WO2011102419A1

WO2011102419A1 - 排気装置

Info

Publication number: WO2011102419A1
Application number: PCT/JP2011/053384
Authority: WO
Inventors: 裕久大上; 加藤　雅俊
Original assignee: フタバ産業株式会社
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2011-08-25
Also published as: EP2538060B1; JP2011169202A; EP2538060A1; JP5517665B2; PL2538060T3; US20120317961A1; US8935914B2; PT2538060E; ES2531188T3; CN102762842B; CN102762842A; EP2538060A4

Abstract

　排気装置は、エギゾーストマニホルドと、触媒の上流側コーンと、排気センサと、アウタシェルと、センサ室とを備えている。そして、上流側コーンとアウタシェルとの間に、エギゾーストマニホルド内に開口してセンサ室に連通する流入流路を形成する。

Description

排気装置

関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０１０年２月１７日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１０－３２６０９号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１０－３２６０９号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

　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。

　従来の内燃機関には、排気を浄化する触媒が設けられている。触媒の機能を発揮させるために、排気の空燃比を判定し、所定の空燃比となるように内燃機関に噴射する燃料量が制御される。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に均等に拡散しない。そして、排気センサに触れる排気のうち、特定の気筒からの排気の流速は早く、他の気筒からの排気の流速は遅くなる。このため、気筒毎に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に開示されているように、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方法が知られている。

特開２００６－１７０８１号公報

　しかしながら、こうした従来の複数気筒の空燃比を判定する方法を実現するためには、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排気連通路を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。

　本発明の目的は、各気筒からの排気が、排気センサに均一に触れるように改善することで、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。

　かかる目的を達成するために、本発明の排気装置は、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と、前記エギゾーストマニホルドに接続され、排気を浄化する触媒の上流側コーンと、前記上流側コーンに設けられる排気センサと、前記上流側コーンの外側に重ねられるアウタシェルと、前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間に形成されたセンサ室とを備えている。

　そして、本発明の排気装置においては、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が形成され、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が形成される。

　上述したように構成された本発明の排気装置では、前記上流側コーンを、該上流側コーンの径方向内側に窪ませることで、前記流入流路が形成されてもよい。また、前記アウタシェルを外側に膨らませることで、前記センサ室が形成されてもよい。更に、前記流入流路と前記開口との対を複数設けてもよい。前記アウタシェルには、前記センサ室に連通する前記排気センサの取付孔が設けられてもよい。

　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であっても、各気筒毎にばらつくことなく、空燃比を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。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。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。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。

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　　　　　　８０…排気装置
１００…内燃機関

　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、排気装置８０は、エギゾーストマニホルド１と、上流側コーン２２と、円筒部２４と、下流側コーン２６と、アウタシェル３４とを備えている。

　本実施形態のエギゾーストマニホルド１は、４気筒の内燃機関１００に用いられる。内燃機関１００は、第１気筒＃１から第４気筒＃４に連通した第１排気ポートＰ１から第４排気ポート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排気ポートＰ１から第４排気ポートＰ４に対応した４個の貫通孔１０～１３が穿設されている。さらに、フランジ２には、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排気ポートＰ１から第４排気ポートＰ４からの排気を集合させ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収納された触媒本体（図示せず）を備えている。

　内燃機関１００の第１排気ポートＰ１から第４排気ポート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に形成されてもよいし、あるいは、軸方向に分割形成された複数の部材を接合することで一つの上流側コーン２２を構成する構造としてもよい。

　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ることで、上流側コーン２２とアウタシェル３４との間には、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が装着されている。

　センサ室３６に対応して、上流側コーン２２には、上流側コーン２２の径方向内側に窪ませることで窪み４０が形成される。また、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における大径部３２側に形成されている。その流出孔４２は、触媒２０の軸方向に沿って穿設されている。

　更に、上流側コーン２２には、上流側コーン２２を径方向内側に窪ませることで、２本の溝４４，４６が形成されている。これら溝４４，４６は、小径部２８の上流端から窪み４０内に達するように形成されている。このように上流側コーン２２とアウタシェル３４との間に設けられた溝４４，４６により、流入流路４８，５０が形成される。

　つまり、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の上流端に開口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ている。よって、上流側コーン２２の小径部２８と、エギゾーストマニホルド１の本体部４とを接続すると、流入流路４８，５０への流入口である開口５２，５４は、エギゾーストマニホルド１内に位置する。

　図５Ａ－５Ｄに示すように、第１排気ポートＰ１から第４排気ポートＰ４の各々からの排気が、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、第１気筒＃１から第４気筒＃４の各々からの排気は、小径部２８の上流端での流速分布が異なる。

　第１気筒＃１からの排気は、図５Ａに示す右側の本体部４の内壁に沿った位置を主に流れて小径部２８に流入する。よって、図５Ａに示すように、小径部２８の上流端における中央の排気流速は遅く、図５Ａに示す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５Ｂに示す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に流入する。よって、図５Ｂに示すように、小径部２８の上流端における中央の排気流速は遅く、図５Ｂに示す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５Ｃに示す下側の本体部４の内壁に沿った位置を主に流れて小径部２８に流入する。よって、図５Ｃに示すように、小径部２８の上流端における中央の排気流速は遅く、図５Ｃに示す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５Ｄに示す左下側の本体部４の内壁よりの位置を主に流れて小径部２８に流入する。よって、図５Ｄに示すように、小径部２８の上流端における中央の排気流速は遅く、図５Ｄに示す左下側の排気流速が速くなっている。

　このように、第１気筒＃１から第４気筒＃４の各々からの排気は、上流側コーン２２の小径部２８内やエギゾーストマニホルド１の本体部４内において、流速が早い位置が異なる。すなわち、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。このように排気流量や排気流速が異なるため、第１気筒＃１から第４気筒＃４の各々からの排気に対する排気センサ３９での検出結果に基づいて検出される空燃比は、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気筒＃１から第４気筒＃４からの排気が主として通過する小径部２８の上流端内での位置や排気流速が速い小径部２８の上流端内での位置であって、第１気筒＃１から第４気筒＃４に共通する箇所に設けられている。図５Ａ－５Ｄ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いる。これら開口５２，５４が設けられる位置は、開口５２，５４のうちの少なくとも一つが、第１気筒＃１から第４気筒＃４からの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と開口５２，５４とを２組設けたが、本発明における流入流路と開口との組は、これに限らず、排気が主に流れる位置や排気流速が速い位置として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気筒＃１から第４気筒＃４毎の排気が主に流れる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。これら開口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８０を流れる排気について説明する。
　内燃機関１００の回転に伴って、各第１気筒＃１から第４気筒＃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。

　なお、開口５２，５４を介して流入流路４８，５０からセンサ室３６に流入する排気は、例えば、第１気筒＃１からの排気であれば、図５Ａに示すように、小径部２８の上流端における右側（図５Ａにおける右側）を流れる流速が速い排気となる。また、第２気筒＃２からの排気であれば、図５Ｂに示すように、小径部２８の上流端における下側（図５Ｂにおける下側）から右下側（図５Ｂにおける右下側）を流れる流速が速い排気が、センサ室３６に流入する。

　第３気筒＃３からの排気であれば、図５Ｃに示すように、小径部２８の上流端における下側（図５Ｃにおける下側）を流れる流速が速い排気が、センサ室３６に流入する。第４気筒＃４からの排気であれば、図５Ｄに示すように、小径部２８の上流端における左下側（図５Ｄにおける左下側）を流れる流速が速い排気が、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を重ね合わせた簡単な構成によって、各第１気筒＃１から第４気筒＃４からの流速が速い排気をセンサ室３６に流入させることができ、センサ室３６に第１気筒＃１から第４気筒＃４の各気筒からの排気を均一に導入できる。よって、第１気筒＃１から第４気筒＃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。

Claims

　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と、
　前記エギゾーストマニホルドに接続され、排気を浄化する触媒の上流側コーンと、
前記上流側コーンに設けられる排気センサと、
　前記上流側コーンの外側に重ねられるアウタシェルと、
　前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間に形成されたセンサ室と
　を備え、
　前記上流側コーンには、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が形成され、
　前記上流側コーンと前記アウタシェルとの間には、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が形成された
　ことを特徴とする排気装置。
　前記上流側コーンを、該上流側コーンの径方向内側に窪ませることで、前記流入流路が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
　前記アウタシェルを外側に膨らませることで、前記センサ室が形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気装置。
　前記流入流路と前記開口との対を複数設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気装置。
　前記アウタシェルには、前記センサ室に連通する前記排気センサの取付孔が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排気装置。