CN109209615A - 内燃机的排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制以旁通排气所含的冷凝水在排气净化催化剂的上游侧端面沸腾了时飞散的水分为起因的排气传感器的沾水。本发明为了解决上述的课题，在构成为在废气旁通阀的开度为预定开度以上时从旁通通路流出的排气即旁通排气指向排气净化催化剂的上游侧端面中的预定部位而流动、且在作为透平与排气净化催化剂之间的排气通路的特定通路配置有排气传感器的、内燃机的排气系统中，排气传感器配置成，相对于将所述预定部位沿着所述排气净化催化剂的轴向向所述特定通路侧假想地延长了的区域(飞散区域(B))、向与所述排气净化催化剂的轴向正交的方向分离第一距离以上。

Description

内燃机的排气系统
技术领域
本发明涉及适用于如下的内燃机的排气系统，所述内燃机具备：利用排气能量来驱动离心式的压缩机的排气透平增压器(涡轮增压器)；配置于比该涡轮增压器的透平靠下游的位置的排气净化催化剂；以及配置于透平与排气净化催化剂之间的排气传感器。
背景技术
近年来，在具备涡轮增压器的内燃机中，以冷车(日文：冷間)时的排气净化催化剂的提前预热为目的，一般为在比透平靠下游的排气通路中的接近该透平的位置配置排气净化催化剂的排气通路构造。另外，在绕过透平的旁通通路和变更该旁通通路的通路截面积的废气旁通阀(以下记载为“WGV”)被一并设置于涡轮增压器的内燃机中，也已知有如下的构造：以经过了旁通通路的排气(以下记载为“旁通排气”)与排气净化催化剂的上游侧端面直接接触的方式、配置旁通通路、WGV等。根据这样的构造，能够通过在冷车时使绕过了透平后的高温的排气与排气净化催化剂的上游侧端面直接接触，从而进一步促进排气净化催化剂的预热。
在有效利用排气净化催化剂的净化能力这方面，需要掌握向该排气净化催化剂流入的排气的状态。为此，一般也为将氧浓度传感器、空燃比传感器等那样、用于检测排气所含的特定成分的浓度的排气传感器配置于比排气净化催化剂靠上游的排气通路的排气通路构造。在此，在具备涡轮增压器的内燃机的排气通路配置有排气传感器的情况下，也已知有如下的构造：通过在透平与排气净化催化剂之间的比较窄的范围内，在尽可能靠近排气净化催化剂的位置配置排气传感器，从而经过了透平的排气(以下也有时称为“透平排气”。)与旁通排气混合后的气体会与排气传感器接触(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2016-173041号公报
专利文献2：日本特开2003-254051号公报
发明内容
发明要解决的问题
在内燃机的排气中含有水分，有时该水分在内燃机的停止期间中等冷车时会成为冷凝水而滞留于比透平靠上游的排气通路、透平、及旁通通路等。当在这些位置产生冷凝水时，有可能在内燃机刚被冷启动后等、从透平的出口部和/或旁通通路的出口部朝向排气净化催化剂流出冷凝水。尤其是，在构成为旁通排气与排气净化催化剂的上游侧端面直接接触的排气通路构造中，与旁通排气一起从旁通通路的出口部流出了的冷凝水有可能与排气净化催化剂的上游侧端面接触。在排气净化催化剂的预热过程中，当旁通排气所含的冷凝水与排气净化催化剂的上游侧端面接触时，有时该冷凝水会在排气净化催化剂的上游侧端面沸腾。在该情况下，有可能冷凝水的一部分会从排气净化催化剂的上游侧端面向排气的流动方向上的上游侧飞散。此时，如上述的专利文献1所公开的那样，当排气传感器配置于排气净化催化剂的附近时，在冷凝水沸腾了时飞散的水分有可能与排气传感器接触而诱发该排气传感器的异常。
本发明是鉴于上述那样的实际情况而做出的，其目的在于，在透平和排气净化催化剂被接近配置、且在透平与排气净化催化剂之间的排气通路配置有排气传感器的构成中，抑制以旁通排气所含的冷凝水在排气净化催化剂的上游侧端面沸腾了时飞散的水分为起因的、排气传感器的沾水(日文：被水)。
用于解决问题的技术方案
本发明为了解决上述的课题，在构成为在废气旁通阀的开度为预定开度以上时从旁通通路流出的排气(旁通排气)指向作为排气净化催化剂的上游侧端面中的一部分的部位的预定部位而流动、且在透平与排气净化催化剂之间的排气通路配置有排气传感器的、内燃机的排气系统中，在旁通排气所含的冷凝水在排气净化催化剂的上游侧端面沸腾了时飞散的水分不会接触的位置配置排气传感器。
详细而言，本发明是如下一种内燃机的排气系统，该内燃机的排气系统具备：增压器，该增压器具备配置于内燃机的排气通路的透平；排气净化催化剂，该排气净化催化剂配置于比所述透平靠下游的所述排气通路；旁通通路，该旁通通路从比所述透平靠上游的排气通路分支，并绕过该透平而与比所述排气净化催化剂靠上游的所述排气通路合流；废气旁通阀，该废气旁通阀变更所述旁通通路中的排气的流路截面积；以及排气传感器，该排气传感器配置于作为所述透平与所述排气净化催化剂之间的所述排气通路的特定通路。在该内燃机的排气系统中，所述透平和所述排气净化催化剂配置成，该透平和该排气净化催化剂成为预定的接近状态，且该透平的出口部的轴线的延长线不与所述特定通路的壁面交叉而与该排气净化催化剂的上游侧端面交叉，而且，所述旁通通路和所述废气旁通阀构成为，在该废气旁通阀的开度为预定开度以上时从该旁通通路流出的排气即旁通排气指向作为所述排气净化催化剂的上游侧端面中的一部分的部位的预定部位而流动。并且，所述排气传感器配置成，相对于将所述预定部位沿着所述排气净化催化剂的轴向向所述特定通路侧假想地延长了的区域、向与所述排气净化催化剂的轴向正交的方向分离第一距离以上。
在上述那样构成了的内燃机的排气系统中，在如内燃机处于冷车状态的情况那样需要进行排气净化催化剂的预热的情况下，当使废气旁通阀的开度为预定开度以上时，被从内燃机排出的高温的排气的至少一部分经由旁通通路而向特定通路流出。关于经由旁通通路的排气，该排气所具有的热难以被透平夺取，因此成为比经由透平的排气高温的状态。并且，在废气旁通阀的开度为预定开度以上时从旁通通路向特定通路流出的排气(旁通排气)指向排气净化催化剂的上游侧端面(以下也有时称为“上游侧催化剂端面”。)的预定部位而流动。此时，透平和排气净化催化剂以预定的接近状态配置。在此所说的“预定的接近状态”是指旁通排气的大部分不与特定通路的壁面等碰撞而与上游侧催化剂端面的预定部位直接接触的状态。结果，旁通排气中的、不与特定通路的壁面等碰撞而与所述上游侧催化剂端面直接接触的排气的量变多。此外，若旁通排气在到达所述上游侧催化剂端面之前与特定通路的壁面等碰撞，则该旁通排气的热会被传递给所述壁面等，因此从该旁通排气向排气净化催化剂传递的热量容易变少。与此相对，若通过将透平和排气净化催化剂以预定的接近状态配置、从而旁通排气的大部分不与特定通路的壁面等碰撞而与上游侧催化剂端面的预定部位直接接触，则能够使旁通排气的热高效地向排气净化催化剂传递。结果，能够促进排气净化催化剂的预热。
上述的旁通排气有时含有在内燃机的运转停止期间等产生的冷凝水。在排气净化催化剂的预热过程中，在上游侧催化剂端面某种程度变暖了的状态下，当含有冷凝水的旁通排气与该上游侧催化剂端面接触时，有时冷凝水会在该上游侧催化剂端面沸腾。当冷凝水在上游侧催化剂端面沸腾时，有可能产生从该上游侧催化剂端面朝向特定通路侧飞散的水分(以下也有时称为“逆流水”。)。在此，在将透平和排气净化催化剂如上述那样配置成、透平和排气净化催化剂成为预定的接近状态且透平出口部的轴线的延长线不与特定通路的壁面交叉而与上游侧催化剂端面交叉的情况下，也就是说，在将特定通路用大致直线状的短的通路来形成的情况下，若排气传感器不小心地被配置于特定通路，则有可能排气传感器因上述的逆流水而沾水。此外，上述的逆流水容易与排气净化催化剂的轴向平行地飞散。换言之，上述的逆流水有从上游侧催化剂端面朝向特定通路与上游侧催化剂端面大致垂直地飞散的倾向。因而，能够推定为：上述的逆流水向将上游侧催化剂端面中冷凝水所碰撞的部位(预定部位)沿着排气净化催化剂的轴向向特定通路侧假想地延长了的区域(以下也有时称为“飞散区域”。)飞散。因此，当排气传感器被配置于上述的飞散区域时，该排气传感器容易因逆流水而沾水。
作为防止以上述的逆流水为起因的排气传感器的沾水的方法，可以考虑使与排气净化催化剂的轴向平行的方向上的排气传感器与上游侧催化剂端面的距离比逆流水的飞散距离长的方法。不过，为了采用这样的方法需要增长特定通路。与此相对，为了高效地实现上述那样的利用了旁通排气的热的排气净化催化剂的预热，需要尽可能地缩短特定通路。因此，不能说使与排气净化催化剂的轴向平行的方向上的排气传感器与上游侧催化剂端面的距离比逆流水的飞散距离足够长的方法是适于近年来的内燃机所要求的排放条件的方法。
于是，在本发明的内燃机的排气系统中，在与所述排气净化催化剂的轴向正交的方向(与上游侧催化剂端面平行的方向)上、从所述飞散区域分离第一距离以上的位置，配置排气传感器。根据这样的配置，能够在透平和排气净化催化剂被接近配置、且在透平与排气净化催化剂之间的特定通路配置有排气传感器的构成中，抑制以逆流水为起因的排气传感器的沾水。也就是说，能够在能够高效地进行利用了旁通排气的排气净化催化剂的预热的基础上，抑制以逆流水为起因的排气传感器的沾水。
逆流水的一部分有可能一边在与排气净化催化剂的轴向正交的方向上扩散一边飞散。因此，上述的第一距离也可以设定为使得一边在与排气净化催化剂的轴向正交的方向上扩散一边飞散的逆流水不会与排气传感器接触的距离。若第一距离被这样地设定，则能够更可靠地抑制以逆流水为起因的排气传感器的沾水。
在本发明的内燃机的排气系统中，也可以是，所述排气传感器配置于如下的位置：相对于所述飞散区域、向与所述排气净化催化剂的轴向正交的方向分离所述第一距离以上，而且，相对于将所述透平的出口部的端面沿着该出口部的轴向向所述特定通路侧假想地延长了的区域、向与该出口部的轴向正交的方向分离第二距离以上。
在内燃机处于冷车状态时，在从透平出口部流出的排气(以下也有时称为“透平排气”。)中，与旁通排气同样地，有可能含有冷凝水。在此，透平排气的大部分一边绕透平的中心线回转一边呈螺旋状地流动。另一方面，关于透平排气所含的冷凝水，其比重比排气的比重大，因此容易向与透平出口部的轴向(透平出口部的轴线的延长线)平行的方向呈直线地前进。因而，当在将透平出口部的端面沿着该透平出口部的轴向向所述特定通路侧延长了的区域(以下也有时称为“透平冷凝水流通区域”。)配置有排气传感器时，有可能因从透平向特定通路流出了的冷凝水导致排气传感器沾水。与此相对，当在与排气净化催化剂的轴向正交的方向上的排气传感器与所述飞散区域的离散距离为第一距离以上且与透平出口部的轴向正交的方向上的排气传感器与透平冷凝水流通区域的分离距离为第二距离以上的位置、配置有排气传感器时，除了能够抑制以逆流水为起因的排气传感器的沾水之外，还能够抑制以透平排气所含的冷凝水为起因的排气传感器的沾水。
在此，从透平的出口部流出了的冷凝水的一部分有可能一边在与透平出口部的轴向正交的方向上扩散一边流通。因此，所述第二距离也可以设定为使得一边在与透平出口部的轴向正交的方向上扩散一边流通的冷凝水不会与排气传感器接触的距离。若第二距离被这样地设定，则能够更可靠地抑制以透平排气所含的冷凝水为起因的排气传感器的沾水。
此外，本发明的特定通路可以构成为，包括从自所述透平至所述排气净化催化剂为止的途中起、该特定通路的通路直径连续地扩大的锥部。在该情况下，所述排气传感器也可以配置于所述锥部。在此，若立足于更可靠地抑制以逆流水为起因的排气传感器的沾水、和/或以透平排气所含的冷凝水为起因的排气传感器的沾水的这一观点，则上述的第一距离和/或第二距离优选设定得尽可能长。与此相对，关于上述的锥部，因为上述的锥部的通路截面积比相比该锥部靠上游的特定通路的通路截面积大，所以容易增长上述的第一距离和/或第二距离。因而，若排气传感器被配置于所述锥部，则变得容易更可靠地抑制以逆流水为起因的排气传感器的沾水、和/或以透平排气所含的冷凝水为起因的排气传感器的沾水。另外，从透平出口部观察时的锥部的位置成为沿特定通路的径向深入了的位置，因此容易抑制以透平排气所含的冷凝水为起因的排气传感器的沾水。
发明的效果
根据本发明，能够在透平和排气净化催化剂被接近配置、且在透平与排气净化催化剂之间的排气通路配置有排气传感器的构成中，抑制以旁通排气所含的冷凝水在排气净化催化剂的上游侧端面沸腾了时飞散的水分为起因的、排气传感器的沾水。
附图说明
图1是示出适用本发明的内燃机及其排气系统的概略构成的图。
图2A是示出第一实施方式的透平壳体的纵剖面的图。
图2B是示出第一实施方式的透平壳体的横剖面的图。
图3是图1中的空燃比传感器附近的示意性的放大剖视图。
图4是空燃比传感器的顶端部附近的纵剖视图。
图5是示出第一实施方式中的空燃比传感器的配置构造的图。
图6是示出第二实施方式中的空燃比传感器的配置构造的图。
图7A是示出第二实施方式的变形例的透平壳体的纵剖面的图。
图7B是示出第二实施方式的变形例的透平壳体的横剖面的图。
图8是示出第二实施方式的变形例中的空燃比传感器的配置构造的图。
附图标记说明
1：内燃机；
5：排气通路；
5a：特定通路；
6：增压器；
7：催化剂壳；
7b：圆锥部(锥部)；
10：空燃比传感器(排气传感器)；
10：保护罩；
50：排气歧管；
60：透平壳体；
60a：透平；
70：排气净化催化剂；
70a：上游侧催化剂端面；
601：透平出口部；
602：旁通通路；
603：废气旁通阀。
具体实施方式
以下参照附图例示性地详细地对用于实施本发明的方式进行说明。不过，该实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别记载，则并非旨在将本发明的范围仅限定于上述内容。
(第一实施方式)
＜内燃机及其排气系统的构成＞
图1是示出本实施方式的内燃机及其排气系统的概略构成的图。图1所示的内燃机1是具备4个汽缸2的火花点火式的内燃机(汽油发动机)。不过，本发明也能够适用于压缩点火式的内燃机(柴油发动机)。在内燃机1设置有向各进气道喷射燃料的燃料喷射阀3。此外，燃料喷射阀3也可以构成为向各汽缸2内直接喷射燃料。另外，在各汽缸2安装有用于对筒内的混合气进行点火的火花塞(省略图示)。
内燃机1与进气歧管40连接。进气通路4连接于进气歧管40。在该进气通路4的途中，设置有将排气的能量作为驱动源而工作的增压器6的压缩机壳体61。压缩机61a被旋转自如地收纳于压缩机壳体61。并且，在比压缩机壳体61靠下游的进气通路4设置有节气门41。节气门41通过变更进气通路4中的进气的流路截面积来调整内燃机1的吸入空气量。并且，在比节气门41靠下游的进气通路4，设置有利用进气和外部气体来进行热交换的中间冷却器42。另外，在比压缩机壳体61靠上游的进气通路4设置有空气流量计43。空气流量计43输出与在进气通路4内流动的进气(空气)的量(质量)相应的电信号。
内燃机1与排气岐管50连接。排气通路5连接于排气歧管50。并且，在排气通路5的途中，从排气流动方向的上游侧起依次设置有增压器6的透平壳体60、空燃比传感器10、催化剂壳7、及温度传感器51。透平60a被旋转自如地收纳于透平壳体60。另外，催化剂壳7由收纳了排气净化催化剂70的筒状部7a、配置于该筒状部7a的上游侧的圆锥部7b(与本发明的“锥部”相当。)、以及配置于该筒状部7a的下游侧的圆锥部7c构成。排气净化催化剂70例如为三元催化剂、氧化催化剂等。另外，空燃比传感器10配置于作为透平60a与排气净化催化剂70之间的排气通路的特定通路5a，并输出与流入排气净化催化剂70的排气的空燃比相应的电信号。关于该空燃比传感器10的详细情况在后叙述。另外，温度传感器51输出与排气的温度相应的电信号。此外，在本实施方式中，空燃比传感器10与本发明的排气传感器相当。不过，本发明的排气传感器如在后叙述的那样并不限于空燃比传感器10。
在此，如图2A和图2B所示，透平壳体60具备：用于将来自排气通路5的排气导向透平60a的透平入口部600；和将经过了透平60a的排气导向特定通路5a的透平出口部601。另外，在透平壳体60，设置有将来自排气通路5的排气以绕过透平60a的方式导向特定通路5a的旁通通路602。并且，旁通通路602构成为，该旁通通路602的轴线的延长线(图2A中的单点划线L1)与排气净化催化剂70的上游侧端面70a(以下也有时称为“上游侧催化剂端面70a”。)中的一部分的部位交叉。此外，在图2A所示的例子中，旁通通路602的轴线的延长线L1构成为与上游侧催化剂端面70a的中心部分交叉，但也可以构成为与中心部分以外的部位交叉。另外，透平60a和排气净化催化剂70构成为，透平出口部601的轴线的延长线不与特定通路5a的壁面交叉而与上游侧催化剂端面70a交叉。换言之，透平60a和排气净化催化剂70构成为，特定通路5a成为大致直线状。
另外，透平壳体60具备安装于旁通通路602的出口侧并能够变更旁通通路602中的排气的流路截面积的废气旁通阀603(以下也有时称为“WGV603”。)。该WGV603由致动器604开闭驱动。在此，在图2A中示出了使WGV603为全闭状态时的情形(图2A中的用虚线表示的603a)、和使WGV603为全开状态时的情形(图2A中的用实线表示的603b)。并且，在使WGV603为全开状态时从旁通通路602向特定通路5a流出的排气(旁通排气)的流动方向，如图2A中用白底(日文：白抜き)箭头所示，成为沿着旁通通路602的轴线的延长线L1的方向。也就是说，在使WGV603为全开了的状态下，旁通通路602使旁通排气的流动方向指向上游侧催化剂端面70a的中心部分。因而，在本实施方式中，WGV603的全开开度与本发明中的预定开度相当。
此外，在本实施方式中，如图2B所示，连接于排气歧管50的排气通路5朝向车载状态下的铅垂方向的上侧延伸，该排气通路5的与连接于排气歧管50的一侧相反的一侧的端部连接于透平壳体60。在连接于这样的排气通路5的透平壳体60中，透平60a配置于比旁通通路602靠铅垂方向上的上方的位置。
另外，在本实施方式的内燃机的排气系统中，透平60a和排气净化催化剂70以预定的接近状态配置。在此所说的“预定的接近状态”是指隔有如下程度的间隔而配置透平60a和排气净化催化剂70的状态，所述程度为在WGV603处于全开状态时，从旁通通路602流出的排气即旁通排气的大部分不与特定通路5a的壁面等接触而与上游侧催化剂端面70a的中心部分直接接触的程度。满足这样的预定的接近状态的条件例如为将从透平出口部601到上游侧催化剂端面70a为止的距离的值除以排气净化催化剂70的直径的值而得到的值成为0.8～1.3。在本实施方式中，例如，从透平出口部601到上游侧催化剂端面70a为止的距离的值为100mm，排气净化催化剂70的直径的值为120mm。并且，当透平60a及排气净化催化剂70被这样地以预定的接近状态配置时，可抑制从特定通路5a中的排气向通路壁的散热。另外，如上所述，在使WGV603为全开了的状态下，当旁通排气指向上游侧催化剂端面70a的中心部分而流动时，即使该旁通排气沿径向多少有些扩散，该大部分的排气也与所述上游侧催化剂端面的中心部分直接接触，因此能够将旁通排气的热向排气净化催化剂70有效地传递。
在此，回到图1，在内燃机1一并设置有电子控制单元(ECU)20。ECU20为控制内燃机1的运转状态等的单元。除了上述的空燃比传感器10、空气流量计43以及温度传感器51之外，曲轴位置传感器8、加速器开度传感器9等各种传感器也电连接于ECU20。曲轴位置传感器8是输出与内燃机1的内燃机输出轴(曲轴)的旋转位置相关的电信号的传感器。加速器开度传感器9是输出与加速器踏板的操作量(加速器开度)相关的电信号的传感器。并且，这些传感器的输出信号被输入到ECU20。ECU20基于曲轴位置传感器8的输出信号导出内燃机1的内燃机转速，并基于加速器开度传感器9的输出信号导出内燃机1的内燃机负荷。另外，ECU20基于空气流量计43的输出值来推定被从内燃机1排出的排气的流量，并基于温度传感器51的输出值来推定排气净化催化剂70的温度。
ECU20与燃料喷射阀3、节气门41、WGV603等各种装置电连接。通过ECU20来控制上述各种装置。例如，ECU20能够通过控制WGV603的开度从而调整在旁通通路602流通的排气的流量。
并且，ECU20在内燃机1处于冷车状态时，将WGV603控制为全开状态。由此，旁通排气指向上游侧催化剂端面70a的中心部分，旁通排气的热被有效地向排气净化催化剂70传递。这样，ECU20能够通过在内燃机1处于冷车状态时将WGV603控制为全开状态，从而促进排气净化催化剂70的预热。
＜空燃比传感器的构造＞
接着，基于图3和图4对空燃比传感器10的构造简单地进行说明。图3是图1中的空燃比传感器10附近的示意性的放大剖视图。另外，图4是空燃比传感器10的顶端部附近的纵剖视图。
在图3中，空燃比传感器10构成为，包括后述的传感器主体100、和保护罩10a，该保护罩10a是覆盖该传感器主体100的筒状的耐热部件，且该保护罩10a的一部分在特定通路5a露出。传感器主体100被保护罩10a覆盖，从而可确保传感器主体100的机械强度。
并且，如图4所示，保护罩10a由内侧罩10b和外侧罩10c构成。并且，在这些罩10b-10c的表面形成有多个通气孔10d，使保护罩10a内外相互连通。即，空燃比传感器10构成为，在特定通路5a流通的排气通过保护罩10a的通气孔10d而到达传感器主体100。此外，在图4中保护罩10a为双层构造，但保护罩10a也可以是单层构造。
接着，对传感器主体100的概略构成进行说明。传感器主体100具备由氧离子导电性固体电解质形成的传感器元件11。传感器元件11例如由氧化锆(zirconia)形成。并且，在传感器元件11的一方的侧面形成有暴露于排气的排气侧电极12，在传感器元件11的另一方的侧面形成有暴露于大气的大气侧电极13。这些排气侧电极12及大气侧电极13由铂等催化剂活性高的金属材料形成。通过这样形成排气侧电极12和大气侧电极13，从而传感器元件11由一对电极夹持。
并且，在排气侧电极12的与传感器元件11侧的侧面相反的一侧的侧面，层叠有扩散限速层(日文：拡散律速層)14。扩散限速层14是由陶瓷等多孔性物质形成的部件，具有对排气的扩散进行限速的功能。另外，在扩散限速层14的与传感器元件11侧的侧面相反的一侧的侧面，层叠有保护层16。并且，在传感器元件11与扩散限速层14之间形成有气体室15。此外，气体室15未必必需设置，也可以构成为在排气侧电极12的表面上直接接触扩散限速层14。
另外，在传感器元件11的另一方的侧面层叠有加热器层17。在加热器层17中埋设有加热器18，加热器18能够通过从未图示的外部的电路接受电力的供给从而对传感器主体100进行加热。此外，该电路与ECU20电连接，被供给给加热器18的电力由ECU20控制。并且，在传感器元件11与加热器层17之间形成有大气室19。大气室19经由未图示的大气孔而连通于大气，即使在空燃比传感器10配置于特定通路5a内的状态下，大气侧电极13也被维持为暴露于大气的状态。
在这样的空燃比传感器10中，被从通气孔10d导入到保护罩10a内部的排气通过扩散限速层14而到达排气侧电极12。并且，当对排气侧电极12与大气侧电极13之间施加施加电压时，排气中的氧或大气中的氧成为氧离子而在传感器元件11中传播。并且，基于此时的饱和电流值(极限电流值)来检测排气的空燃比。在此，在传感器元件11中，当该传感器元件11的温度变得不为活性温度以上时氧离子不传播。因此，在传感器元件11的温度比活性温度低的情况下，传感器主体100通过加热器18而被加热到所希望的温度(例如700℃)。
＜空燃比传感器的配置构造＞
如上所述，在传感器元件11的温度比活性温度低的情况下，在传感器元件11中氧离子不传播。因此，在内燃机1处于冷车状态时，传感器主体100由加热器18加热。另一方面，在内燃机1处于冷车状态时，在排气通路5、特定通路5a、透平60a、透平涡旋部(英文：turbine scroll)(未图示)、以及旁通通路602中排气中的水分能够成为冷凝水。在此，假设因冷凝水而空燃比传感器10沾水，则有可能与此相伴地传感器主体100也沾水。在传感器主体100沾水了的情况下，由加热器18加热了的传感器元件11被急速冷却，传感器元件11恐会破裂。另外，在传感器主体100沾水了的情况下，恐变得无法准确地检测排气的空燃比。这样，当设置于特定通路5a的空燃比传感器10因冷凝水而沾水时，恐会在该空燃比传感器10发生异常。此外，可能发生上述那样的异常的传感器不限于空燃比传感器10，在具有由氧离子导电性固体电解质形成的传感器元件、和使该传感器元件升温的加热器的传感器(例如氧传感器和/或NOX传感器)中也可能发生同样的异常。因此，在特定通路5a假设配置有氧传感器和/或NOX传感器这样的传感器的情况下，这些传感器也与本发明中的排气传感器相当。
另外，ECU20在内燃机1处于冷车状态时，如前所述，将WGV603控制为全开状态。在该情况下，旁通排气的流量比从透平60a向特定通路5a流出的排气(以下也有时称为“透平排气”。)的流量多。此时，有从旁通通路602向特定通路5a流出的冷凝水与旁通排气一起指向上游侧催化剂端面70a的中心部分的倾向。并且，在排气净化催化剂70的预热过程中，当含有冷凝水的旁通排气与该上游侧催化剂端面70a接触时，有可能该冷凝水会在上游侧催化剂端面70a沸腾。当在上游侧催化剂端面70a发生冷凝水的沸腾时，有时一部分的水分会从上游侧催化剂端面70a向特定通路5a侧飞散。当这样从上游侧催化剂端面70a向特定通路5a侧飞散的水分(逆流水)与空燃比传感器10接触时，会发生上述那样的传感器主体100的沾水，可能发生该空燃比传感器10的异常。于是，本实施方式中的空燃比传感器10配置于在特定通路5a中、上述的逆流水不接触的位置。
图5是用于说明本实施方式的空燃比传感器10的配置构造的图。在图5中，示出了在内燃机1的冷车状态下WGV603处于全开状态时的、透平壳体60和特定通路5a的纵剖视图。并且，图5中的区域A表示从旁通通路602向特定通路5a流出了的旁通排气所流通的区域(以下也有时称为“旁通排气流通区域A”。)。另外，图5中的区域B表示在旁通排气所含的冷凝水在上游侧催化剂端面70a沸腾了时产生的逆流水所飞散的区域(以下也有时称为“飞散区域B”。)。
在此，在WGV603处于全开状态时从旁通通路602向特定通路5a流出了的旁通排气如前所述那样指向上游侧催化剂端面70a的中心部分而流动，但有可能该旁通排气的一部分沿与旁通通路602的轴线的延长线L1正交的方向多少有些扩散。因此，旁通排气流通区域A成为沿着旁通通路602的轴线的延长线L1呈锥状地扩展了的区域。与此相伴，在上游侧催化剂端面70a中旁通排气所接触的部位成为该上游侧催化剂端面70a的中心部分及包括该中心部分的周边的部位(预定部位)。并且，旁通排气所含的冷凝水在上述的预定部位沸腾了时所产生的逆流水容易从预定部位朝向特定通路5a侧与排气净化催化剂70的轴向(与上游侧催化剂端面70a垂直的方向)平行地飞散。也就是说，上述的逆流水有从上游侧催化剂端面70a侧朝向特定通路5a侧与上游侧催化剂端面70a大致垂直地前进的倾向。因而，飞散区域B成为将上述的预定部位沿着排气净化催化剂70的轴向向特定通路5a侧假想地延长了的区域。
因此，在本实施方式中，在相对于所述飞散区域B、向与排气净化催化剂70的轴向正交的方向(与上游侧催化剂端面70a成为平行的方向)分离第一距离d1以上的位置，配置了空燃比传感器10。此时，上述的飞散区域B设为基于实验和/或模拟的结果而预先特定了的区域。另外，逆流水的一部分也有可能一边在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上扩散一边飞散。因而，上述的第一距离d1设定为使得一边在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上扩散一边飞散的逆流水不会与空燃比传感器10接触的距离。关于这样的第一距离d1，也设为基于实验和/或模拟的结果而预先求出的距离。
如以上所述那样，在所述特定通路5a中，在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与飞散区域B的离散距离为第一距离d1以上的位置配置空燃比传感器10时，能够抑制以旁通排气所含的冷凝水在上游侧催化剂端面70a沸腾了时所产生的逆流水为起因的空燃比传感器10的沾水。
此外，在图5所示的例子中，在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的该空燃比传感器10与飞散区域B的分离距离为第一距离d1以上的区域中的、比飞散区域B靠上方的位置配置有空燃比传感器10，但不限定于该配置。例如，只要为与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的该空燃比传感器10与飞散区域B的分离距离为第一距离d1以上的区域，则也可以是，在成为飞散区域B的侧方的位置等配置空燃比传感器10。不过，在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的该空燃比传感器10与飞散区域B的分离距离为第一距离d1以上的区域中的、飞散区域B的下方的位置，积存于特定通路5a的底部附近的冷凝水容易飞散。因此，优选的是，在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的该空燃比传感器10与飞散区域B的分离距离为第一距离d1以上的区域中的、飞散区域B的下方的位置，不配置空燃比传感器10。而且，在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的该空燃比传感器10与飞散区域B的分离距离为第一距离d1以上的区域中、存在与上述的旁通排气流通区域A重复的部分的情况下，优选的是，在该重复部分也不配置空燃比传感器10。当空燃比传感器10的配置被这样地确定时，能够也抑制以旁通排气所含的冷凝水为起因的空燃比传感器10的沾水。
另外，在图5所示的例子中，空燃比传感器10安装于催化剂壳7的上游侧的圆锥部7b。在此，圆锥部7b的通路截面积比相比该圆锥部7b靠上游的特定通路5a的通路截面积大。因此，当设为空燃比传感器10配置于圆锥部7b时，容易增长与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的该空燃比传感器10与飞散区域B的分离距离。结果，变得容易更可靠地抑制以逆流水为起因的空燃比传感器10的沾水。不过，若为与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的该空燃比传感器10与飞散区域B的分离距离为第一距离d1以上的区域内，则也可以在圆锥部7b以外的位置配置空燃比传感器10。
(第二实施方式)
接着，基于图6对本发明的第二实施方式进行说明。此外，在本实施方式中，对与前述的第一实施方式实质相同的构成省略其说明。
在内燃机1处于冷车状态时，可能在透平60a和/或透平涡旋部(未图示)中产生冷凝水。在透平60a、透平涡旋部等产生了的冷凝水能够与从透平出口部601流出的排气(透平排气)一起向特定通路5a流出。当从透平60a向特定通路5a流出了的冷凝水与空燃比传感器10接触时，有可能招致前述那样的空燃比传感器10的异常。于是，在本实施方式中，在前述的逆流水不接触的区域中，在从透平出口部601流出的冷凝水也不接触的位置配置空燃比传感器10。
图6是用于说明本实施方式的空燃比传感器10的配置构造的图。在图6中，示出了在内燃机1的冷车状态下WGV603处于全开状态时的、透平壳体60和特定通路5a的纵剖视图。而且，在图6中，除了前述的旁通排气流通区域A和飞散区域B之外，还示出了供从透平60a向特定通路5a流出了的冷凝水流通的区域C(以下也有时称为“透平冷凝水流通区域C”。)。
在此，从透平60a向特定通路5a流出了的排气一边绕透平60a的中心轴回转一边呈螺旋状地流动。与此相对，关于从透平60a向特定通路5a流出了的冷凝水，该冷凝水的比重比排气的比重大，因此容易向与透平出口部601的轴向平行的方向呈直线地前进。也就是说，从透平60a向特定通路5a流出了的冷凝水有从透平出口部601朝向特定通路5a侧与透平出口部601的端面大致垂直地前进的倾向。因而，透平冷凝水流通区域C成为将透平出口部601的端面沿着该透平出口部601的轴向向特定通路5a侧延长了的区域。
于是，在本实施方式中，在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与飞散区域B的分离距离为第一距离d1以上的区域中的、与透平出口部601的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与透平冷凝水流通区域C的分离距离为第二距离d2以上的位置，配置空燃比传感器10。此时，上述的透平冷凝水流通区域C设为基于实验和/或模拟的结果而预先特定的区域。另外，从透平60a向特定通路5a流出了的冷凝水的一部分有可能一边在与透平出口部601的轴向正交的方向上扩散一边前进。因此，上述的第二距离d2被设定为使得一边在与透平出口部601的轴向正交的方向上扩散一边前进的冷凝水不会与空燃比传感器10接触的距离。这样的第二距离d2设为基于实验和/或模拟的结果而预先设定的距离。
如以上叙述了的那样，在特定通路5a中，在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与飞散区域B的离散距离为第一距离d1以上的区域中的、与透平出口部601的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与透平冷凝水流通区域C的分离距离为第二距离d2以上的位置配置空燃比传感器10时，除了能够抑制以逆流水为起因的空燃比传感器10的沾水之外，还能够抑制以透平排气所含的冷凝水为起因的空燃比传感器10的沾水。
此外，在图6所示的例子中，在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与飞散区域B的离散距离为第一距离d1以上且与透平出口部601的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与透平冷凝水流通区域C的分离距离为第二距离d2以上的区域中的、比透平冷凝水流通区域C靠上方的位置，配置有空燃比传感器10，但并不限定于此。例如，若在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与飞散区域B的离散距离为第一距离d1以上且与透平出口部601的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与透平冷凝水流通区域C的分离距离为第二距离d2以上的区域中的、积存于特定通路5a的底部的冷凝水不会接触的位置，配置有空燃比传感器10，则能够得到与图6的配置例同样的效果。而且，在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与飞散区域B的离散距离为第一距离d1以上且与透平出口部601的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与透平冷凝水流通区域C的分离距离为第二距离d2以上的区域中，存在与上述的旁通排气流通区域A重复的部分的情况下，能够通过在该重复部分不配置空燃比传感器10，从而也抑制以旁通排气所含的冷凝水为起因的空燃比传感器10的沾水。
另外，在图6所示的例子中，空燃比传感器10设置于催化剂壳7的上游侧的圆锥部7b。这是因为：由于圆锥部7b的通路截面积比相比该圆锥部7b靠上游的特定通路5a的通路截面积大，所以容易增长与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与飞散区域B的离散距离、和与透平出口部601的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与透平冷凝水流通区域C的分离距离。结果，变得容易更可靠地抑制以逆流水为起因的空燃比传感器10的沾水、和以透平排气所含的冷凝水为起因的空燃比传感器10的沾水。而且，在从透平出口部601观察时，圆锥部7b的位置成为沿特定通路5a的径向深入了的位置，因此也有容易更可靠地抑制以透平排气所含的冷凝水为起因的传感器元件11的沾水的这一优点。不过，若为与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与飞散区域B的离散距离为第一距离d1以上且与透平出口部601的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与透平冷凝水流通区域C的分离距离为第二距离d2以上的区域内，则也可以在圆锥部7b以外的位置配置空燃比传感器10。
(第二实施方式的变形例)
在前述的第二实施方式中，对在连接于排气歧管50的排气通路5朝向车载状态下的铅垂方向的上侧延伸、且该排气通路5的与连接于排气歧管50的一侧相反的一侧的端部连接于透平壳体60的构成、即透平壳体60中的透平60a的位置配置于比旁通通路602靠铅垂方向上的上方的位置的构成中、抑制由冷凝水引起的传感器元件11的沾水的例子进行了叙述。
与此相对，也可以考虑如图7A-7B所示那样、连接于排气歧管50的排气通路5朝向铅垂方向的下方延伸、该排气通路5的与连接于排气歧管50的一侧相反的一侧的端部连接于透平壳体60的构成，即透平壳体60中的透平60a的位置配置于比旁通通路602靠铅垂方向上的下方的位置的构成。
在图7A-7B所示那样的构成中，如图8所示，也能够通过在与排气净化催化剂70的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与飞散区域B的离散距离为第一距离d1以上的区域中的、与透平出口部601的轴向正交的方向上的空燃比传感器10与透平冷凝水流通区域C的分离距离为第二距离d2以上的位置、配置空燃比传感器10，从而得到与前述的第二实施方式同样的效果。

Claims (3)

1.一种内燃机的排气系统，具备：
增压器，该增压器具备配置于内燃机的排气通路的透平；
排气净化催化剂，该排气净化催化剂配置于比所述透平靠下游的所述排气通路；
旁通通路，该旁通通路从比所述透平靠上游的所述排气通路分支，并绕过该透平而与比所述排气净化催化剂靠上游的所述排气通路合流；
废气旁通阀，该废气旁通阀变更所述旁通通路中的排气的流路截面积；以及
排气传感器，该排气传感器配置于作为所述透平与所述排气净化催化剂之间的所述排气通路的特定通路，
所述透平和所述排气净化催化剂配置成，该透平和该排气净化催化剂成为预定的接近状态，且该透平的出口部的轴线的延长线不与所述特定通路的壁面交叉而与该排气净化催化剂的上游侧端面交叉，
所述旁通通路和所述废气旁通阀构成为，在该废气旁通阀的开度为预定开度以上时从该旁通通路流出的排气即旁通排气指向作为所述排气净化催化剂的上游侧端面中的一部分的部位的预定部位而流动，
在该内燃机的排气系统中，
所述排气传感器配置成，相对于将所述预定部位沿着所述排气净化催化剂的轴向向所述特定通路侧假想地延长了的区域、向与所述排气净化催化剂的轴向正交的方向分离第一距离以上。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气系统，
所述排气传感器配置于如下的位置：相对于将所述预定部位沿着所述排气净化催化剂的轴向向所述特定通路侧假想地延长了的区域、向与所述排气净化催化剂的轴向正交的方向分离所述第一距离以上，而且，相对于将所述透平的出口部的端面沿着该出口部的轴向向所述特定通路侧假想地延长了的区域、向与该出口部的轴向正交的方向分离第二距离以上。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气系统，
所述特定通路包括从自所述透平至所述排气净化催化剂为止的途中起、该特定通路的通路直径连续地扩大的锥部，
所述排气传感器配置于所述锥部。
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