JP2015183624A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内燃料噴射装置と吸気通路内燃料噴射装置とを備えた内燃機関において、冷態始動時の安定燃焼とともに触媒の早期暖機を達成できる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。【解決手段】筒内燃料噴射装置３７と吸気通路内燃料噴射装置３９とを有する内燃機関の排気通路５１に設けられた排気ターボ過給機１１と、バイパス通路５９のウエストゲートバルブ６１と、バイパス通路５９の下流側に配置された排ガス浄化触媒５３と、内燃機関の冷態始動時に吸気通路内燃料噴射装置３９によって始動するとともにウエストゲートバルブ６１を閉作動する始動制御手段７３と、始動後に排ガス浄化触媒５３を暖機せしめるとともにウエストゲートバルブ６１を開作動する触媒暖機制御手段７５と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、筒内燃料噴射装置と吸気通路内燃料噴射装置とを有する内燃機関の排気装置に関し、特に、排気ターボ過給機のバイパス通路に設けられるウエストゲートバルブの開閉制御によって冷態始動時の触媒の早期活性化を行う技術に関する。

従来より、内燃機関の冷態始動時において、触媒を活性温度まで昇温するための触媒暖機制御が行われている。
この冷態始動時の触媒暖機制御としては、点火時期のリタード制御による後燃えを行っているものや、ウエストゲートバルブの開度制御をおこなっている。
例えば、特許文献１（特開２００２−２９５２８７号公報）には、エンジンの冷間始動時において、エンジンが暖機されていない触媒活性化前期では、筒内噴射の燃料噴射時期を吸気行程と圧縮行程とに分けて行われるとともに、点火時期をＭＢＴ（最大トルクが得られる点火時期）より所定期間リタードさせることが示されている。

また、ウエストゲートバルブの開度制御に関しては、特許文献２（特開２００１−１０７７２２号公報）において、主排気通路に接続しターボ過給機をバイパスする排気バイパス通路に排気バイパス弁を設けるとともに、タービンへの排気流を制御可能な排気カット弁を設け、エンジンの高負荷運転を除く触媒の非活性時には、排気カット弁を全閉とするとともに、排気バイパス弁を開弁し、また、エンジンの高負荷運転および触媒活性の少なくとも一方の成立時には、排気カット弁と排気バイパス弁との一方を用いて過給圧制御を行うことが開示されている。
すなわち、特許文献２には、触媒の活性時には排気バイパス弁を用いて過給圧制御を行うことから排気バイパス弁が閉じられることが示されている。

一方、特許文献３（特開２０１０−１１６８６８号公報）には、筒内燃料噴射装置と吸気通路内燃料噴射装置とを備えた内燃機関において、冷態始動時における安定燃焼のために、冷態始動後に吸気通路内燃料噴射を行い、その後所定時間経過後に、筒内燃料噴射に移行させることが示されている。

特開２００２−２９５２８７号公報 特開２００１−１０７７２２号公報 特開２０１０−１１６８６８号公報

しかしながら、前述のように特許文献１においては、内燃機関の冷態始動時に触媒暖機をするために、点火リタードによる排気後の後燃えを行っているが、触媒の早期暖機のためにさらにウエストゲートバルブの制御を行うことまでは示されていない。
また、特許文献２においては、触媒の活性時に過給圧を制御することが示され、排気バイパス弁が閉じられる制御が示されているが、触媒暖機時にウエストゲートバルブを開く技術についての開示は見られない。

一般的に、冷態始動時に触媒暖機をするために、点火リタードによる後燃えを行っているが、ウエストゲートバルブを閉弁状態とすると、排気ターボチャージャのタービン内やその出口近傍での後燃えが多くなり、排気ターボチャージャ本体の昇温が先に進み、該排気ターボチャージャの後流側に設けられた触媒がその後に続いて昇温される。
従って、触媒暖機のための後燃えを実施する期間が長くなり、燃費悪化を招く問題を有している。

また、冷態始動時においては内燃機関の安定燃焼が必要とされ、特許文献３には、筒内料噴射装置と吸気通路内燃料噴射装置とを備えた内燃機関において、冷態始動時における安定燃焼のために、冷態始動後に吸気通路内燃料噴射を行い所定時間経過後に、筒内燃料噴射に移行させることが示されているが、触媒の早期暖機のためのウエストゲートバルブの開閉制御を行うことまでは示されていない。

そこで、本発明は、前記課題に鑑みて、筒内燃料噴射装置と吸気通路内燃料噴射装置とを有した内燃機関において、冷態始動時の安定燃焼とともに触媒の早期暖機を達成できるウエストゲートバルブを備えた内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。

本発明は、かかる目的を達成するためになされたものであり、内燃機関の筒内に燃料を噴射する第１燃料噴射装置と、前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射装置と、前記内燃機関の排気通路に設けられタービンを有するターボ過給機と、該タービンへの排ガスをバイパスさせるバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ前記バイパス通路の入口を開閉するウエストゲートバルブと、前記バイパス通路下流に配置された排ガス浄化触媒と、内燃機関の冷態始動時に前記第２燃料噴射装置によって始動するとともに、前記ウエストゲートバルブを閉作動する始動制御手段と、前記始動制御手段よって始動後に、前記排ガス浄化触媒を暖機するとともに前記ウエストゲートバルブを開作動する触媒暖機制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、始動制御手段によって、内燃機関の冷態始動時に吸気通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射装置によって始動するので、吸気通路内で燃料と空気との予混合の期間が筒内に燃料を噴射する第１燃料噴射装置よりも長く取れることで、未燃のＨＣ排出量を低減できる。

また、内燃機関の冷態始動時にウエストゲートバルブを閉じることによって、排気通路側の排圧が上昇し、その結果、吸気弁と排気弁のバルブオーバラップ時の吸気通路側への排ガスの吹き返し量が増大することによって、吸気通路内での燃料と空気との混合の促進が期待でき、始動時の未燃のＨＣ排出量を一層低減できる。

また、本発明によれば、触媒暖機制御手段によって、内燃機関の点火時期のリタードと前記第１燃料噴射装置による燃料噴射とを行うとともに、前記ウエストゲートバルブを開作動するので、すなわち、第１燃料噴射装置によって圧縮行程（圧縮行程後半）に筒内に噴射して成層化することで、点火時期を最適燃焼時期よりリタードしても安定した燃焼が得られる。
そして、点火時期のリタードによって燃料の未燃成分を排気通路に排出して排気後に燃焼（後燃え）させることができ、しかもウエストゲートバルブを開作動するので、後燃えが、排気ターボ過給機をバイパスして、排気ターボ過給機の下流側に配置される排ガス浄化触媒に進み、該触媒の昇温を早期に行え、触媒の早期暖機を達成できる。

すなわち、排気ターボチャージャ本体の昇温が先に進み、該排気ターボチャージャの後流側に設けられた触媒がその後に続いて昇温する現象を防止でき、効率よい触媒の早期暖機が可能になる。
なお、この後燃えは、連続的に燃焼が続くことでガス温度が高く維持され連鎖的に後燃えが続く。

また、本発明の一実施形態においては、前記触媒暖機制御手段は、前記排ガス浄化触媒の冷態始動時の暖機の要否を判定する触媒暖機要否判定手段と、触媒暖機が要と判定されたとき、点火時期を最適点火時期よりリタードさせる点火時期制御手段と、触媒暖機が要と判定されたとき、前記第２燃料噴射装置から前記第１燃料噴射装置による燃料噴射への切換もしくは前記第２燃料噴射装置と前記第１燃料噴射装置とを合わせた燃料噴射への切換えを行う燃料噴射切換手段と、を有することを特徴とする。

このように、触媒暖機制御手段は、燃料噴射切換手段によって、前記第２燃料噴射装置から前記第１燃料噴射装置による燃料噴射への切換、もしくは前記第２燃料噴射装置と前記第１燃料噴射とを合わせた燃料噴射への切換えを行うので、冷態始動時の燃焼の安定性と排ガス浄化触媒の早期活性化が可能になる。

また、本発明の一実施形態においては、前記触媒暖機制御手段は前記燃料噴射切換と前記ウエストゲートバルブの開作動を同時に行うことを特徴とする。

このように、同時に行うことで、前述した後燃えが、排気ターボ過給機をバイパスして、排気ターボ過給機の下流側に配置される排ガス浄化触媒に効率よく進み、該触媒の昇温を効果的に達成できる。

また、本発明の一実施形態においては、前記排気装置は、前記タービン出口に繋がるタービン出口通路を備え、前記ウエストゲートバルブは前記ウエストゲートバルブの開閉支点となるヒンジ部を具備し、前記ヒンジ部は前記バイパス通路の前記タービン出口通路と反対側に設けられ、前記暖機制御手段は、前記ウエストゲートバルブ先端部と前記ヒンジ部を結んだ線の延長線が前記タービン出口通路に交差するように前記ヒンジ部を支点として前記ウエストゲートバルブを開弁することを特徴とする。

このような構成によって、ウエストゲートバルブを通過する排ガスを、排気ターボ過給機のタービンを通過した排ガス流に向かうよう流すことができる。
これによって、タービンを通過した排ガスに対して乱れを与えて、ウエストゲートバルブからの流れとの混合を効率よく促進でき、排気ターボ過給機の下流側に後燃えの流れが生成しやすくなる。

また、本発明の一実施形態において、前記タービン出口通路からの排気ガスと前記バイパス通路からの排気ガスが合流する合流部と、前記合流部の下流の前記排ガス浄化触媒の上流に配置され、前記排気通路が曲げて形成される管曲部と、をさらに備えることを特徴とする。

このような構成によって、触媒前のターボ過給機のタービンからの流れと、ウエストゲートバルブからの流れが合流部で合流することで、未燃成分の後燃えが確実に進み、さらに、前記管曲部によって排ガスの流れの剥離や微小な逆流が生成されることによって、ウエストゲートバルブからの流れと排気ターボ過給機のタービンからの流れとの混合がより促進されて、触媒への後燃えがより進む。

また、本発明の一実施形態において、前記管曲部の湾曲形状の外周側に前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比センサが設置されることを特徴とする。

このように、管曲部の湾曲形状の外周側に空燃比センサが設置されるので、管曲部を流れる排ガスが効果的に空燃比センサに衝突するため、空燃比センサも触媒と同様に早期暖機が可能になり、早期に制御信号が取得できるようになる。

本発明によれば、筒内燃料噴射装置と吸気通路内燃料噴射装置とを有した内燃機関の排気通路にウエストゲートバルブを備えた内燃機関の排気装置において、冷態始動時の安定燃焼とともに触媒の早期暖機を達成できる。

本発明にかかる内燃機関の排気装置の全体構成図である。 制御装置の構成ブロック図である。 制御装置の制御フローを示すフローチャートである。 ウエストゲートバルブ部分の拡大説明図である。 空燃比センサへの排ガス流れの概要を示す説明図である。 ウエストゲートバルブのバルブ開閉状態を模式的に示し、（Ａ）は閉状態を示し、（Ｂ）は開状態を示す説明図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下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特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の実施形態であるエンジン（内燃機関）１の排気装置３の全体構成を示す概略図である。
図１に示すように、エンジン１の吸気系５は、吸気通路７には、エアクリーナ９が設けられ、その下流側に図示しないエアフロセンサと吸気温センサが設けられ、取り入れた空気量、取り入れた空気温度を監視している。

さらに、下流側には排気ターボ過給機１１のコンプレッサ１１ａが装着され、そのコンプレッサ１１ａの下流側には該コンプレッサ１１ａよって圧縮された圧縮空気を冷却するインタクーラ１３が設けられ、さらにそのインタクーラ１３の下流側には、燃焼室１５へ流入する吸気量を制御する吸気スロットルバルブ１７が設けられている。

コンプレッサ１１ａには、コンプレッサ１１ａをバイパスするようにコンプレッサバイパス通路１９が設けられ、該コンプレッサバイパス通路１９にはコンプレッサ制御弁２０が設けられ、コンプレッサ１１ａによる過給圧が制御されるようになっている。
また、吸気スロットルバルブ１７の下流側には、吸気レゾネータ２１が設けられ、その吸気レゾネータ２１から各気筒の燃焼室１５へ吸気を導くように吸気ポート２３が形成されている。

エンジン１は、ピストン２５の上部とシリンダヘッド２７との間に燃焼室１５を形成し、該燃焼室１５への吸気の流入を制御する吸気弁２９と、燃焼室１５からの燃焼ガスの排出を制御する排気弁３１が設けられている。これら吸気弁２９および排気弁３１は図示しないバルブ駆動機構を介して駆動される。
また、燃焼室１５の中央のシリンダヘッド２７には点火プラグ３３が取り付けられており、所定の点火タイミングで点火するようになっている点火タイミングは後述する点火時期制御手段３５によって触媒の暖機時に制御されるようになっている。

また、燃料噴射装置としては、燃焼室１５内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射（ＤＩ）を行う筒内燃料噴射装置（第１燃料噴射装置）３７と、吸気ポート２３内に燃料を噴射する吸気通路内噴射（ＭＰＩ）を行う吸気通路内燃料噴射装置（第２燃料噴射装置）３９とを備えている。

この筒内燃料噴射装置３７は、図示しない低圧燃料ポンプによって圧力が上昇された燃料をさらに高圧燃料ポンプ４１によって加圧して筒内噴射ノズル４３からの噴射圧力に適した圧に加圧して、コモンレール４５に供給して各気筒の筒内噴射ノズル４３に供給される。また吸気通路内燃料噴射装置３９は、図示しない低圧燃料ポンプによって圧力が上昇された燃料が、各気筒のポート噴射ノズル４７に供給されるようになっている。

エンジン１の排気装置（排気系）３は、排気ポート４９に接続した排気通路５１には、排気ターボ過給機１１のタービン１１ｂが設けられ、そのタービン１１ｂの下流側には、排ガス浄化触媒５３である三元触媒（Ｔｈｒｅｅ−Ｗａｙ Ｃａｔａｌｙｓｔ）が取り付けられている。そして、この排ガス浄化触媒５３の上流側近傍に空燃比センサ（ＬＡＦＳ、Ｌｉｎｅａｒ Ａｉｒ Ｆｕｅｌ Ｒａｔｉｏ Ｓｅｎｓｏｒ）５５が設置されて、排ガス浄化触媒５３へ流入する排ガスの空燃比を三元触媒が活性化する範囲に制御されるようなっている。また、排ガス浄化触媒５３の下流にはＯ２センサ５７が設置され、排ガス浄化触媒５３の前後で空燃比を検出している。

排気ターボ過給機１１のタービン１１ｂの入口側と出口側とを繋いで、排ガスをバイパスさせるバイパス通路５９に設けられ、該バイパス通路５９にはバイパス流量を制御するウエストゲートバルブ６１が設けられている。

図４にウエストゲートバルブ（Ｗ／Ｇ）６１の周囲の拡大図を示す。タービン１１ｂの下流に取り付けられたタービン出口通路６３は、排気ターボ過給機１１の回転軸１１ｃの軸方向に延びて形成され、バイパス通路５９の出口側に取り付けられたバイパス通路出口通路６６は、湾曲形状の管曲部６８を有している。そして、該管曲部６８の中間部分に前記タービン出口通路６３が合流して該合流部分に容積部６７を形成している。

このように、合流部分に容積部６７が形成されるとともに、合流部分が湾曲形状に形成されているため、ウエストゲートバルブ６１を通過した排ガスと、タービン１１ｂからの排ガスとの混合が促進される。

すなわち、図５に示すように、合流部分に容積部６７が形成されているため、合流して混合するための空間が確保されることで混合が促進される。さらに、湾曲形状の管曲部６８を有しているため、合流後の排ガス流は、湾曲形状に沿って流れることによって湾曲外周側に偏った流れとなり、湾曲内周側では流れの剥離や微小な逆流が生じて、排ガスの混合がさらに促進される。

合流後の排ガス流は湾曲外周側に偏った流れとなるため、この外周領域に前述した空燃比センサ（ＬＡＦＳ、Ｌｉｎｅａｒ Ａｉｒ Ｆｕｅｌ Ｒａｔｉｏ Ｓｅｎｓｏｒ）５５が設置されることによって、排ガスの後燃えによる昇温作用を効果的に空燃比センサ５５に作用させることができる。
これによって、空燃比センサ５５の暖機促進も可能となる。また、湾曲形状の外周側に空燃比センサ（ＬＡＦＳ）５５を設置したので、各気筒からの排ガスが順番に流れて来るため、気筒毎の空燃比（Ａ／Ｆ）の判定も可能になるとともに、精度よい判定が可能になる。

また、ウエストゲートバルブ６１は、図４、６に示すように、弁体６１Ａの一端部をヒンジ部Ｐとして、回動中心のヒンジ部Ｐに一体的に固定されたアーム６１Ｂの端部を、リンク６４を介してリンク６４の長手方向に移動することで弁体６１Ａの他端部側を搖動するヒンジタイプによって構成されている。

この弁体６１Ａを回動するためのアクチュエータとして、電動アクチュエータ６５を用いて作動させている。通電することにより電動アクチュエータ６５が作動して開閉するため、開閉作動を行うことによって電動アクチュエータ６５の発熱を促し、触媒暖機のための発熱補助の作用が得られる。

また、ウエストゲートバルブ６１を構成する弁体６１Ａが回動して開いたとき、弁体６１Ａの開き角度の向き、つまり開口方向は、ウエストゲートバルブ６１からの排ガスがタービン１１ｂを流れた排ガス流に向かうように、弁体６１Ａの弁体面６２が排ガス流のガイド部を形成している。
すなわち、ヒンジ部Ｐは、バイパス通路５９のタービン出口通路６３とは反対側に設けられ、弁体６１Ａが開いたとき、ウエストゲートバルブ６１の弁体６１Ａの先端部とヒンジ部Ｐとを結んだ線の延長線Ｌが、前記タービン出口通路６３に交差するように配置されている（図６（Ｂ））。

このようにウエストゲートバルブ６１を通過する排ガスを、タービン１１ｂを流れる排ガス流に向かうように、ウエストゲートバルブ６１の弁体６１ａ自体にガイド機能を付与しているので、タービン１１ｂを通過した排ガスに対して衝突して乱れを与えて、ウエストゲートバルブ６１からの流れとの混合を効率よく促進でき、排気ターボ過給機１１の下流側に後燃えの流れを生成できる。

図６（Ａ）は、ウエストゲートバルブ（Ｗ／Ｇ）６１の閉じた状態を示し、ウエストゲートバルブ６１の弁体６１Ａが、バイパス通路５９の出口開口に当接してウエストゲートバルブ６１の閉じ状態を示している。また、図６（Ｂ）は、ウエストゲートバルブ６１が開いた状態を示している。

図６（Ｂ）に示すように、弁体６１Ａが開いた状態では、弁体６１Ａ自体が排ガスの流れのガイドとなり、バイパス通路５９の出口開口からの流れを矢印Ａ方向に向け、タービン出口通路６３からの流れに向かう方向にガイドする。すなわち、弁体６１Ａの弁体面６２に沿った流れを形成している。

次に、以上説明した全体構成のエンジン１、吸気系５、排気装置（排気系）３において、エンジン１の冷態始動時における排ガス浄化触媒５３の暖機制御について、図１〜図３を参照して説明する。
この冷態始動時の制御は、制御装置（ＥＣＵ）７１によって行われ、制御装置７１は主にエンジン１の冷態始動時の運転制御を行う始動制御手段７３と、排ガス浄化触媒５３の暖機を行う触媒暖機制御手段７５とを有している。

始動制御手段７３は、エンジン１の冷態始動時の運転制御を行う。クランキングにより初爆を行うとともに、吸気通路内噴射（ＭＰＩ）によって運転し、さらに、ウエストゲートバルブ６１を閉作動して運転して、エンジンを所定回転数まで上昇させる。

触媒暖機制御手段７５は、図２に示すように、触媒暖機要否判定手段７７と、点火時期制御手段３５と、燃料噴射切換手段７９と、ウエストゲートバルブ制御手段８１とを有している。
触媒暖機要否判定手段７７は、エンジン１の冷却水温から排ガス浄化触媒５３の温度を推定し、または直接触媒の温度を、温度センサ等を用いて検出することで、暖機が活性温度に達しているかを判定して、暖機が必要か否かを判定する。

点火時期制御手段３５は、触媒の暖気運転時に点火時期を最適運転時（最大トルクが得られる運転時）の点火時期よりもリタードさせて、燃焼室からの未燃ＨＣの排出を増大して排気通路５１での後燃えを行うように制御する。

燃料噴射切換手段７９は、筒内燃料噴射（ＤＩ）を行う筒内燃料噴射装置３７と、吸気通路内噴射（ＭＰＩ）を行う吸気通路内燃料噴射装置３９との運転の切換えを行っている。また、いずれか一方の運転だけでなく、同時に筒内燃料噴射装置３７と吸気通路内燃料噴射装置３９との両方の運転を行うモードも含めて切換えが制御される。

ウエストゲートバルブ制御手段８１は、ウエストゲートバルブ６１の開閉作動を行う電動アクチュエータ６５への作動信号を制御することで、開閉角度の制御を行っている。開度θは図６（Ｂ）で示されるように、全閉位置を０°とすると、例えば略０〜４５°の範囲を回動する。全開状態でも、バイパス通路５９の出口開口からの流れはタービン出口通路６３からの流れに向かって合流するように流れる。

次に、エンジン１の冷態始動における作動について図３のフローチャートを参照して説明する。
エンジン１が冷えた状態で始動を開始すると、クランキングにより初爆が生じる。そして、ステップＳ１では、始動の際には燃料噴射切換手段７９が、吸気通路内噴射（ＭＰＩ）を選択して運転される。また、この始動の際には、ウエストゲートバルブ６１は閉作動されている。
ＭＰＩによって燃料噴射をすることで、吸気ポート２３内での予混合期間が長く取れるため、始動時の安定燃焼と未燃ＨＣ排出を低減できる。また、始動時には、ウエストゲートバルブを閉じるので、排気通路５１側の排圧が上昇し、その結果、吸気弁２９と排気弁３１とのバルブオーバラップ時の吸気ポート２３への排ガスの吹き返し量が増大することによって、吸気ポート２３内での燃料と空気との混合促進が期待できる。

そして、ステップＳ３で、始動が完了したかを回転数センサ８３からの信号を基に一定の回転数に達した場合には始動が完了したと判定し、始動が完了した場合にはステップＳ４に進んで触媒の暖気モードとするかを判定する。この触媒の暖機モードとするかは、前述の触媒暖機要否判定手段７７によって、暖機が必要か否かを判定する。

暖機が必要でないと判定した場合には終了し、暖機が必要であると判定した場合には、ステップＳ４に進む、ステップＳ４で暖機運転モードの運転を実施する。
この暖機運転モードは、ＤＩ運転又は（ＤＩ＋ＭＰＩ）運転、且つウエストゲートバルブ６１を開、且つ点火リタードによる運転状態である。
ＭＰＩでの始動開始時運転からＤＩ運転への切換えだけでなく、ＭＰＩとＤＩとの併用への切換えでもよい。なお、ＤＩ運転においては、圧縮行程噴射（圧縮行程後期噴射）を行う。

そして、この暖機運転モードの運転状態を、エンジン１の冷却水温から推定した排ガス浄化触媒５３の温度を基に、または直接温度センサ等を用いて検出した排ガス浄化触媒５３の温度を基に、温度に対応した運転時間だけ運転されるように設定されている。

次に、ステップＳ５では、ウエストゲートバルブ６１の開弁量が制御される。すなわち、暖機運転モードではウエストゲートバルブ６１が開弁されるがその際の開弁量が制御される。暖機運転モードにおけるウエストゲートバルブ６１の開弁量は、全開状態を基本とするが、中間開度に設定してもよく、設定開度へ制御される。

以上の実施形態によれば、冷態始動の触媒暖機時には、ＭＰＩ運転から、ＤＩ運転又は（ＤＩ＋ＭＰＩ）運転に切換え、ＤＩ運転の圧縮行程噴射により成層化し、点火リタードでも安定した燃焼とすることができる。そして、このＤＩ運又は（ＤＩ＋ＭＰＩ）運転への切換えの際に、ウエストゲートバルブ６１を開くことによって、燃料の未燃成分を排気後に燃焼させる後燃えを発生させても、ウエストゲートバルブ６１を開作動するので、後燃えが排気ターボ過給機１１をバイパス通路５９を介してバイパスして、排気ターボ過給機１１の下流側に配置される排ガス浄化触媒５３に効率よく進み、該触媒の昇温を早期に行え、触媒の早期暖機を達成できる。

また、始動時には、ＭＰＩ運転とするとともに、ウエストゲートバルブ６１を閉じることによって、排気通路５１側の排圧が上昇し、その結果、吸気弁２９と排気弁３１とのバルブオーバラップ時の吸気通路側への排ガスの吹き返し量が増大し、吸気ポート２３内での燃料と空気との混合が促進されて、始動時の未燃のＨＣ排出量の低減効果が期待できる。

本発明によれば、筒内燃料噴射装置と吸気通路内燃料噴射装置とを有した内燃機関の排気通路にウエストゲートバルブを備えた内燃機関の排気装置において、冷態始動時の安定燃焼とともに触媒の早期暖機を達成できるので、筒内燃料噴射装置と吸気通路内燃料噴射装置を備えた内燃機関への適用に適している。

１ エンジン（内燃機関）
３ 排気装置
５ 吸気系
１１ 排気ターボ過給機
３５ 点火時期制御手段
３７ 筒内燃料噴射装置（第１燃料噴射装置）
３９ 吸気通路内燃料噴射装置（第２燃料噴射装置）
５１ 排気通路
５３ 排ガス浄化触媒
５５ 空燃比センサ
５７ Ｏ２センサ
５９ バイパス通路
６１ ウエストゲートバルブ
６１Ａ 弁体
６２ ガイド面
６８ 管曲部
７１ 制御装置（ＥＣＵ）
７３ 始動制御手段
７５ 触媒暖機制御手段
７７ 触媒暖機要否判定手段
７９ 燃料噴射切換手段
８１ ウエストゲートバルブ制御手段
Ｐ ヒンジ部

Claims (6)

1. 内燃機関の筒内に燃料を噴射する第１燃料噴射装置と、
   前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射装置と、
   前記内燃機関の排気通路に設けられタービンを有するターボ過給機と、
   該タービンへの排ガスをバイパスさせるバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ前記バイパス通路の入口を開閉するウエストゲートバルブと、
   前記バイパス通路下流に配置された排ガス浄化触媒と、
   内燃機関の冷態始動時に前記第２燃料噴射装置によって始動するとともに、前記ウエストゲートバルブを閉作動する始動制御手段と、
   前記始動制御手段よって始動後に、前記排ガス浄化触媒を暖機するとともに前記ウエストゲートバルブを開作動する触媒暖機制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記触媒暖機制御手段は、
   前記排ガス浄化触媒の冷態始動時の暖機の要否を判定する触媒暖機要否判定手段と、
   触媒暖機が要と判定されたとき、点火時期を最適点火時期よりリタードさせる点火時期制御手段と、
   触媒暖機が要と判定されたとき、前記第２燃料噴射装置から前記第１燃料噴射装置による燃料噴射への切換もしくは前記第２燃料噴射装置と前記第１燃料噴射装置とを合わせた燃料噴射への切換えを行う燃料噴射切換手段と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
3. 前記触媒暖機制御手段は前記燃料噴射切換と前記ウエストゲートバルブの開作動を同時に行うことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気装置。
4. 前記排気装置は、前記タービン出口に繋がるタービン出口通路を備え、
   前記ウエストゲートバルブは前記ウエストゲートバルブの開閉支点となるヒンジ部を具備し、
   前記ヒンジ部は前記バイパス通路の前記タービン出口通路と反対側に設けられ、
   前記暖機制御手段は、前記ウエストゲートバルブ先端部と前記ヒンジ部を結んだ線の延長線が前記タービン出口通路に交差するように前記ヒンジ部を支点として前記ウエストゲートバルブを開弁することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気装置。
5. 前記タービン出口通路からの排気ガスと前記バイパス通路からの排気ガスが合流する合流部と、
   前記合流部の下流の前記排ガス浄化触媒の上流に配置され、前記排気通路が曲げて形成される管曲部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気装置。
6. 前記管曲部の湾曲形状の外周側に前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比センサが設置されることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気装置。

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