(57)【要約】【課題】リーンNOxトラップを排気出口に近接して配置するのを可能にし、そして、より経済的に製造することが出来る排出制御装置を提供する。【解決手段】排出制御装置において、三元触媒とリーンNOxトラップが単一のハウジング内に配置される。リーンNOxトラップ15を通過する排気の温度を低下させ、またリーンNOxトラップ15がエンジン10からの排気出口11に近接して配置されるのを可能とするように、排気クーラー13をリーンNOxトラップ15の上流に配置することが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つがリーン燃焼モードである複数の燃焼モードで動作可能な内燃機関のための排出制御装置であって、
上記内燃機関からの排気を使用中に受けるための入口及び、処理された排気がそこから使用中に流れ出る出口、持つハウジングを有し、三元触媒及びリーンNOxトラップが、上記ハウジング内に配置されていることを特徴とする。
【請求項２】
上記三元触媒が上記リーンNOxトラップよりも上流に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記三元触媒と上記リーンNOxトラップとが、上記ハウジング内に単一のユニットを構成している、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
上記ハウジングの入口が、上記内燃機関から排気を導く排気マニフォールドに取付けられている、請求項１乃至３のいずれか一に記載の装置。
【請求項５】
上記リーンNOxトラップより上流のハウジング内に排気クーラーが取付けられている、請求項１乃至４のいずれか一に記載の装置。
【請求項６】
上記ハウジングが、上記排気クーラーを通して排気を使用中に導く第1通路と、上記排気クーラーをバイパスするように排気を使用中に導く第2通路とを備えている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
上記排気クーラーを通過する排気の流れを使用中に制御するために、少なくとも一つのバルブが設けられている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
上記バルブが、上記第1通路を通る排気の流れを制御するように作動可能である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
上記バルブが、上記第2通路を通る排気の流れを制御するように作動可能である、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
上記バルブが、上記第1と第2の通路を通る排気の流れを制御するように作動可能である、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
2つの第1通路が中央第2通路の両側にそれぞれ配置されている、請求項６乃至10のいずれか一に記載の装置。
【請求項１２】
上記通路のそれぞれを通る流れが、共通のスピンドル上に取付けられた各々のバタフライ・バルブにより制御される、請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
上記第1通路を通る排気流を制御するためのバタフライ・バルブが、上記第2通路を通る排気流を制御するためのバタフライ・バルブに対して垂直に、上記スピンドルに取付けられている、請求項12に記載の装置。
【請求項１４】
上記第2通路が上記排気クーラーを通るように、上記第2通路が上記第1通路内に配置されている、請求項６乃至10のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
上記第1及び第2の通路が同心状に構成されている、請求項６乃至10及び14のいずれか一に記載の装置。
【請求項１６】
上記内燃機関が高負荷で動作しているときに、排気の実質的に全てが上記排気クーラーを通り流れるのを確実なものとするように、上記バルブが制御される、請求項７に記載の装置。
【請求項１７】
上記リーンNOxトラップを通り流れる排気の温度を制御するために、少なくとも上記内燃機関がリーン燃焼モードで動作しているときに、上記バルブが制御される、請求項７に記載の装置。
【請求項１８】
コンプレッサーとタービンとを収容するケーシングを持つ排気ターボチャージャー、及び、該ターボチャージャーの上記タービンを選択的にバイパスするためのバルブにより制御されるウェイストゲート通路、を更に有し、上記ハウジングが、上記ターボチャージャーと上記ウェイストゲート通路からの排気を受けるように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一に記載の装置。
【請求項１９】
上記タービンの上流に接続されて動作する入口端及び、上記タービンの下流に接続された出口端を持つ別個の通路により、上記ウェイストゲート通路が形成されている、請求項18に記載の装置。
【請求項２０】
所定のエンジン運転状態が存在するとき、排気が上記ウェイストゲート通路を通り流れるのを許容するために、ウェイストゲート・バルブが用いられる、請求項18又は19に記載の装置。
【請求項２１】
排気クーラーが上記ウェイストゲート通路に取付けられる、請求項18乃至20のいずれか一に記載の装置。
【請求項２２】
上記ターボチャージャーの上記タービンの下流に排気クーラーが取付けられている、請求項18乃至21のいずれか一に記載の装置。
【請求項２３】
上記排気クーラーを通る排気流を制御するために、少なくとも一つのバイパス・バルブが設けられている、請求項22に記載の装置。
【請求項２４】
上記排気クーラーを選択的にバイパスする通路が設けられている、請求項22又は23に記載の装置。
【請求項２５】
上記バイパス・バルブが、上記バイパス通路を通る排気の流れを制御するようにされる、請求項24に記載の装置。
【請求項２６】
上記バイパス・バルブが、上記内燃機関が高負荷で動作しているときに、排気の実質的に全てが上記排気クーラーを通り流れるのを確実なものとするようにされる、請求項23又は25に記載の装置。
【請求項２７】
少なくとも上記内燃機関がリーン燃焼モードで動作しているとき、上記リーンNOxトラップを通り流れる排気の温度を制御するために、上記バイパス・バルブが制御される、請求項23、25又は26に記載の装置。
【請求項２８】
少なくともリーン燃焼モードで動作する内燃機関であって、そこからの排気を受けるためにそこに結合されて動作する、請求項1乃至27のいずれか一に記載の排出制御装置、を持つ内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、より具体的には、リーンバーン内燃機関からの排出物の削減に関する。
【背景技術】
【０００２】
リーンバーン燃焼モード、理論燃焼モード及びリッチ燃焼モードなどの複数の燃焼モードで動作できる内燃機関を提供することが、公知である。
【０００３】
そのようなエンジンからの排出物を低減するために、理論燃焼又はリッチ燃焼モード用に三元触媒が用いられるが、そのような触媒は、エンジンがリーンバーン燃焼モードで動作中には有効でなく、それで、リーンNOxトラップも通常用いられる。
【０００４】
リーンNOxトラップは、限られた温度範囲内でのみ効率的に機能し、そこを通過する排気の温度が長期にわたり高過ぎると、それの性能が急激に低下することになる、というのがリーンNOxトラップの問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リーンNOxトラップを排気出口に近接して配置するのを可能にし、そして、より経済的に製造することが出来る排出制御装置を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第1の観点によれば、一つがリーン燃焼モードである複数の燃焼モードで動作可能な内燃機関のための排出制御装置が提供され、この装置は、上記内燃機関からの排気を使用中に受けるための入口及び処理後の排気が使用中にそこから流れ出る出口を持つハウジング、を有し、三元触媒とリーンNOxトラップが上記ハウジング内に配置される。
【０００７】
三元触媒は、リーンNOxトラップよりも上流に配置されても良い。
【０００８】
好ましくは、三元触媒とリーンNOxトラップとで、ハウジング内に単一のユニットを形成する。
【０００９】
ハウジングの入口は、内燃機関から排気を導く排気マニフォールドに取付けることが出来る。
【００１０】
排気クーラーを、リーンNOxトラップから上流のハウジングに取付けることが出来る。
【００１１】
ハウジングは、使用中に排気を上記排気クーラーを通して導く第1通路と、排気クーラーをバイパスするように使用中に排気を導く第2通路と、を設けることも出来る。
【００１２】
上記排気クーラーを通る排気の流れを使用中に制御するために、少なくとも一つのバルブを設けることも出来る。
【００１３】
このバルブは、上記第1通路を通る排気の流れを制御するように動作可能とすることも出来る。
【００１４】
このバルブは、上記第2通路を通る排気の流れを制御するように動作可能とすることも出来る。
【００１５】
このバルブは、上記第１通路及び第2通路を通る排気の流れを制御するように動作可能とすることも出来る。
【００１６】
それぞれが、中央第2通路の両側に位置する二つの第1通路を設けることも出来る。
【００１７】
通路のそれぞれを通る流れは、共通のスピンドル上に取付けられた各バタフライ・バルブにより、制御され得るのが好ましい。
【００１８】
第1通路を通る排気流を制御するためのバタフライ・バルブは、第2通路を通る排気流を制御するためのバタフライ・バルブに対して直角にスピンドルに取付けることが出来る。
【００１９】
第2通路が排気クーラーを通過するように、第2通路を第1通路内に配置することも出来る。
【００２０】
第1及び第2通路は、同心上に配置することが出来る。
【００２１】
上記内燃機関が高負荷で動作しているとき、排気の実質的に全てが排気クーラーを通り流れるのを確実なものとするために、上記バルブを制御することが出来る。
【００２２】
少なくともエンジンがリーンバーン燃焼モードで動作しているときに、リーンNOxトラップを流れる排気の温度を制御するように、上記バルブを制御することが出来る。
【００２３】
排出制御装置は更に、コンプレッサーとタービンを収容するためのケーシングを持つターボチャージャー及び、該ターボチャージャーのタービンを選択的にバイパスするためにバルブで制御されるウェイスト・ゲート通路を有し、上記ハウジングが、上記ターボチャージャー及びウェイスト・ゲート通路からの排気を受けるようにされる。
【００２４】
上記ウェイストゲート通路は、上記タービンの上流に接続されて動作する入口端を持つ独立した通路により、形成することが出来る。
【００２５】
所定のエンジン運転状態が存在するときに、排気が上記ウェストゲート通路を通り流れるのを許容するために、ウェイストゲート・バルブを用いることも出来る。
【００２６】
所定のエンジン運転状態は、コンプレッサーが生成する圧力が所定限界に到達したとき、エンジンが高負荷で動作しているとき、又は、リーンNOxトラップの温度を所定限界内に維持する必要があるとき、とすることが出来る。
【００２７】
排気クーラーは、ウェイストゲート通路内に取付けることが出来る。
【００２８】
排気クーラーは、ターボチャージャーのタービンよりも下流に取り付けることも出来る。
【００２９】
排気クーラーを通る排気の流れを使用中に制御する少なくとも一つのバイパス・バルブを設けることが出来る。
【００３０】
排気クーラーを使用中に選択的にバイパスする通路を設けることが出来る。
【００３１】
バイパス通路を通る排気の流れを制御するバイパス・バルブを設けることが出来る。
【００３２】
バイパス・バルブは、エンジンが高負荷で動作しているときに、実質的に全ての排気が排気クーラーを通り流れるのを確実なものとするように出来る。
【００３３】
少なくともエンジンがリーン燃焼モードで動作しているときに、リーンNOxトラップを通り流れる排気の温度を制御するために、バイパス・バルブは制御され得る。
本発明の第２の観点によれば、少なくともリーン燃焼モードで動作可能な内燃機関が提供され、該機関からの排気を受けるためにそこに接続されて動作する上記本発明の第1の観点による排出制御装置を上記機関が持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１を参照すると、そこには、結合された排気マニフォールド11を持つ内燃機関（エンジン）10が示されている。エンジン10は、空燃比が理論空燃比よりも高いリーン燃焼モード、空燃比が理論空燃比である理論燃焼モード、及び、空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ燃焼モード、である、3つの個別の燃焼モードで動作する。
【００３５】
排出制御装置は、排気マニフォールド11に接続されて動作する一端の入口と、排気流が排気システム（不図示）へ流れる出口18とを有するハウジング22を持つ。
【００３６】
ハウジング22は、三元触媒14とリーンNOxトラップ15とを収容するのに用いられ、三元触媒14とリーンNOxトラップ15とは単一のユニットとして形成されている。三元触媒14がリーンNOxトラップ15の上流になるように、両者はハウジング22内に配置される。図示の例において、三元触媒14とリーンNOxトラップ15は、支持構造体（不図示）により一緒に保持されているものの、ハウジング22により単純に支持されることも出来、そして一緒に固定される必要はないが、互いに離間させて近接配置することが出来る、ということが認識されるであろう。
【００３７】
ハウジング22はまた、排気クーラー13を支持し、排気クーラーは、エンジン10の主冷却回路（不図示）に接続され、そこから冷媒が取り出されて、排気クーラー13を通して、戻される。
【００３８】
ハウジング22は、2つの排気流通路16, 17を規定し、そのうち、第1通路16内には、排気クーラー13が取付けられ、そして第2通路17は排気クーラー13をバイパスし、排気クーラー13が必要でないときに、そこを通して排気を導くことが出来る。
【００３９】
バルブ12は、第1及び第2の通路16及び17を通る排気の流れを制御するように動作され、この場合に、バルブ12は、一方の移動限界において第1通路16への入口を閉じ、他方の移動限界において第2通路17への入口を閉じる動作が出来る。しかしながら、バルブ12は、第1通路16への入口を開閉することなしに第2通路17への入口の開閉のみを行なうように構成することも出来ることが理解される。これは、第2通路17への入口が開いているときに、第1通路16への入口が制限されないままであるとしても、第2通路17を通る流れに対する抵抗が、排気クーラー13を通る流れに対する抵抗よりもはるかに小さいが故に、実質的に全ての排気がそこを通過して流れることになるからである。
【００４０】
バルブ12は、適宜の手段により駆動することが出来るが、この場合には、負圧作動アクチュエーター（不図示）がバルブ12へ接続される。負圧作動アクチュエーターは、一定のエンジン運転状態が存在するときに、2つの限界の間でバルブ12を動かすようにプログラムされた電子制御ユニットにより制御される。この例において、リーンNOxトラップ15に入る排気の温度を所定範囲に維持するために、第1通路16を通る流れが連続的に調整されるように、バルブ12は、それの2つの動作限界の間で線形的に制御される。これらを達成するために、温度センサー（不図示）が、三元触媒14に入りリーンNOxトラップ15を出る排気の温度を監視するのに用いられる。その温度に基き、NOxトラップ15内の温度の推定値が、電子制御ユニットにより導かれる。
【００４１】
排出制御装置の動作は以下のとおりである。冷間始動からは、三元触媒を迅速に加熱するのが望ましく、それで最初に、バルブ12は第2通路17を通る排気の流れを許容するように、位置される。三元触媒14の温度が、触媒のライトオフ（light off）が起こる温度に到達すると、バルブ12は、第1通路16を通るつまりクーラー13を通る排気の流れを開始する。これは、排気からの熱が回収されて、エンジン10の主冷却回路を通る冷媒を加熱するのに用いられるのを可能とする。
【００４２】
これは、エンジン10が外気温度が低い中で冷間始動するときに、いくつかの利点を持つ。第一にそれは、冷媒が客室暖房に利用可能な温度へ到達するための時間を低減することにより、客室暖房性能を向上し、第二にそれは、エンジン10が通常動作温度に到達するのに要する時間を低減し、それで初期エンジン作動中の燃料消費量と排出量を低減する。
【００４３】
エンジンが軽負荷又は部分負荷状態の下でリーン燃焼モードで動作しているときの通常エンジン動作中には、リーンNOxトラップ15を通り流れる排気の温度をかなり狭い範囲に保つのが望ましい。その範囲は、この場合に、400〜450℃であるが、リーンNOxトラップ15の構成に応じて他の範囲とすることも出来る。それで、そのような条件の下で動作しているとき、バルブ12は、電子制御ユニットの制御の下にあり、そして目標温度を得るためにクーラー13を通過する排気の流れを連続的に変化させる作用をする。これは、エンジン10がリーン動作中に、リーンNOxトラップ15がピーク効率で動作している、ということを確実なものとする。
【００４４】
エンジン10が高負荷又は全負荷状態にあるとき、バルブ12は、電子制御ユニットの制御のもとで、リーンNOxトラップを出来るだけ低温に保つように、クーラー13の冷却効果を最大にするために第2通路17を閉じきるように作動する。しかし、そのような高負荷状態のもとで、排気クーラーの抽熱能力が充分でないときには、排気温度は450℃である好ましい上限温度を越える場合がある。
【００４５】
しかしながら、上限温度を越える場合であっても、排出制御装置の排気浄化性能が大きく影響されることはない。これは、そのような高負荷において、エンジンがリーン動作モードの外側で、そして殆どの場合においてリッチ動作モードで、動作していることになり、そこにおいて、リーンNOxトラップが有効ではなく、望ましくない汚染物質を排気から取除くのに用いられるのは、三元触媒であるからである。三元触媒14は広い範囲の温度にわたり効率的に動作することが出来、それで、高温において特に、排出制御装置の効率が大幅に影響されることはない。しかしながら、リーンNOxトラップ内の排気温度を上限近くに維持するのに充分な能力を持つ排気クーラーを用いるのが望ましい。というのは、それが、高温で起こることになるリーンNOxトラップの劣化を防ぐことになるからである。
【００４６】
それで、本発明は、共通のカン若しくはハウジングに三元触媒とリーンNOxトラップを収容することが判る。これにより、別部品として製造する場合よりも経済的に製造するのを可能とする。加えて、排気クーラー及び切換え可能なバイパスと組合せられるならば、触媒及びリーンNOxトラップを、エンジンからの排気出口に近接して配置することが出来、それで、触媒のライトオフ性能ひいては、触媒が接続されるエンジンの排気浄化性能を向上する。
【００４７】
図２及び３を参照すると、本発明による排出制御装置の第２実施形態が示されている。そこにおいて、排気マニフォールドへの接続部が前述の装置とは異なっている。
【００４８】
この排出制御装置は、排気マニフォールド11に接続されて動作する一端の入口と、排気流が排気システム（不図示）へ流れる出口18とを有するハウジング122を持つ。
【００４９】
ハウジング122は、三元触媒14とリーンNOxトラップ15とを収容するのに用いられ、三元触媒14とリーンNOxトラップ15とは単一のユニットとして形成されている。三元触媒14がリーンNOxトラップ15の上流になるように、両者はハウジング22内に配置される。図示の例において、三元触媒14とリーンNOxトラップ15は、ハウジング122により保持され、互いに固定されてはいない。
【００５０】
ハウジング122はまた、排気クーラー113を支持し、排気クーラーは、エンジン10の主冷却回路（不図示）に接続され、そこから冷媒が取り出されて、排気クーラー113を通して、戻される。
【００５１】
ハウジング122は、3つの排気流通路を規定し、そのうち、2つの第1排気通路のそれぞれには、排気クーラー13の一部が取付けられ、そして単一の第2排気通路は2つの第1排気通路に取付けられた排気クーラー13をバイパスし、排気クーラー13が必要でないときに、そこを通して排気を反らすことが出来る。
【００５２】
バタフライ・バルブ112が、第2通路を通る排気の流れを制御する動作が出来、そして、別の2つのバタフライ・バルブ112a, 112bが、第1通路を通る排気の流れを制御するのに用いられる。三つのバタフライ・バルブ112, 112a, 112bは、共通のスピンドル120に取付けられ、そして、第2通路用のバタフライ・バルブ112が第1通路用のバタフライ・バルブ112a, 112bに対して直角になるように配置される。バタフライ・バルブ112a, 112bは、第1通路への入口を開閉する動作が可能で、残りのバタフライ・バルブ112は、第2通路への入口を開閉するのに用いられる。
【００５３】
バタフライ・バルブのこの構成は、第1通路への入口が全開のときに、第2通路への入口が全閉であり、第1通路入口全閉で第2通路入口が全開であることが、理解されるであろう。
【００５４】
しかしながら、代替案として、第1通路への入口を開閉することなしに第2通路への入口の開閉のみを行なうように一つのバタフライ・バルブだけを設けることも出来ることが理解される。これは、第2通路への入口が開いているときに、第1通路への入口が制限されないままであるとしても、実質的に全ての排気がそこを通過して流れることになるからである。更に、本発明は、バタフライ・バルブの使用に限定されず、いかなる適切なバルブを用いることも可能である、ことが理解される。
【００５５】
スピンドル120は、適宜の手段により駆動することが出来るが、この場合には、負圧作動アクチュエーター（不図示）がスピンドル120へ接続される。負圧作動アクチュエーターは、一定のエンジン運転状態が存在するときに、2つの限界の間でバルブ112, 112a及び112bが動くようにプログラムされた電子制御ユニットにより制御される。この例において、リーンNOxトラップ15に入る排気の温度を所定範囲に維持するために、第1通路を通る流れが連続的に調整されるように、バルブ112, 112a及び112bは、それの2つの動作限界の間で線形的に制御される。
【００５６】
これらを達成するために、温度センサー（不図示）が、三元触媒14に入りリーンNOxトラップ15を出る排気の温度を監視するのに用いられる。その温度に基き、NOxトラップ15内の温度の推定値が、電子制御ユニットにより導かれる。
【００５７】
この排出制御装置の動作は以下のとおりである。外気低温状態での冷間始動からは、三元触媒を迅速に加熱するのが望ましく、それで最初に、バルブ112が第2通路を通る排気の流れを許容するように位置され、他の二つのバルブ112a, 112bが二つの第1通路を閉じきるように位置される。三元触媒14の温度が、触媒のライトオフ（light off）が起こる温度に到達すると、バルブ12は、第1通路を通るつまりクーラー113を通り排気が流れ始めるのを許容するようにバルブ112a, 112bが移動され、そしてバルブ112が結果として、第2通路を通る排気の流れが制限される位置に移動させられる。前述のように、これは、排気からの熱が回収されて、エンジン10の主冷却回路を通る冷媒を加熱するのに用いられるのを可能とし、前述のものと同じ利点を持つ。
【００５８】
エンジンが軽負荷又は部分負荷状態の下でリーン燃焼モードで動作しているときの通常エンジン動作中には、リーンNOxトラップ15を通り流れる排気の温度をかなり狭い範囲に保つのが望ましい。その範囲は、前述のとおり400〜450℃である。
【００５９】
それで、そのような条件の下で動作しているとき、バルブ112, 112a及び112bは、電子制御ユニットの制御の下にあり、そして目標温度を得るためにクーラー113を通過する排気の流れを連続的に変化させる作用をする。これは、エンジン10がリーン動作中に、リーンNOxトラップ15がピーク効率で動作している、ということを確実なものとする。
【００６０】
エンジン10が高負荷又は全負荷状態にあるとき、バルブ112は、電子制御ユニットの制御のもとで、クーラー113の冷却効果を最大にするために第2通路を閉じきるように、作動する。これは、 リーンNOxトラップ15を出来るだけ低温に保つことになるが、そのような高負荷状態のもとで、排気温度は、450℃である好ましい上限温度を越える場合がある。
【００６１】
しかしながら、先に述べたように、これが、排出制御装置の効率に大きな影響を与えることにはならない。というのは、そのような高負荷においては、リーンNOxトラップ15が排出物を低減するために求められるリーン動作モードの外側でエンジンが動作するので、重要なのは三元触媒の性能であるからである。
【００６２】
図４を参照すると、図３に示されたものの代わりとなる第1及び第2通路216, 217の代替構成が示されている。この場合において、第2通路217が、第1通路216内に配置され、そして図示のように、第1通路216と同心状に配置される。
【００６３】
言い換えると、第2通路217は、排気クーラー213を通過する。スピンドル120に取付けられた単一のバルブ212が、第2通路217への流入を制御するのに用いられる。その動作は前述のものと同じように、冷間からの暖機中にバルブ212が排気をクーラー213を通して導き、エンジンが高負荷で作動中に第2通路を通る排気の流れを妨げ、そして、エンジンが軽から中負荷においてリーン燃焼モードで作動中に、排気の温度をリーンNOxトラップの性能／効率の面で最適な温度に出来るだけ近くに保つために、第1通路の流量を変化させるのに、バルブ212が用いられる。この構成は、比較的小型であり、それで、自動車に配置するのが比較的容易である。
【００６４】
図５を参照すると、排気システム（不図示）に連通する出口18を持つ共通のハウジング322内に収容された三元触媒14とリーンNOxトラップ15を持つ排出制御装置が示されている。三元触媒14は、排気がリーンNOxトラップ15に入る前に三元触媒14を通過するように、リーンNOxトラップ15よりも上流に配置される。ハウジング322は、その入口端において、内燃機関（不図示）から、排気ターボチャージャー及び、排出制御装置の他の部分を構成するバルブ制御されるウェイストゲート通路324を通じて流れる、排気の上流に接続されて動作する。エンジンは、少なくともリーン燃焼モードで動作可能であり、この場合には、リーン燃焼、理論燃焼及びリッチ燃焼モードで動作可能である。
【００６５】
ターボチャージャーは、エンジンからタービン351へ排気を供給する排気入口通路332、ハウジング322に接続されて動作する排気出口333、コンプレッサー350へ空気を供給する空気入口330及びインタークーラー（不図示）を介してエンジンへ圧縮空気を供給する空気出口331を規定するケーシング323を持つ。実際上、排気入口通路332は、エンジンの排気マニフォールド（不図示）へ直接接続される。
【００６６】
タービン351のそこを通過する排気の流れによる回転がコンプレッサー350の回転を起こすように、コンプレッサー350とタービン351は共通の軸上に取付けられる。
【００６７】
排気クーラー313は、タービン351より上流の位置から下流の位置まで延びる別経路により形成されるウェイストゲート通路324に配置される。冷媒が取り出され、排気クーラー313を通しそして戻されるエンジンの主冷却通路（不図示）に、排気クーラーは接続される。
【００６８】
ハウジング322は、2つの流路316, 317を規定する。それらは、排気クーラー313がその中に取付けられる第1通路316と、排気クーラー313をバイパスし、タービン351を駆動するために使用中に排気がそこを通る第2通路317である。
【００６９】
ウェイストゲート・バルブ312は、第1及び第2の通路316及び317を通る排気の流れを制御する動作が可能であり、この場合に、ウェイストゲート・バルブ312は、その一方の移動端において第1通路316への入口を閉じ、その他方の移動端において第1通路316への入口を開く動作が可能なバタフライ・バルブである。しかしながら、他のバルブ構成を用いることも出来ることが、理解されるであろう。
【００７０】
ウェイストゲート・バルブ312は、適宜の手段により駆動することが出来るが、この場合には、空気作動アクチュエーター（不図示）がウェイストゲート・バルブ312へ接続される。空気作動アクチュエーターは、空気出口331における圧力が所定圧力を越えるときに、バルブ312が開かれてタービン351を通過して流れる排気の流量を低減するように、ターボチャージャーの空気出口331に接続される。しかしながら、ウェイストゲート・バルブの動作を制御するのに、他の手段を用いることも出来、そして、バルブは、一定のエンジン運転状態が存在するときに、バルブ312を開閉するようにプログラムされた電子制御ユニット（不図示）により制御することも出来る。
【００７１】
排気クーラー313は、エンジンが高負荷で動作しているときに、リーンNOxトラップを通過する排気の温度を低下させるために設けられる。
【００７２】
第1通路を通る排気の流量を制御するのにウェイストゲート・バルブ312を用いることにより、エンジン低負荷状態において全ての排気がタービンを通り流れそれにより排気クーラー313をバイパスすることになるが、エンジン高負荷状態においては、ウェイストゲート・バルブ312が開きそれにより排気又は少なくともその一部が排気クーラー313を通り流れるのを許容することになる、という非常に単純な装置が提供される。実際には、ウェイストゲート・バルブが全開でエンジンが高負荷で動作しているとき、全排気流量の約35〜40%が、排気クーラー313を通過することになる。
【００７３】
この構成を改良するならば、ウェイストゲート・バルブ312を空気出口332内の圧力だけで制御するのではなく、リーンNOxトラップ15を通過する排気を冷却する必要性又は冷間からのエンジン暖機を補助する必要性にも基づいて制御することも出来る。そのような構成において、空気出口332内の過大圧力を防ぐ必要性だけでなく、可能であればリーンNOxトラップ15の温度を所定の温度範囲に維持する必要性をも考慮して、ウェイストゲート・バルブ312の位置を制御するように、電子制御器がプログラムされる。つまり、所定のエンジン運転状態が存在するとき、電子制御器により、ウェイストゲート・バルブが制御される。
【００７４】
空気出口331内の圧力を制限するためにウェイストゲート・バルブが開かれるときには必ず、それが開かれるのを確実なものとするために、プログラム中にランキング・システム（ranking system）を用いることが出来る。
【００７５】
そのような独立制御の利点の一つは、低温外気状態からの冷間始動後に、エンジン暖機の迅速化そしてまたエンジン暖機中の客室暖房性能の向上のために、排気を排気クーラー313へ供給することが出来る、ということである。
【００７６】
そのような構成の更なる利点は、空気出口332の圧力がバルブ312を開くのに充分高いか否かに関わらず、リーンNOxトラップをそれの性能が最大となる温度範囲内又はそれ近くにNOxトラップの温度を保つために、エンジンのリーン運転中にウェイストゲート・バルブ312を開閉することが出来る、ということである。これは、リーン燃焼モードにおける燃焼中の排出制御装置の排気浄化性能を向上させることになる。
【００７７】
両方の場合において、過剰圧力の解放と排気冷却の制御を行なうために必要とされる制御バルブが一つだけであるということは、有利である。
【００７８】
図６を参照すると、排気システム（不図示）に連通する出口18を持つ共通のハウジング322内に収容された三元触媒14とリーンNOxトラップ15を持つ排出制御装置が示されている。三元触媒14は、排気がリーンNOxトラップ15に入る前に三元触媒14を通過するように、リーンNOxトラップ15よりも上流に配置される。ハウジング322は、その入口端において、内燃機関（不図示）から、排気ターボチャージャー及び、排出制御装置の他の部分を構成するバルブ制御されるウェイストゲート通路324を通じて流れる、排気の上流に接続されて動作する。エンジンは、少なくともリーン燃焼モードで動作可能であり、この場合には、リーン燃焼、理論燃焼及びリッチ燃焼モードで動作可能である。
【００７９】
ターボチャージャーは、エンジンからタービン351へ排気を供給する排気入口通路332、ハウジング322に接続されて動作する排気出口333、コンプレッサー350へ空気を供給する空気入口330及びインタークーラー（不図示）を介してエンジンへ圧縮空気を供給する空気出口331を規定するケーシング323を持つ。実際上、排気入口通路332は、エンジンの排気マニフォールド（不図示）へ直接接続される。
【００８０】
タービン351のそこを通過する排気の流れによる回転がコンプレッサー350の回転を起こすように、コンプレッサー350とタービン351は共通の軸上に取付けられる。
【００８１】
ウェイストゲート・バルブ通路324が、タービン351上流の位置からタービン351下流の位置へ延びる通路により形成される。その下流位置において、通路324が、タービン351からの出口通路へ通路460により接続される。ウェイストゲート・バルブ312は、ウェイストゲート通路324へ入る排気の流量を制御するのに用いられる。
【００８２】
タービン351からの出口通路に接続された第1通路内であってタービン351より下流に排気クーラー413が配置され、そして、排気が排気クーラー413を通過することなしにタービン351から出口18へ流れるのを許容するように構成された第2通路417を通る排気の流量を制御するために、バイパス・バルブ412が用いられる。
【００８３】
冷媒が取り出され、排気クーラー313を通しそして戻されるエンジンの主冷却通路（不図示）に、排気クーラーは接続される。
【００８４】
この例において、ウェイストゲート・バルブ312及びバイパス・バルブ412は、一方の移動端においてそれぞれが取付けられた通路324, 417への入口を閉じ、その他方の移動端において第1通路324, 417への入口を開く動作が可能なバタフライ・バルブである。しかしながら、他のバルブ構成を用いることが出来ることも、理解されるであろう。
【００８５】
ウェイストゲート・バルブ312及びバイパス・バルブ412は、適宜の手段により駆動することが出来るが、この場合には、電子制御ユニット（不図示）により制御される負圧アクチュエーター（不図示）が各バルブ312, 412に接続され、そして、バルブ312, 412は、所定のエンジン運転状態が存在するときに開閉するように、電子制御ユニットにより制御される。
【００８６】
排気クーラー413は、エンジンが高負荷で動作しているときにリーンNOxトラップを通過する排気の温度を低下させ、そしてエンジンがリーン燃焼モードで動作しているときに所定の限界の間にリーンNOx トラップの温度を保つために設けられる。
【００８７】
動作は以下の通りであり、冷間始動後、ウェイストゲート・バルブ312とバイパス・バルブ412は両方共に開き、それにより、高温の排気が三元触媒14とリーンNOxトラップ15へ妨げられることなしに流れるのを許容する。これが、各部の暖機を迅速化し、そして、エンジン始動後出来るだけ早く三元触媒14のライトオフが起こるのを確実なものとして、エンジンからの排出量を最小にする。最初の短期間の後で、ライトオフが起こったのを確実なものとするのに充分な熱が三元触媒14へと伝達されたことになり、この時点で、通路460を通じて排気クーラー413へと排気を導くためにバイパス・バルブ412が閉じられる。排気から取り出された熱は、エンジンの暖機時間を短縮するためと、客室暖房性能を向上するために、用いられる。この分野の当業者であれば、エンジンが通常の動作温度にないかそれに近くないとき、排出量と燃料経済性が良い方向に影響される、ということを認識するであろう。
【００８８】
電子制御ユニットによる二つのバルブ312, 412の制御は、エンジンがそれの通常の動作温度に到達したか近付いたときに、空気出口331内の圧力を制限するためにウェイストゲート・バルブ312が制御され、そして、エンジンが軽又は部分負荷においてリーン燃焼モードで動作しているときに、リーンNOxトラップ15を通過する排気の温度を制御するためにバイパス・バルブ412が用いられる、ようになっている。
【００８９】
しかしながら、エンジンが高負荷で動作していると検出されるならば、バイパス・バルブ412は通常閉じられ、ウェイストゲート・バルブ312は通常開かれて、リーンNOxトラップの劣化を最小にするために、排気の最大限の冷却を確実なものとする。
【００９０】
ウェイストゲート通路と第2通路を別個に独立して制御するために二つのバルブを用いることにより、図５に示された実施形態におけるよりも大きな制御を行なうことが出来るが、そのような構成のコストとシステムの複雑さは両方ともに高くなる。
【００９１】
図５及び６に示された実施形態の両方において、ウェイストゲート通路は別個の通路として示されているものの、ターボチャージャー・ケーシングの一部として形成することが出来ることも理解されるであろう。
【００９２】
それで、要約すれば、本発明は、単一のハウジング内に収容された三元触媒とリーンNOxトラップを提供し、上流排気クーラーを用いることにより、エンジンからの排気出口に隣接して結合することが出来る。
【００９３】
いくつかの実施形態を例として用いて本発明を説明してきたものの、それは実施形態に限定されるものではなく、また、本発明の範囲から逸脱することなしに、種々の代替実施形態や変形をなすことが出来る、ということを、当業者であれば理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１実施形態によるエンジン及び排出制御装置の概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態によるエンジンと排出制御装置の概略図である。
【図３】図２に示された排出制御装置の一部を形成する排気クーラー及びバイパス通路の構成を示す、図２の線A-Aに沿う断面図である。
【図４】図２に示された排出制御装置の一部を形成する排気クーラー及びバイパス通路の代替構成を示す、図２の線A-Aに沿う断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるエンジンと排出制御装置の概略図である。
【図６】本発明の第４実施形態によるエンジンと排出制御装置の概略図である。
【符号の説明】
【００９５】
10  内燃機関（エンジン）
12, 112, 112a, 112b, 212  バルブ
13, 113  排気クーラー
14三元触媒
15  リーンNOxトラップ
16, 216  第1通路
17, 217  第2通路
18  出口
22, 122, 322  ハウジング
312  ウェイストゲート・バルブ
324  ウェイストゲート通路
350  コンプレッサー
351  タービン
【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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