JP2014070530A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、排気系に排気ガス浄化用触媒とEGR装置とを備えた内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine having an exhaust gas purification catalyst and an EGR device in an exhaust system.
近年の内燃機関(特にガソリン機関)は、排気ガスを浄化するため排気系に触媒(三元触媒)を介挿している。一般に、触媒は2つに分離しており、上流側に位置した第1触媒(フロント触媒)にはA/Fセンサ(空燃比センサ)がセットで設けられており、下流側に位置した第2触媒(リア触媒)にはO2センサ(酸素濃度センサ)がセットで設けられていることが多い。センサはそれぞれの触媒の上流側に位置しており、従って、上流から順に、A/Fセンサ、第1触媒、O2センサ、第2触媒の順に並んでいるのが一般的である。 In recent internal combustion engines (especially gasoline engines), a catalyst (three-way catalyst) is inserted in an exhaust system in order to purify exhaust gas. Generally, the catalyst is separated into two, and the first catalyst (front catalyst) located on the upstream side is provided with an A / F sensor (air-fuel ratio sensor) as a set, and the second catalyst located on the downstream side. The catalyst (rear catalyst) is often provided with an O2 sensor (oxygen concentration sensor) as a set. The sensors are located on the upstream side of the respective catalysts. Therefore, the A / F sensor, the first catalyst, the O2 sensor, and the second catalyst are generally arranged in this order from the upstream.
センサからの信号に基づいて空燃比や燃料噴射量等が制御されるが、制御を的確に行うには、排気ガスの成分をセンサの検出値に的確に反映されることが必要であり、そのためには、排気ガスが均一に混合された状態でセンサに触れることが望ましい。そこで本願出願人は、特許文献1において、排気通路のうちセンサよりも上流側の部位に棒状部材を内向き突設することにより、排気ガスの流れを攪乱して成分の均一化を図ることを開示した。
The air-fuel ratio, fuel injection amount, etc. are controlled based on the signal from the sensor, but in order to perform the control accurately, it is necessary to accurately reflect the exhaust gas component in the detected value of the sensor. It is desirable to touch the sensor in a state where exhaust gas is uniformly mixed. Therefore, in the
他方、近年の内燃機関では、燃費向上や排気ガス浄化促進等のために排気ガスの一部をEGRパイプで吸気系に還流させるEGR装置も普及しており、EGRパイプを排気通路に接続する手段として、特許文献2には、排気通路に外向きの筒部を形成し、この外向き筒部にEGRパイプを挿入固定することが記載されている。
On the other hand, in recent internal combustion engines, an EGR device that recirculates a part of exhaust gas to the intake system using an EGR pipe for improving fuel efficiency and promoting exhaust gas purification is also widespread, and means for connecting the EGR pipe to the exhaust
特許文献1の構成を採用すると、排気ガスを均一に混合させた状態でセンサに接触させることができると共に、触媒にも均一に混合させた状態で接触させることができるが、棒状部材は専用品であるため、構造が複雑化してコストが嵩むという点が問題であった。
When the configuration of
また、EGRガスには水分が含まれているため、これが機関停止後にEGRパイプの内部で凝集することがあるが、特許文献2のようにEGRパイプを排気通路の外側のみに突設した構成では、EGRパイプに凝集した水分がEGRパイプの内面を伝って排気管の内面に流れ込むことが有り得るが、凝集した水には腐食を促進する成分が含まれていることが多いため、腐食性の水が排気管の内部に触れて、排気管の腐食が進んで耐久性が低下するおそれがあった。
In addition, since the EGR gas contains moisture, it may agglomerate inside the EGR pipe after the engine is stopped. However, in the configuration in which the EGR pipe protrudes only outside the exhaust passage as in
本願発明はかかる現状に鑑み成されたものであり、特許文献1と同様の効果を確保しつつ、構造の簡素化・コストダウンを図らんとするものである。
The present invention has been made in view of the present situation, and aims to simplify the structure and reduce the cost while securing the same effect as that of
本願発明は、EGRパイプに着目して本願発明を完成させた。すなわち本願発明は、排気通路に、センサとセットになった触媒が、前記センサが上流側に配置された状態で介挿されている内燃機関において、前記排気通路のうち前記センサの上流側に、EGRパイプが、その一端部を排気通路の内部に進入させた状態で接続されている。 The present invention has been completed by paying attention to the EGR pipe. That is, the present invention relates to an internal combustion engine in which an exhaust passage is inserted with a catalyst in a set with a sensor in a state where the sensor is arranged on the upstream side, and on the upstream side of the sensor in the exhaust passage, The EGR pipe is connected in a state in which one end thereof enters the inside of the exhaust passage.
本願発明によると、EGRパイプの一端部が排気通路の内部に進入しているため、排気通路の内部を流れる排気ガスはEGRパイプの端部に当たって攪乱作用を受け、これにより、排気ガスは成分を均一化した状態でセンサに触れることができ、その結果、センサの検出値の信頼性を高めて制御も的確に行うことでき、結果として燃費の向上にも貢献できる。また、排気ガスを成分が均一化された状態で触媒に接触させることができるため、排気ガスを触媒ユニットでムラなく浄化して、浄化性能も向上できる。 According to the present invention, since one end portion of the EGR pipe enters the inside of the exhaust passage, the exhaust gas flowing inside the exhaust passage strikes the end portion of the EGR pipe and is disturbed. The sensor can be touched in a uniform state. As a result, the reliability of the detection value of the sensor can be increased and control can be performed accurately, and as a result, fuel consumption can be improved. Further, since the exhaust gas can be brought into contact with the catalyst in a state where the components are uniform, the exhaust gas can be purified evenly by the catalyst unit, and the purification performance can be improved.
そして、EGR装置を構成するEGRパイプを利用して排気ガスの流れに攪乱作用を付与するものであるため、新たな部材を設ける場合に比べて、コストを抑制できる。また、EGRパイプの内部に水分が凝集してこれが排気通路に向けて流れても、水分は、機関の運転中は排気通路を流れる排気ガスの風圧によってEGRパイプの端部から排気通路の空間に吹き飛ばされて気化するため、排気管の腐食を促進することはなく、また、機関停止後にEGRパイプの内部に水分が凝集した場合は、水分はEGRパイプの先端から触媒に垂れ落ちて排気管の内面を伝い流れることはないため、この場合も排気管の腐食が促進されることはない。 And since the EGR pipe which comprises an EGR apparatus is used and the disturbance effect | action is provided to the flow of exhaust gas, cost can be suppressed compared with the case where a new member is provided. Further, even if moisture condenses inside the EGR pipe and flows toward the exhaust passage, the moisture is moved from the end of the EGR pipe to the space of the exhaust passage by the wind pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust passage during operation of the engine. Since it is blown off and vaporizes, corrosion of the exhaust pipe is not promoted. Also, if water condenses inside the EGR pipe after the engine is stopped, the water drips down from the tip of the EGR pipe to the catalyst, and the exhaust pipe In this case, corrosion of the exhaust pipe is not promoted because it does not flow along the inner surface.
さて、排気管は機関の運転開始と停止とに伴う熱の授受によって膨張・収縮を繰り返すもので、EGRパイプにも排気管の膨張・収縮による歪みが作用する。この場合、特許文献2ではEGRパイプの端部を排気管に接続しているため、排気管の膨張によってEGRパイプの端に応力が集中するため、EGRパイプが裂けやすいという問題がある。
The exhaust pipe repeatedly expands and contracts by transferring heat accompanying the start and stop of the engine, and distortion due to the expansion and contraction of the exhaust pipe also acts on the EGR pipe. In this case, since the end portion of the EGR pipe is connected to the exhaust pipe in
これに対して本願発明では、EGRパイプは先端よりも手前の部位が排気管に接続されるため、排気管の膨張によってEGRパイプに拡開作用が働いても、EGRパイプが裂けることはない。従って、本願発明ではEGRパイプの取り付け強度・耐久性も向上できる。 On the other hand, in the present invention, since the EGR pipe is connected to the exhaust pipe at a position before the tip, even if the EGR pipe expands due to expansion of the exhaust pipe, the EGR pipe does not tear. Therefore, in this invention, the attachment intensity | strength and durability of an EGR pipe can also be improved.
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。内燃機関はシリンダブロック1とその上面に固定されたシリンダヘッド2とを有しており、シリンダヘッド2の一側面2aには排気マニホールド3を固定している。図示していないが、シリンダヘッド3の他側面2bには吸気マニホールドが固定されている。本実施形態の内燃機関はシリンダボア4が3つ形成された3気筒タイプであり、そこで、排気マニホールド3は3本の枝管3aを有しており、3本の枝管3aが集まった集合部に排気管4が接続されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The internal combustion engine has a
排気管5には、排気マニホールド3に近い部位に位置した第1触媒6と、その下流側に位置した第2触媒7とが介挿されている。第1触媒6にはA/Fセンサ8がセットに使用されていて、このA/Fセンサ8は、第1触媒6より上流側において排気管5に接続されている(排気マニホールド3の集合部3bに設けてもよい。)。第2触媒7にはO2センサ9がセットに使用されていて、このO2センサ8は、第1触媒6と第2触媒7との間(第1触媒6の下流直下)に設けられている。
A
排気マニホールド3と排気管5とは排気通路を構成している。本実施形態では、排気管5の一部は触媒5,6と一体化しており、フランジ結合で接続されている。
The
排気管5のうちA/Fセンサ8と第1触媒6との間に部位に、EGRパイプ10の一端が接続されている。EGRパイプ10の他端はシリンダヘッド2の一側面2aに接続されており、シリンダヘッド2には他側面2bに開口したEGR通路11が形成されており、シリンダヘッド2の他側面2bには、EGR通路11に連通したEGRバルブ12が固定されている。EGRバルブ12の出口ポートは吸気系に接続されている。
One end of the EGR
図1(B)に一点鎖線で示すように、EGRパイプ10は、第1触媒6とO2センサ9との間に接続することも可能である。或いは、A/Fセンサ8の上流側とO2センサ9の上流側との2カ所にEGRパイプ10を接続して、2本のEGRパイプ10を集合してシリンダヘッド2に接続することも可能である。
As shown by the alternate long and short dash line in FIG. 1B, the EGR
排気管5に対するEGRパイプ10の接続構造は、図2(A)に示している。すなわち、排気管5に外向き突出したバーリング部13を形成し、バーリング部13にEGRパイプ10の一端部を差し込み、ろう付け等の溶接で固定している。バーリング部13は内向き突出させてもよいが、熱の影響をできるだけ回避する点からは外向き突設するのが好ましい。
The connection structure of the
EGRパイプ10の一端部10aは、大径部になっていると共に排気管5の内部に突出している。EGRパイプ10の一端部10aが排気管5の内部に進入する寸法は任意に設定でき。図示の実施形態では排気管5の半径より小さい進入寸法になっているが、進入寸法を排気管5の半径程度に設定したり、半径以上の進入寸法に設定したりすることも可能である。
One
排気管5の内部を通る排気ガスは、排気管5の中心部で最も流速が速くなっているため、EGRパイプ10の一端部10aを排気管5の中心部を超える位置まで延長すると、排気ガスの攪乱作用をより確実化できると言える。
Since the exhaust gas passing through the inside of the
このようにEGRパイプ10の一端部10aが排気管5の内部に進入していることにより、排気管5の内部を通る排気ガスはEGRパイプ10の一端部10aによって攪乱作用を受けて、均一な状態に混ざり合う。このため、第1センサ8による検出値の信頼性を高めて機関の制御を適切化し、燃費の向上と排気ガス浄化性能アップとを図ることができる。また、有害成分が均等に分散するため、第1触媒6による浄化効率を向上させることができ、この面でも浄化性能をアップできる。
As described above, since the one
また、EGRパイプ10が排気管5の内部に進入していることにより、EGRパイプ10の一端部10aが排気管5のバーリング部13の内周の全面に接触するため、バーリング部13によるEGRパイプ10の支持強度を向上できるため、EGRパイプ10の取り付け強度も向上できる。また、EGRパイプ10は先端面よりも内側の部位が排気管5に固定されているため、排気管5が熱膨張してEGRパイプ10に拡開作用が及んでも、EGRパイプ10が先端から裂けるようなことはない。このため、EGRパイプ10の取り付け強度・耐久性を向上できる。
Further, since the
本実施形態のようにEGRパイプ10の一端部10aを大径に設定すると、排気ガスの流れの攪乱作用を増大して排気ガス成分の均一化をより的確に実現できると共に、EGRパイプ10への排気ガスの取り込みも効率よく行える利点がある。また、排気管5との接合部の面積が大きくなるため、取り付け強度を向上できる利点もある。
When the one
排気管5へのEGRパイプ10の取り付け構造の別例を、図2(B)以降の図で示している。このうち図2(B)に示す例では、EGRパイプ10に別部材の継手14を接続し、この継手14を排気管5に固定すると共に、継手14を排気管5の内部に進入させている。つまり、この実施形態はEGRパイプ10の一端部10aを別部材の継手14で構成している。継手はフランジ14aを有しており、フランジ14aが排気管5の外面に溶接で固定されている。
Another example of the structure for attaching the
この実施形態ではEGRパイプ10には特段の加工を施す必要がない一方、継手14の加工は容易であるため、全体として加工・組み立ての作業性を向上できる。また、継手14は頑丈な構造にできるため、EGRパイプ10の取り付け強度を向上させることも可能である。更に、継手14を熱に強い素材で構成することで、耐熱性を向上させることも可能である。
In this embodiment, the
図2(C)(D)に示す実施形態では、EGRパイプ10の一端部10aに小穴15を空けている。(C)の実施形態では穴は排気管5の軸線方向に空いており、(C)の実施形態では小穴15は排気管5の軸線を横切る方向に空いている。いずれにしても、排気ガスが小穴15に入り込むため、排気ガスの流れの乱れが促進され均一化を促進できる。また、排気ガスの取り込み性能もアップする。
In the embodiment shown in FIGS. 2C and 2D, a
小穴15の数や一は任意に設定できる。(C)のように一端部10aを長く伸ばして、排気管5の軸心方向と半径方向との両方に開口した小穴15を形成することも可能である。また、小穴15は排気管5の軸心に対して傾斜した方向に開口させてもよい。
The number and one of the
図3(A)に示す実施形態では、EGRパイプ10のうち排気管5の内部に進入した一端部10aを先窄まりのテーパ状に形成して、一端部10aに横長の長穴16を空けている。長穴16は排気管5の軸心と直交した横向きに空いているが、排気管5の軸心方向に開口させてもよい。この実施形態では、EGRパイプ10は排気ガスの流れ抵抗を良くしつつ排気管5の内部に深く進入させることができるため、排気ガスの流れの攪乱作用を向上できると期待できる。
In the embodiment shown in FIG. 3A, one
また、排気ガスはEGRパイプ10の一端部10aの付け根から先端に向けて流れるようにもガイドされるため、排気ガスの攪乱作用はより一層高くなるといえる。更に、EGRパイプ10の一端部10aに長穴16が存在すると、排気ガスは長穴16の箇所で停止する作用を受けるが、長穴16が軸方向に長く延びていることにより、長穴16の箇所で排気ガスを横向きに押しやるような作用が広範囲に生じる。これにより、より高い攪乱作用を期待できる。
Further, since the exhaust gas is guided so as to flow from the root of the one
図3(B)に示す例では、EGRパイプ10の一端部10aを斜めにカットしており、カット面を排気管5の流れ方向と対抗させている。この実施形態では、一端部10aのカット面に当たった排気ガスは横向きに大きく方向変換させられるため、排気ガスの攪乱作用は格段に高くなると期待できる。また、EGRガスの取り込み性もアップする。
In the example shown in FIG. 3B, one
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can be variously embodied other than said embodiment.
本願発明はガソリン機関等の内燃機関に実際に適用して効果を発揮する。従って、産業上利用できる。例えば、EGRパイプのうち排気管の内部に進入している一端部を、その先端が排気ガスの流れの下流側となるように傾斜させることも可能である(逆向きに傾斜させてもよい。)。 The present invention is effective when applied to an internal combustion engine such as a gasoline engine. Therefore, it can be used industrially. For example, it is possible to incline the one end portion of the EGR pipe that has entered the exhaust pipe so that the tip thereof is downstream of the exhaust gas flow (inclined in the opposite direction). ).
2 シリンダヘッド
3 排気マニホールド
3b 集合部
5 排気通路を構成する排気管
6 第1触媒
7 第2触媒
8 A/Fセンサ(フロントセンサ)
9 O2センサ(リアセンサ)
10 EGRパイプ
13 バーリング部
14 継手
15 小穴
16 長穴
2
9 O2 sensor (rear sensor)
10
Claims (1)
内燃機関。 A catalyst set in a sensor is inserted in the exhaust passage in a state where the sensor is arranged on the upstream side, and an EGR pipe is connected to one end of the exhaust passage on the upstream side of the sensor. Connected in the state of entering the inside of the exhaust passage,
Internal combustion engine.
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