(57)【要約】【課題】排気通路の下流側の触媒に対して偏りなく排ガスを供給可能なタービン装置を提供する。【解決手段】タービン装置は、内燃機関からの排ガスによって駆動するタービンホイールと、タービンホイールを収容するタービンハウジングであって、排ガスが導入される排ガス導入通路、排ガス導入通路の下流側に接続され、排ガス導入通路を流れる排ガスをタービンホイールに供給するためのスクロール通路、タービンホイールを駆動させた排ガスを外部に排出するための排出側通路、及びタービンホイールを迂回して、排ガス導入通路と排出側通路とを接続するバイパス通路、を有するタービンハウジングと、バイパス通路を開閉可能なバルブ本体を有するウェイストゲートバルブと、を備え、バルブ本体は、全閉状態においてバイパス通路のバイパス入口とバイパス出口との間に位置し、且つ、全開状態においてバイパス通路内に存在しないように構成される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガスによって駆動するタービンホイールと、
前記タービンホイールを収容するタービンハウジングであって、
前記内燃機関から排出された排ガスが導入される排ガス導入通路、
前記排ガス導入通路の下流側に接続され、前記排ガス導入通路を流れる前記排ガスを前記タービンホイールに供給するためのスクロール通路、
前記タービンホイールを駆動させた前記排ガスを外部に排出するための排出側通路、及び
前記タービンホイールを迂回して、前記排ガス導入通路と前記排出側通路とを接続するバイパス通路、を有するタービンハウジングと、
前記バイパス通路を開閉可能なバルブ本体を有するウェイストゲートバルブと、を備え、
前記バルブ本体は、全閉状態において前記バイパス通路のバイパス入口とバイパス出口との間に位置し、且つ、全開状態において前記バイパス通路内に存在しないように構成されることを特徴とするタービン装置。
【請求項２】
前記排出側通路には、前記バイパス出口の断面中心と前記タービンホイールの回転軸線とが存在する平面を垂直方向に視認した場合において、前記バイパス通路の前記バイパス出口から、前記バイパス出口の前記断面中心を通過し、且つ、前記バイパス出口の流路断面に垂直な垂直線と前記タービンホイールの前記回転軸線との交点までの間に、前記バイパス出口から流出する前記排ガスの流れを阻害する構造物が存在しないことを特徴とする請求項１に記載のタービン装置。
【請求項３】
前記ウェイストゲートバルブは、前記バルブ本体が前記バイパス通路の交差方向に進退することにより、前記バイパス通路を開閉可能なスライド型スリーブ弁であることを特徴とする請求項１または２に記載のタービン装置。
【請求項４】
前記ウェイストゲートバルブのバルブ本体は板状の形状を有することを特徴とする請求項３に記載のタービン装置。
【請求項５】
前記ウェイストゲートバルブは、前記バイパス通路の交差方向を回転軸として回転することにより、前記バイパス通路を開閉可能なロータリー型スリーブ弁であることを特徴とする請求項１または２に記載のタービン装置。
【請求項６】
前記バイパス通路には、前記バイパス通路を流れる前記排ガスを旋回させるための複数のベーンを有するスワラーが設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタービン装置。
【請求項７】
内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設置される請求項１〜６のいずれか１項に記載のタービン装置と、
前記排気通路において前記タービン装置の下流側に設置される触媒装置と、を備えることを特徴とする過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関に取り付けられる排気タービン過給機のタービン装置、および、このタービン装置を備える過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機付き内燃機関では過給機のタービン装置の下流に触媒装置が設置されており、内燃機関から排気通路に排出された排ガスはタービンのタービンホイールを回転駆動した後、触媒装置による浄化を経て外部に放出される。このような過給機付き内燃機関において触媒（排気浄化触媒）の早期活性化を行うために、内燃機関の始動時などにタービン装置のウエィストゲートバルブを開状態にし、タービンホイールを迂回した高温の排ガスを触媒装置に供給する技術が知られている（例えば、特許文献１）。タービンホイールを回転駆動する前の排ガスの温度は、タービンホイールを回転駆動した後の排ガスの温度よりも高温となる。このため、上記の技術によれば、タービンホイールを通過させることによる排ガスの温度低下を回避し、高温の排ガスを触媒に供給することが可能となる。
【０００３】
そして、特許文献１には、触媒に到達する前の排ガスによって排気通路に生じる温度布を是正するために、各所の温度が均一化された排ガスを触媒に流入させることが可能な過給システムが開示されている。より詳細には、タービンホイールを回転駆動した低温の排ガスとバイパス通路を通過した高温の排ガスとを互いに反対方向に旋回させることにより、２つの流路の各々を通過した排ガスが合流する際の衝突による乱れを大きくし、触媒に到達するまでに速やかに混合するように構成している。具体的には、ウェイストゲートバルブは、バイパス通路の出口（ウェイストゲートポート）を覆うことが可能な弁体をアームで回動させることによりバイパス通路の開閉を行うよう構成されており、バイパス通路を覆う弁体を出口から離すように動かすことで、この出口と弁体の隙間から排ガスを流出させると共に、バイパス通路の出口の端部を傾くように形成することで排ガスを旋回させている。
【０００４】
その他、過給機のバイパス通路とウェイストゲートバルブとの配置関係を示す文献として特許文献２がある。特許文献２のタービン装置では、ウェイストゲートバルブとして、バイパス通路の出口（ウェイストゲートポート）を覆うことが可能な弁体をスライドさせることによりバイパス通路の開閉を行うスライド型スリーブ弁が用いられている。そして、開弁状態において排ガスは、ウェイストゲートダクト（バイパス通路）から流出した後、弁体をスライドさせるためのハウジング壁に衝突して向きを変えて排気通路の下流に流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９０１１３号公報
【特許文献２】ＵＳ２０１４／０１９３２４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１〜２では、いずれも、バイパス通路に沿って流れた排ガスは、ウェイストゲートバルブとの衝突により流れ方向が変えられるため、全閉状態において弁体に衝突する際の排ガスの流れ方向と、全開状態においてバイパス通路の出口から流出して下流側に流れる際の排ガスの流れ方向とが異なっている。このため、バイパス通路の出口から流出した排ガスが排気通路（排出側通路）の内部で偏って流れることで、排出側通路の内部に温度分布が生じる可能性がある。この点、上述した特許文献１では、上記の２つの流路の各々を通った排ガスが衝突することにより生じる乱れは、２つの排ガスの界面で発生するため、両者の混合が十分とならない恐れがある。
【０００７】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、排気通路の下流側の触媒に対して偏りなく排ガスを供給可能なタービン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン装置は、
内燃機関からの排ガスによって駆動するタービンホイールと、
前記タービンホイールを収容するタービンハウジングであって、
前記内燃機関から排出された排ガスが導入される排ガス導入通路、
前記排ガス導入通路の下流側に接続され、前記排ガス導入通路を流れる前記排ガスを前記タービンホイールに供給するためのスクロール通路、
前記タービンホイールを駆動させた前記排ガスを外部に排出するための排出側通路、及び
前記タービンホイールを迂回して、前記排ガス導入通路と前記排出側通路とを接続するバイパス通路、を有するタービンハウジングと、
前記バイパス通路を開閉可能なバルブ本体を有するウェイストゲートバルブと、を備え、
前記バルブ本体は、全閉状態において前記バイパス通路のバイパス入口とバイパス出口との間に位置し、且つ、全開状態において前記バイパス通路内に存在しないように構成される。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、タービン装置のウェイストゲートバルブはバイパス通路におけるバイパス入口とバイパス出口と間に設置されると共に、全開状態においてバイパス通路内にバルブ本体が存在しないように構成することが可能なバルブ（例えば、後述するスライド型スリーブ弁、ロータリー型スリーブ弁など）である。つまり、ウェイストゲートバルブが全開状態にある場合には、ウェイストゲートバルブはバイパス通路の内部のみならず、バイパス通路の外部（特に、排出側通路）においても排ガスの流れを乱すことはない。このため、バイパス通路に沿って流れてバイパス出口から流出した排ガスが、排出側通路の内部で偏らずに下流に向けて流れる状態の形成を図ることができ、排出側通路を下流に向けて流れる排ガスによって排出側通路の内部に温度分布が生じることの防止を図ることができる。これに対して、バルブ本体やハウジングが排出側通路に位置する場合は、バイパス出口から流出した排ガスがバルブ本体やハウジングに衝突して、排出側通路における排ガスの流れが乱れる虞がある。
これによって、内燃機関の始動時において、タービン装置の下流に設置される触媒装置の暖機促進のためにウェイストゲートバルブが全開状態にされる場合には、温度分布のない状態の排ガスが触媒装置の触媒に到達することで、触媒全体を均一に温めることができ、触媒の早期活性化を行うことができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記排出側通路には、前記バイパス出口の断面中心と前記タービンホイールの回転軸線とが存在する平面を垂直方向に視認した場合において、前記バイパス通路の前記バイパス出口から、前記バイパス出口の前記断面中心を通過し、且つ、前記バイパス出口の流路断面に垂直な垂直線と前記タービンホイールの前記回転軸線との交点までの間に、前記バイパス出口から流出する前記排ガスの流れを阻害する構造物が存在しない。
上記（２）の構成によれば、バイパス通路に沿って流れてバイパス出口から流出した排ガスの流れを乱すような構造物（物体）は、バイパス通路に設置されるウェイストゲートバルブを含めて、排出側通路に存在しない。このため、バイパス通路に沿って流れてバイパス出口から流出した排ガスが排出側通路の内部に温度分布を生じることなく下流に向けて流れる状態の形成を図ることができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記ウェイストゲートバルブは、前記バルブ本体が前記バイパス通路の交差方向に進退することにより、前記バイパス通路を開閉可能なスライド型スリーブ弁である。
上記（３）の構成によれば、ウェイストゲートバルブとしてスライド型スリーブ弁を適用することで、全開状態においてバイパス通路内にバルブ本体が存在しないように構成することができる。また、例えば円柱状のバルブ本体など、バイパス通路の流れ方向に沿った十分な厚みをバルブ本体が有することで、高圧の排ガスに対する強度を十分に確保すると共に、バルブ本体と弁座との間から高圧の排ガスが漏れる事態の防止を確実に図ることができる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記ウェイストゲートバルブのバルブ本体は板状の形状を有する。
上記（４）の構成によれば、バルブ本体を小さくすることにより、ウェイストゲートバルブをコンパクト化することができる。また、ウェイストゲートバルブの熱容量を低減することができるため、バイパス通路を通過する排ガスからウェイストゲートバルブに伝熱する熱を低減し、排ガスの温度の低下をより低減することができる。
【００１３】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記ウェイストゲートバルブは、前記バイパス通路の交差方向を回転軸として回転することにより、前記バイパス通路を開閉可能なロータリー型スリーブ弁である。
上記（５）の構成によれば、ウェイストゲートバルブとしてロータリー型スリーブ弁を適用することで、全開状態においてバイパス通路内にバルブ本体が存在しないように構成することができる。また、バルブ本体が回転することによりバイパス通路を開閉可能であるため、スライド型スリーブ弁よりもウェイストゲートバルブのコンパクト化を図ることができる。
【００１４】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記バイパス通路には、前記バイパス通路を流れる前記排ガスを旋回させるための複数のベーンを有するスワラーが設けられる。
上記（６）の構成によれば、バイパス出口から流出する排ガスを旋回させることで、排出側通路を下流に向けて流れる排ガスに温度分布が生じることの防止をさらに図ることができる。
【００１５】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給システムは、
内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設置される上記（１）〜（６）のいずれかに記載のタービン装置と、
前記排気通路において前記タービン装置の下流側に設置される触媒装置と、を備える。
上記（７）の構成によれば、内燃機関の始動時などの触媒装置の暖機促進のためにウェイストゲートバルブが全開状態にされる場合には、排ガスが排出側通路を偏りなく流れて触媒を通過するため、触媒の全体を均一に温めることができ、触媒の早期活性化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、排気通路の下流側の触媒に対して偏りなく排ガスを供給可能なタービン装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る過給機を備える内燃機関の過給システムの模式図である。
【図２】図１の過給機のタービン装置の拡大図である。
【図３Ａ】図２のタービン装置のバイパス通路に設置されたウェイストゲートバルブ（スライド型スリーブ弁）が全閉状態にある場合を示す図である。
【図３Ｂ】図２のタービン装置のバイパス通路に設置されたウェイストゲートバルブ（スライド型スリーブ弁）が全開状態にある場合を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係るタービン装置のバイパス通路に設置されたウェイストゲートバルブ（板状のスライド型スリーブ弁）が全閉状態にある場合を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係るタービン装置のバイパス通路に設置されたウェイストゲートバルブ（板状のスライド型スリーブ弁）が全開状態にある場合を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係るタービン装置のバイパス通路に設置されたウェイストゲートバルブ（ロータリー型スリーブ弁）が全閉状態にある場合を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係るタービン装置のバイパス通路に設置されたウェイストゲートバルブ（ロータリー型スリーブ弁）が全開状態にある場合を示す図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る内筒および外筒を備えるスワラーの模式図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態に外筒を備えるスワラーの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る過給機１を備える内燃機関の過給システムの模式図である。図２は、図１の過給機１のタービン装置２の拡大図である。図３Ａは、図２のタービン装置２のバイパス通路２６に設置されたウェイストゲートバルブ５（スライド型スリーブ弁）が全閉状態にある場合を示す図である。図３Ｂは、図２のタービン装置２のバイパス通路２６に設置されたウェイストゲートバルブ５（スライド型スリーブ弁）が全開状態にある場合を示す図である。また、図４Ａ〜図５Ｂは他、本発明の他の一実施形態に係るバイパス通路２６に設置されたウェイストゲートバルブ５を示す図である。
【００２０】
図１に示されるように、過給機１は、内燃機関の排気通路８に設置されるタービン装置２、および、内燃機関の吸気通路９に設置されるコンプレッサ装置３を備える。このタービン装置２の内部にはタービンホイール２１が収容され、コンプレッサ装置３の内部にはコンプレッサホイール（不図示）が収容されており、タービンホイール２１とコンプレッサホイール（不図示）とはシャフト１２によって同軸で結合される。そして、内燃機関の燃焼室（不図示）から排出された排ガスが、排気通路８を通って外部に向けて流れる際にタービン装置２のタービンホイール２１を回転駆動することによりコンプレッサホイール（不図示）が回転駆動される。これによって、吸気通路９を流れる吸気がコンプレッサホイール（不図示）によって圧縮され、この圧縮された吸気が内燃機関に供給される。このような過給機１のタービン装置２と、触媒装置６（後述）と、内燃機関（不図示）とを含んで過給システムは構成される。
【００２１】
そして、図１〜図２に示されるように、過給機１のタービン装置２は、内燃機関からの排ガスによって駆動する上述したタービンホイール２１と、タービンホイール２１を収容するタービンハウジング２２と、ウェイストゲートバルブ５とを備える。以下、タービンハウジング２２およびウェイストゲートバルブ５について、それぞれ説明する。
【００２２】
タービンハウジング２２は、内燃機関の排気通路８の一部を構成する通路となる排ガス導入通路２３、スクロール通路２４、排出側通路２５、バイパス通路２６を内部に有しており、排ガスが通過可能な２つの流路をその内部に形成する。１つ目の流路（タービン通過流路）は、排ガス導入通路２３、スクロール通路２４、および、排出側通路２５によって形成される流路である。排ガス導入通路２３は内燃機関から排出された排ガスが導入される通路であり、排気通路８を上流側から流れてきた排ガスは、排ガス導入通路２３からタービンハウジング２２の内部に導入される。スクロール通路２４は渦巻き状の形状を有しており、排ガス導入通路２３の下流側に接続されることで、排ガス導入通路２３を流れる排ガスをタービンホイール２１に供給する。このように、排ガス導入通路２３とスクロール通路２４とを順に通って排ガスが供給されることによって、タービンホイール２１は回転駆動される。また、排出側通路２５は、タービンホイール２１を駆動させた排ガスを外部に排出するための通路であり、排出側通路２５を経由してタービンハウジング２２の外部に排ガスは排出される。
【００２３】
一方、タービンハウジング２２に形成される２つ目の流路（タービン迂回流路）は、上記の排ガス導入通路２３、バイパス通路２６、および、上記の排出側通路２５によって形成される流路である。バイパス通路２６は、タービンホイール２１を迂回して、排ガス導入通路２３と排出側通路２５とを接続する。具体的には、バイパス通路２６は、その一端側となるバイパス入口２６ｉが排ガス導入通路２３に接続され、他端側となるバイパス出口２６ｅが排出側通路２５に接続される。換言すれば、バイパス通路２６は排ガス導入通路２３から分岐された通路であり、バイパス通路２６を通過することで排ガスはタービンを迂回して排出側通路２５に流れることが可能となる。
【００２４】
そして、上述したタービン通過流路あるいはタービン迂回流路を通って排出側通路２５まで流れた排ガスは、排出側通路２５と触媒装置６とを接続する排気通路８の一部を構成する触媒導入通路８２を下流に向けて流れていき、排気通路８に設置された触媒装置６の内部に保持された触媒を通過することで浄化される。
【００２５】
図１〜図３Ｂに示される実施形態では、図１〜図２に示されるように、バイパス通路２６は、バイパス入口２６ｉからバイパス出口２６ｅまで直線状の形状（直管形状）を有している。そして、図３Ａ〜図３Ｂに示されるように、ウェイストゲートバルブ５のバルブ本体５１（弁体）の付近における排ガスの排ガスの流れ方向と、バイパス出口２６ｅから排出側通路２５に流出する際の排ガスの流出方向が同じとなるように構成されている。より詳細には、図３Ａではバルブ本体５１に衝突する際の流れ方向、図３Ｂでは、バルブ本体５１の横を通過する際の流れ方向のそれぞれが、上記の流出方向と同じとなっている。なお、他の幾つかの実施形態では、バイパス通路２６は直線状の形状以外の形状を有しても良く、例えば、バイパス通路２６は、バイパス入口２６ｉとバイパス出口２６ｅとの間で湾曲する部分を有していても良い。
【００２６】
ウェイストゲートバルブ５は、バイパス通路２６を開閉可能なバルブ本体５１を有する。ウェイストゲートバルブ５は、内燃機関への過給圧が一定以上にならない状態を保つために、過給圧が所定値以上になると開弁し、過給圧がこの所定値よりも小さい場合には全閉状態となるよう構成される。また、ウェイストゲートバルブ５は内燃機関の始動時（冷間始動時）に開弁することで、タービンホイール２１を迂回するタービン迂回流路を通った高温の排ガスを触媒装置６に供給し、触媒の早期活性化を図るよう構成される。図１〜図３Ｂに示される実施形態では、ウェイストゲートバルブ５は、内燃機関の始動時において全開状態となるように構成されており、最大限の排ガスをタービン迂回流路に流すように構成されている。ただし、この実施形態には限定されず、他の幾つかの実施形態では、ウェイストゲートバルブ５は、内燃機関の始動時において全開状態と全閉状態との間の中間開度で開弁されても良い。
【００２７】
詳述すると、図３Ａに示されるように、ウェイストゲートバルブ５は、バルブ本体５１が、全閉状態においてバイパス通路２６のバイパス入口２６ｉとバイパス出口２６ｅとの間に位置するよう構成される（後述する図４Ａ、図５Ａも同様）。すなわち、ウェイストゲートバルブ５が全閉状態の時には、排ガスは、バルブ本体５１によって阻止されることで、バイパス通路２６をバイパス入口２６ｉからバイパス出口２６ｅに向けて通過することができないように構成される。このため、タービンハウジング２２の内部において排ガスは、タービン経由流路のみを流れることが可能となる。逆に、図３Ｂに示されるように、ウェイストゲートバルブ５は、バルブ本体５１が全開状態においてバイパス通路２６内に存在しないように構成される（後述する図４Ｂ、図５Ｂも同様）。すなわち、ウェイストゲートバルブ５が全開状態の時には、排ガスは、バイパス通路２６をバイパス入口２６ｉからバイパス出口２６ｅに向けて通過可能に構成される。このため、タービンハウジング２２の内部において排ガスは、タービン経由流路に加えて、タービン迂回通路を流れることが可能となる。
【００２８】
また、図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂに示されるように、ウェイストゲートバルブ５が全開状態となることで、バルブ本体５１を含めて、バイパス通路２６には排ガスの流れを阻害する物体はない。つまり、バイパス通路２６を流れる際に排ガスの流れが乱されることはなく、バイパス通路２６に沿って排ガスが流れることによって整流された排ガスを、バイパス出口２６ｅから流出させることが可能となる。このため、バイパス通路２６に沿って流れてバイパス出口２６ｅから流出した排ガスが、排出側通路２５の内部で偏らずに下流に向けて流れる状態の形成を図ることができる。
【００２９】
上記の構成によれば、タービン装置２のウェイストゲートバルブ５は、バイパス通路２６におけるバイパス入口２６ｉとバイパス出口２６ｅと間に設置されると共に、全開状態においてバイパス通路２６内にバルブ本体５１が存在しないように構成することが可能なバルブ（例えば、図３Ａ〜図４Ｂのスライド型スリーブ弁、図５Ａ〜図５Ｂのロータリー型スリーブ弁など）である。つまり、ウェイストゲートバルブ５が全開状態にある場合には、ウェイストゲートバルブ５はバイパス通路２６の内部のみならず、バイパス通路２６の外部（特に、排出側通路２５）においても排ガスの流れを乱すことはない。このため、バイパス通路２６に沿って流れてバイパス出口２６ｅから流出した排ガスが、排出側通路２５の内部で偏らずに下流に向けて流れる状態の形成を図ることができ、排出側通路２５を下流に向けて流れる排ガスによって排出側通路２５の内部に温度分布が生じることの防止を図ることができる。これによって、内燃機関の始動時において、タービン装置２の下流に設置される触媒装置６の暖機促進のためにウェイストゲートバルブ５が全開状態にされる場合には、温度分布のない状態の排ガスが触媒装置６の触媒に到達することで、触媒全体を均一に温めることができ、触媒の早期活性化を図ることができる。
【００３０】
また、幾つかの実施形態では、図２に示されるように、排出側通路２５には、バイパス出口２６ｅの断面中心Ｃｂとタービンホイール２１の回転軸線Ｌｔとが存在する平面を垂直方向に視認した場合（すなわち、図２）において、バイパス通路２６のバイパス出口２６ｅから、バイパス出口２６ｅの断面中心Ｃｂを通過し、且つ、バイパス出口２６ｅの流路断面に垂直な垂直線Ｌｂとタービンホイール２１の回転軸線Ｌｔとの交点Ｃまでの間に、バイパス出口２６ｅから流出する排ガスの流れを阻害する構造物が存在しない。換言すれば、バイパス通路２６に沿って流れた排ガスがバイパス出口２６ｅから流出する時の流出方向（図２の場合には、垂直線Ｌｂに沿った方向）と、タービンホイール２１の回転軸線Ｌｔとの交点Ｃまでの間に、バイパス出口２６ｅから流出する排ガスの流れを阻害する構造物が存在しない。このため、バイパス出口２６ｅから流出した排ガスは、排出側通路２５において構造物によって流れ方向を変えられることなく、相対的に圧力が低い排出側通路２５の下流側（外部）に向けて流れることになる。
【００３１】
図１〜図３Ｂに示される実施形態では、図２に示されるように、バイパス通路２６は直線状の形状をしており、垂直線Ｌｂ（流出方向に沿って引いた仮想線）はバイパス通路２６に沿った方向となっている。また、上述した通り、バイパス出口２６ｅから、この垂直線Ｌｂとタービンホイール２１の回転軸線Ｌｔとの交点Ｃまでの間に構造物が存在しない。しかも、図１〜図３Ｂに示される実施形態では、上記の垂直線Ｌｂを含むような排出側通路２５の流路断面より下流側の排出側通路２５には、バイパス通路２６のバイパス出口２６ｅから上記の交点Ｃまでの間に、バイパス出口２６ｅから流出する排ガスの流れを阻害する構造物が存在しない。すなわち、図２の断面視において、上記の垂直線Ｌｂよりも下流側には構造物が存在していない。さらに、図２の断面視において、排出側通路２５には、には、バイパス通路２６の上流側の通路壁に沿ってタービンホイール２１の回転軸線Ｌｔまで線Ｌｗを引いた場合、その線Ｌｗよりも下流側に構造物が存在していない。
【００３２】
上記の構成によれば、バイパス通路２６に沿って流れてバイパス出口２６ｅから流出した排ガスの流れを乱すような構造物（物体）は、バイパス通路２６に設置されるウェイストゲートバルブ５を含めて、排出側通路２５に存在しない。このため、バイパス通路２６に沿って流れてバイパス出口２６ｅから流出した排ガスが排出側通路２５の内部に温度分布を生じることなく下流に向けて流れる状態の形成を図ることができる。
【００３３】
以下、ウェイストゲートバルブ５の構成に関する実施形態について説明する。
図３Ａ〜図５Ｂに示される実施形態では、図３Ａ〜図５Ｂに示されるように、ウェイストゲートバルブ５は、バルブ本体５１を収容するバルブハウジング５２と、バルブハウジング５２の一部であって、バルブ本体５１が着座する弁座５３と、図示されない駆動装置とバルブ本体５１とに連結され、駆動装置（不図示）の動力をバルブ本体５１へ伝達する駆動軸５４とを備えている。また、バイパス通路２６の通路壁には開口２６ｏが形成されている。そして、開口２６ｏを介してバルブハウジング５２の内部とバイパス通路２６とが連通しており、バルブハウジング５２の内部とバイパス通路２６とに跨ってバルブ本体５１が設置可能となっている。また、バイパス通路２６を排ガスが流れる方向に交差する交差方向における開口２６ｏの反対側となるバイパス通路２６の通路壁には弁座５３が設けられており、開口２６ｏと弁座５３とはバイパス通路２６を挟んで対向するように設けられている。なお、図３Ａ〜図５Ｂに示される実施形態では、バルブハウジング５２は、バイパス通路２６に沿った方向に対して直交する方向から交差するように設けられているが、これには限定されず、他の幾つかの実施形態では、バルブハウジング５２は、バイパス通路２６に沿った方向に対して斜めに交差するように設けられても良い。
【００３４】
そして、幾つかの実施形態では、図３Ａ〜図４Ｂに示されるように、ウェイストゲートバルブ５は、バルブ本体５１がバイパス通路２６の交差方向に進退することにより、バイパス通路２６を開閉可能なスライド型スリーブ弁で構成されている。より詳細には、バルブ本体５１は、駆動軸５４によってバルブハウジング５２の壁に沿ってスライドして移動可能に構成されている。そして、バルブ本体５１の先端部５１ｔが弁座５３まで前進されて、弁座５３に着座することで全閉状態となる（図３Ａ、図４Ａ参照）。逆に、バルブ本体５１は、弁座５３から離れる方向に後退され、バルブ本体５１の先端部５１ｔがバイパス通路２６の開口２６ｏの開口以上に後退されることで全開状態となる（図３Ｂ、図４Ｂ参照）。このようにして、全開状態においてバイパス通路２６内にバルブ本体５１が存在しないように構成している。
【００３５】
また、図３Ａ〜図３Ｂに示される実施形態では、図３Ａ〜図３Ｂに示されるように、バルブ本体５１は、例えば円柱状をしており、バイパス通路２６の流れ方向に沿った十分な厚みをバルブ本体５１が有することで、高圧の排ガスに対する強度を十分に確保すると共に、バルブ本体５１と弁座５３との間から高圧の排ガスが漏れる事態の防止を図っている。他の幾つかの実施形態では、図４Ａ〜図４Ｂに示されるように、ウェイストゲートバルブ５のバルブ本体５１は板状の形状を有している。このように、バルブ本体５１を小さくすることにより、ウェイストゲートバルブ５をコンパクト化することができる。また、ウェイストゲートバルブ５の熱容量を低減することができるため、バイパス通路２６を通過する排ガスからウェイストゲートバルブ５に伝熱する熱を低減し、排ガスの温度の低下をより低減することができる。
【００３６】
その他の幾つかの実施形態では、図５Ａ〜図５Ｂに示されるように、ウェイストゲートバルブ５は、バイパス通路２６の交差方向を回転軸として回転することにより、バイパス通路２６を開閉可能なロータリー型スリーブ弁で構成されている。詳述すると、ロータリー型スリーブ弁のバルブ本体５１には、バルブ本体５１を貫通する貫通孔５１ｈが形成されている。また、全閉状態および全開状態の両方において、バルブ本体５１は、バイパス通路２６を挟んだ弁座５３に先端部５１ｔが着座した状態で設置されている。この状態において、バルブ本体５１が駆動軸５４を軸線Ｌｒとして回転可能に構成されており、貫通孔５１ｈとバイパス通路２６の流路とが重なりを有するか否かによって、バイパス通路２６の開閉の状態が決まるようになっている。
【００３７】
具体的には、バルブ本体５１が回転されることによって、バルブ本体５１の貫通孔５１ｈとバイパス通路２６の流路とが重なりを有するようになると、バイパス通路２６のバイパス入口２６ｉから流れてきた排ガスは、貫通孔５１ｈを通って、バイパス出口２６ｅに到達することが可能となる。また、バルブ本体５１の貫通孔５１ｈとバイパス通路２６の流路とが完全に重なると全開状態となる。逆に、バルブ本体５１が回転されることによって、バルブ本体５１の貫通孔５１ｈとバイパス通路２６の流路とが重なりを有しないようになると全閉状態となる。図５Ａ〜図５Ｂに示される実施形態では、バルブ本体５１が回転されることで、バイパス通路２６の流路の断面中心と、貫通孔５１ｈの断面中心とが一致する場合には全開状態となっており、両者が直交する場合には全閉状態となっている。これによって、全開状態においてバイパス通路２６内にバルブ本体５１が存在しないように構成することができる。また、バルブ本体５１が回転することによりバイパス通路２６を開閉可能であるため、スライド型スリーブ弁よりもウェイストゲートバルブ５のコンパクト化を図ることができる。
【００３８】
また、幾つかの実施形態では、図１〜図２に示されるように、バイパス通路２６には、バイパス通路２６を流れる排ガスを旋回させるための複数のベーン７１を有するスワラー７（図６Ａ〜図６Ｂ参照）が設けられても良い。排ガスは、スワラー７を通過する際にベーン７１に沿って流れることで旋回される。図１〜図３Ｂに示される実施形態では、バイパス通路２６のバイパス出口２６ｅにスワラー７が設置されている。この場合には、排ガスがバイパス出口２６ｅから流出する際に旋回されるので、タービン経由流路を通る排ガスの影響を受けづらくすることが可能であり、排ガスの旋回流の確実な形成を図ることができる。ただし、本実施形態には限定されず、他の幾つかの実施形態では、バイパス通路２６のバイパス入口２６ｉにスワラー７を設置するなど、バイパス通路２６の他の位置にスワラー７を設置しても良い。
【００３９】
より詳細には、図６Ａ〜図６Ｂに示されるようなスワラー７をバイパス通路２６に設置しても良い。図６Ａに示される実施形態では、スワラー７は、外筒７２と、この外筒７２の内側に位置する内筒７３を有しており、外筒７２と内筒７３との間に複数のベーン７１が設置される。外筒７２と内筒７３とにベーン７１が支持されることで、高圧の排ガスに対する強度を確保することができる。図６Ｂに示される実施形態では、スワラー７は、外筒７２に支持された複数のベーン７１が、外筒７２の中心位置で互いに支持するように構成される。その他の幾つかの実施形態では、ベーン７１が、バイパス通路２６を形成するバイパス管の壁面に支持されていてもよい。
【００４０】
上記の構成によれば、バイパス出口２６ｅから流出する排ガスを旋回させることで、排出側通路２５を下流に向けて流れる排ガスに温度分布が生じることの防止をさらに図ることができる。
【００４１】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００４２】
１        過給機
１２      シャフト
２        タービン装置
２１      タービンホイール
２２      タービンハウジング
２３      排ガス導入通路
２４      スクロール通路
２５      排出側通路
２６      バイパス通路
２６ｅ    バイパス出口
２６ｉ    バイパス入口
２６ｏ    開口
３        コンプレッサ装置
５        ウェイストゲートバルブ
５１      バルブ本体
５１ｈ    貫通孔
５１ｔ    先端部
５２      バルブハウジング
５３      弁座
５４      駆動軸
６        触媒装置
７        スワラー
７１      ベーン
７２      外筒
７３      内筒
８        排気通路
８２      触媒導入通路
９        吸気通路
Ｃ        交点
Ｃｂ      断面中心
Ｌｂ      垂直線
Ｌｔ      タービンホイールの回転軸線
Ｌｒ      駆動軸の回転軸線
Ｌｗ      バイパス通路の通路壁の延長線
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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