JPWO2002031326A1

JPWO2002031326A1 - 内燃機関の排気装置

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Publication number: JPWO2002031326A1
Application number: JP2002534676A
Authority: JP
Inventors: 村瀬　広之
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP4094423B2; GB2383606A; CN1233924C; GB0217640D0; DE10194626T1; CN1392920A; BR0107306B1; WO2002031326A1; MY129022A; TW550334B; BR0107306A; GB2383606B

Abstract

排気管に溶接された排気ガス浄化装置を有する内燃機関の排気装置の耐久性の向上をはかるため、内燃機関の排気装置は、第１排気管３と、ケーシング２０をもつ排気ガス浄化装置４とを備える。ケーシング２０は、溶接により相互に結合された第１、第２ケーシング半体２１、２２から構成される。第１排気管３の上流端部３ａは、球面継手６を介して排気マニホルドに接続され、第１排気管３の下流端部３ｂは、両ケーシング半体２１、２２のうち、ケーシング２０の上部を形成する第１ケーシング半体２１に、両ケーシング半体２１、２２を結合する溶接部Ｗ２と重ならないように溶接される。このため、第１排気管３と第１ケーシング半体２１との溶接部Ｗ１が重なることがなく、強度が低下しない。また、ケーシング２０には第１排気管３のみを経て排気ガスが流入する。

Description

技　術　分　野
本発明は、内燃機関の排気装置に関し、詳細には、排気管が溶接されたケーシングを有する排気ガス浄化装置を備えた排気装置に関する。
背　景　技　術
従来、内燃機関の燃焼室から排出された燃焼ガスである排気ガスを大気中に放出する排気通路を形成する排気装置には、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置が設けられ、この排気ガス浄化装置に内燃機関の排気ポートに連通する排気管が接続される。
例えば、日本国特開平１１−１３４６１号公報には、触媒を内蔵した触媒ケース（排気ガス浄化装置のケーシングに相当）に、３気筒内燃機関の各気筒からの排気ガス出口管が接続される技術が開示されている。この触媒ケースは、二分割されたケース片が、そのフランジ相互を溶接することにより構成される。そして、両ケース片の溶接による接合部に第１気筒からの排気ガス出口管が溶接され、第３気筒からの排気ガス出口管が合流する第２気筒からの排気ガス出口管が、前記両ケース片の一方のケース片に溶接される。そして、Ｏ_２センサの取付け座は、前記両ケース片の他方のケース片に設けられる。
ところで、前記従来の技術において、第１気筒からの排気ガス出口管は触媒ケースの両ケース片の溶接部に溶接されるため、溶接部が重なることになって、その溶接部が重なった部分では強度が低下する。一方、排気ガス出口管には、内燃機関の振動が伝達されて、触媒ケースの排気ガス出口管との溶接部には、その振動による荷重が作用して応力が発生する。このとき、排気ガス出口管の振動に起因する荷重が溶接部に作用することで、強度が低下している溶接部の重なっている部分では、クラックが発生し易い難点があった。また、Ｏ_２センサの取付座の配置は、両ケース片の接合部に溶接される排気ガス出口管の制約を受けるので、他方のケース片におけるＯ_２センサの配置の自由度が制限される難点があった。
発　明　の　開　示
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１ないし請求項４記載の発明は、排気管が溶接されたケーシングを有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気装置において、排気装置の耐久性の向上を図ることを共通の目的とする。そして、請求項２記載の発明は、さらに、排気効率の向上を図ることを目的とし、請求項３記載の発明は、さらに、触媒を有する排気ガス浄化装置において、ケーシングへの酸素濃度センサの配置の大きな自由度の確保を図ることを目的とし、請求項４記載の発明は、さらに、排気ガス浄化装置による熱害の防止を図ると共に、センサおよび触媒の耐久性の向上を図ることを目的とし、請求項５記載の発明は、さらに、排気ガス浄化装置よりも下流側の排気管同士の接続の容易化を図ることを目的とする。
請求項１の発明は、内燃機関からの排気ガスが流入する上流側排気管と、溶接により相互に結合された２つのケーシング半体から構成されるケーシングを有する排気ガス浄化装置と、上流端部が前記上流側排気管に接続され、下流端部が前記ケーシングに溶接される下流側排気管とを備えた内燃機関の排気装置において、前記上流端部は、球面継手を介して前記上流側排気管に接続され、前記下流端部は、前記両ケーシング半体のいずれか一方のケーシング半体に、該両ケーシング半体を結合する溶接部と重ならないように溶接され、前記ケーシングには前記下流側排気管のみを経て排気ガスが流入する内燃機関の排気装置である。
請求項１の発明によれば、上流側排気管に伝達される内燃機関の振動の一部は、上流側排気管および下流側排気管の、球面継手による球面に沿って生じる摺動により吸収されて、ケーシングに排気ガスを流入させる唯一の排気管である下流側排気管への伝達が抑制されるため、該振動に起因する大きな荷重が、下流側排気管とケーシングとの溶接部に作用することがなく、前記溶接部にクラックが発生することが抑制される。また、球面継手によっても効果的に吸収できない振動が生じて、この振動が下流側排気管に伝達され、該振動に起因する荷重が前記溶接部に作用したとしても、下流側排気管に伝達された振動自体が、球面継手により、球面継手がない場合に比べて減衰しているうえ、下流側排気管の下流端部と一方のケーシング半体との溶接部が、ケーシングを構成する両ケーシング半体を結合する溶接部と重ならないことから、前記溶接部の強度が高いので、前記溶接部にクラックが発生することは大幅に抑制される。
その結果、次の効果が奏される。すなわち、上流側排気管に伝達される内燃機関の振動は、球面継手により吸収されるので、たとえ球面継手により吸収できない振動が、ケーシングに排気ガスを流入させる唯一の排気管である下流側俳気管に伝達されたとしても、その伝達された振動自体が球面継手によりある程度減衰されるうえ、下流側排気管とケーシングとの溶接部の強度が高いので、下流側排気管に伝達される振動により前記溶接部にクラックが生じることが大幅に抑制され、下流側排気管が溶接されたケーシングを備えた排気装置の耐久性が向上する。
請求項２の発明は、請求項１記載の内燃機関の排気装置において、前記ケーシングは前記上流端部よりも下方に配置され、前記一方のケーシング半体は前記ケーシングの上部を形成するものである。
この請求項２記載の発明によれば、下流側排気管は、上流端部から下方に延びて、上流端部よりも下方に配置されたケーシングの上部を形成する一方のケーシング半体に接続されるので、下流側排気管を短く、かつ屈曲が少ない状態で配管することができる。
その結果、請求項１記載の発明の効果に加えて、下流側排気管が短く、かつ屈曲が少ない状態で配管されることで、流路抵抗が減少して、排気装置における排気ガスの円滑な流出に寄与できて、排気効率を向上させることが可能で、さらに下流側排気管の配置が簡素化されるという効果が奏される。
請求項３の発明は、請求項２記載の内燃機関の排気装置において、前記排気ガス浄化装置は前記ケーシングに収納された触媒を有し、前記下流側排気管から前記ケーシングへの排気流入口は、前記触媒よりも上流側に位置し、前記両ケーシング半体の他方のケーシング半体の、前記触媒よりも上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサが取り付けられる取付座が設けられたものである。
請求項３の発明によれば、酸素濃度センサは、触媒よりも上流側に位置する排気流入口からケーシング内に流入した排気ガス中の酸素濃度を、触媒よりも上流側で検出するが、該酸素濃度センサが取り付けられる取付座は、下流側排気管が溶接された一方のケーシング半体とは別のケーシング半体であって、下流側俳気管が接続されない他方のケーシング半体の、触媒よりも上流側の部分に設けられるので、ケーシングの、触媒よりも上流側の部分において、取付座の配置の制約は少ない。
その結果、請求項２の発明の効果に加えて、取付座は、下流側排気管が接続されないケーシング半体に設けられるので、取付座の配置の制約が少なくなり、酸素濃度センサの配置の大きな自由度を確保できて、検出精度や応答性の観点から適切な酸素濃度センサの位置を設定できるという効果が奏される。
請求項４の発明は、請求項３の内燃機関の排気装置において、前記下流端部と前記一方のケーシング半体とを接続する溶接部は、前記触媒よりも上流側に位置し、前記ケーシングの外側を覆う遮熱カバーが、前記触媒よりも上流側に位置する複数の固定箇所で前記ケーシングに固定されたものである。
この請求項４の発明によれば、遮熱カバーがケーシングの外側に配置されるので、ケーシングの周囲に位置する部材に対する熱害を抑制できる。そして、溶接部の位置は、ケーシングにおいて触媒よりも上流側となり、しかも遮熱カバーが、触媒よりも上流側に位置する複数の固定箇所でケーシングに固定されるため、下流側排気管と一方のケーシング半体との溶接部の近傍では、遮熱カバーの剛性が加わってケーシングの剛性が高くなる。
その結果、請求項３の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、遮熱カバーによりケーシングの周囲の部材に対する熱害を抑制でき、しかも触媒よりも上流側のケーシングにおいては、触媒よりも上流側に位置する複数の固定箇所で固定される遮熱カバーにより、下流側排気管から伝達される振動を抑制できるので、ケーシング全体の振動が抑制されて、ケーシング内に収納された触媒の耐久性が向上する。
請求項５の発明は、請求項１の内燃機関の排気装置において、前記ケーシングの下流端部には第２排気管が接続され、該第２排気管の下流端部には、第３排気管を締結具にて前記第２俳気管に接続するための接続フランジが設けられ、前記第２排気管は、前記接続フランジの接続面に垂直な直線が前記ケーシングの軸線方向から逸れた方向を指向するように、曲げられているものである。
この請求項５の発明によれば、排気ガス浄化装置のケーシングの軸線方向から逸れた方向に曲げられた第２排気管の接続フランジの接続面は、ケーシングの軸線方向から逸れた方向に向けられるので、該接続面を、排気ガス浄化装置と該軸線方向で対面して配置される部材と対面しない方向に向けることができる。
その結果、請求項１の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、第２排気管は、接続フランジの接続面がケーシングの軸線方向から逸れた方向に向くように曲げられることにより、該接続面を、排気ガス浄化装置と該軸線方向で対面して配置される部材と対面しない方向に向けることができるので、第２排気管と第３排気管とを接続する際に、前記部材が排気ガス浄化装置に対して比較的短い間隔をおいて該軸線方向で対面して配置される場合にも、前記部材と干渉することなく、締結具を締め付けるための工具を接続フランジに近づけることができて、締結具による接続フランジと第３排気管との結合が容易になり、第２排気管と第３排気管との接続の作業性が向上する。
なお、この明細書において、「上下」は、内燃機関の排気装置が備えられる車両等の移動体または設備の所定位置に固定された状態での上下を意味する。また、「上流」および「下流」は、排気ガスの流れに関しての「上流」および「下流」を意味する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施例を図１ないし図１０を参照して説明する。
本発明の実施例である車両に搭載される直列４気筒内燃機関の排気装置の一部の概略平面図である図１およびその側面図である図２を参照すると、往復動するピストンを有する内燃機関（図示されず）の燃焼室から排出された燃焼ガスである排気ガスを浄化して大気中に排出する排気装置１は、排気ガス流の上流から下流に沿って、内燃機関のシリンダヘッドＥに接続される排気マニホルド２、第１排気管３、排気ガス浄化装置４および第２排気管５を備え、さらにその下流側に第３排気管４０および副消音器４１（いずれも図８〜図１０参照）を備え、さらにその下流側に主消音器およびテールパイプ（いずれも図示されず）を備えており、排気ガスは、これら部材により形成される排気通路を通って、該テールパイプから大気中に排出される。
排気マニホルド２は、内燃機関のクランク軸の回転軸線方向（図１において矢印Ａで示されている方向）に配列された各気筒の排気ポートに、シリンダヘッドＥにて接続される４本の分岐管２_１〜２_４と、それら分岐管２_１〜２_４が１つの管に集合される集合管２ａからなる。そして、集合管２ａの下流端部２ａ_１は、第１排気管３の上流端部３ａと、後述する球面継手６を介して接続され、第１排気管３の下流端部３ｂは排気ガス浄化装置４のケーシング２０と接続される。それゆえ、排気マニホルド２は球面継手６に関して上流側に位置することから上流側排気管を構成し、第１排気管３は球面継手６に関して下流側に位置することから下流側排気管を構成する。
図３を参照すると、球面継手６は、集合管２ａの下流端部２ａ_１の外周面に溶接された上流側フランジ７と、いずれも円管からなる内管３_１および外管３_２で構成される二重管構造の第１排気管３の上流端部３ａの外周面に溶接された下流側フランジ８を有する。下流側フランジ８には、下流に向かって突出する球面からなる座面を有する球面座８ａが形成され、上流側フランジ７には平面からなる平面座７ａが形成される。
球面継手６は、上流側および下流側フランジ７，８の間に配置されて、下流端部２ａ_１の外周に嵌合される球面ガスケット９を有する。この球面ガスケット９は、上流側に平面座７ａと接する平面からなる平面部９ａと、下流側に球面座８ａと接する球面からなる球面部９ｂとを有する。
そして、上流側フランジ７には、下流側フランジ８に設けられた２つの貫通孔１０をそれぞれ貫通するボルト１１が貫通する２つのボルト孔１２が設けられ、該ボルト１１が内側を通るコイル状のスプリング１３が、ボルト１１の頭部と下流側フランジ８との間で圧縮されて装着された状態で、ボルト１１が上流側フランジ７にナット１４により締め付けられて固定される。各貫通孔１０の径は、ボルト１１の外径よりも大きくされ、球面座８ａと球面部９ｂとの間の摺動を許容する間隙が形成される。そして、内燃機関の振動が排気マニホルド２に伝達されたとき、該振動は、球面継手６における球面座８ａと球面部９ｂとの間で生じる球面に沿った摺動により吸収されるため、第１排気管３への該振動の伝達が防止、または抑制される。
そして、図２に示されるように、第１排気管３と接続される排気ガス浄化装置４は、排気装置１が車両に固定された状態で、第１排気管３の上流端部３ａよりも下方に位置する。この排気ガス浄化装置４は、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）およびＣＯ（一酸化炭素）を浄化する三元触媒１５を収納するケーシング２０を有し、上流端部３ａから下方に向かって延びる第１排気管３の下流端部３ｂが、ケーシング２０に溶接されて形成される溶接部Ｗ１により接続される（図４〜図７参照）。
すなわち、まず図４および図５を参照すると、金属製の薄板から形成されるケーシング２０は、略円柱状の触媒１５の上流端面１５ａよりも上流側に位置する上流部２０ａと、略円錐台状の外形を呈し、下流側に位置する下流部２０ｂと、排気ガスの流れ方向で上流部２０ａと下流部２０ｂの中間位置にある略円筒状の中央部２０ｃとからなり、該中央部２０ｃの円筒の略水平方向に延びる軸線Ｌ１（図７参照）を通る平面を分割面Ｐとして二分割された略半筒状の第１ケーシング半体２１と第２ケーシング半体２２とから構成される。そして、この実施例では、図１および図２に示されるように、ケーシング２０の最上部を含め、ケーシング２０の、水平面よりも上方の大部分が第１ケーシング半体２１により形成されることから、第１ケーシング半体２１および第２ケーシング半体２２は、それぞれ上部ケーシング半体および下部ケーシング半体を構成する。
さらに、図６に示されるように、第１および第２ケーシング半体２１，２２の周縁部は、下流部２０ｂの後述する凹部を形成する部分を除いて、それぞれ分割面Ｐを形成するフランジ２１ａ，２２ａを有し、それらフランジ２１ａ，２２ａが、その全周に渡って溶接されることで、両ケーシング半体２１，２２が一体に結合される。そして、第１ケーシング半体２１のフランジ２１ａは、第２ケーシング半体２２のフランジ２２ａよりも外方へ突出しているため、第２ケーシング半体２２は、そのフランジ２２ａの外周端で第１ケーシング半体２１のフランジ２１ａの下面に溶接され、その溶接部が図において符号Ｗ２で示されている。さらに、第１ケーシング半体２１の上流部２０ａに属するフランジ２１ａの張出部Ｂ１，Ｂ２および下流部２０ｂに属するフランジ２１ａの張出部Ｂ３，Ｂ４には、それぞれ軸線Ｌ１を通り分割面Ｐに直交する平面に対して略対称位置に２つずつ、合計４つのボルト孔Ｃ１〜Ｃ４が設けられ、これらボルト孔Ｃ１〜Ｃ４には、ケーシング２０の外側を間隙を介して覆う後述する遮熱カバー３０をケーシング２０に固定する４つのボルトＤ４〜Ｄ４（図４参照）がそれぞれ通される。
図４ないし図６を参照すると、上流部２０ａに属する第１ケーシング半体２１の上流部は、フランジ２１ａの上流端部寄りから下流に向かって上方に傾斜する略平面状の傾斜面２１ｂを有し、上流部２０ａに属する第２ケーシング半体２２の上流部は、フランジ２２ａの上流端部寄りから下流に向かって下方に傾斜する傾斜面２２ｂ、および分割面Ｐ上で前記軸線Ｌ１に直交する方向（以下、「直交方向」という）で、フランジ２２ａから相互に近づくように下方に傾斜する傾斜面からなる２つの傾斜側面２２ｃを有する。
また、第１ケーシング半体２１および第２ケーシング半体２２の下流端部には、ケーシング２０の下流部２０ｂの下流端部に接続される第２排気管５が嵌合される嵌合孔を形成する半円形状の凹部がぞれぞれ形成される。そして、該嵌合孔の周縁と第２排気管５の外周面とが、全周に渡って溶接により形成される溶接部Ｗ３で結合される。なお、この第２排気管５の下流端部に設けられた接続フランジ１６には、図８〜図１０に図示されるように、第２排気管５よりも下流側の排気通路を形成すると共に、副消音器４１に接続される第３排気管４０の上流端部に設けられた接続フランジ４２が、締結具としての、３本のボルト４５およびナット４６により結合されて、第２排気管５と第３排気管４０とが接続される。
さらに、図７を参照すると、第１ケーシング半体２１の傾斜面２１ｂには、ケーシング２０へ排気ガスが流入する排気流入口となる開口部２３を形成する円筒状のボス部２４が形成され、該ボス部２４の外周に第１排気管３の外管３_２が嵌合され、その後両者がその全周に渡って溶接されて、溶接部Ｗ１が形成される。このとき、この溶接部Ｗ１は、ケーシング２０の溶接部Ｗ２と重ならないようにされる。
そして、ケーシング２０内において、内部に排気ガスが流通する多数の小通気路が形成された触媒１５の上流端面１５ａは、ケーシング２０の軸線Ｌ１方向において、開口部２３の最下流側位置の僅か下流に位置しており、第１排気管３の下流端部３ｂの軸線Ｌ２が、上流端面１５ａの略中心点を指向するようにされる。
また、図５に示されるように、第２ケーシング半体２２の上流部において、一方の傾斜側面２２ｃには、排気ガスの性状である排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２５が挿入される挿入孔２６を有する取付座２７が設けられる。そして、酸素濃度センサ２５は、その検出部が、開口部２３から流入した直後の排気ガス中で、検出精度および応答性の観点から適切な位置を占めるように、取付座２７に取り付けられる。
また、図４および図５を参照すると、排気ガス浄化装置４において、ケーシング２０の外側を間隙を介して覆う遮熱カバー３０は、第１ケーシング半体２１および第２ケーシング半体２２にぞれぞれ対応する第１カバー半体３１および第２カバー半体３２とからなる。第１カバー半体３１は、第１ケーシング半体２１をそれらの外形に沿うように覆い、ケーシング２０の上流部２０ａを覆う第１カバー半体３１の上流部は、ケーシング２０に溶接された第１排気管３の周囲において、上流部を部分的に覆う包囲部３１ａを有する。該包囲部３１ａは、第１カバー半体３１の、前記直交方向での中央部から第１ケーシング半体２１のフランジ２１ａに向かうにつれて上流側に延びる延長側部３１ｂを有する。さらに、第１カバー半体３１には、排気ガス浄化装置４において、最も高温となる触媒１５の位置に対応して、ケーシング２０と遮熱カバー３０とで形成される間隙の加熱された空気が、排気ガス浄化装置４の周囲に存する比較的低温の空気と入れ換わるようするための複数の通気孔３３が設けられ、これによって、ケーシング２０の過熱が防止される。また、第２カバー半体３２は、第２ケーシング半体２２の中央部および下流部をそれらの外形に沿うように覆い、下流側で第２排気管５の接続フランジ１６の近傍まで覆っている。
さらに、第１，第２カバー半体３１，３２は、第１ケーシング半体２１のフランジ２１ａの４つのボルト孔Ｃ１〜Ｃ４にそれぞれ対応する４つのボルト孔（図示されず）が設けられた４つの固定部Ｆ１〜Ｆ４，Ｇ１〜Ｇ４を有する。このうち、第１カバー半体３１の上流側の２つの固定部Ｆ１，Ｆ２は、２つの延長側部３１ｂにそれぞれ設けられ、下流側の２つの固定部Ｆ３，Ｆ４は、下流端部に設けられる。また、第２カバー半体３２の上流側の固定部Ｇ１，Ｇ２は、第２カバー半体３２の中央部を覆う部分の前端から、フランジ２１ａに沿って上流側に延びる部分において、固定部Ｆ１，Ｆ２に対応する位置に設けられ、下流側の２つの固定部Ｇ３，Ｇ４は、固定部Ｆ３，Ｆ４に対応する位置に設けられる。そして、第１カバー半体３１の各固定部Ｆ１〜Ｆ４と第２カバー半体３２の各固定部Ｇ１〜Ｇ４とによりフランジ２１ａの張出部Ｂ１〜Ｂ４を挟持した状態で、それぞれのボルト孔にボルトＤ４〜Ｄ４が通され、ナットＨ１〜Ｈ４により締め付けられて、ケーシング２０と遮熱カバー３０とが結合される。
このうち、固定手段であるボルトＤ４〜Ｄ４およびナットＨ１〜Ｈ４により、遮熱カバー３０が固定されるケーシング２０における固定箇所であるボルト孔Ｃ１〜Ｃ４のうち、上流側のボルト孔Ｃ１，Ｃ２の位置は、図７に図示されるように、触媒１５の上流端面１５ａよりも上流側にあると共に、軸線Ｌ１方向での位置では、軸線Ｌ１方向で溶接部Ｗ１が占める範囲Ｓ内にある。それゆえ、ボルト孔Ｃ１，Ｃ２の位置は、第１排気管３がケーシング２０に溶接される溶接部Ｗ１の付近にある。
ところで、図８〜図１０を参照すると、内燃機関が搭載された車両において、排気ガス浄化装置４の後方には、そのケーシング２０の軸線Ｌ１方向で対向する位置に燃料タンク４３が、排気ガス浄化装置４に比較的短い間隔をおいて配置される。そして、第３排気管４０は燃料タンク４３を迂回するように曲げられて、燃料タンク４３の側方に位置する副消音器４１に接続される。なお、４４は、第３排気管４０を車体の固定するための、２つのブラケットである。
ここで、第２排気管５は、排気ガス浄化装置４に接続された上流端部から、ケーシング２０の軸線Ｌ１方向から逸れた方向であって、軸線Ｌ１に対して副消音器４１が配置される側に、かつやや下方に向かって曲げられている（図９，図１０参照）。これにより、接続フランジ１６の接続面１６ａ（図４も参照）は、接続面１６ａに直交する直線が前記逸れた方向を指向して、燃料タンク４３と対面しない方向を向いている。そして、この実施例では、接続面１６ａが、図９および図１０に図示されるように、燃料タンク４３の副消音器４１寄り部分の下方を、斜め下方を指向するように、第２排気管５が曲げられている。
それゆえ、接続フランジ１６に挿通された３本のボルト４５に対して螺合されるナット４６により結合される接続フランジ４２を有する第３排気管４０が、第２排気管５に対して接続される際、燃料タンク４３と干渉することなく、ボルト４５にナット４６を締め付けるための工具、例えばインパクトレンチを、燃料タンク４３の下方から進入させて、接続フランジ４２ａに近づけることができる。
次に、前述のように構成された実施例の作用および効果について説明する。
内燃機関が運転されると、排気通路を通る排気ガスは、排気ガス浄化装置４で浄化された後、大気中に排出される。また、内燃機関の運転に起因して発生する振動は、排気装置１にも伝達される。そして、排気マニホルド２に伝達される内燃機関の振動のうち、その一部は、排気マニホルド２および第１排気管３の、球面継手６による球面座８ａおよび球面部９ｂの球面に沿って生じる摺動により吸収されて、ケーシング２０に排気ガスを流入させる唯一の排気管である第１排気管３への伝達が抑制されるため、該振動に起因する大きな荷重が、第１排気管３とケーシング２０との溶接部に作用することがなく、溶接部Ｗ１にクラックが発生することが抑制される。また、球面継手６によっても効果的に吸収できない振動、例えば、球面継手６において、排気マニホルド２と第１排気管３との前記摺動が可能な範囲を越える大きな振動や排気マニホルド２の下流端部２ａ_１における流れ方向（集合管２ａの軸線方向）での振動が生じて、この振動が第１排気管３に伝達され、該振動に起因する荷重が溶接部に作用したとしても、第１排気管３に伝達された振動自体が、球面継手６により、球面継手６がない場合に比べて減衰しているうえ、第１排気管３の下流端部３ｂと第１ケーシング半体２１との溶接部Ｗ１が、ケーシング２０を構成する第１，第２ケーシング半体２１，２２を結合する溶接部Ｗ２と重ならないことから、溶接部Ｗ１の強度が高いので、溶接部Ｗ１にクラックが発生することは大幅に抑制される。
その結果、次の効果が奏される。すなわち、排気マニホルド２に伝達される内燃機関の振動は、球面継手６により吸収されるので、たとえ球面継手６により吸収できない振動が、ケーシング２０に排気ガスを流入させる唯一の排気管である第１排気管３に伝達されたとしても、その伝達された振動自体が球面継手６によりある程度減衰されるうえ、第１排気管３とケーシング２０との溶接部Ｗ１の強度が高いので、第１排気管３に伝達される振動により溶接部Ｗ１にクラックが生じることが大幅に抑制され、第１排気管３が溶接されたケーシング２０を備えた排気装置１の耐久性が向上する。
第１排気管３は、上流端部３ａから下方に延びて、上流端部３ａよりも下方に配置されたケーシング２０の上部を形成する第１ケーシング半体２１に接続されるので、第１排気管３を短く、かつ屈曲が少ない状態で配管することができる。その結果、第１排気管３が短く、かつ屈曲が少ない状態で配管されることで、流路抵抗が減少して、排気装置１における排気ガスの円滑な流出および排気効率の向上に寄与することができ、さらに第１排気管３の配置が簡素化されるという効果が奏される。
酸素濃度センサ２５は、触媒１５よりも上流側に位置する開口部２３からケーシング２０内に流入した排気ガス中の酸素濃度を、触媒１５よりも上流側で検出するが、該酸素濃度センサ２５が取り付けられる取付座２７は、第１排気管３が溶接された第１ケーシング半体２１とは別のケーシング半体であって、第１排気管３が接続されない第２ケーシング半体２２の、触媒１５よりも上流側の部分に設けられるので、ケーシング２０の、触媒１５よりも上流側の部分において、取付座２７の配置の制約は少ない。
その結果、取付座２７は、下流側排気管が接続されないケーシング半体に設けられるので、取付座２７の配置の制約が少なくなり、酸素濃度センサ２５の配置の大きな自由度を確保でき、検出精度や応答性の観点から適切な酸素濃度センサ２５の位置を設定できるという効果が奏される。
遮熱カバー３０がケーシング２０の外側を覆って配置されるので、ケーシング２０の周囲に位置する部材に対する熱害を抑制できる。そして、溶接部の位置は、ケーシング２０において触媒１５の上流端面１５ａよりも上流側、すなわち上流端面１５ａよりも上流側となり、しかも遮熱カバー３０が、触媒１５よりも上流側に位置する２つの固定箇所であるボルト孔Ｃ１，Ｃ２に通されるボルトＤ１，Ｄ２およびナットＨ１，Ｈ２によりケーシング２０に固定されるため、第１排気管３と第１ケーシング半体２１との溶接部Ｗ１の近傍では、遮熱カバー３０の剛性が加わってケーシング２０の剛性が高くなる。さらに、ボルト孔Ｃ１，Ｃ２の位置は、溶接部Ｗ１が占める軸線Ｌ１方向での範囲Ｓ内にあって、溶接部Ｗ１および取付座２７の近傍に位置することになるので、第１排気管３から伝達される振動を効果的に抑制できると共に、取付座２７に取り付けられる酸素濃度センサ２６の振動も効果的に抑制できる。
その結果、次の効果が奏される。すなわち、遮熱カバー３０によりケーシング２０の周囲の部材に対する熱害を抑制でき、しかも触媒１５よりも上流側のケーシング２０においては、触媒１５よりも上流側に位置するボルトＤ１，Ｄ２およびナットＨ１，Ｈ２で固定される遮熱カバー３０により、第１排気管３から伝達される振動を抑制できるので、ケーシング２０全体の振動が抑制されて、ケーシング２０内に収納された触媒１５の耐久性が向上する。
ケーシング２０に接続される第２排気管５の下流端部には、第３排気管４０をボルト４５にて第２排気管５に接続するための接続フランジ１６が設けられ、第２排気管５は、接続フランジ１６の接続面１６ａに垂直な直線がケーシング２０の軸線Ｌ１方向から逸れた方向を指向するように、曲げられることにより、排気ガス浄化装置４のケーシング２０の軸線Ｌ１方向から逸れた方向に曲げられた第２排気管５の接続フランジ１６の接続面１６ａは、ケーシング２０の軸線Ｌ１方向から逸れた方向に向けられるので、接続面１６ａの全面を、排気ガス浄化装置４と軸線Ｌ１方向で対面して配置される燃料タンク４３と対面しない方向に向けることができる。
その結果、次の効果が奏される。すなわち、第２排気管５は、接続フランジ１６の接続面１６ａがケーシング２０の軸線Ｌ１方向から逸れた方向に向くように曲げられることにより、接続面１６ａを、排気ガス浄化装置４と軸線Ｌ１方向で対面して配置される燃料タンク４３と対面しない方向に向けることができるので、第２排気管５と第３排気管４０とを接続する際に、燃料タンク４３が排気ガス浄化装置４に対して比較的短い間隔をおいて軸線Ｌ１方向で対面して配置される場合にも、燃料タンク４３と干渉することなく、ボルト４５に螺合されるナット４６を締め付けるためのインパクトレンチを接続フランジ４２に近づけることができて、ボルト４５およびナット４６による接続フランジ１６と第３排気管４０の接続フランジ４２との結合が容易になり、第２排気管５と第３排気管４０との接続の作業性が向上する。
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
前記実施例では、排気ガス浄化装置４はその軸線Ｌ１方向が略水平方向であったが、その軸線方向が上下方向の排気ガス浄化装置４であってもよい。また、第１排気管３は第１ケーシングに直接溶接されたが、第１ケーシング半体２１に溶接により結合されたフランジに第１排気管３が接続されるものであってもよい。さらに、遮熱カバー３０をケーシング２０に固定するための、上流側の固定箇所は２つであったが、３以上とすることもできる。また、排気ガス浄化装置４は三元触媒からなる触媒１５を有するものであったが、触媒は三元触媒に限ることなく、例えばＮＯｘ浄化のみの触媒であってもよく、さらに触媒を有していない排気ガス浄化装置４であってもよい。
前記実施例では、内燃機関は車両に搭載されるものであったが、内燃機関が備えられる車両以外の移動体または設備にも、本発明の内燃機関の排気装置を適用できる。また、前記実施例では、接続フランジの接続面の全面が燃料タンクに対面しないように、第２排気管が曲げられたが、締結具を締め付ける工具が、燃料タンクと干渉しないように、接続面の少なくとも一部が燃料タンクと対面しないようになっていればよい。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明が適用される車両に搭載される内燃機関の排気装置の一部の概略平面図である。
図２は、図１の内燃機関の排気装置の一部の概略側面図である。
図３は、球面継手の断面図である。
図４は、排気ガス浄化装置を、ケーシングの分割面に垂直な方向から見た部分図である。
図５は、図４のＶ矢視図であり、遮熱カバーの一部を断面で示す図である。
図６は、排気ガス浄化装置のケーシングを、その分割面に垂直な方向から見た図である。
図７は、排気管とケーシングとの接続部を示す断面図である。
図８は、図１の排気装置と燃料タンクとの位置関係を示す斜視図である。
図９は、図１の排気装置と燃料タンクとの位置関係を示す、図１と同様の平面図である。
図１０は、図１の排気装置と燃料タンクとの位置関係を示す、図２と同様の側面図である。

Claims

内燃機関からの排気ガスが流入する上流側排気管と、溶接により相互に結合された２つのケーシング半体から構成されるケーシングを有する排気ガス浄化装置と、上流端部が前記上流側排気管に接続され、下流端部が前記ケーシングに溶接される下流側排気管とを備えた内燃機関の排気装置において、
前記上流端部は、球面継手を介して前記上流側排気管に接続され、前記下流端部は、前記両ケーシング半体のいずれか一方のケーシング半体に、該両ケーシング半体を結合する溶接部と重ならないように溶接され、前記ケーシングには前記下流側排気管のみを経て排気ガスが流入することを特徴とする内燃機関の排気装置。
前記ケーシングは前記上流端部よりも下方に配置され、前記一方のケーシング半体は前記ケーシングの上部を形成することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
前記排気ガス浄化装置は前記ケーシングに収納された触媒を有し、前記下流側排気管から前記ケーシングへの排気流入口は、前記触媒よりも上流側に位置し、前記両ケーシング半体の他方のケーシング半体の、前記触媒よりも上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサが取り付けられる取付座が設けられたことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気装置。
前記下流端部と前記一方のケーシング半体とを接続する溶接部は、前記触媒よりも上流側に位置し、前記ケーシングの外側を覆う遮熱カバーが、前記触媒よりも上流側に位置する複数の固定箇所で前記ケーシングに固定されたことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気装置。
前記ケーシングの下流端部には第２排気管が接続され、該第２排気管の下流端部には、第３排気管を締結具にて前記第２排気管に接続するための接続フランジが設けられ、前記第２排気管は、前記接続フランジの接続面に垂直な直線が前記ケーシングの軸線方向から逸れた方向を指向するように、曲げられていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。