JPWO2015068504A1

JPWO2015068504A1 - 排気構造

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Publication number: JPWO2015068504A1
Application number: JP2015546348A
Authority: JP
Inventors: 和将石井; 憲隆山本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: US10436105B2; DE112014005101B4; CN105705745B; US20160281592A1; JP6289493B2; CN105705745A; DE112014005101T5; WO2015068504A1

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。