(57)【要約】【課題】内燃機関において、浄化触媒の劣化を抑制して安定した排気浄化性能を確保すると共に出力性能及び燃費の向上を図る。【解決手段】Ｖ型６気筒エンジンにて、複数の気筒が左右の第１バンク１２及び第２バンク１３に分けて配列された気筒群を設け、各バンク１２，１３の気筒群に排気管５７，５８を連結し、前段三元触媒５９，６０及び制御弁６４，６５を設けると共に、上流側を連通管６３により連通し、第１バンク１２側にターボ過給機６７を装着して構成し、ターボ過給機６７を有しない第２バンク１３側の第２排気管５８に第２前段三元触媒６０を迂回するバイパス管７２を設けると共に、このバイパス管７２に第３制御弁７３を設け、ＥＣＵ８１によりエンジン運転状態に応じて各制御弁６４，６５，７３を開閉制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒が左右のバンクに分けて配列された２つの気筒群を有し、該各気筒群に対して吸気通路が設けられる一方、排気通路がそれぞれ独立して設けられ、該各排気通路に前段浄化触媒が設けられ、前記各排気通路における前記各前段浄化触媒より上流側が連通通路により連通され、前記２つの気筒群のいずれか一方にのみ過給機が設けられた内燃機関において、前記過給機を有しない気筒群の前記排気通路における前記前段浄化触媒の上流側または前記過給機を有する気筒群の前記排気通路における前記前段浄化触媒及び前記過給機の上流側の少なくともいずれか一方から前記前段浄化触媒を迂回するバイパス通路が設けられると共に、該バイパス通路に排気ガスの流量を調整するバイパス弁が設けられ、制御手段により内燃機関の運転状態に応じて前記バイパス弁を開閉制御可能であることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、前記各排気通路における前記前段浄化触媒より下流側に排気ガスの流量を調整する制御弁が設けられ、制御手段により内燃機関の運転状態に応じて前記各制御弁を開閉制御可能であることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関において、前記各排気通路の下流端部が合流した排気集合通路が設けられ、該排気集合通路に後段浄化触媒が設けられることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関において、前記バイパス通路は、下流端部が前記制御弁と前記後段浄化触媒の間における前記排気通路または前記排気集合通路に連通することを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項２または３に記載の内燃機関において、前記バイパス通路は、下流端部が前記前段浄化触媒と前記制御弁の間における前記排気通路に連通することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記過給機による吸気側の過給圧を検出する過給圧検出手段が設けられ、前記制御手段は、前記過給圧検出手段が検出した過給圧に応じて前記バイパス弁の開度を調整することを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記制御手段は、前記内燃機関の高負荷運転時にフューエルカットが実行されたとき、前記各制御弁を閉止する一方、前記バイパス弁を開放することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒が左右のバンクに分けて配列された２つの気筒群を有し、各気筒群の排気通路に浄化触媒がそれぞれ設けられると共に、各排気通路が浄化触媒の上流側で連通通路により連通され、２つの気筒群のうちのいずれか一方にのみ過給機が設けられる内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なＶ型多気筒エンジンにおいて、シリンダブロックは上部に所定角度で傾斜した２つのバンクを有しており、各バンクに複数の気筒が設けられて２つの気筒群が構成されている。そして、各バンクに設けられた複数のシリンダにピストンが移動自在に嵌合し、各ピストンは下部に回転自在に支持されたクランクシャフトに連結されている。また、シリンダブロックの各バンクの上部にはシリンダヘッドが締結されることで各燃焼室が構成されており、各燃焼室には吸気ポート及び排気ポートが形成され、吸気弁及び排気弁により開閉可能となっている。そして、各バンクの吸気ポートに吸気管が連結される一方、各バンクの排気ポートに排気管がそれぞれ連結され、この各排気管に浄化触媒が装着されている。
【０００３】
このようなＶ型多気筒エンジンでは、エンジンの冷間始動時に、各排気管に設けられた浄化触媒を暖機して早期に活性化させるために、各排気管を浄化触媒の上流側で連通管により連通すると共に、各排気管に制御弁を設けることで、バンク制御を可能としたものがある。従って、エンジンの冷間始動時には、一方の排気管の制御弁を閉じて各バンクの気筒群からの排気ガスを連通管を通して他方の排気管で合流させた後、この大量の排気ガスの熱により浄化触媒を効率良く暖機して早期活性化を図る。その後、一方の排気管に設けられた浄化触媒が活性化したら、他方の排気管の制御弁を閉じて各バンクの気筒群からの排気ガスを連通管を通して一方の排気管で合流させた後、この大量の排気ガスの熱により浄化触媒を効率良く暖機して早期活性化を図る。
【０００４】
また、このようなＶ型多気筒エンジンにて、一方のバンクのみにターボ過給機を設けたものがある。この場合、ターボ過給機の稼動時には、ターボ過給機のないバンクの排気管の制御弁を閉じる一方、ターボ過給機のあるバンクの排気管の制御弁を開放し、各バンクの気筒群からの排気ガスを連通管を通してターボ過給機のある排気管で合流させた後、この大量の排気ガスによりターボ過給機のタービンを駆動し、このタービンと一体のコンプレッサを駆動して空気を圧縮し、燃焼室に導入することで、高過給を可能としている。
【０００５】
なお、このような内燃機関としては下記特許文献１から３に記載されたものがある。
【０００６】
【特許文献１】特公平０１−０２７２４６号公報
【特許文献２】特開平０８−１２１１５３号公報
【特許文献３】実開平０１−１７３４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように一方のバンクのみに過給機を設けたエンジンでは、高負荷運転時に、ターボ過給機のない排気管の制御弁を閉じる一方、ターボ過給機のある排気管の制御弁を開放し、全ての排気ガスをターボ過給機のある排気管に流すことで、大量の排気ガスによりターボ過給機を稼動して高過給し、高出力を発生可能としている。ところが、エンジンの高負荷運転時に、大量の排気ガスを排気管に流してターボ過給機を稼動すると、高温の排気ガスがターボ過給機のある気筒群の排気管に装着された浄化触媒に流れることとなり、この浄化触媒が熱劣化したり、溶損が発生するおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、浄化触媒の劣化を抑制して安定した排気浄化性能を確保すると共に出力性能及び燃費の向上を図った内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、複数の気筒が左右のバンクに分けて配列された２つの気筒群を有し、該各気筒群に対して吸気通路が設けられる一方、排気通路がそれぞれ独立して設けられ、該各排気通路に前段浄化触媒が設けられ、前記各排気通路における前記各前段浄化触媒より上流側が連通通路により連通され、前記２つの気筒群のいずれか一方にのみ過給機が設けられた内燃機関において、前記過給機を有しない気筒群の前記排気通路における前記前段浄化触媒の上流側または前記過給機を有する気筒群の前記排気通路における前記前段浄化触媒及び前記過給機の上流側の少なくともいずれか一方から前記前段浄化触媒を迂回するバイパス通路が設けられると共に、該バイパス通路に排気ガスの流量を調整するバイパス弁が設けられ、制御手段により内燃機関の運転状態に応じて前記バイパス弁を開閉制御可能であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の内燃機関では、前記各排気通路における前記前段浄化触媒より下流側に排気ガスの流量を調整する制御弁が設けられ、制御手段により内燃機関の運転状態に応じて前記各制御弁を開閉制御可能であることを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関では、前記各排気通路の下流端部が合流した排気集合通路が設けられ、該排気集合通路に後段浄化触媒が設けられることを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関では、前記バイパス通路は、下流端部が前記制御弁と前記後段浄化触媒の間における前記排気通路または前記排気集合通路に連通することを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関では、前記バイパス通路は、下流端部が前記前段浄化触媒と前記制御弁の間における前記排気通路に連通することを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関では、前記過給機による吸気側の過給圧を検出する過給圧検出手段が設けられ、前記制御手段は、前記過給圧検出手段が検出した過給圧に応じて前記バイパス弁の開度を調整することを特徴としている。
【００１５】
本発明の内燃機関では、前記制御手段は、前記内燃機関の高負荷運転時にフューエルカットが実行されたとき、前記各制御弁を閉止する一方、前記バイパス弁を開放することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関によれば、複数の気筒が左右のバンクに分けて配列された２つの気筒群を有し、各気筒群に対して排気通路を独立して設け、該各排気通路に前段浄化触媒を設け、各排気通路における前段浄化触媒より上流側を連通通路により連通し、２つの気筒群のいずれか一方にのみ過給機を設けて構成し、過給機を有しない気筒群の排気通路における前段浄化触媒の上流側または過給機を有する気筒群の排気通路における前段浄化触媒及び過給機の上流側の少なくともいずれか一方から前段浄化触媒を迂回するバイパス通路を設けると共に、このバイパス通路に排気ガスの流量を調整するバイパス弁を設け、制御手段により内燃機関の運転状態に応じてバイパス弁を開閉制御可能としている。
【００１７】
従って、エンジンの運転状態に応じてバイパス弁によりバイパス通路を開閉することで、過給機の稼動時には、排気ガスが排気通路を通して過給機に流れてタービンを駆動し、浄化触媒に浄化処理されると共に、排気ガスの一部がバイパス通路に流れて浄化触媒を迂回することとなり、排気ガスの全量が排気通路の浄化触媒に流れずにこの浄化触媒の熱劣化や溶損が抑制され、各気筒群における安定した排気浄化性能を確保することができると共に、一部の排気ガスがバイパス通路に流れることで、過給機を有する気筒群における排気通路の背圧を低減し、出力性能及び燃費を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図、図２は、実施例１のＶ型６気筒エンジンの概略断面図、図３は、実施例３のＶ型６気筒エンジンにおける運転制御を表すフローチャートである。
【００２０】
本実施例では、内燃機関としてＶ型６気筒エンジンを適用している。このＶ型６気筒エンジンにおいて、図１及び図２に示すように、シリンダブロック１１は上部に所定角度で傾斜した左右のバンク１２，１３を有しており、各バンク１２，１３に複数の気筒が設けられて２つの気筒群が構成されている。この各バンク１２，１３は、それぞれ３つのシリンダボア１４，１５が形成され、各シリンダボア１４，１５にピストン１６，１７がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部に図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１６，１７はコネクティングロッド１８，１９を介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
【００２１】
一方、シリンダブロック１１の各バンク１２，１３の上部にはシリンダヘッド２０，２１が締結されており、シリンダブロック１１とピストン１６，１７とシリンダヘッド２０，２１により各燃焼室２２，２３が構成されている。そして、この燃焼室２２，２３の上部、つまり、シリンダヘッド２０，２１の下面に吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７が対向して形成され、この吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７に対して吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１の下端部が位置している。この吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１は、シリンダヘッド２０，２１に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド２０，２１には、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５が回転自在に支持されており、吸気カム３６，３７及び排気カム３８，３９が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１の上端部に接触している。
【００２２】
従って、エンジンに同期して吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５が回転すると、吸気カム３６，３７及び排気カム３８，３９がローラロッカアームを作動させ、吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７を開閉し、吸気ポート２４，２５と燃焼室２２，２３、燃焼室２２，２３と排気ポート２６，２７とをそれぞれ連通することができる。
【００２３】
また、このエンジンの動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１を最適な開閉タイミングに制御する吸気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）４０，４１と排気可変動弁機構４２，４３により構成されている。この吸気可変動弁機構４０，４１及び排気可変動弁機構４２，４３は、例えば、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５の軸端部にＶＶＴコントローラが設けられて構成され、油圧ポンプ（または電動モータ）によりカムスプロケットに対する各カムシャフト３２，３３，３４，３５の位相を変更することで、吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、各可変動弁機構４０，４１，４２，４３は、吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ４４，４５，４６，４７が設けられている。
【００２４】
各シリンダヘッド２０，２１の吸気ポート２４，２５には吸気マニホールド４８，４９を介してサージタンク５０が連結されている。一方、吸気管（吸気通路）５１の空気取入口にはエアクリーナ５２が取付けられており、この吸気管５１には、エアクリーナ５２の下流側に位置してスロットル弁５３を有する電子スロットル装置５４が設けられている。そして、この吸気管５１の下流端部がサージタンク５０に連結されている。
【００２５】
排気ポート２６，２７は、各燃焼室２２，２３から排出される排気ガスが集合する集合通路５５，５６に連通しており、各集合通路５５，５６には、排気管接続部５５ａ，５６ａを介して第１、第２排気管５７，５８が連結されている。この場合、排気ポート２６，２７と集合通路５５，５６と排気管接続部５５ａ，５６ａは、左右のバンク１２，１３の各シリンダヘッド２０，２１内に一体に形成されている。
【００２６】
そして、第１排気管５７には、第１前段三元触媒（前段浄化触媒）５９が装着される一方、第２排気管５８には、第２前段三元触媒（前段浄化触媒）６０が装着されており、第１、第２排気管５７，５８の下流端部は排気集合管（排気集合通路）６１に合流して連結されており、この排気集合管６１にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（後段浄化触媒）６２が装着されている。この各前段三元触媒５９，６０は、排気空燃比がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理するものである。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２は、排気空燃比がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したリッチ燃焼領域にあるときに、吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料によりＮＯｘを還元するものである。
【００２７】
また、第１排気管５７と第２排気管５８の上流側は、各前段三元触媒５９，６０が装着された位置よりも排気ガスの流動方向の上流側で連通管（連通通路）６３により連通されている。そして、第１排気管５７及び第２排気管５８には、前段三元触媒５９，６０よりも排気ガスの流動方向の下流側に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５が装着されている。この第１、第２制御弁６４，６５は流量制御弁であって、その開度を調整することで各排気管５７，５８を流れる排気ガスの流量を調整することができる。
【００２８】
そして、第１バンク１２側には、ターボ過給機６７が設けられている。このターボ過給機６７は、吸気管５１側に設けられたコンプレッサ６８と第１排気管５７側に設けられたタービン６９とが連結軸７０により一体に連結されて構成されている。この場合、ターボ過給機６７は、第１バンク１２側の第１排気管５７からの排気ガスによりタービン６９が駆動可能であり、連通管６３の端部が第１排気管５７におけるタービン６９の装着部分よりも上流側に連結されている。そして、このターボ過給機６７におけるコンプレッサ６８の下流側であって、電子スロットル装置５４（スロットル弁５３）の上流側の吸気管５１には、このコンプレッサ６８により圧縮されて温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ７１が設けられている。
【００２９】
従って、第１バンク１２に設けられたターボ過給機６７は、この第１バンク１２の燃焼室２２から排気ポート２６及び集合通路５５を介して第１排気管５７に排出された排気ガスによりタービン６９を駆動し、連結軸７０により連結されたコンプレッサ６８が駆動することで吸気管５１を流れる空気を圧縮することができる。そのため、エアクリーナ５２から吸気管５１に導入された空気は、圧縮吸気となってインタークーラ７１で冷却された後にサージタンク５０に導入され、各バンク１２，１３の各吸気マニホールド４８，４９及び吸気ポート２４，２５を介して燃焼室２２，２３に吸入されることとなる。
【００３０】
また、ターボ過給機６７を有しない第２バンク１３側の第２排気管５８における第２前段三元触媒６０より上流側で且つ連通管６３の連結部より下流側の部分と、排気集合管６１におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２より上流側の部分との間に、第２前段三元触媒６０を迂回して連通するようにバイパス管（バイパス通路）７２が設けられている。そして、このバイパス管７２には、第３制御弁（バイパス弁）７３が装着されている。この第３制御弁７３は流量制御弁であって、その開度を調整することでバスバス管７２を流れる排気ガスの流量を調整することができる。そして、この第３制御弁７３は、ターボ過給機６７のウエストゲート弁として機能し、過給圧を調整可能となっている。
【００３１】
各シリンダヘッド２０，２１には、各燃焼室２２，２３に直接燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ７４，７５が装着されており、各インジェクタ７４，７５にはデリバリパイプ７６，７７が連結され、この各デリバリパイプ７６，７７には高圧燃料ポンプ７８から所定圧の燃料を供給可能となっている。また、シリンダヘッド２０，２１には、燃焼室２２，２３の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ７９，８０が装着されている。
【００３２】
車両には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）８１が搭載されており、このＥＣＵ８１は、インジェクタ７４，７５の燃料噴射タイミングや点火プラグ７９，８０の点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。即ち、吸気管５１の上流側にはエアフローセンサ８２及び吸気温センサ８３が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をＥＣＵ８１に出力している。また、電子スロットル装置５４にはスロットルポジションセンサ８４が設けられ、アクセルペダルにはアクセルポジションセンサ８５が設けられており、現在のスロットル開度及びアクセル開度をＥＣＵ８１に出力している。更に、クランクシャフトにはクランク角センサ８６が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ８１に出力し、ＥＣＵ８１はクランク角度に基づいてエンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック１１には水温センサ８７が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ８１に出力している。
【００３３】
また、各排気管５７，５８における各前段三元触媒５９，６０よりも上流側には、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ８８，８９が設けられている。このＡ／Ｆセンサ８８，８９は、各燃焼室２２，２３から各排気ポート２６,２７を通して各排気管５７，５８に排気された排気ガスの排気空燃比を検出し、検出した排気空燃比をＥＣＵ８１に出力している。ＥＣＵ８１は、Ａ／Ｆセンサ８８，８９が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を補正している。
【００３４】
また、サージタンク５０には、過給圧センサ（過給圧検出手段）９０が設けられている。この過給圧センサ９０は、吸気管５１から各吸気ポート２４，２５を通して各燃焼室２２，２３に吸入される吸気圧、ターボ過給機６７の稼動時には過給圧を検出し、検出した吸気圧（過給圧）をＥＣＵ８１に出力している。ＥＣＵ８１は、過給圧センサ９０が検出した過給圧に基づいて第３制御弁７３の開度を調整している。具体的に、ＥＣＵ８１は、過給圧センサ９０が検出した過給圧が予め設定された限界過給圧を超えると、第３制御弁７３によりバイパス管７２を開放することで、排気ガスの一部をバイパス管７２から排気集合管６１に流してターボ過給機６７のタービン６９に流れる排気ガスの流量を低減している。
【００３５】
また、ＥＣＵ８１は、エンジン運転状態に基づいて吸気可変動弁機構４０，４１及び排気可変動弁機構４２，４３を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁３０，３１の開放時期と吸気弁２８，２９の開放時期のオーバーラップとをなくすことで、排気ガスが吸気ポート２４，２５または燃焼室２２，２３に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２８，２９の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート２４，２５に吹き返す量を少なくして体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２８，２９の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとして体積効率を向上させる。
【００３６】
ところで、本実施例のＶ型６気筒エンジンでは、上述したように、各シリンダヘッド２０，２１の燃焼室２２，２３に第１排気管５７及び第２排気管５８が連結され、この第１排気管５７及び第２排気管５８に、第１、第２前段三元触媒５９，６０及び第１、第２制御弁６４，６５が装着され、各排気管５７，５８の上流部が連通管６３により連通されており、また、第１バンク１２にターボ過給機６７が装着され、第２排気管５８における第２前段三元触媒６０の上流側と排気集合管６１とがバイパス管７２により連通され、このバイパス管７２に第３制御弁７３が装着されている。そのため、ＥＣＵ８１は、エンジン運転状態に応じて各制御弁６４，６５，７３を開閉制御することで、排気ガスの排出経路を変更可能となっている。
【００３７】
例えば、エンジンの冷間始動時には、第１制御弁６４を閉止状態とする一方、第２制御弁６５を開放状態とすると共に、第３制御弁７３を閉止状態とし、第１バンク１２の気筒群から集合通路５５を介して第１排気管５７に排出された排気ガスを連通管６３を通して第２排気管５８にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第２排気管５８で合流させた後、大量の排気ガスを第２前段三元触媒６０に流入させることで、この第２前段三元触媒６０を暖機するようにしている。
【００３８】
その後、第２前段三元触媒６０の暖機が完了して活性化されると、第１制御弁６４を開放状態とする一方、第２制御弁６５を閉止状態とすると共に、第３制御弁７３を閉止状態とし、第２バンク１３の気筒群から集合通路５６を介して第２排気管５８に排出された排気ガスを連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第１排気管５７で合流させた後、大量の排気ガスを第１前段三元触媒５９に流入させることで、この第１前段三元触媒５９を暖機するようにしている。
【００３９】
また、エンジンのアイドル運転時には、第１制御弁６４及び第２制御弁６５を開放状態とすると共に、第３制御弁７３を閉止状態とし、第１バンク１２の気筒群から集合通路５５に排出された排気ガスを第１排気管５７に排出させる一方、第２バンク１３の気筒群から集合通路５６に排出された排気ガスを第２排気管５８に排出させることで、排気ガスを第１前段三元触媒５９及び第２前段三元触媒６０に流入させることで、各前段三元触媒５９，６０を暖機保温するようにしている。
【００４０】
また、エンジンの低中負荷状態には、第１制御弁６４を閉止状態とする一方、第２制御弁６５を開放状態とすると共に、第３制御弁７３を閉止状態とし、第１バンク１２の気筒群から集合通路５５を介して第１排気管５７に排出された排気ガスを連通管６３を通して第２排気管５８にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第１排気管５７で合流させた後に排出するようにしている。
【００４１】
一方、エンジンの高負荷状態には、第１制御弁６４を開放状態とする一方、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を過給圧に応じて開度制御し、第２バンク１３の気筒群から集合通路５６を介して第２排気管５８に排出された排気ガスを連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第１排気管５７で合流させた後、大量の排気ガスをターボ過給機６７に流入させることで、このターボ過給機６７を高効率で稼動して高過給を可能とし、出力を向上するようにしている。このとき、ＥＣＵ８１は、過給圧センサ９０が検出した過給圧が限界過給圧を超えると、第３制御弁７３によりバイパス管７２を開放し、且つ、過給圧に応じて第３制御弁７３を開度調整することで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスの一部をバイパス管７２を通して排気集合管６１に流し、ターボ過給機６７のタービン６９に流れる排気ガスの流量を低減して損傷を防止している。
【００４２】
ＥＣＵ８１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の暖機時や再生時には、第１バンク１２の気筒群からの排気ガスをリーン雰囲気とし、第２バンク１３の気筒群からの排気ガスをリッチ雰囲気とすると共に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５を開放状態とする一方、第３制御弁７３を閉止状態とし、第１バンク１２の気筒群から排出されたリーン雰囲気の排気ガスを第１排気管５７に流し、第２バンク１３の気筒群から排出されたリッチ雰囲気の排気ガスを第１排気管５７に流し、排気集合管６１で合流させ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２における酸化発熱反応を利用してこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を暖機したり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に蓄積された硫黄成分を放出して再生している。
【００４３】
ここで、本実施例のＶ型６気筒エンジンの作動について簡単に説明する。
【００４４】
本実施例のＶ型６気筒エンジンにて、エアクリーナ５２を通して吸気管５１に導入された空気は、第１バンク１２側に設けられたターボ過給機６７のコンプレッサ６８により圧縮され、過給吸気となってスロットル弁５３に調量されてからサージタンク５０に流れ、各吸気マニホールド４８，４９を介して各吸気ポート２４，２５に至り、吸気弁２８，２９の開放時に、吸気ポート２４，２５の空気が燃焼室２２，２３に吸入される。そして、この吸気行程時またはピストン１６，１７が上昇して吸入空気を圧縮する圧縮行程時に、インジェクタ７４，７５が燃焼室２２，２３に対して所定量の燃料を噴射する。すると、燃焼室２２，２３にて、高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気に対して点火プラグ７９，８０が着火して爆発することで、ピストン１６，１７が押し下げられて駆動力を出力する一方、排気弁３０，３１の開放時に、燃焼室２２，２３の排気ガスが排気ポート２６，２７から集合通路５５，５６で集合されてから第１排気管５７及び第２排気管５８に排出される。そして、第１排気管５７に排出された排気ガスは、ターボ過給機６７のタービン６９を駆動し、このタービン６９と連結軸７０により連結されたコンプレッサ６８が駆動し、吸気管５１に導入された空気を圧縮する。
【００４５】
そして、第１バンク１２にて、燃焼室２２から排気ポート２６及び集合通路５５を通して第１排気管５７に排出された排気ガスは、第１前段三元触媒５９の通過時に、含有する有害物質が浄化処理されて排気集合管６１に流れる。一方、第２バンク１３にて、燃焼室２３から排気ポート２７及び集合通路５６を通して第２排気管５８に排出された排気ガスは、第２前段三元触媒６０の通過時に、含有する有害物質が浄化処理されて排気集合管６１に流れる。そして、排気集合管６１に流れ込んだ排気ガスは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の通過時に含有する有害物質が適正に浄化処理されてから大気に放出される。
【００４６】
このように構成された本実施例のＶ型６気筒エンジンにおいて、以下に、各制御弁６４，６５，７３の開閉制御について、図３のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００４７】
本実施例のＶ型６気筒エンジンにおいて、図３に示すように、ステップＳ１１では、イグニッションキースイッチ（ＩＧ）がＯＮされたかどうかを判定し、ＩＧ−ＯＮであれば、ステップＳ１２にて、エンジンが冷間始動であるかどうかを判定する。具体的には、ＥＣＵ８１は、水温センサ８７が検出したエンジン冷却水温が予め設定された所定温度より低いときに冷間始動であると判定している。ここで、エンジンが冷間始動であると判定されたら、ステップＳ１３にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を閉止状態とし、第２制御弁６５を開放状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。
【００４８】
すると、第１バンク１２の気筒群から第１排気管５７に排出された排気ガスが連通管６３を通して第２排気管５８にバイパスし、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第２排気管５８で合流した後、大量の排気ガスを第２前段三元触媒６０に流入させることで、この第２前段三元触媒６０を暖機する。そして、ステップＳ１４では、この第２前段三元触媒６０を暖機することで活性化したかどうかを判定する。具体的には、この第２前段三元触媒６０またはこの第２前段三元触媒６０の直上流の第２排気管５８に温度センサ（図示略）を設け、この温度センサが検出した触媒温度が予め設定された触媒活性化温度領域にあるかどうかを判定する。ここで、第２前段三元触媒６０の触媒温度が触媒活性化温度領域まで昇温させる。
【００４９】
そして、ステップＳ１４にて、第２前段三元触媒６０の触媒温度が触媒活性化温度領域まで昇温して活性化されたものと判定されたら、ステップＳ１５に移行し、ここで、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。すると、第２バンク１３の気筒群から第２排気管５８に排出された排気ガスが連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスし、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第１排気管５７で合流した後、大量の排気ガスを第１前段三元触媒５９に流入させることで、この第１前段三元触媒５９を暖機する。そして、ステップＳ１６では、この第１前段三元触媒５９を暖機することで活性化したかどうかを判定する。具体的には、前述と同様に、この第１前段三元触媒５９またはこの第１前段三元触媒５９の直上流の第１排気管５７に温度センサ（図示略）を設け、この温度センサが検出した触媒温度が予め設定された触媒活性化温度領域にあるかどうかを判定する。ここで、第１前段三元触媒５９の触媒温度が触媒活性化温度領域まで昇温させる。
【００５０】
そして、このステップＳ１６にて、第１前段三元触媒５９の触媒温度が触媒活性化温度領域まで昇温して活性化されたものと判定されたら、冷間始動時の制御を終了する。
【００５１】
このように各前段三元触媒５９，６０の暖機が完了して活性化されると、ステップＳ１２にて、エンジンが冷間始動でないと判定され、ステップＳ１７にて、エンジンがアイドル運転であるかどうかを判定する。具体的には、ＥＣＵ８１は、クランク角センサ８６が検出したクランク角度に基づいて算出したエンジン回転数が、予め設定された所定回転数より低いときにアイドル運転であると判定している。ここで、エンジンがアイドル運転であると判定されたら、ステップＳ１８にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を開放状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。
【００５２】
すると、第１バンク１２の燃焼室２２から排出された排気ガスは、第１排気管５７に流れる一方、第２バンク１３の燃焼室２３から排出された排気ガスを第２排気管５８に流れることとなり、排気ガスが第１前段三元触媒５９及び第２前段三元触媒６０にそれぞれ流入し、各前段三元触媒５９，６０が保温されて活性化状態が維持される。
【００５３】
一方、ステップＳ１７にて、エンジンがアイドル運転でないと判定されたら、ステップＳ１９にて、ＥＣＵ８１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が予め設定された硫黄付着量の第１所定値を超えたかどうかを判定する。この場合、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分は、硫黄被毒再生制御を実行してからの車両の走行距離や時間などに基づいて推定すればよいものである。ここで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が硫黄付着量の第１所定値を超えていると判定されたら、ステップＳ２０にて、エンジン負荷やエンジン回転数などのエンジン運転状態がバンク制御可能な範囲にあるかどうかを判定する。この場合、例えば、エンジン回転数に対するエンジン負荷のマップを用いて判定し、現在のエンジン負荷及びエンジン回転数がバンク制御可能な範囲内（例えば、低中回転・低中負荷領域）にあると判定されたら、ステップＳ２１に移行する。
【００５４】
このステップＳ２１では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が予め設定された所定温度範囲内にあるかどうかを判定する。この場合、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２またはＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の直上流側の排気集合管６１に温度センサ（図示略）を設け、この温度センサが検出した排気ガス温度が予め設定された所定温度範囲内にあるかどうかを判定する。そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が低温度（例えば、３００℃）以下であるとき、リッチな排気ガスにより未燃ＨＣを浄化処理できないため、バンク制御は実行しない。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が高温度（例えば、７００℃）以上であるとき、硫黄成分は脱離しやすいが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に担持されたＮＯｘ吸蔵剤（貴金属）が熱劣化してしまうため、バンク制御は実行しない。
【００５５】
そして、このステップＳ２１にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が所定温度範囲内にあると判定されたら、ステップＳ２２にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を開放状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。続いて、ステップＳ２３にて、バンク制御を実行するために、各バンク１２，１３の各気筒群における空燃比を変更し、第１バンク１２の気筒群からの排気ガスをリーン雰囲気とし、第２バンク１３の気筒群からの排気ガスをリッチ雰囲気とする。
【００５６】
すると、このリーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスが各排気管５７，５８に流れ、排気集合管６１を介してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２にて合流することとなり、そのときの酸化発熱反応を利用し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を加熱し、硫黄被毒再生を行う。
【００５７】
そして、ステップＳ２４にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が予め設定された硫黄付着量の第２所定値（第１所定値＞第２所定値）以下になったかどうかを判定する。ここで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を加熱することで所定期間にわたって硫黄被毒再生を行い、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が第２所定値以下になったと判定されたら、ステップＳ２５にて、バンク制御を解除するために、各バンク１２，１３の各気筒群における空燃比を変更し、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスをストイキ雰囲気とする。
【００５８】
一方、ステップＳ１９にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が第１所定値を超えていないと判定されたり、ステップＳ２０にて、エンジン負荷及びエンジン回転数がバンク制御可能な範囲内にないと判定されたり、ステップＳ２１にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が所定温度範囲内にないと判定されたら、ステップＳ２６にて、ＥＣＵ８１は、エンジンが高負荷運転状態であるかどうかを判定する。ここで、エンジンが高負荷運転状態でないと判定されたら、ステップＳ２７にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を閉止状態とし、第２制御弁６５を開放状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。
【００５９】
一方、ステップＳ２６にて、ＥＣＵ８１は、エンジンが高負荷運転状態であると判定されたら、ステップＳ２８にて、過給圧センサ９０が検出した過給圧が限界過給圧を超えているかどうかを判定する。ここで、過給圧センサ９０が検出した過給圧が限界過給圧を超えていないと判定されたら、ステップＳ２９にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。すると、第２バンク１３の気筒群から第２排気管５８に排出された排気ガスが連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスすることで、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスが第１排気管５７で合流した後、大量の排気ガスがターボ過給機６７に導入されることで、このターボ過給機６７による過給圧が上昇し、出力が向上する。
【００６０】
また、ステップＳ２８にて、過給圧センサ９０が検出した過給圧が限界過給圧を超えていると判定されたら、ステップＳ３０にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を開放状態とする。すると、第２バンク１３の気筒群から第２排気管５８に排出された排気ガスは、連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスすることで、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスが第１排気管５７で合流すると共に、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスの一部がバイパス管７２を通して排気集合管６１に流れる。そのため、大量の排気ガスがターボ過給機６７に導入されることで、このターボ過給機６７による過給圧が上昇し、出力が向上すると共に、ターボ過給機６７のタービン６９に流れる排気ガスの流量を低減して損傷を防止する。なお、この場合、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を過給圧に応じて開度調整することで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からバイパス管７２を通して排気集合管６１に流れる排気ガスの流量を調整する。
【００６１】
従って、エンジンが高負荷運転状態で、且つ、過給圧が限界過給圧を超えているときには、第３制御弁７３を開放し、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスの一部をバイパス管７２を通して排気集合管６１に排出することとなり、高温の排気ガスが第１前段三元触媒５９を大量に通過することがなく、また、高温の排気ガスが第２前段三元触媒６０を通過することもなく、各前段三元触媒５９，６０の熱劣化が抑制される。なお、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管７２を通って排気集合管６１に排出された排気ガスは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の三元触媒機能を利用して浄化されることとなる。また、この場合、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２は、排気集合管６１の後端部に設けられているため、高温の排気ガスが各排気管５７，５８及び排気集合管６１を流動する間に温度低下することとなり、排気ガスによりＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が熱劣化することはない。
【００６２】
このように実施例１の内燃機関にあっては、Ｖ型６気筒エンジンにて、複数の気筒が左右の第１バンク１２及び第２バンク１３に分けて配列された気筒群を設け、各バンク１２，１３の気筒群に対して吸気管５１を連結する一方、第１排気管５７及び第２排気管５８を連結し、各排気管５７，５８に第１前段三元触媒５９及び第２前段三元触媒６０をそれぞれ設けると共に第１制御弁６４及び第２制御弁６５を設け、各排気管５７，５８における前段三元触媒５９，６０及び制御弁６４，６５の上流側を連通管６３により連通し、第１バンク１２側にターボ過給機６７を装着して構成し、ターボ過給機６７を有しない第２バンク１３側の第２排気管５８における第２前段三元触媒６０の上流側にこの第２前段三元触媒６０を迂回するバイパス管７２を設けると共に、このバイパス管７２に排気ガスの流量を調整する第３制御弁７３を設け、ＥＣＵ８１によりエンジン運転状態に応じて各制御弁６４，６５，７３を開閉制御可能としている。
【００６３】
従って、エンジンの運転状態に応じて、第１、第２制御弁６４，６５により第１、第２排気管５７，５８を開閉すると共に、第３制御弁７３によりバイパス管７２を開閉することで、ターボ過給機６７の稼動時には、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが第１排気管５７を通してターボ過給機６７に流れてタービン６９を駆動し、第１前段三元触媒５９に浄化処理されると共に、この排気ガスの一部がバイパス管７２に流れて各前段三元触媒５９，６０を迂回することとなり、排気ガスの全量が各前段三元触媒５９，６０に流れずに熱劣化や溶損が抑制され、左右のバンク１２，１３の気筒群における前段三元触媒５９，６０の安定した排気浄化性能を確保することができると共に、一部の排気ガスがバイパス管７２に流れることで、ターボ過給機６７を有する第１バンク側の第１排気管５７の背圧を低減し、エンジン出力性能及び燃費を向上することができる。
【００６４】
具体的に、ＥＣＵ８１は、エンジンの高負荷運転時であって、過給圧が限界過給圧を超えているとき、ターボ過給機６７を有する第１バンク１２の気筒群の第１排気管５７における第１制御弁６４を開放する一方、ターボ過給機を有しない第２バンク１３の気筒群の第２排気管５８における第２制御弁６５を閉止し、加えて、第３制御弁７３を開放し、過給圧に応じて開度調整している。
【００６５】
そのため、第２バンク１３の燃焼室２３から第２排気管５８に排出された排気ガスが連通管６３を通して第１排気管５７に流動し、第１バンク１２の燃焼室２２から排出された排気ガスと合流し、ほぼ全量の排気ガスをターボ過給機６７に導入することで、このターボ過給機６７による過給圧を上昇し、出力を確実に向上させることができる。また、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスの一部をバイパス管７２を通して排気集合管６１に排出することで、高温の排気ガスが第１前段三元触媒５９を大量に通過することがなく、また、高温の排気ガスが第２前段三元触媒６０を通過することもなく、この各前段三元触媒５９，６０の熱劣化を抑制することができる。
【００６６】
また、本実施例では、各排気管５７，５８に前段三元触媒５９，６０及び制御弁６４，６５を設け、ＥＣＵ８１がエンジン運転状態に応じて各制御弁６４，６５を開閉制御可能としている。従って、エンジンの冷間始動時や低中負荷高運転時におけるバンク制御が可能となり、排気浄化性能や出力性能を向上することができる。
【００６７】
更に、本実施例では、各排気管５７，５８における下流端部を排気集合管６１により合流し、この排気集合管６１にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を設けている。従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の暖機時や再生処理時におけるバンク制御が可能となり、安定した排気浄化性能を確保することができる。
【００６８】
また、第２排気管５８から第２前段三元触媒６０を迂回するように分岐したバイパス管７２は、その下流端部を第２制御弁６５とＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の間における排気集合管６１に連通している。従って、第３制御弁７３の開放時に、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管７２を通って排気集合管６１に排出された排気ガスは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の三元触媒機能を利用して浄化されることとなり、確実に排気ガスの浄化処理を行うことができる。
【実施例２】
【００６９】
図４は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。なお、前述した実施例１で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７０】
本実施例のＶ型６気筒エンジンは、図４に示すように、所定角度で傾斜した左右のバンク１２，１３を有している。バンク１２，１３の気筒群における排気ポート２６，２７は、各燃焼室２２，２３から排出される排気ガスが集合する集合通路５５，５６に連通しており、各集合通路５５，５６には、排気管接続部５５ａ，５６ａを介して第１、第２排気管５７，５８が連結されている。そして、第１排気管５７には、第１前段三元触媒５９が装着される一方、第２排気管５８には、第２前段三元触媒６０が装着されており、第１、第２排気管５７，５８の下流端部は排気集合管６１に合流してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が装着されている。
【００７１】
また、第１排気管５７と第２排気管５８の上流側は、各前段三元触媒５９，６０が装着された位置よりも排気ガスの流動方向の上流側で連通管６３により連通されている。第１排気管５７及び第２排気管５８には、前段三元触媒５９，６０よりも排気ガスの流動方向の下流側に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５が装着されている。
【００７２】
また、第１バンク１２側にターボ過給機６７が設けられている。そして、このターボ過給機６７を有する第１バンク１２側にて、第１排気管５７におけるターボ過給機６７のタービン６９及び第１前段三元触媒５９より上流側で且つ連通管６３の連結部より下流側の部分と、第１排気管５７における第１制御弁６４より下流側の部分との間に、第１前段三元触媒５９を迂回して連通するようにバイパス管（バイパス通路）９１が設けられている。そして、このバイパス管９１には、第３制御弁（バイパス弁）９２が装着されている。この第３制御弁９２は流量制御弁であって、その開度を調整することでバスバス管９１を流れる排気ガスの流量を調整することができる。そして、この第３制御弁９２は、ターボ過給機６７のウエストゲート弁として機能し、過給圧を調整可能となっている。
【００７３】
そして、本実施例のＶ型６気筒エンジンでは、各シリンダヘッド２０，２１の燃焼室２２，２３に第１排気管５７及び第２排気管５８が連結され、この第１排気管５７及び第２排気管５８に、第１、第２前段三元触媒５９，６０及び第１、第２制御弁６４，６５が装着され、各排気管５７，５８の上流部が連通管６３により連通されており、また、第１バンク１２にターボ過給機６７が装着され、第１排気管５７におけるターボ過給機６７の上流側と第１制御弁６４の下流側とがバイパス管９１により連通され、このバイパス管９１に第３制御弁９２が装着されている。そのため、ＥＣＵ８１は、エンジン運転状態に応じて各制御弁６４，６５，９２を開閉制御することで、排気ガスの排出経路を変更可能となっている。
【００７４】
即ち、エンジンの高負荷状態には、第１制御弁６４を開放状態とする一方、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁９２を過給圧に応じて開度制御し、第２バンク１３の気筒群から集合通路５６を介して第２排気管５８に排出された排気ガスを連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第１排気管５７で合流させた後、大量の排気ガスをターボ過給機６７に流入させることで、このターボ過給機６７を高効率で稼動して高過給を可能とし、出力を向上するようにしている。このとき、ＥＣＵ８１は、過給圧が限界過給圧を超えると、第３制御弁９２によりバイパス管９１を開放し、且つ、過給圧に応じて第３制御弁９２を開度調整することで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスの一部をターボ過給機６７及び第１前段三元触媒５９を迂回し、バイパス管９１を通して第１排気管５７の下流端部に流し、タービン６９に流れる排気ガスの流量を低減して損傷を防止している。
【００７５】
従って、エンジンが高負荷運転状態で、且つ、過給圧が限界過給圧を超えているときには、第３制御弁９２を開放し、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスの一部をバイパス管９１を通して第１排気管５７の下流端部に排出することとなり、高温の排気ガスが第１前段三元触媒５９を大量に通過することがなく、また、高温の排気ガスが第２前段三元触媒６０を通過することもなく、各前段三元触媒５９，６０の熱劣化が抑制される。なお、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管９１を通って第１排気管５７の下流端部に排出された排気ガスは、排気集合管６１に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の三元触媒機能を利用して浄化されることとなる。
【００７６】
このように実施例２の内燃機関にあっては、Ｖ型６気筒エンジンにて、ターボ過給機６７を有する第１バンク１２側の第１排気管５７におけるターボ過給機６７の上流側に第１前段三元触媒５９を迂回するバイパス管９１を設けると共に、このバイパス管９１に排気ガスの流量を調整する第３制御弁９２を設け、ＥＣＵ８１によりエンジン運転状態に応じて各制御弁６４，６５，９２を開閉制御可能としている。
【００７７】
従って、エンジンの運転状態に応じて、第１、第２制御弁６４，６５により第１、第２排気管５７，５８を開閉すると共に、第３制御弁９２によりバイパス管９１を開閉することで、ターボ過給機６７の稼動時には、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが第１排気管５７を通してターボ過給機６７に流れてタービン６９を駆動し、第１前段三元触媒５９に浄化処理されると共に、この排気ガスの一部がバイパス管９１に流れて各前段三元触媒５９，６０を迂回することとなり、排気ガスの全量が各前段三元触媒５９，６０に流れずに熱劣化や溶損が抑制され、左右のバンク１２，１３の気筒群における前段三元触媒５９，６０の安定した排気浄化性能を確保することができると共に、一部の排気ガスがバイパス管９１に流れることで、ターボ過給機６７を有する第１バンク側の第１排気管５７の背圧を低減し、エンジン出力性能及び燃費を向上することができる。
【００７８】
また、第１排気管５７からターボ過給機６７及び第１前段三元触媒５９を迂回するように分岐したバイパス管９１は、その下流端部を第１制御弁６４より下流側の第１排気管５７に連通している。従って、第３制御弁９２の開放時に、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管９１を通って第１排気管５７の下流側に排出された排気ガスは、排気集合管６１に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の三元触媒機能を利用して浄化されることとなり、確実に排気ガスの浄化処理を行うことができる。
【実施例３】
【００７９】
図５は、本発明の実施例３に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。なお、前述した実施例１で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８０】
本実施例のＶ型６気筒エンジンは、図５に示すように、所定角度で傾斜した左右のバンク１２，１３を有している。バンク１２，１３の気筒群における排気ポート２６，２７は、各燃焼室２２，２３から排出される排気ガスが集合する集合通路５５，５６に連通しており、各集合通路５５，５６には、排気管接続部５５ａ，５６ａを介して第１、第２排気管５７，５８が連結されている。そして、第１排気管５７には、第１前段三元触媒５９が装着される一方、第２排気管５８には、第２前段三元触媒６０が装着されており、第１、第２排気管５７，５８の下流端部は排気集合管６１に合流してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が装着されている。
【００８１】
また、第１排気管５７と第２排気管５８の上流側は、各前段三元触媒５９，６０が装着された位置よりも排気ガスの流動方向の上流側で連通管６３により連通されている。第１排気管５７及び第２排気管５８には、前段三元触媒５９，６０よりも排気ガスの流動方向の下流側に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５が装着されている。
【００８２】
また、第１バンク１２側にターボ過給機６７が設けられている。そして、このターボ過給機６７を有しない第２バンク１３側にて、第２排気管５８における第２前段三元触媒６０より上流側で且つ連通管６３の連結部より下流側の部分と、ターボ過給機６７を有する第１バンク１２側にて、第１排気管５７における第１前段三元触媒５９より下流側で且つ第１制御弁６４より上流側の部分との間に、第２前段三元触媒６０を迂回して連通するようにバイパス管（バイパス通路）９３が設けられている。そして、このバイパス管９３には、第３制御弁（バイパス弁）９４が装着されている。この第３制御弁９４は流量制御弁であって、その開度を調整することでバスバス管９３を流れる排気ガスの流量を調整することができる。そして、この第３制御弁９４は、ターボ過給機６７のウエストゲート弁として機能し、過給圧を調整可能となっている。
【００８３】
そして、本実施例のＶ型６気筒エンジンでは、各シリンダヘッド２０，２１の燃焼室２２，２３に第１排気管５７及び第２排気管５８が連結され、この第１排気管５７及び第２排気管５８に、第１、第２前段三元触媒５９，６０及び第１、第２制御弁６４，６５が装着され、各排気管５７，５８の上流部が連通管６３により連通されており、また、第１バンク１２にターボ過給機６７が装着され、第２排気管５８における第２前段三元触媒６０の上流側と第１制御弁６４の上流側とがバイパス管９３により連通され、このバイパス管９３に第３制御弁９４が装着されている。そのため、ＥＣＵ８１は、エンジン運転状態に応じて各制御弁６４，６５，９４を開閉制御することで、排気ガスの排出経路を変更可能となっている。
【００８４】
即ち、エンジンの高負荷状態には、第１制御弁６４を開放状態とする一方、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁９４を過給圧に応じて開度制御し、第２バンク１３の気筒群から集合通路５６を介して第２排気管５８に排出された排気ガスを連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第１排気管５７で合流させた後、大量の排気ガスをターボ過給機６７に流入させることで、このターボ過給機６７を高効率で稼動して高過給を可能とし、出力を向上するようにしている。このとき、ＥＣＵ８１は、過給圧が限界過給圧を超えると、第３制御弁９４によりバイパス管９３を開放し、且つ、過給圧に応じて第３制御弁９４を開度調整することで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスの一部をターボ過給機６７及び各前段三元触媒５９，６０を迂回し、バイパス管９３を通して第１排気管５７の下流端部に流し、タービン６９に流れる排気ガスの流量を低減して損傷を防止している。
【００８５】
従って、エンジンが高負荷運転状態で、且つ、過給圧が限界過給圧を超えているときには、第３制御弁９４を開放し、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスの一部をバイパス管９３を通して第１排気管５７の下流端部に排出することとなり、高温の排気ガスが第１前段三元触媒５９を大量に通過することがなく、また、高温の排気ガスが第２前段三元触媒６０を通過することもなく、各前段三元触媒５９，６０の熱劣化が抑制される。なお、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管９３を通って第１排気管５７の下流端部に排出された排気ガスは、排気集合管６１に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の三元触媒機能を利用して浄化されることとなる。なお、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管９３を通って第１排気管５７の下流端部に排出された排気ガスは、排気集合管６１に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の三元触媒機能を利用して浄化されることとなる。
【００８６】
また、エンジンの冷間始動時には、第１制御弁６４を閉止する一方、第２制御弁６５を開放すると共に、第３制御弁９４を閉止し、第１バンク１２の気筒群から集合通路５５を介して第１排気管５７に排出された排気ガスを連通管６３を通して第２排気管５８にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第２排気管５８で合流させた後、大量の排気ガスを第２前段三元触媒６０に流入させることで、この第２前段三元触媒６０を暖機する。このとき、バイパス管９３の下流端部が第１排気管５７における第１制御弁６４より上流側に連通しているため、第３制御弁９４の締め切り精度が十分でなく、排気ガスがこの第３制御弁９４から漏れてバイパス管９３を通過しても、締め切り精度が十分な第１制御弁６４が閉止状態にあるため、排気ガスが排気集合管６１側に流れることはない。
【００８７】
このように実施例３の内燃機関にあっては、Ｖ型６気筒エンジンにて、ターボ過給機６７を有しない第２バンク１３側の第２排気管５８における第２前段三元触媒６０の上流側にこの第２前段三元触媒６０を迂回するバイパス管９３を設けると共に、このバイパス管９３に排気ガスの流量を調整する第３制御弁９４を設け、ＥＣＵ８１によりエンジン運転状態に応じて各制御弁６４，６５，９４を開閉制御可能としている。
【００８８】
従って、エンジンの運転状態に応じて、第１、第２制御弁６４，６５により第１、第２排気管５７，５８を開閉すると共に、第３制御弁９４によりバイパス管９３を開閉することで、ターボ過給機６７の稼動時には、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが第１排気管５７を通してターボ過給機６７に流れてタービン６９を駆動し、第１前段三元触媒５９に浄化処理されると共に、この排気ガスの一部がバイパス管９３に流れて各前段三元触媒５９，６０を迂回することとなり、排気ガスの全量が各前段三元触媒５９，６０に流れずに熱劣化や溶損が抑制され、左右のバンク１２，１３の気筒群における前段三元触媒５９，６０の安定した排気浄化性能を確保することができると共に、一部の排気ガスがバイパス管９３に流れることで、ターボ過給機６７を有する第１バンク側の第１排気管５７の背圧を低減し、エンジン出力性能及び燃費を向上することができる。
【００８９】
また、第２排気管５８からターボ過給機６７及び第２前段三元触媒６０を迂回するように分岐したバイパス管９３は、その下流端部を第１排気管５７に連通している。従って、第３制御弁９４の開放時に、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管９３を通って第１排気管５７の下流側に排出された排気ガスは、排気集合管６１に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の三元触媒機能を利用して浄化されることとなり、確実に排気ガスの浄化処理を行うことができる。
【００９０】
更に、第２排気管５８から分岐したバイパス管９３は、その下流端部を第１排気管５７における第１制御弁６４より上流側に連通している。従って、エンジンの冷間始動時に、第１制御弁６４を閉止し、第２制御弁６５を開放し、第３制御弁９４を閉止すると、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが第２排気管５８で合流し、大量の排気ガスにより第２前段三元触媒６０を暖機することができるが、このとき、第３制御弁９４の締め切り精度が十分でなく、排気ガスがこの第３制御弁９４から漏れ、バイパス管９３から第１排気管５７に流れても、締め切り精度が十分な第１制御弁６４が閉止状態にあるため、排気ガスが排気集合管６１側に流れることはなく、排気浄化性能の低下を防止することができる。そして、この場合、第１、第２制御弁６４，６５の締め切り精度を高精度に確保するだけでよく、高コスト化を抑制することができる。
【００９１】
なお、この実施例３では、第２バンク１３側にて、第２排気管５８における第２前段三元触媒６０より上流側で且つ連通管６３の連結部より下流側の部分と、第１バンク１２側にて、第１排気管５７における第１前段三元触媒５９より下流側で且つ第１制御弁６４より上流側の部分との間に、バイパス管９３を設けたが、この構成に限定されるものではない。例えば、第１バンク１２側にて、第１排気管５７におけるターボ過給機６７より上流側で且つ連通管６３の連結部より下流側の部分と、第１排気管５７における第１前段三元触媒５９より下流側で且つ第１制御弁６４より上流側の部分との間に、バイパス管を設けてもよい。
【００９２】
また、第２バンク１３側にて、第２排気管５８における第２前段三元触媒６０より上流側で且つ連通管６３の連結部より下流側の部分と、第２排気管５８における第２前段三元触媒６０より下流側で且つ第２制御弁６５より上流側の部分との間に、バイパス管を設けたり、第１バンク１２側にて、第１排気管５７におけるターボ過給機６７より上流側で且つ連通管６３の連結部より下流側の部分と、第２バンク１３側にて、第２排気管５８における第２前段三元触媒６０より下流側で且つ第２制御弁６５より上流側の部分との間に、バイパス管を設けることで、大量の排気ガスにより第１前段三元触媒５９を暖機するときに、第３制御弁９４からの排気ガスの漏れによる排気浄化性能の低下を防止することができる。
【実施例４】
【００９３】
図６は、本発明の実施例４に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンにおける運転制御を表すフローチャートである。なお、本実施例の内燃機関における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１及び図２を用いて説明すると共に、この実施例１で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００９４】
本実施例のＶ型６気筒エンジンは、図１及び図２に示すように、所定角度で傾斜した左右のバンク１２，１３を有している。バンク１２，１３の気筒群における排気ポート２６，２７は、各燃焼室２２，２３から排出される排気ガスが集合する集合通路５５，５６に連通しており、各集合通路５５，５６には、排気管接続部５５ａ，５６ａを介して第１、第２排気管５７，５８が連結されている。そして、第１排気管５７には、第１前段三元触媒５９が装着される一方、第２排気管５８には、第２前段三元触媒６０が装着されており、第１、第２排気管５７，５８の下流端部は排気集合管６１に合流してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が装着されている。
【００９５】
また、第１排気管５７と第２排気管５８の上流側は、各前段三元触媒５９，６０が装着された位置よりも排気ガスの流動方向の上流側で連通管６３により連通されている。第１排気管５７及び第２排気管５８には、前段三元触媒５９，６０よりも排気ガスの流動方向の下流側に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５が装着されている。
【００９６】
また、第１バンク１２側にターボ過給機６７が設けられている。そして、このターボ過給機６７を有しない第２バンク１３側にて、第２排気管５８における第２前段三元触媒６０より上流側で且つ連通管６３の連結部より下流側の部分と、排気集合管６１におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２より上流側の部分との間に、各前段三元触媒５９，６０を迂回して連通するようにバイパス管７２が設けられている。そして、このバイパス管７２には、第３制御弁７３が装着されている。
【００９７】
そして、本実施例のＶ型６気筒エンジンでは、各シリンダヘッド２０，２１の燃焼室２２，２３に第１排気管５７及び第２排気管５８が連結され、この第１排気管５７及び第２排気管５８に、第１、第２前段三元触媒５９，６０及び第１、第２制御弁６４，６５が装着され、各排気管５７，５８の上流部が連通管６３により連通されており、また、第１バンク１２にターボ過給機６７が装着され、第２排気管５８における第２前段三元触媒６０の上流側とＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２より上流側とがバイパス管７２により連通され、このバイパス管７２に第３制御弁７３が装着されている。そのため、ＥＣＵ８１は、エンジン運転状態に応じて各制御弁６４，６５，７３を開閉制御することで、排気ガスの排出経路を変更可能となっている。
【００９８】
即ち、エンジンの高負荷状態には、第１制御弁６４を開放状態とする一方、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を過給圧に応じて開度制御し、第２バンク１３の気筒群から集合通路５６を介して第２排気管５８に排出された排気ガスを連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第１排気管５７で合流させた後、大量の排気ガスをターボ過給機６７に流入させることで、このターボ過給機６７を高効率で稼動して高過給を可能とし、出力を向上するようにしている。このとき、ＥＣＵ８１は、過給圧が限界過給圧を超えると、第３制御弁７３によりバイパス管７２を開放し、且つ、過給圧に応じて第３制御弁７３を開度調整することで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスの一部をターボ過給機６７及び各前段三元触媒５９，６０を迂回し、バイパス管７２を通して排気集合管６１に流し、タービン６９に流れる排気ガスの流量を低減して損傷を防止している。
【００９９】
従って、エンジンが高負荷運転状態で、且つ、過給圧が限界過給圧を超えているときには、第３制御弁７３を開放し、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスの一部をバイパス管７２を通して排気集合管６１に排出することとなり、高温の排気ガスが第１前段三元触媒５９を大量に通過することがなく、また、高温の排気ガスが第２前段三元触媒６０を通過することもなく、各前段三元触媒５９，６０の熱劣化が抑制される。なお、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管７２を通って第１排気管５７の下流端部に排出された排気ガスは、排気集合管６１に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の三元触媒機能を利用して浄化されることとなる。
【０１００】
また、エンジンの高負荷運転時にフューエルカットが実行されると、第１制御弁６４及び第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を開放し、第１バンク１２の気筒群から集合通路５５を介して第１排気管５７に排出された排気ガスを連通管６３を通して第２排気管５８にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第２排気管５８で合流させた後、ターボ過給機６７及び各前段三元触媒５９，６０を迂回し、バイパス管７２を通して排気集合管６１に流している。
【０１０１】
従って、エンジンの高負荷運転でフューエルカットが実行されたときには、第３制御弁７３のみを開放し、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスの全てをバイパス管７２を通して排気集合管６１に排出することとなり、高温でリーンの排気ガス、実際には、高温空気が各前段三元触媒５９，６０に流入することはなく、各前段三元触媒５９，６０の熱劣化が抑制される。この場合、各前段三元触媒５９，６０に担持された各種の貴金属は、高温で且つリーン雰囲気で熱劣化しやすく、また、リーンな排気ガス中の酸素による酸化反応の反応熱でも高温劣化しやすい性質を有している。なお、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管７２を通って排気集合管６１に排出された排気ガスはリーン雰囲気であるため、含有するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２により浄化される。
【０１０２】
このように構成された本実施例のＶ型６気筒エンジンにおいて、以下に、各制御弁６４，６５，７３の開閉制御について、図６のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【０１０３】
本実施例のＶ型６気筒エンジンにおいて、図６に示すように、ＥＣＵ８１は、ステップＳ３１にて、イグニッションキースイッチ（ＩＧ）がＯＮされたかどうかを判定し、ＩＧ−ＯＮであれば、ステップＳ３２にて、エンジンが冷間始動であるかどうかを判定し、エンジンが冷間始動であれば、ステップＳ３３にて、第１制御弁６４を閉止状態とし、第２制御弁６５を開放状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。すると、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが第２排気管５８で合流した後、第２前段三元触媒６０に流入することで触媒暖機する。そして、ステップＳ３４では、この第２前段三元触媒６０を暖機することで活性化したかどうかを判定する。
【０１０４】
そして、このステップＳ３４にて、第２前段三元触媒６０の触媒温度が触媒活性化温度領域まで昇温して活性化されたものと判定されたら、ＥＣＵ８１は、ステップＳ３５にて、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。すると、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが第１排気管５７で合流した後、第１前段三元触媒５９に流入することで触媒暖機する。ステップＳ３６では、この第１前段三元触媒５９を暖機することで活性化したかどうかを判定し、第１前段三元触媒５９の触媒温度が触媒活性化温度領域まで昇温して活性化されたものと判定されたら、冷間始動時の制御を終了する。
【０１０５】
このように各前段三元触媒５９，６０の暖機が完了して活性化されると、ステップＳ３２にて、エンジンが冷間始動でないと判定され、ステップＳ３７にて、エンジンがアイドル運転であるかどうかを判定する。ここで、エンジンがアイドル運転であると判定されたら、ステップＳ３８にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を開放状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。すると、各バンク１２，１３の燃焼室２２，２３から排出された排気ガスは、それぞれの排気管５７，５８に流れることとなり、排気ガスが第１前段三元触媒５９及び第２前段三元触媒６０にそれぞれ流入し、保温して活性化状態を維持する。
【０１０６】
一方、ステップＳ３７にて、エンジンがアイドル運転でないと判定されたら、ステップＳ３９にて、ＥＣＵ８１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が予め設定された硫黄付着量の第１所定値を超えたかどうかを判定する。ここで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が硫黄付着量の第１所定値を超えていると判定され、ステップＳ４０にて、エンジン運転状態がバンク制御可能な範囲にあると判定され、ステップＳ４１にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が所定温度範囲内にあると判定されたら、ステップＳ４２にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を開放状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。続いて、ステップＳ４３にて、バンク制御を実行するために、各バンク１２，１３の各気筒群における空燃比を変更し、第１バンク１２の気筒群からの排気ガスをリーン雰囲気とし、第２バンク１３の気筒群からの排気ガスをリッチ雰囲気とする。
【０１０７】
すると、このリーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスが各排気管５７，５８に流れ、排気集合管６１を介してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２にて合流することとなり、そのときの酸化発熱反応を利用し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を加熱し、硫黄被毒再生を行う。ステップＳ４４では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が予め設定された硫黄付着量の第２所定値（第１所定値＞第２所定値）以下になったかどうかを判定する。ここで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が第２所定値以下になったと判定されたら、ステップＳ４５にて、バンク制御を解除するために、各バンク１２，１３の各気筒群における空燃比を変更し、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスをストイキ雰囲気とする。
【０１０８】
一方、ステップＳ３９にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が第１所定値を超えていないと判定されたり、ステップＳ４０にて、エンジン負荷及びエンジン回転数がバンク制御可能な範囲内にないと判定されたり、ステップＳ４１にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が所定温度範囲内にないと判定されたら、ステップＳ４６にて、ＥＣＵ８１は、エンジンが高負荷運転状態であるかどうかを判定する。ここで、エンジンが高負荷運転状態でないと判定されたら、ステップＳ４７にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を閉止状態とし、第２制御弁６５を開放状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。
【０１０９】
一方、ステップＳ４６にて、ＥＣＵ８１は、エンジンが高負荷運転状態であると判定されたら、ステップＳ４８にて、フューエルカットが実行されたかどうかを判定する。具体的に、ＥＣＵ８１は、スロットルポジションセンサ８４が検出したスロットル開度が０度、つまり、全閉されたときに、インジェクタ７４，７５による燃料噴射を停止しており、フューエルカットの実行処理は、このスロットル開度またはインジェクタ７４，７５への制御信号に基づいて判定する。そして、このステップＳ４８にて、フューエルカットが実行されないと判定されたら、ステップＳ４９にて、過給圧センサ９０が検出した過給圧が限界過給圧を超えているかどうかを判定する。
【０１１０】
ここで、過給圧センサ９０が検出した過給圧が限界過給圧を超えていないと判定されたら、ステップＳ５０にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を閉止状態とする。すると、第２バンク１３の気筒群から第２排気管５８に排出された排気ガスが連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスすることで、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスが第１排気管５７で合流した後、大量の排気ガスがターボ過給機６７に導入されることで、このターボ過給機６７による過給圧が上昇し、出力が向上する。
【０１１１】
また、ステップＳ４９にて、過給圧センサ９０が検出した過給圧が限界過給圧を超えていると判定されたら、ステップＳ５１にて、ＥＣＵ８１は、第１制御弁６４を開放状態とし、第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を開放状態とする。すると、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスが第１排気管５７で合流すると共に、その排気ガスの一部がバイパス管７２を通して排気集合管６１に流れる。そのため、大量の排気ガスがターボ過給機６７に導入されることで、このターボ過給機６７による過給圧が上昇し、出力が向上すると共に、ターボ過給機６７のタービン６９に流れる排気ガスの流量を低減して損傷を防止する。なお、この場合、ＥＣＵ８１は、第３制御弁７３を過給圧に応じて開度調整することで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からバイパス管７２を通して排気集合管６１に流れる排気ガスの流量を調整する。
【０１１２】
一方、ステップＳ４８にて、ＥＣＵ８１は、フューエルカットが実行されたと判定したら、ステップＳ５２にて、第１制御弁６４及び第２制御弁６５を閉止状態とし、第３制御弁７３を開放状態とする。すると、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からの排気ガスがバイパス管７２を通して排気集合管６１に流れる。そのため、大量にある高温の排気ガス、実際には高温空気が第１前段三元触媒５９及び第２前段三元触媒６０に流入することはなく、この高温空気による各前段三元触媒５９，６０の熱劣化が抑制される。
【０１１３】
従って、エンジンの高負荷運転時にフューエルカットが実行されたときには、第１、第２制御弁６４，６５を閉止し、第３制御弁７３のみを開放し、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３から排出された全ての排気ガスをバイパス管７２を通して排気集合管６１に排出することとなり、高温でリーンの排気ガス（高温空気）が各前段三元触媒５９，６０に流入することはなく、各前段三元触媒５９，６０の熱劣化が抑制される。なお、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３からバイパス管７２を通って排気集合管６１に排出された排気ガスはリーン雰囲気であるため、含有するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２により浄化される。また、この場合、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２は、排気集合管６１の後端部に設けられているため、高温の排気ガスが各排気管５７，５８及び排気集合管６１を流動する間に温度低下することとなり、排気ガスによりＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が熱劣化することはない。
【０１１４】
このように実施例４の内燃機関にあっては、Ｖ型６気筒エンジンにて、ターボ過給機６７を有しない第２バンク１３側の第２排気管５８における第２前段三元触媒６０の上流側にこの第２前段三元触媒６０を迂回するバイパス管７２を設けると共に、このバイパス管７２に排気ガスの流量を調整する第３制御弁７３を設け、ＥＣＵ８１は、エンジンの高負荷運転時にフューエルカットが実行されたとき、第１、第２制御弁６４，６５を閉止し、第３制御弁７３を開放している。
【０１１５】
従って、エンジンの高負荷運転時にフューエルカットが実行されると、第３制御弁７３のみを開放することで、第１、第２バンク１２，１３の各燃焼室２２，２３から排出された排気ガスが各排気管５７，５８を通らずにバイパス管７２から排気集合管６１に排出さけることとなり、高温でリーンの排気ガス（高温空気）が各前段三元触媒５９，６０に流入することはなく、各前段三元触媒５９，６０の熱劣化が抑制され、左右のバンク１２，１３の気筒群における前段三元触媒５９，６０の安定した排気浄化性能を確保することができる。
【０１１６】
なお、上述した各実施例では、内燃機関としてＶ型６気筒エンジンを適用したが、エンジン形式や気筒数などは実施例に限定されるものではない。更に、内燃機関の燃料噴射形式を筒内噴射式としたが、ポート噴射式であってもよく、燃焼形態も希薄燃焼式でなくてもよく、この場合、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が不要となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、排気系に３つの制御弁を設け、内燃機関の運転状態に応じて各制御弁を開閉制御することで排気通路を変更し、浄化触媒の劣化を抑制して安定した排気浄化性能を確保すると共に出力性能及び燃費の向上を図るものであり、いずれの内燃機関にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。
【図２】実施例１のＶ型６気筒エンジンの概略断面図である。
【図３】実施例３のＶ型６気筒エンジンにおける運転制御を表すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例２に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。
【図５】本発明の実施例３に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。
【図６】本発明の実施例４に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンにおける運転制御を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１９】
１２  第１バンク
１３  第２バンク
１６，１７  ピストン
２０，２１  シリンダヘッド
２２，２３  燃焼室
２４，２５  吸気ポート
２６，２７  排気ポート
２８，２９  吸気弁
３０，３１  排気弁
５１  吸気管（吸気通路）
５４  電子スロットル装置
５５，５６  集合通路
５７  第１排気管（排気通路）
５８  第２排気管（排気通路）
５９  第１前段三元触媒（前段浄化触媒）
６０  第２前段三元触媒（前段浄化触媒）
６１  排気集合管
６２  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（後段浄化触媒）
６３  連通管（連通通路）
６４  第１制御弁
６５  第２制御弁
６７  ターボ過給機
７２，９１  バイパス管（バイパス通路）
７３，９２  第３制御弁（バイパス弁）
７４，７５  インジェクタ
７９，８０  点火プラグ
８１  電子制御ユニット、ＥＣＵ（制御手段）
【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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