(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の構造であって、
排気成分を検出する排気センサよりも上流の排気通路が曲折されて形成され、排ガスから生成される凝縮水が滞留する滞留部と、
前記滞留部に形成され、滞留した凝縮水が流れる孔と、
前記排気通路の外周に設けられた外筒と、
前記排気通路の外周壁と前記外筒とで形成され、前記孔から流れ落ちた凝縮水を溜める水溜室と、
前記排気通路の曲折部分の内周側に形成された第２の孔と、
を有し、
前記外筒内を上昇した水蒸気が前記第２の孔を通って排気通路に流れる、
ことを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
【請求項２】
内燃機関の排気通路の構造であって、
排気成分を検出する排気センサよりも上流の排気通路が曲折されて形成され、排ガスから生成される凝縮水が滞留する滞留部と、
前記滞留部に形成され、滞留した凝縮水が流れる孔と、
前記排気通路の曲折部分の内周側に形成された第２の孔と、
前記第２の孔と前記滞留部に形成された孔とを連通するパイプと、
を有することを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
【請求項３】
前記排気通路は、エキゾーストマニホールドのブランチパイプである、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気通路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒コンバータの上流及び下流には、リニア空燃比センサやＯ２センサなどの排気センサが取り付けられている。これらの排気センサは内蔵ヒータや排ガスで高温に熱せられて活性化し、酸素を検出できるようになる。この検出信号は、触媒の排ガス浄化能力を発揮できるように排ガスの空燃比を制御したり、触媒の劣化状態を判定するために使用される。
【０００３】
ところで排ガスが冷却されると排ガス中に含まれる水分から凝縮水が生成される。この凝縮水が高温状態のセンサに被水すると、センサが急冷され素子割れを生じるおそれがある。
【０００４】
そこで従来は、凝縮水が生成されても、その凝縮水が排気センサの上流には溜まらず、排気センサの下流に溜まるように排気通路を形成している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近時の研究により、エキゾーストマニホールドの各ブランチパイプを等長化することが、エンジンの出力アップや音質の向上につながることが確認されている。
【０００６】
しかし、このようにすると、エンジンルーム内の他部品との関係で、ブランチパイプをレイアウトできる場所には制限があり、特許文献１のように排気センサの上流に凝縮水が溜まらないような形状にすることが困難な場合がある。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、排ガスから生成される凝縮水の飛散を防止し、リニア空燃比センサやＯ２センサなどの排気センサに素子割れを発生させない内燃機関の排気通路構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００９】
本発明は、内燃機関の排気通路の構造であって、排気成分を検出する排気センサ（４０）よりも上流の排気通路が曲折されて形成され、排ガスから生成される凝縮水が滞留する滞留部と、前記滞留部に形成され、滞留した凝縮水が流れる孔（２２ｂ）と、前記排気通路の外周に設けられた外筒（２２ｇ）と、前記排気通路の外周壁と前記外筒とで形成され、前記孔（２２ｂ）から流れ落ちた凝縮水を溜める水溜室（２２ｅ）と、前記排気通路の曲折部分の内周側に形成された第２の孔（２２ｊ）と、を有し、前記外筒内を上昇した水蒸気が前記第２の孔（２２ｊ）を通って排気通路に流れる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排気通路に滞留する排気凝縮水を溜める水溜室を設けた。この水溜室は排ガスの流れから隔てられているので、エンジン始動直後に運転者がアクセルを踏み込むなどして大量の排ガスが流れても排気凝集水は飛散しない。したがって排気凝縮水が排気センサに被水してセンサを破壊することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による内燃機関の排気通路構造を適用するＶ型６気筒エンジンの左バンクを示す側面図である。
【００１２】
エキゾーストマニホールド２０は、取付ボルト３０でエンジン１０のシリンダヘッド１１に固定されている。
【００１３】
エキゾーストマニホールド２０は、車両前方側から＃２気筒ブランチパイプ２１と、＃４気筒ブランチパイプ２２と、＃６気筒ブランチパイプ２３とを有する。エキゾーストマニホールド２０は、これらのブランチパイプ２１〜２３の集合部にＯ２センサ４０を取り付け、さらにその下流にマニホールド触媒５０を備える。
【００１４】
ブランチパイプ２１〜２３は、エンジンの出力アップ、音質の向上を図るために、長さが略同一となっている。そのため＃２気筒ブランチパイプ２１は、ほぼストレート形状であるが、＃４気筒ブランチパイプ２２や＃６気筒ブランチパイプ２３は、一旦車両前下方向に延びてから車両後方に延びて他のブランチパイプと集合する形状になっている。このため＃４気筒ブランチパイプ２２や＃６気筒ブランチパイプ２３には、鉛直方向に一旦下がってから上がる曲成部２２ａ，２３ａが形成される。曲成部２２ａ，２３ａがこのような形状であるので、排ガスから凝縮水が生成されると、その凝縮水は曲成部２２ａ，２３ａに滞留する。この状態でエンジンが始動すると、滞留していた凝縮水が飛散してＯ２センサ４０が被水してセンサ素子が破損するおそれがある。そこで本発明では、このような排気通路に凝縮水の飛散防止構造を設けたのである。具体的な構造については図２を参照して説明する。
【００１５】
図２は＃４気筒ブランチパイプ２２の曲成部２２ａ付近を示す図であり、図２（Ａ）は＃４気筒ブランチパイプ２２の曲成部２２ａを鉛直軸を含む面で切断した図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す。また排ガスの流れ方向を図２（Ａ）に白抜矢印で示す。
【００１６】
ブランチパイプ２２は、孔２２ｂと、パッチ板２２ｃとを有する。
【００１７】
孔２２ｂは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、ブランチパイプ２２の曲成部２２ａの鉛直方向の略最下部であって排気凝縮水が滞留する滞留部２２ｄに形成される。
【００１８】
パッチ板２２ｃは、ブランチパイプ２２の下方に溶接される。パッチ板２２ｃは、全周が溶接材２２ｆでブランチパイプ２２に溶接されて孔２２ｂから流出する排ガスを大気に放出しないようになっている。
【００１９】
ブランチパイプ２２とパッチ板２２ｃとの間の空間が水溜室２２ｅを形成する。
【００２０】
このような構造によって得られる作用について説明する。
【００２１】
エンジンが停止し、排ガスが冷却されると排ガス中の水分から凝縮水が生成する。この凝縮水はブランチパイプ２２の内壁面に沿って曲成部２２ａに流れ、孔２２ｂから水溜室２２ｅに流れ落ちて溜まる。
【００２２】
その後にエンジンを始動しても、水溜室２２ｅは排ガスの流れから隔てられているので、エンジン始動直後に運転者がアクセルペダルを踏み込むなどして大量の排ガスが流れても凝集水が飛散しない。
【００２３】
そして排ガスの熱によってブランチパイプ２２が暖められると、水溜室２２ｅに貯まっている水が水蒸気になる。ブランチパイプ２２を排ガスが流れるとブランチパイプ内の圧力が低下するので、水蒸気が吸い出される。
【００２４】
エンジンの出力によって排ガスの流速が変わってブランチパイプ内の圧力が変化するので、その圧力変動によって排ガスが水溜室２２ｅに入出し、すべての水蒸気が放出される。
【００２５】
このように本実施形態によれば、ブランチパイプ２２に孔２２ｂを形成し、さらにパッチ板２２ｃを溶接することで、水溜室２２ｅを形成したので、排ガスから生成される凝縮水をその水溜室２２ｅに溜めることができる。この水溜室２２ｅは排ガスの流れから隔てられているので、エンジン始動直後に運転者がアクセルを踏み込むなどして大量の排ガスが流れても凝集水は飛散しない。したがって、凝縮水が排気センサに被水してセンサを破壊することを防止できるのである。
【００２６】
（第２実施形態）
図３は、本発明による内燃機関の排気通路構造の第２実施形態を示す図であり、図３（Ａ）はブランチパイプ２２の曲成部２２ａを鉛直軸を含む面で切断した図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す。
【００２７】
なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００２８】
本実施形態では、ブランチパイプ２２の曲成部２２ａ付近のブランチ壁を下側に膨出させ、その内側に溶接材２２ｆでパッチ板２２ｃを溶接する。パッチ板には孔２２ｂが形成されている。この孔２２ｂはパッチ板２２ｃの最下位置に形成されている。なおブランチパイプ２２は上側部材と下側部材とが溶接されて形成されている。下側部材にパッチ板２２ｃを溶接してからブランチパイプ２２を形成する。
【００２９】
ブランチパイプ２２とパッチ板２２ｃとの間の空間が水溜室２２ｅを形成する。
【００３０】
本実施形態によっても、ブランチパイプ２２とパッチ板２２ｃとの間の空間に水溜室２２ｅを形成したので、第１実施形態と同様に、排ガスから生成される凝縮水をその水溜室２２ｅに溜めることができる。この水溜室２２ｅは排ガスの流れから隔てられているので、エンジン始動直後に運転者がアクセルを踏み込むなどして大量の排ガスが流れても凝集水が飛散しない。したがって、凝縮水が排気センサに被水してセンサを破壊することを防止できるのである。
【００３１】
また、パッチ板２２ｃはブランチパイプ２２の内部に溶接されているので、排ガスが大気に放出されるおそれがないため、全周を溶接しなくてもよい。
【００３２】
（第３実施形態）
図４は、本発明による内燃機関の排気通路構造の第３実施形態を示す図であり、図４（Ａ）はブランチパイプ２２の曲成部２２ａを鉛直軸を含む面で切断した図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す。
【００３３】
本実施形態では、ブランチパイプ２２の曲成部２２ａの外周に外筒２２ｇを溶接材２２ｆで溶接する。外筒２２ｇは上側部材と下側部材とが溶接材２２ｈで溶接されて形成され、さらに内周がブランチパイプ２２の外壁に溶接材２２ｆで溶接されている。ブランチパイプ２２の最下位置に孔２２ｂを形成する。またブランチパイプ２２の曲成部２２ａの内周壁に孔２２ｊを形成する。
【００３４】
ブランチパイプ２２と外筒２２ｇとの間の空間が水溜室２２ｅを形成する。
【００３５】
図５は第３実施形態の効果を説明する図である。
【００３６】
エンジンが停止し、排ガスが冷却されると排ガス中の水分から凝縮水が生成する。この凝縮水１はブランチパイプ２２の内壁面に沿って曲成部２２ａに流れ、孔２２ｂから水溜室２２ｅに流れ落ちて溜まる（図５（Ａ））。
【００３７】
その後にエンジンを始動しても、水溜室２２ｅは排ガスの流れから隔てられているので、エンジン始動直後に運転者がアクセルを踏み込むなどして大量の排ガスが流れても凝集水１は飛散しない。
【００３８】
そして排ガスの熱によってブランチパイプ２２が暖められると、水溜室２２ｅに貯まっている水が水蒸気になって外筒２２ｇ内を上昇する。
【００３９】
そして、ブランチパイプ２２の曲成部２２ａの内側には排ガスの流れの剥離領域が形成され、圧力が低くなる。
【００４０】
したがって、ブランチパイプ２２を流れる排ガスの一部は、図５（Ｂ）に矢印に示すように、孔２２ｂ→水溜室２２ｅ→孔２２ｊ→ブランチパイプ２２と流れる。この流れとともに水蒸気２もブランチパイプ２２に流れ出る。
【００４１】
このように本実施形態によれば、ブランチパイプ２２の曲成部２２ａの外周に外筒２２ｇを溶接し、ブランチパイプ２２の最下位置に孔２２ｂを形成するとともに、ブランチパイプ２２の曲成部２２ａの内周壁に孔２２ｊを形成したので、ブランチパイプ２２を流れる排ガスの一部を、図５（Ｂ）に矢印に示すように、孔２２ｂ→水溜室２２ｅ→孔２２ｊ→ブランチパイプ２２と流すことができ、この流れとともに水蒸気２をブランチパイプ２２に流れ出させることができるのである。
【００４２】
（第４実施形態）
図６は、本発明による内燃機関の排気通路構造の第４実施形態を示す図である。
【００４３】
第３実施形態では、ブランチパイプ２２の曲成部２２ａの外周に外筒２２ｇを溶接していたが、本実施形態では、パイプ２２ｋで孔２２ｂと孔２２ｊとを連結した。パイプ２２ｋは、一旦孔２２ｂの下方に延びてから、ブランチパイプ２２の外周に沿って孔２２ｊへ接続する。
【００４４】
このようにしても、ブランチパイプ２２を流れる排ガスの一部は、孔２２ｂ→パイプ２２ｋ→孔２２ｊ→ブランチパイプ２２と流れるので、この流れとともに水蒸気をブランチパイプ２２に流れ出させることができる。
【００４５】
（第５実施形態）
図７は、本発明による内燃機関の排気通路構造の第５実施形態を示す図である。
【００４６】
本実施形態は、外管２２ｐと内管２２ｑとからなる二重構造のブランチパイプ２２のエキゾーストマニホールド２０に適用した例である。外管２２ｐはワイヤメッシュリング２２ｒを介して内管２２ｑを保持する。このワイヤメッシュリング２２ｒはステンレス製のワイヤ鋼をリング状にプレス成形して押し固めたものである。
【００４７】
外管２２ｐは肉厚が厚いが、内管２２ｑは肉厚が薄く熱容量が小さい。外管２２ｐと内管２２ｑとの間に断熱空間が形成され、エンジン停止時にも内管２２ｑ内の温度が低下しにくく、エンジン再始動時に触媒が短時間で活性するようになっている。
ワイヤメッシュリング２２ｒは内管２２ｑの孔２２ｂの前後に配置され、断熱空間の一部を水溜室２２ｅにする。ワイヤメッシュリング２２ｒは、外管２２ｐと内管２２ｑとの間の断熱空間から水溜室２２ｅを完全に分離することは困難であるが、できるだけ断熱空間への排ガスの拡散が生じないように他の部分のワイヤメッシュリングよりも密に形成しておくとよい。
【００４８】
本実施形態によっても、外管２２ｐと内管２２ｑとの間の空間に水溜室２２ｅを形成したので、排ガスから生成される凝縮水をその水溜室２２ｅに溜めることができる。この水溜室２２ｅは排ガスの流れから隔てられているので、エンジン始動直後に運転者がアクセルを踏み込むなどして大量の排ガスが流れても凝集水が飛散しない。したがって、凝縮水が排気センサに被水してセンサを破壊することを防止できる。
【００４９】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００５０】
例えば、上記においては説明の都合上、ブランチパイプ２２に水溜室２２ｅを設ける場合で説明したが、曲折度合の大きいブランチパイプ２３に設けてもよいことはもちろんである。
【００５１】
また排気通路にはマニホールド触媒以外にも例えば床下触媒が配置されることもある。このような場合に、床下触媒の排気センサの直上流の排気通路に曲成部を設け、そこに水溜室を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による内燃機関の排気通路構造を適用するＶ型６気筒エンジンの左バンクを示す側面図である。
【図２】＃４気筒ブランチパイプの曲成部付近を示す図である。
【図３】本発明による内燃機関の排気通路構造の第２実施形態を示す図である。
【図４】本発明による内燃機関の排気通路構造の第３実施形態を示す図である。
【図５】第３実施形態の効果を説明する図である。
【図６】本発明による内燃機関の排気通路構造の第４実施形態を示す図である。
【図７】本発明による内燃機関の排気通路構造の第５実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  エンジン（内燃機関）
２０  エキゾーストマニホールド（排気通路）
２１  ＃２気筒ブランチパイプ（排気通路）
２２  ＃４気筒ブランチパイプ（排気通路）
２３  ＃６気筒ブランチパイプ（排気通路）
２２ａ  曲成部
２２ｂ  孔
２２ｃ  パッチ板
２２ｄ  滞留部
２２ｅ  水溜室
２２ｇ  外筒
２２ｊ  孔
２２ｋ  パイプ
２２ｐ  外管
２２ｑ  内管
【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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