JP7379895B2

JP7379895B2 - エンジンの排気通路構造

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Publication number: JP7379895B2
Application number: JP2019132834A
Authority: JP
Inventors: 拓也金井
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2039-07-18
Also published as: JP2021017827A; DE102020208537A1

Description

本発明は、エンジンの排気通路構造に関する。

従来、自動車等の車両にあっては、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配置され、排気通路に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ているものが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載のものは、過給機のタービンハウジングと過給機との間の通路に、空燃比センサ又は酸素センサ等の排気センサが配置されており、気筒間の空燃比の不均衡を検出する精度を向上させるため、バイパス通路を通る排気ガスを排気センサに直接当てるように指向させている。

特開２０１２－２４１５４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、排気ガスを排気センサに直接当てるように指向させている。このため、排気ガスが排気センサの一か所に集中して当たることにより、排気センサが局所的に高温になってしまい、過熱により排気センサが劣化してしまうおそれがあった。また、排気ガス中に生じた凝縮水が排気センサに直接当たってしまい、凝縮水の被水により排気センサが劣化してしまうおそれがあった。

一方、劣化を回避するために例えば排気センサを排気ガスの流路から大きく離して配置した場合、排気センサの検出精度が劣ってしまうことが考えられる。

本発明は、上記のような事情に着目してなされたものであり、排気センサの劣化を防止でき、かつ、排気センサの検出精度を向上させることができるエンジンの排気通路構造を提供することを目的とするものである。

本発明は、エンジンは気筒列を車幅方向である左右方向に向けて車両に設置され、前記車両に設置された状態の前記エンジンの上下方向、前後方向、左右方向を、それぞれ前記エンジンの上下方向、前後方向、左右方向とした場合、前記エンジンの排気通路に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガスの流れ方向に直列に設けられ、前記エンジンの左右方向に向いた前記タービンハウジングの排気出口と前記触媒との間に、前記排気出口から湾曲して下方に延びる連結通路を形成する連結通路形成部材が設けられ、前記連結通路形成部材は、前記連結通路の湾曲中心と反対側に、排気センサが設けられる壁部を有し、前記壁部は、前記排気出口と対向する部位に配置され、かつ、その上側から下側に向かうにつれて前記タービンハウジングから遠ざかるように傾斜する第１の平坦部と、前記第１の平坦部の下端部で外側に向かって屈曲する屈曲部と、前記屈曲部を介して前記第１の平坦部に連結され、前記第１の平坦部の延長面よりも外側に延びる第２の平坦部と、を有し、前記エンジンの左右方向から前記連結通路形成部材を見た場合、前記第２の平坦部の下縁部に、下方に凸の円弧状の下側外周部が形成され、前記連結通路形成部材は、前記下側外周部に連続する円筒形状の円筒部を有し、前記下側外周部は、前記エンジンの前後方向で前記第２の平坦部の上縁部よりも外側に延びる延長部を有し、前記排気出口は、前記エンジンの左右方向で前記タービンハウジングに近い前記連結通路形成部材の一端側に配置され、前記排気センサは、前記エンジンの左右方向で前記タービンハウジングから離れる前記連結通路形成部材の他端側に配置され、かつ前記延長部に沿って湾曲して流れる排気ガスが前記排気センサの外周に回り込むよう前記エンジンの前後方向で前記延長部と隣接する位置に配置されていることを特徴とする。

このように上記の本発明によれば、排気センサの劣化を防止でき、かつ、排気センサの検出精度を向上させることができるエンジンの排気通路構造を提供することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る排気通路構造を備えるエンジンの左側面図である。図２は、本発明の一実施例に係る排気通路構造を備えるエンジンの平面図である。図３は、本発明の一実施例に係る排気通路構造を備えるエンジンの排気浄化装置の上部の左側面図である。図４は、本発明の一実施例に係る排気通路構造を備えるエンジンの排気浄化装置の上部の内部構造を可視的に表わす左側面図である。図５は、図１のＶ－Ｖ方向矢視断面図である。

本発明の一実施の形態に係るエンジンの排気通路構造は、エンジンの排気通路に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガスの流れ方向に直列に設けられ、排気通路におけるタービンハウジングの排気出口と触媒との間に、排気出口から湾曲して下方に延びる連結通路を形成する連結通路形成部材が設けられ、連結通路形成部材は、連結通路の湾曲中心と反対側に、排気センサが設けられる壁部を有し、壁部は、排気出口と対向する部位に配置され、かつ、その上側から下側に向かうにつれてタービンハウジングから遠ざかるように傾斜する第１の平坦部と、第１の平坦部の下端部で外側に向かって屈曲する屈曲部と、屈曲部を介して第１の平坦部に連結され、第１の平坦部の延長面よりも外側に延びる第２の平坦部と、を有し、排気センサは、第２の平坦部に設けられていることを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係るエンジンの排気通路構造は、排気センサの劣化を防止でき、かつ、排気センサの検出精度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施例に係るエンジンの排気通路構造について、図面を用いて説明する。図１から図５は、本発明の一実施例に係る排気通路構造を備えるエンジンを示す図である。図１から図５において、上下前後左右方向は、車両に設置された状態のエンジンの上下前後左右方向とし、前後方向に対して直交する方向が左右方向、エンジンの高さ方向が上下方向である。

まず、構成を説明する。図１において、エンジン１は、エンジン本体１０と、このエンジン本体１０に艤装される後述する艤装部品とから構成されている。エンジン本体１０は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２、シリンダヘッドカバー１３よび潤滑用のオイルが貯留されるオイルパン１４を備えている。

シリンダブロック１１には複数の気筒１０Ａ（図２参照）が設けられている。複数の気筒１０Ａの配列方向を以下、気筒列方向ともいう。本実施例のエンジン１は、４つの気筒１０Ａを有する４気筒エンジンから構成されているが、４気筒エンジンに限定されるものではない。

気筒１０Ａには図示しないピストンが収納されており、ピストンは、気筒に対して上下方向に往復運動する。ピストンは、図示しないコネクティングロッドを介してクランク軸１１Ａ（図１参照）に連結されており、ピストンの往復運動は、コネクティングロッドを介してクランク軸１１Ａの回転運動に変換される。

図２において、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２の気筒列方向の右端部にはチェーンケース１５が締結されている。チェーンケース１５は、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２の右端部に配置された図示しないタイミングチェーンを覆っている。

ここで、エンジン１の気筒列方向は、左右方向、すなわち車幅方向となっている。したがって、エンジン１は、図示しない車両にいわゆる横置きで配置されている。

シリンダヘッド１２には、複数の気筒１０Ａにそれぞれ連通する複数の吸気ポート６１、６２、６３、６４が設けられている。複数の吸気ポート６１、６２、６３、６４は、気筒列方向に並んで配列されている。
また、シリンダヘッド１２には、いずれも図示しない吸気バルブ、複数の排気ポートおよび排気ポートを開閉する複数の排気バルブなどが設けられている。

シリンダヘッド１２の後面には吸気マニホールド４０が設けられており、吸気マニホールド４０は、吸入空気を、吸気ポート６１、６２、６３、６４を通して各気筒１０Ａに導入する。

シリンダヘッド１２の内部には図示しない排気マニホールドが形成されている。排気マニホールドは、各気筒１０Ａに連通される図示しない複数の排気ポートを有し、気筒１０Ａから排出される排気（排出ガスまたは排気ガスともいう）を集合する。つまり、シリンダヘッド１２の内部には、排気ポートと一体型の排気マニホールドが形成されている。

排気マニホールドは、図示しない共通の集合排気出口を有する。集合排気出口は、気筒列方向の中央部においてシリンダヘッド１２の前面に開口している。

気筒１０Ａから排出される排気は、排気マニホールドで集合された後、集合排気出口からシリンダヘッド１２の外部に排出される。

図１、図２において、シリンダヘッド１２の前面側には、過給機としてのターボ過給機２０が設けられている。ターボ過給機２０は、排気ガスが通過するタービンハウジング２０Ａと、エンジン１の吸入空気が通過するコンプレッサハウジング２０Ｂとを備えている。タービンハウジング２０Ａの排気経路の上流端は排気集合出口に連結されている。

ターボ過給機２０は、排気集合出口からタービンハウジング２０Ａに導入した排気ガスのエネルギーを用いて、コンプレッサハウジング２０Ｂにより吸気を圧縮する。ターボ過給機２０で圧縮された空気は吸気マニホールド４０に導入される。

ターボ過給機２０の左方には排気浄化装置３０が配置されており、排気浄化装置３０は、エンジン本体１０の前面側の左端部において上下方向に延びている。

排気浄化装置３０の上端部３０Ａには、ターボ過給機２０の排気経路の下流端が連結されている。

排気浄化装置３０の内部には、図１に破線で示す位置に、触媒３０Ｃおよびパティキュレートフィルタ３０Ｄが収容されている。触媒３０Ｃは、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理する。このように、触媒３０Ｃは三元触媒からなる。パティキュレートフィルタ３０Ｄは、触媒３０Ｃの下流側に設置されており、排気中の粒子状物質であるＰＭ（パティキュレートマター）として、黒鉛、燃料の燃え残り（ＳＯＦ：可燃性有機成分）、エンジンオイルの燃え滓（オイルアッシュ）などを捕集する。

排気浄化装置３０の下端部３０Ｂには図示しない排気管が連結されている。ターボ過給機２０を通過した排気は、排気浄化装置３０において浄化され、排気管を介して車外に放出される。

図１、図２において、吸気マニホールド４０は、気筒列方向に延びる図示しないサージタンクおよび複数の分岐管を有している。各分岐管は、サージタンクから上向きの凸形状に湾曲してシリンダヘッド１２に向かう形状となっており、その下流端がシリンダヘッド１２の後面の各吸気ポート６１、６２、６３、６４に気筒列方向の配列順に連結されている。

エンジン１は、吸気マニホールド４０のサージタンクの左端部には、スロットルボディ２３が取付けられている。スロットルボディ２３は、吸気マニホールド４０を介して吸気ポート６１、６２、６３、６４に流入する空気の量を調整している。

エンジン１は、排気還流管２１と、シリンダヘッド１２内に形成された排気還流通路１２Ａと、接続管２２と、ＥＧＲクーラ２４と、を備えている。

排気還流管２１は、排気浄化装置３０の左側の側面に沿って上下方向に延びている。排気還流管２１は、排気浄化装置３０の排気出口部と排気還流通路１２Ａとを接続しており、排気浄化装置３０で浄化された排気を排気還流通路１２Ａに導入する。

接続管２２は、シリンダヘッド１２の後面の左端部近傍に配置されており、排気還流通路１２ＡとＥＧＲクーラ２４とを接続している。

排気還流通路１２Ａは、シリンダヘッド１２の左側面の内部で前後方向に延びており、シリンダヘッド１２の前面側で排気還流管２１から導入された排気を、シリンダヘッド１２の後面側の接続管２２に導入する。

エンジン１は、ＥＧＲクーラ２４と吸気マニホールド４０との間の排気通路にＥＧＲバルブ２６を備えており、ＥＧＲクーラ２４において冷却された排気ガスは、ＥＧＲバルブ２６によって流量が調整された後、吸気マニホールド４０に導入される。

図１において、エンジン１の排気通路１Ａには、ターボ過給機２０のタービンハウジング２０Ａと排気浄化装置３０の触媒３０Ｃとが排気ガスの流れ方向に直列に設けられている。なお、排気通路１Ａは、エンジン１の排気ガスが通過する通路の総称であるが、図１における排気通路１Ａは、排気浄化装置３０の内部の排気通路を示している。

図３、図４、図５において、排気通路１Ａ（図１参照）におけるタービンハウジング２０Ａの排気出口２０Ｃと排気浄化装置３０の触媒３０Ｃとの間には、排気出口２０Ｃから湾曲して下方に延びる連結通路３２Ａを形成する連結通路形成部材３２が設けられている。

言い換えれば、排気浄化装置３０は、触媒３０Ｃ等を収容する円筒状の触媒ケース３３と、この触媒ケース３３の排気流れ方向上流側に接続された連結通路形成部材３２と、を有している。連結通路形成部材３２は、前述の上端部３０Ａを含んでいる。連結通路形成部材３２は、排気出口２０Ｃの排気ガス吹出し方向に延びる筒状の部位と、下方に向かって拡径する円錐形の部位と、を合わせた全体形状を有している。

また、連結通路形成部材３２は、連結通路３２Ａの湾曲中心Ｃと反対側に、排気センサ３５が設けられる壁部３２Ｃを有している。壁部３２Ｃは、第１の平坦部３２Ｄと、第１の平坦部３２Ｄの下端部で外側に向かって屈曲する屈曲部３２Ｅと、第２の平坦部３２Ｆとを備えている。

第１の平坦部３２Ｄは、タービンハウジング２０Ａの排気出口２０Ｃと対向する部位に配置されている。排気出口２０Ｃと対向する部位とは、排気出口２０Ｃから排気ガスが吹出す方向で対向する部位をいう。このため、排気出口２０Ｃから吹き出した排気ガスは第１の平坦部３２Ｄに衝突する。

第１の平坦部３２Ｄは、その上側から下側に向かうにつれてタービンハウジング２０Ａから遠ざかるように傾斜している。このため、第１の平坦部３２Ｄに衝突した排気ガスは下方に流れの向きを変える。

第２の平坦部３２Ｆは、屈曲部３２Ｅを介して第１の平坦部３２Ｄに連結され、第１の平坦部３２Ｄの延長面Ｅよりも外側（左側）に延びている。ここで、連結通路形成部材３２における内側または外側とは、連結通路３２Ａを流れる排気ガスの流路の中心側または外側であることをいう。

排気センサ３５は、第２の平坦部３２Ｆに設けられている。また、排気センサ３５は、第１の平坦部３２Ｄの延長面Ｅの外側、つまり延長面Ｅよりも第２の平坦部３２Ｆの側に配置されている。このため、排気センサ３５の先端部３５Ａは、第１の平坦部３２Ｄの延長面Ｅの内側には露出していない。

また、第２の平坦部３２Ｆの下縁部３２Ｌには、下方に凸の円弧状の下側外周部３２Ｇが形成されている。ここで、下方に凸の円弧状とは、言い換えれば、円弧の中心が上方にある円弧状であることをいう。連結通路形成部材３２は、下側外周部３２Ｇに連続する円筒形状の円筒部３２Ｈを有している。

さらに、連結通路形成部材３２は、その下端部の円筒部３２Ｈにおいて、触媒３０Ｃを収容する円筒状の触媒ケース３３に接続されている。そして、排気センサ３５は、第２の平坦部３２Ｆにおける下側外周部３２Ｇの近傍に配置されている。

図５において、排気出口２０Ｃは、連結通路形成部材３２における幅方向でタービンハウジング２０Ａに近い一端側（図５の右端側）に配置されている。連結通路形成部材３２の幅方向とは、連結通路形成部材３２の内部の排気流れ方向が全体として下方向であると捉えて、この排気流れ方向に直交する方向（左右方向）をいう。

排気センサ３５は、連結通路形成部材３２における幅方向でタービンハウジング２０Ａから離れる他端側（図５の左端側）に配置されている。

図３において、下側外周部３２Ｇは、連結通路３２Ａの幅方向で第２の平坦部３２Ｆの上縁部３２Ｋよりも外側（図３の左方）に延びる延長部３２Ｊを有している。この延長部３２Ｊは、下側外周部３２Ｇにおける、第２の平坦部３２Ｆの上縁部３２Ｋの幅方向（前後方向）の端部（図３の前端部）よりもさらに前方に延びている部分をいう。そして、排気センサ３５は、延長部３２Ｊの近傍に配置されている。

以上説明したように、本実施例のエンジンの排気通路構造によれば、排気通路におけるタービンハウジング２０Ａの排気出口２０Ｃと触媒３０Ｃとの間に、排気出口２０Ｃから湾曲して下方に延びる連結通路３２Ａを形成する連結通路形成部材３２が設けられている。また、連結通路形成部材３２は、連結通路３２Ａの湾曲中心Ｃと反対側に、排気センサ３５が設けられる壁部３２Ｃを有する。

また、壁部３２Ｃは、タービンハウジング２０Ａの排気出口２０Ｃと対向する部位に配置され、かつ、その上側から下側に向かうにつれてタービンハウジング２０Ａから遠ざかるように傾斜する第１の平坦部３２Ｄと、第１の平坦部３２Ｄの下端部で外側に向かって屈曲する屈曲部３２Ｅと、屈曲部３２Ｅを介して第１の平坦部３２Ｄに連結され、第１の平坦部３２Ｄの延長面Ｅよりも外側に延びる第２の平坦部３２Ｆと、を有している。そして、排気センサ３５は、第２の平坦部３２Ｆに設けられている。

このように、第１の平坦部３２Ｄを、タービンハウジング２０Ａの排気出口２０Ｃと対向する部位に配置し、かつ、その上側から下側に向かうにつれてタービンハウジング２０Ａから遠ざかるように傾斜させているため、タービンハウジング２０Ａの排気出口２０Ｃから連結通路３２Ａに導入された排気ガスは、図３、図５に矢印で示すように、第１の平坦部３２Ｄに衝突して主に下方に向かって拡散し、その後に排気センサ３５に接触する。

これにより、流速が速く流量が多い排気ガスが排気センサ３５に直接当たることがないので、排気センサ３５が局所的に過熱することを防止できる。また、排気センサ３５にあらゆる方向から排気ガスを接触させることができる。したがって、排気センサ３５の検出精度を向上させることができる。

また、第２の平坦部３２Ｆは、屈曲部３２Ｅを介して第１の平坦部３２Ｄの下側に連結されるとともに、第１の平坦部３２Ｄの延長面Ｅよりも外側に延びている。そして、排気センサ３５は、第２の平坦部３２Ｆに設けられている。

このため、タービンハウジング２０Ａの排気出口２０Ｃから排出された凝縮水が連結通路形成部材３２内の連結通路３２Ａに侵入した場合、凝縮水は、排気ガスの流れと同様に、まず第１の平坦部３２Ｄに衝突する。その後、凝縮水は、第１の平坦部３２Ｄの表面を伝わって流下し、第１の平坦部３２Ｄの下端部で表面から離れ、排気ガスの流れに乗って下方に落下する。

したがって、第１の平坦部３２Ｄよりも外側に延びる第２の平坦部３２Ｆに設けられた排気センサ３５には凝縮水が接触することがなく、排気センサ３５が凝縮水に被水することを防ぐことができる。

この結果、排気センサ３５の劣化を防止でき、かつ、排気センサ３５の検出精度を向上させることができる。

本実施例のエンジンの排気通路構造によれば、第２の平坦部３２Ｆの下縁部３２Ｌに、下方に凸の円弧状の下側外周部３２Ｇが形成され、連結通路形成部材３２は、下側外周部３２Ｇに連続する円筒形状の円筒部３２Ｈを有している。そして、排気センサ３５は、第２の平坦部３２Ｆにおける下側外周部３２Ｇの近傍に配置されている。

これにより、タービンハウジング２０Ａの排気出口２０Ｃから離れた位置に排気センサ３５が配置されるので、排気ガスの熱が排気センサ３５に与える影響を抑制できる。

また、第１の平坦部３２Ｄに当たって拡散した排気ガスの一部は、図５に矢印で示すように、下側外周部３２Ｇに沿って回り込むように流れた後、排気センサ３５に接触する。このため、十分な量の排気ガスを排気センサ３５に接触させることができ、排気センサ３５の検出精度を向上させることができる。

本実施例のエンジンの排気通路構造によれば、排気出口２０Ｃは、連結通路形成部材３２における幅方向でタービンハウジング２０Ａに近い一端側に配置され、排気センサ３５は、連結通路形成部材３２における幅方向でタービンハウジング２０Ａから離れる他端側に配置されている。

これにより、タービンハウジング２０Ａの排気出口２０Ｃと排気センサ３５とを離れた位置に配置することができるため、排気ガスの熱が排気センサ３５に与える熱および凝縮水の影響を一層抑制できる。

本実施例のエンジンの排気通路構造によれば、下側外周部３２Ｇは、連結通路３２Ａの幅方向で第２の平坦部３２Ｆの上縁部３２Ｋよりも外側に延びる延長部３２Ｊを有し、排気センサ３５は、延長部３２Ｊの近傍に配置されている。

このように、第２の平坦部３２Ｆの下側外周部３２Ｇに延長部３２Ｊを設けることで、排気ガスが、第１の平坦部３２Ｄに当たって拡散した後に、下側外周部３２Ｇに沿って外側から回り込んで、排気センサ３５に接触することができる。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１...エンジン、１Ａ...排気通路、２０...ターボ過給機（過給機）、２０Ａ...タービンハウジング、２０Ｃ...排気出口、３０Ｃ...触媒、３０Ｄ...パティキュレートフィルタ、３２...連結通路形成部材、３２Ａ...連結通路、３２Ｃ...壁部、３２Ｄ...第１の平坦部、３２Ｅ...屈曲部、３２Ｆ...第２の平坦部、３２Ｇ...下側外周部、３２Ｈ...円筒部、３２Ｊ...延長部、３２Ｋ...上縁部、３２Ｌ...下縁部、３５...排気センサ、Ｃ...湾曲中心、Ｅ...延長面

Claims

エンジンは気筒列を車幅方向である左右方向に向けて車両に設置され、前記車両に設置された状態の前記エンジンの上下方向、前後方向、左右方向を、それぞれ前記エンジンの上下方向、前後方向、左右方向とした場合、
前記エンジンの排気通路に過給機のタービンハウジングと触媒とが排気ガスの流れ方向に直列に設けられ、
前記エンジンの左右方向に向いた前記タービンハウジングの排気出口と前記触媒との間に、前記排気出口から湾曲して下方に延びる連結通路を形成する連結通路形成部材が設けられ、
前記連結通路形成部材は、前記連結通路の湾曲中心と反対側に、排気センサが設けられる壁部を有し、
前記壁部は、
前記排気出口と対向する部位に配置され、かつ、その上側から下側に向かうにつれて前記タービンハウジングから遠ざかるように傾斜する第１の平坦部と、
前記第１の平坦部の下端部で外側に向かって屈曲する屈曲部と、
前記屈曲部を介して前記第１の平坦部に連結され、前記第１の平坦部の延長面よりも外側に延びる第２の平坦部と、を有し、
前記エンジンの左右方向から前記連結通路形成部材を見た場合、前記第２の平坦部の下縁部に、下方に凸の円弧状の下側外周部が形成され、
前記連結通路形成部材は、前記下側外周部に連続する円筒形状の円筒部を有し、
前記下側外周部は、前記エンジンの前後方向で前記第２の平坦部の上縁部よりも外側に延びる延長部を有し、
前記排気出口は、前記エンジンの左右方向で前記タービンハウジングに近い前記連結通路形成部材の一端側に配置され、
前記排気センサは、前記エンジンの左右方向で前記タービンハウジングから離れる前記連結通路形成部材の他端側に配置され、かつ前記延長部に沿って湾曲して流れる排気ガスが前記排気センサの外周に回り込むよう前記エンジンの前後方向で前記延長部と隣接する位置に配置されていることを特徴とするエンジンの排気通路構造。