(57)【要約】【課題】排気管と圧力伝達管との温度差に起因した排気管及び圧力伝達管への負担を低減する。【解決手段】内燃機関は、内部に排気が流通する排気管１１２と、排気管１１２に接続されているとともに内部が排気管１１２の内部に連通している第１圧力伝達管３２と、第１圧力伝達管３２に接続されて排気管１１２の内部の圧力を検出する圧力センサと、第１圧力伝達管３２を排気管１１２に固定するための固定具４０とを備えている。固定具４０の取付部５０の一部は、排気管１１２の内部に露出している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に排気が流通する排気管と、前記排気管に接続されているとともに内部が前記排気管の内部に連通している圧力伝達管と、前記圧力伝達管に接続されて前記排気管の内部の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力伝達管を前記排気管に固定するための固定具とを備え、
前記固定具の一部は、前記排気管の内部に露出している
内燃機関の排気構造。
【請求項２】
前記固定具は、前記排気管に接合されて当該排気管の外周壁の一部を構成する取付部と、前記取付部に対して前記排気管の外部から着脱可能に取り付けられる保持部とを備え、
前記圧力伝達管は、前記保持部に取り付けられている
請求項１に記載の内燃機関の排気構造。
【請求項３】
前記排気管における前記固定具が取り付けられている部分の材質、及び前記圧力伝達管における前記固定具が取り付けられている部分の材質は、熱膨張係数が同じ材質である
請求項１又は２に記載の内燃機関の排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された内燃機関における排気通路の途中には、排気中の窒素酸化物等を浄化する触媒コンバータが配置されている。また、排気通路における触媒コンバータよりも下流側には排気中の微粒子を補足するパティキュレートフィルタが配置されている。排気通路における触媒コンバータよりも下流側であってパティキュレートフィルタよりも上流側には、排気の圧力を外部に導出するための圧力伝達管の一端が接続されている。圧力伝達管の他端は、排気の圧力と大気圧とを比較する差圧センサに接続されている。内燃機関の制御装置は、差圧センサからの出力信号に基づいて、パティキュレートフィルタの目詰まりを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２０６９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような技術において、圧力伝達管がブラケットを介して排気通路に固定されている場合がある。ここで、排気通路内には高温の排気が流通するため、排気通路の温度は相応に高くなり得る。その一方で、圧力伝達管の内部には排気は流通しないか流通しても僅かであるため、圧力伝達管の温度はそれほど高温にはならない。こうした排気通路と圧力伝達管との温度差に起因して、排気通路の軸線方向の膨張量と、圧力伝達管の軸線方向の膨張量とに違いが生じると、排気通路と圧力伝達管との軸線方向の位置関係にずれが生じ得る。この結果、排気通路や圧力伝達管においてブラケットが接続されている部分に負担がかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための内燃機関の排気構造は、内部に排気が流通する排気管と、前記排気管に接続されているとともに内部が前記排気管の内部に連通している圧力伝達管と、前記圧力伝達管に接続されて前記排気管の内部の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力伝達管を前記排気管に固定するための固定具とを備え、前記固定具の一部は、前記排気管の内部に露出している。
【０００６】
上記構成では、固定具における排気管の内部に露出している部分を介して、排気の熱が圧力伝達管に伝わる。そのため、排気管と圧力伝達管との温度差が低減され、排気管と圧力伝達管との熱膨張量の差が低減される。したがって、排気管と圧力伝達管との熱膨張量の差に起因した排気管と圧力伝達管の位置関係のずれを抑制でき、排気管及び圧力伝達管にかかる負担を低減できる。
【０００７】
内燃機関の排気構造において、前記固定具は、前記排気管に接合されて当該排気管の外周壁の一部を構成する取付部と、前記取付部に対して前記排気管の外部から着脱可能に取り付けられる保持部とを備え、前記圧力伝達管は、前記保持部に取り付けられていてもよい。
【０００８】
上記構成では、固定具は、それぞれ別体の取付部と保持部とを含んで構成されている。そして、保持部が取付部に対して着脱可能であるため、取付部を保持部から取り外して圧力伝達管をメンテナンスしたり、排気管の交換を伴わずに圧力伝達管のみを交換したりできる。
【０００９】
内燃機関の排気構造において、前記排気管における前記固定具が取り付けられている部分の材質、及び前記圧力伝達管における前記固定具が取り付けられている部分の材質は、熱膨張係数が同じ材質であってもよい。
【００１０】
上記構成では、固定具を介して排気管の温度が圧力伝達管に伝わって排気管の温度と圧力伝達管の温度とが略同じになっている場合、排気管の軸線方向の熱膨張量と圧力伝達管の軸線方向の熱膨張量とが略同じになる。そのため、排気管と圧力伝達管の軸線方向の位置関係が著しくずれることはなく、排気管及び圧力伝達管にかかる負担を低減する上で好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関の排気構造の概略図。
【図２】排気管、固定具、及び圧力伝達管の斜視図。
【図３】図２の３−３矢視方向の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、内燃機関の排気構造の一実施形態を、図面を参照して説明する。先ず、内燃機関の排気構造の概略構成を説明する。
図１に示すように、内燃機関１００は、ピストンＰが往復移動可能に収容された気筒１０２を備えている。なお、内燃機関１００は、気筒１０２を複数備えているが、図１では一つのみ示している。気筒１０２には、当該気筒１０２内に外部からの吸入空気を導入するための吸気ポート１０４が気筒１０２毎に接続されている。また、気筒１０２には、当該気筒１０２内の排気を外部へ排出するための排気ポート１０６が気筒１０２毎に接続されている。気筒１０２毎の排気ポート１０６は、各気筒１０２からの排気を合流させる排気マニホールド１０８を介して、排気管１１２に接続されている。排気管１１２は、金属製の管材で構成されている。
【００１３】
排気管１１２の途中には、排気を浄化するための触媒装置１１４が設けられている。触媒装置１１４は、上流側触媒１１５と、上流側触媒１１５よりも下流側に位置する下流側触媒１１６とを備えている。上流側触媒１１５と下流側触媒１１６との間は空間となっている。排気管１１２における触媒装置１１４よりも下流側には、排気に含まれる微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ１１８が設けられている。
【００１４】
図１及び図２に示すように、排気管１１２のうちの触媒装置１１４よりも下流側であってパティキュレートフィルタ１１８よりも上流側の部分である検出対象部２０には、金属製パイプで構成された第１圧力伝達管３２の一端が接続されている。第１圧力伝達管３２の内部は、排気管１１２における検出対象部２０の内部に連通している。
【００１５】
図１に示すように、第１圧力伝達管３２の他端には、ゴム製のホースで構成された第２圧力伝達管３４の一端が接続されている。第２圧力伝達管３４の内部は、第１圧力伝達管３２の内部に連通している。
【００１６】
第２圧力伝達管３４の他端は、排気の圧力を検出するための圧力センサ９０に接続されている。圧力センサ９０は、排気の圧力を導入するための排気圧導入ポート９０ａと、大気圧を導入するための大気圧導入ポート９０ｂとを備えている。圧力センサ９０の排気圧導入ポート９０ａには、第２圧力伝達管３４の他端が接続されている。したがって、排気圧導入ポート９０ａの内部には、第１圧力伝達管３２及び第２圧力伝達管３４を介して、検出対象部２０における排気の圧力が伝達される。このように、第１圧力伝達管３２及び第２圧力伝達管３４は、排気の圧力を圧力センサ９０に伝達する圧力伝達管を構成している。
【００１７】
詳しい図示は省略するが、圧力センサ９０の内部においては、排気圧導入ポート９０ａを介して導入された排気の圧力と、大気圧導入ポート９０ｂを介して導入された大気圧に応じて変形するダイアフラムが設けられている。このダイアフラムの変形量に基づいて、排気の圧力と大気圧との差が検出される。
【００１８】
次に、第１圧力伝達管３２における排気管１１２との固定構造について、より具体的に説明する。
図３に示すように、排気管１１２の外周壁１１２ａには、当該外周壁１１２ａの厚み方向に貫通孔１１２ｂが貫通している。貫通孔１１２ｂは、触媒装置１１４における上流側触媒１１５と下流側触媒１１６との間に位置している。貫通孔１１２ｂは、平面視で円形になっている。また、排気管１１２の外周壁１１２ａにおける、貫通孔１１２ｂの周囲の部分は、平板状になっている。
【００１９】
図２に示すように、排気管１１２における検出対象部２０の外周面からは、筒状の分岐ポート２２が分岐している。分岐ポート２２は、排気管１１２の周方向に関して、貫通孔１１２ｂと同じ側に位置している。分岐ポート２２の内部は、検出対象部２０の内部に連通している。この分岐ポート２２の内部には、第１圧力伝達管３２の一端が差し込まれている。第１圧力伝達管３２は、例えばナットで分岐ポート２２にねじ止めされて固定されている。第１圧力伝達管３２における排気管１１２との接続口においては、当該第１圧力伝達管３２の内径が、検出対象部２０における内径に比べて遥かに小さくなっている。したがって、第１圧力伝達管３２の内部には、検出対象部２０内の圧力が伝達されつつも過度に多量の排気が流入しないようになっている。第１圧力伝達管３２は、排気管１１２の上流側に向かって延びており、第１圧力伝達管３２の一部は、触媒装置１１４の近傍を通っている。
【００２０】
図３に示すように、第１圧力伝達管３２は、分岐ポート２２とは別の箇所において、固定具４０を介して排気管１１２に固定されている。詳細には、第１圧力伝達管３２は、触媒装置１１４の近傍で固定具４０を介して排気管１１２に固定されている。第１圧力伝達管３２は、固定具４０における保持部６０に取り付けられている。保持部６０は、金属製であり板状になっている。また、保持部６０は、平面視で湾曲した帯状になっている。保持部６０における帯の延設方向の一端に、第１圧力伝達管３２が溶接されている。保持部６０における帯の延設方向の他端側においては、ボルト孔６２が保持部６０の厚み方向に貫通している。
【００２１】
保持部６０における帯の延設方向の他端側の部分は、固定具４０の取付部５０に取り付けられている。取付部５０は、金属製であり円柱状になっている。取付部５０における一方の端面からは、ボルト穴５２が窪んでいる。取付部５０のボルト穴５２は、保持部６０のボルト孔６２の径と略一致している。取付部５０における一方の端面は、保持部６０における帯の延設方向の他端側の部分に面接触している。取付部５０のボルト穴５２は、保持部６０のボルト孔６２と互いに重なる位置に位置している。そして、取付部５０のボルト穴５２と保持部６０のボルト孔６２とに対して、保持部６０のボルト孔６２の側からボルトＢが挿通されている。ボルトＢは、取付部５０のボルト穴５２に螺合している。この結果として、取付部５０に保持部６０が取り付けられている。なお、ボルトＢは、工具（レンチ）を用いることにより、取付部５０や保持部６０を破壊することなく取り外すことができる。すなわち、保持部６０は取付部５０に対して着脱可能である。
【００２２】
取付部５０の外周面からは、径方向外側へ円環部５４が張り出している。円環部５４は、取付部５０の周方向の全周に亘って続いていて、全体として円環状になっている。取付部５０における円環部５４よりも他方側（保持部６０とは反対側）の径は、排気管１１２における貫通孔１１２ｂの径と略一致している。
【００２３】
取付部５０は、当該取付部５０における円環部５４よりも他方側が排気管１１２の内部側に向くように、貫通孔１１２ｂに挿入されている。詳細には、取付部５０は、当該取付部５０の他方の端面が排気管１１２の内部に露出している。そして、取付部５０の外周面のうち、当該取付部５０の他方の端面近傍の部分は、排気管１１２の貫通孔１１２ｂの内周面に面接触している。また、取付部５０の円環部５４は、排気管１１２の外周壁１１２ａの外周面に面接触している。取付部５０の円環部５４が、排気管１１２の外周壁１１２ａの外周面に面接触する結果として、取付部５０における排気管１１２の内部への突出量が決定されている。この実施形態では、取付部５０の他方の端面と、排気管１１２の外周壁１１２ａの内周面とが略面一になっている。取付部５０の円環部５４と排気管１１２の外周壁１１２ａの外周面とは、溶接で接合されている。その結果、排気管１１２の貫通孔１１２ｂは、取付部５０で密閉されている。また、取付部５０が、排気管１１２の貫通孔１１２ｂに挿入された状態で固定されていることから、取付部５０は、排気管１１２の外周壁の一部を構成している。
【００２４】
排気管１１２の材質と、第１圧力伝達管３２の材質とは、熱膨張係数が同じ材質である。本実施形態では、固定具４０の取付部５０の材質と、排気管１１２の材質も、熱膨張係数が同じ材質である。
【００２５】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
排気管１１２の内部には、高温の排気が流通するため、排気管１１２の温度は相応に高くなり得る。その一方で、第１圧力伝達管３２の内部には排気は流通しないか流通しても僅かである。そのため、第１圧力伝達管３２の温度は、第１圧力伝達管３２の内部に存在する排気の量によってはそれほど高温にはならない。したがって、内燃機関１００の駆動中において、排気管１１２の温度よりも、第１圧力伝達管３２の温度の方が低くなる。
【００２６】
ここで、排気管１１２の温度が高温になると、排気管１１２が軸線方向に熱膨張する。一方、第１圧力伝達管３２も、軸線方向に熱膨張し得るが、上述したとおり、第１圧力伝達管３２はそれほど高温にはならないので、第１圧力伝達管３２の熱膨張量は、それほど大きくない。すなわち、排気管１１２における熱膨張量の方が、第１圧力伝達管３２の熱膨張量よりも大きくなる。このように熱膨張量に違いが生じると、排気管１１２における分岐ポート２２から貫通孔１１２ｂまでの距離が、第１圧力伝達管３２における分岐ポート２２に差し込まれている部分から固定具４０における保持部６０までの距離よりも大きくなって、排気管１１２と第１圧力伝達管３２との固定箇所における位置にずれが生じる。すると、第１圧力伝達管３２、排気管１１２、及び固定具４０等に負担がかかって、亀裂等の破損が生じるおそれがある。
【００２７】
この点、上記構成では、固定具４０の取付部５０が、排気管１１２の外周壁１１２ａの一部を構成している。そして、取付部５０の他方の端面が、排気管１１２の内部に露出している。したがって、取付部５０の他方の端面に排気の熱が伝わり、さらにその熱が取付部５０から保持部６０を介して第１圧力伝達管３２へ伝わる。そのため、排気管１１２の温度と第１圧力伝達管３２の温度との差が小さくなる。したがって、第１圧力伝達管３２の温度が排気管１１２の温度に比べて過度に低いことに起因して、両者の熱膨張量に大きな差が生じることは抑制できる。そのため、第１圧力伝達管３２、排気管１１２、及び固定具４０に過度な負担がかかることは抑制できる。
【００２８】
さらに、上記構成では、排気管１１２の材質と、第１圧力伝達管３２の材質とは、熱膨張係数が同じ材質である。そのため、排気管１１２の軸線方向の熱膨張量と、第１圧力伝達管３２の軸線方向の熱膨張量とは、両者の温度が略同じであれば、略同じになる。したがって、排気管１１２における、取付部５０が固定されている部分と、第１圧力伝達管３２における、保持部６０が取り付けられている部分との間の距離が、膨張前と膨張後とで著しく変わることはない。そのため、排気管１１２と第１圧力伝達管３２にかかる負担を低減できる。
【００２９】
なお、上記構成では、さらに、固定具４０の取付部５０の材質と、排気管１１２の材質とは、熱膨張係数が同じ材質である。そのため、排気管１１２の熱膨張量と同程度に取付部５０も膨張し得る。そのため、取付部５０における排気管１１２との接合箇所において亀裂が生じて排気管１１２から排気が漏れることは防げる。
【００３０】
ところで、上記構成では、排気管１１２の貫通孔１１２ｂを固定具４０の取付部５０で塞いだ状態で、取付部５０を排気管１１２の外周壁１１２ａに接合している。簡便な構造で、且つ十分な信頼性で排気管１１２から排気が漏れ出さないようにする上では、上記のように取付部５０を排気管１１２の外周壁１１２ａに接合（溶接）せざるを得ない。そして、取付部５０が排気管１１２の外周壁１１２ａに着脱不能に接合されている場合においては、排気管１１２を破壊することなく取付部５０を取り外すことは現実的でない。
【００３１】
この点、上記構成では、取付部５０と保持部６０とが別体で構成されていて、互いに着脱可能になっている。そのため、取付部５０を排気管１１２から取り外さなくても、取付部５０から保持部６０を取り外して第１圧力伝達管３２をメンテナンスしたり、排気管１１２の交換を伴わずに第１圧力伝達管３２のみを交換したりできる。
【００３２】
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・取付部５０における排気管１１２の内部への突出量は、変更可能である。この突出量を変更する上では、取付部５０の軸線方向に関する円環部５４の位置を適宜調整すればよい。
【００３３】
・取付部５０の形状は変更可能である。取付部５０の形状は、例えば直方体状でもよい。取付部５０の形状を変更した場合、排気管１１２の貫通孔１１２ｂの形状を、当該貫通孔１１２ｂに対して取付部５０を挿入可能な形状に変更すればよい。
【００３４】
・取付部５０は、排気管１１２の貫通孔１１２ｂに挿入された状態で排気管１１２に固定されていなくてもよい。つまり、取付部５０は、排気管１１２の貫通孔１１２ｂを外周壁１１２ａの外面側から覆う構成となっていてもよい。取付部５０が少しでも排気管１１２の内部に露出していれば、排気の温度を、固定具４０を介して第１圧力伝達管３２に伝えることができる。
【００３５】
・取付部５０を排気管１１２に接合する手段は、溶接でなくてもよい。例えば、取付部５０を排気管１１２にはんだ付けしてもよいし、接着剤で接合してもよい。
・排気管１１２から排気が漏れ出さない構成となっていれば、取付部５０を排気管１１２に着脱可能に取り付けてもよい。例えば、取付部５０と排気管１１２との間に密閉用のシール材を介在させて排気の漏れ出しを防いだ上で、取付部５０を排気管１１２に着脱可能に取り付ける構成としてもよい。
【００３６】
・取付部５０と円環部５４とを予め一体物として成形してもよい。
・保持部６０の形状は変更可能である。保持部６０は、取付部５０と第１圧力伝達管３２とを接続できるような形状になっていればよい。
【００３７】
・第１圧力伝達管３２に保持部６０を取り付けるための手段は、溶接に限定されない。保持部６０に第１圧力伝達管３２を取り付けるための手段は、例えばボルトを利用したものでもよい。保持部６０と第１圧力伝達管３２との結合を維持できるようになっていればよい。なお、保持部６０から第１圧力伝達管３２に熱を伝達するという観点からは、両者はできるだけ広い範囲で接触又は接合されていることが好ましい。
【００３８】
・保持部６０を取付部５０に取り付けるための手段は、ボルトＢを利用したものに限定されない。保持部６０を取付部５０に取り付けるための手段として、例えば保持部６０と取付部５０とに互いを嵌合するための凹凸を設けてもよい。
【００３９】
・保持部６０は取付部５０に対して着脱不能に取り付けられていてもよい。つまり、保持部６０を取付部５０に溶接等で一体にしてもよい。保持部６０と取付部５０を予め一体物として成形してもよい。保持部６０と取付部５０とが一体的で両者の間に境界面がない方が、熱の伝達という点では有利である。
【００４０】
・排気管１１２における貫通孔１１２ｂを設ける位置は、排気管１１２の軸線方向及び周方向の双方に関して変更可能である。例えば、排気管１１２における触媒装置１１４よりも上流側や、触媒装置１１４よりも下流側に固定具４０を取り付けてもよい。また、排気管１１２の周方向に関して、分岐ポート２２とは反対側に固定具４０を取り付けてもよい。
【００４１】
・排気管１１２における複数個所に固定具４０を取り付けてもよい。
・排気管１１２の材質と、取付部５０の材質とが、互いに熱膨張係数の異なる材質であってもよい。この場合でも、取付部５０が排気管１１２の内部に露出していることから、取付部５０の温度は、排気管１１２と同様に排気の熱に応じて相応に高くなり得る。この結果、取付部５０の膨張量と、排気管１１２の膨張量とに過度に著しい差は生じ難い。
【００４２】
・排気管１１２の材質と第１圧力伝達管３２の材質は、互いに熱膨張係数の異なる材質であってもよい。この場合でも、取付部５０が排気管１１２の内部に露出していることから、取付部５０を介して排気の熱を第１圧力伝達管３２に伝達でき、排気管１１２の熱膨張量と第１圧力伝達管３２の熱膨張量との差を低減できる。
【００４３】
・排気管１１２の材質は、当該排気管１１２の全ての箇所において同一でなくてもよく、当該排気管１１２の一部または複数個所において他の箇所とは異なっていてもよい。なお、排気管１１２と第１圧力伝達管３２とにかかる負担を低減する上では、少なくとも、排気管１１２における分岐ポート２２から貫通孔１１２ｂに至る間の材質と、第１圧力伝達管３２の材質とは、熱膨張係数が同じ材質であることが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
３２…第１圧力伝達管、３４…第２圧力伝達管、４０…固定具、５０…取付部、６０…保持部、９０…圧力センサ、１００…内燃機関、１１２…排気管、１１２ａ…外周壁。
【図１】
2020041440.tif 000003
【図２】
2020041440.tif 000004
【図３】
2020041440.tif 000005