JPH07269393A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】排気温の検出精度を高めつつ、排気温センサが
脱落したり欠損したりしても、ターボチャージャのター
ビンの破損を確実に防止する。 【構成】排気装置は排気管13,14 、ターボチャージャ1
7,18 のタービン17a,18a、バイパス管19,20 、ウエイス
トゲートバルブ22及び排気温センサ25を備える。バイパ
ス管19,20 はタービン17a,18a を迂回した状態で、排気
管13,14 のタービン17a,18a 上流及び下流間を連通させ
る。ウエイストゲートバルブ22はバイパス管19,20 の合
流部21内に開閉可能に設けられ、ターボチャージャ17,1
8 により昇圧された吸入空気の圧力が設定値よりも高く
なるのを防止する。排気温センサ25は機関本体2 から排
出された直後の排気ガスの温度を検出する。バイパス管
19,20 のウエイストゲートバルブ22よりも上流部分の少
なくとも一部はタービン17a,18a よりも低い位置にあ
り、その低位置部分に排気温センサ25が取付けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はターボチャージャを搭載
した内燃機関の排気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の出力を向上させる手段
の一つとして、吸入空気を大気圧以上に昇圧し、その昇
圧により高密度となった吸入空気をシリンダ内に供給
（過給）するようにした、いわゆる過給機が知られてい
る。この過給機のうちのターボチャージャは、排気ガス
によりタービンを回転させ、そのタービンと同軸上のコ
ンプレッサを駆動することにより過給を行うものであ
る。

【０００３】このようなターボチャージャを搭載した内
燃機関においては、排気管内を通過する排気ガスの温度
（排気温）を検出するための排気温センサが、通常、そ
の排気管のターボチャージャよりも下流に配設されてい
る（例えば、実開平３−４９３３２号公報参照）。

【０００４】ところで、排気温はターボチャージャの作
動により変化し、そのターボチャージャの上流と下流と
では異なる値になる。このため、内燃機関の運転状態を
把握するために、その内燃機関から排出された直後の排
気ガスを精度良く検出するには、排気温センサをターボ
チャージャの上流に配設することが望ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単に排
気温センサを排気管のターボチャージャよりも上流に配
設するのみでは、万が一、排気温センサが排気管から脱
落したり、その排気温センサの一部が欠損したりする
と、次の問題が生ずる。排気温センサが排気ガスの流れ
にのって排気管内を移動し、ターボチャージャのタービ
ンに衝突する。この衝突によりタービンが破損するおそ
れがある。

【０００６】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、排気温の検出精度を高めつつ、
排気温センサが脱落したり欠損したりしてもターボチャ
ージャのタービンが破損するのを確実に防止できる内燃
機関の排気装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項に記載の発明は、内燃機関の機関本体の作動に
より生じた排気ガスを、同機関本体の外部へ導くための
排気管と、前記機関本体への吸入空気を昇圧させるため
のターボチャージャの一部を構成し、かつ前記排気管内
に回転可能に配設されたタービンと、前記タービンを迂
回した状態で、前記排気管のタービン上流及び下流間を
連通させるバイパス管と、前記バイパス管内に開閉可能
に設けられ、前記ターボチャージャにより昇圧された吸
入空気の圧力が予め設定された値よりも高くなるのを防
止するためのウエイストゲートバルブと、前記機関本体
から排出された直後の排気ガスの温度を検出するための
排気温センサとを備えた内燃機関の排気装置であって、
前記バイパス管のウエイストゲートバルブよりも上流部
分の少なくとも一部を前記タービンよりも低くし、その
低位置部分に前記排気温センサを取付けている。

【０００８】

【作用】機関本体の作動により生じた排気ガスの一部
は、排気管のタービン上流部分からバイパス管内に流入
する。この排気ガスはバイパス管に沿って流れ、ウエイ
ストゲートバルブによってバイパス管が開放されたとき
に排気管のタービン下流部分へ導かれる。従って、バイ
パス管内を通過する排気ガスの温度（排気温）は、ター
ボチャージャの動作の影響を受けにくい。

【０００９】さらに、バイパス管のウエイストゲートバ
ルブよりも下流部分での排気温は、同バルブによってバ
イパス管が開放されている場合と閉塞されている場合と
で異なる。これに対し、バイパス管のウエイストゲート
バルブよりも上流部分ではこのような温度差は少なく、
この上流部分での排気温は機関本体から排出された直後
の排気ガスの温度に近い。従って、この上流部分に設け
られた排気温サンサによると、機関本体から排出された
直後であり、かつタービンやウエイストゲートバルブの
影響の少ない排気ガスの排気温が検出される。

【００１０】ところで、排気温センサがバイパス管から
脱落したり欠損したりした場合、その脱落片や破片は、
自重によりバイパス管のウエイストゲートバルブよりも
上流の低位置部分に残る。このため、前記脱落片等がタ
ーボチャージャへ流入してタービンに衝突することがな
い。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の排気装置を内燃機関としての
Ｖ型エンジンに適用した一実施例を図１及び図２に従っ
て説明する。

【００１２】Ｖ型エンジン１の機関本体２は複数（図２
では８つ）の気筒３を備え、これらの気筒３は二つの気
筒群４，５に分けられている。各気筒群４，５を含むバ
ンク６，７はクランクシャフト８を中心にＶ字状に配さ
れており、各々のバンク６，７の上部はシリンダヘッド
９，１０によって構成されている。

【００１３】各シリンダヘッド９，１０には吸気管１
１，１２が接続されており、機関本体２外部の空気がこ
れらの吸気管１１，１２を通って各気筒３に導入され
る。同様に、各シリンダヘッド９，１０には排気管１
３，１４が接続されており、機関本体２の作動により生
じた排気ガスがこれらの排気管１３，１４を通じて機関
本体２外部へ導出される。ここで、本明細書における
「排気管」は、管状をなす部材だけでなく、排気ガスの
流通路を有する部材の全てを含むものとする。例えば、
図１及び図２では、各シリンダヘッド９，１０からの排
気ガスを合流させるための排気マニホルド（排気分岐
管）１５，１６が示されているが、これらも排気管１
３，１４の一部を構成している。

【００１４】各シリンダヘッド９，１０に対応してター
ボチャージャ１７，１８が設けられている。ターボチャ
ージャ１７，１８は、排気管１３，１４内に配されたタ
ービン１７ａ，１８ａと、吸気管１１，１２内に配され
たコンプレッサ１７ｂ，１８ｂと、これらのタービン１
７ａ，１８ａ及びコンプレッサ１７ｂ，１８ｂを連結す
るシャフト１７ｃ，１８ｃとを備えている。そして、機
関本体２から排出された排気ガスが排気管１３，１４内
を流通すると、その流れによってタービン１７ａ，１８
ａが回転される。これにともないタービン１７ａ，１８
ａと同軸上のコンプレッサ１７ｂ，１８ｂが回転し、吸
気管１１，１２を流れる吸入空気が昇圧される。この昇
圧により高密度となった吸入空気が各気筒３に供給（過
給）される。

【００１５】排気管１４において、タービン１８ａの上
流部分と下流部分とはバイパス管２０によって連通され
ている。また、排気管１３におけるタービン１７ａの上
流部分と、排気管１４におけるタービン１８ａの下流部
分とはバイパス管１９によって連通されている。両バイ
パス管１９，２０の下流部分は合流して一本の合流部２
１となっている。なお、各バイパス管１９，２０の途中
には、熱によるバイパス管１９，２０の膨張及び収縮を
吸収するための蛇腹状フレキシブルパイプ（可撓管）２
７，２８が介在されている。

【００１６】前記合流部２１にはウエイストゲートバル
ブ２２が取付けられている。このバルブ２２は、ターボ
チャージャ１７，１８によって昇圧された吸入空気の圧
力（過給圧）が予め設定された値よりも高くなってノッ
キングが発生するのを防止するためのものであり、アク
チュエータ２３によって作動する。より詳しくは、アク
チュエータ２３は過給圧が設定値よりも低いとき、ウエ
イストゲートバルブ２２を駆動して合流部２１を閉塞さ
せ、過給圧が設定値以上となると同バルブ２２を駆動し
て合流部２１を開放させる。この開放により、排気ガス
の一部がタービン１７ａ，１８ａを迂回して流れ、その
結果、過給圧が設定値以上となることが阻止される。

【００１７】図１に示すように、両バイパス管１９，２
０の最上流部を除く大部分は、各タービン１７ａ，１８
ａよりも低い位置に配設されている。従って、合流部２
１のウエイストゲートバルブ２２よりも上流部分はター
ビン１７ａ，１８ａよりも低くなっている。

【００１８】さらに、合流部２１において、ウエイスト
ゲートバルブ２２上流の直線状部分２１ａ上にはボス２
４が設けられており、ここに排気温センサ２５が取付け
られている。排気温センサ２５は、機関本体２から排出
された直後の排気ガスの温度（排気温）を検出するため
のものである。排気温は、機関本体２の運転状態を示す
パラメータの一つである。排気温センサ２５の棒状検出
部２５ａには、温度により電気抵抗の変化するサーミス
タが内蔵されており、排気温の変化がこのサーミスタの
電気抵抗値の変化によって検出される。

【００１９】本実施例では、検出部２５ａの比較的長い
（検出部２５ａが合流部２１の内径よりも長い）排気温
センサ２５が採用されている。そして、検出部２５ａが
ボス２４に挿通され、その検出部２５ａの先端が合流部
２１内へ突出した状態で、排気温センサ２５がボルト２
６によってボス２４に締付け固定されている。このよう
に固定された状態では、検出部２５ａが直線状部分２１
ａの軸線Ｌに対し角度θだけ傾斜している。

【００２０】以上のようにして本実施例の排気装置が構
成されている。この構成によると、機関本体２の作動に
より生じた排気ガスの一部は、各排気管１３，１４のタ
ービン１７ａ，１８ａ上流からバイパス管１９，２０内
に流入する。この排気ガスはバイパス管１９，２０に沿
って流れ、合流部２１で合流する。排気ガスはウエイス
トゲートバルブ２２によって合流部２１が開放されたと
きに排気管１４のタービン１８ａ下流へ導かれる。従っ
て、バイパス管１９，２０内を通過する排気ガスの温度
（排気温）は、ターボチャージャ１７，１８の動作の影
響を受けにくい。

【００２１】さらに、合流部２１のウエイストゲートバ
ルブ２２よりも上流部分での排気温は、同バルブ２２の
動作の影響を受けにくい。すなわち、合流部２１のウエ
イストゲートバルブ２２よりも下流部分での排気温は、
同バルブ２２によって合流部２１が開放されている場合
と閉塞されている場合とで異なる。これに対し、合流部
２１のウエイストゲートバルブ２２よりも上流ではこの
ような温度差は少なく、この上流部分での排気温は機関
本体２から排出された直後の排気ガスの温度に近い。従
って、この上流部分に設けられた排気温サンサ２５によ
ると、機関本体２から排出された直後であり、かつター
ビン１７ａ，１８ａやウエイストゲートバルブ２２の影
響の少ない排気ガスの排気温が検出される。その結果、
排気管１３，１４のタービン１７ａ，１８ａ下流に排気
温センサ２５を取付けた場合（従来技術）に比べ、排気
温の検出精度が高くなる。

【００２２】ところで、排気温センサ２５がその取付け
位置（合流部２１）から脱落したり欠損したりした場
合、その脱落片や破片は合流部２１のウエイストゲート
バルブ２２よりも上流部分に位置する。この際、合流部
２１を含む、両バイパス管１９，２０の大部分が、各タ
ービン１７ａ，１８ａよりも低い位置に配設されている
ことから、前記脱落片等は自重によりこの低位置部分に
残る。脱落片等がバイパス管１９，２０に沿って上流側
へ移動し、排気管１３，１４のタービン１７ａ，１８ａ
上流に戻ることはない。従って、脱落片等がターボチャ
ージャ１７，１８側へ流れてタービン１７ａ，１８ａに
当たるのを阻止でき、それらのタービン１７ａ，１８ａ
の破損を確実に防止できる。

【００２３】また、本実施例では一対のバイパス管１
９，２０を合流させ、この合流部２１に共通の排気温セ
ンサ２５を配置しているので、排気温センサ２５が１つ
ですみ、排気装置の部品点数を少なくできる。

【００２４】さらに、本実施例では合流部２１の直線状
部分２１ａにボス２４を設け、ここに排気温センサ２５
を斜めに取付けている。このため、合流部２１の内径よ
りも長い検出部２５ａを有する排気温センサ２５でも、
これを確実に合流部２１に取付けることができる。

【００２５】なお、本発明は次に示す別の実施例に具体
化することができる。 （１）本発明は、Ｖ型エンジン以外の往復運動機関、例
えば直列型エンジン、水平型エンジンにも適用できる。
また、ロータリエンジン等の回転運動機関にも適用でき
る。

【００２６】（２）本発明は、１つあるいは３つ以上の
ターボチャージャを搭載した内燃機関にも適用できる。 （３）図３及び図４に示すように合流部２１の一部を円
弧状に湾曲形成するとともにこの湾曲部分２１ｂにボス
２４を設け、検出部２５ａがウエイストゲートバルブ２
２側へ向けて延びるように、排気温センサ２５をボス２
４に取付けてもよい。この場合にも、前記実施例と同様
に、検出部２５ａの長い排気温センサ２５を合流部２１
に取付けることができる。

【００２７】（４）前記実施例では、排気管１３のター
ビン１７ａ上流から分岐したバイパス管１９を反対側の
排気管１４のタービン１８ａ下流に接続したが、このバ
イパス管１９を同一の排気管１３のタービン１７ａ下流
に接続してもよい。この場合には、バイパス管１９，２
０毎にウエイストゲートバルブ及び排気温センサを取付
けることになる。

【００２８】（５）検出部２５ａの短い（合流部２１の
内径よりも短い）排気温センサ２５を採用してもよい。
この場合には、検出部２５ａが合流部２１の直線状部分
２１ａの軸線Ｌに対し直交するようにして、排気温セン
サ２５を合流部２１に取付けてもよい。

【００２９】（６）バイパス管１９，２０は、その少な
くとも一部がタービン１７ａ，１８ａよりも低くなって
いればよい。この条件を満たす態様は種々考えられ、例
えば、バイパス管１９，２０の全体をタービン１７ａ，
１８ａよりも低くしたり、合流部２１のみをタービン１
７ａ，１８ａよりも低くしてもよい。

【００３０】以上、本発明の各実施例について説明した
が、各実施例から把握できる請求項以外の技術的思想に
ついて、以下にそれらの効果とともに記載する。 （イ）請求項１に記載の内燃機関の排気装置において、
前記内燃機関は一対の気筒群を有し、かつ両気筒群をＶ
字状に配したＶ型内燃機関であり、前記ターボチャージ
ャ、排気管及びバイパス管を気筒群毎に設けるととも
に、各バイパス管の下流側部分を互いに合流させて１本
の集合部とし、その集合部に共通の排気温センサ及び共
通のウエイストゲートバルブを配置した内燃機関の排気
装置。このような構成とすることにより、排気温センサ
が１つですみ、少ない部品点数で排気装置を構成するこ
とができる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、バ
イパス管のウエイストゲートバルブよりも上流部分の少
なくとも一部をターボチャージャのタービンよりも低く
し、その低位置部分に排気温センサを取付けたので、排
気温の検出精度を高めつつ、排気温センサが脱落したり
欠損したりしてもタービンの破損を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をＶ型エンジンに適用した一実施例にお
ける排気装置の正面図である。

【図２】排気装置の概略構成図である。

【図３】バイパス管に対する排気温センサの取付け位置
の別例を示す正面図である。

【図４】同じくバイパス管に対する排気温センサの取付
け位置の別例を示す平面図である。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのＶ型エンジン、２…機関本体、１
３，１４…排気管、１７，１８…ターボチャージャ、１
７ａ，１８ａ…タービン、１９，２０…バイパス管、２
２…ウエイストゲートバルブ、２５…排気温センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の機関本体の作動により生じた
   排気ガスを、同機関本体の外部へ導くための排気管と、 前記機関本体への吸入空気を昇圧させるためのターボチ
   ャージャの一部を構成し、かつ前記排気管内に回転可能
   に配設されたタービンと、 前記タービンを迂回した状態で、前記排気管のタービン
   上流及び下流間を連通させるバイパス管と、 前記バイパス管内に開閉可能に設けられ、前記ターボチ
   ャージャにより昇圧された吸入空気の圧力が予め設定さ
   れた値よりも高くなるのを防止するためのウエイストゲ
   ートバルブと、 前記機関本体から排出された直後の排気ガスの温度を検
   出するための排気温センサとを備えた内燃機関の排気装
   置であって、 前記バイパス管のウエイストゲートバルブよりも上流部
   分の少なくとも一部を前記タービンよりも低くし、その
   低位置部分に前記排気温センサを取付けた内燃機関の排
   気装置。