CN105545438A - 分散板和内燃机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及分散板和内燃机。具体地，提供了一种分散板(30)，该分散板能够布置在内燃机的排气管中的氧浓度传感器的上游侧上，氧浓度传感器布置在排气管中。分散板(30)构造为分散排气管中的排气流。分散板包括第一板(31)和第二板(32)。第一板(31)包括关于排气管的延伸方向沿着倾斜方向和扭曲方向延伸的偏转板。第二板(32)沿着正交于排气管的延伸方向的方向延伸。第二板(32)包括通孔(35)。第二板(32)布置在排气管中的第一板(31)的外周侧上。
Description
技术领域
本发明涉及一种设置在内燃机的排气管中以分散排气流的分散板和一种包括排气管中的该分散板的内燃机。
背景技术
用于检测排气中的氧浓度的氧浓度传感器设置在内燃机的排气管中，并且排气中的氧浓度用作空气-燃料混合物的空燃比的指标值。在内燃机的操作控制中，根据氧浓度传感器的检测值调节进气量或者燃料喷射量，并且空气-燃料混合物的空燃比由此得到控制。
另外，已经提出了在排气管中在氧浓度传感器在排气上游侧上的部分中设置分散排气流的分散板(例如，见日本实用新型申请公报No.6-73320(JP6-73320U))。这个分散板具有偏转排气流的偏转板。这个偏转板关于排气管的延伸方向沿着倾斜方向和扭曲方向延伸。以上偏转板在排气管的内侧上形成涡卷流(详细地，沿着排气管的延伸方向以螺旋形状涡卷的流)。这个涡卷流搅动排气，从而抑制排气管中的排气中的氧浓度的波动。因此，氧浓度传感器对于排气中的氧浓度的检测精度增加。
发明内容
这里，为了改进氧浓度传感器对于排气中的氧浓度的检测精度，考虑了利用分散板增加排气的搅动程度。然而，如果尝试利用具有上述结构的分散板增加排气的搅动程度，则沿着排气管的延伸方向，分散板(详细地，其偏转板)的长度必须增加。这不是优选的，因为这导致分散板的安装空间扩大。
本发明提供一种分散板和一种内燃机，由此能够在节约的空间中获得高的排气搅动效果。
提供了根据本发明的一个方面的分散板。该分散板能够布置在内燃机的排气管中的氧浓度传感器的上游侧上，氧浓度传感器布置在排气管中。该分散板构造为分散排气管中的排气流。该分散板包括第一板和第二板。第一板包括关于排气管的延伸方向沿着倾斜方向和扭曲方向延伸的偏转板。第二板沿着正交于排气管的延伸方向的方向延伸。第二板包括通孔。第二板布置在排气管中的第一板的外周侧上。
根据以上方面，当排气通过第一板的偏转板时，沿着排气管的延伸方向以螺旋形状涡旋的涡卷流在其排气下游侧上产生。另外，当排气通过第二板的通孔时，其旋回轴线包含沿着正交于排气管的延伸方向的方向的旋回成分的旋回流在其排气下游侧上产生。然后，由第一板形成的排气的涡卷流产生在排气管的内侧上的第二板的内周侧上，即，在排气管的内侧上的中央侧上的一个部分中。由第二板形成的排气的旋回流产生在第一板的外周侧上，即，在排气管的内侧上的内壁表面侧上的一个部分中。相应地，在排气管的内侧上的以上分散板的排气下游侧上的一个部分中，排气的涡卷流和旋回流能够相互碰撞，从而搅动排气。因此，所述排气的搅动程度能够增加。正如所描述的那样，根据以上分散板，无需增加第一板的分散板沿着以上延伸方向的长度。另外，通过设置具有通孔的第二板，排气的搅动程度能够增加，并且能够在节约的空间中获得高的排气搅动效果。
在根据以上方面的分散板中，第一板的偏转板可以构造为伴随着排气通过偏转板而产生沿着延伸方向以螺旋形状涡卷的涡卷流。第二板可以构造为伴随着排气通过通孔而产生其旋回轴线包含沿着正交于延伸方向的方向的旋回成分的旋回流。
在根据以上方面的分散板中，第一板和第二板可以一体地构造。根据以上方面，能够通过压制等以低成本形成该分散板。
在根据以上方面的分散板中，第一板和第二板可以具有延伸经过排气管的中心轴线的整个周围的形状。根据以上方面，能够对于围绕排气管中的中心轴线的整个周围产生排气的涡卷流和旋回流。因此，在排气管中，涡卷流和旋回流相互碰撞，并且由此能够彻底地搅动排气。因此，排气中的氧浓度的波动能够有利地受到抑制。
在以上分散板中，第二板优选地包括从排气管的内壁表面朝向所述排气管的内侧上的中央侧升高的壁部分。在其中在排气管中的分散板的排气上游侧上的部分中产生冷凝水的情形中，冷凝水可能地被以上涡卷流和旋回流散布在排气管中并且可能地散布在氧浓度传感器上。这能够是氧浓度传感器的性能劣化的原因。
根据以上分散板，在其中在排气管中的分散板的排气上游侧上的部分中产生的冷凝水流动到所述分散板的置放位置的情形中，冷凝水能够被分散板的壁部分阻挡。因此，能够阻止在排气管中产生的冷凝水在置放在分散板的排气下游侧上的氧浓度传感器上散布。因此，所述氧浓度传感器的性能劣化能够受到抑制。
提供了根据本发明的一个方面的一种内燃机。该内燃机包括多个气缸、排气管、氧浓度传感器和根据以上方面的分散板。排气管包括分别地与内燃机的气缸连通的多个分支部分和该多个分支部分在此处汇合的汇合部分。氧浓度传感器布置在排气管中的汇合部分中。分散板布置在排气管中的汇合部分中的氧浓度传感器的上游侧上。
在多缸内燃机的排气管中，来自每一个气缸的排气流通过不同的路径(每一个分支部分)流入汇合部分中。因此，在排气管中的不同的部分中，排气流是可能地不一致的。利用设置在排气管的汇合部分中的普通的氧浓度传感器，难以精确地检测这种排气的氧浓度。
关于这点，根据以上方面，排气管中的排气流被分散，并且排气中的氧浓度的波动能够由此受到抑制。因此，从内燃机的每一个气缸排出的排气中的氧浓度能够精确地由设置在排气管的汇合部分中的普通的氧浓度传感器检测。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点，以及技术和工业意义，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中：
图1是实施例的分散板应用于此的发动机系统的概略构造的概略视图；
图2是分散板的透视结构的透视图；
图3A是排气管沿着径向方向的截面视图；
图3B是排气管沿着延伸方向的截面视图；
图4是示出围绕分散板的排气的流动的行为的视图；
图5是排气管中的排气流的非一致性的概略视图；
图6是另一个实施例的分散板的通孔及其周边的截面结构的截面视图；
图7是又一个实施例的分散板的通孔及其周边的截面结构的截面视图；
图8A是进一步的另一个实施例的分散板的侧视图；并且
图8B是进一步的另一个实施例的分散板的截面视图。
具体实施方式
将在下文中对于分散板的实施例进行说明。如在图1中所示，内燃机10包括多个(在该实施例中四个)气缸11(#1、#2、#3、#4)。节气门13设置在内燃机10的进气管12中。通过对这个节气门13的开度的控制，抽吸到内燃机10的每一个气缸11中的空气量得到调节。空气-燃料混合物包含通过进气管12抽吸到每一个气缸11中的空气和从燃料喷射阀14喷射的燃料。空气-燃料混合物被火花塞15引燃，并且所述空气-燃料混合物燃烧。以此方式，内燃机10进行操作。
已经在内燃机10的每一个气缸11中燃烧的空气-燃料混合物作为排气被输送到排气管16、在设置在所述排气管16中的催化转换器17中得到净化，并且被释放到外部。内燃机10的排气管16具有：分别地与气缸11连通的多个(在该实施例中四个)分支部分16A；和这些分支部分16A在此处汇合的汇合部分16B。以上催化转换器17设置在排气管16的汇合部分16B中。另外，在排气管16的汇合部分16B中的以上催化转换器17的排气下游侧上的部分中，设置了输出对应于排气中的氧浓度的检测信号的氧浓度传感器21。
内燃机10包括作为其外围设备的电子控制单元20，其执行与所述内燃机10有关的各种类型的控制。通过包括执行与以上控制有关的各种计算处理的CPU、其中存储该控制要求的程序和数据的ROM、暂时存储CPU的计算结果等的RAM、用于从/向外部输入/输出信号的输入/输出端口等而构造这个电子控制单元20。
除了以上氧浓度传感器21，在下面示出的各种传感器等连接到电子控制单元20的输入端口。节气门位置传感器22检测节气门13的开度(节流开度)。
空气流量计23检测通过进气管12抽吸到内燃机10的气缸11中的空气量。曲柄位置传感器24输出对应于曲轴18的旋转并且用于计算发动机速度的信号等。
各种设备的驱动电路、诸如节气门13的驱动电路和燃料喷射阀14的驱动电路等连接到电子控制单元20的输出端口。基于从以上各种传感器输入的检测信号，电子控制单元20掌握了发动机操作状态，其包括发动机速度和发动机负荷(在内燃机10的每个循环中抽吸到气缸11中的空气量)。应该指出，发动机速度是基于来自曲柄位置传感器24的检测信号获得的。另外，发动机负荷是从基于来自节气门位置传感器22、空气流量计23等的检测信号获得的内燃机10的以上发动机速度和进气量计算的。根据发动机操作状态，诸如发动机负荷和发动机速度，电子控制单元20向连接到以上输出端口的各种驱动电路输出指令信号。以此方式，通过电子控制单元20执行内燃机10中的燃料喷射量控制、进气量控制等。在燃料喷射量控制中，电子控制单元20执行其中基于氧浓度传感器21的输出对于燃料喷射量进行反馈控制的空燃比反馈控制，从而空气-燃料混合物的实际空燃比匹配期望比率(例如，理论空燃比)。
分散排气流的分散板30在内燃机10的排气管16中设置在在催化转换器17和氧浓度传感器21之间的部分中。这个分散板30抑制排气管16中的排气中的氧浓度的非一致性。因此，氧浓度传感器21对于排气中的氧浓度的检测精度得以改进，并且进而，空燃比反馈控制的执行精度得以改进。
在下文中，将具体地描述以上分散板30的结构。如在图2、图3A和图3B中所示，分散板30由沿着正交于排气管16的延伸方向(由图中的箭头A示意的方向)的方向延伸的两个类型的板(第一板31和第二板32)构造。在第一板31布置在环形的第二板32的中央部分中的方面，这个分散板30是通过挤压成型一体地形成的。正如所描述地，分散板30的内周部分由第一板31构造，并且其外周部分由第二板32构造。
以上第一板31具有沿着以上延伸方向A以基本柱形形状延伸的基部33。另外，第一板31具有多个(在该实施例中四个)偏转板34，每一个偏转板34从作为始点的、在基部33的排气下游侧上的端部关于以上延伸方向A沿着倾斜方向延伸，并且每一个偏转板34关于所述延伸方向A沿着扭曲方向延伸。这些偏转板34关于延伸方向A沿着倾斜方向延伸从而偏转板34随着它们朝向排气下游侧延伸而接近排气管16的中央部分(详细地，其中心轴线L)。进而，每一个偏转板34以基本相同的形状形成，并且围绕排气管16的中心轴线L沿着同一方向以扭曲形状形成。每一个以上偏转板34均具有使得已经通过偏转板34的排气产生涡卷流(详细地，沿着以上延伸方向A以螺旋形状涡卷的流)的形状。
以上第二板32整体上以环形平坦板的形状形成，具有沿其周向方向成间隔地以弓形形状延伸的多个(在该实施例中四个)通孔35。这些通孔35以相同的形状形成。这些通孔35每一个均具有使得已经通过通孔35的排气产生旋回流(详细地，其旋回轴线包含沿着正交于以上延伸方向A的方向的大量的旋回成分的旋回流)的形状。
图3A示出排气管16沿着径向方向的截面结构，并且图3B示出排气管16沿着延伸方向A的截面结构。如在图3A和图3B中所示，在第一板31和第二板32这两者均延伸经过围绕排气管16的中心轴线L的整个周围的这个方面，分散板30被附接。
在排气管16的内侧上，多个(在该实施例中三个)阻挡器16C被沿着周向方向成间隔地设置，其每一个具有从内壁表面凸出的形状。然后，分散板30被插入直至达到分散板30在此处邻靠每一个阻挡器16C的位置。在这种状态中，通过焊接处理来固定排气管16的内壁和第二板32的端部。以此方式，分散板30置放在排气管16中。第一板31由此布置在排气管16的中央部分中，并且第二板32围绕第一板31布置。另外，一旦第二板32附接到排气管16的内侧，其外周侧上的周向边缘便用作壁部分36，其设置成从排气管16的内壁表面朝向所述排气管16的内侧上的中央侧延伸。
在下文中，将描述通过设置分散板30实现的动作。如在图4中所示，分散板30置放在排气管16中。因此，当排气通过第一板31的偏转板34时，排气的涡卷流(在图中由空白箭头示意的流)在排气管16的内侧上的中心轴线L侧上的部分中产生。另外，当排气通过第二板32的通孔35时，排气的旋回流(在图中由黑色箭头示意的流)在排气管16的内侧上的内壁表面侧上的部分中产生。相应地，在排气管16中的以上分散板30的排气下游侧上，涡卷流在排气管16的中央部分中形成，并且旋回流形成为包围涡卷流。以此方式，这些涡卷流和旋回流相互碰撞，并且排气被搅动。排气的搅动程度由此增加。因此，从内燃机10的每一个气缸11排放的排气的氧浓度能够精确地由固定到排气管16的氧浓度传感器21检测。另外，能够以对应于实际空燃比的方式适当地执行空燃比反馈控制。
如果尝试仅仅通过使用在排气管16中产生涡卷流的第一板31的偏转板34搅动排气，排气管16的每一个偏转板34沿着延伸方向A的长度必须增加，从而增加排气的搅动程度。这不是优选的，因为这导致分散板的安装空间扩大。
另外，在以上排气管16中，来自内燃机10的每一个气缸11的排气流通过不同的路径(每一个分支部分16A)流入其汇合部分16B中(图1)。因此，如图5所示的一个实例，来自内燃机10的每一个气缸11的排气流在排气管16中的不同的部分中可能地变得不一致。在图5中，区域AR1是气缸11#1的排气很可能通过的部分，区域AR2是气缸11#2的排气很可能通过的部分，区域AR3是气缸11#3的排气很可能通过的部分，并且区域AR4是气缸11#4的排气很可能通过的部分。难以利用设置在排气管16的汇合部分16B中的普通的氧浓度传感器21精确地检测带有这种非一致性的排气的氧浓度。
另外，以上偏转板34偏转排气流从而使其成为涡卷流。相应地，即使当仅仅通过使用偏转板34搅动排气时，排气流的不一致的部分仍然只是沿着排气管16的周向方向(在图中由空白箭头示意的方向)移位。因此，排气管16中的排气流的非一致性是不可能消除的。只要排气流的这种非一致性存在，便难以利用氧浓度传感器21精确地检测每一个气缸11的排气的氧浓度。
关于这点，如在图3A、图3B和图4中所示，在以上分散板30中，除了用于产生涡卷流的偏转板34，设置了用于产生旋回流的第二板32(详细地，其通孔35)。相应地，无需增加第一板31的每一个偏转板34沿着排气管16的延伸方向A的长度，并且通过为第二板32设置通孔35，排气管16中的排气的搅动程度能够增加，并且能够在节约的空间中获得高的排气搅动效果。
另外，涡卷流和旋回流在排气管16中产生并且相互碰撞。以此方式，排气流能够被分散。因此，通过抑制来自内燃机10的每一个气缸11的排气流的非一致性，排气的氧浓度的波动能够受到抑制。进而，从内燃机10的每一个气缸11排放的排气的氧浓度能够精确地由设置在排气管16的汇合部分16B中的普通的氧浓度传感器21检测。
而且，在排气管16中的分散板30的排气上游侧上的部分中可能产生冷凝水。在这种情形中，冷凝水可能地被以上涡卷流和旋回流散布在排气管16中并且可能地散布在氧浓度传感器21上。这能够是氧浓度传感器21的性能劣化的原因。
如在图4中所示，在其中在以上排气管16的内侧上的分散板30的排气上游侧上的部分中产生的冷凝水W流动到所述分散板30的置放位置的情形中，冷凝水W被分散板30的壁部分36阻挡。然后，这个受到阻挡的冷凝水W最终被高温排气蒸发并且消失。正如所描述地，能够阻止在排气管16中产生的冷凝水W在所述排气管16中散布，并且还能够阻止其在置放在分散板30的排气下游侧上的氧浓度传感器21上散布。因此，通过设置分散板30，能够阻止由在排气管16中产生的冷凝水引起的氧浓度传感器21的性能劣化。
如至此已经描述地，根据这个实施例，能够获得以下效果。(1)提供了一种分散板30，其包括：具有偏转板34的第一板31；和具有通孔35的第二板32。然后，分散板30的内周侧上的部分由第一板31构造，并且分散板30的外周侧上的部分由第二板32构造。因此，无需增加第一板31的每一个偏转板34沿着排气管16的延伸方向A的长度，并且通过为第二板32设置通孔35，排气管16中的排气的搅动程度能够增加，并且能够在节约的空间中获得高的排气搅动效果。
(2)能够伴随排气通过第一板31的偏转板34而产生涡卷流，并且能够伴随排气通过第二板32的通孔35而产生旋回流。
(3)第一板31和第二板32被构造成一体地形成。因此，能够通过压制以低成本形成分散板30。(4)第一板31和第二板32具有延伸经过围绕排气管16的中心轴线L的整个周围的形状。相应地，能够对于围绕排气管16中的中心轴线L的整个周围产生排气的涡卷流和旋回流。以此方式，在排气管16中，涡卷流和旋回流相互碰撞，并且由此能够彻底地搅动排气。因此，能够有利地抑制排气中的氧浓度的波动。
(5)能够通过在排气管16中分散排气流抑制排气中的氧浓度的波动。因此，从内燃机10的每一个气缸11排放的排气中的氧浓度能够由设置在排气管16的汇合部分16B中的普通的氧浓度传感器21精确地检测。
(6)第二板32的外周侧的周向边缘用作从排气管16的内壁表面朝向所述排气管16的内侧上的中央侧延伸的壁部分36。因此，由在排气管16中产生的冷凝水引起的氧浓度传感器21的性能劣化能够受到抑制。
应该指出，可以如下地修改和实施以上实施例。能够采用具有任意形状的板作为第二板32。例如，替代采用具有平坦板形状的板，能够采用渐缩形状的板，其内径朝向排气下游侧减少。
作为第二板32，例如，类似图6所示的板和图7所示的板地，能够采用具有其中通孔的内边缘部分弯曲(或者折曲)的形状的板。图6所示第二板42具有其中通孔45的内边缘部分倾斜从而随着内边缘部分接近排气下游侧在相对的表面之间的距离减小的这种形状。另外，图7所示第二板52具有挡板56，挡板56具有从作为始点的通孔55的内边缘部分延伸的形状并且还具有覆盖所述通孔55的开口的一个部分的形状。通过采用这种第二板中的任何一种，采用了一种允许排气容易地通过通孔的结构。以此方式，分散板的流动路径阻力能够减小，并且由通孔形成的旋回流的流动强度能够增加。
当分散板布置在排气管16的内侧上时，所述分散板的外周侧上的周向边缘不必用作从排气管16的内壁表面朝向所述排气管16的内侧上的中央侧延伸的壁部分。更加具体地，例如分散板30可以设置在排气管16的接缝处。然后，第二板32的通孔35的内表面可以是与排气管16的内壁表面相同的表面，或者第二板32的通孔35的内表面可以位于排气管16的内壁表面的径向外侧上。
分散板不限于通过压制一体地形成，而是可以通过利用焊接等结合多个分开地形成的部件而一体地形成。在图8A和图8B中示出这种分散板的一个实例。
如在图8A和图8B中所示，分散板60具有：布置在其中心轴线C侧上的内部部件61；和布置在用于包围所述内部部件61的周围的位置处的外部部件62。
以上内部部件61具有：以利用上述中心轴线C作为中心的柱形形状延伸的结合壁部分61A；从所述结合壁部分61A在排气下游侧上的端部以基本柱形形状延伸的基部63；和多个(在图8A、图8B所示实例中四个)偏转板64，每一个偏转板64从作为始点的、基部63在排气下游侧上的端部延伸。应该指出，这些结合壁部分61A、基部63和偏转板64被一体地形成。
以上外部部件62具有环形平坦板形状的板部分66。在这个板部分66的径向内侧上，成间隔地形成多个(在图8A、图8B所示实例中四个)凹口65，每一个凹口65以上述中心轴线作为中心以弓形形状延伸。另外，具有以上述中心轴线C作为中心的弓形形状并且沿着所述中心轴线C方向延伸的结合壁部分62A一体地在每一个顶端处形成，该顶端是在板部分66中的该两个凹口65之间的部分。
然后，内部部件61的结合壁部分61A的外壁通过焊接等结合到外部部件62的每一个结合壁部分62A的内壁，从而以集成方式形成外部部件62和内部部件61。在这个分散板60中，外部部件62和内部部件61的基部63的一个部分对应于第一板，由外部部件62的凹口65和内部部件61的外表面构造的通孔对应于用于产生排气的旋回流的通孔，并且内部部件61的基部63的另一个部分和每一个偏转板64对应于第一板。
在其中央部分中形成有偏转板34的第一板和在其周向边缘部分中形成有通孔35的第二板可以分开地形成并且可以布置在排气管16的内侧上。在此情形中，能够不仅在其中第一板和第二板沿着排气管16的延伸方向A成间隔地布置的状态中而且还在其中第一板和第二板沿着所述延伸方向A置放在彼此之上的状态中置放第一板和第二板。
第一板和第二板可以不仅以延伸经过围绕排气管16的中心轴线的整个周围的形状形成而且还可以绕中心轴线以扇形形状(或者弓形形状)延伸的形状形成。即，第一板和第二板仅仅需要布置为使得从伴随排气通过第二板的通孔而产生的旋回流，在排气管的内侧上的中央侧上产生伴随排气通过第一板的偏转板而产生的涡卷流。
以上实施例的分散板还能够应用于带有一个到三个气缸的内燃机和带有五个或者更多个气缸的内燃机。
Claims (6)
1.一种分散板(30)，所述分散板(30)能够被布置在内燃机的排气管中氧浓度传感器的上游侧上，所述氧浓度传感器被布置在所述排气管中，并且所述分散板(30)被构造为分散所述排气管中的排气流，所述分散板(30)的特征在于包括：
第一板(31)，所述第一板(31)包括偏转板，所述偏转板相对于所述排气管的延伸方向在倾斜方向和扭曲方向上延伸；和
第二板(32)，所述第二板(32)在与所述排气管的延伸方向正交的方向上延伸，所述第二板(32)包括通孔，并且所述第二板(32)被布置在所述排气管中所述第一板(31)的外周侧上。
2.根据权利要求1所述的分散板，其中
所述第一板(31)的所述偏转板被构造为伴随着排气通过所述偏转板而产生涡卷流，所述涡卷流在所述延伸方向上以螺旋形状涡卷，并且
所述第二板(32)被构造为伴随着所述排气通过所述通孔而产生旋回流，所述旋回流的旋回轴线包含在与所述延伸方向正交的方向上的旋回分量。
3.根据权利要求1或2所述的分散板，其中，所述第一板(31)和所述第二板(32)被一体地构成。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的分散板，其中，所述第一板(31)和所述第二板(32)具有延伸经过所述排气管的中心轴线的整个周围的形状。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的分散板，其中，所述第二板(32)包括壁部分，所述壁部分从所述排气管的内壁表面朝向所述排气管的内侧上的中央侧延伸。
6.一种内燃机，其特征在于包括：
多个气缸；
排气管，所述排气管包括：多个分支部分，所述多个分支部分分别与所述内燃机的所述气缸连通；以及汇合部分，所述多个分支部分在所述汇合部分处汇合；
氧浓度传感器，所述氧浓度传感器被布置在所述排气管中的所述汇合部分中；和
根据权利要求1所述的分散板(30)，所述分散板(30)被布置在所述排气管中的所述汇合部分中所述氧浓度传感器的上游侧上。
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