(57)【要約】【課題】暖機時における排気浄化触媒の早期活性化を良好なものとしつつ、排気センサの被水を抑制した内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１０には、タービンホイール６４ｃを流れるメイン通路４４と、タービンホイール６４ｃを迂回するバイパス通路５０のうち一方を遮断可能な排気バルブ７０が設けられており、ＥＣＵ８０が、排気浄化触媒５５が活性化したと判定し、且つタービン６４が暖機されたと判定するまでは、メイン通路４４を遮断するよう排気バルブ７０を制御する。これにより、メイン通路４４を遮断しているときには、タービンホイール６４ｃを迂回したバイパス通路５０からの高温な排気ガスで排気浄化触媒５５の活性化を良好に行う。その後メイン通路４４を開放したときには、タービン６４の暖機が完了しており凝縮水が生じることがないので、タービン６４の下流側にある排気センサ７６が被水することを抑制することができる。【選択図】図１
2008157150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機を備え、当該ターボ過給機のタービンより下流側に排気センサと排気浄化触媒が設けられた内燃機関であって、
排気ガスがタービンのタービンホイールを流れて排気浄化触媒に向かうメイン通路と、
排気ガスがタービンのタービンホイールを迂回して排気浄化触媒に向かうバイパス通路と、
メイン通路におけるタービンホイールの下流側と、バイパス通路のうち一方を遮断可能な排気バルブと、
排気浄化触媒の活性化とタービンの暖機が完了するまでは、排気バルブによりメイン通路を遮断するよう制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関であって、
前記制御手段は、
排気浄化触媒が活性化したか否かを判定する触媒活性化判定手段と、
タービンが暖機されたか否かを判定するタービン暖機判定手段と、
を有し、
排気浄化触媒が活性化したと判定され、且つタービンが暖機されたと判定されるまでは、メイン通路を遮断するよう制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関であって、
排気センサは、排気管のうちメイン通路を遮断した排気バルブの下流側であり且つメイン通路側の部位に設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の内燃機関であって、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備え、
タービン暖機判定手段は、内燃機関が始動を開始してからの吸入空気量の時間積分値である積算空気量が予め設定された判定値以上となることを以って、タービンが暖機されたと判定することを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関であって、
前記判定値は、排気バルブがメイン通路を開放して排気ガスがタービンホイールを通過して流れても、排気ガス中の水蒸気がタービン内で凝結しない値に設定されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項４に記載の内燃機関であって、
前記判定値は、始動開始時における冷却液温に応じて設定されることを特徴とする内燃機関。
【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、特に、ターボ過給機のタービンより下流側に排気センサと排気浄化触媒が設けられている内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機付き内燃機関にあっては、通常、ターボ過給機のタービンより下流側に排気浄化触媒が設けられている。このような内燃機関は、気筒から排気浄化触媒に至るまでの排気通路中に、他の排気系部品に比べて熱容量の大きいタービンが設けられている。
【０００３】
このため、ターボ過給機付き内燃機関は、冷間始動時など内燃機関を暖機しているとき、気筒から排出される排気ガスの熱がタービンで奪われることとなる。したがって、ターボ過給機付き内燃機関は、タービンを有している分、暖機時において排気浄化触媒を流れるガス温度がターボ過給機を備えない内燃機関に比べて低くなる傾向があり、排気浄化触媒が活性化するまでに時間がかかることとなる。
【０００４】
これを対策するために、下記の特許文献１には、気筒から排気浄化触媒までの主排気通路に加えて、タービンを迂回する副排気通路と、これら排気通路のうち一方を閉塞するバルブを設ける技術が提案されている。バルブの開閉を制御して、暖機時にはバイパス通路に排気ガスを導き、排気浄化触媒を流れる排気ガスを昇温させることで、排気浄化触媒が活性化するまでに要する時間を短縮している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３９９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、排気浄化触媒を備える内燃機関では、通常、排気浄化触媒の上流側に、排気ガス中の酸素など特定成分を検出する排気センサが設けられる。このような排気センサは、被水すると、機能が損なわれることがある。排気センサは、一般的に、排気通路において各気筒からの排気ガスが合流した部位よりも下流側に設けられる。よって、ターボ過給機付き内燃機関の場合、排気センサは、一般的に、タービンと排気浄化触媒との間に配置される。
【０００７】
上述の特許文献１に記載の技術では、主排気通路と副排気通路との分岐部に、排気通路のうち一方を閉塞するバルブを設けているため、バルブが主排気通路を遮断しているとき、タービンは、気筒からの排気ガスにさらされておらず、低温な状態となっている。
【０００８】
このため、特許文献１に記載の技術では、排気浄化触媒の暖機完了後に、主排気通路を開放すると、排気ガス中の水蒸気が、低温なタービンの構成部品（例えば、タービンホイール）で凝結することがある。このようにしてタービンで凝結した水（以下、凝縮水と記す）は、排気ガスによって、より下流側に運ばれることとなる。
【０００９】
したがって、排気浄化触媒と排気センサを備える内燃機関に、上述の特許文献１に記載の技術を適用した場合、タービンの下流に排気浄化触媒が活性化した後に、主排気通路を開放すると、タービンの下流側にある排気センサが、タービンで凝結した水で被水してしまう虞がある。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ターボ過給機のタービンの下流側に、排気センサと排気浄化触媒が設けられた内燃機関であっても、暖機時における排気浄化触媒の早期活性化を良好なものとしつつ、排気センサの被水を抑制した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】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、ターボ過給機を備え、当該ターボ過給機のタービンより下流側に排気センサと排気浄化触媒が設けられた内燃機関であって、排気ガスがタービンのタービンホイールを流れて排気浄化触媒に向かうメイン通路と、排気ガスがタービンのタービンホイールを迂回して排気浄化触媒に向かうバイパス通路と、メイン通路におけるタービンホイールの下流側と、バイパス通路のうち一方を遮断可能な排気バルブと、排気浄化触媒の活性化とタービンの暖機が完了するまでは、排気バルブによりメイン通路を遮断するよう制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る内燃機関において、前記制御手段は、排気浄化触媒が活性化したか否かを判定する触媒活性化判定手段と、タービンが暖機されたか否かを判定するタービン暖機判定手段とを有するものとし、排気浄化触媒が活性化したと判定され、且つタービンが暖機されたと判定されるまでは、メイン通路を遮断するよう制御するものとすることができる。
【００１３】
本発明に係る内燃機関において、排気センサは、排気管のうちメイン通路を遮断した排気バルブの下流側であり且つメイン通路側の部位に設けられているものとすることができる。
【００１４】
本発明に係る内燃機関において、さらに、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備えるものとし、タービン暖機判定手段は、内燃機関が始動を開始してからの吸入空気量の時間積分値である積算空気量が予め設定された判定値以上となることを以って、タービンが暖機されたと判定するものとすることができる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関において、前記判定値は、排気バルブがメイン通路を開放して排気ガスがタービンホイールを通過して流れても、排気ガス中の水蒸気がタービン内で凝結しない値に設定されているものとすることができる。
【００１６】
本発明に係る内燃機関において、前記判定値は、始動開始時における冷却液温に応じて設定されるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、タービンホイールを流れて排気浄化触媒に向かうメイン通路を遮断しているときには、タービンホイールを迂回したバイパス通路からの排気ガスは、タービンにより熱を奪われることなく高温のまま排気浄化触媒に到達するため、排気浄化触媒５５の早期活性化を良好なものとすることができる。その後、メイン通路を開放したときには、タービンの暖機が既に完了しており、タービン内で凝縮水が発生することがないため、タービンの下流側に設けられた排気センサが被水することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１９】
まず、本実施例に係る内燃機関の概略構成について図１を用いて説明する。図１は、内燃機関の概略構成を示す模式図である。なお、図１において、内燃機関については、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。
【００２０】
図１に示すように、内燃機関１０には、気筒１２から排出される排気ガスの運動エネルギにより吸入された空気を圧縮するターボ過給機６０を備えている。この内燃機関１０は、原動機として車両に搭載されるものである。また、内燃機関１０には、内燃機関１０に設けられた各種部品を制御する制御手段として、電子制御装置８０（以下、ＥＣＵと記す）を有している。
【００２１】
内燃機関１０には、内部に気筒１２が形成される機関本体系部品として、図示しないシリンダブロック及びピストンと、クランク軸１８と、シリンダヘッド２０が設けられている。シリンダブロックには、図示しないシリンダボアが形成されており、ピストンは、このシリンダボア内を往復運動する。ピストンは、シリンダボアの内壁面（以下、シリンダ壁と記す）に摺接している。シリンダブロックには、ピストンに対向してシリンダボアを塞ぐようにシリンダヘッド２０が結合されている。
【００２２】
これらシリンダヘッド２０と、ピストンと、シリンダブロックのシリンダ壁で囲まれた空間が「気筒」となる。なお、シリンダブロックには、機関本体を循環する冷却液の温度（以下、冷却液温と記す）を検出する冷却液温センサが設けられており、冷却液温に係る信号をＥＣＵ８０に送出している。
【００２３】
シリンダヘッド２０には、各気筒１２に対応して吸気ポート２４と排気ポート２６が形成されている。吸気ポート２４及び排気ポート２６に対応して、図示しない吸気弁及び排気弁が設けられている。これら吸気弁及び排気弁は、クランク軸１８の回転角位置に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。
【００２４】
クランク軸１８が回転すると、ピストンが往復運動し、気筒１２には、空気が吸入される。さらに、気筒１２には図示しない燃料噴射装置により燃料が供給されて、空気と燃料の混合気が形成される。このように形成される混合気を、以下、筒内混合気と記す。また、気筒１２には、図示しない点火装置により筒内混合気が着火される。筒内混合気の着火・燃焼により生じるピストンの往復運動は、回転運動に変換されてクランク軸１８から出力される。内燃機関１０には、クランク軸１８の回転角位置を検出するクランク角センサ１９が設けられており、検出した回転角位置に係る信号をＥＣＵ８０に送出している。
【００２５】
また、内燃機関１０には、外気から気筒１２に空気を導く吸気系部品として、外気から空気を導入する外気ダクト３２と、吸入空気から塵芥を除去するエアクリーナ３３と、吸入空気の流量（以下、吸入空気量と記す）を計測するエアフロメータ３４と、吸入空気量を調整するスロットル弁３６と、吸入空気を各気筒１２に分配する分岐管である吸気マニホールド３８が設けられている。
【００２６】
吸気マニホールド３８は、シリンダヘッド２０に接続されており、そのブランチ通路３９が吸気ポート２４に連通している。ブランチ通路３９の上流側には、これに連通するサージ室３７（共鳴室）が形成されている。また、吸気マニホールド３８には、サージ室３７内における吸気圧（以下、過給圧と記す）を検出する過給圧センサ（図示せず）が設けられており、過給圧に係る信号をＥＣＵ８０に送出している。
【００２７】
吸気マニホールド３８の上流側には、吸気配管３０が接続されており、サージ室３７は、吸気配管３０内に形成された通路３０ａに連通している。吸気配管３０の上流側には、後述するターボ過給機６０のコンプレッサ６２が接続されており、コンプレッサ６２の上流側には、吸気配管３１が接続されている。吸気配管３１内に形成された通路３１ａには、エアフロメータ３４が配設されている。吸気配管３１の上流側は、エアクリーナ３３に接続されており、通路３１ａは、エアクリーナを介して外気ダクト３２内に連通している。
【００２８】
外気ダクト３２から導入された空気は、エアクリーナ３３を通過し、エアフロメータ３４で吸入空気量が計測されて、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２で圧縮される。圧縮された空気は、スロットル弁３６に流れる。スロットル弁３６で流量を調整された空気は、吸気マニホールド３８のサージ室（共鳴室）３７に流入し、ブランチ通路３９から各気筒１２に分配され、吸気ポート２４を経て気筒１２内に流入する。エアフロメータ３４は、通路３１ａで計量した吸入空気量に係る信号をＥＣＵ８０に送出している。スロットル弁３６は、ＥＣＵ８０により制御されて、気筒１２内に流入する吸入空気量を調整可能となっている。
【００２９】
なお、「吸気通路」とは、前述の吸気系部品と吸気配管により形成され、外気ダクト３２から導入された空気が気筒１２に流入するまでに通過する流路を意味しており、以下の説明において、「吸気通路」と記す。本実施例において、吸気通路には、吸気マニホールド３８のサージ室３７及びブランチ通路３９だけでなく、シリンダヘッド２０の吸気ポート２４が含まれている。
【００３０】
また、内燃機関１０には、気筒１２からの排気ガスを外気に排出するために、排気ガス中の有害成分を低減する排気浄化触媒５５と、気筒１２からの排気ガスを排気浄化触媒５５に導く排気管４０が設けられている。排気管４０は、上流側がシリンダヘッド２０に接続されており、下流側が排気浄化触媒５５に接続されている。排気管４０の途中には、ターボ過給機６０のタービン６４が設けられている。
【００３１】
ここで、ターボ過給機６０の構成について説明する。ターボ過給機６０は、吸気配管３０と吸気配管３１との間に介在して設けられたコンプレッサ６２と、排気管４０の途中に設けられたタービン６４を有している。コンプレッサ６２には、コンプレッサ６２内を回転することで空気を圧縮するコンプレッサホイール６２ｃが収容されており、タービン６４内には、排気ガス流により回転駆動されるタービンホイール６４ｃが収容されている。コンプレッサホイール６２ｃとタービンホイール６４ｃは、一体に結合されている。ターボ過給機６０は、メイン通路４４からタービン６４内に流入する排気ガスの運動エネルギにより、タービンホイール６４ｃ及びコンプレッサホイール６２ｃが回転駆動され、コンプレッサ６２内にある空気を圧縮して、吸気配管３０の通路３０ａに給送する。
【００３２】
排気管４０には、各気筒１２からの排気ガスを合流させるマニホールド通路４１と、マニホールド通路４１からの排気ガスを、ターボ過給機６０のタービンホイール６４ｃを経由させて、排気浄化触媒５５に導くメイン通路４４が設けられている。
【００３３】
マニホールド通路４１には、各気筒１２に対応してブランチ部４１ａが設けられており、ブランチ部４１ａが排気ポート２６に連通している。マニホールド通路４１のブランチ部４１ａの下流側には、各気筒１２からの排気ガスが合流する合流部４１ｃが設けられている。マニホールド通路４１は、気筒１２からの排気ガスを、マニホールド通路４１の合流部４１ｃで合流させる。マニホールド通路４１の合流部４１ｃは、メイン通路４４に連通している。
【００３４】
メイン通路４４は、その上流側がマニホールド通路４１の合流部４１ｃに連通しており、下流側には、排気浄化触媒５５が設けられている。メイン通路４４の途中には、タービン６４のタービンホイール６４ｃが配設されている。メイン通路４４は、マニホールド通路４１で合流した排気ガスを、タービン６４内にあるタービンホイール６４ｃに流す。そして、メイン通路４４は、タービンホイール６４ｃを流れた排気ガスを排気浄化触媒５５に向けて流す。
【００３５】
つまり、「メイン通路」４４とは、マニホールド通路４１からの合流した排気ガスが、タービン６４のタービンホイール６４ｃを通って、排気浄化触媒５５に至るまでの、排気ガスの流路を意味している。メイン通路４４を流れる排気ガスの流動経路を図に二点鎖線矢印Ａで示す。本実施例において、メイン通路４４には、タービン６４のハウジング内におけるタービンホイール６４ｃを流れる通路が含まれている。
【００３６】
また、排気管４０には、マニホールド通路４１からの排気ガスを、ターボ過給機６０のタービンホイール６４ｃを迂回させて、排気浄化触媒５５に導くことができるように、バイパス通路５０が設けられている。
【００３７】
バイパス通路５０は、その上流側が、メイン通路４４におけるタービンホイール６４ｃの上流側の部位４４ａに連通している。一方、バイパス通路５０の下流側は、メイン通路４４におけるタービンホイール６４ｃより下流側の部位４４ｃに連通している。バイパス通路５０は、メイン通路４４の上流側の部位４４ａから排気ガスを導入し、タービン６４のタービンホイール６４ｃを迂回させた後、下流側部位４４ｃで再びメイン通路４４に合流させることが可能に構成されている。バイパス通路５０を流れる排気ガス流の流動経路を図に一点鎖線矢印Ｂで示す。バイパス通路５０は、メイン通路４４を流れる排気ガスを、タービン６４内のタービンホイール６４ｃに流すことなく迂回させて、排気浄化触媒５５に向かわせることができる。
【００３８】
なお、メイン通路４４のうちバイパス通路５０の直下流側の部分５２には、バイパス通路５０から排気浄化触媒５５に向かう排気ガス流が主に通過し、タービンホイール６４ｃから排気浄化触媒５５に向かう排気ガス流がほとんど通過しない領域となっている。
【００３９】
また、排気管４０には、上述のメイン通路４４におけるタービンホイール６４ｃの下流側とバイパス通路５０のうち一方を遮断可能な排気バルブ７０が設けられている。排気バルブ７０は、いわゆる片持ちのバルブであり、弁体７０ａと、弁体７０ａの一方の端を回転可能に支持する回転軸７０ｃを有している。回転軸７０ｃは、図示しないアクチュエータにより回転駆動される。アクチュエータの駆動は、ＥＣＵ８０により制御される。排気バルブ７０は、回転軸７０ｃが回転駆動されることで、弁体７０ａがメイン通路４４におけるタービンホイール６４ｃの下流側と、バイパス通路５０のうちいずれか一方を遮断することが可能となっている。
【００４０】
排気バルブ７０は、タービン６４内のタービンホイール６４ｃより下流側に設けられており、その回転軸７０ｃは、バイパス通路５０とメイン通路４４の間に配設されている。排気バルブ７０は、弁体７０ａが図に一点鎖線で示す位置までバイパス通路５０側に移動することで、バイパス通路５０を遮断することができる。排気バルブ７０の弁体７０ａがバイパス通路５０を遮断すると、メイン通路４４は開放されることとなる。このとき、気筒１２からの排気ガスは、タービン６４のタービンホイール６４ｃに流れ、タービンホイール６４ｃを駆動してから、排気浄化触媒５５に向かうこととなる。つまり、排気バルブ７０がバイパス通路５０を遮断すると、気筒１２から排気浄化触媒５５に至る排気ガスの流動経路Ａ（以下、メイン経路と記す）は、タービンホイール６４ｃを経由するものとなる。
【００４１】
加えて、排気バルブ７０は、弁体７０ａが図に二点鎖線で示す位置までメイン通路４４側に移動することで、メイン通路４４をタービンホイール６４ｃの下流側で遮断することができる。排気バルブ７０の弁体７０ａがメイン通路４４を遮断すると、バイパス通路５０は開放されることとなる。このとき、気筒からの排気ガスは、タービン６４のタービンホイール６４ｃを迂回するようバイパス通路５０を流れてから、排気浄化触媒５５に向かうこととなる。つまり、排気バルブ７０がメイン通路４４をタービンホイール６４ｃの下流側で遮断すると、気筒１２から排気浄化触媒５５に至る排気ガスの流動経路Ｂ（以下、バイパス経路と記す）は、タービンホイール６４ｃを迂回するものとなる。
【００４２】
また、排気管４０には、排気浄化触媒５５に向かう排気ガス中の特定成分を検出する排気センサ７６が設けられている。排気センサ７６には、例えば、排気ガス中の酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサや、排気ガス中の窒素酸化物の濃度を検出するＮＯｘセンサ等がある。
【００４３】
排気センサ７６は、排気管４０のうち、排気浄化触媒５５より上流側に配設されている。詳細には、排気センサ７６は、排気バルブ７０の直下流側の部位に配置されており、且つ、メイン通路４４側の部位に配置されている。加えて、排気センサ７６は、排気バルブ７０がメイン通路４４を遮断してバイパス通路５０を開放したとき、バイパス通路５０から排気浄化触媒５５に流れる排気ガスが極力あたらないような部位、すなわちバイパス通路５０から排気浄化触媒５５に流れる排気ガス流の流動経路Ｂから極力、距離をあけた部位に配設されている。また、排気センサ７６は、排気バルブ７０がバイパス通路５０を遮断してメイン通路４４を開放したとき、メイン通路４４を流れる排気ガス流が良好な状態であたるような部位に配置されている。
【００４４】
また、内燃機関１０には、これを制御する制御手段としてＥＣＵ８０が設けられている。ＥＣＵ８０は、クランク角センサ１９からのクランク軸１８の回転角位置に係る信号と、エアフロメータ３４からの吸入空気量に係る信号と、図示しない吸気圧センサからの過給圧に係る信号と、図示しない冷却液温センサからの冷却液温に係る信号とを受けている。これら信号に基づいて、ＥＣＵ８０は、クランク軸１８の回転角位置（以下、クランク角と記す）と、内燃機関１０のクランク軸１８の回転速度（以下、機関回転速度と記す）と、吸入空気量と、過給圧と、内燃機関１０に要求される出力トルク（以下、機関負荷と記す）等を算出することができる。これら算出された制御変数に基づいて、ＥＣＵ８０は、スロットル弁３６や、図示しない燃料噴射装置及び点火装置、および排気バルブ７０のアクチュエータを制御することができる。
【００４５】
以上のように構成された内燃機関１０において、制御手段としてのＥＣＵ８０は、アクチュエータを介して排気バルブ７０を制御することで、内燃機関１０の作動状態に応じてメイン通路４４におけるタービンホイール６４ｃの下流側と、バイパス通路５０のうち一方を遮断することができる。すなわち、ＥＣＵ８０は、気筒１２からの排気ガスを、ターボ過給機６０のタービンホイール６４ｃに通過させてから排気浄化触媒５５に導くか、タービンホイール６４ｃを通過させることなく排気浄化触媒５５に導くかを選択することができる。つまり、ＥＣＵ８０は、気筒１２から排気浄化触媒５５に至る排気ガスの経路を、タービン６４のタービンホイール６４ｃを経由する経路Ａと、タービンホイール６４ｃを迂回する経路Ｂのうち、いずれか１つを選択することができる。
【００４６】
ＥＣＵ８０は、内燃機関１０の暖機が完了している場合、過給圧が所定の圧力以下のときには、排気バルブ７０がバイパス通路５０を遮断するよう制御している。これにより、気筒１２からの排気ガスをタービンホイール６４ｃに流してコンプレッサホイール６２ｃを回転駆動することで、過給圧を上昇させて気筒１２内に充填される空気の体積効率を向上させることができる。一方、過給圧が所定の圧力を超えたときには、排気バルブ７０がメイン通路４４をタービンホイール６４ｃの下流側で遮断するよう制御している。これにより、気筒１２からの排気ガスは、タービンホイール６４ｃを迂回して排気浄化触媒５５に向かわせることで、過給圧が過剰に上昇することを防止することができる。このように、本実施例に係る内燃機関１０は、ＥＣＵ８０が過給圧に応じて排気バルブ７０の開閉を制御することで、排気バルブ７０を、いわゆる「ウェイストゲートバルブ」として機能させることができる。
【００４７】
ところで、冷間始動時など内燃機関１０が暖機されていない場合は、低温となっている排気浄化触媒５５は活性化しておらず、炭化水素などの排気ガス中の有害成分を低減するためには、高温の排気ガスを排気浄化触媒５５に供給して昇温することで、なるべく早期に排気浄化触媒５５を活性化させる必要がある。加えて、冷間始動時では、排気管４０及びタービン６４（タービンホイール６４ｃ）は冷えた状態にあるため、これら部品の表面で排気ガス中に含まれる水蒸気が凝結して凝縮水を生じる。このような凝縮水により排気センサが被水してしまうことを抑制する必要がある。
【００４８】
そこで、本実施例に係る内燃機関において、その制御手段（ＥＣＵ）は、排気浄化触媒が活性化されたと判定され、且つタービンが暖機されたと判定されるまでは、メイン通路を遮断するよう制御することで、排気浄化触媒の早期活性化を良好なものとしつつ、排気センサの被水を抑制している。本実施例に係る内燃機関の制御手段（ＥＣＵ）が実行する排気バルブの制御について、図１及び図２を用いて説明する。図２は、ＥＣＵが実行する排気バルブ制御のフローチャートである。
【００４９】
図１及び図２に示すように、まず、ＥＣＵ８０は、エアフロメータ３４からの吸入空気量に係る信号と、冷却液温センサからの冷却液温に係る信号を受けている。ＥＣＵ８０は、内燃機関１０の始動開始時における冷却液温を取得している。また、ＥＣＵ８０は、吸入空気量から、内燃機関１０が始動を開始してからの吸入空気量の時間積分値（以下、積算空気量と記す）を算出しており、ＥＣＵ８０は、現時点での積算空気量を取得する（Ｓ１００）。
【００５０】
そして、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ８０は、排気浄化触媒５５の活性化が完了しているか否かを判定する。具体的には、内燃機関１０の始動開始からの積算空気量が予め設定された判定値Ｃ以上であるか否かを判定する。
【００５１】
なお、この排気浄化触媒５５の活性化に係る判定値Ｃは、始動開始時の冷却液温に応じて設定される。判定値Ｃは、内燃機関１０が始動を開始してから吸入空気量に応じて排出される排気ガスの熱を受けて排気浄化触媒５５が昇温し、活性化が完了するような値に設定されている。内燃機関１０の始動開始時の冷却液温と、排気浄化触媒５５の活性化に係る積算空気量の判定値Ｃとの関係は、予め適合実験等により求められており、制御定数（マップ）としてＥＣＵ８０のＲＯＭ（図示せず）に記憶されている。
【００５２】
ステップＳ１０２において、排気浄化触媒５５の活性化が完了していない（Ｎｏ）と判定された場合、すなわち積算空気量が予め設定された判定値Ｃを下回ると判定された場合、ＥＣＵ８０は、始動開始から排気浄化触媒５５に供給された排気ガスの量が少なく、排気浄化触媒が未だ低温で活性化していないと判断して、排気バルブ７０がメイン通路４４を遮断するよう制御する（Ｓ１０４）。そして、ステップＳ１００に戻る。
【００５３】
このようにして内燃機関１０は、気筒１２からの排気ガスを、バイパス通路５０からタービン６４のタービンホイール６４ｃを迂回させて排気浄化触媒５５に導く。排気浄化触媒５５には、タービンホイール６４ｃを迂回した経路Ｂの比較的高温な排気ガスが供給される。これにより、内燃機関１０は、排気浄化触媒５５を暖機して昇温させる。
【００５４】
一方、ステップＳ１０２において、排気浄化触媒５５の活性化が完了している（Ｙｅｓ）と判定された場合、すなわち始動開始からの積算空気量が予め設定された判定値Ｃ以上であると判定された場合、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１０６に進み、タービンの暖機が完了されたか否かを判定する。具体的には、始動開始からの積算空気量が予め設定された判定値Ｄ以上か否かを判定する。
【００５５】
なお、このタービン６４の暖機に係る判定値Ｄは、始動開始時の冷却液温に応じて設定される。判定値Ｄは、始動を開始してから吸入空気量に応じた量を以って排出される排気ガスの熱により、タービンホイール６４ｃを含むタービン６４が昇温し、メイン通路４４の開放により排気ガスがタービン６４を流れても、排気ガス中の水蒸気がタービン６４内で凝結しない、すなわちタービン６４内で凝縮水が生じないような温度に設定されている。換言すれば、判定値Ｄは、タービン６４内の構成部品が、排気ガス中の水蒸気の露点温度以上となるような温度に設定されている。始動開始時の冷却液温と、タービン６４の暖機に係る積算空気量の判定値Ｄとの関係は、予め適合実験等により求められており、制御定数（マップ）としてＥＣＵ８０のＲＯＭに記憶されている。タービン６４の暖機に係る判定値Ｄは、排気浄化触媒５５の活性化に係る判定値Ｃに比べて、より大きい値となっている。
【００５６】
ステップＳ１０６において、タービン６４の暖機が完了していない（Ｎｏ）と判定された場合、すなわち積算空気量が予め設定された判定値Ｄを下回ると判定された場合、ＥＣＵ８０は、メイン通路４４の開放により排気ガスがタービン６４を流れると、排気ガス中の水蒸気がタービン６４内で凝結してしまい、凝縮水が生じるものと判断して、排気バルブ７０がメイン通路４４を遮断するよう制御する（Ｓ１０４）。そして、ステップＳ１００に戻る。
【００５７】
このようにして内燃機関１０は、排気浄化触媒５５の活性化が完了した後も、気筒１２からの排気ガスを、バイパス通路５０から排気浄化触媒５５に向かわせて、タービン６４のタービンホイール６４ｃを迂回させる。これにより、排気ガス中の水蒸気がタービン６４内で凝結して、ここに凝縮水が生じてしまうことを抑制している。
【００５８】
なお、メイン通路４４がタービンホイール６４ｃの下流側で遮断された状態において、タービン６４内においては、タービンホイール６４ｃを通過するよう排気ガスは流れないものの、上流側部位４４ａからの排気ガスが滞留している。上流側部位４４ａには、マニホールド通路４１の合流部４１ｃからバイパス通路５０に向かう排気ガスが流れており比較的高温になっている。タービン６４内の構成部品（タービンホイール６４ｃ等）は、上流側部位４４ａから流入しタービン６４内に滞留している排気ガスからの熱を受けて昇温していく。
【００５９】
一方、ステップＳ１０６において、タービン６４の暖機が完了した（Ｙｅｓ）と判定された場合、すなわち積算空気量が予め設定された判定値Ｄ以上である場合、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１０８に進み、排気ガス中の水蒸気がタービン６４内で凝結しない程度にタービン６４内の構成部品が十分に昇温していると判断して、排気バルブ７０がメイン通路４４を開放するよう制御する。そして、ステップＳ１００に戻る。
【００６０】
このようにして、内燃機関１０は、タービン６４の暖機が完了してからメイン通路４４を開放する。このとき、タービン６４内の構成部品は十分に昇温しているため、気筒１２からの排気ガスがタービンホイール６４ｃを通過するよう流れても、タービン６４内で凝縮水が生じることがなく、タービンホイール６４ｃの下流側に設けられている排気センサ７６が被水することを抑制することができる。
【００６１】
以上に説明したように、本実施例では、タービンホイール６４ｃを流れるメイン通路４４と、タービンホイール６４ｃを迂回するバイパス通路５０のうち一方を遮断可能な排気バルブ７０がタービンホイール６４ｃの下流側に設けられており、制御手段としてのＥＣＵ８０は、排気浄化触媒５５の活性化とタービン６４の暖機が完了するまでは、排気バルブ７０によりメイン通路４４を遮断するよう制御するものとした。
【００６２】
これにより、メイン通路４４を遮断しているときには、タービンホイール６４ｃを迂回したバイパス通路５０からの排気ガスは、タービン６４により熱を奪われることなく高温のまま排気浄化触媒５５に到達するので、排気浄化触媒５５の早期活性化を良好なものとすることができる。その後、メイン通路４４を開放したときには、タービン６４の暖機が既に完了しており、タービン６４内で凝縮水が発生することがないため、タービン６４の下流側にある排気センサ７６が被水することを抑制することができる。
【００６３】
また、本実施例では、排気管４０におけるタービンホイール６４ｃの下流側に、タービンホイール６４ｃを流れるメイン通路４４と、タービンホイール６４ｃを迂回するバイパス通路５０のうち一方を遮断可能な排気バルブ７０が設けられており、制御手段としてのＥＣＵ８０が、排気浄化触媒５５が活性化したと判定し、且つタービン６４が暖機されたと判定するまでは、メイン通路４４を遮断するよう排気バルブ７０を制御するものとした。これにより、メイン通路４４を遮断しているときに、タービン６４で熱を奪われていない高温な排気ガスをバイパス通路５０から排気浄化触媒５５に供給すると共に、メイン通路４４を開放したときにタービン６４内で凝縮水を発生させない内燃機関１０を、排気バルブ７０とＥＣＵ８０により実現することができる。
【００６４】
また、本実施例では、排気センサ７６は、排気管４０のうち、排気バルブ７０の下流側であり且つメイン通路４４側の部位に設けられているものとしたので、内燃機関１０の始動開始からタービン６４が暖機されるまでの間に、排気センサ７６がバイパス通路５０を流れる排気ガス流にさらされることを極力抑制することができる。これにより、タービン６４が暖機されるまでの間、バイパス通路５０から排気浄化触媒５５に向かう排気ガス流により排気センサ７６が被水することを効果的に抑制することができる。
【００６５】
また、本実施例では、吸入空気量を検出する手段としてエアフロメータ３４を備え、タービンの暖機を判定する手段としてのＥＣＵ８０は、内燃機関１０が始動を開始してからの吸入空気量の時間積分値である積算空気量が予め設定された判定値Ｄを超えることを以って、タービン６４が暖機されたと判定するものとした。タービン６４に温度センサ等の温度を検出する手段を設けることなく、タービン６４が暖機されたか否かを判定することができる。
【００６６】
また、本実施例では、前記判定値Ｄは、排気バルブ７０がメイン通路４４を開放して排気ガスがタービンホイール６４ｃを流れても、排気ガス中の水蒸気がタービン６４内で凝結しない値に設定されているものとしたので、メイン通路４４を開放したときに、排気センサ７６が被水してしまうことを、より確実に抑制することができる。
【００６７】
また、本実施例では、前記判定値Ｄは、始動開始時における冷却液温に応じて設定されるものとしたので、タービン６４が暖機された否かの判定を、内燃機関が始動する際の環境状態に応じて精度良く行うことができる。
【００６８】
なお、本実施例では、タービン６４が暖機されたか否かの判定を、内燃機関１０が始動を開始してからの積算空気量が予め設定された判定値Ｄ以上となるか否かで判定するものとしたが、タービン６４の暖機を判定する手法は、これに限定されるものではない。例えば、内燃機関１０の始動開始から所定の時間経過したことを以って、タービン６４が暖機されたと判定するものとしても良い。
【００６９】
また、本実施例では、排気浄化触媒５５が活性化したか否かの判定を、内燃機関１０が始動を開始してからの積算空気量が予め設定された判定値Ｄ以上となるか否かで判定するものとしたが、排気浄化触媒５５の活性化を判定する手法は、これに限定されるものでない。例えば、内燃機関１０の始動開始から所定の時間経過したことを以って、排気浄化触媒５５が暖機されたと判定するものとしても良い。
【００７０】
また、本実施例において、排気バルブ７０は、弁体７０ａの一方の端を回転軸７０ｃが回転可能に支持する、いわゆる片持ちのバルブとしたが、排気バルブの構成は、これに限定されるものではない。メイン通路４４におけるタービンホイール６４ｃの下流側とバイパス通路５０のうちいずれか一方を遮断できれば良く、例えば、メイン通路４４側とバイパス通路５０側の双方にスライド可能な弁体を設け、これをアクチュエータ等により駆動するものとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、ターボ過給機のタービンより下流側に排気センサと排気浄化触媒とを備えるターボ過給機付き内燃機関に有用であり、特に、熱容量の大きいタービンを備えるターボ過給機付き内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１に係る内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例１に係る内燃機関の制御手段（ＥＣＵ）が実行する排気バルブ制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１０  内燃機関
１２  気筒
１８  クランク軸
３０，３１  吸気配管
３３  エアクリーナ
３４  エアフロメータ
３６  スロットル弁
３８  吸気マニホールド
４０  排気管
４４  メイン通路
５０  バイパス通路
５５  排気浄化触媒
６０  ターボ過給機
６２  コンプレッサ
６２ｃ  コンプレッサホイール
６４  タービン
６４ｃ  タービンホイール
７０  排気バルブ
７６  排気センサ
８０  内燃機関用の電子制御装置（ＥＣＵ、制御手段）
【図１】
2008157150.tif 000003
【図２】
2008157150.tif 000004