特開 2023-122194 内燃機関の排気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023122194

(43)【公開日】2023-09-01

(54)【発明の名称】内燃機関の排気装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/28 20060101AFI20230825BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20230825BHJP

   F01N 13/10 20100101ALI20230825BHJP

【ＦＩ】

F01N3/28 301W

F01N3/24 C

F01N13/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022025747

(22)【出願日】2022-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000100805

【氏名又は名称】アイシン高丘株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】山中 憲征

(72)【発明者】

【氏名】小石川 高久

(72)【発明者】

【氏名】浅野 智

【テーマコード（参考）】

3G004

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G004DA01

3G091AB02

3G091AB06

3G091BA01

3G091BA14

3G091FB09

3G091HA37

3G091HB01

(57)【要約】

【課題】センサの検出結果のばらつきを抑制しつつ排気の圧損の増大を抑制した内燃機関の排気装置を提供することを課題とする。
【解決手段】エンジン１０の排気装置２において、下流壁部３３は周壁部３４及び３５を含み、周壁部３４は中心軸線Ａに交差する側壁部３４１を含み、周壁部３５は側壁部３４１から下流側に連続し中心軸線Ａに沿って触媒３０ａを下流側に投影した領域に重なる側壁部３５１を含み、中心軸線Ａ及びＢを含む平面に垂直な方向から下流壁部３３を見た場合に、側壁部３５１は側壁部３４１に対して中心軸線Ａ側に傾いて設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異なるタイミングで排気行程が実行される内燃機関の複数の気筒のそれぞれに接続した複数の枝管部、及び前記複数の枝管部が下流側で集合して接続した集合管部、を含む排気マニホールドと、
前記排気マニホールドの前記集合管部の下流側に設けられた触媒と、
前記触媒の下流側に設けられた排気管と、
前記排気管に設けられ、排気の状態を検出するセンサと、
前記触媒と前記排気管とを接続し、排気の流れ方向に沿った前記触媒の第１中心軸線に対して異なる方向に延びた接続壁部と、を備え、
前記接続壁部は、第１周壁部、及び前記第１周壁部から下流側に連続した第２周壁部、を含み、
前記第１周壁部は、前記第１中心軸線に交差する第１側壁部を含み、
前記第２周壁部は、前記第１側壁部から下流側に連続し前記第１中心軸線に沿って前記触媒を下流側に投影した領域に重なる第２側壁部を含み、
前記接続壁部に接続された前記排気管の上流端での第２中心軸線と前記第１中心軸線とを含む平面に垂直な方向から前記接続壁部を見た場合に、前記第２側壁部は前記第１側壁部に対して前記第1中心軸線側に傾いて設けられている、内燃機関の排気装置。

【請求項2】

前記第１周壁部の内径は、下流側に従って縮小する、請求項１の内燃機関の排気装置。

【請求項3】

前記第２周壁部の内径は、前記第１周壁部の内径よりも小さい、請求項１又は２の内燃機関の排気装置。

【請求項4】

前記第１中心軸線に対する前記第１側壁部の傾きは、４５°以上であって８５°以下である、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の排気装置。

【請求項5】

前記第１中心軸線に対して前記第１及び第２側壁部は同一側に傾いている、請求項１乃至４の何れかの内燃機関の排気装置。

【請求項6】

前記第１中心軸線に対して前記第１及び第２側壁部と前記第２中心軸線とは同一側に傾いており、前記第１中心軸線に対する前記第２中心軸線の傾きは、０°よりも大きく、前記第１中心軸線に対する前記第１側壁部の傾き以下である、請求項１乃至５の何れかの内燃機関の排気装置。

【請求項7】

前記第１中心軸線に対する前記第２中心軸線の傾きは、前記第１中心軸線に対する前記第２側壁部の傾きと同じである、請求項１乃至６の何れかの内燃機関の排気装置。

【請求項8】

前記平面に垂直な方向から前記接続壁部を見た場合に、前記第１側壁部は湾曲している、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の排気装置。

【請求項9】

前記第１中心軸線に対して前記第２側壁部は平行である、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の排気装置。

【請求項10】

前記接続壁部は、前記触媒を収容したケースの一部分である、請求項１乃至９の何れかの内燃機関の排気装置。

【請求項11】

前記触媒は、第１触媒であり、
前記排気管の下流側には第２触媒が設けられており、
前記センサは、前記第１触媒よりも前記第２触媒の近くに設けられている、請求項１乃至１０の何れかの内燃機関の排気装置。

【請求項12】

前記センサは、第１センサであり、
前記第２触媒よりも下流側には排気の状態を検出する第２センサが設けられている、請求項１１の内燃機関の排気装置。

【請求項13】

前記センサは、空燃比センサ、酸素センサ、温度センサ、二酸化炭素センサ、ＮＯｘセンサ、ＰＭセンサ、流量センサ、及び圧力センサの少なくとも一つを含む、請求項１乃至１２の何れかの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、内燃機関の排気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気装置として、排気マニホールドと、排気マニホールドの下流側に設けられた触媒と、触媒の下流側に設けられた排気管と、排気管に設けられ、排気の状態を検出するセンサと、を備えたものが知られている。このような排気マニホールドは、内燃機関の複数の気筒のそれぞれに接続した枝管部が下流側で集合して集合管部に接続している。またこれらの複数の気筒では、互いに異なるタイミングで排気行程が実行される（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２５７２０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

排気管を流れる排気の流量は、排気管に排気が流入する際の流れ方向などに起因して、排気管の断面内で均一ではなく偏りが生じている場合がある。また、排気は気筒毎に互いに異なるタイミングで互いに異なる枝管部に排出されるため、気筒毎の排気はそれぞれ異なる経路を介して排気管に流入する。従って、上述した排気管の断面内での排気の流量の偏り方も、気筒毎に異なる。よって排気管に設けられたセンサに接触する排気の流量も気筒毎に異なり、この結果、センサの検出結果も気筒毎にばらつくおそれがある。

【0005】

また、このような内燃機関の排気装置に対しては、排気の圧損が抑制されていることが望まれる。排気の圧損が増大すると、内燃機関の背圧が増大して出力性能や燃費に影響を及ぼすおそれがあるからである。

【0006】

そこで本発明は、センサの検出結果のばらつきを抑制しつつ排気の圧損の増大を抑制した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】

【0007】

上記目的は、互いに異なるタイミングで排気行程が実行される内燃機関の複数の気筒のそれぞれに接続した複数の枝管部、及び前記複数の枝管部が下流側で集合して接続した集合管部、を含む排気マニホールドと、前記排気マニホールドの前記集合管部の下流側に設けられた触媒と、前記触媒の下流側に設けられた排気管と、前記排気管に設けられ、排気の状態を検出するセンサと、前記触媒と前記排気管とを接続し、排気の流れ方向に沿った前記触媒の第１中心軸線に対して異なる方向に延びた接続壁部と、を備え、前記接続壁部は、第１周壁部、及び前記第１周壁部から下流側に連続した第２周壁部、を含み、前記第１周壁部は、前記第１中心軸線に交差する第１側壁部を含み、前記第２周壁部は、前記第１側壁部から下流側に連続し前記第１中心軸線に沿って前記触媒を下流側に投影した領域に重なる第２側壁部を含み、前記接続壁部に接続された前記排気管の上流端での第２中心軸線と前記第１中心軸線とを含む平面に垂直な方向から前記接続壁部を見た場合に、前記第２側壁部は前記第１側壁部に対して前記第1中心軸線側に傾いて設けられている、内燃機関の排気装置によって達成できる。

【0008】

前記第１周壁部の内径は、下流側に従って縮小してもよい。

【0009】

前記第２周壁部の内径は、前記第１周壁部の内径よりも小さくてもよい。

【0010】

前記第１中心軸線に対する前記第１側壁部の傾きは、４５°以上であって８５°以下であってもよい。

【0011】

前記第１中心軸線に対して前記第１及び第２側壁部は同一側に傾いていてもよい。

【0012】

前記第１中心軸線に対して前記第１及び第２側壁部と前記第２中心軸線とは同一側に傾いており、前記第１中心軸線に対する前記第２中心軸線の傾きは、０°よりも大きく、前記第１中心軸線に対する前記第１側壁部の傾き以下であってもよい。

【0013】

前記第１中心軸線に対する前記第２中心軸線の傾きは、前記第１中心軸線に対する前記第２側壁部の傾きと同じであってもよい。

【0014】

前記平面に垂直な方向から前記接続壁部を見た場合に、前記第１側壁部は湾曲していてもよい。

【0015】

前記第１中心軸線に対して前記第２側壁部は平行であってもよい。

【0016】

前記接続壁部は、前記触媒を収容したケースの一部分であってもよい。

【0017】

前記触媒は、第１触媒であり、前記排気管の下流側には第２触媒が設けられており、前記センサは、前記第１触媒よりも前記第２触媒の近くに設けられていてもよい。

【0018】

前記センサは、第１センサであり、前記第２触媒よりも下流側には排気の状態を検出する第２センサが設けられていてもよい。

【0019】

前記センサは、空燃比センサ、酸素センサ、温度センサ、二酸化炭素センサ、ＮＯｘセンサ、ＰＭセンサ、流量センサ、及び圧力センサの少なくとも一つを含んでもよい。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、センサの検出結果のばらつきを抑制しつつ排気の圧損の増大を抑制した内燃機関の排気装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本実施例のエンジンシステムの概略構成図である。

【図2】図２Ａは、触媒コンバータのケースの下流壁部周辺の拡大図であり、図２Ｂは、触媒コンバータのケースの下流壁部内の排気の流れの説明図である。

【図3】図３は、比較例であるエンジンシステムの概略構成図である。

【図4】図４Ａは、比較例での触媒コンバータのケースの下流壁部周辺の拡大図であり、図４Ｂは、比較例での触媒コンバータのケースの下流壁部内の排気の流れ方の説明図である。

【図5】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ本実施例と比較例での空燃比センサへの排気の流れの説明図である。

【図6】図６Ａは、断面内での空燃比センサの設置位置に相当するセンシング領域を示した図であり、図６Ｂは、本実施例と比較例でのセンシング領域を通過する気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の流量の、平均値からのずれ割合を示したグラフである。

【図7】図７Ａは、第１変形例の触媒コンバータのケースの下流壁部周辺の拡大図であり、図７Ｂは、第２変形例の触媒コンバータのケースの下流壁部周辺の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

［本実施例の構成］
図１は、本実施例のエンジンシステム１の概略構成図である。エンジンシステム１は、エンジン１０と排気装置２とを含む。エンジン１０は、内燃機関の一例であり、軽油を燃料として用いる圧縮着火式のディーゼルエンジンであるが、これに限定されずガソリンを燃料として用いる火花点火式のガソリンエンジンであってもよい。エンジン１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程で１燃焼サイクルを構成する４サイクルエンジンである。エンジン１０は４つ気筒♯１～♯４を有しているが、複数の気筒を有していればこれに限定されない。気筒♯１～♯４では、気筒♯１、♯３、♯４、及び♯２の順に排気行程が実行され、即ちそれぞれ異なるタイミングで排気が行われる。気筒♯１～♯４のそれぞれには筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁が設けられているが、これに限定されない。例えば、筒内噴射弁に加えて又は筒内噴射弁に代えて、気筒♯１～♯４のそれぞれの吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁が設けられていてもよい。エンジン１０には、吸気マニホールドを介して吸気管が接続されている。

【0023】

排気装置２は、排気マニホールド２０、触媒コンバータ３０、排気管４０及び７０、触媒コンバータ５０、及び空燃比センサ６０及び８０を含む。排気マニホールド２０は、エンジン１０に接続され、気筒♯１～♯４のそれぞれから排出された排気が通過する。詳細には、排気マニホールド２０は、気筒♯１～♯４のそれぞれに接続された枝管部２１～２４と、これらが下流側で集合して接続した集合管部２５とを含む。触媒コンバータ３０は、排気マニホールド２０の集合管部２５の下流端に接続されている。排気管４０は、触媒コンバータ３０の下流端に接続されている。触媒コンバータ５０は、排気管４０の下流端に接続されている。

【0024】

空燃比センサ６０は、排気管４０に設けられて触媒コンバータ３０を通過した排気の空燃比を検出する。空燃比センサ６０は、触媒コンバータ３０よりも触媒コンバータ５０の近くに設置されている。空燃比センサ６０は、センサ及び第１センサの一例である。排気管７０は触媒コンバータ５０の下流端に接続されている。空燃比センサ８０は、触媒コンバータ５０よりも下流側の排気管７０に設けられており、触媒コンバータ５０を通過した排気の空燃比を検出する。センサ８０は、第２センサの一例である。気筒♯１～♯４のそれぞれから異なるタイミングで排出された排気は、それぞれ排気マニホールド２０の枝管部２１～２４を介して集合管部２５以降の下流側を流れる。

【0025】

触媒コンバータ３０は、筒状のケース３０Ｃ内に吸蔵還元型ＮＯx触媒が担持された触媒３０ａを収容している。触媒コンバータ３０については詳しくは後述する。触媒コンバータ５０は、筒状のケース５０Ｃ内に酸化触媒が担持された触媒５０ａを収容している。触媒３０ａ及び５０ａは排気の流れ方向に沿ったハニカム状に形成されている。触媒３０ａ及び５０ａは、それぞれ第１及び第２触媒の一例である。

【0026】

エンジンシステム１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、及びバックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、空燃比センサ６０及び８０と電気的に接続され、それら各種センサの測定値が入力される。ＥＣＵ１００は、空燃比センサ６０及び８０の検出結果に基づいてエンジン１０を制御する。

【0027】

触媒コンバータ３０のケース３０Ｃは、中流壁部３１、上流壁部３２、及び下流壁部３３を有している。中流壁部３１は上流壁部３２から下流側に連続し、下流壁部３３は中流壁部３１から下流側に連続している。中流壁部３１は内径が下流方向で一定であり、触媒３０ａを保持している。上流壁部３２は、内径が下流方向で拡大し、上流壁部３２の上流端には排気マニホールド２０が接続されている。下流壁部３３は、内径が下流方向で縮小し、下流壁部３３の下流端に排気管４０が接続されている。下流壁部３３は、触媒３０ａと排気管４０とを接続する接続壁部の一例である。図１には、触媒３０ａの中心軸線Ａを示している。中心軸線Ａは、中流壁部３１内に設けられた触媒３０ａの流路方向に垂直な断面での中心を通過する線分であり、排気の流れ方向に沿った中心軸に相当する。触媒３０ａは上述したようにハニカム状に形成されており、詳細には触媒３０ａはその上流端面から下流端面にまで延びた複数の流路が形成されている。この複数の流路は中心軸線Ａに沿って延びている。下流壁部３３について以下に詳しく説明する。また、図１には、下流壁部３３に接続された排気管４０の上流端での排気管４０の中心軸線Ｂを示している。中心軸線Ｂは、排気管４０の上流端での、流路方向に垂直な断面での中心を通過する線分である。尚、中心軸線Ａ及びＢは平行ではない。

【0028】

図２Ａは、触媒コンバータ３０のケース３０Ｃの下流壁部３３周辺の拡大図である。図２Ａは、中心軸線Ａ及びＢを含む平面に垂直な方向から下流壁部３３周辺を見た場合を示している。下流壁部３３は中心軸線Ａとは異なる方向に延びている。下流壁部３３は、周壁部３４及び３５を含む。周壁部３５は周壁部３４から下流側に連続している。周壁部３４は内径が下流方向に従って縮小している。周壁部３５は内径が略一定である。換言すれば周壁部３４は中心軸線Ａとは異なる方向に延びた漏斗状であり、周壁部３５も中心軸線Ａとは異なる方向に延びた円筒状である。周壁部３４及び３５はそれぞれ第１及び第２周壁部の一例である。

【0029】

周壁部３４及び３５はそれぞれ、側壁部３４１と、側壁部３４１の下流側に連続した３５１とを含む。側壁部３４１は、中心軸線Ａが交差している。側壁部３５１は、中心軸線Ａから退避しているが、中心軸線Ａに沿って触媒３０ａを下流側に投影した投影領域Ｐに重なる。尚、側壁部３４１も投影領域Ｐに重なっている。側壁部３４１及び３５１は、共に内面が内側に凹状となるように湾曲している。側壁部３５１は、側壁部３４１に対して中心軸線Ａ側に傾いて設けられている。即ち側壁部３５１は、側壁部３４１よりも、中心軸線Ａに対して平行に近い。側壁部３４１及び３５１は中心軸線Ａに対して同一側に傾いている。詳細には、側壁部３４１は中心軸線Ａに対して角度αだけ傾いている。側壁部３５１は中心軸線Ａに対して角度βだけ傾いている。ここで角度αは角度βよりも大きく、側壁部３４１は側壁部３５１よりも中心軸線Ａに対して大きく傾いている。中心軸線Ｂは、中心軸線Ａに対して側壁部３４１及び３５１と同じ側に傾斜しており、中心軸線Ａに対して角度γだけ傾いている。本実施例では角度γは角度αよりも小さく、角度βと略同じである。側壁部３４１及び３５１はそれぞれ第１及び第２側壁部の一例である。

【0030】

図２Ｂは、触媒コンバータ３０のケース３０Ｃの下流壁部３３内の排気の流れの説明図である。図中に示す矢印のように、排気は触媒３０ａの中心軸線Ａに沿って延びた各流路内を流れるため、触媒３０ａを通過した直後の排気は中心軸線Ａの方向に沿って流れる。触媒３０ａを通過した排気の一部は、側壁部３４１に衝突して側壁部３４１の内面に沿って旋回する。この旋回した排気により、触媒３０ａを通過した排気のうち側壁部３４１に衝突していない排気の旋回も促進される。従って、排気は排気管４０内でも旋回しながら下流側に流れる。

【0031】

このように側壁部３４１は、中心軸線Ａに対して側壁部３５１よりも大きく傾いている。更に側壁部３４１は、中流壁部３１の外周部上の所定の位置から中心軸線Ａに交差する位置にまで延びている。ここで、一般的に円管内を流れる流体の流速は、その円管の中心軸線に近いほど高くなる。このため、触媒３０ａを通過する排気の流速も、中心軸線Ａに近いほど高くなる。従って触媒３０ａを通過した排気の多くを側壁部３４１に衝突させることができ、これにより排気の旋回を促進することができる。尚、詳しくは後述するがこのように排気を旋回させることにより、空燃比センサ６０の検出結果のばらつきを抑制できる。

【0032】

更に周壁部３４の内径は下流側に縮小している。従って、周壁部３４の下流側でより半径が小さい旋回流を形成することができ、排気の旋回を促進することができる。また、周壁部３５の内径は、周壁部３４の内径よりも小さい。これによっても、形成された旋回流の半径を小さい状態に維持することができ、排気の旋回速度を維持することができる。尚、図２Ａ及び図２Ｂの例では、周壁部３５の内径は略一定であるが、これに限定されず、下流側に縮小していてもよい。

【0033】

また、側壁部３５１は、中心軸線Ａに対して側壁部３４１程は大きく傾いていないが、投影領域Ｐに重なっている。このため、触媒３０ａを通過した排気のうち、側壁部３４１には衝突することなく流れる排気を確保することができる。例えば、触媒３０ａを通過した排気の全てが側壁部３４１に衝突して旋回したとすると、排気の圧損が増大するおそれがある。本実施例では、中心軸線Ａに対して大きくは傾いていない側壁部３５１を投影領域Ｐに重なる位置に設けることにより、側壁部３４１に衝突しない排気を確保することができ、排気の圧損の増大を抑制できる。尚、側壁部３５１の全体が投影領域Ｐに重なっていることが好ましい。側壁部３５１の一部分のみが投影領域Ｐに重なっている場合には、投影領域Ｐに占める側壁部３４１の割合が多い場合であり、この場合には上述したように排気の圧損が増大するおそれがあるからである。

【0034】

中心軸線Ａに対する側壁部３４１の角度αは、小さすぎると排気を旋回させることができず、大きすぎると排気の圧損が増大するおそれがある。ここで中心軸線Ａに平行に側壁部３４１に衝突する排気の入射角と、側壁部３４１で反射した排気の反射角とが等しいと仮定する。側壁部３４１で反射した排気の速度成分は、図２Ａに示した側壁部３４１を示した線分に沿った下流方向成分と、側壁部３４１を示した線分の法線方向成分との合成で表すことができる。角度αが４５°以上の場合には、法線方向成分の大きさは下流方向成分の大きさ以上になる。ここで法線方向成分の大きさは、側壁部３４１の湾曲した内側面に沿って旋回する排気の旋回速度の大きさに対応する。以上のように旋回速度を確保するために角度αは４５°以上が好ましい。但し、角度αが８５°よりも大きいと、中心軸線Ａに沿って側壁部３４１に衝突した排気のうち、図２Ａに示した側壁部３４１の線分に沿って上流方向に流れる排気の流量が増大する。これにより排気の圧損が増大する。このため角度αは８５°以下が好ましい。

【0035】

角度βは０°よりも大きい値である。即ち側壁部３４１及び３５１は中心軸線Ａに対して同一側に傾いている。例えば角度βが０°であり、側壁部３５１が側壁部３４１とは中心軸線Ａに対して反対側に傾いている場合には、側壁部３４１と側壁部３５１との境界付近で排気が大きく剥離し、排気の圧損が増大するおそれがあるからである。

【0036】

以上のように排気の旋回を促進しつつ排気の圧損の増大を抑制した側壁部３４１及び３５１は、触媒３０ａを収容したケース３０Ｃの一部である。このため、側壁部３４１及び３５１と同様の機能を有した側壁部を有した配管をケース３０Ｃとは別に設けた場合と比較して、部品の集約化が図られている。また、ケース３０Ｃの一部に側壁部３４１及び３５１が形成されていることにより、触媒３０ａに近い位置で排気を旋回させることができる。これにより、触媒３０ａを通過した排気が下流側に流れて圧損等により流速が大きく低下する前に、旋回させることができる。これにより、強い旋回流を形成することができる。

【0037】

中心軸線Ａ及びＢは互いに異なる方向に延びている。例えば中心軸線Ａ及びＢが同一方向に延びた平行の場合、上述したように下流壁部３３は中心軸線Ａとは異なる方向に延びている。このため、下流壁部３３内で中心軸線Ａとは異なる方向に流れた排気が、中心軸線Ａと平行である中心軸線Ｂに沿って延びた排気管４０内でその内壁に衝突して、排気の圧損が増大するおそれがある。本実施例のように中心軸線Ａに対して側壁部３４１及び３５１と同じ側に中心軸線Ｂが傾いていることにより、排気管４０内に排気が流入した際に排気の旋回速度の低下を抑制することができる。従って、角度γは０°より大きいことが好ましい。

【0038】

また、角度γは角度α以下であることが好ましい。例えば角度γが角度αより大きい場合とは、中心軸線Ａに対する側壁部３４１の傾きよりも、中心軸線Ａに対する中心軸線Ｂの傾き、即ち中心軸線Ａに対する排気管４０の傾きの方が大きい場合である。この場合には、中心軸線Ａに対して側壁部３５１よりも排気管４０が更に大きく傾いている。このため、下流壁部３３内を流れた排気が、排気管４０内でその内壁に衝突して、排気の圧損が増大するおそれがある。このため、角度γは角度α以下が好ましい。

【0039】

以上のように、排気の圧損を抑制するために、角度γは０°よりも大きく角度α以下の範囲内にあることが好ましいが、角度γが角度βと略同じであることが更に好ましい。この場合には、周壁部３５から排気管４０に排気が流入する際の圧損を十分に低減することができるからである。

【0040】

［比較例の構成］
図３は比較例であるエンジンシステム１ｘの概略構成図である。エンジンシステム１ｘは排気装置２ｘを備えている。排気装置２ｘは触媒コンバータ３０ｘを含む。図４Ａは、比較例での触媒コンバータ３０ｘのケース３０Ｃｘの下流壁部３３ｘ周辺の拡大図である。図４Ｂは、比較例での触媒コンバータ３０ｘのケース３０Ｃｘの下流壁部３３ｘ内の排気の流れ方の説明図である。図３、図４Ａ、及び図４Ｂは、それぞれ図１、図２Ａ、及び図２Ｂに対応している。尚、比較例においては、本実施例と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0041】

図４Ａに示すように、下流壁部３３ｘの周壁部３４ｘの側壁部３４１ｘは中心軸線Ａと交差しない。従って、図４Ｂに示すように触媒３０ａを通過した排気は側壁部３４１ｘに沿って排気管４０内を流れる。このように比較例では本実施例と異なり、排気が旋回しにくい。

【0042】

［本実施例と比較例との空燃比センサ６０への排気の流れの違い］
次に、本実施例と比較例との排気の流れの違いについて説明する。図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ本実施例と比較例での空燃比センサ６０への排気の流れの説明図である。図５Ａ及び図５Ｂには、空燃比センサ６０の設置位置での排気管４０の延びた方向に直交する断面Ｓをハッチングにより示している。本実施例では、気筒♯１～♯４のそれぞれの排気は排気管４０内を旋回しながら断面Ｓを通過する。比較例では、気筒♯１～♯４のそれぞれの排気は排気管４０内を略直線的に流れて断面Ｓを通過する。ここで本実施例及び比較例の何れも気筒♯１～♯４から排出された排気は、それぞれ枝管部２１～２４を流れて排気管４０に流入する。本実施例では上述したように枝管部２１～２４のそれぞれを通過した排気は、下流壁部３３内で同様に旋回して排気管４０内を旋回しながら流れる。このため本実施例では、気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の断面Ｓ内での流量分布がほぼ均一となる。

【0043】

比較例では、枝管部２１～２４のそれぞれを通過した排気は、集合管部２５内や触媒コンバータ３０ｘ内を不均一に流れ、このような不均一を維持したまま排気管４０内を流れる。例えば気筒♯１の排気は、枝管部２１から集合管部２５や触媒コンバータ３０ｘ内を一方側の側面に沿って多く流れ、排気管４０内においても一方側の側面に沿って多く流れる。これに対して気筒♯４の排気は、枝管部２４から集合管部２５や触媒コンバータ３０ｘ内を他方側の側面に沿って多く流れ、排気管４０内においても他方側の側面に沿って多く流れる。このように比較例では、気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の断面Ｓ内での流量分布が不均一であり、その流量分布も気筒♯１～♯４毎に異なる。

【0044】

図６Ａは、断面Ｓ内での空燃比センサ６０の設置位置に相当するセンシング領域Ｒを示した図である。図６Ｂは、本実施例と比較例でのセンシング領域Ｒを通過する気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の流量の、平均値からのずれ割合を示したグラフである。本実施例での平均値は、本実施例でのセンシング領域Ｒを通過する気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の流量の平均値であり、比較例での平均値は、比較例でのセンシング領域Ｒを通過する気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の流量の平均値である。図６Ｂに示すように、センシング領域Ｒを通過する気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の流量のずれ割合の差が、比較例では大きいのに対して本実施例では小さい。上述したように比較例では断面Ｓ内で流量分布が不均一であるのに対して、本実施例では断面Ｓ内での流量分布がほぼ均一だからである。このため本実施例では、比較例よりも空燃比センサ６０により検出される、気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の空燃比のばらつきが抑制される。

【0045】

本実施例では図１に示したように、空燃比センサ６０は触媒コンバータ３０よりも触媒コンバータ５０の近くに設置されている。即ち、下流壁部３３から空燃比センサ６０までの距離が確保されている。このため、排気が下流壁部３３から空燃比センサ６０に到達するまでに十分に旋回し、気筒♯１～♯４のそれぞれからの排気が十分に混合される。このため、空燃比センサ６０により検出される、気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の空燃比のばらつきが抑制される。

【0046】

また、空燃比センサ６０の設置位置での流量分布が均一化されているため、空燃比センサ６０よりも更に下流側の空燃比センサ８０の設置位置での流量分布も均一化されている。このため、空燃比センサ８０により検出される、気筒♯１～♯４のそれぞれの排気の空燃比のばらつきも抑制される。

【0047】

［変形例］
次に複数の変形例について説明する。変形例では、上述した実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。図７Ａは、第１変形例の触媒コンバータ３０Ａのケース３０ＣＡの下流壁部３３Ａ周辺の拡大図である。図７Ａは、図２Ａに対応している。触媒コンバータ３０Ａでは、中心軸線Ａ及びＢを含む平面に垂直な方向から下流壁部３３Ａ周辺を見た場合に、側壁部３４１Ａは外側に凸となるように湾曲している。詳細には、中心軸線Ａ及びＢを含む平面に垂直な方向から見た場合において、中心軸線Ａに対して、側壁部３４１Ａの稜線上の任意の点での接線が傾いており、この任意の接線の傾きが側壁部３４１Ａ上流側から下流側にかけて徐々に増大するのが好ましい。これにより、側壁部３４１Ａに衝突した排気の旋回を促進しつつ、排気の圧損の増大をも抑制することができる。尚、中心軸線Ａに対する側壁部３４１Ａの稜線上の任意の点での接線の傾きの最大角度は、９０°以下であることが好ましい。また、第１変形例においても側壁部３５１は、側壁部３４１Ａに対して中心軸線Ａ側に傾いて設けられている。

【0048】

図７Ｂは、第２変形例の触媒コンバータ３０Ｂのケース３０ＣＢの下流壁部３３Ｂ周辺の拡大図である。図７Ｂは、図２Ａに対応している。触媒コンバータ３０Ｂでは、中心軸線Ａ及びＢを含む平面に垂直な方向から下流壁部３３Ｂ周辺を見た場合に、側壁部３５１Ｂは中心軸線Ａに平行である。排気の圧損を抑制するためには、上述した本実施例のように側壁部３５１が中心軸線Ａに対して側壁部３４１と同じ側に傾いていることが好ましいが、少なくとも側壁部３５１Ｂのように中心軸線Ａと並行であれば、排気の圧損を抑制できる。

【0049】

上記実施例では空燃比センサ６０及び８０は排気の状態として排気の空燃比を検出するが、これに限定されない。例えば空燃比センサ６０及び８０に加えて、又は空燃比センサ６０及び８０の少なくとも一方の代わりに、排気中の酸素の濃度を検出する酸素センサ、排気の温度を検出する温度センサ、排気中の二酸化炭素の濃度を検出する二酸化炭素センサ、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出するＮＯｘセンサ、排気中のＰＭ（粒子状物質）の濃度を検出するＰＭセンサ、排気の流量を検出する流量センサ、及び排気の圧力を検出する圧力センサの少なくとも一つを採用してもよい。また、これらのセンサは上述した断面Ｓ内のセンシング領域Ｒ内に設置することに限定されない。エンジンシステム１は、例えばエンジン車両に搭載してもよいし、ハイブリッド車両に搭載してもよい。

【0050】

また、上記実施例では触媒３０ａよりも下流側に触媒５０ａが設けられているが、これに限定されない。即ち、触媒５０ａが設けられておらず、触媒３０ａのみが設けられている排気装置であってもよい。

【0051】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0052】

１ エンジンシステム
２ 排気装置
１０ エンジン（内燃機関）
♯１～♯４ 気筒
２０ 排気マニホールド
２１～２４ 枝管部
２５ 集合管部
３０、５０ 触媒コンバータ
３０ａ 触媒（第１触媒）
３０Ｃ ケース
３３ 下流壁部（接続壁部）
３４ 周壁部（第１周壁部）
３５ 周壁部（第２周壁部）
３４１ 側壁部（第１側壁部）
３５１ 側壁部（第２側壁部）
４０ 排気管
５０ａ 触媒（第２触媒）
６０ 空燃比センサ（センサ、第１センサ）
８０ 空燃比センサ（第２センサ）
Ａ 中心軸線（第１中心軸線）
Ｂ 中心軸線（第２中心軸線）
Ｐ 投影領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】