(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の排気通路に設けられこの排気通路に前記気筒から排出される排気ガスを浄化する排気浄化用触媒と、
前記複数気筒のうちのいくつかをリッチ空燃比で作動するリッチ空燃比気筒群にし、残りをリーン空燃比で作動するリーン空燃比気筒群とし、前記リッチ空燃比気筒群が前記排気通路に排出するリッチな排気ガスと前記リーン空燃比気筒群が前記排気通路に排出するリーンな排気ガスとを前記触媒に導入することで、前記排気ガス中の未燃燃料成分の酸化反応を促進させて前記触媒の温度を高める気筒別空燃比制御手段と、
を有する内燃機関の排気浄化装置において、
前記気筒別空燃比制御手段による触媒昇温の実行時、前記触媒を横断面で見た場合の中央部に向けて前記リッチ空燃比気筒群の排気ガスを前記触媒内に流入させ、前記触媒を横断面で見た場合の触媒内部の外側部位に向けて前記リーン空燃比気筒群の排気ガスを前記触媒内に流入させることにより、触媒の横断面で見た場合の中央部分には主としてリッチな排気ガスが流れ、触媒内部における外側部位にはリーンな排気ガスが流れることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記複数の気筒を直列配置してなる機関ブロックを備え、この機関ブロックに配列される気筒数を４つにし、この４つの気筒のうち前記リッチ空燃比気筒群を第２および第３気筒で形成し、前記リーン空燃比気筒群を第１および第４気筒で形成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記リッチ空燃比気筒群を構成する各気筒の排気ポートおよび前記リーン空燃比気筒群を構成する各気筒の排気ポートにそれぞれ接続される複数の排気管を有しこれら複数の排気管をまとめて形成される排気集合管を備え、この排気集合管の中央部に前記リッチ空燃比気筒群と接続されている排気管を配し、その周囲に前記リーン空燃比気筒群と接続されている排気管を配し、この排気集合管と前記触媒とを接続した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浄化装置。
【請求項４】
前記リッチ空燃比気筒群の点火時期を遅角し、前記リーン空燃比気筒群の点火時期を進角することを特徴とする請求項１から３いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気集合管の中央部に配置された前記リッチ空燃比気筒群に係る排気管とその周囲に配置された前記リーン空燃比気筒群に係る排気管との間を連通する連通孔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浄化装置。
【請求項６】
前記リッチ空燃比気筒群から排出されるリッチな排気ガスと、前記リーン空燃比気筒群から排出されるリーンな排気ガスのトータルの空燃比は、比較的リーン寄りの空燃比であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくは、内燃機関の排出する排気ガスを機関排気通路に設けた触媒によって浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気浄化用触媒（以下「触媒」という。）を包蔵する触媒コンバータを内燃機関の機関排気通路に設け、触媒コンバータを通過する排気ガスを触媒により浄化する技術が周知である。
【０００３】
一般に、触媒は、その温度が上昇してある温度範囲に至ると、排気中の有害成分を浄化する。そして、この触媒による排気ガスの浄化率が５０パーセント以上になるほどに触媒が活性した時の温度のことを酸化反応による触媒の５０％浄化温度といい、この明細書では、特に断らない限り前記５０％浄化温度のことを便宜上、「触媒の活性温度」ということにする。
【０００４】
ところで、一度冷えた状態にある内燃機関を始動しても、排気通路の触媒はすぐには暖まらないため、通常、その時の触媒温度は活性温度よりも低い。よって、その場合、触媒に排気ガスが至っても触媒は排気浄化できずにそのまま排気を大気中に放出してしまう。したがって、機関を寒冷時に始動する時は、できるだけ早く触媒を活性温度にまで高めることが望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒コンバータが包蔵する触媒の温度は、触媒の部位の違いによって温度差を生じる。
【０００６】
この関係を示したものが図５である。
図５の縦軸は触媒床温であり、その上にあるのは、触媒ａの模式図であって、排気通路の形状に合わせて筒形をしたものを例示する。また、横軸は触媒横断面における触媒ａの各部位を示し、例示的に横軸に記した中央部とあるのは触媒ａの長手方向に延びる軸心ｂおよびその周囲の部分を含む部位であり、同じく外周部とあるのは触媒ａの外周面ｃのことである。そして、これら各部位の温度をグラフ線Ｇで示す。
【０００７】
そして、触媒ａに排気ガスを流しても、触媒ａの外周部は触媒中央部よりも大気に近いため放熱量が前記中央部よりも大きくなる。すなわち、触媒ａの外周部は温度が上がり難いが中央部は上がり易い。
【０００８】
また、一般に周知のごとく管内を流れる流体の速度は、管の中央部が管の壁面側よりも速い。このため、触媒内を流れる排気ガスの量も触媒中央部の方が壁面側よりも多くなる。
【０００９】
触媒中央部は放熱量が少ない上にそこを流れる排気ガスの量も多いので比較的温度が高くなるのに対し、壁面側は中央部に比して放熱量が多くしかも流れる排気ガスの量も少ないので、触媒の温度分布は、図５のグラフ線Ｇのように横軸中央で高く両端で低い形態となる。
【００１０】
このように、内燃機関の排気通路に設けられる触媒ａは、排気ガスを流しても触媒温度がすぐには均一にならない。このような現象は、機関暖機がまだ十分でない、例えば寒冷時に内燃機関を始動したような場合に起こり易い。そして、  場合によっては、触媒内部では前記のごとく活性温度に達している部分とそうでない部分とに分かれ易く、活性温度に達していない部分を排気ガスが通過すると、排気ガスは浄化されずに大気中に放出されてしまう。
【００１１】
一方、図６に示すように、触媒の活性温度（前記「酸化反応による触媒の５０％浄化温度」のこと）は、触媒を通過する排気ガスの空燃比によって異なることが、本発明者の実験および研究によってわかっている。
【００１２】
すなわち、酸化反応による触媒の５０％浄化温度は、触媒を流れる排気ガスの空燃比がリッチなほど高く、リーンなほど低くなる。換言すれば、触媒温度が低くてもその温度に応じたリーンな度合いの排気ガスであれば、酸化反応による５０％浄化は可能である。反対に排気ガスの空燃比がリッチの場合は、酸化反応が起こりにくい。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいて発明されたものであり、その解決しようとする課題は、触媒内の部位ごとに温度差があることと、触媒を通過する排気ガスの空燃比によって、触媒の活性温度が異なることの２つの現象をうまく活用し、触媒全体の排気ガスの浄化率を高めることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
（１）本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の排気通路に設けられこの排気通路に前記気筒から排出される排気ガスを浄化する排気浄化用触媒と、前記複数気筒のうちのいくつかをリッチ空燃比で作動するリッチ空燃比気筒群にし、残りをリーン空燃比で作動するリーン空燃比気筒群とし、前記リッチ空燃比気筒群が前記排気通路に排出するリッチな排気ガスと前記リーン空燃比気筒群が前記排気通路に排出するリーンな排気ガスとを前記触媒に導入することで、前記排気ガス中の未燃燃料成分の酸化反応を促進させて前記触媒の温度を高める気筒別空燃比制御手段と、を有する内燃機関の排気浄化装置において、前記気筒別空燃比制御手段による触媒昇温の実行時に、前記触媒を横断面で見た場合の中央部に向けて前記リッチ空燃比気筒群の排気ガスを前記触媒内に流入させ、前記触媒を横断面で見た場合の触媒内部の外側部位に向けて前記リーン空燃比気筒群の排気ガスを前記触媒内に流入させることにより、触媒の横断面で見た場合の中央部分には主としてリッチな排気ガスが流れ、触媒内部における外側部位にはリーンな排気ガスが流れることを特徴とした。
【００１５】
このような構成の本発明では、気筒別空燃比制御手段による触媒昇温の実行時、触媒を横断面で見た場合の中央部に向けてリッチ空燃比気筒群の排気ガスを触媒内に流入させ、前記触媒を横断面で見た場合の触媒内部の外側部位に向けて前記リーン空燃比気筒群の排気ガスを前記触媒内に流入させるので、触媒中央部、換言すれば触媒内部のうち排気ガスが流れる方向に沿いかつ触媒の軸心を含む中央部分には、リッチな排気ガスが流れる。
【００１６】
また、触媒内部における外側部位、すなわち触媒内部のうちリッチな排気ガスが流れる前記触媒中央部よりも外側部分ではリーンな排気ガスが流れる。
そして、既述のように、触媒は、排気ガスの空燃比がリッチであるほど５０％浄化温度は高くなり、リーンであるほど５０％浄化温度は低くなる。
【００１７】
したがって、例えば寒冷時に機関始動した場合において、外気に近接する触媒内部における外側部位に排気ガスを流しても排気ガスの持つ熱は放出され易いため、当該外側部位は昇温し難い。
【００１８】
しかし、本発明では、この外側部位にリーンな排気ガスを流すので、リーンの度合いを触媒の外部側温度に合わせて調整することで、低温でも酸化反応の促進によって排気ガスの浄化率を５０％以上にできる。
【００１９】
これに対し、触媒中央部には前記外側部位に比して高温度でリッチでしかも比較的多量の排気ガスが流れるため、リッチの度合いを触媒の中央部の温度に合わせて調整することで、当該触媒中央部における排気ガスの浄化率を５０％以上にできる。
【００２０】
このように、触媒内部の中央部における排気ガスの空燃比および触媒内部の外側部位における排気ガスの空燃比を、それぞれリッチ空燃比およびリーン空燃比に使い分けていずれも５０％浄化温度にできるので、触媒内部の部位ごとに温度差があっても、そのことに起因して排気ガスの浄化率が不均一にならない。したがって、排気ガスの浄化率を触媒全体として高められる。
【００２１】
なお、このようにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスを分別して触媒内に流しても触媒内がリッチな排気ガスとリーンな排気ガスとに完全に層別されるわけではない。
【００２２】
リッチな排気ガスの主たる流れの方向として前記中央部に向かうのであり、リーンな排気ガスの主たる流れの方向として前記外側に向かうのであり、両ガスを混合しないのではない。排気浄化を好適に行う上で最終的に両者を混合することは極めて重要である。
【００２３】
なぜならば、両排気ガスを完全に層別し、混合しないとすると、リッチな排気ガスは未燃炭化水素（以下「未燃ＨＣ」という。）が多い還元雰囲気にあり、リーンな排気ガスは酸素が多い酸化雰囲気におかれるため、前者の排気ガスは炭化水素（以下「ＨＣ」という。）や一酸化炭素（以下「ＣＯ」という。）の浄化がされずに排出され、後者の排気ガスは酸化雰囲気にあるのでＨＣやＣＯは浄化されても窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）は浄化されずに排出されてしまうからである。
【００２４】
このような理由から、基本的にリーンな排気ガスとリッチな排気ガスとは混合させることが望ましい。しかし、両者を混合しても、触媒の外周部は低温であるから当該外周部では触媒が活性し難い。よって、リーンな排気ガスとリッチな排気ガスとを基本的に混合するけれども、傾向としてリーンな排気ガスを触媒の外部側へ向けて、そしてリッチな排気ガスを触媒の中央部へ向けて流すようにしているのである。
【００２５】
（２）本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記複数の気筒を直列配置してなる機関ブロックを備え、この機関ブロックに配列される気筒数を４つにし、この４つの気筒のうちリッチ空燃比気筒群を第２および第３気筒で形成し、リーン空燃比気筒群を第１および第４気筒で形成することもできる。
【００２６】
第２および第３気筒は機関ブロックの中央にあり、第１および第４気筒はそれぞれ機関ブロックの両端にある。この関係で、第２および第３気筒は触媒中央部にまた第１および第４の気筒は触媒の外側に向けて排気ガスを流し易い。このため第２および第３気筒と触媒中央部および第１および第４気筒と触媒の外側とは位置的に対応関係にあるといえる。このため、第２および第３気筒および第１および第４気筒から排出される排気ガスをそれぞれ触媒中央部および触媒の外側に向けて導入し易くなる。
【００２７】
（３）前記リッチ空燃比気筒群を構成する各気筒の排気ポートおよび前記リーン空燃比気筒群を構成する各気筒の排気ポートにそれぞれ接続される複数の排気管を有しこれら複数の排気管をまとめて形成される排気集合管を備え、この排気集合管の中央部に前記リッチ空燃比気筒群と接続されている排気管を配し、その周囲に前記リーン空燃比気筒群と接続されている排気管を配し、この排気集合管と前記触媒とを接続するようにしてもよい。
【００２８】
（４）単に気筒別空燃比制御を行っただけでは、各気筒の出力が不均一になって運転フィーリングが悪化する。しかし、本発明では、リッチ空燃比気筒群の点火時期を遅角し、リーン空燃比気筒群の点火時期を進角するので、各気筒の出力が均一になり、運転フィーリングの悪化を防止できる。
【００２９】
（５）前記排気集合管の中央部に配置された前記リッチ空燃比気筒群に係る排気管とその周囲に配置された前記リーン空燃比気筒群に係る排気管との間を連通する連通孔を有するようにしてもよい。
【００３０】
このように連通孔を有するようにすることで、前記のように、リーンな排気ガスとリッチな排気ガスとの混合が為され易くなる。その連通穴の数や大きさについては実験等によって最適なものを見出すことが望ましい。
【００３１】
（６）前記リッチ空燃比気筒群から排出されるリッチな排気ガスと、前記リーン空燃比気筒群から排出されるリーンな排気ガスのトータルの空燃比は、比較的リーン寄りの空燃比であることが好ましい。
【００３２】
排気ガスの空燃比がストイキにあるときよりもややリーン空燃比寄りにあるときの方が酸化反応が促進するからである。そして、このように排気ガスの空燃比が全体としてリーン寄りであると触媒の浄化率が高まるからである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図４を参照して説明する。
【００３４】
図１は本発明の排気浄化装置を適用したエンジンＡの概略構成を示す。
図１には、吸気系を省略し、排気系との関係を示すエンジン本体（機関ブロック）１を示唆する。
【００３５】
エンジン本体１には、図示しないウォータジャケットが形成され、図示しないラジエータとの間で機関冷却水を循環してエンジンを冷却する。機関冷却水温度は図示しない温度センサで検出する。
【００３６】
また、前記吸気系には、吸入空気量を検出するエアフローメータ（図示せず）が備えられている。
エンジン本体１は、１番気筒＃１，２番気筒＃２，３番気筒＃３，４番気筒＃４を備えている。
【００３７】
各気筒＃１〜４には、それぞれ点火栓２および燃料噴射弁３が備えられている。そして、燃料噴射弁３からは燃料が各気筒内に直接噴射される。
気筒＃１〜＃４は、二つの気筒群に分割されている。すなわち、１番気筒＃１と４番気筒＃４とからなる気筒群＃Ｌと、２番気筒＃２と３番気筒＃３とからなる気筒群＃Ｒとである。
【００３８】
また、エンジン本体１の排気行程の順序は、１番気筒＃１→３番気筒＃３→４番気筒＃４→２番気筒＃２に設定されており、各気筒は、排気行程が互いに連続しない気筒同士に分割されている。
【００３９】
気筒＃１〜＃４は、排気通路の一部を構成する排気集合管としての排気マニホールド４を介して排気浄化用触媒としての始動時触媒５を収容したケーシング６に接続されている。
【００４０】
始動時触媒５には三元触媒が適用される。ケーシング６は排気管７を介して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という。）８を収容したケーシング９に接続され、ケーシング９は排気管１０を介して図示しないマフラーに接続されている。
【００４１】
三元触媒で形成される始動時触媒５は、ＨＣ，ＣＯを酸化させるとともに排気ガスの空燃比がストイキにあるときに最大にＮＯｘを還元する。
ＮＯｘ触媒８は、流入する排気ガスの空燃比がリーン（酸化雰囲気）のときはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下してＨＣやＣＯの多い還元雰囲気ではそれまで吸収していたＮＯｘを放出して窒素Ｎ２に還元する触媒である。
【００４２】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０は、図示しない、双方向性バスによって相互に接続された、中央処理制御装置ＣＰＵ，読み出し専用メモリＲＯＭ，ランダムアクセスメモリＲＡＭ，入力インタフェース回路、出力インタフェース回路等から構成されている。
【００４３】
前記入力インタフェース回路は、前記図示しないとした温度センサやエアフローメータ等の各種センサと電気的に接続され、これら各種センサの出力信号が入力インタフェース回路からＥＣＵ２０内に入ると、これらのパラメータは、一時的にランダムアクセスメモリＲＡＭに記憶される。そして、ＣＰＵがこれらのパラメータに基づいて必要とする演算処理を行うにあたり、双方向性バスを通じてランダムアクセスメモリＲＡＭが記憶していた前記パラメータを必要に応じて呼び出す。
【００４４】
前記出力インタフェース回路は、点火栓２や燃料噴射弁３等、前記各種センサの出力信号に基づいて作動する各種装置と電気的に接続され、これら各種装置は、ＣＰＵの演算結果に基づいて、適宜作動する。
【００４５】
そして、点火栓２および燃料噴射弁３については、それぞれその点火時期，燃料噴射時期期，燃料噴射期間がＣＰＵによって制御される。なお、ＣＰＵはＥＣＵ２０に属するのでＣＰＵの制御はＥＣＵ２０の制御と同義とする。
【００４６】
ＥＣＵ２０は、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射弁３を制御することによってエンジン出力を得るために筒内で燃焼される燃料の量を調整し、この調整により、排気ガスをリーン空燃比の排気ガスにしたりリッチな空燃比の排気ガスにしたりする。
【００４７】
また、エンジンＡにおいては、前記４気筒のうちの＃２と＃３とをリッチ空燃比で作動する気筒群＃Ｒをリッチ空燃比気筒群となるように、また残りの＃１と＃４とをリーン空燃比で作動する気筒群＃Ｌをリーン空燃比気筒群となるように燃料噴射弁３から噴射される燃料の量を制御する。
【００４８】
リッチ空燃比気筒群＃Ｒおよびリーン空燃比気筒群＃Ｌがそれぞれ排出するリッチな排気ガスおよびリーンな排気ガスを、ケーシング６内の始動時触媒５に導入することで、排気ガス中の未燃燃料成分の酸化反応を促進させて始動時触媒５の温度を高める気筒別空燃比制御がエンジンＡの運転状態に応じて実行される。
【００４９】
また、気筒別空燃比制御の実行時、始動時触媒５にあっては、この触媒５を横断面で見た場合の中央部に向けてリッチ空燃比気筒群＃Ｒからの排気ガスを触媒５内に流入させ、触媒５を横断面で見た場合の触媒内部の外側部位に向けてリーン空燃比気筒群＃Ｌからの排気ガスを触媒５内に流入させるようになっている。
【００５０】
そのために、例えば、排気マニホールド４の形状は次のようになっている。図１および図２を参照して説明する。
すなわち、排気マニホールド４は、リッチ空燃比気筒群＃Ｒを構成する気筒＃２および＃３の排気ポートおよびリーン空燃比気筒群＃Ｌを構成する気筒＃１および＃４の排気ポートにそれぞれ対応して接続される排気枝管４１，４２，４３，４４を有する。そして、排気マニホールド４の中央部に位置するリッチ空燃比気筒群＃Ｒに係る排気枝管４２，４３をひとまとめになるように両者を途中で合流させて一本の合流管２５を形成し、この合流管２５の周囲にリーン空燃比気筒群＃Ｌに係る排気枝管４１，４４で包み込む囲繞形態にしてある。
【００５１】
したがって、排気枝管４１，４２，４３，４４と接続されているケーシング６内の始動時触媒５は、その中央部、換言すれば触媒５内部のうち排気ガスが流れる方向に沿ってかつ触媒５の軸心を含む中央部分には、主としてリッチな排気ガスが排気枝管４２，４３から導入され、触媒５内部における外側部位、すなわち触媒５内部のうち触媒５中央部よりも外側部分には、リーンな排気ガスが排気枝管４１，４４から導入される。
【００５２】
しかして、このようにして排気枝管４１，４２，４３，４４から始動時触媒５内に排気ガスを導入することで前記気筒別空燃比制御が実現する。
ところで、単に気筒別空燃比制御を行っただけでは、各気筒の出力が不均一になって運転フィーリングが悪化する。しかし、リッチ空燃比気筒群＃Ｒの点火時期を遅角し、リーン空燃比気筒群＃Ｌの点火時期を進角することで、各気筒の出力が均一になり、運転フィーリングの悪化を防止するようになっている。
【００５３】
また、図３に示すように、合流管２５の周囲に排気枝管４１，４４に連通する連通孔３０を複数設けることで、リッチな排気ガスとリーンな排気ガスとが連通孔３０を介して相互に行き交うことによってそれらの混合率を高めるようにしてもよい。
【００５４】
次に図４を用いて気筒群別空燃比制御実行ルーチンを説明するためのフローチャートについて述べる。
気筒群別空燃比制御実行ルーチンはＳ１０１からＳ１０６の６つのステップからなる。そして、これら各ステップの処理はすべてＥＣＵ２０に属するＣＰＵが行う。
【００５５】
Ｓ１０１において、エンジン本体１の機関冷却水温度が所定値以下かどうかを温度センサが検出したパラメータに基づいて判定する。ここでいう所定値とは気筒群別空燃比制御を行わなければならないほどに未だ暖機が十分でないかどうかを判断する一つの目安とする値である。
【００５６】
機関冷却水温度がすでに十分高く、例えば７０℃以上あれば、その時にはすでに触媒が十分活性されているので、気筒別空燃比制御を行わずとも始動時触媒５が排気浄化機能を十分に発揮できると考えられる。このため、水温が所定値以下の場合のみ気筒別空燃比制御を行うこととし、水温が所定値よりも高い場合は、否定判定して気筒別空燃比制御を行わない通常運転を行うものとする。
【００５７】
Ｓ１０２では始動時触媒５の触媒推定温度が所定値以上かどうかを判定する。ここで触媒推定温度とは、始動時触媒５全体の平均温度を推定した温度であり、所定値とは例えば始動時触媒５が排気浄化機能を発揮できる最低温度のことである。排気浄化機能を発揮できなければ、未燃ＨＣ等の未燃燃料成分がそのまま大気中に放出されてしまう虞があるので、未燃燃料成分の大気中への放出を許容できる最低限の範囲を確保するためである。
【００５８】
なお、始動時触媒５の温度は温度センサで測定してもよいが、エアフローメータが検出した吸入空気量の積算値から触媒温度を推定するのが一般的である。Ｓ１０２で肯定判定した場合は、Ｓ１０３に進み、否定判定した場合は、通常運転を行う。
【００５９】
Ｓ１０３では、吸入空気量が所定値以下かどうか判定する。吸入空気量が多過ぎて排気ガス中の酸素量が多いと、未燃燃料成分が燃焼し過ぎてしまい、その結果、始動時触媒５の温度が異常に高まって熱劣化を生じる等好ましくない状態になる虞があるからである。Ｓ１０３で肯定判定したらＳ１０４に進み、否定判定したら通常運転を行う。
【００６０】
Ｓ１０４では、始動後所定時間を経過したかどうかを判定する。この所定時間は、始動時触媒５の温度が気筒別空燃比制御の実行を行うのに適した温度範囲の上限を確保するのに要する時間であり、内燃機関の種類や車種によって異なる。
【００６１】
Ｓ１０４で否定判定したら気筒別空燃比制御の実行を行うのに適した温度範囲内に触媒温度があるとしてＳ１０５に進んで気筒別空燃比制御を行い、肯定判定したら気筒別空燃比制御の実行を行うのに適した温度範囲外に触媒温度があるとして通常運転を行う。
【００６２】
なお、この気筒別空燃比制御実行ルーチンを構成するプログラムはＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶され、ＲＯＭの属性はＥＣＵ２０にあるので、気筒別空燃比制御を行うこのプログラムの属するＥＣＵ２０のことを気筒別空燃比制御手段ということにする。
【００６３】
以上述べた構成からなるものが本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置である。
次にこのような構成の内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンＡの作用効果を説明する。
【００６４】
エンジンＡでは、始動時触媒５を横断面で見た場合の中央部に向けてリッチ空燃比気筒群＃Ｒの排気ガスを始動時触媒５内に流入させ、始動時触媒５を横断面で見た場合の外側に向けてリーン空燃比気筒群＃Ｌの排気ガスを始動時触媒５内に流入させる。
【００６５】
このため、まず始動時触媒５の中央部、換言すれば始動時触媒５内部のうち排気ガスが流れる方向に沿いかつ始動時触媒５の軸心を含む中央部分にはリッチな排気ガスが流れる。また、始動時触媒５内部における外側部位、すなわち始動時触媒５内部のうちリッチな排気ガスが流れる始動時触媒５の中央部よりも外側部分ではリーンな排気ガスが流れる。
【００６６】
そして、既述のように、触媒の特性として、すなわち始動時触媒５の特性として排気ガスの空燃比がリッチであるほど５０％浄化温度は高くなり、リーンであるほど５０％浄化温度は低くなる。
【００６７】
したがって、始動時触媒５がまだ暖機されていない例えば寒冷時に機関始動した場合において、外気に近接する側の、始動時触媒５内部における外側部位に排気ガスを流しても、排気ガスの持つ熱は放出され易いため、当該外側部位は昇温し難い。
【００６８】
しかし、始動時触媒５では、この外側部位にリーンな排気ガスが流れるので、リーンの度合いを始動時触媒５の外側部位の温度に合わせて調整することで、低温でも排気ガス浄化率を５０％以上にできる。
【００６９】
これに対し、始動時触媒５の中央部には始動時触媒５の内部における外側部位よりも高温度でリッチな排気ガスが比較的多量に流れるので、リッチの度合いを始動時触媒５の中央部の温度に合わせて調整することで、始動時触媒５の中央部でも排気ガスの浄化率を５０％以上にできる。
【００７０】
このように、始動時触媒５の内部における中央部および外側部位を、それぞれ５０％浄化温度にするにあたり、排気ガスの空燃比をそれぞれリッチ空燃比およびリーン空燃比に使い分けているので、始動時触媒５の中で部位ごとに温度差があっても、そのことに起因して排気ガスの浄化率が不均一にならない。したがって、排気ガスの浄化率を触媒全体として高められる。
【００７１】
なお、このようにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスを分別して触媒内に流してもリッチな排気ガスとリーンな排気ガスとが完全に層別されるわけではない。
【００７２】
リッチな排気ガスの流れの傾向として主として始動時触媒５の中央部を流れ、リーンな排気ガスの流れの傾向として主として始動時触媒５の外側を流れるということであり、リーンな排気ガスとリッチな排気ガスとが混合しないというわけではなく両者を例えば前記連通孔３０を介してより効率的に混合することも最終的に排気浄化を好適に行う上で重要である。
【００７３】
なぜならば、完全に両排気ガスを層別して混合しないとすると、リッチな排気ガスは未燃ＨＣが多くて還元雰囲気にあり、リーンな排気ガスは酸素が多くて酸化雰囲気にあるため、前者はＨＣやＣＯの浄化がされずに排出され、後者は酸化雰囲気にあるのでＨＣ，ＣＯは浄化できてもＮＯｘ浄化がされずに排出されてしまうからである。
【００７４】
このように基本的にはリーンな排気ガスとリッチな排気ガスとを混合させることが望ましい。しかし、混合すると、始動時触媒５の外周部が低温であるため当該部分では始動時触媒５が触媒中央部に比して活性し難い。
【００７５】
このため、最終的に排気浄化を好適に行うためには、前記のようにリーンな排気ガスとリッチな排気ガスとの混合をするのは重要だけれども、傾向としてリーンな排気ガスを触媒の外部側へ、そしてリッチな排気ガスを触媒の中央部へと流すようにして始動時触媒５の全体ができるだけ均一に暖機されて５０％浄化温度に達し易くするのである。
【００７６】
また、気筒＃２および＃３は機関ブロックであるエンジン本体１の中央にあり、気筒＃１および＃４はそれぞれエンジン本体１の両端にあるので、前二者の気筒＃２および＃３は始動時触媒５の触媒中央部にまた後二者の気筒＃１および＃４は始動時触媒５の外側に向けて排気ガスを流す。
【００７７】
このため気筒＃２および＃３と始動時触媒５の中央部および気筒＃１および＃４と触媒の外側とは位置的に対応関係にあり、気筒＃２，＃３および気筒＃１，＃４から排出される排気ガスを、それぞれ始動時触媒５の中央部および始動時触媒５の外側に向けて導入し易い。
【００７８】
加えて、排気マニホールド４には、その中央部に位置するリッチ空燃比気筒群＃Ｒに係る排気枝管４２，４３をひとまとめになるように途中で合流して一本の合流管２５を形成するとともに、この合流管２５の周囲にリーン空燃比気筒群＃Ｌに係る排気枝管４１，４４で包み込むように形成し、かつ合流管２５の周囲に排気枝管４１，４４に連通する連通孔３０を複数設けてあるので、リーンな排気ガスとリッチな排気ガスとの混合が一層されや易くなる。
【００７９】
さらに、リッチ空燃比気筒群＃Ｒから排出されるリッチな排気ガスと、リーン空燃比気筒群＃Ｌから排出されるリーンな排気ガスのトータルの空燃比は、比較的リーン寄りの空燃比であることが好ましい。
【００８０】
排気ガスの空燃比がストイキにあるときよりもややリーン空燃比寄りにあるときの方が酸化反応が促進するからである。そして、このように排気ガスの空燃比が全体としてリーン寄りであると触媒の浄化率が高まるからである。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒の中で部位ごとに温度差があっても、そのことに起因して排気ガスの浄化率が不均一にならず、したがって、排気ガスの浄化率を触媒全体として高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２の応用例を示す図である。
【図４】気筒別空燃比制御実行ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図５】触媒内部の温度はその内側と外側とでは触媒内を流れる排気ガスに温度差を生じることを説明するための図である。
【図６】触媒の活性温度（５０％浄化温度）は、触媒を通過する排気ガスの空燃比によって異なることを説明するための図である。
【符号の説明】
Ａ    エンジン
１    エンジン本体（機関ブロック）
＃１  １番気筒
＃２  ２番気筒
＃３  ３番気筒
＃４  ４番気筒
２    点火栓
３    燃料噴射弁
４    排気マニホールド（排気集合管）
４１      排気枝管（排気管）
４２      排気枝管（排気管）
４３      排気枝管（排気管）
４４      排気枝管（排気管）
５    始動時触媒（排気浄化用触媒）
６    ケーシング
７        排気管（排気通路）
８    吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
９    ケーシング
１０  排気管（排気通路）
２０  ＥＣＵ（気筒別空燃比制御手段）
２５  合流管
３０  連通孔
＃Ｒ  リッチ空燃比気筒群
＃Ｌ  リーン空燃比気筒群
【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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