(57)【要約】【課題】内燃機関１の空燃比センサ６６が配置される排気通路（１０）が接続されるターボ過給機２０のタービンハウジング２４において、その出口２４ｃから排気通路（１０）に旋回しながら排出される排気ガスの拡散を抑制する。【解決手段】ターボ過給機２０の出口２４ｃの排気通路（１０）に空燃比センサ６６が配置されている。出口２４ｃから排気通路（１０）へターボ過給機２０のタービンホイール２１によって旋回しながら排出される排気ガスの拡散を抑制しながら送り出すように案内する凸部２４ｅが、出口２４ｃ寄りの円周方向所定領域に設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の空燃比センサが配置される排気通路が接続されるターボ過給機のタービンハウジングであって、
該ターボ過給機の出口の前記排気通路に前記空燃比センサが配置され、
前記出口から前記排気通路へ前記ターボ過給機のタービンホイールによって旋回しながら排出される排気ガスの拡散を抑制しながら送り出すように案内する凸部が、前記出口寄りの円周方向所定領域に設けられている、ことを特徴とするターボ過給機のタービンハウジング。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ過給機のタービンハウジングにおいて、
前記タービンホイールの下流側には、当該タービンホイールの回転中心軸線に沿う直線通路が設けられているとともに、この直線通路のさらに下流側には大径となる筒部が設けられており、
前記大径筒部の中心軸線は、前記直線通路の中心軸線に対して平行に偏心されており、
前記凸部は、前記大径筒部において前記直線通路寄りの領域に設けられている、ことを特徴とするターボ過給機のタービンハウジング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機のタービンハウジングに関する。詳しくは、ターボ過給機のタービンハウジングの出口に接続される排気通路に配置される空燃比センサの出力に基づいて気筒間空燃比ばらつき異常を診断する場合に好適なタービンハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボ過給機付の多気筒型内燃機関（エンジン）において、気筒間の空燃比がばらつくことがある（Ａ／Ｆインバランス）。この気筒間空燃比ばらつきの程度が小さい場合には、空燃比フィードバック制御により吸収することが可能であるが、気筒間空燃比ばらつきの程度が大きくなると排気エミッションが悪化する。
【０００３】
例えば特許文献１，２に、排気通路に設置される空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサともいう）の出力に基づいて気筒間空燃比ばらつきの異常を診断可能とすることが記載されている。特許文献１，２では、タービンホイールをバイパスするバイパス路と、このバイパス路を開閉するウェイストゲートバルブとを備える構成において、空燃比センサをターボ過給機のタービンホイールよりも下流側に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４１５４５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８５１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１，２では、空燃比センサをターボ過給機のタービンホイールよりも下流側に配置する場合に検出精度が低下する傾向になることを考慮し、上記特許文献１の場合にはバイパス通路を通る排気を空燃比センサに直接当てる状態にしており、また、上記特許文献２では、ウェイストゲートバルブの開時に空燃比センサの出力に基づいて気筒間空燃比ばらつきの異常を診断するようにしている。
【０００６】
ところで、上記特許文献１，２では、ウェイストゲートバルブが開いているときにしか気筒間空燃比ばらつきの異常診断を行うことができないので、異常診断の頻度が少ないと言えるなど、改良の余地がある。
【０００７】
このような事情に鑑み、本発明は、内燃機関の空燃比センサが配置される排気通路が接続されるターボ過給機のタービンハウジングにおいて、前記ターボ過給機の出口から前記排気通路に旋回しながら排出される排気ガスの拡散を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関の空燃比センサが配置される排気通路が接続されるターボ過給機のタービンハウジングであって、該ターボ過給機の出口の前記排気通路に前記空燃比センサが配置され、前記出口から前記排気通路へ前記ターボ過給機のタービンホイールによって旋回しながら排出される排気ガスの拡散を抑制しながら送り出すように案内する凸部が、前記出口寄りの円周方向所定領域に設けられている、ことを特徴としている。
【０００９】
この構成では、前記タービンハウジングの出口から前記排気通路へ旋回しながら排出される排気ガスの拡散を抑制することが可能になる。これにより、前記出口から前記排気通路へ旋回しながら排出される排気ガスの流速が低下することを抑制できるので、この流速の速い排気ガスが前記空燃比センサに連続的に当たるようになる。そのため、当該空燃比センサの出力値が安定するようになるので、本発明のタービンハウジングを用いる場合には、気筒間空燃比ばらつきの異常診断を精度良く行うことが可能になる。
【００１０】
好ましくは、前記タービンハウジングにおいて前記タービンホイールの下流側には、当該タービンホイールの回転中心軸線に沿う直線通路が設けられているとともに、この直線通路のさらに下流側には大径となる筒部が設けられており、前記大径筒部の中心軸線は、前記直線通路の中心軸線に対して平行に偏心されており、前記凸部は、前記大径筒部において前記直線通路寄りの領域に設けられている。
【００１１】
ここでは、前記凸部の形成位置を特定している。この特定により前記凸部が旋回しながら流れる排気ガスの拡散を抑制することが可能になる理由が明らかになる。
【００１２】
つまり、前記排気ガスは前記直線通路を進む過程では、その旋回半径が大きくならずに旋回しながら流れるようになるが、前記直線通路から前記大径筒部へ排気ガスが進むときには、仮に前記凸部を設けていなければ、当該排気ガスの旋回半径が拡がりやすくなる。
【００１３】
しかしながら、本発明のように前記凸部を設けている場合には、前記直線通路から前記大径筒部に排気ガスが進むときに当該排気ガスが前記凸部に衝突することによって、当該排気ガスの旋回半径が拡がりにくくなるのである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、内燃機関の空燃比センサが配置される排気通路が接続されるターボ過給機のタービンハウジングにおいて、前記ターボ過給機の出口から前記排気通路に旋回しながら排出される排気ガスの拡散を抑制することが可能になる。
【００１５】
これにより、前記出口から前記排気通路に旋回しながら排出される排気ガスの流速が低下することを抑制できるので、この流速の速い排気ガスが前記空燃比センサに当たるようになる。そのため、前記空燃比センサの出力値が安定するようになるので、本発明のタービンハウジングを用いる場合には、気筒間空燃比ばらつきの異常診断を精度良く行うことが可能になるなど、信頼性の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の適用対象となるターボ過給機付の多気筒型内燃機関の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１においてタービンハウジングおよびその周辺を拡大して模式的に示す断面図である。
【図３】図２のタービンハウジングを通過する排気ガスの様子を模式的に示す拡大図である。
【図４】図２のタービンハウジングの下側を破断面にした状態を示す斜視図である。
【図５】図２の（５）−（５）線断面の矢視図である。
【図６】図４の矢印（６）の方向から見た状態において排気ガスの流れを模式的に示した内部透視図である。
【図７】本実施形態の比較例で、図６に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１から図６に、本発明の一実施形態を示している。この実施形態で例示する内燃機関（エンジン１）は直列４気筒になっているが、その気筒数やエンジンの型式については特に限定されるものではない。
【００１９】
エンジン１には、各気筒＃１〜＃４に吸入空気を分配して供給するためのインテークマニホールド２と、各気筒＃１〜＃４から排出される排気ガスを集合させるためのエキゾーストマニホールド３Ａ，３Ｂとが取り付けられている。
【００２０】
インテークマニホールド２には、大気中から空気を取り込むための吸気管４が接続されている。この吸気管４の入口にはエアクリーナ５が取り付けられている。このインテークマニホールド２と吸気管４とを併せた部分が、「吸気通路」に相当している。
【００２１】
なお、インテークマニホールド２において吸気流れ方向の上流側には、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ６が設けられている。このスロットルバルブ６は、スロットルモータ６ａおよび電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって作動される。また、エンジン１には、各気筒＃１〜＃４へ直接的に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）７が取り付けられているとともに、点火プラグ８などが取り付けられている。
【００２２】
第１エキゾーストマニホールド３Ａはエンジン１の例えば１番気筒＃１および４番気筒＃４の各排気ポートに接続されるようになっており、第２エキゾーストマニホールド３Ｂはエンジン１の例えば２番気筒＃２および３番気筒＃３の各排気ポートに接続されるようになっている。これらのエキゾーストマニホールド３Ａ，３Ｂは、それぞれ上流側が二股とされて下流側で集合して１本になった形状、つまり２ｉｎ１形状になっている。
【００２３】
また、２つのエキゾーストマニホールド３Ａ，３Ｂの下流側には、ターボ過給機２０が取り付けられている。
【００２４】
ターボ過給機２０は、排気圧を利用して吸入外気（新気）を過給してエンジン１に供給するものであって、少なくともタービンホイール２１、コンプレッサインペラ２２などを備えている。
【００２５】
このターボ過給機２０の基本的な動作としては、エンジン１からエキゾーストマニホールド３Ａ，３Ｂに排出される排気ガスのエネルギーによってタービンホイール２１が回転され、これと一体にコンプレッサインペラ２２が回転されることにより、吸気管４に吸入される空気が過給されて、エンジン１の各気筒＃１〜＃４の燃焼室に強制的に送り込まれるようになる。このコンプレッサインペラ２２によって過給された空気はインタークーラ９によって冷却されるようになっている。インタークーラ９は、吸気管４においてコンプレッサインペラ２２よりも吸気流れ方向の下流側に設置されている。
【００２６】
タービンホイール２１は、タービンハウジング２４内に回転自在に設けられている。タービンハウジング２４の排気導入口は、内部で２つに区画されており、この各排気導入口に２つのエキゾーストマニホールド３Ａ，３Ｂの下流側が個別に連通連結されている。このような排気導入口が２つに区画されたタービンハウジング２４を採用するターボ過給機２０のことを、いわゆる「ツインスクロールタイプ」と言う。
【００２７】
コンプレッサインペラ２２は、吸気管４の途中に設置されるコンプレッサハウジング２５内に設けられている。このコンプレッサインペラ２２は、タービンホイール２１と一体のタービンシャフト２３に取り付けられている。これにより、タービンホイール２１とコンプレッサインペラ２２とは一体に回転するようになっている。
【００２８】
このタービンハウジング２４の下流側には、排気ガスを大気に放出するための排気管１０が接続されている。この排気管１０は「エルボ」と呼ばれる部品であって、タービンホイール２１から送り出される排気ガスの排出方向に沿って直進して、その後ほぼ９０度屈曲して鉛直方向ほぼ下向きに延びるような形状、例えば「逆さ反対向きのＬ字形状」に形成されている。
【００２９】
この排気管１０の下向き部分には、排気ガスを浄化するための触媒１１が設けられている。
【００３０】
触媒１１の直径は、排気管１０の前記下向き部分の直径よりも大きく設定される関係より、この排気管１０の下向き部分は、触媒１１へ向けて徐々に拡径するコーン形状とされている。なお、２つのエキゾーストマニホールド３Ａ，３Ｂと、タービンハウジング２４と、排気管１０とを併せた部分が、「排気通路」に相当している。
【００３１】
ところで、前記ＥＣＵ５０は、詳細に図示していないが、公知のようにＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力インターフェースとを備える構成である。このＥＣＵ５０は、各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値に基づき、必要に応じて前記ＲＯＭに記憶された各種マップを参照して、エンジン１の各種制御を実行する。
【００３２】
前記制御の例としては、例えばインジェクタ７による燃料噴射制御（噴射量・噴射時期の制御）、点火プラグ８の点火時期制御、スロットルバルブ６の開度制御などを含むエンジン１の各種制御の他、気筒間空燃比ばらつき（Ａ／Ｆインバランス）の異常を診断する処理などが少なくとも挙げられる。また、前記各種センサとしては、例えばクランクポジションセンサ６１、水温センサ６２、エアフローメータ６３、吸気温センサ６４、スロットル開度センサ６５、空燃比センサ６６などの他、図示していないがカムポジションセンサやアクセル開度センサなどが少なくとも挙げられる。前記気筒間空燃比ばらつきの異常診断処理は、空燃比センサ６６の出力に基づいて行う。
【００３３】
この実施形態のターボ過給機２０には、バイパス通路２６、ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）２７が設けられている。
【００３４】
バイパス通路２６は、エンジン１から排出される排気ガスをタービンホイール２１をバイパスして排気管１０へ導くように、タービンハウジング２４に設けられている。つまり、このバイパス通路２６は、タービンハウジング２４においてその排気ガスの導入側と排出側とを短絡するように設置されている。
【００３５】
ウェイストゲートバルブ２７は、バイパス通路２６の排出口側に開閉可能に設置されており、このウェイストゲートバルブ２７でもってバイパス通路２６の開度を調整することにより排気ガスのバイパス量を調整することができる。この排気ガスのバイパス量を調整することにより、例えば過給圧を制御することが可能になる他、エンジン１を冷間始動してから速やかに触媒１１を活性化するときに利用することが可能になる。
【００３６】
このウェイストゲートバルブ２７は、例えば円形でかつ板状の部材として形成されていて、その外周所定位置が支軸２８に回転一体に取り付けられている。この支軸２８は、図示していない適宜の駆動装置により回転駆動されることで、ウェイストゲートバルブ２７がバイパス通路２６の開度を調整するようになる。
【００３７】
ところで、図２に示すように、タービンハウジング２４においてタービンホイール２１の下流側には、当該タービンホイール２１の回転中心軸線１００に沿う直線通路２４ａが設けられているとともに、この直線通路２４ａの下流側に大径となる筒部２４ｂが設けられている。この大径筒部２４ｂは、この実施形態において円筒形に形成されている。
【００３８】
この大径筒部２４ｂの中心軸線３００は、直線通路２４ａの中心軸線２００に対して平行またはほぼ平行に偏心されている。この大径筒部２４ｂの開口がタービンハウジング２４の出口２４ｃとなる。この直線通路２４ａと大径筒部２４ｂとの間の径方向に沿う壁部２４ｄに、前記したバイパス通路２６の排出口が設けられている。
【００３９】
直線通路２４ａから排出される排気ガスは前記排出方向に旋回しながら直進して流れるようになっていて、この排気ガスが空燃比センサ６６の検出部分に当たるように設定されている。空燃比センサ６６は、タービンハウジング２４の大径筒部２４ｂのコーナー部分を陥没させた領域に突き刺すように設けられている。
【００４０】
ところで、ターボ過給機２０のタービンホイール２１によって送り出される排気ガスは直線通路２４ａを通過する際に旋回しながら流れるが、タービンハウジング２４において直線通路２４ａの下流側に大径筒部２４ｂを設けていると、例えば図７の比較例に示すように、直線通路２４ａを旋回しながら流れる排気ガスの旋回半径が大径筒部２４ｂに入ることによって拡がってしまい、さらに出口２４ｃに向けて徐々に排気ガスの旋回半径が拡がるようになる。
【００４１】
そこで、タービンハウジング２４の出口２４ｃから排気管１０へ旋回しながら流れる排気ガスの旋回半径の拡がり（拡散）を抑制しながら送り出すように案内するために、タービンハウジング２４の大径筒部２４ｂの所定領域に、凸部２４ｅを設けるようにしている。
【００４２】
具体的に、図３から図５に示すように、凸部２４ｅは、タービンハウジング２４の大径筒部２４ｂにおいて直線通路２４ａ寄りの領域でかつ円周方向所定領域に設けられている。この凸部２４ｅは、大径筒部２４ｂの内周面から径方向内向きに隆起するように設けられている。
【００４３】
この凸部２４ｅは、大径筒部２４ｂにおいて直線通路２４ａと連続するように軸方向に沿う部分２４ｆと、円周方向に沿う部分２４ｇとを有している。つまり、この凸部２４ｅは、大径筒部２４ｂに直線通路２４ａを延長する壁のようなものとされている。
【００４４】
以上説明したように本発明を適用した実施形態では、次のような特有の優れた作用、効果が得られる。
【００４５】
タービンホイール２１によって直線通路２４ａに送り出される排気ガスは、図３に模式的に示しているように、ほぼ一定の旋回半径で旋回しながら出口２４ｃへと向かうが、この排気ガスが直線通路２４ａから大径筒部２４ｂに進むと、排気ガスが凸部２４ｅに当たることになるために、図３および図６に模式的に示しているように、当該排気ガスの旋回半径が拡がりにくくなる。
【００４６】
これにより、タービンハウジング２４の出口２４ｃから排気管１０へ旋回しながら流れる排気ガスの旋回半径の拡がり（拡散）を抑制しながら送り出すことが可能になる。つまり、タービンハウジング２４から排気管１０へ排出される排気ガスの流速が低下しにくくなるので、この流速の速い排気ガスが空燃比センサ６６に連続的に当たるようになる。そのため、当該空燃比センサ６６の出力値が安定するようになるので、前記タービンハウジング２４を用いる場合には、ＥＣＵ５０による気筒間空燃比ばらつきの異常診断を精度良く行うことが可能になる。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。
【００４８】
（１）上記実施形態で説明した排気装置の適用対象となるエンジン１は、ガソリンエンジンに限らずディーゼルエンジンとすることも可能である。
【００４９】
（２）上記実施形態では本発明のタービンハウジング２４の適用対象とするターボ過給機２０についてバイパス通路２６およびウェイストゲートバルブ２７を設けた例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば本発明のタービンハウジング２４の適用対象とするターボ過給機２０についてはバイパス通路２６およびウェイストゲートバルブ２７を設けていない構成とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、内燃機関の空燃比センサが配置される排気通路が接続されるターボ過給機のタービンハウジングに好適に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１      エンジン（内燃機関）
３Ａ      第１エキゾーストマニホールド（排気通路の一部）
３Ｂ      第２エキゾーストマニホールド（排気通路の一部）
１０      排気管（排気通路の一部）
２０      ターボ過給機
２１      タービンホイール
２４      タービンハウジング
２４ａ    タービンハウジングの直線通路
２４ｂ    タービンハウジングの大径筒部
２４ｃ    タービンハウジングの出口
２４ｄ    タービンハウジングの径方向に沿う壁部
２４ｅ    タービンハウジングの凸部
２４ｆ    凸部の軸方向に沿う部分
２４ｇ    凸部の円周方向に沿う部分
２６      バイパス通路
２７      ウェイストゲートバルブ
６６      空燃比センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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