WO2017064884A1 - 排気状態検出装置 - Google Patents

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exhaust gas
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sensor
hole
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加藤　雅俊
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フタバ産業株式会社
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
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    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for

Definitions

  • the present disclosure relates to an exhaust state detection device that detects a state of exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
  • an exhaust state detection device provided with an exhaust sensor for detecting the state of exhaust gas in an exhaust passage.
  • the state of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine varies unevenly in the exhaust passage due to, for example, variations in the combustion state between cylinders in the internal combustion engine.
  • the state is detected by the exhaust sensor through a branch pipe that opens near the exhaust sensor.
  • Exhaust gas that has a large amount of exhaust gas and has passed through a branch pipe that opens away from the exhaust sensor is likely to flow without being detected by the exhaust sensor.
  • there is a problem that the variation of the conditions detected by the exhaust sensor in the exhaust gas becomes large, and it is impossible to accurately determine the state of the exhaust gas based on the exhaust sensor.
  • a cylindrical guide member is provided between the exhaust side and the downstream end of the plurality of branch pipes that open to the confluence channel where the exhaust gas flowing out from each cylinder merges.
  • An exhaust purification device has been proposed (see Patent Document 1).
  • the guide member causes the exhaust gas flowing out from each branch pipe to flow into the inside of the guide member from the plurality of through holes provided in the cylindrical portion of the guide member and the end of the guide member, and guides the exhaust gas to the exhaust sensor.
  • the exhaust gas can be applied to the exhaust sensor by making the conditions detected by the exhaust sensor of the exhaust gas flowing out from each branch pipe closer.
  • an exhaust state detection device that brings the conditions of exhaust gas flowing out from a plurality of exhaust passages close to each other and that does not hinder the momentum of the flow of exhaust gas.
  • the exhaust pipe has a merging channel that joins a plurality of exhaust channels to one exhaust channel.
  • the exhaust sensor is a sensor that detects the state of exhaust gas in the merging channel.
  • the cover has an accommodation space that is a space in which the exhaust sensor is accommodated by covering the exhaust sensor in the merging channel.
  • at least one inlet hole which is a through hole for allowing exhaust gas to flow into the accommodation space, is provided on the upstream surface, which is a portion facing the upstream side of the confluence channel on the outer surface of the cover. It is provided for each position corresponding to each of the roads.
  • at least one outlet hole which is a through hole for allowing exhaust gas to flow out from the housing space, is provided at a position near the exhaust sensor in a portion other than the upstream surface on the outer surface of the cover.
  • the cover that covers the exhaust sensor can bring the conditions of the exhaust gas flowing from the plurality of exhaust passages into the merging passage into close proximity to each other, and the exhaust gas flow can be made closer to each other. It is possible to provide an exhaust state detection device that does not hinder the momentum.
  • the total area of at least one inlet hole provided for each position of the plurality of exhaust passages may be smaller than the total area of at least one outlet hole. It is assumed that the total area of the at least one outlet hole is smaller than the total area of the at least one inlet hole. Then, even if the total area of the at least one inlet hole is increased, the influence of the size of the total area of the at least one inlet hole on the inflow amount of the exhaust gas flowing into the accommodation space is small. On the other hand, if the total area of the at least one inlet hole is smaller than the total area of the at least one outlet hole, the size of the total area of the at least one inlet hole is the inflow of exhaust gas flowing into the accommodation space. The effect on quantity can be increased.
  • the accommodation space may be communicated with the outside of the accommodation space only by the at least one inlet hole and the at least one outlet hole.
  • the flow of the exhaust gas generated in the accommodation space is likely to be only the flow of the exhaust gas that flows in from the at least one inlet hole and flows out from the at least one outlet hole.
  • the at least one outlet hole may be provided at a position facing the exhaust sensor in a portion other than the upstream surface on the outer surface of the cover. According to such a configuration, the exhaust gas flowing into the accommodation space from the at least one inlet hole is likely to flow out after passing through the vicinity of the exhaust sensor. Thereby, the exhaust gas that has flowed into the accommodation space from the at least one inlet hole that is not in the vicinity of the exhaust sensor is also easily detected by the exhaust sensor. As a result, the conditions under which the exhaust gas flowing into the accommodation space from the at least one inlet hole is detected by the exhaust sensor can be made closer to each other.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 3A is a perspective view of the cover
  • FIG. 3B is a view of the cover as seen from a certain direction
  • FIG. 3C is a view of the cover as seen from a direction opposite to the direction of FIG. 3B.
  • An exhaust system 100 shown in FIGS. 1 and 2 forms part of an exhaust passage for guiding exhaust gas discharged from each cylinder (not shown) of an internal combustion engine of the vehicle to the outside of the vehicle.
  • the exhaust system 100 includes an exhaust manifold 1, a cone 2, an exhaust sensor 3, a cover 4, a catalyst case 5, and a cone 6.
  • the exhaust manifold 1 forms an exhaust passage that joins exhaust gases discharged from each of a plurality of (four in this example) cylinders and guides them into the cone 2 described later.
  • the exhaust manifold 1 has a branch pipe 11 and a branch pipe 12, which are two branch pipes formed in a substantially Y shape. As shown in FIG. 1, the tube portion 11A and the tube portion 11B, which are the upstream portion of the branch tube 11 (the portion forming the V portion in the Y shape), correspond to the tube portion 11A and the tube portion 11B, respectively.
  • An exhaust passage for exhaust gas discharged from the cylinder is formed.
  • the pipe part 11C which is the downstream part of the branch pipe 11 (the part forming the I part of the Y-shape), forms a flow path that connects the exhaust flow paths of the pipe part 11A and the pipe part 11B to the cone 2.
  • the pipe part 12A and the pipe part 12B which are the upstream part of the branch pipe 12 are cylinders corresponding to the pipe part 12A and the pipe part 12B, respectively.
  • An exhaust passage for the exhaust gas discharged from is formed.
  • the pipe part 12C which is the downstream part of the branch pipe 12 (the part forming the I part of the Y-shape), forms a flow path connecting the exhaust flow paths of the pipe part 12A and the pipe part 12B to the cone 2.
  • the downstream end of the tube portion 11 ⁇ / b> C and the downstream end of the tube portion 12 ⁇ / b> C are open to the inside of the cone 2.
  • the cone 2 is provided on the downstream side of the exhaust manifold 1.
  • the cone 2 together with the branch pipe 11 and the branch pipe 12, form a merge flow path that is an exhaust flow path that joins the exhaust gases flowing out from the plurality of cylinders and guides them to the catalyst case 5.
  • the cone 2 is provided with a through hole 2A for disposing an exhaust sensor 3 and a cover 4 described later.
  • the exhaust sensor 3 is a sensor for detecting the state of exhaust gas (in this embodiment, oxygen concentration).
  • the exhaust sensor 3 is provided in the part where the exhaust gas after joining in the joining flow path, in other words, inside the cone 2.
  • the exhaust sensor 3 is connected to the exhaust passage formed by the cone 2 through the through-hole 2A so that a sensor part that is a part for detecting the state of exhaust gas, more specifically the oxygen concentration of the exhaust gas, protrudes. Arranged.
  • the cover 4 is a member that includes a collar portion 41 and a cylindrical protruding portion 42 that is closed at one end and has a perfect cross section.
  • the collar part 41 and the protrusion part 42 are formed by drawing.
  • a housing space 43 for covering the exhaust sensor 3 is formed inside the protrusion 42.
  • the protrusion 42 has two inlet holes, an inlet hole 4A and an inlet, on the upstream surface (the upper side of the cover 4 in FIG. 2) that faces the upstream side of the confluence channel on the outer surface of the protrusion 42.
  • a hole 4B is provided.
  • the inlet hole 4 ⁇ / b> A and the inlet hole 4 ⁇ / b> B are perfect circular through holes for allowing exhaust gas to flow into the accommodation space 43.
  • the inlet hole 4A exists at a position corresponding to the tube portion 11C, specifically, within the range of the projection surface at the downstream end portion of the tube portion 11C.
  • the inlet hole 4B exists at a position corresponding to the tube portion 12C, specifically, within the range of the projection surface of the downstream end portion of the tube portion 12C. More specifically, the inlet hole 4 ⁇ / b> A is provided at a place where the flow F ⁇ b> 1 that is the flow of exhaust gas passing through the branch pipe 11 easily passes through the inside of the cover 4. The inlet hole 4 ⁇ / b> B is also provided at a place where the flow F ⁇ b> 2 that is the flow of exhaust gas passing through the branch pipe 12 easily passes through the inside of the cover 4.
  • the central axis at the downstream end of the pipe portion 11C passes through the center of the inlet hole 4A, and the central axis at the downstream end of the pipe portion 12C has a positional relationship passing through the center of the inlet hole 4B. .
  • the cover 4 (specifically, the projecting portion 42) has a portion other than the upstream surface on the outer surface of the projecting portion 42, more specifically, a downstream portion that is a portion facing the downstream side of the confluence channel on the outer surface of the projecting portion 42.
  • An exit hole 4C which is one exit hole, is provided on the surface (in this example, the lower side of the cover 4 in FIG. 2).
  • the outlet hole 4 ⁇ / b> C is a perfect circular through hole for allowing the exhaust gas to flow out of the accommodation space 43. As shown in FIG. 2, the outlet hole 4C exists at a position facing the exhaust sensor 3 on the downstream surface (in this example, directly below the exhaust sensor 3 in FIG. 2).
  • the exhaust sensor 3 and the cover 4 have a straight line connecting the center of the inlet hole 4A and the center of the outlet hole 4C and a straight line connecting the center of the inlet hole 4B and the center of the outlet hole 4C with respect to the inner surface of the cover 4. When both are subtracted, both straight lines are in a positional relationship blocked by the exhaust sensor.
  • the accommodation space 43 is communicated with an exhaust passage outside the accommodation space 43 through the inlet hole 4A, the inlet hole 4B, and the outlet hole 4C.
  • the cover 4 is not provided with any through-holes other than the inlet hole 4A, the inlet hole 4B, and the outlet hole 4C.
  • the area of the inlet hole 4A and the area of the inlet hole 4B are equal and are smaller than the area of the outlet hole 4C, respectively.
  • the cover 4 is formed by welding the collar portion 41 that is in contact with the outer surface of the cone 2 with the protruding portion 42 inserted into the through-hole 2 ⁇ / b> A from the outside of the cone 2. It is arranged. Further, the exhaust sensor 3 is fixed in a state where the sensor portion is inserted into the accommodation space 43. That is, the protrusion 42 protrudes inward (exhaust flow path) from the inner surface of the cone 2 so as to cover the exhaust sensor 3.
  • the catalyst case 5 forms an exhaust passage on the downstream side of the cone 2 and accommodates a catalyst (not shown) for purifying the exhaust gas.
  • the cone 6 forms an exhaust passage for the exhaust gas that has been purified and flowed out by the catalyst accommodated in the catalyst case 5 on the downstream side of the catalyst case 5.
  • the exhaust gas flowing into the cone 2 from the branch pipe 11 is provided with an inlet hole 4A in the downstream direction of the exhaust gas flow, so the momentum of the exhaust gas flow is hindered. It flows into the accommodation space 43 from the inlet hole 4A without difficulty.
  • the exhaust gas flowing into the accommodation space 43 from the inlet hole 4A is guided toward the outlet hole 4C provided on the downstream side of the inlet hole 4A.
  • Both the inlet hole 4 ⁇ / b> A and the outlet hole 4 ⁇ / b> C are provided in the vicinity of the exhaust sensor 3.
  • the exhaust gas flowing into the accommodation space 43 from the inlet hole 4A is directly guided in a direction crossing the exhaust sensor 3 (in this example, a direction directly below the inlet hole 4A in FIG. 2). Therefore, the exhaust gas that has flowed into the accommodation space 43 from the inlet hole 4 ⁇ / b> A flows out of the accommodation space 43 from the outlet hole 4 ⁇ / b> C after passing through the vicinity of the exhaust sensor 3.
  • the momentum of the flow is hardly hindered. It flows into the accommodation space 43 from the inlet hole 4B.
  • the exhaust gas flowing into the accommodation space 43 from the inlet hole 4B is guided in the direction of the outlet hole 4C provided on the downstream side of the inlet hole 4B.
  • the inlet hole 4 ⁇ / b> B is provided at a position away from the exhaust sensor 3, but the outlet hole 4 ⁇ / b> C is provided at a position near the exhaust sensor 3.
  • the exhaust gas that has flowed into the accommodation space 43 from the inlet hole 4B is guided in the direction in which the exhaust sensor 3 is provided (in this example, the diagonally lower right direction from the inlet hole 4B in FIG. 2). Therefore, the exhaust gas flowing into the accommodation space 43 from the inlet hole 4B flows out of the accommodation space 43 from the outlet hole 4C after passing through the vicinity of the exhaust sensor 3.
  • the exhaust gas that has flowed out of the accommodating space 43 from the outlet hole 4C is guided to the catalyst case 5 and purified by the catalyst accommodated in the catalyst case 5.
  • the purified exhaust gas flows out from the catalyst case to the cone 6 and then is guided to a further downstream pipe.
  • the upstream surface of the outer surface of the cover 4 includes an inlet hole 4A and an inlet hole 4B within the range of the projection surface at the downstream end of the branch pipe 11 and within the range of the projection surface of the downstream end of the branch pipe 12. Exists. Further, an outlet hole 4 ⁇ / b> C is provided at a position facing the exhaust sensor 3 in the downstream surface portion of the outer surface of the cover 4.
  • part of the exhaust gas flowing into the cone 2 flows into the accommodation space 43 from the inlet hole 4A and the inlet hole 4B provided in the cover 4.
  • the exhaust gas flowing into the storage space 43 is guided in the direction of the outlet hole 4C, passes through the vicinity of the exhaust sensor 3, and flows out of the storage space 43 from the outlet hole 4C. That is, any exhaust gas that has flowed into the accommodation space 43 from the inlet hole 4A and the inlet hole 4B is guided to the outlet hole 4C so as to pass through the vicinity of the exhaust sensor 3.
  • the conditions under which the exhaust gas flowing into the cone 2 from each of the branch pipe 11 and the branch pipe 12 is detected by the exhaust sensor 3 can be brought close to each other, and the momentum of the exhaust gas flow is hardly hindered. can do.
  • the area of the inlet hole 4A and the area of the inlet hole 4B are each smaller than the area of the outlet hole 4C. Assuming that the area of the outlet hole 4C is smaller than the area of the inlet hole 4A and the area of the inlet hole 4B, the size of the area of the inlet hole 4A and the size of the area of the inlet hole 4B flow into the accommodation space 43. The effect on exhaust gas inflow is small. In contrast, if the area of the inlet hole 4A and the area of the inlet hole 4B are smaller than the area of the outlet hole 4C, respectively, as in this embodiment, the size of the area of the inlet hole 4A and the area of the inlet hole 4B are large.
  • the influence on the inflow amount of the exhaust gas flowing into the accommodation space 43 can be increased.
  • the area of the inlet hole 4B provided at a position away from the exhaust sensor 3 is made larger than the area of the inlet hole 4A to increase the inflow amount of the exhaust gas flowing into the accommodation space 43.
  • the amount of exhaust gas flowing into the accommodation space 43 from the inlet hole 4B can be easily adjusted.
  • the accommodation space 43 is communicated with the exhaust passage only by the inlet hole 4A, the inlet hole 4B, and the outlet hole 4C. According to such a configuration, the flow of the exhaust gas generated in the accommodation space 43 is likely to be only the flow of the exhaust gas that flows in from the inlet hole 4A and the inlet hole 4B and flows out of the outlet hole 4C. Thereby, compared with the case where holes other than the inlet hole 4A, the inlet hole 4B, and the outlet hole 4C are provided in the cover 4, the amount of exhaust gas passing through the vicinity of the exhaust sensor 3 can be increased.
  • the outlet hole 4 ⁇ / b> C is provided at a position facing the exhaust sensor 3 on the downstream surface on the outer surface of the protruding portion 42. According to such a configuration, the exhaust gas flowing into the accommodation space 43 from the inlet hole 4A and the inlet hole 4B is likely to flow out after passing through the vicinity of the exhaust sensor 3. As a result, the exhaust sensor 3 can easily detect the oxygen concentration in the state of the exhaust gas flowing into the accommodation space 43 from the inlet hole 4 ⁇ / b> B that is not near the exhaust sensor 3. As a result, the conditions under which the exhaust sensor 3 detects the exhaust gas flowing into the accommodation space 43 from the inlet hole 4A and the inlet hole 4B can be made closer to each other.
  • the portion of the exhaust system 100 that includes the exhaust manifold 1, the cone 2, the exhaust sensor 3, and the cover 4 corresponds to an example of an exhaust state detection device.
  • the branch pipe 11, the branch pipe 12, and the cone 2 correspond to an example of the exhaust pipe.
  • the exhaust manifold 1 is illustrated in which the Y-shaped branch pipe 11 and the branch pipe 12 form an exhaust passage for guiding the exhaust gas discharged from each of the four cylinders to the cone 2.
  • the configuration of each cylinder and the exhaust manifold is not limited to this.
  • the branch pipes corresponding to the four cylinders may be constituted by four branch pipes that are not I-shaped branches instead of the two branch pipes that are Y-shaped branches.
  • the number of cylinders and the number of branch pipes corresponding to each cylinder may be other than four.
  • the oxygen sensor that detects the oxygen concentration contained in the exhaust gas as the state of the exhaust gas is exemplified as the exhaust sensor 3, but the configuration of the exhaust sensor is not limited to this.
  • a NOx sensor that detects NOx contained in exhaust gas as an exhaust gas state an air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio state of exhaust gas as an exhaust gas state, or a temperature sensor that detects the temperature of exhaust gas as an exhaust gas state May be used.
  • the cover 4 is formed by drawing
  • the method of forming the cover is not limited to this.
  • the cover may be formed using a pipe member or may be formed by other methods.
  • the configuration in which the cover 4 is disposed on the cone 2 by welding is illustrated, but the method of arranging the cone 2 with respect to the cover 4 is not limited to this.
  • the cover 4 may be disposed on the cone 2 by brazing. Further, the cover 4 may be disposed on the cone 2 by screwing.
  • the cover 4 is exemplified by the configuration in which the inlet hole 4A, the inlet hole 4B, and the outlet hole 4C are provided.
  • the number and shape of the holes provided in the cover are limited to this. is not.
  • the cover may be provided with three or more inlet holes or two or more outlet holes.
  • the number of inlet holes corresponding to the branch pipe 11 or the branch pipe 12 may be two or more.
  • the shapes of the inlet hole and the outlet hole may be other shapes such as an ellipse instead of a perfect circle.
  • the configuration in which the area of the inlet hole 4A and the area of the inlet hole 4B are smaller than the area of the outlet hole 4C is exemplified, but the configuration of the inlet hole is not limited to this.
  • the total area of the inlet holes corresponding to at least one branch pipe is the total of the outlet holes provided at least one It may be larger than the area.
  • the configuration in which the area of the inlet hole 4A and the area of the inlet hole 4B are equal is exemplified, but the configuration of the plurality of inlet holes is not limited to this.
  • the total areas of the inlet holes provided at least one at a position corresponding to each of the plurality of branch pipes may be set to different values. Specifically, out of the inlet holes provided at positions corresponding to each of the plurality of branch pipes, the exhaust gas flowing from the inlet hole far from the exhaust sensor is compared with the exhaust gas flowing from the inlet hole close to the exhaust sensor. The state may be difficult to detect by the exhaust sensor.
  • the total area of the inlet holes far from the exhaust sensor may be larger than the total area of the inlet holes close to the exhaust sensor.
  • the outlet hole 4C is exemplified as a position facing the exhaust sensor 3, specifically, a configuration provided immediately below the exhaust sensor 3 in FIG. It is not limited to this.
  • the outlet hole may be provided at another position facing the exhaust sensor 3, for example, at a position obliquely below the exhaust sensor 3 in FIG. Further, for example, the outlet hole may be provided at a position in the vicinity of the exhaust sensor 3 that is not a position facing the exhaust sensor 3, such as a position farther from the exhaust sensor 3 than the tip of the exhaust sensor 3.
  • the inlet hole 4A exists in the range of the projection surface at the downstream end of the pipe portion 11C
  • the inlet hole 4B exists in the range of the projection surface of the downstream end portion of the pipe portion 12C.
  • the structure to perform was illustrated.
  • the positions of the inlet hole 4A and the inlet hole 4B are not limited to this.
  • the inlet hole 4A may be present at a position overlapping at least a part of the projection surface at the downstream end of the tube portion 11C, and the inlet hole 4B may be overlapped with at least a part of the projection surface at the downstream end of the tube portion 12C.
  • the inlet hole 4A is a position where the central axis of the downstream end portion in the pipe portion 11C enters the inlet hole 4A
  • the inlet hole 4B is a position where the central axis of the downstream end portion in the pipe portion 12C enters the inlet hole 4B. , May be present.

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Abstract

排気状態検出装置は、排気管と、排気センサと、カバーと、を備える。排気管は、複数の排気流路を１つの排気流路に合流させる合流流路を有する。排気センサは、合流流路において排ガスの状態を検出するセンサである。カバーは、合流流路において排気センサを覆うことにより、排気センサが収容された空間である収容空間を有する

Description

排気状態検出装置 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１５年１０月１４日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１５－２０２９９０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２０１４－２０２９９０号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
　本開示は、内燃機関から排出される排ガスの状態を検出する排気状態検出装置に関する。
　内燃機関から排出される排ガスの状態を判断するため、排気流路に排ガスの状態を検出する排気センサを設けた排気状態検出装置が知られている。ところで、内燃機関から排出される排ガスの状態は、例えば内燃機関における気筒間の燃焼状態のばらつきなどにより、排気流路において一様でなくばらついている。また、各気筒から排出された排ガスの排気流路を形成する複数の枝管を通過する排ガスのうち、状態が排気センサによって検出されるのは、排気センサの近くに開口する枝管を通過した排ガスが多く、排気センサから離れた位置に開口する枝管を通過した排ガスは、状態が排気センサによって検出されずに流れやすい。その結果、排ガスにおける排気センサによって検出される条件のばらつきが大きくなり、排気センサに基づく排ガスの状態の判断を正確に行えないという問題があった。
　このような問題を解決するために、各気筒から流出した排ガスが合流する合流流路に開口する複数の枝管における下流側端部と、排気センサとの間に、筒状の誘導部材を設けた排気浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。誘導部材は、各枝管から流出した排ガスを、誘導部材の筒部に設けられた複数の貫通孔及び誘導部材の端部から誘導部材の内部へ流入させ、排気センサへ誘導する。このような誘導部材が設けられた排気浄化装置では、各枝管から流出した排ガスの排気センサによって検出される条件を近づけ、排ガスを排気センサに当てることができる。
特開２０００－７３７４８号公報
　しかしながら、前述した特許文献１に記載の排気浄化装置では、誘導部材の貫通孔が枝管の開口部に対応付けられて形成されていない、枝管と誘導部材との位置関係が存在する。そうすると、枝管から流出した排ガスの流れが誘導部材の外面により妨げられ、排ガスが排気センサに届くまで時間を要し、排ガスの適切な検出性能が保たれない恐れがあった。
　本開示の一局面においては、複数の排気流路から流出した排ガスの状態が排気センサによって検出される条件をそれぞれ近づけ、かつ排ガスの流れの勢いを妨げにくい排気状態検出装置が望ましい。
　本開示の一態様は、排気状態検出装置であって、排気管と、排気センサと、カバーと、を備える。排気管は、複数の排気流路を１つの排気流路に合流させる合流流路を有する。排気センサは、合流流路において排ガスの状態を検出するセンサである。カバーは、合流流路において排気センサを覆うことにより、排気センサが収容された空間である収容空間を有する。具体的には、カバーの外面における合流流路の上流側に面する部分である上流面には、収容空間に排ガスを流入させるための貫通孔である少なくとも１つの入口孔が、複数の排気流路のそれぞれに対応する位置ごとに設けられている。また、カバーの外面における上流面以外の部分には、収容空間から排ガスを流出させるための貫通孔である少なくとも１つの出口孔が、排気センサの近傍の位置に設けられている。
　このような構成によれば、排気センサを覆うカバーによって、複数の排気流路から合流流路へ流入した排ガスの状態が排気センサによって検出される条件を互いに近づけることができ、かつ排ガスの流れの勢いを妨げにくい排気状態検出装置の提供が可能となる。
　本開示の一態様は、複数の排気流路のそれぞれの位置ごとに設けられた少なくとも１つの入口孔の合計面積がそれぞれ、少なくとも１つの出口孔の合計面積よりも小さくてもよい。仮に、当該少なくとも１つの出口孔の合計面積が当該少なくとも１つの入口孔の合計面積よりも小さいとする。そうすると、当該少なくとも１つの入口孔の合計面積を大きくしたとしても、当該少なくとも１つの入口孔の合計面積の大きさが収容空間に流入する排ガスの流入量に与える影響は小さい。これに対し、当該少なくとも１つの入口孔の合計面積がそれぞれ当該少なくとも１つの出口孔の合計面積よりも小さいと、当該少なくとも１つの入口孔の合計面積の大きさが収容空間に流入する排ガスの流入量に与える影響を大きくすることができる。
　本開示の一態様は、収容空間が、当該少なくとも１つの入口孔及び当該少なくとも１つの出口孔のみによって収容空間の外部と連通されていてもよい。このような構成によれば、収容空間内に発生する排ガスの流れが、当該少なくとも１つの入口孔から流入し当該少なくとも１つの出口孔から流出する排ガスの流れのみとなりやすくなる。これにより、カバーに入口孔及び出口孔以外の孔が設けられている場合と比較して、排気センサ付近を通過する排ガスの量を増やすことができる。
　本開示の一態様は、当該少なくとも１つの出口孔が、カバーの外面における上流面以外の部分において、排気センサと対向する位置に設けられていてもよい。このような構成によれば、当該少なくとも１つの入口孔から収容空間へ流入した排ガスが、排気センサ付近を通過してから流出しやすくなる。これにより、排気センサの近傍にない当該少なくとも１つの入口孔から収容空間に流入した排ガスも、排気センサに検出されやすくなる。その結果、当該少なくとも１つの入口孔から収容空間へ流入した排ガスが排気センサによって検出される条件を互いに近づけることができる。
本実施形態の排気システムの外観図である。 図１のII－II断面図である。 図３Ａはカバーの斜視図、図３Ｂはある方向から見たカバーの図、図３Ｃは図３Ｂの方向と反対側の方向から見たカバーの図である。
　１…エキゾーストマニホールド、２…コーン、２Ａ…貫通孔、３…排気センサ、４…カバー、４Ａ，４Ｂ…入口孔、４Ｃ…出口孔、５…触媒ケース、６…コーン、１１，１２…枝管、４１…つば部、４２…突出部、４３…収容空間、１００…排気システム。
　以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
　［１．構成］
　図１及び図２に示す排気システム１００は、車両の内燃機関の各気筒（図示せず）から排出された排ガスを車両の外へ導くための排気流路の一部を形成する。排気システム１００は、エキゾーストマニホールド１と、コーン２と、排気センサ３と、カバー４と、触媒ケース５と、コーン６と、を備える。
　エキゾーストマニホールド１は、複数（この例では４つ）の気筒のそれぞれから排出された排ガスを合流させて、後述するコーン２の内部へと導く排気流路を形成する。エキゾーストマニホールド１は、概略Ｙ字状に形成された２つの枝管である、枝管１１及び枝管１２を有する。図１に示すように、枝管１１の上流部（Ｙ字状のうちＶの部分を形成する部分）である管部１１Ａ及び管部１１Ｂは、管部１１Ａ及び管部１１Ｂのそれぞれに対応する気筒から排出された排ガスの排気流路を形成する。枝管１１の下流部（Ｙ字状のうちＩの部分を形成する部分）である管部１１Ｃは、管部１１Ａ及び管部１１Ｂの排気流路が合流しコーン２へとつながる流路を形成する。枝管１１と同様、枝管１２の上流部（Ｙ字状のうちＶの部分を形成する部分）である管部１２Ａ及び管部１２Ｂは、管部１２Ａ及び管部１２Ｂのそれぞれに対応する気筒から排出された排ガスの排気流路を形成する。枝管１２の下流部（Ｙ字状のうちＩの部分を形成する部分）である管部１２Ｃは、管部１２Ａ及び管部１２Ｂの排気流路が合流しコーン２へとつながる流路を形成する。また、図２に示すように、管部１１Ｃの下流側端部及び管部１２Ｃの下流側端部は、コーン２の内部に開口している。
　コーン２は、エキゾーストマニホールド１の下流側に設けられている。コーン２は、枝管１１及び枝管１２とともに、複数の気筒から流出した排ガスを合流させ触媒ケース５へ導く排気流路である合流流路を形成する。コーン２には、後述する排気センサ３及びカバー４を配設するための貫通孔２Ａが設けられている。
　排気センサ３は、排ガスの状態（本実施形態では酸素濃度）を検出するためのセンサである。排気センサ３は、合流流路における合流後の排ガスが通る部分に、言い換えればコーン２の内部に設けられている。具体的には、排気センサ３は、コーン２により形成される排気流路に、排ガスの状態、より詳しくは排ガスの酸素濃度の検出部分であるセンサ部が突出するように、貫通孔２Ａを介して配設される。
　カバー４は、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、つば部４１と、一端が閉塞し、断面が真円である円筒状の突出部４２とを有する部材である。つば部４１及び突出部４２は、絞り加工によって形成される。図２に示すように、突出部４２の内部には、排気センサ３を覆うための収容空間４３が形成されている。
　突出部４２には、突出部４２の外面における合流流路の上流側に面する部分である上流面（図２でいうカバー４の上側）に、２つの入口孔である、入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂが設けられている。入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂは、収容空間４３に排ガスを流入させるための真円状の貫通孔である。図２に示すように、入口孔４Ａは管部１１Ｃに対応する位置、具体的には、管部１１Ｃにおける下流側端部の投影面の範囲内に存在する。また、入口孔４Ｂは管部１２Ｃに対応する位置、具体的には、管部１２Ｃにおける下流側端部の投影面の範囲内に存在する。より詳しくは、入口孔４Ａは、枝管１１を通る排ガスの流れである流れＦ１がカバー４の内部を通過しやすい場所に設けられている。入口孔４Ｂも、枝管１２を通る排ガスの流れである流れＦ２がカバー４の内部を通過しやすい場所に設けられている。なお、本実施形態では、管部１１Ｃの下流側端部における中心軸は入口孔４Ａの中心を通り、管部１２Ｃの下流側端部における中心軸は入口孔４Ｂの中心を通る位置関係にある。
　また、カバー４（具体的には突出部４２）には、突出部４２の外面における上流面以外の部分、より詳しくは突出部４２の外面における合流流路の下流側に面する部分である下流面（この例では、図２でいうカバー４の下側）に、１つの出口孔である、出口孔４Ｃが設けられている。出口孔４Ｃは、収容空間４３から排ガスを流出させるための真円状の貫通孔である。図２に示すように、出口孔４Ｃは、下流面において排気センサ３と対向する位置（この例では、図２でいう排気センサ３の真下）に存在する。排気センサ３及びカバー４は、カバー４の内面を基準とする、入口孔４Ａの中心と出口孔４Ｃの中心とを結んだ直線及び入口孔４Ｂの中心と出口孔４Ｃの中心とを結んだ直線を引いた場合、どちらの直線も排気センサによって遮られる位置関係にある。
　収容空間４３は、入口孔４Ａ、入口孔４Ｂ及び出口孔４Ｃによって、収容空間４３の外部の排気流路と連通されている。換言すれば、カバー４には、入口孔４Ａ、入口孔４Ｂ及び出口孔４Ｃ以外の貫通孔は設けられていない。なお、入口孔４Ａの面積と入口孔４Ｂの面積とは、等しく、それぞれ出口孔４Ｃの面積よりも小さい。
　図２に示すように、カバー４は、コーン２の外側から突出部４２が貫通孔２Ａに挿入された状態で、コーン２の外面に当接したつば部４１が溶接されることにより、コーン２に配設されている。また、排気センサ３は、センサ部が収容空間４３に挿入された状態で固定される。つまり、突出部４２は、排気センサ３を覆うように、コーン２の内面よりも内側（排気流路）に突出する。
　触媒ケース５は、コーン２の下流側で排気流路を形成し、排ガスを浄化するための触媒（図示せず）を収容する。
　コーン６は、触媒ケース５の下流側で、触媒ケース５に収容されている触媒によって浄化され流出した排ガスの排気流路を形成する。
　［２．作用］
　次に、本実施形態の排気システム１００の作用について説明する。
　複数の気筒から排出された排ガスは、各気筒に対応する管部１１Ａ、管部１１Ｂ、管部１２Ａ及び管部１２Ｂに流入する。具体的には、管部１１Ａ及び管部１１Ｂに流入した排ガスは管部１１Ｃを通り、コーン２に流入する。管部１２Ａ及び管部１２Ｂに流入した排ガスは管部１２Ｃを通り、コーン２に流入する。つまり、枝管１１及び枝管１２を通過した排ガスは、コーン２の内部にて合流する。
　図２の流れＦ１に示すように、枝管１１からコーン２に流入した排ガスの一部は、排ガスの流れの下流方向に入口孔４Ａが設けられているため、排ガスの流れの勢いが妨げられにくいまま、入口孔４Ａから収容空間４３に流入する。入口孔４Ａから収容空間４３へ流入した排ガスは、入口孔４Ａよりも下流側に設けられている出口孔４Ｃの方向へ導かれる。入口孔４Ａ及び出口孔４Ｃは共に、排気センサ３の近傍の位置に設けられている。このため、入口孔４Ａから収容空間４３へ流入した排ガスは、そのまま排気センサ３を横切る方向（この例では、図２でいう入口孔４Ａから真下の方向）へ導かれる。よって、入口孔４Ａから収容空間４３へ流入した排ガスは、排気センサ３付近を通過した後、出口孔４Ｃから収容空間４３の外へ流出する。
　一方、流れＦ２に示すように、枝管１２からコーン２に流入した排ガスの一部は、排ガスの流れの下流方向に入口孔４Ｂが設けられているため、流れの勢いが妨げられにくいまま、入口孔４Ｂから収容空間４３に流入する。入口孔４Ｂから収容空間４３へ流入した排ガスは、入口孔４Ｂよりも下流側に設けられている出口孔４Ｃの方向へ導かれる。入口孔４Ｂは、排気センサ３から離れた位置に設けられているが、出口孔４Ｃは排気センサ３の近傍の位置に設けられている。このため、入口孔４Ｂから収容空間４３へ流入した排ガスは、排気センサ３が設けられた方向（この例では、図２でいう入口孔４Ｂから斜め右下の方向）へ導かれる。よって、入口孔４Ｂから収容空間４３へ流入した排ガスは、排気センサ３付近を通過した後、出口孔４Ｃから収容空間４３の外へ流出する。
　出口孔４Ｃから収容空間４３の外へ流出した排ガスは、触媒ケース５へ導かれ、触媒ケース５に収容されている触媒によって浄化される。浄化された排ガスは、触媒ケースからコーン６へ流出した後、さらに下流の管へ導かれる。
　［３．効果］
　以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
　（１ａ）カバー４の外面における上流面には、枝管１１における下流側端部の投影面の範囲内及び枝管１２における下流側端部の投影面の範囲内に入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂが存在する。また、カバー４の外面における下流面の部分には、排気センサ３と対向する位置に出口孔４Ｃが設けられている。
　このような構成によれば、コーン２に流入した排ガスの一部は、カバー４に設けられた入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂから収容空間４３に流入する。収容空間４３に流入した排ガスは、出口孔４Ｃの方向へ導かれ、排気センサ３付近を通過し出口孔４Ｃから収容空間４３の外部へ流出する。つまり、入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂから収容空間４３に流入した排ガスはいずれも、排気センサ３付近を通過するように出口孔４Ｃへ導かれる。したがって、本実施形態によれば、枝管１１及び枝管１２のそれぞれからコーン２へ流入した排ガスが排気センサ３によって検出される条件を互いに近づけることができ、かつ排ガスの流れの勢いを妨げにくくすることができる。
　（１ｂ）入口孔４Ａの面積及び入口孔４Ｂの面積はそれぞれ、出口孔４Ｃの面積よりも小さい。仮に、出口孔４Ｃの面積が入口孔４Ａの面積及び入口孔４Ｂの面積のそれぞれよりも小さいとすると、入口孔４Ａの面積の大きさ及び入口孔４Ｂの面積の大きさが収容空間４３に流入する排ガスの流入量に与える影響は小さい。これに対し、本実施形態のように、入口孔４Ａの面積及び入口孔４Ｂの面積がそれぞれ出口孔４Ｃの面積よりも小さいと、入口孔４Ａの面積の大きさ及び入口孔４Ｂの面積の大きさが収容空間４３に流入する排ガスの流入量に与える影響を大きくすることができる。その結果、排気センサ３から離れた位置に設けられた入口孔４Ｂの面積を入口孔４Ａの面積よりも大きくして、収容空間４３に流入する排ガスの流入量を増やすといったように、入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂから収容空間４３に流入する排ガスの流入量を調整しやすくすることができる。
　（１ｃ）収容空間４３は、入口孔４Ａ、入口孔４Ｂ及び出口孔４Ｃのみによって排気流路と連通されている。このような構成によれば、収容空間４３内に発生する排ガスの流れが、入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂから流入し出口孔４Ｃから流出する排ガスの流れのみとなりやすくなる。これにより、カバー４に入口孔４Ａ、入口孔４Ｂ及び出口孔４Ｃ以外の孔が設けられている場合と比較して、排気センサ３付近を通過する排ガスの量を増やすことができる。
　（１ｄ）出口孔４Ｃは、突出部４２の外面における下流面において、排気センサ３と対向する位置に設けられている。このような構成によれば、入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂから収容空間４３へ流入した排ガスが、排気センサ３付近を通過してから流出しやすくなる。これにより、排気センサ３の近傍にない入口孔４Ｂから収容空間４３に流入した排ガスの状態である酸素濃度も、排気センサ３に検出されやすくなる。その結果、入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂから収容空間４３へ流入した排ガスが排気センサ３によって検出される条件を互いに近づけることができる。
　なお、本実施形態では、排気システム１００におけるエキゾーストマニホールド１、コーン２、排気センサ３及びカバー４を備える部分が排気状態検出装置の一例に相当する。また、枝管１１、枝管１２、コーン２が排気管の一例に相当する。
　［４．他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
　（２ａ）上記実施形態では、Ｙ字状の枝管１１及び枝管１２によって、４つの気筒のそれぞれから排出された排ガスをコーン２へと導く排気流路を形成するエキゾーストマニホールド１を例示した。しかし、各気筒及びエキゾーストマニホールドの構成は、これに限定されるものではない。例えば、４つの気筒に対応する枝管が、Ｙ字状の分岐した２つの枝管ではなく、Ｉ字状の分岐していない４つの枝管によって構成されてもよい。また例えば、気筒の数及び各気筒に対応する枝管の数は、４つ以外でもよい。
　（２ｂ）上記実施形態では、排ガスに含まれる酸素濃度を排ガスの状態として検出する酸素センサを、排気センサ３として例示したが、排気センサの構成はこれに限定されるものではない。例えば、排気センサとして、排ガスに含まれるＮＯｘを排ガスの状態として検出するＮＯｘセンサ、排ガスの空燃比の状態を排ガスの状態として検出する空燃比センサ又は排ガスの温度を排ガスの状態として検出する温度センサが用いられてもよい。
　（２ｃ）上記実施形態では、断面が真円状のカバー４がコーン２に配設されている構成を例示したが、カバーの形状はこれに限定されるものではない。例えば、カバーの断面が楕円状や四角形状でもよい。
　（２ｄ）上記実施形態では、カバー４が絞り加工によって形成される構成を例示したが、カバーの形成方法はこれに限定されるものではない。例えば、カバーは、パイプ部材を用いて形成されてもよく、また他の方法によって形成されてもよい。
　（２ｅ）上記実施形態では、カバー４が溶接によりコーン２に配設される構成を例示したが、カバー４に対するコーン２の配設方法はこれに限定されるものではない。例えば、カバー４はろう付けによってコーン２に配設されてもよい。また、カバー４は、螺合によってコーン２に配設されてもよい。
　（２ｆ）上記実施形態では、カバー４に、入口孔４Ａ、入口孔４Ｂ及び出口孔４Ｃが設けられている構成を例示したが、カバーに設けられる孔の数及び形状はこれに限定されるものではない。例えば、カバーには、３つ以上の入口孔又は２つ以上の出口孔が設けられてもよい。具体的には、例えば枝管１１又は枝管１２に対応する入口孔はそれぞれ２つ以上でもよい。また例えば、入口孔及び出口孔の形状は、真円状ではなく、楕円状など、他の形状でもよい。
　（２ｇ）上記実施形態では、入口孔４Ａの面積及び入口孔４Ｂの面積がそれぞれ出口孔４Ｃの面積よりも小さい構成を例示したが、入口孔の構成はこれに限定されるものではない。例えば、複数の枝管のそれぞれに対応する位置に少なくとも１つずつ設けられた入口孔のうち、少なくとも１つの枝管に対応する入口孔の合計面積が、少なくとも１つ設けられた出口孔の合計面積よりも大きくてもよい。
　（２ｈ）上記実施形態では、入口孔４Ａの面積と入口孔４Ｂの面積とが等しい構成を例示したが、複数の入口孔の構成はこれに限定されるものではない。例えば、複数の枝管のそれぞれに対応する位置に少なくとも１つずつ設けられた入口孔の各合計面積がそれぞれ異なる値に設定されていてもよい。具体的には、複数の枝管のそれぞれに対応する位置に設けられた入口孔のうち、排気センサから遠い入口孔から流入する排ガスは、排気センサに近い入口孔から流入する排ガスと比較して、状態が排気センサによって検出されにくい場合も生じ得る。そこで、排気センサから遠い入口孔の合計面積を排気センサに近い入口孔の合計面積よりも大きくしてもよい。こうすることにより、異なる位置の入口孔から流入したそれぞれの排ガスの状態が排気センサによって検出される条件を一層互いに近づけることができる。
　（２ｉ）上記実施形態では、出口孔４Ｃが、排気センサ３と対向する位置、具体的には図２でいう排気センサ３の真下に設けられている構成を例示したが、出口孔の位置はこれに限定されない。出口孔は、排気センサ３と対向する他の位置、例えば、図２でいう排気センサ３の斜め下方向の位置に設けられていてもよい。また例えば、出口孔は、排気センサ３の先端部よりも排気センサ３から離れた位置など、排気センサ３と対向する位置ではない、排気センサ３の近傍の位置に設けられていてもよい。
　（２ｊ）上記実施形態では、入口孔４Ａが管部１１Ｃにおける下流側端部の投影面の範囲内に存在し、入口孔４Ｂが管部１２Ｃにおける下流側端部の投影面の範囲内に存在する構成を例示した。しかし、入口孔４Ａ及び入口孔４Ｂの位置はこれに限定されるものではない。入口孔４Ａは管部１１Ｃにおける下流側端部の投影面の少なくとも一部、入口孔４Ｂは管部１２Ｃにおける下流側端部の投影面の少なくとも一部、と重なる位置に存在してもよい。また例えば、入口孔４Ａは、管部１１Ｃにおける下流側端部の中心軸が入口孔４Ａに入る位置、入口孔４Ｂは、管部１２Ｃにおける下流側端部の中心軸が入口孔４Ｂに入る位置、に存在してもよい。
　（２ｋ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

Claims (4)

  1. 　複数の排気流路を１つの排気流路に合流させる合流流路を有する排気管と、
    　前記合流流路において排ガスの状態を検出するセンサである排気センサと、
    　前記合流流路において前記排気センサを覆うことにより、前記排気センサが収容された空間である収容空間を有するカバーと、
    　を備え、
    　前記カバーの外面における前記合流流路の上流側に面する部分である上流面には、前記収容空間に排ガスを流入させるための貫通孔である少なくとも１つの入口孔が、前記複数の排気流路のそれぞれに対応する位置ごとに設けられており、
    　前記カバーの前記外面における前記上流面以外の部分には、前記収容空間から排ガスを流出させるための貫通孔である少なくとも１つの出口孔が、前記排気センサの近傍の位置に設けられている、排気状態検出装置。
  2. 　請求項１に記載の排気状態検出装置であって、
    　前記複数の排気流路のそれぞれに対応する位置ごとに設けられた前記少なくとも１つの入口孔の合計面積はそれぞれ、前記少なくとも１つの出口孔の合計面積よりも小さい、排気状態検出装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の排気状態検出装置であって、
    　前記収容空間は、前記入口孔及び前記出口孔のみによって前記収容空間の外部と連通されている、排気状態検出装置。
  4. 　請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排気状態検出装置であって、
    　前記出口孔は、前記カバーの前記外面における前記上流面以外の部分において、前記排気センサと対向する位置に設けられている、排気状態検出装置。
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