JP4748081B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の排気装置に関する。
一直線状に配列された複数の気筒を具備した内燃機関、例えば直列４気筒内燃機関において、点火時期が１つおきの１番気筒と４番気筒を第１の排気マニホルドに連結すると共に点火時期が１つおきの２番気筒と３番気筒を第２の排気マニホルドに連結し、これら第１の排気マニホルドの出口と第２の排気マニホルドの出口を共通の排気管に接続し、この共通の排気管内に空燃比センサを配置した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。このように各気筒の排気ポートをシリンダヘッドの外部において排気マニホルドを用いて一つの排気管に集合させる場合、従来より種々の配管の仕方が採用されている。
特開２００１−３７９８号公報
しかしながら、一直線状に配列された複数の気筒を具備しており、両端に位置する一対の気筒の排気ポートと、これら一対の気筒間に位置する中央気筒の排気ポートとがシリンダヘッド内に形成された排気集合部において互いに集合せしめられており、この排気集合部の外側に位置するシリンダヘッド側壁面上に排気集合部の排気出口開口が形成されている内燃機関では、即ち各気筒の排気ポートおよびこれら排気ポートの排気集合部がシリンダヘッド内に形成されている、いわゆる排気マニホルド一体型シリンダヘッドでは、各気筒の排気ポートの配置に関して自由度が極めて低く、各気筒からの排気ガスをシリンダヘッド側壁面に形成された排気出口開口からすみやかに排出させるために各気筒の排気ポートは排気出口開口に向けて延びるように形成されている。
ところでこのような内燃機関において、排気出口開口に接続された排気管の排気入口部にセンサを配置した場合には各気筒から排出された排気ガスが排出後ただちにセンサに到達するのでセンサにより排気ガス成分の変化を応答性よく検出することができる。ところがこの場合、センサとして水分の付着により破損する危険性のある検出部を有するセンサを用いると問題を生ずる。例えば、センサとして排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサを用いた場合、センサの検出部がジルコニアから形成されているので検出部に水分が付着して検出部が急激に冷却されると熱応力により検出部が割れてしまうという問題を生ずる。
即ち、機関温度が低い機関始動直後には燃焼室から排出された排気ガス中に含まれる水分が排気ポート内壁面に付着して凝縮し、凝縮した水分が集まって大きな径の水滴が形成される。これらの水滴は各気筒から排出される排気ガスによって各排気ポートの排気集合部への開口部の延長筒状面に沿って排気集合部内を飛散する。ところで上述したように排気マニホルド一体型シリンダヘッドを備えた内燃機関では中央気筒の排気ポートが排気出口開口に指向されており、その結果これら排気ポートの排気集合部への開口部の延長筒状面内にセンサの検出部が必然的に位置することになる。
従ってこの場合、中央気筒の排気ポート内壁面上において生成された大きな径の水滴が排気ガスにより飛散せしめられてセンサの検出部に付着し、その結果センサの検出部が破損するという問題を生ずることになる。
本発明は、排気マニホルド一体型シリンダヘッドを用いた場合に、センサの検出部に水滴が飛散しないように中央気筒の排気ポートを形成するようにした内燃機関の排気装置を提供することにある。
即ち、本発明によれば、一直線状に配列された複数の気筒を具備しており、両端に位置する一対の気筒の排気ポートと、これら一対の気筒間に位置する中央気筒の排気ポートとがシリンダヘッド内に形成された排気集合部において互いに集合せしめられており、この排気集合部の外側に位置するシリンダヘッド側壁面上に排気集合部の排気出口開口が形成されている内燃機関の排気装置において、排気出口開口に接続された排気流通路の排気入口部に水分の付着により破損する危険性のある検出部を有するセンサを配置し、中央気筒の排気ポートの内壁面上で生成された水滴が中央気筒の排気ポートの排気集合部への開口部の延長筒状面に沿って飛散し、センサの検出部が水滴の飛散する開口部の延長筒状面内に含まれないように中央気筒の排気ポートを形成している。
センサの検出部に飛散した水滴が付着するのを阻止することができる。
図１および図２を参照すると、１はシリンダブロック、２はピストン、３は排気マニホルド一体型シリンダヘッド、４は燃焼室を夫々示す。図１において破線は夫々１番気筒＃１、２番気筒＃２および３番気筒＃３を示しており、従って図１および図２に示される内燃機関は一直線状に配置された複数の気筒を有していることがわかる。各気筒＃１、＃２、＃３は夫々点火栓５と、一対の吸気弁６と、吸気ポート７と、一対の排気弁８ａ、８ｂと、一対の排気ポート９ａ、９ｂとを具備している。また、図１において１０で示されるようにシリンダヘッド３には８つのシリンダヘッドボルト孔が形成されている。なお、シリンダヘッド３は実際には極めて複雑な構造を有しているが図１および図２ではシリンダヘッド３を単純化して示している。
図１に示されるように両端に位置する一対の気筒、即ち１番気筒＃１および３番気筒＃３の排気ポート９ａ、９ｂと、これら一対の気筒＃１、＃３間に位置する中央気筒、即ち２番気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂとがシリンダヘッド３内に形成された排気集合部１１において互いに集合せしめられており、この排気集合部１１の外側に位置するシリンダヘッド３の側壁面上に排気集合部１１の排気出口開口１２が形成されている。図１に示される実施例ではこの排気出口開口１２はシリンダヘッド３の長手方向の中央部ではなくて、やや３番気筒＃３寄りに形成されている。
図１および図２に示される実施例ではこの排気出口開口１２は排気管１３内に形成された排気流通路１４に連結されており、この排気流通路１４の排気入口部に水分の付着により破損する危険性のある検出部１５ａを有するセンサ１５が配置されている。本発明による実施例ではこのセンサ１５は空燃比センサからなる。図２に示される例では排気集合部１１の上壁面とほぼ面一の排気流通路１４の上壁面上にセンサ１５が配置されている。
ところで前述したように機関温度が低い機関始動直後には燃焼室２から排出された排気ガス中に含まれる水分が排気ポート９ａ、９ｂの内壁面に付着して凝縮し、凝縮した水分が集まって大きな径の水滴が形成される。これらの水滴は各気筒＃１、＃２、＃３から夫々排出される排気ガスによって排気出口開口１２に運ばれる。一方、排気マニホルド一体型シリンダヘッド３ではマニホルドを形成している部分が外方にできるだけ出張らないように形成されるので両端に位置する気筒＃１、＃３から排出された排気ガスは排気集合部１１で流れ方向を変えた後に排気出口開口１２から排気管１３内に排出される。この場合にはこれら気筒＃１、＃３の排気ポート９ａ、９ｂの内壁面上から飛散した水滴がセンサ１５の検出部１５ａに衝突することがないのでこの水滴については特に注意を払う必要がない。
これに対し、問題となるのは中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂの内壁面上から飛散する水滴である。即ち、中央気筒＃２の排気ポート９ａの排気集合部１１への開口部をＸａとすると排気ポート９ａの内壁面上で生成された水滴は開口部Ｘａにおける排気ポート９ａの延長方向、即ち排気ポート９ａの排気集合部１１への開口部Ｘａの延長筒状面Ｙａに沿って飛散する。同様に、中央気筒＃２の排気ポート９ｂの排気集合部１１への開口部をＸｂとすると排気ポート９ｂの内壁面上で生成された水滴は開口部Ｘｂにおける排気ポート９ｂの延長方向、即ち排気ポート９ｂの排気集合部１１への開口部Ｘｂの延長筒状面Ｙｂに沿って飛散する。
このように中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂの内壁面上から水滴が飛散すると排気ポート９ａ、９ｂの形成の仕方いかんによっては飛散した水滴が排気出口開口１２から排気管１３内に流入してセンサ１５の検出部１５ａに衝突する危険性がある。そこで本発明では飛散した水滴がセンサ１５の検出部１５ａに衝突しないようにするため、中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂの排気集合部１１への開口部Ｘａ、Ｘｂの延長筒状面Ｙａ、Ｙｂ内にセンサ１５の検出部１５ａが含まれないように中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂが形成されている。
なお、飛散した水滴が更にセンサ１５の検出部１５ａに衝突しないようにするには飛散した水滴を排気出口開口１２に向かわないこと、即ち延長筒状面Ｙａ、Ｙｂを排気出口開口１２に指向させないことが好ましいと言える。従って本発明による実施例では図１に示されるように中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂの排気集合部１１への開口部Ｘａ、Ｘｂの延長筒状面Ｙａ、Ｙｂが排気出口開口１２に指向しないように中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂが形成されている。
この場合、図１に示される実施例では中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂの排気集合部１１への開口部Ｘａ、Ｘｂの延長筒状面Ｙａ、Ｙｂが排気出口開口１２に隣接する排気集合部１１の内壁面に指向されている。また、本発明では中央気筒＃２から排出された排気ガスもセンサ１５の検出部１５ａを流通するように、即ち各気筒＃１、＃２、＃３から排出された排気ガスが順次流通する排気流通路１４の排気入口部にセンサ１５の検出部１５ａが配置されている。
図３に別の実施例を示す。この実施例では中央気筒＃２の各排気ポート９ａ、９ｂが排気集合部１１に近ずくに従って排気出口開口１２の両側に向けて互いに離れるように形成されている。従ってこの実施例でも飛散した水滴がセンサ１５の検出部１５ａに衝突しないようにするため、中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂの排気集合部１１への開口部Ｘａ、Ｘｂの延長筒状面Ｙａ、Ｙｂ内にセンサ１５の検出部１５ａが含まれないように中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂが形成されている。また、この実施例でも飛散した水滴が更にセンサ１５の検出部１５ａに衝突しないようにするため、中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂの排気集合部１１への開口部Ｘａ、Ｘｂの延長筒状面Ｙａ、Ｙｂが排気出口開口１２に指向しないように中央気筒＃２の排気ポート９ａ、９ｂが形成されている。
図４は本発明を４つの気筒＃１、＃２、＃３、＃４を有する直列４気筒内燃機関に適用した場合を示している。図４に示されるようにこの場合にも飛散した水滴がセンサ１５の検出部１５ａに衝突しないようにするため、一対の中央気筒＃２、＃３の排気ポート９ａ、９ｂの排気集合部１１への開口部Ｘａ、Ｘｂの延長筒状面Ｙａ、Ｙｂ内にセンサ１５の検出部１５ａが含まれないように各中央気筒＃２、＃３の排気ポート９ａ、９ｂが形成されている。また、この実施例でも飛散した水滴が更にセンサ１５の検出部１５ａに衝突しないようにするため、一対の中央気筒＃２、＃３の排気ポート９ａ、９ｂの排気集合部１１への開口部Ｘａ、Ｘｂの延長筒状面Ｙａ、Ｙｂが排気出口開口１２に指向しないように各中央気筒＃２、＃３の排気ポート９ａ、９ｂが形成されている。
シリンダヘッドの平面断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ってみたシリンダヘッドの断面図である。 シリンダヘッドの別の実施例を示す平面断面図である。 シリンダヘッドの更に別の実施例を示す平面断面図である。
符号の説明
３ シリンダヘッド
８ａ、８ｂ 排気弁
９ａ、９ｂ 排気ポート
１１ 排気集合部
１２ 排気出口開口
１３ 排気管
１４ 排気流通路
１５ センサ
１５ａ 検出部
Ｘａ、Ｘｂ 開口部
Ｙａ、Ｙｂ 延長筒状面

Claims (4)

  1. 一直線状に配列された複数の気筒を具備しており、両端に位置する一対の気筒の排気ポートと、これら一対の気筒間に位置する中央気筒の排気ポートとがシリンダヘッド内に形成された排気集合部において互いに集合せしめられており、該排気集合部の外側に位置するシリンダヘッド側壁面上に該排気集合部の排気出口開口が形成されている内燃機関の排気装置において、該排気出口開口に接続された排気流通路の排気入口部に水分の付着により破損する危険性のある検出部を有するセンサを配置し、上記中央気筒の排気ポートの内壁面上で生成された水滴が該中央気筒の排気ポートの上記排気集合部への開口部の延長筒状面に沿って飛散し、該センサの検出部が該水滴の飛散する開口部の延長筒状面内に含まれないように上記中央気筒の排気ポートを形成した内燃機関の排気装置。
  2. 上記中央気筒の排気ポートの上記排気集合部への開口部の延長筒状面が上記排気出口開口に指向しないように上記中央気筒の排気ポートを形成した請求項1に記載の内燃機関の排気装置。
  3. 上記中央気筒の排気ポートの上記排気集合部への開口部の延長筒状面が上記排気出口開口に隣接する上記排気集合部の内壁面に指向されている請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
  4. 上記の各気筒から排出された排気ガスが順次流通する上記排気流通路の排気入口部に上記センサの検出部が配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
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