JP2845448B2 - ターボ過給機付エンジンの排気センサ取付構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はターボ過給機付エンジンの排気センサ取付構
造に関し、特に複数の排気ターボ過給機を備え、エンジ
ンの運転状態相に応じて一部の排気ターボ過給機を作動
または停止させるようにしたものに関する。

（従来の技術） 従来、二つの排気ターボ過給機を備えたエンジンとし
て、例えば実開昭60−178329号公報に開示されるよう
に、排気通路に第１および第２の排気ターボ過給機のタ
ービンを並列的に設け、この二つの排気ターボ過給機の
コンプレッサをエンジンの吸気通路に接続するととも
に、第２排気ターボ過給機のタービン上流側の排気通路
に排気カット弁を設け、エンジンが特定運転領域にある
とき、すなわち例えば排気ガス流量が設定値よりも少な
いときなどには排気カット弁を閉じて第２排気ターボ過
給機への排気の流入を遮断して該第２排気ターボ過給機
の作動を停止させ、排気通路の排気ガスを第１排気ター
ボ過給機のタービンに集中的に供給して高い過給圧を確
保する一方、エンジンが特定運転領域にないとき、つま
りこの場合では排気ガス流量が設定値よりも多いときに
は排気カット弁を開いて排気通路の排気ガスを二つの排
気ターボ過給機のタービンに供給して吸気流量を確保し
ながら適正な過給圧を得るようにしたものが知られてい
る。

また、上記排気ターボ過給機付エンジンにおいて、エ
ンジンの排気通路に、排気ガスの酸素濃度に応じて信号
を出力するO₂センサを設け、該O₂センサの出力に基づい
て混合気の空燃比が適正値になるように燃料噴射量をフ
ィードバック制御することが行われている。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、上記従来の排気ターボ過給機付エンジンに
おいては、上記O₂センサが、上記第１排気ターボ過給機
が配置された第１排気通路と上記第２排気ターボ過給機
が配置された第２排気通路とが合流する合流部の中央に
配置されているため、該O₂センサに対する第１及び第２
排気通路からの排気ガスの当たりが悪く、空燃比の検出
を安定して行い得ないとともに、O₂センサの暖機性が悪
いという問題があった。

また、エンジンが特定運転領域にあるときには第２排
気ターボ過給機のタービンへの排気の流入が遮断される
ので、タービン内の圧力低下に伴なってタービンの軸受
などに供給されるオイルがタービン内に洩出し、エンジ
ンが特定運転領域から脱して排気カット弁が開いたとき
にタービン内に洩出したオイルが排気流に乗って排気通
路に流れ出てO₂センサに付着し、該O₂センサの性能が低
下するという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上記のように複数の排気ターボ過
給機を備えたエンジンにおいて、上述のO₂センサのよう
に排気に関連する信号を検出するための排気センサを適
切な位置に設けて、該排気センサの検出精度を向上させ
るとともにその暖機性を向上させ、また排気センサに排
気ターボ過給機のタービンから流れ出るオイルが付着す
ることを防止することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項１の発明の解決手段
は、複数の排気ターボ過給機を備え、そのうちの一部の
排気ターボ過給機をエンジンの全運転域で常時作動させ
る第１排気ターボ過給機とし、他の排気ターボ過給機を
エンジンの特定運転域で作動を停止させそれ以外の運転
域で作動させる第２排気ターボ過給機とするとともに、
該第１及び第２排気ターボ過給機の下流においてそれぞ
れの排気ターボ過給機からの排気通路が１つに合流する
形状の排気通路を有する一方、エンジンの排気通路に排
気に関連する信号を検出するための排気センサを設けた
ターボ過給機付エンジンにおいて、上記排気センサを、
上記合流点の下流の排気通路において上記常時作動する
第１排気ターボ過給機側へオフセットさせて配置したも
のとする。

また、請求項２の発明の解決手段は、上記の如きター
ボ過給機付エンジンにおいて、上記排気センサを、上記
合流点の下流の排気通路において上記特定運転域で作動
を停止する第２排気ターボ過給機からの排気流に直接晒
されない位置に配置したものとする。

また、請求項３の発明の解決手段は、上記請求項１の
発明と請求項２の発明とを組合わせたもので、上記排気
センサを、上記合流点の下流の排気通路において上記常
時作動する第１排気ターボ過給機側へオフセットさせか
つ上記特定運転域で作動を停止する第２排気ターボ過給
機からの排気流に直接晒されない位置に配置したものと
する。

さらに、請求項４の発明では、上記排気通路は、上記
第１排気ターボ過給機が配置される第１排気通路と上記
第２排気ターボ過給機が配置される第２排気通路とに分
岐されたのち、上記第１排気通路と第２排気通路とは上
記第１及び第２排気ターボ過給機から所定距離離れた下
流において合流している構成とし、また請求項５の発明
では、上記排気センサは排気ガスの酸素濃度を検出する
O₂センサであると特定する。

（作用） 上記の構成により、請求項１及び３〜５の発明では、
排気センサが合流点下流の排気通路においてエンジンの
全運転領域で常時作動する第１排気ターボ過給機側へオ
フセットさせて配置されているので、排気センサが常時
排気流に晒されて、排気に関連する信号が安定して検出
されるとともに、排気センサの暖機性が向上する。

また、請求項２及び３〜５の発明では、排気センサが
合流点下流の排気通路において特定運転領域で作動を停
止する第２排気ターボ過給機からの排気流に直接晒され
ない位置に設けられているので、この第２排気ターボ過
給機のタービンから流れ出るオイルが排気センサに付着
することがなく、排気センサの検出機能が良好に発揮さ
れる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明の実施例に係る排気セン
サ取付構造を備えた２ロータタイプの排気ターボ過給機
付ロータリピストンエンジンを示す。これらの図におい
て、１はインタメディエイトハウジング、ロータハウジ
ングおよびサイドハウジングによって構成されたハウジ
ングであって、該ハウジング１内には、二つの多角形状
のロータ2,2が配されており、該各ロータ２が遊星回転
運動してハウジング１内に形成される三つの作動室に吸
気、圧縮、爆発、膨張および排気の各行程を順に行わせ
るようにしている。

上記ハウジング１には、吸気行程にある作動室に新気
を供給するためのプライマリポート３およびセカンダリ
ポート４が設けられている。また、このハウジング１に
は、排気行程にある作動室から排気を排出するための排
気ポート５が設けられている。

そして、上記各ロータ２に対応するプライマリポート
３およびセカンダリポート４には吸気通路10がその分岐
した下流端部において接続され、該吸気通路10の上流端
はエアクリーナ13を介して大気に開放されている。上記
吸気通路10はその途中において第１および第２の二つの
吸気通路11,12に分岐されている。そして、該吸気通路1
0の上記第１及び第２吸気通路11,12の合流部分の下流に
は、上流側から順に、吸気を冷却するためのインターク
ーラ14と、吸気流量を調節するためのスロットル弁15
と、吸気の脈動を緩和するためのサージタンク16とが設
けられている。さらに、上記吸気通路10には、プライマ
リポート３およびセカンダリポート４に臨ませて燃料を
噴射供給するためのインジェクタ17,18がそれぞれ設け
られている。

また、上記排気ポート5,5には排気通路20が接続され
ている。すなわち、該排気通路20の上流端は第１および
第２の二つの排気通路21,22に分岐されていて、該各排
気通路21,22がそれぞれ二つの排気ポート5,5に接続され
ている。

そして、このエンジンには低速用および高速用の二つ
の排気ターボ過給機31,32が設けられている。すなわ
ち、上記第１排気通路21には第１排気ターボ過給機とし
ての低速用排気ターボ過給機31のタービン31aが、第２
排気通路22には第２排気ターボ過給機としての高速用排
気ターボ過給機32のタービン32aがそれぞれ設けられて
いるとともに、第１吸気通路11には低速用排気ターボ過
給機31のコンプレッサ31bが、第２吸気通路12には高速
用排気ターボ過給機32のコンプレッサ32bがそれぞれ設
けられていて、排気ガスのエネルギにより吸気を過給す
るようにしている。また、上記第１および第２排気通路
21,22は各排気ターボ過給機31,32の上流側で連通路33を
介して接続されている。

ここで、各排気ターボ過給機31,32のタービン31a,32a
と排気通路21,22との接続構造について説明する。第２
図に示すように、上記各タービン31a,32aはその吐出口
が対向するように配設されており、該各タービン31a,32
aにそれぞれ接続された第１および第２排気通路21,22は
集合してから下流（第２図の手前側）に向う。この集合
部23は高速用排気ターボ過給機側のタービン32aに一体
に設けられており、該集合部23に対して低速用排気ター
ボ過給機側のタービン31aがガスケットを介してフラン
ジにより接続されている。すなわち、エンジン回転数が
低速領域から上昇して高速領域に入ると、高速用排気タ
ーボ過給機側タービン32aは停止状態からいきなり作動
状態になって急激な熱負荷を受ける。その場合、このよ
うな接続構造にしたので、高速用排気ターボ過給機側タ
ービン32aと集合部23との間にガスケットが介在せず、
タービン32aの熱が排気通路22にスムーズに伝達され、
タービン32aの受ける熱負荷を軽減することができる。

また、上記第２排気通路22において高速用排気ターボ
過給機側タービン32aと連通路33との間には排気カット
弁41が設けられており、高速用排気ターボ過給機側ター
ビン32aへの排気ガスの供給を調整するようにしてい
る。さらに、該排気カット弁41下流の第２排気通路22と
上記連通路33とは洩らし通路42で接続されている。該洩
らし通路42には洩らし弁43が設けられており、高速用排
気ターボ過給機側タービン32aへの微量の排気ガスの供
給を調整するようにしている。また、上記連通路33と低
速用および高速用排気ターボ過給機31,32下流の排気通
路20とはバイパス通路44で接続されている。該バイパス
通路44にはウェストゲート弁45が設けられており、加圧
エアのバイパス量を調整して過給圧特性を改善するよう
にしている。これら各弁41,43,45は圧力応動式のアクチ
ュエータ46〜48によってそれぞれ駆動される。

さらに、上記第２吸気通路12における第１吸気通路11
との合流部分の直上流には吸気カット弁51が設けられて
いる。また、第２吸気通路12には高速用排気ターボ過給
機側タービン32aをバイパスするリリーフ通路52が設け
られている。このリリーフ通路52にはリリーフ弁53が設
けられており、該リリーフ弁53を開くことによってター
ビン32aの上流側と下流側とを連通してコンプレッサ32a
下流の加圧エアをリリーフするようにしている。これら
各弁51,53は圧力応動式のアクチュエータ56,57によって
それぞれ駆動される。

また、上記排気通路20における第１および第２排気通
路21,22の合流部分よりも下流には触媒装置（図示せ
ず）が設けられており、排気ガスを浄化するようにして
いる。

そして、上記各アクチュエータ46〜48,56,57およびイ
ンジェクタ17,18はコントロールユニット80によって制
御される。さらに、81は吸気通路10に設けられ吸気流量
を検出するためのエアフローセンサ、82は上記スロット
ル弁15の開度を検出するためのスロットルセンサ、83は
吸気通路10に設けられ吸気圧力を検出するためのブース
ト圧力センサ、84はエンジンの回転数を検出するための
回転数センサ、85はエンジンの水温を検出するための水
温センサ、86は上記吸気カット弁51の両側の吸気圧力の
差圧を検出するための差圧センサ、87は上記排気通路20
に設けられ排気ガスの酸素濃度を検出するためのO₂セン
サ（排気センサ）である。これら各センサ81〜87はコン
トロールユニット80にそれぞれ接続されている。

次に、上記コントロールユニット80の作動制御を第３
図のフローに基づいて説明する。まず、ステップS₁で上
記各センサ81〜87からの信号を入力し、ステップS₂でエ
ンジンが第４図に示す低回転領域（特定運転領域）にあ
るか否かを判定する。

そして、エンジンが低回転領域にあるとき、つまりス
テップS₂での判定がYESのときにはステップS₃〜ステッ
プ_６で高速用排気ターボ過給機32の作動を停止する。す
なわち、ステップS₃で洩らし弁43を、ステップS₄で排気
カット弁41をそれぞれ閉じて高速用排気ターボ過給機32
の作動を停止させ、低速用排気ターボ過給機31に排気ガ
スを集中的に供給して高い過給圧を確保するとともに、
ステップS₅で吸気カット弁51を閉じて吸気通路10から第
２吸気通路11への吸気の逆流を防止し、且つステップS₆
でブースト圧力が設定圧力以下になるとリリーフ弁53を
開く。このことにより、エンジン高回転からの減速時な
ど吸気流量が少なく且つ圧力が大きくなる運転状態にお
いて、リリーフ弁53によりコンプレッサ下流の加圧エア
がリリーフされるので、コンプレッサ32bへの吸気の逆
流が防止されてサージングの発生が防止される。

一方、エンジンが低回転領域になくステップS₂での判
定がNOのときにはステップS₇〜ステップS₁₀で高速用排
気ターボ過給機32を作動させる。すなわち、ステップS₇
で洩らし弁43を開き、少量の排気ガスを高速用排気ター
ボ過給機32に供給してタービン32aの助走を行う。そし
て、ステップS₈でブースト圧力が設定圧力を超えるとリ
リーフ弁53を閉じるとともにステップS₉で排気カット弁
41を開き、上記吸気カット弁51の両側の吸気圧力の差圧
が小さくなるとステップS₁₀でこの吸気カット弁51を開
いて高速用排気ターボ過給機32を作動させ、低速用およ
び高速用排気ターボ過給機31,32の双方により吸気を過
給する。このことにより、吸気流量を確保しながら適正
な過給圧を得ることができる。ここで、排気カット弁41
が開く前にリリーフ弁53を閉じるようにしたのは、排気
カット弁41が開くときにリリーフ弁53が開いているとタ
ービン31a,32aが空回りして回転数が急に上ってしまい
排気圧力が急激に変動してエンジンのダイリューション
ガスが大きく変化して燃焼変動をきたすからである。

尚、排気カット弁41により洩らし弁43としての機能を
持たせることも可能であるが、本実施例では排気カット
弁41と洩らし弁43とを各々別個のものにして洩らし弁43
の機能の精度を上げている。

また、上記フローには示していないが、ウェストゲー
ト弁45も上記コントロールユニット80により過給圧に応
じて作動制御される。さらに、上記インジェクタ17,18
もO₂センサ87の出力信号に基づいて上記コントロールユ
ニット80によりフィードバック制御される。

以上のフローにおいて、ステップS₂〜ステップS₆によ
り、エンジンが特定運転領域（低回転領域）にあるとき
に一部の排気ターボ過給機32への排気の流入を遮断して
該排気ターボ過給機32の作動を停止させる過給機作動停
止手段90を構成している。

そして、O₂センサは、エンジンの全運転領域で作動す
る低速用排気ターボ過給機31の下流の排気通路20で、且
つ低回転領域（特定運転領域）で作動が停止する高速用
排気ターボ過給機32からの排気流に直接晒されない位置
に設けられている。すなわち、第２図および第５図に示
すように、上記排気通路20の集合部23には第１排気通路
21と第２排気通路22とを仕切る仕切壁24が設けられてお
り、O₂センサ87はこの仕切壁24のすぐ下流で且つ第１排
気通路21側に設けられている。このことにより、O₂セン
サ87は常時、低速用排気ターボ過給機31からの排気流に
晒されることになり、排気に関連する信号が安定して検
出されるとともに、O₂センサ87の暖機性が向上する。

また、O₂センサ87が高速用排気ターボ過給機32からの
排気流に直接晒されない位置に設けられているので、こ
の排気ターボ過給機32のタービン32aから流れ出るオイ
ルがO₂センサ87に付着することがなく、O₂センサ87の検
出機能が良好に発揮される。

尚、上記実施例では排気通路20にO₂センサ87を設けた
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、排気に関連する信号を検出するための他のタイプの
排気センサを排気通路20に設けた場合についても本発明
を適用することができる。また、上記実施例ではロータ
リピストンエンジンについて説明したが、これに限定さ
れるものではなく、本発明は例えばレシプロエンジン
等、他のタイプのエンジンについても適用することがで
きる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項１及び３〜５の発明のタ
ーボ過給機付エンジンの排気センサ取付構造によれば、
エンジンに排気ターボ過給機を複数設け、エンジンが特
定運転領域にあるときに一部の排気ターボ過給機の作動
を停止させるように構成し、且つ排気通路に排気に関連
する信号を検出するための排気センサを設けるととも
に、この排気センサを、合流点下流の排気通路において
エンジンの全運転領域で常時作動する排気ターボ過給機
側にオフセットさせて配置し、常時排気流に晒させるよ
うにしたので、排気センサの検出機能の安定化による検
出精度の向上及び排気センサの暖機性の向上を図ること
ができる。

また、請求項２及び３〜５の発明のターボ過給機付エ
ンジンの排気センサ取付構造によれば、上記排気センサ
を、合流点下流の排気通路において上記特定運転領域で
作動を停止する排気ターボ過給機からの排気流に直接晒
されない位置に設けたので、排気センサに排気ターボ過
給機のタービンから流れ出るオイルが付着することを防
止して排気センサの検出機能を良好に発揮させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示し、第１図は全体概略構成
図、第２図はエンジンの側面図、第３図はコントロール
ユニットの作動制御を示すフローチャート図、第４図は
低回転領域を示す説明図、第５図は第１図の要部拡大図
である。 20……排気通路、31……低速用排気ターボ過給機、32…
…高速用排気ターボ過給機、87……O₂センサ（排気セン
サ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 尚之 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 実開 昭62−130129（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−34540（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−78818（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平２−40267（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭60−30447（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭63−15552（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 35/00 F02B 37/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の排気ターボ過給機を備え、そのうち
   の一部の排気ターボ過給機をエンジンの全運転域で常時
   作動させる第１排気ターボ過給機とし、他の排気ターボ
   過給機をエンジンの特定運転域で作動を停止させそれ以
   外の運転域で作動させる第２排気ターボ過給機とすると
   ともに、該第１及び第２排気ターボ過給機の下流におい
   てそれぞれの排気ターボ過給機からの排気通路が１つに
   合流する形状の排気通路を有する一方、エンジンの排気
   通路に排気に関連する信号を検出するための排気センサ
   を設けたターボ過給機付エンジンにおいて、 上記排気センサを、上記合流点の下流の排気通路におい
   て上記常時作動する第１排気ターボ過給機側へオフセッ
   トさせて配置したことを特徴とするターボ過給機付エン
   ジンの排気センサ取付構造。
2. 【請求項２】複数の排気ターボ過給機を備え、そのうち
   の一部の排気ターボ過給機をエンジンの全運転域で常時
   作動させる第１排気ターボ過給機とし、他の排気ターボ
   過給機をエンジンの特定運転域で作動を停止させそれ以
   外の運転域で作動させる第２排気ターボ過給機とすると
   ともに、該第１及び第２排気ターボ過給機の下流におい
   てそれぞれの排気ターボ過給機からの排気通路が１つに
   合流する形状の排気通路を有する一方、エンジンの排気
   通路に排気に関連する信号を検出するための排気センサ
   を設けたターボ過給機付エンジンにおいて、 上記排気センサを、上記合流点の下流の排気通路におい
   て上記特定運転域で作動を停止する第２排気ターボ過給
   機からの排気流に直接晒されない位置に配置したことを
   特徴とするターボ過給機付エンジンの排気センサ取付構
   造。
3. 【請求項３】複数の排気ターボ過給機を備え、そのうち
   の一部の排気ターボ過給機をエンジンの全運転域で常時
   作動させる第１排気ターボ過給機とし、他の排気ターボ
   過給機をエンジンの特定運転域で作動を停止させそれ以
   外の運転域で作動させる第２排気ターボ過給機とすると
   ともに、該第１及び第２排気ターボ過給機の下流におい
   てそれぞれの排気ターボ過給機からの排気通路が１つに
   合流する形状の排気通路を有する一方、エンジンの排気
   通路に排気に関連する信号を検出するための排気センサ
   を設けたターボ過給機付エンジンにおいて、 上記排気センサを、上記合流点の下流の排気通路におい
   て上記常時作動する第１排気ターボ過給機側へオフセッ
   トさせかつ上記特定運転域で作動を停止する第２排気タ
   ーボ過給機からの排気流に直接晒されない位置に配置し
   たことを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気セン
   サ取付構造。
4. 【請求項４】上記排気通路は、上記第１排気ターボ過給
   機が配置される第１排気通路と上記第２排気ターボ過給
   機が配置される第２排気通路とに分岐されたのち、上記
   第１排気通路と第２排気通路とは上記第１及び第２排気
   ターボ過給機から所定距離離れた下流において合流して
   いることを特徴とする請求項（１）、（２）又は（３）
   記載のターボ過給機付エンジンの排気センサ取付構造。
5. 【請求項５】上記排気センサは排気ガスの酸素濃度を検
   出するO₂センサである請求項（１）、（２）又は（３）
   記載のターボ過給機付エンジンの排気センサ取付構造。