センサ配置構造
【課題】エンジンの吸気通路に設置されるセンサへの水滴の付着を抑えてセンサの故障を防止し、センサが使用される吸気量制御システム等の信頼性を向上するセンサ配置構造を提供する。
【解決手段】吸気装置１２の吸気通路は、上流側に設けられた吸気配管１７と、この吸気配管１７の下流側に設けられるとともにエンジン本体１１の側方に位置する吸気チャンバ２２と、この吸気チャンバ２２からエンジン本体１１の各気筒１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄに吸気を導く吸気管２８とから構成され、吸気配管１７が、エンジン本体１１の長手方向のいずれかの側より吸気チャンバ２２に流入するように配置され、吸気管２８を構成する各気筒毎の分岐管２４〜２７のうち、吸気配管１７に近い側の分岐管２４に対して酸素センサ３０が配置されることを特徴とする。
【解決手段】吸気装置１２の吸気通路は、上流側に設けられた吸気配管１７と、この吸気配管１７の下流側に設けられるとともにエンジン本体１１の側方に位置する吸気チャンバ２２と、この吸気チャンバ２２からエンジン本体１１の各気筒１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄに吸気を導く吸気管２８とから構成され、吸気配管１７が、エンジン本体１１の長手方向のいずれかの側より吸気チャンバ２２に流入するように配置され、吸気管２８を構成する各気筒毎の分岐管２４〜２７のうち、吸気配管１７に近い側の分岐管２４に対して酸素センサ３０が配置されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ配置構造に関し、特に酸素濃度を検出する酸素センサをエンジンの吸気管に配置するセンサ配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいて、排気ガス中のＮＯｘを低減するためにＥＧＲ（排気再循環）量を増やすと、排気ガスを含む吸気ガス中に含まれる水分が多くなり、吸気ガスが冷却された場合に、水分が凝縮して水滴が出来やすくなる。この水滴がヒータで高温となった酸素センサの検出部に付着すると、検出部は熱衝撃を受けて破損することがあるため、酸素センサへの水滴の付着を防止することが必要となる。
なお、排気系に取付けられる酸素センサについては、高温の排ガスに晒されるため酸素センサ設置部位の温度が高くなり、排気ガス中の水分の凝縮が少ないため、上記のような課題は発生しにくい。
【０００３】
従来の酸素センサ配置構造として、酸素センサを、吸気マニホールドを構成する吸気チャンバに配置した例を図１１に示す。また、吸気通路に酸素濃度センサを配置したものとして、例えば、特許文献１（特開２０１０−９０８４８号公報）が知られている。さらに、酸素濃度センサをサージタンク内に配置するものとして、例えば、特許文献２（特開２００３−６５１７１号公報）が知られている。
【０００４】
図１１に示すエンジン１００は、複数の気筒が設けられたエンジン本体１０１と、このエンジン本体１０１の一側面に接続された吸気装置１０２と、エンジン本体１０１の他側面に接続された排気装置１０３とを備える。なお、図１１はエンジン１００の平面視図である。
【０００５】
吸気装置１０２は、エアクリーナ、インタクーラ等からなる吸気入口部１０６と、この吸気入口部１０６に接続された吸気配管１０７と、この吸気配管１０７に一端が接続されるとともに他端がエンジン本体１０１に接続された吸気マニホールド１０８とから構成されている。
【０００６】
吸気マニホールド１０８は、吸気配管１０７に接続された接続口１１５と、この接続口１１５に隣接する吸気チャンバ１１６と、この吸気チャンバ１１６からエンジン本体１０１の各気筒に延びる分岐管１２１〜１２４とからなる。
【０００７】
吸気チャンバ１１６の中央部の上部には、吸気チャンバ１１６内における吸気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１２６が取付けられている。
排気装置１０３は、排気マニホールド１１１を備える。そして、排気マニホールド１１１と吸気配管１０７とを接続するＥＧＲ通路１１３が設けられている。
【０００８】
特許文献１の図１によれば、多気筒型のエンジン１０は、エンジン本体に複数の燃焼シリンダ１２が並設され、各燃焼シリンダ１２にそれぞれストレート状の吸気通路１４が接続され、ＥＧＲガス通路２２の各枝通路２４は、ＥＧＲガス合流部２６で各吸気通路１４に接続され、各吸気通路１４のＥＧＲガス合流部２６の下流側に酸素濃度センサ３０が取付けられている。
【０００９】
また、特許文献２によれば、サージタンク３０に、内部空間に向かって陥没し、かつ、内部空間に張り出すように形成されたセンサ取り付け部３２を設け、センサ取り付け部３２に収容されるように、空燃比センサ３８を組み付ける構成が示されている。また、センサ取り付け部３２の底面３４に、サージタンク３０の壁面を伝わって流れるオイルや水分をせき止めるための環状凸部５０が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−９０８４８号公報
【特許文献２】特開２００３−６５１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１１に示した技術では、酸素センサ１２６が取付けられた吸気チャンバ１１６内では、ＥＧＲ通路１１３を介して吸気配管１０７内に流入した排ガスの温度が低下し、排ガスを含む吸気ガスに含まれる水分が凝縮して水滴が生じやすい。その水分の発生の際に、ＥＧＲ通路１１３の出口が接続される吸気配管１０７から吸気チャンバ１１６までの距離が比較的近いために、吸気配管１０７から吸気チャンバ１１６までの吸気通路壁面に付着する水滴の量が少ないので、吸気ガス中の水滴の量がまだ多い状態で、吸気チャンバ１１６で吸気ガスの冷却によって水滴が多く発生する。従って、酸素センサ１２６に付着する水滴量が多くなるという課題がある。
【００１２】
また、特許文献１では、ＥＧＲガス通路２２が気筒数分の枝通路２４に分岐し、各枝通路２４が各吸気通路１４に接続されて、排気ガス中の水分が各吸気通路１４に分割されて流入するため、吸気通路１４内に存在する水分は少なくなるが、吸気通路１４はストレート形状であるため、吸気通路１４内の水分が凝縮して出来た水滴は、その多くが酸素濃度センサ３０に付着することになる。
更に、酸素濃度センサ３０は、吸気通路１４に水平に取付けられているため、例えば、吸気通路１４の内壁面を伝わって重力により落ちてくる水滴が酸素濃度センサ３０の検出素子に付着しやすくなる。
【００１３】
また、特許文献２では、センサ取り付け部３２の低面３４に、サージタンク３０の壁面を伝わって流れるオイルや水分をせき止めるための環状凸部５０が設けられることが示されているが、サージタンク３０は、ＥＧＲ通路１１３の出口の接続やベーパ（蒸気燃料）をパージする通路の接続に近い位置に設けられる場合が多いため、サージタンク３０の壁面を伝わって流れるオイルや水分は、サージタンクから下流側の各気筒への吸気通路より多い状態になっている。
従って、前記図１１で説明した場合と同様に、サージタンク内に配置した空燃比センサに付着する水滴量が多くなる問題があるため、特許文献２に開示の環状凸部５０だけでは十分な対策効果が得られ難い。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、エンジンの吸気通路に設置されるセンサへの水滴の付着を抑えてセンサの故障を防止し、センサが使用されるシステムの信頼性を向上するセンサ配置構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、かかる目的を達成するため、エンジンの吸気通路に吸気中の空燃比を測定するセンサが配置されたセンサ配置構造において、前記吸気通路は、上流側に設けられた吸気配管と、この吸気配管の下流側に設けられるとともに、前記エンジンの各吸気ポートと連通して分岐通路を形成する複数の分岐管と各分岐管が接続された集合部を有する吸気マニホールドから構成され、前記吸気配管が、前記分岐通路配列方向の一方側より前記集合部に接続するように配置され、前記吸気配管よりも下流のうち、前記一方側の吸気通路にセンサが配置されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、吸気配管が、分岐通路配列方向の一方側より集合部に接続するように配置され、該集合部を含めて集合部からエンジンの吸気ポートに至る前記吸気配管よりも下流の吸気通路のうち、前記一方側の吸気通路にセンサが配置されるものである。すなわち、センサが前記一方側の分岐通路または集合部（吸気チャンバ）内の前記一方側の位置に設置される。
【００１７】
吸気配管が集合部（吸気チャンバ）に接続される側（一方側）の分岐通路または集合部内においては、吸気が吸気配管から集合部に入りそこからエンジンの吸気ポートに向かう主流に対して内側に位置する関係になる。そのため、主流は慣性で直進する方向に流れるため、回り込むようにして流れてくる関係になり、吸気に含まれる水滴は途中で吸気通路内壁に付着し前記分岐通路配列方向の一方側に位置する分岐通路には到達しにくい状態になる。
従って、例えば、酸素センサを吸気通路の前記一方側に配置することで水滴が酸素センサに付着するのを抑えることができる。その結果、水滴の付着によるセンサの故障を防止し、センサが使用される吸気量制御システム等の信頼性を向上できる。
なお、吸気とは、新気のみまたは新気にＥＧＲガスが付加された両方を意味する。
【００１８】
また、本発明において好ましくは、前記一方側の分岐通路は、前記集合部から前記エンジンに向かって前記分岐通路配列方向の外側に張り出すように屈曲する屈曲部が形成され、前記センサは、分岐通路の中心を通る軸線よりも前記屈曲部の内周側にオフセットして配置されるとよい。
【００１９】
かかる構成によれば、センサを分岐通路の中心を通る軸線よりも屈曲部の内周側にオフセットして配置することで、分岐通路内の主流がセンサに当たりにくくなり、水滴もセンサに当たりにくくなる。
つまり、水滴は、屈曲部ではその慣性で直進しようとするので、分岐通路の外周側内壁に当たりやすくなり、分岐通路の内周側へは進行しにくいため、内周側にオフセットして設置したセンサには水滴が当たりにくくなる。
【００２０】
また、本発明において好ましくは、前記センサは、各分岐通路のうち、前記エンジン寄りの末端部に配置されるのがよい。
かかる構成によれば、吸気通路を流れる水滴は、吸気通路各部で内壁に付着するため、吸気通路の最も下流である分岐通路の末端部では水滴がほとんど無くなり、センサが水滴の影響をほとんど受けなくなる。
また、末端部は吸気通路内でエンジンの燃焼室に最も近いため、エンジンの燃焼を制御する上で有効なデータを検出できる。
【００２１】
また、本発明において好ましくは、複数の分岐通路からなる吸気管には分岐部が複数段設けられ、前記センサは、前記吸気管の上流側から２段目以降の分岐部に配置されているとよい。
かかる構成によれば、吸気ガス中の水分が凝縮して発生した水滴は、吸気管の１段目の分岐通路の壁面に付着し、２段目以降の分岐通路では水滴が減少し、センサに付着しにくくすることができる。
【００２２】
また、本発明において好ましくは、前記センサは、前記２段目以降の分岐部から分岐した分岐管であって前記分岐通路配列方向の中心側の分枝管に配置されるとよい。
かかる構成によれば、吸気管内の主流は慣性で直進しようとするため、分岐部から分岐通路配列方向の中心側への分岐通路へは進行し難くなるため、主流とともに流れる水滴が減少し、センサへの付着を一層低減できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上記載のごとく本発明によれば、吸気配管が、分岐通路配列方向の一方側より集合部に接続するように配置され、該集合部を含めて集合部からエンジンの吸気ポートに至る前記吸気配管よりも下流の吸気通路のうち、前記一方側の吸気通路にセンサが配置される。
主流は慣性で直進する方向に流れるため、センサ位置には回り込むようにして流れてくる関係になり、吸気に含まれる水滴は途中で吸気通路内壁に付着し前記分岐通路配列方向の一方側に位置する分岐通路には到達しにくい状態になる。
従って、例えば、酸素センサを吸気通路の前記一方側に配置することで水滴が酸素センサに付着するのを抑えて酸素センサの内部素子の被水割れを防止でき、その結果、センサの故障を防止し、センサが使用される吸気量制御システム等の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るセンサ配置構造（第１実施形態）を説明するエンジンの平面図である。
【図２】本発明に係るセンサ配置構造（第１実施形態）を説明するエンジンの側面図（一部断面図）である。
【図３】本発明に係るエンジン吸気系へのセンサの配置を説明する説明図（第１実施形態）である。
【図４】図３の４−４線断面図（第１実施形態）であり、図４（ａ）は丸パイプ状分岐管の断面図、図４（ｂ）は角パイプ状分岐管の断面図である。
【図５】本発明に係るセンサ配置構造の作用を示す作用図（第１実施形態）であり、図５（ａ）は吸気ガスの流れを示す作用図、図５（ｂ）は分岐管内壁への水滴の付着を示す作用図である。
【図６】本発明に係るセンサ配置構造（第２実施形態）を説明するエンジンの平面図である。
【図７】本発明に係るセンサ配置構造（第２実施形態）の要部拡大平面図である。
【図８】本発明に係るセンサ配置構造（第２実施形態）の作用を示す作用図である。
【図９】本発明に係るセンサ配置構造（第２実施形態）の変形例を説明するエンジンの要部平面図である。
【図１０】本発明に係るセンサ配置構造（第３実施形態）を説明するエンジンの平面図である。
【図１１】従来のセンサ配置構造を説明するエンジンの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２６】
（第１実施形態）
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック、シリンダヘッド等からなるエンジン本体１１と、このエンジン本体１１のシリンダヘッド一側面に接続された吸気装置１２と、エンジン本体１１のシリンダヘッド他側面に接続された排気装置１３とを備える直列４気筒ディーゼルエンジンである。
【００２７】
エンジン本体１１は、第１気筒１１Ａ、第２気筒１１Ｂ、第３気筒１１Ｃ及び第４気筒１１Ｄが設けられている。
吸気装置１２は、エアクリーナ、インタクーラ等からなる吸気入口部１６と、この吸気入口部１６に接続されてエンジン本体１１の長手方向とほぼ平行に延びる吸気配管１７と、この吸気配管１７に一端部が接続されるとともに他端部がエンジン本体１１に接続された吸気マニホールド１８とからなる。
【００２８】
吸気マニホールド１８は、吸気配管１７の端部に接続された接続端部２１と、この接続端部２１に隣接するとともにエンジン本体１１の側方に位置する吸気チャンバ２２と、この吸気チャンバ２２からエンジン本体１１に延びてエンジン本体１１に設けられた各気筒に吸気を供給する分岐管２４〜２７とからなる一体成形品である。
これらの分岐管２４〜２７は、４本で吸気管２８を構成している。
なお、「吸気」とは、既に説明したように、エンジン１０に吸入されるガスをいい、新気のみ、又は新気にＥＧＲにより戻されたガスを加えたものを言う。
【００２９】
吸気配管１７は、エンジン本体１１の長手方向のいずれかの側より吸気入口部１６を介して吸気チャンバ２２に吸気ガスが流入するように配置されている。
４本の分岐管２４〜２７のうち、吸気配管１７に近い側の第１気筒１１Ａの分岐管２４に、吸気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）３０が取付けられている。このように、分岐管２４に酸素センサ３０を取付ける主な理由の一つは、分岐管２４が吸気配管１７に対して最も遠い位置であり、吸気装置１２内の吸気通路を流れる吸気ガスが最も遠回りする位置だからである。
【００３０】
上記の酸素センサ３０が取付けられる分岐管２４に対応する気筒は、ここでは第１気筒１１Ａであるが、吸気配管１７が、図１においてエンジン本体１１の長手方向下側に位置する場合には、第４気筒１１Ｄの分岐管２７に酸素センサが取付けられる。要は最も端の気筒に対応する分岐管に酸素センサ３０が取付けられる。
【００３１】
また、例えば、Ｖ型６気筒エンジンで、一方のバンクに第１気筒〜第３気筒が設けられ、他方のバンクに第４気筒〜第６気筒が設けられる場合であって、各バンクに対して図１に示すような吸気配管１７の配置関係を持って設置された場合には、上記した直列４気筒のエンジン１０と同様に、最も端の気筒である第１気筒、第３気筒、第４気筒、第６気筒のいずれか１気筒に対応する分岐管に酸素センサ３０が取付けられる。
【００３２】
排気装置１３は排気マニホールド３３を備え、この排気マニホールド３３と吸気配管１７の端部とがＥＧＲ通路３４で接続されることで、排気ガス中のＮＯｘ低減のために、排気マニホールド３３内の排気ガスがＥＧＲ通路３４を介して吸気配管１７に戻される。
【００３３】
図２に示すように、酸素センサ３０は、分岐管２４のエンジン本体１１側の末端部に上から下へ鉛直方向に挿入されて取付けられ、酸素センサ３０の先端に設けられた検出部３０ｂにて分岐管２４内を流れる吸気ガスの酸素濃度が検出される。なお、酸素センサ３０は内部素子が取り付け点よりも下方に位置すればよく、必ずしも鉛直方向に挿入される例に限定されない。例えば、分岐管２４に対して下方に向けて傾斜して取り付けられても良い。
【００３４】
図３に示すように、分岐管２４は、吸気チャンバ２２からエンジン本体１１の一端側へ斜めに且つ直線状に延びる上流側直管部２４ａと、この上流側直管部２４ａの先端からエンジン本体１１の中央部側へ屈曲した屈曲管部２４ｂと、この屈曲管部２４ｂの先端から直線状に延びてエンジン本体１１のシリンダヘッド側面にほぼ垂直に接続される下流側直管部２４ｃとからなる。
上流側直管部２４ａと屈曲管部２４ｂと下流側直管部２４ｃとからなる分岐管２４は、全体として、吸気チャンバ２２からエンジン本体１１に向かってエンジン長手方向のエンジン外側に張り出すように屈曲する屈曲部が形成された形状になっている。
【００３５】
酸素センサ３０は、分岐管２４における屈曲管部２４ｂの下流側直管部２４ｃ寄りの位置、又は下流側直管部２４ｃに設けられ、且つ分岐管２４の中心を通る軸線２４ｄに対して、屈曲した分岐管２４の内周側にオフセットして設けられている。
【００３６】
図４（ａ）に示すように、丸パイプ状の分岐管２４に、詳しくは、分岐管２４の軸線２４ｄ（紙面表裏方向に延びる線であり、ここでは黒丸で示している。）を通る鉛直線４０に対してオフセット量ｅだけオフセットした位置に、酸素センサ３０が上から下へ挿入されて取付けられている。また、鉛直線４０に対する許容傾斜角度θは０〜４５°である。
【００３７】
酸素センサ３０は、分岐管２４に取付けられるボディ３０ａと、このボディ３０ａの先端に設けられた検出部３０ｂとからなる。
酸素センサ３０の分岐管２４への取付けは、例えば、酸素センサ３０のボディ３０ａの外周面に形成されたおねじと分岐管２４に形成されためねじとのねじ結合による。
図４（ｂ）のように、分岐管２４に代えて角パイプ状の分岐管２５であってもよい。
【００３８】
例えば、分岐管の側部に水平方向に延びるように酸素センサを取付ける場合には、分岐管の内壁面を伝わって重力により落ちてくる水滴が酸素センサに付着しやすくなるが、本実施形態では、酸素センサ３０を分岐管２４の上部に且つ鉛直方向に延びるように取付けることで、酸素センサ３０への上記したような水滴付着を防止することができる。
略鉛直方向に上から下に向かって酸素センサ３０が配置されるので、酸素センサ３０の内部素子に伝わった水滴は酸素センサ３０に留まることなく分岐管２４の底に落下する。また、水滴は、酸素センサ３０の近くに形成されている分岐管２４の内壁面に沿って流下するため酸素センサ３０の内部素子に伝わりにくい。
【００３９】
以上に述べた酸素センサ配置構造の作用を次に説明する。
図５（ａ）に示すように、分岐管２４内を吸気ガスが流れるときには、上流側直管部２４ａでは、吸気ガスは、矢印で示すように管内を一様な流れとなって直進するが、屈曲管部２４ｂでは、吸気ガスの慣性の影響で上流側直管部２４ａでの流れがそのまま維持される。
【００４０】
また、屈曲管部２４ｂの下流側及び下流側直管部２４ｃでは、吸気ガスは、矢印で示すように、屈曲した分岐管２４の外周側内壁２４ｆに寄った状態で流れ、屈曲した分岐管２４の内周側内壁２４ｇの近傍では、外周側内壁２４ｆ側に比べて大きな速度の流れがほとんど発生しない。このような内周側内壁２４ｇの近傍に酸素センサ３０が配置されている。
【００４１】
また、図５（ａ）に示した吸気ガスの流れによって、図５（ｂ）に示すように、分岐管２４の内壁において、内周側内壁２４ｇの方が外周側内壁２４ｆよりも水滴４５の付着が少なく、特に、内周側内壁２４ｇの屈曲管部２４ｂの下流側から下流側直管部２４ｃに亘る範囲では、水滴４５がほとんど付着していない。
【００４２】
即ち、酸素センサ３０は、エンジン本体１１における最も外側の分岐管２４に且つエンジン本体１１寄りの末端部に配置されているため、吸気装置１２（図１参照）の上流側の内壁に多くの水滴が付着して吸気装置１２の最も下流である分岐管２４の末端部では水滴４５がほとんど無くなるのに加え、酸素センサ３０は、軸線２４ｄよりも屈曲した分岐管２４の内周側にオフセットして配置されているために、分岐管２４内の主要な流れが酸素センサ３０に当たりにくくなり、水滴４５は酸素センサ３０に付着しにくくなる。
【００４３】
水滴４５は、屈曲管部２４ｂではその慣性で直進するので、分岐管２４の外周側内壁２４ｆに当たりやすくなり、分岐管２４の内周側内壁２４ｇ側へは進行しにくいため、酸素センサ３０に水滴が付着しにくくなる。
以上の事より、酸素センサ３０は、水滴の影響をほとんど受けなくなる。
【００４４】
以上に説明したように、分岐管２４に酸素センサ３０を取付ける主な理由の二つ目は、エンジン本体１１の最も端の気筒に対応する分岐管２４は、分岐管２４〜２７のうちで最も屈曲の程度が大きくなっているからである。
分岐管２４の屈曲の程度が大きければ、図５（ａ），（ｂ）に示したように、酸素センサ３０に水滴４５がより付着しにくくなり、酸素センサ３０の安定な酸素濃度検出を長期に亘って確保することができる。
【００４５】
また、分岐管２４に酸素センサ３０を取付けることで、例えば、従来のように吸気チャンバに酸素センサを取付けるのに比べて吸気ガス中に含まれる水滴を各分岐管２４〜２７に分割して流すことができ、分岐管２４内の水滴量が大幅に減少して酸素センサ３０に水滴をより一層付着しにくくすることができる。
【００４６】
更に、酸素センサ３０を、分岐管２４のエンジン本体１１に近い末端部に取付けることで、エンジン本体１１の第１気筒１１Ａの燃焼室に近い位置で酸素濃度を検出することになり、酸素センサ３０で検出された酸素濃度に基づいて燃焼室での燃料の燃焼を制御する際に燃焼室内に吸入される酸素濃度の実態に近いデータを取得できるので、上記制御の精度向上を図ることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
以下に説明する第２実施形態については、図１に示した第１実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
図６に示すように、エンジン５０は、エンジン本体１１のシリンダヘッド一側面に接続された吸気装置５２を備える４気筒ディーゼルエンジンである。
【００４８】
吸気装置５２は、吸気配管１７に一端が接続されるとともに他端がエンジン本体１１に接続された吸気マニホールド５８を備える。
吸気マニホールド５８は、接続端部２１と、吸気チャンバ２２と、この吸気チャンバ２２からエンジン本体１１に延びてエンジン本体１１の各気筒１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄに吸気ガスを供給する吸気管６０とからなる一体成形品である。
吸気管６０には、エンジン本体１１に近い位置に且つ吸気配管１７に近い側の第２気筒１１Ｂに対応する位置に酸素センサ３０が取付けられている。
【００４９】
図７に示すように、吸気管６０は、吸気チャンバ２２に接続された主通路６０Ａと、この１本の主通路６０Ａから２つに分岐する第１分岐部６１と、この第１分岐部６１で分かれた上流枝管６１ａ、６１ｂと、一方の上流枝管６１ａが２つに分岐する第２分岐部６２と、この第２分岐部６２で分かれた下流枝管６２ａ、６２ｂと、他方の上流枝管６１ｂが２つに分岐する第３分岐部６３と、この第３分岐部６３で分かれた下流枝管６３ａ、６３ｂと、第２分岐部６２及び第３分岐部６３のそれぞれを連通させる連通管６４と、この連通管６４の中間部に設けられた開閉バルブ６６とからなり、下流枝管６２ａ、６２ｂと下流枝管６３ａ、６３ｂとはエンジン本体１１の各気筒１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄにそれぞれ連通し、酸素センサ３０は、図８で説明する理由により、第２気筒１１Ｂに連通する下流枝管６２ｂに取付けられている。
【００５０】
連通管６４及び開閉バルブ６６は、吸気管有効長さを可変にすることで各気筒に供給する吸気ガス量を変更可能な動圧過給機構７０を構成するものである。
エンジンの低速回転時に開閉バルブ６６を閉じると、連通管６４内の吸気ガスの流通が遮断され、スロットルバルブ（不図示）から吸気管６０のエンジン本体１１側の端部までの吸気管有効長さが長くなるので、低速回転時に発生する吸気ガスの脈動を利用して圧力波に同調させて吸気ガス量を増加させることができ、エンジンの低速トルクを向上させることができる。
【００５１】
また、エンジンの高速回転時に開閉バルブ６６を開けると、連通管６４が吸気ガスのバイパス通路となり、上記した吸気管有効長さが短くなるので、高速回転時に発生する吸気ガスの脈動を利用して吸気ガス量を増加させることができる。
【００５２】
以上に述べた吸気管６０の作用を次に説明する。
図８において、矢印Ａで示すように、吸気ガスは、吸気チャンバ２２から吸気管６０の主通路６０Ａに流入すると、矢印Ｂ、Ｃで示すように、第１分岐部６１で２つに分岐し、上流枝管６１ａ、６１ｂに分かれて流れる。
【００５３】
このとき、吸気ガスに含まれる水滴４５は、第１分岐部６１で分岐した直後の上流枝管６１ａ、６１ｂの内側壁６１ｃ、６１ｄに当たって付着し、更に、流れの途中で上流枝管６１ａ、６１ｂの外側壁６１ｅ、６１ｆにも付着する。
【００５４】
更に、吸気ガスは、上流枝管６１ａ、６１ｂから第２分岐部６２、第３分岐部６３を介して引き続き吸気ガスの慣性で矢印Ｂ、Ｃのように下流枝管６２ａ、６３ｂに流れ、また、矢印Ｄ、Ｅに示すように、第２分岐部６２、第３分岐部６３で分岐して下流枝管６２ｂ、６３ａにも流れる。
【００５５】
このとき、上流枝管６１ａ、６１ｂを流れる吸気ガス中に残っている水滴４５は、慣性で下流枝管６２ａ、６３ｂには進行しやすいが、下流枝管６２ｂ、６３ａは、上流枝管６１ａ、６１ｂに対しては逸れた位置にあるため、水滴４５は下流枝管６２ｂ、６３ａに進行しにくい。従って、酸素センサ３０を下流枝管６２ｂ（又は吸気配管１７（図６参照）の位置によっては下流枝管６３ａ）に配置することで、酸素センサ３０へ水滴４５を付着しにくくすることができる。
【００５６】
図９に示すように、酸素センサ３０を吸気管６０の第２分岐部６２（又は吸気配管１７（図６参照）の位置によっては第３分岐部６３）に配置してもよい。
これは、図８で説明したように、吸気ガス中の水滴の多くが第１分岐部６１直後の上流枝管６１ａ、６１ｂの内側壁６１ｃ、６１ｄや外側壁６１ｅ、６１ｆに付着するため、図９に示した第２分岐部６２での吸気ガスに残る水滴が少なくなっていて、水滴が酸素センサ３０に付着しにくいからである。
【００５７】
（第３実施形態）
以下に説明する第３実施形態については、図１に示した第１実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
図１０に示すように、エンジン８０は、シリンダブロック、シリンダヘッド等からなるエンジン本体８１と、このエンジン本体８１のシリンダヘッド一側面に接続された吸気装置８２と、エンジン本体８１のシリンダヘッド他側面に接続された排気装置８３とを備える直列６気筒ディーゼルエンジンである。
エンジン本体８１は、第１気筒８１Ａ、第２気筒８１Ｂ、第３気筒８１Ｃ、第４気筒８１Ｄ、第５気筒８１Ｅ及び第６気筒８１Ｆが設けられている。
【００５８】
吸気装置８２は、吸気配管１７に一端が接続されるとともに他端がエンジン本体１１に接続された吸気マニホールド８８を備える。
【００５９】
吸気マニホールド８８は、接続端部２１と、吸気チャンバ２２と、この吸気チャンバ２２からエンジン本体８１に延びてエンジン本体８１の各気筒８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄ、８１Ｅ、８１Ｆに吸気ガスを供給する吸気管９０とからなる一体成形品である。
吸気管９０には、エンジン本体８１に近い位置に且つ吸気配管１７に近い側の第３気筒８１Ｃ（又は第１気筒）に対応する位置に酸素センサ３０が取付けられている。
【００６０】
吸気管９０は、吸気チャンバ２２に接続された主通路９０Ａと、この１本の主通路９０Ａから２つに分岐する第１分岐部９１と、この第１分岐部９１で分かれた上流枝管９１ａ、９１ｂと、一方の上流枝管９１ａが３つに分岐する第２分岐部９２と、この第２分岐部９２で分かれた下流枝管９２ａ、９２ｂ、９２ｃと、他方の上流枝管９１ｂが３つに分岐する第３分岐部９３と、この第３分岐部９３で分かれた下流枝管９３ａ、９３ｂ、９３ｃとからなり、下流枝管９２ａ、９２ｂ、９２ｃと下流枝管９３ａ、９３ｂ、９３ｃとは、エンジン本体８１の各気筒８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄ、８１Ｅ、８１Ｆにそれぞれ連通している。
【００６１】
３本の下流枝管９３ａ、９３ｂ、９３ｃのうち、下流枝管９３ｂは上流枝管９１ａの延長線上に配置されるため、上流枝管９１ａ内に残る水滴が下流枝管９３ｂに流れ込みやすく、下流枝管９３ｃへの水滴の流入が最も少なく、次に下流枝管９３ａへの水滴の流入が少ないため、酸素センサ３０は、第３気筒８１Ｃに連通する下流枝管９２ｃ（又は第１気筒８１Ａに連通する下流枝管９２ａ）に取付けられる。
【００６２】
尚、図３に示した第１実施形態では、分岐管２４を、直線状に延びる上流側直管部２４ａと、屈曲した屈曲管部２４ｂと、直線状に延びる下流側直管部２４ｃとで構成したが、これに限らず、分岐管２４を、単純な円弧形状、複数の円弧からなる湾曲形状としてもよく、要は、酸素センサ３０が、分岐管２４のエンジン本体１１側の末端部に且つ分岐管２４の中心を通る軸線２４ｄに対して屈曲した分岐管２４の内周側にオフセットして配置されていればよい。
【００６３】
また、図８に示した第２実施形態では、酸素センサ３０を下流枝管６２ｂに配置したが、これに限らず、酸素センサ３０を最も端の第１気筒１１Ａ（図６参照）に対応する下流枝管６２ａに配置する、詳しくは、屈曲する下流枝管６２ａのエンジン本体１１側の末端部であって下流枝管６２ａの軸線よりも内周側にオフセットさせて配置してもよい。
【００６４】
また、第１〜第３実施形態の何れにおいても酸素センサ３０を吸気チャンバ２２より下流の分岐管２４や分岐部６１、６２、６３に設置したが、吸気通路を構成する吸気チャンバ２２内の吸気配管１７側に設置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、エンジンの吸気装置に配置される酸素センサに好適である。
【符号の説明】
【００６６】
１０、５０、８０ エンジン
１１、８１ エンジン本体
１７ 吸気配管
２２ 吸気チャンバ（集合部）
２４、２５ 分岐管（分岐通路）
２４ｂ 屈曲部（屈曲管部）
２４ｄ 軸線
２８、６０、９０ 吸気管
３０ 酸素センサ
６１、６２、６３ 分岐部（第１分岐部、第２分岐部、第３分岐部）
６２ａ、６２ｂ、９２ａ、９２ｃ 枝管（下流枝管）
９１、９２、９３ 分岐部（第１分岐部、第２分岐部、第３分岐部）
ｅ 酸素センサのオフセット量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ配置構造に関し、特に酸素濃度を検出する酸素センサをエンジンの吸気管に配置するセンサ配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいて、排気ガス中のＮＯｘを低減するためにＥＧＲ（排気再循環）量を増やすと、排気ガスを含む吸気ガス中に含まれる水分が多くなり、吸気ガスが冷却された場合に、水分が凝縮して水滴が出来やすくなる。この水滴がヒータで高温となった酸素センサの検出部に付着すると、検出部は熱衝撃を受けて破損することがあるため、酸素センサへの水滴の付着を防止することが必要となる。
なお、排気系に取付けられる酸素センサについては、高温の排ガスに晒されるため酸素センサ設置部位の温度が高くなり、排気ガス中の水分の凝縮が少ないため、上記のような課題は発生しにくい。
【０００３】
従来の酸素センサ配置構造として、酸素センサを、吸気マニホールドを構成する吸気チャンバに配置した例を図１１に示す。また、吸気通路に酸素濃度センサを配置したものとして、例えば、特許文献１（特開２０１０−９０８４８号公報）が知られている。さらに、酸素濃度センサをサージタンク内に配置するものとして、例えば、特許文献２（特開２００３−６５１７１号公報）が知られている。
【０００４】
図１１に示すエンジン１００は、複数の気筒が設けられたエンジン本体１０１と、このエンジン本体１０１の一側面に接続された吸気装置１０２と、エンジン本体１０１の他側面に接続された排気装置１０３とを備える。なお、図１１はエンジン１００の平面視図である。
【０００５】
吸気装置１０２は、エアクリーナ、インタクーラ等からなる吸気入口部１０６と、この吸気入口部１０６に接続された吸気配管１０７と、この吸気配管１０７に一端が接続されるとともに他端がエンジン本体１０１に接続された吸気マニホールド１０８とから構成されている。
【０００６】
吸気マニホールド１０８は、吸気配管１０７に接続された接続口１１５と、この接続口１１５に隣接する吸気チャンバ１１６と、この吸気チャンバ１１６からエンジン本体１０１の各気筒に延びる分岐管１２１〜１２４とからなる。
【０００７】
吸気チャンバ１１６の中央部の上部には、吸気チャンバ１１６内における吸気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１２６が取付けられている。
排気装置１０３は、排気マニホールド１１１を備える。そして、排気マニホールド１１１と吸気配管１０７とを接続するＥＧＲ通路１１３が設けられている。
【０００８】
特許文献１の図１によれば、多気筒型のエンジン１０は、エンジン本体に複数の燃焼シリンダ１２が並設され、各燃焼シリンダ１２にそれぞれストレート状の吸気通路１４が接続され、ＥＧＲガス通路２２の各枝通路２４は、ＥＧＲガス合流部２６で各吸気通路１４に接続され、各吸気通路１４のＥＧＲガス合流部２６の下流側に酸素濃度センサ３０が取付けられている。
【０００９】
また、特許文献２によれば、サージタンク３０に、内部空間に向かって陥没し、かつ、内部空間に張り出すように形成されたセンサ取り付け部３２を設け、センサ取り付け部３２に収容されるように、空燃比センサ３８を組み付ける構成が示されている。また、センサ取り付け部３２の底面３４に、サージタンク３０の壁面を伝わって流れるオイルや水分をせき止めるための環状凸部５０が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−９０８４８号公報
【特許文献２】特開２００３−６５１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１１に示した技術では、酸素センサ１２６が取付けられた吸気チャンバ１１６内では、ＥＧＲ通路１１３を介して吸気配管１０７内に流入した排ガスの温度が低下し、排ガスを含む吸気ガスに含まれる水分が凝縮して水滴が生じやすい。その水分の発生の際に、ＥＧＲ通路１１３の出口が接続される吸気配管１０７から吸気チャンバ１１６までの距離が比較的近いために、吸気配管１０７から吸気チャンバ１１６までの吸気通路壁面に付着する水滴の量が少ないので、吸気ガス中の水滴の量がまだ多い状態で、吸気チャンバ１１６で吸気ガスの冷却によって水滴が多く発生する。従って、酸素センサ１２６に付着する水滴量が多くなるという課題がある。
【００１２】
また、特許文献１では、ＥＧＲガス通路２２が気筒数分の枝通路２４に分岐し、各枝通路２４が各吸気通路１４に接続されて、排気ガス中の水分が各吸気通路１４に分割されて流入するため、吸気通路１４内に存在する水分は少なくなるが、吸気通路１４はストレート形状であるため、吸気通路１４内の水分が凝縮して出来た水滴は、その多くが酸素濃度センサ３０に付着することになる。
更に、酸素濃度センサ３０は、吸気通路１４に水平に取付けられているため、例えば、吸気通路１４の内壁面を伝わって重力により落ちてくる水滴が酸素濃度センサ３０の検出素子に付着しやすくなる。
【００１３】
また、特許文献２では、センサ取り付け部３２の低面３４に、サージタンク３０の壁面を伝わって流れるオイルや水分をせき止めるための環状凸部５０が設けられることが示されているが、サージタンク３０は、ＥＧＲ通路１１３の出口の接続やベーパ（蒸気燃料）をパージする通路の接続に近い位置に設けられる場合が多いため、サージタンク３０の壁面を伝わって流れるオイルや水分は、サージタンクから下流側の各気筒への吸気通路より多い状態になっている。
従って、前記図１１で説明した場合と同様に、サージタンク内に配置した空燃比センサに付着する水滴量が多くなる問題があるため、特許文献２に開示の環状凸部５０だけでは十分な対策効果が得られ難い。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、エンジンの吸気通路に設置されるセンサへの水滴の付着を抑えてセンサの故障を防止し、センサが使用されるシステムの信頼性を向上するセンサ配置構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、かかる目的を達成するため、エンジンの吸気通路に吸気中の空燃比を測定するセンサが配置されたセンサ配置構造において、前記吸気通路は、上流側に設けられた吸気配管と、この吸気配管の下流側に設けられるとともに、前記エンジンの各吸気ポートと連通して分岐通路を形成する複数の分岐管と各分岐管が接続された集合部を有する吸気マニホールドから構成され、前記吸気配管が、前記分岐通路配列方向の一方側より前記集合部に接続するように配置され、前記吸気配管よりも下流のうち、前記一方側の吸気通路にセンサが配置されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、吸気配管が、分岐通路配列方向の一方側より集合部に接続するように配置され、該集合部を含めて集合部からエンジンの吸気ポートに至る前記吸気配管よりも下流の吸気通路のうち、前記一方側の吸気通路にセンサが配置されるものである。すなわち、センサが前記一方側の分岐通路または集合部（吸気チャンバ）内の前記一方側の位置に設置される。
【００１７】
吸気配管が集合部（吸気チャンバ）に接続される側（一方側）の分岐通路または集合部内においては、吸気が吸気配管から集合部に入りそこからエンジンの吸気ポートに向かう主流に対して内側に位置する関係になる。そのため、主流は慣性で直進する方向に流れるため、回り込むようにして流れてくる関係になり、吸気に含まれる水滴は途中で吸気通路内壁に付着し前記分岐通路配列方向の一方側に位置する分岐通路には到達しにくい状態になる。
従って、例えば、酸素センサを吸気通路の前記一方側に配置することで水滴が酸素センサに付着するのを抑えることができる。その結果、水滴の付着によるセンサの故障を防止し、センサが使用される吸気量制御システム等の信頼性を向上できる。
なお、吸気とは、新気のみまたは新気にＥＧＲガスが付加された両方を意味する。
【００１８】
また、本発明において好ましくは、前記一方側の分岐通路は、前記集合部から前記エンジンに向かって前記分岐通路配列方向の外側に張り出すように屈曲する屈曲部が形成され、前記センサは、分岐通路の中心を通る軸線よりも前記屈曲部の内周側にオフセットして配置されるとよい。
【００１９】
かかる構成によれば、センサを分岐通路の中心を通る軸線よりも屈曲部の内周側にオフセットして配置することで、分岐通路内の主流がセンサに当たりにくくなり、水滴もセンサに当たりにくくなる。
つまり、水滴は、屈曲部ではその慣性で直進しようとするので、分岐通路の外周側内壁に当たりやすくなり、分岐通路の内周側へは進行しにくいため、内周側にオフセットして設置したセンサには水滴が当たりにくくなる。
【００２０】
また、本発明において好ましくは、前記センサは、各分岐通路のうち、前記エンジン寄りの末端部に配置されるのがよい。
かかる構成によれば、吸気通路を流れる水滴は、吸気通路各部で内壁に付着するため、吸気通路の最も下流である分岐通路の末端部では水滴がほとんど無くなり、センサが水滴の影響をほとんど受けなくなる。
また、末端部は吸気通路内でエンジンの燃焼室に最も近いため、エンジンの燃焼を制御する上で有効なデータを検出できる。
【００２１】
また、本発明において好ましくは、複数の分岐通路からなる吸気管には分岐部が複数段設けられ、前記センサは、前記吸気管の上流側から２段目以降の分岐部に配置されているとよい。
かかる構成によれば、吸気ガス中の水分が凝縮して発生した水滴は、吸気管の１段目の分岐通路の壁面に付着し、２段目以降の分岐通路では水滴が減少し、センサに付着しにくくすることができる。
【００２２】
また、本発明において好ましくは、前記センサは、前記２段目以降の分岐部から分岐した分岐管であって前記分岐通路配列方向の中心側の分枝管に配置されるとよい。
かかる構成によれば、吸気管内の主流は慣性で直進しようとするため、分岐部から分岐通路配列方向の中心側への分岐通路へは進行し難くなるため、主流とともに流れる水滴が減少し、センサへの付着を一層低減できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上記載のごとく本発明によれば、吸気配管が、分岐通路配列方向の一方側より集合部に接続するように配置され、該集合部を含めて集合部からエンジンの吸気ポートに至る前記吸気配管よりも下流の吸気通路のうち、前記一方側の吸気通路にセンサが配置される。
主流は慣性で直進する方向に流れるため、センサ位置には回り込むようにして流れてくる関係になり、吸気に含まれる水滴は途中で吸気通路内壁に付着し前記分岐通路配列方向の一方側に位置する分岐通路には到達しにくい状態になる。
従って、例えば、酸素センサを吸気通路の前記一方側に配置することで水滴が酸素センサに付着するのを抑えて酸素センサの内部素子の被水割れを防止でき、その結果、センサの故障を防止し、センサが使用される吸気量制御システム等の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るセンサ配置構造（第１実施形態）を説明するエンジンの平面図である。
【図２】本発明に係るセンサ配置構造（第１実施形態）を説明するエンジンの側面図（一部断面図）である。
【図３】本発明に係るエンジン吸気系へのセンサの配置を説明する説明図（第１実施形態）である。
【図４】図３の４−４線断面図（第１実施形態）であり、図４（ａ）は丸パイプ状分岐管の断面図、図４（ｂ）は角パイプ状分岐管の断面図である。
【図５】本発明に係るセンサ配置構造の作用を示す作用図（第１実施形態）であり、図５（ａ）は吸気ガスの流れを示す作用図、図５（ｂ）は分岐管内壁への水滴の付着を示す作用図である。
【図６】本発明に係るセンサ配置構造（第２実施形態）を説明するエンジンの平面図である。
【図７】本発明に係るセンサ配置構造（第２実施形態）の要部拡大平面図である。
【図８】本発明に係るセンサ配置構造（第２実施形態）の作用を示す作用図である。
【図９】本発明に係るセンサ配置構造（第２実施形態）の変形例を説明するエンジンの要部平面図である。
【図１０】本発明に係るセンサ配置構造（第３実施形態）を説明するエンジンの平面図である。
【図１１】従来のセンサ配置構造を説明するエンジンの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２６】
（第１実施形態）
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック、シリンダヘッド等からなるエンジン本体１１と、このエンジン本体１１のシリンダヘッド一側面に接続された吸気装置１２と、エンジン本体１１のシリンダヘッド他側面に接続された排気装置１３とを備える直列４気筒ディーゼルエンジンである。
【００２７】
エンジン本体１１は、第１気筒１１Ａ、第２気筒１１Ｂ、第３気筒１１Ｃ及び第４気筒１１Ｄが設けられている。
吸気装置１２は、エアクリーナ、インタクーラ等からなる吸気入口部１６と、この吸気入口部１６に接続されてエンジン本体１１の長手方向とほぼ平行に延びる吸気配管１７と、この吸気配管１７に一端部が接続されるとともに他端部がエンジン本体１１に接続された吸気マニホールド１８とからなる。
【００２８】
吸気マニホールド１８は、吸気配管１７の端部に接続された接続端部２１と、この接続端部２１に隣接するとともにエンジン本体１１の側方に位置する吸気チャンバ２２と、この吸気チャンバ２２からエンジン本体１１に延びてエンジン本体１１に設けられた各気筒に吸気を供給する分岐管２４〜２７とからなる一体成形品である。
これらの分岐管２４〜２７は、４本で吸気管２８を構成している。
なお、「吸気」とは、既に説明したように、エンジン１０に吸入されるガスをいい、新気のみ、又は新気にＥＧＲにより戻されたガスを加えたものを言う。
【００２９】
吸気配管１７は、エンジン本体１１の長手方向のいずれかの側より吸気入口部１６を介して吸気チャンバ２２に吸気ガスが流入するように配置されている。
４本の分岐管２４〜２７のうち、吸気配管１７に近い側の第１気筒１１Ａの分岐管２４に、吸気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）３０が取付けられている。このように、分岐管２４に酸素センサ３０を取付ける主な理由の一つは、分岐管２４が吸気配管１７に対して最も遠い位置であり、吸気装置１２内の吸気通路を流れる吸気ガスが最も遠回りする位置だからである。
【００３０】
上記の酸素センサ３０が取付けられる分岐管２４に対応する気筒は、ここでは第１気筒１１Ａであるが、吸気配管１７が、図１においてエンジン本体１１の長手方向下側に位置する場合には、第４気筒１１Ｄの分岐管２７に酸素センサが取付けられる。要は最も端の気筒に対応する分岐管に酸素センサ３０が取付けられる。
【００３１】
また、例えば、Ｖ型６気筒エンジンで、一方のバンクに第１気筒〜第３気筒が設けられ、他方のバンクに第４気筒〜第６気筒が設けられる場合であって、各バンクに対して図１に示すような吸気配管１７の配置関係を持って設置された場合には、上記した直列４気筒のエンジン１０と同様に、最も端の気筒である第１気筒、第３気筒、第４気筒、第６気筒のいずれか１気筒に対応する分岐管に酸素センサ３０が取付けられる。
【００３２】
排気装置１３は排気マニホールド３３を備え、この排気マニホールド３３と吸気配管１７の端部とがＥＧＲ通路３４で接続されることで、排気ガス中のＮＯｘ低減のために、排気マニホールド３３内の排気ガスがＥＧＲ通路３４を介して吸気配管１７に戻される。
【００３３】
図２に示すように、酸素センサ３０は、分岐管２４のエンジン本体１１側の末端部に上から下へ鉛直方向に挿入されて取付けられ、酸素センサ３０の先端に設けられた検出部３０ｂにて分岐管２４内を流れる吸気ガスの酸素濃度が検出される。なお、酸素センサ３０は内部素子が取り付け点よりも下方に位置すればよく、必ずしも鉛直方向に挿入される例に限定されない。例えば、分岐管２４に対して下方に向けて傾斜して取り付けられても良い。
【００３４】
図３に示すように、分岐管２４は、吸気チャンバ２２からエンジン本体１１の一端側へ斜めに且つ直線状に延びる上流側直管部２４ａと、この上流側直管部２４ａの先端からエンジン本体１１の中央部側へ屈曲した屈曲管部２４ｂと、この屈曲管部２４ｂの先端から直線状に延びてエンジン本体１１のシリンダヘッド側面にほぼ垂直に接続される下流側直管部２４ｃとからなる。
上流側直管部２４ａと屈曲管部２４ｂと下流側直管部２４ｃとからなる分岐管２４は、全体として、吸気チャンバ２２からエンジン本体１１に向かってエンジン長手方向のエンジン外側に張り出すように屈曲する屈曲部が形成された形状になっている。
【００３５】
酸素センサ３０は、分岐管２４における屈曲管部２４ｂの下流側直管部２４ｃ寄りの位置、又は下流側直管部２４ｃに設けられ、且つ分岐管２４の中心を通る軸線２４ｄに対して、屈曲した分岐管２４の内周側にオフセットして設けられている。
【００３６】
図４（ａ）に示すように、丸パイプ状の分岐管２４に、詳しくは、分岐管２４の軸線２４ｄ（紙面表裏方向に延びる線であり、ここでは黒丸で示している。）を通る鉛直線４０に対してオフセット量ｅだけオフセットした位置に、酸素センサ３０が上から下へ挿入されて取付けられている。また、鉛直線４０に対する許容傾斜角度θは０〜４５°である。
【００３７】
酸素センサ３０は、分岐管２４に取付けられるボディ３０ａと、このボディ３０ａの先端に設けられた検出部３０ｂとからなる。
酸素センサ３０の分岐管２４への取付けは、例えば、酸素センサ３０のボディ３０ａの外周面に形成されたおねじと分岐管２４に形成されためねじとのねじ結合による。
図４（ｂ）のように、分岐管２４に代えて角パイプ状の分岐管２５であってもよい。
【００３８】
例えば、分岐管の側部に水平方向に延びるように酸素センサを取付ける場合には、分岐管の内壁面を伝わって重力により落ちてくる水滴が酸素センサに付着しやすくなるが、本実施形態では、酸素センサ３０を分岐管２４の上部に且つ鉛直方向に延びるように取付けることで、酸素センサ３０への上記したような水滴付着を防止することができる。
略鉛直方向に上から下に向かって酸素センサ３０が配置されるので、酸素センサ３０の内部素子に伝わった水滴は酸素センサ３０に留まることなく分岐管２４の底に落下する。また、水滴は、酸素センサ３０の近くに形成されている分岐管２４の内壁面に沿って流下するため酸素センサ３０の内部素子に伝わりにくい。
【００３９】
以上に述べた酸素センサ配置構造の作用を次に説明する。
図５（ａ）に示すように、分岐管２４内を吸気ガスが流れるときには、上流側直管部２４ａでは、吸気ガスは、矢印で示すように管内を一様な流れとなって直進するが、屈曲管部２４ｂでは、吸気ガスの慣性の影響で上流側直管部２４ａでの流れがそのまま維持される。
【００４０】
また、屈曲管部２４ｂの下流側及び下流側直管部２４ｃでは、吸気ガスは、矢印で示すように、屈曲した分岐管２４の外周側内壁２４ｆに寄った状態で流れ、屈曲した分岐管２４の内周側内壁２４ｇの近傍では、外周側内壁２４ｆ側に比べて大きな速度の流れがほとんど発生しない。このような内周側内壁２４ｇの近傍に酸素センサ３０が配置されている。
【００４１】
また、図５（ａ）に示した吸気ガスの流れによって、図５（ｂ）に示すように、分岐管２４の内壁において、内周側内壁２４ｇの方が外周側内壁２４ｆよりも水滴４５の付着が少なく、特に、内周側内壁２４ｇの屈曲管部２４ｂの下流側から下流側直管部２４ｃに亘る範囲では、水滴４５がほとんど付着していない。
【００４２】
即ち、酸素センサ３０は、エンジン本体１１における最も外側の分岐管２４に且つエンジン本体１１寄りの末端部に配置されているため、吸気装置１２（図１参照）の上流側の内壁に多くの水滴が付着して吸気装置１２の最も下流である分岐管２４の末端部では水滴４５がほとんど無くなるのに加え、酸素センサ３０は、軸線２４ｄよりも屈曲した分岐管２４の内周側にオフセットして配置されているために、分岐管２４内の主要な流れが酸素センサ３０に当たりにくくなり、水滴４５は酸素センサ３０に付着しにくくなる。
【００４３】
水滴４５は、屈曲管部２４ｂではその慣性で直進するので、分岐管２４の外周側内壁２４ｆに当たりやすくなり、分岐管２４の内周側内壁２４ｇ側へは進行しにくいため、酸素センサ３０に水滴が付着しにくくなる。
以上の事より、酸素センサ３０は、水滴の影響をほとんど受けなくなる。
【００４４】
以上に説明したように、分岐管２４に酸素センサ３０を取付ける主な理由の二つ目は、エンジン本体１１の最も端の気筒に対応する分岐管２４は、分岐管２４〜２７のうちで最も屈曲の程度が大きくなっているからである。
分岐管２４の屈曲の程度が大きければ、図５（ａ），（ｂ）に示したように、酸素センサ３０に水滴４５がより付着しにくくなり、酸素センサ３０の安定な酸素濃度検出を長期に亘って確保することができる。
【００４５】
また、分岐管２４に酸素センサ３０を取付けることで、例えば、従来のように吸気チャンバに酸素センサを取付けるのに比べて吸気ガス中に含まれる水滴を各分岐管２４〜２７に分割して流すことができ、分岐管２４内の水滴量が大幅に減少して酸素センサ３０に水滴をより一層付着しにくくすることができる。
【００４６】
更に、酸素センサ３０を、分岐管２４のエンジン本体１１に近い末端部に取付けることで、エンジン本体１１の第１気筒１１Ａの燃焼室に近い位置で酸素濃度を検出することになり、酸素センサ３０で検出された酸素濃度に基づいて燃焼室での燃料の燃焼を制御する際に燃焼室内に吸入される酸素濃度の実態に近いデータを取得できるので、上記制御の精度向上を図ることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
以下に説明する第２実施形態については、図１に示した第１実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
図６に示すように、エンジン５０は、エンジン本体１１のシリンダヘッド一側面に接続された吸気装置５２を備える４気筒ディーゼルエンジンである。
【００４８】
吸気装置５２は、吸気配管１７に一端が接続されるとともに他端がエンジン本体１１に接続された吸気マニホールド５８を備える。
吸気マニホールド５８は、接続端部２１と、吸気チャンバ２２と、この吸気チャンバ２２からエンジン本体１１に延びてエンジン本体１１の各気筒１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄに吸気ガスを供給する吸気管６０とからなる一体成形品である。
吸気管６０には、エンジン本体１１に近い位置に且つ吸気配管１７に近い側の第２気筒１１Ｂに対応する位置に酸素センサ３０が取付けられている。
【００４９】
図７に示すように、吸気管６０は、吸気チャンバ２２に接続された主通路６０Ａと、この１本の主通路６０Ａから２つに分岐する第１分岐部６１と、この第１分岐部６１で分かれた上流枝管６１ａ、６１ｂと、一方の上流枝管６１ａが２つに分岐する第２分岐部６２と、この第２分岐部６２で分かれた下流枝管６２ａ、６２ｂと、他方の上流枝管６１ｂが２つに分岐する第３分岐部６３と、この第３分岐部６３で分かれた下流枝管６３ａ、６３ｂと、第２分岐部６２及び第３分岐部６３のそれぞれを連通させる連通管６４と、この連通管６４の中間部に設けられた開閉バルブ６６とからなり、下流枝管６２ａ、６２ｂと下流枝管６３ａ、６３ｂとはエンジン本体１１の各気筒１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄにそれぞれ連通し、酸素センサ３０は、図８で説明する理由により、第２気筒１１Ｂに連通する下流枝管６２ｂに取付けられている。
【００５０】
連通管６４及び開閉バルブ６６は、吸気管有効長さを可変にすることで各気筒に供給する吸気ガス量を変更可能な動圧過給機構７０を構成するものである。
エンジンの低速回転時に開閉バルブ６６を閉じると、連通管６４内の吸気ガスの流通が遮断され、スロットルバルブ（不図示）から吸気管６０のエンジン本体１１側の端部までの吸気管有効長さが長くなるので、低速回転時に発生する吸気ガスの脈動を利用して圧力波に同調させて吸気ガス量を増加させることができ、エンジンの低速トルクを向上させることができる。
【００５１】
また、エンジンの高速回転時に開閉バルブ６６を開けると、連通管６４が吸気ガスのバイパス通路となり、上記した吸気管有効長さが短くなるので、高速回転時に発生する吸気ガスの脈動を利用して吸気ガス量を増加させることができる。
【００５２】
以上に述べた吸気管６０の作用を次に説明する。
図８において、矢印Ａで示すように、吸気ガスは、吸気チャンバ２２から吸気管６０の主通路６０Ａに流入すると、矢印Ｂ、Ｃで示すように、第１分岐部６１で２つに分岐し、上流枝管６１ａ、６１ｂに分かれて流れる。
【００５３】
このとき、吸気ガスに含まれる水滴４５は、第１分岐部６１で分岐した直後の上流枝管６１ａ、６１ｂの内側壁６１ｃ、６１ｄに当たって付着し、更に、流れの途中で上流枝管６１ａ、６１ｂの外側壁６１ｅ、６１ｆにも付着する。
【００５４】
更に、吸気ガスは、上流枝管６１ａ、６１ｂから第２分岐部６２、第３分岐部６３を介して引き続き吸気ガスの慣性で矢印Ｂ、Ｃのように下流枝管６２ａ、６３ｂに流れ、また、矢印Ｄ、Ｅに示すように、第２分岐部６２、第３分岐部６３で分岐して下流枝管６２ｂ、６３ａにも流れる。
【００５５】
このとき、上流枝管６１ａ、６１ｂを流れる吸気ガス中に残っている水滴４５は、慣性で下流枝管６２ａ、６３ｂには進行しやすいが、下流枝管６２ｂ、６３ａは、上流枝管６１ａ、６１ｂに対しては逸れた位置にあるため、水滴４５は下流枝管６２ｂ、６３ａに進行しにくい。従って、酸素センサ３０を下流枝管６２ｂ（又は吸気配管１７（図６参照）の位置によっては下流枝管６３ａ）に配置することで、酸素センサ３０へ水滴４５を付着しにくくすることができる。
【００５６】
図９に示すように、酸素センサ３０を吸気管６０の第２分岐部６２（又は吸気配管１７（図６参照）の位置によっては第３分岐部６３）に配置してもよい。
これは、図８で説明したように、吸気ガス中の水滴の多くが第１分岐部６１直後の上流枝管６１ａ、６１ｂの内側壁６１ｃ、６１ｄや外側壁６１ｅ、６１ｆに付着するため、図９に示した第２分岐部６２での吸気ガスに残る水滴が少なくなっていて、水滴が酸素センサ３０に付着しにくいからである。
【００５７】
（第３実施形態）
以下に説明する第３実施形態については、図１に示した第１実施形態と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
図１０に示すように、エンジン８０は、シリンダブロック、シリンダヘッド等からなるエンジン本体８１と、このエンジン本体８１のシリンダヘッド一側面に接続された吸気装置８２と、エンジン本体８１のシリンダヘッド他側面に接続された排気装置８３とを備える直列６気筒ディーゼルエンジンである。
エンジン本体８１は、第１気筒８１Ａ、第２気筒８１Ｂ、第３気筒８１Ｃ、第４気筒８１Ｄ、第５気筒８１Ｅ及び第６気筒８１Ｆが設けられている。
【００５８】
吸気装置８２は、吸気配管１７に一端が接続されるとともに他端がエンジン本体１１に接続された吸気マニホールド８８を備える。
【００５９】
吸気マニホールド８８は、接続端部２１と、吸気チャンバ２２と、この吸気チャンバ２２からエンジン本体８１に延びてエンジン本体８１の各気筒８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄ、８１Ｅ、８１Ｆに吸気ガスを供給する吸気管９０とからなる一体成形品である。
吸気管９０には、エンジン本体８１に近い位置に且つ吸気配管１７に近い側の第３気筒８１Ｃ（又は第１気筒）に対応する位置に酸素センサ３０が取付けられている。
【００６０】
吸気管９０は、吸気チャンバ２２に接続された主通路９０Ａと、この１本の主通路９０Ａから２つに分岐する第１分岐部９１と、この第１分岐部９１で分かれた上流枝管９１ａ、９１ｂと、一方の上流枝管９１ａが３つに分岐する第２分岐部９２と、この第２分岐部９２で分かれた下流枝管９２ａ、９２ｂ、９２ｃと、他方の上流枝管９１ｂが３つに分岐する第３分岐部９３と、この第３分岐部９３で分かれた下流枝管９３ａ、９３ｂ、９３ｃとからなり、下流枝管９２ａ、９２ｂ、９２ｃと下流枝管９３ａ、９３ｂ、９３ｃとは、エンジン本体８１の各気筒８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄ、８１Ｅ、８１Ｆにそれぞれ連通している。
【００６１】
３本の下流枝管９３ａ、９３ｂ、９３ｃのうち、下流枝管９３ｂは上流枝管９１ａの延長線上に配置されるため、上流枝管９１ａ内に残る水滴が下流枝管９３ｂに流れ込みやすく、下流枝管９３ｃへの水滴の流入が最も少なく、次に下流枝管９３ａへの水滴の流入が少ないため、酸素センサ３０は、第３気筒８１Ｃに連通する下流枝管９２ｃ（又は第１気筒８１Ａに連通する下流枝管９２ａ）に取付けられる。
【００６２】
尚、図３に示した第１実施形態では、分岐管２４を、直線状に延びる上流側直管部２４ａと、屈曲した屈曲管部２４ｂと、直線状に延びる下流側直管部２４ｃとで構成したが、これに限らず、分岐管２４を、単純な円弧形状、複数の円弧からなる湾曲形状としてもよく、要は、酸素センサ３０が、分岐管２４のエンジン本体１１側の末端部に且つ分岐管２４の中心を通る軸線２４ｄに対して屈曲した分岐管２４の内周側にオフセットして配置されていればよい。
【００６３】
また、図８に示した第２実施形態では、酸素センサ３０を下流枝管６２ｂに配置したが、これに限らず、酸素センサ３０を最も端の第１気筒１１Ａ（図６参照）に対応する下流枝管６２ａに配置する、詳しくは、屈曲する下流枝管６２ａのエンジン本体１１側の末端部であって下流枝管６２ａの軸線よりも内周側にオフセットさせて配置してもよい。
【００６４】
また、第１〜第３実施形態の何れにおいても酸素センサ３０を吸気チャンバ２２より下流の分岐管２４や分岐部６１、６２、６３に設置したが、吸気通路を構成する吸気チャンバ２２内の吸気配管１７側に設置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、エンジンの吸気装置に配置される酸素センサに好適である。
【符号の説明】
【００６６】
１０、５０、８０ エンジン
１１、８１ エンジン本体
１７ 吸気配管
２２ 吸気チャンバ（集合部）
２４、２５ 分岐管（分岐通路）
２４ｂ 屈曲部（屈曲管部）
２４ｄ 軸線
２８、６０、９０ 吸気管
３０ 酸素センサ
６１、６２、６３ 分岐部（第１分岐部、第２分岐部、第３分岐部）
６２ａ、６２ｂ、９２ａ、９２ｃ 枝管（下流枝管）
９１、９２、９３ 分岐部（第１分岐部、第２分岐部、第３分岐部）
ｅ 酸素センサのオフセット量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気通路に吸気中の空燃比を測定するセンサが配置されたセンサ配置構造において、
前記吸気通路は、上流側に設けられた吸気配管と、この吸気配管の下流側に設けられるとともに、前記エンジンの各吸気ポートと連通して分岐通路を形成する複数の分岐管と各分岐管が接続された集合部を有する吸気マニホールドから構成され、
前記吸気配管が、前記分岐通路配列方向の一方側より前記集合部に接続するように配置され、
前記吸気配管よりも下流のうち、前記一方側の吸気通路にセンサが配置されていることを特徴とするセンサ配置構造。
【請求項２】
各分岐通路のうち、前記一方側の分岐通路にセンサが配置されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ配置構造。
【請求項３】
前記一方側の分岐通路は、前記集合部から前記エンジンに向かって前記分岐通路配列方向の外側に張り出すように屈曲する屈曲部が形成され、前記センサは、分岐通路の中心を通る軸線よりも前記屈曲部の内周側にオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ配置構造。
【請求項４】
前記センサは、各分岐通路のうち、前記エンジン寄りの末端部に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のセンサ配置構造。
【請求項５】
複数の分岐通路からなる吸気管には分岐部が複数段設けられ、前記センサは、前記吸気管の上流側から２段目以降の分岐部に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ配置構造。
【請求項６】
前記センサは、前記２段目以降の分岐部から分岐した分岐管であって前記分岐通路配列方向の中心側の分枝管に配置されていることを特徴とする請求項５記載のセンサ配置構造。
【請求項１】
エンジンの吸気通路に吸気中の空燃比を測定するセンサが配置されたセンサ配置構造において、
前記吸気通路は、上流側に設けられた吸気配管と、この吸気配管の下流側に設けられるとともに、前記エンジンの各吸気ポートと連通して分岐通路を形成する複数の分岐管と各分岐管が接続された集合部を有する吸気マニホールドから構成され、
前記吸気配管が、前記分岐通路配列方向の一方側より前記集合部に接続するように配置され、
前記吸気配管よりも下流のうち、前記一方側の吸気通路にセンサが配置されていることを特徴とするセンサ配置構造。
【請求項２】
各分岐通路のうち、前記一方側の分岐通路にセンサが配置されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ配置構造。
【請求項３】
前記一方側の分岐通路は、前記集合部から前記エンジンに向かって前記分岐通路配列方向の外側に張り出すように屈曲する屈曲部が形成され、前記センサは、分岐通路の中心を通る軸線よりも前記屈曲部の内周側にオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ配置構造。
【請求項４】
前記センサは、各分岐通路のうち、前記エンジン寄りの末端部に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のセンサ配置構造。
【請求項５】
複数の分岐通路からなる吸気管には分岐部が複数段設けられ、前記センサは、前記吸気管の上流側から２段目以降の分岐部に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ配置構造。
【請求項６】
前記センサは、前記２段目以降の分岐部から分岐した分岐管であって前記分岐通路配列方向の中心側の分枝管に配置されていることを特徴とする請求項５記載のセンサ配置構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−４４３１１（Ｐ２０１３−４４３１１Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４５６１（Ｐ２０１１−１８４５６１）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【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２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【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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