(57)【要約】【課題】シリンダヘッドに排気通路と冷媒通路とを設けた場合における燃費の悪化を抑制しつつ暖機性能を向上させることのできる内燃機関の排気制御装置を提供すること。【解決手段】シリンダヘッド１０に形成される燃焼室３０に、シリンダヘッドウォータジャケット４１側に位置するウォータジャケット側排気通路８３と、ストレート状に形成されたストレート側排気通路８４と、からなる排気通路８２を接続する。また、排気通路８２の開閉を任意に制御可能なウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを設ける。これにより、燃焼室３０から排出される排気ガスを、ウォータジャケット側排気通路８３に流したり、ストレート側排気通路８４に流したりすることができる。この結果、シリンダヘッド１０に排気通路８２とシリンダヘッドウォータジャケット４１とを設けた場合における燃費の悪化を抑制しつつ暖機性能を向上させることができる。【選択図】        図２
2009062896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が有するシリンダヘッドに形成された複数の燃焼室と、
前記内燃機関を冷却可能な冷却媒体の通路である冷媒通路のうち前記シリンダヘッドに形成されるシリンダヘッド冷媒通路と、
前記シリンダヘッドに形成され、且つ、前記燃焼室から排出される排気ガスが通る通路として１つの前記燃焼室につき複数が接続されると共に１つの前記燃焼室に接続された複数の通路のうち最も前記シリンダヘッド冷媒通路側に位置する通路である冷媒通路側排気通路と、１つの前記燃焼室に接続された複数の通路のうち前記冷媒通路側排気通路以外の通路であると共に前記冷媒通路側排気通路よりも前記排気ガスが流れ易い形状で形成された反冷媒通路側排気通路とを有し、さらに、前記冷媒通路側排気通路と前記反冷媒通路側排気通路とが集合して形成される排気通路と、
前記燃焼室と前記排気通路との接続部分に配設されると共に前記燃焼室と前記排気通路とを開閉可能に１つの前記燃焼室につき複数設けられる開閉弁として形成されており、且つ、１つの前記燃焼室と前記排気通路とを開閉可能に設けられた複数の開閉弁のうち前記燃焼室と前記冷媒通路側排気通路とを開閉可能に設けられた冷却通路側排気弁と、１つの前記燃焼室と前記排気通路とを開閉可能に設けられた複数の開閉弁のうち前記燃焼室と前記反冷媒通路側排気通路とを開閉可能に設けられた反冷却通路側排気弁とを有する排気弁と、
前記排気弁の開閉を制御可能に設けられており、且つ、前記内燃機関の始動時には前記冷却通路側排気弁を閉じると共に前記反冷却通路側排気弁を開き、前記内燃機関の暖機運転時には前記冷却通路側排気弁を開くと共に前記反冷却通路側排気弁は閉じ、前記内燃機関の運転時における軽・中負荷時には前記冷却通路側排気弁を閉じると共に前記反冷却通路側排気弁を開き、前記内燃機関の排気温度が所定の温度よりも高い場合には前記冷却通路側排気弁を開くと共に前記反冷却通路側排気弁は中開度で開き、前記内燃機関の運転時における高負荷時には前記冷却通路側排気弁と前記反冷却通路側排気弁とを共に開く制御をする排気弁制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項２】
前記反冷媒通路側排気通路は、ストレート形状で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気制御装置に関するものである。特に、この発明は、シリンダヘッドとエキゾーストマニホールドとが一体に形成された内燃機関の排気制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関では、シリンダヘッドに排気管が取り付けられており、内燃機関の運転時には、燃料の燃焼後の排気ガスを内燃機関の気筒内から排気管に対して排出していた。また、この排気管は、複数の気筒を有する内燃機関では、気筒の数に応じた複数の排気管がシリンダヘッドに取り付けられ、複数の排気管は、排気ガスの流れ方向におけるシリンダヘッドの下流側で集合して設けられている。これにより、排気ガスは、１本の排気通路を通って排出される。
【０００３】
また、従来の内燃機関には、出力の向上などの性能向上を目的として、内燃機関の吸入空気量を増加させる、つまり、過給を行なう過給装置が備えられているものがある。このように内燃機関に備えられる過給装置としては、排気ガスのエネルギーを利用して過給を行なうものや、内燃機関のクランクシャフトの回転によって取り出される内燃機関運転時の出力を利用して過給を行なうものがある。
【０００４】
過給装置は、このように様々な種類のものがあるが、このうち排気ガスのエネルギーを利用して過給を行なう過給装置である、いわゆるターボ過給機は、排気ガスの流れ方向における排気管の集合部分の下流側に設けられている。このターボ過給機は、排気ガスのエネルギーを利用して過給を行なうが、ターボ過給機が設けられている位置は、このように排気管の集合部分の下流になっているため、各気筒の燃焼室からターボ過給機までの距離が長くなっている。
【０００５】
このため、燃焼室から排出される排気ガスがターボ過給機に到達するまでには所定の時間を要する。これにより、例えば内燃機関の急加速時に燃焼室から排出された排気ガスがターボ過給機に到達して、その排気ガスによって過給を行なうまでには若干の時間的な遅れが発生し、アクセル応答性が悪化する。ターボ過給機では、このようにアクセル応答性が悪化するため、アクセル応答性を改善するためには、燃焼室からターボ過給機までの排気管の長さを短くするのが効果的である。
【０００６】
しかし、多気筒の内燃機関で燃焼室からターボ過給機までの長さを短くするには、排気管を急激に曲げる必要があるが、排気管を急激に曲げると排気抵抗が増加して、内燃機関の出力が低下する虞がある。このため、従来の内燃機関では、排気抵抗が増加することによる内燃機関の出力低下を抑制しつつアクセル応答性を高めているものがある。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載の多気筒内燃エンジンでは、複数の排気通路を２群に分けてシリンダヘッドに形成し、各群の排気通路の形状を、一端がシリンダに接続される一方他端をエンジン側方に向かって開口させ、それぞれの群ごとに排気通路を集合させている。ターボ過給機は、このように集合させた排気通路の集合端に接続する。このように、複数の排気通路を２群に分けてそれぞれを集合させることにより、燃焼室からターボ過給機までの長さを短くしつつ排気通路の急激な曲げを抑制することができる。この結果、排気抵抗が増加することによる出力低下を抑制しつつアクセル応答性を高めることができる。
【０００８】
また、このように排気通路を形成した場合、シリンダヘッドに形成されるオイル通路が排気通路の近傍に配設されることにより、排気ガスの熱がオイル通路内を流れるオイルに伝達され易くなり、オイルの温度が上昇し易くなる虞がある。このため、従来の内燃機関では、シリンダヘッドに排気通路を形成した場合でも、オイルの温度が上昇し難くしてあるものがある。
【０００９】
例えば、特許文献２に記載の多気筒エンジンのシリンダヘッドでは、排気通路の上下両側に、冷却水が流れる冷媒通路であるウォータジャケットを形成し、シリンダヘッドに形成されるオイル通路の少なくとも一部がウォータジャケットに囲まれた形状で形成する。これにより、オイル通路内を流れるオイルは、冷却水によって冷却されるため、オイルの温度が上昇し過ぎることを抑制できる。
【００１０】
【特許文献１】特許第２８２４２６６号公報
【特許文献２】特開２００２−７０６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、シリンダヘッドに排気通路とウォータジャケットとを共に形成した場合、排気通路とウォータジャケットとの位置関係により冷却水や排気ガスの温度が変化するため、内燃機関の運転状態が変化する。例えば、排気通路とウォータジャケットとが互いに接近して配設されている場合、排気通路内を流れる排気ガスとウォータジャケット内を流れる冷却媒体である冷却水とが熱交換をし易くなり、排気ガスの熱が冷却水に伝達され易くなる。このため、この場合には内燃機関の暖機運転時に冷却水の温度が上昇し易くなるため冷間始動時に早期暖機を行ない易くなるが、内燃機関運転中は排気ガスの温度が冷却水に伝達されるため、冷却水の温度が上昇し、内燃機関の温度が上昇し過ぎる虞がある。さらに、排気ガスの熱が冷却水に伝達され易くなるため、内燃機関の冷間始動時に排気経路に設けられる触媒の温度を上昇させるのが困難になり、内燃機関の冷間始動時における排気ガスの浄化性能が低減する虞がある。
【００１２】
また、排気通路とウォータジャケットとが離れて配設されている場合、排気通路内を流れる排気ガスからウォータジャケット内を流れる冷却水に伝達され難くなるため、排気ガスの温度が低減し難くなる。これにより、内燃機関の冷間始動時に排気経路に設けられる触媒の温度を上昇させ易くなるが、内燃機関の運転中に排気温度が高くなり過ぎる虞があるため、排気温度が高くなった場合には燃料を増量させる必要がある。この場合、燃費が悪化する。
【００１３】
これらのように、シリンダヘッドに排気通路とウォータジャケットとを共に形成した場合、その位置関係により内燃機関の運転時における運転状態が変化する。具体的には、シリンダヘッドに形成する排気通路とウォータジャケットとの位置関係により暖機性能や燃費が変化するが、これらは排気通路とウォータジャケットとの位置関係に応じて変化するため、これらの性能を両立させることは、大変困難なものとなっていた。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリンダヘッドに排気通路と冷媒通路とを設けた場合における燃費の悪化を抑制しつつ暖機性能を向上させることのできる内燃機関の排気制御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】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関の排気制御装置は、内燃機関が有するシリンダヘッドに形成された複数の燃焼室と、前記内燃機関を冷却可能な冷却媒体の通路である冷媒通路のうち前記シリンダヘッドに形成されるシリンダヘッド冷媒通路と、前記シリンダヘッドに形成され、且つ、前記燃焼室から排出される排気ガスが通る通路として１つの前記燃焼室につき複数が接続されると共に１つの前記燃焼室に接続された複数の通路のうち最も前記シリンダヘッド冷媒通路側に位置する通路である冷媒通路側排気通路と、１つの前記燃焼室に接続された複数の通路のうち前記冷媒通路側排気通路以外の通路であると共に前記冷媒通路側排気通路よりも前記排気ガスが流れ易い形状で形成された反冷媒通路側排気通路とを有し、さらに、前記冷媒通路側排気通路と前記反冷媒通路側排気通路とが集合して形成される排気通路と、前記燃焼室と前記排気通路との接続部分に配設されると共に前記燃焼室と前記排気通路とを開閉可能に１つの前記燃焼室につき複数設けられる開閉弁として形成されており、且つ、１つの前記燃焼室と前記排気通路とを開閉可能に設けられた複数の開閉弁のうち前記燃焼室と前記冷媒通路側排気通路とを開閉可能に設けられた冷却通路側排気弁と、１つの前記燃焼室と前記排気通路とを開閉可能に設けられた複数の開閉弁のうち前記燃焼室と前記反冷媒通路側排気通路とを開閉可能に設けられた反冷却通路側排気弁とを有する排気弁と、前記排気弁の開閉を制御可能に設けられており、且つ、前記内燃機関の始動時には前記冷却通路側排気弁を閉じると共に前記反冷却通路側排気弁を開き、前記内燃機関の暖機運転時には前記冷却通路側排気弁を開くと共に前記反冷却通路側排気弁は閉じ、前記内燃機関の運転時における軽・中負荷時には前記冷却通路側排気弁を閉じると共に前記反冷却通路側排気弁を開き、前記内燃機関の排気温度が所定の温度よりも高い場合には前記冷却通路側排気弁を開くと共に前記反冷却通路側排気弁は中開度で開き、前記内燃機関の運転時における高負荷時には前記冷却通路側排気弁と前記反冷却通路側排気弁とを共に開く制御をする排気弁制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
この発明では、シリンダヘッドに形成される燃焼室に、シリンダヘッド冷媒通路側に位置する排気通路である冷却通路側排気通路と、冷却通路側排気通路以外の排気通路である反冷却通路側排気通路とが接続されている。また、燃焼室と排気通路との接続部分には、燃焼室と冷却通路側排気通路とを開閉可能に設けられた冷却通路側排気弁と、燃焼室と反冷却通路側排気通路とを開閉可能に設けられた反冷却通路側排気弁とが設けられている。さらに、冷却通路側排気弁と反冷却通路側排気弁との開閉を制御可能に設けられた排気弁制御手段を備えている。
【００１７】
このように、冷却通路側排気弁と反冷却通路側排気弁との開閉を制御可能な排気弁制御手段を設け、内燃機関の始動時に冷却通路側排気弁を閉じると共に反冷却通路側排気弁を開くことにより、排気ガスは反冷却通路側排気通路を通るため、排気ガスと冷媒通路内の冷却媒体とで熱交換が行なわれ難くなる。これにより、排気ガスの熱は冷却媒体に伝達され難くなり、排気ガスの温度は低下し難くなるため、排気ガス浄化手段として排気経路に設けられた触媒を早期暖機することができ、早期に触媒を活性化させ、排気ガスを浄化できる。
【００１８】
また、内燃機関の暖機運転時に冷却通路側排気弁を開くと共に反冷却通路側排気弁は閉じることにより、排気ガスは冷却通路側排気通路を通るため、排気ガスと冷媒通路内の冷却媒体とで熱交換が行なわれ易くなる。これにより、排気ガスの熱は冷却媒体に伝達され易くなり、冷却媒体の温度は早期に上昇するため、内燃機関の早期暖機を行なうことができる。
【００１９】
また、内燃機関の運転時における軽・中負荷時には冷却通路側排気弁を閉じると共に反冷却通路側排気弁を開くことにより、排気ガスは反冷却通路側排気通路を通るが、この反冷却通路側排気通路は冷却通路側排気通路よりも排気ガスが流れ易い形状で形成されている。このため、排気ガスは排気通路内を流れ易くなるため、例えば、排気ガスの経路中に排気ガスの成分を検出するガス成分検出手段を設けた場合でも、燃焼室から排出された排気ガスは短時間でガス成分検出手段に到達する。これにより、精度よく排気ガスの成分を検出することができるため、より正確に内燃機関の空燃比を制御することができる。
【００２０】
また、内燃機関の排気温度が所定の温度よりも高い場合には冷却通路側排気弁を開くと共に反冷却通路側排気弁は中開度で開くことにより、冷却通路側排気通路を流れる排気ガスと反冷却通路側排気通路を流れる排気ガスとが合流した際に、排気通路内に旋回流を発生させることができる。これにより、排気ガスは排気通路の壁に接触する時間が長くなるため、排気ガスの熱は排気通路の壁を伝わって冷却媒体に伝達され、排気ガスの温度は低下し易くなる。このため、排気ガスの温度が高くなり過ぎることを抑制できるので、排気ガスの温度を低下させることを目的として燃料を増量させる必要がなくなり、燃費が悪化することを抑制できる。
【００２１】
また、内燃機関の運転時における高負荷時には冷却通路側排気弁と反冷却通路側排気弁とを共に開くことにより、排気抵抗が低減するため、内燃機関の出力を向上させることができる。これらの結果、シリンダヘッドに排気通路と冷媒通路とを設けた場合における燃費の悪化を抑制しつつ暖機性能を向上させることができる。
【００２２】
また、この発明に係る内燃機関の排気制御装置は、前記反冷媒通路側排気通路は、ストレート形状で形成されていることを特徴とする。
【００２３】
この発明では、反冷媒通路側排気通路をストレート形状で形成しているため、反冷媒通路側排気通路の形状を、より確実に冷媒通路側排気通路よりも排気ガスが流れ易い形状にすることができる。これにより、内燃機関の排気温度が所定の温度よりも高い場合に冷却通路側排気弁を開くと共に反冷却通路側排気弁は中開度で開いた際に、より確実に排気通路内に旋回流を発生させることができ、排気ガスの温度が低下し易くすることができる。このため、より確実に、排気ガスの温度を低下させることを目的として燃料を増量させる必要がなくなり、燃費が悪化することを抑制できる。
【００２４】
また、反冷媒通路側排気通路をストレート形状で形成することにより、反冷媒通路側排気通路の排気抵抗を、より確実に低減できるので、内燃機関の高負荷運転時において冷却通路側排気弁と反冷却通路側排気弁とを共に開いた際に、より確実に内燃機関の出力を向上させることができる。これらの結果、より確実に燃費の悪化を抑制すると共に、内燃機関の出力の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る内燃機関の排気制御装置は、シリンダヘッドに排気通路と冷媒通路とを設けた場合における燃費の悪化を抑制しつつ暖機性能を向上させることができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る内燃機関の排気制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、こ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、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２７】
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気制御装置を備える内燃機関の概略図である。同図に示す内燃機関１は、４つの気筒２０を有しており（図２参照）、各気筒２０は、燃焼室３０が形成されたシリンダヘッド１０及びシリンダブロック１５に形成されている。また、シリンダブロック１５の内部には、気筒２０内を往復運動可能に設けられたピストン３５が内設されており、当該内燃機関１の運転時におけるピストン３５の下死点方向には、クランク軸であるクランクシャフト３６が設けられている。このように配設されるピストン３５とクランクシャフト３６とは、コネクティングロッド３７によって接続されている。これにより、クランクシャフト３６はピストン３５の往復運動に伴い回転運動が可能に設けられている。
【００２８】
また、シリンダブロック１５には、運転時の内燃機関１を循環して内燃機関１を冷却可能な冷却媒体の通路である冷媒通路のうち、シリンダブロック１５に形成されるシリンダブロック冷媒通路であるシリンダブロックウォータジャケット４２が形成されている。このシリンダブロックウォータジャケット４２は、冷却媒体である冷却水が流れる通路として形成されている。また、シリンダヘッド１０は、シリンダブロック１５の、当該シリンダブロック１５におけるピストン３５が上死点に向かう方向側の端部に、ガスケット（図示省略）を介して固定されている。
【００２９】
また、シリンダヘッド１０には、点火プラグ４５と、電磁駆動弁５０とが設けられており、これらの点火プラグ４５及び電磁駆動弁５０は、４つの気筒２０におけるそれぞれの気筒２０に設けられている。このうち、電磁駆動弁５０には、当該電磁駆動弁５０に電流を供給することにより往復運動が可能な弁体５３が各電磁駆動弁５０に設けられている。また、燃焼室３０には吸気通路８１と排気通路８２とが接続されており、これらの吸気通路８１と排気通路８２とは、１つの燃焼室につき２つずつが接続されている。
【００３０】
電磁駆動弁５０は、これらの吸気通路８１側と排気通路８２側とに設けられており、吸気通路８１側に設けられる電磁駆動弁５０は吸気側電磁駆動弁５１、排気通路８２側に設けられる電磁駆動弁５０は排気側電磁駆動弁５２となっている。また、吸気側電磁駆動弁５１及び排気側電磁駆動弁５２は、１つの燃焼室３０につき２つずつ接続される吸気通路８１と排気通路８２とに対応して、吸気側電磁駆動弁５１及び排気側電磁駆動弁５２もそれぞれ２つずつ設けられている。
【００３１】
また、これらのように設けられる電磁駆動弁５０のうち、吸気側電磁駆動弁５１の弁体５３は、燃焼室３０と吸気通路８１との接続部分に配設されると共に燃焼室３０と吸気通路８１とを開閉可能な開閉弁として形成される吸気弁である吸気バルブ５５として設けられている。この吸気バルブ５５は、往復運動をすることによって燃焼室３０と吸気通路８１とを連通または遮断することにより、燃焼室３０と吸気通路８１とを開閉可能に設けられている。また、排気側電磁駆動弁５２の弁体５３は、燃焼室３０と排気通路８２との接続部分に配設されると共に燃焼室３０と排気通路８２とを開閉可能な開閉弁として形成される排気弁である排気バルブ５６として設けられている。この排気バルブ５６は、往復運動をすることによって燃焼室３０と排気通路８２とを連通または遮断することにより、燃焼室３０と排気通路８２とを開閉可能に設けられている。
【００３２】
これらの吸気バルブ５５と排気バルブ５６とは、吸気側電磁駆動弁５１及び排気側電磁駆動弁５２に対応して１つの燃焼室３０につき、それぞれ２つずつ設けられている。また、吸気バルブ５５及び排気バルブ５６は、シリンダヘッド１０に設けられた電磁駆動弁５０が有しているため、吸気バルブ５５及び排気バルブ５６は、内燃機関１運転時におけるピストン３５の上死点方向に設けられている。
【００３３】
また、点火プラグ４５は、吸気側電磁駆動弁５１と排気側電磁駆動弁５２との間に設けられており、さらに、高電圧をかけた際に放電する点火部４６を有し、この点火部４６が燃焼室３０内に位置するように設けられている。また、シリンダヘッド１０に形成される吸気通路８１には吸気管９５が接続されており、この吸気管９５には、内燃機関１の運転時に使用される燃料を吸気通路８１内に噴射する燃料供給手段であるインジェクタ９６が設けられている。
【００３４】
また、電磁駆動弁５０には、当該電磁駆動弁５０に駆動電流である励磁電流を供給する駆動回路９０が接続されている。電磁駆動弁５０は、この駆動回路９０から供給される励磁電流により作動可能に設けられている。これらのインジェクタ９６及び駆動回路９０は、当該内燃機関１を搭載する車両（図示省略）の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１０（図４参照）に接続されている。
【００３５】
電磁駆動弁５０が有する弁体５３は、略円柱形に形成された軸であるバルブステム６０に連結されており、バルブステム６０は、非磁性材料によって略円筒形の形状で形成された軸であるアーマチャシャフト６２に接続されている。さらに、このアーマチャシャフト６２には、アーマチャ６３が接合されている。また、バルブステム６０のアーマチャシャフト６２側の端部には、ロアリテーナ６５が保持されており、アーマチャシャフト６２におけるバルブステム６０側の端部の反対側に位置する端部には、アッパリテーナ７０が保持されている。
【００３６】
このうち、ロアリテーナ６５は、当該ロアリテーナ６５とシリンダヘッド１０との間に配設されると共にロアリテーナ６５に対してアッパリテーナ７０方向の付勢力を与える弾性部材であるロアスプリング６６に当接している。また、アッパリテーナ７０は、シリンダヘッド１０に接続されるアッパキャップ７５とアッパリテーナ７０との間に配設されると共にアッパリテーナ７０に対してロアリテーナ６５方向の付勢力を与える弾性部材であるアッパスプリング７１に当接している。
【００３７】
また、シリンダヘッド１０には、アーマチャ６３とロアリテーナ６５との間に、ロアコイル６７を有するロアコア６８が配設されており、アーマチャ６３とアッパリテーナ７０との間に、アッパコイル７２を有するアッパコア７３が配設されている。これらのアッパコア７３及びロアコア６８は、共に磁性材料で構成された部材となっている。また、アッパコイル７２及びロアコイル６７は、ＥＣＵ１１０から供給される制御信号に応じてアッパコイル７２及びロアコイル６７に対して駆動電流である励磁電流を供給する駆動回路９０に接続されている。
【００３８】
電磁駆動弁５０は、このように形成されているが、この電磁駆動弁５０によって吸気バルブ５５や排気バルブ５６などの弁体５３を閉じる際には、アッパコイル７２に励磁電流を供給する。これにより、アーマチャ６３はアッパコア７３に引き付けられるため、弁体５３は燃焼室３０と吸気通路８１または排気通路８２との接続部分を閉じる。即ち、弁体５３は閉弁する。また、弁体５３を開く際には、ロアコイル６７に励磁電流を供給する。これにより、アーマチャ６３はロアコア６８に引き付けられるため、弁体５３は燃焼室３０と吸気通路８１または排気通路８２との接続部分から離れ、燃焼室３０と吸気通路８１または排気通路８２との接続部分を開く。即ち、弁体５３は開弁する。
【００３９】
また、アッパコイル７２とロアコイル６７との双方に励磁電流を供給していない状態のアーマチャ６３の位置は、ロアスプリング６６とアッパスプリング７１との付勢力により、アッパコア７３とロアコア６８との中央になるように設けられている。このため、この場合における弁体５３の位置は、閉弁状態における位置と開弁状態の位置との間の位置になる。即ち、アッパコイル７２とロアコイル６７との双方に励磁電流を供給しない場合には、弁体５３は中開度で開く。
【００４０】
図２は、図１のＡ−Ａ矢視方向における排気通路の説明図である。図３は、図２のＢ−Ｂ矢視図である。シリンダヘッド１０には、運転時の内燃機関１を循環して内燃機関１を冷却可能な冷却媒体の通路である冷媒通路のうち、シリンダヘッド１０に形成されるシリンダヘッド冷媒通路であるシリンダヘッドウォータジャケット４１が形成されている。このシリンダヘッドウォータジャケット４１は、冷却媒体である冷却水が流れる通路として形成されており、燃焼室３０に接続された排気通路８２の近傍に設けられている。
【００４１】
また、燃焼室３０に接続される排気通路８２は、１つの燃焼室３０につき２つずつが接続されているが、この２つの通路のうち、シリンダヘッドウォータジャケット４１側に位置する通路は冷媒通路側排気通路であるウォータジャケット側排気通路８３となっている。
【００４２】
また、１つの燃焼室３０に接続された２つの排気通路８２のうち、ウォータジャケット側排気通路８３以外の排気通路８２、つまり、１つの燃焼室３０に接続された２つの通路のうち、シリンダヘッドウォータジャケット４１から離れている側の排気通路８２は、反冷媒通路側排気通路であるストレート側排気通路８４となっている。このストレート側排気通路８４は、ウォータジャケット側排気通路８３よりも排気ガスが流れ易い形状で形成されており、具体的にはストレート形状で形成されている。
【００４３】
また、これらのウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４とは、互いに接続され、集合して形成されている。詳しくは、ストレート形状で形成されているストレート側排気通路８４に対し、ウォータジャケット側排気通路８３は、燃焼室３０に接続されている位置から、ウォータジャケット側排気通路８３内を流れる排気ガスの下流側における所定の位置で、ストレート側排気通路８４の方向に湾曲している。このように湾曲したウォータジャケット側排気通路８３は、燃焼室３０に接続されている側に位置する端部の反対側の端部がストレート側排気通路８４に接続されることにより、ウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４とは集合して形成されている。
【００４４】
１つの燃焼室３０に対してウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４とが接続される排気通路８２は、排気ガスの流れ方向においてウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４とが集合した位置から、さらに下流側では、１つの通路で形成されている。このように形成された排気通路８２のうち、ウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４とが集合し、１つの通路となった部分は、集合排気通路８５として形成されている。
【００４５】
実施例に係る内燃機関１の排気制御装置５を備える内燃機関１は、気筒２０が４つ形成されているが、４つの燃焼室３０にそれぞれ接続されている排気通路８２は、このように、排気ガスの下流側で集合するウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４とを有し、さらに集合排気通路８５が形成されている。
【００４６】
また、これらの４つの燃焼室３０に接続されている４つの排気通路８２は、集合排気通路８５が、他の燃焼室３０に接続されている排気通路８２の集合排気通路８５同士で接続されている。詳しくは、４つの気筒２０は、略直線状に並べて形成されているが、このように並べて形成される気筒２０を一方の端に位置する気筒２０から他方の端に位置する気筒２０に向かうに従って順に、１番気筒２１、２番気筒２２、３番気筒２３、４番気筒２４とする。この場合に、１番気筒２１の燃焼室３０に接続された排気通路８２の集合排気通路８５と４番気筒２４の燃焼室３０に接続された排気通路８２の集合排気通路８５、及び２番気筒２２の燃焼室３０に接続された排気通路８２の集合排気通路８５と３番気筒２３の燃焼室３０に接続された排気通路８２の集合排気通路８５が、それぞれ接続されている。
【００４７】
このように、他の燃焼室３０に接続されている排気通路８２の集合排気通路８５同士が接続されている部分は、集合通路８６となっており、排気通路８２は上記のように形成されているため、集合通路８６は２つ形成されている。また、この集合通路８６は、シリンダヘッド１０の側面であるシリンダヘッド側壁１１に開口しており、この開口している部分は排気通路開口部８７となっている。即ち、集合通路８６は２つ形成されているため、排気通路開口部８７も２つ形成されている。この排気通路開口部８７には、排気ガスを大気に排出可能に車両に設けられる配管である排気管９１（図１参照）が接続される。
【００４８】
また、このように形成される排気通路８２と燃焼室３０との接続部分には排気バルブ５６が配設されているが、１つの燃焼室３０につき２つずつ排気側電磁駆動弁５２が設けられることにより１つの燃焼室３０と排気通路８２とを開閉可能に設けられた２つの排気バルブ５６のうち、燃焼室３０とウォータジャケット側排気通路８３とを開閉可能に設けられた排気バルブ５６は冷却通路側排気弁であるウォータジャケット側排気バルブ５７となっている。また、１つの燃焼室３０と排気通路８２とを開閉可能に設けられた２つの排気バルブ５６のうち、燃焼室３０とストレート側排気通路８４とを開閉可能に設けられた排気バルブ５６は反冷却通路側排気弁であるストレート側排気バルブ５８となっている。
【００４９】
また、シリンダヘッドウォータジャケット４１は、４つの燃焼室３０に接続された各排気通路８２の近傍に配設されている。各排気通路８２の近傍に配設されるシリンダヘッドウォータジャケット４１は、排気通路８２が有するウォータジャケット側排気通路８３の近傍に設けられている。つまり、シリンダヘッドウォータジャケット４１は、燃焼室３０に接続されているウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４とのうち、排気ガスの流れ方向においてウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４とが集合する部分よりも上流側のウォータジャケット側排気通路８３の近傍に設けられている。
【００５０】
図４は、図１に示す内燃機関の排気制御装置の全体構成図である。実施例に係る内燃機関１の排気制御装置５を備える内燃機関１には、シリンダヘッド１０のシリンダヘッド側壁１１のうち、排気通路開口部８７が開口したシリンダヘッド側壁１１に、排気ガスを大気に排出可能に車両に設けられる配管である排気管９１が接続される。この排気管９１は、排気通路開口部８７に連通しており、これによりシリンダヘッド１０に形成された排気通路８２に連通している。このようにシリンダヘッド側壁１１に接続される排気管９１には、排気ガスの成分を検出可能な排気ガス成分検出手段であるＯ２センサ１０５と、排気管９１内を流れる排気ガスの温度である排気温度を検出可能な排気温度検出手段である排気温度センサ１０３とが設けられている。このうち、Ｏ２センサ１０５は、排気ガスに含まれる酸素の量を検出可能に形成されている。
【００５１】
また、排気管９１には、排気ガスを浄化する排気ガス浄化手段である触媒９２が設けられている。この触媒９２には、触媒９２の温度である床温を検出可能な床温検出手段である床温センサ１０４が接続されている。また、内燃機関１には、シリンダブロックウォータジャケット４２やシリンダヘッドウォータジャケット４１を流れる冷却水の温度である冷却水温を検出可能な水温検出手段である水温センサ１００が設けられている。
【００５２】
また、内燃機関１のシリンダヘッド１０に形成される吸気通路８１には、スロットルバルブ９７が配設された吸気管９５が接続されている。また、スロットルバルブ９７は、スロットルバルブ９７を作動させるスロットルバルブ作動装置９８に接続されており、スロットルバルブ作動装置９８によって作動可能に設けられている。このようにスロットルバルブ９７が配設される吸気管９５には、スロットルバルブ９７の開度を検出可能なスロットル開度検出手段であるスロットル開度センサ１０１が設けられている。
【００５３】
また、内燃機関１に吸入される空気の流れ方向におけるスロットルバルブ９７の上流側には、内燃機関１が吸入する空気の量を検出可能な吸入空気量検出手段であるエアフロメータ１０２が接続されている。これらのＯ２センサ１０５、排気温度センサ１０３、床温センサ１０４、水温センサ１００、スロットル開度センサ１０１、エアフロメータ１０２、スロットルバルブ作動装置９８は、ＥＣＵ１１０に接続されている。
【００５４】
図５は、図１に示す内燃機関の排気制御装置の要部構成図である。電磁駆動弁５０に対して励磁電流を供給可能な駆動回路９０は、ＥＣＵ１１０に接続されているが、ＥＣＵ１１０には、処理部１１１、記憶部１３０及び入出力部１３１が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ＥＣＵ１１０に接続されている駆動回路９０、インジェクタ９６、スロットルバルブ作動装置９８、水温センサ１００、スロットル開度センサ１０１、エアフロメータ１０２、排気温度センサ１０３、床温センサ１０４、Ｏ２センサ１０５は、入出力部１３１に接続されており、入出力部は、これらのセンサ等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部１３０には、本発明に係る内燃機関１の排気制御装置５を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部１３０は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００５５】
また、処理部１１１は、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されており、吸気側電磁駆動弁５１を制御することを介して吸気バルブ５５の開閉を制御可能に設けられた吸気弁制御手段である吸気バルブ制御部１１２と、排気側電磁駆動弁５２を制御することを介して排気バルブ５６の開閉を制御可能に設けられた排気弁制御手段である排気バルブ制御部１１３と、インジェクタ９６から噴射する燃料の量を制御可能に設けられた燃料噴射量制御手段である燃料噴射量制御部１１４と、を有している。
【００５６】
また、処理部１１１は、冷却水温を取得可能な冷却水温取得手段である冷却水温取得部１１５と、スロットルバルブ９７の開度であるスロットル開度を取得可能なスロットル開度取得手段であるスロットル開度取得部１１６と、内燃機関１の吸入空気量を取得可能な吸入空気量取得手段である吸入空気量取得部１１７と、内燃機関１の始動時より積算した吸入空気量である積算空気量を取得可能な積算空気量取得手段である積算空気量取得部１１８と、排気温度を取得可能な排気温度取得手段である排気温度取得部１１９と、触媒９２の温度である床温を取得可能な床温取得手段である床温取得部１２０と、運転中の内燃機関１の運転領域を取得可能な運転領域取得手段である運転領域取得部１２１と、を有している。
【００５７】
また、処理部１１１は、内燃機関１は始動直後で触媒９２の暖機をする必要があるかを判定する始動・触媒暖機判定手段である始動・触媒暖機判定部１２２と、内燃機関１が暖気運転中であるかを判定する内燃機関暖機判定手段である内燃機関暖機判定部１２３と、内燃機関１が高負荷運転であるかを判定する高負荷判定手段である高負荷判定部１２４と、排気温度が高温であるかを判定する排気温度高温判定手段である排気温度高温判定部１２５と、を有している。
【００５８】
ＥＣＵ１１０によって制御される内燃機関１の排気制御装置５の制御は、例えば、水温センサ１００などよる検出結果に基づいて、処理部１１１が前記コンピュータプログラムを当該処理部１１１に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて駆動回路を介して電磁駆動弁５０などを作動させることにより制御する。その際に処理部１１１は、適宜記憶部１３０へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように内燃機関１の排気制御装置５を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ１１０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。
【００５９】
この実施例に係る内燃機関１の排気制御装置５は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例に係る内燃機関１の排気制御装置５を備える内燃機関１は、運転中の行程に応じてＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する吸気バルブ制御部１１２と排気バルブ制御部１１３とから駆動回路９０に対して制御信号を送信する。吸気バルブ制御部１１２と排気バルブ制御部１１３とから制御信号が伝達された駆動回路９０は、吸気側電磁駆動弁５１と排気側電磁駆動弁５２とに対し、制御信号に応じた励磁電流を供給する。これにより、吸気側電磁駆動弁５１と排気側電磁駆動弁５２とは作動し、吸気バルブ５５と排気バルブ５６とは、吸気バルブ制御部１１２と排気バルブ制御部１１３との制御信号に応じて開閉する。
【００６０】
このようにして開閉する吸気バルブ５５と排気バルブ５６とは、内燃機関１の吸気行程では吸気バルブ５５は開き、排気バルブ５６は閉じられる。また、気筒２０内のピストン３５は、上死点から下死点に向かう。これにより、吸気管９５からは、スロットルバルブ作動装置９８によって作動するスロットルバルブ９７の開度に応じた量の空気を吸入する。
【００６１】
さらに、ＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する燃料噴射量制御部１１４は、吸入した空気の量、及び運転状態に適した量の燃料を噴射させる制御信号をインジェクタ９６に対して送信し、インジェクタ９６は燃料噴射量制御部１１４からの制御信号に応じた燃料を噴射する。これにより、空気と燃料とは混合し、混合気となって内燃機関１の気筒２０内に吸入される。
【００６２】
混合気を気筒２０内に吸入する吸気行程は、上死点から下死点に向かうピストン３５が下死点付近に位置した時点で終了し、次に圧縮行程に移るが、圧縮行程では吸気バルブ５５と排気バルブ５６との双方が閉じられ、ピストン３５は、下死点から上死点に向かう。これにより、気筒２０内に吸入された混合気は圧縮される。
【００６３】
混合気を圧縮する圧縮行程は、下死点から上死点に向かうピストン３５が上死点付近に位置した時点で終了し、次に燃焼行程に移るが、燃焼行程では圧縮行程と同様に吸気バルブ５５と排気バルブ５６との双方が閉じられ、この状態で点火プラグ４５の点火部４６は放電する。この点火部４６は、燃焼室３０内に位置しているので、点火部４６が放電することにより気筒２０内の混合気は着火して燃焼する。混合気は燃焼した場合、圧力が高くなるため、この圧力によりピストン３５は、上死点方向から下死点方向に押し下げられ、上死点から下死点に向かう。
【００６４】
燃焼行程では、このようにピストン３５が上死点から下死点に向かい、下死点付近に位置した時点で終了する。燃焼行程の終了後は、排気行程に移るが、排気行程では、吸気バルブ５５は閉じ、排気バルブ５６は開いた状態で、ピストン３５は下死点から上死点に向かう。これにより、燃料の燃焼後の燃焼ガスは、気筒２０内から排気通路８２に排出される。排気通路８２に排出された排気ガスは、排気管９１に接続された触媒９２で浄化された後、大気に排出される。
【００６５】
排気行程では、このように排気バルブ５６が開くことにより排気ガスが排気通路８２に排出されるが、排気バルブ５６はウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とが設けられており、これらの排気バルブ５６の開閉は、内燃機関１の運転状態によって変化する。
【００６６】
図６は、図２のＣ部詳細図であり、ストレート側排気バルブのみを開いた場合における排気ガスの流れの説明図である。具体的には、内燃機関１の始動時には、ウォータジャケット側排気バルブ５７を閉じると共にストレート側排気バルブ５８を開く。これにより、排気通路８２に流れる排気ガスはウォータジャケット側排気通路８３には流れず、ストレート側排気通路８４にのみ流れる。このストレート側排気通路８４はシリンダヘッドウォータジャケット４１から離れているため、ストレート側排気通路８４を流れる排気ガスとシリンダヘッドウォータジャケット４１を流れる冷却水との間では、熱交換が行なわれ難くなっている。このため、気筒２０内、或いは燃焼室３０から排気通路８２に排出された排気ガスは、高温の状態で排気通路８２から排気管９１に流れる。
【００６７】
このように、排気通路８２からの排気ガスが流れる排気管９１には触媒９２が設けられているため、排気ガスは触媒９２を通過する。ここで、この排気ガスは、冷却水との間で熱交換が行なわれ難くなっていることにより高温であるため、高温の排気ガスの熱が触媒９２に伝達されることにより触媒９２の温度は上昇し易くなっている。この触媒９２は、所定の温度以上の場合に活性化し、排気ガスを浄化し易くなっているが、内燃機関１の始動直後は、触媒９２は温度が低いため排気ガスを浄化し難くなっている。これに対し、このように高温の排気ガスの熱が触媒９２に伝達されることにより触媒９２は温度が上昇した場合には、触媒９２は活性化するため、この触媒９２を通過する排気ガスを浄化し易くなる。
【００６８】
図７は、図２のＣ部詳細図であり、ウォータジャケット側排気バルブのみを開いた場合における排気ガスの流れの説明図である。また、内燃機関１の暖機運転時にはウォータジャケット側排気バルブ５７を開くと共にストレート側排気バルブ５８は閉じる。これにより、排気通路８２に流れる排気ガスはストレート側排気通路８４には流れず、ウォータジャケット側排気通路８３にのみ流れる。このウォータジャケット側排気通路８３は、シリンダヘッドウォータジャケット４１の近傍に位置しているため、ウォータジャケット側排気通路８３に排気ガスが流れた場合、ウォータジャケット側排気通路８３を流れる排気ガスとシリンダヘッドウォータジャケット４１を流れる冷却水との間では熱交換が行なわれ易くなっている。このため、排気通路８２に排出された排気ガスの熱は冷却水に伝達され易くなり、冷却水の温度が上昇し易くなる。
【００６９】
この冷却水は、内燃機関１を循環し、本来は運転中の内燃機関１を冷却するものであるが、排気ガスの熱を冷却水に伝達して冷却水の温度を上昇させ、温度が上昇した冷却水が循環することにより、内燃機関１全体の温度が上昇し易くなる。これにより、暖機運転時の内燃機関１は、早期に温度が上昇し易くなる。
【００７０】
また、内燃機関１の運転時における軽・中負荷時にはウォータジャケット側排気バルブ５７を閉じると共にストレート側排気バルブ５８を開く（図６参照）。これにより、排気通路８２に流れる排気ガスはウォータジャケット側排気通路８３には流れず、ストレート側排気通路８４にのみ流れる。このストレート側排気通路８４は、ストレート形状で形成されているため、ウォータジャケット側排気通路８３よりも排気ガスが流れ易くなっている。このため、燃焼室３０から排気ガスが排出された際に、短時間でストレート側排気通路８４を通過して排気管９１に流れる。このように排気ガスが流れる排気管９１には、Ｏ２センサ１０５が設けられているが、排気ガスは短時間でストレート側排気通路８４を通過することにより、燃焼室３０から排出された排気ガスは、短時間でＯ２センサ１０５まで到達する。このためＯ２センサ１０５は、燃焼室３０から排出されて間もない排気ガスに含まれる酸素の量を検出する。
【００７１】
運転中の内燃機関１で混合気の空気と燃料との比率である空燃比を制御する場合には、Ｏ２センサ１０５による検出結果より排気ガスに含まれる酸素の量を検出し、検出結果に応じてインジェクタ９６から噴射する燃料の量を制御する。このため、Ｏ２センサ１０５で検出する排気ガスは、できるだけ燃焼直後の排気ガスであるのが好ましいが、排気ガスをストレート側排気通路８４から排出することにより、燃焼室３０から排出されて間もない排気ガスに含まれる酸素の量を検出できるので、空燃比の制御性の向上を図ることができる。
【００７２】
図８は、図２のＣ部詳細図であり、ウォータジャケット側排気バルブを開き、ストレート側排気バルブは中開度で開いた場合における排気ガスの流れの説明図である。また、内燃機関１の排気温度が所定の温度よりも高い場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開くと共にストレート側排気バルブ５８は中開度で開く。これにより、排気通路８２に流れる排気ガスは、大部分はウォータジャケット側排気通路８３に流れ、少量の排気ガスがストレート側排気通路８４に流れる。このように、多量の排気ガスがウォータジャケット側排気通路８３に流れ、少量の排気ガスがストレート側排気通路８４に流れることにより、双方の排気通路８２を流れる排気ガスが合流した際に、排気ガスの流れが乱れる。これにより、排気通路８２を流れる排気ガスに旋回流が発生する。このように、排気通路８２を流れる排気ガスに旋回流が発生した場合、排気ガスは排気通路８２の内壁に接触し易くなる。このため、排気ガスは、ウォータジャケット側排気通路８３の近傍に位置するシリンダヘッドウォータジャケット４１を流れる冷却水と熱交換を行ない易くなり、排気ガスの熱は冷却水に伝わり易くなる。従って、排気ガスの温度は低下し易くなる。
【００７３】
上昇し過ぎた排気ガスの温度を下げる場合には、通常、インジェクタ９６から噴射する燃料を増量することにより排気ガスの温度を低下させるが、排気通路８２を流れる排気ガスに旋回流を発生させ、冷却水と熱交換を行ない易くして排気ガスの温度を低下させることにより、燃料を増量させる必要がなくなる。このため、理論空燃比で内燃機関１を運転できる領域を増加させることができる。換言すると、実際の空燃比を理論空燃比で割った値である空気過剰率λ＝１で運転できる領域を増加させることができる。
【００７４】
図９は、図２のＣ部詳細図であり、ウォータジャケット側排気バルブとストレート側排気バルブとを共に開いた場合における排気ガスの流れの説明図である。内燃機関１の運転時における高負荷時にはウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを共に開く。これにより、排気ガスはウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８との双方を流れて排出されるため、排気ガスが流れる通路の断面積が大きくなり、排気ガスは排気通路８２を流れ易くなる。このため、排気効率が向上するため、内燃機関１の運転時の出力が向上する。
【００７５】
図１０は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気制御装置の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例に係る内燃機関１の排気制御装置５の制御方法、即ち、当該排気制御装置５の処理手順について説明する。実施例に係る内燃機関１の排気制御装置５の処理手順では、まず、冷却水温、スロットル開度、吸入空気量、積算空気量、排気温度、床温、運転領域を取得する（ステップＳＴ１０１）。これらの取得は、各センサ類で検出した検出結果がＥＣＵ１１０に伝達されることにより、ＥＣＵ１１０によって取得する。詳しく説明すると、冷却水温の取得は、水温センサ１００で検出した冷却水温がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する冷却水温取得部１１５に伝達され、冷却水温取得部１１５で取得する。また、ストッロル開度の取得は、スロットル開度センサ１０１で検出したスロットル開度の検出結果がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有するスロットル開度取得部１１６に伝達され、スロットル開度取得部１１６で取得する。
【００７６】
また、吸入空気量の取得は、エアフロメータ１０２で検出した吸入空気量の検出結果がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する吸入空気量取得部１１７に伝達され、吸入空気量取得部１１７で取得する。積算空気量の取得は、内燃機関１始動後に吸入空気量取得部１１７で取得した吸入空気量が、ＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する積算空気量取得部１１８に伝達され続け、積算空気量取得部１１８で、内燃機関１の始動後に内燃機関１が吸入した空気量の積算空気量を算出し、取得する。また、排気温度は、排気温度センサ１０３で検出した排気温度の検出結果がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する排気温度取得部１１９に伝達され、排気温度取得部１１９で取得する。また、床温は、床温センサ１０４で検出した床温の検出結果がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する床温取得部１２０に伝達され、床温取得部１２０で取得する。
【００７７】
図１１は、運転領域についての説明図である。また、運転領域の取得は、ＥＣＵ１１０の記憶部１３０に予め記憶される排気温度ごとの運転領域のマップを参照することより、ＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する運転領域取得部１２１で取得する。つまり、図１１に示すように、内燃機関１の運転時における回転数と負荷とより推定される排気温度ごとの運転領域を予め設定してマップを作成し、これを記憶部１３０に記憶する。このマップは、回転数と負荷とが共に高い場合には、排気温度も高くなる運転領域となり、回転数と負荷とが共に低い場合には、排気温度も低くなる運転領域となっている。この運転領域のマップの一例として、図１１では、回転数と負荷とが共に低い状態から共に高い状態になるに従って、排気温度が高い領域になっており、回転数と負荷とが共に低い状態から共に高い状態になるに従って、低温領域１４１、中温領域１４２、高温領域１４３の３つの運転領域に区分されている。運転領域取得部１２１は、内燃機関１の運転を制御する際に他の制御で用いる回転数と負荷とを、記憶部１３０に記憶されているこのマップに照らし合わせ、運転領域を取得する。
【００７８】
次に、積算空気量や冷却水温は所定値以上であるかを判定する（ステップＳＴ１０２）。この判定は、積算空気量取得部１１８で取得した積算空気量や、冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が、ＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する始動・触媒暖機判定部１２２に伝達され、始動・触媒暖機判定部１２２によって判定する。これらの積算空気量や冷却水温は、内燃機関１の始動後に触媒暖機が完了したかを判定する所定値が、予め記憶部１３０に記憶されている。即ち、内燃機関１の始動後に吸入した積算空気量が所定量以上の場合や、冷却水温が所定の温度以上の場合には、内燃機関１の始動後に触媒暖機は完了していると判定することができる。
【００７９】
このため記憶部１３０には、このように触媒暖機が完了したかを判定する基準となる所定の積算空気量や冷却水温が記憶されており、始動・触媒暖機判定部１２２は、記憶部１３０に記憶された積算空気量や冷却水温の所定値と、積算空気量取得部１１８で取得した積算空気量、または冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温を比較して判定をする。つまり、始動・触媒暖機判定部１２２は、積算空気量取得部１１８で取得した積算空気量が、記憶部１３０に記憶された積算空気量の所定値未満の場合、または、冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が、記憶部１３０に記憶された冷却水温の所定値未満の場合には、触媒暖機は完了していないと判定する。
【００８０】
始動・触媒暖機判定部１２２での判定により、積算空気量取得部１１８で取得した積算空気量、または冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が、所定値未満であると判定された場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７を閉じ、ストレート側排気バルブ５８を開く（ステップＳＴ１０３）。この制御は、始動・触媒暖機判定部１２２で、積算空気量取得部１１８で取得した積算空気量、または冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が所定値未満であると判定したという情報がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する排気バルブ制御部１１３に伝達され、この情報を受けた排気バルブ制御部１１３が駆動回路９０に制御信号を伝達することより行なう。
【００８１】
つまり、始動・触媒暖機判定部１２２の判定情報を受けた排気バルブ制御部１１３は、駆動回路９０に対してウォータジャケット側排気バルブ５７を閉じ、ストレート側排気バルブ５８を開く制御信号を送信する。排気バルブ制御部１１３からの制御信号を受けた駆動回路９０は、２つの排気側電磁駆動弁５２に対して制御信号に合わせてウォータジャケット側排気バルブ５７を閉じ、ストレート側排気バルブ５８を開く励磁電流を供給する。駆動回路９０から励磁電流が供給された排気側電磁駆動弁５２は、この励磁電流によって作動し、ウォータジャケット側排気バルブ５７を閉じ、ストレート側排気バルブ５８を開く。
【００８２】
このように、ウォータジャケット側排気バルブ５７を閉じてストレート側排気バルブ５８を開いた場合には、燃焼室３０から排出された排気ガスはウォータジャケット側排気通路８３には流れず、ストレート側排気通路８４にのみ流れる。この場合、排気ガスはシリンダヘッドウォータジャケット４１を流れる冷却水で冷却され難くなるため、高温の状態で排気通路８２から排気管９１に流れる。このため、触媒９２は高温の排気ガスが通過することにより温度が上昇し易くなるため、内燃機関１の始動直後で触媒９２の温度が低い状態の場合でも活性化し易くなり、触媒９２の早期暖機を行なうことができる。このように、排気バルブ５６の開閉の制御を行なった後は、この処理手順から抜け出る。
【００８３】
また、始動・触媒暖機判定部１２２での判定により、積算空気量取得部１１８で取得した積算空気量、または冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が、所定値以上であると判定された場合には、次に、冷却水温は所定値以上であるかを判定する（ステップＳＴ１０４）。この判定は、冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が、ＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する内燃機関暖機判定部１２３に伝達され、内燃機関暖機判定部１２３によって判定する。この冷却水温は、内燃機関１の始動後に内燃機関１の暖機が完了したかを判定する所定値が、予め記憶部１３０に記憶されている。即ち、内燃機関１の運転時の冷却水温が所定の温度以上の場合には、内燃機関１の暖機は完了していると判定することができる。
【００８４】
このため記憶部１３０には、このように内燃機関１の暖機が完了したかを判定する基準となる所定の冷却水温が記憶されており、内燃機関暖機判定部１２３は、記憶部１３０に記憶された冷却水温の所定値と、冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温を比較して判定をする。つまり、内燃機関暖機判定部１２３は、冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が、記憶部１３０に記憶された冷却水温の所定値未満の場合には、内燃機関１の暖機は完了していないと判定する。
【００８５】
内燃機関暖機判定部１２３での判定により、冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が、所定値未満であると判定された場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８は閉じる（ステップＳＴ１０５）。この制御は、内燃機関暖機判定部１２３で、冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が所定値未満であると判定したという情報がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する排気バルブ制御部１１３に伝達され、この情報を受けた排気バルブ制御部１１３が駆動回路９０に制御信号を伝達することより行なう。
【００８６】
つまり、内燃機関暖機判定部１２３の判定情報を受けた排気バルブ制御部１１３は、駆動回路９０に対してウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８は閉じる制御信号を送信する。排気バルブ制御部１１３からの制御信号を受けた駆動回路９０は、２つの排気側電磁駆動弁５２に対して制御信号に合わせてウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８は閉じる励磁電流を供給する。駆動回路９０から励磁電流が供給された排気側電磁駆動弁５２は、この励磁電流によって作動し、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８を閉じる。
【００８７】
このように、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開いてストレート側排気バルブ５８は閉じた場合には、燃焼室３０から排出された排気ガスはストレート側排気通路８４には流れず、ウォータジャケット側排気通路８３にのみ流れる。この場合、排気ガスはシリンダヘッドウォータジャケット４１内を流れる冷却水と熱交換を行ない易くなるため、冷却水には排気ガスの熱が伝達され易くなり、冷却水は温度が上昇し易くなる。このため、内燃機関１を循環する冷却水がこのように温度が上昇することにより、内燃機関１全体の温度が上昇し易くなる。これにより、内燃機関１の早期暖機を行なうことができる。このように、排気バルブ５６の開閉の制御を行なった後は、この処理手順から抜け出る。
【００８８】
また、内燃機関暖機判定部１２３での判定により、冷却水温取得部１１５で取得した冷却水温が所定値以上であると判定された場合には、次に、スロットル開度や吸入空気量は所定値以上であるかを判定する（ステップＳＴ１０６）。この判定は、スロットル開度取得部１１６で取得したスロットル開度や、吸入空気量取得部１１７で取得した吸入空気量が、ＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する高負荷判定部１２４に伝達され、高負荷判定部１２４によって判定する。これらのスロットル開度や吸入空気量は、運転中の内燃機関１が高負荷で運転しているかを判定する所定値が、予め記憶部１３０に記憶されている。即ち、内燃機関１の運転中におけるスロットル開度が所定の開度以上の場合や、吸入空気量が所定量以上の場合には、内燃機関１は高負荷で運転していると判定することができる。
【００８９】
このため記憶部１３０には、このように内燃機関１が高負荷で運転しているかを判定する基準となる所定のスロットル開度や吸入空気量が記憶されており、高負荷判定部１２４は、記憶部１３０に記憶されたスロットル開度や吸入空気量の所定値と、スロットル開度取得部１１６で取得したスロットル開度、または吸入空気量取得部１１７で取得した吸入空気量を比較して判定をする。つまり、高負荷判定部１２４は、スロットル開度取得部１１６で取得したスロットル開度が、記憶部１３０に記憶されたスロットル開度の所定値以上の場合、または、吸入空気量取得部１１７で取得した吸入空気量が、記憶部１３０に記憶された吸入空気量の所定値以上の場合には、内燃機関１は高負荷で運転していると判定する。
【００９０】
高負荷判定部１２４での判定により、スロットル開度取得部１１６で取得したスロットル開度、または吸入空気量取得部１１７で取得した吸入空気量が、所定値以上であると判定された場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを共に開く（ステップＳＴ１０７）。この制御は、高負荷判定部１２４で、スロットル開度取得部１１６で取得したスロットル開度、または吸入空気量取得部１１７で取得した吸入空気量が所定値以上であると判定したという情報がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する排気バルブ制御部１１３に伝達され、この情報を受けた排気バルブ制御部１１３が駆動回路９０に制御信号を伝達することより行なう。
【００９１】
つまり、高負荷判定部１２４の判定情報を受けた排気バルブ制御部１１３は、駆動回路９０に対してウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを共に開く制御信号を送信する。排気バルブ制御部１１３からの制御信号を受けた駆動回路９０は、２つの排気側電磁駆動弁５２に対して制御信号に合わせてウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを共に開く励磁電流を供給する。駆動回路９０から励磁電流が供給された排気側電磁駆動弁５２は、この励磁電流によって作動し、ウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを共に開く。
【００９２】
このように、ウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを共に開いた場合には、燃焼室３０から排出された排気ガスは、ウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４との双方を流れる。この場合、排気ガスが流れる通路の断面積が大きくなり、排気ガスは排気通路８２を流れ易くなるため、排気効率が向上する。これにより、内燃機関１の運転時の出力が向上する。このように、排気バルブ５６の開閉の制御を行なった後は、この処理手順から抜け出る。
【００９３】
また、高負荷判定部１２４での判定により、スロットル開度取得部１１６で取得したスロットル開度、または吸入空気量取得部１１７で取得した吸入空気量が、所定値未満であると判定された場合には、次に、運転領域は高温領域１４３であるかを判定する（ステップＳＴ１０８）。この判定は、運転領域取得部１２１で取得した内燃機関１の運転領域が、ＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する排気温度高温判定部１２５に伝達され、排気温度高温判定部１２５によって判定する。つまり、運転領域取得部１２１で取得した内燃機関１の運転領域が高温領域１４３に入っている場合には、排気温度高温判定部１２５は、排気ガスが高温となる運転領域である高温領域１４３で内燃機関１は運転していると判定する。
【００９４】
排気温度高温判定部１２５での判定により、運転領域は高温領域１４３であると判定された場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８は中開度で開く（ステップＳＴ１０９）。この制御は、内燃機関暖機判定部１２３で、運転領域取得部１２１で取得した運転領域が高温領域１４３であると判定したという情報がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する排気バルブ制御部１１３に伝達され、この情報を受けた排気バルブ制御部１１３が駆動回路９０に制御信号を伝達することより行なう。
【００９５】
つまり、排気温度高温判定部１２５の判定情報を受けた排気バルブ制御部１１３は、駆動回路９０に対してウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８は中開度で開く制御信号を送信する。排気バルブ制御部１１３からの制御信号を受けた駆動回路９０は、２つの排気側電磁駆動弁５２に対して制御信号に合わせてウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８は中開度で開く励磁電流を供給する。駆動回路９０から励磁電流が供給された排気側電磁駆動弁５２は、この励磁電流によって作動し、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８を中開度で開く。ウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを、このように開いた場合には、燃焼室３０から排出された排気ガスのうち大部分はウォータジャケット側排気通路８３に流れ、ストレート側排気通路８４には少量の排気ガスが流れる。
【００９６】
このように、ウォータジャケット側排気通路８３に大部分の排気ガスが流れ、ストレート側排気通路８４に少量の排気ガスが流れた場合、ウォータジャケット側排気通路８３を流れる多量の排気ガスとストレート側排気通路８４を流れる少量の排気ガスとが合流する際に、排気ガスの流れが乱れ、排気通路８２を流れる排気ガスに旋回流が発生する。このため、排気通路８２を流れる排気ガスは排気通路８２の内壁に接触し易くなるためシリンダヘッドウォータジャケット４１を流れる冷却水と熱交換を行ない易くなり、排気ガスの熱は冷却水に伝わって温度が低下し易くなる。従って、排気ガスの温度を低下させるために燃料の増量を行なう必要がなく、空気過剰率λ＝１で運転できる領域を増加させることができる。このように、排気バルブ５６の開閉の制御を行なった後は、この処理手順から抜け出る。
【００９７】
また、排気温度高温判定部１２５での判定により、運転領域取得部１２１で取得した運転領域が高温領域１４３ではないと判定された場合には、次に、排気温度や床温は所定値以上であるかを判定する（ステップＳＴ１１０）。この判定は、排気温度取得部１１９で取得した排気温度や、床温取得部１２０で取得した床温が、ＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する排気温度高温判定部１２５に伝達され、排気温度高温判定部１２５によって判定する。これらの排気温度や床温は、燃焼室３０から排出される排気ガスの温度が所定以上の高温になっているかを判定する所定値が、予め記憶部１３０に記憶されている。即ち、内燃機関１の運転中における排気温度が所定値以上の場合や、床温が所定値以上の場合には、燃焼室３０から排出される排気ガスは所定以上の高温であると判定することができる。
【００９８】
このため記憶部１３０には、このように内燃機関１の燃焼室３０から排出される排気ガスの温度が所定以上の高温になっているかを判定する基準となる所定の排気温度や床温が記憶されており、排気温度高温判定部１２５は、記憶部１３０に記憶された排気温度や床温の所定値と、排気温度取得部１１９で取得した排気温度、または床温取得部１２０で取得した床温を比較して判定をする。つまり、排気温度高温判定部１２５は、排気温度取得部１１９で取得した排気温度が、記憶部１３０に記憶された排気温度の所定値以上の場合、または、床温取得部１２０で取得した床温が、記憶部１３０に記憶された床温の所定値以上の場合には、燃焼室３０から排出される排気ガスの温度は高温であると判定する。
【００９９】
排気温度高温判定部１２５での判定により、排気温度取得部１１９で取得した排気温度、または床温取得部１２０で取得した床温が、所定値以上であると判定された場合には、運転領域は高温領域１４３であると判定された場合と同様に、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８は中開度で開く（ステップＳＴ１０９）。この制御は、排気温度高温判定部１２５で、排気温度取得部１１９で取得した排気温度、または床温取得部１２０で取得した床温が所定値以上であると判定したという情報がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する排気バルブ制御部１１３に伝達され、この情報を受けた排気バルブ制御部１１３が駆動回路９０に制御信号を伝達することより行なう。
【０１００】
このように、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８は中開度で開くことにより、上述したように排気ガスの温度を低下させるために燃料の増量を行なう必要がなく、空気過剰率λ＝１で運転できる領域を増加させることができる。
【０１０１】
これに対し、排気温度高温判定部１２５での判定により、排気温度取得部１１９で取得した排気温度や床温取得部１２０で取得した床温が所定値以上ではない、即ち所定値未満であると判定された場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７は閉じ、ストレート側排気バルブ５８を開く（ステップＳＴ１１１）。この制御は、排気温度高温判定部１２５で、排気温度取得部１１９で取得した排気温度、または床温取得部１２０で取得した床温が所定値未満であると判定したという情報がＥＣＵ１１０の処理部１１１が有する排気バルブ制御部１１３に伝達され、この情報を受けた排気バルブ制御部１１３が駆動回路９０に制御信号を伝達することより行なう。
【０１０２】
つまり、排気温度高温判定部１２５の判定情報を受けた排気バルブ制御部１１３は、駆動回路９０に対してウォータジャケット側排気バルブ５７は閉じ、ストレート側排気バルブ５８は開く制御信号を送信する。排気バルブ制御部１１３からの制御信号を受けた駆動回路９０は、２つの排気側電磁駆動弁５２に対して制御信号に合わせてウォータジャケット側排気バルブ５７は閉じ、ストレート側排気バルブ５８は開く励磁電流を供給する。駆動回路９０から励磁電流が供給された排気側電磁駆動弁５２は、この励磁電流によって作動し、ウォータジャケット側排気バルブ５７は閉じ、ストレート側排気バルブ５８は開く。
【０１０３】
このように、ウォータジャケット側排気バルブ５７は閉じてストレート側排気バルブ５８を開いた場合には、燃焼室３０から排出された排気ガスはウォータジャケット側排気通路８３には流れず、ストレート側排気通路８４にのみ流れる。この場合、燃焼室３０から排出された排気ガスは、短時間で排気管９１に流れ、排気管９１に設けられたＯ２センサ１０５に短時間で到達する。このためＯ２センサ１０５は、燃焼室３０から排出されて間もない排気ガスに含まれる酸素の量を検出することができるため、空燃比の制御性の向上を図ることができる。このように、排気バルブ５６の開閉の制御を行なった後は、この処理手順から抜け出る。
【０１０４】
図１２は、内燃運転の始動後における冷却水温の変化と排気バルブの開閉状態を示す説明図である。内燃機関１の始動時は、冷却水温は内燃機関１の始動後の運転時間に応じて変化するが、その際に、排気バルブ５６の開閉状態も内燃機関１の運転状態に応じて変化する。このように変化する冷却水温と排気バルブ５６とのうち、冷却水温は内燃機関１の始動直後は低くなっており、排気バルブ５６は、触媒暖機を行なうため、ウォータジャケット側排気バルブ５７は閉じ、ストレート側排気バルブ５８のみ開く。その後、触媒９２の暖機が終了したと判断された場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開き、ストレート側排気バルブ５８は閉じる。内燃機関１は、この状態で暖機運転を行なう。
【０１０５】
さらに、内燃機関１の暖気運転が終了した場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７は閉じ、ストレート側排気バルブ５８を開く。これにより、燃焼室３０から排出された排気ガスは早期にＯ２センサ１０５に流れるため、空燃比の制御性の向上を図ることができる。このため、内燃機関１の運転中の負荷が軽・中負荷で、排気温度が所定の温度よりも低い場合、つまり、内燃機関１の通常の運転時には、ウォータジャケット側排気バルブ５７は閉じ、ストレート側排気バルブ５８を開く制御をする。
【０１０６】
図１３は、実施例に係る内燃機関の排気制御装置における排気バルブの開閉状態を示す図表である。以上の内燃機関１の排気制御装置５は、シリンダヘッド１０に形成される燃焼室３０に、シリンダヘッドウォータジャケット４１側に位置する排気通路８２であるウォータジャケット側排気通路８３と、ウォータジャケット側排気通路８３以外の排気通路８２であるストレート側排気通路８４とが接続されている。また、燃焼室３０と排気通路８２との接続部分には、燃焼室３０とウォータジャケット側排気通路８３とを開閉可能に設けられたウォータジャケット側排気バルブ５７と、燃焼室３０とストレート側排気通路８４とを開閉可能に設けられたストレート側排気バルブ５８とが設けられている。さらに、車両の各部を制御するＥＣＵ１１０は、ウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８との開閉を制御可能に設けられた排気バルブ制御部１１３を備えている。
【０１０７】
このように、ウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８との開閉を制御可能な排気バルブ制御部１１３を設け、内燃機関１の始動時にウォータジャケット側排気バルブ５７を閉じると共にストレート側排気バルブ５８を開くことにより、排気ガスはストレート側排気通路８４を通るため、排気ガスとシリンダヘッドウォータジャケット４１内の冷却水とで熱交換が行なわれ難くなる。これにより、排気ガスの熱は冷却水に伝達され難くなり、排気ガスの温度は低下し難くなるため、排気ガス浄化手段として排気経路に設けられた触媒９２を早期暖機することができ、早期に触媒９２を活性化させ、排気ガスを浄化できる。
【０１０８】
また、内燃機関１の暖機運転時にウォータジャケット側排気バルブ５７を開くと共にストレート側排気バルブ５８は閉じることにより、排気ガスはウォータジャケット側排気通路８３を通るため、排気ガスとシリンダヘッドウォータジャケット４１内の冷却水とで熱交換が行なわれ易くなる。これにより、排気ガスの熱は冷却水に伝達され易くなり、冷却水の温度は早期に上昇するため、内燃機関１の早期暖機を行なうことができる。また、内燃機関１の早期暖機を行なうことにより、内燃機関１の各作動部を潤滑する潤滑油の温度を上昇させることができ、潤滑油の粘度を早期に低下させることができる。これにより、フリクションが低下するため、燃費を向上させることができる。
【０１０９】
また、内燃機関１の運転時における軽・中負荷時にはウォータジャケット側排気バルブ５７を閉じると共にストレート側排気バルブ５８を開くことにより、排気ガスはストレート側排気通路８４を通るが、このストレート側排気通路８４はウォータジャケット側排気通路８３よりも排気ガスが流れ易い形状で形成されている。このため、排気ガスは排気通路８２内を流れ易くなるため、例えば、排気ガスの経路中に排気ガスの成分を検出するガス成分検出手段であるＯ２センサ１０５を設けた場合でも、燃焼室３０から排出された排気ガスは短時間でＯ２センサ１０５に到達する。即ち、燃焼室３０から排出された排気ガスは、ストレート排気により排気遅れが低減する。これにより、精度よく排気ガスの成分を検出することができるため、より正確に内燃機関１の空燃比を制御することができる。
【０１１０】
また、内燃機関１の排気温度が所定の温度よりも高い場合にはウォータジャケット側排気バルブ５７を開くと共にストレート側排気バルブ５８は中開度で開くことにより、ウォータジャケット側排気通路８３を流れる排気ガスとストレート側排気通路８４を流れる排気ガスとが合流した際に、排気通路８２内に旋回流を発生させることができる。これにより、排気ガスは排気通路８２の壁に接触する時間が長くなるため、排気ガスの熱は排気通路８２の壁を伝わって冷却水に伝達され、排気ガスの温度は低下し易くなる。このため、排気ガスの温度が高くなり過ぎることを抑制できるので、排気ガスの温度を低下させることを目的として燃料を増量させる必要がなくなり、燃費が悪化することを抑制できる。
【０１１１】
また、内燃機関１の運転時における高負荷時にはウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを共に開くことにより、排気抵抗が低減するため、内燃機関１の出力を向上させることができる。これらの結果、シリンダヘッド１０に排気通路８２と冷媒通路であるシリンダヘッドウォータジャケット４１とを設けた場合における燃費の悪化を抑制しつつ暖機性能を向上させることができる。
【０１１２】
また、ストレート側排気通路８４をストレート形状で形成しているため、ストレート側排気通路８４の形状を、より確実にウォータジャケット側排気通路８３よりも排気ガスが流れ易い形状にすることができる。これにより、内燃機関１の排気温度が所定の温度よりも高い場合にウォータジャケット側排気バルブ５７を開くと共にストレート側排気バルブ５８を中開度で開いた際に、より確実に排気通路８２内に旋回流を発生させることができ、排気ガスの温度を低下し易くすることができる。このため、より確実に、排気ガスの温度を低下させることを目的として燃料を増量させる必要がなくなり、燃費が悪化することを抑制できる。
【０１１３】
また、ストレート側排気通路８４をストレート形状で形成することにより、ストレート側排気通路８４の排気抵抗を、より確実に低減できるので、内燃機関１の高負荷運転時においてウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを共に開いた際に、より確実に内燃機関１の出力を向上させることができる。これらの結果、より確実に燃費の悪化を抑制すると共に、内燃機関１の出力の向上を図ることができる。
【０１１４】
図１４は、内燃機関の回転数と負荷との関係に対するλ＝１の限界領域を示す説明図である。また、内燃機関１の運転状態に応じてウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８との開閉をそれぞれ制御することにより、燃費の向上を図ることができる。つまり、内燃機関１の運転状態に応じてウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８との開閉をそれぞれ制御して、排気温度が高い場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７を開くと共にストレート側排気バルブ５８は中開度で開くことにより、排気ガスの温度を低下させることができる。
【０１１５】
これにより、排気ガスの温度を低下させることを目的として燃料を増量させる必要がなくなるため、このように排気ガスの温度を低下させる制御をした場合においてλ＝１で運転できる領域である排気冷却制御あり限界領域１５２は、このような排気ガスの温度を低下させる制御をしない場合においてλ＝１で運転できる領域である制御なし限界領域１５１よりも高くすることができる。
【０１１６】
また、内燃機関１を高負荷で運転する場合には、ウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８とを共に開くことにより、排気抵抗を低減させることができ、内燃機関１の出力を向上させることができる。これにより、内燃機関１を高負荷で運転する場合においても理想的な燃焼状態で燃料を燃焼させることができるため、内燃機関１を高負荷で運転し、出力を増加させる制御をした場合においてλ＝１で運転できる領域である出力優先制御限界領域１５３は、排気冷却制御あり限界領域１５２よりも、出力を増加させつつλ＝１で運転できる領域を高くすることができる。
【０１１７】
従って、これらのように内燃機関１の運転状態に応じてウォータジャケット側排気バルブ５７とストレート側排気バルブ５８との開閉をそれぞれ制御することにより、空気過剰率λ＝１で運転できる領域を増加させることができる。この結果、吸気量に対して最適な空燃比で燃料を供給できる運転領域が増加するため、燃料の供給量を減少させることができ、より確実に燃費の向上を図ることができる。
【０１１８】
なお、上述した内燃機関１は、燃焼室３０に接続される排気通路８２は、ウォータジャケット側排気通路８３とストレート側排気通路８４との２つの通路が接続されているが、燃焼室３０に接続される排気通路８２は２つ以外でもよい。例えば、燃焼室３０には、冷媒通路側排気通路として１つのウォータジャケット側排気通路８３が接続され、さらに、ウォータジャケット側排気通路８３以外の通路として燃焼室３０に接続される反冷媒通路側排気通路は、複数形成されていてもよい。排気通路８２は、シリンダヘッド１０に形成され、且つ、燃焼室３０から排出される排気ガスが通る通路として１つの燃焼室３０につき複数が接続されると共に１つの燃焼室３０に接続された複数の通路のうち最もシリンダヘッドウォータジャケット４１側に位置する通路である冷媒通路側排気通路と、１つの燃焼室３０に接続された複数の通路のうち冷媒通路側排気通路以外の通路であると共に冷媒通路側排気通路よりも排気ガスが流れ易い形状で形成された反冷媒通路側排気通路とを有し、さらに、冷媒通路側排気通路と反冷媒通路側排気通路とが集合して形成されていればよい。
【０１１９】
また、上記の内燃機関１は、気筒２０は４つ形成されているが、気筒２０の数は４つ以外でもよい。気筒２０の数に関わらず、シリンダヘッド１０に、上述した形態で排気通路８２を形成し、さらに、内燃機関１の運転状態に応じて排気バルブ５６の開閉を制御することにより、シリンダヘッド１０に排気通路８２と冷媒通路とを設けた場合における燃費の悪化を抑制しつつ暖機性能を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気制御装置は、排気通路がシリンダヘッドに形成されると共に排気バルブの開閉を制御可能な場合に有用であり、特に、排気通路の近傍に冷媒通路が配設されている場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の排気制御装置を備える内燃機関の概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向における排気通路の説明図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】図１に示す内燃機関の排気制御装置の全体構成図である。
【図５】図１に示す内燃機関の排気制御装置の要部構成図である。
【図６】図２のＣ部詳細図であり、ストレート側排気バルブのみを開いた場合における排気ガスの流れの説明図である。
【図７】図２のＣ部詳細図であり、ウォータジャケット側排気バルブのみを開いた場合における排気ガスの流れの説明図である。
【図８】図２のＣ部詳細図であり、ウォータジャケット側排気バルブを開き、ストレート側排気バルブは中開度で開いた場合における排気ガスの流れの説明図である。
【図９】図２のＣ部詳細図であり、ウォータジャケット側排気バルブとストレート側排気バルブとを共に開いた場合における排気ガスの流れの説明図である。
【図１０】本発明の実施例に係る内燃機関の排気制御装置の処理手順を示すフロー図である。
【図１１】運転領域についての説明図である。
【図１２】内燃運転の始動後における冷却水温の変化と排気バルブの開閉状態を示す説明図である。
【図１３】実施例に係る内燃機関の排気制御装置における排気バルブの開閉状態を示す図表である。
【図１４】内燃機関の回転数と負荷との関係に対するλ＝１の限界領域を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１  内燃機関
５  排気制御装置
１０  シリンダヘッド
１５  シリンダブロック
２０  気筒
３０  燃焼室
３５  ピストン
４１  シリンダヘッドウォータジャケット
４５  点火プラグ
５０  電磁駆動弁
５１  吸気側電磁駆動弁
５２  排気側電磁駆動弁
５３  弁体
５５  吸気バルブ
５６  排気バルブ
５７  ウォータジャケット側排気バルブ
５８  ストレート側排気バルブ
８１  吸気通路
８２  排気通路
８３  ウォータジャケット側排気通路
８４  ストレート側排気通路
９０  駆動回路
９１  排気管
９２  触媒
９５  吸気管
９６  インジェクタ
９７  スロットルバルブ
９８  スロットルバルブ作動装置
１００  水温センサ
１０１  スロットル開度センサ
１０２  エアフロメータ
１０３  排気温度センサ
１０４  床温センサ
１０５  Ｏ２センサ
１１０  ＥＣＵ
１１１  処理部
１１２  吸気バルブ制御部
１１３  排気バルブ制御部
１１４  燃料噴射量制御部
１１５  冷却水温取得部
１１６  スロットル開度取得部
１１７  吸入空気量取得部
１１８  積算空気量取得部
１１９  排気温度取得部
１２０  床温取得部
１２１  運転領域取得部
１２２  始動・触媒暖機判定部
１２３  内燃機関暖機判定部
１２４  高負荷判定部
１２５  排気温度高温判定部
１３０  記憶部
１３１  入出力部
【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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