(57)【要約】【課題】浄化手段による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保できる内燃機関の排気装置を提供すること。【解決手段】内燃機関１にターボチャージャ４０を設け、ターボチャージャ４０に、タービン４３を通過した排気ガスが流れる主排気通路２３を接続する。また、このターボチャージャ４０には、タービン４３の上流側から一部の排気ガスを逃がすバイパス通路５０が設けられており、このバイパス通路５０には、副排気通路２４が接続されている。さらに、主排気通路２３と副排気通路２４とは、触媒６１が内設された排気ガス浄化部６０に別々に接続されている。従って、排気通路２２の熱容量が大きくなり過ぎることを抑制できるので、排気ガスの温度が低くなり過ぎることを抑制でき、この排気ガスが流れる触媒６１の温度が低くなり過ぎることを抑制できる。この結果、浄化手段である触媒６１による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる。【選択図】        図１
2008019779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が排出する排気ガスにより作動するタービンを有するターボチャージャに接続されると共に前記タービンを通過した前記排気ガスが流れる主排気通路と、
前記タービンを非通過の前記排気ガスが流れる副排気通路と、
前記主排気通路を流れる前記排気ガス及び前記副排気通路を流れる前記排気ガスの浄化が可能な浄化手段と、
前記浄化手段が内設されると共に前記主排気通路と前記副排気通路とが別々に接続される排気ガス浄化部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記ターボチャージャは、少なくとも一部の前記排気ガスを、前記タービンを通過させずに前記排気ガスの流れ方向における前記タービンの上流側から逃がす通路であるバイパス通路を有しており、
前記副排気通路は、前記バイパス通路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記バイパス通路には、前記バイパス通路を開閉する開閉手段が設けられており、
前記開閉手段は、少なくとも前記内燃機関の始動直後の所定時間は前記バイパス通路を開いていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気装置に関するものである。特に、この発明は、より確実な排気ガスの浄化を図る内燃機関の排気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関では、運転性能の向上を図るために、過給器であるターボチャージャを備えているものがある。このターボチャージャには、内燃機関運転時の排気ガスの圧力を利用して作動するタービンと、タービンの作動に伴って作動すると共にこの作動により空気を圧縮することができるコンプレッサとが設けられている。このため、ターボチャージャが設けられた内燃機関の運転時には、内燃機関の排気ガスがターボチャージャのタービンを作動させ、このタービンの作動によりコンプレッサが作動し、空気を圧縮して内燃機関に供給する。これにより、内燃機関の吸入空気量は増大し、燃焼させることのできる燃料も増加するので、運転性能を向上させることができる。
【０００３】
また、ターボチャージャは、このように排気ガスの圧力によって作動するので、内燃機関の低回転時など排気ガスの圧力が低い場合には、効率よく作動し難くなる場合があるため、従来の内燃機関では、ターボチャージャを２つ設け、内燃機関の低回転時には１つのターボチャージャのみを作動させ、高回転時には２つのターボチャージャを作動させているものがある。このようにターボチャージャを２つ設け、内燃機関の運転状態に応じて作動させるターボチャージャの数を変化させる場合、１つターボチャージャを作動させている状態から２つのターボチャージャを作動させる際の切替時のショックを低減するために、１つのターボチャージャの作動中に、もう１つのターボチャージャを内燃機関に過給をしない状態で作動させる、即ち助走回転させているものがある。この場合、双方のターボチャージャの排気管同士をバイパス通路で接続して、助走回転中のターボチャージャに流される排気ガスを、バイパス通路を介して正常回転中のターボチャージャに接続される排気管に流している。
【０００４】
しかし、このように２つのターボチャージャの排気管同士をバイパス通路で接続した場合、内燃機関運転時のターボチャージャの温度変化により、排気管同士の距離が変化し、バイパス通路に大きな負荷作用する虞がある。そこで、従来の内燃機関では、このバイパス通路に作用する負荷を軽減できる構造にしているものがある。例えば、特許文献１に記載の過給器付エンジンの排気装置では、バイパス通路の少なくとも一部を、蛇腹付パイプによって形成している。これにより、ターボチャージャの温度変化により排気管同士の距離が変化した場合でも、バイパス通路に形成された蛇腹付パイプによってその変化を吸収することができる。これにより、バイパス通路に大きな負荷が作用することを抑制でき、この負荷に起因するバイパス通路の亀裂や割れの発生を抑制することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１５６９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、内燃機関の排気ガスの経路には、例えば、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）との３物質を酸化・還元反応により同時に除去する三元触媒などの浄化手段が設けられている場合が多いが、このような浄化手段は、温度によって浄化性能が異なっている。換言すると、排気ガスを適切に浄化するためには、浄化手段の温度を所定の範囲内に収める必要がある。また、このような浄化手段に接続される排気管は、特許文献１に記載の過給器付エンジンの排気装置で、複数の排気管が合流したフロントパイプに浄化手段である排気ガス触媒が接続されるように、複数の排気管が合流した後、その下流側に浄化手段が設けられる場合が多い。
【０００７】
このように、複数の排気管を合流させる場合には、合流後の排気管の断面積は、合流前の複数の排気管内を流れる排気ガスを効率よく流すことができるように、合流前の排気管の断面積よりも大きくなっている。この場合、排気管の断面積が大きくなることに伴い、排気管の熱容量も大きくなっており、この排気管内を排気ガスが流れる際には、排気ガスの熱は排気管に奪われて排気ガスの温度が低下し易くなっている。
【０００８】
排気管は、このように断面積が大きくなることにより熱容量が大きくなり、この排気管内を排気ガスが流れる場合には温度が低下し易くなるが、このような場合でも、合流する複数の排気管のうち、双方の排気管内を排気ガスが流れる場合には、合流後の排気管内を流れる排気ガスの量が多いため、温度はあまり低下しない。しかし、合流する複数の排気管のうち、一部の排気管内のみを排気ガスが流れる場合には、合流後の排気管内を流れる排気ガスの量が少ないため、排気ガスの熱は熱容量が大きい排気管に奪われて排気ガスの温度が大きく低下する場合がある。このように排気ガスの温度が大きく低下した場合、この排気ガスが流入する浄化手段は、温度があまり上昇しないため、排気ガスを適切に浄化できる温度に達しない虞があり、この場合、排気ガスの浄化性能が低減する虞があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、浄化手段による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保できる内燃機関の排気装置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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関の排気装置は、内燃機関が排出する排気ガスにより作動するタービンを有するターボチャージャに接続されると共に前記タービンを通過した前記排気ガスが流れる主排気通路と、前記タービンを非通過の前記排気ガスが流れる副排気通路と、前記主排気通路を流れる前記排気ガス及び前記副排気通路を流れる前記排気ガスの浄化が可能な浄化手段と、前記浄化手段が内設されると共に前記主排気通路と前記副排気通路とが別々に接続される排気ガス浄化部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明では、浄化手段を内設する排気ガス浄化部に接続される主排気通路と副排気通路とが、排気ガス浄化部に対して別々に接続されているので、主排気通路と副排気通路とは、それぞれを流れる排気ガスの量に応じた断面積を有している。これにより、排気通路内を流れる排気ガスの量に対して、排気通路の熱容量が大きくなり過ぎることを抑制でき、主排気通路、または副排気通路のいずれか一方にのみ排気ガスが流れた場合でも、排気通路の熱容量が大き過ぎることに起因して排気ガスの温度が低下し過ぎることを抑制できる。従って、この排気ガスが流れる浄化手段の温度が、排気ガスを効率よく浄化できる温度を外れて低くなり過ぎることを抑制できる。この結果、浄化手段による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる。
【００１２】
また、この発明に係る内燃機関の排気装置は、前記ターボチャージャは、少なくとも一部の前記排気ガスを、前記タービンを通過させずに前記排気ガスの流れ方向における前記タービンの上流側から逃がす通路であるバイパス通路を有しており、前記副排気通路は、前記バイパス通路に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明では、副排気通路は、ターボチャージャのバイパス通路に接続されているが、このバイパス通路は、ターボチャージャによる内燃機関への過給の圧力が所定の圧力に達した際に、この過給圧が、それ以上高くならないように設けられている。つまり、バイパス通路は、ターボチャージャによる内燃機関への過給の圧力が所定の圧力に達した際に、排気ガスの一部をターボチャージャのタービンを通過させずにタービンの上流側から逃がしてターボチャージャの下流側に流すことにより、ターボチャージャが内燃機関に対して過給する空気の圧力が所定の範囲内になるように設けられている。
【００１４】
このため、内燃機関の運転中、バイパス通路には排気ガスが流れたり流れなかったりするので、このバイパス通路に副排気通路を接続することにより、副排気通路にも排気ガスが流れたり流れなかったりする。従って、この副排気通路と主排気通路とを別々に排気ガス浄化部に接続することにより、排気ガスが流れない場合がある副排気通路を、より確実に主排気通路とは別に排気ガス浄化部に接続することができる。これにより、より確実に排気ガスの量に対して熱容量の大きい排気通路に排気ガスが流れることに起因して排気ガスの温度が低下し、排気ガス浄化部に内設される浄化手段の温度が、排気ガスを効率よく浄化できる温度を外れて低くなり過ぎることを抑制できる。この結果、浄化手段による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる。
【００１５】
また、この発明に係る内燃機関の排気装置は、前記バイパス通路には、前記バイパス通路を開閉する開閉手段が設けられており、前記開閉手段は、少なくとも前記内燃機関の始動直後の所定時間は前記バイパス通路を開いていることを特徴とする。
【００１６】
この発明では、バイパス通路に設けられた開閉手段が、内燃機関の始動直後の所定時間はバイパス通路を開いているので、内燃機関の始動直後の早い段階で、浄化手段の温度を、排気ガスを効率よく浄化できる温度にすることができる。つまり、排気ガスがターボチャージャのタービンを通過する場合には、排気ガスはタービンを作動させるためエネルギーが消費されて、温度が低下する。このため、内燃機関の始動直後で浄化手段が冷えている状態において、この排気ガスが浄化手段を通過する場合には、浄化手段の温度を急激に上昇させることが困難なものとなるが、排気ガスがバイパス通路を通過する場合には、あまり温度が低下することなく、排気ガスを浄化手段に流すことができる。これにより、浄化手段の温度を早急に上昇させることができ、浄化手段の温度を、排気ガスを効率よく浄化できる温度にすることができる。この結果、浄化手段による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る内燃機関の排気装置は、浄化手段による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る内燃機関の排気装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が設けられた内燃機関の概略図である。本発明に係る内燃機関１の排気装置３を備える内燃機関１は、複数の気筒５を有しており、各気筒５は、内部に燃焼室１５が形成されたシリンダヘッド６及びシリンダブロック７を有している。また、シリンダブロック７におけるシリンダヘッド６側の反対側には、クランクケース８が位置している。このうち、シリンダブロック７の内部には、気筒５内を往復運動可能に設けられたピストン１０が内設されており、当該内燃機関１の運転時におけるピストン１０の下死点方向には、クランク軸であるクランクシャフト１２が設けられている。このクランクシャフト１２は、クランクケース８内に設けられており、ピストン１０の往復運動の方向と直交する方向に回転軸を有し、当該回転軸を中心に回転可能に形成されている。このように設けられるピストン１０とクランクシャフト１２とは、コネクティングロッド１１によって接続されている。これにより、クランクシャフト１２はピストン１０の往復運動に伴って回転運動が可能になっている。
【００２０】
また、シリンダヘッド６は、シリンダブロック７の、当該シリンダブロック７におけるピストン１０が上死点に向かう方向側の端部に、ガスケット（図示省略）を介して固定されている。また、シリンダヘッド６には、点火プラグ２５と、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２とが設けられている。また、これらの点火プラグ２５、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２は、複数形成される気筒５のそれぞれの気筒５に設けられている。また、燃焼室１５には吸気通路２１と排気通路２２とが接続されており、吸気バルブ３１は、吸気通路２１側に設けられており、排気バルブ３２は、排気通路２２側に設けられている。
【００２１】
なお、ここでいう吸気通路２１は、シリンダヘッド６に形成されている部分のみでなく、シリンダヘッド６接続された吸気管（図示省略）等、内燃機関１が吸入する空気が通る全体の通路をいう。同様に、ここでいう排気通路２２は、シリンダヘッド６に形成されている部分のみでなく、シリンダヘッド６接続された排気管（図示省略）等、内燃機関１から排出された排気ガスが通る全体の通路をいう。
【００２２】
シリンダヘッド６に設けられる吸気バルブ３１及び排気バルブ３２は、詳しくは、吸気バルブ３１や排気バルブ３２における燃焼室１５側の反対側に、それぞれリテーナ３３が設けられており、リテーナ３３はバルブリフタ３４に覆われている。さらに、リテーナ３３とシリンダヘッド６との間にはバルブスプリング３５が設けられており、吸気バルブ３１や排気バルブ３２は、このバルブスプリング３５によって吸気通路２１または排気通路２２を閉じる方向の付勢力が与えられている。また、バルブリフタ３４における燃焼室１５側の反対側には、カム３６が設けられている。このカム３６は、クランクシャフト１２の回転に連動して回転するカムシャフト３７に設けられており、カムシャフト３７の回転に伴い、カム３６も回動する。また、このカム３６は、カムシャフト３７の回転中心から当該カム３６の外周面３８までの距離が一定ではなく、カムシャフト３７の回転中心から離れた部分を有している。このように形成されるカム３６は、バルブリフタ３４に接触しており、バルブスプリング３５は、リテーナ３３を介してバルブリフタ３４に対して付勢力を与えている。これにより、バルブリフタ３４は、バルブスプリング３５によってカム３６に押し付けられている。
【００２３】
吸気バルブ３１及び排気バルブ３２は、このように設けられることにより、往復運動が可能になっている。このうち、吸気バルブ３１は、往復運動をすることにより、吸気通路２１と燃焼室１５とを連通または遮断するように設けられており、排気バルブ３２は、往復運動をすることにより、排気通路２２と燃焼室１５とを連通または遮断するように設けられている。
【００２４】
また、点火プラグ２５は、吸気バルブ３１と排気バルブ３２との間に設けられており、さらに、高電圧をかけた際に放電する点火部２６を有し、この点火部２６が燃焼室１５内に位置するように設けられている。また、吸気通路２１には、内燃機関１の運転時に使用される燃料を吸気通路２１内に噴射する燃料供給手段であるインジェクタ２８が設けられている。このインジェクタ２８は、当該内燃機関１を搭載する車両（図示省略）の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０に接続されており、ＥＣＵ７０によって制御可能に設けられている。
【００２５】
また、当該内燃機関１には、過給器であるターボチャージャ４０が設けられている。このターボチャージャ４０は、内燃機関１から排出される排気ガスにより作動するタービン４３を有しており、さらに、タービン４３の作動に伴って作動することにより内燃機関１が吸入する空気を過給して内燃機関１に供給するコンプレッサ４１を有している。このため、吸気通路２１は、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４１に接続されており、排気通路２２は、ターボチャージャ４０のタービン４３に接続されている。
【００２６】
また、このターボチャージャ４０は、当該ターボチャージャ４０が有する回転体の回転軸であるタービンシャフト４５を有しており、コンプレッサ４１は、当該ターボチャージャ４０において、タービンシャフト４５の軸方向における一方の端に形成され、タービン４３は他方の端に形成されている。また、このタービンシャフト４５のコンプレッサ４１側の端部には、コンプレッサインペラ４２が設けられており、タービン４３側の端部には、タービンインペラ４４が設けられている。また、タービンシャフト４５は、当該タービンシャフト４５を回転可能に支持する軸受部分（図示省略）により保持されており、これらのタービンシャフト４５、コンプレッサインペラ４２、及びタービンインペラ４４は、一体となって回転可能に設けられている。
【００２７】
また、このように形成されるターボチャージャ４０には、タービン４３を通過した排気ガスが流れる排気通路２２である主排気通路２３が接続されている。つまり、主排気通路２３は、排気ガスの流れ方向におけるターボチャージャ４０の下流側の位置でターボチャージャ４０に接続されており、タービン４３からの排気ガスの出口側に接続されている。
【００２８】
また、ターボチャージャ４０は、少なくとも一部の排気ガスを、タービン４３を通過させずに排気ガスの流れ方向におけるタービン４３の上流側から逃がす排気通路２２であるバイパス通路５０を有している。つまり、バイパス通路５０は、排気ガスの流れ方向においてタービン４３の上流側で排気通路２２が分岐することにより形成されている。また、このバイパス通路５０には、主排気通路２３とは異なる排気通路２２である副排気通路２４が接続されている。この副排気通路２４は、バイパス通路５０を流れる排気ガスが流れるため、ターボチャージャ４０のタービン４３を通過しない排気ガス、即ち、タービン４３を非通過の排気ガスが流れる。
【００２９】
また、バイパス通路５０には、バイパス通路５０を開閉する開閉手段であるウエストゲートバルブ５１が設けられている。このウエストゲートバルブ５１は、バイパス通路５０を開閉することにより、バイパス通路５０内に排気ガスを流したり流さなかったりすることができるように設けられている。また、このウエストゲートバルブ５１には、内圧を変化させることにより作動するアクチュエータ５５が接続されており、ウエストゲートバルブ５１は、このアクチュエータ５５によって作動可能になっている。
【００３０】
このようにウエストゲートバルブ５１に接続されるアクチュエータ５５には、内側に空気が通るチューブである制御チューブ５６が接続されており、さらに、この制御チューブ５６においてアクチュエータ５５に接続されている側に位置する端部の反対側の端部には、駆動装置５８が設けられている。この駆動装置５８は、制御チューブ５６を介してアクチュエータ５５に作用させる空気圧を変化させることによりアクチュエータ５５の開閉を制御する。また、この駆動装置５８は、前記ＥＣＵ７０に接続されており、ＥＣＵ７０によって制御可能に設けられている。
【００３１】
また、排気ガスの流れ方向におけるターボチャージャ４０の下流側には、排気ガスを浄化する浄化手段である触媒６１を内設する排気ガス浄化部６０が位置している。また、この排気ガス浄化部６０には、主排気通路２３と副排気通路２４とが接続されている。これらの主排気通路２３と副排気通路２４とは、排気ガスの流れ方向において排気ガス浄化部６０の上流側から当該排気ガス浄化部６０に接続されており、これらの主排気通路２３と副排気通路２４とは、それぞれ別々に排気ガス浄化部６０に接続されている。即ち、排気ガス浄化部６０に別々に接続される主排気通路２３と副排気通路２４とは、排気ガス浄化部６０に内設される触媒６１よりも上流側の位置で、当該排気ガス浄化部６０に接続されている。これにより、排気ガス浄化部６０に内設される触媒６１は、主排気通路２３を流れる排気ガス及び副排気通路２４を流れる排気ガスの浄化が可能になっている。また、この触媒６１は、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）との３物質を酸化・還元反応によって同時に除去する、いわゆる三元触媒となっている。
【００３２】
また、主排気通路２３及び副排気通路２４は、それぞれ別々に排気ガス浄化部６０に接続されているため、それぞれを流れる排気ガスの量に応じた断面積を有している。つまり、主排気通路２３は、主排気通路２３を流れる排気ガスにおける最大量の排気ガスを流すことができる断面積を有して形成されている。同様に、副排気通路２４は、副排気通路２４を流れる排気ガスにおける最大量の排気ガスを流すことができる断面積を有して形成されている。なお、ここでいう断面積は、排気通路２２を流れる排気ガスの流れ方向に直交する断面の断面積をいう。
【００３３】
この実施例に係る内燃機関１の排気装置３は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。内燃機関１の運転は、ピストン１０がシリンダブロック７内で往復運動を繰り返すことにより、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を１つのサイクルとしてこのサイクルを繰り返して運転し、クランクシャフト１２が回転する。その際に、排気通路２２には、燃焼行程時に燃焼室１５で燃焼した燃焼ガスの燃焼後の排気ガスが、排気行程で排気バルブ３２が開弁した際に流れる。この排気ガスは、高温高圧のガスとなっているが、排気ガスが流れる排気通路２２は、ターボチャージャ４０のタービン４３に接続されている。このため、排気通路２２内を流れる排気ガスは、ターボチャージャ４０のタービン４３に流れてタービン４３側に設けられるタービンインペラ４４に当たり、タービンインペラ４４を回転させる。この回転は、タービンシャフト４５を介して、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４１側に設けられるコンプレッサインペラ４２に伝えられ、タービンインペラ４４、及びタービンシャフト４５と一体になってコンプレッサインペラ４２も回転する。
【００３４】
このように、コンプレッサインペラ４２が回転すると、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４１は空気を圧縮し、この圧縮した空気を、コンプレッサ４１に接続された吸気通路２１を介して内燃機関１に送り込む。即ち、内燃機関１が吸入する空気を過給して内燃機関１に供給する。このようにしてターボチャージャ４０により過給された空気は、内燃機関１運転時の吸気行程において吸気バルブ３１の開弁時に気筒５内に吸気される。また、ターボチャージャ４０によって空気を過給する場合には、インジェクタ２８からは、過給により圧縮された空気が有する酸素の量に応じた燃料を噴射するため、吸入する空気を過給しない場合と比較して、より多くの燃料を噴射する。このため、ターボチャージャ４０によって過給して内燃機関１に空気を供給した場合には、燃焼行程における燃焼時の圧力を高くすることができるので、内燃機関１の運転性能が向上する。
【００３５】
ターボチャージャ４０のタービンインペラ４４を回転させ、タービン４３を作動させた排気ガスは、ターボチャージャ４０に接続された主排気通路２３に流れる。この主排気通路２３は、触媒６１が内設された排気ガス浄化部６０に接続されているため、主排気通路２３を流れる排気ガスは排気ガス浄化部６０内に流れ、触媒６１によって浄化される。即ち、主排気通路２３を流れる排気ガスは、排気ガス浄化部６０内の触媒６１を通過する際に浄化される。
【００３６】
また、内燃機関１の運転時には、通常、ウエストゲートバルブ５１は、バイパス通路５０を閉じているが、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４１による過給圧が所定の圧力よりも高くなった場合には、バイパス通路５０を開く。詳しくは、内燃機関１の運転時においてターボチャージャ４０のコンプレッサ４１によって過給される空気の圧力が所定の圧力の範囲内である場合には、ウエストゲートバルブ５１は、バイパス通路５０を閉じている。これにより、内燃機関１から排出される排気ガスは、全てターボチャージャ４０のタービン４３に流れる。
【００３７】
このようにしてターボチャージャ４０が作動することにより、燃焼行程における燃焼時の圧力が高くなるが、これに伴い、排気ガスの圧力も高くなる。このため、タービンインペラ４４の回転速度が速くなり、同時にコンプレッサインペラ４２の回転速度も速くなる。従って、ターボチャージャ４０により過給する内燃機関１の吸入空気の圧力がさらに高くなるが、この圧力が所定の圧力に達した場合には、ＥＣＵ７０が駆動装置５８に対して制御信号を送信し、駆動装置５８が制御チューブ５６を介してアクチュエータ５５を制御することにより、ウエストゲートバルブ５１を作動させてバイパス通路５０を開く。
【００３８】
これにより、内燃機関１から排出された排気ガスの一部は、排気ガスの流れ方向におけるタービン４３の上流側からバイパス通路５０に逃げ、排気ガスはタービン４３を通過せずに副排気通路２４の方向に向かう。このため、タービンインペラ４４やコンプレッサインペラ４２の回転速度は、所定回転以上には上がらなくなり、ターボチャージャ４０により過給する内燃機関１の吸入空気の圧力は、所定の圧力を維持する。
【００３９】
また、この場合、排気ガスはバイパス通路５０を通って副排気通路２４の方向に流れるが、副排気通路２４は、触媒６１が内設された排気ガス浄化部６０に接続されているため、副排気通路２４を流れる排気ガスは排気ガス浄化部６０内に流れ、触媒６１によって浄化される。即ち、副排気通路２４を流れる排気ガスは、排気ガス浄化部６０内の触媒６１を通過する際に浄化される。
【００４０】
以上の内燃機関１の排気装置３は、触媒６１を内設する排気ガス浄化部６０に接続される主排気通路２３と副排気通路２４とが、排気ガス浄化部６０に対して別々に接続されているので、主排気通路２３と副排気通路２４とは、それぞれを流れる排気ガスの量に応じた断面積を有している。これにより、例えば主排気通路２３と副排気通路２４とを合流させて、合流後の排気通路２２の断面積を、排気通路２２の径を大きくするなどして主排気通路２３を流れる排気ガスと副排気通路２４を流れる排気ガスとの双方を合わせた排気ガスの量に応じた断面積にする場合のように、断面積を大きくする必要がなくなる。このため、排気ガスの温度が低下し過ぎることを抑制できる。つまり、複数の排気通路２２を合流させて排気通路２２の断面積を大きくした場合には、これに伴い排気通路２２の熱容量も大きくなるため、複数の排気通路２２における一部の排気通路２２のみから合流している部分に排気ガスが流れた場合には、排気ガスの量に対して排気通路２２の熱容量が大き過ぎるため排気ガスの熱が奪われて、排気ガスの温度が低下し易くなる。
【００４１】
これに対し、主排気通路２３と副排気通路２４とを別々で排気ガス浄化部６０に接続し、それぞれを流れる排気ガスの量に応じた断面積で形成した場合には、排気通路２２内を流れる排気ガスの量に対して、排気通路２２の熱容量が大きくなり過ぎることを抑制することができる。これにより、主排気通路２３、または副排気通路２４のいずれか一方にのみ排気ガスが流れた場合でも、排気ガスの量に対して排気通路２２の熱容量が大き過ぎることに起因して、排気ガスの温度が低下し過ぎることを抑制できる。従って、この排気ガスが流れる触媒６１の温度が、排気ガスを効率よく浄化できる温度を外れて低くなり過ぎることを抑制できる。この結果、浄化手段である触媒６１による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる。
【００４２】
また、副排気通路２４は、ターボチャージャ４０のバイパス通路５０に接続されているが、このバイパス通路５０は、ターボチャージャ４０による内燃機関１への過給の圧力が所定の圧力に達した際に、この過給圧が、それ以上高くならないように設けられている。つまり、バイパス通路５０は、ターボチャージャ４０による内燃機関１への過給の圧力が所定の圧力に達した際に、排気ガスの一部をターボチャージャ４０のタービン４３を通過させずにタービン４３の上流側から逃がしてターボチャージャ４０の下流側に流すことにより、ターボチャージャ４０が内燃機関１に対して過給する空気の圧力が所定の範囲内になるように設けられている。
【００４３】
このため、内燃機関１の運転中、バイパス通路５０には排気ガスが流れたり流れなかったりするので、このバイパス通路５０に接続される副排気通路２４にも、排気ガスが流れたり流れなかったりする。従って、この副排気通路２４と主排気通路２３とを別々に排気ガス浄化部６０に接続することにより、排気ガスが流れない場合がある排気通路２２である副排気通路２４を、より確実に主排気通路２３とは別に排気ガス浄化部６０に接続することができる。これにより、主排気通路２３は、主排気通路２３を流れる排気ガスの量に応じた断面積にすればよいので、より確実に、排気ガスの量に対して熱容量の大きい排気通路２２に排気ガスが流れることに起因して、排気ガスの温度が低下し過ぎることを抑制できる。この結果、排気ガス浄化部６０に内設される触媒６１の温度が、排気ガスを効率よく浄化できる温度を外れて低くなり過ぎることを抑制でき、触媒６１による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる。
【００４４】
なお、上述した内燃機関１の排気装置３では、アクチュエータ５５は制御チューブ５６を介して駆動装置５８に接続されており、その作動はＥＣＵ７０で駆動装置５８を制御することにより作動させているが、制御チューブ５６は、吸気通路２１に接続してもよい。これによっても、ターボチャージャ４０による内燃機関１への過給の圧力が所定の圧力に達した際にアクチュエータ５５を作動させることができ、ウエストゲートバルブ５１を作動させてバイパス通路５０を開くことができる。この結果、製造コストの低減を図りつつ、触媒６１による排気ガスの浄化性能を確保することができる。
【００４５】
図２は、実施例に係る内燃機関の排気装置の変形例を示す概略図である。なお、上述した内燃機関１の排気装置３が備えるウエストゲートバルブ５１は、内圧を変化させることにより作動するアクチュエータ５５に接続され、アクチュエータ５５によりバイパス通路５０を開閉可能に設けられているが、ウエストゲートバルブ５１はアクチュエータ５５以外の作動手段により作動させてもよい。ウエストゲートバルブ５１は、例えば、ＥＣＵ７０により制御可能に設けられた電気モータ７５（図２）やソレノイド（図示省略）により作動可能に設けられていてもよい。電気モータ７５やソレノイドによってウエストゲートバルブ５１を作動させることにより、アクチュエータ５５でウエストゲートバルブ５１を作動させる場合のようには空気を使用せず、電気のみでウエストゲートバルブ５１を作動させることができる。
【００４６】
また、このようにウエストゲートバルブ５１を電気モータ７５などにより作動させる場合には、ウエストゲートバルブ５１は、少なくとも内燃機関１始動直後の所定時間はバイパス通路５０を開いているのが好ましい。つまり、内燃機関１を始動した直後は、触媒６１は温度が低くなっているため、触媒６１の温度は排気ガスを効率よく浄化できる温度よりも低くなっており、排気ガスを浄化するのが困難な状態になっている。このため、内燃機関１の始動直後の所定時間はバイパス通路５０を開くようにウエストゲートバルブ５１を作動させることにより、内燃機関１の始動直後の早い段階で、触媒６１の温度を、排気ガスを効率よく浄化できる温度にすることができる。
【００４７】
即ち、排気ガスがターボチャージャ４０のタービン４３を通過する場合には、排気ガスはタービン４３を作動させるためエネルギーが消費されて、温度が低下する。このため、内燃機関１の始動直後で触媒６１の温度が低い状態において、温度が低下したこの排気ガスが触媒６１を通過する場合、触媒６１の温度を急激に上昇させることが困難なものとなる。これに対し、ウエストゲートバルブ５１を開くことにより、排気ガスがバイパス通路５０及び副排気通路２４を通過する場合には、排気ガスは温度があまり低下することなく排気ガス浄化部６０に到達し、触媒６１を通過する。これにより、触媒６１の温度を急激に上昇させることができ、排気ガスを効率よく浄化できる温度にすることができる。この結果、触媒６１による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる。
【００４８】
なお、ここでいう所定時間とは、内燃機関１の始動直後に排気ガスが触媒６１を通過することによって触媒６１の温度が上昇する際において、触媒６１の温度が排気ガスを効率よく浄化できる温度に達するまでの時間である。また、この所定時間は、予め規定時間が設定されていてもよく、また、内燃機関１の運転中に触媒６１の温度を検出して適切な時間を算出してもよい。
【００４９】
また、バイパス通路５０と副排気通路２４と合わせた長さは、なるべく短く形成されているのが好ましい。排気ガスは、排気通路２２を流れる際に温度が低下しながら流れるため、この長さを短くすることにより、より確実に排気ガスの温度が低下しない状態で排気ガスを排気ガス浄化部６０内に流すことができる。この結果、より確実に触媒６１の温度を上昇させることができ、触媒６１による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる。
【００５０】
また、上述した内燃機関１の排気装置３では、浄化手段として排気ガス浄化部６０に内設される触媒６１は三元触媒となっているが、浄化手段は三元触媒以外のものでもよい。例えば、浄化手段として、炭化水素（ＨＣ）を吸着する吸着手段を用いてもよい。上述した内燃機関１の排気装置３の排気ガス浄化部６０内に、三元触媒以外の浄化手段を用いた場合でも、排気通路２２を流れる排気ガスの温度が低下することを抑制でき、より確実に浄化手段の温度を排気ガスによって上昇させることができる。この結果、この結果、浄化手段による排気ガスの浄化性能を、より確実に確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、触媒を備える内燃機関に有用であり、特に、ターボチャージャを備える内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が設けられた内燃機関の概略図である。
【図２】実施例に係る内燃機関の排気装置の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  内燃機関
３  排気装置
５  気筒
６  シリンダヘッド
７  シリンダブロック
８  クランクケース
１０  ピストン
１１  コネクティングロッド
１２  クランクシャフト
１５  燃焼室
２１  吸気通路
２２  排気通路
２３  主排気通路
２４  副排気通路
２５  点火プラグ
２６  点火部
２８  インジェクタ
３１  吸気バルブ
３２  排気バルブ
３３  リテーナ
３４  バルブリフタ
３５  バルブスプリング
３６  カム
３７  カムシャフト
３８  外周面
４０  ターボチャージャ
４１  コンプレッサ
４２  コンプレッサインペラ
４３  タービン
４４  タービンインペラ
４５  タービンシャフト
５０  バイパス通路
５１  ウエストゲートバルブ
５５  アクチュエータ
５６  制御チューブ
５８  駆動装置
６０  排気ガス浄化部
６１  触媒
７０  ＥＣＵ
７５  電気モータ
【図１】
2008019779.tif 000003
【図２】
2008019779.tif 000004