JP6772901B2 - 内燃機関の排気システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気システムに関する。

過給機と、過給機のタービンを迂回するバイパス通路と、バイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブ（以下、「ＷＧＶ」と称する場合もある。）と、を備えた内燃機関が知られている。

そして、特許文献１には、このような内燃機関において、タービン出口通路に該出口通路を開閉可能なバルブを更に備え、内燃機関の冷間始動時に該バルブを閉じるとともにＷＧＶを開くことによって、バイパス通路を通過した比較的高温の排気を用いて、バイパス通路と排気通路との合流部よりも下流に設けられた排気浄化触媒を昇温させる技術が開示されている。

また、特許文献２には、内燃機関の冷間始動時において、バイパス通路から排気通路に流出する排気（以下、「バイパス排気」と称する場合もある。）が排気浄化触媒に直接的に当たるようにＷＧＶの開度を制御し、過給運転領域において、バイパス排気が排気浄化触媒に直接的に当たらないようにＷＧＶの開度を制御する技術が開示されている。

特開２００３−２５４０５１号公報 特開２０１０−１８０７８１号公報

従来技術によれば、比較的高温のバイパス排気を利用することによって、排気浄化触媒を早期に昇温させることが可能となる。この場合、バイパス排気が可及的に多くなるように、ＷＧＶは略全開状態に制御される傾向にある。そして、ＷＧＶが略全開状態に制御されたときに、バイパス排気が排気浄化触媒の昇温に利用され易くなるように、内燃機関の排気系が構成される傾向にある（例えば、バイパス排気を排気浄化触媒に直接的に当てることができるように、内燃機関の排気系が構成される）。

ところで、内燃機関の運転状態が自然吸気領域における高回転高負荷領域（以下、「ＮＡ高回転高負荷領域」と称する場合もある。）に属する場合、内燃機関から排出される排気の流量が比較的多くなる。このとき、内燃機関の背圧を可及的に低くするために、一般的にＷＧＶが略全開状態に制御される。ここで、上述したように内燃機関の排気系が構成された場合において、内燃機関の運転状態がＮＡ高回転高負荷領域に属し、冷間始動時と同様にＷＧＶが略全開状態に制御されると、バイパス排気が排気浄化触媒に滞留する時間が比較的短くなり、エミッションが悪化し易くなるという課題が生じることが新たに見出された。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、自然吸気領域における高負荷運転において、エミッションの悪化を抑制することができる技術の提供にある。

上記課題を解決するために本発明に係る内燃機関の排気システムは、内燃機関の排気通路に設けられたタービンを具備する過給機と、前記タービンより下流の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、前記タービンより上流の前記排気通路から分岐し、該タービンを迂回して前記排気浄化触媒より上流の該排気通路に合流するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路を流通する排気の流量を調整するウェイストゲートバルブであって、その開度が変化すると、前記バイパス通路から前記排気通路に流出する排気であるバイパス排気の流れ方向が変化するように構成されたウェイストゲートバルブと、前記内燃機関の運転状態が自然吸気領域における所定の高負荷領域に属する場合において、前記ウェイストゲートバルブの開度を、略全開状態の開度より小さい所定開度に制御する制御装置と、を備え、前記バイパス通路は、前記ウェイストゲートバルブが略全開にされた状態において、前記バイパス排気の流れ方向を前記排気浄化触媒の上流側端面へ指向させ、前記制御装置によって前記ウェイストゲートバルブの開度が前記所定開度に制御された状態において、前記バイパス排気の流れ方向が前記排気通路の壁面を指向することを特徴とする。

本発明によれば、自然吸気領域における高負荷運転において、エミッションの悪化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関とその排気システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るタービンハウジングの断面を示す図であって、ＷＧＶが略全開状態に制御されているときを表す図である。 本発明の実施形態に係るタービンハウジングの断面を示す図であって、ＷＧＶが略全開状態に対して閉弁側に制御されているときを表す図である。 機関回転速度と機関負荷との相関を表すグラフにおいて、所定の高負荷領域を示す図である。 本発明の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。 ＷＧＶが所定開度に制御されているときの、バイパス通路を流通して排気通路に流出する排気の流れを示す図である。 本発明の実施形態に係るタービンハウジングの断面を示す図であって、排気通路に設けられた突出部を表す図である。 本発明の実施形態に係るタービンハウジングの断面を示す図であって、突出部に設けられた凸部を表す図である。 本発明の実施形態に係るタービンハウジングの断面を示す図であって、突出部に設けられた面取り部を表す図である。 本発明の実施形態に係るタービンハウジングの断面を示す図であって、突出部に設けられた貫通孔を表す図である。 内燃機関の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合における、ＷＧＶ開度と排気浄化触媒の浄化率との関係について示す第一の図である。 内燃機関の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合における、ＷＧＶ開度と排気浄化触媒の浄化率との関係について示す第二の図である。 ＷＧＶの駆動部のロック機構について、第一の態様を説明するための図である。 ＷＧＶの駆動部のロック機構について、第二の態様を説明するための図である。 ＷＧＶの駆動部のロック機構について、第三の態様を説明するための図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜内燃機関とその排気システムの構成＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関とその排気システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を含む気筒群を備えた火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。ただし、本発明は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）にも適用することができる。内燃機関１には、各吸気ポートへ燃料を噴射する燃料噴射弁３が設けられている。なお、燃料噴射弁３は、各気筒２内へ直接燃料を噴射するように構成されてもよい。また、各気筒２には、筒内の混合気に着火するための図示しない点火プラグが取り付けられている。

内燃機関１は、インテークマニホールド４０およびエキゾーストマニホールド５０と接続されている。インテークマニホールド４０には吸気通路４が接続されている。この吸気通路４の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動する過給機６のコンプレッサハウジング６１が設けられている。コンプレッサハウジング６１には、コンプレッサ６１ａが回転自在に収容されている。また、コンプレッサハウジング６１よりも上流の吸気通路４と下流の吸気通路４との間には、図示しないエアバイパス通路が設けられていて、該エアバイパス通路にはエアバイパスバルブ６２が設けられている。これらエアバイパス通路およびエアバイパスバルブ６２によって、コンプレッサ６１ａにより過給された空気を、コンプレッサハウジング６１よりも上流の吸気通路４にバイパスさせることができる。つまり、コンプレッサ６１ａにより過給された空気の圧力を逃がすことができる。

コンプレッサハウジング６１よりも下流の吸気通路４には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ４２が設けられている。そして、インタークーラ４２よりも下流の吸気通路４には、スロットル弁４１が設けられている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。更に、スロットル弁４１よりも下流の吸気通路４に接続されているインテークマニホールド４０には、吸気圧センサ１１が設けられている。吸気圧センサ１１は、インテークマニホールド４０内の吸気の圧力に応じた電気信号を出力する。そして、吸気圧センサ１１により吸気圧力を検出することによって、過給圧を検出することができる。また、コンプレッサハウジング６１よりも上流の吸気通路４には、エアフローメータ４３が設けられている。エアフローメータ４３は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。

一方、エキゾーストマニホールド５０には排気通路５が接続されている。そして、排気通路５の途中には、排気の流れに従って順に過給機６のタービンハウジング６０、触媒ケーシング７、温度センサ５１が設けられている。タービンハウジング６０には、タービン６０ａが回転自在に収容されている。また、触媒ケーシング７には、排気浄化触媒７０が収容されている。排気浄化触媒７０は、例えば三元触媒である。また、温度センサ５１は排気の温度に応じた電気信号を出力する。

ここで、タービンハウジング６０は、図２Ａに示すように、排気通路５からの排気をタービン６０ａへ導くためのタービンインレット６００と、タービン６０ａを経由した排気を排気浄化触媒７０へ向けて排出させるためのタービンアウトレット６０１と、を備えている。また、タービンハウジング６０には、排気通路５からの排気を、タービンインレット６００とタービン６０ａとタービンアウトレット６０１とを迂回して、排気浄化触媒７
０へ向けて排出させるためのバイパス通路６０２が設けられる。ここで、バイパス通路６０２における入口側の部分を、排気通路５から分岐する分岐部６０２ａとし、バイパス通路６０２における出口側の部分を、排気通路５に合流する合流部６０２ｂとすると、バイパス通路６０２は、タービン６０ａよりも上流の排気通路５から分岐部６０２ａにおいて分岐し、タービン６０ａを迂回して、排気浄化触媒７０よりも上流の排気通路５に合流部６０２ｂにおいて合流することになる。そして、バイパス通路６０２は、該バイパス通路６０２の軸線の延長線（図２Ａ中の一点鎖線Ｌ１）が排気浄化触媒７０の上流側端面７０ａ（以下、「上流側触媒端面７０ａ」と称する）と交差するように配置されている。

また、タービンハウジング６０は、バイパス通路６０２の出口側に取り付けられ、バイパス通路６０２の開口面積を変更することにより該バイパス通路６０２を流通する排気の流量を調整するウェイストゲートバルブ６０３（以下、「ＷＧＶ６０３」と称する場合もある。）を備えている。このＷＧＶ６０３は、後述するＥＣＵ１０によって制御される。ここで、図２Ａは、ＷＧＶ６０３が略全開状態に制御されているときを表していて、バイパス通路６０２から排気通路５に流出する排気（以下、「バイパス排気」と称する場合もある。）の流れ方向は、バイパス通路６０２の軸線の方向と略等しくなっている。つまり、バイパス通路６０２は、ＷＧＶ６０３が略全開にされた状態において、バイパス排気の流れ方向を上流側触媒端面７０ａへ指向させる。一方、図２Ｂは、ＷＧＶ６０３が略全開状態に対して閉弁側に制御されているときを表していて、バイパス排気の流れ方向は、ＷＧＶ６０３が略全開状態に制御されているときと比較して、タービンアウトレット６０１側に向いている。このように、ＷＧＶ６０３は、その開度が変化すると、バイパス排気の流れ方向が変化するように構成されている。

ここで、図１に戻ると、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記の吸気圧センサ１１、エアフローメータ４３、温度センサ５１に加え、クランクポジションセンサ８、およびアクセル開度センサ９等の各種センサが電気的に接続されている。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。アクセル開度センサ９は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセル開度センサ９の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４３の出力値に基づいて、内燃機関１から排出される排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推定し、温度センサ５１の出力値に基づいて排気浄化触媒７０の温度を推定する。

また、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、スロットル弁４１、ＷＧＶ６０３、エアバイパスバルブ６２等の各種装置が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これら各種装置が制御される。例えば、ＥＣＵ１０は、ＷＧＶ６０３の開度（以下、「ＷＧＶ開度」と称する場合もある。）を制御することによって、バイパス通路６０２を流通する排気の流量を調整することができる。また、ＥＣＵ１０は、ＷＧＶ開度を制御することによって、バイパス排気の流れ方向を変化させることができる。

そして、ＥＣＵ１０は、冷間始動時において、ＷＧＶ６０３を略全開状態に制御することによって、排気浄化触媒７０を早期に昇温させることができる。これについて、以下に説明する。内燃機関１から排出された排気は、分岐部６０２ａにおいて、タービン６０ａ側の通路とバイパス通路６０２とに分流する。そして、これら通路を通過した排気は合流部６０２ｂにおいて合流し、排気浄化触媒７０に流入する。このとき、タービン６０ａ側の通路を通過する排気は、熱容量が大きいタービン６０ａによって熱が奪われ易く、その
温度が低下する傾向にある。一方、バイパス通路６０２を通過した排気は、その温度が比較的高くなる傾向にある。ここで、バイパス通路６０２を通過した排気（バイパス排気）について、その流れ方向が上流側触媒端面７０ａを指向する。したがって、比較的高温のバイパス排気は、排気通路５の壁面に衝突することなく、排気浄化触媒７０に直接的に流入する傾向にある。これにより、バイパス排気の熱が排気浄化触媒７０の昇温に利用され易くなる。その結果、排気浄化触媒７０が早期に昇温することとなる。

＜所定の高負荷領域におけるエミッションの悪化＞
ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態が自然吸気領域における高回転高負荷領域（ＮＡ高回転高負荷領域）に属する場合に、ＷＧＶ６０３を略全開状態に制御することによって、内燃機関１の背圧を可及的に低くすることもできる。しかしながら、内燃機関１の運転状態がＮＡ高回転高負荷領域に属する場合にＷＧＶ６０３が略全開状態に制御されると、エミッションが悪化するという課題が生じることを、本発明の発明者は見出した。これについて、以下に説明する。

内燃機関１の運転状態がＮＡ高回転高負荷領域に属する場合、排気流量が比較的多くなる。そして、このような場合にＷＧＶ６０３が略全開状態に制御されると、比較的流速が速いバイパス排気が、排気浄化触媒７０に直接的に流入し易くなる。このとき、バイパス排気は、上流側触媒端面７０ａの比較的狭い範囲に集中して当たる傾向にある。そして、バイパス通路６０２から排気通路５に流出して更に排気浄化触媒７０に流入する排気（以下、「バイパス経由触媒流入排気」と称する場合もある。）の一部は、比較的速やかに排気浄化触媒７０を通過することとなる。つまり、バイパス経由触媒流入排気の一部について、排気浄化触媒７０に滞留する時間（以下、「触媒滞留時間」と称する場合もある。）が比較的短くなる。この場合、当該排気は、その有害成分が十分に浄化される前に排気浄化触媒７０を通過し易くなる。その結果、エミッションが悪化する。

ただし、このようにエミッションが悪化する内燃機関１の運転領域は、ＮＡ高回転高負荷領域に限られない。内燃機関１の運転状態が自然吸気領域における所定の高負荷領域（以下、単に「所定の高負荷領域」と称する場合もある。）に属する場合には、以下に説明する理由により、内燃機関１の機関回転速度にかかわらず、上述したエミッションの悪化が生じ得る。ここで、内燃機関１の機関負荷が同一の場合、内燃機関１の機関回転速度が低いときは高いときよりも、排気流量は減少する。したがって、内燃機関１の機関回転速度が低いときは、排気の触媒滞留時間が比較的長くなり易く、上述したエミッションの悪化は生じ難くなるとも考えられる。しかしながら、内燃機関１の機関回転速度が低いときであっても内燃機関１の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合には、排気脈動が大きくなり、排気通路５において局所的、瞬間的に排気の流量が多くなり得る。この場合には、やはり、バイパス経由触媒流入排気の一部について、触媒滞留時間が比較的短くなる事態が生じ得る。したがって、内燃機関１の機関回転速度にかかわらず、内燃機関１の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合には、上述したエミッションの悪化が生じ得ることになる。

以上に説明した所定の高負荷領域について、図３を用いて説明する。図３は、機関回転速度と機関負荷との相関を表すグラフにおいて、所定の高負荷領域を示す図である。図３においてハッチングを付した領域ａが、所定の高負荷領域を示している。図３に示すように、内燃機関１の機関回転速度にかかわらず、自然吸気領域における高負荷側が所定の高負荷領域となる。

＜ＮＡ高負荷時のＷＧＶ開度制御＞
そこで、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合において、ＷＧＶ開度を、略全開状態の開度より小さい所定開度に制御する。ＥＣＵ１０が行う
このような制御を「ＮＡ高負荷時のＷＧＶ開度制御」と称する。なお、ＷＧＶ開度が所定開度にされるのに応じてコンプレッサ６１ａにより過給される空気は、エアバイパス通路およびエアバイパスバルブ６２によって、コンプレッサハウジング６１よりも下流の吸気通路４から上流の吸気通路４にバイパスされ得る。また、ＥＣＵ１０がＮＡ高負荷時のＷＧＶ開度制御を実行することで、本発明に係る制御装置として機能する。

ここで、ＥＣＵ１０が実行する制御フローについて、図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。

本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、アクセル開度センサ９の出力信号に基づいて、内燃機関１の機関負荷ＫＬが取得される。

次に、Ｓ１０２において、Ｓ１０１で取得した機関負荷ＫＬの値が、第一閾値ＫＬｔｈ１よりも大きくて第二閾値ＫＬｔｈ２よりも小さいか否かが判別される。ここで、第一閾値ＫＬｔｈ１は、内燃機関１の運転状態が自然吸気領域に属していて且つＷＧＶ６０３が略全開状態に制御される場合に、上述したエミッションの悪化が生じ難くなる機関負荷のうちの最大負荷であって、ＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されている。また、第二閾値ＫＬｔｈ２は、内燃機関１の運転状態が過給領域に属するときの機関負荷のうちの最小負荷であって、ＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されている。そして、Ｓ１０２において肯定判定された場合、この場合は内燃機関１の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合であって、ＥＣＵ１０はＳ１０３の処理へ進む。一方、Ｓ１０２において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。ここで、Ｓ１０２において否定判定される場合とは、例えば、内燃機関１の運転状態が過給領域に属する場合である。なお、内燃機関１の運転状態が過給領域に属する場合には、本フローとは異なる周知のフローに従って、要求過給圧に応じてＷＧＶ開度が制御される。

Ｓ１０２において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０３において、ＮＡ高負荷時のＷＧＶ開度制御が実行される。Ｓ１０３では、ＷＧＶ開度が所定開度に制御される。そして、Ｓ１０３の処理の後、本フローの実行が終了される。ここで、所定開度とは、ＷＧＶ６０３の略全開状態の開度より小さい開度である。そして、ＷＧＶ開度が所定開度に制御されると、バイパス排気の流れ方向が排気通路５の壁面を指向する。これについて、図５を用いて説明する。図５は、ＷＧＶ６０３が所定開度に制御されているときの、バイパス通路６０２を流通して排気通路５に流出する排気の流れを示す図である。図５において領域ｂが、当該排気の流れを示している。図５に示すように、バイパス排気は、ＷＧＶ６０３によってその流れ方向が規定され、その流れ方向が排気通路５の壁面を指向する。

ＥＣＵ１０がこのような制御フローを実行すると、内燃機関１の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合のバイパス排気は、排気通路５の壁面に衝突してから排気浄化触媒７０に流入する。ここで、バイパス排気が排気通路５の壁面に衝突すると、その流れが妨げられ拡散する。そして、拡散したバイパス排気は、上流側触媒端面７０ａの比較的広い範囲に流入することになる。

ここで、排気通路５の壁面に衝突したバイパス排気が、より拡散し、より均一に排気浄化触媒７０に流入するように、排気通路５の壁面に図６Ａに示すような突出部５ａを設けることができる。そして、この突出部５ａには、図６Ｂに示すような凸部５０１を設けることができる。または、図６Ｃに示すような面取り部５０２や、図６Ｄに示すような貫通孔５０３を設けることもできる。これらは、組み合わせて設けられてもよいし、排気通路５の壁面に衝突したバイパス排気がより拡散するような構成であれば、周知の構成が設けられてもよい。

そして、バイパス排気が排気通路５の壁面に衝突してから排気浄化触媒７０に流入する場合（このとき、内燃機関１の運転状態が所定の高負荷領域に属していて、且つＷＧＶ開度が所定開度に制御される）には、上流側触媒端面７０ａにおけるバイパス排気の速度分布が均一になり易い。そして、バイパス排気がこのように排気浄化触媒７０に流入すると、該排気は全体的に緩やかに排気浄化触媒７０を通過することとなる。つまり、バイパス経由触媒流入排気の一部について触媒滞留時間が比較的短くなるという事態が生じ難くなる。したがって、エミッションの悪化を抑制することができる。

ここで、ＮＡ高負荷時のＷＧＶ開度制御によるエミッションの悪化の抑制について、図７Ａおよび図７Ｂに基づいて詳しく説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、内燃機関１の運転状態が所定の高負荷領域に属する場合における、ＷＧＶ開度と排気浄化触媒７０の浄化率との関係について示す図である。図７Ａおよび図７ＢのＷＧＶ開度において、Ｄ１は全閉状態の開度、Ｄ２は全開状態の開度を表している。また、図７Ａおよび図７Ｂの浄化率において、Ｒ１はＷＧＶ開度がＤ１のときの排気浄化触媒７０の浄化率、Ｒ２はＷＧＶ開度がＤ２のときの排気浄化触媒７０の浄化率を表している。

上述したように、所定開度は、ＷＧＶ６０３の略全開状態の開度より小さい開度であって、バイパス排気の流れ方向が排気通路５の壁面を指向するＷＧＶ開度である。そして、この所定開度は、図７Ａにおいて、Ｄ１からＤ３の間のＷＧＶ開度として表される。図７Ａに示すように、ＷＧＶ開度が所定開度となるときは、ＷＧＶ開度が全開状態のＤ２となるときよりも、排気浄化触媒７０の浄化率が高くなる。例えば、ＷＧＶ開度がＤ３のときの浄化率Ｒ３は、ＷＧＶ開度がＤ２のときの浄化率Ｒ２よりも高くなっている。このように、ＥＣＵ１０が、内燃機関１の運転状態が所定の高負荷領域に属している場合に、ＷＧＶ開度を所定開度に制御することによって、エミッションの悪化を抑制することができる。

そして、所定開度は、エミッションの観点と内燃機関１の背圧の観点とから、設定され得る。例えば、エミッションの悪化を抑制しつつ内燃機関１の背圧を可及的に低くしたい場合には、ＥＣＵ１０は、ＷＧＶ開度を所定開度Ｄ３に制御することができる。また、エミッションの悪化を可及的に抑制したい場合には、ＥＣＵ１０は、ＷＧＶ開度をＤ３よりも閉弁側の所定開度に設定することができる。そして、エミッションの悪化を可及的に抑制したい場合に、ＥＣＵ１０が、ＷＧＶ開度を、例えば図７ＢにおけるＤ４により表される所定開度に制御することによって、ＷＧＶ開度が全閉状態のＤ１に制御されるときの浄化率Ｒ１とほぼ同じ浄化率を維持したまま、ＷＧＶ開度が全閉状態のＤ１に制御されるときよりも内燃機関１の背圧を下げることができる。

ここで、ＥＣＵ１０がＷＧＶ開度を所定開度に制御する際に、排気圧力の影響を受けて、ＷＧＶ開度を一定の開度に制御することが困難になることがある。そして、仮に、ＷＧＶ６０３の実際の開度が、ＥＣＵ１０から指令された所定開度に制御されなくなると、目標とするエミッションや目標とする内燃機関１の背圧を満足できなくなる虞がある。また、ＷＧＶ開度を図７ＢにおけるＤ４により表される開度のように比較的小さな開度に制御しようとする場合、実際のＷＧＶ開度が排気圧力の影響を受けて変動してしまうと、ＷＧＶ６０３が、その変動に応じてタービンハウジング６０に設けられた着座面に衝突する虞がある。そして、ＷＧＶ６０３が、このように着座面に衝突すると、騒音や振動が発生し易くなる。

そこで、本実施形態に係るＷＧＶ６０３において、その駆動部にロック機構が設けられてもよい。これについて、図８Ａから図８Ｃに基づいて説明する。なお、図８Ａから図８Ｃは、ＷＧＶ６０３の駆動部のロック機構について説明するための概略図であって、その
詳細については、適宜設計され得る。

図８Ａは、ＷＧＶ６０３の駆動部のロック機構について、第一の態様を説明するための図である。図８Ａを用いて、先ず、ＷＧＶ６０３の駆動部の構成について説明する。

図８Ａに示すＷＧＶ駆動部６０４は、負圧を駆動源として、ダイヤフラム６０６、ロッド６１１、およびリンク板６１２を介してＷＧＶ６０３を駆動させるものである。ダイヤフラム６０６は、ケース６０５に収容される。そして、ケース６０５の内部の空間は、ダイヤフラム６０６によって気密的に２つに分離される。このように分離された空間のうちの一方の空間（該空間を負圧室６１０ａとする）には負圧口６０９が設けられ、図示しない負圧ポンプによって、該負圧口６０９を介して該負圧室６１０ａの空気が吸引される。そうすると、負圧室６１０ａの圧力が他方の空間（該空間を室６１０ｂとする）の圧力よりも低下し、その圧力差によってダイヤフラム６０６が駆動される。なお、ダイヤフラム６０６は、保持板６０７を介して第一バネ６０８によって付勢されていて、該第一バネ６０８による付勢力と前記圧力差との影響により、その位置が決まる。そして、ダイヤフラム６０６にはロッド６１１が結合されていて、ロッド６１１はダイヤフラム６０６の動きに応じて駆動される。そして、ロッド６１１には、ダイヤフラム６０６が結合された側とは反対側に、リンク板６１２が結合される。リンク板６１２にはＷＧＶ６０３が結合されていて、負圧を駆動源としてダイヤフラム６０６およびロッド６１１が駆動されると、リンク板６１２を介してＷＧＶ６０３が駆動される。

そして、図８Ａに示すロック機構の第一の態様では、ケース６０５の内部の室６１０ｂに、第一ロック機構６１３が設けられる。第一ロック機構６１３は、係止部６１３ａと第二バネ６１３ｂとを含み、第二バネ６１３ｂにより係止部６１３ａがロッド６１１に向かって付勢される。また、ロッド６１１には、凹状の被係止部６１１ａが係止部６１３ａと係合可能に設けられる。そして、第一ロック機構６１３の係止部６１３ａとロッド６１１の被係止部６１１ａとが係合することによって、ロッド６１１の動きがロックされる。つまり、係止部６１３ａと被係止部６１１ａとが係合した位置にロッド６１１が固定され、以て、ＷＧＶ開度が固定される。なお、ダイヤフラム６０６によって、ロッド６１１に所定力以上の駆動力が与えられると、上述した係合状態は解除される。

また、ロッド６１１には、その軸方向に複数の被係止部６１１ａが設けられてもよい。これにより、ロッド６１１を複数の位置で固定することができ、以て、ＷＧＶ開度を複数の開度で固定することが可能となる。また、ロッド６１１の軸方向への移動をロックする手法は上記に限られず、周知の構成を用いてロッド６１１の軸方向への移動をロックすることができる。

図８Ｂは、ＷＧＶ６０３の駆動部のロック機構について、第二の態様を説明するための図である。図８Ｂに示すロック機構の第二の態様では、リンク板６１２の動きをロックする第二ロック機構６１４が設けられる。そして、第二ロック機構６１４に設けられた係止部が、リンク板６１２に設けられた凹状の被係止部６１２ａと係合することによって、リンク板６１２の動きがロックされる。これにより、ＷＧＶ開度が固定される。

図８Ｃは、ＷＧＶ６０３の駆動部のロック機構について、第三の態様を説明するための図である。図８Ｃに示すロック機構の第三の態様では、ダイヤフラム６０６の動きをロックする第三ロック機構６１５が設けられる。第三ロック機構６１５は、第三バネ６１５ａとストッパー６１５ｂとを含む。そして、負圧によって、ストッパー６１５ｂが設けられた位置までダイヤフラム６０６が駆動されると、ダイヤフラム６０６の保持板６０７とストッパー６１５ｂとが接触する。そうすると、負圧によるダイヤフラム６０６に対する駆動力が、第一バネ６０８と第三バネ６１５ａとによる付勢力を上回るまでは、ダイヤフラ
ム６０６の動きがロックされる。これにより、ＷＧＶ開度が固定される。

以上に説明したロック機構が設けられることによって、ＷＧＶ開度が一定の開度に制御され易くなる。これにより、上述したエミッションの悪化を好適に抑制することが可能となる。また、これにより、エミッションの悪化を可及的に抑制しつつ内燃機関１の背圧を下げられるように、例えば、ＷＧＶ開度が上記の図７ＢにおけるＤ４により表される開度のように比較的小さな開度に制御される場合における、上述した騒音や振動の発生を抑制することができる。

１・・・・内燃機関
４・・・・吸気通路
５・・・・排気通路
６・・・・過給機
１０・・・ＥＣＵ
６０・・・タービンハウジング
６０ａ・・タービン
６１・・・コンプレッサハウジング
６１ａ・・コンプレッサ
７０・・・排気浄化触媒
７０ａ・・上流側触媒端面
６０２・・バイパス通路
６０３・・ウェイストゲートバルブ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンを具備する過給機と、
   前記タービンより下流の前記排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
   前記タービンより上流の前記排気通路から分岐し、該タービンを迂回して前記排気浄化触媒より上流の該排気通路に合流するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路を流通する排気の流量を調整するウェイストゲートバルブであって、その開度が変化すると、前記バイパス通路から前記排気通路に流出する排気であるバイパス排気の流れ方向が変化するように構成されたウェイストゲートバルブと、
   前記内燃機関の運転状態が自然吸気領域における所定の高負荷領域に属する場合において、前記ウェイストゲートバルブの開度を、略全開状態の開度より小さい所定開度に制御する制御装置と、を備え、
   前記バイパス通路は、前記ウェイストゲートバルブが略全開にされた状態において、前記バイパス排気の流れ方向を前記排気浄化触媒の上流側端面へ指向させ、
   前記制御装置によって前記ウェイストゲートバルブの開度が前記所定開度に制御された状態において、前記バイパス排気の流れ方向が前記排気通路の壁面を指向することを特徴とする内燃機関の排気システム。
2. 前記内燃機関の運転状態が自然吸気領域における前記所定の高負荷領域より機関負荷が小さい運転領域に属する場合は、前記制御装置が、前記ウェイストゲートバルブの開度を略全開状態の開度に制御し、
   前記内燃機関の運転状態が自然吸気領域における前記所定の高負荷領域に属する場合は、前記制御部装置が、前記ウェイストゲートバルブの開度を略全開状態の開度より閉弁側の前記所定開度に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気システム。
3. 前記制御装置によって前記ウェイストゲートバルブの開度が前記所定開度に制御された状態において前記バイパス排気の流れ方向が指向する前記排気通路の壁面には、該バイパス排気の指向する方向とは異なる方向に突出する突出部が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気システム。

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