DE102018114126A1 - Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Bei einem Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine, welches derart aufgebaut ist, dass, wenn ein Öffnungsgrad eines Waste-Gate-Ventils größer oder gleich einem vorbestimmten Öffnungsgrad ist, das Bypass-Abgas, welches einem von einem Bypass-Durchlass ausströmenden Abgas entspricht, derart strömt, dass sich dieses hin zu einem vorbestimmten Abschnitt auf der stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators bewegt, und dass der Abgassensor in einem spezifischen Durchlass angeordnet ist, der einem Auslassdurchlass zwischen einer Turbine und dem Abgasreinigungskatalysator entspricht, ist der Abgassensor angeordnet, um von einem Bereich (Verteilungsbereich B), bei welchem der vorbestimmte Abschnitt entlang der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators virtuell hin zu einer Seite des spezifischen Durchlasses erstreckt ist, um eine erste Strecke oder mehr in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators entfernt zu liegen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein auf eine Verbrennungskraftmaschine angewendetes Abgassystem, das mit einem Abgasturbinenlader (Turbolader), der einen Kompressor vom Zentrifugaltyp unter Verwendung von Abgasenergie antreibt, einem Abgasreinigungskatalysator, der auf der stromabwärtigen Seite einer Turbine des Turboladers angeordnet ist, und einem Abgassensor, der zwischen der Turbine und dem Abgasreinigungskatalysator angeordnet ist, vorgesehen ist.
  • Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
  • In den vergangenen Jahren wurde bei Verbrennungskraftmaschinen, die mit einem Turbolader ausgerüstet sind, eine Auslassdurchlassstruktur üblich, bei welcher ein Abgasreinigungskatalysator zum Zwecke eines frühen Erwärmens des Abgasreinigungskatalysators in einem kalten Zeitintervall davon in einem Auslassdurchlass stromabwärts einer Turbine des Turboladers bei einer Position in der Umgebung der Turbine angeordnet ist. Zusätzlich ist bei Verbrennungskraftmaschinen, die in Kombination mit einem Turbolader jeweils mit einem Bypass-Durchlass, der eine Turbine umgeht, und einem Waste-Gate-Ventil (nachfolgend als ein „WGV“ bezeichnet) zum Verändern des Kanalquerschnitts des Bypass-Durchlasses vorgesehen sind, ebenso eine Struktur bekannt, bei welcher der Bypass-Durchlass, das WGV usw. in einer solchen Art und Weise angeordnet sind, dass ein Abgas, das den Bypass-Durchlass durchlaufen hat (nachfolgend als einen „Bypass-Abgas“ bezeichnet), direkt mit einer stromaufwärtsseitigen Endfläche eines Abgasreinigungskatalysators in Kontakt kommt oder auf diese trifft. Gemäß einer solchen Struktur kann das Aufwärmen des Abgasreinigungskatalysators durch direktes Aufbringen des Abgases mit einer hohen Temperatur, das die Turbine umgangen hat, auf die stromaufwärtsseitige Endfläche des Abgasreinigungskatalysators in einer kalten Zeitdauer davon weiter gefördert werden.
  • Um die Reinigungsfähigkeit eines Abgasreinigungskatalysators in einer wirkungsvollen Art und Weise zu nutzen, ist es jedoch notwendig, den Zustand eines in einen Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases zu erfassen. Aus diesem Grund wurde ebenso eine Auslassdurchlassstruktur bekannt, bei welcher ein Abgassensor, wie ein Sauerstoffkonzentrationssensor, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor usw., zum Erfassen der Konzentration einer in dem Abgas enthaltenen spezifischen Komponente in einem Auslassdurchlass bei einer Position stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators angeordnet ist. Hier ist in Fällen, in welchen ein Abgassensor in einem Auslassdurchlass einer mit einem Turbolader ausgerüsteten Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, ebenso eine Struktur bekannt, bei welcher der Abgassensor bei einer Position so nahe wie möglich an einem Abgasreinigungskatalysator in einem relativ engen Bereich zwischen einer Turbine und dem Abgasreinigungskatalysator angeordnet ist, so dass ein Gas einschließlich eines Abgases, das die Turbine durchlaufen hat, (nachfolgend manchmal als ein „Turbinenabgas“ bezeichnet) und eines Bypass-Abgases, die miteinander vermischt werden, mit dem Abgassensor in Kontakt kommt oder auf diesen trifft (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
  • Zitierungsliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer JP 2016 - 173041 A
    • Patentliteratur 2: Japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer JP 2003 - 254051 A
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In dem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine ist jedoch Feuchtigkeit enthalten und die Feuchtigkeit kann in einem kalten Zeitintervall der Verbrennungskraftmaschine, wie während einer Stopp-Zeitdauer davon, zu Kondenswasser werden, so dass dieses in einem Auslassdurchlass stromaufwärts einer Turbine, der Turbine, einem Bypass-Durchlass usw. verbleiben kann. Wenn das Kondenswasser an diesen Stellen erzeugt wird, kann dieses von einem Auslassabschnitt der Turbine oder einem Auslassabschnitt des Bypass-Durchlasses in Richtung hin zu einem Abgasreinigungskatalysator ausströmen, unmittelbar nachdem die Verbrennungskraftmaschine kalt gestartet wurde, usw. Insbesondere bei der Auslassdurchlassstruktur, welche derart konfiguriert ist, dass das Bypass-Abgas direkt gegen die stromaufwärtsseitige Endfläche des Abgasreinigungskatalysators trifft, kann das von dem Auslassabschnitt des Bypass-Durchlasses ausgeströmte Kondenswasser zusammen mit dem Bypass-Abgas mit der stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators in Kontakt kommen oder direkt auf diese treffen. Wenn bei dem Erwärmungsprozess des Abgasreinigungskatalysators das in dem Bypass-Abgas enthaltene Kondenswasser mit der stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators in Kontakt kommt oder auf diese trifft, kann das Kondenswasser auf der stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators sieden. In diesem Fall kann ein Teil des Kondenswassers von der stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators hin zu einer stromaufwärtigen Seite in der Richtung der Strömung des Abgases verteilt werden. Falls zu dieser Zeit ein Abgassensor in der Umgebung des Abgasreinigungskatalysators angeordnet ist, wie in der vorstehend erwähnten Patentliteratur 1 offenbart, besteht eine Befürchtung, dass die nach dem Kochen des Kondenswassers verteilte Feuchtigkeit gegen den Abgassensor treffen kann, wodurch eine Abnormalität bei dem Abgassensor hervorgerufen wird.
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte mit Blick auf die vorstehend genannten tatsächlichen Umstände und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass bei einer Konstruktion, bei welcher eine Turbine und ein Abgasreinigungskatalysator dicht aneinander angeordnet sind, und bei welcher ein Abgassensor in einem Auslassdurchlass zwischen der Turbine und dem Abgasreinigungskatalysator angeordnet ist, unterdrückt wird, dass der Abgassensor mit Wasser infolge einer spritzenden oder sich verteilenden Feuchtigkeit, wenn Kondenswasser, das in einem Bypass-Abgas enthalten ist, auf einer stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators siedet, nass wird.
  • Lösung des Problems
  • Um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, liegt die vorliegende Erfindung in einem Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine, welches derart aufgebaut ist, dass, wenn ein Öffnungsgrad eines Waste-Gate-Ventils größer oder gleich einem vorbestimmten Öffnungsgrad ist, ein von einem Bypass-Durchlass ausströmendes Abgas (nachfolgend ein Bypass-Abgas) so strömt, um sich hin zu einem vorbestimmten Abschnitt zu bewegen, der einem Teil einer stromaufwärtsseitigen Endfläche eines Abgasreinigungskatalysators entspricht, und dass ein Abgassensor in einem Auslassdurchlass zwischen einer Turbine und dem Abgasreinigungskatalysator angeordnet ist, wobei der Abgassensor bei einer Position angeordnet ist, bei welcher eine spritzende oder sich verteilende Feuchtigkeit, wenn Kondenswasser, das in dem Bypass-Abgas enthalten ist, auf einer stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators siedet, nicht mit dem Abgassensor in Kontakt kommt oder auf diesen trifft.
  • Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere ein Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine bereit, welches aufweist: einen Auflader mit einer Turbine, die in einem Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist; einen Abgasreinigungskatalysator, der in dem Auslassdurchlass bei einer Position stromabwärts der Turbine angeordnet ist; einen Bypass-Durchlass, welcher bei einer Position stromaufwärts der Turbine von dem Auslassdurchlass abzweigt und bei einer Position stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators in den Auslassdurchlass mündet, während dieser die Turbine umgeht; ein Waste-Gate-Ventil, welches einen Abgaskanalquerschnitt in dem Bypass-Durchlass verändert; und einen Abgassensor, welcher in einem spezifischen Durchlass angeordnet ist, der einem Abschnitt des Auslassdurchlasses zwischen der Turbine und dem Abgasreinigungskatalysator entspricht. Bei diesem Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine sind die Turbine und der Abgasreinigungskatalysator in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass sich diese in einem vorbestimmten Nachbarzustand befinden und dass eine Erstreckungslinie einer Achse eines Auslassabschnitts der Turbine eine stromaufwärtsseitige Endfläche des Abgasreinigungskatalysators schneidet, ohne eine Wandoberfläche des spezifischen Durchlasses zu schneiden. Darüber hinaus sind der Bypass-Durchlass und das Waste-Gate-Ventil derart konstruiert, dass ein Bypass-Abgas, welches einem von dem Bypass-Durchlass ausströmenden Abgas entspricht, wenn ein Öffnungsgrad des Waste-Gate-Ventils größer oder gleich einem vorbestimmten Öffnungsgrad ist, so strömt, dass sich dieses hin zu einem vorbestimmten Abschnitt bewegt, der einem Teil der stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators entspricht. Außerdem ist der Abgassensor so angeordnet, dass dieser von einem Bereich, bei welchem der vorbestimmte Abschnitt entlang einer axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators virtuell hin zu einer Seite des spezifischen Durchlasses erstreckt ist, um eine erste Strecke oder mehr in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators entfernt liegt.
  • Wenn bei dem Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine, das in der vorstehend erwähnten Art und Weise aufgebaut ist, in Fällen, in welchen es notwendig ist, den Abgasreinigungskatalysator aufzuwärmen, wie in dem Fall, in welchem sich die Verbrennungskraftmaschine in einem kalten Zustand befindet, der Öffnungsgrad des Waste-Gate-Ventils größer oder gleich dem vorbestimmten Öffnungsgrad gemacht wird, strömt zumindest ein Teil des Abgases mit hoher Temperatur, das von der Verbrennungskraftmaschine abgegeben wird, durch den Bypass-Durchlass in den spezifischen Durchlass aus. Da die Wärme, welche das Abgas aufweist, durch die Turbine nicht auf einfache Art und Weise aufgenommen werden kann, wird die Temperatur des den Bypass-Durchlass durchlaufenden Abgases höher als diese des Abgases, welches die Turbine durchläuft. Wenn der Öffnungsgrad des Waste-Gate-Ventils größer oder gleich dem vorbestimmten Öffnungsgrad ist, strömt außerdem das von dem Bypass-Durchlass in den spezifischen Durchlass ausströmende Abgas (Bypass-Abgas) so, um sich hin zu dem vorbestimmten Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators zu bewegen (nachfolgend manchmal als eine stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche bezeichnet). In diesem Fall sind die Turbine und der Abgasreinigungskatalysator in einem vorbestimmten Nachbarzustand angeordnet. Der hierin genannte „vorbestimmte Nachbarzustand“ entspricht einem Zustand, in welchem der Großteil des Bypass-Abgases direkt auf den vorbestimmten Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche trifft, ohne mit der Wandoberfläche des spezifischen Durchlasses zu kollidieren usw. Folglich nimmt der Betrag des direkt auf die stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche treffenden Abgases, ohne mit der Wandoberfläche des spezifischen Durchlasses zu kollidieren usw., aus dem Bypass-Abgas zu. Hier ist zu beachten, dass die Wärme des Bypass-Abgases, wenn das Bypass-Abgas mit der Wandoberfläche des spezifischen Durchlasses usw. zusammentrifft, bevor dieses die stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche erreicht, auf die Wandoberfläche usw. übertragen wird, so dass der Betrag der von dem Bypass-Abgas auf den Abgasreinigungskatalysator zu übertragenden Wärme tendenziell abnimmt. Andererseits trifft durch Anordnen der Turbine und des Abgasreinigungskatalysators in dem vorbestimmten Nachbarzustand der Großteil des Bypass-Abgases direkt auf den vorbestimmten Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche, ohne mit der Wandoberfläche des spezifischen Durchlasses usw. zusammen zu treffen, so dass veranlasst werden kann, dass die Wärme des Bypass-Abgases in einer wirkungsvollen Art und Weise auf den Abgasreinigungskatalysator übergeht. Folglich kann das Aufwärmen des Abgasreinigungskatalysators gefördert werden.
  • Das vorstehend erwähnte Bypass-Abgas kann jedoch Kondenswasser enthalten, das während des Stopps des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine usw. erzeugt wird. Wenn bei dem Aufwärmprozess des Abgasreinigungskatalysators das Bypass-Abgas, welches das Kondenswasser enthält, in einem Zustand auf die stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche trifft, in welchem sich die stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche in einem gewissen Ausmaß erwärmt hat, kann das Kondenswasser auf der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche sieden. Wenn das Kondenswasser auf der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche siedet, kann eine Feuchtigkeit (nachfolgend manchmal als „Rückströmwasser“ bezeichnet) erzeugt werden, das ausgehend von der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses spritzt oder sich verteilt. Hier kann der Abgassensor in Fällen, in welchen die Turbine und der Abgasreinigungskatalysator in einer solchen Art und Weise angeordnet sind, dass sich diese in dem vorbestimmten Nachbarzustand befinden und dass die Erstreckungslinie der Achse des Auslassabschnitts der Turbine die stromaufwärtsseitige Endfläche des Abgasreinigungskatalysators schneidet, ohne die Wandoberfläche des spezifischen Durchlasses zu schneiden, wie vorstehend erwähnt, mit anderen Worten, in Fällen, in welchen der spezifische Durchlass im Wesentlichen aus einem geraden, kurzen Durchlass ausgebildet ist, wenn der Abgassensor achtlos in dem spezifischen Durchlass angeordnet ist, mit dem vorstehend erwähnten Rückströmwasser nass bzw. benetzt werden. Hier ist zu beachten, dass sich das vorstehend erwähnte Rückströmwasser tendenziell in einer Richtung parallel zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators verteilt. Mit anderen Worten, das vorstehend erwähnte Rückströmwasser besitzt eine Neigung dahingehend, mit Bezug auf die stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche in einer Richtung ausgehend von der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche hin zu dem spezifischen Durchlass im Wesentlichen vertikal zu spritzen oder sich zu verteilen. Entsprechend kann abgeschätzt werden, dass sich das vorstehend erwähnte Rückströmwasser hin zu einem Bereich (nachfolgend manchmal als ein „Verteilungsbereich“ bezeichnet) verteilt, hin zu welchem eine Position (eine vorbestimmte Position) auf der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche, mit welcher das Kondenswasser zusammentrifft, entlang der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses virtuell erstreckt ist. Wenn der Abgassensor in dem Verteilungsbereich angeordnet ist, wird der Abgassensor aus diesem Grund tendenziell mit dem Rückströmwasser benetzt bzw. nass.
  • Als ein Verfahren zum Verhindern, dass der Abgassensor mit der Wasser infolge des vorstehend erwähnten Rückströmwassers nass wird, kann ein Verfahren in Betracht gezogen werden, um eine Strecke bzw. einen Abstand zwischen dem Abgassensor und der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche in einer Richtung parallel zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators länger zu machen als eine Verteilungsstrecke des Rückströmwassers. Um ein solches Verfahren anzuwenden, ist es jedoch notwendig, den spezifischen Durchlass lang zu machen. Um die Erwärmung des Abgasreinigungskatalysators unter Verwendung der Wärme des Bypass-Abgases, wie vorstehend erwähnt, in einer wirkungsvollen Art und Weise zu erreichen, ist es andererseits notwendig, den spezifischen Durchlass so kurz wie möglich zu machen. Aus diesem Grund kann das Verfahren zum ausreichend länger Gestalten der Strecke bzw. des Abstands zwischen dem Abgassensor und der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche in der Richtung parallel zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators im Vergleich zu der Verteilungsstrecke des Rückströmwassers keinem geeigneten Verfahren für Emissionsbedingungen entsprechen, die von modernen Verbrennungskraftmaschinen gefordert werden.
  • Entsprechend ist bei dem Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Erfindung der Abgassensor bei einer Position angeordnet, die in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators (das heißt, in einer Richtung parallel zu der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche) von dem Verteilungsbereich um die erste Strecke oder mehr entfernt liegt. Gemäß einer solchen Anordnung kann bei dem Aufbau, bei welchem die Turbine und der Abgasreinigungskatalysator dicht aneinander angeordnet sind, und bei welchem der Abgassensor in dem spezifischen Durchlass zwischen der Turbine und dem Abgasreinigungskatalysator angeordnet ist, die Wasserbenetzung bzw. das Befeuchten mit Wasser des Abgassensors infolge des Rückströmwassers unterdrückt werden. Mit anderen Worten, es wird möglich, das Befeuchten des Abgassensors infolge des Rückströmwassers zu unterdrücken, während ermöglicht wird, das Erwärmen des Abgasreinigungskatalysators unter Verwendung des Bypass-Abgases in einer wirkungsvollen Art und Weise auszuführen.
  • Ein Teil des Rückströmwassers kann sich jedoch verteilen, während sich dieses in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators ausbreitet. Aus diesem Grund kann die vorstehend erwähnte erste Strecke auf eine Strecke eingestellt sein, bei welcher das Rückströmwasser, das sich verteilt, während sich dieses in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators ausbreitet, mit dem Abgassensor nicht in Kontakt kommt oder auf diesen trifft. Wenn die erste Strecke in dieser Art und Weise eingestellt ist, wird es möglich, das Befeuchten des Abgassensors infolge des Rückströmwassers in einer zuverlässigeren Art und Weise zu unterdrücken.
  • Bei dem Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Abgassensor bei einer Position angeordnet sein, die mit Bezug auf den Verteilungsbereich um die erste Strecke oder mehr in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators entfernt liegt, und welche ferner mit Bezug auf einen Bereich, in welchem eine Endfläche des Auslassabschnitts der Turbine entlang der axialen Richtung des Auslassabschnitts virtuell hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses erstreckt ist, um eine zweite Strecke oder mehr in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Auslassabschnitts entfernt liegt.
  • Wenn sich die Verbrennungskraftmaschine in dem kalten Zustand befindet, kann Kondenswasser in dem von dem Auslassabschnitt der Turbine ausströmenden Abgas (nachfolgend manchmal als ein „Turbinenabgas“ bezeichnet) enthalten sein, wie in dem Bypass-Abgas. Hierbei strömt der Großteil des Turbinenabgases spiralförmig, während dieses um die Mittelachse der Turbine wirbelt. Andererseits ist das spezifische Gewicht bzw. die spezifische Dichte des in dem Turbinenabgas enthaltenen Kondenswassers größer bzw. höher als dieses des Abgases, so dass das Kondenswasser in der Richtung parallel zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts (das heißt, einer Erstreckungslinie der Achse des Turbinenauslassabschnitts) auf einfache Art und Weise voranschreiten kann. Entsprechend kann, wenn der Abgassensor in einem Bereich angeordnet ist, in welchem die Endfläche des Turbinenauslassabschnitts entlang der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses erstreckt ist (nachfolgend manchmal als ein „Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich“ bezeichnet), der Abgassensor mit dem von der Turbine in den spezifischen Durchlass ausgeströmten Kondenswasser befeuchtet werden. Andererseits ist es möglich, das Befeuchten des Abgassensors infolge des in dem Turbinenabgas enthaltenen Kondenswassers zusätzlich zu dem Befeuchten des Abgassensors infolge des Rückströmwassers ebenso zu unterdrücken, wenn der Abgassensor bei einer Position angeordnet ist, bei welcher ein Trennungsabstand zwischen dem Abgassensor und dem Verteilungsbereich in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators größer oder gleich der ersten Strecke bzw. dem ersten Abstand wird, und bei welcher ein Trennungsabstand zwischen dem Abgassensor und dem Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts größer oder gleich der zweiten Strecke wird.
  • Hierbei kann ein Teil des von dem Auslassabschnitt der Turbine ausströmenden Kondenswassers zirkulieren oder strömen, während sich dieses in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts ausbreitet. Aus diesem Grund kann die zweite Strecke auf eine Strecke bzw. einen Abstand eingestellt sein, bei welchem das zirkulierende oder strömende Kondenswasser, während sich dieses in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts ausbreitet, mit dem Abgassensor nicht in Kontakt kommt oder auf diesen trifft. Wenn die zweite Strecke in dieser Art und Weise eingestellt ist, wird es möglich, das Befeuchten des Abgassensors infolge des in dem Turbinenabgas enthaltenen Kondenswassers in einer noch zuverlässigeren Art und Weise zu unterdrücken.
  • Hierbei ist zu beachten, dass der spezifische Durchlass gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert sein kann, um einen kegelförmigen Abschnitt zu umfassen, bei welchem der Durchlassdurchmesser des spezifischen Durchlasses ausgehend von einem sich von der Turbine erstreckenden Zwischenabschnitt hin zu dem Abgasreinigungskatalysator kontinuierlich zunimmt. In diesem Fall kann der Abgassensor bei dem kegelförmigen Abschnitt angeordnet sein. Hierbei ist es ausgehend von dem Gesichtspunkt des Unterdrückens des Befeuchtens des Abgassensors infolge des Rückströmwassers und des Befeuchtens des Abgassensors infolge des in dem Turbinenabgas enthaltenen Kondenswassers in einer zuverlässigeren Art und Weise wünschenswert, dass die erste Strecke und die zweite Strecke so lange wie möglich eingestellt sind. Andererseits besitzt der kegelförmige Abschnitt einen Kanalquerschnittsbereich, der größer ist als dieser des spezifischen Durchlasses stromaufwärts des kegelförmigen Abschnitts, so dass es einfach ist, die erste Strecke und die zweite Strecke länger zu machen. Falls der Abgassensor bei dem kegelförmigen Abschnitt angeordnet ist, wird es entsprechend einfach, das Befeuchten des Abgassensors infolge des Rückströmwassers und das Befeuchten des Abgassensors infolge des in dem Turbinenabgas enthaltenen Kondenswassers in einer zuverlässigeren Art und Weise zu unterdrücken. Zusätzlich entspricht die Position des kegelförmigen Abschnitts ausgehend von dem Turbinenauslassabschnitt betrachtet einer abgelegenen Position, die in der radialen Richtung des spezifischen Durchlasses entfernt liegt, so dass es einfach ist, das Befeuchten des Abgassensors infolge des in dem Turbinenabgas enthaltenen Kondenswassers zu unterdrücken.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einer Konstruktion, bei welcher eine Turbine und ein Abgasreinigungskatalysator dicht aneinander angeordnet sind, und bei welcher ein Abgassensor in einem Auslassdurchlass zwischen der Turbine und dem Abgasreinigungskatalysator angeordnet ist, unterdrückt werden, dass der Abgassensor mit Wasser infolge einer spritzenden oder sich verteilenden Feuchtigkeit, wenn Kondenswasser, das in einem Bypass-Abgas enthalten ist, auf einer stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators kocht, nass wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Ansicht, welche den schematischen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine mit deren Abgassystem zeigt, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet wird.
    • 2A ist eine Ansicht, welche einen vertikalen Querschnitt eines Turbinengehäuses gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2B ist eine Ansicht, welche einen querverlaufenden Schnitt des Turbinengehäuses gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 3 ist eine vergrößerte, schematische Querschnittsansicht in der Umgebung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors in 1.
    • 4 ist eine vertikale Querschnittsansicht in der Umgebung eines Spitzenendes des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors.
    • 5 ist eine Ansicht, welche eine Anordnungsstruktur des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 6 ist eine Ansicht, welche eine Anordnungsstruktur des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 7A ist eine Ansicht, welche einen vertikalen Querschnitt eines Turbinengehäuses gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 7B ist eine Ansicht, welche einen querverlaufenden Schnitt des Turbinengehäuses gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 8 ist eine Ansicht, welche eine Anordnungsstruktur eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors bei der Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden Modi (oder Ausführungsformen) zum Ausführen der vorliegenden Erfindung durch Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen detailliert beschrieben. Die Dimensionen, Materialien, Gestaltungen, relativen Anordnungen usw. von Komponenten, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, sollen den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung jedoch nicht auf diese allein beschränken, insbesondere solange keine spezifischen Anmerkungen vorliegen.
  • Erste Ausführungsform
  • (Schematischer Aufbau der Verbrennungskraftmaschine und deren Abgassystem)
  • 1 ist eine Ansicht, welche den schematischen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine und deren Abgassystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine 1 entspricht einer Verbrennungskraftmaschine vom Funkenzündungstyp (Ottomotor), welche mit vier Zylindern 2 vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ebenso auf eine Verbrennungskraftmaschine vom Kompressionszündungstyp (Dieselmotor) angewendet werden. Auf der Verbrennungskraftmaschine 1 sind Kraftstoffeinspritzventile 3 zum entsprechenden Einspritzen von Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder 2 montiert. Hier ist anzumerken, dass die Kraftstoffeinspritzventile 3 in einer solchen Art und Weise aufgebaut sein können, um Kraftstoff direkt in die einzelnen Zylinder 2 einzuspritzen. Zusätzlich sind bei den einzelnen Zylindern 2 Zündkerzen (auf die Darstellung ist verzichtet) zum Entzünden von Luft-Kraftstoff-Gemischen in den Zylindern entsprechend montiert.
  • Ein Einlasskrümmer 40 ist mit der Verbrennungskraftmaschine 1 verbunden und ein Einlassdurchlass 4 ist mit dem Einlasskrümmer 40 verbunden. In der Mitte dieses Einlassdurchlasses 4 ist ein Verdichtergehäuse 61 eines Aufladers 6 angeordnet, der angetrieben wird, um unter Verwendung der Abgasenergie als eine Antriebsquelle zu arbeiten. Ein Verdichter 61a ist in dem Verdichtergehäuse 61 rotierbar aufgenommen. Außerdem ist ein Drosselventil 41 in dem Einlassdurchlass 4 auf der stromabwärtigen Seite des Verdichtergehäuses 61 angeordnet. Das Drosselventil 41 arbeitet, um den Einlassluftbetrag bei der Verbrennungskraftmaschine 1 durch Verändern des Einlassluftkanalquerschnittsbereichs des Einlassdurchlasses 4 anzupassen. Zusätzlich ist in dem Einlassdurchlass 4 auf der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 41 ein Zwischenkühler 42 zum Durchführen eines Wärmeaustauschs zwischen Einlassluft und Außenluft angeordnet. Außerdem ist ein Luftströmungsmesser 43 in dem Einlassdurchlass 4 auf der stromaufwärtigen Seite des Verdichtergehäuses 61 angeordnet. Der Luftströmungsmesser 43 gibt ein elektrisches Signal gemäß einem Betrag (Masse) einer in dem Einlassdurchlass 4 strömenden Einlassluft (Luft) aus.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist mit einem Auslasskrümmer 50 verbunden, und ein Auslassdurchlass 5 ist mit dem Auslasskrümmer 50 verbunden. Außerdem sind in der Mitte des Auslassdurchlasses 5 ein Turbinengehäuse 60 des Aufladers 6, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und ein Katalysatorgehäuse 7 und ein Temperatursensor 51 in einer Reihenfolge ausgehend von einer stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Abgases angeordnet. Eine Turbine 60a ist in dem Turbinengehäuse 60 rotierbar aufgenommen. Zusätzlich ist das Katalysatorgehäuse 7 aus einem zylindrischen Abschnitt 7a mit einem darin aufgenommenen Abgasreinigungskatalysator 70, einem konischen Abschnitt 7b (entsprechend einem „kegelförmigen Abschnitt“ gemäß der vorliegenden Erfindung), der auf der stromaufwärtigen Seite des zylindrischen Abschnitts 7a angeordnet ist, und einem konischen Abschnitt 7c, der auf der stromabwärtigen Seite des zylindrischen Abschnitts 7a angeordnet ist, aufgebaut. Der Abgasreinigungskatalysator 70 entspricht beispielsweise einem Dreiwegekatalysator, einem Oxidationskatalysator oder dergleichen. Zusätzlich ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in einem spezifischen Durchlass 5a angeordnet, der einem Abschnitt des Auslassdurchlasses zwischen der Turbine 60a und dem Abgasreinigungskatalysator 70 entspricht, so dass dieser ein elektrisches Signal gemäß dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator 70 strömenden Abgases ausgibt. Die Details dieses Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 werden später beschrieben. Außerdem gibt der Temperatursensor 51 ein elektrisches Signal gemäß der Temperatur des Abgases aus. Hierbei ist zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 einem Abgassensor gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht. Der Abgassensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 beschränkt, wie später beschrieben.
  • Hier ist das Turbinengehäuse 60 mit einem Turbineneinlassabschnitt 600 zum Einführen von Abgas von dem Auslassdurchlass 5 zu der Turbine 60a und einem Turbinenauslassabschnitt 601, welcher das Abgas, das die Turbine 60a durchlaufen hat, bei dem spezifischen Durchlass 5a einführt, vorgesehen, wie in 2A und 2B gezeigt ist. Zusätzlich ist bei dem Turbinengehäuse 60 ein Bypass-Durchlass 602 zum Einführen des Abgases von dem Auslassdurchlass 5 bei dem spezifischen Durchlass 5a durch Umgehen der Turbine 60a ausgebildet. Außerdem ist der Bypass-Durchlass 602 so aufgebaut, dass eine Erstreckungslinie (eine Linie L1 mit abwechselnden langen und kurzen Linien in 2A) der Achse des Bypass-Durchlasses 602 einen Teil einer stromaufwärtsseitigen Endfläche 70a (nachfolgend manchmal als eine „stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche 70a“ bezeichnet) des Abgasreinigungskatalysators 70 schneidet. Hierbei ist anzumerken, dass dieser bei dem in 2A gezeigten Beispiel derart aufgebaut ist, dass die Erstreckungslinie L1 der Achse des Bypass-Durchlasses 602 den mittleren Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a schneidet, dieser jedoch so aufgebaut sein kann, dass die Erstreckungslinie L1 einen Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a schneidet, der sich von dem mittleren Abschnitt davon unterscheidet. Zusätzlich sind die Turbine 60a und der Abgasreinigungskatalysator 70 so aufgebaut, dass die Erstreckungslinie der Achse des Turbinenauslassabschnitts 601 die stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche 70a schneidet, ohne die Wandoberfläche des spezifischen Durchlasses 5a zu schneiden. Mit anderen Worten, die Turbine 60a und der Abgasreinigungskatalysator 70 sind so aufgebaut, dass der spezifische Durchlass 5a eine im Wesentlichen lineare Gestalt annimmt.
  • Zusätzlich ist das Turbinengehäuse 60 mit einem Waste-Gate-Ventil 603 (nachfolgend manchmal als ein „WGV 603“ bezeichnet) vorgesehen, das auf der Auslassseite des Bypass-Durchlasses 602 angeordnet ist und einen Abgaskanalquerschnittsbereich bei dem Bypass-Durchlass 602 verändern kann. Dieses WGV 603 wird mittels eines Stellglieds 604 angetrieben, um sich zu öffnen und zu schließen. Hierbei sind in 2A ein Zustand, in welchem sich das WGV 603 in einem vollständig geschlossenen Zustand befindet (603a, wie durch eine gepunktete Linie in 2A gezeigt), und ein Zustand, in welchem sich das WGV 603 in einem vollständig geöffneten Zustand befindet (603b, wie mit einer durchgehenden Linie in 2A gezeigt), gezeigt. Außerdem wird die Strömungsrichtung des Abgases (des Bypass-Abgases), welches von dem Bypass-Durchlass 602 in den spezifischen Durchlass 5a ausströmt, wenn sich das WGV 603 in dem vollständig geöffneten Zustand befindet, zu einer Richtung entlang der Erstreckungslinie L1 der Achse des Bypass-Durchlasses 602, wie mit einem Umrisspfeil in 2A gezeigt ist. Mit anderen Worten, der Bypass-Durchlass 602 führt die Strömungsrichtung des Bypass-Abgases in dem Zustand, in welchem sich das WGV 603 in dem vollständig geöffneten Zustand befindet, hin zu dem mittleren Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a. Entsprechend ist bei dieser Ausführungsform anzumerken, dass der vollständig geöffnete Grad des WGV 603 einem vorbestimmten Öffnungsgrad bei der vorliegenden Erfindung entspricht.
  • Hierbei ist bei dieser Ausführungsform anzumerken, wie in 2B gezeigt ist, dass sich der mit dem Auslasskrümmer 50 verbundene Auslassdurchlass 5 in einem fahrzeugmontierten Zustand bei einem Ende davon hin zu einer oberen Seite in der vertikalen Richtung erstreckt, und das andere Ende des Auslassdurchlasses 5, das der mit dem Auslasskrümmer 50 verbundenen Seite gegenüberliegt, mit dem Turbinengehäuse 60 verbunden ist. In dem Turbinengehäuse 60, das mit einem solchen Auslassdurchlass 5 verbunden ist, ist die Turbine 60a in der vertikalen Richtung weiter oben angeordnet als der Bypass-Durchlass 602.
  • Darüber hinaus sind bei dem Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform die Turbine 60a und der Abgasreinigungskatalysator 70 in einem vorbestimmten Nachbarzustand angeordnet. Der hierin bezeichnete „vorbestimmte Nachbarzustand“ steht für einen Zustand, in welchem die Turbine 60a und der Abgasreinigungskatalysator 70 bei einem solchen Abstand angeordnet sind, dass der Großteil des Bypass-Abgases, das dem von dem Bypass-Durchlass 602 ausströmenden Abgas entspricht, direkt auf den mittleren Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a trifft, ohne mit der Wandoberfläche des spezifischen Durchlasses 5a usw. in Kontakt zu kommen, wenn sich das WGV 603 in dem vollständig geöffneten Zustand befindet. Eine Bedingung, in welcher ein solcher vorbestimmter Nachbarzustand erfüllt ist, liegt beispielsweise dann vor, wenn ein Wert, der durch Dividieren des Werts der Strecke von dem Turbinenauslassabschnitt 601 hin zu der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a durch den Wert des Durchmessers des Abgasreinigungskatalysators 70 erhalten wird, in einem Bereich von 0,8 bis 1,3 fällt. Bei dieser Ausführungsform liegt eine solche Bedingung beispielsweise darin, dass der Wert der Strecke von dem Turbinenauslassabschnitt 601 hin zu der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a gleich 100 mm ist und der Wert des Durchmessers des Abgasreinigungskatalysators 70 gleich 120 mm ist. Außerdem wird eine Wärmeableitung von dem Abgas auf die Durchlasswand bei dem spezifischen Durchlass 5a unterdrückt, wenn die Turbine 60a und der Abgasreinigungskatalysator 70 in dieser Art und Weise in dem vorbestimmten Nachbarzustand angeordnet sind. Zusätzlich wird, wie vorstehend erwähnt ist, wenn das Bypass-Abgas in dem Zustand, in welchem sich das WGV 603 in dem vollständig geöffneten Zustand befindet, in Richtung hin zu dem mittleren Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a strömt, auch wenn sich das Bypass-Abgas in einer radialen Richtung in gewissem Ausmaß ausbreitet, ein großer Teil des Abgases direkt auf den mittleren Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a treffen, so dass die Wärme des Bypass-Abgases in einer wirkungsvollen Art und Weise auf den Abgasreinigungskatalysator 70 übertragen werden kann.
  • Hier ist unter Bezug auf 1 eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 20 in Kombination mit der Verbrennungskraftmaschine 1 vorgesehen. Diese ECU 20 entspricht einer Einheit, welche einen Betriebszustand usw. der Verbrennungskraftmaschine 1 steuert. Verschiedenartige Sensoren, wie ein Kurbelpositionssensor 8, ein Gaspedalöffnungssensor 9 usw., sind zusätzlich zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10, dem Luftströmungsmesser 43 und dem Temperatursensor 51, wie vorstehend erwähnt, mit der ECU 20 elektrisch verbunden. Der Kurbelpositionssensor 8 entspricht einem Sensor, welcher ein elektrisches Signal ausgibt, das mit der Rotationsposition einer Maschinenausgangswelle (Kurbelwelle) der Verbrennungskraftmaschine 1 in Zusammenhang steht. Der Gaspedalöffnungssensor 9 entspricht einem Sensor, welcher ein elektrisches Signal ausgibt, das mit einem Betätigungsbetrag (Gaspedalöffnung) eines nicht dargestellten Gaspedals in Zusammenhang steht. Außerdem werden die Ausgangssignale dieser Sensoren bei der ECU 20 eingegeben. Die ECU 20 leitet eine Maschinendrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 basierend auf dem Ausgangssignal des Kurbelpositionssensors 8 ab und diese leitet ebenso eine Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 basierend auf dem Ausgangssignal des Gaspedalöffnungssensors 9 ab. Zusätzlich schätzt die ECU 20 eine Strömungsrate des von der Verbrennungskraftmaschine 1 abgegebenen Abgases basierend auf dem Ausgangswert des Luftströmungsmessers 43 ab, und diese schätzt basierend auf dem Ausgangswert des Temperatursensors 51 außerdem die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators 70 ab.
  • Die ECU 20 ist mit verschiedenartigen Vorrichtungen, wie den individuellen Kraftstoffeinspritzventilen 3, dem Drosselventil 41, dem WGV 603 usw., elektrisch verbunden. Daher werden diese verschiedenartigen Vorrichtungen durch die ECU 20 gesteuert. Die ECU 20 kann beispielsweise die Strömungsrate des durch den Bypass-Durchlass 602 strömenden Abgases durch Steuern des Öffnungsgrads des WGV 603 anpassen.
  • Außerdem steuert die ECU 20 das WGV 603 auf den vollständig geöffneten Zustand, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in einem kalten Zustand befindet. Damit wird veranlasst, das sich das Bypass-Abgas hin zu dem mittleren Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a richtet bzw. bewegt, so dass die Wärme des Bypass-Abgases in einer wirkungsvollen Art und Weise auf den Abgasreinigungskatalysator 70 übertragen wird. Daher kann die ECU 20 das Erwärmen des Abgasreinigungskatalysators 70 durch Steuern des WGV 603 auf den vollständig geöffneten Zustand fördern, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in dem kalten Zustand befindet.
  • (Struktur des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors)
  • Nachfolgend wird die Struktur des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 basierend auf den 3 und 4 kurz erläutert. 3 ist eine vergrößerte, schematische Querschnittsansicht in der Umgebung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 in 1. Außerdem ist 4 eine vertikale Querschnittsansicht in der Umgebung eines Spitzenendes des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10.
  • In 3 ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 aus einem später beschriebenen Sensorkörper 100 und einer Schutzabdeckung 10a, die einem zylindrischen, wärmewiderstandsfähigen Element entspricht, das den Sensorkörper 100 bedeckt, wobei ein Teil davon zu dem spezifischen Durchlass 5a freiliegend ist, aufgebaut. Der Sensorkörper 100 ist mit der Schutzabdeckung 10a bedeckt, so dass dessen mechanische Festigkeit sichergestellt ist.
  • Außerdem ist, wie in 4 gezeigt ist, die Schutzabdeckung 10a aus einer inneren Abdeckung 10b und einer äußeren Abdeckung 10c aufgebaut. Außerdem sind eine Mehrzahl von Luftdurchlassöffnungen in der Oberfläche von jeder dieser inneren und äußeren Abdeckungen 10b, 10c ausgebildet, so dass das Innere und das Äußere der Schutzabdeckung 10a miteinander in Verbindung gebracht sind. Das heißt, der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 ist so aufgebaut, dass das in dem spezifischen Durchlass 5a zirkulierende oder strömende Abgas durch die Luftdurchlassöffnungen 10d in der Schutzabdeckung 10a läuft und den Sensorkörper 100 erreicht. Hierbei ist zu beachten, dass die Schutzabdeckung 10a in 4 eine duale Struktur besitzt, diese kann jedoch eine einfache Struktur besitzen.
  • Nachfolgend wird der schematische Aufbau des Sensorkörpers 100 erläutert. Der Sensorkörper 100 ist mit einem Sensorelement 11 vorgesehen, das aus einem Sauerstoffionen-leitfähigen Festelektrolyt aufgebaut ist. Das Sensorelement 11 ist aus Zirkonoxid (Zirkonerde) aufgebaut. Außerdem ist das Sensorelement 11 auf einer Seitenfläche davon mit einer abgasseitigen Elektrode 12, die hin zu dem Abgas freiliegend ist, und auf der anderen Seitenfläche davon mit einer atmosphärenseitigen Elektrode 13, die hin zu der Atmosphäre freiliegend ist, ausgebildet. Diese abgasseitige Elektrode 12 und atmosphärenseitige Elektrode 13 sind jeweils aus einem metallischen Material mit einer hohen katalytischen Aktivität, wie Platin, aufgebaut. Daher sind die abgasseitige Elektrode 12 und die atmosphärenseitige Elektrode 13 in dieser Art und Weise ausgebildet, wodurch das Sensorelement 11 durch ein Paar von Elektroden dazwischen aufgenommen ist.
  • Außerdem ist eine Diffusionsratensteuerungsschicht 14 auf einer Seitenfläche der abgasseitigen Elektrode 12 entgegengesetzt zu deren Seitenfläche in der Nähe des Sensorelements 11 laminiert. Die Diffusionsratensteuerungsschicht 14 entspricht einem Element, das aus einem porösen Material, wie Keramik, usw., aufgebaut ist, und das eine Funktion zum Steuern der Rate oder Geschwindigkeit einer Diffusion des Abgases besitzt. Außerdem ist auf einer Seitenfläche der Diffusionsratensteuerungsschicht 14 entgegengesetzt zu deren Seitenfläche in der Nähe des Sensorelements 11 eine Schutzschicht 16 laminiert. Außerdem ist zwischen dem Sensorelement 11 und der Diffusionsratensteuerungsschicht 14 eine Gaskammer 15 ausgebildet. Hierbei ist anzumerken, dass es nicht notwendigerweise erforderlich ist, die Gaskammer 15 auszubilden, sondern es kann stattdessen ein Aufbau vorliegen, so dass die Diffusionsratensteuerungsschicht 14 mit der Oberfläche der abgasseitigen Elektrode 12 in direktem Kontakt steht.
  • Zusätzlich ist auf der anderen Seitenfläche des Sensorelements 11 eine Heizerschicht 17 laminiert. In der Heizerschicht 17 ist ein Heizer bzw. eine Heizvorrichtung 18 eingebettet, und die Heizvorrichtung 18 kann mit elektrischer Leistung bzw. Strom von einer nicht dargestellten äußeren elektrischen Schaltung versorgt werden, so dass diese den Sensorkörper 100 erwärmen kann. Hierbei ist anzumerken, dass diese elektrische Schaltung mit der ECU 20 elektrisch verbunden ist, so dass die zu der Heizvorrichtung 18 geführte elektrische Leistung durch die ECU 20 gesteuert wird. Außerdem ist zwischen dem Sensorelement 11 und der Heizerschicht 17 eine Atmosphärenkammer 19 ausgebildet. Die Atmosphärenkammer 19 ist über nicht dargestellte Atmosphärenlöcher in Verbindung zu der Atmosphäre angeordnet, so dass die atmosphärenseitige Elektrode 13 auch in einem Zustand, in welchem der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in dem spezifischen Durchlass 5a angeordnet ist, in einem Zustand gehalten wird, in welchem diese freiliegend zu der Atmosphäre ist.
  • Bei einem solchen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 läuft das von den Luftdurchlassöffnungen 10d in das Innere der Schutzabdeckung 10a eingeführte Abgas durch die Diffusionsratensteuerungsschicht 14 und erreicht die abgasseitige Elektrode 12. Außerdem wird, wenn eine Anlegespannung zwischen der abgasseitigen Elektrode 12 und der atmosphärenseitigen Elektrode 13 aufgebracht wird, Sauerstoff in dem Abgas oder Sauerstoff in der Atmosphäre zu Sauerstoffionen, die sich über das Sensorelement 11 ausbreiten. Außerdem wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases basierend auf einem Sättigungsstromwert (Beschränkungsstromwert) zu dieser Zeit erfasst. Hierbei breiten sich in dem Sensorelement 11 Sauerstoffionen nicht aus, bis die Temperatur des Sensorelements 11 höher oder gleich dessen Aktivierungstemperatur wird. Entsprechend wird der Sensorkörper 100 in Fällen, in welchen die Temperatur des Sensorelements 11 niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, mittels der Heizvorrichtung 18 auf eine gewünschte Temperatur (beispielsweise 700 °C) erwärmt.
  • (Anordnungsstruktur des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors)
  • Wie vorstehend erwähnt ist, breiten sich Sauerstoffionen in Fällen, in welchen die Temperatur des Sensorelements 11 niedriger als dessen Aktivierungstemperatur ist, in dem Sensorelement 11 nicht aus. Aus diesem Grund wird der Sensorkörper 100 durch die Heizvorrichtung 18 erwärmt, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in dem kalten Zustand befindet. Wenn sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in dem kalten Zustand befindet, kann Feuchtigkeit in dem Abgas andererseits zu Kondenswasser in dem Auslassdurchlass 5, dem spezifischen Durchlass 5a, der Turbine 60a, einer Turbinenschnecke (nicht dargestellt) und dem Bypass-Durchlass 602 werden. Hierbei kann, falls der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 mit dem Kondenswasser befeuchtet wird, entsprechend auch das Befeuchten des Sensorkörpers 100 hervorgerufen werden. In Fällen, in welchen der Sensorkörper 100 mit dem Wasser befeuchtet wurde, wird das durch die Heizvorrichtung 18 erwärmte Sensorelement 11 schnell abgekühlt, was zu einer zunehmenden Befürchtung führt, dass das Sensorelement 11 beschädigt werden kann. Zusätzlich kann es in Fällen, in welchen der Sensorkörper 100 mit Wasser befeuchtet wurde, unmöglich werden, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einer exakten Art und Weise zu erfassen. Daher besteht eine Befürchtung, dass bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 eine Abnormalität auftreten kann, wenn der in dem spezifischen Durchlass 5a angeordnete Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 mit dem Kondenswasser befeuchtet bzw. nass wird. Hierbei ist zu beachten, dass ein Sensor, bei welchem die vorstehend erwähnte Abnormalität auftreten kann, nicht auf den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 beschränkt ist, sondern die gleiche Abnormalität ebenso bei einem Sensor (beispielsweise einem Sauerstoffsensor, einem NOx-Sensor oder dergleichen) mit einem aus einem Sauerstoffionen-leitfähigen Festelektrolyt aufgebauten Sensorelement und einem Heizer zum Erhöhen der Temperatur des Sensorelements auftreten kann. Demzufolge entspricht in Fällen, in welchen solche Sensoren, wie der Sauerstoffsensor, der NOx-Sensor, usw., in dem spezifischen Durchlass 5a angeordnet sind, jeder dieser Sensoren ebenso einem Abgassensor bei der vorliegenden Erfindung.
  • Darüber hinaus steuert die ECU 20 das WGV 603 auf den vollständig geöffneten Zustand, wie vorstehend erwähnt ist, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in dem kalten Zustand befindet. In diesem Fall wird die Strömungsrate des Bypass-Abgases größer bzw. höher als die Strömungsrate des von der Turbine 60a in den spezifischen Durchlass 5a ausströmenden Abgases (nachfolgend manchmal als ein „Turbinenabgas“ bezeichnet). In diesem Fall besitzt das von dem Bypass-Durchlass 602 in den spezifischen Durchlass 5a ausströmende Kondenswasser eine Neigung dahingehend, dass sich dieses zusammen mit dem Bypass-Abgas in Richtung hin zu dem mittleren Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a richtet bzw. bewegt. Außerdem kann das Kondenswasser bei dem Aufwärmprozess des Abgasreinigungskatalysators 70 bei der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a sieden, wenn das Bypass-Abgas, welches das Kondenswasser enthält, mit der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a in Kontakt kommt oder auf diese trifft. Wenn das Sieden des Kondenswassers bei der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a auftritt, kann ein Teil der so erzeugten Feuchtigkeit von der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses 5a spritzen oder sich verteilen. Daher kann, wenn die Feuchtigkeit (Rückströmwasser), welche von der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses 5a spritzt oder sich verteilt, mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in Kontakt kommt oder auf diesen trifft, das Befeuchten des Sensorkörpers 100 auftreten, wie vorstehend genannt, so dass die Abnormalität des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 hervorgerufen werden kann. Entsprechend ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 bei dieser Ausführungsform in dem spezifischen Durchlass 5a bei einer Position angeordnet, bei welcher das vorstehend erwähnte Rückströmwasser mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 nicht in Kontakt kommt oder auf diesen trifft.
  • 5 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Anordnungsstruktur des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 5 ist eine Längs-Schnittansicht des Turbinengehäuses 60 und des spezifischen Durchlasses 5a zu der Zeit gezeigt, wenn sich das WGV 603 in dem kalten Zustand der Verbrennungskraftmaschine 1 in dem vollständig geöffneten Zustand befindet. Außerdem zeigt ein Bereich A in 5 einen Bereich (nachfolgend manchmal als ein „Bypass-Abgas-Zirkulationsbereich A“ bezeichnet), in welchem das Bypass-Abgas, das von dem Bypass-Durchlass 602 in den spezifischen Durchlass 5a ausgeströmt ist, zirkuliert oder strömt. Zusätzlich zeigt in 5 ein Bereich B einen Bereich (nachfolgend manchmal als ein „Verteilungsbereich B“ bezeichnet), in welchem das Rückströmwasser spritzt oder sich verteilt, das erzeugt wird, wenn das in dem Bypass-Abgas enthaltene Kondenswasser auf der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a gesiedet hat.
  • Hierbei strömt das Bypass-Abgas, das zu der Zeit, wenn sich das WGV 603 in dem vollständig geöffneten Zustand befindet, von dem Bypass-Durchlass 602 in den spezifischen Durchlass 5a ausgeströmt ist, in Richtung hin zu dem mittleren Abschnitt der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a, wie vorstehend erwähnt, ein Teil davon kann sich jedoch in einem gewissen Ausmaß in einer Richtung senkrecht zu der Erstreckungslinie L1 der Achse des Bypass-Durchlasses 602 ausbreiten. Aus diesem Grund wird der Bypass-Abgas-Zirkulationsbereich A zu einem Bereich, welcher sich entlang der Erstreckungslinie L1 der Achse des Bypass-Durchlasses 602 in einer kegelförmigen Gestalt ausbreitet. Aufgrund dessen wird die Position, bei welcher das Bypass-Abgas auf die stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche 70a trifft, zu einer Position (das heißt, einer vorbestimmten Position) einschließlich des mittleren Abschnitts der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a und einer Peripherie des mittleren Abschnitts. Außerdem neigt das Rückströmwasser, welches erzeugt wird, wenn das in dem Bypass-Abgas enthaltene Kondenswasser bei der vorstehend erwähnten vorbestimmten Position siedet, dazu, von der vorbestimmten Position hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses 5a in einer Richtung parallel zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 (das heißt, in einer Richtung vertikal zu der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a) zu spritzen oder sich auszubreiten. Mit anderen Worten, das vorstehend erwähnte Rückströmwasser neigt dazu, mit Bezug auf die stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche 70a im Wesentlichen vertikal in einer Richtung von der Seite der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a in Richtung hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses 5a voran zu schreiten. Entsprechend wird der Verteilungsbereich B zu einem Bereich, in welchem die vorstehend erwähnte vorbestimmte Position entlang der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 virtuell hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses 5a erstreckt ist.
  • Entsprechend ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 bei dieser Ausführungsform bei einer Position angeordnet, welche mit Bezug auf den Verteilungsbereich B in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 (das heißt, in einer Richtung parallel zu der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a) um eine erste Strecke d1 oder mehr entfernt liegt. In diesem Fall wurde der Verteilungsbereich B im Vorhinein basierend auf den Ergebnissen von Experimenten oder Simulationen spezifiziert. Zusätzlich kann sich ein Teil des Rückströmwassers verteilen, während sich dieses in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 ausbreitet. Daher ist die erste Strecke d1 auf eine Strecke eingestellt, bei welcher das Rückströmwasser, das sich verteilt, während sich dieses in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 ausbreitet, mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 nicht in Kontakt kommt oder auf diesen trifft. Eine solche erste Strecke d1 wurde im Vorhinein basierend auf den Ergebnissen von Experimenten oder Simulationen erhalten.
  • Wie vorstehend angegeben ist, kann, wenn der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in dem spezifischen Durchlass 5a bei der Position angeordnet ist, bei welcher der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, unterdrückt werden, dass dieser mit Wasser infolge des Rückströmwassers, das erzeugt wird, wenn das in dem Bypass-Abgas enthaltene Kondenswasser auf der stromaufwärtsseitigen Katalysatorendfläche 70a gesiedet hat, befeuchtet wird.
  • Hierbei ist anzumerken, dass bei dem in 5 gezeigten Beispiel der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in dem Bereich, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, bei einer Position oberhalb des Verteilungsbereichs B angeordnet ist, dieser jedoch nicht auf eine solche Anordnung beschränkt ist. Der Luft-Kraftstoff Verhältnis-Sensor 10 kann beispielsweise bei einer Position seitlich von dem Verteilungsbereich B usw. angeordnet sein, solange sich dieser in dem Bereich befindet, in welcher der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird. Das in der Umgebung des Bodenabschnitts des spezifischen Durchlasses 5a gesammelte Kondenswasser neigt jedoch dazu, in dem Bereich, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, hin zu Positionen unterhalb des Verteilungsbereichs B zu spritzen oder sich zu verteilen. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in dem Bereich, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, nicht bei einer Position unterhalb des Verteilungsbereichs B angeordnet ist. Ferner ist es in Fällen, in welchen in dem Bereich, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, ein Abschnitt existiert, der mit dem vorstehend erwähnten Bypass-Abgas-Zirkulationsbereich A überlappt, wünschenswert, dass der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 auch nicht bei dem überlappenden Abschnitt angeordnet ist. Daher ist es möglich, das Befeuchten des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 infolge des in dem Bypass-Abgas enthaltenen Kondenswassers zu unterdrücken, wenn die Anordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 in dieser Art und Weise bestimmt ist.
  • Zusätzlich ist bei dem in 5 gezeigten Beispiel der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 auf dem stromaufwärtsseitigen konischen Abschnitt 7b des Katalysatorgehäuses 7 montiert. Hierbei ist der Kanalquerschnitt des konischen Abschnitts 7b größer als der Kanalquerschnitt des spezifischen Durchlasses 5a auf der stromaufwärtigen Seite des konischen Abschnitts 7b. Aus diesem Grund wird es einfach, den Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 länger zu machen, wenn der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 bei dem konischen Abschnitt 7b angeordnet ist. Folglich wird es einfach, das Befeuchten des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 aufgrund des Rückströmwassers in einer zuverlässigeren Art und Weise zu unterdrücken. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 kann jedoch bei einer anderen Position als dem konischen Abschnitt 7b angeordnet sein, solange sich dieser in dem Bereich befindet, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird.
  • Zweite Ausführungsform
  • Nachfolgend wird auf eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basierend auf 6 Bezug genommen. Hierbei ist zu beachten, dass bei dieser zweiten Ausführungsform die detaillierte Erläuterung von im Wesentlichen dem gleichen Aufbau wie bei der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform weggelassen wird.
  • Wenn sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in einem kalten Zustand befindet, kann in der Turbine 60a oder der Turbinenschnecke (nicht dargestellt) Kondenswasser erzeugt werden. Das in der Turbine 60a, der Turbinenschnecke usw. erzeugte Kondenswasser kann zusammen mit dem von dem Turbinenauslassabschnitt 601 ausströmenden Abgas (Turbinenabgas) in den spezifischen Durchlass 5a ausströmen. Wenn das Kondenswasser, das von der Turbine 60a in den spezifischen Durchlass 5a ausgeströmt ist, mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in Kontakt kommt oder auf diesen trifft, kann die Abnormalität des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors, wie vorstehend erwähnt, hervorgerufen werden. Entsprechend ist bei dieser zweiten Ausführungsform der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in dem vorgenannten Bereich, welcher durch das Rückströmwasser nicht kontaktiert oder getroffen wird, bei einer Position angeordnet, bei welcher das von dem Turbinenauslassabschnitt 601 ausströmende Kondenswasser mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 nicht in Kontakt kommt oder auf diesen trifft.
  • 6 ist eine Ansicht zum Erläutern einer Anordnungsstruktur des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 gemäß dieser zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 6 ist eine Längs-Schnittansicht des Turbinengehäuses 60 und des spezifischen Durchlasses 5a zu der Zeit gezeigt, wenn sich das WGV 603 in dem kalten Zustand der Verbrennungskraftmaschine 1 in dem vollständig geöffneten Zustand befindet. Darüber hinaus ist in 6 zusätzlich zu dem Bypass-Abgas-Zirkulationsbereich A und dem Verteilungsbereich B, wie vorstehend erwähnt, ein Bereich C gezeigt (nachfolgend manchmal als ein „Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C“ bezeichnet), in welchem das von der Turbine 60a in den spezifischen Durchlass 5a ausgeströmte Kondenswasser zirkuliert oder strömt.
  • Hierbei strömt das von der Turbine 60a in den spezifischen Durchlass 5a ausgeströmte Abgas spiralförmig, während dieses um die Mittelachse der Turbine 60a wirbelt. Andererseits ist die spezifische Dichte des Kondenswassers größer bzw. höher als die spezifische Dichte des Abgases, so dass das von der Turbine 60a in den spezifischen Durchlass 5a ausgeströmte Kondenswasser dazu neigt, auf einfache Art und Weise in einer Richtung parallel zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 voran zu schreiten. Mit anderen Worten, das von der Turbine 60a in den spezifischen Durchlass 5a ausgeströmte Kondenswasser zeigt eine Tendenz dahingehend, dass dieses von dem Turbinenauslassabschnitt 601 in Richtung hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses 5a im Wesentlichen vertikal mit Bezug auf eine Endfläche des Turbinenauslassabschnitts 601 vorwärts bewegt. Entsprechend wird der Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C zu einem Bereich, in welchem die Endfläche des Turbinenauslassabschnitts 601 entlang der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses 5a erstreckt ist.
  • Entsprechend ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 bei dieser zweiten Ausführungsform in dem Bereich angeordnet, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, und bei einer Position, bei welcher ein Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 größer oder gleich einer zweiten Strecke d2 wird. In diesem Fall wurde der Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C basierend auf den Ergebnissen von Experimenten oder Simulationen im Vorhinein spezifiziert. Zusätzlich kann sich ein Teil des von der Turbine 60a in den spezifischen Durchlass 5a ausströmenden Kondenswassers vorwärts bewegen, während sich dieses in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 ausbreitet. Aus diesem Grund ist die zweite Strecke d2 auf eine Strecke eingestellt, bei welcher das Kondenswasser, das sich vorwärts bewegt, während sich dieses in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 ausbreitet, mit dem Abgassensor 10 nicht in Kontakt kommt oder auf diesen trifft. Eine solche zweite Strecke d2 wurde basierend auf den Ergebnissen von Experimenten oder Simulationen im Vorhinein eingestellt.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, zusätzlich zu den Befeuchten des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 infolge des Rückströmwassers auch das Befeuchten des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 infolge des in dem Turbinenabgas enthaltenen Kondenswassers zu unterdrücken, wenn der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in dem spezifischen Durchlass 5a in dem Bereich angeordnet ist, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, und bei der Position, bei welcher der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 größer oder gleich der zweiten Strecke d2 wird.
  • Hierbei ist anzumerken, dass bei dem in 6 gezeigten Beispiel der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in einem Bereich angeordnet ist, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, und in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 größer oder gleich der zweiten Strecke d2 wird, und bei einer Position oberhalb des Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereichs C, die Anordnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Falls der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 beispielsweise in dem Bereich angeordnet ist, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, und in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 größer oder gleich der zweiten Strecke d2 wird, und bei einer Position, bei welcher das bei dem Bodenabschnitt des spezifischen Durchlasses 5a gesammelte Kondenswasser mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 nicht in Kontakt kommt oder auf diesen trifft, können die gleichen Effekte oder Vorteile wie diese bei dem Anordnungsbeispiel von 6 erhalten werden. Ferner ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in Fällen, in welchen ein mit dem vorstehend erwähnten Bypass-Abgas-Zirkulationsbereich A überlappender Abschnitt in dem Bereich vorliegt, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, und in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 größer oder gleich der zweiten Strecke d2 wird, nicht bei dem Überlappungsabschnitt angeordnet, wodurch ermöglicht wird, auch das Befeuchten des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 infolge des in dem Bypass-Abgas enthaltenen Kondenswassers zu unterdrücken.
  • Zusätzlich ist bei dem in 6 gezeigten Beispiel der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 auf dem stromaufwärtsseitigen konischen Abschnitt 7b des Katalysatorgehäuses 7 montiert. Dies liegt daran, da der Kanalquerschnitt des konischen Abschnitts 7b größer ist als der Kanalquerschnitt des spezifischen Durchlasses 5a auf der stromaufwärtigen Seite des konischen Abschnitts 7b, wodurch erleichtert wird, den Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 und den Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 zu vergrößern. Folglich wird es einfach, das Befeuchten des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 infolge des Rückströmwassers und das Befeuchten des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 10 infolge des in dem Turbinenabgas enthaltenen Kondenswassers in einer zuverlässigeren Art und Weise zu unterdrücken. Ferner entspricht die Position des konischen Abschnitts 7b, ausgehend von dem Turbinenauslassabschnitt 601 betrachtet, einer abgelegenen Position in der radialen Richtung des spezifischen Durchlasses 5a entfernt, wodurch ein Vorteil bereitgestellt wird, dass es einfach ist, das Befeuchten des Sensorelements 11 infolge des in dem Turbinenabgas enthaltenen Kondenswassers in einer zuverlässigeren Art und Weise zu unterdrücken. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 kann jedoch bei einer anderen Position als dem konischen Abschnitt 7b angeordnet sein, solange sich dieser in dem Bereich befindet, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, und in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 größer oder gleich der zweiten Strecke d2 wird.
  • (Modifikation der zweiten Ausführungsform)
  • Bei der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei welchem das Befeuchten des Sensorelements 11 aufgrund des Kondenswassers bei einem Aufbau unterdrückt wird, bei welchem sich der mit dem Auslasskrümmer 50 verbundene Auslassdurchlass 5 bei einem Ende davon in dem fahrzeugmontierten Zustand hin zu einer oberen Seite in der vertikalen Richtung erstreckt, und das andere Ende des Auslassdurchlasses 5 entgegengesetzt zu der mit dem Auslasskrümmer 50 verbundenen Seite mit dem Turbinengehäuse 60 verbunden ist, das heißt, bei einem Aufbau, bei welchem die Position der Turbine 60a in dem Turbinengehäuse 60 in der vertikalen Richtung oberhalb des Bypass-Durchlasses 602 angeordnet ist.
  • Im Gegensatz dazu kann, wie in den 7A und 7B gezeigt ist, ebenso ein Aufbau berücksichtigt werden, bei welchem sich der mit dem Auslasskrümmer 50 verbundene Auslassdurchlass 5 bei einem Ende davon hin zu einer unteren Seite in der vertikalen Richtung erstreckt, und das andere Ende des Auslassdurchlasses 5 entgegengesetzt zu der mit dem Auslasskrümmer 50 verbundenen Seite mit dem Turbinengehäuse 60 verbunden ist, das heißt, ein Aufbau, bei welchem die Position der Turbine 60a in dem Turbinengehäuse 60 in der vertikalen Richtung unterhalb des Bypass-Durchlasses 602 angeordnet ist.
  • Auch bei dem in den 7A und 7B gezeigten Aufbau ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 in dem Bereich angeordnet, in welchem der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Verteilungsbereich B in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators 70 größer oder gleich der ersten Strecke d1 wird, und bei der Position, bei welcher der Trennungsabstand zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 und dem Turbinenkondenswasser-Zirkulationsbereich C in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Turbinenauslassabschnitts 601 größer oder gleich der zweiten Strecke d2 wird, wie in 8 gezeigt ist, wodurch die gleichen Effekte oder Vorteile wie diese bei der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform erhalten werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1:
    Verbrennungskraftmaschine
    5:
    Auslassdurchlass
    5a:
    spezifischer Durchlass
    6:
    Auflader
    7:
    Katalysatorgehäuse
    7b:
    konischer Abschnitt (kegelförmiger Abschnitt)
    10:
    Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (Abgassensor)
    10a:
    Schutzabdeckung
    50:
    Auslasskrümmer
    60:
    Turbinengehäuse
    60a:
    Turbine
    70:
    Abgasreinigungskatalysator
    70a:
    stromaufwärtsseitige Katalysatorendfläche
    601:
    Turbinenauslassabschnitt
    602:
    Bypass-Durchlass
    603:
    Waste-Gate-Ventil (WGV)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016 [0003]
    • JP 173041 A [0003]
    • JP 2003 [0003]
    • JP 254051 A [0003]

Claims (3)

  1. Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: einen Auflader mit einer Turbine, die in einem Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist; einen Abgasreinigungskatalysator, der in dem Auslassdurchlass bei einer Position stromabwärts der Turbine angeordnet ist; einen Bypass-Durchlass, welcher bei einer Position stromaufwärts der Turbine von dem Auslassdurchlass abzweigt und bei einer Position stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators in den Auslassdurchlass mündet, während dieser die Turbine umgeht; ein Waste-Gate-Ventil, welches einen Abgaskanalquerschnitt in dem Bypass-Durchlass verändert; und einen Abgassensor, welcher in einem spezifischen Durchlass angeordnet ist, der einem Abschnitt des Auslassdurchlasses zwischen der Turbine und dem Abgasreinigungskatalysator entspricht; wobei die Turbine und der Abgasreinigungskatalysator in einer solchen Art und Weise angeordnet sind, dass sich diese in einem vorbestimmten Nachbarzustand befinden, und dass eine Erstreckungslinie einer Achse eines Auslassabschnitts der Turbine eine stromaufwärtsseitige Endfläche des Abgasreinigungskatalysators schneidet, ohne eine Wandoberfläche des spezifischen Durchlasses zu schneiden; der Bypass-Durchlass und das Waste-Gate-Ventil derart aufgebaut sind, dass ein Bypass-Abgas, welches einem von dem Bypass-Durchlass ausströmenden Abgas entspricht, wenn ein Öffnungsgrad des Waste-Gate-Ventils größer oder gleich einem vorbestimmten Öffnungsgrad ist, derart strömt, dass sich dieses hin zu einem vorbestimmten Abschnitt bewegt, der einem Teil der stromaufwärtsseitigen Endfläche des Abgasreinigungskatalysators entspricht; und der Abgassensor so angeordnet ist, dass dieser von einem Bereich, bei welchem der vorbestimmte Abschnitt entlang einer axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators virtuell hin zu einer Seite des spezifischen Durchlasses erstreckt ist, um eine erste Strecke oder mehr in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators entfernt liegt.
  2. Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der Abgassensor bei einer Position angeordnet ist, die von dem Bereich, bei welchem der vorbestimmte Abschnitt entlang der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators virtuell hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses erstreckt ist, um die erste Strecke oder mehr in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Abgasreinigungskatalysators entfernt liegt, und welche ferner mit Bezug auf einen Bereich, bei welchem eine Endfläche des Auslassabschnitts der Turbine entlang der axialen Richtung des Auslassabschnitts virtuell hin zu der Seite des spezifischen Durchlasses erstreckt ist, um eine zweite Strecke oder mehr in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Auslassabschnitts getrennt ist.
  3. Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der spezifische Durchlass einen kegelförmigen Abschnitt umfasst, bei welchem ein Durchlassdurchmesser des spezifischen Durchlasses ausgehend von einem sich von der Turbine erstreckenden Zwischenabschnitt hin zu dem Abgasreinigungskatalysator kontinuierlich zunimmt; und der Abgassensor bei dem kegelförmigen Abschnitt angeordnet ist.
DE102018114126.2A 2017-07-03 2018-06-13 Abgassystem für eine Verbrennungskraftmaschine Ceased DE102018114126A1 (de)

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