内燃机的进气系统的制作方法

专利名称：内燃机的进气系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油发动机、汽油发动机等内燃机的进气系统。
背景技术：
公知EGR(排气再循环=Exhaust Gas Recirculation)装置，该装置使柴油发动 机、汽油发动机等内燃机的排气的一部分返回到进气中，从而减少流入发动机中的空气的 量而降低燃烧温度，由此谋求降低排气中的NOx浓度、减少耗油量。另外，还公知下述结构， 将利用排气的涡轮增压器设在内燃机中，且包括有低压EGR通路和高压EGR通路，上述低压 EGR通路使排气的一部分自比涡轮增压器的涡轮靠下游侧的排气通路返回到进气中，上述 高压EGR通路使排气的一部分自比涡轮靠上游的排气通路返回到进气中。另一方面，在EGR装置中，需要在进气通路、排气通路中配置各种传感器，以监控 新空气(以下将不含排气的外来空气称作“新空气”)与EGR气体(以下也称作排气)的 混合气体的混合状态，还需要调整混合气体中的排气的流量。针对这一情况，公开有下述技 术，即、在具有涡轮增压器的发动机中，在比低压EGR通路与进气通路相连接的连接(合流) 部位靠下游的位置配置氧传感器，从而依据流入进气通路中的混合气体的CO2浓度控制高 压EGR通路和低压EGR通路中的气体的流量(专利文献1)。采用该技术，能够在比上述合 流部靠下游的位置准确地测量在新空气和低压EGR气体充分混合后达到恒定压力的气体 中的CO2浓度。专利文献1 日本特开2008-261300号公报(第W014]段)但是，本发明人对上述技术进行了研究后发现，使EGR管在仅为笔直形状的进气 管的中途与该进气管合流，并不能使新空气和排气在比合流部靠下游侧的进气管中充分混合。图10是模拟下述状态而得到的结果，该状态是在使EGR通路600在进气通路400 的中途与该进气通路400呈直角地相连接来设置合流部400c时的、通过进气通路400的进 气(新空气)、与自EGR通路600经过合流部400c而混入进气通路400中的排气的混合状 态，该进气通路400是内径为52mm的笔直的圆管状，该EGR通路600是与进气通路400成 直角且与进气通路400直径相同的笔直的圆管状。详细而言，自进气通路400的上游侧以 10m/s的流速供给常温的新空气(含大约20%的氧气的空气)，并且自E GR通路600的上 游侧以lOm/s的流速向合流部400c供给常温的排气(作为使空气中的氧气完全燃烧后得 到的气体、是氧浓度为0%的气氛)，然后进行各种流体力学计算，从而模拟进气通路400的 各位置上的新空气与排气的混合状态。然后，根据进气通路400的比合流部400c靠下游侧 的规定位置上的混合气体的氧浓度求出新空气与排气的混合比例。另外，在图10中，区域F表示80 100质量％的新空气，区域Ex表示80 100质 量％的排气，区域Mix表示40 60质量％的新空气。另外，区域F与区域Mix之间的F-M 区域表示60 80质量％的新空气，区域Ex与区域Mix之间的Ex-M区域表示60 80质 量％的排气。区域Mix是基本均等地混合有新空气和排气的区域。另一方面，区域F以及区域Ex是新空气和排气基本上未混合的区域。根据图10可清楚得知，在进气通路400的比合流部400c靠下游侧的壁面附近的 部分中，区域F或区域Ex存在至相当靠下游的位置，因此在将气体传感器Ix配置在上述部 分中的情况下，所测量的气体是新空气和排气基本未混合的气体。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够在进气通路与EGR通路相合流的合流部的 下游侧使新空气和排气充分混合、从而能够利用被配置在该部分中的气体传感器以较高的 精度检测混合气体中的特定气体浓度、提高内燃机性能的内燃机的进气系统。为了解决上述问题，本发明的内燃机的进气系统包括与内燃机的进气口相连接的 进气通路、与上述进气通路合流的EGR通路、安装在上述进气通路中的用于检测特定气体 浓度的气体传感器、和根据上述气体传感器的输出信号控制上述内燃机的控制部件，在上 述进气通路中，在比上述进气通路与上述EGR通路的合流部靠下游侧的位置上形成内径比 该合流部大的扩径部，将上述气体传感器安装在上述进气通路中的比上述扩径部靠下游侧 的位置。这样，在比扩径部靠下游侧的进气通路中，能够使流入进气通路中的进气(新空 气)、与经过EGR通路后自合流部流入进气通路中的排气充分混合，因此在将气体传感器安 装在该位置上时，能够以较高的精度检测混合气体中的特定气体浓度，提高内燃机性能。另外，气体传感器只要安装在比扩径部靠下游侧的进气通路中即可，可以安装在 扩径部中，还可以安装在比扩径部靠下游侧且内径比扩径部小的部位上。另外，在技术方案1所述的内燃机的进气系统中，优选上述扩径部的上游端距离 上述合流部的上游端与下游端之间的中间位置的长度为510mm以下。这样，能够更快地将 新空气和排气导入扩径部中，从而能够使新空气和排气自更靠近合流部的位置开始混合。 因此，可以将气体传感器安装在更靠近合流部的位置上。另外，合流部和扩径部可以分开地配置，也可以连续配置。另外，在技术方案2所述的内燃机的进气系统中，优选在将上述扩径部的开口 面积设为Si、将上述合流部的开口面积设为S2、将上述合流部的上述中间位置距离上述 气体传感器的安装位置的长度设为Ll时，在S1/S2小于2倍的情况下，Ll ^ -439 (Si/ S2)2+871(S1/S2)+151，在S1/S2为2倍以上的情况下，Ll彡100mm。通过将气体传感器安 装在该位置上，能够将气体传感器暴露在利用扩径部充分混合有排气的混合气体中，因此 能够以较高的精度检测混合气体中的特定气体浓度。另外，合流部的上游端与下游端之间的中间位置距离气体传感器的安装位置的长 度是指，沿进气管的轴线方向去的长度，例如在进气管是弯曲的形状的情况下，该长度指将 与该进气管相应地弯曲的轴线拉成直线状后得到的长度。另外，在技术方案2或技术方案3所述的内燃机的进气系统中，优选在将上述扩径 部的开口面积设为Si、将上述合流部的开口面积设为S2、将上述合流部的上述中间位置距 离上述气体传感器的安装位置的长度设为Ll时，在S1/S2小于3倍的情况下，Ll ^ -86 (Si/ S2)2+115(Sl/S2)+525，在S1/S2为3倍以上的情况下，Ll彡100mm。通过将气体传感器安 装在该位置上，能够将气体传感器暴露在利用扩径部充分混合有新空气的混合气体中，因此能够以更高的精度检测混合气体中的特定气体浓度。在技术方案1 4中任意一项所述的内燃机的进气系统中，可以在上述进气通路 中的比上述合流部靠下游侧的位置形成相对于该吸气通路的该合流部处的轴线方向弯曲 的弯曲部，且将上述气体传感器配置在比上述弯曲部靠下游侧的上述进气通路内。这样，利用扩径部和弯曲部能够进一步加强进气(新空气)与排气的混合效果，从 而在将气体传感器配置在上述下游的位置上时，能够进一步以更高的精度检测混合气体中 的特定气体浓度，由此能够进一步提高内燃机性能。另外，本发明的内燃机的进气系统包括与内燃机的进气口相连接的进气通路、与 上述进气通路合流的EGR通路、安装在上述进气通路中的用于检测特定气体浓度的气体传 感器、和根据上述气体传感器的输出信号控制上述内燃机的控制部件，在上述进气通路与 上述EGR通路的合流部靠下游侧的位置上形成以内径不比该合流部小且弯曲的弯曲部，将 上述气体传感器安装在比上述弯曲部靠下游侧的上述进气通路中。这样，在比弯曲部靠下游侧的进气通路中，能够使流入进气通路中的进气(新空 气)、与经过EGR通路后自合流部流入进气通路中的排气充分混合，因此在将气体传感器安 装在该位置上时，能够以较高的精度检测混合气体中的特定气体浓度，提高内燃机性能。另外，在技术方案6所述的内燃机的进气系统中，优选上述弯曲部的上游端距离 上述合流部的上游端与下游端之间的中间位置的长度为510mm以下。这样，能够更快地将 新空气和排气导入弯曲部中，从而能够使新空气和排气自更靠近合流部的位置开始混合。 因此，可以将气体传感器安装在更靠近合流部的位置上。另外，合流部和扩径部可以分开地配置，也可以连续配置。另外，在技术方案7所述的内燃机的进气系统中，优选在将上述弯曲部的弯曲角 度设为R1、将上述合流部的上述中间位置距离上述气体传感器的安装位置的长度设为L2 时，在Rl小于90度的情况下，L2彡-0. 075(Rl)2+1.8Rl+545，在Rl为90度以上的情况下， L2 ^ 100mm。通过将气体传感器安装在该位置上，能够将气体传感器暴露在利用弯曲部充 分混合有排气的混合气体中，因此能够以较高的精度检测混合气体中的特定气体浓度。另外，合流部的上游端与下游端之间的中间位置距离气体传感器的安装位置的长 度是指，沿进气管的轴线方向去的长度，例如在进气管是弯曲的形状的情况下，该长度指将 与该进气管相应地弯曲的轴线拉成直线状后得到的长度。另外，在技术方案7或技术方案8所述的内燃机的进气系统中，优选在将上述弯曲部 的弯曲角度设为R1、将上述合流部的上述中间位置距离上述气体传感器的安装位置的长度设 为L2时，在Rl小于90度的情况下，L2彡-0. 027 (Rl)2_1. 4R1+560，在Rl为90度以上的情况下， L2彡200mm。通过将气体传感器安装在该位置上，能够将气体传感器暴露在利用弯曲部充分混 合有新空气的混合气体中，因此能够以更高的精度检测混合气体中的特定气体浓度。采用本发明，能够在进气通路与EGR通路的合流部的下游侧使新空气与排气充分 混合，从而能够利用被配置在该部分中的气体传感器以较高的精度检测混合气体中的特定 气体浓度，提高内燃机性能。


图1是表示具有本发明的实施方式的内燃机的进气系统的内燃机的大致结构、和该内燃机的进气系统以及排气系统的大致结构的图。图2是表示在进气通路中的比与EGR通路的合流部靠下游侧的位置上形成有扩径 部时的、混合气体的混合状态的图。图3是表示在进气通路中的比与EGR通路的合流部靠下游侧的位置上形成有弯曲 部时的、混合气体的混合状态的图。图4是表示将扩径部的下游侧缩径后的、混合气体的混合状态的图。图5是表示在使扩径部的截面积相对于进气通路与EGR通路的合流部改变后的、 各区域中的新空气与排气的混合距离的图。图6是表示图5中的新空气与排气的混合距离的平均值的图。图7是气体传感器(氧传感器)的沿长度方向的剖视图。图8是表示传感器元件部的结构的展开图。图9是表示在使的弯曲部的弯曲角度相对于进气通路与EGR通路的合流部改变后 的、各区域中的新空气与排气的混合距离的图。图10是表示在进气通路中的比与EGR通路的合流部靠下游侧的位置上不改变进 气通路的内径时的、混合气体的混合状态的图。
具体实施例方式下面，说明本发明的实施方式。图1是表示具有本发明的实施方式的内燃机的进气系统的内燃机的大致结构的 图。内燃机300是具有4个气缸302的水冷式四冲程循环柴油发动机。进气通路400以及 排气通路500与内燃机300相连接，进气通路400与内燃机300的进气口 302a相连接。更 详细而言，用于检测被吸入的新空气(以下将不含排气的新鲜空气称作“新空气”)的空气 量的空气质量流量(mass airflow)传感器700与进气通路400的上游相连接。另一方面， 在进气通路400的末端形成有进气歧管400a，且该进气歧管400a分别与各气缸302的进气 口 302a相连接地分支成多条。同样，在排气通路500的上游侧形成有排气歧管500a，且该排气歧管500a分别与 各气缸302的排气口(未图示)相连接地分支成多条。另外，未图示的排气净化装置、消声 装置等与排气通路500的下游相连接。EGR通路600的一端600a与比排气歧管500a靠下游侧的排气通路500合流，另 一端600b与比进气歧管400a靠上游侧的进气通路400合流。并且，借助EGR通路600能 够使在排气通路500内流通的排气的一部分回流(再循环)到进气通路400中。另外，在 E GR通路600的中途配置有用于使外部空气与排气进行热交换而冷却排气的内冷却器(I/ C)612，在比内冷却器612靠下游(另一端600b)侧的EGR通路600内设有节气阀610，该节 气阀610用于调整在该EGR通路600内流通的排气的流量。另一方面，EGR通路600的另一端600b在进气通路400的中途与该进气通路400 合流，从而形成进气通路400的合流部400c。在比合流部400c靠上游的进气通路400内设 有节气阀410，该节气阀410用于调整在该进气通路400内流通的进气的流量。另外，在比 合流部400c靠下游的进气通路400内配置有气体传感器1，该气体传感器1的详细结构见 后述。
另外，如下面所说明的，气体传感器1形成为被保持在主体壳体2上的形状，该主 体壳体2用于将具有检测部的气体传感器元件安装在管状的进气通路400中。并且，气体 传感器1的外表面上的外螺纹与开设在进气通路400的壁面上的螺纹孔螺纹连接，并且气 体传感器1的顶端的检测部突出在进气通路400中。另外，也可以将利用排气进行动作的涡轮增压器(的压缩机)设在进气通路400、 排气通路500的中途。此外，在内燃机300中还设有用于控制内燃机300的E⑶(电子控制单元，相当于 权利要求书中的“控制部件”)800。ECU800依据内燃机300的运转条件、驾驶员的要求控制 内燃机300的运转状态。并且，包括气体传感器1在内的各种传感器借助电布线与E⑶800 相连接，上述各种传感器的输出信号输入到E⑶800中。另外，节气阀410、610借助电布线 与E⑶800相连接，从而能够利用E⑶800控制节气阀410、610的开度。详细而言，ECU800根据自气体传感器1输出的特定气体浓度的输出信号而控制节 气阀410、610中的至少一方的开度，从而将在进气通路400和EGR通路600中混合的混合 气体中的氧浓度调到最佳，然后将该混合气体导入内燃机300中，由此能够提高内燃机的 动力性能、降低耗油量，以及能够减少废气的排放。这里，在本发明中，由于通过检测进气侧的特定气体浓度而控制内燃机300，因此 与在排气侧设置气体传感器1而检测排气中的特定气体浓度的情况相比，能够以较高的精 度控制内燃机300。这是因为，依据排气中的特定气体浓度进行控制的情况是反馈控制，与 此相对，依据进气侧的特定气体浓度进行控制的情况能够控制气体燃烧前的内燃机300的 性能。接下来，说明气体传感器(氧传感器)1的结构。利用气体传感器1测量的特定气体通常是氧气，根据气体传感器1测得的O2浓度 计算被导入内燃机300内的混合气体中的O2浓度。在将氧气作为特定气体进行测量的情况下，能够使用后述的氧传感器(λ传感 器)、空燃比传感器为气体传感器1。图7是气体传感器(氧传感器)1的沿长度方向的剖视图。另外，将图7的下侧称 作“前端”侧，将上侧称作“后端”侧。气体传感器1是安装有用于检测氧浓度的气体传感器元件10的组件。气体传感器 1包括板状的气体传感器元件10，其沿轴线方向延伸；圆筒状的主体壳体2，其在外表面上 形成有螺纹部24，该螺纹部24用于将主体壳体2固定在排气管中；陶瓷套筒30，其为圆筒 状，具有供气体传感器元件10插入的通孔且配置在主体壳体2的内侧；圆筒状的氧化铝制 隔离件50，其供端子配件60插入，该端子配件60与设在气体传感器元件10的后端的电极 端子120a、120b、211(参照图8)相连接；氟化橡胶制垫圈(grommet) 77，其为圆筒状，配置 在隔离件50的后端且插入有与端子配件60相连接的4根(图中只表示2根)引线68 ；不 锈钢制外筒80，其为圆筒状，自外侧保持隔离件50和垫圈77且与主体壳体2的后端相连 接。主体壳体2具有沿轴线方向贯穿的通孔25，且具有向通孔25的径向内侧凸出的顶 盖部9。该顶盖部9形成为相对于与轴线方向垂直的平面朝向内侧倾斜的锥面。另外，主体 壳体2以将气体传感器元件10的检测部11配置在通孔25的前端侧外部的状态保持气体传感器元件10。在主体壳体2的通孔25的内部从前端侧到后端侧按照陶瓷保持体21、粉末填充层 (滑石环)22、23以及上述陶瓷套筒30的顺序层叠有上述构件，该陶瓷保持体21呈环状且 能环绕气体传感器10的径向周围。另外，在陶瓷套筒30与主体壳体2的后端部之间配置 有紧固密封件8，在陶瓷保持体21与主体壳体2的顶盖部9之间配置有金属保持体20，该 金属保持体20用于保持滑石环22、陶瓷保持体21且用于维持气密性。另外，从而形成紧固 部7，用以隔着紧固密封件8向前端侧挤压陶瓷套筒30地紧固主体壳体2的后端部，。通过进行紧固而压缩滑石环22、23，从而将气体传感器10固定在主体壳体2内的 规定位置上。另一方面，如图7所示，在主体壳体2的前端侧外周利用焊接等方法安装有金属制 (例如不锈钢等)的外部护罩4和内部护罩3，该外部护罩4和内部护罩3具有多个孔部5、 6且用于覆盖气体传感器元件10的检测部11。并且，在主体壳体2的后端侧外周固定有外筒80。外筒80自外侧保持隔离件50 和垫圈77，通过对外筒80的后端部进行紧固而固定垫圈77。另外，在隔离件50与外筒80之间安装有大致圆筒状的金属制的保持配件70。在 保持配件70的外周面的中间位置上形成有向内侧突出的突出部72，保持配件70的后端向 内侧翻折而形成翻折部73。并且，由于突出部72和翻折部73与隔离件50的外周面带弹性 地接触，因此能够将隔离件50保持在外筒80中。端子配件60包括将引线68紧固连接起来的基部62、和自基部62延伸而向内侧翻 折的前端部61。基部62进一步包括第1紧固部65和第2紧固部64，该第1紧固部65用 于紧固引线68的被绝缘包覆的外周，该第2紧固部64对剥开引线68的前端而露出的导线 进行紧固从而谋求将引线68电连接起来。另外，以使前端部61的内侧翻折部分分别与形 成在气体传感器元件10后端的正反表面上的电极端子120a、120b、211相面对的方式配置 多个前端部61，在将电极端子120a、120b、211安装在相面对的内侧翻折部分之间时，利用 前端部61的弹簧力使前端部61向电极端子120a、120b、211施力，从而使前端部61与电极 端子120a、120b、211电连接。接下来，使用展开图8说明气体传感器元件10的结构。气体传感器元件10为长 条的板状，通过层叠加热器14和用于检测排气中的氧浓度的氧浓度电池单元12而形成该 气体传感器元件10。氧浓度电池单元12包括固态电介质层111、检测电极131和基准电极132，该检测 电极131为矩形且设在固态电介质层111的上表面左侧，该基准电极132隔着固态电介质 层111与检测电极131相对从而构成对电极。此外，自检测电极131向长度方向右侧延伸 地设有检测引导部133，同样自基准电极132向长度方向右侧延伸地设有基准引导部134。并且，在检测电极131的表面覆盖有用于保护检测电极131的多孔质保护层155， 此外，在固态电介质层111上环绕多孔质保护层155地形成有用于保护引导部133的绝缘 层51。另外，将位于气体传感器元件10的前端且包括检测电极131、基准电极132的层叠 体称作检测部11。另外，基准引导部134的端部借助通孔115和通孔117与电极端子120b电连接， 该通孔115形成在固态电介质层111中，该通孔117形成在绝缘层51中，该电极端子120b配置在绝缘层51的上表面51a的右端。另一方面，检测引导部133的端部借助通孔116与 电极端子120a电连接，该通孔116形成在绝缘层51中，该电极端子120a配置在绝缘层51 的上表面51a的右端。另一方面，加热器14由绝缘层221、222和发热电阻体210构成，发热电阻体210沿 长度方向延伸地被层叠在绝缘层221的下表面221b以及绝缘层222的上表面222a之间。 发热电阻体210包括发热部212和一对发热引导部213，该发热部212位于检测电极131的 正下方且呈蜿蜒状地配置有发热线，该一对发热引导部213自发热部212的端部沿长度方 向延伸。各发热引导部213借助绝缘层222中的通孔222c与形成在绝缘层222的下表面 222b上的电极端子(电极垫)211相连接。固态电介质层111可以使用例如局部稳定化氧化锆(在氧化锆中作为稳定剂添加 氧化钇或氧化钙后得到的生成物)形成，绝缘层51、221、222的可以以氧化铝为主体。可 以使用例如Pt (钼)、Rh (铑)、Pd (钯)等形成检测电极部131、基准电极部132和发热部 212，但由于电极131、132具有作为电极的规定特性、而且发热部212被通以电流后温度会 升高，因此优选使用Pt (钼)形成电极131、132和发热部212。多孔质保护层155可以使用例如以氧化铝为主体、且混合有碳等升华材料的材料 形成。另外，通过烧结该碳而使该碳升华，从而形成多孔质保护层155。接下来，是本发明的特征部分。参照图2 图4说明比合流部400c靠下游侧的进 气通路400的形状。如上所述，使E GR通路600仅在为笔直形状的进气通路400的中途与 该进气管合流，并不能使新空气和排气在比合流部400c靠下游侧的进气通路400中充分混
I=I O因此，如图2所示，在比合流部400c靠下游侧的进气通路400中形成内径比合流 部400c大的扩径部420，结果发现即使在扩径部420的上游端420a (扩径部420与合流部 400c的连接部分)附近也能充分地混合新空气和排气。可以认为这是因为，在比合流部 400c靠下游侧的位置上，进气通路400的截面积增大(在本实施例中为大约3倍)，从而产 生了漩涡(swirl)。因而，当将气体传感器1安装在进气通路400中的比合流部400c靠下 游侧的位置上时，能够以较高的精度测量使新空气和排气充分混合后得到的混合气体中的 特定气体浓度。另外，优选扩径部420的上游端420a的位置(相当于图2中的T4)距离合流部 400c的上游端与下游端之间的中间位置(相当于图2中的T1)的长度为510mm以下。这样， 能够更快地将在进气通路400中流动的新空气、和经过EGR通路600后自合流部400c流入 进气通路400中的排气导入到扩径部420中。因此，能够将气体传感器1安装在靠近合流 部400c的位置上。也就是说，能够使气体传感器1的安装位置(相当于图2中的T5)靠近 合流部400c。另外，在本实施例中，T1与T4的距离是40mm。图2是以与上述图10相同的条件进行的模拟，将扩径部420的内径设为90mm，且 使扩径部420与合流部400c的下游相连接。另外，进气通路400的除去扩径部420的部分 包括合流部400c在内都为同一内径(52mm)。另外，优选扩径部420的内径为配置有进气通路400的发动机室的对角线长度的 1/4倍以下。在扩径部420的内径大于发动机室的对角线长度的1/4倍时，很难在汽车中设 置扩径部420。另外，优选合流部400c的内径为20mm 发动机室的对角线长度的1/5倍的数值。在合流部400c的内径小于20mm时，很难导入新空气、排气，在合流部400c的内径大 于发动机室的对角线长度的1/5倍时，很难在汽车中设置合流部400c、与该合流部400c相 连接的进气通路400、EGR通路600。另外，优选扩径部420的长度在发动机室的对角线长度以下。在扩径部420的长 度大于发动机室的对角线长度时，很难在汽车中设置扩径部420。这里，“将气体传感器1配置在比扩径部420靠下游侧的位置上”包括如图2所示 地将气体传感器1配置在扩径部420内。另外，如图3所示，在比合流部400c靠下游侧的进气通路400中形成不自合流部 400c缩颈而弯曲的弯曲部430，将气体传感器1安装在比弯曲部430靠下游侧的进气通路 400中，结果发现在比弯曲部430靠下游侧的位置上能够使新空气和排气充分混合。这是因 为，在弯曲部430中产生了漩涡(涡流)。另外，优选弯曲部430的上游端的位置(相当于图3中的T9)距离合流部400c的 上游端与下游端之间的中间位置(相当于图3中的T6)的长度为510mm以下。这样，能够 更快地将在进气通路400中流动的新空气、和经过EGR通路600后自合流部400c流入进气 通路400中的排气导入弯曲部430中。因此，能够将气体传感器1安装在靠近合流部400c 的位置上。也就是说，能够使气体传感器1的安装位置(相当于图3中的Tltl)更加靠近合 流部400c。另外，在本实施例中，T6与T9之间的距离是100mm。另外，图3是以与上述图10相同的条件进行的模拟，在比合流部400c靠下游的位 置上不改变进气通路400的直径(52mm)地将进气通路400弯曲成直角而形成的。这里，“弯曲部430”是指进气通路400的轴线以规定曲率弯曲的部分。另外，“将 气体传感器1配置在比弯曲部430靠下游侧的位置上”不仅包括如图3所示将气体传感器 1配置在比弯曲部430靠下游的弯曲结束的直线部440中的情况，还包括将气体传感器1配 置在弯曲部430内的情况。另外，“不缩径”也包括缩径至合流部400c的内径的90%的情况。这是因为，在实 施该种程度的缩径时，不会影响因弯曲部430而产生的气体的混合效果。但是，当在比合流 部400c靠下游侧的进气通路400中设有细径的旁路、分支路径的情况下，由于上述路径的 内径较小且气体的混合效果不佳，因此上述路径并不相当于弯曲部430。也可以将内径比合流部400c大的扩径部、和自合流部400c开始弯曲的弯曲部都 形成在比合流部400c靠下游侧的进气通路400中，且将气体传感器1配置在比扩径部和上 述弯曲部都靠下游侧的进气通路400内。作为该种结构，具有下述3种情况，S卩，(1)在沿 进气通路400的轴线的不同的位置上配置扩径部和弯曲部、且使扩径部位于弯曲部的上游 侧；(2)在沿进气通路400的轴线的不同的位置上配置扩径部和弯曲部、且使扩径部位于弯 曲部的下游侧；(3) —体地形成扩径部和弯曲部。在上述(1)和(2)的情况下，既可以使弯曲部自合流部400c缩径地弯曲，也可以 使弯曲部自合流部400c不缩径地弯曲。这是因为，即使弯曲部自合流部400c缩径地弯曲 而不能在弯曲部中获得充分的新空气与排气的混合效果，也可以利用扩径部使新空气和排 气充分地混合以补偿该效果。另一方面，在上述(3)的情况下，弯曲部自合流部400c扩径 并弯曲。在(1) (3)的任意一种结构中，均能获得下述复合效果，即，能够使新空气和排气充分混合、并能利用弯曲部节省发动机附近、发动机周围的吸气系统的设置空间、易于处理。另外，如图4所示，也可以使图2的扩径部420的下游缩径而设置缩径部450，当设 有扩径部420时，在缩径部450内也能使新空气和排气充分混合，因此也可以将气体传感器 1配置在缩径部450中。这里，图4是以与上述图10相同的条件进行的模拟，缩径部450的 内径为52mm。另外，也可以使比合流部400c靠下游侧的进气通路400扩径并弯曲(即、将扩径 部和弯曲部一并设置)。此外，在比合流部400c靠下游侧的进气通路400中，可以按照扩径 部420、弯曲部430的顺序设置扩径部420、弯曲部430、或者也可以按照弯曲部430、扩径部 420的顺序设置扩径部420、弯曲部430。另外，在进气通路400内的配置有气体传感器1的位置上，也可以例如将进气通路 400分支或设置旁路，但是位于比该分支位置靠上游的扩径部420、弯曲部430不能被分支 成多条、而是必须形成为1条通路。这是因为，在将扩径部420、弯曲部430分支成多条时， 可能影响新空气与排气的混合效果。接下来，参照图5、图6说明在使扩径部420的截面积相对于合流部400c改变情 况下的、新空气与排气的混合状态。另外，图5、图6是以与上述图2相同的条件进行的模 拟，在52 IOOmm的范围间改变扩径部420的内径并使扩径部420与合流部400c的下游 相连接。另外，除去扩径部420的部分的进气通路400包括合流部400c在内都为同一内径 (52mm)，扩径部420的上游端420a的位置T4距离合流部400c的上游端与下游端之间的中 间位置T1的长度为40mm。图5的图表表示的是，在作为各区域的分布获得如图2那样模拟后的混合状态以 后，求出F区域的混合距离和Ex区域的混合距离，将它们相对于截面积比(扩径部420的 开口面积Si/合流部400c的开口面积S2)的关系表示出来。这里，例如F区域的混合距离是指，F区域在扩径部420的轴线方向上延伸至的最 下游的位置(相当于图2中的T2)距离合流部400c的上游端与下游端之间的中间位置T1 的长度。另外，Ex区域的混合距离是指，Ex区域在扩径部420的轴线方向上延伸至的最下 游的位置(相当于图2中的T3)距离合流部400c的上游端与下游端之间的中间位置T1的 长度。混合距离越短，越能使新空气与排气在合流部400c的下游快速混合。根据图5可知，在截面积比大于1. 0时，F区域、Ex区域的混合距离都变短。另外，优选在将合流部400c的上游端与下游端之间的中间位置T1距离气体传 感器1的安装位置T5的长度设为Ll时，在S1/S2小于2倍的情况下，Ll彡-439X (Si/ S2)2+871X (Sl/S2)+151，在S1/S2为2倍以上的情况下，Ll彡IOOmm0通过将气体传感器1 安装在该位置上，能够将气体传感器1暴露在利用扩径部420充分混合有排气(特别是Ex 区域)的混合气体中，因此能够以较高的精度检测混合气体中的特定气体浓度。此外，优选在S1/S2 小于 3 倍的情况下，Ll 彡-86X (S1/S2)2+115X (Sl/S2)+525， 在S1/S2为3倍以上的情况下，Ll ^ 100mm。通过将气体传感器1安装在该位置上，能够将 气体传感器1暴露在利用扩径部420充分混合有新空气(特别是F区域)的混合气体中， 因此能够以较高的精度检测混合气体中的特定气体浓度。另外，图6是表示F区域的混合距离与Ex区域的混合距离的平均值与截面积比的比的图表。根据图6可知，在截面积比为1.8以上时，与截面积比为1.0的情况相比，能够 将混合距离缩短一半，在截面积比为3.0以上时，能够充分缩短混合距离，新空气和排气均 易于被充分混合。由此得知，优选截面积比(扩径部420的截面积/合流部400c的截面积)为1. 8 以上，更优选截面积比为3.0以上。接下来，参照图9说明在使弯曲部430的弯曲角度相对于合流部400c (合流部 400c中的吸气通路400的轴线方向)改变的情况下的、新空气与排气的混合状态。另外，图 9是以与上述图3相同的条件进行的模拟，整条进气通路400包括合流部400c在内都为同 一内径(52mm)，弯曲部430的上游端的位置T9距离合流部400c的上游端与下游端之间的 中间位置T6的长度为100mm。图9表示的是，作为各区域的分布状态获得如图3那样模拟后的混合状态以后，求 出F区域的混合距离和Ex区域的混合距离，然后将上述距离与弯曲角度(° )的关系表示 出来的图表。这里，例如F区域的混合距离是指，F区域延伸至的最下游的位置(相当于图3中 的T7)距离合流部400c的上游端与下游端之间的中间位置T5的长度。可以用相同的方法 求得Ex区域的混合距离，该Ex区域的混合距离是指，Ex区域延伸至的最下游的位置(相 当于图3中的T8)距离合流部400c的上游端与下游端之间的中间位置T6的长度。混合距 离越短，越能使新空气与排气在合流部400c的下游快速混合。根据图9可知，在弯曲角度大于0°时(即在形成有弯曲部430时)，F区域、Ex区 域的混合距离都变短。另外，优选在将弯曲部430的弯曲角度设为R1、将合流部400c的上游端与下游端 之间的中间位置T6距离气体传感器1的安装位置Tltl的长度设为L2时，在Rl小于90度的 情况下，L2彡-0. 075 (Rl) 2+l. 8R1+545，在Rl为90度以上的情况下，L2彡100mm。通过将 气体传感器1安装在该位置上，能够将气体传感器1暴露在利用弯曲部430充分混合有排 气(特别是Ex区域)的混合气体中，因此能够以较高的精度检测混合气体中的特定气体浓 度。此外，在Rl小于90度的情况下，L2彡-0. 027 (Rl) 2_1. 4R1+560，在Rl为90度以
上的情况下，L2 ^ 200mm。通过将气体传感器1安装在该位置上，能够将气体传感器1暴露 在利用弯曲部430充分混合有新空气(特别是F区域)的混合气体中，因此能够以较高的 精度检测混合气体中的特定气体浓度。如上所述，在比合流部400c靠下游侧的进气通路400中形成内径比合流部400c 大的扩径部420、或者自合流部形成不缩径地弯曲的弯曲部430，且将气体传感器1安装在 进气通路400中的比扩径部420或弯曲部430靠下游侧的位置上，此时由于能够使流入进 气通路400中的进气(新空气)与来自合流部400c的排气充分混合，因此能够以较高的精 度检测混合气体中的特定气体浓度，提高内燃机性能。本发明并不限定于上述实施方式，当然涵盖本发明的思想和技术方案所包含的各 种变形以及等同物。例如，作为用于控制内燃机而检测的特定气体，可以是氧气、NOx气体。另外，作为 气体传感器，可以使用氧传感器(λ传感器)、空燃比传感器。
另外，进气通路、EGR通路、合流部、扩径部等构件的形状、尺寸没有限定，例如可以 使用圆管构成上述构件。内燃机也不限定于柴油发动机，也可以是汽油发动机。
权利要求
一种内燃机的进气系统，其包括与内燃机的进气口相连接的进气通路、与上述进气通路合流的EGR通路、安装在上述进气通路中的用于检测特定气体浓度的气体传感器、和根据上述气体传感器的输出信号控制上述内燃机的控制部件，其中，在上述进气通路中，在比上述进气通路与上述EGR通路的合流部靠下游侧的位置上形成内径比该合流部大的扩径部；将上述气体传感器安装在上述进气通路中的位于比上述扩径部靠下游侧的位置。
2.根据权利要求1所述的内燃机的进气系统，其特征在于，上述扩径部的上游端距离上述合流部的上游端与下游端之间的中间位置的长度为 510mm以下。
3.根据权利要求2所述的内燃机的进气系统，其特征在于，在将上述扩径部的开口面积设为Si、将上述合流部的开口面积设为S2、将上述合流部 的上述中间位置距离上述气体传感器的安装位置的长度设为Ll时，在S1/S2小于2倍的情 况下，Ll 彡-439(S1/S2)2+871(S1/S2)+151，在 S1/S2 为 2 倍以上的情况下，Ll 彡 100mm。
4.根据权利要求2或3所述的内燃机的进气系统，其特征在于，在将上述扩径部的开口面积设为Si、将上述合流部的开口面积设为S2、将上述合流部 的上述中间位置距离上述气体传感器的安装位置的长度设为Ll时，在S1/S2小于3倍的情 况下，Ll 彡-86(Sl/S2)2+115(Sl/S2)+525，在 S1/S2 为 3 倍以上的情况下，Ll 彡 100mm。
5.根据权利要求1 4中任意一项所述的内燃机的进气系统，其特征在于，在上述进气通路的比上述合流部靠下游侧的位置形成相对于该进气通路的该合流部 处的轴线方向弯曲的弯曲部；将上述气体传感器配置在上述进气通路中的比上述弯曲部靠下游侧的位置。
6.一种内燃机的进气系统，其包括与内燃机的进气口相连接的进气通路、与上述进气 通路合流的EGR通路、安装在上述进气通路中的用于检测特定气体浓度的气体传感器、和 根据上述气体传感器的输出信号控制上述内燃机的控制部件，其中，在上述进气通路中，在比上述进气通路与上述EGR通路的合流部靠下游侧的位置形成 内径不比该合流部小且弯曲的弯曲部；将上述气体传感器安装在上述进气通路中的比上述弯曲部靠下游侧的位置。
7.根据权利要求6所述的内燃机的进气系统，其特征在于，上述弯曲部的上游端距离上述合流部的上游端与下游端之间的中间位置的长度为 510mm以下。
8.根据权利要求7所述的内燃机的进气系统，其特征在于，在将上述弯曲部的弯曲角度设为R1、将上述合流部的上述中间位置距离上述气体传感 器的安装位置的长度设为L2时，在Rl小于90度的情况下，L2彡-0. 075 (Rl) 2+l. 8R1+545， 在Rl为90度以上的情况下，L2 ^ 100mm。
9.根据权利要求7或8所述的内燃机的进气系统，其特征在于，在将上述弯曲部的弯曲角度设为R1、将上述合流部的上述中间位置距离上述气体传感 器的安装位置的长度设为L2时，在Rl小于90度的情况下，L2彡-0. 027 (Rl) 2_1· 4R1+560, 在Rl为90度以上的情况下，L2 ^ 200mm。
全文摘要
本发明提供一种内燃机的进气系统。该系统能使新空气和排气在进气通路与EGR通路的合流部的下游侧充分混合，能利用被配置在该部分的气体传感器以较高的精度检测混合气体中的特定气体浓度，提高内燃机性能。内燃机的进气系统包括与内燃机(300)的进气口(302a)相连的进气通路(400)、与进气通路合流的EGR通路(600)、安装在进气通路(400)中的用于检测特定气体浓度的气体传感器(1)、根据气体传感器(1)的输出信号控制内燃机的控制部件(800)，在进气通路中的比与EGR通路的合流部(400c)靠下游侧的位置形成内径比该合流部大的扩径部(420)，将气体传感器(1)安装在比扩径部靠下游侧的进气通路中。
文档编号F02M35/104GK101922388SQ20101020783
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月13日 优先权日2009年6月15日
发明者吉川孝哉, 田岛朋裕, 都築正雄 申请人:日本特殊陶业株式会社