(57)【要約】【課題】空燃比制御の精度を向上できる内燃機関を提供すること。【解決手段】この内燃機関１は、混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、エンジンの吸気通路５上に配置される圧縮機３２およびエンジンの排気通路６上に配置されるタービン３１を有すると共に排気通路６を通る排気ガスによりタービン３１を回転させて圧縮機３２を駆動しエンジンに過給を行う過給機３とを有する。また、内燃機関１は、排気通路６内であってタービン３１よりも上流側に配置される上流側空燃比センサ７１と、排気通路６に設けられてタービン３１をバイパスするバイパス通路６２とを有する。そして、上流側空燃比センサ７１がバイパス通路６２の入口部６２１よりも上流側であってタービン３１を収容するターボハウジング３４内に配置される。【選択図】        図１
2007247409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、
前記排気通路内であって前記タービンよりも上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記排気通路に設けられて前記タービンをバイパスするバイパス通路とを含み、且つ、
前記上流側空燃比センサが前記バイパス通路の入口部よりも上流側であって前記タービンを収容するターボハウジング内に配置されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、
前記排気通路内であって前記タービンよりも上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記排気通路に設けられて前記タービンをバイパスするバイパス通路とを含み、且つ、
前記上流側空燃比センサが前記バイパス通路の入口部よりも上流側であって前記バイパス通路の入口部の近傍に配置されることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
前記上流側空燃比センサが前記排気通路の壁面のうち前記バイパス通路の入口部が配置される側と同じ側の壁面に配置される請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、
前記排気通路内であって前記タービンよりも上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記排気通路内であって前記タービンよりも下流側に配置される空燃比センサ（以下、下流側空燃比センサという。）とを含み、且つ、前記上流側空燃比センサの計測データおよび前記下流側空燃比センサの計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
前記エンジンの始動時には前記上流側空燃比センサの計測データが選択され、前記エンジンの定常運転時には前記下流側空燃比センサの計測データが選択されて、空燃比制御が行われる請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、
前記排気通路内であって前記タービンの上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記上流側空燃比センサを冷却する冷却手段とを有することを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、
前記タービンの上流側に形成されると共に相互に隣接する一対の前記排気通路と、前記タービンの上流側にて一対の前記排気通路に跨って配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）とを含むことを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
前記上流側空燃比センサが、排気ガスの導入孔を有する筐体と前記筐体内に配置される感受部とを有すると共に、前記排気通路内の排気ガスを前記導入孔から前記筐体内に導入して前記感受部にて計測を行う構成を有し、且つ、
前記上流側空燃比センサの設置状態にて、一対の前記排気通路間における排気ガスの流通を遮断する仕切部が前記筐体内に設置される請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記上流側空燃比センサが一対の前記排気通路間の隔壁に螺合して設置され、且つ、前記隔壁に対する前記上流側空燃比センサのネジ代が少なくとも半周以上ある請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、
前記排気通路に設けられて前記タービンをバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路内に配置される空燃比センサ（以下、バイパス内空燃比センサという。）と、前記タービンの下流側に配置される空燃比センサ（以下、下流側空燃比センサという。）とを含み、且つ、前記バイパス内空燃比センサの計測データおよび前記下流側空燃比センサの計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われることを特徴とする内燃機関。
【請求項１１】
前記エンジンの始動時には前記バイパス内空燃比センサの計測データが選択され、前記エンジンの定常運転時には前記下流側空燃比センサの計測データが選択されて、空燃比制御が行われる請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記バイパス通路内にて前記バイパス内空燃比センサの上流側から空気を供給する空気供給手段を有する請求項１０または１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブを有し、且つ、前記ウエストゲートバルブは、前記空気供給手段が前記バイパス通路内に空気を供給するときに開放される請求項１２に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記排気通路上に設置されると共に通過する排気ガスを触媒により浄化する触媒装置を有し、且つ、前記空気供給手段が前記触媒装置の上流側から空気を供給する請求項１２または１３に記載の内燃機関。
【請求項１５】
混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、
前記排気通路内であって前記タービンよりも上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記上流側空燃比センサの上流側から空気を供給する空気供給手段とを有することを特徴とする内燃機関。
【請求項１６】
前記タービンの回転軸を固定する固定手段を有する請求項１０〜１５のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項１７】
前記固定手段が、前記タービンの回転軸に押圧されるブレーキシューと、前記ブレーキシューを駆動するアクチュエータとを有する請求項１６に記載の内燃機関。
【請求項１８】
前記固定手段が、前記タービンの回転軸に設けられた挿入穴と、前記挿入穴に挿入されるロックピンと、前記ロックピンを駆動するアクチュエータとを有する請求項１６に記載の内燃機関。
【請求項１９】
前記タービンの回転軸の停止時にのみ、前記固定手段が前記タービンの回転軸を固定する請求項１６〜１８のいずれか一つに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、空燃比制御の精度を向上できる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機を有する内燃機関では、エンジンの排気ガスの通路（排気通路）上に空燃比センサが設置されており、この空燃比センサにより排気ガス中の酸素濃度が計測されて、エンジンに供給される空燃比が調整される。ここで、空燃比センサは、一般に所定の温度範囲内にて正常に動作する。このため、エンジンの始動時には、空燃比制御の精度を向上させるために、空燃比センサの暖機が必要となる。
【０００３】
なお、この発明にかかる内燃機関に関連する従来の内燃機関には、特許文献１に記載される技術が知られている。従来の内燃機関では、過給機が排気管のうちの空燃比センサと触媒との間に配置されている。ただし、この特許文献１では、空燃比センサとターボハウジングとの位置関係あるいは空燃比センサとウエストゲート通路の入口部との位置関係について、記載も示唆もされていない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２０８８８号公報（第６ページおよび図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、空燃比制御の精度を向上できる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】
上記目的を達成するため、この発明にかかる内燃機関は、混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、前記排気通路内であって前記タービンよりも上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記排気通路に設けられて前記タービンをバイパスするバイパス通路とを含み、且つ、前記上流側空燃比センサが前記バイパス通路の入口部よりも上流側であって前記タービンを収容するターボハウジング内に配置されることを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関では、上流側空燃比センサがターボハウジング内に配置されるので、空燃比センサがターボハウジングよりも上流に配置される構成（特許文献１参照）と比較して、エンジンの排気ポートから計測地点（上流側空燃比センサ）までの排気通路の距離が増加する。すると、エンジンから排出された排気ガスが排気通路内にて均一化されて上流側空燃比センサを通過するので、上流側空燃比センサの計測精度が向上する。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【０００８】
また、この発明にかかる内燃機関は、混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、前記排気通路内であって前記タービンよりも上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記排気通路に設けられて前記タービンをバイパスするバイパス通路とを含み、且つ、前記上流側空燃比センサが前記バイパス通路の入口部よりも上流側であって前記バイパス通路の入口部の近傍に配置されることを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関では、上流側空燃比センサが、タービンおよびバイパス通路の入口部よりも上流側であってバイパス通路の入口部の近傍に配置されるので、バイパス通路の開放時にて、バイパス通路内に流入する排気ガスが上流側空燃比センサに当たり易い。これにより、上流側空燃比センサの計測精度が向上して、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００１０】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記上流側空燃比センサが前記排気通路の壁面のうち前記バイパス通路の入口部が配置される側と同じ側の壁面に配置される。
【００１１】
この内燃機関では、上流側空燃比センサがバイパス通路の入口部に対して反対側の壁面に配置される構成と比較して、バイパス通路の開放時にて、バイパス通路内に流入する排気ガスが上流側空燃比センサに当たり易い。これにより、上流側空燃比センサの計測精度が向上して、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００１２】
また、この発明にかかる内燃機関は、混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、前記排気通路内であって前記タービンよりも上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記排気通路内であって前記タービンよりも下流側に配置される空燃比センサ（以下、下流側空燃比センサという。）とを含み、且つ、前記上流側空燃比センサの計測データおよび前記下流側空燃比センサの計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われることを特徴とする。
【００１３】
この内燃機関では、上流側空燃比センサの計測データおよび下流側空燃比センサの計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われるので、一方のみの空燃比センサにより計測データが取得されて空燃比制御が行われる構成（特許文献１参照）と比較して、複数の空燃比センサから適正な計測データが選択的に取得されて空燃比制御が行われる。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００１４】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記エンジンの始動時には前記上流側空燃比センサの計測データが選択され、前記エンジンの定常運転時には前記下流側空燃比センサの計測データが選択されて、空燃比制御が行われる。
【００１５】
この内燃機関では、複数の空燃比センサから適正な計測データが選択的に取得されて空燃比制御が行われるので、空燃比制御の精度がより効率的に向上する利点がある。
【００１６】
また、この発明にかかる内燃機関は、混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、前記排気通路内であって前記タービンの上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記上流側空燃比センサを冷却する冷却手段とを有することを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関では、エンジンの稼働時にて冷却手段が上流側空燃比センサを冷却するので、上流側空燃比センサの過熱が防止されて適正な計測データが取得される。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００１８】
また、この発明にかかる内燃機関は、混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、前記タービンの上流側に形成されると共に相互に隣接する一対の前記排気通路と、前記タービンの上流側にて一対の前記排気通路に跨って配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）とを含むことを特徴とする。
【００１９】
この内燃機関では、隣り合う一対の排気通路に跨って上流側空燃比センサが配置されるので、上流側空燃比センサに対して各排気通路内の排気ガスがそれぞれ当たって、上流側空燃比センサが効率的に暖機される。これにより、適正な計測データが取得されて、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００２０】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記上流側空燃比センサが、排気ガスの導入孔を有する筐体と前記筐体内に配置される感受部とを有すると共に、前記排気通路内の排気ガスを前記導入孔から前記筐体内に導入して前記感受部にて計測を行う構成を有し、且つ、前記上流側空燃比センサの設置状態にて、一対の前記排気通路間における排気ガスの流通を遮断する仕切部が前記筐体内に設置される。
【００２１】
この内燃機関では、上流側空燃比センサの筐体内が仕切部により仕切られているので、上流側空燃比センサの設置状態にて、隣接する排気通路内の排気ガスが上流側空燃比センサを介して流通する事態が防止される。これにより、過給機の性能が維持される利点がある。
【００２２】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記上流側空燃比センサが一対の前記排気通路間の隔壁に螺合して設置され、且つ、前記隔壁に対する前記上流側空燃比センサのネジ代が少なくとも半周以上ある。
【００２３】
この内燃機関では、隔壁に対する上流側空燃比センサのネジ代（ネジの締め代）が少なくとも半周以上あるので、排気通路間の隔壁と仕切部との位相を適正に合わせ得る利点がある。
【００２４】
また、この発明にかかる内燃機関は、混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、前記排気通路に設けられて前記タービンをバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路内に配置される空燃比センサ（以下、バイパス内空燃比センサという。）と、前記タービンの下流側に配置される空燃比センサ（以下、下流側空燃比センサという。）とを含み、且つ、前記バイパス内空燃比センサの計測データおよび前記下流側空燃比センサの計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われることを特徴とする。
【００２５】
この内燃機関では、バイパス通路内にバイパス空燃比センサが配置され、タービンの下流側に下流側空燃比センサが配置される。かかる構成では、バイパス内空燃比センサの計測データおよび下流側空燃比センサの計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われるので、下流側空燃比センサのみにより計測データが取得されて空燃比制御が行われる構成と比較して、複数の空燃比センサから適正な計測データが選択的に取得される。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００２６】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記エンジンの始動時には前記バイパス内空燃比センサの計測データが選択され、前記エンジンの定常運転時には前記下流側空燃比センサの計測データが選択されて、空燃比制御が行われる。
【００２７】
この内燃機関では、複数の空燃比センサから適正な計測データが選択的に取得されるので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００２８】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記バイパス通路内にて前記バイパス内空燃比センサの上流側から空気を供給する空気供給手段を有する。
【００２９】
この内燃機関では、空気供給手段がバイパス内空燃比センサの上流側から空気を供給すると、供給された空気により燃料が酸化燃焼して排気ガスの温度が上昇する。すると、この高温の排気ガスにより、バイパス内空燃比センサの暖機が効率的に行われる。これにより、バイパス内空燃比センサがエンジンの始動後に早期に使用可能となるので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００３０】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブを有し、且つ、前記ウエストゲートバルブは、前記空気供給手段が前記バイパス通路内に空気を供給するときに開放される。
【００３１】
この内燃機関では、ウエストゲートバルブの開閉制御が空気供給手段の駆動状況に応じて行われる。これにより、排気ガスと空気供給手段からの空気とがバイパス通路内を適正に流れるので、バイパス内空燃比センサの暖機が適正に行われる利点がある。
【００３２】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記排気通路上に設置されると共に通過する排気ガスを触媒により浄化する触媒装置を有し、且つ、前記空気供給手段が前記触媒装置の上流側から空気を供給する。
【００３３】
この内燃機関では、空気供給手段から供給された空気により、排気ガス中の燃料が酸化燃焼して排気ガスの温度が上昇し、この高温の排気ガスにより触媒装置の暖機が行われる。これにより、触媒装置の暖機が効率的に行われる利点がある。
【００３４】
また、この発明にかかる内燃機関は、混合気を燃焼させて動力を発生するエンジンと、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機および前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンを有すると共に前記排気通路を通る排気ガスにより前記タービンを回転させて前記圧縮機を駆動し前記エンジンに過給を行う過給機とを有する内燃機関であって、前記排気通路内であって前記タービンよりも上流側に配置される空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）と、前記上流側空燃比センサの上流側から空気を供給する空気供給手段とを有することを特徴とする。
【００３５】
この内燃機関では、上流側空燃比センサの使用時（エンジンの始動後）にて、空気供給手段が上流側空燃比センサに空気を供給するので、供給された空気により燃料が酸化燃焼して排気ガスの温度が上昇し、上流側空燃比センサの暖機が効率的に行われる。これにより、上流側空燃比センサがエンジンの始動後に早期に使用可能となるので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００３６】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記タービンの回転軸を固定する固定手段を有する。
【００３７】
この内燃機関では、固定手段によりタービンの回転が防止されるので、バイパス通路内に流入する排気ガスの流量流量が増加して、バイパス内空燃比センサが効率的に暖機される。これにより、バイパス内空燃比センサがエンジンの始動後に早期に使用可能となるので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００３８】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記固定手段が、前記タービンの回転軸に押圧されるブレーキシューと、前記ブレーキシューを駆動するアクチュエータとを有する。
【００３９】
この内燃機関では、ブレーキシューの押圧により、タービンの回転軸が任意の停止位置にて固定される利点がある。
【００４０】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記固定手段が、前記タービンの回転軸に設けられた挿入穴と、前記挿入穴に挿入されるロックピンと、前記ロックピンを駆動するアクチュエータとを有する。
【００４１】
この内燃機関では、回転軸の挿入穴にロックピンが挿入されてタービンが固定される構成なので、ブレーキシューの押圧によりタービンの回転軸が固定される構成と比較して、固定手段の耐久性（耐摩耗性）が向上する利点がある。
【００４２】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記タービンの回転軸の停止時にのみ、前記固定手段が前記タービンの回転軸を固定する。
【００４３】
この内燃機関では、タービンの回転軸の停止時にのみ固定手段がタービンの回転軸を固定するので、タービンの回転が妨げられることなくバイパス内空燃比センサの暖機が行われる利点がある。
【発明の効果】
【００４４】
この発明にかかる内燃機関では、上流側空燃比センサがターボハウジング内に配置されるので、空燃比センサがターボハウジングよりも上流に配置される構成と比較して、エンジンの排気ポートから計測地点（上流側空燃比センサ）までの排気通路の距離が増加し、エンジンから排出された排気ガスが排気通路内にて均一化されて上流側空燃比センサを通過する。これにより、上流側空燃比センサの計測精度が向上して、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００４５】
また、この発明にかかる内燃機関では、上流側空燃比センサが、タービンおよびバイパス通路の入口部よりも上流側であってバイパス通路の入口部の近傍に配置されるので、バイパス通路の開放時にて、バイパス通路内に流入する排気ガスが上流側空燃比センサに当たり易い。これにより、上流側空燃比センサの計測精度が向上して、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００４６】
また、この発明にかかる内燃機関では、上流側空燃比センサの計測データおよび下流側空燃比センサの計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われるので、一方のみの空燃比センサにより計測データが取得されて空燃比制御が行われる構成と比較して、複数の空燃比センサから適正な計測データが選択的に取得されて空燃比制御が行われる。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００４７】
また、この発明にかかる内燃機関では、エンジンの稼働時にて冷却手段が上流側空燃比センサを冷却するので、上流側空燃比センサの過熱が防止されて適正な計測データが取得される。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００４８】
また、この発明にかかる内燃機関では、隣り合う一対の排気通路に跨って上流側空燃比センサが配置されるので、上流側空燃比センサに対して各排気通路内の排気ガスがそれぞれ当たって、上流側空燃比センサが効率的に暖機される。これにより、適正な計測データが取得されて、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００４９】
また、この発明にかかる内燃機関では、上流側空燃比センサの筐体内が仕切部により仕切られているので、上流側空燃比センサの設置状態にて、隣接する排気通路内の排気ガスが上流側空燃比センサを介して流通する事態が防止される。これにより、過給機の性能が維持される利点がある。
【００５０】
また、この発明にかかる内燃機関では、バイパス通路内にバイパス空燃比センサが配置され、タービンの下流側に下流側空燃比センサが配置されるので、バイパス内空燃比センサの計測データおよび下流側空燃比センサの計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われる。これにより、複数の空燃比センサから適正な計測データが選択的に取得されるので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００５１】
また、この発明にかかる内燃機関では、上流側空燃比センサの使用時にて、空気供給手段が上流側空燃比センサに空気を供給するので、供給された空気により燃料が酸化燃焼して排気ガスの温度が上昇し、上流側空燃比センサの暖機が効率的に行われる。これにより、上流側空燃比センサがエンジンの始動後に早期に使用可能となるので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
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、これら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、これらの実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、これらの実施例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【実施例１】
【００５３】
図１は、この発明の実施例１にかかる内燃機関を示す構成図である。図２および図３は、図１に記載した内燃機関の空燃比センサを示す説明図である。図４は、図２に記載した空燃比センサの配置の変形例を示す説明図である。
【００５４】
［内燃機関］
この内燃機関１は、エンジン２と、過給機３と、ＥＣＵ４を有する（図１参照）。エンジン２は、ピストン２１と、ピストン２１を収容するシリンダ２２と、ピストン２１に連結されるクランクシャフト２３とを有し、シリンダ２２内にて混合気を燃焼させてピストン２１を駆動すると共にこのピストン２１の運動（往復運動）をクランクシャフト２３の回転運動に変換して動力を発生する。このエンジン２の吸気ポート２４には、吸気マニホールドを介して吸気通路（吸気管）５が接続される。また、エンジン２の排気ポート２５には、排気マニホールドを介して排気通路（排気管）６が接続される。このエンジン２では、吸気通路５および吸気ポート２４を介してシリンダ２２内に空気が吸入され、また、排気ポート２５および排気通路６を介してシリンダ２２内の燃焼ガスが排出される。
【００５５】
過給機３は、過給によりエンジン２の高出力化（あるいは低燃費化）を実現する。この過給機３は、排気通路６上に配置されるタービン３１と、吸気通路５上に配置される圧縮機３２と、タービン３１および圧縮機３２を連結する回転軸３３とを有する。この過給機３では、排気通路６を通る排気ガスによりタービン３１が駆動され、その動力が回転軸３３を介して圧縮機３２に伝達されて圧縮機３２が駆動される。そして、吸気通路５内の空気が圧縮機３２により圧縮されてエンジン２に供給（過給）されることにより、エンジン２の出力が高められる。
【００５６】
また、吸気通路５上には、エアクリーナ５１と、インタークーラ５２と、スロットルバルブ５３と、サージタンク５４とが設置される。エアクリーナ５１は、吸気通路５の入口部に配置されて吸入空気中のゴミや塵などを除去するフィルタである。インタークーラ５２は、過給機３のタービン３１にて圧縮された空気を冷却する装置である。スロットルバルブ５３は、エンジン２に供給される空気量（吸入空気量）を調整する流量調整弁であり、例えば、アクセルペダル（図示省略）の操作により駆動される。サージタンク５４は、吸入空気を一時的に溜めて吸気脈動を抑制するタンクである。また、排気通路６上には、触媒装置６１が配置される。この触媒装置６１は、通過する排気ガスを触媒により浄化する機能を有する。
【００５７】
ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４は、エンジン２および過給機３に接続されて、これらの駆動を制御する。例えば、ＥＣＵ４は、後述するウエストゲートバルブ６３の開閉制御、空燃比制御、固定手段８の制御などを行う。
【００５８】
［バイパス通路とウエストゲートバルブ］
また、エンジン２の排気通路６には、過給機３のタービン３１をバイパスするバイパス通路６２が設けられる（図１および図２参照）。このバイパス通路６２は、その入口部６２１をタービン３１の上流側に有すると共に、その出口部６２２をタービン３１の下流側に有する。また、バイパス通路６２は、タービン３１を収容するターボハウジング３４に一体成形される。
【００５９】
また、バイパス通路６２には、ウエストゲートバルブ６３が設けられる（図３参照）。このウエストゲートバルブ６３は、弁体６３１と、アクチュエータ６３２とを有する。弁体６３１は、バイパス通路６２の出口部６２２に配置され、その開閉動作によりバイパス通路６２を開閉する。アクチュエータ６３２は、この弁体６３１を開閉動作させる。ウエストゲートバルブ６３（アクチュエータ６３２）は、ＥＣＵ４に接続されており、ＥＣＵ４により駆動制御される。このウエストゲートバルブ６３の駆動制御により、タービン３１に対する排気ガスの供給量が調整されてエンジン２に付与される過給圧が制御される。例えば、ウエストゲートバルブ６３の開度が増加すると、タービン３１に対する排気ガスの供給量が減少してエンジン２の過給圧が低下する。逆に、ウエストゲートバルブ６３の開度が減少すると、タービン３１に対する排気ガスの供給量が増加してエンジン２の過給圧が増加する。
【００６０】
［空燃比センサ］
また、エンジン２の排気通路６には、タービン３１よりも上流側に空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサという。）７１が配置される（図１および図２参照）。この上流側空燃比センサ７１は、排気ガス中の酸素濃度を計測するセンサであり、ＥＣＵ４に接続されて設置される。また、上流側空燃比センサ７１は、バイパス通路６２の入口部６２１よりも上流側に配置される。また、上流側空燃比センサ７１は、ターボハウジング３４の入口部に配置され、ターボハウジング３４（排気通路６）の壁面に螺合されて取り付けられる。かかる構成では、内燃機関１の稼働時にて、上流側空燃比センサ７１により排気ガス中の酸素濃度が計測されて、エンジン２の空燃比（燃料噴射ノズル２６の燃料噴射量）が制御される。
【００６１】
ここで、空燃比センサは、一般に所定の温度範囲内にて正常に動作する。このため、エンジンの始動時には、空燃比制御の精度を向上させるために、空燃比センサの暖機が必要となる。
【００６２】
この点において、この内燃機関１では、（１）上流側空燃比センサ７１がタービン３１よりも上流側に配置されるので、空燃比センサがタービンの下流側に配置される構成（図示省略）と比較して、エンジン２の始動時にて上流側空燃比センサ７１の暖機が効率的に行われる。すなわち、空燃比センサがタービンの下流側に配置される構成では、排気ガスの温度がタービンの熱容量により低下するため、空燃比センサの暖機性が低下する。これに対して、この内燃機関１では、上流側空燃比センサ７１がタービン３１よりも上流側に配置されるので、上流側空燃比センサ７１がタービン３１の影響を受けることなく効率的に暖機される。これにより、上流側空燃比センサ７１がエンジン２の始動後に早期に使用可能となる（正常に動作する）ので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００６３】
また、（２）上流側空燃比センサ７１がバイパス通路６２の入口部６２１よりも上流側に配置されるので、バイパス通路６２の開閉状態に関わらず、上流側空燃比センサ７１が排気ガスの流路上に位置する。これにより、バイパス通路６２の開放時および閉止時の双方にて、排気ガス中の酸素濃度の計測が可能となる利点がある。
【００６４】
また、（３）上流側空燃比センサ７１がターボハウジング３４内に配置されるので、空燃比センサがターボハウジングよりも上流に配置される構成（特許文献１参照）と比較して、エンジン２の排気ポート２５から計測地点（上流側空燃比センサ７１）までの排気通路６の距離が増加する。すると、エンジン２から排出された排気ガスが排気通路６内にて均一化されて上流側空燃比センサ７１を通過するので、上流側空燃比センサ７１の計測精度が向上する。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００６５】
［変形例１］
なお、この内燃機関１では、上流側空燃比センサ７１が、タービン３１およびバイパス通路６２の入口部６２１よりも上流側であってバイパス通路６２の入口部６２１の近傍に配置されることが好ましい（図４参照）。かかる構成では、上流側空燃比センサ７１がバイパス通路６２の入口部６２１の近傍に位置するので、バイパス通路６２の開放時にて、バイパス通路６２内に流入する排気ガスが上流側空燃比センサ７１に当たり易い。これにより、上流側空燃比センサ７１の計測精度が向上して、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００６６】
［変形例２］
また、この内燃機関１では、上流側空燃比センサ７１が排気通路６の壁面のうちバイパス通路６２の入口部６２１が配置される側と同じ側の壁面に配置されることが好ましい（図４参照）。かかる構成では、上流側空燃比センサ７１がバイパス通路６２の入口部６２１に対して反対側の壁面に配置される構成（図２および図３参照）と比較して、バイパス通路６２の開放時にて、バイパス通路６２内に流入する排気ガスが上流側空燃比センサ７１に当たり易い。これにより、上流側空燃比センサ７１の計測精度が向上して、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【実施例２】
【００６７】
図５は、この発明の実施例２にかかる内燃機関を示す説明図である。同図において、実施例１の内燃機関と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６８】
この内燃機関１では、上流側空燃比センサ７１に加えて、さらに、タービン３１よりも下流側に空燃比センサ（以下、下流側空燃比センサという。）７２が配置される。すなわち、排気通路６には、タービン３１の上流側および下流側に空燃比センサ７１、７２がそれぞれ配置される。また、これらの空燃比センサ７１、７２がＥＣＵ４に接続され、これらの計測データがＥＣＵ４に取得される。
【００６９】
かかる構成では、上流側空燃比センサ７１の計測データおよび下流側空燃比センサ７２の計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われる。すなわち、エンジン２の稼働時にて、上流側空燃比センサ７１および下流側空燃比センサ７２がそれぞれ排気ガス中の酸素濃度を計測し、これらの計測データから選択された一方の計測データに基づいて、シリンダ２２内への燃料噴射量が制御される。かかる構成では、一方のみの空燃比センサにより計測データが取得されて空燃比制御が行われる構成（特許文献１参照）と比較して、複数の空燃比センサ７１、７２から適正な計測データが選択的に取得されて空燃比制御が行われる。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００７０】
例えば、エンジン２の始動時（冷間始動時）には、タービン３１の熱容量により排気ガスの熱が奪われるため、タービン３１の下流側では排気ガスの温度が低くなる。このため、下流側空燃比センサ７２の暖機が遅れて、その計測データが不適切となり易い。これに対して、上流側空燃比センサ７１では、かかるタービン３１の影響を受けずに暖機が行われるため、エンジン２の始動後の早期から適正な計測データが取得される。したがって、エンジン２の始動時には、上流側空燃比センサ７１の計測データが選択されて空燃比制御が行われることが好ましい。
【００７１】
一方、エンジン２の定常運転時には、タービン３１が排気ガスにより十分に暖められているため、タービン３１の下流側においても排気ガスの温度が高い。このため、下流側空燃比センサ７２においても適正な計測データが取得される。また、過給機３の稼働時には、タービン３１の回転によって排気ガスがミキシングされるため、タービン３１の下流側の方が上流側よりも適正な計測データが取得される。したがって、エンジン２の定常運転時（過給機３の稼働時）には、下流側空燃比センサ７２の計測データが選択されて空燃比制御が行われることが好ましい。
【００７２】
上流側空燃比センサ７１の計測データおよび下流側空燃比センサ７２の計測データのいずれを選択するかの判断は、当業者自明の範囲内にて適宜設計変更される。例えば、（１）エンジン２の始動時（下流側空燃比センサ７２の暖機前）には、上流側空燃比センサ７１の計測データに基づいて空燃比制御が行われ、エンジン２の始動時から所定の経過時間後（下流側空燃比センサ７２の暖機後）には、下流側空燃比センサ７２の計測データに基づいて空燃比制御が行われる構成が採用されても良い。また、（２）タービン３１下流側の排気通路６内（あるいは触媒装置６１）に温度センサ（図示省略）が設置され、この温度センサによりの排気ガスの温度が計測され、この温度が所定の設定温度以上となったときに、下流側空燃比センサ７２の計測データが採用される構成が採用されても良い。
【００７３】
なお、上記に限らず、単一の空燃比センサ（上流側空燃比センサ７１）のみが設置されても良い。かかる構成は、複数の空燃比センサが設置される構成と比較して、システムが安価となる利点がある。
【実施例３】
【００７４】
図６は、この発明の実施例３にかかる内燃機関を示す説明図である。同図において、実施例１の内燃機関と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
タービン３１の上流側に空燃比センサが配置される構成（特許文献１参照）では、エンジン２の高回転時や高負荷時における排気ガスの温度上昇により、空燃比センサが高温となる。しかしながら、空燃比センサは、一般に所定の温度範囲内にて正常に動作するため、かかる高温条件下では適正な計測データが取得されない。
【００７６】
そこで、この内燃機関１では、上流側空燃比センサ７１を冷却する冷却手段７３が設けられることが好ましい（図６参照）。この冷却手段７３は、例えば、冷却水や冷却油などの冷媒を上流側空燃比センサ７１の近傍に循環させる冷却通路により構成される。かかる構成では、エンジン２の稼働時にて冷却手段７３が上流側空燃比センサ７１を冷却するので、上流側空燃比センサ７１の過熱が防止されて適正な計測データが取得される。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００７７】
また、上流側空燃比センサ７１がターボハウジング３４に設置される構成（図２参照）では、上記の冷却手段７３の冷媒として、過給機３（タービン３１）の回転軸３３や軸受を冷却するための冷媒を容易に転用し得る利点がある。また、冷媒を循環させる冷却通路をターボハウジング３４に一体形成できるので、過給機３の周囲（上流側空燃比センサ７１およびその冷却手段７３）の構成が簡素化される利点がある。
【００７８】
なお、タービン３１の下流側では、一般にタービン３１での仕事により排気ガスの温度が低下する。このため、タービン３１の下流側に設置される下流側空燃比センサ７２では、その過熱が生じ難い。しかし、エンジン２の高回転などにより下流側空燃比センサ７２でも過熱が生じる場合には、この下流側空燃比センサ７２を冷却するための冷却手段（図示省略）が設置されても良い。これにより、下流側空燃比センサ７２の過熱が防止されて、適正な計測データが取得され、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【実施例４】
【００７９】
図７は、この発明の実施例４にかかる内燃機関を示す説明図である。図８は、図７に記載した内燃機関の空燃比センサを示す説明図である。図９は、図７に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。これらの図において、実施例１の内燃機関と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
内燃機関１では、例えば、過給機３がツインスクロールターボチャージャーである場合に、タービン３１の上流側に複数（２つ）の排気通路６、６が形成される（図７参照）。これらの排気通路６、６は、多気筒型のエンジン２の異なるシリンダ２２、２２に対してそれぞれ接続される。
【００８１】
このような内燃機関１では、隣り合う一対の排気通路６、６に跨って単一の上流側空燃比センサ７１が配置されることが好ましい（図７および図８参照）。例えば、上流側空燃比センサ７１が双方の排気通路６、６内に露出するように排気通路６、６の隔壁部に螺合されて取り付けられる。かかる構成では、上流側空燃比センサ７１に対して各排気通路６、６内の排気ガスがそれぞれ当たるので、上流側空燃比センサ７１が効率的に暖機される。これにより、適正な計測データが取得されて、空燃比制御の精度が向上する利点がある。また、かかる構成では、各排気通路６、６における計測データが単一の上流側空燃比センサ７１により取得されるので、各排気通路に対してそれぞれ空燃比センサが配置される構成（図示省略）と比較して、システム構成を簡素かつ安価にできる利点がある。
【００８２】
［変形例３］
ここで、上流側空燃比センサ７１は、筒状の筐体７１１と、この筐体７１１内に配置される感受部７１２とを有する（図８参照）。筐体７１１には、排気ガスの導入孔７１３が複数形成されており、これらの導入孔７１３を介して排気通路６内の排気ガスが筐体７１１内に導入される。そして、導入された排気ガス中の酸素が感受部７１２により検出されて計測データが取得される。しかしながら、図８の構成では、排気脈動により排気ガスが上流側空燃比センサ７１（筐体７１１の導入孔７１３）を介して隣接する排気通路６、６間を行き来し、過給機３（ツインスクロールターボチャージャー）の性能が低下するおそれがある。
【００８３】
そこで、この内燃機関１では、隣接する排気通路６、６間における排気ガスの流通を遮断する仕切部７１４が上流側空燃比センサ７１の筐体７１１内に設置されることが好ましい（図９参照）。この仕切部７１４は、例えば、板状部材から成り、筐体７１１内の空間を二分割するように配置される。感受部７１２は、この仕切部７１４により二分割された各空間に対して露出するように配置される。かかる構成では、上流側空燃比センサ７１の筐体７１１内が仕切部７１４により仕切られているので、上流側空燃比センサ７１の設置状態にて、隣接する排気通路６、６内の排気ガスが上流側空燃比センサ７１を介して流通する事態が防止される。これにより、過給機３の性能が維持される利点がある。
【００８４】
［変形例４］
また、この内燃機関１では、一対の排気通路６、６間の隔壁と仕切部７１４とが平行となる（向きが一致する）ように、上流側空燃比センサ７１が設置される（図９参照）。これにより、各排気通路６、６が仕切部７１４により確実に遮断される。ここで、上流側空燃比センサ７１は、各排気通路６、６間の隔壁に螺合されて取り付けられる。このため、排気通路６、６間の隔壁と仕切部７１４との位相合わせを容易にするために、隔壁に対する上流側空燃比センサ７１のネジの締め代が大きいことが好ましい。
【００８５】
そこで、上記の構成では、隔壁に対する上流側空燃比センサ７１のネジ代（ネジの締め代）が少なくとも半周以上あることが好ましい。これにより、排気通路６、６間の隔壁と仕切部７１４との位相を適正に合わせ得る利点がある。例えば、潰れ代の大きなワッシャ７１５が上流側空燃比センサ７１と排気通路６、６との間に挟み込まれて、上流側空燃比センサ７１が設置される。これにより、ワッシャ７１５の潰れ代に応じて上流側空燃比センサ７１のネジ代が増加するので、排気通路６、６間の隔壁と仕切部７１４との位相合わせが容易となる利点がある。
【実施例５】
【００８６】
図１０は、この発明の実施例５にかかる内燃機関を示す構成図である。図１１および図１２は、図１０に記載した内燃機関の変形例を示す説明図（図１１）およびフローチャート（図１２）である。図１３および図１４は、図１１に記載した内燃機関の空気供給手段の制御方法を示すフローチャート（図１３）および説明図（図１４）である。図１５は、図１１に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。図１６〜図１８は、図１０に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。図１９および図２０は、図１６に記載した内燃機関の固定手段の変形例を示す説明図である。図２１は、図１６に記載した内燃機関の固定手段の制御方法を示すフローチャートである。これらの図において、実施例１の内燃機関と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８７】
この内燃機関１では、バイパス通路６２内に空燃比センサ（以下、バイパス内空燃比センサという。）７４が配置され、タービン３１の下流側に下流側空燃比センサ７２が配置される（図１０参照）。バイパス内空燃比センサ７４は、ウエストゲートバルブ６３が開放されて排気ガスがバイパス通路６２を通過するときに、バイパス通路６２内における排気ガスの酸素濃度を計測する。
【００８８】
かかる構成では、バイパス内空燃比センサ７４の計測データおよび下流側空燃比センサ７２の計測データから選択された計測データに基づいて空燃比制御が行われる。すなわち、エンジン２の稼働時にて、バイパス内空燃比センサ７４および下流側空燃比センサ７２がそれぞれ排気ガス中の酸素濃度を計測し、これらの計測データから選択された一方の計測データに基づいて、シリンダ２２内への燃料噴射量が制御される。かかる構成では、下流側空燃比センサ７２のみにより計測データが取得されて空燃比制御が行われる構成（図示省略）と比較して、複数の空燃比センサ７４、７２から適正な計測データが選択的に取得されて空燃比制御が行われる。これにより、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００８９】
例えば、エンジン２の始動時には、タービン３１の熱容量により排気ガスの熱が奪われるため（ウエストゲートバルブ６３の開放時であっても、タービン３１を通過する排気ガスがあるため）、タービン３１の下流側にて排気ガスの温度が低下する。このため、下流側空燃比センサ７２の暖機が遅れて、その計測データが不適切となり易い。これに対して、バイパス内空燃比センサ７４では、かかるタービン３１の影響を受けずに暖機が行われるため、より適正な計測データが取得される。したがって、エンジン２の始動時には、バイパス内空燃比センサ７４の計測データが選択されて空燃比制御が行われることが好ましい。
【００９０】
一方、エンジン２の定常運転時には、タービン３１が排気ガスにより十分に暖められているため、タービン３１の下流側においても排気ガスの温度が高い。このため、下流側空燃比センサ７２によっても適正な計測データが取得される。また、過給機３の稼働時には、タービン３１の回転によって排気ガスがミキシングされるため、タービン３１の下流側では、より適正な計測データが取得される。したがって、エンジン２の定常運転時（且つ過給機３の稼働時）には、下流側空燃比センサ７２の計測データが選択されて空燃比制御が行われることが好ましい。
【００９１】
また、バイパス内空燃比センサ７４の計測データおよび下流側空燃比センサ７２の計測データのいずれを選択するかの判断は、当業者自明の範囲内にて適宜設計変更される。例えば、（１）エンジン２の始動時（下流側空燃比センサ７２の暖機前）には、バイパス内空燃比センサ７４の計測データに基づいて空燃比制御が行われ、エンジン２の始動時から所定の経過時間後（下流側空燃比センサ７２の暖機後）には、下流側空燃比センサ７２の計測データに基づいて空燃比制御が行われる構成が採用されても良い。また、（２）タービン３１下流側の排気通路６内に温度センサ（図示省略）が設置され、この温度センサによりの排気ガスの温度が計測され、この温度が所定の設定温度以上となったときに、下流側空燃比センサ７２の計測データが採用される構成が採用されても良い。また、（３）ウエストゲートバルブ６３の閉止時には、バイパス通路６２内を排気ガスが通過しないため、バイパス内空燃比センサ７４による計測データが採用されずに、下流側空燃比センサ７２の計測データのみに基づいて空燃比制御が行われることが好ましい。
【００９２】
［変形例５］
また、この内燃機関１では、バイパス通路６２内にてバイパス内空燃比センサ７４の上流側から空気（二次空気）を供給する空気供給手段（二次空気通路）７５が設けられることが好ましい（図１１参照）。この空気供給手段７５は、例えば、バイパス通路６２内であってバイパス内空燃比センサ７４の上流側に設けられる噴射ノズル７５１と、この噴射ノズル７５１に空気を供給するポンプ７５２とを有する。また、空気供給手段７５は、ポンプ７５２により内燃機関１の外部から空気（外気）を取り込んで噴射ノズル７５１からバイパス通路６２内に噴射する。これにより、空気がバイパス内空燃比センサ７４に供給される。
【００９３】
かかる構成では、空気供給手段７５がバイパス通路６２内にバイパス内空燃比センサ７４の上流側から空気を供給する。すると、エンジン２の始動時には、排気ガス中の燃料比率が大きいため、供給された空気により燃料が酸化燃焼して排気ガスの温度が上昇する。すると、この高温の排気ガスにより、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が効率的に行われる。これにより、バイパス内空燃比センサ７４がエンジン２の始動後に早期に使用可能となるので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００９４】
なお、この内燃機関１では、空気供給手段７５がポンプ７５２により外気を取り込んで噴射ノズル７５１から噴射する。しかし、これに限らず、空気供給手段７５は、例えば、吸気通路５から導かれた空気をバイパス通路６２に噴射しても良い（図示省略）。
【００９５】
また、この内燃機関１では、触媒装置６１の下流側にサブ空燃比センサ７６が設置されても良い（図１０および図１１参照）。かかる構成では、上記のバイパス内空燃比センサ７４の計測データおよび下流側空燃比センサ７２の計測データに加え、このサブ空燃比センサ７６の計測データが加味されて、空燃比制御が行われる。これにより、より適正な計測データを選択的に採用し得るので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【００９６】
［空気供給手段の駆動制御］
また、この内燃機関１では、例えば、以下のように空気供給手段７５が駆動されて空燃比制御が行われることが好ましい（図１１および図１２参照）。まず、エンジン２の始動時にて、ウエストゲートバルブ６３が開放される（ＳＴ１１）。すると、排気通路６内の排気ガスがバイパス通路６２を通過して（タービン３１をバイパスして）、触媒装置６１側に流れる。次に、空気供給手段７５が噴射ノズル７５１からバイパス通路６２内に空気（二次空気）を供給する（ＳＴ１２）。すると、この空気によりバイパス通路６２内の排気ガス中の燃料が酸化燃焼して、排気ガスの温度が上昇する。そして、この高温の排気ガスによりバイパス内空燃比センサ７４の暖機が行われる。
【００９７】
次に、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が十分に行われたか否かが判断される（ＳＴ１３）。この判断は、例えば、（１）バイパス通路６２内への空気の供給時間が所定時間を経過したか否か、（２）バイパス通路６２内に設置された温度センサ（図示省略）の計測値に基づいて、バイパス通路６２内の温度が所定の基準温度となったか否か、（３）バイパス内空燃比センサ７４の計測データが所定の数値範囲内にあるか否か等の任意の判断基準により行われる。この判断基準は、当業者自明の範囲内にて適宜変更し得る。次に、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が十分に行われている場合には、空気供給手段７５が空気の供給を停止する（ＳＴ１４）。次に、バイパス内空燃比センサ７４により排気ガスの酸素濃度が計測され、この計測データに基づいて空燃比制御が開始される（ＳＴ１５）。
【００９８】
次に、下流側空燃比センサ７２の暖機状況が判断される（ＳＴ１６）。この判断は、例えば、（１）エンジン２の始動開始時から所定時間が経過したか否か、（２）排気通路６内に設置された温度センサ（図示省略）の計測値に基づいて、タービン３１の下流側における排気ガスの温度が所定の基準温度となったか否か、（３）下流側空燃比センサ７２の計測データが所定の数値範囲内にあるか否か等の任意の判断基準により行われる。この判断基準は、当業者自明の範囲内にて適宜変更し得る。次に、下流側空燃比センサ７２の暖機が十分に行われている場合には、バイパス内空燃比センサ７４の計測データから下流側空燃比センサ７２の計測データに切り替えられて、空燃比制御が行われる（ＳＴ１７）。その後に、ウエストゲートバルブ６３が閉止される（ＳＴ１８）。
【００９９】
このように、エンジン２の始動開始時に下流側空燃比センサ７２が十分に暖機されていない状況下では、バイパス通路６２内に設置されたバイパス内空燃比センサ７４により排気ガス中の酸素濃度が計測されて空燃比制御が行われる。このとき、空気供給手段７５がバイパス内空燃比センサ７４に空気を供給してバイパス通路６２内の排気ガスの温度を上昇させる。すると、この高温の排気ガスにより、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が行われる。また、バイパス通路６２内では、排気ガスの温度がタービン３１の熱容量による影響を受けない（温度低下が生じない）ため、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が効率的に行われる。これらにより、エンジン２の始動開始後の早期に、バイパス内空燃比センサ７４が使用可能となり、適正な計測データが取得されて空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【０１００】
また、エンジン２の始動開始時から所定時間が経過すると、排気ガスにより下流側空燃比センサ７２が十分に暖機されて使用可能となる。この下流側空燃比センサ７２による計測データは、バイパス内空燃比センサ７４による計測データよりも高精度であり好ましい。これは、過給機３の稼働時には、排気ガスがタービン３１によりミキシングされるため、排気ガス内の酸素濃度が均一化されるためである。この点において、この内燃機関１では、下流側空燃比センサ７２が十分に暖機された後は、下流側空燃比センサ７２の計測データに基づいて空燃比制御が行われるので、より精度の高い空燃比制御が行われる利点がある。
【０１０１】
［ウエストゲートバルブの開閉制御と空気供給手段の駆動制御との関係］
また、上記の構成では、ウエストゲートバルブ６３は、空気供給手段７５がバイパス通路６２内に空気を供給するときに開放される（図１３参照）。すなわち、ウエストゲートバルブ６３の開閉制御は、空気供給手段７５の駆動状況に応じて行われる。これにより、排気ガスと空気供給手段７５からの空気とがバイパス通路６２内を適正に流れるので、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が適正に行われる利点がある。
【０１０２】
［触媒装置の暖機］
なお、この内燃機関１では、上記の構成が触媒装置６１の暖機に転用されても良い（図１１および図１３参照）。すなわち、空気供給手段７５が触媒装置６１の上流側から空気を供給する構成が採用されても良い。かかる構成では、空気供給手段７５から供給された空気により、排気ガス中の燃料が酸化燃焼して排気ガスの温度が上昇し、この高温の排気ガスにより触媒装置６１の暖機が行われる。これにより、触媒装置６１の暖機が効率的に行われる利点がある。
【０１０３】
かかる構成としては、例えば、以下の構成が採用される（図１３参照）。まず、エンジン２の始動時にて、ウエストゲートバルブ６３が開放される（ＳＴ２１）。すると、排気通路６内の排気ガスがバイパス通路６２を通過して（タービン３１をバイパスして）、触媒装置６１側に流れる。次に、空気供給手段７５が噴射ノズル７５１からバイパス通路６２内に空気（二次空気）を供給する（ＳＴ２２）。すると、この空気によりバイパス通路６２内の排気ガス中の燃料が酸化燃焼して、排気ガスの温度が上昇する。この高温の排気ガスにより触媒装置６１が効率的に暖機される。次に、触媒装置６１の暖機状況が判断される（ＳＴ２３）。この判断は、例えば、触媒装置６１に設置された温度センサ（図示省略）により取得された計測データに基づいて判断される。そして、触媒装置６１が十分に暖機されている場合には、空気供給手段７５が空気の供給を停止し（ＳＴ２４）、ウエストゲートバルブ６３が閉止される（ＳＴ２５）。
【０１０４】
なお、この内燃機関１では、触媒装置６１の暖機とバイパス内空燃比センサ７４の暖機とが並行して行われても良い（図示省略、図１２参照）。かかる構成では、例えば、図１２において、バイパス内空燃比センサ７４の暖機判断（ＳＴ１３）と共に触媒装置６１の暖機が判断され、その後に空気供給手段７５が空気の供給を停止する（ＳＴ１４）。ただし、触媒装置６１の暖機とバイパス内空燃比センサ７４の暖機とが相互に独立して行われても良い。
【０１０５】
また、この内燃機関１では、ウエストゲートバルブ６３が閉止されている場合にも、空気供給手段７５による触媒装置６１の暖機が可能である（図１４参照）。ウエストゲートバルブ６３の閉止状態では、排気ガスがタービン３１を経由して触媒装置６１に至る。このとき、空気供給手段７５が空気を噴射すると、この空気がバイパス通路６２内を逆流して排気通路６内に流入し、この空気により排気ガス中の燃料が酸化燃焼して、排気ガスの温度が上昇する。この高温の排気ガスにより触媒装置６１の暖機が行われる。
【０１０６】
かかる構成では、排気通路６内の排気ガスがバイパス通路６２を通過して触媒装置６１に至るので、排気ガスがタービンを通過して触媒装置に至る構成と比較して、高温の排気ガスが触媒装置６１に供給される。また、空気供給手段７５から供給される空気により排気ガスの温度が上昇し、この高温の排気ガスが触媒装置６１に供給される。これらにより、触媒装置６１が効率的に暖機される利点がある。
【０１０７】
［変形例６］
また、上記の構成は、上流側空燃比センサ７１を有する構成に対して適用されても良い（図１５参照）。すなわち、排気通路６内であってタービン３１の上流側に上流側空燃比センサ７１が配置され、且つ、この上流側空燃比センサ７１の上流側から空気を供給する空気供給手段７５が設置される。かかる構成では、上流側空燃比センサ７１の使用時（エンジン２の始動後）にて、空気供給手段７５が上流側空燃比センサ７１に空気を供給する。すると、供給された空気により燃料が酸化燃焼して排気ガスの温度が上昇し、上流側空燃比センサ７１の暖機が効率的に行われる。これにより、上流側空燃比センサ７１がエンジン２の始動後に早期に使用可能となるので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。特に、かかる構成では、上流側空燃比センサ７１がタービン３１よりも上流側に配置されるので、空燃比センサがタービンの下流側に配置される構成（図示省略）と比較して、エンジン始動時における上流側空燃比センサ７１の暖機がより効率的に行われる点で好ましい。
【０１０８】
なお、かかる構成では、上流側空燃比センサ７１と共に下流側空燃比センサ７２およびサブ空燃比センサ７６が併用されても良い（図示省略）。
【０１０９】
［タービン回転軸の固定手段］
上記した内燃機関１のようにバイパス通路６２内にバイパス内空燃比センサ７４が配置される構成では、バイパス通路６２内を流れる排気ガスによりバイパス内空燃比センサ７４の暖機が行われる（図１０および図１８参照）。ここで、内燃機関１では、過給機３の停止時にて、吸気通路５側の吸気流により圧縮機３２が回転することがある。すると、圧縮機３２と共にタービン３１が回転して排気通路６内に負圧が生じ、バイパス通路６２内に流入する排気ガスの流量ｕwが減少する。すると、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が効率的に行われないおそれがある。
【０１１０】
そこで、この内燃機関１では、タービン３１の回転軸３３を固定する固定手段８が設置される（図１６参照）。この固定手段８は、ブレーキシュー８１と、このブレーキシュー８１を駆動するアクチュエータ８２とを有する。また、この固定手段８（アクチュエータ８２）は、ＥＣＵ４により駆動制御される。
【０１１１】
かかる構成では、過給機３の停止時にて固定手段８がタービン３１の回転軸３３を固定する（図１７参照）。具体的には、アクチュエータ８２の駆動によりブレーキシュー８１がタービン３１の回転軸３３に押し付けられて、タービン３１の回転軸３３が固定される。すると、タービン３１の回転が防止されるので、バイパス通路６２内に流入する排気ガスの流量流量ｕwが増加して、バイパス内空燃比センサ７４が効率的に暖機される。これにより、バイパス内空燃比センサ７４がエンジン２の始動後に早期に使用可能となるので、空燃比制御の精度が向上する利点がある。
【０１１２】
［変形例７］
なお、この内燃機関１では、上記のように、固定手段８が、タービン３１の回転軸３３に押圧されるブレーキシュー８１と、このブレーキシュー８１を駆動するアクチュエータ８２とを有する（図１６参照）。かかる構成では、後述する構成（図１９および図２０参照）と比較して、タービン３１の回転軸３３の停止位置（回転角度）に関わらず、任意の停止位置にてブレーキシュー８１が回転軸３３に付勢されて回転軸３３が固定される。したがって、タービン３１が任意の停止位置にて直ちに固定される点で好ましい。
【０１１３】
しかし、これに限らず、固定手段８は、タービン３１の回転軸３３に設けられた挿入穴８３と、この挿入穴８３に挿入されるロックピン８４と、このロックピン８４を駆動するアクチュエータ８２とにより構成されても良い（図１９参照）。かかる構成では、タービン３１の停止時にて、回転軸３３の挿入穴８３にロックピン８４が挿入される。これにより、回転軸３３が固定されて、タービン３１の回転が防止される。かかる構成では、ブレーキシュー８１の押圧によりタービン３１の回転軸３３が固定される構成（図１６参照）と比較して、固定手段８の耐久性が向上する利点がある。例えば、固定手段８がブレーキシュー８１を有する構成では、長期の使用によりブレーキシュー８１が摩耗するおそれがある。
【０１１４】
なお、この内燃機関１では、タービン３１の停止位置に応じて、回転軸３３の挿入穴８３の位置とロックピン８４の位置とが一致しない場合がある（図２０参照）。かかる場合には、アクチュエータ８２が駆動されてロックピン８４が回転軸３３に押圧される（回転軸３３の回転を妨げない程度に回転軸３３に押圧される）。すると、吸気通路５内の吸気流により圧縮機３２が回転したときに回転軸３３が回転し、挿入穴８３の位置とロックピン８４の位置とが一致したときに、ロックピン８４が挿入穴８３に挿入される。これにより、タービン３１の回転軸３３が固定される。
【０１１５】
［固定手段の駆動制御］
また、この内燃機関１では、タービン３１の回転軸３３の停止時にのみ固定手段８がタービン３１の回転軸３３を固定することが好ましい。すなわち、固定手段８は、タービン３１の回転軸３３が停止しており、且つ、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が必要な場合にのみ、駆動される。これにより、タービン３１の回転が妨げられることなく、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が行われる利点がある。
【０１１６】
かかる構成では、例えば、以下のように固定手段８が駆動制御される（図２１参照）。まず、タービン３１の回転軸３３が停止しているか否かが判断される（ＳＴ３１）。この判断は、例えば、車両のアクセルの開度が０か否か等により行われる。タービン３１の回転軸３３が停止している場合には、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が必要か否かが判断される（ＳＴ３２）。この判断は、例えば、ラジエータの水温センサ（図示省略）の計測データが所定の閾値より大きいか否かにより判断されても良いし、バイパス内空燃比センサ７４の計測データが正常値の範囲内にあるか否かにより判断されても良い。そして、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が必要な場合には、固定手段８が駆動されてタービン３１の回転軸３３が固定される（ＳＴ３３）。一方、タービン３１の回転軸３３が停止していない場合、あるいは、バイパス内空燃比センサ７４の暖機が必要でない場合には、タービン３１の回転軸３３の固定が解除される（ＳＴ３４）。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上のように、本発明にかかる内燃機関は、空燃比制御の精度を向上できる点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】この発明の実施例１にかかる内燃機関を示す構成図である。
【図２】図１に記載した内燃機関の空燃比センサを示す説明図である。
【図３】図１に記載した内燃機関の空燃比センサを示す説明図である。
【図４】図２に記載した空燃比センサの配置の変形例を示す説明図である。
【図５】この発明の実施例２にかかる内燃機関を示す説明図である。
【図６】この発明の実施例３にかかる内燃機関を示す説明図である。
【図７】この発明の実施例４にかかる内燃機関を示す説明図である。
【図８】図７に記載した内燃機関の空燃比センサを示す説明図である。
【図９】図７に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施例５にかかる内燃機関を示す構成図である。
【図１１】図１０に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。
【図１２】図１０に記載した内燃機関の変形例を示すフローチャートである。
【図１３】図１１に記載した内燃機関の空気供給手段の制御方法を示すフローチャートである。
【図１４】図１１に記載した内燃機関の空気供給手段の制御方法を示す説明図である。
【図１５】図１１に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。
【図１６】図１０に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。
【図１７】図１０に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。
【図１８】図１０に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。
【図１９】図１６に記載した内燃機関の固定手段の変形例を示す説明図である。
【図２０】図１６に記載した内燃機関の固定手段の変形例を示す説明図である。
【図２１】図１６に記載した内燃機関の固定手段の制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１９】
１    内燃機関
２    エンジン
２１  ピストン
２２  シリンダ
２３  クランクシャフト
２４  吸気ポート
２５  排気ポート
２６  燃料噴射ノズル
３    過給機
３１  タービン
３２  圧縮機
３３  回転軸
３４  ターボハウジング
４    ＥＣＵ
５    吸気通路
５１  エアクリーナ
５２  インタークーラ
５３  スロットルバルブ
５４  サージタンク
６    排気通路
６１  触媒装置
６２  バイパス通路
６２１      入口部
６２２      出口部
６３  ウエストゲートバルブ
６３１      弁体
６３２      アクチュエータ
７１  上流側空燃比センサ
７１１      筐体
７１２      感受部
７１３      導入孔
７１４      仕切部
７１５      ワッシャ
７２  下流側空燃比センサ
７３  冷却手段
７４  バイパス内空燃比センサ
７５  空気供給手段
７５１      噴射ノズル
７５２      ポンプ
７６  サブ空燃比センサ
８    固定手段
８１  ブレーキシュー
８２  アクチュエータ
８３  挿入穴
８４  ロックピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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