(57)【要約】【課題】  空燃比センサを用いて、気筒ごとの排気ガス中の酸素濃度を適切に計測することを可能とするべく構成された内燃機関の排気通路を提供する。【解決手段】  各気筒＃の排気ポートに接続される複数の排気枝管３２と、複数の排気枝管３２が集合する集合部３４とを備える排気マニホルド３０と、排気マニホルド３０に接続される排気管４０とにより区画形成され、集合部３４もしくは排気管４０に空燃比センサ６０が配置される内燃機関の排気通路ＥＰであって、排気ポートから空燃比センサ６０までの気筒ごとの通路断面積を異ならせ、排気ポートから空燃比センサ６０までの気筒ごとの通路容積を同じにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の排気ポートに接続される複数の排気枝管と、該複数の排気枝管が集合する集合部とを備える排気マニホルドと、該排気マニホルドに接続される排気管とにより区画形成され、前記集合部もしくは前記排気管に空燃比センサが配置される内燃機関の排気通路であって、
前記排気ポートから前記空燃比センサまでの気筒ごとの通路断面積を異ならせ、
前記排気ポートから前記空燃比センサまでの気筒ごとの通路容積を同じにしたことを特徴とする内燃機関の排気通路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の排気枝管とそれらが集合する集合部とを備える排気マニホルドと、この排気マニホルドに接続される排気管とにより区画形成され、集合部もしくはそれより下流に空燃比センサが配置される内燃機関の排気通路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気系に空燃比センサの一種である酸素センサを設け、この酸素センサの出力に基づいて、内燃機関に供給する混合気を理論空燃比に近づける制御が行われている。中でも、特許文献１によれば、各気筒に対する酸素センサの感度を一様にして、空燃比を内燃機関全体として目標値近傍に制御すべく、各気筒の排気ポートから酸素センサまでの距離が略等しくなるように排気通路を形成することが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２００９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものは、各気筒の排気ポートから酸素センサまでの距離が異なる場合を考慮しておらず、このような場合にも気筒ごとの排気ガス中の酸素濃度を適切に計測して内燃機関を制御することが望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は、そのような場合にも、空燃比センサを用いて、気筒ごとの排気ガス中の酸素濃度を適切に計測することを可能とするべく構成された内燃機関の排気通路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明による内燃機関の排気通路は、各気筒の排気ポートに接続される複数の排気枝管と、該複数の排気枝管が集合する集合部とを備える排気マニホルドと、該排気マニホルドに接続される排気管とにより区画形成され、前記集合部もしくは前記排気管に空燃比センサが配置される内燃機関の排気通路であって、前記排気ポートから前記空燃比センサまでの気筒ごとの通路断面積を異ならせ、前記排気ポートから前記空燃比センサまでの気筒ごとの通路容積を同じにしたことを特徴とする。
【０００７】
これにより、排気ポートから空燃比センサまでの気筒ごとの通路長さが異なっても、排気ポートから空燃比センサまでの気筒ごとの通路断面積を異ならせて、排気ポートから空燃比センサまでの気筒ごとの通路容積を同じにするので、排気ポートから空燃比センサまでの排気ガスの到達時間が同一化されることとなる。その結果、空燃比センサには、各気筒に関連付けられる排気ガスが適切に至ることとなり、気筒ごとの排気ガス中の酸素濃度を適切に計測することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気ポートから空燃比センサまでの気筒ごとの通路長さが異なっても、各気筒からの排気ガスが適切に空燃比センサに至ることとなり、気筒ごとの排気ガス中の酸素濃度を適切に計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気通路について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気通路をガソリンエンジン１０に適用したところを示す概略構成図である。エンジン１０は三つの気筒＃１、＃２、＃３（単に「＃」で表し得る。）を有して構成されている。このエンジン１０を稼働させるために、吸気口から吸入された空気はエアクリーナ２１を介して吸気通路ＩＰの一部を区画形成する吸気管２２に導入される。さらに運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づき、スロットルアクチュエータ２３ａによって開度が調整されるスロットルバルブ２３の開度によりその流量が調整されつつ、空気はサージタンク２４に流入する。そして、サージタンク２４に流入した空気は、各気筒に対応して分岐形成された吸気マニホルド２５に分流し、各吸気枝管２６ａ、２６ｂ、２６ｃ（単に「２６」で表し得る。）及びエンジン１０のシリンダヘッド１０ａに形成された各吸気ポート（不図示）を介して各気筒＃の燃焼室に供給される。この吸気枝管２６には燃料噴射機構が設けられており、この燃料噴射機構により噴射供給された燃料が、分流した空気と混合されて各気筒＃に吸入される。なお、図１においては、燃料噴射機構として、単に燃料噴射弁２７のみを表している。
【００１１】
こうして選択的に噴射供給された燃料は各気筒＃の燃焼室で燃焼され、この燃焼により生じた排気ガスはそれら各気筒に対応して分岐形成された排気マニホルド３０および排気管４０を介して排出される。エンジン１０のシリンダヘッド１０ａに形成された、各気筒＃の各排気ポート（不図示）には排気マニホルド３０の各排気枝管３２ａ、３２ｂ、３２ｃ（単に「３２」で表し得る。）の対応する一端部が接続されていて、且つそれらの他端部は排気マニホルド３０の集合部３４で集合されていて、各排気枝管３２により一部が区画形成される排気通路ＥＰが集合部３４で合流されている。排気マニホルド３０の集合部３４には排気管４０が接続され、この排気管４０には排気ガス浄化用の触媒５０が設けられている。なお、排気マニホルド３０及び排気管４０で排気通路ＥＰを区画形成する。
【００１２】
本実施形態の排気マニホルド３０の集合部３４には、空燃比センサとしてＯ２センサ６０が設けられている。Ｏ２センサ６０は、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を発生する。ここで、Ｏ2 センサ６０は、エンジン１０で形成される混合気が理論空燃比付近である場合に、大きく出力を変動させる特性を有している。従って、その出力値を監視すれば、後述する制御装置（ＥＣＵ）１００はエンジン１０の各気筒＃で形成された混合気が理論空燃比に比して燃料リッチであるか、又は燃料リーンであるかを容易に判定することが可能となる。なお、空燃比センサの一種であるＯ２センサ６０は、エンジン１０の空燃比を制御すべく設けられる。
【００１３】
エンジン１０を制御するＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含み、例えばマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、Ｏ２センサ６０、エンジン負荷を検出する負荷センサ１１０、エンジン回転数を検出する回転数センサ１２０、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ１３０などが電気配線を介して接続されている。これらセンサ６０、１１０、１２０、１３０などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、出力インタフェースから電気配線を介して信号が、インジェクタ２７やスロットルアクチュエータ２３ａなどに出力される。本第一実施形態のエンジン１０は、通常、エンジン負荷及びエンジン回転数などに基づいて基本燃料噴射量、基本燃料噴射時期が設定され、これらを走行状態やＯ２センサ６０からの出力信号等に応じて補正して、この補正後の燃料噴射量、燃料噴射時期に基づいて、インジェクタ２７等の作動が制御され、例えば定常走行時には理論空燃比で適切に運転が行われるように基本制御される。
【００１４】
本実施形態の排気マニホルド３０において、各気筒＃に連なる各排気枝管３２はエンジン１０の気筒列方向ｄに曲がり、エンジン１０の気筒＃３側に集合部３４が位置付けられている。それ故、気筒＃１の排気ポートに連通する排気枝管３２ａと、気筒＃２の排気ポートに連通する排気枝管３２ｂと、気筒＃３の排気ポートに連通する排気枝管３２ｃとは異なる通路長さを有し、その長さは排気枝管３２ａ、排気枝管３２ｂ、排気枝管３２ｃに関連する通路長さの順に短くなっていく関係を有している。しかしながら、以下に示すように、本実施形態の排気通路ＥＰは、各気筒＃１、＃２、＃３の排気ポートのそれぞれからＯ２センサ６０までの気筒＃ごとの通路容積がほぼ同じになるように、構成されている。これについて図２及び図３に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図２は、図１におけるエンジン１０と排気マニホルド３０のみの概略構成図であり、図２（ａ）は気筒＃１の排気ポートに接続される排気枝管３２ａの一端からＯ２センサ６０が設けられた設置箇所までの通路容積Ａを説明するための図であり、図２（ｂ）は気筒＃２の排気ポートに接続される排気枝管３２ｂの一端からＯ２センサ６０が設けられた設置箇所までの通路容積Ｂを説明するための図であり、図２（ｃ）は気筒＃３の排気ポートに接続される排気枝管３２ｃの一端からＯ２センサ６０が設けられた設置箇所までの通路容積Ｃを説明するための図である。また、図３は、図２におけるエンジン１０及び排気マニホルド３０を排気マニホルド３０側から見た図である。なお、図２及び図３における排気マニホルド３０は、その長さ、幅等の形状が誇張して描かれている。また、集合部３４におけるＯ２センサ６０が設けられた設置箇所とは、Ｏ２センサ６０を含んで集合部３４を切断する切断面Ｓを本実施形態では指す（図２参照）。換言すると、この切断面Ｓは、排気ガスの流れ方向に直交する面である。
【００１６】
図２（ａ）によれば、気筒＃１の排気ポートに接続する排気枝管３２ａと集合部３４に設置されるＯ２センサ６０の設置箇所までの通路長さＬａは三つの排気枝管３２に関する中で最も長くなっている。これは、排気枝管３２ａの長さが長いことに起因する。一方、図３によれば、排気枝管３２ａの通路幅ｄａは三つの排気枝管３２の中で最も狭くなっている。従って、通路容積Ａは、概略的に、長い通路長さＬａと、狭い通路幅ｄａに基づく通路断面積とにより規定されていることとなる。
【００１７】
図２（ｂ）によれば、気筒＃２の排気ポートに接続する排気枝管３２ｂと集合部３４に設置されるＯ２センサ６０の設置箇所までの通路長さＬｂは三つの排気枝管３２に関する中で中間の長さになっている。これは、排気枝管３２ｂの長さが中間の長さであることに起因する。一方、図３によれば、排気枝管３２ｂの通路幅ｄｂは三つの排気枝管３２の中で中間の幅になっている。従って、通路容積Ｂは、概略的に、中間の通路長さＬｂと、中間の通路幅ｄｂに基づく通路断面積とにより規定されていることとなる。
【００１８】
図２（ｃ）によれば、気筒＃３の排気ポートに接続する排気枝管３２ｃと集合部３４に設置されるＯ２センサ６０の設置箇所までの通路長さＬｃは三つの排気枝管３２に関する中で最も短くなっている。これは、排気枝管３２ｃの長さが短いことに起因する。一方、図３によれば、排気枝管３２ｃの通路幅ｄｃは三つの排気枝管３２の中で最も広くなっている。従って、通路容積Ｃは、概略的に、短い通路長さＬｃと、広い通路幅ｄｃに基づく通路断面積とにより規定されていることとなる。
【００１９】
なお、通路幅ｄａ〜ｄｃが異なることは図２からも明らかである。すなわち、それら通路幅は、各排気枝管３２の直径とみなされ得る。
【００２０】
本実施形態では、上記の如く、通路容積Ａ、Ｂ、Ｃがそれぞれの通路長さと通路断面積とを組み合わせることで互いに同じになるように、排気マニホルド３０は設計されている。これにより、各気筒＃からの排気ガスの流速が異なることとなり、各排気枝管３２において排気ガスの流れる時間が同じになる。結果として、三つの排気枝管３２が集合する集合部３４に、各気筒＃から排出される排気ガスは、各排気ポートを出てからほぼ同じ時間で到達することとなる。そして、排気ポートに接続される排気管、本実施形態の場合の各排気枝管３２の形状（長さ等）が異なっても、酸素センサ６０に各気筒＃からの排気ガスが到達する時間はほぼ同じになるので、それぞれの気筒＃からの排気ガスが、酸素センサ６０に至る前に、異なる気筒からの排気ガスとそれぞれ異なる程度で混ざることが抑制されるようになる。従って、Ｏ２センサからの検出値をＥＣＵ１００からフィードバック制御することにより、各気筒＃の混合気の空燃比を同じ空燃比、例えば理論空燃比に制御することが可能となる。また、このように空燃比を制御して適切なエンジン１０の運転が行われるので、触媒５０に入る排気ガス中の酸素量等の組成が制御されることとなり、触媒５０で適切に排気ガスの処理が行われるようになり、排気エミッションレベルを低減することが可能となる。
【００２１】
以上、本発明に係る内燃機関の排気通路を好適な実施形態に従って説明したが、本発明はこれに限定されない。上記実施形態では、空燃比センサとしてＯ２センサ６０を用いたが、本発明はこれに限定されず、あらゆる空燃比センサが用いられ得る。具体的には、ジルコニア型やチタニア型のＯ２センサを用いることが出来るばかりでなく、理論空燃比以上のリーン空燃比を連続的に測定する希薄空燃比センサ等をも用いることが可能である。また、例えば、各気筒の排気ポートに接続される排気マニホルド３０の一端部から空燃比センサの設置箇所までの通路容積が気筒ごとに同じであれば、排気マニホルド３０よりも下流側の排気管４０に空燃比センサを配置しても良い。また、上記実施形態では各排気ポートの形状を同じにしたが、気筒ごとの排気通路の通路容積を同じにするべく、各排気ポートの形状をも異ならせても良い。さらに、気筒ごとの通路容積は通路長さと通路幅に基づく通路断面積とに基づいて規定されるばかりでなく、様々な要素に基づいて規定されても良い。さらに、本発明が適用されるエンジンのシリンダー配列は上記実施形態に限定されない。その配列は直列、Ｖ型、水平対向であっても良く、シリンダー数もいくつであっても良い。例えばＶ型６気筒のエンジンに本発明を適用することが可能である。なお、このような排気通路の構造が、吸気通路にも同様に適用されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の排気通路をガソリンエンジンに適用したところを示す概略構成図である。
【図２】図１とは異なる方向からみた、エンジンと排気マニホルドの概略構成図である。
【図３】図１及び図２とは異なる方向から見た、エンジンと排気マニホルドの概略構成図である。
【符号の説明】
【００２３】
＃１、＃２、＃３  気筒
１０  エンジン
２１  エアクリーナ
２２  吸気管
２３  スロットルバルブ
２３ａ  スロットルアクチュエータ
２４  サージタンク
２５  吸気マニホルド
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ  吸気枝管
２７  燃料噴射弁
３０  排気マニホルド
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ  排気枝管
３４  集合部
４０  排気管
５０  触媒
６０  Ｏ２センサ
１００  ＥＣＵ
１１０  負荷センサ
１２０  回転数センサ
１３０  アクセルポジションセンサ
ＩＰ  吸気通路
ＥＰ  排気通路
【図１】
2006299864.tif 000003
【図２】
2006299864.tif 000004
【図３】
2006299864.tif 000005