JP2012241545A - Exhaust device of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路の途中に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガス流れ方向に直列に設置されかつ前記過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路がウェイストゲートバルブで開閉される構成のエンジンの排気装置に関する。 The present invention has a configuration in which a turbine housing and a catalyst of a supercharger are installed in series in the exhaust gas flow direction in the middle of an exhaust passage, and a bypass passage that bypasses the turbine wheel of the supercharger is opened and closed by a waste gate valve The present invention relates to an engine exhaust system.
従来からエンジンの排気通路の途中に過給機のタービンハウジングと触媒とを排気ガス流れ方向に直列に設置し、前記排気通路に前記過給機のタービンホイールをバイパスするためのバイパス通路を設け、このバイパス通路に排気ガスのバイパス量を調整するためのウェイストゲートバルブを設ける構成が知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, the turbocharger turbine housing and the catalyst are installed in series in the exhaust gas flow direction in the middle of the engine exhaust passage, and a bypass passage for bypassing the turbocharger turbine wheel is provided in the exhaust passage, A configuration is known in which a waste gate valve for adjusting the amount of exhaust gas bypass is provided in the bypass passage (see, for example, Patent Document 1).
前記触媒はタービンハウジングよりも排気ガス流れ方向の下流側に設置されている。排気通路においてタービンハウジングと触媒との間の領域は、例えば横方向に延びてからほぼ90度屈曲して鉛直方向下向きに延びるような逆さL字形状に形成されている。この排気通路において逆さL字形状の領域には、空燃比センサ(以下、A/Fセンサという)やO2センサなどの排気センサが設置されている。 The catalyst is installed downstream of the turbine housing in the exhaust gas flow direction. The region between the turbine housing and the catalyst in the exhaust passage is formed in an inverted L shape that extends in the horizontal direction and then bends approximately 90 degrees and extends downward in the vertical direction. An exhaust sensor such as an air-fuel ratio sensor (hereinafter referred to as an A / F sensor) or an O 2 sensor is installed in an inverted L-shaped region in the exhaust passage.
上記特許文献1では、前記排気通路において逆さL字形状の領域に設置されている排気センサに、タービンホイールを通過した排気ガスが当たるようになっているために、エンジンの各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出される排気ガスが混ぜられた状態で排気センサに当たるようになる。つまり、各気筒から順次排出される排気ガスがそれぞれ排気センサに当たらなくなっている。そのために、前記排気センサの出力に基づいて気筒間の空燃比の不均衡(A/Fインバランスと言う)を検出する際の精度が低下することが懸念される。
In
ところで、冷間始動初期などのように排気通路が冷えた状態では排気ガスが冷却されるために、この排気ガス中に含まれる水蒸気が凝縮して凝縮水となりやすい。この凝縮水が前記排気センサの先端側に配置されるセンサ素子にかかるようなことがあると、このセンサ素子が破損するおそれがある。 By the way, since the exhaust gas is cooled in a state where the exhaust passage is cooled, such as in the initial cold start, the water vapor contained in the exhaust gas is condensed and easily becomes condensed water. If this condensed water is applied to the sensor element disposed on the front end side of the exhaust sensor, the sensor element may be damaged.
なお、例えば特開平9−222416号公報に示されているように、センサ素子をカバーで覆っている構造であっても、このカバーの側面に排気ガス導入用の開口が設けられていて、前記カバーの先端端面に排気ガス排出用の開口が設けられているので、排気センサの取り付け姿勢によっては前記端面開口から凝縮水が入り込んでセンサ素子にかかることがありうる。 For example, as shown in JP-A-9-222416, even if the sensor element is covered with a cover, an opening for introducing exhaust gas is provided on the side of the cover, Since the exhaust gas exhaust opening is provided on the end face of the cover, depending on the exhaust sensor mounting posture, condensed water may enter the sensor element from the end face opening.
このような事情に鑑み、本発明は、エンジンの排気通路の途中に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガス流れ方向に直列に設置されかつ前記過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路がウェイストゲートバルブで開閉される構成のエンジンの排気装置において、排気センサの出力に基づくA/Fインバランスの検出精度を向上可能とすることを目的としている。 In view of such circumstances, the present invention provides a bypass passage in which a turbine housing and a catalyst of a supercharger are installed in series in the exhaust gas flow direction in the middle of an exhaust passage of an engine and bypass the turbine wheel of the supercharger In the exhaust system of an engine configured to be opened and closed by a waste gate valve, the object is to improve the detection accuracy of A / F imbalance based on the output of an exhaust sensor.
また、本発明は、エンジンの排気通路の途中に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガス流れ方向に直列に設置されかつ前記過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路がウェイストゲートバルブで開閉される構成のエンジンの排気装置において、排気センサの出力に基づくA/Fインバランスの検出精度を向上可能とするとともに、前記排気センサのセンサ素子の被水による破損を回避可能とすることを目的としている。 Further, according to the present invention, a wastegate valve is a bypass passage in which a turbine housing and a catalyst of a supercharger are installed in series in an exhaust gas flow direction in the middle of an exhaust passage of an engine and bypass the turbine wheel of the supercharger. In an exhaust system of an engine configured to be opened and closed, it is possible to improve the detection accuracy of A / F imbalance based on the output of an exhaust sensor and to prevent damage to the sensor element of the exhaust sensor due to moisture. It is aimed.
本発明に係るエンジンの排気装置は、エンジンの排気通路の途中に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガス流れ方向に直列に設けられ、前記排気通路に前記過給機のタービンホイールをバイパスするためのバイパス通路が設けられ、このバイパス通路からの排気ガスのバイパス量を調整するためのウェイストゲートバルブが設けられ、前記排気通路において前記タービンハウジングと前記触媒との間の領域に排気センサが設けられ、この排気センサの検出部分は前記バイパス通路から排出される排気ガスが直接当たる状態に設定されている、ことを特徴としている。 In the engine exhaust system according to the present invention, a turbocharger turbine housing and a catalyst are provided in series in the exhaust gas flow direction in the middle of an engine exhaust passage, and the turbocharger turbine wheel is bypassed in the exhaust passage. And a waste gate valve for adjusting the bypass amount of the exhaust gas from the bypass passage, and an exhaust sensor is provided in a region between the turbine housing and the catalyst in the exhaust passage. The exhaust sensor is provided with a detection portion that is set to a state in which exhaust gas discharged from the bypass passage directly hits.
この構成では、バイパス通路から排出される排気ガスが排気センサの検出部分に直接当たる状態になっている。これはつまり、エンジンの各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出される排気ガスが混ざらない状態で排気センサの検出部分に当たるようになっていると言える。これにより、排気センサの出力に基づいてエンジンの各気筒間の空燃比の不均衡(A/Fインバランス)の検出精度を向上させることが可能になる。 In this configuration, the exhaust gas discharged from the bypass passage directly hits the detection portion of the exhaust sensor. That is, it can be said that the exhaust gas discharged sequentially from each cylinder of the engine (timing according to a predetermined combustion order) hits the detection portion of the exhaust sensor in a state where it is not mixed. Thereby, it becomes possible to improve the detection accuracy of the air-fuel ratio imbalance (A / F imbalance) between the cylinders of the engine based on the output of the exhaust sensor.
好ましくは、前記バイパス通路から排出される排気ガスが前記触媒の入口に向けて直進して流れるように設定され、前記排気センサの検出部分が前記直進する排気ガスの流れに当たる位置に配置される。 Preferably, the exhaust gas discharged from the bypass passage is set to flow straight toward the inlet of the catalyst, and the detection portion of the exhaust sensor is disposed at a position corresponding to the flow of the straight exhaust gas.
この構成では、ウェイストゲートバルブが開いている場合に、エンジンの各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてバイパス通路を通る排気ガスがそれぞれ排気センサの検出部分に直接当たるようになることが明らかになる。これにより、排気センサの出力に基づいてA/Fインバランスの検出精度を向上させることが可能になる。しかも、その際、排気センサの存在によって排気ガスの乱流が作られることになるので、排気ガスが触媒の入口における局所に当たるのではなく広域に当たるようになる。これにより、バイパス通路から排出される排気ガスを比較的高温に保ったまま触媒の入口の広域から導入させることが可能になるから、触媒全体を比較的速やかに均等に昇温させて活性化させることが可能になる。 In this configuration, when the waste gate valve is open, the exhaust gas discharged from each cylinder of the engine sequentially (timing according to a predetermined combustion order) and passing through the bypass passage directly hits the detection part of the exhaust sensor. It becomes clear that This makes it possible to improve the detection accuracy of the A / F imbalance based on the output of the exhaust sensor. In addition, at that time, the exhaust gas turbulence is created by the presence of the exhaust sensor, so that the exhaust gas hits a wide area instead of hitting the local area at the catalyst inlet. As a result, the exhaust gas discharged from the bypass passage can be introduced from a wide area at the inlet of the catalyst while being kept at a relatively high temperature. It becomes possible.
好ましくは、前記排気通路において前記タービンハウジングと前記触媒との間の領域は、前記タービンハウジングからの排気ガスの排出方向に沿って直進して、その後90度屈曲するような形状とされる。 Preferably, the region between the turbine housing and the catalyst in the exhaust passage is shaped so as to go straight along the exhaust gas discharge direction from the turbine housing and then bend 90 degrees.
好ましくは、前記タービンハウジングにおいて前記バイパス通路の排気ガス排出口および前記タービンホイールからの排気ガス排出口よりも下流側に、前記バイパス通路から排出されて前記排気センサの検出部分に当たるまでの排気ガスの流れに、前記タービンホイールから排出される排気ガスを混ざりにくくさせるための仕切り部材が設けられる。 Preferably, in the turbine housing, the exhaust gas is discharged from the bypass passage to the downstream side of the exhaust gas discharge port of the bypass passage and the exhaust gas discharge port from the turbine wheel and hits the detection portion of the exhaust sensor. A partition member for preventing the exhaust gas discharged from the turbine wheel from being mixed in the flow is provided.
この構成では、例えばウェイストゲートバルブが開いている場合に、エンジンの各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてバイパス通路を通る排気ガスとそれぞれタービンホイールから排出される排気ガスとが混ざりにくくなる。そのため、ウェイストゲートバルブが開いている場合に、エンジンの各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてバイパス通路を通る排気ガスが排気センサの検出部分に直接当たりやすくなって、エンジンの各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてタービンホイールで混ぜられる排気ガスが排気センサの検出部分に当たりにくくなる。これにより、上記した作用、効果が顕著に得られるようになる。 In this configuration, for example, when the waste gate valve is open, exhaust gas discharged from each cylinder of the engine sequentially (timing according to a predetermined combustion order) and passing through the bypass passage and exhaust gas discharged from the turbine wheel respectively. And become difficult to mix. Therefore, when the waste gate valve is open, exhaust gas discharged from each cylinder of the engine sequentially (timing according to a predetermined combustion order) and passing through the bypass passage is likely to directly hit the detection part of the exhaust sensor, Exhaust gas discharged from each cylinder of the engine sequentially (timing according to a predetermined combustion order) and mixed by the turbine wheel is less likely to hit the detection part of the exhaust sensor. Thereby, the above-mentioned operation and effect can be obtained remarkably.
好ましくは、前記ウェイストゲートバルブは、開放されたときに、前記バイパス通路から排出されて前記排気センサの検出部分に当たるまでの排気ガスの流れに、前記タービンホイールから排出される排気ガスを混ざりにくくさせる状態で配置される。 Preferably, when the waste gate valve is opened, the exhaust gas discharged from the turbine wheel is less likely to be mixed with the flow of exhaust gas discharged from the bypass passage and hitting a detection portion of the exhaust sensor. Arranged in a state.
このウェイストゲートバルブは、前記バイパス通路の排出口側に配置されて当該排出口を開閉可能とする板状の部材とされ、かつ開放されたときに、前記バイパス通路から直進して排出される排気ガスと前記タービンホイールから直進して排出される排気ガスとの間に、配置される。 The waste gate valve is a plate-like member that is disposed on the discharge port side of the bypass passage so that the discharge port can be opened and closed. When the waste gate valve is opened, the waste gate valve travels straight from the bypass passage and is discharged. It is arranged between the gas and the exhaust gas discharged straight from the turbine wheel.
この構成では、例えばウェイストゲートバルブが開いている場合に、バイパス通路から排出される排気ガスとタービンホイールから排出される排気ガスとが混ざりにくくなる。そのため、ウェイストゲートバルブが開いている場合に、エンジンの各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてバイパス通路を通る排気ガスが排気センサの検出部分に直接当たりやすくなって、エンジンの各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてタービンホイールで混ぜられた排気ガスが排気センサの検出部分に当たりにくくなる。これにより、上記した作用、効果が得られやすくなる。 In this configuration, for example, when the waste gate valve is open, the exhaust gas discharged from the bypass passage and the exhaust gas discharged from the turbine wheel are hardly mixed. Therefore, when the waste gate valve is open, exhaust gas discharged from each cylinder of the engine sequentially (timing according to a predetermined combustion order) and passing through the bypass passage is likely to directly hit the detection part of the exhaust sensor, The exhaust gas discharged from each cylinder of the engine sequentially (timing according to a predetermined combustion order) and mixed by the turbine wheel is less likely to hit the detection part of the exhaust sensor. As a result, the above-described functions and effects can be easily obtained.
好ましくは、前記排気センサの検出部分は、センサ素子を内カバーと外カバーとからなる2重壁で覆う構造とされ、かつ前記内カバーと外カバーとにはそれぞれ側面開口と端面開口とが設けられ、この排気センサの検出部分は、前記バイパス通路から排出される排気ガスが前記側面開口から流入して前記端面開口から流出するような設置状態とされる。 Preferably, the detection part of the exhaust sensor has a structure in which the sensor element is covered with a double wall composed of an inner cover and an outer cover, and the inner cover and the outer cover are provided with a side opening and an end opening, respectively. The detection portion of the exhaust sensor is in an installation state in which exhaust gas discharged from the bypass passage flows from the side opening and flows out from the end opening.
この構成では、例えばエンジンの冷間始動初期などのように排気通路が冷えている状況において排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮したとしても、この凝縮水を含む排気ガスは排気センサの側面開口から流入して内カバーに衝突して気液分離されることになる。この気液分離された凝縮水は外カバーと内カバーとの対向空間から端面開口へ向かうようになる一方、前記気液分離された排気ガス成分は内カバーの側面開口から入ってセンサ素子に当たるようになる。これにより、凝縮水がセンサ素子に当たらなくなるので、センサ素子の破損が回避されるようになる。 In this configuration, even if the water vapor contained in the exhaust gas is condensed in a situation where the exhaust passage is cold, such as at the initial cold start of the engine, the exhaust gas containing the condensed water flows from the side opening of the exhaust sensor. Then, it collides with the inner cover and gas-liquid separation occurs. The gas-liquid separated condensed water goes from the facing space between the outer cover and the inner cover toward the end face opening, while the gas-liquid separated exhaust gas component enters from the side opening of the inner cover and hits the sensor element. become. Thereby, since the condensed water does not hit the sensor element, the sensor element is prevented from being damaged.
本発明に係るエンジンの排気装置は、エンジンの排気通路の途中に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガス流れ方向に直列に設置されかつ前記過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路がウェイストゲートバルブで開閉される構成において、排気センサの出力に基づくA/Fインバランスの検出精度を向上させることが可能になる。 The engine exhaust system according to the present invention includes a bypass passage in which a turbine housing and a catalyst of the supercharger are installed in series in the exhaust gas flow direction in the middle of the exhaust passage of the engine and bypass the turbine wheel of the supercharger. In the configuration that is opened and closed by the waste gate valve, it becomes possible to improve the detection accuracy of the A / F imbalance based on the output of the exhaust sensor.
また、本発明に係るエンジンの排気装置は、エンジンの排気通路の途中に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガス流れ方向に直列に設置されかつ前記過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路がウェイストゲートバルブで開閉される構成において、排気センサの出力に基づくA/Fインバランスの検出精度を向上させることが可能になるとともに、前記排気センサのセンサ素子の被水による破損を回避することが可能になる。 The engine exhaust system according to the present invention is a bypass in which a turbine housing and a catalyst of a supercharger are installed in series in an exhaust gas flow direction in the middle of an exhaust passage of the engine and bypass the turbine wheel of the turbocharger. In the configuration in which the passage is opened and closed by the waste gate valve, it is possible to improve the detection accuracy of the A / F imbalance based on the output of the exhaust sensor, and avoid damage to the sensor element of the exhaust sensor due to moisture. It becomes possible.
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1から図6に本発明の一実施形態を示している。この実施形態で例示するエンジン1は例えば直列4気筒になっているが、その気筒数やエンジンの型式については特に限定されるものではない。
1 to 6 show an embodiment of the present invention. The
エンジン1の図示していないシリンダヘッドには、各気筒に吸入空気を分配して供給するためのインテークマニホールド2と、各気筒から排出される排気ガスを集合させるためのエキゾーストマニホールド3A,3Bとが取り付けられている。
A cylinder head (not shown) of the
インテークマニホールド2には、大気中から空気を取り込むための吸気管4が接続されている。この吸気管4の入口にはエアクリーナ5が取り付けられている。このインテークマニホールド2と吸気管4とが吸気通路を構成している。
An intake pipe 4 for taking in air from the atmosphere is connected to the
なお、インテークマニホールド2において吸気流れ方向の上流側には、エンジン1の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ6が設けられている。このスロットルバルブ6は、図示していないが、スロットルモータおよびエレクトロニックコントロールユニット(ECU)によって作動される。
A
第1エキゾーストマニホールド3Aはエンジン1の例えば1番気筒および4番気筒の各排気ポートに接続されるようになっており、第2エキゾーストマニホールド3Bはエンジン1の例えば2番気筒および3番気筒の各排気ポートに接続されるようになっている。これらのエキゾーストマニホールド3A,3Bは、それぞれ上流側が二股とされて下流側で集合して1本になった形状、つまり2in1形状になっている。
The
また、2つのエキゾーストマニホールド3A,3Bの下流側には、第1中継排気管8を介して過給機としてのターボチャージャ20が取り付けられている。この第1中継排気管8は、内部で2つに区画された通路を有し、この各通路の上流側に前記2つのエキゾーストマニホールド3A,3Bの各下流側が個別に連通連結されており、また、前記各通路の下流側が下記するタービンハウジング24に連通連結されている。このような構成を採用するターボチャージャ20は、いわゆる「ツインスクロールタイプのターボチャージャ」と呼ばれている。
A
ターボチャージャ20は、排気圧を利用して吸入空気を過給してエンジン1に供給するものであって、タービンホイール21、コンプレッサインペラ22などを備えている。
The
このターボチャージャ20の基本的な動作としては、エンジン1からエキゾーストマニホールド3A,3Bに排出される排気ガスのエネルギーによってタービンホイール21が回転され、これと一体にコンプレッサインペラ22が回転されることにより、吸気管4に吸入される空気が過給されて、エンジン1の各気筒の燃焼室に強制的に送り込まれるようになる。このコンプレッサインペラ22によって過給された空気はインタークーラ7によって冷却されるようになっている。インタークーラ7は、吸気管4においてコンプレッサインペラ22よりも吸気流れ方向の下流側に設置されている。
The basic operation of the
タービンホイール21は、タービンハウジング24内に回転自在に設けられている。タービンハウジング24の排気導入口には2つのエキゾーストマニホールド3A,3Bの下流側の第1中継排気管8(排気通路の途中)の下流側が接続されている。
The
コンプレッサインペラ22は、吸気管4の途中に設置されるコンプレッサハウジング25内に設けられている。このコンプレッサインペラ22はタービンホイール21と一体のタービンシャフト23に取り付けられている。これにより、タービンホイール21とコンプレッサインペラ22とは一体に回転するようになっている。
The
このタービンハウジング24の下流側には排気ガスを大気に放出するための第2中継排気管9が接続されている。この第2中継排気管9は「エルボ」と呼ばれる部品であって、下記タービンホイール21側の排出口26から排出される排気ガスの排出方向に沿って直進して、その後ほぼ90度屈曲して鉛直方向ほぼ下向きに延びるような逆さL字形状に形成されている。
A second
この第2中継排気管9の下向き部分には、排気ガスを浄化するための触媒10が設けられている。この触媒10の直径は第2中継排気管9の前記下向き部分の直径よりも大きく設定される関係より、この第2中継排気管9の下向き部分は触媒10へ向けて徐々に拡径するコーン形状とされている。なお、2つのエキゾーストマニホールド3A,3Bと第1、第2中継排気管8,9とが排気通路の一部を構成している。
A
この実施形態のターボチャージャ20には、バイパス通路27、ウェイストゲートバルブ(WGV)28などが設けられている。
The
バイパス通路27は、エンジン1から排出される排気ガスをタービンホイール21をバイパスして触媒10に導くように、タービンハウジング24に設けられている。つまり、このバイパス通路27はタービンハウジング24においてその入口側と出口側とを短絡するように設置されている。このバイパス通路27の排出口は、図2および図3に示すように、タービンハウジング24においてタービンホイール21を回転駆動した排気ガスの排出口26の隣に設けられている。
The
ウェイストゲートバルブ28は、バイパス通路27の排出口側に開閉可能に設置されており、このバイパス通路27の開度を調整して排気ガスのバイパス量を調整するものである。この排気ガスのバイパス量を調整することにより、例えば過給圧を制御することが可能になる他、エンジン1の冷間始動してから速やかに触媒10を活性化することが可能になる。
The
このウェイストゲートバルブ28は、例えば円形でかつ板状の部材として形成されていて、その外周所定位置が支軸29に回転一体に取り付けられている。この支軸29には図示していないが駆動源が動力伝達機構を介して連結されており、前記駆動源で発生する駆動力を動力伝達機構で支軸29を回転させるための回転動力に変換し、当該回転動力を支軸29に伝達することにより当該支軸29と回転一体のウェイストゲートバルブ28を開閉動作させるようになっている。
The
このウェイストゲートバルブ28、支軸29、前記動力伝達機構ならびに前記駆動源がウェイストゲートバルブユニットを構成している。なお、前記駆動源は例えばモータやバキューム・レギュレーティング・バルブなどとすることが可能である。また、前記動力伝達機構は例えばリンク機構、あるいは歯車機構などすることが可能である。
The
そして、図2から図6に示すように、第2中継排気管9においてタービンハウジング24と触媒10との間の領域には、排気センサとしてのA/Fセンサ40が設けられている。この排気センサはA/Fセンサ40の他にO2センサであってもよい。
As shown in FIGS. 2 to 6, an A /
このA/Fセンサ40は、その先端側の検出部分(センサ素子41の配置部分)が第2中継排気管9における前記領域内に突出するように取り付けられている。このA/Fセンサ40の先端側の検出部分の構造ならびに取り付け状態を以下で詳しく説明する。
The A /
このA/Fセンサ40の先端側の検出部分は、例えば図6に示すように、センサ素子41を内カバー42と外カバー43とからなる2重壁で覆うような構造になっている。
For example, as shown in FIG. 6, the detection portion on the front end side of the A /
センサ素子41は、排気ガスが接する棒状の固体電解質部分を備えており、この棒状のセンサ素子41がボディ44に貫通する状態で保持されている。
The
両方のカバー42,43の側面には、側面開口45,46がそれぞれ先端突出方向に対して直交する方向で重ならないようにずらした位置に設けられている。さらに両方のカバー42,43の先端端面には、端面開口47,48が設けられている。側面開口45,46から端面開口47,48までの距離は可及的に長く設定されている。
The
A/Fセンサ40の検出部分について2重壁構造にしているから、仮に外カバー43の側面開口46から外カバー43と内カバー42との対向空間に排気ガス中の凝縮水が入り込んだとしても、この凝縮水は内カバー42の側面に当たって前記対向空間から先端側へ向かうようになり、内カバー42の側面開口45には凝縮水が入らないようになる。このようにA/Fセンサ40のセンサ素子41の外周が気液分離構造になっているのである。
Since the detection portion of the A /
このようにして凝縮水が分離された排気ガスは、内カバー42の側面開口45から内カバー43とセンサ素子41との間の対向空間に入り込んで、センサ素子41にその長手方向に沿って流れてセンサ素子41の外周面に当たるようになる。なお、外カバー43と内カバー42との対向空間に入り込んだ凝縮水は、外カバー43の端面開口46から外部に排出されるようになる。
The exhaust gas from which the condensed water is separated in this way enters the facing space between the
ところで、上記したA/Fセンサ40は、その検出部分が、排気ガスの排出方向の延長線上に位置するように配置されている。特に、この実施形態では、図2の太線で示すように、バイパス通路27の排出口から排出される排気ガスが前記排出方向に直進して流れるように設定されていて、この排気ガスが触媒10の入口に向けて直線的に流入するように設定されている。そこで、A/Fセンサ40の検出部分を、バイパス通路27から排出される前記直線的な排気ガスの流れに直接当たる位置に配置している。
By the way, the above-described A /
さらに、タービンハウジング24においてタービンホイール21側の排出口26およびバイパス通路27の排出口が設けられる内壁部24aの存在位置から径方向外向きのフランジ24bに至るまでの領域には、仕切り部材31が設けられている。
Further, in the
この仕切り部材31は、前記領域において互いに隣り合う位置に配置されるタービンホイール21側の排出口26とバイパス通路27の排出口との間に設けられている。つまり、この仕切り部材31は、例えばウェイストゲートバルブ28を開いている場合に、バイパス通路27から排出される排気ガスと、タービンホイール21側の排出口26から排出される排気ガスとを混ざりにくくさせるために設けられている。
The
この実施形態では、A/Fセンサ40の検出部分の姿勢について次のように特定しているので、説明する。
In this embodiment, the posture of the detection portion of the A /
図5の一点鎖線で示すように、A/Fセンサ40の中心軸線51を、バイパス通路27から一直線状に排出される排気ガスの流れに沿う直線52と直交する方向に延びる直線53に対して平行となるように設定することができる。なお、前記直線52は排気ガスの流れを真上から見たときの中心線である。さらに前記直線53は水平方向とほぼ平行になっている。
As shown by the alternate long and short dash line in FIG. 5, the
その他には、A/Fセンサ40の中心軸線51を、前記直線53に対して所定角度(図5のθ参照)傾かせるように設定することができる。ここで、前記角度θとは、中心軸線51を直線53と一致させている状態からA/Fセンサ40のボディ44の適所を支点としてA/Fセンサ40の先端を直線53の位置から排気ガス流れ方向の下流側へずらすようにしてA/Fセンサ40を傾かせたときに、直線53に対して中心軸線51が作る角度のこととする。
In addition, the
このようにA/Fセンサ40の取り付け姿勢を特定した場合には、バイパス通路27から排出される排気ガスがA/Fセンサ40の端面開口47,48から流入することを防止する可能性を可及的に高くすることが可能になり、センサ素子41の万一の被水による破損を防止するうえで有利になる。特に、前記後者のようにA/Fセンサ40の取り付け姿勢を所定角度θ傾けるように設定した場合には、バイパス通路27から排出される排気ガスがA/Fセンサ40の外カバー43の側面開口46から先端側へ向けて斜め下向きに流入しやすくなる。
When the mounting posture of the A /
このような構成を備える実施形態では、次のような作用、効果が得られる。 In the embodiment having such a configuration, the following operations and effects can be obtained.
まず、ウェイストゲートバルブ28を開いた場合には、仕切り部材31を設けているから、バイパス通路27から排出される排気ガスと、タービンホイール21側の排出口26から排出される排気ガスとが混ざりにくくなる。そのため、例えば図2に示すように、エンジン1の各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてバイパス通路27を通る排気ガスがそれぞれA/Fセンサ40の検出部分(センサ素子41の配置部分)に直接当たりやすくなって、エンジン1の各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてタービンホイール21で混ぜられる排気ガスがA/Fセンサ40の検出部分に直接当たりにくくなる。
First, when the
これは言い換えると、エンジン1の各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出される排気ガスがそれぞれA/Fセンサ40の検出部分に当たりやすくなる。そのために、A/Fセンサ40の出力に基づいてA/Fインバランスの検出精度を向上させることが可能になる。
In other words, the exhaust gas discharged sequentially from each cylinder of the engine 1 (at a timing corresponding to a predetermined combustion order) is likely to hit the detection portion of the A /
また、バイパス通路27から排出される排気ガスは触媒10の入口における外径側の所定角度範囲に直線的に向かうようになっているものの、バイパス通路27から排出される排気ガスは一旦A/Fセンサ40の検出部分に当たるようになっているので、このA/Fセンサ40によって排気ガスの乱流が作られることになる。これにより、排気ガスが触媒10の入口における前記局所に当たるのではなく広域に当たるようになる。つまり、バイパス通路27から排出される排気ガスを比較的高温に保ったまま触媒10の入口の広域から導入させることが可能になるから、触媒10全体を比較的速やかに均等に昇温させて活性化させることが可能になる。
Further, although the exhaust gas discharged from the
さらに、例えばエンジン1の冷間始動初期などのように排気通路(エキゾーストマニホールド3A,3B、第1、第2中継排気管8,9)が冷えている状況において排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮すると、この凝縮水を含む排気ガスがA/Fセンサ40の検出部分に直接当たるようになる。しかしながら、この凝縮水を含む排気ガスは外カバー43の側面開口46から入るようになって、2つのカバー42,43の端面開口47,48から流入せずに済むようになる。そして、前記外カバー43の側面開口46から入った凝縮水を含む排気ガスは内カバー42に衝突して気液分離される。この気液分離された凝縮水は外カバー43と内カバー42との対向空間から端面開口48へ向かうようになって当該端面開口48から外部へ排出されるようになる一方、前記気液分離された排気ガス成分は内カバー42の側面開口45から入ってセンサ素子41に当たるようになって端面開口47,48から外部へ排出されるようになる。このように、凝縮水が2つのカバー42,43の端面開口47,48から流入してセンサ素子41に当たるといったことを回避できるので、センサ素子41の被水による万一の破損が回避されるようになる。
Further, when water vapor contained in the exhaust gas is condensed in a state where the exhaust passage (
特に、この実施形態では、A/Fセンサ40の取り付け姿勢を図5に示すように特定することによって、排気ガスを外カバー43の側面開口46から斜め下向きに流入させるようにして、排気ガスや凝縮水をA/Fセンサ40の検出部分の先端へと流しやすくさせるように工夫している。これにより、凝縮水が分離された排気ガスを内カバー42とセンサ素子41との対向空間からセンサ素子41の長手方向に沿って先端へ向けて流しやすくすることが可能になる。一方、排気ガスから分離された凝縮水を2つのカバー42,43の対向空間から先端の端面開口48へ向けて流しやすくすることが可能になって、当該端面開口48から外部へスムースかつ効率良く排出させることが可能になる。
In particular, in this embodiment, by specifying the mounting posture of the A /
そして、ウェイストゲートバルブ28を閉めている場合には、例えば図4に示すように、エンジン1から排出される排気ガスのすべてがタービンホイール21に向けて導入されることになり、このタービンホイール21を回転駆動した排気ガスがタービンホイール21側の排出口26から第2中継排気管9に排出されることになる。この場合、タービンホイール21側の排出口26から排出される排気ガスが広がりつつ触媒10の入口の広域から導入されることになる。
When the
以上説明したように本発明を適用した実施形態では、バイパス通路27から排出される排気ガスに、タービンホイール21側の排出口26から排出される排気ガスを混ざりにくくさせて、バイパス通路27から排出される排気ガスをA/Fセンサ40の検出部分(センサ素子41の配置部分)に直接当たりやすくさせるように工夫している。これにより、エンジン1の各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてバイパス通路27を通る排気ガスがそれぞれA/Fセンサ40の検出部分に直接当たりやすくなって、エンジン1の各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてタービンホイール21で混ぜられる排気ガスがA/Fセンサ40の検出部分に当たりにくくなるから、A/Fセンサ40の出力に基づいてA/Fインバランスの検出精度を向上させることが可能になる。
As described above, in the embodiment to which the present invention is applied, the exhaust gas discharged from the
しかも、エンジン1の冷間始動時のように排気通路(エキゾーストマニホールド3A,3B、第1、第2中継排気管8,9)が冷えている状況では排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮水になりやすいが、そのような状況で前記排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮水になったとしても、この凝縮水がA/Fセンサ40のセンサ素子41にかからないようになっているから、このA/Fセンサ40の破損を回避することが可能になる。
Moreover, when the exhaust passage (
ところで、この実施形態の場合には、エンジン1を冷間始動の初期段階においてウェイストゲートバルブ28を半開状態にしておき、暖機途中段階において排気通路(エキゾーストマニホールド3A,3B、第1、第2中継排気管8,9)がある程度昇温して排気ガス中に含まれる水蒸気が凝縮水になりにくい状況になると、ウェイストゲートバルブ28を全開状態にするように制御することが可能である。なお、前記冷間始動の初期段階と、前記暖機途中段階において排気ガス中に含まれる水蒸気が凝縮水になりにくい状況とでウェイストゲートバルブ28の開度を制御するには、例えば排気ガスの温度に基づいて行うことが可能である。例えばエンジン1から排出される排気ガスの温度が所定の閾値以上になった場合に前記暖機途中段階において排気ガス中に含まれる水蒸気が凝縮水になりにくい状況であると判定することができる。前記エンジン1から排出される排気ガスの温度は、例えば実測値または予測値(エンジン回転数や吸入空気量などをパラメータとする計算値)とされる。また、前記閾値は、いろいろな実験やシミュレーションにより適宜に設定されるが、例えば暖機完了温度より低く設定される。
By the way, in the case of this embodiment, the
そして、前記のようにウェイストゲートバルブ28を半開状態にしている場合には、エンジン1の各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてバイパス通路27を通る排気ガスが前記半開状態のウェイストゲートバルブ28に衝突して向きが変えられることになって、当該凝縮水を含む排気ガスをA/Fセンサ40のセンサ素子41に直接衝突させないように、ウェイストゲートバルブ28の設置形態を管理することが好ましい。
When the
このようにすれば、前記したようなA/Fセンサ40の取り付け姿勢設定との相乗作用により、凝縮水が発生しやすい冷間始動初期段階において凝縮水をA/Fセンサ40のセンサ素子41に当てにくくする可能性をさらに高めることが可能になるから、A/Fセンサ40のセンサ素子41の被水による破損を回避するうえでさらに有利になる。
In this way, the condensed water is supplied to the
また、前記のように凝縮水が発生しにくくなる暖機途中段階でウェイストゲートバルブ28を全開にすると、エンジン1の各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてバイパス通路27を通る排気ガスをそれぞれA/Fセンサ40の検出部分に直接当てることが可能になる。これにより、A/Fセンサ40の出力に基づいてA/Fインバランスの検出精度を向上させることが可能になる。
Further, when the
このように、エンジン1を冷間始動する際におけるウェイストゲートバルブ28の開度を制御することにより、A/Fセンサ40のセンサ素子41の被水による破損回避と、A/Fセンサ40の出力に基づくA/Fインバランスの検出精度の向上とを達成する可能性を可及的に高めることが可能になる。
In this way, by controlling the opening degree of the
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, It can change suitably in the range equivalent to the claim and the said range.
(1)上記実施形態で説明した排気装置の適用対象となるエンジン1は、ディーゼルエンジンあるいはガソリンエンジンのどちらでもよい。ディーゼルエンジンとする場合だと触媒10は例えばディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)などとされ、また、ガソリンエンジンとする場合だと触媒10は例えば三元触媒とされる。
(1) The
(2)図7および図8には本発明の他の実施形態を示している。この実施形態では、図3に示したような仕切り部材31を設けないようにしており、その代わりに、ウェイストゲートバルブ28を開いたとき(全開にしたとき)に、このウェイストゲートバルブ28が、前記仕切り部材31の役割を果たすように工夫している。
(2) FIGS. 7 and 8 show another embodiment of the present invention. In this embodiment, the
つまり、図7および図8に示すように、ウェイストゲートバルブ28を全閉状態からほぼ90度開いたとき(全開にしたとき)に、バイパス通路27から排出されてA/Fセンサ40の検出部分に向かう排気ガスの流れに、タービンホイール21側の排出口26から排出される排気ガスが混ざりにくくさせるようにしている。
That is, as shown in FIG. 7 and FIG. 8, when the
具体的に、ウェイストゲートバルブ28の支軸29を、バイパス通路27とタービンホイール21側の排出口26との間に配置し、ウェイストゲートバルブ28を全開にしたときに、円形でかつ板状の部材からなるウェイストゲートバルブ28がバイパス通路27から直進して排出される排気ガスとタービンホイール21側の排出口26から直進して排出される排気ガスとの間に配置されて当該両方の排気ガスの排出方向とほぼ平行な姿勢になるようにしている。
Specifically, when the
この場合、図7および図8に示すように、ウェイストゲートバルブ28を全開にした場合に、このウェイストゲートバルブ28が図3に示したような仕切り部材31の役割を果たすようになるので、エンジン1の各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてバイパス通路27を通る排気ガスがそれぞれA/Fセンサ40の検出部分に直接当たりやすくなって、エンジン1の各気筒から順次(所定の燃焼順序に応じたタイミング)排出されてタービンホイール21で混ぜられる排気ガスがA/Fセンサ40の検出部分に当たりにくくなる。これにより、上記実施形態に比べて遜色の無い作用、効果が得られるようになる。
In this case, as shown in FIGS. 7 and 8, when the
本発明は、エンジンの排気通路の途中に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガス流れ方向に直列に設置されかつ前記タービンハウジングをバイパスするバイパス通路がウェイストゲートバルブで開閉される構成の排気装置に好適に利用することが可能である。 The present invention provides an exhaust gas having a configuration in which a turbine housing and a catalyst of a supercharger are installed in series in an exhaust gas flow direction in the middle of an exhaust passage of an engine, and a bypass passage that bypasses the turbine housing is opened and closed by a waste gate valve. It can be suitably used for an apparatus.
1 エンジン
2 インテークマニホールド
3A 第1エキゾーストマニホールド(排気通路の一部)
3B 第2エキゾーストマニホールド(排気通路の一部)
4 吸気管
8 第1中継排気管(排気通路の一部)
9 第2中継排気管(排気通路の一部)
20 ターボチャージャ
21 タービンホイール
24 タービンハウジング
26 タービンホイール側の排出口
27 バイパス通路
28 ウェイストゲートバルブ
31 仕切り部材
40 A/Fセンサ
41 センサ素子
42 内カバー
43 外カバー
45 内カバーの側面開口
46 外カバーの側面開口
47 内カバーの端面開口
48 外カバーの端面開口
1 engine
2
3B 2nd exhaust manifold (part of exhaust passage)
4 Intake pipe
8 First relay exhaust pipe (part of exhaust passage)
9 Second relay exhaust pipe (part of exhaust passage)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記排気通路に前記過給機のタービンホイールをバイパスするためのバイパス通路が設けられ、このバイパス通路からの排気ガスのバイパス量を調整するためのウェイストゲートバルブが設けられ、
前記排気通路において前記タービンハウジングと前記触媒との間の領域に排気センサが設けられ、
この排気センサの検出部分は前記バイパス通路から排出される排気ガスが直接当たる状態に設定されている、ことを特徴とするエンジンの排気装置。 A turbocharger turbine housing and a catalyst are provided in series in the exhaust gas flow direction in the middle of the exhaust passage of the engine.
A bypass passage for bypassing the turbine wheel of the supercharger is provided in the exhaust passage, and a waste gate valve for adjusting a bypass amount of exhaust gas from the bypass passage is provided,
An exhaust sensor is provided in a region between the turbine housing and the catalyst in the exhaust passage;
An exhaust system for an engine according to claim 1, wherein a detection portion of the exhaust sensor is set to a state in which exhaust gas discharged from the bypass passage directly hits.
前記バイパス通路から排出される排気ガスが前記触媒の入口に向けて直進して流れるように設定され、
前記排気センサの検出部分が前記直進する排気ガスの流れに当たる位置に配置される、ことを特徴とするエンジンの排気装置。 The engine exhaust system according to claim 1,
The exhaust gas discharged from the bypass passage is set to flow straight toward the inlet of the catalyst,
An exhaust system for an engine, wherein a detection portion of the exhaust sensor is disposed at a position corresponding to the flow of the exhaust gas going straight.
前記排気通路において前記タービンハウジングと前記触媒との間の領域は、前記タービンハウジングからの排気ガスの排出方向に沿って直進して、その後90度屈曲するような形状とされる、ことを特徴とするエンジンの排気装置。 The exhaust system for an engine according to claim 1 or 2,
The region between the turbine housing and the catalyst in the exhaust passage is shaped so as to go straight along the exhaust gas discharge direction from the turbine housing and then bend 90 degrees. The engine exhaust system.
前記タービンハウジングにおいて前記バイパス通路の排気ガス排出口および前記タービンホイールからの排気ガス排出口よりも下流側に、前記バイパス通路から排出されて前記排気センサの検出部分に当たるまでの排気ガスの流れに、前記タービンホイールから排出される排気ガスを混ざりにくくさせるための仕切り部材が設けられる、ことを特徴とするエンジンの排気装置。 The engine exhaust system according to any one of claims 1 to 3,
In the turbine housing, on the downstream side of the exhaust gas exhaust port of the bypass passage and the exhaust gas exhaust port from the turbine wheel, the flow of exhaust gas from the bypass passage until it hits the detection part of the exhaust sensor, An exhaust system for an engine, characterized in that a partition member for making it difficult to mix exhaust gas discharged from the turbine wheel is provided.
前記ウェイストゲートバルブは、開放されたときに、前記バイパス通路から排出されて前記排気センサの検出部分に当たるまでの排気ガスの流れに、前記タービンホイールから排出される排気ガスを混ざりにくくさせる状態で配置される、ことを特徴とするエンジンの排気装置。 The engine exhaust system according to any one of claims 1 to 3,
The waste gate valve is arranged in a state in which it is difficult to mix the exhaust gas discharged from the turbine wheel with the flow of exhaust gas discharged from the bypass passage until it hits the detection part of the exhaust sensor when opened. An exhaust system for an engine.
前記ウェイストゲートバルブは、前記バイパス通路の排出口側に配置されて当該排出口を開閉可能とする板状の部材とされ、かつ開放されたときに、前記バイパス通路から直進して排出される排気ガスと前記タービンホイールから直進して排出される排気ガスとの間に、配置される、ことを特徴とするエンジンの排気装置。 The engine exhaust system according to claim 5,
The waste gate valve is a plate-like member that is disposed on the discharge port side of the bypass passage so that the discharge port can be opened and closed. When the waste gate valve is opened, the waste gate valve travels straight from the bypass passage and is discharged. An exhaust system for an engine, wherein the exhaust system is disposed between a gas and exhaust gas discharged straight from the turbine wheel.
前記排気センサの検出部分は、センサ素子を内カバーと外カバーとからなる2重壁で覆う構造とされ、かつ前記内カバーと外カバーとにはそれぞれ側面開口と端面開口とが設けられ、
この排気センサの検出部分は、前記バイパス通路から排出される排気ガスが前記側面開口から流入して前記端面開口から流出するような設置状態とされる、ことを特徴とするエンジンの排気装置。 The exhaust system for an engine according to any one of claims 1 to 6,
The detection part of the exhaust sensor has a structure in which the sensor element is covered with a double wall composed of an inner cover and an outer cover, and the inner cover and the outer cover are provided with side openings and end openings, respectively.
The engine exhaust system is characterized in that the detection part of the exhaust sensor is in an installed state in which exhaust gas discharged from the bypass passage flows in from the side opening and flows out from the end opening.
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