JPWO2015068504A1 - 排気構造 - Google Patents

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Abstract

排気構造(3)であって、排気マニホールド(20)と、タービンハウジング(50)を有する過給機(30)と、を備えている。タービンハウジング(50)は、排気マニホールド(20)に連通する流入口(50a)と、タービン翼の収容空間が形成された収容部(52)と、流入口(50a)から収容空間に通じる流入路(53a)が形成された流入部(53)と、を備えている。流入部(53)にはセンサ取付部(53b)が形成されるとともに、流入口(50a)からセンサ取付部(53b)に向かうに従って、各シリンダ(2)の配列方向の幅が漸次縮小する絞り部(53c)が形成されている。この構成では、各シリンダ(2)の燃焼状態の検出精度を高めることができる。

Description

本発明は、内燃機関の排気構造に関する。
車両に搭載される内燃機関の排気構造としては、排気マニホールドと、排気マニホールドに連結されるタービンハウジングを有する過給機と、を備えているものがある(例えば、特許文献1参照)。また、前記したような排気構造では、各シリンダの燃焼状態を検出するインバランス検知を行うためのセンサが排ガスの流路に設けられている。
特許第4544116号公報
前記したインバランス検知では、排ガスの流路に空燃比や温度等のセンサを設け、センサによってシリンダごとの排ガスの状態を検出している。したがって、一つのシリンダから排出された排ガスに、他のシリンダから排出された排ガスが、センサの上流側で混合してしまうと、各シリンダの燃焼状態の検出精度が低下するという問題がある。
本発明は、前記した問題を解決し、各シリンダの燃焼状態の検出精度を高めることができる排気構造を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明の排気構造は、内燃機関の複数のシリンダから排出された排ガスが集合する集合部が形成された排気マニホールドと、前記排気マニホールドに連結されるタービンハウジングを有する過給機と、を備えている。前記タービンハウジングは、前記集合部に連通する流入口と、タービン翼が収容される収容空間が形成された収容部と、前記流入口から前記収容空間に通じる流入路が形成された流入部と、を備えている。前記流入部には、前記流入路内の排ガスの状態を検出するセンサが取り付けられるセンサ取付部が形成されるとともに、前記流入口から前記センサ取付部に向かうに従って、前記各シリンダの配列方向の幅が漸次縮小する絞り部が形成されている。
この構成では、シリンダから排出された排ガスが絞り部に流入することで、排ガスの流速を上昇させることができる。これにより、センサの検出部周囲の排ガスの入れ替わりが促進されるため、シリンダごとの排ガスの状態をより早く検出することができる。
また、シリンダから排出された排ガスは絞り部によって絞られるため、排ガスが拡散するのを防ぐことができる。
したがって、本発明では、センサによってシリンダごとの排ガスの状態を精度良く検出することができ、各シリンダの燃焼状態の検出精度を高めることができる。
前記した排気構造において、前記各シリンダの配列方向における前記センサ取付部の中央を、前記各シリンダの配列方向における前記流入口の中央に対して、前記各シリンダの配列方向の一方側に配置することが望ましい。
このように、センサ取付部を流入口の中央に対して一方側に寄せることで、流入部に対して他方側にスペースを確保することができるため、過給機の周囲に各種部品をレイアウトし易くなる。
前記した排気構造において、前記タービンハウジングに、前記収容空間から流出口に通じる流出路と、前記流入路から前記流出路に通じるウェイストゲート通路と、を形成するとともに、前記ウェイストゲート通路内の排ガスの流量を調整するウェイストゲート弁を取り付けてもよい。この場合には、センサを流入口の中央に対して各シリンダの配列方向の一方側に寄せて、前記ウェイストゲート弁を前記流入部に対して前記各シリンダの配列方向の他方側に配置することが望ましい。
この構成では、流入部に対して他方側に確保したスペースを利用してウェイストゲート弁を配置することができるため、過給機の設置スペースを小さくすることができる。
前記した排気構造において、前記タービンハウジングには、前記収容空間から流出口に通じる流出路と、前記流入路から前記流出路に通じるウェイストゲート通路と、を形成し、前記流入路と前記ウェイストゲート通路との連結部を、前記センサ取付部に対して前記排ガスの流通方向の下流側に形成することが望ましい。
この構成では、センサの下流側で排ガスがウェイストゲート通路に流入するため、センサによる排ガスの検出精度に影響を与えるのを防ぐことができる。
前記した排気構造において、前記タービンハウジングの少なくとも一部を覆う遮熱カバーを備えている場合には、前記遮熱カバーに導風口を開口し、遮熱カバー内に外気を導入することで、センサの温度上昇を防ぐことが望ましい。
さらに、前記内燃機関が車両に搭載されている場合には、前記遮熱カバーの前記導風口を前記車両の下方に向けて開口させることが望ましい。この構成では、遮熱カバーによる車両前方への遮熱効果を損なうことなく、遮熱カバー内のセンサの温度上昇を防ぐことができる。
前記した排気構造において、前記排気マニホールドを前記内燃機関のシリンダヘッド内に設け、前記タービンハウジングに対して、前記シリンダの配列方向の他方側に排気浄化装置を設けてもよい。この場合には、前記タービンハウジングと前記排気浄化装置との間に設けられた連絡通路を前記各シリンダの配列方向から前記シリンダの軸線方向に向けて屈曲させ、前記排気浄化装置を前記シリンダの軸線方向に沿って延ばすことができる。
この構成では、センサ取付部を流入口の中央に対して一方側に寄せることで、タービンハウジングの他方側に連結される連絡通路を一方側に寄せることができる。これにより、タービンハウジングと排気浄化装置との間の連絡通路を、各シリンダの配列方向からシリンダの軸線方向に向けて略直角に屈曲させ、排気浄化装置をシリンダの軸線方向に沿って延ばすことができる。したがって、各シリンダの配列方向において排気浄化装置を内燃機関の幅内に納めつつ、連絡通路における排ガスの圧力損失を小さくすることができる。
また、タービンハウジングを内燃機関に取り付けるための取付部が、タービンハウジングに対して他方側に設けられている場合には、タービンハウジングを一方側に寄せることで、取付部に対してボルト等の固定部材を組み付けるための工具を、内燃機関の周囲から取付部に配置し易くなるため、タービンハウジングを内燃機関に取り付け易くなる。
また、排気浄化装置は内燃機関の近傍に配置されるとともに、過給機から排出された高温の排ガスが排気浄化装置に直接流入するため、排気浄化装置内の触媒の温度を早期に上昇させることができる。
本発明の排気構造では、一つのシリンダから排出された排ガスに、他のシリンダから排出された排ガスが、センサの上流側で混合するのを抑制するとともに、排ガスが拡散するのを防ぐことができるため、シリンダごとの排ガスの状態を精度良く検出することができ、各シリンダの燃焼状態の検出精度を高めることができる。
本実施形態の排気構造を前斜め上方から見た図である。 本実施形態の排気構造の概略構成図である。 本実施形態の排気構造を前斜め下方から見た図である。 本実施形態の排気構造を前方から見た図である。 本実施形態の遮熱カバーの導風口を示した側断面図である。
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態では、本発明の排気構造を自動車用の内燃機関(エンジン)に適用した場合について説明する。
なお、以下の説明における前後方向とは、車両の走行方向の前後に一致しており、左右方向とは、車両前方から内燃機関を見たときの左右方向である。また、以下の説明における上流および下流とは、空気や排ガスの流通方向の上流および下流である。
本実施形態の内燃機関1は、図1に示すように、四つのシリンダ2が左右方向に並設されている。各シリンダ2の軸線は上下方向に延ばされている。
図2に示すように、各シリンダ2の吸気ポート2aには吸気通路10が連結されている。吸気通路10にはインタークーラー11が設けられている。
排気構造3は、各シリンダ2の排気ポート2bに接続された排気マニホールド20と、吸気通路10および排気マニホールド20に連結される過給機30と、過給機30に連結される排気浄化装置60と、を備えている。
排気マニホールド20には、各シリンダ2から排出された排ガスが集合する集合部21が形成されている。排気マニホールド20はシリンダヘッド1a内に設けられている。
過給機30は、コンプレッサハウジング40およびタービンハウジング50を備え、コンプレッサハウジング40とタービンハウジング50とは左右方向に並設されている(図1参照)。
コンプレッサハウジング40には収容空間42aが形成されている。この収容空間42aにはコンプレッサ翼41が収容されている。また、収容空間42aには吸気通路10の上流側および下流側が連結されている。
タービンハウジング50は、排気マニホールド20の集合部21に連通する流入口50aと、収容空間52aが形成された収容部52と、流入口50aから収容空間52aに通じる流入路53aが形成された流入部53と、収容空間52aから流出口50bに通じる流出路54aが形成された流出部54と、流入路53aから流出路54aに通じるウェイストゲート通路55と、を備えている。
収容部52の収容空間52aにはタービン翼51が収容されている。タービン翼51は連結軸31によってコンプレッサ翼41に連結されており、タービン翼51の回転に連動してコンプレッサ翼41が回転する。
ウェイストゲート通路55にはウェイストゲート弁56が設けられている。ウェイストゲート弁56は開閉弁であり、図示しない制御装置によって開閉する。
過給機30では、各シリンダ2から排出された排ガスがタービンハウジング50の流入路53aを通って収容空間52a内に流入し、排ガスによってタービン翼51が回転する。そして、タービン翼51の回転に連動してコンプレッサ翼41が回転し、吸気通路10の上流側からコンプレッサハウジング40の収容空間42a内に空気が吸引される。さらに、コンプレッサハウジング40の収容空間42aから吸気通路10の下流側に加圧された空気が排出され、各シリンダ2に加圧された空気が送り込まれる。
なお、内燃機関1が高回転で駆動すると、タービン翼51の回転速度が上昇し、コンプレッサハウジング40から各シリンダ2に送り込まれる空気の過給圧が必要以上に大きくなる場合がある。このときには、ウェイストゲート弁56を開弁させ、流入路53a内の排ガスの一部を、ウェイストゲート通路55を通じて、流出路54aに流入させる。これにより、流入路53aから収容空間52a内に流入する排ガスの量が少なくなり、タービン翼51およびコンプレッサ翼41の回転速度が低下し、コンプレッサハウジング40から各シリンダ2に送り込まれる空気の過給圧が低下する。
タービンハウジング50には、図1に示すように、シリンダヘッド1aの前面に取り付けられる固定用フランジ57が形成されている。固定用フランジ57の接合面には流入口50aが開口している。
図3に示すように、固定用フランジ57の上縁部および左右下隅部には、複数の取付穴57aが貫通している。そして、各取付穴57aに挿通させたボルトをシリンダヘッド1a(図1参照)のねじ穴に螺合させることで、タービンハウジング50がシリンダヘッド1aに固定される。
流入部53は、図5に示すように、流入口50aから前方に向けて突出しており、下巻きに湾曲している。
流入部53において、流入口50aと収容空間52aとの間の略中間部には、センサ58が取り付けられるセンサ取付部53bが形成されている。センサ取付部53bの外側の壁部にはセンサ58が挿通される取付穴が貫通している。
センサ取付部53bの左右方向の幅は、図1に示すように、流入口50aの左右方向の幅よりも縮小されている。センサ取付部53bの左右方向の中央には取付穴が形成されている。
センサ取付部53bの左右方向の中央は、流入口50aの左右方向の中央に対して左側に配置されている。すなわち、図1において流入路53aの延長方向に延ばされるとともに、流入口50aの左右方向の中央を通る直線L1に対して、左側にオフセットされた直線L2上に、センサ取付部53bの左右方向の中央が配置されている。
センサ取付部53b内の流入路53aの左縁部と、流入口50aの左端部とは、左右方向において同じ位置に配置されている。
流入部53において、流入口50aとセンサ取付部53bとの間には、絞り部53cが形成されている。
絞り部53cは、流入口50aからセンサ取付部53bに向かうに従って、左右方向の幅が漸次縮小している。すなわち、絞り部53cは、流入路53aの下流側に向かうに従って、左右方向の幅が漸次縮小している。
本実施形態では、流入部53の右側部53dを流入口50aからセンサ取付部53bに向かうに従って左側に漸次オフセットさせることで、絞り部53cが形成されている。なお、流入部53の左側部53eは平坦に形成されている。
流入部53は、流入口50aからセンサ取付部53bに向かうに従って、左右方向の幅が縮小されつつ、左側に寄せられている。これにより、センサ取付部53bに対して右側の領域にスペースが形成されている。
絞り部53c内の流入路53aは、絞り部53cの外形に対応して、流入口50aからセンサ取付部53bに向かうに従って、右側の内面が左側に漸次オフセットされている。したがって、流入口50aからセンサ取付部53bに向かうに従って、流入路53aの左右方向の幅が漸次縮小されている。
センサ58は、例えば、流入路53a内の排ガスの空燃比を検出するA/Fセンサである。センサ58はセンサ取付部53bの取付穴に挿通されており、検出部が流入路53a内に突出し、基部は流入部53の外側に突出している。センサ58の検出結果は図示しない制御装置に出力される。
図2に示すように、流入部53において、センサ取付部53bの下流側には、流入路53aとウェイストゲート通路55との連結部53fが形成されている。連結部53fにはウェイストゲート弁56が設けられている。ウェイストゲート弁56は、図1に示すように、流入部53に対して右側のスペースに配置されている。
また、流入部53の右側部には、左右方向を法線方向とする接続面を有する連結用フランジ50cが形成されている。連結用フランジ50cの接続面には流出口50b(図2参照)が開口している。
本実施形態では、流入部53は流入口50aからセンサ取付部53bに向かうに従って左側に寄せられている。したがって、本実施形態では、センサ取付部53bを流入口50aの左右方向の中央に配置した場合の連結用フランジの位置よりも、連結用フランジ50cが左側に寄せられている。
図4に示すように、シリンダブロック1bの前方には、排気浄化装置60が設けられている。排気浄化装置60は、タービンハウジング50と排気管4との間に設けられた触媒コンバータである。
タービンハウジング50と排気浄化装置60との間には連絡部59が設けられている。連絡部59内には連絡通路59aが形成されている。
連絡通路59aは、図2に示すように、タービンハウジング50の流出口50bと、排気浄化装置60の流入口とを連通させる流路である。連絡通路59aは、図4に示すように、左右方向(各シリンダ2の配列方向)から下方(シリンダ2の軸線方向)に向けて連絡部59内で略直角に屈曲している。
そして、連絡通路59aの上下方向に延ばされた部位の下端部には、排気浄化装置60が連結されており、排気浄化装置60は上下方向(シリンダ2の軸線方向)に沿って延ばされている。
本実施形態の排気構造3は、図5に示すように、タービンハウジング50の前方を覆う遮熱カバー70を備えている。遮熱カバー70は、タービンハウジング50で発生した熱がタービンハウジング50の周囲に配置された各種部品に伝わるのを防ぐものである。
遮熱カバー70の前面には複数の導風口71が開口している。導風口71には前側を塞ぐとともに、下側が開口している被覆部71aが形成されている。すなわち、導風口71は下方に向けて開口している。
遮熱カバー70の上面には、センサ58が挿通する挿通穴72が開口している。なお、センサ58において、タービンハウジング50から突出している部位には、円筒状のセンサ用カバー58bが取り付けられている。
センサ用カバー58bの外周面と遮熱カバー70の挿通穴72の内周面との間には隙間73が形成されている。そして、導風口71から遮熱カバー70内に流入した外気は、センサ用カバー58bと挿通穴72との隙間73および図5の紙面に垂直な方向に形成されたタービンハウジング50との隙間(図示せず)から外部に排出される。
以上のような排気構造3では、図1に示すように、シリンダ2から排出された排ガスが絞り部53cに流入することで、排ガスの流速を上昇させることができる。これにより、センサ58の検出部周囲の排ガスの入れ替わりが促進されるため、シリンダ2ごとの排ガスの状態をより早く検出することができる。
また、シリンダ2から排出された排ガスは絞り部53cによって絞られるため、排ガスが拡散するのを防ぐことができる。
また、ウェイストゲート弁56を開弁したときに、センサ58の下流側で排ガスがウェイストゲート通路55(図2参照)に流入するため、センサ58による排ガスの検出精度に影響を与えるのを防ぐことができる。
したがって、本実施形態の排気構造3では、センサ58によってシリンダ2ごとの排ガスの状態を精度良く検出することができ、各シリンダ2の燃焼状態の検出精度を高めることができる。
本実施形態の排気構造3では、センサ取付部53bを流入口50aの左右方向の中央に対して左側に寄せることで、流入部53に対して右側にスペースを確保することができる。そして、流入部53に対して右側に確保したスペースに、ウェイストゲート弁56を配置しているため、過給機30の設置スペースが小さくなっている。
また、図4に示すように、タービンハウジング50の右側部に連結される連絡部59を左側に寄せることができる。これにより、タービンハウジング50と排気浄化装置60との間の連絡通路59aを、左右方向から下方に向けて略直角に屈曲させ、排気浄化装置60を上下方向に延ばすことができる。したがって、排気浄化装置60を内燃機関1の左右方向の幅内に納めつつ、連絡通路59aにおける排ガスの圧力損失を小さくすることができ、排気効率を高めることができる。
また、図3に示すように、連結用フランジ50cを固定用フランジ57の右下隅部の取付穴57aよりも左側に配置することができ、取付穴57aの前方にスペースを形成することができる。これにより、取付穴57aに挿入したボルトをシリンダヘッド1a(図1参照)に取り付けるときに、内燃機関1の側方からシリンダヘッド1aの前方に工具を挿入して、ボルトを締め付けることができる。このように、工具を内燃機関1の側方から直線状に配置することができるため、固定用フランジ57をシリンダヘッド1aに取り付け易くなり、作業効率を高めることができる。
また、排気浄化装置60はシリンダブロック1bの近傍に配置されるとともに、過給機30から排出された高温の排ガスが排気浄化装置60に直接流入するため、排気浄化装置60内の触媒の温度を早期に上昇させることができる。
本実施形態の排気構造3では、図5に示すように、タービンハウジング50を覆う遮熱カバー70に導風口71が開口しているため、遮熱カバー70内に外気を導入して、センサ58の温度上昇を防ぐことができる。さらに、遮熱カバー70の導風口71は下方に向けて開口しているため、遮熱カバー70による前方への遮熱効果を損なうことなく、遮熱カバー70内のセンサ58の温度上昇を防ぐことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
本実施形態の絞り部53cでは、図1に示すように、流入部53の右側部53dを流入口50aからセンサ取付部53bに向かうに従って、左側に漸次オフセットさせている。
しかしながら、流入部53の左側部53eを流入口50aからセンサ取付部53bに向かうに従って、右側に漸次オフセットさせることで絞り部を形成してもよい。
さらに、流入部53の右側部53dおよび左側部53eの両方を流入口50aからセンサ取付部53bに向かうに従って、内側に漸次オフセットさせることで絞り部を形成してもよい。
本実施形態では、排気マニホールド20がシリンダヘッド1a内に設けられているが、排気マニホールド20をシリンダヘッド1aの外部に設けてもよい。
本実施形態のタービンハウジング50の流入部53は、図5に示すように、下巻きに形成されているが、上巻きや横巻きに形成してもよい。
本実施形態のセンサ58は、図1に示すように、流入路53a内の排ガスの空燃比を検出しているが、排ガスの温度や酸素量等の状態を検出する各種のセンサを用いることができる。
本実施形態では、各シリンダ2の軸線方向が上下方向に配置されているが、その方向は限定されるものではない。
1 内燃機関
1a シリンダヘッド
1b シリンダブロック
2 シリンダ
3 排気構造
10 吸気通路
11 インタークーラー
20 排気マニホールド
21 集合部
30 過給機
31 連結軸
40 コンプレッサハウジング
41 コンプレッサ翼
42a 収容空間
50 タービンハウジング
50a 流入口
50b 流出口
50c 連結用フランジ
51 タービン翼
52 収容部
52a 収容空間
53 流入部
53a 流入路
53b センサ取付部
53c 絞り部
53f 連結部
54 流出部
54a 流出路
55 ウェイストゲート通路
56 ウェイストゲート弁
57 固定用フランジ
58 センサ
59 連絡部
59a 連絡通路
60 排気浄化装置
70 遮熱カバー
71 導風口

Claims (7)

  1. 内燃機関の複数のシリンダから排出された排ガスが集合する集合部が形成された排気マニホールドと、
    前記排気マニホールドに連結されるタービンハウジングを有する過給機と、を備え、
    前記タービンハウジングは、
    前記集合部に連通する流入口と、
    タービン翼が収容される収容空間が形成された収容部と、
    前記流入口から前記収容空間に通じる流入路が形成された流入部と、を備えており、
    前記流入部には、
    前記流入路内の排ガスの状態を検出するセンサが取り付けられるセンサ取付部が形成されるとともに、
    前記流入口から前記センサ取付部に向かうに従って、前記各シリンダの配列方向の幅が漸次縮小する絞り部が形成されていることを特徴とする排気構造。
  2. 前記各シリンダの配列方向における前記センサ取付部の中央は、前記各シリンダの配列方向における前記流入口の中央に対して、前記各シリンダの配列方向の一方側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の排気構造。
  3. 前記タービンハウジングには、
    前記収容空間から流出口に通じる流出路と、
    前記流入路から前記流出路に通じるウェイストゲート通路と、が形成されるとともに、
    前記ウェイストゲート通路内の排ガスの流量を調整するウェイストゲート弁が取り付けられており、
    前記ウェイストゲート弁は、前記流入部に対して前記各シリンダの配列方向の他方側に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の排気構造。
  4. 前記タービンハウジングには、
    前記収容空間から流出口に通じる流出路と、
    前記流入路から前記流出路に通じるウェイストゲート通路と、が形成されており、
    前記流入路と前記ウェイストゲート通路との連結部は、
    前記センサ取付部に対して前記排ガスの流通方向の下流側に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気構造。
  5. 前記タービンハウジングの少なくとも一部を覆う遮熱カバーを備え、
    前記遮熱カバーには導風口が開口していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気構造。
  6. 前記内燃機関は車両に搭載されており、
    前記遮熱カバーの前記導風口は、前記車両の下方に向けて開口していることを特徴とする請求項5に記載の排気構造。
  7. 前記排気マニホールドは、前記内燃機関のシリンダヘッド内に設けられており、
    前記タービンハウジングに対して、前記シリンダの配列方向の他方側には、排気浄化装置が設けられ、
    前記タービンハウジングと前記排気浄化装置との間に設けられた連絡通路は、前記各シリンダの配列方向から前記シリンダの軸線方向に向けて屈曲し、
    前記排気浄化装置は、前記シリンダの軸線方向に沿って延ばされていることを特徴とする請求項2に記載の排気構造。
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