JP5517665B2 - 排気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、多気筒内燃機関の各排気ポートからの排気の空燃比を判定するための排気センサを設けた排気装置に関する。
従来より、内燃機関の排気を浄化する触媒が設けられており、触媒の機能を発揮させるために、排気の空燃比を判定して内燃機関に噴射する燃料量を制御して、所定の空燃比にしている。空燃比の検出は、触媒の上流側に設けられた排気センサにより行われる。
内燃機関の複数気筒からの排気を排気管に集合させて、排気を集合した排気管に1個の排気センサを設けると、各気筒からの排気が排気管内で均等に分散せず、特定の気筒の排気の排気センサへの当たりは強く、他の気筒からの排気の排気センサへの当たりが弱く、各気筒毎で排気センサによる検出値にばらつきが生じる。
複数気筒を有する多気筒内燃機関の各排気ポートに排気センサを設けたのでは、多くの排気センサを必要としてしまう。これを解決するため、特許文献1にあるように、各排気ポートからの排気を導く排気連通路を集合させて、集合箇所に排気センサを設け、少ない数の排気センサにより、複数気筒の空燃比を判定するようにしたものが知られている。
特開2006−17081号公報
しかしながら、こうした従来のものでは、各排気ポート毎に排気連通路を配管により形成したり、あるいは、シリンダヘッドとヘッドフランジとの間に形成したりしなければならず、各排気連通路の構成が複雑になるという問題があった。
本発明の課題は、排気センサへの排気の当たりを改善し、簡単な構成で少ない数の排気センサにより空燃比を判定できる排気装置を提供することにある。
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
多気筒内燃機関の各排気ポートに接続され、前記各排気ポートからの排気を集合するエギゾーストマニホルドを備え、前記エギゾーストマニホルドを排気を浄化する触媒の上流側コーンに接続し、前記上流側コーンに排気センサを設けた排気装置において、
前記上流側コーンの外側にアウタシェルを重ね合わせて前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間にセンサ室を形成し、また、前記アウタシェルに前記センサ室に連通する前記排気センサの取付孔を設けると共に、前記上流側コーンに前記センサ室と前記上流側コーン内とを連通する流出孔を形成し、更に、前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間に前記エギゾーストマニホルド内に開口して前記センサ室に連通する流入流路を形成したことを特徴とする排気装置がそれである。
その際、前記上流側コーンを径方向内側に窪ませて、前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間に前記流入流路を形成してもよい。また、前記アウタシェルを外側に膨らませて、前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間にセンサ室を形成してもよい。更に、前記流入流路と前記開口とを複数設けた構成としてもよい。
本発明の排気装置は、上流側コーンの外側にアウタシェルを重ね合わせた簡単な構成で、センサ室に複数気筒からの排気を均一に導入でき、少ない数の排気センサにより空燃比を各気筒毎のばらつきなく判定できるという効果を奏する。
本発明の一実施形態としての排気装置の正面図である。 本実施形態のエギゾーストマニホルドのフランジの正面図である。 本実施形態の上流側コーンとアウタシェルとの分解図である。 本実施形態の上流側コーンにアウタシェルを重ね合わせた状態の断面図である。 図1のA−A断面での排気の流れを示す説明図である。
以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、1はエギゾーストマニホルドで、本実施形態では4気筒の内燃機関100に用いられるものである。内燃機関100は、第1から第4気筒#1〜#4に連通した第1から第4排気ポートP1〜P4を備えている。本実施形態では、第1気筒#1、第3気筒#3、第4気筒#4、第2気筒#2の順に点火される。
エギゾーストマニホルド1は、フランジ2、本体部4を備えている。フランジ2には、図2に示すように、第1から第4排気ポートP1〜P4に対応した4個の貫通孔10〜13が穿設されており、また、フランジ2を内燃機関100に図示しないボルトにより取り付けるための複数の取付穴14〜18が形成されている。
エギゾーストマニホルド1の本体部4は、第1から第4排気ポートP1〜P4からの排気を集合して下流側に流出させる。本体部4には、排気を浄化する触媒20が接続され、触媒20には更に図示しない下流側の排気管が接続される。触媒20は上流側コーン22と円筒部24と下流側コーン26とから形成された中空状の容器内に図示しない触媒本体が収納されている。
内燃機関100の第1から第4排気ポートP1〜P4からの排気は、各貫通孔10〜13を通り、エギゾーストマニホルド1内で集合されてから、触媒20の上流側コーン22内に流入する。触媒本体により浄化された排気は、下流側コーン26から下流側の排気管に排出される。
上流側コーン22は、図3、図4に示すように、エギゾーストマニホルド1の本体部4に接続される円筒状の小径部28を備え、小径部28に連接してテーパ部30が設けられている。テーパ部30はテーパ状に拡径して円筒状の大径部32に連接されている。大径部32は円筒部24に接続されている。上流側コーン22は、プレス加工により一体で形成してもよく、あるいは、軸方向に沿って分割形成しそれを突き合わせたモナカ構造としてもよい。
上流側コーン22の外側には、アウタシェル34が重ね合わされている。アウタシェル34が、上流側コーン22の径方向外側に膨らまされて、上流側コーン22とアウタシェル34との間に閉塞されたセンサ室36が形成されている。
また、アウタシェル34にはセンサ室36に連通する取付孔38が形成されており、取付孔38は触媒20のほぼ軸方向中心に向かって穿設されている。取付孔38には排気センサ39が装着され、排気センサ39の先端検出部がセンサ室36内に配置されている。
センサ室36に対応して、上流側コーン22も径方向内側に窪まされた窪み40が形成されると共に、上流側コーン22には、センサ室36と上流側コーン22内とを連通する流出孔42が形成されている。流出孔42は窪み40内に形成されると共に、流出孔42は大径部32側に形成され、流出孔42は触媒20の軸方向を向いて形成されている。
更に、上流側コーン22が径方向内側に窪まされて2本の溝44,46が形成されており、溝44,46は小径部28の端から窪み40内に達するように形成されて、上流側コーン22とアウタシェル34との間に溝44,46による流入流路48,50が形成されている。その際、流入流路48,50の延長上に、排気センサ39の先端検出部を配置できるように溝44,46が形成されると共に、この流入流路48,50からセンサ室36に流入した排気が、スムーズに流出孔42から流出するように、流出孔42が配置されている。
小径部28の端に開口52,54が形成されている。本体部4の小径部28側端は、小径部28とほぼ同径の円筒状に形成され、本体部4と小径部28とを接続することにより、流入流路48,50の上流側端が小径部28の端の開口52,54により、エギゾーストマニホルド1内に開口されている。
図5に示すように、各第1から第4排気ポートP1〜P4からの排気が、エギゾーストマニホルド1から触媒20の上流側コーン22内に流入する際、小径部28の端側では、第1から第4気筒#1〜#4毎の排気の流れる位置及び第1から第4気筒#1〜#4毎に排気の流速分布が異なる。
第1気筒#1からの排気は、図5(イ)に示すように、図右側の本体部4の内壁に沿った位置を主に流れて小径部28に流入し、中央の排気流速は遅く、図右側の内壁に沿った排気流速が速くなっている。第2気筒#2からの排気は、図5(ロ)に示すように、図下側から右下側の本体部4の内壁に沿った位置を主に流れて小径部28に流入し、中央の排気流速は遅く、図下側から右下側の排気流速が速くなっている。
第3気筒#3からの排気は、図5(ハ)に示すように、図下側の本体部4の内壁に沿った位置を主に流れて小径部28に流入し、中央の排気流速は遅く、図下側の排気流速が速くなっている。第4気筒#4からの排気は、図5(ニ)に示すように、図左下側の本体部4の内壁よりの位置を主に流れて小径部28に流入し、中央の排気流速は遅く、図左下側の排気流速が速くなっている。
このように、第1から第4気筒#1〜#4毎に、排気が上流側コーン22の小径部28に流入する際、第1から第4気筒#1〜#4で主に流れる位置が本体部4内や小径部28内で異なる。また、本体部4や小径部28の中央付近では排気流速が遅く、内壁に沿って排気流速が速い箇所がある。
よって、流入流路48,50の開口52,54の位置によって、センサ室36に導入される排気流量や排気流速が異なる。従って、排気センサ39による検出に基づいて、それぞれ一定のタイミングで判定される各第1から第4気筒#1〜#4毎の空燃比に、排気流量や排気流速差に基づくばらつき等の検出誤差が生じてしまう。
本実施形態では、流入流路48,50の開口52,54は、第1から第4気筒#1〜#4からの主な流れ位置や排気流速が速い位置が共通する箇所に設けられている。図5に示すように、一方の開口52は図左下側に設けられ、他方の開口54は図右下側に設けられて、少なくとも一つの開口52,54が第1から第4気筒#1〜#4からの主な流れ位置や排気流速が速い位置に対応している。
本実施形態では、流入流路48,50や開口52,54を2組設けたが、これに限らず、主な流れ位置や排気流速が速い位置が共通する箇所に大きな開口と流入流路とを1組設けてもよい。あるいは、第1から第4気筒#1〜#4毎の主な流れ位置や排気流速が速い位置に4組の開口と流入流路とをそれぞれ設けてもよい。この開口52,54を設ける位置は、エギゾーストマニホルド1の形状等に応じて実験等により決定すればよい。
次に、前述した本実施形態の排気装置の作動について説明する。
内燃機関100の回転に伴って、各第1から第4気筒#1〜#4からの排気がエギゾーストマニホルド1内に流入する。排気はエギゾーストマニホルド1内を流れ、エギゾーストマニホルド1の本体部4から触媒20内に流入する。上流側コーン22から触媒20内に流入した排気は、触媒20内で浄化されて、下流側コーン26から下流の排気管に排出される。
上流側コーン22内に流入した排気の一部は、開口52,54から流入流路48,50に流入し、流入流路48,50からセンサ室36内に流入する。センサ室36に流入した排気は流出孔42から再び上流側コーン22の大径部32に戻される。排気センサ39はセンサ室36に流入した排気に基づいて空燃比を判定する。
その際、開口52,54を介して流入流路48,50からセンサ室36に流入する排気、例えば、
図5(イ)に示すように、第1気筒#1からの、図右側の主な流れの流速が速い排気が、センサ室36に流入する。図5(ロ)に示すように、第2気筒#2からの、図下側から右下側の主な流れの流速が速い排気が、センサ室36に流入する。
図5(ハ)に示すように、第3気筒#3からの、図下側の主な流れの流速が速い排気が、センサ室36に流入する。図5(ニ)に示すように、第4気筒#4からの、図左下側の主な流れの流速が速い排気が、センサ室36に流入する。
上流側コーン22にアウタシェル34を重ね合わせて簡単な構成で、センサ室36に、各第1から第4気筒#1〜#4からの主な流れの流速が速い排気が流入し、センサ室36に複数の第1から第4気筒#1〜#4気筒からの排気を均一に導入できる。よって、各第1から第4気筒#1〜#4毎の空燃比の判定に、排気流量や排気流速差に基づくばらつき等の検出誤差が生じるのを抑制できる。
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
1…エギゾーストマニホルド 2…フランジ
4…本体部 20…触媒
22…上流側コーン 24…円筒部
26…下流側コーン 28…小径部
30…テーパ部 32…大径部
34…アウタシェル 36…センサ室
38…取付孔 39…排気センサ
40…窪み 42…流出孔
44,46…溝 48,50…流入流路
52,54…開口 100…内燃機関

Claims (4)

  1. 多気筒内燃機関の各排気ポートに接続され、前記各排気ポートからの排気を集合するエギゾーストマニホルドを備え、前記エギゾーストマニホルドを排気を浄化する触媒の上流側コーンに接続し、前記上流側コーンに排気センサを設けた排気装置において、
    前記上流側コーンの外側にアウタシェルを重ね合わせて前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間にセンサ室を形成し、また、前記アウタシェルに前記センサ室に連通する前記排気センサの取付孔を設けると共に、前記上流側コーンに前記センサ室と前記上流側コーン内とを連通する流出孔を形成し、更に、前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間に前記エギゾーストマニホルド内に開口して前記センサ室に連通する流入流路を形成したことを特徴とする排気装置。
  2. 前記上流側コーンを径方向内側に窪ませて、前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間に前記流入流路を形成したことを特徴とする請求項1に記載の排気装置。
  3. 前記アウタシェルを外側に膨らませて、前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間にセンサ室を形成したことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の排気装置。
  4. 前記流入流路と前記開口とを複数設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の排気装置。
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