(57)【要約】【課題】センサ付き触媒とＥＧＲ装置とを備えた内燃機関において、構造を複雑化することなく排気ガスの流れを攪乱してセンシング値の信頼性を高める。【解決手段】排気管５のうちＡ／Ｆセンサより上流側の部位に、ＥＧＲパイプ１０が、その一端部を排気管５の内部に進入させた状態で接続されている。ＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａが排気ガスの流れを攪乱するミキシング部材として機能するため、構造の複雑化を招来することなく、排気ガスの成分が均一化するように混合できる。その結果、Ａ／Ｆセンサの検出値の信頼性を向上できる共に、触媒の機能もアップできる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に、センサとセットになった触媒が、前記センサが上流側に配置された状態で介挿されており、前記排気通路のうち前記センサの上流側に、ＥＧＲパイプが、その一端部を排気通路の内部に進入させた状態で接続されている、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、排気系に排気ガス浄化用触媒とＥＧＲ装置とを備えた内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関（特にガソリン機関）は、排気ガスを浄化するため排気系に触媒（三元触媒）を介挿している。一般に、触媒は２つに分離しており、上流側に位置した第１触媒（フロント触媒）にはＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）がセットで設けられており、下流側に位置した第２触媒（リア触媒）にはＯ２センサ（酸素濃度センサ）がセットで設けられていることが多い。センサはそれぞれの触媒の上流側に位置しており、従って、上流から順に、Ａ／Ｆセンサ、第１触媒、Ｏ２センサ、第２触媒の順に並んでいるのが一般的である。
【０００３】
センサからの信号に基づいて空燃比や燃料噴射量等が制御されるが、制御を的確に行うには、排気ガスの成分をセンサの検出値に的確に反映されることが必要であり、そのためには、排気ガスが均一に混合された状態でセンサに触れることが望ましい。そこで本願出願人は、特許文献１において、排気通路のうちセンサよりも上流側の部位に棒状部材を内向き突設することにより、排気ガスの流れを攪乱して成分の均一化を図ることを開示した。
【０００４】
他方、近年の内燃機関では、燃費向上や排気ガス浄化促進等のために排気ガスの一部をＥＧＲパイプで吸気系に還流させるＥＧＲ装置も普及しており、ＥＧＲパイプを排気通路に接続する手段として、特許文献２には、排気通路に外向きの筒部を形成し、この外向き筒部にＥＧＲパイプを挿入固定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−７７６１５号公報
【特許文献２】特開２００５−１０６０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の構成を採用すると、排気ガスを均一に混合させた状態でセンサに接触させることができると共に、触媒にも均一に混合させた状態で接触させることができるが、棒状部材は専用品であるため、構造が複雑化してコストが嵩むという点が問題であった。
【０００７】
また、ＥＧＲガスには水分が含まれているため、これが機関停止後にＥＧＲパイプの内部で凝集することがあるが、特許文献２のようにＥＧＲパイプを排気通路の外側のみに突設した構成では、ＥＧＲパイプに凝集した水分がＥＧＲパイプの内面を伝って排気管の内面に流れ込むことが有り得るが、凝集した水には腐食を促進する成分が含まれていることが多いため、腐食性の水が排気管の内部に触れて、排気管の腐食が進んで耐久性が低下するおそれがあった。
【０００８】
本願発明はかかる現状に鑑み成されたものであり、特許文献１と同様の効果を確保しつつ、構造の簡素化・コストダウンを図らんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、ＥＧＲパイプに着目して本願発明を完成させた。すなわち本願発明は、排気通路に、センサとセットになった触媒が、前記センサが上流側に配置された状態で介挿されている内燃機関において、前記排気通路のうち前記センサの上流側に、ＥＧＲパイプが、その一端部を排気通路の内部に進入させた状態で接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明によると、ＥＧＲパイプの一端部が排気通路の内部に進入しているため、排気通路の内部を流れる排気ガスはＥＧＲパイプの端部に当たって攪乱作用を受け、これにより、排気ガスは成分を均一化した状態でセンサに触れることができ、その結果、センサの検出値の信頼性を高めて制御も的確に行うことでき、結果として燃費の向上にも貢献できる。また、排気ガスを成分が均一化された状態で触媒に接触させることができるため、排気ガスを触媒ユニットでムラなく浄化して、浄化性能も向上できる。
【００１１】
そして、ＥＧＲ装置を構成するＥＧＲパイプを利用して排気ガスの流れに攪乱作用を付与するものであるため、新たな部材を設ける場合に比べて、コストを抑制できる。また、ＥＧＲパイプの内部に水分が凝集してこれが排気通路に向けて流れても、水分は、機関の運転中は排気通路を流れる排気ガスの風圧によってＥＧＲパイプの端部から排気通路の空間に吹き飛ばされて気化するため、排気管の腐食を促進することはなく、また、機関停止後にＥＧＲパイプの内部に水分が凝集した場合は、水分はＥＧＲパイプの先端から触媒に垂れ落ちて排気管の内面を伝い流れることはないため、この場合も排気管の腐食が促進されることはない。
【００１２】
さて、排気管は機関の運転開始と停止とに伴う熱の授受によって膨張・収縮を繰り返すもので、ＥＧＲパイプにも排気管の膨張・収縮による歪みが作用する。この場合、特許文献２ではＥＧＲパイプの端部を排気管に接続しているため、排気管の膨張によってＥＧＲパイプの端に応力が集中するため、ＥＧＲパイプが裂けやすいという問題がある。
【００１３】
これに対して本願発明では、ＥＧＲパイプは先端よりも手前の部位が排気管に接続されるため、排気管の膨張によってＥＧＲパイプに拡開作用が働いても、ＥＧＲパイプが裂けることはない。従って、本願発明ではＥＧＲパイプの取り付け強度・耐久性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）は内燃機関の模式的な要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【図２】（Ａ）は図１（Ｂ）のIIA-IIA 視断面図、（Ｂ）〜（Ｄ）はＥＧＲパイプ取り付け構造の別例図である。
【図３】（Ａ）（Ｂ）ともＥＧＲパイプ取り付け構造の別例図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。内燃機関はシリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを有しており、シリンダヘッド２の一側面２ａには排気マニホールド３を固定している。図示していないが、シリンダヘッド３の他側面２ｂには吸気マニホールドが固定されている。本実施形態の内燃機関はシリンダボア４が３つ形成された３気筒タイプであり、そこで、排気マニホールド３は３本の枝管３ａを有しており、３本の枝管３ａが集まった集合部に排気管４が接続されている。
【００１６】
排気管５には、排気マニホールド３に近い部位に位置した第１触媒６と、その下流側に位置した第２触媒７とが介挿されている。第１触媒６にはＡ／Ｆセンサ８がセットに使用されていて、このＡ／Ｆセンサ８は、第１触媒６より上流側において排気管５に接続されている（排気マニホールド３の集合部３ｂに設けてもよい。）。第２触媒７にはＯ２センサ９がセットに使用されていて、このＯ２センサ８は、第１触媒６と第２触媒７との間（第１触媒６の下流直下）に設けられている。
【００１７】
排気マニホールド３と排気管５とは排気通路を構成している。本実施形態では、排気管５の一部は触媒５，６と一体化しており、フランジ結合で接続されている。
【００１８】
排気管５のうちＡ／Ｆセンサ８と第１触媒６との間に部位に、ＥＧＲパイプ１０の一端が接続されている。ＥＧＲパイプ１０の他端はシリンダヘッド２の一側面２ａに接続されており、シリンダヘッド２には他側面２ｂに開口したＥＧＲ通路１１が形成されており、シリンダヘッド２の他側面２ｂには、ＥＧＲ通路１１に連通したＥＧＲバルブ１２が固定されている。ＥＧＲバルブ１２の出口ポートは吸気系に接続されている。
【００１９】
図１（Ｂ）に一点鎖線で示すように、ＥＧＲパイプ１０は、第１触媒６とＯ２センサ９との間に接続することも可能である。或いは、Ａ／Ｆセンサ８の上流側とＯ２センサ９の上流側との２カ所にＥＧＲパイプ１０を接続して、２本のＥＧＲパイプ１０を集合してシリンダヘッド２に接続することも可能である。
【００２０】
排気管５に対するＥＧＲパイプ１０の接続構造は、図２（Ａ）に示している。すなわち、排気管５に外向き突出したバーリング部１３を形成し、バーリング部１３にＥＧＲパイプ１０の一端部を差し込み、ろう付け等の溶接で固定している。バーリング部１３は内向き突出させてもよいが、熱の影響をできるだけ回避する点からは外向き突設するのが好ましい。
【００２１】
ＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａは、大径部になっていると共に排気管５の内部に突出している。ＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａが排気管５の内部に進入する寸法は任意に設定でき。図示の実施形態では排気管５の半径より小さい進入寸法になっているが、進入寸法を排気管５の半径程度に設定したり、半径以上の進入寸法に設定したりすることも可能である。
【００２２】
排気管５の内部を通る排気ガスは、排気管５の中心部で最も流速が速くなっているため、ＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａを排気管５の中心部を超える位置まで延長すると、排気ガスの攪乱作用をより確実化できると言える。
【００２３】
このようにＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａが排気管５の内部に進入していることにより、排気管５の内部を通る排気ガスはＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａによって攪乱作用を受けて、均一な状態に混ざり合う。このため、第１センサ８による検出値の信頼性を高めて機関の制御を適切化し、燃費の向上と排気ガス浄化性能アップとを図ることができる。また、有害成分が均等に分散するため、第１触媒６による浄化効率を向上させることができ、この面でも浄化性能をアップできる。
【００２４】
また、ＥＧＲパイプ１０が排気管５の内部に進入していることにより、ＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａが排気管５のバーリング部１３の内周の全面に接触するため、バーリング部１３によるＥＧＲパイプ１０の支持強度を向上できるため、ＥＧＲパイプ１０の取り付け強度も向上できる。また、ＥＧＲパイプ１０は先端面よりも内側の部位が排気管５に固定されているため、排気管５が熱膨張してＥＧＲパイプ１０に拡開作用が及んでも、ＥＧＲパイプ１０が先端から裂けるようなことはない。このため、ＥＧＲパイプ１０の取り付け強度・耐久性を向上できる。
【００２５】
本実施形態のようにＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａを大径に設定すると、排気ガスの流れの攪乱作用を増大して排気ガス成分の均一化をより的確に実現できると共に、ＥＧＲパイプ１０への排気ガスの取り込みも効率よく行える利点がある。また、排気管５との接合部の面積が大きくなるため、取り付け強度を向上できる利点もある。
【００２６】
排気管５へのＥＧＲパイプ１０の取り付け構造の別例を、図２（Ｂ）以降の図で示している。このうち図２（Ｂ）に示す例では、ＥＧＲパイプ１０に別部材の継手１４を接続し、この継手１４を排気管５に固定すると共に、継手１４を排気管５の内部に進入させている。つまり、この実施形態はＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａを別部材の継手１４で構成している。継手はフランジ１４ａを有しており、フランジ１４ａが排気管５の外面に溶接で固定されている。
【００２７】
この実施形態ではＥＧＲパイプ１０には特段の加工を施す必要がない一方、継手１４の加工は容易であるため、全体として加工・組み立ての作業性を向上できる。また、継手１４は頑丈な構造にできるため、ＥＧＲパイプ１０の取り付け強度を向上させることも可能である。更に、継手１４を熱に強い素材で構成することで、耐熱性を向上させることも可能である。
【００２８】
図２（Ｃ）（Ｄ）に示す実施形態では、ＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａに小穴１５を空けている。（Ｃ）の実施形態では穴は排気管５の軸線方向に空いており、（Ｃ）の実施形態では小穴１５は排気管５の軸線を横切る方向に空いている。いずれにしても、排気ガスが小穴１５に入り込むため、排気ガスの流れの乱れが促進され均一化を促進できる。また、排気ガスの取り込み性能もアップする。
【００２９】
小穴１５の数や一は任意に設定できる。（Ｃ）のように一端部１０ａを長く伸ばして、排気管５の軸心方向と半径方向との両方に開口した小穴１５を形成することも可能である。また、小穴１５は排気管５の軸心に対して傾斜した方向に開口させてもよい。
【００３０】
図３（Ａ）に示す実施形態では、ＥＧＲパイプ１０のうち排気管５の内部に進入した一端部１０ａを先窄まりのテーパ状に形成して、一端部１０ａに横長の長穴１６を空けている。長穴１６は排気管５の軸心と直交した横向きに空いているが、排気管５の軸心方向に開口させてもよい。この実施形態では、ＥＧＲパイプ１０は排気ガスの流れ抵抗を良くしつつ排気管５の内部に深く進入させることができるため、排気ガスの流れの攪乱作用を向上できると期待できる。
【００３１】
また、排気ガスはＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａの付け根から先端に向けて流れるようにもガイドされるため、排気ガスの攪乱作用はより一層高くなるといえる。更に、ＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａに長穴１６が存在すると、排気ガスは長穴１６の箇所で停止する作用を受けるが、長穴１６が軸方向に長く延びていることにより、長穴１６の箇所で排気ガスを横向きに押しやるような作用が広範囲に生じる。これにより、より高い攪乱作用を期待できる。
【００３２】
図３（Ｂ）に示す例では、ＥＧＲパイプ１０の一端部１０ａを斜めにカットしており、カット面を排気管５の流れ方向と対抗させている。この実施形態では、一端部１０ａのカット面に当たった排気ガスは横向きに大きく方向変換させられるため、排気ガスの攪乱作用は格段に高くなると期待できる。また、ＥＧＲガスの取り込み性もアップする。
【００３３】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本願発明はガソリン機関等の内燃機関に実際に適用して効果を発揮する。従って、産業上利用できる。例えば、ＥＧＲパイプのうち排気管の内部に進入している一端部を、その先端が排気ガスの流れの下流側となるように傾斜させることも可能である（逆向きに傾斜させてもよい。）。
【符号の説明】
【００３５】
２  シリンダヘッド
３  排気マニホールド
３ｂ    集合部
５  排気通路を構成する排気管
６  第１触媒
７  第２触媒
８  Ａ／Ｆセンサ（フロントセンサ）
９  Ｏ２センサ（リアセンサ）
１０  ＥＧＲパイプ
１３  バーリング部
１４  継手
１５  小穴
１６  長穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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