JP6589944B2 - 内燃機関の排気システム - Google Patents
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Description
場合がある。排気浄化触媒の暖機過程において、上流側触媒端面がある程度暖まっている状態で、凝縮水を含むバイパス排気が該上流側触媒端面に当たると、該上流側触媒端面において凝縮水が沸騰する場合がある。上流側触媒端面において凝縮水が沸騰すると、該上流側触媒端面から特定通路側へ向かって飛散する水分(以下、「逆流水」と称する場合もある。)が発生する可能性がある。ここで、タービンと排気浄化触媒とを、上記したように、タービンと排気浄化触媒とが所定の近接状態となり、且つ、タービン出口部の軸線の延長線が特定通路の壁面と交差せずに上流側触媒端面と交差するように配置する場合において、つまり、特定通路を略直線状の短い通路で形成する場合において、排気センサが特定通路に不用意に配置されると、上記の逆流水によって排気センサが被水する可能性がある。なお、上記した逆流水は、排気浄化触媒の軸方向と平行に飛散し易い。言い換えると、上記した逆流水は、上流側触媒端面から特定通路へ向けて、上流側触媒端面と略垂直に飛散する傾向がある。よって、上記した逆流水は、上流側触媒端面において凝縮水が衝突する部位(所定部位)を排気浄化触媒の軸方向に沿って特定通路側へ仮想的に延長した領域(以下、「飛散領域」と称する場合もある。)に飛散すると推定することができる。そのため、排気センサが上記の飛散領域に配置されると、該排気センサが逆流水によって被水し易くなる。
タービン出口部の軸方向(タービン出口部の軸線の延長線)と平行な方向へ直線的に進み易い。よって、タービン出口部の端面を該タービン出口部の軸方向に沿って前記特定通路側へ延長した領域(以下、「タービン凝縮水流通領域」と称する場合もある。)に排気センサが配置されると、タービンから特定通路へ流出した凝縮水によって排気センサが被水する可能性がある。これに対し、排気浄化触媒の軸方向と直交する方向における排気センサと前記飛散領域との離散距離が第一の距離以上となる位置であって、且つタービン出口部の軸方向と直交する方向における排気センサとタービン凝縮水流通領域との離間距離が第二の距離以上となる位置に、排気センサが配置されると、逆流水に起因する排気センサの被水に加え、タービン排気に含まれる凝縮水に起因する排気センサの被水も抑制することができる。
<内燃機関とその排気システムの構成>
図1は、本実施形態に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を備えた火花点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)である。ただし、本発明は、圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)にも適用することができる。内燃機関1には、各吸気ポートへ燃料を噴射する燃料噴射弁3が設けられている。なお、燃料噴射弁3は、各気筒2内へ直接燃料を噴射するように構成されてもよい。また、各気筒2には、筒内の混合気に着火するための点火プラグ(図示略)が取り付けられている。
差するように構成される。なお、図2Aに示す例では、バイパス通路602の軸線の延長線L1は、上流側触媒端面70aの中心部分と交差するように構成されているが、中心部分以外の部位と交差するように構成されてもよい。また、タービン60aと排気浄化触媒70とは、タービン出口部601の軸線の延長線が、特定通路5aの壁面と交差せずに上流側触媒端面70aと交差するように構成されている。言い換えると、タービン60aと排気浄化触媒70とは、特定通路5aが略直線状になるように構成されている。
ンサ8の出力信号に基づいて内燃機関1の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ9の出力信号に基づいて内燃機関1の機関負荷を導出する。また、ECU20は、エアフローメータ43の出力値に基づいて、内燃機関1から排出される排気の流量を推定し、温度センサ51の出力値に基づいて排気浄化触媒70の温度を推定する。
次に、図3及び図4に基づいて、空燃比センサ10の構造について簡単に説明する。図3は、図1における空燃比センサ10付近の模式的な拡大断面図である。また、図4は、空燃比センサ10の先端部近傍の縦断面図である。
7にはヒータ18が埋設されていて、ヒータ18は、図示しない外部の電気回路から電力の供給を受けることにより、センサ本体100を加熱することができる。なお、この電気回路はECU20と電気的に接続されており、ヒータ18に供給される電力はECU20によって制御される。そして、センサ素子11とヒータ層17との間には大気室19が形成されている。大気室19は、図示しない大気孔を介して大気に連通されており、空燃比センサ10が特定通路5a内に配置された状態であっても、大気側電極13は大気に曝された状態に維持される。
上述したように、センサ素子11の温度が活性温度よりも低い場合には、センサ素子11において酸素イオンが伝播しない。そのため、内燃機関1が冷間状態にあるときには、センサ本体100がヒータ18によって加熱される。一方、内燃機関1が冷間状態にあるときには、排気通路5、特定通路5a、タービン60a、タービンスクロール(不図示)、及びバイパス通路602において排気中の水分が凝縮水となり得る。ここで、仮に凝縮水によって空燃比センサ10が被水すると、それに伴ってセンサ本体100も被水する可能性がある。センサ本体100が被水した場合は、ヒータ18によって加熱されたセンサ素子11が急冷却され、センサ素子11が割れてしまう虞がある。また、センサ本体100が被水した場合は、排気の空燃比を正確に検出できなくなる虞がある。このように、特定通路5aに設けられた空燃比センサ10が凝縮水によって被水すると、該空燃比センサ10に異常が生じてしまう虞がある。なお、上述したような異常が発生し得るセンサは空燃比センサ10に限られず、酸素イオン導電性固体電解質からなるセンサ素子と、該センサ素子を昇温するヒータと、を有するセンサ(例えば、酸素センサやNOXセンサ)においても同様の異常が発生し得る。したがって、特定通路5aに仮に酸素センサやNOXセンサといったセンサが配置される場合においては、それらのセンサも本発明における排気センサに相当する。
5には、内燃機関1の冷間状態においてWGV603が全開状態にあるときの、タービンハウジング60と特定通路5aの縦断面図を示している。そして、図5中の領域Aは、バイパス通路602から特定通路5aへ流出したバイパス排気が流通する領域(以下、「バイパス排気流通領域A」と称する場合もある。)を示している。また、図5中の領域Bは、バイパス排気に含まれる凝縮水が上流側触媒端面70aで沸騰した際に発生する逆流水が飛散する領域(以下、「飛散領域B」と称する場合もある。)を示している。
気に含まれる凝縮水に起因する空燃比センサ10の被水も抑制することができる。
次に、本発明の第二の実施形態について、図6に基づいて説明する。なお、本実施形態において、前述した第一の実施形態と実質的に同一の構成については、その説明を省略する。
とする。このような第二の距離d2は、実験やシミュレーションの結果に基づいて予め設定しておくものとする。
前述した第二の実施形態では、エキゾーストマニホールド50に接続された排気通路5が車載状態における鉛直方向の上側へ向かって延在していて、該排気通路5のエキゾーストマニホールド50に接続された側と反対側の端部がタービンハウジング60に接続される構成、すなわち、タービンハウジング60におけるタービン60aの位置がバイパス通路602よりも鉛直方向における上方に配置される構成において、凝縮水によるセンサ素
子11の被水を抑制する例について述べた。
5 排気通路
5a 特定通路
6 過給機
7 触媒ケーシング
7b コーン部(テーパ部)
10 空燃比センサ(排気センサ)
10 保護カバー
50 エキゾーストマニホールド
60 タービンハウジング
60a タービン
70 排気浄化触媒
70a 上流側触媒端面
601 タービン出口部
602 バイパス通路
603 ウェストゲートバルブ
Claims (3)
- 内燃機関の排気通路に配置されるタービンを具備する過給機と、
前記タービンより下流の前記排気通路に配置される排気浄化触媒と、
前記タービンより上流の前記排気通路から分岐し、該タービンを迂回して前記排気浄化触媒より上流の前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路における排気の流路断面積を変更するウェストゲートバルブと、
前記タービンと前記排気浄化触媒との間の前記排気通路である特定通路に配置される排気センサと、
を備え、
前記タービンと前記排気浄化触媒とは、該タービンと該排気浄化触媒とが所定の近接状態となり、且つ、該タービンの出口部の軸線の延長線が前記特定通路の壁面と交差せずに該排気浄化触媒の上流側端面と交差するように配置され、
前記バイパス通路と前記ウェストゲートバルブとは、該ウェストゲートバルブの開度が所定開度以上であるときに該バイパス通路から流出する排気であるバイパス排気が、前記排気浄化触媒の上流側端面における一部の部位である所定部位を指向して流れるように構成される、
内燃機関の排気システムにおいて、
前記排気センサは、前記所定部位を前記排気浄化触媒の軸方向に沿って前記特定通路側へ仮想的に延長した領域に対して、前記排気浄化触媒の軸方向と直交する方向へ第一の距離以上に離間して配置される、
内燃機関の排気システム。 - 前記排気センサは、前記所定部位を前記排気浄化触媒の軸方向に沿って前記特定通路側へ仮想的に延長した領域に対して、前記排気浄化触媒の軸方向と直交する方向へ前記第一の距離以上に離間した位置であって、さらに、前記タービンの出口部の端面を該出口部の軸方向に沿って前記特定通路側へ仮想的に延長した領域に対して、該出口部の軸方向と直交する方向へ第二の距離以上に離間した位置に配置される、
請求項1に記載の内燃機関の排気システム。 - 前記特定通路は、前記タービンから前記排気浄化触媒へ至る途中から、該特定通路の通路径が連続的に拡大するテーパ部を含み、
前記排気センサは、前記テーパ部に配置される、
請求項1又は2に記載の内燃機関の排気システム。
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