JP4486963B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に接続される排気流路を構成する少なくとも二つの流路を備えた内燃機関の排気装置に関し、例えば、排気処理装置を介装するメイン流路と、このメイン流路に両端を連通接続し排気処理装置を迂回するバイパス流路とを備えた排気装置に係る。

内燃機関の排気装置に関しては、冷機時、即ち内燃機関始動直後の暖機過程における触媒早期活性化によるＨＣ・ＮＯｘ等の排出最少化を図るため、排気処理装置としてスタート触媒コンバータ（プリコンバータ）をエキゾーストマニホールド直下のメイン流路に設けると共に、暖機後はこれを迂回させるべくバイパス流路を設け、弁機構によって両流路を切り換える装置が知られている。例えば、特許文献１には、排気処理装置たる触媒コンバータ（プリコンバータ）への排気の導入を制限する触媒バルブと、バイパス通路への排気の導入を制限するバイパスバルブの二つのバルブを設け、これらのバルブを夫々独立して開閉することによって、運転条件に応じて排気圧力を調節する装置が提案されている。

具体的には、触媒バルブとバイパスバルブの二つのバルブを設け、触媒バルブを開閉する電磁アクチュエータと、バイパスバルブを開閉するダイヤフラムアクチュエータを、以下のように運転条件に応じて夫々独立して制御することとしている。即ち、内燃機関の高負荷時（暖気後）には、触媒バルブが閉位置でバイパスバルブが開位置とされる。これに対し、冷機時（暖気過程）には、バイパスバルブが閉位置とされ、触媒バルブの開度がデューティ制御される。そして、始動時には、触媒バルブが全開位置でバイパスバルブが閉位置とされる。更に、暖気後の低中負荷時にも、触媒バルブが全開位置でバイパスバルブが閉位置とされる。

また、特許文献２には、従来技術として、内燃機関の排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気ガス還流装置（ＥＧＲ）に関し、バルブタイミング可変機構を用いて内部ＥＧＲを実現させる技術に言及すると共に、触媒を早期活性化させるために排気流量を絞って排気圧力を上昇させる技術に言及し、出力とＥＧＲ量とを高次元で両立することを目的とした装置が提案されており、触媒コンバータの下流側に絞り弁を設けた構成が開示されている。

一方、特許文献３には、排気音低減装置に関し、触媒の上流側の排気管の途中にバイパス通路を設け、その入口部に切換弁を設けた構成が開示されている。また、特許文献４には、排気浄化装置をバイパスするバイパス流路に、排気ガス温度に応じて排気ガス量を制御するバイパス排気ガス量制御手段と、所定の容量を有する容積部を設け、排気騒音を低減する装置が提案されている。更に、特許文献５には触媒劣化抑制装置に関し、所定の条件で燃料カットを禁止するとともに排気路を絞る構造を採用してエンジンブレーキを確保することが提案されている。

ところで、排気処理装置としては、上記の触媒コンバータ等の触媒装置のほか、排気熱回収装置や熱交換装置といった装置も含まれ、これらの装置においては、排気ガスに対する熱回収あるいは熱交換という排気処理が行われ、そのときの要件は前述の排気浄化要件と共に、排気処理要件に含まれる。例えば、特許文献６には触媒コンバータでの発熱を積極的に促進させて排気熱量を増加させることを目的としたエンジンの排気熱回収装置が提案され、触媒コンバータを通過した排気と伝熱媒体との間で熱交換する排気熱交換器が設けられている。そして、具体的な構成として、排気熱交換器にバイパス経路が設けられると共に、３個の排気経路切換弁によって経路が切換えられるように構成されている。また、特許文献７には、内燃機関の出力低下を招くことなく、高効率に熱エネルギーを回収する内燃機関の熱回収装置が提案され、その図８には、熱交換部に対しバイパスする流路内にバルブを設けた実施例が示されている。このバルブは、排気ガスが所定流量以下の場合には付勢手段により閉作動され、排気ガスが所定流量以上に増加した場合には排気ガス量に比例した開度で開く旨記載されている。

一方、特許文献８には、内燃機関の背圧を高めるために、排気枝通路への排気ガスの流入を制御する排気制御弁を用いて排気通路を絞ることに着目し、一つの排気制御弁でもって種々の制御を行いうる内燃機関の排気装置が提案されている。同装置は、機関排気ポートに連結された排気通路の出口に排気制御弁と、少くとも一対の排気ガス排出ポートとを設け、排気制御弁が、排気通路の出口から流出した排気ガスを一方の排気ガス排出ポート内に流入させる位置と、排気通路の出口から流出した排気ガスを他方の排気ガス排出ポート内に流入させる位置と、排気通路の出口をほぼ全閉する位置との少くとも三つの位置に制御可能としている。

特開平９−１２５９４０号公報 特開２００３−８３１４２号公報 特開２００２−３０３１６４号公報 特開平９−８８５６８号公報 特開２００２−２５６８６３号公報 特開２００４−１６９５９４号公報 特開２０００−６４８３３号公報 特開２００１−１２２６０号公報

然し乍ら、前掲の特許文献１に記載の装置においては、触媒バルブとバイパスバルブの二つのバルブに加え、前者を開閉する電磁アクチュエータと、後者を開閉するダイヤフラムアクチュエータを設け、更に、これらを独立して制御するため複雑な機構を必要としているので、コスト、重量及びスペースの何れの点でも、自動車に対する近時の要請に応えることはできない。また、バルブは抵抗体となって背圧の上昇を惹起することから、極力減らすという要請にも反することになる。上記の二つのバルブと二つのアクチュエータは独立して駆動制御され、同時制御あるいは相互に連携した制御が行われるものではなく、しかも、基本的には開閉（切換）作動のみとなっている。

このため、上記の装置による運転条件に応じた制御も、内燃機関の出力要件（性能要件、背圧要件）、プリコンバータ等の触媒装置による排気浄化要件（触媒暖機要件）、及び内燃機関の排気に対する消音要件の三要件における何れかの要件もしくは二要件に偏った制御となっている。例えば、高負荷時（暖気後）には触媒バルブが閉位置とされ、音響的抵抗を有し消音体として機能するプリコンバータには排気ガスが全く導入されないので、排気音が大きくなり、冷機時と暖機後の音量差が発生し、消音要件が犠牲とされている。一方、暖気後の低中負荷時にはバイパスバルブが閉位置とされるので、出力要件が犠牲とされることになる。

これに対し、前掲の特許文献２乃至５に記載の技術を用いれば夫々個別の要件には対応し得るものの、これらを特許文献１に記載の装置に適用しても解決につながらない。例えば、上記の消音要件に関する対策としては、前掲の特許文献４に記載の手段があるが、これを特許文献１に記載の装置にそのまま適用しても大型化等の新たな問題を惹起することになる。

一方、前掲の特許文献６及び７に記載の熱回収装置においては、消音効果に課題が残る。即ち、特許文献６においては熱交換器に対しバイパス流路が設けられ、従前のサブマフラが設けられていないので、熱交換器によってある程度の消音量が確保されるが、バイパス時には消音量が不足することになる。これに対し、特許文献７においてはバイパス流路がマフラとして機能する構造とされているが、必要な消音量を確保するためには装置が大型となるので、充分な取付空間が必要となる。例えば、車両のフロア下に配置される装置では、充分な取付空間が得られないので、必要な消音量を確保することはできない。従って、排気処理装置が熱回収装置である場合にも、簡単な構成で、内燃機関の出力要件、熱回収装置による排気処理要件、及び内燃機関の排気に対する消音要件の全てに適切に対応することが望まれる。

尚、特許文献８には、一つの排気制御弁によって種々の制御を行う排気装置が開示されているが、これは内燃機関の背圧を高めるために、排気通路を絞るものであり、排気ガスを一方の排気ガス排出ポート内に流入させる位置と、他方の排気ガス排出ポート内に流入させる位置と、排気通路の出口をほぼ全閉する位置の三つの位置が選択されるように構成されており、内燃機関の出力要件、熱回収装置による排気処理要件、及び内燃機関の排気に対する消音要件の全てに適切に対応し得るものではない。

そこで、本発明は、内燃機関に接続される排気流路を構成する少なくとも二つの流路を備えた内燃機関の排気装置において、単一の弁部材によって流路切換を行うと共に各々の流路面積調整を適切に行い得る排気装置を提供することを課題とする。特に、排気処理装置を介装するメイン流路と、排気処理装置を迂回するバイパス流路とを備えた内燃機関の排気装置において、単一の弁部材によってメイン流路とバイパス流路との間の流路切換を行うと共に各々の流路面積調整を適切に行い得る排気装置を提供することを課題とする。

また、本発明は、上記の内燃機関の排気装置において、内燃機関の出力要件、排気処理装置による排気処理要件、及び内燃機関の排気に対する消音要件の全てに適切に対応し得る排気装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、内燃機関に接続される排気流路を構成する少なくとも二つの流路を備えた内燃機関の排気装置において、前記二つの流路の一方の連通を選択した状態で、該一方の流路の流路面積を連続的に設定する単一の弁部材を備え、前記二つの流路の一方をメイン流路とすると共に、前記二つの流路の他方を前記メイン流路に両端を連通接続するバイパス流路とし、前記メイン流路に排気処理装置を介装し、前記排気処理装置を迂回するように前記バイパス流路の両端を前記メイン流路に連通接続し、前記排気処理装置の上流側及び下流側の一方に前記単一の弁部材を配設して成り、前記単一の弁部材は、前記メイン流路が最大流路面積の状態且つ前記バイパス流路が閉状態から前記弁部材の作動を開始したときには、前記弁部材の連続した移動に応じて、前記メイン流路を連続的に縮小すると共に、前記メイン流路が第１の流路面積に至るまでは前記バイパス流路を閉状態に維持した後に、前記バイパス流路の流路面積を連続的に拡大し、且つ、前記バイパス流路が最大流路面積の状態且つ前記メイン流路が閉状態から前記弁部材の作動を開始したときには、前記弁部材の連続した移動に応じて、前記バイパス流路の流路面積を連続的に縮小すると共に、前記バイパス流路が第２の流路面積に至るまでは前記メイン流路を閉状態に維持した後に、前記メイン流路の流路面積を連続的に拡大するように構成し、前記第１の流路面積を、前記排気処理装置に対する最小必要流路面積に設定すると共に、前記第２の流路面積を略零に設定することとしたものである。尚、ここでいう排気処理装置としては、触媒装置のみならず、排気熱回収装置、熱交換装置、消音器等を包含する。

そして、前記排気処理装置は、前記内燃機関の直後に配設されるスタート触媒コンバータとし、前記単一の弁部材を前記スタート触媒コンバータの下流側に配設するとよい。上記の各排気装置において、前記単一の弁部材は、断面扇形状の弁体から成り、該弁体の要部分を軸として前記メイン流路と前記バイパス流路との連結部に回動自在に支持し、前記弁体の外周壁面を前記メイン流路の内壁面及び前記バイパス流路の内壁面に摺動可能に配設するように構成するとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、単一の弁部材によって、一方の流路を選択した状態で、その流路面積を任意且つ連続的に設定することができ、従って、二つの流路間の流路切換を行うと共に各々の流路面積調整を適切に行うことができる。例えば、排気処理装置の上流側及び下流側の一方に配設する単一の弁部材によって、メイン流路及びバイパス流路の一方の連通を選択した状態で、該一方の流路の流路面積を任意且つ連続的に設定することができ、従って、メイン流路とバイパス流路との間の流路切換を行うと共に各々の流路面積調整を適切に行うことができる。而して、従前の排気装置に対し、スペース、コスト、重量、背圧低減効果等において有利となる。しかも、内燃機関の冷機時から暖機後まで一貫して、内燃機関の出力要件、排気処理装置による排気処理要件、及び内燃機関の排気に対する消音要件の全てに適切に対応することができる。特に、スタート触媒コンバータに対して容易且つ適切に適用することができる。そして、前記単一の弁部材は、断面扇形状の弁体を供えたものとすれば、容易且つ安価に構成することができ、小型で安価な装置とすることができる。

本発明の一実施形態に係る排気装置の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の作動状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の作動状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の作動状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の作動状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の作動状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の作動状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る排気装置一部を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の具体的構成例の作動状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の具体的構成例の作動状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の具体的構成例の作動状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における弁部材の具体的構成例の作動状態を示す断面図である。 図１２のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。 図１２のＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。 本発明の更に他の実施形態に係る排気装置の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係る排気装置の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の排気装置に供する弁体の構成例を示す断面図である。 本発明の排気装置に供する弁体の構成例を示す断面図である。 本発明の排気装置に供する弁体の構成例を示す断面図である。 本発明の排気装置に供する弁体の構成例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る排気装置を内燃機関に装着した全体構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る弁部材の制御を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係り、排気処理装置として排気熱回収装置に適用した排気装置の一部を拡大して示す部分断面図である。 本発明の他の実施形態に係る弁部材の制御を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に供するエンジン負荷領域の区分の一例を示すグラフである。 本発明の別の実施形態として、メイン流路とバイパス流路の各々に排気処理装置を介装した排気装置の一部を拡大して示す部分断面図である。 図２６における弁部材の他の構成例を示す断面図である。 本発明の更に別の実施形態として、ＥＧＲクーラを介して循環する排気ガスの流路調整に適用した排気装置の一部を拡大して示す部分断面図である。 本発明の弁部材をマフラへの排気ガスの流路調整に適用した排気装置の一部を拡大して示す部分断面図である。 本発明の弁部材を他のマフラへの排気ガスの流路調整に適用した排気装置の一部を拡大して示す部分断面図である。

符号の説明

１ メイン流路
２ バイパス流路
３ スタート触媒コンバータ
４ メイン触媒コンバータ
５ 弁部材
７ 熱交換器
ＥＧ 内燃機関
ＵＰ，ＤＰ 排気管
ＭＭ メインマフラ
ＳＭ サブマフラ

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気装置の主要構成を拡大して示すもので、図２１に排気装置の全体構成を示す。先ず、図２１を参照して概要を説明すると、内燃機関ＥＧに接続された上流側の排気管ＵＰは、メイン流路１とバイパス流路２に分岐され、メイン流路１には、本発明の排気処理装置を構成する触媒装置たるスタート触媒コンバータ３（以下、プリコンバータ３という）が介装されている。更に、排気管ＵＰは、メイン触媒コンバータ４（以下、メインコンバータ４という）に連結され、その後端部が消音器６に嵌合固定され、これらによってメインマフラＭＭが構成されている。このメインマフラＭＭは排気管ＤＰを介して車両後方のサブマフラＳＭに連結されている。そして、酸素センサＳ１及びＳ２が例えば図２１に示す位置に配設されている。

次に、上記のプリコンバータ３近傍の構成について、図１を参照して詳述する。本実施形態の排気管ＵＰは、直管状のバイパス流路２に対し、屈曲管状のメイン流路１が連通接続された形態を呈しているが、これは、プリコンバータ３を介装するメイン流路１に対して、プリコンバータ３を迂回するようにバイパス流路２の両端を連通接続する構成の一態様であり、直管状のメイン流路１に対し屈曲管状のバイパス流路２を連通接続する構成としてもよい（この一例を図１６に示し、後述する）。本実施形態では、バイパス時の低背圧化による内燃機関ＥＧの性能向上が企図され、図１に示すようにバイパス流路２側の分岐部と合流部との間が略直線とされている。

プリコンバータ３は小容量で、早期に活性化し（即ち、触媒作動温度に達し）、内燃機関ＥＧの冷機時においても浄化機能を発揮し得るように構成されている。そしてプリコンバータ３の下流側の排気管ＵＰにはメインコンバータ４が接続されており、プリコンバータ３から排出された高温の反応ガスはメインコンバータ４に流入し、その早期活性化に寄与する。尚、プリコンバータ３については、例えば二重構造等によって内外層間の断熱化及び内層のヒートマス低減化を図るとよい。

そして、本実施形態では、プリコンバータ３の下流側に単一の弁部材５が配設されている。本実施形態の弁部材５は、断面扇形状の弁体５ｂから成り、この弁体５ｂの要部分を軸５ｃとしてメイン流路１とバイパス流路２との連結部に回動自在に支持され、弁体５ｂの外周壁面５ａがメイン流路１の内壁面及びバイパス流路２の内壁面に摺動可能に配設されている。この弁部材５は、メイン流路１が最大流路面積の状態且つバイパス流路２が閉状態（図１に実線で示すように弁部材５のメイン流路１側の外側面５１が排気管ＵＰの鉛直面に対し角度θ０をなす位置の状態）から弁部材５の作動を開始したときには、弁部材５の連続した移動（回転移動）に応じて、メイン流路１を連続的に縮小すると共に、メイン流路１が第１の流路面積に至るまでは（図１において弁部材５の外側面５１が排気管ＵＰの鉛直面に対し角度θ１をなす位置に至るまでは）バイパス流路２を閉状態に維持した後に、バイパス流路２の流路面積を連続的に拡大するように構成されている。

また、弁部材５は、バイパス流路２が最大流路面積の状態且つメイン流路１が閉状態（図１に二点鎖線で示すように弁部材５のバイパス流路２側の外側面５２が排気管ＵＰの鉛直面と同一面上にある状態）から弁部材５の作動を開始したときには、弁部材５の連続した移動（回転移動）に応じて、バイパス流路２の流路面積を連続的に縮小すると共に、バイパス流路２が第２の流路面積に至るまでは（図１において、弁部材５の外側面５２が排気管ＵＰの鉛直面に対し角度θ２（＝９０°−θ１）をなす位置に至るまでは）メイン流路１を閉状態に維持した後に、メイン流路１の流路面積を連続的に拡大するように構成されている。

而して、メイン流路１とバイパス流路２との間の流路切換（開閉）を行うと共に、メイン流路１及びバイパス流路２の各々の流路面積調整を行うように構成されている。そして、メイン流路１の流路面積は弁部材５の回転角度θｍの範囲で可変調整し得るように構成され、バイパス流路２の流路面積は弁部材５の回転角度θｂの範囲で可変調整し得るように構成されている。尚、前述の第１の流路面積（弁部材５の外側面５１が角度θ１に位置しているときの流路面積）は、プリコンバータ３に対する最小必要流路面積に相当し、後述するフューエルカット時の弁部材５の位置（図７）におけるメイン流路１の流路面積である。また、本実施形態における前述の第２の流路面積は、そのときのバイパス流路２の流路面積であり、バイパス流路２に対して弁部材５は閉状態であるので（図７）、第２の流路面積は略零である。

上記の弁部材５はアクチュエータＡＣＴに連結され、このアクチュエータＡＣＴを介して、本発明の制御手段たる電子制御装置ＥＣＵによって、内燃機関ＥＧの運転状態に応じて駆動制御される。アクチュエータＡＣＴは、例えばステップモータ（図示せず）を有し、これが電子制御装置ＥＣＵによって精密に回転駆動あるいは保持固定される。電子制御装置ＥＣＵでは、前述の酸素センサＳ１及びＳ２（図２１）を含む各種センサ（圧カセンサ、水温センサ、回転センサ、アクセル開度センサ等）の検出信号等に基づき、内燃機関ＥＧの運転状況、運転者のアクセルペダル（図示せず）等の操作状況、更には、車両姿勢や制動状況が監視され、所定のサイクルで、その時点における弁部材５の最適な位置が演算され、その位置まで回転し、あるいはその位置で停止するように、上記ステップモータの駆動信号が出力される。尚、上記の各種検出信号あるいは監視情報と弁部材５の最適駆動位置との対応をマップ化して電子制御装置ＥＣＵ内のメモリ（図示せず）に格納しておき、これを適宜読み出してマップ制御を行うとよい。

而して、電子制御装置ＥＣＵにより、内燃機関ＥＧの運転状態に応じて、内燃機関ＥＧの出力要件（性能要件）、プリコンバータ３等による排気浄化要件及び内燃機関ＥＧの排気に対する消音要件の全ての要件に適合するように、弁部材５が駆動制御される。特に、内燃機関ＥＧの冷機時には、プリコンバータ３等による排気浄化要件を優先してこの排気浄化要件に適合するように弁部材５が駆動制御されてメイン流路１の流路面積が調整され、内燃機関ＥＧの暖機後は、バイパス流路２への流路切換を行うと共に出力要件及び消音要件に適合するように弁部材５が駆動制御され、バイパス流路２の流路面積が調整される。以下、本実施形態の排気装置の作動を内燃機関ＥＧの運転状態に応じて順次説明する。

先ず、内燃機関ＥＧの冷機時には浄化要件が優先されるので、図２に示すようにバイパス流路２が弁部材５によって閉状態とされ、排気流路はメイン流路１側に切り換えられる。従って、排気ガスの全てがメイン流路１に導入され、プリコンバータ３で処理された後、メインコンバータ４で処理される。

更に、本実施形態においては、バイパス流路２が閉状態に維持された状態で、弁部材５の駆動によって、出力要件及び消音要件に適合するようにメイン流路１の流路面積が調整される。例えば、図３における弁部材５とメイン流路１との間隙ｂは、図２における弁部材５とメイン流路１との間隙ａに比べて広くされており、メイン流路１としての流路面積が大きくなるように調整されている。これにより、弁部材５による「流量調節機能」が発揮されている。換言すれば、図２における弁部材５とメイン流路１との間隙ａは、図３における弁部材５とメイン流路１との間隙ｂに比べて狭くされており、メイン流路１としての流路面積が小さくなるように調整されている。即ち、図２の状態は図３の状態に対し、弁部材５による「絞り機能」が発揮されており、これによって背圧調節が行なわれる。尚、弁部材５は無段階に駆動し得るので、図２及び図３の状態に限らず、バイパス流路２を閉状態に維持した状態で、メイン流路１の流路面積を任意に調整することができる。

而して、内燃機関ＥＧの冷機時（暖機過程）においても、出力要件（要求）や消音要件（要求）は車両の運転状態や運転者の操作に応じて変化するが、本実施形態によれば、出力要件及び消音要件に応じて背圧調節及び流量調節を任意且つ連続的に行なうことができる。例えば、背圧（圧損）を高めてプリコンバータ３における反応を活性化させ、あるいは、内燃機関ＥＧにおける内部ＥＧＲ量を増加して排気ガス温を高め早期活性を促進させる場合は、図２に示すように相対的に流路面積を小さく（即ち、相対的に絞り率を大きく）設定すればよい。また、消音効果を高める場合も、相対的に小さい流路面積（即ち、相対的に大きい絞り率）が有効である。もっとも、背反事項として内燃機関ＥＧの出力は低下するので、バランスを考慮した制御マップを設定しておくことが肝要である。逆に、冷機時であっても、暖機過程の終了期や、（冷機時でも敢えて）出力要件を最優先とする場合には、図３に示すように流路面積を最大限に設定することもある。これに対しては、運転者による操作状態（アクセル開度、加速度等）や車両状態に応じて設定可能なマップを準備しておけばよい。以上のように、冷機時に必須の浄化要件を最優先としつつ、出力要件と消音要件も考慮した最適な統合制御が可能となる。

次に、内燃機関ＥＧの暖機後は、両触媒コンバータともに既に暖機され、定常の浄化機能を発揮し得るので、内燃機関ＥＧの出力要件が優先され、図４乃至図６に示すように、メイン流路１が弁部材５によって閉状態とされ、排気流路はバイパス流路２側に切り換えられる。従って、排気ガスの全てがバイパス流路２に導入され、そのままメインコンバータ４に導入される。この場合において、本実施形態においては、メイン流路１が閉状態に維持された状態で、弁部材５の駆動によって、出力要件及び消音要件に適合するようにバイパス流路２の流路面積が調整される。例えば、図４（間隙ｃ）又は図５（間隙ｄ）に示すように、バイパス流路２の流路面積は、図６（間隙ｅ）に示す最大流路面積に比べ、小さくなるように調整される。

内燃機関ＥＧの暖機後において、高負荷（回転）時には、内燃機関ＥＧの出力要件が最優先とされるので、バイパス流路２はその最大流路面積を確保するため図６に示す状態が望ましい。更に、本実施形態では低中負荷（回転）時にも、内燃機関ＥＧの出力要件が優先される場合があることから、バイパス流路２が活用される。即ち、内燃機関ＥＧが一旦暖機された後は、排気ガスは全てバイパス流路２に導入され、内燃機関ＥＧの出力要件及び消音要件が考慮されたマップ制御に基づき、弁部材５が駆動制御され、これによって逐次（リアルタイムで）、バイパス流路２に対し運転状態に最適の流路面積が確保される。例えば、低中負荷（回転）においては、内燃機関ＥＧの出力要件よりも消音要件を優先させて、そのときのバイパス流路２の流路面積をその最大流路面積よりも小さくなるように（流路を絞る方向に）設定される。この場合においても、突然内燃機関ＥＧの出力が要求されたときには、適宜バイパス流路２の流路面積を増加し（絞り量を減らし）、あるいは図６に示すように最大流路面積とする制御の割り込みが行われるが、これらの制御は、全て単一の弁部材５によって、円滑且つ連続的に行うことができる。

このように、バイパス流路２の流路面積を調整する所謂「絞り制御」が可能であるので、バイパス流路２の断面積（即ち、最大流量)は、単純に内燃機関ＥＧの出力要件による最大値に基づいて設定すればよく、高負荷（回転）時に流量が不足して出力要件の充足不能となるという問題は解消する。即ち、出力要件に基づいてバイパス流路２の断面積を設定しておき、消音要件については弁部材５によるバイパス流路２の絞り制御によって対応することが可能となる。更に、本実施形態では、積極的にバイパス流路２の絞り制御を行うことによって消音が行われるので、従来のように後段に大容量の消音器を設ける必要はなくなる。即ち、図２１に記載の程度の消音器で足りるため（メインマフラＭＭは従来のサブマフラ程度の容量で小型に形成される）、車両への搭載性が著しく向上するとともに、重量及びコストの低減も可能である。

一方、車両が減速状態にあって、内燃機関ＥＧに対するフューエルカットが行われたときには、図７に示すように、バイパス流路２が閉状態に維持された状態で、プリコンバータ３ひいては内燃機関ＥＧに対する最小必要流路面積を確保するように、弁部材５の駆動によってメイン流路１の流路面積が調整される。一般的な車両は、アクセルペダル（図示せず）の操作が解除されるとエンジンブレーキが発生し、運転条件に応じてフューエルカットが行われると、一層大きなエンジンブレーキが発生する。このとき、内燃機関ＥＧは爆発を伴うことなく回転（モータリング）するため、若干の膨張性空気がプリコンバータ３側に吐出される。これにより、図７に示すプリコンバータ３内に気柱共鳴（定在波）が発生し、低周波の所謂減速時異音（こもり音）が誘発されるが、この場合には、弁部材５によるメイン流路１の絞り制御が有効に機能する。即ち、加振源からの入力(膨張性空気に起因する脈動波)の後流への伝播を強制的に阻止し、しかもそれを内燃機関ＥＧ直後の上流位置で行うことができるので、排気装置全体における減速時異音の発生を防止することができる。

そして、内燃機関ＥＧの停止を回避するため空気自体は排出する必要があるので、弁部材５によってメイン流路１を全閉状態とすることはできず、最小必要流路面積（最小間隙ｆ）の確保が必要となる。このとき、プリコンバータ３も音響的抵抗体であるので、脈動波の減衰に寄与することになる。また、従来の排気装置では、上記の低周波の減速時異音を除去するために、大容量の低周波共鳴室を（通常、後部のメインマフラ内に）設ける必要があったが、本実施形態によればこれも不要となり、その分のスペース及び重量を節減することができる。更に、この減速時制御により空気の流れ自体も絞られて圧損が生じるため、エンジンブレーキ量が増大する。つまり、この制御によって、運転者のブレーキ操作とは無関係に制動力を増大させることも可能となる。従って、上記の弁部材５による減速時制御を補助的制動手段の一として、他の制御装置、例えば車両安定性制御装置（ＶＳＣ）、ブレーキ制御装置（ＡＢＳ等）、駆動系制御装置、回生ブレーキ制御装置等との協調制御に供することもできる。

尚、フューエルカットが終了し内燃機関ＥＧが爆発を伴う運転を再開する際（リカバリー時）には、弁部材５はそのときの運転状態に応じた所望の流路面積を確保し得る位置まで直ちに復帰制御される。また、フューエルカットを意図的に行わない減速時には、上記の弁部材５による減速時制御（排気絞り）はエンジンブレーキ量の補填手段として特に有効である。更に、この減速時制御によって、暖機過程で高温化したプリコンバータ３が冷却されることになるので、非使用時の劣化防止としても有効である。

図８は本発明の他の実施形態を示すもので、プリコンバータ３直下のメイン流路１にボリューム７（拡張要素と縮小要素を備えた容積部）が配設されている。このボリューム７は、プリコンバータ３及びメインコンバータ４の二つの触媒担体間に、ボリューム（拡張要素と縮小要素を備えた容積部）を配置するもので、これにより、内燃機関の出力及び浄化性能に悪影響を及ぼすことなく、略全周波数域に亘って消音効果（減衰）を奏することができる。特に、内燃機関ＥＧの冷機時において、バルブタイミングの可変制御に伴う異音増大に対して消音効果を発揮し得る。

図９乃至図１４は、上記の弁部材５及びその周囲の具体的構成例を示すもので、図９乃至図１２は、夫々図４乃至図７に示したメイン流路１とバイパス流路２との連結部（合流部）を構成するＴ字状のジョイントＪＴと、この中に配設される弁部材５を示し、図１３及び図１４は図１２内のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を夫々示している。ジョイントＪＴは高耐熱材の鋳造部品あるいは板金製の部品で、一体的に形成しても複数の部材による組立構造としてもよいが、高温の排気ガスに対する耐熱性と、収容する弁部材５の作動信頼性を確保することが必要である。本実施形態におけるメイン流路１とバイパス流路２との連結部は、図１３及び図１４に示すように略矩形の流路断面を有しており、これに摺接するように弁部材５が配設される。

従って、弁部材５を構成する弁体５ｂは、高耐熱材で形成された断面扇形状の柱体で、略矩形の外側面５１及び５２が形成されている。また、弁体５ｂの外周壁面５ａも側面視は略矩形で、メイン流路１の内壁面及びバイパス流路２の内壁面に摺動可能に配設されている。これに応じ、メイン流路１のバイパス流路２への開口部の内壁面１ｂは、弁体５ｂの外周壁面５ａに適合する曲面に形成されている。尚、弁体５ｂは、一体的に形成しても複数の部材による組立構造としてもよく、中実でも空洞を有する構造としてもよい。また、弁体５ｂは断面扇形状の柱体に限らず、流路切換及び流路面積調整機能を有するものであれば、どのような形状としてもよい。更には、駆動形式も回転駆動に限らず、往復駆動のスプール弁あるいはスライド式の３方弁を用いることとしてもよい。

弁体５ｂの要部分には軸５ｃが設けられ、この軸５ｃが図１４に示すようにジョイントＪＴ外に延出し、前述のアクチュエータＡＣＴによって回転駆動し得るように支持されている。尚、図示は省略するが、軸５ｃの気密支持構造、弁体５ｂ及びジョイントＪＴの気密構造には、既存の排気系弁体構造におけるシール構造等を援用すればよく、軸５ｃからアクチュエータＡＣＴとの間には断熱手段を介装するとよい。更に、温度条件が厳しい場合には、弁体５ｂ及び軸５ｃ並びにジョイントＪＴを強制的に冷却する手段を設けることとしてもよく、冷却手段としては、例えば、ヒートシンク構造、外部からの冷却風付与、冷媒の内部還流等の手段がある。

図１乃至図１４に示した実施形態における弁部材５は、メイン流路１とバイパス流路２の合流部、即ちプリコンバータ３の下流側に配設されており、内燃機関ＥＧから離隔した配置とされているが、設計事情に応じて、図１５に示すように、メイン流路１とバイパス流路２の分岐部、即ちプリコンバータ３の上流側に配設することとしてもよい。

また、図１乃至図１５に示した実施形態においては、プリコンバータ３を介装する屈曲管状のメイン流路１と直管状のバイパス流路２が連通接続された構成であるが、図１６に示すように、直管状のメイン流路１に対し屈曲管状のバイパス流路２を連通接続する構成としてもよい。即ち、図１６に示す態様では、プリコンバータ３は直管状のメイン流路１内に配設され、弁部材５は図１５と同様、メイン流路１とバイパス流路２の分岐部、即ちプリコンバータ３の上流側に配設されている。更に、図１６においてバイパス流路２の外周面にはヒートシンク状の放熱部８が設けられており、バイパス流路２内を通過する排気ガスを冷却してその下流側のメインコンバータ４に流入する排気ガス温度を低下させるように構成されている。加えて、放熱装置や強制冷却手段（図示せず）を設けることとすれば、メインコンバータ４における排気ガス温度を更に低下させることができる。尚、弁体５ｂそのものを強制冷却するため、例えば弁体５ｂ内と軸５ｃ内に流路を穿設し、冷媒（例えば内燃機関ＥＧの冷却水）を還流させることとしてもよいし、これに加えてジョイントＪＴにウォータージャケット状の流路（図示せず）を設けることとしてもよい。

図１７乃至図２０は、本発明の弁部材に供する弁体の他の形態を示すもので、弁体５ｖ、５ｗ、５ｘ及び５ｙの何れも高耐熱材で形成され、種々の断面形状を有するが、何れも前述の弁部材５におけるメイン流路１を開閉する外側面５１とバイパス流路２を開閉する外側面５２に相当する二つの外側面が形成されており、前述の断面扇形状の弁体５ｂと同様に機能する。即ち、弁体５ｖ、５ｗ、５ｘ及び５ｙの何れも、実質的にメイン流路１を開閉する外側面と、実質的にバイパス流路２を開閉する外側面とが離隔して形成されており、各弁体の移動（回転）に対して各外側面による流路の開閉に遅れ（又は、進み）が生ずるように構成されている。この結果、弁体５ｖ、５ｗ、５ｘ及び５ｙの何れによっても、図１に示すように、メイン流路１の流路面積は弁部材５の回転角度θｍの範囲で可変調整し得ると共に、バイパス流路２の流路面積は弁部材５の回転角度θｂの範囲で可変調整し得る。

尚、図１７の弁体５ｖは、二枚の板材が鋭角を以って接合されＶ字断面を形成するように構成されたものである。また、図１８の弁体５ｗは、板材の先端に円弧断面の板材が接合され略Ｌ字断面を形成するように構成されたものである。同様に、図１９の弁体５ｘは、板材の中間に別の板材が接合されＴ字断面を形成するように構成されたものである。そして、図２０の弁体５ｙは、三角形の断面を有する三角柱で構成されたものである。図示は省略するが、これらの弁体の何れも、メイン流路１に対してその流路を実質的に開閉する外側面と、バイパス流路２に対してその流路を実質的に開閉する外側面とが離隔して形成されており、その結果、前述の流路切換機能と流路面積調整機能を有している。

以上のように、流路切換機能と流路面積調整機能を有する単一の弁部材５によって、排気浄化要件、出力要件及び消音要件を考慮した最適な統合制御を行うことができるが、これを制御システムの観点でまとめると、以下のようになる。即ち、エンジン冷却水温が所定温度以下の冷機時には、バイパス流路２は閉状態で、メイン流路１は排気浄化要件（触媒担体の昇温）と出力要件のトレードオフ制御が行われ、エンジン冷却水温が所定温度を越えた暖機後は（フューエルカット中でなければ）、メイン流路１は閉状態で、バイパス流路２は出力要件と消音要件のトレードオフ制御が行われる。

以下、図２２のフローチャートを参照して弁部材５の制御を説明する。先ず、ステップ１０１にてイグニッションスイッチ（図示せず）がオンか否かが判定され、オンとなっていなければステップ１０２に進み、弁部材５は原位置に保持される。即ち、バイパス流路２は閉状態とされると共に、メイン流路１は最小開度で開状態とされる。ステップ１０１にてイグニッションスイッチがオンと判定されると、更にステップ１０３にてエンジン冷却水温が所定温度と比較される。エンジン冷却水温が所定温度以下の冷機時には、ステップ１０４の流路制御に進み、バイパス流路２は閉状態で、メイン流路１はマップＭ１に基づきアクチュエータＡＣＴのデューティ制御が行われる。このマップＭ１は、車両状態に応じて、触媒担体の早期昇温（排気浄化要件）とエンジン出力要件の何れかを優先して弁部材５が最適開度になるようにアクチュエータＡＣＴのデューティ制御を行うもので、例えば、エンジン回転数とアクセル開度に応じてメイン流路１の流量が調整されるように設定されている。

ステップ１０３にてエンジン冷却水温が所定温度を越えたと判定されたときには、更にステップ１０５にてフューエルカット中か否かが判定される。ステップ１０５にてフューエルカット中と判定されると、ステップ１０６の流路制御に進み、バイパス流路２は閉状態で、メイン流路１に対しマップＭ２に基づきデューティ制御が行われる。このマップＭ２は、エンジンブレーキ時のポンピングロスの必要量に応じて最適開度となるようにアクチュエータＡＣＴのデューティ制御を行うもので、これも、エンジン回転数とアクセル開度に応じてメイン流路１の流量が調整されるように設定されている。

一方、ステップ１０５にてフューエルカット中でないと判定されたときには、ステップ１０７の流路制御に進み、メイン流路１は閉状態で、バイパス流路２に対しマップＢ１に基づきデューティ制御が行われる。このマップＢ１は、車両状態に応じて、消音要件とエンジン出力要件の何れかを優先して弁部材５が最適開度になるようにアクチュエータＡＣＴのデューティ制御を行うもので、例えば、エンジン回転数とアクセル開度に応じてバイパス流路２の流量が調整されるように設定されている。

上記のように排気浄化要件（触媒担体の昇温）と出力要件のトレードオフ制御、あるいは出力要件と消音要件のトレードオフ制御を行うには、従来装置においては複数の弁部材を設け、これらを協調制御することが不可欠であり、構造及び制御の複雑化が必至であった。これに対し、本実施形態によれば、上記の制御態様からも明らかなように、単一の弁部材５のみによるメイン流路１及びバイパス流路２の流路制御によって上記のトレードオフ制御を円滑に行うことができる。これは、その流路切換機能と流路面積調整機能によるもので、特に、後者による背圧調整効果が寄与している。即ち、流路面積を小さくして背圧を付加することによって消音効果を増大させ得る一方、流路面積を大きくして背圧を低くすることによってエンジン出力を増大させ得るという関係にあり、これらが「背圧」というパラメータによってトレードオフとなるので、車両状態に応じて両者を適切にバランスさせることができる。

尚、上記の何れの実施形態においても、プリコンバータ３とメインコンバータ４に供する触媒担体としては、三元触媒、ＨＣやＮＯｘ吸着触媒、酸化触媒等の狭義の触媒担体はもとより、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）等のフィルタ類も包含される。また、その材質はセラミックでも金属でもよく、保持緩衝部材の有無や材質も任意である。更に、何れの実施形態においても、ヒータ、液体噴霧装置、各種センサ、ヒートインシュレータ等の付加物の設置は任意であり、保温のために適宜箇所を複層構造にしてもよく、逆に高温となる箇所を放熱促進構造あるいは積極冷却構造にしてもよい。もちろん、内燃機関ＥＧの形式や気筒数や搭載様式も任意である。

次に、本発明の他の実施形態に係る排気熱回収装置について図２３乃至図２５を参照して説明する。本実施形態は、図２３に示すように、排気処理装置としてプリコンバータ３に代えて熱交換器７がメイン流路１に介装されている。この熱交換器７は、上流配管（図示せず）から流入口７ａを介して伝熱媒体が連続的に導入され、メイン流路１の排気ガスが冷却される。そして、排気ガスの熱を吸収した媒体が流出口７ｂから吐出され、例えば暖房装置や各種オイルウォーマ等の、熱を必要とする所望の部位に供給される。この場合において、熱交換器７内に形成されたフィン等の流体抵抗体（図示せず）によって、排気ガスの熱が積極的に伝熱媒体に伝達されるように構成されているので、流体抵抗によって排気エネルギーが低下し、消音される。そして、これに匹敵する消音量が、バイパス時の弁部材５による流路調整で確保され得るので、バイパス流路２にサブマフラを設ける必要はない。

上記の排気熱回収装置における弁部材５の制御を図２４のフローチャートを参照して説明すると、ステップ２０１にてイグニッションスイッチ（図示せず）がオンか否かが判定される。イグニッションスイッチがオンとなっていなければステップ２０２に進み、弁部材５は原位置に保持され、バイパス流路２は閉状態とされると共に、メイン流路１は最小開度で開状態とされる。ステップ２０１にてイグニッションスイッチがオンと判定されると、更にステップ２０３にてエンジン冷却水温が所定温度と比較される。エンジン冷却水温が所定温度以下の冷機時には、ステップ２０４の流路制御に進み、メイン流路１は閉状態で、バイパス流路２はマップＭ３に基づきアクチュエータＡＣＴのデューティ制御が行われる。このマップＭ３は、車両状態に応じて、消音要件とエンジン出力要件の何れかを優先して弁部材５が最適開度になるようにアクチュエータＡＣＴのデューティ制御を行うもので、例えば、エンジン回転数とアクセル開度に応じてメイン流路１の流量が調整されるように設定されている。

ステップ２０３にてエンジン冷却水温が所定温度を越えたと判定されたときには、更にステップ２０５にて熱回収の必要性が判定される。ステップ２０５において熱回収が必要と判定されると、ステップ２０６の流路制御に進み、バイパス流路２は閉状態で、メイン流路１はマップＭ４に基づきデューティ制御が行われる。このマップＭ４は、車両状態に応じて、所望の熱回収量を得るように背圧をデューティ制御するものである。尚、熱交換効率を上げるため、意図的に弁部材５を絞り気味に流量調整し、フィン等の流体抵抗体への排気ガスの接触時間（熱交換時間）を長くとるように制御することとしてもよい。

一方、ステップ２０５にて熱回収の必要がないと判定されたときには、ステップ２０７の流路制御に進み、メイン流路１は閉状態で、バイパス流路２に対しマップＢ２に基づきデューティ制御が行われる。このマップＢ２は、車両状態に応じて、消音要件とエンジン出力要件の何れかを優先して弁部材５が最適開度になるようにアクチュエータＡＣＴのデューティ制御を行うもので、例えば図２５に示す領域に応じた開度が設定される。即ち、図２５に示すようにエンジン回転数とエンジン負荷によって負荷領域が区分され、高負荷領域では消音よりエンジン出力性能が優先されて、最適開度（流路面積）が設定される。これに対し、低負荷領域ではエンジン出力性能より（背圧付与による）消音が優先されて、最適開度（流路面積）が設定される。

尚、上記の実施形態に供される熱交換器の様式、構造、伝熱媒体等はどのようなものでもよい。また、本発明は、上記の排気熱回収装置に限らず、排気熱回収装置や触媒装置以外の排気ガス改変装置等、種々の排気処理装置に適用し得る。更に、メイン流路とバイパス流路の両方に排気処理装置を設けることとしてもよく、この実施形態について、以下に説明する。

図２６は、メインコンバータ４の後流に、熱交換器（熱回収装置あるいはヒートコレクタと呼ばれる）１１とサブマフラ１２が並列に設置された実施形態である。近時の車両では、冷間時における早期暖房開始要求から、ヒートコレクタ（熱交換器１１）が搭載されることがあるが、これは一旦暖機されてしまえば（例えば暖房経路の冷却水が一定温度に達してしまえば）、熱回収は不要となる場合が多いので、暖機後は圧損を伴うヒートコレクタを通過させることなく、通常の排気経路を流下（バイパス）させることが望まれる。

上記のヒートコレクタにおいては熱交換と引き換えに圧損（背圧上昇、即ちエンジン出力の低下）が不可避であるが、その副次効果として消音がなされる。そのため、単に排気ガスをバイパスさせると、ヒートコレクタによる消音代が無くなり排気音が大きくなってしまうことになる。これを回避するため、本実施形態では図２６に示すようにバイパス路２に通常の排気管と同様のサブマフラ１２を設け、熱交換器１１による消音分を補償することとしている。尚、この後流(下流)の車両後部には、メインマフラ（図示せず）が設置される。

図２６に示す状態ではバイパス流路２が閉塞され、メイン流路１が上流と連通された状態にあり、この状態において、β方向の流路面積を、前述のように運転状態に応じて適宜調整するとよい。調整（絞り）のタイミングと量は、前述のような内燃機関要求やエンジンブレーキ要求のほかに、熱回収量要求（要件）に従うこととしてもよい。即ち、熱回収量が然程必要でない場合には、絞り量を多くして排気ガスの流入量を減らすというように、その時点の最優先要件に従って、統合制御すればよい。

尚、介装する熱交換器１１としては、冷却媒体への熱回収を主目的とする狭義の熱回収器（ヒートコレクタ）に限らず、排気ガスの冷却を主目的とする熱交換器（排気クーラー等）も包含される。また、冷却媒体は水（車両側の冷却水）に限らず、最適な液体や気体を適宜用いればよいし、熱交換器の構造も任意である。

図２７は、上記の図２６の構成図における弁部材５の構造を変更し弁部材５０としたもので、一方の流路を選択した状態でその開度を連続調整する機能に加えて、両流路とも閉塞する機能を加えたものである。具体的には、扇形の展開角度（作用角）θが９０度以上に設定される。この態様は、例えばハイブリッド車において（特許第３２３０４３８号公報等に記載）、燃料カット時のモータリングや完全エンジン停止時に触媒コンバータが冷却されるのを防ぐのに好適なモードであり、特にＥＧＲとの併用が好ましい。但し、扇形の展開角度（作用角）θを大きくすると、背反として全開時の流路面積が減るので、留意する必要がある。

図２８は、ＥＧＲ装置、特に、水冷式のＥＧＲクーラ１３を併設しその回収熱を積極的に活用する実施形態である。図２６に示すように排気ガスの熱を積極的に回収することが行われているが、車両が既にＥＧＲクーラ１３（並びにＥＧＲ用の流路２１乃至２３、及びＥＧＲバルブ２４）を備えている場合には、ＥＧＲクーラ１３をヒートコレクタとして兼用することが既に提案されている。もっとも、制御バルブの多数化及び配管の複雑化を招くため、具体的な実施例は希少であった。このような態様においても、前述の弁部材５を用いれば、簡単な配管構成と、他の一つのバルブ（ＥＧＲ系が本来備えるＥＧＲバルブ２４）によって、ヒートコレクタ兼用システムを実現することができる。即ち、図２８に示すように、弁部材５は、メインコンバータ４（もしくはスタート触媒コンバータ）の下流側の、ＥＧＲガスの取り入れ口（流路２１）に介装される。

而して、内燃機関ＥＧが冷機時には、図２８に示す弁部材５の状態より更に流路面積を小さくし（開度を絞って）、内燃機関ＥＧとメインコンバータ４に対し背圧を大きくして、暖機を促進させることができる。ＥＧＲバルブ２４が閉位置とされたときには、ＥＧＲクーラ１３の循環排気ガスはリターン用の流路２２を介してバイパス路２に戻される。暖機後の定常走行時においては、図２８の弁部材５の開度程度に循環排気ガス（流路２１）の流量が維持されると共に、運転状態に応じて適宜、弁部材５の開閉が連続制御され、最適流量に調節される。この間、ＥＧＲバルブ２４が適宜開放され、流路２３を介して排気ガスの一部(必要量)が内燃機関ＥＧの吸気系に還流される（排気ガスの流れを図２８に矢印で示す）。内燃機関の負荷が大であるときには、大径のバイパス路２のみに流路が切換えられ、低圧損での流下により大出力に貢献する。この場合において、通常、大負荷時（大出力要求時）にはＥＧＲも熱回収も不要であるため、背反は無い。尚、図２８に示すシステムは、ガソリン内燃機関及びディーゼル内燃機関の何れにも適用可能であり、もちろんハイブリッド車両にも好適である。

図２９は、車両のマフラ（消音器）、特に車両後部に装着されるメインマフラに適用される実施形態を示すものである。従前のメインマフラにおいては、通常時と大出力要求時で排気ガス流路がバルブ（図示せず）によって切り換えられ、所謂可変マフラが多用されている。然しながら、このバルブは、何れかの流路を選択するか、あるいは単一流路の流量を調節するか、どちらかの機能しか有しておらず、流路を切り換えて、更にその背圧や消音量を連続的に調整することは不可能であった。

図２９の実施形態においては、低圧損であるメイン流路１がマフラ３０を貫通して、アウトレットパイプとしてマフラ３０の後端（車両最後部）から延出するように構成されている。大出力要求時には弁部材５の切り換えによって、この流路２が選択されると共に、適宜流路断面積（絞り）が微調整される。このとき、穿設された多孔群３１を介して排気ガス圧力が前室３２と連通し、この結果減衰される共鳴効果によって、最小限の圧損で中・高周波の消音が行われる。

これに対し、大出力要求時以外の通常時は、消音が優先される。即ち、弁部材５は図２９に示す状態で、バイパス流路２に排気ガスが誘導され、インレットパイプ３３を通って後室３４内に吐出される。このとき、拡張作用により消音（排気ガスエネルギーの減衰）が行われる。そして、連通パイプ３５に入る際の縮小作用により消音（減衰）がなされ、吐出時に拡張消音、更にアウトレットパイプ３６への流入による縮小消音がなされて、充分に消音された排気ガスがアウトレットパイプ３６から大気に放出される。このモードにおいても、運転状態に応じて適宜、弁部材５の開度が連続制御されるので、最適流量に調節することができる。しかも、弁部材５による積極的な絞り消音によりマフラ３０の消音負担が減り、容量を小さくすることができるので、重量やコスト節減に寄与する。

図３０は、弁部材５がメインマフラに適用された別の実施形態を示すもので、図２９と同様にメイン流路１がアウトレットパイプとしてマフラ４０を貫通し、同様のモードにて同じ機能を奏する。そして、大出力要求時以外の通常時は消音が優先され、弁部材５は図３０に示す状態で、バイパス流路たる（前室４１内への）開口を介してβ方向に排気ガスが誘導され、拡張室たる前室４１に放出される。この前室４１において拡張消音が行なわれるのであるが、弁部材５の開度によってβ方向の開口面積が変化するので、それに伴い実質的な拡張比が変化する。従って、弁部材５によって、流量制御と拡張比制御を連続的に行うことができる。尚、アウトレットパイプ４３（及び１）内を流下する排気ガスは、後室４２における共鳴作用で中乃至高周波が減衰される。更に、後室４２には吸音材（グラスウール）が充填されているので、一層減衰が促進される。また、拡張比の変化に伴い、音質(音色)も著しく変化するので、音色要件を（統合制御における）優先要件の一つとして加え、時々刻々の運転状況における最優先要件に従って、逐次且つ連続的に弁部材５の開度を調整し、各要件を統合制御（トレードオフ制御）すればよい。

上記の統合制御（トレードオフ制御）においては、マップによるデューティ制御の精密化のため、排気管に各種センサを設置して、各要件に一義的に対応するパラメータを検出してマップ制御に反映させることとしてもよい。このとき用いるセンサは、パラメータが背圧であれば圧力センサ、排気ガス温や触媒床温であれば温度センサ、消音量や音色であればマイクロフォン（及び、周波数分析手段）等である（図示省略）。尚、本発明の適用対象は、車両や船舶の内燃機関用に限定するものではなく、汎用内燃機関や据置式内燃機関等、あらゆる内燃機関の排気系に適用可能である。

Claims (3)

1. 内燃機関に接続される排気流路を構成する少なくとも二つの流路を備えた内燃機関の排気装置において、前記二つの流路の一方の連通を選択した状態で、該一方の流路の流路面積を連続的に設定する単一の弁部材を備え、前記二つの流路の一方をメイン流路とすると共に、前記二つの流路の他方を前記メイン流路に両端を連通接続するバイパス流路とし、前記メイン流路に排気処理装置を介装し、前記排気処理装置を迂回するように前記バイパス流路の両端を前記メイン流路に連通接続し、前記排気処理装置の上流側及び下流側の一方に前記単一の弁部材を配設して成り、前記単一の弁部材は、前記メイン流路が最大流路面積の状態且つ前記バイパス流路が閉状態から前記弁部材の作動を開始したときには、前記弁部材の連続した移動に応じて、前記メイン流路を連続的に縮小すると共に、前記メイン流路が第１の流路面積に至るまでは前記バイパス流路を閉状態に維持した後に、前記バイパス流路の流路面積を連続的に拡大し、且つ、前記バイパス流路が最大流路面積の状態且つ前記メイン流路が閉状態から前記弁部材の作動を開始したときには、前記弁部材の連続した移動に応じて、前記バイパス流路の流路面積を連続的に縮小すると共に、前記バイパス流路が第２の流路面積に至るまでは前記メイン流路を閉状態に維持した後に、前記メイン流路の流路面積を連続的に拡大するように構成し、前記第１の流路面積を、前記排気処理装置に対する最小必要流路面積に設定すると共に、前記第２の流路面積を略零に設定したことを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記排気処理装置が、前記内燃機関の直後に配設されるスタート触媒コンバータであって、前記単一の弁部材を前記スタート触媒コンバータの下流側に配設した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. 前記単一の弁部材が、断面扇形状の弁体から成り、該弁体の要部分を軸として前記メイン流路と前記バイパス流路との連結部に回動自在に支持し、前記弁体の外周壁面を前記メイン流路の内壁面及び前記バイパス流路の内壁面に摺動可能に配設したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。

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