JPH0430357Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はターボチヤージヤ付き内燃機関におい
て空燃比制御に用いられる酸素センサを排気ガス
の熱から保護する装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の排気ガス浄化のため、排気ガス中の
CO，HO，NOxの３成分のいずれをも浄化可能
な三元触媒を用いることは周知である。三元触媒
を効果的に作用させるためには、燃焼用空燃混合
物の空燃比を理論空燃比に制御することが必要で
ある。このため、排気ガス中の酸素濃度を検出す
る酸素センサを排気管に設置し、酸素センサから
の信号により空燃比をフイードバツク制御してい
る。

今日の酸素センサは、例えば、有底筒状のジル
コニア素子の内外両面に白金のコーテイングを施
して成り、その内面に接触する大気と外面に接触
する排気ガスとの間に酸素濃度差があると電圧を
発生するものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

この種の酸素センサは排気管内部に突出させて
設置されるため、高温排気ガス流に直接さらさ
れ、熱により性能が劣化する惧れがある。そこ
で、従来技術においては、排気マニホルド又は排
気管に凹部（外形上の膨大部）を設け、この凹部
に酸素センサを取付けると共に、凹部への排気ガ
ス流の流入を抑制するバイメタルを設け、これに
より酸素センサを排気ガス流の熱から保護する様
にしたものが提案されている（実開昭52−138106
号公報）。この保護装置は通常のエンジンにおい
ては効果的に酸素センサを対熱保護し得るもので
ある。

しかし、ターボチヤージヤ付きエンジンにおい
ては、過給時に高出力が得られる反面、排気ガス
温度は非常に高くなるので、酸素センサの対熱保
護は特に望ましい。しかし、ターボチヤージヤ付
きエンジンでは、ターボチヤージヤを設置するた
めに排気管の構造に制約を受け、上掲の提案を適
用するのが困難である。

本考案の目的は、ターボチヤージヤ付きエンジ
ンにおいて、排気管の外形上の構成を大きく変え
ることなく酸素センサを排気ガス流の熱から有効
に保護し得る様な対熱保護装置を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案はこの課題を解決するために、ターボチ
ヤージヤと、前記ターボチヤージヤの一部として
排気タービンを収容しているタービンハウジング
と、前記排気タービンのために前記タービンハウ
ジングに設けられたガス入口をエンジンの燃焼室
に接続する排気管と、前記排気タービンを迂回す
るように前記ガス入口よりも上流側の前記排気管
から分岐して設けられた排気のバイパス通路と、
前記排気管における分岐点に設けられ過給圧力上
昇時に前記バイパス通路の入口を開くと同時に前
記排気管の流路を狭めて前記排気タービンへの排
気流量を制限する制御弁と、過給圧力上昇時に前
記制御弁が前記バイパス通路の前記入口を開くと
共に前記排気管の流路を狭めて前記排気タービン
への排気流量を制限した時に前記制御弁によつて
覆われる前記排気管内の位置に設けられた酸素セ
ンサとよりなり、排気ガス温度が高くなる過給圧
力上昇時に前記制御弁により前記酸素センサを高
温の排気ガス流の熱から保護するように構成した
ことを特徴とするターボチヤージヤ付き内燃機関
の酸素センサの対熱保護装置を提供する。

〔作用〕

排気ガス温度が高くなる過給圧力上昇時には、
制御弁がバイパス通路を開いて排気管からバイパ
ス通路の方へ排気ガスの一部を分流させるが、制
御弁はバイパス通路を開くと同時に排気管の流路
を狭めるので、排気タービンへの排気流量が制限
されて過給圧力の上昇が抑えられ、機関本体やタ
ーボチヤージヤ自体を保護する。本考案において
は、このように排気ガス温度が高くなる過給圧力
上昇時に、排気管の流路を狭めるように作動する
制御弁を利用して、制御弁によつて覆われる排気
管内の一部分に酸素センサを設けるので、高温の
排気ガス流が制御弁によつてそらされて酸素セン
サに直接衝突することがなくなり、酸素センサの
過熱による劣化を防止することができる。

〔実施例〕

次に、添付図面を参照して本考案の実施例を説
明する。第１図に示すように、ターボチヤージヤ
１０はセンターハウジング１２とコンプレツサハ
ウジング１４とタービンハウジング１６とを備え
ている。コンプレツサハウジング１４にはインペ
ラ１８が、タービンハウジング１６には排気ター
ビン２０が夫々収蔵してあり、センターハウジン
グ１２に軸支された一体のシヤフトに夫々固定し
てある。コンプレツサハウジング１４の入口には
スロツトル弁２２を備えた吸気管路２４が接続し
てあり、コンプレツサハウジング１４の吐出側に
は吸気弁２６を介してエンジン燃焼室２８に連通
した吸気管３０が接続してある。タービンハウジ
ング１６のガス入口は排気管３２により燃焼室２
８に接続してある。従つて、燃焼室２８での燃焼
により発生した高温高圧の排気ガスにより排気タ
ービン２０が回転せしめられて、コンプレツサの
インペラ１８を回転駆動し、吸入空気を圧縮して
エンジン燃焼室に過給する。

タービンハウジング１６に設けられたガス入口
の上流側の排気管３２には、それから分岐して排
気タービン２０を迂回するバイパス３４が設けら
れており、その分岐点にはバイパス３４の入口を
開閉するように、弁軸３８に軸支されると共にア
クチユエータ４０により過給圧力に応じて開閉作
動される制御弁３６（以下これをウエイストゲー
ト弁という）が設けられている。このウエイスト
ゲート弁３６はバイパス３４の入口を開閉するだ
けでなく、バイパス３４の入口を開いた時には同
時に、排気タービン２０へ排気ガスを供給する排
気管３２の流路面積を狭めるようになつている。
アクチユエータ４０の出力ロツド４２はリンクバ
ー４４により弁軸３８に連結され、ダイヤフラム
４６によつて画定された作動室４８は導管５０に
より吸気管３０に連通されている。なおダイヤフ
ラム４６は、ばね５２によりウエイストゲート弁
３６を閉弁させる方向に付勢されている。

過給圧力が所定値を越える状態においてウエイ
ストゲート弁３６がバイパス３４の入口を開く時
には、ウエイストゲート弁３６の弁板は排気管３
２内に張り出してその流路面積を狭めるが、その
時ウエイストゲート弁３６の蔭になる排気管３２
の一部分に酸素センサ５４が取り付けられる。こ
の酸素センサ５４は公知のもので、その入力信号
は空燃比制御回路（図示せず）に入力される。排
気管３２内には酸素センサ５４に相対峙して長手
方向に仕切り壁５６を設け、酸素濃度検出用排気
ガス通路５８を形成するのが好ましい。

次に、作用について説明する。

エンジンの低速低負荷運転時には、スロツトル
弁２２の開度が小さく排気ガス流量が小さいため
にコンプレツサの吐出圧力は低く過給圧力は小さ
い。このため、アクチユエータ４０のダイヤフラ
ム４６はばね５２の作用により第１図中左方に移
動せしめられており、ウエイストゲート弁３６は
第１図に示した如く閉じられている。従つて、こ
の運転条件では、排気ガス流は酸素濃度検出用排
気ガス通路５８内を流れて直接に酸素センサ５４
に接触するので、排気ガス中の酸素濃度を検出す
ることができる。

高速高負荷運転時には、スロツトル弁２２の開
度が大きく、排気タービン２０を通過する排気ガ
ス流量が増加するので、コンプレツサのインペラ
１８は高速で回転せしめられ、吸気管３０内の過
給圧力が上昇する。この圧力は導管５０を介して
アクチユエータ４０の作動室４８に伝えられるの
で、ダイヤフラム４６は第２図に示す様に、ばね
５２の作用に抗して右方に移動し、ウエイストゲ
ート弁３６を図中反時計方向に開弁させる。その
結果、排気ガスの一部は排気タービン２０を迂回
してバイパス３４を流れてターボチヤージヤ１０
の回転数を制限すると同時に、酸素濃度検出用排
気ガス通路５８はウエイストゲート弁３６により
ほぼ遮断される。従つて、この状態では酸素セン
サ５４に多量の排気ガス流が直接衝突することが
ないので、酸素センサ５４は排気ガス流の熱から
遮断されることとなる。

〔考案の効果〕

本考案においては、過給圧力上昇時に制御弁
（ウエイストゲート弁）がバイパス通路の入口を
開き、同時に排気管の流路を狭めて排気タービン
への排気流量を制限した時に、制御弁によつて覆
われる排気管内の一部の位置に酸素センサを設け
ることによつて、高温の排気ガスの直接の衝突を
避けて酸素センサを保護するようにしたから、過
給圧力上昇時には高温の排気ガスと酸素センサと
の衝突は避けながらも、できるだけ高温の排気ガ
スが流れる上流側の排気管に酸素センサを設け
て、酸素センサの冷却による不安定な作動を防止
することができると共に、排気管の外形上の制約
を受けることなく、きわめて簡単に従来技術の課
題を解決することができるという顕著な効果があ
る。

このように、排気ガス温度が上昇する過給圧力
上昇時の対策を講じ、酸素センサの対熱保護を万
全とすることによつて、酸素センサを排気タービ
ンの上流側の排気管に設けることを可能にするの
で、過給圧力が低く排気ガス温度も低い機関の運
転状態での酸素センサの機能を高めることがで
き、機関の全ての運転領域において高精度の空燃
比のフイードバツク制御を可能とする。しかも、
酸素センサの劣化を防止して長期間にわたつて高
い性能を維持させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の酸素センサ対熱構造を備えた
ターボチヤージヤ付きエンジンの模式的断面図
で、ウエイストゲートバルブが閉弁状態にあると
ころを示し、第２図は第１図の部分図でウエイス
トゲート弁が開弁したところを示す。 １０……ターボチヤージヤ、２０……排気ター
ビン、３２……排気管、３４……バイパス、３６
……ウエイストゲート弁、５４……酸素センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ターボチヤージヤと、前記ターボチヤージヤの
   一部として排気タービンを収容しているタービン
   ハウジングと、前記排気タービンのために前記タ
   ービンハウジングに設けられたガス入口をエンジ
   ンの燃焼室に接続する排気管と、前記排気タービ
   ンを迂回するように前記ガス入口よりも上流側の
   前記排気管から分岐して設けられた排気のバイパ
   ス通路と、前記排気管における分岐点に設けられ
   過給圧力上昇時に前記バイパス通路の入口を開く
   と同時に前記排気管の流路を狭めて前記排気ター
   ビンへの排気流量を制限する制御弁と、過給圧力
   上昇時に前記制御弁が前記バイパス通路の前記入
   口を開くと共に前記排気管の流路を狭めて前記排
   気タービンへの排気流量を制限した時に前記制御
   弁によつて覆われる前記排気管内の位置に設けら
   れた酸素センサとよりなり、排気ガス温度が高く
   なる過給圧力上昇時に前記制御弁により前記酸素
   センサを高温の排気ガス流の熱から保護するよう
   に構成したことを特徴とするターボチヤージヤ付
   き内燃機関の酸素センサの対熱保護装置。