(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（Ｅ）のエキゾーストマニホールド（１７）の出口開口部（１７ａ）に接続された排気管（１９）に酸素濃度センサ（４０）を取り付けるエンジンの酸素濃度センサ取付構造において、
エキゾーストマニホールド（１７）の複数の排気単管（２３ａ〜２３ｄ）の出口端を相互に平行になるように束ねて出口開口部（１７ａ）を形成し、該出口開口部（１７ａ）に連なる排気管（１９）の湾曲部の湾曲方向内側に酸素濃度センサ（４０）を取り付け、排気管（１９）の内部に位置する酸素濃度センサ（４０）の検出部（４０ａ）から、該検出部（４０ａ）に最も近い位置における排気管（１９）の中心線（Ｃ）と平行に直線（Ｌ）を引いたとき、この直線（Ｌ）がエキゾーストマニホールド（１７）の出口開口部（１７ａ）を外れた位置を通ることを特徴とするエンジンの酸素濃度センサ取付構造。
【請求項２】
エンジン（Ｅ）が車両に搭載されており、酸素濃度センサ（４０）は排気管（１９）のフロント側に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの酸素濃度センサ取付構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのエキゾーストマニホールドの出口開口部に接続された排気管に酸素濃度センサを取り付けるエンジンの酸素濃度センサ取付構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサで検出し、この酸素濃度に基づいてエンジンの燃料噴射量を制御する技術は周知である。従来、多気筒エンジンでは、エキゾーストマニホールドの集合部の下流側に接続された排気管に酸素濃度センサを設けるのが一般的であり、この場合、エキゾーストマニホールドを構成する複数の排気単管の長さを均一にすることで、各燃焼室から排出される排気ガスの寄与度を平均化して酸素濃度の検出精度を向上させることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンルームにクランクシャフトを左右方向に向けて横置きに配置した多気筒エンジンでは、複数の排気単管の長さを均一にすることは比較的に容易であるが、クランクシャフトを前後方向に向けて縦置きに配置した多気筒エンジンでは、車体前方側の燃焼室に連なる排気単管が長くなり、車体後方側の燃焼室に連なる排気単管が短くなることが避けられない。その結果、エキゾーストマニホールドの集合部の下流側に接続された排気管に酸素濃度センサを設けた場合、各燃焼室から排出される排気ガスの酸素濃度に対する寄与度にばらつきが発生し、酸素濃度の検出精度が低下する問題がある。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エキゾーストマニホールドの複数の排気単管の長さが不均一であっても、その下流の排気管に設けた酸素濃度センサの検出精度を確保することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンのエキゾーストマニホールドの出口開口部に接続された排気管に酸素濃度センサを取り付けるエンジンの酸素濃度センサ取付構造において、エキゾーストマニホールドの複数の排気単管の出口端を相互に平行になるように束ねて出口開口部を形成し、該出口開口部に連なる排気管の湾曲部の湾曲方向内側に酸素濃度センサを取り付け、排気管の内部に位置する酸素濃度センサの検出部から、該検出部に最も近い位置における排気管の中心線と平行に直線を引いたとき、この直線がエキゾーストマニホールドの出口開口部を外れた位置を通ることを特徴とするエンジンの酸素濃度センサ取付構造が提案される。
【０００６】
上記構成によれば、エキゾーストマニホールドの複数の排気単管の出口端を相互に平行になるように束ねて出口開口部を形成し、該出口開口部に連なる排気管の湾曲部の湾曲方向内側に酸素濃度センサを取り付け、酸素濃度センサの検出部から該検出部に最も近い位置における排気管の中心線と平行に直線を引いたとき、この直線がエキゾーストマニホールドの出口開口部を外れた位置を通るので、エキゾーストマニホールドから出た排気ガスを湾曲した排気管の内部で充分に混合させ、複数の排気単管の長さの差を補償して酸素濃度センサの検出精度を確保することができる。排気管の内部で排気ガスを充分に混合できるのは、エキゾーストマニホールドの出口開口部に対向する湾曲した排気管の内壁に排気ガスが衝突して拡散するためである。また酸素濃度センサを排気管の湾曲方向内側に取り付けたので、排気管の湾曲部に形成されるデッドスペースを有効利用してスペース効率を高めることができ、しかも酸素濃度センサを着脱する作業スペースを確保してメンテナンス性を高めることができる。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、エンジンが車両に搭載されており、酸素濃度センサは排気管のフロント側に配置されることを特徴とするエンジンの酸素濃度センサ取付構造が提案される。
【０００８】
上記構成によれば、酸素濃度センサを排気管のフロント側に配置したので、車両の走行に伴う走行風で酸素濃度センサを冷却して耐久性を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。  図１〜図１０は本発明の一実施例を示すもので、図１はＶ型８気筒エンジンの正面図、図２は図１の２方向矢視図、図３は図２に対応する分解図、図４は図１の４−４線断面図、図５は図４の５−５線断面図、図６は２の６−６線断面図、図７は第１カバー半体の単品図、図８は第２カバー半体の単品図、図９は図１の９−９線断面図、図１０は４個の排気ポートから排出される排気ガスが酸素濃度の検出値に与える影響を示すグラフである。  図１に示すように、Ｖ型８気筒エンジンＥはクランクシャフト１１を車体前後方向に配置して自動車のエンジンルームに縦置きに搭載される。エンジンＥはＶ型のシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２の上面に結合された左右一対のシリンダヘッド１３，１３と、両シリンダヘッド１３，１３の上面に結合された左右一対のヘッドカバー１４，１４と、シリンダブロック１２の下面に結合されたクランクケース１５と、クランクケース１５の下面に結合されたオイルパン１６とを備える。左右のシリンダヘッド１３，１３の取付面１３ａ，１３ａに各々エキゾーストマニホールド１７，１７が結合されており、それらの周囲がカバー１８，１８で覆われる。左右のエキゾーストマニホールド１７，１７の下流には、短い排気管１９，１９を介して直下型の排気ガス浄化触媒装置２０，２０が結合される。左右のエキゾーストマニホールド１７，１７およびカバー１８，１８の外側に近接して、左右のフロントサイドフレームＦ，Ｆが前後方向に配置される。左右の排気系の構造は車体中心線に対して左右対称であるため、その代表として車体右側の排気系の構造を説明する。
【００１０】
図２〜図９に示すように、エキゾーストマニホールド１７は、シリンダヘッド１３の取付面１３ａに結合される板状の取付フランジ２１と、取付面１３ａに開口する４個の排気ポート２２ａ〜２２ｄに連通する４本の排気単管２３ａ〜２３ｄとを備える。カバー１８は、エキゾーストマニホールド１７に一体化された第１カバー半体２４と、この第１カバー半体２４に着脱自在に固定される第２カバー半体２５とを備える。
【００１１】
シリンダヘッド１３の取付面１３ａには、少なくとも２本（実施例では２本）のスタッドボルト２６，２６と、複数個（実施例では５個）のねじ孔１３ｂ…とが形成される。一方、エキゾーストマニホールド１７の取付フランジ２１の外周縁には外向き（シリンダヘッド１３から離反する方向）に突出する補強リブ２１ａが形成されるとともに、前記２本のスタットボルト２６，２６に対応する２個の切欠２１ｂ，２１ｂと、前記５個のねじ孔１３ｂ…に対応する５個の貫通孔２１ｃ…とが形成される。取付フランジ２１の下部の前後両端に設けられた２個の切欠２１ｂ，２１ｂは下向きに開口しており、その部分で補強リブ２１ａが途切れている。
【００１２】
しかして、前記２本のスタットボルト２６，２６に螺合する２個のナット２７，２７と、取付フランジ２１の貫通孔２１ｃ…を貫通して取付面１３ａのねじ孔１３ｂ…に螺合する５個のボルト２８…とにより、取付フランジ２１がシリンダヘッド１３に締結される。このとき、取付フランジ２１とシリンダヘッド１３との間にガスケット２９（図５参照）が配置される。
【００１３】
エキゾーストマニホールド１７の取付フランジ２１には、シリンダヘッド１３の排気ポート２２ａ〜２２ｄに対応する位置に、環状を成す４個の補強リブ２１ｄ…が外向きに突出するように形成される。４個の補強リブ２１ｄ…の内周に第１カバー半体２４の内端側の４個の環状部２４ａ…がそれぞれ嵌合し、更にその内周に４本の排気単管２３ａ〜２３ｄの上流端がそれぞれ嵌合し、溶接３０…（図５参照）により一体に結合される。また４本の排気単管２３ａ〜２３ｄの下流端が合流する集合部３１が排気管１９の上流端に溶接３２（図３および図９参照）されており、第１カバー半体２４の外端側に形成された半割円筒部２４ｃが前記溶接部の近傍に溶接３３される（図３参照）。第１カバー半体２４は、エキゾーストマニホールド１７の内面側、つまりエンジンＥ側の側面を覆うように配置される。
【００１４】
第２カバー半体２５はエキゾーストマニホールド１７のフロントサイドフレームＦ側の側面を覆うもので、第１カバー半体２４に３本のボルト３４，３５，３６で着脱自在に固定される。３本のボルト３４，３５，３６は第２カバー半体２５の３個の貫通孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃを貫通し、第１カバー半体２４の貫通孔２４ｂ…を貫通して内面のウエルドナット３７，３８，３９に螺合される（図６参照）。第２カバー半体２５を第１カバー半体２４に結合した状態で、その外端部に形成された半割円筒部２５ｄは第１カバー半体２４の半割円筒部２４ｃと協働して排気管１９の上流端を取り囲む。第１カバー半体２４および第２カバー半体２５には開口２４ｄ，２５ｅが形成されており、取付フランジ２１をシリンダヘッド１３に締結する５本のボルト２８…のうちの１本が前記開口２４ｄ，２５ｅを通して着脱される。
【００１５】
図９から明らかなように、排気管１９は約６０°湾曲しており、その湾曲方向内側に排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ４０が設けられる。酸素濃度センサ４０の先端の検出部４０ａを通り、その検出部４０ａに最も近い排気管１９の中心線Ｃに平行な直線Ｌを引いたとき、直線Ｌはエキゾーストマニホールド１７の下流端の出口開口部１７ａの範囲から外れている。つまり、排気管１９は強く湾曲しており、かつ排気濃度センサ４０は排気管１９の下流寄りの位置に配置されている。図１から明らかなように、排気濃度センサ４０は排気管１９のフロント側の面、つまり車両が走行する際に走行風が最も効率良く当たる位置に設けられる。
【００１６】
車体に搭載したエンジンＥにエキゾーストマニホールド１７を取り付けるとき、フロントサイドフレームＦがシリンダヘッド１３の側方に近接して配置されているため、エキゾーストマニホールド１７をシリンダヘッド１３の取付面１３ａに直交する方向に移動させて取り付けることができない。そこで本実施例では、先ずエキゾーストマニホールド１７を後方から前方に移動させてシリンダヘッド１３およびフロントサイドフレームＦ間に挿入した後、エキゾーストマニホールド１７の取付フランジ２１がシリンダヘッド１３の取付面１３ａに沿って移動するようにエキゾーストマニホールド１７を上方から下方に移動させる（図１および図４の矢印Ａ参照）。すると、取付フランジ２１に形成した下向きに開口する２個の切欠２１ｂ，２１ｂがシリンダヘッド１３の２本のスタッドボルト２６，２６に係止され、エキゾーストマニホールド１７がシリンダヘッド１３に仮固定される。この状態で２本のスタッドボルト２６，２６にナット２７，２７を螺合するとともに、５本のボルト２８…を取付フランジ２１の貫通孔２１ｃ…を貫通させてシリンダヘッド１３のねじ孔１３ｂ…に螺合することで、エキゾーストマニホールド１７がシリンダヘッド１３の締結される。
【００１７】
このように、エキゾーストマニホールド１７をシリンダヘッド１３の取付面１３ａに直交する方向に移動させることなく、前記取付面１３ａに沿う方向に移動させることでシリンダヘッド１３に締結することができるので、フロントサイドフレームＦと干渉することなくシリンダヘッド１３にエキゾーストマニホールド１７を取り付けることができる。しかも取付フランジ２１の切欠２１ｂ，２１ｂをシリンダヘッド１３のスタッドボルト２６，２６に係止してエキゾーストマニホールド１７をシリンダヘッド１３に仮固定することができるので、それに続くナット２７，２７およびボルト２８…の螺合作業を容易に行うことができる。
【００１８】
更に、切欠２１ｂ，２１ｂが下向きに開放しているので、スタッドボルト２６，２６によるエキゾーストマニホールド１７の支持が安定するだけでなく、切欠２１ｂ，２１ｂが取付フランジ２１の両端部に形成されているのでエキゾーストマニホールド１７の支持が一層安定する。またエキゾーストマニホールド１７の取付フランジ２１に一体に溶接された第１カバー半体２４の環状部２４ａ…の外側を囲むようにスタッドボルト２６，２６およびねじ孔１３ｂ…が配置されるので、第１カバー半体２４に邪魔されることなくナット２７，２７およびボルト２８…の螺合作業を行うことができる。しかも４本の排気単管２３ａ〜２３ｄが口元から完全にカバー１８に覆われるので、排気ガスの熱の放射および排気騒音の放射を効果的に抑制することができる。
【００１９】
尚、エキゾーストマニホールド１７の取り外し作業は、上述した取り付け作業と逆の手順で行うことができ、この場合にもエキゾーストマニホールド１７がフロントサイドフレームＦと干渉するのを防止することができる。
【００２０】
またエキゾーストマニホールド１７の取付フランジ２１の外周部に設けた補強リブ２１ａがシリンダヘッド１３から離反する方向に突出しているので、高温の排気ガスが流れる排気単管２３ａ〜２３ｄから上下方向に放射される熱を前記補強リブ２１ａで遮断し、シリンダブロック１２およびシリンダヘッド１３間に配置されたガスケットや、シリンダヘッド１３およびヘッドカバー１４間に配置されたガスケットの耐久性を高めることができる。更に、前記補強リブ２１ａは取付フランジ２１の切欠２１ｂ，２１ｂに連なる位置まで延びているため、切欠２１ｂ，２１ｂを形成したことによる取付フランジ２１の剛性低下を最小限に抑えることができる。
【００２１】
またカバー１８がエキゾーストマニホールド１７の車体外側および下側を覆う部分（つまり第２カバー半体２５）は水や泥が付着するために腐食が発生し易いが、第２カバー半体２５がエキゾーストマニホールド１７と一体の第１カバー半体２４に対して着脱可能であるため、腐食した第２カバー半体２５だけを交換して維持費を節減することができる。  ところで、酸素濃度センサ４０が取り付けられた排気管１９には４本の排気単管２３ａ〜２３ｄから排気ガスが流入するが、本来は４個の排気ポート２２ａ〜２２ｄから排出される排気ガスの酸素濃度に対する寄与率が各々２５％になるべきところ、図１０（ａ）に示すように、従来のものは酸素濃度センサ４０の検出値に与える影響が各々の排気単管２３ａ〜２３ｄ毎に異なってしまい、酸素濃度の精密な検出が困難であった。その理由は、Ｖ型８気筒エンジンＥを縦置きすると４本の排気単管２３ａ〜２３ｄの長さに差が生じることが避けられないため、酸素濃度センサ４０の取り付け位置や、それが取り付けられる排気管１９の形状が不適切であると、４本の排気単管２３ａ〜２３ｄから排気管１９に供給される排気ガスが均等に酸素濃度センサ４０に作用しないからである。
【００２２】
このような不具合を解消するには、排気管１９の曲率を増加させ、かつ排気管１９の下流側に酸素濃度センサ４０を設けることで、４本の排気単管２３ａ〜２３ｄから流入する排気ガスを排気管１９の内壁に衝突させて充分に攪拌した状態で酸素濃度センサ４０に作用させることが必要である。これに必要な排気管１９の曲がりの程度と酸素濃度センサ４０の取り付け位置とが満たす条件は、前述したように、酸素濃度センサ４０の先端の検出部４０ａを通り、その検出部４０ａに最も近い排気管１９の中心線Ｃに平行な直線Ｌを引いたとき、直線Ｌがエキゾーストマニホールド１７の下流端の出口開口部１７ａの範囲から外れていることである（図９参照）。この条件を満たすことにより、図１０（ｂ）に示すように、４個の排気ポート２２ａ〜２２ｄから排出される排気ガスの酸素濃度に対する寄与率を各々２５％に近づけることができる。
【００２３】
また排気管１９の湾曲方向内側に酸素濃度センサ４０を設けたので、排気管１９の湾曲方向内側のデッドスペースを有効利用して酸素濃度センサ４０を配置することができ、しかも酸素濃度センサ４０を着脱するための工具を操作するスペースを確保してメンテナンス性を高めることができる。また排気管１９のフロント側の走行風が最も効率良く当たる位置に酸素濃度センサ４０を設けたことで、酸素濃度センサ４０を効果的に冷却して耐久性を高めることができる。
【００２４】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２５】
例えば、実施例ではＶ型８気筒エンジンＥを例示したが、本発明は気筒数が異なるＶ型エンジンや直列多気筒エンジンに対しても適用することができる。
【００２６】
また本発明は車両に縦置きに搭載したエンジンＥに適用した場合に最も効果的であるが、車両用以外のエンジンや車両に横置きに搭載したエンジンに対しても適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、エキゾーストマニホールドの複数の排気単管の出口端を相互に平行になるように束ねて出口開口部を形成し、該出口開口部に連なる排気管の湾曲部の湾曲方向内側に酸素濃度センサを取り付け、酸素濃度センサの検出部から該検出部に最も近い位置における排気管の中心線と平行に直線を引いたとき、この直線がエキゾーストマニホールドの出口開口部を外れた位置を通るので、エキゾーストマニホールドから出た排気ガスを湾曲した排気管の内部で充分に混合させ、複数の排気単管の長さの差を補償して酸素濃度センサの検出精度を確保することができる。排気管の内部で排気ガスを充分に混合できるのは、エキゾーストマニホールドの出口開口部に対向する湾曲した排気管の内壁に排気ガスが衝突して拡散するためである。また酸素濃度センサを排気管の湾曲方向内側に取り付けたので、排気管の湾曲部に形成されるデッドスペースを有効利用してスペース効率を高めることができ、しかも酸素濃度センサを着脱する作業スペースを確保してメンテナンス性を高めることができる。
【００２８】
また請求項２に記載された発明によれば、酸素濃度センサを排気管のフロント側に配置したので、車両の走行に伴う走行風で酸素濃度センサを冷却して耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Ｖ型多気筒エンジンの正面図
【図２】  図１の２方向矢視図
【図３】  図２に対応する分解図
【図４】  図１の４−４線断面図
【図５】  図４の５−５線断面図
【図６】  ２の６−６線断面図
【図７】  第１カバー半体の単品図
【図８】  第２カバー半体の単品図
【図９】  図１の９−９線断面図
【図１０】  ４個の排気ポートから排出される排気ガスが酸素濃度の検出値に与える影響を示すグラフ
【符号の説明】
Ｃ          排気管の中心線
Ｅ          エンジン
Ｌ          排気管の中心線と平行に引いた直線
１７        エキゾーストマニホールド
１７ａ      出口開口部
１９        排気管
２３ａ〜２３ｄ        排気単管
４０        酸素濃度センサ
４０ａ      検出部
【図１】
0004394851.tif 000002
【図２】
0004394851.tif 000003
【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】
0004394851.tif 000008
【図８】
0004394851.tif 000009
【図９】
0004394851.tif 000010
【図１０】
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