センサ素子への排ガスガイド装置及びエンジンの排気系構造
【課題】センサ素子への排ガスガイド装置及びエンジンの排気系構造に関し、シンプルな構成により排ガスの成分を排ガスセンサによって応答性よく検出することができるようにする。
【解決手段】エンジンの排気通路３１，３２内に装備され、排ガスの性状を検知するセンサ素子４１へ排ガスを案内するガイド装置であって、センサ素子４１を覆うと共に排ガスをセンサ素子４１に誘導する複数の排ガス誘導穴６１ａを有するプロテクタ５０と、プロテクタ５０よりも排気通路の上流側に装備され、排ガス流をプロテクタ５０の中心側に偏向させるガイド部材８０と、をそなえているように構成する。
【解決手段】エンジンの排気通路３１，３２内に装備され、排ガスの性状を検知するセンサ素子４１へ排ガスを案内するガイド装置であって、センサ素子４１を覆うと共に排ガスをセンサ素子４１に誘導する複数の排ガス誘導穴６１ａを有するプロテクタ５０と、プロテクタ５０よりも排気通路の上流側に装備され、排ガス流をプロテクタ５０の中心側に偏向させるガイド部材８０と、をそなえているように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気系に装備されるセンサ素子への排ガスをガイドする装置及びそれを備えたエンジンの排気系構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に、車両用エンジンでは、エンジンからの排ガスをクリーン化するためや、燃費の向上を図るために、Ｏ２センサやＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）等の酸素濃度センサや、ＮＯｘセンサといったガスセンサを排気系に設置し、そのセンサで測定した排気ガス中の酸素濃度値やＮＯｘ濃度値等のガス濃度検出値をエンジンのフィードバック制御等に利用する技術が普及している。
【０００３】
車両用エンジンの場合、通常、多気筒エンジンであり、各気筒から排出された排ガスは排気マニホルドを経てその下流側の排気管に集められて、排気管に設けられた排ガス浄化触媒で適宜浄化されて排出される。上記のガスセンサの多くは、排気マニホルドの下流の排ガスが集合する排気管の排ガス浄化触媒よりも上流部に設けられる。
ところで、排ガス成分を検出するガスセンサの本体（センサ素子）はセラミックで作られているため、排ガス中の異物の衝突による破損のおそれがある。そこで、プロテクタによってセンサ素子を覆っており、センサ素子の破損を防止する技術が開発されている。このプロテクタは、一般に、金属製であり、内部プロテクタと外部プロテクタとからなる二重構造になっている。また、内部プロテクタ及び外部プロテクタには、排ガスが内部のセンサ素子の表面を流通するように、それぞれ複数の通気孔が設けられている。
【０００４】
このようなプロテクタの表面には排気ガス中の水分が凝縮した水滴が付着しやすい。このため、プロテクタを二重構造に形成しても、付着した水滴が外側プロテクタの通気孔から外側プロテクタ内に侵入し、さらに内側プロテクタの通気孔からその内側に入って、センサ素子に付着することがある。センサのヒータ装置が稼動しているときに、水滴がセンサ素子に付着した場合には、サーマルショックによる素子割れを起こす可能性がある。
【０００５】
そこで、特許文献１には、内側プロテクタの円筒状胴部の壁を、外方に突出する山部と内方に凹む谷部とが周方向に交互に並ぶように、即ち、周方向に波状に形成し、外側プロテクタに付着凝縮した液滴が外側プロテクタの通気孔から内側に侵入したとしても、谷部に案内され円筒状胴部の壁を軸方向に流下し、その液滴がさらに内側プロテクタの通気孔から内側プロテクタ内に入って、センサ素子まで到達するのを抑制できるようにする技術が提案されている。
【０００６】
ところで、こうしたプロテクタでは、センサ素子の保護の必要上、その通気孔をあまり大きくすることはできないため、孔を通過する際のガスの流れに対する抵抗により、プロテクタ内外のガス交換が制限されてしまい、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサの応答性の悪化を招いている。特に、保護性能の向上のために内側プロテクタと外側プロテクタとからなる二重構造のプロテクタは、ガスの流通抵抗が更に大きくなるため、より応答遅れを生じ易い。
【０００７】
そこで、特許文献２には、排ガス流路におけるプロテクタ配設部位よりも低圧となる下流側とプロテクタの内部とを連通させる連通路を設けて、プロテクタの内部を減圧するように構成し、これにより生じるプロテクタ内外の圧力差によって、プロテクタ内部への排ガスの流入を促進し、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサの応答性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１１３７２７号公報
【特許文献２】特開２００４−１９１０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、エンジンの排ガスについて、各気筒単位で検出できるようにすることが要望されている。例えば、自動車に搭載されコンピュータによって自己故障診断をするＯＢＤ［On Board Diagnosis（オンボード・ダイアグノーシス）］において、気筒別にＡ／Ｆ（空燃比、ただし、全域空燃比）を検知し、排ガスを制御できるようにすることが要望されている。
【００１０】
このように、気筒別の排ガスを１つのガスセンサで検出するには、複数気筒の排気通路を一箇所に終結させた個所に、ガスセンサを装備し、各気筒の排気タイミングに応じてガスセンサを流通するガスがどの気筒のものか推定しながら、各気筒の排ガスについて検出することが可能である。例えば、４気筒エンジンならば、点火順序（排気順序）は、第１気筒（♯１），第３気筒（♯３），第４気筒（♯４），第２気筒（♯２）の順であるから連続的に出力されるガスセンサの検出値を点火タイミング（排気タイミング）でこの順に分割して各気筒の検出データとすることができる。
【００１１】
しかしながら、このようの１つのガスセンサで排ガスを検知する場合、エンジン回転が高速になると、検出対象気筒の排ガスとその前後のタイミングで流通する気筒の排ガスとが互いに影響しあうため、ガスセンサによる各気筒の排ガスに関する検出精度が低下するおそれがある。特に、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサの応答性が悪いと、排気順序で前後する気筒の排ガスの影響が強くなり、検出精度の低下を一層招き易くなる。
【００１２】
この点で、特許文献２に記載された技術は、ガスセンサの応答性を確保することができ有効であるが、排ガス流路のプロテクタ配設部位よりも下流側とプロテクタの内部とを連通させる連通路を設ける構成では、連通路を排ガス流路の周囲に突設することになり、排ガス流路の周囲の構造が複雑になり、また、当然ながら連通路を気密に且つ十分な強度に増設する必要があり、コスト増が課題となる。
【００１３】
なお、このような課題は、排ガスの成分について検出するガスセンサのセンサ素子に限らず、排ガスの温度を検出するセンサ素子など、排ガスの性状、つまり、性質（例えば、成分の種類や特定成分の量，割合）や状態（例えば、温度）を検出するセンサ素子に関して、何れにも生じうるものである。
本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたもので、シンプルな構成により排ガスの性状をセンサ素子によって応答性よく検出することができるようにして、例えば複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒からの排ガスの性状を１つのセンサ素子によって精度よく検出することができるようにした、センサ素子への排ガスガイド装置及びそれをそなえたエンジンの排気系構造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】
【００１４】
上記の目標を達成するために、本発明のセンサ素子への排ガスガイド装置は、エンジンの排気通路内に装備され、排ガスの性状を検知するセンサ素子へ排ガスを案内するガイド装置であって、前記センサ素子を覆うと共に排ガスを前記センサ素子に誘導する複数の排ガス誘導穴を有するプロテクタと、前記プロテクタよりも前記排気通路の上流側に装備され、排ガス流を前記プロテクタの中心側に偏向させるガイド部材と、をそなえていることを特徴としている。
【００１５】
前記ガイド部材には、前記プロテクタの延在する方向に沿って延び、翼面が下流側に行くに従って互いに接近するように対称配置される一対の翼状ガイドが備えられていることが好ましい。
この場合、前記プロテクタは、前記センサ素子を包囲し前記排ガス誘導穴が形成された筒状のプロテクタ本体と、該プロテクタ本体の基部に備えられ前記排気通路の壁部に固定される固定部とを有し、前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイドの基部に備えられ前記排気通路の壁部に前記プロテクタの前記固定部と共に固定される環状基部とを有していることが好ましい。
【００１６】
さらに、前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイド本体の相互間に、前記プロテクタ本体を包囲するように配置され、排ガス流を前記プロテクタ本体の周面に向けて案内する筒状ガイドを有していることが好ましい。
また、本発明のエンジンの排気系構造は、排気通路に複数の部分流路を隣接して備えると共に、上記の何れかのセンサ素子への排ガスガイド装置を備えたエンジンの排気系構造であって、前記センサ素子は、前記部分流路の隣接壁部の穴部を貫通して装備され、前記各部分流路を流通する排ガスの性状をそれぞれ検知し、前記プロテクタは、前記センサ素子の外側で前記隣接壁部の穴部を貫通して装備されていることを特徴としている。
【００１７】
前記部分流路は、何れも、複数の排気マニホルドを集合させた排気集合流路であって、前記センサ素子は、前記各排気集合流路を流通する前記複数の排気マニホルドからの排ガスのガス成分をそれぞれ個別に検知することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかるセンサ素子への排ガスガイド装置及びエンジンの排気系構造によれば、プロテクタよりも排気通路の上流側に装備されたガイド部材が、排ガス流をプロテクタの中心側に偏向させるので、プロテクタの上流側の排ガス圧が高められ、プロテクタの内部への排ガスの流入が促進され、排気流路を流れる排ガスの状態の変化に対するセンサ素子の検出応答性が高められる。この結果、時間経過に応じて変化する排ガスの性状をセンサ素子によって精度よく検出することができるようになる。
【００１９】
したがって、例えば、複数気筒を有するエンジンの各気筒の排気マニホルドからの排ガスのガス成分を１つのセンサ素子に燃焼順に流入するものに適用した場合にも、かかるセンサ素子により排ガスの性状を精度よく検出することができる。
ガイド部材に、翼面が下流側に行くに従って互いに接近するように対称配置される一対の翼状ガイドを備えれば、排ガス流をプロテクタの中心側に効率よく偏向させることができる。
【００２０】
また、プロテクタを、センサ素子を包囲し排ガス誘導穴が形成された筒状のプロテクタ本体と、プロテクタ本体の基部に備えられ排気通路の壁部に固定される固定部とを有する構成とし、ガイド部材を、一対の翼状ガイドの基部に、排気通路の壁部にプロテクタの固定部と共に固定される環状基部を備えるように構成すれば、ガイド部材を、排気通路の壁部にプロテクタと一体に装着することができ、装着性が向上し、組み付けコストの低減に寄与しうる。
【００２１】
一対の翼状ガイド本体の相互間に、プロテクタ本体を包囲し、排ガス流をプロテクタ本体の周面に向けて案内する筒状ガイドを有するように構成すれば、プロテクタの内部への排ガスの流入がより促進され、ガス流路を流れるガスの性状の変化に対するセンサ素子の検出応答性が一層高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるガイド装置を示すもので、（ａ）はその排ガスセンサ及びガイド装置を示す排気通路の要部縦断面図、（ｂ）は排気通路の排ガスセンサ及びガイド装置の取付部分の正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるガイド装置の変形例を示すもので、（ａ）はその排ガスセンサ及びガイド装置を示す排気通路の要部縦断面図、（ｂ）は排気通路の排ガスセンサ及びガイド装置の取付部分の正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるガイド装置のガイド部材の構成例を示すもので、（ａ）〜（ｄ）はその第１〜４構成例をそれぞれ示す分解斜視図であり、（ｅ１）はその第５構成例を示す斜視図であり、（ｅ２）はその第５構成例を示す側面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる排気通路の構造を示す図であって、（ａ）はその第１例を示す斜視図、（ａ）はその第１例を示す斜視図、（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）はその第２例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるプロテクタを示す図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその変形例にかかる側面図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかるシール部材の他の構成例を示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態にかかるプロテクタの他の構成例を示すもので、（ａ），（ｂ）はその第１，２構成例をそれぞれ示す縦断面図であり、（ｃ１）はその第３構成例を示す縦断面図、（ｃ２）はその第３構成例を示す側面図であり、（ｄ１）はその第４構成例を示す縦断面図、（ｄ２）はその第４構成例を示す側面図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるガイド装置を示すもので、（ａ）はその排ガスセンサ及びガイド装置を示す排気通路の要部縦断面図、（ｂ）は排気通路の排ガスセンサ及びガイド装置の取付部分の正面図、（ｃ）は排気通路の排ガスセンサ及びガイド装置の取付部分の変形例を示す正面図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかるガイド装置の変形例を示す排気通路の要部縦断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかるガイド装置を示す排気通路の要部断面の斜視図である。
【図１１】本発明の第３実施形態にかかるガイド装置を示す排気通路の要部断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態にかかるガイド装置のガイド部材の構成を説明する斜視図である。
【図１３】本発明の第３実施形態にかかるガイド装置のガイド部材の作用を説明する排気通路内の要部平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明に関し、第１〜第３の実施形態を説明する。
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態にかかるエンジンは、４気筒エンジンであって、その排気通路は、図４（ａ）に示すように、エンジン本体１の各気筒の排気ポート（図示略）に連通するよう各排気マニホルド１１〜１４が接続され、第１気筒（♯１）の排気マニホルド１１と第４気筒（♯４）の排気マニホルド１４とは第１排気集合管２１に集合されており、第２気筒（♯２）の排気マニホルド１２と第３気筒（♯３）の排気マニホルド１４とは第２排気集合管２２に集合されている。
【００２４】
第１排気集合管２１と第２排気集合管２２とは、二重管構造に形成され、第１排気集合管２１は外管部材として、第２排気集合管２２は内管部材として構成されている。そして、外管部材の第１排気集合管２１と内管部材の第２排気集合管２２との間が第１排気集合流路（第１部分流路）３１として構成され、内管部材の第２排気集合管２２の内部が第２排気集合流路（第２部分流路）３２として構成される。
【００２５】
重合した第１排気集合管２１と第２排気集合管２２との流れ方向同位置には、穴部２３，２４がそれぞれ穿設され、この穴部２３，２４に、排ガスセンサ（単に、ガスセンサともいう）４０のセンサ素子４１と、このセンサ素子４１を保護するプロテクタ５０、排ガス流をプロテクタ５０の中心側に偏向させるガイド部材８０とが、図４（ｂ）に示すように挿入されている。本実施形態にかかるセンサ素子への排ガスガイド装置（単に、ガイド装置ともいう）８は、このプロテクタ５０とガイド部材８０とから構成される。
【００２６】
なお、図４（ａ）に示す例では、各排気マニホルド１１〜１４が互いに同じ流路長になるように、それぞれに湾曲形成されており、各気筒からセンサ素子４１までの排気流路長が同等にされているが、各気筒からセンサ素子４１までの排気流路長を必ずしも全て同等にしなくてもよく、図４（ｃ）に示すように、互いに、集合される排気マニホルド１１，１４同士又は１２，１３同士を同じ流路長に設定するだけでもよい。
【００２７】
ガスセンサ４０，プロテクタ５０及びガイド部材８０は、図１又は図２に示すように配置される。
つまり、プロテクタ５０は、図１，図２，図５（ａ）に示すように、センサ素子４１との間に一定の隙間を有してセンサ素子４１を被覆する略円筒状のプロテクタ本体５１と、プロテクタ本体５１の基部に備えられた固定用フランジ部（固定部）５２とを有し、プロテクタ本体５１の中間部外周には環状のシール部材（弁）５３が装備される。プロテクタ本体５１には、プロテクタ本体５１の外部を流通する排ガスをプロテクタ本体５１の内部のセンサ素子４１の表面に向けて誘導するために、複数の排ガス誘導穴６１ａ，６２ａ，７１ａ，７２ａが形成されている。
【００２８】
固定用フランジ部５２は、第１排気集合管２１の穴部２３の周囲に外方に向けて突設された取付ボス部２５の内周に形成されたネジ部２５ａと螺合するネジ部５２ａと、ネジ部５２ａよりも大径で取付ボス部２５の端面に当接し密着するプレート部５２ｂと、ネジ部５２ａをネジ部２５ａに螺合する際のトルクを加えるための六角部５２ｃとを一体に備えている。
【００２９】
なお、ここでは、プロテクタ本体５１の排ガス流上流側の排ガス誘導穴に符号６１，７１を、排ガス流下流側の排ガス誘導穴（直接的には、排ガス排出穴であるが、当然ながら排ガス誘導の効果もある）に符号６２，７２を付して区別している。また、第１排気集合流路３１内の排ガス誘導穴に符号６１，６２を、第２排気集合流路３２内の排ガス誘導穴に符号７１，７２を付して区別している。
【００３０】
また、本実施形態では、プロテクタ本体５１に一定の厚みがある（比較的厚い）ものとしているが、例えば、比較的厚みの薄いプロテクタ本体を用いる場合等には、プロテクタ本体５１を、プロテクタ本体５１の外周面に対応した外側プロテクタと、プロテクタ本体５１の内周面に対応した内側プロテクタとの二重構造としてもよい。
このようなプロテクタ５０は、第１排気集合管２１の穴部２３の周囲に外方に向けて突設された取付ボス部２５の内周のネジ部２５ａに、固定用フランジ部５２の外周のネジ部５２ａを螺合させて取り付けられる。この取付状態では、排ガス誘導穴６１，６２が第１排気集合流路３１内に、排ガス誘導穴７１，７２が第２排気集合流路３２内に、それぞれ位置すると共に、プロテクタ本体５１の外周のシール部材５３がプロテクタ本体５１の外周と第２排気集合管２２の管壁（隣接壁部）との隙間２４を閉塞するように、配置されている。
【００３１】
シール部材５３には、排ガスの熱や排ガス成分に侵されることのない特性を有する材料が用いられ、円環状に形成されており、その外周には軸方向内面側（第２排気集合流路３２側）に向けて突出した円形突起部５３ａが形成されている。なお、ここでは、シール部材５３に上記の特性を有するステンレスを採用しているが、シール部材５３には上記の特性を有するものであれば、他の金属或いは金属以外の他の材料を用いてもよい。
【００３２】
第２排気集合管２２の穴部２４の周囲の外面側（第１排気集合流路３１側）には、シール部材５３が圧接する受け部材５４が装備されている。この受け部材５４は、円環状に形成されており、その外面側（第１排気集合流路３１側）にはシール部材５３の円形突起部５３ａが圧接する円形環状溝５４ａが形成されている。
ここでは、シール部材５３に、柔軟性の低い（つまり、剛性の高い）ステンレスが採用されているので、シール部材５３自体の弾性変形によりシール性を確保することは困難なので、シール部材５３の円形突起部５３ａを受け部材５４の円形環状溝５４ａに圧接する構造としてシール性を確保している。
【００３３】
ただし、シール部材５３は、第１排気集合流路３１と第２排気集合流路３２との各部分流路への排ガスの分離効果を確保するためのものなので、完全密閉できるほどのシール性能は要求されない。したがって、シール部材５３の円形突起部５３ａと受け部材５４の円形環状溝５４ａとの圧接部分に僅かな隙間が存在しても許容される。
なお、シール部材としては、上記の排ガスの熱や排ガス成分に侵されることのない特性を有するものであれば、ゴム又は樹脂等の弾性体により、或いは、かかる弾性体を含んだ構成としてもよい。この場合、例えば、図６に示すように、弾性体のシール部材１５３を構成することができる。
【００３４】
つまり、穴部２４の周縁に適宜弾性変形しながら当接するシール部材１５３の当接側外周部には、段部１５３ａが形成され、この段部１５３ａを通じて穴部２４周縁の第１排気集合流路３１側の面（第２排気集合管２２の外周面）と穴部２４内周面との双方に密着して隙間を確実にシールするように構成すことができる。
そして、図１，図２に示すように、プロテクタ５０のプロテクタ本体５１の外周に、各排気集合流路３１，３２を流通する排ガスをプロテクタ本体５１の内部に流入するように案内するガイド部材８０が追加されている。
【００３５】
本実施形態にかかるガイド部材８０は、図３に示すように、環状の基部プレート（環状基部）８１と、基部プレート８１から円筒状のプロテクタ本体５１の母線方向に延びた翼状ガイド部（翼状ガイド）８２と、翼状ガイド部８２の内周に備えられた円筒状又は部分円筒状の筒状ガイド部（筒状ガイド）８３〜８６とを備えている。なお、翼状ガイド部８２は、プロテクタ本体５１の上流側に左右に対を成すようにプロテクタ本体５１の軸心線を含む流路平行面に対して対称に形成されている。それぞれの翼状ガイド部８２の両面は、排ガスをプロテクタ本体５１の内部のセンサ素子４１に向かうように配向されている。
【００３６】
基部プレート８１には、位置決め突起８１ａが形成され、この突起８１ａを、第１排気集合管２１の穴部２３の取付ボス部２５の内周の取付面に形成された穴部２６に貫通させて装着することにより、所定の位置関係で第１排気集合管２１の穴部２３に装着される。そして、基部プレート８１は、プロテクタ本体５１の外周に外装され固定用フランジ部５２のプロテクタ本体５１側の環状面に当接されて、固定用フランジ部５２が取付ボス部２５に螺合締結されることにより、固定用フランジ部５２を通じて取付ボス部２５の内側の第１排気集合管２１の外周面に挟装される。
【００３７】
図３（ａ）に示す例では、一対の翼状ガイド部８２，８２の上流側の結ぶように部分円筒状の筒状ガイド部８３が形成され、図３（ｂ）に示す例では、一対の翼状ガイド部８２，８２の下流側の結ぶように部分円筒状の筒状ガイド部（筒状ガイド）８４が形成され、図３（ｃ）に示す例では、一対の翼状ガイド部８２，８２の上下流側の結ぶように円筒状の筒状ガイド部８５が形成されている。
【００３８】
翼状ガイド部８２，８２は、上流側端部から下流側端部にかけて、排ガス流方向に対して排ガス流がプロテクタ本体５１の軸心、即ち、センサ素子４１に集まるように、傾斜して配置され、翼状ガイド部８２，８２と直行する方向にスリット８３ａ〜８５ａが複数形成されている。両翼状ガイド部８２，８２により集められた排ガスは、各筒状ガイド部８３〜８５に沿って流れながらスリット８３ａ〜８５ａから、その内部のプロテクタ本体５１に進入し、排ガス誘導穴からセンサ素子４１に向かうようになっている。
【００３９】
なお、図１は図３（ａ）に対応し、図２は図３（ｃ）に対応する。また、図１の例では、筒状ガイド部８３の内周をプロテクタ本体５１の外周に接合させているが、図２の例では、筒状ガイド部８５の内周をプロテクタ本体５１の外周から離隔させている。筒状ガイド部の内周をプロテクタ本体５１の外周に接合（接近）させれば、排ガスの案内効果が高まり、筒状ガイド部の内周をプロテクタ本体５１の外周から離隔させれば、プロテクタ本体５１の内部への水分進入抑止効果が高まる。したがって、筒状ガイド部の内周とプロテクタ本体５１の外周とのクリアランスを、排ガス案内効果と水分進入抑止効果とをバランスさせた大きさに設定することが好ましい。
【００４０】
また、図３（ｄ）に示すガイド部材８０Ｄでは、一対の翼状ガイド部８２，８２の上下流側の各相互間を結ぶように円筒状の筒状ガイド部８６が形成され、筒状ガイド部８６にはスリットに替えてプロテクタ本体５１の排ガス誘導穴（例えば、６１ａ，６２ａ，７１ａ，７２ａ）と同様な穴部８６ａが複数形成され,排ガスは筒状ガイド部８６の表面に沿って流れてこれらの穴部８６ａから筒状ガイド部８６の内部に進入し、プロテクタ本体５１の排ガス誘導穴からその内部のセンサ素子４１に向かう。
【００４１】
また、図３（ｅ１），（ｅ２）に示すガイド部材８０Ｅでは、センサ素子４１を収容したプロテクタ５０にガイド部材８０Ｅを予め一体化してアセンブリ化したものである。この場合、プロテクタ５０の構成やガイド部材８０Ｅの構成には、上記の各実施形態で説明したものを適宜組み合わせることができる。ただし、ガイド部材８０Ｅは、その両翼状ガイド部８２，８２の各面が排ガスをロテクタ本体５１の内部のセンサ素子４１に向けるように所定方向を設定する必要がある（つまり、ガイド部材８０Ｅが所定の回転方向位相で装備する必要がある）。そこで、プロテクタ５０の螺合装着時にガイド部材８０Ｅは、その位置決め突起８１ａ取付ボス部２５の穴部２６に貫入させた所定の回転方向位相に保持できるように、ガイド部材８０Ｅはプロテクタ５０に回転可能に保持されている。
【００４２】
また、シール部材５３は、ガイド部材８０を含んで、穴部２４内の隙間をシールするように備えられている。
また、本実施形態では、ガスセンサ４０は、各気筒からの排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ［全域空燃比センサ、ＬＡＦＳ（リニアＡ／Ｆセンサ）］として構成されるが、１つの空燃比センサ４０により、各気筒からの排ガスの空燃比を検出するには、各気筒の排ガスが順次センサ素子４１を流通する点に着目して、検出タイミングで、排気管をセンサ素子４１で検出している検出値（空燃比）が何れの気筒のものかを判別して、各気筒からの排ガスの空燃比を得るようにしている。なお、かかるガスセンサとしては、空燃比センサに限定されるものではなく、ＮＯｘ等の他の排ガス成分について気筒別に検出するもの（気筒別ガス成分検出用ガスセンサ）でも適用できる。
【００４３】
本発明の第１実施形態にかかるセンサ素子への排ガスガイド装置及びそれを備えたエンジンの排気系は、上述のように構成されているので、複数の排気マニホルド１１〜１４を集合させた各排気集合流路３１，３２を流通する排ガスについて、センサ素子４１がそのガス成分（ここでは、空燃比）を検知する。この検知情報は、その検出タイミングと、各気筒の点火順序、即ち、排気順序とに応じて、検知した情報を何れの気筒のものであるかを特定して、各気筒からの排ガスのガス成分をそれぞれ個別に検知する。
【００４４】
本ガスセンサの場合、各気筒の排気マニホルド１１〜１４からの排ガスは、第１気筒及び第４気筒の排気マニホルド１１，１４を集合させた第１排気集合流路３１と、第２気筒及び第３気筒の排気マニホルド１２，１３を集合させた第２排気集合流路３２とに流入し、センサ素子４１を通過するが、点火順序（排気順序）は、第１気筒（♯１），第３気筒（♯３），第４気筒（♯４），第２気筒（♯２）の順であるから、第１排気集合流路３１に第１気筒の排気マニホルド１１からの排ガスが流通すると、次は、第２排気集合流路３２に第３気筒の排気マニホルド１３からの排ガスが流通し、次は、第１排気集合流路３１に第４気筒の排気マニホルド１４からの排ガスが流通し、次に、第２排気集合流路３２に第２気筒の排気マニホルド１２からの排ガスが流通する。
【００４５】
したがって、各排気集合流路３１，３２には、交互に排ガスが流入するので、各排気集合流路３１，３２における排気干渉が抑制されて、センサ素子４１に流入する排ガスのガス成分の値（ここでは、空燃比）を各気筒毎に確実に分離して把握することができる。特に、エンジン回転が高速になると、検出対象気筒の排ガスとその前後のタイミングで流通する気筒の排ガスとが互いに影響しあうため、ガスセンサ４０による各気筒の排ガスに関する検出精度が低下するおそれがあるが、２系統の排気集合流路３１，３２にそれぞれ集合するので、このような不具合も回避される。
【００４６】
もちろん、いわゆるデュアルエキゾースト構造による効果、つまり、排気干渉の影響を受けにくく、排気干渉によるエンジン出力の低下を回避することができ、また、棒状のセンサ素子５１の長手方向に、複数の排気集合流路３１，３２を併設することにより、排ガス流路断面積の縮小を抑えながら、センサ素子４１を排ガス流の流心に配置することが可能になり、排ガス流路断面積の縮小によるエンジン出力の低下を抑制しながら排ガスの検出精度を高めることが可能になる、といった効果を得ることができる。また、排ガスの集合部が複数の分散されるため、集合部３１，３２における排ガス温度の上昇が抑制されて、ガスセンサ４０の熱負荷を軽減できる。
【００４７】
そして、本プロテクタ５０によってセンサ素子４１を覆うことにより、排ガス中の異物の衝突によるセンサ素子４１の破損のおそれを低減することができる。
また、排気集合流路３１，３２の隣接壁部（第２排気集合管２２の管壁）の穴部２４を貫通するようにセンサ素子４１及びプロテクタ本体５１を装備するので、製造誤差を考慮して穴部２４とプロテクタ本体５１の外周との間にはクリアランス（隙間）を確保する必要があるが、このクリアランスは、上記の排気干渉の低減効果や、検出対象気筒の排ガスとその前後のタイミングで流通する気筒の排ガスとをより分離できる効果を、いずれも低下させることになる。
【００４８】
この点、本プロテクタによれば、シール部材５３により、プロテクタ本体５１の外周と穴部２４との隙間が閉塞されているので、排気干渉の低減効果や、各気筒の排ガスをより分離して検出できる効果を、確保することができる。
なお、図５（ｂ）に示すように、排ガス流下流側の排ガス誘導穴６２，７２を、排ガス流上流側の排ガス誘導穴６１，７１よりも大径に形成すれば、プロテクタ本体５１の内部の排ガスの滞留を抑制することができ、円滑な排ガス流通を実現できる上に、センサ素子４１の周辺への水分の進入や滞留を抑制することができる。
【００４９】
そして、ガイド部材８０の翼状ガイド部８２，８２及び筒状ガイド部８３〜８５により流通する排ガスを偏向しプロテクタ本体５１の内部に流入するように案内するので、プロテクタ本体５１の上流側の排ガス圧が高められ、プロテクタ本体５１の内部への排ガスの流入が促進され、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサ４０のセンサ素子４１の応答性が高められる。この結果、時間経過に応じて変化する排ガスの成分を１つのガスセンサ４０によって精度よく検出することができるようになるしたがって、複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒からの排ガスの成分を１つのガスセンサ４０によって精度よく検出することができる。
【００５０】
また、ガイド部材８０を、一対の翼状ガイド本体８２と、排気通路２１の壁部にプロテクタ本体５１の固定用フランジ部５２と共に固定される基部プレート８１とを有するように構成しているので、排気通路２１の壁部にプロテクタ５０と一体に装着することができ、装着性が向上し、組み付けコストの低減に寄与しうる。
また、プロテクタ本体５１の排ガス誘導穴６１ａ，６２ａ，７１ａ，７２ａについては、図７に変形例として示すような構成も適用できる。
【００５１】
図７（ａ）に示すものでは、排ガス誘導穴６１ｂ，７１ｂ，６２ｂ，７２ｂが、排ガス流の方向に対して傾斜して設定されている。
つまり、第１排気集合流路３１内の上流側の排ガス誘導穴６１ｂは、第１排気集合流路３１を流通する排ガスをセンサ素子４１に対して第２排気集合流路３２側に偏向させるように傾斜され、第２排気集合流路３２内の上流側の排ガス誘導穴７１ｂは、第２排気集合流路３２を流通する排ガスをセンサ素子４１に対して第１排気集合流路３１側に偏向させるように傾斜されている。また、第１排気集合流路３１内の下流側の排ガス誘導穴（排ガス排出穴）６２ｂは、第２排気集合流路３２を流通する排ガスをセンサ素子４１に対して第１排気集合流路３１側に偏向させるように傾斜され、第２排気集合流路３２内の下流側の排ガス誘導穴（排ガス排出穴）７２ｂは、第１排気集合流路３１を流通する排ガスをセンサ素子４１に対して第２排気集合流路３２側に偏向させるように傾斜されている。
【００５２】
本発明の第２実施形態にかかるエンジンの排気系構造は、そのプロテクタが上述のように構成されているので、第１排気集合流路３１を流通してプロテクタ本体５１の排ガス誘導穴６１ｂからその内部に進入する排ガスは、排ガス誘導穴６１ｂ及び排ガス誘導穴（排ガス排出穴）７２ｂの傾斜構造によって、第１排気集合流路３１側から第２排気集合流路３２側に偏向されるため、センサ素子４１の軸方法中心に向けてセンサ素子４１の周囲に満遍なく排ガスを送り込むことが可能になる。同様に、第２排気集合流路３２を流通してプロテクタ本体５１の排ガス誘導穴７１ｂからその内部に進入する排ガスは、排ガス誘導穴７１ｂ及び排ガス誘導穴（排ガス排出穴）６２ｂの傾斜構造によって、第２排気集合流路３２側から第１排気集合流路３１側に偏向されるため、センサ素子４１の軸方法中心に向けてセンサ素子４１の周囲に満遍なく排ガスを送り込むことが可能になる。したがって、ガスセンサの検出精度を向上させることができる。
【００５３】
また、図７（ｂ）に示すように、排ガス誘導穴６１ｃ，６２ｃの内周上面のみを、７１ｃ，７２ｃの内周下面のみを、それぞれ傾斜させて排ガス流れを偏向させるようにしてもよい。この場合、上流側の排ガス誘導穴６１ｃ，７１ｃは流れ方向に縮径するため、流通抵抗は増えるものの、排ガス中の水分のセンサ素子４１への進入を抑制できる効果がある。
【００５４】
また、図７（ａ），（ｂ）では、プロテクタ本体５１は一定の厚みがある（比較的厚い）ものとしているが、この場合も、プロテクタ本体５１を、外側プロテクタと内側プロテクタとからなる二重構造としてもよい。
また、比較的厚みの薄いプロテクタ本体を用いる場合には、図７（ｃ１），（ｃ２）及び（ｄ１），（ｄ２）に示すように、排ガス誘導穴１６１，１７１，１６２，１７２，２６１，２７１，２６２，２７２及び排ガスを内部のセンサ素子４１の表面に向けて誘導する誘導面１６１ａ，１７１ａ，１６２ａ，１７２ａ，２６１ａ，２７１ａ，２６２ａ，２７２ａを有するプロテクタ本体１５１，２５１を形成することができる。
【００５５】
図７（ｃ１），（ｃ２）に示すプロテクタ本体１５１では、排ガス誘導穴１６１，１７１及び１６２，１７２の穿設部を内方に折り込んで、プロテクタ本体１５１の外側を向いた面（平面或いは略平面）のみからなる誘導面１６１ａ，１７１ａ及び１６２ａ，１７２ａを形成している。図７（ｄ１），（ｄ２）に示すプロテクタ本体２５１では、排ガス誘導穴１６１，１７１及び１６２，１７２の穿設部を内方に折り込んで、の表面から内方のセンサ素子４１表面に向かう筒状面によりなるプロテクタ本体２５１の誘導面２６１ａ，２７１ａ及び２６２ａ，２７２ａを形成している。
【００５６】
プロテクタ本体を、外側プロテクタと内側プロテクタとの二重構造とする場合、内側プロテクタの厚さが厚い場合も薄い場合も外側プロテクタは薄いものとし、内側プロテクタの穴のみ方向性をもたせ、外側プロテクタの穴には方向性をもたせないことが好ましい。これは、外側プロテクタに方向性をもたせても排ガスをプロテクタ本体内部のセンサ素子４１の表面に向けて誘導する効果は弱く、加工コストの割にメリットが少ないためである。
【００５７】
また、プロテクタ本体が二重構造の場合、外側プロテクタの穴と内側プロテクタの穴の位置は重なっても重ならなくてもよい。重ならせる場合、排ガスをセンサ素子表面に向けて誘導する効果が高まり応答性は良くなるが被水には弱くなり、二重構造にする恩恵があまり受けられないことになり、重ならせない場合は被水に強いが排ガスをセンサ素子表面に向けて誘導する効果が低下しその分応答性は低下することになる。したがって、二重構造の場合、外側プロテクタの穴と内側プロテクタの穴の位置はこれらを考慮して設定すればよい。
【００５８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図８，図９を参照して説明する。
第1実施形態のガスセンサ４０が重合する第１排気集合管２１と第２排気集合管２２との双方にわたって設けられているのに対して、図８，９に示すように、本実施形態にかかるガスセンサ４０は単一の排気集合管２１に設けられている点のみ相違する。したがって、本実施形態では、第1実施形態のシール部材（弁）５３は省略されている。また、本実施形態にかかる排ガスセンサ用ガイド装置（ガイド装置）８、つまり、ガイド装置８を構成するプロテクタ５０及びガイド部材８０自体は、第1実施形態のものと同様に構成される。
【００５９】
なお、取付ボス部２５は、図８（ｂ）に示すように、第1実施形態と同様に、ガイド部材８０の基部プレート８１の位置決め突起８１ａが貫通する穴部２６を設ける構成とする。ただし、例えば、ガイド部材８０の翼状ガイド部８２の先端を、排ガス流の上流側、つまり、円筒状又は部分円筒状の筒状ガイド部８３から周外方に向けてより長く延設すると基部プレート８１が翼状ガイド部８２の先端と干渉する場合があるが、この場合には、基部プレート８１の翼状ガイド部８２の先端が干渉する箇所に切り欠き２７を設ければよい。この構成は、第1実施形態のものにも適用できる。
【００６０】
本発明の第２実施形態にかかる気筒別ガス成分検出用ガスセンサは、上述のように構成されているので、複数の排気マニホルド１１〜１４を集合させた各排気集合流路３１を流通する排ガスについて、センサ素子４１がそのガス成分（ここでは、空燃比）を検知する。この検知情報は、その検出タイミングと、各気筒の点火順序、即ち、排気順序とに応じて、検知した情報を何れの気筒のものであるかを特定して、各気筒からの排ガスのガス成分をそれぞれ個別に検知する。
【００６１】
そして、本プロテクタ５０によってセンサ素子４１を覆うことにより、排ガス中の異物の衝突によるセンサ素子４１の破損のおそれを低減することができる。
そして、ガイド部材８０の翼状ガイド部８２，８２及び筒状ガイド部８３〜８５により流通する排ガスを偏向しプロテクタ本体５１の内部に流入するように案内するので、プロテクタ本体５１の上流側の排ガス圧が高められ、プロテクタ本体５１の内部への排ガスの流入が促進され、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサ４０のセンサ素子４１の応答性が高められる。この結果、時間経過に応じて変化する排ガスの成分を１つのガスセンサ４０によって精度よく検出することができるようになるしたがって、複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒からの排ガスの成分を１つのガスセンサ４０によって精度よく検出することができる。
【００６２】
また、ガイド部材８０を、一対の翼状ガイド本体８２と、排気通路２１の壁部にプロテクタ本体５１の固定用フランジ部５２と共に固定される基部プレート８１とを有するように構成しているので、排気通路２１の壁部にプロテクタ５０と一体に装着することができ、装着性が向上し、組み付けコストの低減に寄与しうる。
【００６３】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について、図１０〜図１３を参照して説明する。
図１０〜図１３に示すように、本実施形態では、第１実施形態の翼状ガイド部８２，８２に相当するガイド部材９０が、プロテクタ５０のプロテクタ本体５１とは別個に設けられている。なお、ガスセンサ４０及びプロテクタ５０は、第1実施形態と同様に構成され、本実施形態にかかるガイド装置８´を構成するガイド部材８０が、第1実施形態のものと異なっている。
【００６４】
つまり、ガイド部材９０は、翼状ガイド部９１，９１と、翼状ガイド部９１の一端に形成された取付用ネジ軸（固定部）９２，９２とを有し、取付用ネジ軸９２，９２を各排気集合流路３１，３２の内壁部（第１排気集合管２１の内壁部及び第２排気集合管２２の内壁部）に形成されたネジ穴に挿入しナット９３により固定することによって、ガイド部材９０が取り付けられる。
【００６５】
これらのガイド部材９０は、図１３に示すように、翼状ガイド部９１，９１が、上流側端部から下流側端部にかけて、排ガス流方向に対して排ガス流がプロテクタ本体５１の軸心、即ち、センサ素子４１に集まるように、傾斜して配置される。両翼状ガイド部９１，９１により集められた排ガスは、プロテクタ本体５１の内部に進入し、排ガス誘導穴からセンサ素子４１に向かうようになっている。
【００６６】
本発明の第３実施形態にかかるガイド装置８´は、ガイド部材９０が上述のように構成されているので、ガイド部材９０の翼状ガイド部９１，９１により流通する排ガス（矢印Ｆ１参照）をプロテクタ本体５１の内部に集めて流入するように案内する（矢印Ｆ２参照）ので、排ガスをセンサ素子４１の周囲に集めることができ、ガスセンサ４０の検出精度を確保することができる。
【００６７】
しかも、既成の排気通路に容易にガイド部材９０を装備することができる上、この際、図１０に矢印で示すように、穴部２３，２４を通じてガイド部材９０を排気通路内に挿入して後付けすることも可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態を適宜変更して実施することができる。
【００６８】
例えば、上記第１，３実施形態では、第１排気集合管２１と第２排気集合管２２とを二重管構造に形成する例を示したが、本発明に適用しうる排気管構造はこれに限定されるものではない。また、通常、排気集合管（排気集合流路）は２系統であるが、それ以上の多系統に排気集合させるものへの適用も考えら、また、第２実施形態のように、排気集合管が１系統であってもよい。
【００６９】
さらに、本発明に適用しうるセンサ素子は、上記の各実施形態で説明したような排ガスの成分について検出するガスセンサのセンサ素子に限らず、排ガスの温度を検出するセンサ素子など、排ガスの性状、つまり、性質（例えば、成分の種類や特定成分の量，割合）や状態（例えば、温度）を検出するセンサ素子に適用しうる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、エンジン、特に、自動車用エンジンの排気系統の製造に適用するのに好適であり、エンジン性能を確保しながら排気浄化を促進するために、エンジンの排気系製造にかかる産業に広く適用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１ エンジン本体
８，８´ 排ガスセンサ用ガイド装置
１１〜１４ 排気マニホルド
２１ 第１排気集合管
２２ 第２排気集合管
２３，２４ 穴部
２５ａ ネジ部
３１ 第１排気集合流路（第１部分流路）
３２ 第２排気集合流路（第２部分流路）
４０ 排ガスセンサ（全域空燃比センサ）
４１ センサ素子
５０ プロテクタ
５１，１５１，２５１ プロテクタ本体
５２ 固定用フランジ部（固定部）
５２ａ ネジ部
５２ｂ プレート部
５２ｃ 六角部
５３，１５３ 環状のシール部材（弁）
６１ａ，７１ａ，６１ｂ，７１ｂ，６１ｃ，７１ｃ 排ガス誘導穴
６２ａ，７２ａ，６２ｂ，７２ｂ，６２ｃ，７２ｃ 排ガス誘導穴（排ガス排出穴）
８０，８０Ａ〜８０Ｅ，９０ 排ガスセンサ用ガイド部材
８２，９１ 翼状ガイド部（翼状ガイド本体）
８１ 環状の基部プレート（環状基部）
９２ 取付用ネジ軸（固定部）
１５１，２５１ プロテクタ本体
１６１，１７１，２６１，２７１ 排ガス誘導穴
１６２，１７２，２６２，２７２ 排ガス誘導穴（排ガス排出穴）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気系に装備されるセンサ素子への排ガスをガイドする装置及びそれを備えたエンジンの排気系構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に、車両用エンジンでは、エンジンからの排ガスをクリーン化するためや、燃費の向上を図るために、Ｏ２センサやＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）等の酸素濃度センサや、ＮＯｘセンサといったガスセンサを排気系に設置し、そのセンサで測定した排気ガス中の酸素濃度値やＮＯｘ濃度値等のガス濃度検出値をエンジンのフィードバック制御等に利用する技術が普及している。
【０００３】
車両用エンジンの場合、通常、多気筒エンジンであり、各気筒から排出された排ガスは排気マニホルドを経てその下流側の排気管に集められて、排気管に設けられた排ガス浄化触媒で適宜浄化されて排出される。上記のガスセンサの多くは、排気マニホルドの下流の排ガスが集合する排気管の排ガス浄化触媒よりも上流部に設けられる。
ところで、排ガス成分を検出するガスセンサの本体（センサ素子）はセラミックで作られているため、排ガス中の異物の衝突による破損のおそれがある。そこで、プロテクタによってセンサ素子を覆っており、センサ素子の破損を防止する技術が開発されている。このプロテクタは、一般に、金属製であり、内部プロテクタと外部プロテクタとからなる二重構造になっている。また、内部プロテクタ及び外部プロテクタには、排ガスが内部のセンサ素子の表面を流通するように、それぞれ複数の通気孔が設けられている。
【０００４】
このようなプロテクタの表面には排気ガス中の水分が凝縮した水滴が付着しやすい。このため、プロテクタを二重構造に形成しても、付着した水滴が外側プロテクタの通気孔から外側プロテクタ内に侵入し、さらに内側プロテクタの通気孔からその内側に入って、センサ素子に付着することがある。センサのヒータ装置が稼動しているときに、水滴がセンサ素子に付着した場合には、サーマルショックによる素子割れを起こす可能性がある。
【０００５】
そこで、特許文献１には、内側プロテクタの円筒状胴部の壁を、外方に突出する山部と内方に凹む谷部とが周方向に交互に並ぶように、即ち、周方向に波状に形成し、外側プロテクタに付着凝縮した液滴が外側プロテクタの通気孔から内側に侵入したとしても、谷部に案内され円筒状胴部の壁を軸方向に流下し、その液滴がさらに内側プロテクタの通気孔から内側プロテクタ内に入って、センサ素子まで到達するのを抑制できるようにする技術が提案されている。
【０００６】
ところで、こうしたプロテクタでは、センサ素子の保護の必要上、その通気孔をあまり大きくすることはできないため、孔を通過する際のガスの流れに対する抵抗により、プロテクタ内外のガス交換が制限されてしまい、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサの応答性の悪化を招いている。特に、保護性能の向上のために内側プロテクタと外側プロテクタとからなる二重構造のプロテクタは、ガスの流通抵抗が更に大きくなるため、より応答遅れを生じ易い。
【０００７】
そこで、特許文献２には、排ガス流路におけるプロテクタ配設部位よりも低圧となる下流側とプロテクタの内部とを連通させる連通路を設けて、プロテクタの内部を減圧するように構成し、これにより生じるプロテクタ内外の圧力差によって、プロテクタ内部への排ガスの流入を促進し、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサの応答性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１１３７２７号公報
【特許文献２】特開２００４−１９１０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、エンジンの排ガスについて、各気筒単位で検出できるようにすることが要望されている。例えば、自動車に搭載されコンピュータによって自己故障診断をするＯＢＤ［On Board Diagnosis（オンボード・ダイアグノーシス）］において、気筒別にＡ／Ｆ（空燃比、ただし、全域空燃比）を検知し、排ガスを制御できるようにすることが要望されている。
【００１０】
このように、気筒別の排ガスを１つのガスセンサで検出するには、複数気筒の排気通路を一箇所に終結させた個所に、ガスセンサを装備し、各気筒の排気タイミングに応じてガスセンサを流通するガスがどの気筒のものか推定しながら、各気筒の排ガスについて検出することが可能である。例えば、４気筒エンジンならば、点火順序（排気順序）は、第１気筒（♯１），第３気筒（♯３），第４気筒（♯４），第２気筒（♯２）の順であるから連続的に出力されるガスセンサの検出値を点火タイミング（排気タイミング）でこの順に分割して各気筒の検出データとすることができる。
【００１１】
しかしながら、このようの１つのガスセンサで排ガスを検知する場合、エンジン回転が高速になると、検出対象気筒の排ガスとその前後のタイミングで流通する気筒の排ガスとが互いに影響しあうため、ガスセンサによる各気筒の排ガスに関する検出精度が低下するおそれがある。特に、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサの応答性が悪いと、排気順序で前後する気筒の排ガスの影響が強くなり、検出精度の低下を一層招き易くなる。
【００１２】
この点で、特許文献２に記載された技術は、ガスセンサの応答性を確保することができ有効であるが、排ガス流路のプロテクタ配設部位よりも下流側とプロテクタの内部とを連通させる連通路を設ける構成では、連通路を排ガス流路の周囲に突設することになり、排ガス流路の周囲の構造が複雑になり、また、当然ながら連通路を気密に且つ十分な強度に増設する必要があり、コスト増が課題となる。
【００１３】
なお、このような課題は、排ガスの成分について検出するガスセンサのセンサ素子に限らず、排ガスの温度を検出するセンサ素子など、排ガスの性状、つまり、性質（例えば、成分の種類や特定成分の量，割合）や状態（例えば、温度）を検出するセンサ素子に関して、何れにも生じうるものである。
本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたもので、シンプルな構成により排ガスの性状をセンサ素子によって応答性よく検出することができるようにして、例えば複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒からの排ガスの性状を１つのセンサ素子によって精度よく検出することができるようにした、センサ素子への排ガスガイド装置及びそれをそなえたエンジンの排気系構造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】
【００１４】
上記の目標を達成するために、本発明のセンサ素子への排ガスガイド装置は、エンジンの排気通路内に装備され、排ガスの性状を検知するセンサ素子へ排ガスを案内するガイド装置であって、前記センサ素子を覆うと共に排ガスを前記センサ素子に誘導する複数の排ガス誘導穴を有するプロテクタと、前記プロテクタよりも前記排気通路の上流側に装備され、排ガス流を前記プロテクタの中心側に偏向させるガイド部材と、をそなえていることを特徴としている。
【００１５】
前記ガイド部材には、前記プロテクタの延在する方向に沿って延び、翼面が下流側に行くに従って互いに接近するように対称配置される一対の翼状ガイドが備えられていることが好ましい。
この場合、前記プロテクタは、前記センサ素子を包囲し前記排ガス誘導穴が形成された筒状のプロテクタ本体と、該プロテクタ本体の基部に備えられ前記排気通路の壁部に固定される固定部とを有し、前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイドの基部に備えられ前記排気通路の壁部に前記プロテクタの前記固定部と共に固定される環状基部とを有していることが好ましい。
【００１６】
さらに、前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイド本体の相互間に、前記プロテクタ本体を包囲するように配置され、排ガス流を前記プロテクタ本体の周面に向けて案内する筒状ガイドを有していることが好ましい。
また、本発明のエンジンの排気系構造は、排気通路に複数の部分流路を隣接して備えると共に、上記の何れかのセンサ素子への排ガスガイド装置を備えたエンジンの排気系構造であって、前記センサ素子は、前記部分流路の隣接壁部の穴部を貫通して装備され、前記各部分流路を流通する排ガスの性状をそれぞれ検知し、前記プロテクタは、前記センサ素子の外側で前記隣接壁部の穴部を貫通して装備されていることを特徴としている。
【００１７】
前記部分流路は、何れも、複数の排気マニホルドを集合させた排気集合流路であって、前記センサ素子は、前記各排気集合流路を流通する前記複数の排気マニホルドからの排ガスのガス成分をそれぞれ個別に検知することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかるセンサ素子への排ガスガイド装置及びエンジンの排気系構造によれば、プロテクタよりも排気通路の上流側に装備されたガイド部材が、排ガス流をプロテクタの中心側に偏向させるので、プロテクタの上流側の排ガス圧が高められ、プロテクタの内部への排ガスの流入が促進され、排気流路を流れる排ガスの状態の変化に対するセンサ素子の検出応答性が高められる。この結果、時間経過に応じて変化する排ガスの性状をセンサ素子によって精度よく検出することができるようになる。
【００１９】
したがって、例えば、複数気筒を有するエンジンの各気筒の排気マニホルドからの排ガスのガス成分を１つのセンサ素子に燃焼順に流入するものに適用した場合にも、かかるセンサ素子により排ガスの性状を精度よく検出することができる。
ガイド部材に、翼面が下流側に行くに従って互いに接近するように対称配置される一対の翼状ガイドを備えれば、排ガス流をプロテクタの中心側に効率よく偏向させることができる。
【００２０】
また、プロテクタを、センサ素子を包囲し排ガス誘導穴が形成された筒状のプロテクタ本体と、プロテクタ本体の基部に備えられ排気通路の壁部に固定される固定部とを有する構成とし、ガイド部材を、一対の翼状ガイドの基部に、排気通路の壁部にプロテクタの固定部と共に固定される環状基部を備えるように構成すれば、ガイド部材を、排気通路の壁部にプロテクタと一体に装着することができ、装着性が向上し、組み付けコストの低減に寄与しうる。
【００２１】
一対の翼状ガイド本体の相互間に、プロテクタ本体を包囲し、排ガス流をプロテクタ本体の周面に向けて案内する筒状ガイドを有するように構成すれば、プロテクタの内部への排ガスの流入がより促進され、ガス流路を流れるガスの性状の変化に対するセンサ素子の検出応答性が一層高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるガイド装置を示すもので、（ａ）はその排ガスセンサ及びガイド装置を示す排気通路の要部縦断面図、（ｂ）は排気通路の排ガスセンサ及びガイド装置の取付部分の正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるガイド装置の変形例を示すもので、（ａ）はその排ガスセンサ及びガイド装置を示す排気通路の要部縦断面図、（ｂ）は排気通路の排ガスセンサ及びガイド装置の取付部分の正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるガイド装置のガイド部材の構成例を示すもので、（ａ）〜（ｄ）はその第１〜４構成例をそれぞれ示す分解斜視図であり、（ｅ１）はその第５構成例を示す斜視図であり、（ｅ２）はその第５構成例を示す側面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる排気通路の構造を示す図であって、（ａ）はその第１例を示す斜視図、（ａ）はその第１例を示す斜視図、（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｃ）はその第２例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるプロテクタを示す図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその変形例にかかる側面図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかるシール部材の他の構成例を示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態にかかるプロテクタの他の構成例を示すもので、（ａ），（ｂ）はその第１，２構成例をそれぞれ示す縦断面図であり、（ｃ１）はその第３構成例を示す縦断面図、（ｃ２）はその第３構成例を示す側面図であり、（ｄ１）はその第４構成例を示す縦断面図、（ｄ２）はその第４構成例を示す側面図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるガイド装置を示すもので、（ａ）はその排ガスセンサ及びガイド装置を示す排気通路の要部縦断面図、（ｂ）は排気通路の排ガスセンサ及びガイド装置の取付部分の正面図、（ｃ）は排気通路の排ガスセンサ及びガイド装置の取付部分の変形例を示す正面図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかるガイド装置の変形例を示す排気通路の要部縦断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかるガイド装置を示す排気通路の要部断面の斜視図である。
【図１１】本発明の第３実施形態にかかるガイド装置を示す排気通路の要部断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態にかかるガイド装置のガイド部材の構成を説明する斜視図である。
【図１３】本発明の第３実施形態にかかるガイド装置のガイド部材の作用を説明する排気通路内の要部平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明に関し、第１〜第３の実施形態を説明する。
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態にかかるエンジンは、４気筒エンジンであって、その排気通路は、図４（ａ）に示すように、エンジン本体１の各気筒の排気ポート（図示略）に連通するよう各排気マニホルド１１〜１４が接続され、第１気筒（♯１）の排気マニホルド１１と第４気筒（♯４）の排気マニホルド１４とは第１排気集合管２１に集合されており、第２気筒（♯２）の排気マニホルド１２と第３気筒（♯３）の排気マニホルド１４とは第２排気集合管２２に集合されている。
【００２４】
第１排気集合管２１と第２排気集合管２２とは、二重管構造に形成され、第１排気集合管２１は外管部材として、第２排気集合管２２は内管部材として構成されている。そして、外管部材の第１排気集合管２１と内管部材の第２排気集合管２２との間が第１排気集合流路（第１部分流路）３１として構成され、内管部材の第２排気集合管２２の内部が第２排気集合流路（第２部分流路）３２として構成される。
【００２５】
重合した第１排気集合管２１と第２排気集合管２２との流れ方向同位置には、穴部２３，２４がそれぞれ穿設され、この穴部２３，２４に、排ガスセンサ（単に、ガスセンサともいう）４０のセンサ素子４１と、このセンサ素子４１を保護するプロテクタ５０、排ガス流をプロテクタ５０の中心側に偏向させるガイド部材８０とが、図４（ｂ）に示すように挿入されている。本実施形態にかかるセンサ素子への排ガスガイド装置（単に、ガイド装置ともいう）８は、このプロテクタ５０とガイド部材８０とから構成される。
【００２６】
なお、図４（ａ）に示す例では、各排気マニホルド１１〜１４が互いに同じ流路長になるように、それぞれに湾曲形成されており、各気筒からセンサ素子４１までの排気流路長が同等にされているが、各気筒からセンサ素子４１までの排気流路長を必ずしも全て同等にしなくてもよく、図４（ｃ）に示すように、互いに、集合される排気マニホルド１１，１４同士又は１２，１３同士を同じ流路長に設定するだけでもよい。
【００２７】
ガスセンサ４０，プロテクタ５０及びガイド部材８０は、図１又は図２に示すように配置される。
つまり、プロテクタ５０は、図１，図２，図５（ａ）に示すように、センサ素子４１との間に一定の隙間を有してセンサ素子４１を被覆する略円筒状のプロテクタ本体５１と、プロテクタ本体５１の基部に備えられた固定用フランジ部（固定部）５２とを有し、プロテクタ本体５１の中間部外周には環状のシール部材（弁）５３が装備される。プロテクタ本体５１には、プロテクタ本体５１の外部を流通する排ガスをプロテクタ本体５１の内部のセンサ素子４１の表面に向けて誘導するために、複数の排ガス誘導穴６１ａ，６２ａ，７１ａ，７２ａが形成されている。
【００２８】
固定用フランジ部５２は、第１排気集合管２１の穴部２３の周囲に外方に向けて突設された取付ボス部２５の内周に形成されたネジ部２５ａと螺合するネジ部５２ａと、ネジ部５２ａよりも大径で取付ボス部２５の端面に当接し密着するプレート部５２ｂと、ネジ部５２ａをネジ部２５ａに螺合する際のトルクを加えるための六角部５２ｃとを一体に備えている。
【００２９】
なお、ここでは、プロテクタ本体５１の排ガス流上流側の排ガス誘導穴に符号６１，７１を、排ガス流下流側の排ガス誘導穴（直接的には、排ガス排出穴であるが、当然ながら排ガス誘導の効果もある）に符号６２，７２を付して区別している。また、第１排気集合流路３１内の排ガス誘導穴に符号６１，６２を、第２排気集合流路３２内の排ガス誘導穴に符号７１，７２を付して区別している。
【００３０】
また、本実施形態では、プロテクタ本体５１に一定の厚みがある（比較的厚い）ものとしているが、例えば、比較的厚みの薄いプロテクタ本体を用いる場合等には、プロテクタ本体５１を、プロテクタ本体５１の外周面に対応した外側プロテクタと、プロテクタ本体５１の内周面に対応した内側プロテクタとの二重構造としてもよい。
このようなプロテクタ５０は、第１排気集合管２１の穴部２３の周囲に外方に向けて突設された取付ボス部２５の内周のネジ部２５ａに、固定用フランジ部５２の外周のネジ部５２ａを螺合させて取り付けられる。この取付状態では、排ガス誘導穴６１，６２が第１排気集合流路３１内に、排ガス誘導穴７１，７２が第２排気集合流路３２内に、それぞれ位置すると共に、プロテクタ本体５１の外周のシール部材５３がプロテクタ本体５１の外周と第２排気集合管２２の管壁（隣接壁部）との隙間２４を閉塞するように、配置されている。
【００３１】
シール部材５３には、排ガスの熱や排ガス成分に侵されることのない特性を有する材料が用いられ、円環状に形成されており、その外周には軸方向内面側（第２排気集合流路３２側）に向けて突出した円形突起部５３ａが形成されている。なお、ここでは、シール部材５３に上記の特性を有するステンレスを採用しているが、シール部材５３には上記の特性を有するものであれば、他の金属或いは金属以外の他の材料を用いてもよい。
【００３２】
第２排気集合管２２の穴部２４の周囲の外面側（第１排気集合流路３１側）には、シール部材５３が圧接する受け部材５４が装備されている。この受け部材５４は、円環状に形成されており、その外面側（第１排気集合流路３１側）にはシール部材５３の円形突起部５３ａが圧接する円形環状溝５４ａが形成されている。
ここでは、シール部材５３に、柔軟性の低い（つまり、剛性の高い）ステンレスが採用されているので、シール部材５３自体の弾性変形によりシール性を確保することは困難なので、シール部材５３の円形突起部５３ａを受け部材５４の円形環状溝５４ａに圧接する構造としてシール性を確保している。
【００３３】
ただし、シール部材５３は、第１排気集合流路３１と第２排気集合流路３２との各部分流路への排ガスの分離効果を確保するためのものなので、完全密閉できるほどのシール性能は要求されない。したがって、シール部材５３の円形突起部５３ａと受け部材５４の円形環状溝５４ａとの圧接部分に僅かな隙間が存在しても許容される。
なお、シール部材としては、上記の排ガスの熱や排ガス成分に侵されることのない特性を有するものであれば、ゴム又は樹脂等の弾性体により、或いは、かかる弾性体を含んだ構成としてもよい。この場合、例えば、図６に示すように、弾性体のシール部材１５３を構成することができる。
【００３４】
つまり、穴部２４の周縁に適宜弾性変形しながら当接するシール部材１５３の当接側外周部には、段部１５３ａが形成され、この段部１５３ａを通じて穴部２４周縁の第１排気集合流路３１側の面（第２排気集合管２２の外周面）と穴部２４内周面との双方に密着して隙間を確実にシールするように構成すことができる。
そして、図１，図２に示すように、プロテクタ５０のプロテクタ本体５１の外周に、各排気集合流路３１，３２を流通する排ガスをプロテクタ本体５１の内部に流入するように案内するガイド部材８０が追加されている。
【００３５】
本実施形態にかかるガイド部材８０は、図３に示すように、環状の基部プレート（環状基部）８１と、基部プレート８１から円筒状のプロテクタ本体５１の母線方向に延びた翼状ガイド部（翼状ガイド）８２と、翼状ガイド部８２の内周に備えられた円筒状又は部分円筒状の筒状ガイド部（筒状ガイド）８３〜８６とを備えている。なお、翼状ガイド部８２は、プロテクタ本体５１の上流側に左右に対を成すようにプロテクタ本体５１の軸心線を含む流路平行面に対して対称に形成されている。それぞれの翼状ガイド部８２の両面は、排ガスをプロテクタ本体５１の内部のセンサ素子４１に向かうように配向されている。
【００３６】
基部プレート８１には、位置決め突起８１ａが形成され、この突起８１ａを、第１排気集合管２１の穴部２３の取付ボス部２５の内周の取付面に形成された穴部２６に貫通させて装着することにより、所定の位置関係で第１排気集合管２１の穴部２３に装着される。そして、基部プレート８１は、プロテクタ本体５１の外周に外装され固定用フランジ部５２のプロテクタ本体５１側の環状面に当接されて、固定用フランジ部５２が取付ボス部２５に螺合締結されることにより、固定用フランジ部５２を通じて取付ボス部２５の内側の第１排気集合管２１の外周面に挟装される。
【００３７】
図３（ａ）に示す例では、一対の翼状ガイド部８２，８２の上流側の結ぶように部分円筒状の筒状ガイド部８３が形成され、図３（ｂ）に示す例では、一対の翼状ガイド部８２，８２の下流側の結ぶように部分円筒状の筒状ガイド部（筒状ガイド）８４が形成され、図３（ｃ）に示す例では、一対の翼状ガイド部８２，８２の上下流側の結ぶように円筒状の筒状ガイド部８５が形成されている。
【００３８】
翼状ガイド部８２，８２は、上流側端部から下流側端部にかけて、排ガス流方向に対して排ガス流がプロテクタ本体５１の軸心、即ち、センサ素子４１に集まるように、傾斜して配置され、翼状ガイド部８２，８２と直行する方向にスリット８３ａ〜８５ａが複数形成されている。両翼状ガイド部８２，８２により集められた排ガスは、各筒状ガイド部８３〜８５に沿って流れながらスリット８３ａ〜８５ａから、その内部のプロテクタ本体５１に進入し、排ガス誘導穴からセンサ素子４１に向かうようになっている。
【００３９】
なお、図１は図３（ａ）に対応し、図２は図３（ｃ）に対応する。また、図１の例では、筒状ガイド部８３の内周をプロテクタ本体５１の外周に接合させているが、図２の例では、筒状ガイド部８５の内周をプロテクタ本体５１の外周から離隔させている。筒状ガイド部の内周をプロテクタ本体５１の外周に接合（接近）させれば、排ガスの案内効果が高まり、筒状ガイド部の内周をプロテクタ本体５１の外周から離隔させれば、プロテクタ本体５１の内部への水分進入抑止効果が高まる。したがって、筒状ガイド部の内周とプロテクタ本体５１の外周とのクリアランスを、排ガス案内効果と水分進入抑止効果とをバランスさせた大きさに設定することが好ましい。
【００４０】
また、図３（ｄ）に示すガイド部材８０Ｄでは、一対の翼状ガイド部８２，８２の上下流側の各相互間を結ぶように円筒状の筒状ガイド部８６が形成され、筒状ガイド部８６にはスリットに替えてプロテクタ本体５１の排ガス誘導穴（例えば、６１ａ，６２ａ，７１ａ，７２ａ）と同様な穴部８６ａが複数形成され,排ガスは筒状ガイド部８６の表面に沿って流れてこれらの穴部８６ａから筒状ガイド部８６の内部に進入し、プロテクタ本体５１の排ガス誘導穴からその内部のセンサ素子４１に向かう。
【００４１】
また、図３（ｅ１），（ｅ２）に示すガイド部材８０Ｅでは、センサ素子４１を収容したプロテクタ５０にガイド部材８０Ｅを予め一体化してアセンブリ化したものである。この場合、プロテクタ５０の構成やガイド部材８０Ｅの構成には、上記の各実施形態で説明したものを適宜組み合わせることができる。ただし、ガイド部材８０Ｅは、その両翼状ガイド部８２，８２の各面が排ガスをロテクタ本体５１の内部のセンサ素子４１に向けるように所定方向を設定する必要がある（つまり、ガイド部材８０Ｅが所定の回転方向位相で装備する必要がある）。そこで、プロテクタ５０の螺合装着時にガイド部材８０Ｅは、その位置決め突起８１ａ取付ボス部２５の穴部２６に貫入させた所定の回転方向位相に保持できるように、ガイド部材８０Ｅはプロテクタ５０に回転可能に保持されている。
【００４２】
また、シール部材５３は、ガイド部材８０を含んで、穴部２４内の隙間をシールするように備えられている。
また、本実施形態では、ガスセンサ４０は、各気筒からの排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ［全域空燃比センサ、ＬＡＦＳ（リニアＡ／Ｆセンサ）］として構成されるが、１つの空燃比センサ４０により、各気筒からの排ガスの空燃比を検出するには、各気筒の排ガスが順次センサ素子４１を流通する点に着目して、検出タイミングで、排気管をセンサ素子４１で検出している検出値（空燃比）が何れの気筒のものかを判別して、各気筒からの排ガスの空燃比を得るようにしている。なお、かかるガスセンサとしては、空燃比センサに限定されるものではなく、ＮＯｘ等の他の排ガス成分について気筒別に検出するもの（気筒別ガス成分検出用ガスセンサ）でも適用できる。
【００４３】
本発明の第１実施形態にかかるセンサ素子への排ガスガイド装置及びそれを備えたエンジンの排気系は、上述のように構成されているので、複数の排気マニホルド１１〜１４を集合させた各排気集合流路３１，３２を流通する排ガスについて、センサ素子４１がそのガス成分（ここでは、空燃比）を検知する。この検知情報は、その検出タイミングと、各気筒の点火順序、即ち、排気順序とに応じて、検知した情報を何れの気筒のものであるかを特定して、各気筒からの排ガスのガス成分をそれぞれ個別に検知する。
【００４４】
本ガスセンサの場合、各気筒の排気マニホルド１１〜１４からの排ガスは、第１気筒及び第４気筒の排気マニホルド１１，１４を集合させた第１排気集合流路３１と、第２気筒及び第３気筒の排気マニホルド１２，１３を集合させた第２排気集合流路３２とに流入し、センサ素子４１を通過するが、点火順序（排気順序）は、第１気筒（♯１），第３気筒（♯３），第４気筒（♯４），第２気筒（♯２）の順であるから、第１排気集合流路３１に第１気筒の排気マニホルド１１からの排ガスが流通すると、次は、第２排気集合流路３２に第３気筒の排気マニホルド１３からの排ガスが流通し、次は、第１排気集合流路３１に第４気筒の排気マニホルド１４からの排ガスが流通し、次に、第２排気集合流路３２に第２気筒の排気マニホルド１２からの排ガスが流通する。
【００４５】
したがって、各排気集合流路３１，３２には、交互に排ガスが流入するので、各排気集合流路３１，３２における排気干渉が抑制されて、センサ素子４１に流入する排ガスのガス成分の値（ここでは、空燃比）を各気筒毎に確実に分離して把握することができる。特に、エンジン回転が高速になると、検出対象気筒の排ガスとその前後のタイミングで流通する気筒の排ガスとが互いに影響しあうため、ガスセンサ４０による各気筒の排ガスに関する検出精度が低下するおそれがあるが、２系統の排気集合流路３１，３２にそれぞれ集合するので、このような不具合も回避される。
【００４６】
もちろん、いわゆるデュアルエキゾースト構造による効果、つまり、排気干渉の影響を受けにくく、排気干渉によるエンジン出力の低下を回避することができ、また、棒状のセンサ素子５１の長手方向に、複数の排気集合流路３１，３２を併設することにより、排ガス流路断面積の縮小を抑えながら、センサ素子４１を排ガス流の流心に配置することが可能になり、排ガス流路断面積の縮小によるエンジン出力の低下を抑制しながら排ガスの検出精度を高めることが可能になる、といった効果を得ることができる。また、排ガスの集合部が複数の分散されるため、集合部３１，３２における排ガス温度の上昇が抑制されて、ガスセンサ４０の熱負荷を軽減できる。
【００４７】
そして、本プロテクタ５０によってセンサ素子４１を覆うことにより、排ガス中の異物の衝突によるセンサ素子４１の破損のおそれを低減することができる。
また、排気集合流路３１，３２の隣接壁部（第２排気集合管２２の管壁）の穴部２４を貫通するようにセンサ素子４１及びプロテクタ本体５１を装備するので、製造誤差を考慮して穴部２４とプロテクタ本体５１の外周との間にはクリアランス（隙間）を確保する必要があるが、このクリアランスは、上記の排気干渉の低減効果や、検出対象気筒の排ガスとその前後のタイミングで流通する気筒の排ガスとをより分離できる効果を、いずれも低下させることになる。
【００４８】
この点、本プロテクタによれば、シール部材５３により、プロテクタ本体５１の外周と穴部２４との隙間が閉塞されているので、排気干渉の低減効果や、各気筒の排ガスをより分離して検出できる効果を、確保することができる。
なお、図５（ｂ）に示すように、排ガス流下流側の排ガス誘導穴６２，７２を、排ガス流上流側の排ガス誘導穴６１，７１よりも大径に形成すれば、プロテクタ本体５１の内部の排ガスの滞留を抑制することができ、円滑な排ガス流通を実現できる上に、センサ素子４１の周辺への水分の進入や滞留を抑制することができる。
【００４９】
そして、ガイド部材８０の翼状ガイド部８２，８２及び筒状ガイド部８３〜８５により流通する排ガスを偏向しプロテクタ本体５１の内部に流入するように案内するので、プロテクタ本体５１の上流側の排ガス圧が高められ、プロテクタ本体５１の内部への排ガスの流入が促進され、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサ４０のセンサ素子４１の応答性が高められる。この結果、時間経過に応じて変化する排ガスの成分を１つのガスセンサ４０によって精度よく検出することができるようになるしたがって、複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒からの排ガスの成分を１つのガスセンサ４０によって精度よく検出することができる。
【００５０】
また、ガイド部材８０を、一対の翼状ガイド本体８２と、排気通路２１の壁部にプロテクタ本体５１の固定用フランジ部５２と共に固定される基部プレート８１とを有するように構成しているので、排気通路２１の壁部にプロテクタ５０と一体に装着することができ、装着性が向上し、組み付けコストの低減に寄与しうる。
また、プロテクタ本体５１の排ガス誘導穴６１ａ，６２ａ，７１ａ，７２ａについては、図７に変形例として示すような構成も適用できる。
【００５１】
図７（ａ）に示すものでは、排ガス誘導穴６１ｂ，７１ｂ，６２ｂ，７２ｂが、排ガス流の方向に対して傾斜して設定されている。
つまり、第１排気集合流路３１内の上流側の排ガス誘導穴６１ｂは、第１排気集合流路３１を流通する排ガスをセンサ素子４１に対して第２排気集合流路３２側に偏向させるように傾斜され、第２排気集合流路３２内の上流側の排ガス誘導穴７１ｂは、第２排気集合流路３２を流通する排ガスをセンサ素子４１に対して第１排気集合流路３１側に偏向させるように傾斜されている。また、第１排気集合流路３１内の下流側の排ガス誘導穴（排ガス排出穴）６２ｂは、第２排気集合流路３２を流通する排ガスをセンサ素子４１に対して第１排気集合流路３１側に偏向させるように傾斜され、第２排気集合流路３２内の下流側の排ガス誘導穴（排ガス排出穴）７２ｂは、第１排気集合流路３１を流通する排ガスをセンサ素子４１に対して第２排気集合流路３２側に偏向させるように傾斜されている。
【００５２】
本発明の第２実施形態にかかるエンジンの排気系構造は、そのプロテクタが上述のように構成されているので、第１排気集合流路３１を流通してプロテクタ本体５１の排ガス誘導穴６１ｂからその内部に進入する排ガスは、排ガス誘導穴６１ｂ及び排ガス誘導穴（排ガス排出穴）７２ｂの傾斜構造によって、第１排気集合流路３１側から第２排気集合流路３２側に偏向されるため、センサ素子４１の軸方法中心に向けてセンサ素子４１の周囲に満遍なく排ガスを送り込むことが可能になる。同様に、第２排気集合流路３２を流通してプロテクタ本体５１の排ガス誘導穴７１ｂからその内部に進入する排ガスは、排ガス誘導穴７１ｂ及び排ガス誘導穴（排ガス排出穴）６２ｂの傾斜構造によって、第２排気集合流路３２側から第１排気集合流路３１側に偏向されるため、センサ素子４１の軸方法中心に向けてセンサ素子４１の周囲に満遍なく排ガスを送り込むことが可能になる。したがって、ガスセンサの検出精度を向上させることができる。
【００５３】
また、図７（ｂ）に示すように、排ガス誘導穴６１ｃ，６２ｃの内周上面のみを、７１ｃ，７２ｃの内周下面のみを、それぞれ傾斜させて排ガス流れを偏向させるようにしてもよい。この場合、上流側の排ガス誘導穴６１ｃ，７１ｃは流れ方向に縮径するため、流通抵抗は増えるものの、排ガス中の水分のセンサ素子４１への進入を抑制できる効果がある。
【００５４】
また、図７（ａ），（ｂ）では、プロテクタ本体５１は一定の厚みがある（比較的厚い）ものとしているが、この場合も、プロテクタ本体５１を、外側プロテクタと内側プロテクタとからなる二重構造としてもよい。
また、比較的厚みの薄いプロテクタ本体を用いる場合には、図７（ｃ１），（ｃ２）及び（ｄ１），（ｄ２）に示すように、排ガス誘導穴１６１，１７１，１６２，１７２，２６１，２７１，２６２，２７２及び排ガスを内部のセンサ素子４１の表面に向けて誘導する誘導面１６１ａ，１７１ａ，１６２ａ，１７２ａ，２６１ａ，２７１ａ，２６２ａ，２７２ａを有するプロテクタ本体１５１，２５１を形成することができる。
【００５５】
図７（ｃ１），（ｃ２）に示すプロテクタ本体１５１では、排ガス誘導穴１６１，１７１及び１６２，１７２の穿設部を内方に折り込んで、プロテクタ本体１５１の外側を向いた面（平面或いは略平面）のみからなる誘導面１６１ａ，１７１ａ及び１６２ａ，１７２ａを形成している。図７（ｄ１），（ｄ２）に示すプロテクタ本体２５１では、排ガス誘導穴１６１，１７１及び１６２，１７２の穿設部を内方に折り込んで、の表面から内方のセンサ素子４１表面に向かう筒状面によりなるプロテクタ本体２５１の誘導面２６１ａ，２７１ａ及び２６２ａ，２７２ａを形成している。
【００５６】
プロテクタ本体を、外側プロテクタと内側プロテクタとの二重構造とする場合、内側プロテクタの厚さが厚い場合も薄い場合も外側プロテクタは薄いものとし、内側プロテクタの穴のみ方向性をもたせ、外側プロテクタの穴には方向性をもたせないことが好ましい。これは、外側プロテクタに方向性をもたせても排ガスをプロテクタ本体内部のセンサ素子４１の表面に向けて誘導する効果は弱く、加工コストの割にメリットが少ないためである。
【００５７】
また、プロテクタ本体が二重構造の場合、外側プロテクタの穴と内側プロテクタの穴の位置は重なっても重ならなくてもよい。重ならせる場合、排ガスをセンサ素子表面に向けて誘導する効果が高まり応答性は良くなるが被水には弱くなり、二重構造にする恩恵があまり受けられないことになり、重ならせない場合は被水に強いが排ガスをセンサ素子表面に向けて誘導する効果が低下しその分応答性は低下することになる。したがって、二重構造の場合、外側プロテクタの穴と内側プロテクタの穴の位置はこれらを考慮して設定すればよい。
【００５８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図８，図９を参照して説明する。
第1実施形態のガスセンサ４０が重合する第１排気集合管２１と第２排気集合管２２との双方にわたって設けられているのに対して、図８，９に示すように、本実施形態にかかるガスセンサ４０は単一の排気集合管２１に設けられている点のみ相違する。したがって、本実施形態では、第1実施形態のシール部材（弁）５３は省略されている。また、本実施形態にかかる排ガスセンサ用ガイド装置（ガイド装置）８、つまり、ガイド装置８を構成するプロテクタ５０及びガイド部材８０自体は、第1実施形態のものと同様に構成される。
【００５９】
なお、取付ボス部２５は、図８（ｂ）に示すように、第1実施形態と同様に、ガイド部材８０の基部プレート８１の位置決め突起８１ａが貫通する穴部２６を設ける構成とする。ただし、例えば、ガイド部材８０の翼状ガイド部８２の先端を、排ガス流の上流側、つまり、円筒状又は部分円筒状の筒状ガイド部８３から周外方に向けてより長く延設すると基部プレート８１が翼状ガイド部８２の先端と干渉する場合があるが、この場合には、基部プレート８１の翼状ガイド部８２の先端が干渉する箇所に切り欠き２７を設ければよい。この構成は、第1実施形態のものにも適用できる。
【００６０】
本発明の第２実施形態にかかる気筒別ガス成分検出用ガスセンサは、上述のように構成されているので、複数の排気マニホルド１１〜１４を集合させた各排気集合流路３１を流通する排ガスについて、センサ素子４１がそのガス成分（ここでは、空燃比）を検知する。この検知情報は、その検出タイミングと、各気筒の点火順序、即ち、排気順序とに応じて、検知した情報を何れの気筒のものであるかを特定して、各気筒からの排ガスのガス成分をそれぞれ個別に検知する。
【００６１】
そして、本プロテクタ５０によってセンサ素子４１を覆うことにより、排ガス中の異物の衝突によるセンサ素子４１の破損のおそれを低減することができる。
そして、ガイド部材８０の翼状ガイド部８２，８２及び筒状ガイド部８３〜８５により流通する排ガスを偏向しプロテクタ本体５１の内部に流入するように案内するので、プロテクタ本体５１の上流側の排ガス圧が高められ、プロテクタ本体５１の内部への排ガスの流入が促進され、ガス流路を流れるガスの成分や濃度の変化に対するガスセンサ４０のセンサ素子４１の応答性が高められる。この結果、時間経過に応じて変化する排ガスの成分を１つのガスセンサ４０によって精度よく検出することができるようになるしたがって、複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒からの排ガスの成分を１つのガスセンサ４０によって精度よく検出することができる。
【００６２】
また、ガイド部材８０を、一対の翼状ガイド本体８２と、排気通路２１の壁部にプロテクタ本体５１の固定用フランジ部５２と共に固定される基部プレート８１とを有するように構成しているので、排気通路２１の壁部にプロテクタ５０と一体に装着することができ、装着性が向上し、組み付けコストの低減に寄与しうる。
【００６３】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について、図１０〜図１３を参照して説明する。
図１０〜図１３に示すように、本実施形態では、第１実施形態の翼状ガイド部８２，８２に相当するガイド部材９０が、プロテクタ５０のプロテクタ本体５１とは別個に設けられている。なお、ガスセンサ４０及びプロテクタ５０は、第1実施形態と同様に構成され、本実施形態にかかるガイド装置８´を構成するガイド部材８０が、第1実施形態のものと異なっている。
【００６４】
つまり、ガイド部材９０は、翼状ガイド部９１，９１と、翼状ガイド部９１の一端に形成された取付用ネジ軸（固定部）９２，９２とを有し、取付用ネジ軸９２，９２を各排気集合流路３１，３２の内壁部（第１排気集合管２１の内壁部及び第２排気集合管２２の内壁部）に形成されたネジ穴に挿入しナット９３により固定することによって、ガイド部材９０が取り付けられる。
【００６５】
これらのガイド部材９０は、図１３に示すように、翼状ガイド部９１，９１が、上流側端部から下流側端部にかけて、排ガス流方向に対して排ガス流がプロテクタ本体５１の軸心、即ち、センサ素子４１に集まるように、傾斜して配置される。両翼状ガイド部９１，９１により集められた排ガスは、プロテクタ本体５１の内部に進入し、排ガス誘導穴からセンサ素子４１に向かうようになっている。
【００６６】
本発明の第３実施形態にかかるガイド装置８´は、ガイド部材９０が上述のように構成されているので、ガイド部材９０の翼状ガイド部９１，９１により流通する排ガス（矢印Ｆ１参照）をプロテクタ本体５１の内部に集めて流入するように案内する（矢印Ｆ２参照）ので、排ガスをセンサ素子４１の周囲に集めることができ、ガスセンサ４０の検出精度を確保することができる。
【００６７】
しかも、既成の排気通路に容易にガイド部材９０を装備することができる上、この際、図１０に矢印で示すように、穴部２３，２４を通じてガイド部材９０を排気通路内に挿入して後付けすることも可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態を適宜変更して実施することができる。
【００６８】
例えば、上記第１，３実施形態では、第１排気集合管２１と第２排気集合管２２とを二重管構造に形成する例を示したが、本発明に適用しうる排気管構造はこれに限定されるものではない。また、通常、排気集合管（排気集合流路）は２系統であるが、それ以上の多系統に排気集合させるものへの適用も考えら、また、第２実施形態のように、排気集合管が１系統であってもよい。
【００６９】
さらに、本発明に適用しうるセンサ素子は、上記の各実施形態で説明したような排ガスの成分について検出するガスセンサのセンサ素子に限らず、排ガスの温度を検出するセンサ素子など、排ガスの性状、つまり、性質（例えば、成分の種類や特定成分の量，割合）や状態（例えば、温度）を検出するセンサ素子に適用しうる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、エンジン、特に、自動車用エンジンの排気系統の製造に適用するのに好適であり、エンジン性能を確保しながら排気浄化を促進するために、エンジンの排気系製造にかかる産業に広く適用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１ エンジン本体
８，８´ 排ガスセンサ用ガイド装置
１１〜１４ 排気マニホルド
２１ 第１排気集合管
２２ 第２排気集合管
２３，２４ 穴部
２５ａ ネジ部
３１ 第１排気集合流路（第１部分流路）
３２ 第２排気集合流路（第２部分流路）
４０ 排ガスセンサ（全域空燃比センサ）
４１ センサ素子
５０ プロテクタ
５１，１５１，２５１ プロテクタ本体
５２ 固定用フランジ部（固定部）
５２ａ ネジ部
５２ｂ プレート部
５２ｃ 六角部
５３，１５３ 環状のシール部材（弁）
６１ａ，７１ａ，６１ｂ，７１ｂ，６１ｃ，７１ｃ 排ガス誘導穴
６２ａ，７２ａ，６２ｂ，７２ｂ，６２ｃ，７２ｃ 排ガス誘導穴（排ガス排出穴）
８０，８０Ａ〜８０Ｅ，９０ 排ガスセンサ用ガイド部材
８２，９１ 翼状ガイド部（翼状ガイド本体）
８１ 環状の基部プレート（環状基部）
９２ 取付用ネジ軸（固定部）
１５１，２５１ プロテクタ本体
１６１，１７１，２６１，２７１ 排ガス誘導穴
１６２，１７２，２６２，２７２ 排ガス誘導穴（排ガス排出穴）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路内に装備され、排ガスの性状を検知するセンサ素子へ排ガスを案内するガイド装置であって、
前記センサ素子を覆うと共に排ガスを前記センサ素子に誘導する複数の排ガス誘導穴を有するプロテクタと、
前記プロテクタよりも前記排気通路の上流側に装備され、排ガス流を前記プロテクタの中心側に偏向させるガイド部材と、をそなえている
ことを特徴とする、センサ素子への排ガスガイド装置。
【請求項２】
前記ガイド部材には、前記プロテクタの延在する方向に沿って延び、翼面が下流側に行くに従って互いに接近するように対称配置される一対の翼状ガイドが備えられている
ことを特徴とする、請求項１記載のセンサ素子への排ガスガイド装置。
【請求項３】
前記プロテクタは、前記センサ素子を包囲し前記排ガス誘導穴が形成された筒状のプロテクタ本体と、該プロテクタ本体の基部に備えられ前記排気通路の壁部に固定される固定部とを有し、
前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイドの基部に備えられ前記排気通路の壁部に前記プロテクタの前記固定部と共に固定される環状基部とを有している
ことを特徴とする、請求項２記載のセンサ素子への排ガスガイド装置。
【請求項４】
前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイド本体の相互間に、前記プロテクタ本体を包囲するように配置され、排ガス流を前記プロテクタ本体の周面に向けて案内する筒状ガイドを有している
ことを特徴とする、請求項３記載のセンサ素子への排ガスガイド装置。
【請求項５】
排気通路に複数の部分流路を隣接して備えると共に、請求項１〜４の何れか１項に記載のセンサ素子への排ガスガイド装置を備えたエンジンの排気系構造であって、
前記センサ素子は、前記部分流路の隣接壁部の穴部を貫通して装備され、前記各部分流路を流通する排ガスの性状をそれぞれ検知し、
前記プロテクタは、前記センサ素子の外側で前記隣接壁部の穴部を貫通して装備されている
ことを特徴とする、エンジンの排気系構造。
【請求項６】
前記部分流路は、何れも、複数の排気マニホルドを集合させた排気集合流路であって、
前記センサ素子は、前記各排気集合流路を流通する前記複数の排気マニホルドからの排ガスのガス成分をそれぞれ個別に検知する
ことを特徴とする、請求項５記載のエンジンの排気系構造。
【請求項１】
エンジンの排気通路内に装備され、排ガスの性状を検知するセンサ素子へ排ガスを案内するガイド装置であって、
前記センサ素子を覆うと共に排ガスを前記センサ素子に誘導する複数の排ガス誘導穴を有するプロテクタと、
前記プロテクタよりも前記排気通路の上流側に装備され、排ガス流を前記プロテクタの中心側に偏向させるガイド部材と、をそなえている
ことを特徴とする、センサ素子への排ガスガイド装置。
【請求項２】
前記ガイド部材には、前記プロテクタの延在する方向に沿って延び、翼面が下流側に行くに従って互いに接近するように対称配置される一対の翼状ガイドが備えられている
ことを特徴とする、請求項１記載のセンサ素子への排ガスガイド装置。
【請求項３】
前記プロテクタは、前記センサ素子を包囲し前記排ガス誘導穴が形成された筒状のプロテクタ本体と、該プロテクタ本体の基部に備えられ前記排気通路の壁部に固定される固定部とを有し、
前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイドの基部に備えられ前記排気通路の壁部に前記プロテクタの前記固定部と共に固定される環状基部とを有している
ことを特徴とする、請求項２記載のセンサ素子への排ガスガイド装置。
【請求項４】
前記ガイド部材は、前記一対の翼状ガイド本体の相互間に、前記プロテクタ本体を包囲するように配置され、排ガス流を前記プロテクタ本体の周面に向けて案内する筒状ガイドを有している
ことを特徴とする、請求項３記載のセンサ素子への排ガスガイド装置。
【請求項５】
排気通路に複数の部分流路を隣接して備えると共に、請求項１〜４の何れか１項に記載のセンサ素子への排ガスガイド装置を備えたエンジンの排気系構造であって、
前記センサ素子は、前記部分流路の隣接壁部の穴部を貫通して装備され、前記各部分流路を流通する排ガスの性状をそれぞれ検知し、
前記プロテクタは、前記センサ素子の外側で前記隣接壁部の穴部を貫通して装備されている
ことを特徴とする、エンジンの排気系構造。
【請求項６】
前記部分流路は、何れも、複数の排気マニホルドを集合させた排気集合流路であって、
前記センサ素子は、前記各排気集合流路を流通する前記複数の排気マニホルドからの排ガスのガス成分をそれぞれ個別に検知する
ことを特徴とする、請求項５記載のエンジンの排気系構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２１９９４（Ｐ２０１１−２１９９４Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６７０６５（Ｐ２００９−１６７０６５）
【出願日】平成２１年７月１５日（２００９．７．１５）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１５日（２００９．７．１５）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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