(57)【要約】【課題】触媒装置の時期尚早な時効の抑制と迅速なライト・オフの達成という、相反する温度要求及び費用制約条件を満たすばく排出ガス温度を調整するための、低コストの排気マニフォールド組立体、同組立体を備えた排出ガス制御装置及び同方法を提供する。【解決手段】内燃機関（エンジン）１０の排気マニフォールドが、その中に規定される二つの排出ガス流路１２、１３を備える。第１排出ガス流路１２は、排出ガスを冷却することなく下流に置かれた三元触媒１６に導き、第２排出ガス流路１３は、主エンジン冷却回路から引かれた冷媒を使用して、その中を通過する排出ガスを冷却するための水を含む。１つ以上のバルブ手段１５が、三元触媒１６に入る排出ガスの温度を調整するために、第１排出ガス流路１２と第２排出ガス流路１３を流れる流量比を制御すべく使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時にそこにエンジンからの排出ガスが流入する入口と、
使用時にそこから排出ガスが流れ出る排出口と、
上記排出ガスを上記入口から上記排出口へ移動させるための第１排出ガス流路と、
上記排出ガスを上記入口から上記排出口へ移動させるための第２排出ガス流路と、
上記第１排出ガス流路及び上記第２排出ガス流路を流れる蒸気排出ガスの流量を調節するためのバルブ手段とを備えた内燃機関の排気マニフォールド組立体において、
上記排気マニフォールド組立体の中を通って上記第１排出ガス流路を流れる上記排出ガスが最小限の冷却を受け、
上記第２排出ガス流路を流れる排出ガスが、上記排気マニフォールド組立体を出る上記排出ガスの温度が調節され得るように排出ガス冷却器から活発な冷却作用を受ける
ことを特徴とする排気マニフォールド組立体。
【請求項２】
上記バルブ手段が、上記内燃機関が低温始動されるとき、上記内燃機関からの排出ガスの全て若しくは大部分が上記第１排出ガス流路を通るように作動する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項３】
上記バルブ手段が、少なくとも排出ガス温度が第１所定温度を下回るときに、上記内燃機関からの上記排出ガスの全て若しくは大部分が上記第１排出ガス流路を通るように作動する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項４】
上記バルブ手段が、上気排出ガス温度が第２所定温度を超えたときに、上記排出ガスの少なくとも一部が上記第２排出ガス流路を通るように作動する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項５】
上記バルブ手段が、上記排気マニフォールド組立体を出る上記排出ガスの温度を調節するために、上記第１排出ガス流路及び上記第２排出ガス流路を流れる排出ガスの比率を変えるように作動する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項６】
上記排出ガスが、上記排気マニフォールド組立体から出る上記排出ガスの温度を、所定の温度範囲内に維持するため、調節される
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項７】
上記バルブ手段が、上記第１排出ガス流路を通る排出ガスの流量を調節するために適所に置かれた、単一の制御バルブである
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項８】
上記バルブ手段が、第１排出ガス流路を出る排出ガスの流量を選択的に制限するため、排出口の近傍に置かれる
ことを特徴とする請求項７に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項９】
上記バルブ手段が、上記第２排出ガス流路を通る排出ガスの流量を調節するために適所に置かれた、単一の制御バルブである
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１０】
上記バルブ手段が、上記第２排出ガス流路を出る排出ガスの流量を選択的に制限するため、排出口の近傍に置かれる
ことを特徴とする請求項９に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１１】
上記バルブ手段が、上記第１排出ガス流路と上記第２排出ガス流路を通る排出ガスの流量を同時に調節するために、適所に置かれた単一の制御バルブである
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１２】
上記バルブ手段が、上記第１排出ガス流路と上記第２排出流路から出る排出ガスの流量を選択的に変化するため、上記排出口の近傍に配設される
ことを特徴とする請求項１１に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１３】
上記排出ガス冷却器が、上記内燃機関の主冷却装置から取り出された冷媒を使用する
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１４】
上記排気マニフォールド組立体が、
上記第１排出ガス流路を規定する、少なくとも１つの内側排出ガス導管と、
該内側排出ガス導管を取り囲み且つ、上記第２排出ガス流路を規定すべく該内側排出ガス導管から間隔を空けて置かれた第１筐体と、
該第１筐体を取り囲み且つ、上記排出ガス冷却器を形成するための冷媒が通過する隙間を規定すべく上記第１筐体から間隔を空けて置かれた第２筐体とを有する
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１５】
上記内側排出ガス導管のそれぞれが、フランジ・プレートによって上記内燃機関の上記排出口に連結されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１６】
上記フランジ・プレートが、そこから延びて上記内側排出ガス導管の端部が係合される管状スリーブを持つ
ことを特徴とする請求項１５に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１７】
上記排気マニフォールド組立体が、単一のフランジ・プレートと、
上記排気マニフォールド組立体が結合される、内燃機関の気筒と同数の管状スリーブとを持つ
ことを特徴とする請求項１４に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１８】
上記管状スリーブのそれぞれが、その中に、上記第２排出ガス流路への入口を提供するための１つ以上の開口を持つ
ことを特徴とする請求項１６又は１７のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項１９】
上記管状スリーブのそれぞれが、上記第２排出ガス流路への入口を提供するために、それが係合する上記内側排出ガス導管の端部内の１つ以上の対応する開口と協働するための１つ以上の開口をその中に持つ
ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２０】
上記マニフォールド組立体が、上記第１排出ガス流路を形成する内側排出ガス導管を複数備える
ことを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２１】
上記内側排出ガス導管が、排出ガスを、内燃機関から、そこにおいて分離した上記内側排出ガス導管が排出口に延びる単一導管を形成すべく合併する接合点に流す
ことを特徴とする請求項２０に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２２】
上記第１排出ガス流路が、１つの排出ガス導管によって形成され、
上記制御手段が、上記排出ガス導管の出口端部に置かれた制御バルブであり、
上記第２排出ガス流路が、上記排出ガス導管及び上記制御バルブを上記排出ガス冷却器の入口に接続する第１冷却導管及び、上記排出ガス冷却器の排出口から上記制御バルブに接続する第２冷却導管によって形成され、
上記制御バルブが、上記第１排出ガス流路及び上記第２排出ガス流路を通る排出ガスの流量を調節するように作動する
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２３】
上記内燃機関から、そこにおいて上記制御バルブに延びる単一の導管を形成すべく各々の導管が合併する接続点に向かって排出ガスを独立して流す、数個の排出ガス導管を備える
ことを特徴とする請求項２２に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２４】
上記制御バルブが、上記第１排出ガス流路のみを通って上記入口から上記排出口まで全ての排出ガスが流れる第１の位置から、上記第２の排出ガス流路を通って上記入口から上記排出口まで全ての排出ガスが流れる第２の位置へ移動可能にされた
ことを特徴とする請求項２２又は２３に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２５】
上記制御バルブが、上記第１位置と上記第２位置との間に位置するとき、上記排出ガスの一部が上記第１排出ガス流路を流れ、上記排出ガスの残りが上記第２排出ガス流路を流れる
ことを特徴とする請求項２４に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２６】
上記第１位置と上記第２位置との間の上記制御バルブの位置が、上記排出口を通って出て行く排出ガスの温度を調節するために、変更される
ことを特徴とする請求項２５に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２７】
上記制御バルブが上記第１の位置にあるとき、上記第２冷却導管を通る排出ガスの流れを実質的に妨げる
ことを特徴とする請求項２４乃至２６のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２８】
上記制御バルブが上記第１の位置にあるときであっても、上記制御バルブを冷却するため、該制御バルブを通る排出ガスの僅かな漏れが許容される
ことを特徴とする請求項２７に記載の排気マニフォールド組立体。
【請求項２９】
請求項１乃至２８のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体及び、該排気マニフォールド組立体からの排出口に連結された触媒装置を持つ
ことを特徴とする内燃機関の排出ガス制御装置。
【請求項３０】
上記触媒装置が三元触媒である
ことを特徴とする請求項２９に記載の排出ガス制御装置。
【請求項３１】
上記排出ガス制御装置が、上記三元触媒の下流に置かれるリーンＮＯｘトラップを更に備える
ことを特徴とする請求項３０に記載の排出ガス制御装置。
【請求項３２】
上記三元触媒と上記リーンＮＯｘトラップが、上記排気マニフォールド組立体の上記排出口に直接的に連結される共通のキャニスター内に載置される
ことを特徴とする請求項３１に記載の排出ガス制御装置。
【請求項３３】
上記排出ガス制御装置が、電子制御装置及び、上記排気マニフォールドの下流の排出ガス温度を表す信号を提供するために、上記電子制御装置に動作可能に結合された排出温度センサーを更に有する
ことを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれか１つに記載の排出ガス制御装置。
【請求項３４】
上記バルブ手段が制御バルブであり、該制御バルブの位置が上記電子制御装置によって制御される
ことを特徴とする請求項３３に記載の排出ガス制御装置。
【請求項３５】
上記制御バルブの位置が、上記排出温度センサー及び排出温度モデルから受ける信号の一方に応じて上記電子制御装置によって制御される
ことを特徴とする請求項３４に記載の排出ガス制御装置。
【請求項３６】
上記電子制御装置は、検出された排出ガス温度が第１所定温度を下回るとき、排出ガスが単に、或いは主として、上記第１排出ガス流路を通って流れる位置に動かすように上記制御バルブを作動させる
ことを特徴とする請求項３５に記載の排出ガス制御装置。
【請求項３７】
上記第１所定温度が、上記排気マニフォールドに結合された上記三元触媒のライト・オフ温度である
ことを特徴とする請求３６に記載の排出ガス制御装置。
【請求項３８】
上記三元触媒が、上記排気マニフォールドからの排出口に連結され、
上記リーンＮＯｘトラップが、上記三元触媒の下流に置かれ、
上記電子制御装置が、上記リーンＮＯｘトラップ内の排出ガスの温度を所定の温度範囲内に維持すべく、上記制御バルブの位置を制御するよう作動する
ことを特徴とする請求項３５に記載の排出ガス制御装置。
【請求項３９】
上記所定の温度範囲が、その温度を下回ると上記リーンＮＯｘトラップが効率よく動作しない下側温度限界によって境界の下端が決められ、その温度を上回ると上記リーンＮＯｘトラップに時期尚早な時効が生じる上側温度限界によって境界の上端が決められる
ことを特徴とする請求項３８に記載の排出ガス制御装置。
【請求項４０】
上記所定の温度範囲が、リーンＮＯｘトラップが最高の効率で動作する温度範囲である
ことを特徴とする請求項３８に記載の排出ガス制御装置。
【請求項４１】
上記電子制御装置が、上記リーンＮＯｘトラップから硫黄を除去する必要があるときに、上記排出ガス温度が上記上側温度限界を超えることを許容するよう動作する
ことを特徴とする請求項３９に記載の排出ガス制御装置。
【請求項４２】
請求項１乃至２８のいずれか１つに記載の排気マニフォールド組立体と、
該排気マニフォールド組立体の排出口に結合された三元触媒と、
該三元触媒の下流に置かれたリーンＮＯｘトラップとを備える排出ガス制御装置の制御方法において、
内燃機関の始動後、上記三元触媒を迅速にライト・オフすべく、上記三元触媒のライト・オフ温度に対応する排出ガス温度が到達されるまで、上記排出ガスの全て若しくは大部分を上記第１排出ガス流路を通る流路をもたらす工程を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項４３】
上記リーンＮＯｘトラップ内の排出ガス温度が、上記リーンＮＯｘトラップが最大効率で動作する範囲に留まるよう、上記第１排出ガス流路及び上記第２排出ガス流路を通る排出ガスの流量を変えることによって、上記三元触媒及び上記リーンＮＯｘトラップを通過する排出ガスの温度を制御する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
上記排出ガス温度が、それを上回ると三元触媒及びリーンＮＯｘトラップの一方の時期尚早な時効が生じる上側温度限界に近づいたとき、排出ガスの全て若しくは大部分が上記第２排出ガス流路を通る流路をもたらす工程を更に有する
ことを特徴とする請求項４２又は４３に記載の方法。
【請求項４５】
上記リーンＮＯｘトラップから硫黄を除去する必要があるときに、上記排出ガス温度が上記上側温度限界を上回って偏位することを可能とする工程を更に有する
ことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、具体的には、下流の排出ガス制御装置へ流れる排出ガスを調整するための、排気マニフォールド組立体、同組立体を備えた内燃機関の排出ガス制御装置、及び同制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リーンバーン・ガソリン・エンジンは、CO２排出物を低減するために使用され得る技術の１つである。排気管のＮＯｘ排出物規制要件に適合するため、ＮＯｘトラップが、これらのエンジンの排出ガス制御装置の一部として必要とされる。現在のＮＯｘトラップ技術は温度感受性を持っている、即ち、ＮＯｘトラップ能力が、トラップの熱時効をもたらす約６５０℃を上回る温度によって劣化する。加えて、ＮＯｘトラップの効率がトラップ温度に大きく依存しており、最適なＮＯｘトラップ能力を得るため、トラップ温度がＮＯｘトラップ設計に依存する目標温度に対して、所定の範囲内に理想的に維持されなくてはならない。この所定範囲は、目標温度からプラス・マイナス２５度程度の狭さであり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
もし、ＮＯｘトラップ内に硫黄堆積物が蓄積されたならば、これらは、「脱硫」として知られる処理によって除去されなければならない。なお「脱硫」においては、排出ガス制御装置が脱硫を促進できるようにするため、ＮＯｘトラップの温度を６００℃以上に高めなくてはならない。
【０００４】
なお、触媒を「ライト・オフ」させるのに必要な時間を短縮するため、エンジン用の触媒を、エンジンの排出口に近づけて配置することも知られている。そのような触媒は、エンジンの排気マニフォールドに直接的に連結されるのが通常なので、近接触媒（close coupled catalyst）として、よく知られている。
【０００５】
そのような近接触媒もまた、高温時効作用を受け、それは入ってくる気体の温度を低減することによって、緩和され得る。しかしながら、排気管の排出物の低下を確実なものとするため、排出ガス温度の低下を、触媒の「ライト・オフ」の達成を犠牲にしてまで、可能な限り迅速にすべきではない。触媒のライト・オフは、触媒が低温始動（cold start）から作動温度まで到達したときに達成され、そこにおいて排出物の活発な低減が開始される。
【０００６】
これらの相反する温度要求及び費用制約条件が、触媒のライト・オフを譲歩することなく排出ガス温度を調整するための、低コストの方法を必要とする。
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関（エンジン）用の改良された排気マニフォールド組立体、それを使用する排出ガス制御装置及び同方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点によれば、使用時にそこに内燃機関（エンジン）からの排出ガスが流入する入口、使用時にそこから排出ガスが流れ出る排出口、排出ガスを入口から排出口へ移動させるための第１排出ガス流路、排出ガスを入口から排出口へ移動させるための第２排出ガス流路及び、第１排出ガス流路及び第２排出ガス流路を流れる排出ガスの流量を調節するためのバルブ手段を備えた排気マニフォールド組立体において、排気マニフォールド組立体の中を通って第１排出ガス流路を流れる排出ガスが最小限の冷却を受け、第２排出ガス流路を流れる排出ガスが、排気マニフォールド組立体を出る排出ガスの温度が調節され得るように排出ガス冷却器から活発な冷却作用を受ける、排気マニフォールド組立体が提供される。
【０００９】
バルブ手段は、内燃機関（エンジン）が低温始動されるとき、内燃機関（エンジン）からの排出ガスの全て若しくは大部分が第１排出ガス流路を通るように作動し得る。
【００１０】
バルブ手段は、少なくとも排出ガス温度が第１所定温度を下回るときに、エンジンからの排出ガスの全て若しくは大部分が第１排出ガス流路を通るように作動され得る。
【００１１】
バルブ手段は、排出ガス温度が第２所定温度を超えたときに、排出ガスの少なくとも一部が第２排出ガス流路を通るように作動する。
【００１２】
バルブ手段は、排気マニフォールド組立体を出る排出ガスの温度を調節するために、第１排出ガス流路及び第２排出ガス流路を流れる排出ガスの比率を変えるように作動し得る。
【００１３】
排出ガスは、排気マニフォールド組立体から出る排出ガスの温度を、所定の温度範囲内に維持するため、調節され得る。
【００１４】
バルブ手段は、第１排出ガス流路を通る排出ガスの流量を調節するために適所に置かれた、単一の制御バルブであり得る。
【００１５】
バルブ手段は、第１排出ガス流路を出る排出ガスの流量を選択的に制限するため、排出口の近傍に置かれ得る。
【００１６】
或いは、バルブ手段は、第２排出ガス流路を通る排出ガスの流量を調節するために適所に置かれた、単一の制御バルブであり得る。
【００１７】
バルブ手段は、第２排出ガス流路を出る排出ガスの流量を選択的に制限するため、排出口の近傍に置かれ得る。
【００１８】
更に別の代替案として、バルブ手段は、第１排出ガス流路と第２排出ガス流路を通る排出ガスの流量を同時に調節するために、適所に置かれた単一の制御バルブであり得る。
【００１９】
この場合、バルブ手段は、第１排出ガス流路と第２排出流路から出る排出ガスの流量を選択的に変化するため、排出口の近傍におかれ得る。
【００２０】
排出ガス冷却器は、エンジンの主冷却装置から取り出された冷媒を使用可能である。
【００２１】
排気マニフォールド組立体は、第１排出ガス流路を規定する、少なくとも１つの内側排出ガス導管と、内側排出ガス導管を取り囲み且つ、第２排出ガス流路を規定すべく内側排出ガス導管から間隔を空けて置かれた第１筐体と、第１筐体を取り囲み且つ、排出ガス冷却器を形成するための冷媒が通過する隙間を規定すべく第１筐体から間隔を空けて置かれた第２筐体とを有する。
【００２２】
内側排出ガス導管のそれぞれは、フランジ・プレートによってエンジンからの排出口に連結されている。
【００２３】
フランジ・プレートは（単一の場合もあれば、複数の場合もある）、そこから延びて内側排出ガス導管の端部が係合される管状スリーブを持ち得る。
【００２４】
排気マニフォールドは、単一のフランジ・プレートと、排気マニフォールド組立体が結合される、エンジン内の気筒と同等の数の管状スリーブとを持つ場合がある。
【００２５】
管状スリーブのそれぞれはその中に、第２排出ガス流路への入口を提供するための１つ以上の開口を持ち得る。
【００２６】
或いは、管状スリーブのそれぞれは、第２排出ガス流路への入口を提供するために、それが係合する内側排出ガス導管の端部内の１つ以上の対応する開口と協働するための１つ以上の開口をその中に持ち得る。
【００２７】
マニフォールド組立体はまた、第１排出ガス流路を形成する多くの内側排出ガス導管を持ち得る。
【００２８】
内側排出ガス導管は、エンジンから、そこにおいて分離した内側排出ガス導管が排出口に延びる単一導管を形成すべく合併する接合点に排出ガスを流し得る。
【００２９】
第１排出ガス流路は、１つの排出ガス導管によって形成され得、制御手段は、排出ガス導管の出口端部に置かれた制御バルブであり、第２排出ガス流路は、その排出ガス導管、制御バルブを排出ガス冷却器の入口に接続する第１冷却導管及び、排出ガス冷却器の排出口から制御バルブに接続する第２冷却導管によって形成され、制御バルブは、第１排出ガス流路及び第２排出ガス流路を通る排出ガスの流量を調節するように作動する。
【００３０】
エンジンから、そこにおいて制御バルブに延びる単一の導管を形成すべく各々の導管が合併する接続点に向かって排出ガスを独立して流す、数個の排出ガス導管が存在する場合もある。
【００３１】
制御バルブは、第１排出ガス流路のみを通って入口から排出口まで全ての排出ガスが流れる第１の位置から、第２の排出ガス流路を通って入口から排出口まで全ての排出ガスが流れる第２の位置へ移動可能にされ得る。
【００３２】
制御バルブが、第１位置と第２位置との間に位置するとき、排出ガスの一部が第１排出ガス流路を流れ、排出ガスの一部が第２排出ガス流路を流れ得る。
【００３３】
第１位置と第２位置との間の制御バルブの位置が、排出口を通って排気マニフォールドから出る排出ガスの温度を調節するために、変更され得る。
【００３４】
制御バルブが第１の位置にあるとき、第２冷却導管を通る排出ガスの流れを実質的に妨げ得る。
【００３５】
制御バルブが第１の位置にあるときであっても、制御バルブを冷却するため、制御バルブを通る排出ガスの僅かな漏れが許容される場合がある。
【００３６】
本発明の第２の観点によれば、本発明の第１の観点に従った排気マニフォールド組立体及び、排気マニフォールド組立体からの排出口に連結された触媒装置を持つエンジンの排出ガス制御装置が提供される。
【００３７】
触媒装置は、三元触媒であり得る。
【００３８】
排出ガス制御装置は、三元触媒の下流に置かれるリーンＮＯｘトラップを更に備え得る。
【００３９】
三元触媒と、リーンＮＯｘトラップは、排気マニフォールド組立体からの排出口に直接的に連結される共通のキャニスター内に載置され得る。
【００４０】
排出ガス制御装置は、電子制御装置及び、排気マニフォールドの下流の排出ガス温度を表す信号を提供するために、電子制御装置に動作可能に結合された排出温度センサーを更に有し得る。
【００４１】
バルブ手段は制御バルブであり得、制御バルブの位置は電子制御装置によって制御され得る。
【００４２】
制御バルブの位置は、排出温度センサー及び排出温度モデルから受ける信号の一方に応じて電子制御装置によって制御され得る。
【００４３】
電子制御装置は、検出された排出ガス温度が第１所定温度を下回るとき、制御バルブを、排出ガスが単に、或いは主として、第１排出ガス流路を通って流れる位置に動かすように作動し得る。
【００４４】
第１所定温度は、排気マニフォールドに結合された三元触媒のライト・オフ温度であり得る。
【００４５】
三元触媒は、排気マニフォールドからの排出口に連結され、リーンＮＯｘトラップは、三元触媒の下流に置かれ、そして電子制御装置は、リーンＮＯｘトラップ内の排出ガスの温度を所定の温度範囲内に維持すべく、制御バルブの位置を制御するよう作動し得る。
【００４６】
所定の温度範囲は、その温度を下回るとリーンＮＯｘトラップが効率よく動作しない下側温度限界によって境界の下端が決められ、その温度を上回るとリーンＮＯｘトラップに時期尚早な時効が生じる上側温度限界によって境界の上端が決められ得る。
【００４７】
所定の温度幅は、リーンＮＯｘトラップが最高の効率で動作する温度幅であり得る。
【００４８】
電子制御装置は、リーンＮＯｘトラップから硫黄を除去する必要があるときに、排出ガス温度が上側温度限界を超えることを許容するよう動作し得る。
【００４９】
本発明の第３の観点によれば、本発明の第１の観点に従った排気マニフォールド組立体、排気マニフォールド組立体からの排出口に結合された三元触媒及び、三元触媒の下流に置かれたリーンＮＯｘトラップを備える排出ガス制御装置の制御方法において、エンジン始動後、三元触媒を迅速にライト・オフすべく、三元触媒のライト・オフ温度に対応する排出ガス温度が到達されるまで、排出ガスの全て若しくは大部分を第１排出ガス流路を通る流路をもたらす工程を有する方法が提供される。
【００５０】
本方法は、リーンＮＯｘトラップ内の排出ガス温度が、リーンＮＯｘトラップが最大効率で動作する範囲に留まるよう、第１排出ガス流路及び第２排出ガス流路を通る排出ガスの流量を変えることによって、三元触媒及びリーンＮＯｘトラップを通過する排出ガスの温度を制御する工程を更に有す得る。
【００５１】
本方法は、排出ガス温度が、それを上回ると三元触媒及びリーンＮＯｘトラップの一方の時期尚早な時効が生じる上側温度限界に近づいたとき、排出ガスの全て若しくは大部分が第２排出ガス流路を通る流路をもたらす工程を更に有する場合もある。
【００５２】
本方法は、更に、リーンＮＯｘトラップから硫黄を除去する必要があるときに、排出ガス温度が上側温度限界を上回って偏位することを可能とする工程を有し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
具体的に図１を参照すると、内燃機関（エンジン）の排出ガス制御装置が示されており、この例においてエンジンは、リーンバーン・エンジン１０である。
【００５４】
排出ガス制御装置は、第１排出ガス流路１２及び第２排出ガス流路１３を規定する排気マニフォールド組立体、排気マニフォールド組立体からの排出ガスを受けるべく、その下流に置かれた三元触媒１６、三元触媒１６からの排出ガスを受けるべく、三元触媒の下流に置かれたリーンＮＯｘトラップ１７、排気マニフォールド組立体を通る流量を調整するバルブ手段１５、温度センサー２０によって、図示される少なくとも１箇所において測定された排出ガス温度に基づきバルブ手段１５の作動を制御する電子制御装置５を有する。
【００５５】
或いは、制御は、モデル化された排出ガス温度、つまり、温度モデル（を利用して設定される算出式やルックアップ・テーブルなど）に基づく場合がある。
【００５６】
排出ガス制御装置の大部分を形成する排気装置の排気管１９から放出されるノイズを低減するため、消音器１８が、リーンＮＯｘトラップの下流に置かれる。
【００５７】
排気マニフォールド組立体は、エンジンからの排出ガスが流入する入口と、そこから三元触媒１６に排出ガスを流す排出口とを持つ。バルブ手段１５は、第１排出ガス流路１２及び第２排出ガス流路１３を通る排出ガスの流量を調整するため使用される。
【００５８】
バルブ手段１５は、第１排出ガス流路１２の端部近くに示されているが、それが、第２排出ガス流路１３の端部の近くの位置や、二つの流路の結合点に置かれてもよく、或いは、両方の排出ガス流路１２、１３に置かれ得ることは理解できるであろう。好ましくは、どんなバルブ手段が使用されようとも、バルブが作動するところの温度をできる限り低くするため、バルブ手段は排気マニフォールド組立体からの排出口の近くに置かれる。
【００５９】
第１排出ガス流路１２内を流れる排出ガスは、可能な限り高い排出ガス温度が排気マニフォールド組立体から排出口に移動させられるよう、あまり冷やされること無く流れる。つまり、第１流路の中を流れる排出ガスを冷却するために何も企図されず、そして、自然の熱伝導及び放射ロスに起因して排出ガスの最小限の冷却が生じる。
【００６０】
反対に、第２排出ガス流路１３を流れる、若しくは通過する排出ガスは、排出ガス冷却器１４からの積極的な冷却に晒され、そして第２排出ガス流路１３に入る排出ガスと、第２排出ガス流路１３を出る排出ガスとの間には、大きな温度偏差が存在する。
【００６１】
排出ガス冷却器１４は、種々の形態であり得るが、いずれの場合においても、第２排出ガス流路１３を通る排出ガスを冷却するために、液体の冷媒が使用される。
【００６２】
好ましくは、この冷媒はエンジン１０の主冷却回路（不図示）から引き出され、その後、主冷却回路に戻される。これは、排出ガス冷却器１４が排出ガスからいくらかの熱を回収し且つ、主冷却回路にそれを返すことを可能とするからである。これは、低温状態でエンジンを始動した後にエンジン暖機を促進するときに有利であり、それによって、エンジン暖機中の排出物の低減、暖機中の排出物の低減及び、乗員室のヒーター能力を改善する。しかしながら、排出ガスから吸収した熱を消散させるためのラジエータ及び、冷媒を循環させるためのポンプを持つ、独立した冷媒供給回路も必要に応じて使用され得ることは、理解できるであろう。
【００６３】
三元触媒１６は、排気マニフォールドの下流の近距離のところに置かれ得るが、排気マニフォールドからの排出口の直接的に連結されるのが好ましい。つまり、三元触媒１６は、好ましくは近接触媒である。
【００６４】
同様に、リーンＮＯｘトラップは、三元触媒１６の下流に置かれる独立装置であり得るが、本発明による排気マニフォールド組立体を利用することにより、三元触媒１６及びリーンＮＯｘトラップ１７が排気マニフォールドの排出口に直接的に結合された共通のキャニスター内に載置されることが可能であり、有利である。これは、そのような配置が、二つのキャニスターを持つ車両に比べて、より低価格で製造でき、車両内により簡単に配設できるからである。そのような配置において、共通キャニスター配列は、キャニスターの入口端部において三元触媒ブリック（brick）を収容し、ＮＯｘトラップは三元触媒ブリックの下流で、共通キャニスターの排出口の近くに置かれるであろう。
【００６５】
ＮＯｘトラップ１７の入口に単一の温度センサー２０が示されているが、数個の温度センサーが、排気マニフォールドを出るところ、三元触媒１６を出るところ、ＮＯｘトラップ１７に入るところ及び、ＮＯｘトラップ１７を出るところのような、種々の部位における排出ガスの温度を示す信号を供給するのに使用される場合もある。或いは、排出ガスの温度は予め設計されたモデルを用いて算出され得る。しかしながら、三元触媒１６を出る排出ガス即ち、ＮＯｘトラップ１７に入る排出ガスのおよその温度を示す少なくとも１つの信号が電子制御装置５に供給されたとき、バルブ手段１５の有効な制御が得られ得る。
【００６６】
排出ガス制御装置の作動は以下の通りである。
【００６７】
エンジンの始動の際に主として必要なことは、三元触媒１６をできるだけ早くライト・オフすることと、エンジン１０が希薄燃焼（リーン）モードで運転可能となるまでは重要ではないが、ＮＯｘトラップ１７をライト・オフすることである。リーンバーン・エンジンは、それがリーンで運転されるために十分暖まるまで、約３分の運転が必要であるのが一般的である。
【００６８】
したがって、この運転フェーズの間、電子制御装置５は、バルブ手段１５を完全に開くことによって排出ガスの大部分が第１排出ガス流路１２を通って排気マニフォールド組立体に入るように、バルブ手段１５を制御する。少量の排出ガスが第２排出ガス流路１３を通る可能性があるが、これは排気マニフォールド組立体から出る排出ガスの温度に大きな影響を与えないであろう。バルブ手段１５は第２排出ガス流路１３を通る流れを禁止しないが、バルブ手段１５が完全に開かれたとき、第２排出ガス流路１３の排出ガスの流れに対する抵抗は、第１排出ガス流路１２よりも高いことは理解できるであろう。この工程は、温度センサー２０からの信号が、三元触媒１６内部の温度が、三元触媒１６のライト・オフ温度に到達したことを示すまで継続する。この温度は、それを下回るときに排出ガスが主として第１排出ガス流路１２に導かれる、第１所定温度として使用される。以下に示される処理を用いて、この温度は温度センサー２０を使用する直接測定と、モデリングの組み合わせによって導き出され得る。例えば、２７５℃のライト・オフ温度が三元触媒１６に必要とされる場合、電子制御装置５は、測定された温度と実際のブリック温度との関係を示すルックアップ・テーブルを使用することにより、検出された温度が３２５℃に達するまで、排出ガス流を第１排出ガス流路１２に導くべくバルブ手段を制御するよう作動し得る。或いは、測定位置とブリック中心温度との間に５０℃の温度偏差があることが分かっている場合、電子制御装置５の中に設定される所定温度が、３２５℃とされる。
【００６９】
三元触媒１６がライト・オフすると同時に、迅速な加熱の必要性は少なくなり、電子制御装置５は、そこにおいて排気マニフォールド組立体を出る排出ガスの温度を、広い意味で、その下端が、それを下回ると三元触媒１６と、リーンＮＯｘトラップの一方が効率的に動作しない低温側温度限界によって境界され、その上端がそれを上回ると三元触媒１６と、リーンＮＯｘトラップの一方の時効が生じる高温側温度限界によって境界される、所定範囲内に維持することを企図する第２の運転フェーズに入る。
【００７０】
本実施形態の実施において、電子制御装置５は、この運転フェーズの間、ＮＯｘトラップの中の排出ガスの温度が、そこにおいてＮＯｘトラップが最大効率で動作する温度範囲内に維持するために動作する。もし排出ガス温度が、この範囲の上端に近づいたならば、電子制御装置５は、バルブ手段１５を完全に若しくは部分的に閉じることによって、より多くの排出ガスが第２排出ガス流路１３を通って流れる状態を作るべく、バルブ手段を操作し、もし排出ガス温度が、この範囲の下端に近づいたならば、電子制御装置５は、バルブ手段１５を開くことによって第１排出ガス流路１２を通る排出ガス流の比率を増加させる。このようにして、電子制御装置５は、少なくともエンジン１０がリーンバーン・運転モードで運転している間、ＮＯｘトラップ１７に入る排出ガスの温度を要求される温度範囲内に保つことができる。
【００７１】
もしリーンＮＯｘトラップ１７に入る排出ガスの温度が好ましい温度範囲の上限値を超えたならば、バルブ手段１５は、バルブ手段１５を完全に閉じることによって第２排出ガス流路１３を通る排出ガスの量が最大になるよう作動する。これは、リーンＮＯｘトラップ１７の温度時効の影響を低減するため、排気マニフォールド組立体を出る排出ガスの温度を、好ましい温度範囲の上限値に可能な限り近づける。エンジンが高負荷や高回転で運転している間、エンジンを出る排出ガスの温度は大幅に上がり、そして冷却要求が排出ガス冷却器１４の冷却能力を一時的に超えそうになることは理解できるであろう。したがって、これらの状態の間、リーンＮＯｘトラップ１７に入る気体の温度をできるだけ低くすることが目的とされる。
【００７２】
そのような状態の間、三元触媒１６も悪影響を与えられる可能性があるので、電子制御装置５が、三元触媒１６内の排出ガスの温度が所定の上限温度を上回るとき、第２排出ガス流路を通る流れを最大化し、第１排出ガス流路１２を通る流れを最小化するよう作動することも可能である。これは、三元触媒１６内の排出ガス温度が、リーンＮＯｘトラップ１７内の温度よりかなり高いことにより、三元触媒１６とリーンＮＯｘトラップ１７との間に、かなり大きな温度差がある場合に、とりわけ適切である。
【００７３】
しかしながら、電子制御装置５はまた、リーンＮＯｘトラップ１７から硫黄を除去する必要が生じたとき、リーンＮＯｘトラップ１７に入る排出ガスの温度が好ましい温度範囲の上限を超えるのを許容するようプログラムされる。これは、リーンＮＯｘトラップ１７から硫黄を除去するために、リーンＮＯｘトラップ１７が、６５０℃のような、通常の運転範囲を優に上回る高温まで加熱されなければならないからである。
【００７４】
そのような脱硫運転が必要とされたとき、電子制御装置５は、リーンＮＯｘトラップ１７に入る排出ガスの温度が、かなりの割合の排出ガスが第１排出ガス流路１２を通ることを許容し、そして第２排出ガス流路１３を通る流れを制限することを通常必要とする、要求温度まで上昇することを許容すべく、バルブ手段１５を制御する。エンジンを出る排出ガスの温度が約６７５℃の場合は、冷却は必要なく、流れは主として第１排出ガス流路１２を通るが、排出ガスの温度が８００℃の場合は、この好ましくない温度から、三元触媒１６そして、特にリーンＮＯｘトラップ１７を保護するため、ある程度の冷却作用が必要とされる。この場合においては、バルブ手段１５が、所望の脱硫温度を生成するため、第１排出ガス流路１２及び第２排出ガス流路１３の両方を通る流れが生じるのを許容する。
【００７５】
したがって、本発明に従った排出ガス制御装置は、始動時の増加された燃料経済性と排出物低減をもたらす排出ガスからの熱の回収によって、エンジンの暖機運転を改善すること、触媒装置に入る排出ガスの最高温度を低減する能力によって触媒装置の時期尚早な時効のリスクを低減すること、エンジンの排気マニフォールドの近くに連結された単一のユニット内で三元触媒とリーンＮＯｘトラップとを一体化する機会を得ること、そして、排出ガスの温度を、そこにおいて最適な効率が得られる好ましい範囲内に維持する能力によってリーンＮＯｘトラップの能力を改善することを含むが、これらに限定されない、幾つかの有利点を持つ。
【００７６】
本発明は、リーンバーン・エンジンにおいて特に有利なので、本発明をリーンバーン・エンジンの排出ガス制御装置を具体的に参照して説明してきたが、他の形式のエンジンにも適用可能であることは理解できるであろう。この場合、リーンＮＯｘトラップは、エンジンの形式に依存して、別の触媒或いは、微粒子捕集装置によって置き換えられるであろう。
【００７７】
図２及び図３を特に参照すると、前述の排出ガス制御装置の一部を形成する際の使用に適した、排気マニフォールド組立体３０の第１実施形態が、より詳細に示される。
【００７８】
排気マニフォールド組立体３０は、インナー・クラムシェル３２の形式の第１筐体によって囲まれた、排気管３３の形式の４つの内側排気導管（内側排出ガス導管）を有し、インナー・クラムシェル３２は、閉容積（閉空間）を規定すべく排気管３３から間隔を空けて置かれる。インナー・クラムシェル３２はそれ自体、閉容積を規定すべくインナー・クラムシェル３２から間隔を空けて置かれたアウター・クラムシェル３１の形式の第２筐体に囲まれている。この場合において、インナー・クラムシェル３２及びアウター・クラムシェル３１はそれぞれ、個々の閉容積を規定すべく共に溶接された二つ以上の構成部品を持つ、プレス加工された金属部品である。しかしながら、代替形態の構造が使用され得ることは理解できるだろう。
【００７９】
内側排出ガス導管としての排気管３３は、排気マニフォールド組立体３０を通る第１排出ガス流路１２を規定し、この流路は排出ガスの冷却を最小にすべく設計される。これは、インナー・クラムシェル３２及びアウター・クラムシェル３１が必要な構造的剛性を提供するので、排気管の熱質量を最小化することにより達成され得る。排気管３３とインナー・クラムシェル３２の間に形成される容積（空間）が第２排出ガス流路１３を形成し、そして、インナー・クラムシェル３２とアウター・クラムシェル３１との間に形成される容積が排出ガス冷却器１４を形成する。
【００８０】
使用に際して排気マニフォールド組立体が結合されるエンジンの主冷却回路からの冷媒は、インナー・クラムシェル３２から熱を取り除いて移動させるため、入口２５から排出口２６へ、インナー・クラムシェル３２とアウター・クラムシェル３１との間に形成された容積を通って循環する。つまり、熱は、インナー・クラムシェル３２を介した熱伝導によって、第２排出ガス流路１３を流れる排出ガスから、取り除かれる。
【００８１】
単一の排気管フランジ３９が、この場合において、排気マニフォールド組立体３０をエンジン（不図示）に連結するために使用される。しかしながら、各排気管が独立に冷却される場合、数個の排気管フランジが使用される可能性がある。
【００８２】
インナー・クラムシェル３２とアウター・クラムシェル３１は、それらを排気管フランジ３９に固定すべく、排気管フランジ３９に溶接される。排気管フランジ３９は、排気管３３との連携のために、そこから外側に延びる多くの管状スリーブ３４を持つ。
【００８３】
排気管３３のそれぞれは、管状スリーブ３４のそれぞれの中に、それらの間に滑り継手を形成すべく、嵌入される。或いは、排気管は管状スリーブの外側に対して嵌められ得ることは理解できるであろう。
【００８４】
滑り継手は、排気管３３の加熱や冷却の間に移動が生じることを可能とするだけでなく、排気管フランジ３９及び排気管３３の調整をするための場所を提供する。管状スリーブ３４のそれぞれは、排気管フランジ３９の中に形成された開口３９ａ（図２においては、１つしか見えない）を用いて調整するよう、適所に置かれる。開口３９ａは、エンジンから排気マニフォールド組立体３０への入口を形成し、エンジンの排気ポート（不図示）と一直線に配設される。
【００８５】
管状スリーブ３４のそれぞれは、多くの開口３５を持つ。これらの開口は、排気管３３と管状スリーブ３４との間に必要とされるオーバーラップが僅か数ミリに過ぎないので、排気管３３によって塞がれない。管状スリーブ３４の中の開口３５は、排気管３３とインナー・クラムシェル３２との間に規定される第２排出ガス流路への入口を形成する。
【００８６】
或いは、管状スリーブ３４の中に形成される開口３５は、排気管３３の端部における補助開口（不図示）と連携する。管状スリーブ３４の中の開口３５と、排気管の中の補助開口は、排気管３３とインナー・クラムシェル３２との間に規定される第２排出ガス流路への入口を形成する。
【００８７】
排気管３３は、エンジンから、そこにおいて個々の排気管３３が、排気マニフォールド組立体３０から排出口に向かって延びる単一の導管を形成すべく結合する接合点３６に向かって独立して伸びる。
【００８８】
排出ガスが閉容積から出て、排気マニフォールド組立体３０の排出口に流れるのを可能とするため、出口開口３７が、第２排出ガス流路１３の排出口端部において形成される。
【００８９】
バルブ組立体４０の形態のバルブ手段が、排気マニフォールド組立体３０の排出口から僅かに上流の、第１排出ガス流路１２と第２排出ガス流路とが単一の混合排出流を形成すべく結合される位置の直前の位置に配設される。バルブ組立体４０は、この場合、第２排出ガス流路１３のみを通る流れを制御するのが示されるが、バルブ組立体が、（図１に示すように）第１排出ガス流路１２を通る流れを制御すべく置かれ、或いは、両方の流路を通る流れを制御すべく、そこにおいて第１及び第２排出ガス通路が結合する位置に置かれることも同等に可能であることは理解できるであろう。
【００９０】
バルブ組立体４０は、バキューム・アクチュエータ４２によって、リンケージ４３を介して可動とされるバタフライ・バルブ４１を有する。バキューム・アクチュエータ４２は、使用に際して、図１に示すような電子制御装置によって電気的に制御される。バキューム・アクチュエータを使用する代わりに、電気式アクチュエータやその他の適切なアクチュエータが使用され得ることは、理解できるであろう。
【００９１】
バルブ組立体４０は、この場合において、三元触媒コンバータ（不図示）のような近接触媒のキャニスターの一端部としても使用される、排気マニフォールド組立体３０の出口筐体３８の中に載置される。既に述べたように、リーンＮＯｘトラップも、三元触媒に使用されるのと同じキャニスターの中に載置され得る。出口筐体は、冷媒を入口２５からバタフライ・バルブ４１の軸受（不図示）を取り囲む領域へ導く内部導管（不図示）を持つ。これは、安価な軸受材料の使用を許容し、そして、その上、バタフライ・バルブ４１は第２排出ガス流路を通る気体の流量を調整するだけなので、第１排出ガス流路１２の出口に置かれた場合に比べ低い温度に晒される。
【００９２】
排気マニフォールド組立体３０の動作は以下の通りである。バタフライ・バルブ４１は、排気マニフォールド組立体３０の下流の排出ガスの目標温度に応じて位置を選択すべく、電子制御装置によって制御される。
【００９３】
バタフライ・バルブ４１が図３に示す位置に移動した場合、第２排出ガス流路を通る流れは制限されず、したがって排出ガスの流れとして、排気管３３を通る即ち、排気マニフォールド組立体３０を直接的に通る、温度損失の比較的少ない第１排出ガス流路を通る流れと、そこにおいて排出ガスが冷却される第２排出ガス流路を通る流れとが存在する。その二つの排出ガスの流れは、その後、排気マニフォールド組立体３０を出る前に、混合する。結果として生じるガス流の温度は、個々の温度及び、二つの流れの体積流量率に依存するが、排気マニフォールド組立体３０に入る排出ガスの温度よりかなり低い。排気マニフォールド組立体３０は、バルブ組立体４０を使ってこれら二つの流れの比を変えることにより、排気マニフォールド組立体３０を出る排出ガスの温度を変えるのに使用され得る。これは、下流の三元触媒或いはリーンＮＯｘトラップに入る排出ガスの温度を、これらの触媒装置を最大の或いはそれに近い効率で作動させるべく調整するのに、有用である。
【００９４】
バタフライ・バルブ４１が、図示されているものに対して直角に動いた場合、第２排出ガス流路を通る流れは阻止され、したがって、排出ガスの流れは、大幅な温度損失無く、排気管３３を直接通って排気マニフォールド組立体３０を通る流れのみとなる。これは、例えば三元触媒やリーンＮＯｘトラップのライト・オフのために、下流の装置へできる限り高い温度を供給する必要性がある場合に、有用である。
【００９５】
第２排出ガス流路の終端におけるこの位置にバタフライ・バルブ４１を置くことの欠点の１つが、排出ガスが常時第１排出ガス流路を通って流れ、第２排出ガス流路を通る流れを増やすことしか、この流れを制限できないことである。これは、常に冷却されない排出ガスの流れが存在するため、達成可能な最大の温度降下を制限する。しかしながら、先に説明したように、バタフライ・バルブは、そのように配置されることによって、より低い温度に晒され、したがって、その製造においてより安価な材料が使用される可能性を持つ。
【００９６】
図４を参照すると、本発明による排気マニフォールド組立体の第２実施形態が示され、それは多くの点で既に説明したものと同じである。
【００９７】
排気マニフォールド組立体３０は、インナー・クラムシェル１３２の形式の第１筐体によって囲まれた、排気管１３３の形式の４つの内側排気導管（内側排出ガス導管）を有し、インナー・クラムシェル１３２は、閉容積を規定すべく排気管１３３から間隔を空けて置かれる。インナー・クラムシェル１３２はそれ自体、閉容積を規定すべくインナー・クラムシェル１３２から間隔を空けて置かれたアウター・クラムシェル１３１の形式の第２筐体に囲まれている。前述の通り、インナー・クラムシェル１３２及びアウター・クラムシェル１３１はそれぞれ、個々の閉容積を規定すべく共に溶接された、プレス加工された金属部品である。
【００９８】
排気管１３３は、排気マニフォールド組立体３０を通る第１排出ガス流路を規定する。排気管１３３とインナー・クラムシェル１３２の間に形成される容積が第２排出ガス流路１３を形成し、そして、インナー・クラムシェル１３２とアウター・クラムシェル１３１との間に形成される容積が排出ガス冷却器１４を形成する。
【００９９】
使用に際して排気マニフォールド組立体が接続されるエンジン（不図示）の主冷却回路からの冷媒は、インナー・クラムシェル１３２から熱を取り除いて移動させるため、入口１２５から排出口１２６へ、インナー・クラムシェル１３２とアウター・クラムシェル１３１との間に形成された容積を通って循環する。
【０１００】
この場合において、単一の排気管フランジ１３９が、排気マニフォールド組立体をエンジンに連結するために使用される。
【０１０１】
インナー・クラムシェル１３２とアウター・クラムシェル１３１は、それらを排気管フランジ１３９に固定すべく、排気管フランジ３９に溶接される。排気管フランジは、排気管１３３の一部との連携のために、そこから外側に延びる多くの管状スリーブ（図では見えない）を持つ。
【０１０２】
排気管１３３のそれぞれは、排気管１３３の加熱と冷却の間の移動を可能とする滑り継手を形成すべく、管状スリーブの外側に嵌められる。
【０１０３】
管状スリーブのそれぞれは、排気管フランジ１３９の中に形成された開口（不図示）を用いて調整するよう、適所に置かれる。この開口は、エンジンから排気マニフォールド組立体への入口を形成し、エンジンの排気ポート（不図示）と一直線に配設される。
【０１０４】
管状スリーブのそれぞれは、排気管１３３の端部の補助開口１３５と協働するため、その中に形成される多くの開口を持つ。管状スリーブの中の開口と、排気管の中の補助開口１３５は、排気管１３３とインナー・クラムシェル１３２との間に規定される第２排出ガス流路への入口を形成する。
【０１０５】
排気管１３３は、エンジンから、そこにおいて個々の排気管１３３が、排気マニフォールド組立体から排出口に向かって延びる単一の導管を形成すべく結合するマニフォールドに向かって少しの距離、独立して伸びる。
【０１０６】
排出ガスが閉容積から出て、排気マニフォールド組立体の排出口に流れるのを可能とするため、出口開口１３７が、第２排出ガス流路１３の排出口端部において形成される。
【０１０７】
バルブ組立体１４０が、排気マニフォールド組立体の排出口から僅かに上流の、第１排出ガス流路と第２排出ガス流路とが単一の混合排出流を形成すべく結合される位置の直前の位置に配設される。バルブ組立体１４０は、第１排出ガス流路のみを通る流れを制御する。
【０１０８】
バルブ組立体１４０は、バキューム・アクチュエータ１４２によって、リンケージ１４３を介して可動とされたバタフライ・バルブ１４１を有する。バキューム・アクチュエータ１４２は、使用に際して、図１に示すような電子制御装置によって電気的に制御される。
【０１０９】
バルブ組立体１４０は、この場合において、三元触媒コンバータ（不図示）のような近接触媒のキャニスターの一端部としても使用される、排気マニフォールド組立体３０の出口筐体１３８の中に載置される。既に述べたように、リーンＮＯｘトラップも、三元触媒に使用されるのと同じキャニスターの中に載置され得る。出口筐体１３８は、冷媒を入口１２５からバタフライ・バルブ１４１の軸受（不図示）を取り囲む領域へ導く内部導管（不図示）を持つ。
【０１１０】
排気マニフォールド組立体の動作は以下の通りである。バタフライ・バルブ１４１は、排気マニフォールド組立体の下流の排出ガスの目標温度に応じて位置を選択すべく、電子制御装置によって制御される。
【０１１１】
バタフライ・バルブ１４１が図４に示す位置に移動した場合、第１排出ガス流路を通る流れは制限されず、したがって排出ガスの流れとして、排気管１３３を通る、即ち、排気マニフォールド組立体を直接的に通る温度損失の比較的少ない流れと、そこにおいて排出ガスが冷却される第２排出ガス流路を通る流れとが存在する。その二つの排出ガスの流れは、その後、排気マニフォールド組立体３０を出る前に、混合する。結果として生じるガス流の温度は、個々の温度及び、二つの流れの体積流量率に依存し、そして流れ抵抗の違いのため、流れの大部分は第１排出ガス流路を通る。これら二つの流れの比を変えることにより、排気マニフォールド組立体３０は、排気マニフォールド組立体３０を出る排出ガスの温度を変えるために使用され得る。これは、下流の三元触媒或いはリーンＮＯｘトラップに入る排出ガスの温度を、これらの触媒装置を最大の或いはそれに近い効率で作動させるべく、調整するのに有用である。
【０１１２】
バタフライ・バルブ１４１が、図示されているものに対して直角に動いた場合、第１排出ガス流路を通る流れは阻止され、したがって、排出ガスは、最大冷却効果を得る第２排出ガス流路を主として流れざるを得ない。この配置は、排出ガス温度を、そこにおいて排気マニフォールド組立体の下流に置かれた装置の時期尚早な時効が生じる温度を下回って降下するのに、或いは、少なくとも、そのような温度を上回るいかなる温度変位をできるだけ少なくするのに、有用である。
【０１１３】
バタフライ・バルブ１４１がそのように配設された場合、第２排出ガス流路を通って流れる排出ガスの比率が、バタフライ・バルブ１４１が図４に示す位置にあるとき、下流に置かれた触媒の迅速なライト・オフをもたらすため、十分な排出ガス温度が供給され得るように、設定されるべきであることは理解できるであろう。これは、第２排出ガス流路を通って流れることに対する抵抗を変える開口１３５の大きさと数を変更すること、或いは、排気管１３３とインナー・クラムシェル１３２との間の隙間の大きさを変えることにより、或いは、それらの組み合わせにより、行なわれ得る。
【０１１４】
図５及び図６を参照すると、本発明による排気マニフォールド組立体の、第３の実施形態が示される。
【０１１５】
排気マニフォールドは、排気マニフォールド組立体を通る第１排出ガス流路を規定する排気管２３３の形式の４つの内側排気導管（内側排出ガス導管）とバルブ組立体２４０を有し、バルブ組立体２４０は、第１排出ガス流路の終端部に配設された可動バルブ手段としてのバタフライ・バルブ２４１、バタフライ・バルブ２４１から排出ガス冷却器２１４への流路を提供する第１冷却導管２１３ａ及び、排出ガス冷却器２１４の排出口からバタフライ・バルブ２４１に戻る流路を提供する第２冷却導管２１３ｂを持つ。
【０１１６】
エンジンから排気管２３３を介して排気マニフォールド組立体を通り、その後、第１及び第２冷却導管２１３ａ、２１３ｂ及び排出ガス冷却器を通って流れる排出ガスが、第２排出ガス流路をたどる。
【０１１７】
使用に際して排気マニフォールド組立体が結合されるエンジン（不図示）の主冷却回路からの冷媒が、排出ガス冷却器２１４を通過する排出ガスを冷却するため、排出ガス冷却器を通って循環する。
【０１１８】
単一の排気管フランジ２３９が、排気マニフォールド組立体をエンジンに結合するのに使用され、排気管２３３のそれぞれが、排気管フランジ２３９に直接溶接される。
【０１１９】
排気管２３３は、エンジンから、そこにおいて個々の排気管２３３が、バルブ組立体２４０に向かって延びる単一の導管を形成すべく結合するマニフォールドに向かって少しの距離、独立して伸びる。
【０１２０】
バルブ組立体２４０が、排気マニフォールド組立体の排出口から僅かに上流の、第１排出ガス流路と第２排出ガス流路とが単一の混合排出流を形成すべく結合される位置に配設される。バルブ組立体２４０は、両方の排出ガス流路の流量を調整し、或いは具体的には、どれだけの量の排出ガスが排出ガス冷却器２１４を通って迂回されるべきかを判定する。
【０１２１】
バルブ組立体２４０は、バキューム・アクチュエータ２４２によって、リンケージ２４３を介して可動とされたバタフライ・バルブ２４１を有する。バキューム・アクチュエータ２４２は、使用に際して、図１に示すような電子制御装置によって電気的に制御される。
【０１２２】
バルブ組立体２４０は、この場合において、三元触媒コンバータ（不図示）のような近接触媒のキャニスターの一端部としても使用される、排気マニフォールド組立体３０の出口筐体２３８の中に載置される。既に述べたように、リーンＮＯｘトラップも、三元触媒に使用されるのと同じキャニスターの中に載置され得る。出口筐体２３８は、この場合、鋳物であり、二つの冷却導管２１３ａ、２１３ｂを備えた単一部材としての鋳造品である。しかしながら、他の形態の構成や設計も使用され得ることは理解できるであろう。
【０１２３】
排気マニフォールド組立体の動作は以下の通りである。バタフライ・バルブ２４１は、排気マニフォールド組立体の下流の排出ガスの目標温度に応じて位置を選択すべく、電子制御装置によって制御される。
【０１２４】
バタフライ・バルブ２４１が図５及び図６に示す位置に移動した場合、第１排出ガス流路及び第２排出ガス流路を通る流れは制限されない。しかし、排出ガスの大部分は排気管を通って、即ち、温度損失が殆ど無い状態で、排気マニフォールド組立体を直接的に通って流れる。これは、排出ガスが排出ガス冷却器２１４を通る場合に高い流れ抵抗が存在するため及び、排出ガスの慣性が排出ガスを第１冷却導管２３１ａの入口を通過させるためである。
【０１２５】
したがって、バタフライ・バルブ２４１がこの位置にあるとき、排出ガスが主として第１排出ガス通路を通るため、排気マニフォールド組立体に入る排出ガス温度と、排気マニフォールド組立体から出る排出ガス温度との間には、殆ど差が生じない。しかしながら、少しの流量の排出ガスが、主エンジン冷却回路内の冷媒を温める一助となるべく使用され得る排出ガス冷却器２１４を通って流れる。
【０１２６】
その後、二つの排出ガスの流れは、排気マニフォールド組立体を出る前に、混合される。結果として生じるガス流の温度は、個々の温度及び、二つの流れの体積流量率に依存する。
【０１２７】
バタフライ・バルブが図６において参照符号２１４ａにより示されるように、図５に示す位置に対して４５度の位置に移動した場合、第１排出ガス流路を通る流れが阻止され、全ての排出ガスが第２排出ガス流路を通らざるを得ない。第２排出ガス流路は、排出ガス導管としての排気管２３３だけでなく、第１冷却導管２１３ａ、第２冷却導管２１３ｂ及び、排出ガス冷却器２１４を含むことは理解できるであろう。このバルブ位置は、排気マニフォールド組立体を出る排出ガスの温度をできる限り降下させることにより、排気マニフォールド組立体を出る排出ガスの温度が、排気マニフォールドの下流に載置されたいかなる装置にも時期尚早な時効を生じさせるのを禁止するのに有用である。もし排出ガス冷却器２１４の冷却能力が、エンジンを最大動力近くで運転することによって越えられる可能性があるので、排出ガスが高い温度に達しないということではないが、それはできるだけ低くされる。例えば、排出ガス冷却器が１５０℃の温度降下を生成する能力があるときに、排出ガス温度が８００℃まで上がった場合、排気マニフォールド組立体を出る排出ガスの温度は依然として６５０℃あるが、これは８００℃の温度の場合に比べて、時効の影響は少ない。
【０１２８】
したがって、これらの二つの位置の間でバタフライ・バルブ２４１、２４１ａの位置を変えることにより、冷却された排出ガスと冷却されていない排出ガスとの比を変えることができる。これは、排気マニフォールド組立体が、下流に移動する排出ガスの出口温度を変更可能であることを意味し、排気マニフォールド組立体が、触媒装置或いはリーンＮＯｘトラップを、最大作動効率又はその近傍に保持するために使用され得ることを意味する。
【０１２９】
図７を参照すると、図６に示すバルブ配置と直接置き換えることを意図された、代替バルブ配置が示される。
【０１３０】
この場合において、バルブ手段としてのペニー・バルブ（penny valve）３４１が、バタフライ・バルブの代わりに使用される。
【０１３１】
このバルブ配置と、前述のバルブ配置との主な違いは、ペニー・バルブ３４１が図７における参照符号３４１により示される第１の位置にあるとき、第２冷却導管２１３ｂの排出口が覆われるため、第２排出ガス流路を通る流れが無い点である。バルブ部材が、図７における参照符号３４１ａにより示される第２の位置にあるとき、排出ガスの全ては、第２排出ガス流路を通って流れ、第１排出ガス流路を通って流れることはできない。したがって、この配置は、両方の排出ガス流路を選択的に停止することを可能とする。これは、図６に示す配置の場合に比べて、エンジン暖機中に供給される排出ガスの温度を、より高くすることを可能とする。
【０１３２】
既に述べたように、ペニー・バルブ３４１は、排気マニフォールド組立体を出る排出ガスの温度が、前述した種々の作動要求に合うように調整されるのを許容すべく、移動可能である。
【０１３３】
図７に示すバルブ配置の利点の１つは、ペニー・バルブ３４１、３４１ａの軸受が、第２冷却導管２１３ｂの出口に置かれるので、第２冷却導管２１３ｂから出てくる冷たい排出ガスに時々晒されることとなり、それによって、安価な軸受材料が使用され得る点である。また、排出ガスの大部分が冷却されずに排気マニフォールド組立体から流れ出るときでさえも、冷却された排出ガスの流れがペニー・バルブ３４１の後面を冷やすことが可能なように、少量の漏れがペニー・バルブ３４１を超えることを可能にする場合もある。
【０１３４】
本発明を１つ以上の実施形態を参照して例示の目的で説明してきたが、本発明が記載された実施形態に限定されないこと、そして、記載された実施形態に対する修正実施形態或いは代替実施形態が本発明の範囲を逸脱することなく構成され得ることは、この技術分野の当業者によって理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明による排出ガス制御装置のブロック図である。
【図２】本発明による排出ガス制御装置の第１の実施形態の斜視断面図である。
【図３】図２のバルブ組立体部分の拡大図である。
【図４】本発明による排出ガス制御装置の第２の実施形態の斜視断面図である。
【図５】本発明による排出ガス制御装置の第３の実施形態の斜視断面図である。
【図６】図５のバルブ組立体の断面図である。
【図７】図６のバルブ組立体の代替実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【０１３６】
５      電子制御装置
１０      エンジン（内燃機関）
１２      第１排出ガス流路
１３      第２排出ガス流路
１４      排出ガス冷却器
１５      バルブ手段
１６      三元触媒
１７      ＮＯｘトラップ
２０      温度センサー（排出温度センサー）
２５      入口
２６      排出口
３０      排気マニフォールド組立体
３１      アウター・クラムシェル（第２筐体）
３２      インナー・クラムシェル（第１筐体）
３３      排気管（排出ガス導管）
３４      管状スリーブ
３５      開口
３６      接合点
４０      バルブ組立体
４１      バタフライ・バルブ（バルブ手段）
１２５      入口
１２６      排出口
１３１      アウター・クラムシェル（第２筐体）
１３２      インナー・クラムシェル（第１筐体）
１３３      排気管（内側排出ガス導管）
１４０      バルブ組立体
１４１      バタフライ・バルブ（バルブ手段）
２１３ａ    第１冷却導管
２１３ｂ    第２冷却導管
２１４      排出ガス冷却器
２３３      排気管（内側排出ガス導管）
２４０      バルブ組立体
３４１      ペニー・バルブ（バルブ手段）
【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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