(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスの一部を吸気通路に還流する排気ガス還流装置の排気ガスの取出口と、排気ガスの成分を検出して空燃比を検出する空燃比センサとが、排気通路に臨んで設けられた多気筒内燃機関の排気装置において、
前記空燃比センサは、各気筒から集合された排気ガスの成分を検出すべく、前記排気通路における前記各気筒からの排気ガスが集合する集合部に取り付けられ、
前記取出口は前記空燃比センサよりも下流に位置し、
前記集合部の内部には、仕切壁により、前記仕切壁に対して、機関本体側に位置する第１中間集合通路と、前記機関本体とは反対側に位置する第２中間集合通路とが形成され、
前記取出口は前記第１中間集合通路に設けられたことを特徴とする多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記排気ガス還流装置は流入通路と還流弁とを備え、前記取出口から前記還流弁までの前記流入通路を形成する流入管が、前記第１中間集合通路と前記機関本体との間に配置されたことを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記流入管は前記集合部を備える排気マニホルドに沿って配置されたことを特徴とする請求項２記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記空燃比センサは、前記仕切壁に設けられた切欠部に、前記第１中間集合通路および前記第２中間集合通路に跨って配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の多気筒内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、排気ガス還流装置を備えた多気筒内燃機関の排気装置に関し、詳しくは、排気ガス還流装置の排気ガスの取出口および排気ガスの成分を検出して空燃比を検出する空燃比センサの、排気装置における配置構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多気筒内燃機関の排気ガスの一部を吸気通路に還流する排気ガス還流装置を設けることにより、最高燃焼温度を低下させてＮＯXの発生を抑制し、さらにポンピングロスを低減して燃費を改善することが行われている。また、多気筒内燃機関において、排気ガスの成分を検出することにより空燃比を検出する空燃比センサを使用した高精度な空燃比制御が行われており、例えば排気ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生するリニア空燃比センサを使用して希薄空燃比制御を行い、希薄燃焼させることで燃費を改善することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空燃比センサを備えた多気筒内燃機関においては、高精度な空燃比制御を行うために、空燃比センサで検出される空燃比は各気筒からの排気ガスを均等の割合で反映したものとなることが求められることから、通常、空燃比センサは各気筒からの排気ガスが集合して単一の通路をなす集合管に設けられる。しかしながら、排気ガス還流装置をさらに備える場合は、還流用の排気ガス（以下、「還流ガス」という）の取出口の位置によって、集合部に設けられた空燃比センサの検出値に対して、各気筒から流出する排気ガスが寄与する割合、すなわち各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキが大きくなり、前述の高精度な空燃比の制御が困難となることがある。
【０００４】
すなわち、還流ガスの取出口が、排気通路において、空燃比センサの取付位置よりも上流で、例えば排気マニホルドの分岐管、または集合管の分岐管近傍の部分に設けられたものでは、取出口から取り出される還流ガスは、該分岐管に連通する特定の気筒から流出した排気ガスのみとなるか、または該特定の気筒から流出した排気ガスが大部分を占める。そのため、該特定の気筒から流出して空燃比センサに達する排気ガス量は、他の気筒からの排気ガス量に比べて少なくなって、空燃比センサの検出値に対する該特定の気筒の寄与率は、他の気筒に比べて小さいものとなる。このことは、特に大量の還流ガスが還流される場合に著しい。
【０００５】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１ないし請求項４記載の発明は、還流ガスを取り出すことに起因する空燃比センサの検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキの発生を防止できる多気筒内燃機関の排気装置を提供すること、および排気ガス還流装置に付着物が堆積するのを抑制することを目的とする。そして、請求項４記載の発明は、さらに、分岐している排気通路においてもコンパクトな構造により前記寄与率の気筒間でのバラツキの発生を防止し、かつ空燃比センサの耐久性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本願の請求項１記載の発明は、排気ガスの一部を吸気通路に還流する排気ガス還流装置の排気ガスの取出口と、排気ガスの成分を検出して空燃比を検出する空燃比センサとが、排気通路に臨んで設けられた多気筒内燃機関の排気装置において、前記空燃比センサは、各気筒から集合された排気ガスの成分を検出すべく、前記排気通路における前記各気筒からの排気ガスが集合する集合部に取り付けられ、前記取出口は前記空燃比センサよりも下流に位置し、前記集合部の内部には、仕切壁により、前記仕切壁に対して、機関本体側に位置する第１中間集合通路と、前記機関本体とは反対側に位置する第２中間集合通路とが形成され、前記取出口は前記第１中間集合通路に設けられた多気筒内燃機関の排気装置である。
【０００７】
この請求項１記載の発明によれば、空燃比センサは、各気筒からの排気ガスの成分を検出すべく、各気筒からの排気ガスが集合する集合部に取り付けられるため、空燃比センサの検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキはほとんどない。そして、排気ガス還流装置における還流ガスの取出口は、空燃比センサの下流に位置しているため、空燃比センサを通過した後の排気ガスの一部が還流ガスとして取り出されるので、還流ガスが取り出されること、特に大量に取り出されることに起因して空燃比センサで検出対象となる排気ガスの量の気筒間でのバラツキが生じることが防止されて、空燃比センサの検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキの発生が防止される。その結果、還流ガスが取り出されることに起因して、集合部に取り付けられた空燃比センサの検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキが発生することを防止できるので、空燃比センサによる高精度の空燃比制御と併せて、排気ガスの還流によるＮＯX低減および燃費改善が可能となる。
さらに、還流ガスの取出口は、第１中間集合通路に臨んで設けられるので、排気通路が単一の通路となる部分よりも上流位置、すなわち機関本体により近い位置に、取出口を設けることが可能となって、排気ガス還流装置において取出口からの通路長を短くすることができ、その間の還流ガスの放熱が抑制されて還流ガスの温度を比較的高く保つことができる。そのため、その高温状態において還流ガス中のカーボン等の酸化が促進されるので、排気ガス還流装置にカーボン等が付着物（デポジット）となって堆積することが抑制される。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記排気ガス還流装置は流入通路と還流弁とを備え、前記取出口から前記還流弁までの前記流入通路を形成する流入管が、前記第１中間集合通路と前記機関本体との間に配置されたものである。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記流入管は前記集合部を備える排気マニホルドに沿って配置されたものである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の多気筒内燃機関の排気装置において、前記空燃比センサは、前記仕切壁に設けられた切欠部に、前記第１中間集合通路および前記第２中間集合通路に跨って配置されたものである。
【００１３】
この請求項４記載の発明によれば、空燃比センサは仕切壁の切欠部に配置されて、空燃比センサの一部が仕切壁の内部に位置するため、分岐している排気通路においても、コンパクトな構造により空燃比センサの検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキが発生することを防止でき、また空燃比センサが、仕切壁によって、高温の排気ガスから部分的に熱遮蔽されることで、空燃比センサの耐久性が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施例を図１〜図３を参照して説明する。
図１〜図３に図示される本願発明の実施例である多気筒内燃機関の排気マニホルド１は、請求項１ないし請求項４記載の発明に対応するもので、排気ガス還流装置を備えた多気筒内燃機関は、車両に搭載される火花点火式の直列４気筒４サイクル内燃機関であって、シリンダヘッドに設けられた燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料が噴射される筒内噴射式のものある。
【００１６】
この内燃機関は、シリンダブロック、シリンダヘッドおよびシリンダヘッドカバー（いずれも図示されず）が順次組み付けられて、これら部材により機関本体が構成される。シリンダブロックに摺動自在に嵌合された４つのピストンとの間で４つの燃焼室をそれぞれ形成するシリンダヘッドには、気筒毎に、燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポートが設けられる。燃焼室側の開口が吸気弁により開閉される前記吸気ポートの、シリンダヘッドの側面側の開口は、フランジを介してシリンダヘッドに取り付けられる吸気マニホルド（図示されず）の４つの分岐管にそれぞれ連通接続され、一方、燃焼室側の開口が排気弁により開閉される前記排気ポートの、シリンダヘッドの側面側の開口は、フランジ２を介してシリンダヘッドに取り付けられる排気マニホルド１の４つの分岐管３1，３2，３3，３4にそれぞれ連通接続される。
【００１７】
排気マニホルド１は、分岐管３1，３2，３3，３4と集合管４とを備え、それら分岐管３1，３2，３3，３4の下流端は２列に収束された状態で集合管４に連通接続され、そのうち気筒配列方向の両端部に位置する気筒である第１，第４気筒にそれぞれ属する第１，第４分岐管３1，３4は、集合管４において後述する流入管13の上流端13aが位置する側面側で２列に配置され、気筒配列方向において、第１，第４気筒の間に位置する気筒である第２，第３気筒にそれぞれ属する第２，第３分岐管３2，３3は、集合管４の、前記上流端13aが位置する側面とは反対側の側面側で２列に配置される。
【００１８】
ここで、内燃機関の点火順序は、第１気筒、第２気筒、第４気筒、第３気筒の順に設定されているので、第１，第４気筒は、排気行程が互いに連続しない気筒であって、第１気筒群を構成し、第２，第３気筒は、排気行程が互いに連続しない気筒であって、第２気筒群を構成する。
【００１９】
そして、集合部としての集合管４には、その内部の排気通路を仕切ることにより第１中間集合通路６1および第２中間集合通路６2を形成する仕切壁としての仕切板５が設けられる。図２，３に示されるように、第１中間集合通路６1には、第１気筒群に属する第１，第４分岐管３1，３4が連通接続され、また、仕切壁５に対して機関本体とは反対側に位置する第２中間集合通路６2には、第２気筒群に属する第２，第３分岐管３2，３3が連通接続される。
【００２０】
さらに、集合管４には取付口７が設けられ、各気筒に設けられた燃料噴射弁の噴射量を制御して、各燃焼室内の混合気の空燃比制御をするために、排気ガスの成分を検出して空燃比を検出する１つの空燃比センサ８が、該取付口７に取り付けられる。
【００２１】
そして、図３に図示されるように、仕切板５には、取付口７に対応した位置に切欠部5aが設けられ、空燃比センサ８の、排気通路内に突出する検出部8aが、切欠部5aに僅かな間隙を介して挿入されて、第１，第２中間集合通路６1，６2に跨るように配置される。これによって、空燃比センサ８の検出部8aは、集合管４内で分岐している排気通路である第１，第２中間集合通路６1，６2に臨むように設けられ、この空燃比センサ８により、第１中間集合通路６1に集合された第１，第４気筒から流出した排気ガスの成分、および第２中間集合通路６2に集合された第２，３気筒から流出した排気ガスの成分、したがって第１〜第４気筒からの排気ガスの成分が検出される。
【００２２】
この空燃比センサ８は、排気ガスの成分である酸素の濃度を検出し、その濃度に比例した出力を発生するリニア空燃比センサであり、空燃比センサ８の検出値に基づいて、各燃焼室内の混合気の空燃比が、内燃機関の特定の運転域において予め設定された希薄空燃比となるように制御されて、その運転域で希薄燃焼が行われる。
【００２３】
このように、空燃比センサ８は、第１〜第４気筒からの排気ガスが集合する集合管４の排気通路に臨んで取り付けられるため、空燃比センサ８の検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキはほとんどない。
【００２４】
そして、集合管４には仕切板５が設けられて、排気行程が互いに連続しない第１，第２気筒群にそれぞれ連通する第１，第２中間集合通路６1，６2が形成されることにより、排気干渉が抑制されて、吸排気効率を高めることができる。そのうえ、第１，第２中間集合通路６1，６2とに分岐している排気通路の部分においても、各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキの少ない空燃比センサ８の検出値を得ることができ、しかも空燃比センサ８の検出部8aが仕切板５の切欠部5aに配置されるというコンパクトな構造で、それを実現できる。また、空燃比センサ８の検出部8aは仕切板５の切欠部5aに配置されて、検出部8aの一部が仕切板５の内部に位置するため、検出部8aが、仕切板５によって、高温の排気ガスから部分的に熱遮蔽される。
【００２５】
図１および図２を参照すると、集合管４に設けられたフランジ９には、下流端がマフラ（図示されず）に連通接続される排気管10が連通接続され、この排気管10において、第１，第２中間集合通路６1，６2がさらに集合されて、排気通路の一部である単一の通路からなる最終集合通路11が形成される。そして、排気ガスは、各燃焼室から各排気ポート、排気マニホルド１、排気管10さらにはマフラ（図示されず）を通って外気に放出される。ここで、排気マニホルド１、排気管10およびマフラは排気装置を構成し、この排気装置は排気ポートと共に内燃機関の排気通路を形成する。
【００２６】
内燃機関の排気ガスの一部を還流用の排気ガス（還流ガス）として吸気通路に還流する排気ガス還流装置は、流入通路、還流弁12および流出通路を備え、流入通路および流出通路は還流ガスの還流通路を構成する。ここで、内燃機関の吸気通路は、前記吸気ポート、前記吸気マニホルド、および該吸気マニホルドに連通接続される吸気管（図示されず）により形成される。
【００２７】
還流弁12は、排気マニホルド１のフランジ２が取り付けられるのと同じ側のシリンダヘッドの側面に、第４分岐管３4の側方において、弁ハウジング12aに設けられたフランジ12bを介して取り付けられる。この還流弁12の弁体は、ＤＣモータまたはステッピングモータにより駆動される。
【００２８】
また、内燃機関の排気通路と還流弁12とを連通接続する流入通路を形成する流入管13において、還流ガスの取出口14を形成する流入管13の上流端13aは、空燃比センサ８の取付口７よりも排気通路の下流で、排気通路の一部を構成する第１中間集合通路６1に臨む位置で集合管４に連通接続され、流入管13の下流端13bは、還流弁12の弁ハウジング12aに設けられた入口ポート（図示されず）に連通接続される。図１，図２に示されるように、流入管13は、第１中間集合通路６1と機関本体との間に配置され、かつ排気マニホルド１に沿って配置される。このとき、取付口７と取出口14との間の、集合管４における軸方向間隔および径方向間隔は必要に応じて適宜設定される。
【００２９】
それゆえ、還流ガスの取出口14は第１中間集合通路６1に臨んで設けられるので、排気通路の一部である最終集合通路11を形成する排気管10よりも上流位置、すなわち機関本体を構成するシリンダヘッドにより近い位置に、取出口14が位置することになり、取出口14からシリンダヘッドに取り付けられた還流弁12までの還流ガスの流入通路を形成する流入管13の長さを短くすることができ、流入管13における還流ガスの放熱が抑制されて、流入管13を流れる還流ガスの温度を比較的高く保つことができる。そのため、その高温状態において還流ガス中のカーボン等の酸化が促進されるので、還流弁12の弁体や通路にカーボン等が付着物となって堆積することが抑制される。
【００３０】
還流弁12のフランジ12bには、還流弁12により流量制御された還流ガスの出口ポート12cが設けられ、該出口ポート12cは、シリンダヘッドに設けられたヘッド内通路（図示されず）と、上流端が該ヘッド内通路に連通接続され、下流端が吸気通路に連通接続される通路とで構成される前記流出通路に連通接続される。
【００３１】
そして、図示されない制御装置からの制御信号によって、弁体の弁開度が内燃機関の運転状態に応じて制御されることで流量制御された還流ガスが、前記流出通路を通って吸気通路に還流する。このとき、特に、希薄燃焼が行われる前記運転域においては、大量の還流ガスが吸気通路に還流される。
【００３２】
このように、排気ガス還流装置における還流ガスの取出口14は、空燃比センサ８の下流に位置しているため、空燃比センサ８を通過した後の排気ガスの一部が還流ガスとして取り出されるので、還流ガスが取り出されること、特に大量に取り出されることに起因して空燃比センサ８で検出対象となる排気ガスの量の気筒間でのバラツキが生じることが防止されて、空燃比センサ８の検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキの発生が防止される。
【００３３】
このように構成された実施例の効果について説明する。
空燃比センサ８は集合管４に取り付けられ、しかも排気ガス還流装置における還流ガスの取出口14は、集合管４において空燃比センサ８の下流に位置しているため、空燃比センサ８を通過した後の排気ガスの一部が還流ガスとして取り出されるので、還流ガスが取り出されること、特に大量に取り出されることに起因する空燃比センサ８の検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキの発生が防止される。そのため、空燃比センサ８による高精度の希薄空燃比制御および希薄燃焼による燃費改善と併せて、排気ガスの還流によるＮＯX低減および燃費改善が可能となる。
【００３４】
集合管４の内部には、仕切板５により、排気行程が互いに連続しない気筒から構成される第１，第２気筒群にそれぞれ連通する第１，第２中間集合通路６1，６2が形成されるので、吸排気効率を高めて、機関出力を増大させることができる。さらに、空燃比センサ８の検出部8aは、仕切板５の切欠部5aに配置されると共に、第１，第２中間集合通路６1，６2に跨って配置されるので、空燃比センサ８が仕切板５の切欠部5aに配置されるというコンパクトな構造で、分岐している排気通路の部分においても、各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキが発生することを防止できる。また、空燃比センサ８の検出部8aは、仕切板７の切欠部5aに配置されて、検出部8aの一部が仕切板５の内部に位置するため、高温の排気ガスから部分的に熱遮蔽されることで、空燃比センサ８の耐久性が向上する。
【００３５】
取出口14は第１中間集合通路６1に臨んで設けられるので、シリンダヘッドにより近い位置に還流ガスの取出口14を設けることが可能となって、取出口14からシリンダヘッドに取り付けられた還流弁12に至る流入管13の長さを短くすることができ、流入管13における還流ガスの放熱が抑制されて、還流ガスの温度を比較的高く保つことができる。そのため、その高温状態において還流ガス中のカーボン等の酸化が促進されるので、還流弁12の弁体や通路にカーボン等が付着物となって堆積することが抑制され、還流弁12が付着物により詰まるなどして、還流弁12の所期の流量制御ができなくなることを防止できる。
【００３６】
次に、本願発明の実施例に対する変形例を説明する。この変形例は、実施例とは、排気マニホルドの集合管の構造のみが相違し、その他は基本的に同一の構成を有するものである。すなわち、この変形例では、集合管には仕切板５が設けられておらず、第１〜第４気筒からの排気ガスがそれぞれ第１〜第４分岐管を介して集合管で形成される単一の集合通路に流入する。また、第１〜第４分岐管の集合管における配置の形態は実施例と同一である。なお、説明の都合上、実施例における部材と同一または対応するものには、実施例と同一の符号を使用する。
【００３７】
この変形例によれば、単一の該集合通路で形成される排気通路に空燃比センサ８が臨んでおり、さらに集合管４において空燃比センサ８の下流に、該集合通路に臨んで還流ガスの取出口14が設けられる。それゆえ、空燃比センサ８の検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキはほとんどない。また、排気ガス還流装置の取出口14は、空燃比センサ８の下流に位置しているため、空燃比センサ８を通過した後の排気ガスの一部が還流ガスとして取り出されるので、還流ガスが取り出されること、特に大量に取り出されることに起因して空燃比センサ８で検出対象となる排気ガスの量の気筒間でのバラツキが生じることが防止されて、空燃比センサ８の検出値に対する各気筒の寄与率の気筒間でのバラツキの発生が防止される。
【００３８】
また、前記集合通路に設けられる取出口14は、集合管４に連通接続されてやはり単一の通路を形成する排気管10よりも上流位置、すなわち機関本体を構成するシリンダヘッドにより近い位置となって、流入管13の長さを短くすることができ、流入管13における還流ガスの放熱が抑制されて、流入管13を流れる還流ガスの温度を比較的高く保つことができる。そのため、その高温状態において還流ガス中のカーボン等の酸化が促進されるので、還流弁12の弁体や通路にカーボン等が付着物となって堆積することが抑制される。
【００３９】
このように変形例によれば、実施例において、仕切板５に関連する効果を除いて、同様の効果が奏される。
【００４０】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した例について、変更した構成に関して説明する。
実施例において、取出口14は、第１中間集合通路６1ではなく、第２中間集合通路６2に臨むように設けることもできる。
【００４１】
前記実施例では、還流ガスの取出口14は、排気マニホルド１の集合管４に設けられたが、集合管４よりも下流の排気通路、例えば排気管10に設けることもできる。さらに、多気筒内燃機関は圧縮着火式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明の実施例である多気筒内燃機関の排気マニホルドの正面図である。
【図２】空燃比センサを外したときの図１の排気マニホルドの側面図である。
【図３】空燃比センサを取り付けたときの図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
１…排気マニホルド、２…フランジ、３1，３2，３3，３4…分岐管、４…集合管、５…仕切板、5a…切欠部、６1，６2…中間集合通路、７…取付口、８…空燃比センサ、8a…検出部、９…フランジ、10…排気管、11…最終集合通路、12…還流弁、13…流入管、14…取出口。
【図１】
0003888839.tif 000002
【図２】
0003888839.tif 000003
【図３】
0003888839.tif 000004