(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒にそれぞれ設けられ、各気筒から排気ガスをそれぞれ排出するための複数の排気口と、該複数の排気口をそれぞれ開閉するための複数の排気バルブと、上記複数の排気口から排出された排気ガスがそれぞれ通過する複数の排気ポートと、該複数の排気ポートよりも排気下流側に設けられ、該複数の排気ポート内を通過した排気ガスを集合させる排気マニホールドと、該排気マニホールドの排気下流側の端部に接続され、排気浄化触媒を有する排気浄化装置とを備えた、エンジンの排気装置であって、
上記エンジンのシリンダヘッドにおける、上記排気ポートの上壁部に形成された、上記排気バルブのバルブステムが貫通するバルブステム貫通孔、又は、該バルブステム貫通孔の近傍から上記排気ポート内に臨み、上記気筒内から上記排気ポート内に流入する排気ガスとは別に、上記排気ポート内にガスを供給するためのガス供給路を有し、上記気筒の排気行程において、上記ガス供給路から上記排気ポート内へ上記ガスを供給可能に構成されたガス供給手段を備え、
上記ガス供給路は、上記ガス供給路から上記排気ポート内に供給されたガスが、上記排気ポートの上壁面に沿って流れるように形成されており、
上記ガス供給手段は、上記排気ポートから排出された排気ガスを当該排気ポートに供給可能に構成されている
ことを特徴とするエンジンの排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気装置において、
上記ガス供給路は、上記複数の排気ポートの全てに対して設けられており、
上記ガス供給手段は、上記複数の気筒の全ての排気行程において、上記複数の排気ポートの全てに上記ガスを供給可能に構成されている
ことを特徴とするエンジンの排気装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの排気装置において、
上記ガス供給路は、上記上壁面における上記バルブステム貫通孔よりも排気上流側の部分から上記排気ポート内に臨んでいるとともに、上記排気ポート内を流通する排気ガスと並進する方向に上記ガスが噴射されるように、上記排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度における鋭角側の角度が、１０度以上５０度以下となるように形成されている
ことを特徴とするエンジンの排気装置。
【請求項４】
複数の気筒にそれぞれ設けられ、各気筒から排気ガスをそれぞれ排出するための複数の排気口と、該複数の排気口をそれぞれ開閉するための複数の排気バルブと、上記複数の排気口から排出された排気ガスがそれぞれ通過する複数の排気ポートと、該複数の排気ポートよりも排気下流側に設けられ、該複数の排気ポート内を通過した排気ガスを集合させる排気マニホールドと、該排気マニホールドの排気下流側の端部に接続され、排気浄化触媒を有する排気浄化装置とを備えた、エンジンの排気装置であって、
上記エンジンのシリンダヘッドにおける、上記排気ポートの上壁部に形成された、上記排気バルブのバルブステムが貫通するバルブステム貫通孔、又は、該バルブステム貫通孔の近傍から上記排気ポート内に臨み、上記気筒内から上記排気ポート内に流入する排気ガスとは別に、上記排気ポート内にガスを供給するためのガス供給路を有し、上記気筒の排気行程において、上記ガス供給路から上記排気ポート内へ上記ガスを供給可能に構成されたガス供給手段と、
上記排気浄化触媒の暖機状態を検出する触媒暖機状態検出手段とを備え、
上記ガス供給路は、上記ガス供給路から上記排気ポート内に供給されたガスが、上記排気ポートの上壁面に沿って流れるように形成されており、
上記ガス供給手段は、
上記排気マニホールドと連通し、上記排気マニホールド内を流通する排気ガスの一部を上記ガス供給路に導入させるための第１の連通路と、
上記排気浄化装置における排気下流側の端部に接続された下流側排気管部と連通し、上記排気浄化装置を通過した排気ガスの一部を上記ガス供給路に導入させるための第２の連通路と、
上記ガス供給路、上記第１の連通路及び上記第２の連通路の全てに接続され、上記ガス供給路と上記第１の連通路との連通状態、又は、上記ガス供給路と上記第２の連通路との連通状態を切り換えるための切換弁と、
上記切換弁の作動を制御する切換弁制御部と、をさらに有し、
上記切換弁制御部は、上記触媒暖機状態検出手段により検出される上記排気浄化触媒の暖機状態に基づいて、上記切換弁を作動制御して、上記ガス供給路と上記第１の連通路との連通状態、又は、上記ガス供給路と上記第２の連通路との連通状態を切り換えて、上記気筒の排気行程において、上記第１の連通路又は上記第２の連通路から導入された排気ガスを、上記ガスとして上記排気ポート内へ供給するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの排気装置。
【請求項５】
請求項４に記載に記載のエンジンの排気装置において、
上記エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段をさらに備え、
上記切換弁は、上記ガス供給路を、上記第１の連通路及び上記第２の連通路の両方に連通させない非連通状態にさらに切り換え可能なものであって、
上記切換弁制御部は、上記エンジン負荷検出手段によって検出される検出負荷が、所定負荷以上のエンジン負荷であるときには、上記切換弁を上記非連通状態に切り換えて、上記排気ポート内への上記ガスの供給を停止させるように構成されている
ことを特徴とするエンジンの排気装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンの排気装置において、
上記エンジンは、車両に搭載されており、
上記エンジンの冷却水を熱源として利用して上記車両の車室内を暖房する暖房装置と、
上記車両の乗員の暖房要求を検出するための暖房要求検出手段と、をさらに備え、
上記切換弁制御部は、上記暖房要求検出手段によって暖房要求が検出されたときには、上記触媒暖機状態検出手段及び上記エンジン負荷検出手段の検出結果に関わらず、上記切換弁が上記非連通状態になるように作動制御して、上記排気ポート内への上記ガスの供給を停止させるように構成されている
ことを特徴とするエンジンの排気装置。
【請求項７】
請求項４に記載に記載のエンジンの排気装置において、
上記エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
上記下流側排気管部に設けられ、上記排気浄化装置を通過した排気ガスの熱を回収する排熱回収装置と、をさらに備え、
上記ガス供給手段は、
上記下流側排気管部における、上記排熱回収装置よりも下流側の部分と連通し、上記排熱回収装置を通過した後の排気ガスの一部を上記ガス供給路に導入するための第３の連通路をさらに備え、
上記第２の連通路は、上記下流側排気管部における上記排熱回収装置よりも上流側の部分と連通しており、
上記切換弁は、上記ガス供給路と上記第１の連通路との連通状態、及び、上記ガス供給路と上記第２の連通路との連通状態に加えて、上記ガス供給路と上記第３の連通路との連通状態を切り換え可能なものであって、
上記切換弁制御部は、上記エンジン負荷検出手段によって検出される検出負荷が、予め定められた基準負荷以上のエンジン負荷であるときには、上記切換弁を作動制御して、上記ガス供給路と上記第３の連通路とを連通させて、上記第３の連通路から導入された排気ガスを、上記ガスとして上記排気ポート内へ供給するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの排気装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１つに記載のエンジンの排気装置において、
上記ガス供給路は、上記上壁面における上記バルブステム貫通孔よりも排気上流側の部分から上記排気ポート内に臨んでいるとともに、上記排気ポート内を流通する排気ガスと並進する方向に上記ガスが噴射されるように、上記排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度における鋭角側の角度が、１０度以上５０度以下となるように形成されている
ことを特徴とするエンジンの排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各気筒内から排気ガスをそれぞれ排出するための複数の排気口と、該複数の排気口をそれぞれ開閉するための複数の排気バルブと、上記複数の排気口から排出された排気ガスがそれぞれ通過する複数の排気ポートと、該複数の排気ポート内を通過した排気ガスを集合させる排気マニホールドと、該排気マニホールドの排気下流側の端部に接続された排気浄化装置とを備えた、エンジンの排気装置であって、排気浄化装置よりも排気上流側の部分において排気通路内にガスを供給するガス供給路が設けられた、エンジンの排気装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、排気ポートに連通しかつ二次エア（ガス）としての空気を排気ポート内に供給する二次エア供給通路（ガス供給路）と、上記排気マニホールドにおける、二次エアが供給された際に排気ガスの昇温がピークとなる部分の内周面に設けられた断熱材とを備えた、エンジンの排気装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の排気装置では、排気ガス中にガスを供給することによって、排気ガスが排気マニホールド内を流通する間に、該排気ガスの温度が低下するのを抑制して、比較的温度の高い排気ガスを排気浄化装置に導入し、排気浄化装置の排気浄化触媒を暖機させるようにしている。これにより、例えば、エンジンの冷間始動時であっても、上記排気浄化触媒の温度を、早期に活性化温度まで上昇させることができるため、上記排気浄化装置の排気浄化性能を向上させることができる。
【０００６】
しかしながら、排気ガスの温度は、該排気ガスが排気マニホールド内を流通する時だけでなく、該排気ガスが排気ポート内を流通するときにも低下する。すなわち、一般的に、エンジンのシリンダヘッドにおける、排気ポートの周囲にはウォータジャケットが設けられており、排気ガスが上記排気ポート内を通過するときには、排気ガスの熱が、上記ウォータジャケットを流れる上記エンジンの冷却水に伝達される。これにより、上記排気ガスの熱が上記エンジンの冷却水に奪われて、上記排気ガスの温度が低下する。
【０００７】
特許文献１に記載の排気装置では、排気ポート内にガスを供給していることから、排気ポート内での排気ガスの温度低下が抑えられるとも考えられる。
【０００８】
ところが、本願発明者らの検討によれば、排気ガスの熱が上記エンジンの冷却水に最も伝達される部分は、上記シリンダヘッドにおける、上記排気ポートの上壁部であることが判明した。すなわち、排気ポート内での排気ガスの温度低下を効果的に抑えるためには、排気ガスと排気ポートの上壁面との接触を出来る限り少なくするようにガスを供給する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の排気装置では、排気ガスと排気ポートの上壁面との接触に対する検討がされておらず、排気ポート内での排気ガスの温度低下を抑える効果が期待されない。
【０００９】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ポート内での排気ガスの温度低下を抑制し、排気ガスの熱を排気浄化装置に良好に伝えることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の気筒にそれぞれ設けられ、各気筒から排気ガスをそれぞれ排出するための複数の排気口と、該複数の排気口をそれぞれ開閉するための複数の排気バルブと、上記複数の排気口から排出された排気ガスがそれぞれ通過する複数の排気ポートと、該複数の排気ポートよりも排気下流側に設けられ、該複数の排気ポート内を通過した排気ガスを集合させる排気マニホールドと、該排気マニホールドの排気下流側の端部に接続され、排気浄化触媒を有する排気浄化装置とを備えた、エンジンの排気装置を対象として、上記エンジンのシリンダヘッドにおける、上記排気ポートの上壁部に形成された、上記排気バルブのバルブステムが貫通するバルブステム貫通孔、又は、該バルブステム貫通孔の近傍から上記排気ポート内に臨み、上記気筒内から上記排気ポート内に流入する排気ガスとは別に、上記排気ポート内にガスを供給するためのガス供給路を有し、上記気筒の排気行程において、上記ガス供給路から上記排気ポート内へ上記ガスが供給可能に構成されたガス供給手段を備え、上記ガス供給路は、上記ガス供給路から上記排気ポート内に供給されたガスが、上記排気ポートの上壁面に沿って流れるように形成されており、上記ガス供給手段は、上記排気ポートから排出された排気ガスを当該排気ポートに供給可能に構成されている、構成とした。
【００１１】
この構成によると、上記ガス供給路から上記排気ポート内に供給された上記ガスが遮熱層として作用するため、上記排気ポート内において、排気ガスの熱が、上記シリンダヘッドにおける、上記排気ポートの上壁部を介して、ウォータジャケット内の上記エンジンの冷却水（以下、エンジン冷却水という）に伝達されるのを抑制することができ、上記排気ポート内での排気ガスの温度低下を抑制することができる。
【００１２】
具体的には、上記ガス供給路は、上記排気ポート内に供給されたガスが、上記上壁面に沿って流れるように形成されているため、ガスが排気ポート内に供給されたときには、上記ガスは、上記上壁面に沿って広がり、該上壁面に、該ガスによる層（以下、ガス層という）を形成する。また、上記気筒の排気行程において、上記ガス供給路から上記排気ポート内へガスが供給されるため、排気ガスが上記気筒から上記排気口を通って上記排気ポート内に流入する時には、上記上壁面にガス層が形成された状態となる。つまり、上記排気ポート内を流通する排気ガスと上記上壁面との間に、ガス層が介在することになる。これにより、上記ガス層が遮熱層として作用し、排気ガスが、上記排気ポート内において上記上壁面と直接接触しなくなるため、排気ガスの熱が上記排気ポートの上壁部を介してエンジン冷却水に伝達されるのを抑制することができる。この結果、上記排気ポート内での排気ガスの温度低下を抑制し、排気ガスの熱を上記排気浄化装置に良好に伝えることができる。
【００１３】
上記エンジンの排気装置において、上記ガス供給路は、上記複数の排気ポートの全てに対して設けられており、上記ガス供給手段は、上記複数の気筒の全ての排気行程において、上記複数の排気ポートの全てに上記ガスを供給可能に構成されている、ことが望ましい。
【００１４】
この構成によれば、上記複数の気筒の全ての排気行程において、上記複数の排気ポートの全てに上記ガスを供給可能に構成されているため、上記ガス供給手段を、排気行程にある気筒に対応した排気ポートにのみ上記ガスを供給するような複雑な構成とする必要がなく、上記ガス供給手段の構成を簡単にすることができる。また、上記のような構成にすることで、全ての気筒の排気行程で確実に排気ポート内に上記ガスが供給されるようになるため、上記排気ポート内での排気ガスの温度低下をより確実に抑制することができる。
【００１５】
上記エンジンの排気装置において、上記ガス供給路は、上記上壁面における上記バルブステム貫通孔よりも排気上流側の部分から上記排気ポート内に臨んでいるとともに、上記排気ポート内を流通する排気ガスと並進する方向に上記ガスが噴射されるように、上記排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度における鋭角側の角度が、１０度以上５０度以下となるように形成されている、ことが望ましい。
【００１６】
本発明の他の態様では、複数の気筒にそれぞれ設けられ、各気筒から排気ガスをそれぞれ排出するための複数の排気口と、該複数の排気口をそれぞれ開閉するための複数の排気バルブと、上記複数の排気口から排出された排気ガスがそれぞれ通過する複数の排気ポートと、該複数の排気ポートよりも排気下流側に設けられ、該複数の排気ポート内を通過した排気ガスを集合させる排気マニホールドと、該排気マニホールドの排気下流側の端部に接続され、排気浄化触媒を有する排気浄化装置とを備えた、エンジンの排気装置を対象にして、上記エンジンのシリンダヘッドにおける、上記排気ポートの上壁部に形成された、上記排気バルブのバルブステムが貫通するバルブステム貫通孔、又は、該バルブステム貫通孔の近傍から上記排気ポート内に臨み、上記気筒内から上記排気ポート内に流入する排気ガスとは別に、上記排気ポート内にガスを供給するためのガス供給路を有し、上記気筒の排気行程において、上記ガス供給路から上記排気ポート内へ上記ガスを供給可能に構成されたガス供給手段と、上記排気浄化触媒の暖機状態を検出する触媒暖機状態検出手段とを備え、上記ガス供給路は、上記ガス供給路から上記排気ポート内に供給されたガスが、上記排気ポートの上壁面に沿って流れるように形成されており、上記ガス供給手段は、上記排気マニホールドと連通し、上記排気マニホールド内を流通する排気ガスの一部を上記ガス供給路に導入させるための第１の連通路と、上記排気浄化装置における排気下流側の端部に接続された下流側排気管部と連通し、上記排気浄化装置を通過した排気ガスの一部を上記ガス供給路に導入させるための第２の連通路と、上記ガス供給路、上記第１の連通路及び上記第２の連通路の全てに接続され、上記ガス供給路と上記第１の連通路との連通状態、又は、上記ガス供給路と上記第２の連通路との連通状態を切り換えるための切換弁と、上記切換弁の作動を制御する切換弁制御部と、をさらに有し、上記切換弁制御部は、上記触媒暖機状態検出手段により検出される上記排気浄化触媒の暖機状態に基づいて、上記切換弁を作動制御して、上記ガス供給路と上記第１の連通路との連通状態、又は、上記ガス供給路と上記第２の連通路との連通状態を切り換えて、上記気筒の排気行程において、上記第１の連通路又は上記第２の連通路から導入された排気ガスを、上記ガスとして上記排気ポート内へ供給するように構成されている、ことが望ましい。
【００１７】
この構成によると、上記排気浄化触媒の暖機状態によって、上記ガス供給路と上記第１の連通路との連通状態、又は、上記ガス供給路と上記第２の連通路との連通状態を切り換えられるため、上記排気浄化触媒を早期に活性化状態まで暖機にすることができるとともに、上記排気浄化触媒を適切に活性化状態に維持することができる。
【００１８】
具体的には、上記排気浄化触媒が活性化状態になるまで暖機されていないと上記触媒暖機状態検出手段が検出したときには、上記ガス供給路を上記第１の連通路と連通させる。
【００１９】
すなわち、上記排気浄化触媒が活性化状態でないときには、排気ガスが上記排気浄化装置を通過する際に、該排気ガスの熱が上記排気浄化触媒に奪われるため、上記排気浄化装置を通過した後の排気ガスは、上記排気浄化触媒によって冷却されている。そのため、上記排気浄化触媒が活性化状態でないときに、上記下流側排気管部と連通した上記第２の連通路と上記ガス供給路とを連通させると、上記排気ポート内には、上記ガスとして、上記排気浄化触媒によって冷却された排気ガスが供給されてしまう。上記冷却された排気ガスが供給されると、上記排気ポート内を流通する排気ガスが、上記ガス（上記冷却された排気ガス）によって冷却してしまい、上記排気浄化触媒の暖機効率を低下させてしまう。
【００２０】
一方で、上記第１の連通路は、上記排気浄化装置よりも排気上流側の部分である上記排気マニホールドと連通しているため、上記第１の連通路と上記ガス供給路とを連通させると、上記排気浄化装置を通過する前の排気ガスが上記ガスとして上記排気ポート内に供給される。上記排気マニホールド内を流通する排気ガスの温度は、上記排気ポート内を流通する排気ガスの温度と略同じ（厳密には、僅かに低い）ため、該排気ガスが上記ガスによって冷却されることがない。そして、該ガスが上記排気ポート内に供給されることによって、上記排気ポート内を流通する排気ガスと上記上壁面との間に上記ガス層が形成されるため、上記排気ポート内での排気ガスの温度低下が抑えられる。これにより、上記排気浄化触媒を暖機して早期に活性化状態にすることができる。
【００２１】
そして、上記排気浄化触媒が活性化状態になるまで暖機されたと上記触媒暖機状態検出手段が検出したときには、上記ガス供給路を上記第２の連通路と連通させる。上記排気浄化触媒が活性化状態となった後には、排気ガスは、上記排気浄化装置を通過する際に、上記排気浄化触媒の反応熱によって温められる。そのため、上記排気浄化装置を通過した後の排気ガスを上記ガスとして上記排気ポート内に供給することによって、上記排気ポート内での排気ガスの温度低下が適切に抑えられるようになる。これにより、上記排気浄化触媒を適切に活性化状態に維持することができるようになる。
【００２２】
上記切換弁によって、上記ガス供給路と上記第１の連通路との接続状態、又は、上記ガス供給路と上記第２の連通路との連通状態が切り換えられるエンジンの排気装置において、上記エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段をさらに備え、上記切換弁は、上記ガス供給路を、上記第１の連通路及び上記第２の連通路の両方に連通させない非連通状態にさらに切り換え可能なものであって、上記切換弁制御部は、上記エンジン負荷検出手段によって検出される検出負荷が、所定負荷以上のエンジン負荷であるときには、上記切換弁を上記非連通状態に切り換えて、上記排気ポート内への上記ガスの供給を停止させるように構成されている、ことが望ましい。
【００２３】
すなわち、上記排気浄化触媒の活性化温度には上限値があり、上記排気浄化触媒の温度を上記上限値よりも高くしてしまうと、上記排気浄化触媒の排気浄化性能が低下してしまう。このような現象は、特に、高速走行時や登板時などエンジン負荷が高負荷状態であり、上記排気浄化装置に高温の排気ガスが流入しやすいときに発生しやすい。
【００２４】
そこで、上記エンジン負荷検出手段によって検出される検出負荷が所定負荷以上のエンジン負荷であるときには、上記切換弁を、上記ガス供給路を、上記第１の連通路及び上記第２の連通路の両方に連通させない非連通状態に切り換えて、上記排気ポート内への上記ガスの供給を停止させる。これにより、上記上壁面と排気ガスとの間にガス層が形成されないため、上記排気ポート内を流通する排気ガスの熱は、上記上壁部を介してウォータジャケット内のエンジン冷却水に伝達される。これにより、上記排気ガスが冷却される。そのため、上記所定負荷を、上記排気浄化触媒の活性化温度の上限値以上の温度の排気ガスが、上記排気ポートから排出される可能性があるエンジン負荷に設定しておけば、上記排気ガスによって、上記排気浄化触媒の温度が上記上限値を超えて、上記排気浄化触媒の排気浄化性能が低下することを防止することができる。
【００２５】
上記切換弁が、上記ガス供給路を、上記第１の連通路及び上記第２の連通路の両方に連通させない非連通状態に切り換え可能なものである、エンジンの排気装置において、上記エンジンは、車両に搭載されており、エンジン冷却水を熱源として利用して上記車両の車室内を暖房する暖房装置と、上記車両の乗員の暖房要求を検出するための暖房要求検出手段とをさらに備え、上記切換弁制御部は、上記暖房要求検出手段によって暖房要求が検出されたときには、上記触媒暖機状態検出手段及び上記エンジン負荷検出手段の検出結果に関わらず、上記切換弁が上記非連通状態になるように作動制御して、上記排気ポート内への上記ガスの供給を停止させるように構成されている、ことが望ましい。
【００２６】
この構成によると、エンジン冷却水を熱源として利用して上記車両の車室内を暖房する暖房装置を備えているため、上記暖房要求検出手段によって上記車両の乗員の暖房要求が検出されたときには、排気ガスの熱をエンジン冷却水に積極的に伝達させる必要がある。また、暖房は、人命に関わる可能性があるため、上記排気浄化触媒の暖機等よりも優先される。
【００２７】
そこで、上記暖房要求検出手段によって上記暖房要求が検出されたときには、上記触媒暖機状態検出手段及び上記エンジン負荷検出手段の検出結果に関わらず、上記切換弁が上記非連通状態になるようにすることで、上記排気ポート内へのガスの供給を停止させる。これにより、上記排気ポート内に上記ガス層が形成されないようにして、排気ガスの熱をエンジン冷却水に積極的に伝達させるようにする。この結果、上記車両の乗員の暖房要求に即座に応答することができるようになる。
【００２８】
上記切換弁によって、上記ガス供給路と上記第１の連通路との連通状態、又は、上記ガス供給路と上記第２の連通路との連通状態を切り換え可能なエンジンの排気装置における別の態様では、上記エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、上記下流側排気管部に設けられ、上記排気浄化装置を通過した排気ガスの熱を回収する排熱回収装置と、をさらに備え、上記ガス供給手段は、上記下流側排気管部における、上記排熱回収装置よりも下流側の部分と連通し、上記排熱回収装置を通過した後の排気ガスの一部を上記ガス供給路に導入するための第３の連通路をさらに備え、上記第２の連通路は、上記下流側排気管部における上記排熱回収装置よりも上流側の部分と連通しており、上記切換弁は、上記ガス供給路と上記第１の連通路との連通状態、及び、上記ガス供給路と上記第２の連通路との連通状態に加えて、上記ガス供給路と上記第３の連通路との連通状態を切り換え可能なものであって、上記切換弁制御部は、上記エンジン負荷検出手段によって検出される検出負荷が、予め定められた基準負荷以上のエンジン負荷であるときには、上記切換弁を作動制御して、上記ガス供給路と上記第３の連通路とを連通させて、上記第３の連通路から導入された排気ガスを、上記ガスとして上記排気ポート内へ供給するように構成されている、ことが望ましい。
【００２９】
上述したように、高速走行時などエンジン負荷が高負荷状態のときには、上記排気浄化装置には高温の排気ガスが流入しやすいため、上記排気浄化触媒の温度が上昇しやすく、上記排気浄化触媒の温度が、活性化温度の上限温度を超えてしまうと、上記排気浄化触媒の排気浄化性能が低下してしまう。
【００３０】
そこで、上記エンジン負荷検出手段によって検出される検出負荷が上記基準負荷以上のエンジン負荷であるときには、上記ガス供給路と上記第３の連通路とを連通させるようにする。上記第３の連通路は、上記下流側排気管部における上記排熱回収装置よりも下流側の部分と連通しているため、上記第３の連通路と上記ガス供給路とを連通させると、上記排熱回収装置により熱を回収された（つまり、冷却された）後の排気ガスが、上記ガスとして上記排気ポート内に供給される。これにより、上記ガスによって、上記排気ポート内を流通する排気ガスを冷却することができる。そのため、上記基準負荷を、上記排気浄化触媒の活性化温度の上限値以上の温度の排気ガスが、上記排気ポートから排出される可能性があるエンジン負荷に設定しておけば、排気ガスによって、上記排気浄化触媒の温度が上記上限値を超えて、上記排気浄化触媒の排気浄化性能が低下することを防止することができる。
【００３１】
上記エンジンの排気装置の他の態様において、上記ガス供給路は、上記上壁面における上記バルブステム貫通孔よりも排気上流側の部分から上記排気ポート内に臨んでいるとともに、上記排気ポート内を流通する排気ガスと並進する方向に上記ガスが噴射されるように、上記排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度における鋭角側の角度が、１０度以上５０度以下となるように形成されている、ことが望ましい。
【００３２】
この構成によると、上記ガス供給路が、上記上壁面における上記バルブステム貫通孔よりも排気上流側の部分から上記排気ポート内に臨んでいるため、上記ガス供給路が、上記バルブステム貫通孔よりも排気下流側の部分から上記排気ポート内に臨んでいるときと比較して、上記上壁面全体に上記ガス層を形成することができる。また、一般的に、上記排気ポートは、上記排気口から上方に延びた後、車両前後方向又は車幅方向に延びるように湾曲しており、上記バルブステム貫通孔は、上記排気ポートにおける上記湾曲部分の近傍に設けられている。そのため、上記ガス供給路を、上記上壁面における上記バルブステム貫通孔よりも排気上流側の部分から上記排気ポート内に臨むように配設した方が、上記バルブステム貫通孔等の障害物が少ない。これにより、上記ガス供給路を、上記ガスが上記上壁面に沿って流れるように供給することができる適切な角度で形成しやすくなる。
【００３３】
また、上記ガス供給路は、上記排気ポート内を流通する排気ガスと並進する方向に上記ガスが噴射されるように、上記排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度における鋭角側の角度が、１０度以上５０度以下となるように形成されている。すなわち、上記排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度が小さすぎると、上記ガスが上記排気ポート内に供給された時に、該ガスが上記上壁面に沿って一気に流れてしまい、上記ガス層の厚みが薄くなってしまうため、上記ガス層による遮熱効果が低減してしまう。一方で、上記排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度が大きすぎると、上記ガスが上記上壁面に沿って流れにくくなるため、上記ガス層自体が形成されなくなり、上記ガス層による遮熱効果が低減される。そのため、上記排気ポート内を流通する排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度が、１０度以上５０度以下となるように、上記ガス供給路を形成することによって、適切な厚みの上記ガス層を形成することができるようになり、上記ガスの供給による遮熱効果を十分に得ることができる。この結果、上記排気ポート内での排気ガスの温度低下をより確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように、本発明のエンジンの排気装置によると、エンジンのシリンダヘッドにおける、排気ポートの上壁部に形成された、排気バルブのバルブステムが貫通するバルブステム貫通孔、又は、該バルブステム貫通孔の近傍から上記排気ポート内に臨み、上記気筒内から上記排気ポート内に流入する排気ガスとは別に、上記排気ポート内にガスを供給するためのガス供給路を有し、上記エンジンの気筒の排気行程において、上記ガス供給路から排気ポート内へ上記ガスが供給されるように構成されたガス供給手段を備え、上記ガス供給路は、上記ガス供給路から上記排気ポート内に供給されたガスが、上記排気ポート側の上壁面に沿って流れるように形成されているため、排気ガスが上記気筒から排気口を通って上記排気ポート内に流入する時には、上記上壁面に上記ガスによる遮熱層が形成されて、上記上壁面と上記排気ポート内を流通する排気ガスとの間に該遮熱層が介在するようになる。これにより、上記排気ポート内を流通する排気ガスの熱が、上記上壁部からウォータジャケット内の冷却水に伝達されるのを抑制することができる。この結果、上記排気ポート内での排気ガスの温度低下を抑制し、排気ガスの熱を上記排気浄化装置に良好に伝えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態１に係る排気装置を有するエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】ガス供給路の構成を示す斜視図である。
【図３】吸排気ポートを上から見た図である。
【図４】ガスが供給された際の、排気ポート内におけるガス及び排気ガスの状態を示す図である。
【図５】エンジンの制御に係るブロック図である。
【図６】排気ポート内を流通する排気ガスの流れに対するガスの噴射角度とガスによる遮熱効率との関係を示すグラフである。
【図７】ガスの供給量とガスによる遮熱効率との関係を示すグラフである。
【図８】ガス流路切換弁を切り換える際のＰＣＭによる処理動作を示すフローチャートである。
【図９】実施形態１の第１変形例を示す図である。
【図１０】実施形態２に係る排気装置を有するエンジンの概略構成を示す図である。
【図１１】実施形態２に係る排気装置において、ガス流路切換弁を切り換える際のＰＣＭによる処理動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
図１に本実施形態に係る排気装置５０を備えたエンジン１を示す。このエンジン１は、図１の紙面に垂直な方向に、１番気筒乃至４番気筒が順に隣接して直列に配置された、直列４気筒ガソリンエンジンであって、自動車等の車両に配置されている。以下、１番気筒乃至４番気筒が並ぶ方向を気筒列方向という。
【００３８】
エンジン１は、シリンダブロック１ａ、シリンダブロック１ａの上側に連結されるシリンダヘッド１ｂ、シリンダブロック１ａの下側に連結されるオイルパン１ｃ及びエンジン１から回転動力を出力するクランク軸１ｄ等によって構成されている。
【００３９】
シリンダブロック１ａには、クランク軸方向と垂直な方向に延びる４つの気筒２が形成されている。各気筒２内には、コネクティングロッド３を介してクランク軸１ｄと連結されたピストン４が、気筒２の内周面に対して摺動自在に収容されている。また、シリンダブロック１ａの気筒２と、ピストン４と、シリンダヘッド１ｂとによって燃焼室５が気筒２毎に区画されている。
【００４０】
各気筒２の上部には、気筒２内に新気を導入するための吸気口１０と気筒２内から既燃ガスである排気ガスを排出するための排気口２０とが各々２つずつ（図１では１つずつ記載）形成されている。これら吸気口１０及び排気口２０は、シリンダヘッド１ｂ内にそれぞれ形成された、吸気ポート１１及び排気ポート２１を通じてシリンダヘッド１ｂの外部とそれぞれ連通している。また、シリンダヘッド１ｂには、吸気口１０及び排気口２０をそれぞれ開閉させるための吸気バルブ１２及び排気バルブ２２がそれぞれ設けられている。
【００４１】
吸気バルブ１２及び排気バルブ２２は、それぞれバルブ本体１２ａ，２２ａとバルブステム１２ｂ，２２ｂとで構成されている。バルブ本体１２ａ，２２ａは、吸気ポート１１及び排気ポート２２から燃焼室５に向かうにつれて拡径した略円錐型の部材であり、バルブ本体１２ａ，２２ａの吸気ポート１１側及び排気ポート２１側の頂点にバルブステム１２ｂ，２２ｂがそれぞれ接続されている。シリンダヘッド１ｂにおける、吸気ポート１１の上壁部及び排気ポート２１の上壁部２１ａ（図４参照）には、吸気側バルブステム貫通孔１３（図３参照）及び排気側バルブステム貫通孔２３（図３参照）がそれぞれ設けられており、バルブステム１２ｂ、２２ｂにおけるバルブ本体１２ａ，２２ａと反対側の端部は、これら吸気側バルブステム貫通孔１３及び排気側バルブステム貫通孔２３を通って、それぞれ上方に向かって延びている。シリンダヘッド１ｄの上部には、吸気バルブ１２及び排気バルブ２２を開閉駆動させるための、動弁機構１４，２４がそれぞれ設けられている。
【００４２】
動弁機構１４，２４は、クランクシャフト１ｄの回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）の回動力を、カム（図示省略）を介して吸気バルブ１２及び排気バルブ２２に伝達するためのものである。図示は省略するが、クランクシャフト１ｄ及びカムシャフトには、それぞれタイミングチェーンスプロケットが取り付けられており、各タイミングチェーンスプロケットにタイミングチェーンが掛け回されている。これにより、該タイミングチェーンを介して、クランクシャフト１ｄの回転がカムシャフトに伝達されて、クランクシャフト１ｄの回転に応じてカムシャフトが回転する。
【００４３】
シリンダヘッド１ｂ内における排気ポート２１の周辺には、シリンダヘッド１ｂを含めてエンジン１を冷却するためのウォータジャケット３０が設けられている。ウォータジャケット３０内はエンジン１を冷却するための冷却水（以下、エンジン冷却水という）が流通しており、気筒２から排気口２０を通って排気ポート２１内に流入した排気ガスの熱は、排気ポート２１の上壁部２１ａ（図４参照）を介して上記エンジン冷却水に伝達される。これにより、排気ポート２１内で排気ガスが冷却される。詳しくは後述するが、排気ガスの熱によって、温められたエンジン冷却水は、エンジン１が搭載された車両に設けられかつ該車両の車室内を暖房する暖房装置７０（図５参照）の熱源として利用される。
【００４４】
エンジン１の一方の側部には、吸気ポート１１に連通する吸気通路１５を構成する複数の通路及び部材が接続されており、エンジン１の他方の側部には、燃焼室５から排気ガスを車両外部に排出するための排気通路２６を構成する複数の通路及び部材が接続されている。尚、排気通路２６は、排気装置５０の一部を構成している。
【００４５】
吸気通路１５は、各気筒２へ空気（新気）を導入するための通路であり、エアクリーナ１８と、気筒２への空気の供給を調整するためのスロットル弁１６と、サージタンク１７とを有している。車両外部から取り入れられた空気はエアクリーナ１８で洗浄されて、スロットル弁１６によって導入量が調整された後、サージタンク１７を介して各気筒２の吸気ポート１２に導入されて、吸気口１０から気筒２の燃焼室５へ供給される。
【００４６】
排気通路２６は、各気筒２から排出され排気ポート２１内を通過した排気ガスを集合させる排気マニホールド５２と、排気マニホールド５２の排気下流側の端部に接続される排気浄化装置としての直キャタリスト５３と、直キャタリスト５３の排気下流側の端部に接続され、排気ガスを車両外部に排出させるための下流側排気管部５４とを有している。
【００４７】
排気マニホールド５２は、図示を省略するが、各気筒２にそれぞれ連通する排気分岐管部と、各排気分岐管部が集合してなる集合排気管部とを有しており、該集合排気管部の排気下流側の端部に直キャタリスト５３が接続されている。
【００４８】
直キャタリスト５３は、１つのケース内に収容された排気浄化触媒５３ａを有している。すなわち、排気ガスは、排気浄化触媒５３ａによって浄化された後に下流側排気管部５４を流通して車両外部に排出されるようになっている。
【００４９】
本実施形態の排気装置５０は、気筒２から排出される排気ガスとは別に、排気ポート２１内にガスを供給するためのガス供給手段６０を備えている。上記ガスは、各気筒２から排出された排気ガスの一部からなるものであり、該ガス供給手段６０によって、上記ガスが全排気ポート２１内に供給されるようになっている。以下、図１〜図４を参照しながらガス供給手段６０の構成について詳細に説明する。
【００５０】
ガス供給手段６０は、図１に示すように、排気ポート２１内にガスを供給するためのガス供給路６１と、排気マニホールド５２と連通した第１の連通路６３と、下流側排気管部５４と連通した第２の連通路６４と、ガス供給路６１、第１の連通路６３及び第２の連通路６４に接続され、ガス供給路６１と第１の連通路６３との連通状態、又は、ガス供給路６１と第２の連通路６４との連通状態を切り換えるためのガス流路切換弁６５（切換弁）と、第１の連通路６３又は第２の連通路６４を通じて導入された排気ガスを上記ガスとして噴射するためのポンプ６６と、各排気ポート２１内に供給される上記ガスの量（すなわち、供給量）を調整するための流量調整弁６８と、を備えている。第１の連通路６３からは、排気マニホールド５２内を流通する排気ガス（以下、キャタ前排気ガスという）の一部がガス供給路６１に導入されるようになっている。一方で、第２の連通路６４からは、直キャタリスト５３を通過した後の排気ガス（以下、キャタ後排気ガスという）の一部がガス供給路６１に導入されるようになっている。
【００５１】
ガス供給路６１は、シリンダヘッド１ｂ内に形成された供給路である。図２に示すように、ガス供給路６１は、少なくとも１つの共通供給路７０と複数（本実施形態では８つ）の分岐供給路７１とによって構成されている。共通供給路７０の上流側には、上流側から順に、ガス流路切換弁６５、ポンプ６６及び流量調整弁６８が配設されている。共通供給路７０は、ガス流路切換弁６５とポンプ６６との間に設けられた第１の共通供給路７０ａと、ポンプ６６と流量調整弁６８との間に設けられた第２の共通供給路７０ｂと、流量調整弁６８よりも下流側に設けられた第３の共通供給路７０ｃとを有している。図示を省略しているが、第３の共通供給路７０ｃはシリンダヘッド１ｂ内を気筒列方向に延びている。分岐供給路７１は、第３の共通供給路７０ｃにおける、各気筒５の各排気ポート２１に対応する位置から、各排気ポート２１に向かってそれぞれ分岐している。各分岐供給路７１は、ガス供給口６１ａ（図３参照）から排気ポート２１内に臨んでいる。
【００５２】
尚、図２では、ガス供給手段６０は、第３の共通供給路７０ｃの気筒列方向の一端部から、第３の共通供給路７０ｃ内に上記ガスが供給されるように構成されているが、第３の共通供給路７０ｃにおける気筒列方向の中央部分、すなわち、全気筒２のうちの気筒列方向内側に位置する２つの気筒２の間の位置に対応する部分から、第３の共通供給路７０ｃ内に上記ガスが供給されるように構成されていてもよい。このように構成すると、各分岐供給路７１に略均等に上記ガスが行き渡るため、各排気ポート２１内に略均等に上記ガスを供給することができる。
【００５３】
詳しくは後述するが、ガス供給路６１における分岐供給路７１は、ガス供給口６１ａから排気ポート２１内に供給されたガスが、排気ポート２１側の上壁面２１ｂに沿って流れるように、排気ポート２１内を流通する排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度が、所定の角度をなすように形成されている。
【００５４】
図３に示すように、ガス供給口６１ａは、排気側バルブステム貫通孔２３の近傍に設けられている。詳しくは、ガス供給口６１ａは、排気側バルブステム貫通孔２３の近傍かつ排気ポート２１の上壁面２１ｂにおける排気側バルブステム貫通孔２３よりも排気上流側の部分に形成されている。詳しくは後述するが、ガス供給口６１ａを上記の位置に形成することによって、排気ポート２１内を流通する排気ガスの熱が、排気ポート２１の上壁部２１ａを介してウォータジャケット３０内のエンジン冷却水に伝達されて、排気ポート２１内で排気ガスの温度が低下するのを効果的に抑制することができる。
【００５５】
第１の連通路６３は、その一端部が、排気マニホールド５２の排気流れ方向両端部（各排気ポート２１と接続された部分及び直キャタリスト５３と接続された部分）以外の部分に接続されることで、上記排気マニホールド５２内と連通している。第１の連通路６３の排気マニホールド５２側の端部は、排気マニホールド５２における上記排気分岐管部に接続されていてもよく、上記集合排気管部に接続されていてもよい。上記排気分岐管部に接続する場合には、第１の連通路６３は、各排気分岐管部のそれぞれに連通する分岐通路と各分岐通路を集合させる集合通路とにより構成されていることが望ましい。
【００５６】
第２の連通路６４は、その一端部が、下流側排気管部５４の両端部以外の部分に接続されることで、上記下流側排気管部５４内と連通している。
【００５７】
ガス流路切換弁６５には、ガス供給路６１における、排気ポート２１と反対側の端部、すなわち、共通供給路７０の上流側の端部と、第１の連通路６３の他端部（排気マニホールド５２と反対側の端部）と、第２の連通路６４の他端部（下流側排気管部５４と反対側の端部）と、が接続されている。
【００５８】
ガス流路切換弁６５は、後述するパワートレインコントロールモジュール（以下、Powertrain Control Moduleを省略してＰＣＭ１００という）と電気的に接続されている。ガス流路切換弁６５は、ＰＣＭ１００の制御により、ガス供給路６１と第１の連通路６３とを連通させる第１の連通状態と、ガス供給路６１と第２の連通路６４とを連通させる第２の連通状態と、ガス供給路６１を第１及び第２の連通路６３，６４のどちらにも連通させない非連通状態とに変位する。つまり、ガス供給路６１と第１の連通路６３、及び、ガス供給路６１と第２の連通路６４とは、ガス流路切換弁６５を介して互いに連通されるようになっている。
【００５９】
ガス流路切換弁６５が第１の連通状態のときには、ガス供給路６１には、第１の連通路６３を介して、キャタ前排気ガスの一部が流入し、該キャタ前排気ガスがガスとして排気ポート２１内に供給される。また、ガス流路切換弁６５が第２の連通状態のときには、ガス供給路６１には、第２の連通路６４を介して、キャタ後排気ガスの一部が流入し、該キャタ後排気ガスが上記ガスとして排気ポート２１内に供給される。さらに、ガス流路切換弁６５が非連通状態のときには、ガス供給路６１には、上記ガスとなる排気ガスがガス供給路６１に供給されず、排気ポート２１内にはガスが供給されないようになる。
【００６０】
ポンプ６６は、第２の共通供給路７０ｂに上記ガスを噴射するタイミングを調整することで、上記ガスを排気ポート２１内に供給するタイミングを調整するためのポンプである。詳しくは、ポンプ６６は、全気筒２の排気行程において、上記ガスが、全排気ポート２１内に供給されるように、上記ガスを排気ポート２１内に供給するタイミングを調整している。ポンプ６６は、例えば、排気バルブ２２を開閉させるカムとは別に設けられたカム（図示省略）の回転によって駆動されるものであり、カム駆動の場合、上記カムは上記タイミングチェーン等を介して、クランク軸１ｄと同期して回転するようになっている。尚、ポンプ６６は、電動式のポンプであってもよく、電動式のポンプである場合は、後述するＰＣＭ１００によって、上記ガスを排気ポート２１内に供給するタイミングが制御される。
【００６１】
ポンプ６６から第２の共通供給路７０ｂに噴射された上記ガスは、流量調整弁６８によって流量を調整されてから、第３の共通供給路７０ｃに流入し、分岐供給路７１を通って、ガス供給口６１ａから全排気ポート２１内に供給される。流量調整弁６８は、図示を省略するが開度を調整可能な弁体によって構成されており、該弁体の開度が高いほど、排気ポート２１内への上記ガスの供給量が増大するようになっている。流量調整弁６８の開度は、後述するＰＣＭ１００によって制御されるようになっている。
【００６２】
ここで、上記ガスが、全排気ポート２１内に供給されるまでの流れについて説明する。先ず、第１の連通路６３からガス流路切換弁６５まで、上記ガスとしてのキャタ前排気ガスが流通するともに、第２の連通路６４からガス流路切換弁６５まで、上記ガスとしてのキャタ後排気ガスが流通する。上記ガス流路切換弁６５では、第１の共通供給路７０ａに導入される上記ガスが選択される。例えば、ガス流路切換弁６５が第１の連通状態であるときには、第１の共通供給路７０ａと第１の連通路６３が連通されているため、第１の共通供給路７０ａに上記ガスとしてキャタ前排気ガスが導入される。第１の共通供給路７０ａに導入された上記ガスは、ポンプ６６によって各気筒５の排気行程に合わせて第２の共通供給路７０ｂに噴射される。第２の共通供給路７０ｂに噴射された上記ガスは、流量調整弁６８によって流量を調整されてから、第３の共通供給路７０ｃに導入される。第３の共通供給路７０ｃと各分岐供給路７１との間にはバルブ等は設けられていないため、第３の共通供給路７０ｃに導入された上記ガスは、全分岐供給路７１から全排気ポート２１内に略同時に供給される。すなわち、第３の共通供給路７０ｃに導入された上記ガスは、全分岐供給路７１に分散されて各排気ポート２１内に供給される。
【００６３】
エンジン１が搭載される車両には、該車両の乗員の暖房要求により、エンジン冷却水を熱源として利用して車両の車室内を暖房する暖房装置７０（図５参照）が設けられている。この暖房装置７０は、空調装置として組み込まれたものであってもよい。この暖房装置７０は、車室内へ吹き出される空気とエンジン冷却水との熱交換を行うヒータコアと、車両の乗員が操作して暖房装置７０を作動させるための暖房スイッチ７１（図５参照）を有している。
【００６４】
ガス供給手段６０の作動を含めた各装置の作動は、制御手段としてのＰＣＭ１００によって包括的に制御されている。ＰＣＭ１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。
【００６５】
ＰＣＭ１００には、図５に示すように、各種センサ１０１〜１０６からの検出情報が入力される。例えば、ＰＣＭ１００には、吸気通路１５内に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ１０１と、クランクシャフト１ｄの回転角度を検出するクランク角センサ１０２と、車両の乗員によるアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１０３と、エンジン１を備えた車両の車速を検出する車速センサ１０４と、変速機（図示省略）におけるギヤの段階を検出するギヤ段センサ１０５と、直キャタリスト５３内の排気浄化触媒５３ａの温度（以下、触媒温度という）を検出することで、排気浄化触媒５３ａの暖機状態を検出する触媒暖機状態検出手段としての触媒温度センサ１０６等の検出結果が入力される。また、ＰＣＭ１００には、暖房スイッチ７１の操作情報の信号が入力されるようになっている。尚、触媒温度センサ１０６に代えてエンジン負荷等から触媒温度を推定するようにしてもよい。この場合は、ＰＣＭ１００が触媒暖機状態検出手段として構成される。
【００６６】
ＰＣＭ１００は、クランク角センサ１０１の検出信号に基づいてエンジン回転数を検出する。また、ＰＣＭ１００は、アクセル開度センサ１０２の検出信号に基づいてエンジン負荷を検出する。尚、ＰＣＭ１００は、車速センサ１０３の検出信号とギヤ段センサ１０４との検出信号に基づいて、エンジントルクを算出し、該エンジントルクからエンジン負荷を演算するように構成されていてもよい。これにより、ＰＣＭ１００はエンジン負荷検出手段を構成する。
【００６７】
ＰＣＭ１００は、各センサ（エアフローセンサ１０１、クランク角センサ１０２、アクセル開度センサ１０３、車速センサ１０４、ギヤ段センサ１０５、触媒温度センサ１０６等）からの検出信号に基づいて種々の演算を行い、エンジン１の運転状態及び車両の運転状態を判定する。ＰＣＭ１００は、該判定した運転状態に応じて、ガス流路切換弁６５へ制御信号を出力して、ガス供給路６１と第１及び第２の連通路６３，６４との連通状態を切り換える。また、ＰＣＭ１００は、流量調整弁６８の開度を調整して、排気ポート２１内へのガスの供給量を調整する。このことから、ＰＣＭ１００は、切換弁制御部を構成する。
【００６８】
また、ＰＣＭ１００は、車両の乗員が暖房スイッチ７１を押したときに、車両の乗員からの暖房要求を検出し、暖房装置７０を作動させる。このことから、ＰＣＭ１００は暖房要求検出手段を構成する。
【００６９】
ここで、排気装置５０の直キャタリスト５３内の排気浄化触媒５３ａは、その温度が活性化温度まで上昇しなければ、十分な排気浄化性能を発揮しない。そのため、エンジン１のエミッション性を向上させるためには、早期に触媒温度を上昇させて、排気浄化触媒５３ａを活性化状態にする必要がある。
【００７０】
一般的に、排気浄化触媒５３ａは、排気ポート２１内及び排気マニホールド５２内を通過した排気ガスが直キャタリスト５３内に導入されることで、該排気ガスの熱によって温められる。しかしながら、排気ポート２１の周囲にはウォータジャケット３０が設けられているため、排気ガスが排気ポート２１内を流通する時には、該排気ガスの熱がウォータジャケット３０内を流れるエンジン冷却水に奪われてしまう。
【００７１】
全気筒２の排気行程では、図４に示すように、排気バルブ２２が燃焼室５に導入され、燃焼室５内の排気ガスは、バルブ本体２２ａと排気口２０との間の隙間から排気ポート２１内に流入する。このとき、排気ガスは、バルブ本体２２ａの表面に沿って排気ポート２１内に流れ込む。排気ポート２１内に流れ込んだ排気ガスは、排気ポート２１の上壁面２１ｂに沿って排気ポート２１内を流通する。そのため、排気ポート２１内を流通する排気ガスの熱は、特に、シリンダヘッド１ｂにおける、排気ポート２１の上壁部２１ａを介して、ウォータジャケット３０内のエンジン冷却水に伝達されやすい。
【００７２】
そこで、本実施形態では、全気筒２の排気行程において、ガス供給路６１から全排気ポート２１内に上記ガスを供給するようにしている。
【００７３】
排気ポート２１内に上記ガスが供給された時には、図４に示すように、排気ポート２１の上壁面２１ｂに上記ガスの層（以下、ガス層という）が形成される（図４では、ガス層の境界を仮想線で示している）。また、ポンプ６６によって、全気筒２の排気行程において上記ガスが全排気ポート２１内に供給されれば、全気筒２の排気行程において、排気ガスが気筒２から排気口２０を通って排気ポート２１内に流入する時には、上記上壁面２１ｂに上記ガス層が形成されている。つまり、図４に示すように、排気ポート２１内を流通する排気ガスと上記上壁面２１ｂとの間に、上記ガス層が介在するようになる。
【００７４】
このように、排気ポート２１内を流通する排気ガスと排気ポート２１の上壁面２１ｂとの間に、上記ガス層が介在することによって、排気ポート２１内において、排気ガスは上記上壁面２１ｂと直接接触しなくなる。これにより、排気ガスの熱が、排気ポート２１の上壁部２１ａを介してウォータジャケット３０内のエンジン冷却水に伝達されにくくなる。つまり、上記ガス層が遮熱層としての役割を果たすようになる。この結果、排気ポート２１内での排気ガスの温度低下が抑制され、排気ガスの熱を直キャタリスト５３内の排気浄化触媒５３ａに良好に伝えることができるようになる。
【００７５】
本実施形態では、ガスによる遮熱効率を向上させるために、ガス供給口６１ａは、バルブ本体２２ａの表面に沿って排気ポート２１内に流れ込んだ排気ガスが、排気ポート２１内で集合する位置において、上記排気ガスと排気ポート２１の上壁面２１ｂとの間に上記ガス層が形成されるように、上記ガスを供給することができる位置に形成されている。具体的には、排気側バルブステム貫通孔２３の近傍かつ排気ポート２１の上壁面２１ｂにおけるバルブステム貫通孔２３よりも排気上流側の部分、さらに具体的には、排気側バルブステム貫通孔２３を中心とする半径１５ｍｍの領域内かつ排気ポート２１の上壁面２１ｂにおける排気側バルブステム貫通孔２３よりも排気上流側の部分に形成されている。
【００７６】
すなわち、バルブ本体２２ａは、排気ポート２２から燃焼室５に向かうにつれて拡径した略円錐型の部材であるため、バルブ本体２２ａの表面に沿って排気ポート２１内に流れ込んだ排気ガスは、バルブステム２２ｂの近傍に集合する。そのため、ガス供給口６１ａを、排気側バルブステム貫通孔２３の近傍に形成することによって、排気ポート２１内において排気ガスが集合する位置に、上記ガスを供給しやすくなる。また、ガス供給口６１ａを、排気ポート２１の上壁面２１ｂにおける排気側バルブステム貫通孔２３よりも排気上流側の部分に形成することによって、ガス供給口６１ａを、上記上壁面２１ｂにおける排気側バルブステム貫通孔２３よりも下流側に形成するよりも、上記上壁面２１ｂの広範囲に上記ガス層を形成することができる。これにより、上記ガスによる遮熱効果を向上させることができる。
【００７７】
また、本実施形態では、ガス供給路６１は、排気ポート２１内への上記ガスの供給によって、排気ガスの熱が、エンジン冷却水へ伝達されるのを効率的に防止するために、上記排気ポート内を流通する排気ガスと並進する方向に上記ガスが噴射されるように、気筒列方向から見たときの、排気ポート２１内を流通する排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度が、適切な噴射角度となるように形成されている。具体的には、上記排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度が、該ガスが排気ポート２１内に供給された際に、供給されたガスが上記上壁面２１ｂに沿って流れるとともに、上記上壁面２１ｂに適切な厚みの上記ガス層が形成されるような噴射角度となるように形成されている。
【００７８】
図６は、排気ポート２１内を流通する排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度と上記ガスによる排気ガスの遮熱率との関係を、シミュレーションにより算出したグラフである。
【００７９】
図６に示すグラフの縦軸である遮熱率は、燃焼室５内の排気ガスの熱量をｑｎとし、排気ポート２１内を通過した後、排気マニホールド５２内に流入した排気ガスの熱量をｑｃとして、以下の式で放熱割合をガス供給有りのとき及びガス供給無しのときの両方で求め、それらの放熱割合を比較したものである。
放熱割合＝（ｑｎ−ｑｃ）／ｑｎ
遮熱率（％）＝〔１−（ガス供給有りの放熱割合／ガス供給無しの放熱割合）〕×１００
また、図６に示すグラフの横軸であるガスの噴射角度は、排気ポート２１内を流通する排気ガスの流れに対して直交する方向を９０度として、そこから、上記ガスの噴射方向が、上記排気ガスの流れと同じ方向となる側が鋭角側となっている。すなわち、上記噴射角度が０度のときには、上記ガスが、上記排気ガスの流れと同じ方向に噴射される一方、上記噴射角度が１８０度のときには、上記ガスが、上記排気ガスの流れとは逆方向に噴射されるようになる。尚、本実施形態では、図４に示すように、ガス供給路６１（厳密には、分岐供給路７１）の下側にはウォータジャケット３０があり、上記噴射角度が、上記排気ガスの流れに対して１０度未満の角度になるようにガス供給路６１を形成すると、ガス供給路６１とウォータジャケット３０とが重複してしまうため、製造が不可能であることから、今回のシミュレーションでは１０度未満の角度範囲については計算していない。また、本実施形態では、上述したように、ガス供給口６１ａを、排気ポート２１の上壁部２１ａにおける排気側バルブステム貫通孔２３よりも排気上流側の部分に形成していることから、上記噴射角度が、上記排気ガスの流れに対して１２０度を超える角度となるようにガス供給路６１を形成すると、ガス供給路６１と排気側バルブステム貫通孔２３とが重複してしまうため、今回のシミュレーションでは１２０度を超える角度範囲についても計算していない。
【００８０】
図６を参照すると、上記ガスの噴射角度が３０度のときに上記遮熱率が最大となり、その前後の噴射角度では上記遮熱率が低下することが分かる。これは、３０度よりも小さい噴射角度では、排気ポート２１内に供給された上記ガスが、排気ポート２１内から排気マニホールド５２へと流れ出てしまい、排気ポート２１の上壁面２１ｂに形成されるガス層の厚みが薄くなるためである。一方、３０度よりも大きい噴射角度では、ガスが上記上壁面２１ｂに沿って流れず、上記ガス層が形成されにくくなるためである。
【００８１】
図６に示す結果から、上記遮熱率が５０％を超える噴射角度の範囲を求めると、１０度以上５０度以下の範囲となる。そこで、本実施形態では、気筒列方向から見た、排気ポート２１内を流通する排気ガスの流れに対する上記ガスの噴射角度における鋭角側の角度が、１０度以上５０度以下となるように、ガス供給路６１を形成している。尚、流量調整弁６８の開度を大きくして、上記ガスの供給量を増大させることにより、排気ポート２１の上壁面２１ｂに形成されるガス層の厚みを厚くすることができるため、上記ガスの噴射角度が３０度よりも小さい範囲については、流量調整弁６８の開度を大きくすることによって、上記遮熱率を増大させることが可能である。
【００８２】
さらに、本実施形態では、上記ガスによる遮熱効率を向上させるために、流量調整弁６８の開度を制御して、上記ガスの供給量を制御している。
【００８３】
図７は、排気ポート２１内を流通する排気ガスの流量に対する上記ガスの供給量の比率（以下、ガス流量比という）と遮熱率との関係を示す。図７の縦軸に示す遮熱率は、上述した計算式によって求められた遮熱率である。図７の横軸は、１つの排気ポート２１あたりにおける、排気ポート２１内を流通する排気ガスの流量に対するガスの供給量の比率である。
【００８４】
図７に示すように、上記遮熱率は、ガス流量比に依存して変化して、適切なガス流量比でもってガスを供給したときに、最大となる。これは、ガス流量比が最適値よりも高いとき及び低いときには、排気ポート２１内を流通する排気ガスと排気ポート２１の上壁面２１ｂとの間に、適切な厚みの上記ガス層が形成されず、上記排気ガスの熱が、排気ポート２１の周囲に形成されたウォータジャケット３０内のエンジン冷却水に伝達されてしまうためである。
【００８５】
そこで、本実施形態では、基本的には、最も高い上記遮熱率となるガス流量比になるように、流量調整弁６８の開度を制御して、上記ガスの供給量を制御している。このとき、最適なガス流量比は、ガス供給口６１ａの径によって異なる。例えば、ガス供給口６１ａの径が７ｍｍのときには、ガス流量比が１８％のときに上記遮熱率が最大となり、ガス供給口６１ａの径が５ｍｍのときには、ガス流量比が１５％のときに上記遮熱率が最大となる。そのため、ガス供給口６１ａの径に基づいて、ガス流量比を設定している。尚、上記ガスとして用いる排気ガス（キャタ前排気ガス及びキャタ後排気ガス）の温度が低いときには、上記ガスの供給量を減少させて、ガス流量比を小さくするようにしてもよく、逆に上記ガスとして用いる排気ガスの温度が高いときには、上記ガスの供給量を増大させて、ガス流量比を大きくするようにしてもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、ＰＣＭ１００は、排気浄化触媒５３ａの暖機状態に基づいて、すなわち、触媒温度センサ１０６によって検出される検出触媒温度に基づいて、ガス供給路６１と第１及び第２の連通路６３，６４との連通状態を切り換えるように、ガス流路切換弁６５を制御している。
【００８７】
すなわち、排気ガスの温度と上記ガスの温度との差が大きすぎると、詳しくは、上記ガスの温度が排気ガスの温度に対して低すぎると、排気ガスの熱が上記ガスに奪われてしまい、かえって、触媒温度が上昇しにくくなる可能性がある。そこで、排気浄化触媒５３ａの暖機状態を表す上記検出触媒温度に基づいて、ガス供給路６１の連通状態を切り換えて、適切な温度のガスが排気ポート２１内に供給されるようにしている。
【００８８】
具体的には、ＰＣＭ１００は、上記検出触媒温度が所定温度以下であるときには、ガス流路切換弁６５を上記第１の連通状態に切り換えて、ガス供給路６１を第１の連通路６３と連通させる一方、上記検出触媒温度が所定温度よりも高い温度であるときには、ガス流路切換弁６５を上記第２の連通状態に切り換えて、ガス供給路６１を第２の連通路６４と連通させる。尚、上記所定温度は、排気浄化触媒５３ａの活性化温度の下限温度と同等の温度である。
【００８９】
すなわち、上記検出触媒温度が所定温度以下であるときには、直キャタリスト５３に導入された排気ガスは、排気浄化触媒５３ａに熱を奪われるため、キャタ後排気ガスの温度は、排気ポート２１内を流通する排気ガスの温度よりも低くなる。そのため、上記検出触媒温度が所定温度以下であるときに、下流側排気管部５４と連通した第２の連通路６４とガス供給路６１とを連通させると、排気ポート２１内には、上記ガスとして、排気ポート２１内を流通する排気ガスと比べて、温度が低いキャタ後排気ガスが供給されてしまう。排気ポート２１内に、上記キャタ後排気ガスが供給されると、排気ポート２１内を流通する排気ガスを上記キャタ後排気ガスで冷却してしまい、排気浄化触媒５３ａの暖機効率を低下させてしまう。
【００９０】
一方で、第１の連通路６３は、排気マニホールド５２と連通しているため、第１の連通路６３とガス供給路６１とを連通させると、キャタ前排気ガスが上記ガスとして排気ポート２１内に供給される。キャタ前排気ガスの温度は、排気ポート２１内を流通する排気ガスの温度と略同じ（厳密には、僅かに低い）ため、該排気ガスが上記ガスで冷却されることがなく、たとえ冷却されるとしても、排気ポート２１内を流通する排気ガスとキャタ前排気ガスとの温度差は小さいため、エンジン冷却水によって冷却されるよりも温度が下がりにくい。そのため、キャタ前排気ガスを上記ガスとして排気ポート２１内に供給することで、排気ポート２１内を流通する排気ガスと排気ポート２１の上壁面２１ｂとの間に上記ガス層が形成されて、排気ポート２１内での排気ガスの温度低下が抑えられる。これにより、触媒温度を早期に活性化温度まで上昇させることができるため、排気浄化触媒５３ａを早期に活性化状態にすることができる。尚、排気浄化触媒５３ａの暖機効率を向上させるには、第１の連通路６３を、排気マニホールド５２における排気上流側の部分、特に、上記排気分岐管部における排気ポート２１との接続部の近傍部分と連通させることが好ましい。
【００９１】
そして、検出触媒温度が所定温度よりも高い温度になったときには、ガス供給路６１を第２の連通路６４と連通させる。すなわち、排気浄化触媒５３ａが活性化状態となった後は、直キャタリスト５３に導入される排気ガスは排気浄化触媒５３ａの反応熱によって温められるため、キャタ後排気ガスの温度と排気ポート２１内を流通する排気ガスの温度との差が小さくなる。そのため、キャタ後排気ガスを上記ガスとして排気ポート２１内に供給することによって、排気ポート２１内での排気ガスの温度低下がより抑えられるようになる。
【００９２】
しかしながら、排気浄化触媒５３ａの活性化温度には上限値があるため、触媒温度を上記上限値よりも高くしてしまうと、排気浄化触媒５３ａの排気浄化性能が低下してしまう。このような現象は、特に、高速走行時や登板時などエンジン負荷が高負荷状態であり、直キャタリスト５３に高温の排気ガスが導入されやすいときに発生しやすい。
【００９３】
そこで、ＰＣＭ１００は、アクセル開度やエンジントルクに基づいて算出される検出負荷が、所定負荷以上のエンジン負荷であるときには、ガス流路切換弁６５を、上記非連通状態にするように制御して、排気ポート２１内への上記ガスの供給を停止させる。これにより、排気ポート２１内を流通する排気ガスの熱が、エンジン冷却水に伝達されて、該排気ガスは、排気ポート２１内を通過する間に冷却されるため、上記排気ガスによって、触媒温度が活性化温度の上限値よりも高くなることを防止することができる。尚、上記所定負荷は、排気浄化触媒５３ａの活性化温度の上限値以上の温度の排気ガスが、排気ポート２１から排出される可能性があるエンジン負荷である。
【００９４】
また、ＰＣＭ１００は、車両の乗員から暖房要求を検出したときには、触媒温度やエンジン負荷によらず、ガス流路切換弁６５を、上記非連通状態に切り換えて、排気ポート２１内への上記ガスの供給を停止させる。
【００９５】
本実施形態では、暖房装置７０は、エンジン冷却水を熱源として利用して車両の車室内を暖房するものであるため、車両の乗員からの暖房要求に応答するためには、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を積極的に行う必要がある。また、暖房は、人命に関わる可能性があるため、排気浄化触媒５３ａの暖機等よりも優先される。
【００９６】
そのため、車両の乗員から暖房要求を検出したときには、検出触媒温度の高さや検出負荷の大きさに関わらず、ガス流路切換弁６５を、上記非連通状態に切り換えて、排気ポート２１内への上記ガスの供給を停止させることによって、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を積極的に行わせ、車両の乗員からの暖房要求に即座に応答できるようにしている。
【００９７】
次に、図８を参照しながら、ガス流路切換弁６５を切り換える際のＰＣＭ１００による処理動作について説明する。
【００９８】
最初のステップＳ１０１で、各種センサからの検出信号を読み込み、次のステップＳ１０２で、暖房要求があるか否かを判定する。該判定は、暖房スイッチ７１が押されたか否かに基づいて行う。暖房要求があるＹＥＳのときには、ステップＳ１０３に進む一方、暖房要求のないＮＯのときには、ステップＳ１０４に進む。
【００９９】
上記ステップＳ１０３では、ガス流路切換弁６５を上記非連通状態にして、排気ポート２１内への上記ガスの供給を停止させる。これにより、排気ポート２１の上壁面２１ｂに上記ガス層が形成されなくなり、排気ポート２１内を流通する排気ガスからエンジン冷却水への熱交換を積極的に行われるため、車両の乗員の暖房要求に即座に応答することができる。ステップＳ１０３の後は再びＳ１０１に戻る。
【０１００】
一方。上記ステップＳ１０４では、触媒温度が所定温度以下であるか否かについて判定する。該判定は、触媒温度センサ１０６の検出される検出触媒温度に基づいて行う。該検出触媒温度が所定温度以下であるＹＥＳのときには、ステップＳ１０５に進む一方、該検出触媒温度が所定温度よりも高い温度であるＮＯのときには、ステップＳ１０６に進む。
【０１０１】
上記ステップＳ１０５では、排気浄化触媒５３ａの暖機が完了していないと判断して、ガス流路切換弁６５を上記第１の連通状態にして、ガス供給路６１と第１の連通路６３とを連通させる。これにより、上記ガスとして、キャタ前排気ガスを供給可能になり、排気浄化触媒５３ａの暖機を促進させることができる。ステップＳ１０５の後はリターンする。
【０１０２】
一方、上記ステップＳ１０６では、エンジン負荷が所定負荷よりも小さい負荷であるか否かについて判定する。該判定は、アクセル開度センサ１０３の検出結果等から算出される検出負荷に基づいて行う。検出負荷が所定負荷よりも小さいエンジン負荷であるＹＥＳのときには、ステップＳ１０７に進む一方、検出負荷が所定負荷以上のエンジン負荷であるＮＯのときには、ステップＳ１０８に進む。
【０１０３】
上記ステップＳ１０７では、ガス流路切換弁６５を上記第２の連通状態にして、ガス供給路６１と第２の連通路６４とを連通させる。これにより、上記ガスとして、キャタ後排気ガスを供給可能になり、排気浄化触媒５３ａの暖機状態が適切に維持されるようになる。ステップＳ１０７の後はリターンする。
【０１０４】
一方、上記ステップＳ１０８では、ガス流路切換弁６５を非連通状態に切り換えて、上記ガスの供給を停止させる。これにより、排気ポート２１の上壁面２１ｂに上記ガス層が形成されなくなり、排気ポート２１内を流通する排気ガスの熱が、排気ポート２１の上壁部２１ａを介してエンジン冷却水に伝達されることで、上記排気ガスが冷却されるため、排気浄化触媒５３ａに、活性化温度の上限値に到達するような高温の排気ガスが供給されないようになる。ステップＳ１０８の後はリターンする。
【０１０５】
上述のフローチャートに従って、ガス流路切換弁６５が上記第１の連通状態又は上記第２の連通状態に切り換えられた後には、各排気ポート２１内へ上記ガスが供給される。
【０１０６】
したがって、本実施形態では、シリンダヘッド１ｄにおける、排気ポート２１の上壁部２１ａに形成された、排気バルブ２２のバルブステム２２ｂが貫通する排気側バルブステム貫通孔２３、又は、該排気側バルブステム貫通孔２３又は排気側バルブステム貫通孔２３の近傍から排気ポート２１内に臨み、気筒２から排出される排気ガスとは別に、排気ポート２１内にガスを供給するためのガス供給路６１を有し、全気筒３の排気行程において、ガス供給路６１から全排気ポート２１内へ上記ガスを供給可能なガス供給手段６０を備え、ガス供給路６１は、ガス供給路６１から排気ポート２１内に供給された上記ガスが排気ポート２１の上壁面２１ｂに沿って流れるように形成されているため、排気ガスが気筒３から排気口２０を通って排気ポート２１内に流入する時には、上記上壁面２１ｂに上記ガスによる遮熱層（つまり、ガス層）が形成され、排気ポート２１内を流通する排気ガスと上記上壁面２１ｂとの間に上記遮熱層が介在するようになる。これにより、排気ガスの熱が上記上壁部２１ａから、ウォータジャケット３０内のエンジン冷却水に伝達されるのを抑制することができる。この結果、排気ポート２１内での排気ガスの温度低下を抑制し、排気ガスの熱を直キャタリスト５３内の排気浄化触媒５３ａに良好に伝えることができるようになる。
【０１０７】
図９には、実施形態１に係る排気装置５０の変形例として、ガス供給口６１ａの形状を変更した排気装置５０を示す。上述の実施形態１では、図３に示すように、ガス供給口６１ａの形状は円形であったが、この変形例では、ガス供給口６１ａの形状が、排気ポート２１の周方向に広がった、平面視で弧状をなすようにしている。ガス供給口６１ａを変形例のような形状とすることによって、上記ガスが、排気ポート２１内において広範囲に供給されるようになり、排気ポート２１の上壁面２１ｂ全体に、上記ガスによる遮熱層を形成することができる。
【０１０８】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１０９】
図１０は、実施形態２に係る排気装置５０を備えたエンジン１を示す。
【０１１０】
実施形態１では、直キャタリスト５３を通過した排気ガスが、そのまま車両外部に排出されるようになっていたが、実施形態２では、下流側排気管部５４に、排気ガスの熱を回収するための排熱回収装置５５が設けられており、直キャタリスト５３を通過した排気ガスは、排熱回収装置５５によって熱を回収されてから（つまり、冷却されてから）、車両外部に排出されるようになっている。排熱回収装置５５は、下流側排気管部５４における第２の連通路６４との接続部分よりも下流側の部分に設けられている。排熱回収装置５５内には、エンジン冷却水が流通する冷却水経路（図示省略）が設けられており、排熱回収装置５５に流入した排気ガスは、上記冷却水経路を流れるエンジン冷却水によって冷却されることで、その熱を回収される。尚、排熱回収装置５５内を流れかつ排気ガスと熱交換をしたエンジン冷却水は、暖房装置７０における熱源として利用される。
【０１１１】
また、実施形態１では、ガス供給路６１と連通可能な連通路として、第１の連通路６３及び第２の連通路６４が設けられていたが、実施形態２では、さらに第３の連通路６７が設けられている。第３の連通路６７は、その一端部が、下流側排気管部５４における、排熱回収装置５５よりも下流側の部分に接続されている一方、他端部が、ガス流路切換弁６５に接続されている。これにより、第３の連通路６７は、下流側排気管部５４における、排熱回収装置５５よりも下流側の部分と連通している。
【０１１２】
さらに、実施形態２では、ガス流路切換弁６５は、上記第１の連通状態及び上記第２の連通状態に加えて、ガス供給路６１と第３の連通路６７とを連通させる第３の連通状態、並びに、ガス供給路６１を第１の連通路６３、第２の連通路６４及び第３の連通路６７のいずれにも連通させない非連通状態とに変位可能に構成されている。
【０１１３】
第３の連通路６７が、下流側排気管部５４における排熱回収装置５５よりも下流側の部分と連通していることにより、ガス供給路６１には、第３の連通路６７から、排熱回収装置５５を通過した後の排気ガス、すなわち、エンジン冷却水によって冷却された後の排気ガス（以下、冷却後排気ガスという）が導入される。これにより、ガス供給路６１は、上記ガスとして、冷却後排気ガスを排気ポート２１内に供給することができるようになる。
【０１１４】
実施形態２では、排熱回収装置５５が設けられ、該排熱回収装置５５内で、排気ガスの熱がエンジン冷却水に伝達されるため、車両の乗員から暖房要求があった場合であっても、排気ポート２１の上壁部２１ａに形成されたウォータジャケット３０内のエンジン冷却水に、積極的に排気ガスの熱を伝達させる必要がない。そのため、実施形態２では、車両の乗員から暖房要求があった時に、ガス流路切換弁６５を上記非連通状態にして、排気ポート２１内へのガスの供給を停止させるような制御は行わず、車両の乗員から暖房要求があった場合であっても、排気ポート２１内にガスを供給する。
【０１１５】
また、実施形態２では、上述したように、ガス流路切換弁６５を第３の連通状態にして、ガス供給路６１と第３の連通路６７とを連通させることによって、上記ガスとして、冷却後排気ガスを、排気ポート２１内に供給することができる。冷却後排気ガスを排気ポート２１内に供給すれば、排気ポート２１内を流通する排気ガスを、上記ガス（冷却後排気ガス）によって冷却することができる。そのため、実施形態２では、排気ポート２１内を流通する排気ガスを冷却する必要があるとき、詳しくは、触媒温度が、活性化温度の上限値を超える可能性があるとき、具体的には、エンジン負荷が、予め設定された基準負荷以上のエンジン負荷であるときには、ガス流路切換弁６５を上記第３の連通状態にして、排気ポート２１内に冷却後排気ガスを供給し、排気ポート２１内を流通する排気ガスを冷却後排気ガスによって冷却する。尚、上記基準負荷は、排気浄化触媒５３ａの活性化温度の上限値以上の温度の排気ガスが、排気ポート２１から排出される可能性があるエンジン負荷である。
【０１１６】
図１１には、実施形態２において、ガス流路切換弁６５を切り換える際のＰＣＭ１００による処理動作を表すフローチャートを示す。以下、この処理動作について説明する。
【０１１７】
最初のステップＳ２０１で、各種センサからの検出信号を読み込み、次のステップＳ２０２で、触媒温度が所定温度以下であるか否かについて判定する。該判定は、触媒温度センサ１０６の検出される検出触媒温度に基づいて行う。検出触媒温度が所定温度以下であるＹＥＳのときには、ステップＳ２０３に進む一方、検出触媒温度が所定温度よりも高い温度であるＮＯのときには、ステップＳ２０４に進む。
【０１１８】
上記ステップＳ２０３では、排気浄化触媒５３ａの暖機が完了していないと判断して、ガス流路切換弁６５を上記第１の連通状態にして、ガス供給路６１と第１の連通路６３とを連通させる。これにより、上記ガスとして、排気マニホールド５２内を流通する排気ガスを供給可能になる。ステップＳ２０３の後はリターンする。
【０１１９】
一方、上記ステップＳ２０４では、エンジン負荷が上記基準負荷よりも小さい負荷であるか否かについて判定する。該判定は、アクセル開度センサ１０３の検出結果等から算出される検出負荷に基づいて行う。検出負荷が上記基準負荷よりも小さいエンジン負荷であるＹＥＳのときには、ステップＳ２０５に進む一方、検出負荷が上記基準負荷以上のエンジン負荷であるＮＯのときには、ステップＳ２０６に進む。
【０１２０】
上記ステップＳ２０５では、ガス流路切換弁６５を上記第２の連通状態に変位させて、ガス供給路６１と第２の連通路６４とを連通させる。これにより、上記ガスとして、直キャタリスト５３を通過した排気ガスを供給可能になる。ステップＳ２０５の後はリターンする。
【０１２１】
一方、上記ステップＳ２０６では、ガス流路切換弁６５を上記第３の連通状態に変位させて、ガス供給路６１と第３の連通路６７とを連通させる。これにより、上記ガスとして、冷却後排気ガスを供給可能になり、排気ポート２１内を流通する排気ガスを、冷却後排気ガスによって冷却することができる。ステップＳ２０６の後はリターンする。
【０１２２】
上述のフローチャートに従って、ガス流路切換弁６５が上記第１の連通状態、上記第２の連通状態又は上記第３の連通状態に切り換えられた後には、各排気ポート２１内へ上記ガスが供給される。
【０１２３】
したがって、実施形態２の構成でも、実施形態１と同様の効果を得ることができる。また、排熱回収装置５５を設けたことによって、エンジン１が作動している間は、エンジン冷却水に排気ガスの熱を伝達し続けることができるため、暖房装置７０の熱源を確保することができ、車両の乗員の暖房要求への応答性が向上される。
【０１２４】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【０１２５】
例えば、上述の実施形態では、ガス供給手段６０は、全気筒２の排気行程において、全排気ポート２１内に上記ガスが供給されるように構成されていたが、これに限らず、排気行程にある気筒２に対応した排気ポート２１だけに上記ガスが供給されるように構成されていてもよい。この場合、例えば、各分岐供給路７１に開閉式のバルブをそれぞれ設けて、排気行程にある気筒２に対応した分岐供給路７１の上記バルブのみを開くようにすることで、上述のような構成とすることができる。
【０１２６】
また、上述の実施形態では、ガス供給口６１ａを、排気ポート２１の上壁面２１ｂにおける排気側バルブステム貫通孔２３よりも排気上流側の部分に形成していたが、これに限らず、バルブステム貫通孔２３を中心とする半径１５ｍｍの領域内であれば、排気ポート２１の上壁面２１ｂにおけるバルブステム貫通孔２３よりも排気下流側の部分に形成してもよく、バルブステム貫通孔２３の位置に設けるようにしてもよい。この場合は、シリンダヘッド１ｂ内のレイアウトによる規制（ウォータジャケット３０との重複など）が上述の実施形態とは異なるため、ガスの噴射角度を、上述の噴射角度とは異なる角度範囲とする必要がある。
【０１２７】
さらに、上述の実施形態では、ポンプ６６によって上記ガスを供給するタイミングを制御していたが、これに限らず、ポンプ６６による上記ガスの噴射に代えて、排気脈動や排気バルブ２２が燃焼室５に向かって開く際に発生する負圧を利用して、上記ガスを排気ポート２１内に供給するようにしてもよい。
【０１２８】
また、上述の実施形態では、流量調整弁６８によって上記ガスの供給量を調整していたが、これに限らず。流量調整弁６８に代えて、上記ガスの供給量を制御可能なポンプを用いて、該ポンプを制御することで上記ガスの供給量を調整するようにしてもよい。この場合、ＰＣＭ１００は、流量調整弁６８に代えて、上記ポンプを制御する。
【０１２９】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、複数の気筒にそれぞれ設けられ、各気筒から排気ガスをそれぞれ排出するための複数の排気口と、該複数の排気口をそれぞれ開閉するための複数の排気バルブと、上記複数の排気口から排出された排気ガスがそれぞれ通過する複数の排気ポートと、該複数の排気ポートよりも排気下流側に設けられ、該複数の排気ポート内を通過した排気ガスを集合させる排気マニホールドと、該排気マニホールドの排気下流側の端部に接続された排気浄化装置とを備えた、エンジンの排気装置として有用である。
【符号の説明】
【０１３１】
１  エンジン
２  気筒
２０  排気口
２１  排気ポート
２１ａ  上壁部
２１ｂ  上壁面
２２  排気バルブ
２２ｂ  バルブステム
２３  排気側バルブステム貫通孔（バルブステム貫通孔）
５０  排気装置
５２  排気マニホールド
５３  直キャタリスト（排気浄化装置）
５３ａ  排気浄化触媒
５４  下流側排気管部
５５  排熱回収装置
６０  ガス供給手段
６１  ガス供給路
６３  第１の連通路
６４  第２の連通路
６５  ガス流路切換弁（切換弁）
６７  第３の連通路
７０  暖房装置
１００  パワートレインコントロールモジュール（切換弁制御部、暖房要求検出手段）
１０３  アクセル開度センサ（エンジン負荷検出手段）
１０６  触媒温度センサ（触媒暖機検出手段）
【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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【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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