部との間に配置されて、
    前記2つの分岐管の排気出口から前記検出部に直接流れる排気を遮ることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のエンジンの排気装置。
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