JPH07661Y2

JPH07661Y2 - 過給機付エンジンの排気センサ取付構造

Info

Publication number: JPH07661Y2
Application number: JP1987111512U
Authority: JP
Inventors: 隆行田中
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-07-20
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2002-07-20
Also published as: JPS6415744U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、過給機付エンジン特に排気ターボチャージャ
ー付エンジンに空燃比フィードバック制御のための排気
センサを取り付ける排気センサ取付構造に関する。

（従来技術）排気ガス中の酸素濃度を検出するO₂センサ等排気センサ
を設け、その出力に基づいてエンジン空燃比を14.7の理
論空燃比付近にフィードバックコントロールすること
で、排気系に設けた三元触媒によるCO,HCおよびNOxの浄
化率を所定の高レベルに維持するようにしたエンジンに
おいては、排気系のどこに排気センサを設けるかによっ
て、空燃比制御の精度や応答性、あるいはセンサ自身の
耐久性などが大きく左右される。とくに、排気ターボチ
ャージャー付エンジンにおいては、排気センサを排気タ
ービンの上流に設けるか下流に設けるかがまず問題とな
る。

排気センサは活性化するのにかなりの高温が必要である
（O₂センサの場合は活性化温度は約400℃）。ところ
が、排気ガスはタージン自体が熱容量を持ち、また、タ
ービンを回転させるのにその熱エネルギーが奪われるの
で、タービン通過後は温度がかなり低下する。したがっ
て、タービン上流に排気センサを設けた方が、エンジン
始動時に排気センサの活性化を早め、また低・中負荷時
に活性状態を確保するという意味では都合がいい。とこ
ろが、排気ターボチャージャー付エンジンの場合、特に
高負荷で排気ガス温度の上昇が著しいため、タービン上
流に排気センサを設けたのでは排気センサが熱劣化し易
く耐久性に問題が出てくる。

また、気筒間の干渉を無くしてタービンに作用する排気
ガスの動的効果を高めるために排気マニホルドを気筒グ
ループ毎に仕切壁で仕切った場合、排気センサをタービ
ン上流側に一つ設けたのでは全気筒の空燃比を精度良く
検出することは難しいし、また排気通路そのものを短く
したような場合にはレイアウト上の問題も出てくる。

一方、排気センサを排気タービンの下流に設ければ上記
のような諸々の問題は一応解消できる。とくに、上述の
ように、タービンを通過することで排気ガスの温度は低
下しているので、排気センサの熱劣化軽減という点では
明らかに有利である。ところが、排気センサをタービン
下流に設けた場合は、タービン下流の排気ガス温度が低
いために、今度は、始動時に排気センサの活性化が遅れ
るだけでなく、低中負荷時に活性状態を確保できないこ
とがあるといった問題があり、また、タービンをバイパ
スするバイパス通路を備えて、高負荷時等過給圧が所定
値を越えるとウエストゲートバルブを開いて排気ガスを
バイパスさせるようにしたエンジンにおいては、ウエス
トゲートバルブを開いたときバイパス通路側を流れる排
気ガスはかなりな高温であるため、排気センサの位置に
よっては依然として熱劣化され易いといった問題が残
る。

排気センサをタービン下流に設けたエンジンとしては、
例えば特公昭60−35546号公報記載のようなものが知ら
れている。同公報記載のものは、とくに、酸素濃度検出
器すなわち排気センサをバイパス通路出口が位置する合
流部から触媒コンバータ入口に至る排気通路に設け、暖
機運転時にはウエストゲートバルブを全開して多量の排
気ガスをバイパスさせセンサを速やかに活性化しようと
いうものである。しかしながら、このような位置に排気
センサを設けたのでは、高負荷時に高温のバイパスガス
にさらされて排気センサが劣化するのは避けられない。

そこで、タービンより下流でバイパス通路合流位置より
上流のメイン通路に排気センサを配置して高温のバイパ
スガスにさらされにくいようにすることも考えられる
が、そのような位置に排気センサを設けようとすると、
タービンハウジングの構造上どうしても無理が生ずる。
バイパス通路をタービンハウジング内に一体形成したタ
ーボチャージャー付エンジンにおいてタービン下流に排
気センサを設ける場合は、現実にはタービンハウジング
とフロンパイプ間のジョイントパイプにねじ加工して排
気センサを取り付けざるを得ないことが多く、したがっ
て、その取付位置は通常、バイパスガスの合流点より下
流であって、上記のように高温のバイパスガスにさらさ
れるのをまぬがれることは難しかった。

（考案の目的）本考案は上記問題点に鑑みてなされたものであって、排
気ターボチャージャー下流の排気通路に排気センサを配
設するものにおいて、バイパスガスによる排気センサの
熱劣化を防止することができ、しかも、低・中負荷時に
排気センサの活性を確保することのできる排気センサ取
付構造を得ることを目的とする。

（考案の構成）本考案は、メイン通路およびバイパス通路を流れる排気
ガスの温度分布が、各通路の上壁部においてとくに高温
となるような特性をもつことを見い出し、この特性を利
用した取付構造によって上記問題点を解決したものであ
って、その構成はつぎのとおりである。すなわち、本考
案に係る過給機付エンジンの排気センサ取付構造は、排
気タービン上流の上流側排気通路から分岐して排気ター
ビン下流の下流側排気通路に合流しその間にウエストゲ
ートバルブを備えるバイパス通路を、該バイパス通路と
前記下流側排気通路との合流部において該バイパス通路
上壁が前記下流側排気通路上壁よりも上方に位置するよ
う形成するとともに、排気センサを前記合流部において
前記下流側排気通路上壁に臨設せしめたことを特徴とし
ている。

（作用）エンジン始動時あるいは低・中負荷時、ウエストゲート
バルブは閉じており、排気ガスは全てメイン通路を流れ
て排気タービンを回転させる。このとき、メイン通路の
最も温度の高い上壁部に位置する排気センサはそこを流
れる比較的高温の排気ガスにさらされて速やかに活性化
され、また活性状態が維持される。また、高負荷時、過
給圧が所定値を越えてウエストゲートバルブが開くと、
タービンを通過しない高温の排気ガスがバイパス通路を
介して排出されるが、その高温ガスの主流は排気センサ
取付位置のさらに上方を流れ、排気センサを熱劣化させ
るような高温のバイパスガスは大半が排気センサに当た
ることなく排出される。

（実施例）以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本考案の一実施例に係る排気センサ取付構造
を備えた排気装置を示すものであり、第２図はその要部
を断面で示した側面図、第３図はこの排気装置の全体的
な内部構造を模式的に示すものである。これらの図面に
示すように、４気筒エンジン１の各気筒の排気ポートに
対応する４つの入口開口2aから延びる４つの分岐通路2b
を備えた排気マニホルド２の集合部は仕切壁３によって
区画された２つの集合通路2cからなっており、この集合
部にターボチャージャー４が接続されている。ターボチ
ャージャー４の排気出口側にはさらにジョイントパイプ
５が接続されている。ジョイントパイプ５には図示しな
いフロントパイプが連結される。ターボチャージャー４
は、タービンハウジング６とブロアハウジング７で構成
されており、タービンハウジング６内のタービン８とブ
ロアハウジング７内のブロア９はシャフト10で連結され
ている。タービンハウジング６内の排気通路、排気マニ
ホルド３から導いた排気ガスをタービン８に送り、さら
にジョイントパイプ５へ排出するメイン通路11と、ター
ビン８上流のメイン通路11から分岐しタービンをバイパ
スしてジョイントパイプ５に開口するバイパス通路12と
で構成されており、バイパス通路12の入口13には、ダイ
アフラム式のアクチュエータ14によって開閉作動するウ
エストゲートバルブ15が設けられている。ウエストゲー
トバルブ15は、過給圧が所定値を越えると開き、それに
よって過給圧は所定値以下に維持される。

ジョイントパイプ５のターボチャージャー側連結部はタ
ービンハウジング６のメイン通路11およびバイパス通路
12の壁面を延長し隔壁を取り払った形状であって、実質
的にはタービンハウジング６内メイン通路11の延長部で
ある。ところで、タービンハウジング６内のバイパス通
路12は、出口部がメイン通路11と平行でほぼ水平方向に
延びており、また、その出口部は通路上壁がメイン通路
上壁よりも上方に位置するよう形成されており、したが
って、その延長上にあるジョイントパイプ５内排気通路
5aの上壁部は、第２図に断面で示すように、メイン通路
11壁面の延長部分に対してバイパス通路12壁面の延長部
分の方が上方に湾曲して高くなっている。その低い方の
メイン通路11上壁の延長上にO₂センサ16が取り付けられ
ている。

このように構成されているので、バイパス通路12が閉じ
られた始動時あるいは低・中負荷時には、メイン通路11
を流れる排気ガスの高温部がO₂センサを加熱してこれを
活性化し、またその活性状態を維持させる。また、高負
荷になってウエストゲートバルブ16が開いても、バイパ
ス通路12からの排気ガスは主としてバイパス通路12上壁
の延長方向に流れ、高温のバイパスガスがO₂センサに多
量に当たることはないため、、O₂センサが過熱状態とな
るようなことはない。

なお、上記実施例では、O₂センサをタービンハウジング
下流のジョイントパイプに配設したものを説明したが、
バイパス通路をタービンハウジング内においてメイン通
路に合流せしめ、タービンハウジング内合流位置下流の
メイン通路上壁にO₂センサを取り付けることも可能であ
る。また、本考案は、仕切壁を設けない排気マニホルド
を備えたエンジンに対しても適用でき、また、４気筒以
外のエンジンに対しても適用することができる。

（考案の効果）本考案は以上のように構成されているので、排気タービ
ンをバイパスする高温のガスによってタービン下流に設
けた排気センサの熱劣化が進むのを防止することができ
る。しかも、低・中負荷時に排気センサの活性を確保す
ることができ、また、始動時には排気センサの活性化を
速やかに行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の正面図、第２図は第１図の
要部断面側面図、第３図は同実施例を模式的に示した断
面図である。 2:排気マニホルド、4:排気ターボチャージャー、5:ジョ
イントパイプ、6:タービンハウジング、8:タービン、1
1:メイン通路、12:バイパス通路、15:ウエストゲートバ
ルブ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】排気タービン上流の上流側排気通路から分
岐して排気タービン下流の下流側排気通路に合流しその
間にウエストゲートバルブを備えるバイパス通路を、該
バイパス通路と前記下流側排気通路との合流部において
該パイパス通路上壁が前記下流側排気通路上壁よりも上
方に位置するよう形成するとともに、排気センサを前記
合流部において前記下流側排気通路上壁に臨設せしめた
ことを特徴とする過給機付エンジンの排気センサ取付構
造。