(57)【要約】【課題】冷間始動時の触媒の早期暖機を実現しつつ高負荷時の局所過昇温による触媒の劣化や破損を防ぐことができるターボ過給機付き内燃機関を提供する。【解決手段】タービン１Ａのタービンホイール１１をバイパスするウェイストゲートの出口１３ａに、ウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブ１４を備える。ウェイストゲートバルブ１４は、その開度を複数段階に変化させることができる。ウェイストゲートバルブ１４の開度が小さいときはウェイストゲートからの排気の流れを分散させ、ウェイストゲートバルブ１４の開度が大きいときはウェイストゲートからの排気の流れを集中させる整流板１８を、ウェイストゲートの出口の近傍に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路のタービンよりも下流側に触媒を備えるターボ過給機付き内燃機関において、
前記タービンのタービンホイールをバイパスするウェイストゲートと、
前記ウェイストゲートの出口に設けられて前記ウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブであって、開度を複数段階に変化させることができるウェイストゲートバルブと、
前記ウェイストゲートバルブの開度が小さいときは前記ウェイストゲートからの排気の流れを分散させ、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きいときは前記ウェイストゲートからの排気の流れを集中させる整流部材と、
を備えることを特徴とするターボ過給機付き内燃機関。
【請求項２】
前記タービンホイールを通過した排気が排出されるタービン排出口と前記ウェイストゲートの出口とは並列に配置され、
前記ウェイストゲートバルブは、前記タービン排出口と前記ウェイストゲートの出口との並び方向に対して鋭角に交差するように配置された回転軸を有し、前記回転軸を中心として回転することによって前記ウェイストゲートを開閉するフラップ式のバルブであり、
前記整流部材は、前記ウェイストゲートの出口が形成された面に壁状に設けられ、前記ウェイストゲートの出口を挟んで前記回転軸とは反対の側に位置する整流板であり、
前記整流板は、前記タービン排出口に近い側は前記ウェイストゲートの出口からの距離が大きく、前記タービン排出口から遠い側は前記ウェイストゲートの出口からの距離が小さいことを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項３】
前記ウェイストゲートバルブは、前記ウェイストゲートの出口が設けられた面に平行にスライドすることによって前記ウェイストゲートを開閉するスライド式のバルブであり、
前記整流部材は、前記ウェイストゲートバルブを挟んで前記ウェイストゲートの出口の下流に設けられ、上流側から下流側へ向けて流路断面積が狭まる漏斗型のダクトであることを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項４】
前記ウェイストゲートバルブは、複数の孔が開けられた第１領域と孔が開けられていない第２領域とをスライド方向に並んで有し、前記第１領域で前記ウェイストゲートの蓋をすることで前記ウェイストゲートは半開にされ、前記第２領域で前記ウェイストゲートの蓋をすることで前記ウェイストゲートは全閉にされることを特徴とする請求項３に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項５】
前記ウェイストゲートは、出口を二分して前記ウェイストゲートバルブのスライド方向に延びる隔壁を有し、
前記隔壁と前記ウェイストゲートバルブの裏面との間に前記スライド方向へのスライドが自在な係合部が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項６】
排気通路のタービンよりも下流側に触媒を備えるターボ過給機付き内燃機関において、
前記タービンのタービンホイールをバイパスするウェイストゲートと、
前記ウェイストゲートの出口に設けられて前記ウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブと、
前記ウェイストゲートバルブが開いているときの前記ウェイストゲートからの排気の流れを分散させる分散形態と、前記ウェイストゲートバルブが開いているときの前記ウェイストゲートからの排気の流れを集中させる集中形態との間で形態を切り替え可能な整流機構と、
を備えることを特徴とするターボ過給機付き内燃機関。
【請求項７】
前記整流機構は、前記ウェイストゲートの出口の下流に設けられた、３枚以上の気流制御板が筒状に組み合わされてなる気流制御筒と、前記気流制御板の角度を変更するアクチュエータと、を備え、
前記分散形態では、前記気流制御筒の上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広くなるように、前記アクチュエータにより前記気流制御板の角度が調整され、前記集中形態では、前記気流制御筒の上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭くなるように、前記アクチュエータにより前記気流制御板の角度が調整されることを特徴とする請求項６に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項８】
前記整流機構は、前記ウェイストゲートの出口の下流に設けられた円錐台状の気流制御筒と、前記気流制御筒の姿勢を変更するアクチュエータと、を備え、
前記分散形態では、前記気流制御筒の上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広くなるように、前記アクチュエータにより前記気流制御筒の姿勢が調整され、前記集中形態では、前記気流制御筒の上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭くなるように、前記アクチュエータにより前記気流制御筒の姿勢が調整されることを特徴とする請求項６に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項９】
前記整流機構は、前記ウェイストゲートの出口に対して着脱可能に設けられた上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭い円錐台状の気流制御筒を備え、
前記分散形態では、前記ウェイストゲートの出口から前記気流制御筒が外され、前記集中形態では、前記ウェイストゲートの出口に前記気流制御筒が装着されることを特徴とする請求項６に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項１０】
前記整流機構は、前記ウェイストゲートの出口の下流に設けられた上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広い円錐台状の気流制御筒を備え、
前記分散形態では、前記ウェイストゲートからの排気の流れの中に前記気流制御筒が置かれ、前記集中形態では、前記ウェイストゲートからの排気の流れの外に前記気流制御筒が置かれることを特徴とする請求項６に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機付き内燃機関に関し、詳しくは、ウェイストゲートバルブを備えたターボ過給機付き内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ターボ過給機のタービンをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するバイパス弁とを備えた内燃機関において、触媒が活性していない冷間始動時には、バイパス弁を全開にしてバイパス通路から直接触媒へ排気ガスを供給することが開示されている。バイパス通路の出口は触媒の直前に設けられているので、排気ガスは高温を維持したまま触媒に吹き掛けられる。
【０００３】
バイパス弁は内燃機関の負荷に応じて制御される。高負荷時には、過給圧が過大にならないように、バイパス弁は少しだけ開かれる。このときバイパス弁を通過した排気ガスは、バイパス通路によって整流されてまとまった流れとなり、触媒の一部に流れ込む。高温の排気ガスが一か所に集中することにより、触媒は局所的に高温になる。その結果、触媒の劣化や熱歪による破損が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３７０３２７号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、冷間始動時の触媒の早期暖機を実現しつつ高負荷時の局所過昇温による触媒の劣化や破損を防ぐことができるターボ過給機付き内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係るターボ過給機付き内燃機関は、排気通路のタービンよりも下流側に触媒を備えるターボ過給機付き内燃機関であって、タービンのタービンホイールをバイパスするウェイストゲートと、ウェイストゲートの出口に設けられてウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブと、整流部材とを備える。このウェイストゲートバルブは、開度を複数段階に変化させることができる。整流部材は、ウェイストゲートバルブの開度が小さいときはウェイストゲートからの排気の流れを分散させ、ウェイストゲートバルブの開度が大きいときはウェイストゲートからの排気の流れを集中させるように作られている。
【０００７】
第１の発明の１つの実施の形態では、タービンホイールを通過した排気が排出されるタービン排出口とウェイストゲートの出口とは並列に配置される。ウェイストゲートバルブは、タービンの出口とウェイストゲートの出口との並び方向に対して鋭角に交差するように配置された回転軸を有し、回転軸を中心として回転することによってウェイストゲートを開閉するフラップ式のバルブである。整流部材は、ウェイストゲートの出口が形成された面に壁状に設けられ、ウェイストゲートの出口を挟んで回転軸とは反対の側に位置する整流板である。整流板は、タービンの出口に近い側はウェイストゲートの出口からの距離が大きく、タービンの出口から遠い側はウェイストゲートの出口からの距離が小さくなるように作られている。
【０００８】
第１の発明の別の実施の形態では、ウェイストゲートバルブは、ウェイストゲートの出口が設けられた面に平行にスライドすることによってウェイストゲートを開閉するスライド式のバルブである。整流部材は、ウェイストゲートバルブを挟んでウェイストゲートの出口の下流に設けられ、上流側から下流側へ向けて流路断面積が狭まる漏斗型のダクトである。
【０００９】
上記別の実施の形態では、ウェイストゲートバルブは、複数の孔が開けられた第１領域と孔が開けられていない第２領域とをスライド方向に並んで有してもよい。ウェイストゲートバルブの第１領域でウェイストゲートの蓋をすることでウェイストゲートは半開にされ、ウェイストゲートバルブの第２領域でウェイストゲートの蓋をすることでウェイストゲートは全閉にされる。
【００１０】
上記別の実施の形態では、ウェイストゲートは、出口を二分してウェイストゲートバルブのスライド方向に延びる隔壁を有してもよい。そして、この隔壁とウェイストゲートバルブの裏面との間にスライド方向へのスライドが自在な係合部が設けられてもよい。
【００１１】
第２の発明に係るターボ過給機付き内燃機関は、排気通路のタービンよりも下流側に触媒を備えるターボ過給機付き内燃機関において、タービンのタービンホイールをバイパスするウェイストゲートと、ウェイストゲートの出口に設けられてウェイストゲートを開閉するウェイストゲートバルブと、整流機構とを備える。整流機構は、ウェイストゲートバルブが開いているときのウェイストゲートからの排気の流れを分散させる分散形態と、ウェイストゲートバルブが開いているときのウェイストゲートからの排気の流れを集中させる集中形態との間で形態を切り替え可能に作られている。
【００１２】
第２の発明の１つの実施の形態では、整流機構は、ウェイストゲートの出口の下流に設けられた、３枚以上の気流制御板が筒状に組み合わされてなる気流制御筒と、気流制御板の角度を変更するアクチュエータとを備える。分散形態では、気流制御筒の上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広くなるように、アクチュエータにより気流制御板の角度が調整される。集中形態では、気流制御筒の上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭くなるように、アクチュエータにより気流制御板の角度が調整される。
【００１３】
第２の発明の別の実施の形態では、整流機構は、ウェイストゲートの出口の下流に設けられた円錐台状の気流制御筒と、気流制御筒の姿勢を変更するアクチュエータとを備える。分散形態では、気流制御筒の上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広くなるように、アクチュエータにより気流制御筒の姿勢が調整される。集中形態では、気流制御筒の上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭くなるように、アクチュエータにより気流制御筒の姿勢が調整される。
【００１４】
第２の発明のさらに別の実施の形態では、整流機構は、ウェイストゲートの出口に対して着脱可能に設けられた、上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭い円錐台状の気流制御筒を備える。分散形態では、ウェイストゲートの出口から気流制御筒が外される。集中形態では、ウェイストゲートの出口に気流制御筒が装着される。
【００１５】
第２の発明のさらに別の実施の形態では、整流機構は、ウェイストゲートの出口の下流に設けられた、上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広い円錐台状の気流制御筒を備える。分散形態では、ウェイストゲートからの排気の流れの中に気流制御筒が置かれる。集中形態では、ウェイストゲートからの排気の流れの外に気流制御筒が置かれる。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明に係るターボ過給機付き内燃機関によれば、ウェイストゲートバルブの開度が大きくされる冷間始動時は、ウェイストゲートからの排気の流れを集中させることで、触媒の早期暖機を実現することができる。また、ウェイストゲートバルブの開度が小さくされる高負荷時は、ウェイストゲートからの排気の流れを分散させることで、局所過昇温による触媒の劣化や破損を防ぐことができる。
【００１７】
第２の発明に係るターボ過給機付き内燃機関によれば、冷間始動時の整流機構の形態を集中形態とすることにより、ウェイストゲートからの排気の流れを集中させて触媒の早期暖機を実現することができる。また、高負荷時の整流機構の形態を分散形態とすることにより、ウェイストゲートからの排気の流れを分散させて局所過昇温による触媒の劣化や破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１のタービンを出口側から見た図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線におけるタービン出口から触媒入口までの排気通路の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による大リフト時のウェイストゲート流れをタービン出口側から見た図である。
【図４】本発明の実施の形態１による大リフト時のウェイストゲート流れを排気通路の縦断面で見た図である。
【図５】本発明の実施の形態１による小リフト時のウェイストゲート流れをタービン出口側から見た図である。
【図６】本発明の実施の形態１による小リフト時のウェイストゲート流れを排気通路の縦断面で見た図である。
【図７】従来装置による小リフト時のウェイストゲート流れをタービン出口側から見た図である。
【図８】従来装置による小リフト時のウェイストゲート流れを排気通路の縦断面で見た図である。
【図９】本発明の実施の形態１による冷間始動時と高負荷時の触媒の温度分布を示す図である。
【図１０】従来装置による冷間始動時と高負荷時の触媒の温度分布を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１のウェイストゲートバルブの制御フローを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２のタービンを排出口側から見た図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ線におけるタービン出口から触媒入口までの排気通路の縦断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２による全開時のウェイストゲートバルブの位置を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態２による全開時のウェイストゲートバルブの位置とウェイストゲート流れを排気通路の縦断面で見た図である。
【図１６】本発明の実施の形態２による全閉時のウェイストゲートバルブの位置を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態２による全閉時のウェイストゲートバルブの位置とウェイストゲート流れを排気通路の縦断面で見た図である。
【図１８】本発明の実施の形態２による半開時のウェイストゲートバルブの位置を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態２による半開時のウェイストゲートバルブの位置とウェイストゲート流れを排気通路の縦断面で見た図である。
【図２０】本発明の実施の形態２のウェイストゲートバルブの変形例を示す正面図と断面図である。
【図２１】図２０に示す変形例を用いた全開時、全閉時及び半開時のウェイストゲートバルブの位置を示す図である。
【図２２】図２０に示す変形例による半開時のウェイストゲートバルブの位置とウェイストゲート流れを排気通路の縦断面で見た図である。
【図２３】本発明の実施の形態２のウェイストゲートバルブの別の変形例を示す正面図と平面図である。
【図２４】本発明の実施の形態３の整流機構の集中形態での構成と集中形態によるウェイストゲート流れを示す縦断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態３の整流機構の分散形態での構成と分散形態によるウェイストゲート流れを示す縦断面図である。
【図２６】本発明の実施の形態３の気流制御筒の集中形態での斜視図である。
【図２７】本発明の実施の形態３の気流制御筒の分散形態での斜視図である。
【図２８】本発明の実施の形態３のウェイストゲートバルブと整流機構の制御フローを示すフローチャートである。
【図２９】本発明の実施の形態４の気流制御筒の斜視図である。
【図３０】本発明の実施の形態４の整流機構の集中形態での構成と集中形態によるウェイストゲート流れを示す縦断面図である。
【図３１】本発明の実施の形態４の整流機構の分散形態での構成と分散形態によるウェイストゲート流れを示す縦断面図である。
【図３２】本発明の実施の形態５のタービンを排出口側から見た図である。
【図３３】本発明の実施の形態５の整流機構の集中形態での構成と集中形態によるウェイストゲート流れを示す縦断面図である。
【図３４】本発明の実施の形態５のウェイストゲートバルブが全閉時の構成を示す縦断面図である。
【図３５】本発明の実施の形態５の整流機構の分散形態での構成と分散形態によるウェイストゲート流れを示す縦断面図である。
【図３６】本発明の実施の形態６の整流機構の分散形態での構成と分散形態によるウェイストゲート流れを示す縦断面図である。
【図３７】本発明の実施の形態６のウェイストゲートバルブが全閉時の構成を示す縦断面図である。
【図３８】本発明の実施の形態６の整流機構の集中形態での構成と集中形態によるウェイストゲート流れを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
本発明が適用されるターボ過給機付き内燃機関は、排気通路のタービンよりも下流側に触媒を備えるターボ過給機付き内燃機関である。内燃機関の種類には限定はないし、ターボ過給機の個数や配置にも限定はない。図１は、実施の形態１のターボ過給機付き内燃機関におけるタービン１Ａを排出口側から見た図である。図２は図１のＢ−Ｂ線におけるタービン出口から触媒入口までの排気通路の縦断面図である。図１は図２のＡ−Ａ線における正面図でもある。以下、これらの図を参照して、実施の形態１の構造について説明する。
【００２０】
タービン１Ａは、タービンハウジング１０と、タービンハウジング１０に収容されたタービンホイール１１とを有している。排気の流れの方向においてタービン１Ａの直下流には、触媒コンバータ１０１が設けられている。触媒コンバータ１０１は、触媒ハウジング１１０と、触媒ハウジング１１０に収容された触媒１１１とを有している。タービンハウジング１０が触媒ハウジング１１０に連結され、タービンハウジング１０の出口部１０ａが触媒ハウジング１１０の入口部１１０ａに連通している。
【００２１】
タービンハウジング１０には、タービンホイール１１への排気の導入部となる図示しないスクロールと、タービンホイール１１をバイパスするウェイストゲート１３とが形成されている。ウェイストゲート１３は、図示しないスクロールとタービンハウジング１０の出口部１０ａとを接続している。タービンハウジング１０の出口部１０ａには、タービンホイール１１を通過した排気が排出されるタービン排出口１１ａが設けられている。タービン排出口１１ａが開口している壁面には、ウェイストゲート１３の出口１３ａ（以下、ウェイストゲート出口）がタービン排出口１１ａと並列に設けられている。ウェイストゲート出口１３ａは、ウェイストゲート１３の中心線の延長線上に触媒１１１の上流側の端面の中心部が位置するように設けられている。
【００２２】
タービンハウジング１０の出口部１０ａには、ウェイストゲート１３を開閉するウェイストゲートバルブ１４が設けられている。ウェイストゲートバルブ１４は、タービン排出口１１ａとウェイストゲート出口１３ａとの並び方向に対して鋭角に交差するように配置された回転軸１５を有し、回転軸１５を中心として回転することによってウェイストゲート１３を開閉するフラップ式のバルブである。回転軸１５はリンク機構を介してアクチュエータ１６によって回転され、ウェイストゲートバルブ１４を排気の流れの方向の下流に向かって開かせる。アクチュエータ１６は回転軸１５を任意の角度に回転させることができ、ウェイストゲートバルブ１４は全開から全閉までの間で任意の開度をとることができる。アクチュエータ１６の動作はＥＣＵ１７によって制御される。
【００２３】
タービンハウジング１０のウェイストゲート出口１３ａが形成された面には、整流部材としての整流板１８が出口部１０ａに向かって突き出すように設けられている。整流板１８は、ウェイストゲート出口１３ａを挟んで回転軸１５とは反対の側に位置に、ウェイストゲート出口１３ａに沿って壁状に設けられている。整流板１８は、タービン排出口１１ａに近い側はウェイストゲート出口１３ａからの距離が大きく、タービン排出口１１ａから遠い側はウェイストゲート出口１３ａからの距離が小さい。具体例として、図１に示す距離Ｌ１は距離Ｌ２よりも大きい。また、整流板１８の高さは、ウェイストゲートバルブ１４が所定の小リフト角度（例えば約１０度）で開いたときのリフト量よりも大きい。
【００２４】
次に、実施の形態１の動作及び作用効果について説明する。
【００２５】
図３は、ウェイストゲートバルブ１４が大リフトのとき、例えば全開のときのウェイストゲート１３からの排気の流れ（以下、ウェイストゲート流れ）Ｆ１をタービン１Ａの出口側から見た図である。図４は、ウェイストゲートバルブ１４が全開のときのウェイストゲート流れＦ１を排気通路の縦断面で見た図である。ウェイストゲートバルブ１４を全開にすると、ウェイストゲート１３の延長線上に高温の排気が集中する。ウェイストゲート１３の延長線上には触媒１１１があり、触媒１１１の上流側の端面のほぼ中央に排気が集中的にぶつかる。
【００２６】
図５は、ウェイストゲートバルブ１４が小リフトのとき、例えば、所定の小リフト角度で開いたときのウェイストゲート流れＦ２をタービン１Ａの出口側から見た図である。図６は、ウェイストゲートバルブ１４が所定の小リフト角度で開いたときのウェイストゲート流れＦ２を排気通路の縦断面で見た図である。ウェイストゲートバルブ１４が小リフト角度で開くと、ウェイストゲート流れＦ２はウェイストゲート出口１３ａの中心から放射状に流出する。しかし、ウェイストゲート出口１３ａを挟んで回転軸１５とは反対の側には整流板１８が設けられている。整流板１８とウェイストゲート出口１３ａとの距離は、タービン排出口１１ａに近づくにつれて大きくされているので、ウェイストゲート流れＦ２は、整流板１８によって触媒１１１に向かう方向であって、且つ、タービン排出口１１ａに向かう方向に誘導される。タービン排出口１１ａからは、タービンホイール１１を通過した排気が流れている。タービン排出口１１ａからの排気の流れ（以下、タービン流れ）は、流量が多く、タービンホイール１１の回転により旋回しているので、タービン排出口１１ａに向かって誘導されたウェイストゲート流れＦ２は、タービン流れに吸収されて分散される。
【００２７】
以上述べたように、実施の形態１の構成によれば、整流板１８の作用により、ウェイストゲートバルブ１４の開度が小さいときはウェイストゲート流れを分散させることができる。一方、ウェイストゲートバルブの１４開度が大きいときはウェイストゲート流れを集中させることができる。このようにウェイストゲート流れを制御できることの効果ついて、従来装置によるウェイストゲート流れとの比較に基づいて説明する。
【００２８】
図７は、従来装置によるウェイストゲートバルブ１４が小リフト角度で開いたときのウェイストゲート流れＦ３をタービン１００の出口側から見た図である。図８は、従来装置によるウェイストゲートバルブ１４が小リフト角度で開いたときのウェイストゲート流れＦ３を排気通路の縦断面で見た図である。従来装置においてウェイストゲートバルブ１４が小リフト角度で開くと、ウェイストゲート流れＦ３はウェイストゲート出口１３ａの中心から放射状に、且つ、回転軸１５とは反対側に向かうように流出する。実施の形態の構成とは異なり整流板は設けられていないので、ウェイストゲート流れＦ３は回転軸１５から遠い側のタービンハウジング１０の出口部１０ａの内壁面まで到達する。そして、ウェイストゲート流れＦ３は、タービンハウジング１０の出口部１０ａの内壁面に誘導され、触媒ハウジング１１０の入口部１１０ａの内壁面に沿って触媒１１１の外周部の一部に流れ込む。つまり、従来装置では、ウェイストゲートバルブ１４が小リフト角度の場合でも、ウェイストゲート流れＦ３は分散されずに触媒１１１の一部に集中的に流れこむことになる。
【００２９】
ウェイストゲートバルブ１４が全開にされるのは、触媒１１１が活性していない冷間始動時である。触媒１１１の活性後は、内燃機関の負荷に応じてウェイストゲートバルブ１４が制御される。高負荷時には、過給圧が過大にならないように、ウェイストゲートバルブ１４は所定の小リフト角度で開かれる。ウェイストゲートバルブ１４が全開のときのウェイストゲート流れには、実施の形態１と従来装置との間で違いはない。しかし、図５，図６と図７，図８とを比較すれば分かるように、ウェイストゲートバルブ１４が小リフト角度で開いたときのウェイストゲート流れには、実施の形態１と従来装置との間で明確な違いが生じる。ウェイストゲート流れはタービン流れよりも高温であるので、ウェイストゲート流れの違いは、ウェイストゲート流れが流れ込む触媒１１１の温度分布に違いを生じさせる。
【００３０】
図９は、実施の形態１による冷間始動時と高負荷時の触媒１１１の温度分布を示す図である。図１０は、従来装置による冷間始動時と高負荷時の触媒１１１の温度分布を示す図である。これらの温度分布は、タービンハウジング１０の側から見た温度分布である。冷間始動時、ウェイストゲートバルブ１４を全開にすることで、触媒１１１の中央付近に高温の排気を集中させて局所的に早期暖機を行い、始動後短時間で触媒１１１を活性化して浄化性能を得ることができるようになる。また触媒１１１の中央に高温部を位置させることができるため、触媒１１１の外周部から熱が逃げることを防ぐ効果もある。これらの効果は、実施の形態１だけでなく従来装置でも得られる効果である。
【００３１】
一方、高負荷時にウェイストゲートバルブ１４を所定の小リフト角度で開く場合、従来装置では、触媒１１１の外周部の一部に高温の排気が流れ込むことで、触媒１１１は局所的に高温になる。その結果、触媒１１１の劣化や熱歪による破損が生じてしまう。これに対し、実施の形態１によれば、高温のウェイストゲート流れがタービン流れに吸収されて拡散されることによって、触媒１１１の温度分布の偏りは小さくなるので、局所過昇温による触媒１１１の劣化や破損を防ぐことができる。
【００３２】
ウェイストゲートバルブ１４の開度の制御はＥＣＵ１７により行われる。ＥＣＵ１７は内燃機関の運転を制御する制御装置であり、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリとを含む。メモリに記憶されたプログラムの１つがプロセッサで実行されることにより、図１１にフローチャートで示すウェイストゲートバルブの制御フローが実行される。ＥＣＵ１７は、この制御フローに示す処理を一定の周期で繰り返し実行している。
【００３３】
この制御フローによると、まず、ステップＳ１０１において現在が冷間始動時かどうか判定される。冷間始動時かどうかは例えば内燃機関の水温から判定される。現在が冷間始動時である場合、ステップＳ１０２においてウェイストゲートバルブ１４の要求開度（フローチャートでは“ＷＧＶ要求開度”と表記）として全開開度がセットされる。
【００３４】
現在が冷間始動時でない場合、ステップＳ１０４において現在の要求過給圧が所定値よりも小さいかどうか判定される。ステップＳ１０４で参照される所定値は、高負荷時の過給圧の許容範囲の上限値である。要求過給圧が上限値である所定値よりも小さい場合、ステップＳ１０５においてウェイストゲートバルブ１４の要求開度として全閉開度がセットされる。要求過給圧が上限値である所定値以上である場合、ステップＳ１０６においてウェイストゲートバルブ１４の要求開度として負荷に応じた開度がセットされる。負荷に応じた開度は、アクセル開度とエンジン回転速度（ＮＥ）とをパラメータとするマップから取得される。
【００３５】
ステップＳ１０２、Ｓ１０５或いはＳ１０６においてウェイストゲートバルブ１４の要求開度がセットされたら、ステップＳ１０３においてウェイストゲートバルブ１４の開度が要求開度になるようにアクチュエータ１６の動作が制御される。これにより、冷間始動時にはウェイストゲートバルブ１４は全開にされ、高負荷時にはウェイストゲートバルブ１４は所定の少リフト開度に開かれる。
【００３６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２について説明する。図１２は、実施の形態２のターボ過給機付き内燃機関におけるタービン１Ｂを排出口側から見た図である。図１３は図１２のＢ−Ｂ線におけるタービン出口から触媒入口までの排気通路の縦断面図である。図１２は図１３のＡ−Ａ線における正面図でもある。以下、これらの図を参照して、実施の形態２の構造について説明する。なお、各図において、実施の形態１のものと共通する要素には、同一の符号を付している。
【００３７】
実施の形態２のウェイストゲートバルブ２４は、ウェイストゲート１３の出口１３ａが設けられた面に平行にスライドすることによってウェイストゲート１３を開閉するスライド式のバルブである。ウェイストゲートバルブ２４は、リンク機構２５によってアクチュエータ１６に接続されている。アクチュエータ１６の動作に応じてリンク機構２５が伸縮することによって、ウェイストゲートバルブ２４は一方向にスライド移動する。
【００３８】
実施の形態２の整流部材は、ウェイストゲートバルブ２４を挟んでウェイストゲート１３の出口１３ａの下流に設けられ、上流側から下流側へ向けて流路断面積が狭まる漏斗型のダクト２６である。漏斗型のダクト２６の上流側の直径はウェイストゲート１３の出口１３ａの直径よりも大きく、ウェイストゲート１３から排出された排気の全てがダクト２６内に入るようになっている。
【００３９】
次に、実施の形態２の動作及び作用効果について説明する。
【００４０】
図１４は、全開時のウェイストゲートバルブ２４の位置を示す図である。図１５は、全開時のウェイストゲートバルブ２４の位置とウェイストゲート流れＦ４を排気通路の縦断面で見た図である。冷間始動時には、ウェイストゲートバルブ２４は全開にされる。ウェイストゲートバルブ２４を全開にすることで、排気はタービンホイール１１を通過せず、スクロール１２からウェイストゲート１３を通過してタービンハウジング１０の出口部１０ａへと至り、高温を維持したまま触媒１１１に到達する。このとき、排気が漏斗型のダクト２６を通過することで、ウェイストゲート流れＦ４は漏斗型のダクト２６の出口で絞られて集中し、触媒１１１の上流側の端面の中央へと向かう。これにより、触媒１１１の中央付近に高温の排気を集中させて局所的に早期暖機を行い、始動後短時間で触媒１１１を活性化して浄化性能を得ることができる。また触媒１１１の中央に高温部を位置させることで、触媒１１１の外周部から熱が逃げることを防いて早期暖機を促進することができる。 
【００４１】
図１６は、全閉時のウェイストゲートバルブ２４の位置を示す図である。図１６は、全閉時のウェイストゲートバルブ２４の位置とウェイストゲート流れＦ４を排気通路の縦断面で見た図である。冷間始動時以外で、負荷が小さく過給圧が許容範囲内に収まる場合、ウェイストゲートバルブ２４は全閉にされる。ウェイストゲートバルブ２４が全閉にされると、排気はウェイストゲート１３を通過せず、スクロール１２からタービンホイール１１を通過してタービンハウジング１０の出口部１０ａへと至る（タービン流れは図示していない）。タービンホイール１１を通過した排気は旋回して分散し、触媒１１１に均一に通過していく。
【００４２】
図１８は、半開時のウェイストゲートバルブ２４の位置を示す図である。図１９は、半開時時のウェイストゲートバルブ２４の位置とウェイストゲート流れＦ５を排気通路の縦断面で見た図である。冷間始動時以外で、負荷が大きく過給圧が許容範囲を超える場合、ウェイストゲートバルブ２４は半開にされる。ここでいう半開とは正しく半分の開度という意味ではなく、全開と全閉との間の開度という意味である。ウェイストゲートバルブ２４を半開にすることで、漏斗型のダクト２６の内部では渦Ｓ１が生成される。この渦Ｓ１の作用によってウェイストゲート流れＦ５の直進性は低下し、ダクト２６の出口から触媒ハウジング１１０の入口部１１０ａへ向けて分散する。これにより、高温の排気の触媒１１１の中央への集中は抑えられ、局所過昇温による触媒１１１の劣化や破損を防ぐことができる。
【００４３】
次に、実施の形態２の変形例について説明する。図２０は、実施の形態２のウェイストゲートバルブ２４の変形例を示す正面図と断面図である。この変形例では、ウェイストゲートバルブ２４は、複数の孔２７が開けられた第１領域２４ａと孔が開けられていない第２領域２４ｂとをスライド方向に並んで有する。第１領域２４ａに開けられた孔２７は、ウェイストゲート１３への密着面に対する垂線から傾斜して設けられている。
【００４４】
図２１は、図２０に示す変形例を用いた全開時、全閉時及び半開時のウェイストゲートバルブ２４の位置を示す図である。第１領域２４ａと第２領域２４ｂとがともにウェイストゲート１３に掛かっていない位置がウェイストゲートバルブ２４の全開での位置である。第２領域２４ｂでウェイストゲート１３の蓋をすることになる位置がウェイストゲートバルブ２４の全閉での位置である。そして、第１領域２４ａでウェイストゲート１３の蓋をすることになる位置がウェイストゲートバルブ２４の半開での位置である。
【００４５】
図２２は、図２０に示す変形例による半開時のウェイストゲートバルブ２４の位置とウェイストゲート流れＦ６を排気通路の縦断面で見た図である。この半開の位置では、ウェイストゲートバルブ２４に斜めに開けられた孔２７を排気が通過することで、漏斗型のダクト２６の内部で旋回流Ｓ２が生成される。そして、この旋回流Ｓ２の影響による排気の直進性の低下により、漏斗型のダクト２６を出たときにウェイストゲート流れＦ６は分散する。
【００４６】
図２３は、実施の形態２のウェイストゲートバルブ２４の別の変形例を示す正面図と平面図である。ウェイストゲート１３は、出口を二分してウェイストゲートバルブ２４のスライド方向に延びる隔壁１３ｂを有している。この変形例では、隔壁１３ｂとウェイストゲートバルブ１４の裏面との間にスライド方向へのスライドが自在な係合部２８Ａ，２８Ｂが設けられている。変形例（ａ）では、係合部２８Ａは、隔壁１３ｂに形成された凸部とウェイストゲートバルブ１４の裏面に形成された凹部とから構成されている。変形例（ｂ）では、係合部２８Ｂは、隔壁１３ｂに形成された凹部とウェイストゲートバルブ１４の裏面に形成された凸部とから構成されている。これらの場合、ウェイストゲートバルブ１４は、その裏面の凸部或いは凹部を隔壁１３ｂの凹部或いは凸部に嵌めながら隔壁１３ｂに沿ってスライドする。凹部と凸部とが合わさることで、ウェイストゲート１３の出口の区分がより確実となり、排気干渉によるターボ性能の低下を抑制することができる。
【００４７】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３について説明する。図２４は、実施の形態３のターボ過給機付き内燃機関における整流機構の集中形態での構成と集中形態によるウェイストゲート流れＦ７を示す縦断面図である。図２５は、実施の形態３のターボ過給機付き内燃機関における整流機構の分散形態での構成と分散形態によるウェイストゲート流れＦ８を示す縦断面図である。以下、これらの図を参照して、実施の形態３の構造について説明する。なお、各図において、実施の形態１，２のものと共通する要素には、同一の符号を付している。
【００４８】
実施の形態３のタービン１Ｃは、実施の形態１及び２とは異なり、整流部材ではなく形態を切替可能な整流機構を備える。実施の形態３の整流機構は、ウェイストゲート１３の出口１３ａの下流に設けられた気流制御筒３６と、気流制御筒３６を操作するアクチュエータ３７とを含む。気流制御筒３６は４枚の気流制御板３６ａが筒状に組み合わされてなり、アクチュエータ３７は気流制御筒３６の各気流制御板３６ａの角度を変更する。アクチュエータ３７の動作はＥＣＵ１７によって制御される。
【００４９】
ウェイストゲート１３の出口１３ａには、回転軸３５を中心に回転するフラップ式のウェイストゲートバルブ３４が設けられている。ウェイストゲートバルブ３４は、アクチュエータ１６によりリンク機構を介して全開或いは全閉に操作される。気流制御筒３６は、ウェイストゲートバルブ３４に干渉しないように、ウェイストゲートバルブ３４の回動範囲の外側に配置されている。
【００５０】
アクチュエータ３７による気流制御板３６ａの角度の変更により、気流制御筒３６は形態を切り替えられる。気流制御筒３６の形態には、ウェイストゲートバルブ３４が開いているときのウェイストゲート１３からの排気の流れを分散させる分散形態と、ウェイストゲートバルブ３４が開いているときのウェイストゲート１３からの排気の流れを集中させる集中形態とがある。集中形態では、図２４に示すように、気流制御筒３６の上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭くなるように、アクチュエータ３７により気流制御板３６ａの角度が調整される。分散形態では、図２５に示すように、気流制御筒３６の上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広くなるように、アクチュエータ３７により気流制御板３６ａの角度が調整される。
【００５１】
次に、実施の形態３の動作及び作用効果について説明する。
【００５２】
冷間始動時には、ウェイストゲートバルブ３４が開かれるとともに、気流制御筒３６の形態は図２４に示す集中形態に切り替えられる。気流制御筒３６の上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭くなるように気流制御板３６ａの角度が調整されることで、ウェイストゲート１３から出た排気は、気流制御筒３６を通過する際に絞られて集中し、触媒１１１の上流側の端面の中央へと向かう。これにより、触媒１１１の中央付近に高温の排気を集中させて局所的に早期暖機を行い、始動後短時間で触媒１１１を活性化して浄化性能を得ることができる。 
【００５３】
高負荷時において過給圧が許容範囲を超える場合には、ウェイストゲートバルブ３４が開かれるとともに、気流制御筒３６の形態は図２５に示す分散形態に切り替えられる。気流制御筒３６の上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広くなるように気流制御板３６ａの角度が調整されることで、ウェイストゲート１３から出た排気は、気流制御筒３６を通過する際に周方向に分散する。これにより、高温の排気の触媒１１１の中央への集中は抑えられ、局所過昇温による触媒１１１の劣化や破損を防ぐことができる。
【００５４】
ここで、気流制御筒３６の詳細について説明する。図２６は、気流制御筒３６の集中形態での斜視図である。図２７は、気流制御筒３６の分散形態での斜視図である。気流制御筒３６は。４枚の気流制御板３６ａと、気流制御板３６ａのそれぞれに固定された回転軸３６ｂと、２つの回転軸３６ｂを連結するユニバーサルジョイント３６ｄと、回転軸３６ｂを保持するステー３６ｃとからなる。ユニバーサルジョイント３６ｄで連結された４本の回転軸３６ｂのうちの先頭の回転軸３６ｂを回転させることで、４枚の気流制御板３６ａの角度を一括して変更することができる。なお、図は気流制御板が４枚の場合を例示しているが、気流制御板が３枚以上あればガス流れ方向に対し全周３６０度の気流を制御することができる。なお、気流制御筒３６は、集中形態におけるウェイストゲート流れＦ７が触媒１１１の端面の中央に向かうよう設置されることが望ましい。
【００５５】
整流機構の制御、詳しくは、気流制御筒３６を構成する気流制御板３６ａの角度の制御はＥＣＵ１７により行われる。メモリに記憶されたプログラムの１つがプロセッサで実行されることにより、図２８にフローチャートで示すウェイストゲートバルブと整流機構の制御フローが実行される。ＥＣＵ１７は、この制御フローに示す処理を一定の周期で繰り返し実行している。
【００５６】
この制御フローによると、まず、ステップＳ２０１において現在が冷間始動時かどうか判定される。冷間始動時かどうかは例えば内燃機関の水温から判定される。現在が冷間始動時である場合、ステップＳ２０２においてウェイストゲートバルブ３４の要求開度（フローチャートでは“ＷＧＶ要求開度”と表記）として全開開度がセットされる。また、ステップＳ２０３において気流制御板３６ａの要求角度として集中形態での角度がセットされる。
【００５７】
現在が冷間始動時でない場合、ステップＳ２０６において現在の要求過給圧が所定値よりも小さいかどうか判定される。ステップＳ２０６で参照される所定値は、高負荷時の過給圧の許容範囲の上限値である。要求過給圧が上限値である所定値よりも小さい場合、ステップＳ２０７においてウェイストゲートバルブ３４の要求開度として全閉開度がセットされる。また、ステップＳ２０８において気流制御板３６ａの要求角度として、ウェイストゲートバルブ３４の開閉動作を妨げない角度がセットされる。
【００５８】
要求過給圧が上限値である所定値以上である場合、ステップＳ２０９においてウェイストゲートバルブ３４の要求開度として負荷に応じた開度がセットされる。負荷に応じた開度は、アクセル開度とエンジン回転速度（ＮＥ）とをパラメータとするマップから取得される。ただし、気流制御筒３６によってウェイストゲート流れを分散させる効果を得るためには、ウェイストゲートバルブ３４がウェイストゲート流れに干渉しないように、ウェイストゲートバルブ３４が全開或いはそれに近い角度まで開いている必要がある。また、ステップＳ２１０において気流制御板３６ａの要求角度として分散形態での角度がセットされる。
【００５９】
ステップＳ２０２、Ｓ２０７或いはＳ２０９においてウェイストゲートバルブ３４の要求開度がセットされたら、ステップＳ２０４においてウェイストゲートバルブ３４の開度が要求開度になるようにアクチュエータ１６の動作が制御される。また、ステップＳ２０３、Ｓ２０８或いはＳ２１０において気流制御板３６ａの要求角度がセットされたら、ステップＳ２０５において気流制御板３６ａの角度が要求角度になるようにアクチュエータ３７の動作が制御される。
【００６０】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４は、実施の形態３の整流機構をより簡易な構造にした実施の形態である。図２９は、実施の形態４の気流制御筒３８の斜視図である。実施の形態４の気流制御筒３８は、両端が開口した円錐台状の気流制御筒である。気流制御筒３８には回転軸３８ａが設けられている。この回転軸３８ａを回転させることで、気流制御筒３８の上下を逆にすることができる。
【００６１】
図３０は、実施の形態４のターボ過給機付き内燃機関における整流機構の集中形態での構成と集中形態によるウェイストゲート流れＦ９を示す縦断面図である。図３１は、実施の形態４のターボ過給機付き内燃機関における整流機構の分散形態での構成と分散形態によるウェイストゲート流れＦ１０を示す縦断面図である。以下、これらの図を参照して、実施の形態４の構造について説明する。なお、各図において、実施の形態１〜３のものと共通する要素には、同一の符号を付している。
【００６２】
実施の形態４のタービン１Ｄは、整流機構として上述の気流制御筒３８を備える。気流制御筒３８は、ウェイストゲート１３の出口１３ａの下流に設けられている。整流機構は、気流制御筒３８と、気流制御筒３８を回転させて気流制御筒３８の姿勢を変更するアクチュエータ３９とを含む。気流制御筒３８は、ウェイストゲートバルブ３４に干渉しないように、ウェイストゲートバルブ３４の回動範囲の外側に配置されている。アクチュエータ３９の動作はＥＣＵ１７によって制御される。
【００６３】
アクチュエータ３９による気流制御筒３８の姿勢の変更により、気流制御筒３８は形態を切り替えられる。気流制御筒３８の形態には、ウェイストゲートバルブ３４が開いているときのウェイストゲート１３からの排気の流れを分散させる分散形態と、ウェイストゲートバルブ３４が開いているときのウェイストゲート１３からの排気の流れを集中させる集中形態とがある。集中形態では、図３０に示すように、気流制御筒３８の上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭くなるように、アクチュエータ３９により気流制御筒３８の姿勢が調整される。分散形態では、図３１に示すように、気流制御筒３８の上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広くなるように、アクチュエータ３９により気流制御筒３８の姿勢が調整される。
【００６４】
次に、実施の形態４の動作及び作用効果について説明する。
【００６５】
冷間始動時には、ウェイストゲートバルブ３４が開かれるとともに、気流制御筒３８の姿勢は図３０に示す集中形態に切り替えられる。気流制御筒３８の上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭くなるように気流制御筒３８の姿勢が調整されることで、ウェイストゲート１３から出た排気は、気流制御筒３８を通過する際に絞られて集中し、触媒１１１の上流側の端面の中央へと向かう。これにより、触媒１１１の中央付近に高温の排気を集中させて局所的に早期暖機を行い、始動後短時間で触媒１１１を活性化して浄化性能を得ることができる。 
【００６６】
高負荷時において過給圧が許容範囲を超える場合には、ウェイストゲートバルブ３４が開かれるとともに、気流制御筒３８の姿勢は図３１に示す分散形態に切り替えられる。気流制御筒３８の上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広くなるように気流制御筒３８の姿勢が調整されることで、ウェイストゲート１３から出た排気は、気流制御筒３８を通過する際に周方向に分散する。これにより、高温の排気の触媒１１１の中央への集中は抑えられ、局所過昇温による触媒１１１の劣化や破損を防ぐことができる。
【００６７】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５について説明する。実施の形態５は、ウェイストゲートからの排気の流れが分散傾向にあるタービンに用いて好適な実施の形態である。図３２は、実施の形態５のターボ過給機付き内燃機関におけるタービン１Ｅを排出口側から見た図である。図３３は、実施の形態５のターボ過給機付き内燃機関における整流機構の集中形態での構成と集中形態によるウェイストゲート流れＦ１１を示す縦断面図である。以下、これらの図を参照して、実施の形態５の構造について説明する。なお、各図において、実施の形態１〜４のものと共通する要素には、同一の符号を付している。
【００６８】
実施の形態５のタービン１Ｅは、整流機構として両端が開口した円錐台状の気流制御筒４０を備える。気流制御筒４０は、ウェイストゲート１３の出口１３ａの近傍に設けられた回転軸４１を中心に回転することができ、図３３に示すようにウェイストゲート１３の出口１３ａに装着した状態と、図３２に示すようにウェイストゲート１３の出口１３ａから外した状態とを選択することができる。気流制御筒４０は、ウェイストゲート１３の出口１３ａに装着される側（上流側）の開口面積が広く、それと反対側（下流側）の開口面積が狭い円錐台状である。気流制御筒４０の回転軸４１は、ウェイストゲートバルブ３４の回転軸３５と平行に設けられ、且つ、ウェイストゲート１３の出口１３ａを挟んでウェイストゲートバルブ３４の回転軸３５とは反対の側に設けられている。
【００６９】
次に、実施の形態５の動作及び作用効果について説明する。
【００７０】
冷間始動時には、図３３に示すように、ウェイストゲートバルブ３４が開かれるとともに、気流制御筒４０がウェイストゲート１３の出口１３ａに装着される。このときの気流制御筒４０の位置及び姿勢が気流制御筒４０の集中形態である。気流制御筒４０は上流側の開口面積が広く下流側の開口面積が狭いので、ウェイストゲート流れＦ１１は気流制御筒４０を通過する際に絞られて集中し、触媒１１１の上流側の端面の中央へと向かう。これにより、触媒１１１の中央付近に高温の排気を集中させて局所的に早期暖機を行い、始動後短時間で触媒１１１を活性化して浄化性能を得ることができる。 
【００７１】
冷間始動時以外で、負荷が小さく過給圧が許容範囲に収まっている場合には、図３４に示すように、気流制御筒４０がウェイストゲート１３の出口１３ａから外されるとともに、ウェイストゲートバルブ３４が全閉にされる。この場合、排気はウェイストゲート１３を通過せず、スクロール１２からタービンホイール１１を通過してタービンハウジング１０の出口部１０ａへと至る（タービン流れは図示していない）。タービンホイール１１を通過した排気は旋回して分散し、触媒１１１に均一に通過していく。
【００７２】
高負荷時において過給圧が許容範囲を超える場合には、図３５に示すように、ウェイストゲートバルブ３４が開かれるとともに、気流制御筒４０がウェイストゲート１３の出口１３ａから外される。このときの気流制御筒４０の位置及び姿勢が気流制御筒４０の分散形態である。分散形態では気流制御筒４０による整流がないため、ウェイストゲート流れＦ１２はタービンハウジング１０の出口部１０ａに広がり周方向に分散する。これにより、高温の排気の触媒１１１の中央への集中は抑えられ、局所過昇温による触媒１１１の劣化や破損を防ぐことができる。
【００７３】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６について説明する。実施の形態６は、ウェイストゲートからの排気の流れが集中傾向にあるタービンに用いて好適な実施の形態である。図３６は、実施の形態６のターボ過給機付き内燃機関における整流機構の分散形態での構成と分散形態によるウェイストゲート流れＦ１３を示す縦断面図である。以下、この図を参照して、実施の形態６の構造について説明する。なお、各図において、実施の形態１〜５のものと共通する要素には、同一の符号を付している。
【００７４】
実施の形態６のタービン１Ｆは、整流機構として両端が開口した円錐台状の気流制御筒４２を備える。気流制御筒４２は、ウェイストゲート１３の出口１３ａの下流に設けられた回転軸４３を中心に回転することができる。気流制御筒４２は、ウェイストゲート流れＦ１３の中に置かれたときに、上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が狭くなる姿勢で回転軸４３に取り付けられている。気流制御筒４２の回転軸４３は、ウェイストゲートバルブ３４の回転軸３５と平行に設けられ、且つ、気流制御筒４２がウェイストゲートバルブ３４の回動範囲の外側に位置するように設けられている。
【００７５】
次に、実施の形態６の動作及び作用効果について説明する。
【００７６】
高負荷時において過給圧が許容範囲を超える場合には、図３６に示すように、ウェイストゲートバルブ３４が開かれるとともに、気流制御筒４２がウェイストゲート流れＦ１３の中に置かれる。このときの気流制御筒４２の位置及び姿勢が気流制御筒４２の分散形態である。気流制御筒４２は上流側の開口面積が狭く下流側の開口面積が広いので、ウェイストゲート流れＦ１３は気流制御筒４２を通過する際に広がり周方向に分散する。これにより、高温の排気の触媒１１１の中央への集中は抑えられ、局所過昇温による触媒１１１の劣化や破損を防ぐことができる。
【００７７】
冷間始動時以外で、負荷が小さく過給圧が許容範囲に収まっている場合には、図３７に示すように、気流制御筒４２が閉じられるとともに、ウェイストゲートバルブ３４が全閉にされる。この場合、排気はウェイストゲート１３を通過せず、スクロール１２からタービンホイール１１を通過してタービンハウジング１０の出口部１０ａへと至る（タービン流れは図示していない）。タービンホイール１１を通過した排気は旋回して分散し、触媒１１１に均一に通過していく。
【００７８】
冷間始動時には、図３８に示すように、ウェイストゲートバルブ３４が開かれるとともに、気流制御筒４２がウェイストゲート流れＦ１４の外に置かれる。このときの気流制御筒４２の位置及び姿勢が気流制御筒４２の集中形態である。集中形態では気流制御筒４２による整流がないため、ウェイストゲート流れＦ１４は集中した状態を保ったまま触媒１１１の上流側の端面の中央へと向かう。これにより、触媒１１１の中央付近に高温の排気を集中させて局所的に早期暖機を行い、始動後短時間で触媒１１１を活性化して浄化性能を得ることができる。 
【００７９】
その他実施の形態．
上述の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、特に明示する場合を除き、構成部品の構造や配置、処理の順序などを上記のものに限定する意図はない。本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１Ａ−１Ｆ  タービン
１０  タービンハウジング
１１  タービンホイール
１２  スクロール
１３  ウェイストゲート
１４  ウェイストゲートバルブ
１６  アクチュエータ
１７  ＥＣＵ
１８  整流板
２４  ウェイストゲートバルブ
２６  漏斗型ダクト
３４  ウェイストゲートバルブ
３６  気流制御筒
３６ａ  気流制御板
３７  アクチュエータ
３８  気流制御筒
４０  気流制御筒
４２  気流制御筒
１０１  触媒コンバータ
１１１  触媒
Ｆ１−Ｆ１４  ウェイストゲート流れ
【図１】
2018145914.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2018145914.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
2018145914.tif 000036
【図３５】
2018145914.tif 000037
【図３６】
2018145914.tif 000038
【図３７】
2018145914.tif 000039
【図３８】
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