(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関のシリンダヘッドに設けられる各気筒の排気通路と、
前記各気筒の排気通路に連通して前記シリンダヘッドに接続され、前記排気通路の排気ガスが集合する排気集合管と、
前記シリンダヘッドと前記排気集合管との間に介在し、前記排気通路の部位が開口する開口部を有するガスケットと、
前記排気集合管に設けられる排気ガスセンサとを備え、
前記ガスケットは、前記開口部から前記排気ガスセンサまでの距離に応じて前記排気通路の圧損を増大させ、
気筒から前記排気ガスセンサまでの距離が相対的に短い前記排気通路の前記開口部が、他の前記開口部よりも狭くされている
ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、
前記開口部から前記排気ガスセンサまでの距離が最も短い前記排気通路の前記開口部が、他の前記開口部よりも狭くされている
ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、
前記ガスケットの少なくとも一箇所の前記開口部の径が、他の開口部の径よりも小さく設定されている
ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項４】
請求項１もしくは請求項２に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、
前記ガスケットの少なくとも一箇所の前記開口部は、開口が複数に分割されている
ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、
前記排気ガスセンサは、前記排気ガスが接触する素子が筒状のカバーで覆われた空燃比センサであり、
前記カバーの周面には前記排気ガスの流入口が形成されている
ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気集合管に排気ガスセンサを備えた多気筒内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関（多気筒エンジン）の排気ガスは、各気筒の排気ガス通路から排気集合管に送られ、排気浄化装置等を経て放出される。排気集合管には、排気ガス中の酸素濃度を検出して空燃比を求める排気ガスセンサ（空燃比センサ）が設けられている。多気筒エンジンでは、エンジンルームの機器のレイアウトにより、各気筒から排気集合管（空燃比センサ）までの排気ガス通路の長さや経路状況が異なっているのが現状である。
【０００３】
各気筒から排気集合管（空燃比センサ）までの排気ガス通路の長さや経路状況が異なっていると、排気ガスが空燃比センサの側部に強く当たる排気ガス通路、排気ガスの全量が空燃比センサの正面から強く当たる排気ガス通路、排気ガスの一部が空燃比センサの側部にあたり残りのガスが空燃比センサの脇を通過する排気ガス通路が存在することになってしまう。
【０００４】
空燃比センサへの排気ガスの接触が排気ガス通路毎に異なると、気筒毎の排気ガスの空燃比センサの検出性能が不均一になり、空燃比センサの検出結果をフィードバックする際に、気筒毎に補正を行って空燃比を制御する必要があった。
【０００５】
このため、排気集合管の空燃比センサの上流側に棒状部材を設け、排気ガスに乱流を生じさせて排気ガスを均一にし、広い面積で空燃比センサに排気ガスを接触させる技術が従来から提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の技術により、排気集合管の排気ガスを均一にして空燃比センサに接触させることができる。
【０００６】
しかし、特許文献１の技術は、排気集合管に棒状部材が設けられた構成となっているので、各気筒の排気ガス通路の状況の違いによる排気ガスの流速を均一にすることはできず、排気ガスの流速が異なった状態の排気ガスを均一にすることしかできない。
【０００７】
このため、各気筒の排気ガスの流速を均一にして排気ガスの空燃比センサへの接触状況を均一にすることはできず、空燃比の検出を的確に行うには限度があり、気筒毎に検出される空燃比の補正を簡素化することはできないのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−７７６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、多気筒内燃機関の各気筒の排気ガスの流速を均一にして、排気ガスを排気ガスセンサに接触させることができる多気筒内燃機関の排気装置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】
【００１０】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、多気筒内燃機関のシリンダヘッドに設けられる各気筒の排気通路と、前記各気筒の排気通路に連通して前記シリンダヘッドに接続され、前記排気通路の排気ガスが集合する排気集合管と、前記シリンダヘッドと前記排気集合管との間に介在し、前記排気通路の部位が開口する開口部を有するガスケットと、前記排気集合管に設けられる排気ガスセンサとを備え、前記ガスケットは、前記開口部から前記排気ガスセンサまでの距離に応じて前記排気通路の圧損を増大させ、気筒から前記排気ガスセンサまでの距離が相対的に短い前記排気通路の前記開口部が、他の前記開口部よりも狭くされていることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係る本発明では、排気ガスの流速が速い排気ガス通路で、ガスケットの開口部の流通面積を他の開口部よりも狭くし、排気ガスの圧力損失を増加させて流速を遅くし、各気筒の排気ガスの流速を均一にする。
【００１２】
これにより、多気筒内燃機関で、排気ガスの流速が速い（単位時間当たりの流通量が多い）排気ガス通路が存在していても、各気筒の排気ガス通路の排気ガスの流速を均一にして、排気ガスを排気ガスセンサに接触させることが可能になる。
【００１３】
例えば、３気筒内燃機関で、並設された３つの排気ガス通路（シリンダヘッドの排気通路、及び、排気通路と排気集合管を接続する排気ガス通路）のうち、中央の排気ガス通路に排気集合管が対向して配置され、排気集合管の中央部位に排気ガスセンサが配置された場合、排気ガスの流れは次のようになることが考えられる。
【００１４】
中央を挟んで両側の排気ガス通路の排気ガスは、排気ガスが湾曲した排気ガス通路を流通して排気ガスセンサに接触して通過する。中央の排気ガス通路の排気ガスは、排気ガスセンサに対して直線状で短い排気ガス通路を速い流速で通過する。
【００１５】
この状態で、例えば、中央の排気ガス通路の排気ガスに対する排気ガスセンサの検出状況を基準にすると、中央を挟んで両側の排気ガス通路の排気ガスに対しては、流速が相対的に遅い排気ガスの流通状況を検出することになり、排気ガスセンサの検出性能が低下することになる。
【００１６】
従って、排気ガスセンサを空燃比センサとして用い、中央を挟んで両側の排気ガス通路の排気ガスの検出状況に基づいて空燃比をフィードバック制御した時には、所望の空燃比に制御することができず、排気ガス性能を満足させることができない虞が生じる。
【００１７】
このような場合、本願発明では、中央の排気ガス通路（流速が速い排気ガス通路）のガスケットの開口部の流通面積を他の開口部よりも狭くし、排気ガスの圧力損失を増加させて流速を遅くし、各気筒の排気ガスの流速を均一にして、排気ガスを排気ガスセンサに接触させるようにしている。
【００１８】
これにより、各気筒の排気ガスの排気ガスセンサでの検出性能を均一にすることができ、フィードバック制御が的確に実施されて排ガス性能の低下をなくすことができる。
【００１９】
因みに、ガスケットを用いてガスの流れを所望の状態にする技術として、例えば、特開２００５−９８１９１号公報には、排気ガス還流装置の排気ガス導入口のガスケットに、上流側に突出するそらせ板を設け、吸気の流れ抵抗を増加させることなく、吸気通路内への排気ガスの導入を良好に行う技術が開示されている。
【００２０】
特開２００５−９８１９１号公報の技術は、排気ガスの流れをガスケットの流通部位の形状により制御する点では同じであるが、排気ガス還流装置において、吸気に対して排気ガスを導入する際の排気ガスの流れを調整する技術である。このため、排気通路の排気ガスセンサに対する排気ガスの流れを所望の状態にする本願発明とは相違する技術である。
【００２１】
そして、請求項２に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、請求項１に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記開口部から前記排気ガスセンサまでの距離が最も短い前記排気通路の前記開口部が、他の前記開口部よりも狭くされていることを特徴とする。
【００２２】
請求項２に係る本発明では、流通面積が他の開口部よりも狭くされているガスケットの開口部が対向する排気通路は、排気ガスセンサと開口部との距離が最も短い排気通路、即ち、排気ガスセンサに対する単位時間あたりの排気ガスの量が最大の排気通路を含むので、排気ガスセンサに対する排気ガスの流速を低下させて、各気筒の排気通路の排気ガスの流速を均一にして流通量を的確に均一にすることができる。
【００２３】
また、請求項３に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記ガスケットの少なくとも一箇所の前記開口部の径が、他の開口部の径よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項３に係る本発明では、流速を低下させる排気ガスが通過する開口部の径を他の開口部に比べて小さく設定することで、通過時の圧力損失を増加させて流速を低下させることができる。
【００２５】
また、請求項４に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記ガスケットの少なくとも一箇所の前記開口部は、開口が複数に分割されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項４に係る本発明では、流速を低下させる排気ガスが通過する開口部の開口が複数に分割することで、排気ガスセンサに当てる排気ガスの単位面積当たりの流量を減らして流速を低下させた状態にすることができる。
【００２７】
また、請求項５に係る本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記排気ガスセンサは、前記排気ガスが接触する素子が筒状のカバーで覆われた空燃比センサであり、前記カバーの周面には前記排気ガスの流入口が形成されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項５に係る本発明では、素子が筒状のカバーで覆われた空燃比センサに対し、カバーの内部に流入する排気ガスの流速を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の多気筒内燃機関の排気装置は、多気筒内燃機関の各気筒の排気ガスの流速を均一にして、排気ガスを排気ガスセンサに接触させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例に係る排気装置を備えた多気筒内燃機関の概略外観図である。
【図２】本発明の一実施例に係る排気装置の概略平面図である。
【図３】ガスケットの説明図である。
【図４】空燃比センサの説明図である。
【図５】排気ガスの流れを説明する排気装置の概略平面図である。
【図６】第２実施例に係る排気装置のガスケットの説明図である。
【図７】第３実施例に係る排気装置の概略平面図である。
【図８】第３実施例に係る排気装置のガスケットの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１から図５に基づいて本発明の一実施例に係る排気装置を説明する。
【００３２】
図１には本発明の一実施例に係る排気装置を備えた多気筒内燃機関の要部を排気側から見た状態の概略外観状況、図２には本発明の一実施例に係る排気装置である排気通路と排気マニホールドの接続部位の平面状態の断面、図３にはガスケットの開口の状況、図４には空燃比センサの概略構成を示してある。また、図５には排気ガスの流れを説明する排気装置の概略平面（図２に相当する）を示してある。
【００３３】
図１、図２に基づいて排気装置の全体を説明する。
【００３４】
図１、図２に示すように、多気筒内燃機関（多気筒エンジン）である３気筒エンジン１のシリンダヘッド２には３つの排気通路３が設けられ、排気通路３の端部が外側に向けて開口している。
【００３５】
シリンダヘッド２の排気通路３の部位には、ガスケット４を介して排気マニホールド５が接続されている。排気マニホールド５は、排気通路３に連続する排気ガス通路としての通路６と、通路６が集合される排気集合管７とで形成されている。そして、ガスケット４には、排気通路３と通路６を連通する開口部８が形成されている。
【００３６】
図２に示すように、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃに対し、排気マニホールド５の通路６ａ、６ｂ、６ｃが連通し、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃと排気マニホールド５の通路６ａ、６ｂ、６ｃとの間にガスケット４が介在している。中央の排気通路３ｂ、通路６ｂに対向して排気集合管７が配されている。排気集合管７には排気ガスセンサ（空燃比センサ）１１が設けられている。
【００３７】
中央の排気通路３ｂ、通路６ｂに対向する排気集合管７に空燃比センサ１１が配置されているため、排気通路３ｂ、通路６ｂの排気ガスが、空燃比センサ１１に対して略全量が強く接触して通過する。即ち、排気通路３ｂ、通路６ｂは、空燃比センサ１１と後述するガスケットの開口部との距離が最も短い排気通路であり、空燃比センサ１１に対する単位時間あたりの排気ガスの量が最大の排気通路で、排気ガスの流速が最も速い排気通路となっている。
【００３８】
図２、図３に示すように、空燃比センサ１１に対する流速が最も速い排気ガスの排気通路である排気通路３ｂと通路６ｂとの間のガスケット４の開口部８ｂの径ｒは、
排気通路３ａ、３ｃと通路６ａ、６ｃとの間のガスケット４の開口部８ａ、８ｃの径Ｒに対し、小径に設定されている。
【００３９】
ガスケット４の開口部８ｂの径ｒが、ガスケット４の開口部８ａ、８ｃの径Ｒよりも小さく設定されているので、排気通路３ｂを流れる排気ガスの圧力損失が増加し、通路６ｂを流れる排気ガスの流速を低下させることができる。このため、排気通路３ｂと通路６ｂから空燃比センサ１１に送られる排気ガスの流速に対し、排気通路３ａ、３ｃと通路６ａ、６ｃから空燃比センサ１１に送られる排気ガスの流速が抑制される。
【００４０】
従って、空燃比センサ１１に対する排気ガスの流速が速い排気通路が存在していても、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃからの排気ガスの流速を均一にして空燃比センサ１１に送ることができる。
【００４１】
図４に基づいて空燃比センサ１１の概略構成を説明する。
【００４２】
図３に示すように、空燃比センサ１１は、排気ガスが接触する接触する素子２１が筒状のカバー２２で覆われて構成されている。カバー２２の下部の周面には排気ガスの流入口２３（流入部）が形成され、カバー２２の底部には排気ガスの流出口２４が形成されている。
【００４３】
カバー２２の内側には中筒２５が設けられ、流入口２３から流入した排気ガスは、中筒２５の外周に案内されて上部から素子２１に導かれ、素子２１に接触した排気ガスは中筒２５の内周に案内されて流出口２４に導かれる。
【００４４】
図５に基づいて、上述した排気装置における各気筒の排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃの排気ガスの流れの状況を説明する。
【００４５】
中央を挟んで両側の排気通路３ａ、３ｃ、通路６ａ、６ｃの排気ガスＧ１、Ｇ３は、排気ガス通路の長さが中央に比べて長いことと、通路が曲がっているため、圧損により流速が低下し、更に、空燃比センサ１１へは主流外側の流速が低い部位が接触して通過する。中央の排気通路３ｂ、通路６ｂの排気ガスＧ２は、ガスケット４の開口部８ｂで圧力損失が増加して流速が低下し、弱い流速で空燃比センサ１１に接触して通過する。
【００４６】
このため、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃの排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の流速が均一になり、空燃比センサ１１への当たりが均一な状態にされる。つまり、各気筒の排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃの排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の単位時間当たりの流通量が均一にされて、排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３が空燃比センサ１１に接触するようになっている。
【００４７】
このため、３気筒内燃機関の各気筒の排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の単位時間当たりの流通量を均一にして、即ち、排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の流速を均一にして、排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３を空燃比センサ１１に接触させることが可能になる。
【００４８】
これにより、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃの排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３に対する空燃比センサ１１の検出性能は均一になり、排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃによって排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の検出性能がばらつくことがなくなる。
【００４９】
従って、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃのどの通路の排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の検出状況に基づいて空燃比をフィードバック制御した場合であっても、所望の空燃比に制御することができ、検出される排気ガスが通過する排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃに拘わらず、排気ガス性能が低下することがない。
【００５０】
尚、上述した実施例では、多気筒エンジンとして３気筒エンジン１を例に挙げて説明したが、４気筒エンジン、直列６気筒エンジン、もしくはそれ以上の気筒数の多気筒エンジンに適用することも可能である。
【００５１】
例えば、４気筒エンジンの場合、両側を除いた中央の２気筒の排気ガス通路の両方、もしくは、いずれかに、即ち、少なくとも、排気ガスの流速が速い排気ガス通路のガスケット４の開口部の流通面積を狭くすることが可能である。
【００５２】
また、直列６気筒エンジンの場合、両側を除いた中央の４気筒の排気ガス通路の全て、もしくは、いずれか１つ乃至３つに、即ち、少なくとも、排気ガスの流速が速い排気ガス通路のガスケット４の開口部の流通面積を狭くすることが可能である。
【００５３】
図６から図８に基づいて本発明の他の実施例を説明する。
【００５４】
図６には第２実施例に係る排気装置のガスケットの開口の状況、図７には本発明の第３実施例に係る排気装置である排気通路と排気マニホールドの接続部位の平面状態の断面、図８には第３実施例に係る排気装置のガスケットの開口の状況を示してある。
【００５５】
図６に示した第２実施例は、空燃比センサ１１（図５参照）に対する流速が最も速い排気ガスの排気通路である排気通路３ｂ（図５参照）と通路６ｂ（図５参照）との間のガスケット４の開口部の形状が第１実施例と異なっている。
【００５６】
ガスケット４の排気通路３ｂ（図５参照）と通路６ｂ（図５参照）との間の開口部９ｂは、半円状の２つの開口１０で構成され、開口１０の間に仕切り部１６が存在している。ガスケット４の排気通路３ａ、３ｃ（図５参照）と通路６ａ、６ｃ（図５参照）との間の開口部９ａ、９ｃは円形に形成されている。
【００５７】
中央の排気通路３ｂ、通路６ｂ（図５参照）の排気ガスＧ２（図５参照）は、仕切り部１６で開口部９ａ、９ｃを通る排気ガスに分断され、空燃比センサ１１（図５参照）の横に接触して通過する。
【００５８】
このため、排気通路３ｂ、通路６ｂ（図５参照）の排気ガスＧ２（図５参照）の空燃比センサ１１への当たりが抑制され、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ（図５参照）、通路６ａ、６ｂ、６ｃ（図５参照）の排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３（図５参照）の空燃比センサ１１（図５参照）への当たりを均一な状態にすることが可能になる（流速を均一にした状態にすることが可能になる）。
【００５９】
図７、図８に示した第３実施例は、空燃比センサ１１が排気集合管７の中心からずれて配置され、ガスケット４の開口部の径が空燃比センサ１１との距離に応じて、ガスケット４の開口部の径を変更している。
【００６０】
空燃比センサ１１は、排気集合管７の排気通路３ａ、通路６ａに寄った部位に配置されている。
【００６１】
ガスケット４の開口部１５の径ｒは、排気通路３ｂと通路６ｂとの間の開口部１５ｂの径ｒ１、排気通路３ａと通路６ａとの間の開口部１５ａの径ｒ２、排気通路３ｃと通路６ｃとの間の開口部１５ｃの径ｒ３の順に、大きくなるように設定されている。
【００６２】
つまり、空燃比センサ１１までの距離が長くなるにしたがって、順に、ガスケット４の開口部１５の径ｒが大きくなっている。
【００６３】
このため、空燃比センサ１１までの距離が短い流路の圧損を距離に応じて増加させ、排気ガスの流速を距離に応じて低下させ、３つの排気通路３ａ、３ｂ、３ｃ、通路６ａ、６ｂ、６ｃの排気ガスＧ１、Ｇ２、Ｇ３の流速を均一にして、空燃比センサ１１への当たりを均一な状態にすることが可能になる（流速を均一にした状態にすることが可能になる）。
【００６４】
そして、空燃比センサ１１の位置に応じてガスケット４の開口部の径ｒを設定することで、即ち、空燃比センサ１１の位置に応じて開口部の開口面積を設定することで、空燃比センサ１１の配置状況に拘わらず、空燃比センサ１１への排気ガスの接触の状況を改善して検出性能を均一にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、排気集合管に排気ガスセンサを備えた多気筒内燃機関の排気装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  ３気筒エンジン
２  シリンダヘッド
３  排気通路
４  ガスケット
５  排気マニホールド
６  通路
７  排気集合管
８、９、１５  開口部
１０  開口
１１  排気ガスセンサ（空燃比センサ）
１６  仕切り部
２１  素子
２２  カバー
２３  流入口
２４  流出口
２５  中筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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