JP5262586B2 - Exhaust passage structure of a supercharged engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャを備える過給式エンジンから排出された排気を流す排気通路の構造に関する。 The present invention relates to a structure of an exhaust passage through which exhaust gas discharged from a supercharged engine including a turbocharger flows.
従来から、ターボチャージャのタービン配置位置よりも下流側の排気通路に、排気浄化用の触媒コンバータを備える過給式エンジンが知られている。 Conventionally, a supercharged engine including a catalytic converter for purifying exhaust gas in an exhaust passage downstream of a turbine arrangement position of a turbocharger is known.
このような過給式エンジンでは、エンジンルーム内の各種機器のレイアウトの関係から、タービン下流側の排気通路を水平にし、その後の排気通路を略垂直に曲げ、その下流側に触媒コンバータを配置することがある。過給式エンジンから排出された排気は、ターボチャージャのタービン回転によって、排気通路の水平部に沿って旋回しながら流れる旋回流となる。この旋回流は排気通路の曲り部を通過する時に排気通路内において偏った流れとなり、曲がり部内側の排気の排気流速が曲り部外側よりも速くなる。したがって、上記した排気通路構造の過給式エンジンでは、触媒コンバータの触媒の入口側端部に流入する排気の排気流速の分布が不均一となり、触媒の浄化効率が低下したり、局部的な触媒劣化が発生したりする。 In such a supercharged engine, due to the layout of various devices in the engine room, the exhaust passage on the downstream side of the turbine is leveled, the subsequent exhaust passage is bent substantially vertically, and the catalytic converter is arranged on the downstream side. Sometimes. The exhaust discharged from the supercharged engine becomes a swirl flow that flows while swirling along the horizontal portion of the exhaust passage by the turbine rotation of the turbocharger. This swirl flow becomes a biased flow in the exhaust passage when passing through the bent portion of the exhaust passage, and the exhaust flow velocity of the exhaust inside the bent portion becomes faster than that outside the bent portion. Therefore, in the supercharged engine having the exhaust passage structure described above, the distribution of the exhaust flow velocity of the exhaust flowing into the inlet side end of the catalyst of the catalytic converter becomes non-uniform, and the purification efficiency of the catalyst is reduced or the local catalyst is reduced. Deterioration may occur.
特許文献１には、排気通路の曲り部に排気通路軸心に沿って分流板を形成し、分流板によって排気の旋回流を抑制することで、触媒の入口側端部における排気流速分布の不均一を抑制する過給式エンジンの排気通路構造が開示されている。
ところで、過給式エンジンの排気通路の水平部には、排気中に含まれる水分が凝縮して滞留する。この滞留水は、ターボチャージャのタービンが回転した時に排気通路内に巻き上げられる。排気通路の水平部に排気空燃比を検出する空燃比センサを設けた場合には、巻き上げられた滞留水がセンサ素子に付着して、センサ素子を急激に冷却するので、センサ素子割れが発生するおそれがある。 By the way, moisture contained in the exhaust gas is condensed and stays in the horizontal portion of the exhaust passage of the supercharged engine. This staying water is wound up in the exhaust passage when the turbine of the turbocharger rotates. When the air-fuel ratio sensor for detecting the exhaust air-fuel ratio is provided in the horizontal portion of the exhaust passage, the accumulated water that has been wound up adheres to the sensor element and cools the sensor element rapidly, so that the sensor element cracks. There is a fear.
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、触媒の入口側端部における排気流速分布の不均一を抑制しつつ、センサ素子割れの発生を抑えることができる過給式エンジンの排気通路構造を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made paying attention to such problems, and it is possible to suppress the occurrence of sensor element cracks while suppressing unevenness of the exhaust flow velocity distribution at the inlet side end of the catalyst. An object of the present invention is to provide an exhaust passage structure for a feed type engine.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。 The present invention solves the above problems by the following means .
本発明は、ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路に触媒コンバータを備える過給式エンジンの排気通路構造であって、タービン配置位置から水平に延びる水平通路と、水平通路の下流側から湾曲する湾曲通路と、湾曲通路の下流側から水平通路に対して所定の角度方向に延び、触媒コンバータに接続する接続通路と、水平通路内に形成され、通路内部を上下に分割する仕切板と、仕切板の下流端よりも下流側であって水平通路の上部に配置され、エンジン運転状態を検出するセンサと、を備え、仕切板は、水平通路の軸心を水平に通るように形成され、仕切板の水平通路軸方向長さは、高負荷・高エンジン回転速度時において水平通路内の排気旋回流が１回転するときに水平通路軸方向に進む距離の半分よりも長く設定される、ことを特徴とする。 The present invention relates to an exhaust passage structure for a supercharged engine having a catalytic converter in an exhaust passage downstream of a turbine of a turbocharger , the horizontal passage extending horizontally from a turbine arrangement position, and curved from the downstream side of the horizontal passage. A curved passage that extends in a predetermined angular direction with respect to the horizontal passage from the downstream side of the curved passage, and is connected to the catalytic converter, and a partition plate that is formed in the horizontal passage and divides the inside of the passage vertically. A sensor that is disposed downstream of the downstream end of the partition plate and above the horizontal passage and detects an engine operating state, and the partition plate is formed to pass horizontally through the axis of the horizontal passage; The length of the partition plate in the horizontal passage axial direction is set to be longer than half of the distance traveled in the horizontal passage axial direction when the exhaust swirling flow in the horizontal passage makes one revolution at high load and high engine speed. It is characterized in.
本発明によれば、水平通路の底部に滞留する滞留水の巻き上げが仕切板によって抑制されるので、滞留水がセンサ素子に付着しにくくなり、センサ素子割れの発生を抑制することができる。また、水平通路内を流れる排気の旋回流が仕切板によって弱められるので、触媒の入口側端部における排気流速分布の不均一を抑制することができる。 According to the present invention, the staying water staying at the bottom of the horizontal passage is restrained by the partition plate, so that the staying water is less likely to adhere to the sensor element, and the occurrence of cracks in the sensor element can be suppressed. In addition, since the swirling flow of the exhaust gas flowing in the horizontal passage is weakened by the partition plate, it is possible to suppress the non-uniformity of the exhaust gas flow velocity distribution at the inlet side end portion of the catalyst.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（第１実施形態）
図１（Ａ）は、第１実施形態の過給式エンジンの概略構成図である。図１（Ｂ）は、過給式エンジンの排気通路構造を示す。
(First embodiment)
FIG. 1A is a schematic configuration diagram of a supercharged engine according to the first embodiment. FIG. 1B shows an exhaust passage structure of a supercharged engine.
図１（Ａ）に示すように、過給式エンジン１００は、車両用の直列４気筒エンジンであって、吸気通路１０と排気通路２０とを備える。 As shown in FIG. 1A, a supercharged engine 100 is an in-line four-cylinder engine for a vehicle, and includes an intake passage 10 and an exhaust passage 20.
吸気通路１０は、外部から取り入れた吸気を過給式エンジン１００に供給する通路であって、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３１と、インタークーラ１１と、スロットルバルブ１２とが吸気通路上流側から順次配置される。 The intake passage 10 is a passage for supplying intake air taken from the outside to the supercharged engine 100. The compressor 31, the intercooler 11, and the throttle valve 12 of the turbocharger 30 are sequentially arranged from the upstream side of the intake passage. The
ターボチャージャ３０は、吸気通路１０に配置されるコンプレッサ３１と、排気通路２０に配置されるタービン３２と、コンプレッサ３１とタービン３２とを連結するシャフト３３とを備える。コンプレッサ３１は、排気によってタービン３２が回転することで駆動し、吸気通路１０内の吸気を過給する。ターボチャージャ３０は、コンプレッサ３１に流入する吸気の流量を調整する可変ノズル３４を有し、可変ノズル開度に応じて過給圧を調整できるように構成される。 The turbocharger 30 includes a compressor 31 disposed in the intake passage 10, a turbine 32 disposed in the exhaust passage 20, and a shaft 33 that connects the compressor 31 and the turbine 32. The compressor 31 is driven by the rotation of the turbine 32 by the exhaust gas, and supercharges the intake air in the intake passage 10. The turbocharger 30 includes a variable nozzle 34 that adjusts the flow rate of intake air flowing into the compressor 31 and is configured to be able to adjust the supercharging pressure in accordance with the variable nozzle opening.
インタークーラ１１は、コンプレッサ３１よりも下流側の吸気通路１０に設置される。インタークーラ１１は、コンプレッサ３１により圧縮されて高温となった吸気を冷却する。 The intercooler 11 is installed in the intake passage 10 on the downstream side of the compressor 31. The intercooler 11 cools the intake air that has been compressed by the compressor 31 to a high temperature.
スロットルバルブ１２は、インタークーラ１１よりも下流側の吸気通路１０に設置される。スロットルバルブ１２は、吸気通路１０の吸気流通面積を変化させることで、過給式エンジン１００に導入される吸気流量を調整する。スロットルバルブ１２を通過した吸気は、吸気コレクタ１３を介して過給式エンジン１００の各気筒に分配される。 The throttle valve 12 is installed in the intake passage 10 on the downstream side of the intercooler 11. The throttle valve 12 adjusts the intake flow rate introduced into the supercharged engine 100 by changing the intake flow area of the intake passage 10. The intake air that has passed through the throttle valve 12 is distributed to each cylinder of the supercharged engine 100 via an intake collector 13.
過給式エンジン１００の各気筒において混合気燃焼後に生じる排気は、排気通路２０を通って外部に排出される。排気通路２０には、ターボチャージャ３０のタービン３２と、触媒コンバータ４０とが排気通路上流側から順次配置される。 Exhaust gas generated after air-fuel mixture combustion in each cylinder of supercharged engine 100 is discharged to the outside through exhaust passage 20. In the exhaust passage 20, the turbine 32 of the turbocharger 30 and the catalytic converter 40 are sequentially arranged from the upstream side of the exhaust passage.
ターボチャージャ３０のタービン３２は、排気通路２０を流れる排気によって回転し、吸気通路側のコンプレッサ３１を駆動する。 The turbine 32 of the turbocharger 30 is rotated by the exhaust gas flowing through the exhaust passage 20 and drives the compressor 31 on the intake passage side.
触媒コンバータ４０は、タービン３２よりも下流側の排気通路２０に設置される。触媒コンバータ４０は、触媒収容部４１に触媒４２を担持しており、触媒４２によって過給式エンジン１００から排出された排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素(ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する。 The catalytic converter 40 is installed in the exhaust passage 20 on the downstream side of the turbine 32. The catalytic converter 40 carries a catalyst 42 in a catalyst housing portion 41, and hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (exhaust gas) exhausted from the supercharged engine 100 by the catalyst 42 ( NOx) is purified.
過給式エンジン１００ではタービン３２よりも下流側の排気通路２０は、図１（Ｂ）に示すように、タービン配置位置から水平に延びる水平部２０Ａと、水平部２０Ａの下流側から湾曲する湾曲部２０Ｂと、湾曲部２０Ｂの下流側から水平部２０Ａに対して略垂直方向に延び、触媒コンバータ４０に接続する接続部２０Ｃとを形成する。排気通路２０の水平部２０Ａには、エンジン運転状態を検出するセンサとして、排気空燃比を検出する空燃比センサ２１が設けられる。 In the supercharged engine 100, the exhaust passage 20 on the downstream side of the turbine 32 is, as shown in FIG. 1B, a horizontal portion 20A that extends horizontally from the turbine arrangement position, and a curve that curves from the downstream side of the horizontal portion 20A. A portion 20B and a connection portion 20C extending in a direction substantially perpendicular to the horizontal portion 20A from the downstream side of the curved portion 20B and connected to the catalytic converter 40 are formed. An air-fuel ratio sensor 21 that detects the exhaust air-fuel ratio is provided in the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20 as a sensor that detects the engine operating state.
触媒コンバータ４０は、排気通路２０の接続部２０Ｃの下流側に配置される。触媒コンバータ４０は、排気通路２０よりも大径に形成された円筒状の触媒収容部４１に触媒４２を設ける。触媒収容部４１の上流部４１Ａは、排気通路２０の接続部２０Ｃからタービン側に湾曲するとともに、接続部２０Ｃから触媒４２の入口側端部４２Ａに向けて通路径が徐々に拡大するように形成される。また、触媒収容部４１の下流部４１Ｂは、触媒４２の出口側端部４２Ｂから通路径が徐々に小さくなるように形成される。 The catalytic converter 40 is disposed on the downstream side of the connection portion 20 </ b> C of the exhaust passage 20. In the catalytic converter 40, a catalyst 42 is provided in a cylindrical catalyst housing portion 41 having a larger diameter than the exhaust passage 20. The upstream portion 41A of the catalyst housing portion 41 is formed so as to bend toward the turbine side from the connection portion 20C of the exhaust passage 20 and to gradually increase the passage diameter from the connection portion 20C toward the inlet side end portion 42A of the catalyst 42. Is done. Further, the downstream portion 41B of the catalyst housing portion 41 is formed so that the passage diameter gradually decreases from the outlet side end portion 42B of the catalyst 42.
ところで、図１（Ｂ）と同様の排気通路構造を有する従来の過給式エンジン２００では、触媒コンバータ４０の触媒４２の入口側端部４２Ａに流入する排気の流速分布が不均一となる。図５は、従来の過給式エンジン２００の排気流れについて説明する図である。図５（Ａ）は排気通路２０の水平部２０Ａ内の排気の流れを示し、図５（Ｂ）は排気通路２０の湾曲部２０Ｂ通過後の接続部２０Ｃ内の排気の流れを示す。図５（Ｃ）は、触媒４２の入口側端部４２Ａにおける排気流速分布を示し、等流速線内の色が薄くなるほど排気流速が低下する。 By the way, in the conventional supercharged engine 200 having the same exhaust passage structure as in FIG. 1B, the flow velocity distribution of the exhaust gas flowing into the inlet side end portion 42A of the catalyst 42 of the catalytic converter 40 becomes non-uniform. FIG. 5 is a diagram for explaining the exhaust flow of the conventional supercharged engine 200. 5A shows the flow of exhaust in the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20, and FIG. 5B shows the flow of exhaust in the connection portion 20C after passing through the curved portion 20B of the exhaust passage 20. FIG. 5C shows the exhaust flow velocity distribution at the inlet end 42A of the catalyst 42, and the exhaust flow velocity decreases as the color in the constant flow velocity line becomes lighter.
従来の過給式エンジン２００ではターボチャージャ３０のタービン３２の回転によって、水平部２０Ａ内を流れる排気は、図５（Ａ）に示すように、排気通路軸心周りに旋回しながら排気通路軸方向に流れる旋回流となる。この旋回流は排気通路２０の湾曲部２０Ｂを通過する時に偏った流れとなり、接続部２０Ｃでは湾曲部内側の排気の流速が湾曲部外側よりも速くなり、図５（Ｂ）の矢印に示すように湾曲部内側の排気流量が増加する。したがって、図５（Ｃ）に示すように、触媒コンバータ４０の触媒４２の入口側端部４２Ａに流入する排気においても湾曲部内側の流速が速くなり、排気の流速分布が不均一となる。したがって、従来の過給式エンジン２００では、触媒４２の浄化効率が低下したり、局部的な触媒劣化が発生したりする。 In the conventional supercharged engine 200, the exhaust gas flowing in the horizontal portion 20A due to the rotation of the turbine 32 of the turbocharger 30 turns around the exhaust passage axis as shown in FIG. It becomes a swirling flow that flows in This swirling flow becomes a biased flow when passing through the curved portion 20B of the exhaust passage 20, and the flow rate of the exhaust gas inside the curved portion becomes faster than that outside the curved portion at the connecting portion 20C, as shown by the arrow in FIG. In addition, the exhaust flow rate inside the curved portion increases. Therefore, as shown in FIG. 5C, the flow velocity inside the curved portion also increases in the exhaust gas flowing into the inlet side end portion 42A of the catalyst 42 of the catalytic converter 40, and the flow velocity distribution of the exhaust gas becomes uneven. Therefore, in the conventional supercharged engine 200, the purification efficiency of the catalyst 42 is reduced, or local catalyst deterioration occurs.
また、従来の過給式エンジン２００では、エンジン始動時等において高温の排気がターボチャージャ３０のタービン３２等によって冷却され、排気中に含まれる水分が凝縮するので、タービン直後の水平部２０Ａの下側に水が滞留する。この滞留水は、ターボチャージャ３０のタービン３２が回転した時に排気通路２０の水平部２０Ａ内に巻き上げられる。巻き上げられた滞留水が水平部２０Ａに設置された空燃比センサ２１のセンサ素子に付着すると、センサ素子が急激に冷却されて、センサ素子割れが発生する。 Further, in the conventional supercharged engine 200, the hot exhaust gas is cooled by the turbine 32 of the turbocharger 30 when the engine is started and the like, and moisture contained in the exhaust gas is condensed. Water stays on the side. This accumulated water is wound up in the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20 when the turbine 32 of the turbocharger 30 rotates. When the accumulated water that has been wound up adheres to the sensor element of the air-fuel ratio sensor 21 installed in the horizontal portion 20A, the sensor element is rapidly cooled and a sensor element crack occurs.
そこで、本実施形態の過給式エンジン１００では、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、排気通路２０の水平部２０Ａに仕切板２２を形成することで、センサ素子割れの発生を抑制するとともに、触媒４２の入口側端部４２Ａにおける排気流速分布の均一化を図る。 Therefore, in the supercharged engine 100 of this embodiment, as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the partition plate 22 is formed in the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20 to prevent the sensor element from cracking. While suppressing the generation, the exhaust flow velocity distribution at the inlet side end portion 42A of the catalyst 42 is made uniform.
図２（Ａ）に示すように、排気通路２０の水平部２０Ａには、水平部軸心を通り、通路内部を上側通路２３と下側通路２４に分割する仕切板２２が形成される。仕切板２２は、図２（Ｂ）に示すように、水平部２０Ａの軸心に沿って所定長さＬ1となるように形成される。このような排気通路２０に設けられる空燃比センサ２１は、水平部２０Ａの上側であって、仕切板２２の下流端よりも下流側に配置される。 As shown in FIG. 2A, the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20 is formed with a partition plate 22 that passes through the horizontal portion axis and divides the inside of the passage into an upper passage 23 and a lower passage 24. As shown in FIG. 2B, the partition plate 22 is formed to have a predetermined length L 1 along the axis of the horizontal portion 20A. The air-fuel ratio sensor 21 provided in the exhaust passage 20 is disposed on the upper side of the horizontal portion 20 </ b> A and on the downstream side of the downstream end of the partition plate 22.
上記した過給式エンジン１００では、ターボチャージャ３０のタービン３２が回転しても、図２（Ｂ）に示すように、滞留水が水平部内に巻き上げられるのを仕切板２２によって抑制する。そのため、滞留水が空燃比センサ２１のセンサ素子に付着しにくくなり、空燃比センサ２１のセンサ素子割れの発生が抑制される。 In the above-described supercharged engine 100, even if the turbine 32 of the turbocharger 30 rotates, the partition plate 22 prevents the accumulated water from being wound up in the horizontal portion as shown in FIG. Therefore, it is difficult for the accumulated water to adhere to the sensor element of the air-fuel ratio sensor 21, and the occurrence of the sensor element crack of the air-fuel ratio sensor 21 is suppressed.
また、過給式エンジン１００では、タービン直後の排気はタービン回転によって旋回流となるが、排気が上側通路２３及び下側通路２４を通過する時に旋回流が仕切板２２に衝突するので、排気の旋回運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、排気の旋回力が弱められる。このように排気の旋回力が弱められると、排気が湾曲部２０Ｂを通過しても偏った流れとなりにくく、触媒４２の入口側端部４２Ａにおける排気流速分布の不均一が抑制される。 Further, in the supercharged engine 100, the exhaust immediately after the turbine becomes a swirling flow due to the turbine rotation. However, the swirling flow collides with the partition plate 22 when the exhaust passes through the upper passage 23 and the lower passage 24. The turning kinetic energy is converted into pressure energy, and the turning force of the exhaust is weakened. When the exhaust turning force is weakened in this way, even if the exhaust gas passes through the curved portion 20B, the flow is not biased, and unevenness in the exhaust gas flow velocity distribution at the inlet side end portion 42A of the catalyst 42 is suppressed.
なお、過給式エンジン１００においては、仕切板２２の所定長さＬ1を長くするほど、排気の旋回流の旋回力が弱まるが、排気が上側通路２３及び下側通路２４を通過する時の通気抵抗が増加する。過給式エンジン１００では仕切板２２の所定長さＬ1を、高負荷・高エンジン回転速度時において水平部２０Ａ内の排気の旋回流が１回転するときに水平部軸方向に進む距離の半分よりも長く設定することで、通気抵抗の悪化を抑えつつ、排気の旋回力を弱めることができる。 In the supercharged engine 100, the longer the predetermined length L 1 of the partition plate 22, the weaker the swirl force of the swirl flow of the exhaust, but when the exhaust passes through the upper passage 23 and the lower passage 24. Increases ventilation resistance. The predetermined length L 1 of the supercharged engine 100, the partition plate 22, half of the distance traveled in the horizontal portion axial direction when the swirling flow of the exhaust in the horizontal portion 20A at the time of high load and high engine rotational speed rotates 1 By setting it longer than this, it is possible to weaken the exhaust turning force while suppressing the deterioration of the ventilation resistance.
図３は、触媒の入口側端部における排気の流速分布を示す図である。 FIG. 3 is a view showing the flow velocity distribution of the exhaust gas at the inlet side end of the catalyst.
図３（Ａ）は従来の過給式エンジン２００の低エンジン回転速度時における排気流速分布を示し、図３（Ｂ）は過給式エンジン１００の低エンジン回転速度時における排気流速分布を示す。従来の過給式エンジン２００は仕切板２２を備えておらず、排気の旋回流の旋回力を低減できないので、図３（Ａ）に示すように局部的に排気流速が強くなっており、排気流速分布が不均一となっている。これに対して、過給式エンジン１００では、仕切板２２によって排気の旋回力を抑制するので、図３（Ｂ）に示すように、排気の最大流速が低下するとともに、排気流速分布が図３（Ａ）よりも均一となる。 3A shows the exhaust flow velocity distribution when the conventional supercharged engine 200 is at a low engine speed, and FIG. 3B shows the exhaust flow velocity distribution when the supercharged engine 100 is at a low engine speed. The conventional supercharged engine 200 is not provided with the partition plate 22 and cannot reduce the swirling force of the swirling flow of the exhaust gas. Therefore, the exhaust gas flow velocity is locally increased as shown in FIG. The flow velocity distribution is uneven. On the other hand, in the supercharged engine 100, the turning force of the exhaust gas is suppressed by the partition plate 22, so that the maximum exhaust gas flow velocity is reduced and the exhaust gas flow velocity distribution is shown in FIG. It becomes more uniform than (A).
また、図３（Ｃ）は従来の過給式エンジン２００の高エンジン回転速度時における排気流速分布を示し、図３（Ｄ）は過給式エンジン１００の高エンジン回転速度時における排気流速分布を示す。高エンジン回転速度時においても、従来の過給式エンジン２００では図３（Ｃ）に示すように排気流速分布が不均一となるが、過給式エンジン１００では図３（Ｄ）に示すように排気流速分布が図３（Ｃ）よりも均一となる。 3C shows an exhaust flow velocity distribution at a high engine speed of the conventional supercharged engine 200, and FIG. 3D shows an exhaust flow velocity distribution at a high engine speed of the supercharged engine 100. Show. Even at a high engine speed, the conventional supercharged engine 200 has a non-uniform exhaust flow velocity distribution as shown in FIG. 3C, but the supercharged engine 100 has a non-uniform distribution as shown in FIG. The exhaust flow velocity distribution is more uniform than in FIG.
以上により、第１実施形態の過給式エンジン１００では下記の効果を得ることができる。 As described above, the supercharged engine 100 of the first embodiment can obtain the following effects.
過給式エンジン１００では、排気通路２０の水平部２０Ａに通路内部を上下に分割する仕切板２２を形成し、仕切板２２の下流端よりも下流側であって水平部２０Ａの上側に空燃比センサ２１を配置する。これにより水平部２０Ａの滞留水が空燃比センサ２１のセンサ素子に付着しにくくなるので、空燃比センサ２１のセンサ素子割れの発生を抑制することができる。また、排気の旋回流は、排気が水平部２０Ａ内の上側通路２３及び下側通路２４を通過する時に弱められるので、触媒４２の入口側端部４２Ａにおける排気流速分布の不均一を抑制することができる。 In the supercharged engine 100, a partition plate 22 that divides the interior of the passage vertically is formed in the horizontal portion 20 </ b> A of the exhaust passage 20. A sensor 21 is arranged. As a result, the accumulated water in the horizontal portion 20A is less likely to adhere to the sensor element of the air-fuel ratio sensor 21, so that the sensor element cracking of the air-fuel ratio sensor 21 can be suppressed. Further, since the swirling flow of exhaust is weakened when the exhaust passes through the upper passage 23 and the lower passage 24 in the horizontal portion 20A, it suppresses unevenness in the exhaust flow velocity distribution at the inlet end 42A of the catalyst 42. Can do.
触媒４２の入口側端部４２Ａにおける排気流速分布を均一にするために、排気通路２０の接続部２０Ｃの通路内径を縮径することも考えられるが、この場合には接続部通過時の排気の通気抵抗が高くなりすぎて、エンジン出力性能が悪化してしまう。しかしながら、過給式エンジン１００では、仕切板２２の所定長さＬ1を、高負荷・高エンジン回転速度時において水平部２０Ａ内の排気の旋回流が１回転するときに水平部軸方向に進む距離の半分よりも長く設定するので、通気抵抗の悪化を抑えつつ、排気の旋回力を弱めることができる。 In order to make the exhaust flow velocity distribution at the inlet side end portion 42A of the catalyst 42 uniform, the inner diameter of the connection portion 20C of the exhaust passage 20 may be reduced, but in this case, the exhaust gas when passing through the connection portion may be reduced. Ventilation resistance becomes too high and engine output performance deteriorates. However, the supercharged engine 100, the process proceeds to a predetermined length L 1 of the partition plate 22, the horizontal portion axial direction when the swirling flow of the exhaust in the horizontal portion 20A at the time of high load and high engine rotational speed rotates 1 Since the distance is set to be longer than half of the distance, the turning force of the exhaust can be weakened while suppressing the deterioration of the ventilation resistance.
（第２実施形態）
第２実施形態の過給式エンジン１００の基本構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、排気通路２０の水平部２０Ａの仕切板２２の構成において相違する。つまり、排気通路２０の水平部２０Ａ内に、水平に配置される第１仕切板２２Ａと第１仕切板２２Ａに対して垂直に配置される第２仕切板２２Ｂとを形成するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
The basic configuration of the supercharged engine 100 of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but differs in the configuration of the partition plate 22 of the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20. That is, in the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20, the first partition plate 22A disposed horizontally and the second partition plate 22B disposed perpendicular to the first partition plate 22A are formed. Hereinafter, the difference will be mainly described.
図４（Ａ）は、過給式エンジンの１００の排気通路２０の水平部２０Ａに設けられる仕切板２２を示す図である。 FIG. 4A is a diagram showing a partition plate 22 provided in the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20 of the supercharged engine 100. FIG.
第２実施形態の過給式エンジン１００においては、仕切板２２は、水平部２０Ａの軸心を水平に通って排気通路内を上下に仕切る第１仕切板と、水平部２０Ａの軸心を垂直に通って排気通路内を左右に仕切る第２仕切板とから構成される。これら第１仕切板２２Ａと第２仕切板２２Ｂとによって、排気通路２０の水平部２０Ａには４つの通路が形成される。第１仕切板２２Ａ及び第２仕切板２２Ｂは、水平部２０Ａの軸方向に所定長さＬ2となるように形成される。 In the supercharged engine 100 of the second embodiment, the partition plate 22 has a first partition plate that horizontally passes through the axis of the horizontal portion 20A and partitions the exhaust passage vertically, and the axis of the horizontal portion 20A is vertical. And a second partition plate that partitions the inside of the exhaust passage to the left and right. These first partition plate 22A and second partition plate 22B form four passages in the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20. The first partition plate 22A and the second partition plate 22B is formed to have a predetermined length L 2 in the axial direction of the horizontal portion 20A.
空燃比センサ２１は、水平部２０Ａの上側であって、第１仕切板２２Ａ及び第２仕切板２２Ｂの下流端よりも下流側に配置される。 The air-fuel ratio sensor 21 is disposed on the upper side of the horizontal portion 20A and downstream of the downstream ends of the first partition plate 22A and the second partition plate 22B.
上記した過給式エンジン１００では、滞留水が水平部内に巻き上げられるのを第１仕切板２２Ａ及び第２仕切板２２Ｂによって抑えるので、空燃比センサ２１のセンサ素子割れの発生が抑制される。 In the above-described supercharged engine 100, the first partition plate 22A and the second partition plate 22B suppress the stagnant water from being rolled up in the horizontal portion, so that the sensor element cracking of the air-fuel ratio sensor 21 is suppressed.
また、過給式エンジン１００では、タービン直後の排気はタービン回転によって旋回流となるが、排気が水平部２０Ａ内の４つの通路を通過する時に排気の旋回運動エネルギーが圧力エネルギーに変化されるので、排気の旋回力が弱められる。特に、第２実施形態の過給式エンジン１００では水平部２０Ａを第１仕切板２２Ａと第２仕切板２２Ｂとによって仕切るので、第１実施形態よりも排気の旋回流が仕切板２２に衝突しやすくなる。 Further, in the supercharged engine 100, the exhaust gas immediately after the turbine turns into a swirl flow by the turbine rotation, but the swirl kinetic energy of the exhaust gas is changed to pressure energy when the exhaust gas passes through the four passages in the horizontal portion 20A. The swirl power of exhaust is weakened. In particular, in the supercharged engine 100 of the second embodiment, the horizontal portion 20A is partitioned by the first partition plate 22A and the second partition plate 22B, so that the swirling flow of exhaust collides with the partition plate 22 more than in the first embodiment. It becomes easy.
したがって、第２実施形態の過給式エンジン１００では、図４（Ｃ）に示すように水平部２０Ａを通過する排気の通気抵抗が第１実施形態よりも僅かに悪化するものの、図４（Ｂ）に示すように第１仕切板２２Ａ及び第２仕切板２２Ｂの所定長さＬ2を、第１実施形態における仕切板２２の所定長さＬ1よりも短く設定しても、触媒４２の入口側端部４２Ａにおける排気流速分布の均一度合を等しくすることができる。 Therefore, in the supercharged engine 100 of the second embodiment, the ventilation resistance of the exhaust gas passing through the horizontal portion 20A is slightly worse than that of the first embodiment as shown in FIG. the predetermined length L 2 of the first partition plate 22A and the second partition plate 22B as shown in), be set shorter than the predetermined length L 1 of the partition plate 22 in the first embodiment, the inlet of the catalyst 42 The uniformity of the exhaust flow velocity distribution at the side end portion 42A can be made equal.
なお、過給式エンジン１００では、第１仕切板２２Ａ及び第２仕切板２２Ｂの所定長さＬ2を、高負荷・高エンジン回転速度時において水平部２０Ａ内の排気の旋回流が１回転するときに通路軸方向に進む距離の４分の１よりも長く設定することで、通気抵抗の悪化を抑えつつ、排気の旋回力を弱めることができる。 In supercharged engine 100, a predetermined length L 2 of the first partition plate 22A and the second partition plate 22B, the swirling flow of the exhaust in the horizontal portion 20A at the time of high load and high engine speed rotation 1 Sometimes, by setting it longer than a quarter of the distance traveled in the direction of the passage axis, it is possible to weaken the exhaust turning force while suppressing the deterioration of the ventilation resistance.
以上により、第２実施形態の過給式エンジン１００では下記の効果を得ることができる。 As described above, the following effects can be obtained in the supercharged engine 100 of the second embodiment.
過給式エンジン１００では、排気通路２０の水平部２０Ａに第１仕切板２２Ａ及び第２仕切板２２Ｂを形成するので、第１仕切壁と第２仕切壁の所定長さＬ2を第１実施形態よりも短く設定しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。したがって、エンジンルーム内の各種機器のレイアウトの関係から、排気通路２０の水平部２０Ａの長さを短くせざる得ない場合であっても、空燃比センサ２１のセンサ素子割れの発生を抑えることができ、さらに触媒４２の入口側端部４２Ａにおける排気流速分布の不均一を抑制することができる。 In the supercharged engine 100, because it forms a first partition plate 22A and the second partition plate 22B in the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20, a predetermined length L 2 of the first partition wall and the second partition wall first embodiment Even if it is set shorter than the form, the same effect as the first embodiment can be obtained. Therefore, even if the length of the horizontal portion 20A of the exhaust passage 20 has to be shortened due to the layout of various devices in the engine room, the occurrence of sensor element cracks in the air-fuel ratio sensor 21 can be suppressed. In addition, non-uniformity in the exhaust flow velocity distribution at the inlet end 42A of the catalyst 42 can be suppressed.
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
１００ 過給式エンジン
２０ 排気通路
２０Ａ 水平部（水平通路）
２０Ｂ 湾曲部（湾曲通路）
２０Ｃ 接続部（接続通路）
２１ 空燃比センサ
２２ 仕切板
２２Ａ 第１仕切板
２２Ｂ 第２仕切板
３０ ターボチャージャ
３２ タービン
４０ 触媒コンバータ
４２ 触媒
４２Ａ 入口側端部
４２Ｂ 出口側端部
100 Supercharged engine 20 Exhaust passage 20A Horizontal section (horizontal passage)
20B Curved part (curved passage)
20C connection part (connection passage)
21 Air-fuel ratio sensor 22 Partition plate 22A First partition plate 22B Second partition plate 30 Turbocharger 32 Turbine 40 Catalytic converter 42 Catalyst 42A Inlet side end 42B Outlet side end
Claims (4)
タービン配置位置から水平に延びる水平通路と、
前記水平通路の下流側から湾曲する湾曲通路と、
前記湾曲通路の下流側から前記水平通路に対して所定の角度方向に延び、前記触媒コンバータに接続する接続通路と、
前記水平通路内に形成され、通路内部を上下に分割する仕切板と、
前記仕切板の下流端よりも下流側であって前記水平通路の上部に配置され、エンジン運転状態を検出するセンサと、を備え、
前記仕切板は、前記水平通路の軸心を水平に通るように形成され、
前記仕切板の水平通路軸方向長さは、高負荷・高エンジン回転速度時において前記水平通路内の排気旋回流が１回転するときに水平通路軸方向に進む距離の半分よりも長く設定される、
ことを特徴とする過給式エンジンの排気通路構造。 An exhaust passage structure of a supercharged engine provided with a catalytic converter in an exhaust passage downstream of a turbine of a turbocharger,
A horizontal passage extending horizontally from the turbine placement position;
A curved passage that curves from the downstream side of the horizontal passage;
A connecting passage extending in a predetermined angular direction with respect to the horizontal passage from the downstream side of the curved passage, and connected to the catalytic converter;
A partition plate formed in the horizontal passage and dividing the inside of the passage vertically;
A sensor that is disposed downstream of the downstream end of the partition plate and above the horizontal passage, and that detects an engine operating state ;
The partition plate is formed to pass horizontally through the axis of the horizontal passage,
The length of the partition plate in the horizontal passage axial direction is set to be longer than half of the distance traveled in the horizontal passage axial direction when the exhaust swirling flow in the horizontal passage makes one revolution at high load and high engine speed. ,
An exhaust passage structure for a supercharged engine.
タービン配置位置から水平に延びる水平通路と、
前記水平通路の下流側から湾曲する湾曲通路と、
前記湾曲通路の下流側から前記水平通路に対して所定の角度方向に延び、前記触媒コンバータに接続する接続通路と、
前記水平通路内に形成され、通路内部を上下に分割する仕切板と、
前記仕切板の下流端よりも下流側であって前記水平通路の上部に配置され、エンジン運転状態を検出するセンサと、を備え、
前記仕切板は、前記水平通路の軸心を水平に通るように形成される第１仕切板と、前記水平通路の軸心を垂直に通るように形成される第２仕切板とから構成され、
前記第１仕切板及び前記第２仕切板の水平通路軸方向長さは、高負荷・高エンジン回転速度時において水平通路内の排気旋回流が１回転するときに水平通路軸方向に進む距離の４分の１よりも長く設定される、
ことを特徴とする過給式エンジンの排気通路構造。 An exhaust passage structure of a supercharged engine provided with a catalytic converter in an exhaust passage downstream of a turbine of a turbocharger,
A horizontal passage extending horizontally from the turbine placement position;
A curved passage that curves from the downstream side of the horizontal passage;
A connecting passage extending in a predetermined angular direction with respect to the horizontal passage from the downstream side of the curved passage, and connected to the catalytic converter;
A partition plate formed in the horizontal passage and dividing the inside of the passage vertically;
A sensor that is disposed downstream of the downstream end of the partition plate and above the horizontal passage, and that detects an engine operating state ;
The partition plate is composed of a first partition plate formed so as to pass horizontally through the axis of the horizontal passage, and a second partition plate formed so as to pass vertically through the axis of the horizontal passage,
The length of the first partition plate and the second partition plate in the horizontal passage axial direction is the distance traveled in the horizontal passage axial direction when the exhaust swirling flow in the horizontal passage makes one revolution at high load and high engine speed. Set longer than a quarter,
An exhaust passage structure for a supercharged engine.
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の過給式エンジンの排気通路構造。 The connecting passage extends in a direction perpendicular to the horizontal passage;
The exhaust passage structure of a supercharged engine according to claim 1 or 2 , characterized in that
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の過給式エンジンの排気通路構造。 The sensor is an air-fuel ratio sensor that detects an exhaust air-fuel ratio.
An exhaust passage structure for a supercharged engine according to any one of claims 1 to 3 .
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