JP6844556B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

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、内燃機関の冷間始動時に、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知られている。

特許文献１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。

また、特許文献２には、排気浄化触媒の前後にルーバー部材が設けられた排気浄化装置が開示されている。当該排気浄化装置では、ルーバー部材がスリットおよび傾斜板を有しており、スリットを通過した排気の流れ方向を傾斜板によって変更可能に構成されている。

特開２０１０−１８０７８１号公報 特開２０１２−１９３７１９号公報

過給機と、バイパス通路と、ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）と、を備えた内燃機関では、該内燃機関に対する要求機関負荷が高くなると、ＷＧＶの開度が小さくされる。このとき、バイパス通路から排気通路に流出する排気（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、内燃機関の排気浄化装置が構成されていると（例えば、特許文献１参照）、排気浄化触媒の過昇温を抑制することができる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、このとき、バイパス排気が排気管の壁面に衝突し、壁面に沿って流通するバイパス排気が排気浄化触媒に流入することになる。そのため、排気が排気浄化触媒に一様に流入し難くなる。また、ＷＧＶの開度が小さくされると、バイパス排気の流速が速くなる傾向にあるため、排気浄化触媒における排気の滞留時間が短くなり易い。これらの結果、エミッションが悪化してしまう虞がある。

また、特許文献２に記載の技術によれば、スリットを通過した排気の流れが傾斜板によってガイドされるため、排気が排気浄化触媒に一様に流入し易くなるように思われる。しかしながら、特許文献２に記載の排気浄化装置では、内燃機関の運転状態によらず、つまり、内燃機関の冷間始動時（排気浄化触媒を暖機するとき）にも同様に、ルーバー部材のスリットを通過し傾斜板によってガイドされた排気が排気浄化触媒に流入することになる。そのため、排気浄化触媒を暖機するときには、排気が排気浄化触媒に流入する前に該排気の熱がルーバー部材に奪われ、排気浄化触媒を暖機するのに要する時間が長くなる傾向にある。そうすると、エミッションや燃費が悪化してしまう虞がある。

また、特許文献２に記載の技術では、排気の流れ方向が傾斜板によって変更される際に圧力損失が生じ得る。その結果、排気浄化触媒を暖機するときには、該排気浄化触媒の暖機開始が遅くなり、以て、エミッションが悪化してしまう虞がある。また、過給運転領域において、上述した圧力損失を伴って排気の流れが阻害されると、タービンの背圧が高くなり、以て、内燃機関の出力が低下する虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の冷間始動時には排気浄化触媒の早期昇温が可能で、且つ内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときには、内燃機関の出力低下を抑制しつつエミッションを可及的に低減可能な排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は、過給機と、排気浄化触媒と、バイパス通路と、ウェイストゲートバルブと、排気の流れ方向を変化させる整流部材と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒を暖機するときには、整流部材がバイパス通路から排気通路に流出する排気（バイパス排気）の流れ方向と交差せず、バイパス排気が整流部材の開口部を通過して該排気浄化触媒の上流側端面に直接向かうように、排気浄化触媒及び整流部材が配置される。これにより、内燃機関の冷間始動時に排気浄化触媒の早期昇温が可能となる。更に、内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときには、バイパス排気が整流部材に向かうように、排気浄化触媒及び整流部材が配置され、整流部材は、衝突した排気を、排気管の周方向にガイドするガイド部を有し、該ガイド部には、複数の貫通孔が設けられる。これにより、内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときには、内燃機関の出力低下を抑制しつつエミッションを可及的に低減することができる。

詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、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、前記タービンと前記排気浄化触媒との間の前記排気通路に設けられ、排気の流れ方向を変化させる整流部材と、を備える。そして、前記排気浄化触媒を暖機するときには、前記整流部材が前記バイパス排気の流れ方向と交差せず、前記バイパス排気が前記整流部材の開口部を通過して該排気浄化触媒の上流側端面に直接向かうように、且つ、前記内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときには、前記バイパス排気が前記整流部材に向かうように、前記排気浄化触媒及び前記整流部材が配置される。更に、前記整流部材は、衝突した排気を、前
記排気通路を画定する排気管の周方向にガイドするガイド部を有し、該ガイド部には、複数の貫通孔が設けられる。

このような構成によれば、排気浄化触媒を暖機するときには、バイパス排気が該排気浄化触媒の上流側端面を指向する。そのため、比較的高温のバイパス排気が排気浄化触媒に直接的に流入し易くなり、以て、排気浄化触媒を早期に昇温させることができる。その結果、内燃機関の冷間始動時において、エミッションが低減される。

一方、内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときには、バイパス排気が整流部材に衝突する。そうすると、ガイド部によって、衝突した排気が排気管の周方向にガイドされる。ここで、所定の高負荷領域とは、内燃機関の過給運転領域であって、更にウェイストゲートバルブが全開よりも小さくて且つ全閉よりも大きい開度に制御される領域である。したがって、このときには、バイパス通路から流出する排気の流速が比較的速くなる。そして、バイパス通路から流出する排気の流速が速くなると、その流れの指向性が強くなり、排気が排気浄化触媒に一様に流入し難くなる。これに対して、バイパス排気が、整流部
材によって上述したようにその流れ方向が変えられると、該排気がある程度拡散する。その結果、排気が排気浄化触媒に一様に流入し易くなる。この場合、排気浄化触媒における排気の流通範囲が広くなり、排気中の有害成分が浄化され易くなる。これにより、エミッションを可及的に低減することが可能となる。

また、バイパス排気が整流部材に衝突すると、該排気の流速が低減される。つまり、排気浄化触媒に流入する排気の流速が低減される。これにより、バイパス排気が整流部材に衝突しない場合と比べて排気浄化触媒における排気の滞留時間が長くなり、以て、エミッションを可及的に低減することが可能となる。

更に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ガイド部に複数の貫通孔が設けられる。そのため、整流部材に到達したバイパス排気の一部は、該整流部材に衝突することなく、または、ガイド部に沿って流通する途中で、この貫通孔を通過して排気浄化触媒に流入することになる。この場合、バイパス排気への整流部材の干渉が低減される。そのため、整流部材がバイパス排気の流れを阻害することで生じ得る圧力損失が低減される。これにより、タービンの背圧が高くなる事態が抑制され、以て、内燃機関の出力低下を抑制することができる。

以上に述べたように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の冷間始動時には排気浄化触媒の早期昇温を可能にする。更に、内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときには、内燃機関の出力低下を抑制しつつエミッションを可及的に低減することを可能にする。

また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記整流部材は、前記排気管の周方向に延在する外周側端部であって、該排気管の内壁面に沿って設けられる外周側端部と、前記排気管の周方向に延在する内周側端部であって、該排気管の内壁面よりも中心軸側に設けられる内周側端部と、を有していてもよい。このような構成では、排気管の中心軸付近に整流部材の開口が設けられる。そして、排気浄化触媒を暖機するときには、バイパス排気が当該開口を流通する。そうすると、排気浄化触媒を暖機するとき、バイパス排気が排気浄化触媒に好適に直接流入し易くなる。一方、内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときには、整流部材に衝突した排気は、ガイド部によって排気管の周方向にガイドされた後、当該開口を通過して排気浄化触媒に流入する。また、整流部材に到達した排気の一部は、貫通孔を通過した後に排気管の内壁面付近を流通して排気浄化触媒に流入する。これにより、排気が排気浄化触媒に一様に流入し易くなり、以て、エミッションを可及的に低減することができる。

また、前記整流部材は、前記内周側端部が前記外周側端部に対して排気の流れ方向における上流側に位置するように、又は、前記内周側端部が前記外周側端部に対して排気の流れ方向において同じ位置となるように配置されてもよい。このような構成によれば、整流部材に衝突した排気が、排気管の周方向にガイドされ易くなる。そうすると、排気がより一様に排気浄化触媒に流入し易くなり、以て、エミッションを可及的に低減することができる。

また、前記内周側端部が前記外周側端部に対して排気の流れ方向における上流側に位置するように整流部材が配置される場合には、整流部材に衝突した排気は、ガイド部に沿って下流側から上流側に流れることになる。つまり、ガイド部によって、整流部材に衝突した排気の流れ方向が逆向きに変えられる。また、前記内周側端部が前記外周側端部に対して排気の流れ方向において同じ位置となるように整流部材が配置される場合には、ガイド部によって、整流部材に衝突した排気の流れ方向が９０°変えられる。このように、整流部材に衝突した排気の流れ方向が比較的大きく変えられると、該排気が比較的大きく減速
することになる。その結果、排気浄化触媒に流入するバイパス排気の流速がより低下し易くなる。これにより、排気浄化触媒における排気の滞留時間が長くなり、以て、エミッションを可及的に低減することが可能となる。

以上に述べた内燃機関の排気浄化装置において、前記整流部材は、前記排気管の内壁面に溶接されてもよい。ここで、仮に、排気管と整流部材との溶接部位が、排気中の水蒸気が凝縮して生じる凝縮水が滞留し得る位置に設けられると、該溶接部位が腐食してしまう虞がある。そこで、前記整流部材は、その溶接部が、凝縮水が滞留しない位置に設けられてもよい。これによれば、排気管と整流部材との溶接部位が腐食してしまう事態を抑制することができる。

本発明によれば、内燃機関の冷間始動時には排気浄化触媒の早期昇温が可能で、且つ内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときには、内燃機関の出力低下を抑制しつつエミッションを可及的に低減することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 第一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。 第一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。 整流部材の形状とその概略構成を示す第一の図である。 整流部材に到達した排気の流れを説明するための図であって、図２Ａおよび図２Ｂにおける領域ａを拡大して示す図である。 整流部材が設けられないと仮定した場合であって、内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときに、バイパス通路を流通して排気浄化触媒に流入する排気の流れを示す図である。 内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときに、バイパス通路を流通して整流部材に衝突した後、排気浄化触媒に流入する排気の流れを示す図である。 整流部材の形状とその概略構成を示す第二の図である。 溶接部と凝縮水の滞留部との位置関係を説明するための第一の図であって、図２Ａおよび図２Ｂにおける領域ａを拡大して示す図である。 溶接部と凝縮水の滞留部との位置関係を説明するための第二の図である。 図９のＡ視図であって、凝縮水が滞留しない位置に設けられる溶接部について説明するための図である。 第二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。 整流部材に到達した排気の流れを説明するための図であって、図１１における領域ｅを拡大して示す図である。

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。

（第一の実施形態）
＜内燃機関の吸排気系の構成＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関とその吸排気系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、各気筒２内へ直接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、各吸気ポートへ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。

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、コンプレッサハウジング６１とインタークーラ４２との間の吸気通路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。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。更に、インテークマニホールド４０には、吸気圧センサ４４が設けられている。吸気圧センサ４４は、インテークマニホールド４０内の吸気の圧力（吸気圧）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。この排気通路５の途中には、過給機６のタービンハウジング６０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。そして、タービンハウジング６０よりも下流の排気通路５には、排気浄化触媒７が設けられている。この排気浄化触媒７は、例えば三元触媒である。また、タービンハウジング６０と排気浄化触媒７との間の排気通路５には、空燃比センサ５１が設けられている。空燃比センサ５１は、排気浄化触媒７に流入する排気の空燃比を検出する。また、排気浄化触媒７よりも下流の排気通路５には、温度センサ５２が設けられている。温度センサ５２は、排気浄化触媒７から流出する排気の温度を検出する。

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７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７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７の上流側端面７ａ（以下、「上流側触媒端面７ａ」と称する）と交差するように配置されている。本実施形態では、バイパス通路６０２の軸線と、タービンハウジング６０と排気浄化触媒７との間の排気通路５の一部を形成する排気管（これは、図２Ａにおいて、排気管５´として表される。）の軸線と、排気浄化触媒７の軸線（詳しくは、排気浄化触媒７が担持された円筒状の担体の軸線）と、が略一致するように構成されている。

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。）の流れ方向が線Ｌ１と略一致する。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７ａ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、上記のエアフローメータ４３、吸気圧センサ４４、空燃比センサ５１、温度センサ５２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を推定し、温度センサ５２の出力値に基づいて排気浄化触媒７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がＷＧＶ開度を制御すると、バイパス排気の流れ方向が変化する。

そして、ＥＣＵ１０は、排気浄化触媒７を暖機するときに、ＷＧＶ６０３を略全開状態に制御することによって、排気浄化触媒７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７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、上述したように、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７ａへ指向させる。したがって、ＥＣＵ１０がＷＧＶ６０３を略全開状態に制御すると、比較的高温のバイパス排気が、排気通路５の壁面に衝突することなく排気浄化触媒７に直接的に流入し易くなり、以て、排気浄化触媒７を早期に昇温させることができる。

＜バイパス排気の整流＞
タービンハウジング６０と排気浄化触媒７との間の排気通路５には、整流部材１１が設
けられている。そして、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置では、排気浄化触媒７を暖機するときには、バイパス排気が上流側触媒端面７ａに向かうように、且つ、内燃機関１が所定の高負荷領域で運転されるときには、バイパス排気が、整流部材１１に向かうように、排気浄化触媒７および整流部材１１が配置されている。これについて、図２Ａ、図２Ｂ、および図３に基づいて説明する。

図３は、整流部材１１の形状とその概略構成を示す図である。図３に示すように、整流部材１１は、排気の流れ方向における上流側から下流側に向かって拡がる板金によって、円錐台に形成されている。更に、一方の端部が下流側から上流側に向かって折り返されている。そして、このような整流部材１１は、ガイド部１１ａ、貫通孔１１ｂ、および開口部１１ｃを有している。ガイド部１１ａは、上述したような形状を有する板金であって、後述するように該ガイド部に衝突した排気の流れ方向を変化させる。貫通孔１１ｂは、板金の表面から裏面に貫通する複数の孔である。ただし、板金の表面から裏面に貫通する形状であれば孔でなくてもよい。開口部１１ｃは、上述した円錐台形状において頂面から底面に亘って開口している部分である。なお、本実施形態では、整流部材１１が板金によって形成されるが、これに限定する意図はない。例えば、丸棒の金属素材を上述した形状に切削加工することで、整流部材１１が形成されてもよい。また、整流部材１１が板金によって形成される場合、該整流部材１１は、排気通路５を形成する排気管と同様の材料とすることができる。

そして、本実施形態では、図２Ａに示すように、タービンハウジング６０と排気浄化触媒７との間の排気通路５において、整流部材１１の外周側端部１１ｄが排気管５´の内壁面に沿って設けられ、整流部材１１の内周側端部１１ｅが排気管５´の内壁面よりも中心軸側に設けられている。更に、このとき、線Ｌ１と整流部材１１の軸とが略一致し、整流部材１１は線Ｌ１周りに開口している。ここで、ＷＧＶ６０３が略全開状態に制御される排気浄化触媒７の暖機時には、バイパス排気の流れ方向が線Ｌ１と略一致する。したがって、バイパス排気の流れ方向は、整流部材１１の開口部１１ｃに向けられることになる。つまり、整流部材１１は、排気浄化触媒７を暖機するときにはバイパス排気の流れ方向と交差しない位置に設けられることになる。

このような構成によれば、排気浄化触媒７を暖機するとき、バイパス排気は、整流部材１１の開口部１１ｃを通過して排気浄化触媒７に流入する傾向にある。そのため、比較的高温のバイパス排気が排気浄化触媒７に直接的に流入し易くなり、以て、排気浄化触媒７を早期に昇温させることができる。これにより、内燃機関１が冷間始動されるときにおいて、エミッションを可及的に低減することが可能となる。

一方、内燃機関１が所定の高負荷領域で運転されるときには、図２Ｂに示すように、ＷＧＶ６０３が略全開状態に対して閉弁側に制御される。ここで、所定の高負荷領域とは、内燃機関１の過給運転領域であって、更にＷＧＶ６０３が全開よりも小さくて且つ全閉よりも大きい開度に制御される領域である。このとき、図２Ｂに示すように、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。そうすると、バイパス排気は、排気通路５の壁面に沿って流通し易くなり、その結果、バイパス排気が整流部材１１に衝突することになる。

次に、整流部材１１によるバイパス排気の整流作用について説明する。整流部材１１のガイド部１１ａは、該ガイド部１１ａに衝突した排気の流れ方向を変化させるように構成されている。また、整流部材１１に到達した排気の一部は、貫通孔１１ｂを通過して排気浄化触媒７に流入する。これにより、内燃機関１の出力低下を抑制しつつエミッションを可及的に低減することができる。これについて、以下に詳しく説明する。

図４は、整流部材１１に到達した排気の流れを説明するための図であって、図２Ａおよび図２Ｂにおける領域ａを拡大して示す図である。なお、図４に示すように、整流部材１１は、外周側端部１１ｄ側に設けられた溶接部１１ｆにおいて、排気管５´と溶接される。

排気が整流部材１１に到達すると、該排気がガイド部１１ａに衝突し、その流れ方向が変えられる。このときの排気の流れは、図４における矢（ａ）および矢（ｂ）によって表される。矢（ａ）は、整流部材１１の軸方向において、下流側から上流側にガイド部１１ａに沿って流れる排気の流れを示し、矢（ｂ）は、整流部材１１（排気管５´）の周方向にガイド部１１ａに沿って流れる排気の流れを示す。つまり、ガイド部１１ａは、該ガイド部１１ａに衝突した排気が、整流部材１１の周方向に拡がりながら下流側から上流側に向かって流れるようにガイドする。ここで、上述したように板金が折り返されている部分を折返し部１１ｇとすると、折返し部１１ｇから内周側端部１１ｅに向かって延在する面が、排気管５´の内壁面と鋭角をなす。これにより、ガイド部１１ａに沿って下流側から上流側に向かう流れが実現される。

また、整流部材１１に到達したバイパス排気の一部は、該整流部材１１に衝突することなく、または、ガイド部１１ａに沿って流通する途中で、貫通孔１１ｂを通過して（これは、図４における矢（ｃ）によって表される。）排気浄化触媒７に流入する。

以上に述べたようにバイパス排気が整流部材１１によって整流されると、バイパス排気がある程度拡散する。そうすると、排気浄化触媒７に流入するバイパス排気の流速が低減される。また、バイパス排気が排気浄化触媒７に一様に流入し易くなる。これについて、以下に説明する。

図５は、整流部材１１が設けられないと仮定した場合であって、内燃機関１が所定の高負荷領域で運転されるときに、バイパス通路６０２を流通して排気浄化触媒７に流入する排気の流れを示す図である。この場合、バイパス排気が排気通路５の壁面に衝突し、壁面に沿って流通するバイパス排気が排気浄化触媒７に流入することになる。そのため、図５に示すように、排気が排気浄化触媒７に一様に流入し難くなる。また、ＷＧＶ開度が小さくされると、バイパス排気の流速が速くなる傾向にあるため、排気浄化触媒７における排気の滞留時間が短くなり易い。これらの結果、エミッションが悪化してしまう虞がある。

これに対して、上述した整流部材１１が設けられると、図６に示すように、ガイド部１１ａに衝突した排気が整流部材１１の周方向に拡げられる（これは、図６における領域ｂによって表される。）。そして、ガイド部１１ａによってガイドされた排気は、開口部１１ｃを通過して排気浄化触媒７に流入する。また、整流部材１１に到達した排気の一部は、貫通孔１１ｂを通過した後に排気通路５の壁面付近を流通して排気浄化触媒７に流入する。そうすると、図６における領域ｃによって表されるように排気が拡散する。

つまり、内燃機関１が所定の高負荷領域で運転されるときには、バイパス通路６０２から流出する排気の流速が比較的速くなるものの、該排気が整流部材１１に衝突してその流れ方向が変えられることによって、該排気が拡散し、排気浄化触媒７に流入するバイパス排気の流速が低減される。これにより、バイパス排気が整流部材１１に衝突しない場合と比べて排気浄化触媒７における排気の滞留時間が長くなり、以て、エミッションを可及的に低減することが可能となる。

また、図５と図６とを比較すると、整流部材１１が、排気を排気浄化触媒７に一様に流入させていることが判る。これにより、排気浄化触媒７における排気の流通範囲が広くなり、排気中の有害成分が浄化され易くなる。更に、整流部材１１に到達した排気の一部が
貫通孔１１ｂを通過すると、バイパス排気へ整流部材１１の干渉が低減される。そのため、整流部材１１がバイパス排気の流れを阻害することで生じ得る圧力損失が低減される。これにより、タービン６０ａの背圧が高くなる事態が抑制され、以て、内燃機関１の出力低下を抑制することができる。

以上に述べたように、本実施形態に係る排気浄化装置は、内燃機関１の冷間始動時には排気浄化触媒７の早期昇温を可能にする。更に、内燃機関１が所定の高負荷領域で運転されるときには、内燃機関１の出力低下を抑制しつつエミッションを可及的に低減することを可能にする。

なお、本実施形態に係る整流部材１１は、ガイド部１１ａに衝突した排気が広くその周方向に拡げられるように、外周側端部１１ｄが、排気管５´の内壁面の周方向全周に沿って設けられているが、これに限定する意図はない。例えば、図７に示すような半周形状の整流部材１１が、内燃機関１が所定の高負荷領域で運転されるときにバイパス排気が衝突する位置に設けられてもよい。

また、本実施形態に係る整流部材１１において、上記の図４に示したように、溶接部１１ｆが折返し部１１ｇよりも上流側に設けられ、且つ折返し部１１ｇにも貫通孔１１ｂが設けられることによって、排気管５´と整流部材１１との溶接部位が腐食してしまう事態を抑制することができる。これについて、図８に基づいて説明する。

図８は、溶接部１１ｆと凝縮水の滞留部との位置関係を説明するための図であって、図２Ａおよび図２Ｂにおける領域ａを拡大して示す図である。ここで、排気中の水蒸気が凝縮して生じる凝縮水が滞留し得る位置に溶接部１１ｆが設けられると、上記溶接部位が腐食してしまう虞がある。そこで、本実施形態では、折返し部１１ｇが設けられることによって、該折返し部１１ｇに凝縮水が滞留し易くなるように構成される。そして、折返し部１１ｇにも貫通孔１１ｂが設けられることによって、図８の矢（ｄ）によって表されるように、凝縮水が貫通孔１１ｂを介して重力方向に落下する。更に、溶接部１１ｆは、折返し部１１ｇよりも上流側に設けられている。そのため、溶接部１１ｆには凝縮水が滞留しない。これにより、排気管５´と整流部材１１との溶接部位が腐食してしまう事態を抑制することができる。

ただし、図９に示すように、整流部材１１の軸が重力方向に対して水平になるように該整流部材１１が配置される場合には、溶接部１１ｆに凝縮水が滞留してしまう虞がある（このような事態は、図９における領域ｄにおいて生じ得る。）。そこで、このような場合、重力方向には溶接部１１ｆが設けられない。これについて、図１０に基づいて説明する。

図１０は、図９のＡ視図であって、凝縮水が滞留しない位置に設けられる溶接部１１ｆについて説明するための図である。図１０に示す排気管５´の周方向における範囲Ａ１には、凝縮水が滞留し得る。なお、範囲Ａ１とは、例えば、排気管５´の重力方向の中心軸Ｌ２に対して±１０°の範囲である。ただし、これに限定する意図はなく、タービン６０ａ通過後の排気の旋回流等を考慮して、範囲Ａ１が、これより広い範囲に定められてもよい。そして、この場合、範囲Ａ１には溶接部１１ｆが設けられない。つまり、溶接部１１ｆは、排気管５´の周方向において範囲Ａ１を除いた範囲Ａ２に設けられる。これにより、排気管５´と整流部材１１との溶接部位が腐食してしまう事態を抑制することができる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について、図１１および図１２に基づいて説明する。な
お、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

図１１は、本実施形態に係るタービンハウジング６０の断面を示す図であって、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す図である。本実施形態でも、上述した第一の実施形態と同様に、内燃機関１が所定の高負荷領域で運転されるときには、バイパス排気が整流部材１１０に衝突する。ここで、本実施形態に係る整流部材１１０は、平板形状を有しており、第一の実施形態の説明で述べた整流部材１１と同様に、ガイド部１１０ａ、貫通孔１１０ｂ、開口部１１０ｃ、外周側端部１１０ｄ、内周側端部１１０ｅ、および溶接部１１０ｆを含む。なお、排気浄化触媒７を暖機するときには、バイパス排気は、上述した第一の実施形態と同様に、整流部材１１０の開口部１１０ｃを通過して排気浄化触媒７に流入する傾向にある。

そして、このような整流部材１１０によるバイパス排気の整流作用について説明する。図１２は、整流部材１１０に到達した排気の流れを説明するための図であって、図１１における領域ｅを拡大して示す図である。なお、図１２に示すように、整流部材１１０は、外周側端部１１０ｄにおいて、排気管５´と溶接される。すなわち、外周側端部１１０ｄが溶接部１１０ｆとなる。

排気が整流部材１１０に到達すると、該排気がガイド部１１０ａに衝突し、その流れ方向が変えられる。このときの排気の流れは、図４における矢（ａ´）および矢（ｂ´）によって表される。矢（ａ´）は、外周側端部１１０ｄから内周側端部１１０ｅにガイド部１１０ａに沿って流れる排気の流れを示し、矢（ｂ´）は、整流部材１１０の周方向にガイド部１１０ａに沿って流れる排気の流れを示す。ここで、ガイド部１１０ａは、排気管５´の内壁面に対して９０°の角度をなす。これにより、ガイド部１１０ａによって、整流部材１１０に衝突した排気の流れ方向が９０°変えられる。このように、整流部材１１０に衝突した排気の流れ方向が比較的大きく変えられると、該排気が比較的大きく減速することになる。その結果、排気浄化触媒７に流入するバイパス排気の流速が低下し易くなる。また、バイパス排気が排気浄化触媒７に一様に流入し易くなる。これにより、エミッションを可及的に低減することが可能となる。

また、整流部材１１０に到達したバイパス排気の一部は、該整流部材１１０に衝突することなく、または、ガイド部１１０ａに沿って流通する途中で、貫通孔１１０ｂを通過して（これは、図１２における矢（ｃ´）によって表される。）排気浄化触媒７に流入する。そうすると、整流部材１１０がバイパス排気の流れを阻害することで生じ得る圧力損失が低減されつつ、排気が排気浄化触媒７に一様に流入し易くなる。

なお、整流部材１１０に付着した凝縮水は、外周側端部１１０ｄから内周側端部１１０ｅにガイド部１１０ａに沿って流れる排気の流れに乗って移動し得る。そのため、溶接部１１０ｆに凝縮水が滞留することがなく、排気管５´と整流部材１１０との溶接部位が腐食してしまう事態が抑制される。

以上に述べた整流部材１１０を備える排気浄化装置は、内燃機関１の冷間始動時には排気浄化触媒７の早期昇温を可能にする。更に、内燃機関１が所定の高負荷領域で運転されるときには、内燃機関１の出力低下を抑制しつつエミッションを可及的に低減することを可能にする。

１・・・内燃機関
４・・・吸気通路
５・・・排気通路
６・・・過給機
７・・・排気浄化触媒
１０・・ＥＣＵ
１１・・整流部材
１１ａ・ガイド部
１１ｂ・貫通孔
１１ｃ・開口部
１１ｄ・外周側端部
１１ｅ・内周側端部
１１ｆ・溶接部
６０ａ・タービン
６０２・バイパス通路
６０３・ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）

Claims (4)

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、
   前記タービンと前記排気浄化触媒との間の前記排気通路に設けられ、排気の流れ方向を変化させる整流部材と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気浄化触媒を暖機するときには、前記整流部材が前記バイパス排気の流れ方向と交差せず、前記バイパス排気が前記整流部材の開口部を通過して該排気浄化触媒の上流側端面に直接向かうように、且つ、前記内燃機関が所定の高負荷領域で運転されるときには、前記バイパス排気が前記整流部材に向かうように、前記排気浄化触媒及び前記整流部材が配置され、
   前記整流部材は、衝突した排気を、前記排気通路を画定する排気管の周方向にガイドするガイド部を有し、該ガイド部には、複数の貫通孔が設けられる、
   内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記整流部材は、
   前記排気管の周方向に延在する外周側端部であって、該排気管の内壁面に沿って設けられる外周側端部と、
   前記排気管の周方向に延在する内周側端部であって、該排気管の内壁面よりも中心軸側に設けられる内周側端部と、を有する、
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記整流部材は、前記内周側端部が前記外周側端部に対して排気の流れ方向における上流側に位置するように、又は、前記内周側端部が前記外周側端部に対して排気の流れ方向において同じ位置となるように配置される、
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記整流部材は、前記排気管の内壁面に溶接され、且つ、その溶接部が、凝縮水が滞留しない位置に設けられる、
   請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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