(57)【要約】【課題】内燃機関において、運転状態が変更されても適正に排気ガス中の有害成分を浄化処理することで排気浄化効率の向上を図る。【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の下流端部を合流して排気集合管６１を連結し、各排気管５７，５８に第１、第２前段三元触媒５９，６０をそれぞれ設けると共に、第１、第２制御弁６５，６６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６５，６６の上流側を連通管６４により連通し、各排気管５７，５８の下流端部が合流した合流部近傍に中段三元触媒６２を設け、排気集合管６１の下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を設ける。【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、該各排気通路の下流端部が合流した排気集合通路が設けられ、前記各排気通路に前段浄化触媒が設けられると共に、前記各排気通路に排気ガスの流量を調整する制御弁が設けられ、前記各排気通路における前記前段浄化触媒及び前記制御弁の上流側が連通通路により連通され、前記各排気通路の下流端部が合流した合流部近傍に中段浄化触媒が設けられ、前記排気集合通路に後段浄化触媒が設けられた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、前記中段浄化触媒は、前記排気集合通路における排気ガスの流動方向の最上流端部に設けられた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、前記後段浄化触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であり、前記中段浄化触媒は、排気ガス中の硫黄成分を捕捉する機能を有する三元触媒であることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項２または３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合流部に、前記各排気通路を流れる排気ガスの混合を抑制する排気ガス案内手段が設けられたことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関において、前記中段浄化触媒は、前記各排気通路のいずれか一方における排気ガスの流動方向の最下流端部に設けられた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の上流側が連通通路により連通された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、この排気管に前段浄化触媒が装着され、各排気管が合流した排気集合管に後段浄化触媒が装着されている。
【０００３】
このようなＶ型多気筒エンジンにて、エンジンの始動時に前段浄化触媒を暖機して早期に活性化させるために、２つの排気管を前段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前段浄化触媒を効率良く暖機して早期活性化を図ることができる。
【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、高過給を可能とすることができる。
【０００５】
なお、このような内燃機関としては下記特許文献１に記載された「内燃機関の排気浄化装置」がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−１２１１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のエンジンでは、排気ガスの高い排気浄化機能を確保するために、各バンクの排気管の両方に前段浄化触媒を装着している。そして、エンジンの始動時やエンジンの高負荷時に、一方のバンクの排気管にある制御弁を閉じ、この一方のバンクの気筒群から排出される排気ガスを連通管を通して他方の排気管に流し、各バンクの気筒群から排出される排気ガスを合流することで、この排気ガスを他方の前段浄化触媒に導入して暖機したり、ターボ過給機に導入して高過給している。そして、前段浄化触媒の暖機が完了したり、ターボ過給機の高過給が終了すると、各制御弁を開き、各バンクの気筒群から排出される排気ガスをそれぞれの排気管に流すようにしている。
【０００８】
ところが、一方のバンクの排気管にある制御弁を閉じ、左右のバンクの気筒群から排出された排気ガスを連通管により一方の排気管に流すような運転状態から、各制御弁を開き、左右のバンクの気筒群から排出された排気ガスをそれぞれの排気管に流すような運転状態に変更されるとき、他方のバンクの排気管に装着された前段浄化触媒が低温状態で、活性化されていないおそれがある。即ち、一方のバンクの排気管にある制御弁を閉じて所定時間運転するため、この一方のバンクの排気管には排気ガスが流れず、この排気管に装着された前段浄化触媒を暖機することができず、または活性温度から低下して所定の活性温度領域から外れてしまう。すると、前段浄化触媒は、排気ガス中の有害物質を適正に浄化することができず、排気浄化効率が低下してしまう。
【０００９】
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、運転状態が変更されても適正に排気ガス中の有害成分を浄化処理することで排気浄化効率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】
【００１０】
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、該各排気通路の下流端部が合流した排気集合通路が設けられ、前記各排気通路に前段浄化触媒が設けられると共に、前記各排気通路に排気ガスの流量を調整する制御弁が設けられ、前記各排気通路における前記前段浄化触媒及び前記制御弁の上流側が連通通路により連通され、前記各排気通路の下流端部が合流した合流部近傍に中段浄化触媒が設けられ、前記排気集合通路に後段浄化触媒が設けられたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の内燃機関では、前記中段浄化触媒は、前記排気集合通路における排気ガスの流動方向の最上流端部に設けられたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関では、前記後段浄化触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であり、前記中段浄化触媒は、排気ガス中の硫黄成分を捕捉する機能を有する三元触媒であることを特徴としている。
【００１３】
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合流部に、前記各排気通路を流れる排気ガスの混合を抑制する排気ガス案内手段が設けられたことを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関では、前記中段浄化触媒は、前記各排気通路のいずれか一方における排気ガスの流動方向の最下流端部に設けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
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それぞれ独立して設け、各排気通路の下流端部を合流して排気集合通路を設け、各排気通路に前段浄化触媒及び制御弁を設け、各排気通路における前段浄化触媒及び制御弁の上流側を連通通路により連通し、各排気通路の下流端部が合流した合流部近傍に中段浄化触媒を設け、排気集合通路に後段浄化触媒を設けたので、各制御弁を開閉することで、一方のバンクの気筒群から排出される排気ガスを連通管を通して他方の排気管に流し、左右のバンクの気筒群から排出される排気ガスを他方の排気管に流す運転状態のとき、他方の排気管に装着された前段浄化触媒と合流部近傍に装着された中段浄化触媒が暖機されることとなり、この運転状態から左右のバンクの気筒群から排出される排気ガスをそれぞれの排気管に流す運転状態に変更されたとき、一方の排気管に装着された前段浄化触媒が活性化されていなくとも、すでに中段浄化触媒が暖気されて活性化されていることから、継続して適正に排気ガス中の有害成分を浄化処理することができ、排気浄化効率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】
【００１６】
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】
【００１７】
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１のＶ型６気筒エンジンの始動時における触媒の温度変化を表すグラフである。
【００１８】
実施例１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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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が装着されている。また、第１、第２排気管５７，５８は、それぞれの下流端部が合流してその合流部に排気集合管（排気集合通路）６１が連結されており、各排気管５７，５８の合流部近傍に中段三元触媒（中段浄化触媒）６２が装着され、排気集合管６１の下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（後段浄化触媒）６３が装着されている。本実施例にて、中段三元触媒６２は、排気集合管６１における排気ガスの流動方向の最上流端部に設けられている。
【００２５】
各前段三元触媒５９，６０及び中段三元触媒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ものである。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３は、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またはストイキ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。
【００２６】
また、第１排気管５７と第２排気管５８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）６４により連通されている。具体的には、排気管接続部５５ａ，５６ａに対する排気管５７，５８との連結部分に、連通管６４の各端部が連結されている。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６５及び第２制御弁６６が装着されている。この第１、第２制御弁６５，６６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。
【００２７】
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６４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。
【００２８】
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。
【００２９】
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７２，７３が装着されており、各インジェクタ７２，７３にはデリバリパイプ７４，７５が連結され、この各デリバリパイプ７４，７５には高圧燃料ポンプ７６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７７，７８が装着されている。
【００３０】
ところで、車両には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７９が搭載されており、このＥＣＵ７９は、インジェクタ７２，７３の燃料噴射タイミングや点火プラグ７７，７８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８０及び吸気温センサ８１が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をＥＣＵ７９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８２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８３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ＥＣＵ７９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８４が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ７９に出力し、ＥＣＵ７９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８５が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ７９に出力している。
【００３１】
また、ＥＣＵ７９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。
【００３２】
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の各集合通路５５，５６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６５，６６が装着されており、各集合通路５５，５６は連通管６４により連通されている。そのため、各バンク１２，１３の燃焼状態や排気ガスの排出経路を変更することで各種のバンク制御が可能となっている。
【００３３】
エンジンの低温始動時に、例えば、第１制御弁６５を閉止状態とする一方、第２制御弁６６を開放状態とし、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６４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。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、第２制御弁６５，６６を開放状態とし、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを連通管６４を通さずに、各排気管５７，５８を通して排気集合管６１で合流させた後、排気ガスを中段三元触媒６２及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流入させて浄化処理するようにしている。
【００３４】
また、本実施例のＶ型６気筒エンジンにて、高負荷状態には、第１制御弁６５を開放状態とする一方、第２制御弁６６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６４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する一方、ターボ過給機の有しない第２バンク１３の気筒群の第２排気管５８に装着された第２前段三元触媒６０の熱劣化を抑制している。
【００３５】
更に、例えば、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６５及び第２制御弁６６を開放状態とし、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６３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６３を暖機したり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に蓄積された硫黄成分を放出して再生している。
【００３６】
ところが、例えば、第１制御弁６５により第１排気管５７を閉止状態とし、第１バンク１２の気筒群から排出された排気ガスを連通管６４を通して第２バンク１３側にバイパスさせ、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを全量第２排気管５８に流すような運転状態では、第２前段三元触媒６０には高温の排気ガスが流れるため、所定の活性温度領域に維持されるものの、第１排気管５７に装着された第１前段三元触媒５９には排気ガスが流れないため、温度が低下して活性温度領域から外れてしまう。そのため、この運転状態から、第１制御弁６５により第１排気管５７を開放し、左右のバンク１２，１３の気筒群から排出された排気ガスをそれぞれの排気管５７，５８に流すような運転状態に変更されるとき、第１排気管５７に装着された第１前段三元触媒５９は活性温度領域にないことから、排気ガス中の有害物質を適正に浄化することができず、排気浄化効率が低下してしまう。
【００３７】
そこで、実施例１のエンジンでは、上述したように、第１排気管５７に第１前段三元触媒５９を装着する一方、第２排気管５８に第２前段三元触媒６０を装着すると共に、第１、第２排気管５７，５８の下流端部を合流して排気集合管６１を連結し、各排気管５７，５８の合流部近傍であって、排気集合管６１の最上流端部に中段三元触媒６２を装着している。
【００３８】
従って、エンジンの低温始動時、図１及び図３に示すように、第１制御弁６５により第１排気管５７を閉止し、第２制御弁６６により第２排気管５８を開放すると、第１バンク１２の気筒群から排出された排気ガスが連通管６４を通して第２バンク１３側にバイパスし、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが全量第２排気管５８に流れることとなり、このような運転状態では、高温の排気ガスが第２前段三元触媒６０に流入することで加熱され、急激に昇温されて活性化温度以上となる。一方、第１排気管５７に装着された第１前段三元触媒５９には排気ガスが流れないため、温度がほとんど上昇しない。また、第２排気管５８から第２前段三元触媒６０を通った排気ガスは排気集合管６１に流れ、中段三元触媒６２及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流入することで加熱されて徐々に昇温される。
【００３９】
そして、この運転状態から、時間ｔ１にて、第１制御弁６５により第１排気管５７を開放すると、左右のバンク１２，１３の気筒群から排出された排気ガスが連通管６４に流れずにそれぞれの排気管５７，５８に流れることとなり、このような運転状態に変更されると、高温の排気ガスが第１前段三元触媒５９にも流入することで加熱され、急激に昇温されて活性化温度以上となる。また、各排気管５７，５８から各前段三元触媒５９，６０を通った排気ガスは継続して排気集合管６１に流れ、中段三元触媒６２及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流入することで加熱されて徐々に昇温される。
【００４０】
この運転状態が時間ｔ１で変更されてから、高温の排気ガスが第１排気管５７に流れ始めることで、この第１排気管５７に装着された第１前段三元触媒５９が加熱されて昇温し、時間ｔ２にて、この第１前段三元触媒５９が活性温度以上となり、時間ｔ１から時間ｔ２までの所定時間ｔａの間、第１前段三元触媒５９は、第１排気管５７を流れる排気ガスを適正に浄化処理することができない。
【００４１】
ところが、運転状態が変更される時間ｔ１よりも以前の時間ｔ０にて、中段三元触媒６２が活性温度以上となっているため、第１前段三元触媒５９が活性温度以上となる時間ｔ２までの所定時間ｔａの間、第１排気管５７を流れる排気ガスは、各排気管５７，５８の合流部にて、中段三元触媒６２により適正に浄化処理される。
【００４２】
ここで、実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける各制御弁６５，６６の開閉制御及び各触媒５９，６０，６２，６３の排気ガス浄化作用について説明する。
【００４３】
実施例１のＶ型６気筒エンジンにて、図１及び図２に示すように、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７２，７３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７７，７８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。
【００４４】
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を暖機して活性化させると共に、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を暖機して活性化させると共に、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、中段三元触媒６２を暖機して活性化させると共に、残留する有害物質が適正に浄化処理された後、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を暖機して活性化させると共に、ＮＯｘが適正に浄化処理されてから大気に放出される。
【００４５】
また、エンジンの始動時には、第１制御弁６５を閉止状態とする一方、第２制御弁６６を開放状態とし、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を連通管６４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。また、このとき、第２前段三元触媒６０を通過した排気ガスは、排気集合管６１を通して中段三元触媒６２に流入し、この中段三元触媒６２を暖機する。
【００４６】
その後、第２前段三元触媒６０及び中段三元触媒６２の暖機が完了して活性化されると、第１、第２制御弁６５，６６を開放状態とすると共に、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し、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を連通管６４を通さずに各排気管５７，５８に流し、排気集合管６１を介してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３にて合流させることで、そのときの酸化発熱反応を利用してこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を暖機する。
【００４７】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３の暖機が完了して活性化されると、第１、第２制御弁６５，６６を開放状態のまま、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し、各排気管５７，５８を通して排気集合管６１で合流させた後、排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流入させて浄化処理するようにしている。
【００４８】
また、エンジンの高負荷高回転時には、第１制御弁６５を開放状態とし、第２制御弁６６を閉止状態とし、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を連通管６４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に導入させることで、このターボ過給機６７による過給圧を上昇させ、出力を向上させる。
【００４９】
そして、エンジンの低温始動時や高負荷高回転時など、左右のバンク１２，１３の各気筒群の一方の排気管５７（５８）を閉止し、この気筒群から排出された排気ガスを連通管６４を通して他方の気筒群の排気管５８（５７）に合流し、この排気管５８（５７）を通して排出する運転状態では、前段三元触媒６０（５９）及び中段三元触媒６２を暖機することができる。その後、この運転状態から、左右のバンク１２，１３の各気筒群の排気管５７，５８を開放し、各気筒群から排出された排気ガスをそれぞれの排気管５７，５８から排出する運転状態に変更されたとき、排気ガスにより前段三元触媒５９（６０）の暖機が完了するまでの間、一方の排気管５７（５８）を通る排気ガスは中段三元触媒６２により適正に浄化処理される。
【００５０】
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の下流端部を合流して排気集合管６１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６５，６６の上流側を連通管６４により連通し、各排気管５７，５８の下流端部が合流した合流部近傍に中段三元触媒６２を設け、排気集合管６１の下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を設けている。
【００５１】
従って、第１、第２制御弁６５，６６を開閉することで、左右のバンク１２，１３のうちの一方の気筒群から排出された排気ガスを連通管６４を通して他方の気筒群の排気管５８（５７）に合流し、左右のバンク１２，１３の気筒群から排出される全ての排気ガスをこの排気管５８（５７）を通して排出する運転状態のとき、前段三元触媒６０（５９）及び中段三元触媒６２が暖機されることとなり、この運転状態から、左右のバンク１２，１３の各気筒群から排出される排気ガスをそれぞれの排気管５７，５８から排出する運転状態に変更されたとき、前段三元触媒５９（６０）の暖機が完了していなくとも、すでに中段三元触媒６２が暖気されていることから、排気管５７（５８）を通る排気ガスが中段三元触媒６２により適正に浄化処理されることとなり、運転状態が変更されても、継続して適正に排気ガス中の有害成分を浄化処理することができ、排気浄化効率を向上することができる。
【実施例２】
【００５２】
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。
【００５３】
実施例２のＶ型６気筒エンジンにおいて、図４に示すように、左右の第１、第２バンク１２，１３に複数の気筒が設けられて気筒群が構成されている。吸気管５１の空気取入口にはエアクリーナ５２が取付けられ、このエアクリーナ５２の下流側にスロットル弁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の下流端部にサージタンク５０が連結され、このサージタンク５０は、各バンク１２，１３の吸気ポート２４，２５に吸気マニホールド４８，４９を介して連結されている。
【００５４】
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に第１前段三元触媒５９が装着される一方、第２排気管５８に第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の下流端部が合流してその合流部に排気集合管６１が連結されており、排気集合管６１における排気ガスの流動方向の最上流端部に中段三元触媒（中段浄化触媒）９１が装着され、排気集合管６１の下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３が装着されている。
【００５５】
また、第１排気管５７と第２排気管５８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６４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６５及び第２制御弁６６が装着されている。この第１、第２制御弁６５，６６は流量制御弁であって、エンジン運転状態に応じ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。即ち、各バンク１２，１３の燃焼状態や排気ガスの排出経路を変更することで、各種のバンク制御が可能となっている。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。
【００５６】
ところで、燃料には硫黄成分が含まれており、この硫黄成分を含む燃料が燃焼して排気ガスとして各排気管５７，５８に排出されると、排気ガス中の硫黄成分がＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に吸着されて被毒し、ＮＯｘの浄化効率は低下してしまう。
【００５７】
そこで、実施例２のエンジンでは、第１排気管５７に第１前段三元触媒５９を装着する一方、第２排気管５８に第２前段三元触媒６０を装着すると共に、第１、第２排気管５７，５８の下流端部を合流して排気集合管６１を連結し、各排気管５７，５８の合流部近傍であって、排気集合管６１の最上流端部に中段三元触媒９１を装着している。そして、この中段三元触媒９１に排気ガス中の硫黄成分を捕捉する機能を設けている。
【００５８】
従って、例えば、エンジンの低温始動時、第１制御弁６５により第１排気管５７を閉止し、第２制御弁６６により第２排気管５８を開放すると、第１バンク１２の気筒群から排出された排気ガスが連通管６４を通して第２バンク１３側にバイパスし、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが全量第２排気管５８に流れることとなり、このような運転状態では、高温の排気ガスが第２前段三元触媒６０に流入することで暖機されて活性化する。また、第２排気管５８から第２前段三元触媒６０を通った排気ガスは排気集合管６１に流れ、中段三元触媒９１及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流入することで暖機され、所定時間で中段三元触媒９１が活性化する。
【００５９】
そして、この運転状態から、第１制御弁６５により第１排気管５７を開放すると、左右のバンク１２，１３の気筒群から排出された排気ガスが連通管６４に流れずにそれぞれの排気管５７，５８に流れることとなり、このような運転状態に変更されると、高温の排気ガスが第１前段三元触媒５９にも流入することで暖機されて活性化する。この運転状態が変更されてから第１前段三元触媒５９が活性化するまでの間、この第１前段三元触媒５９は排気ガスを適正に浄化処理することが困難であるが、すでに活性化されている中段三元触媒９１により適正に浄化処理される。
【００６０】
また、排気ガス中の硫黄成分が含まれていた場合、この排気ガスが中段三元触媒９１を通過するときに、この中段三元触媒９１が排気ガス中の硫黄成分を捕捉することとなり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３が硫黄に被毒されてＮＯｘの浄化効率が低下することはない。
【００６１】
このように実施例２の内燃機関にあっては、左右のバンク１２，１３の気筒群に対して第１排気管５７及び第２排気管５８を連結し、各排気管５７，５８の下流端部を合流して排気集合管６１を連結し、各排気管５７，５８に前段三元触媒５９，６０を及び制御弁６５，６６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６４により連通し、排気集合管６１の最上流端部に硫黄成分の捕捉機能を有する中段三元触媒９１を設け、排気集合管６１の下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を設けている。
【００６２】
従って、第１、第２制御弁６５，６６を開閉することで、排気ガスの排出経路を変更するとき、一方の排気管５７（５８）に装着された前段三元触媒５９（６０）の暖機が完了していなくとも、すでに中段三元触媒９１が暖気されていることから、排気管５７（５８）を通る排気ガスがこの中段三元触媒９１により適正に浄化処理されることとなり、運転状態が変更されても、継続して適正に排気ガス中の有害成分を浄化処理することができ、排気浄化効率を向上することができる。
【００６３】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３より上流側に設けられた中段三元触媒９１が硫黄成分の捕捉機能を有することから、排気ガスが中段三元触媒９１を通過するときに、この中段三元触媒９１が排気ガス中の硫黄成分を捕捉することができ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３における硫黄被毒を防止して高いＮＯｘ浄化効率を確保することができる。
【実施例３】
【００６４】
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、図６−１から図６−４は、実施例３のＶ型６気筒エンジンにおける排気通路における合流部に設けられる排気ガス案内手段の変形例を表す概略図である。なお、前述した実施例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。
【００６５】
実施例３のＶ型６気筒エンジンにおいて、図５に示すように、左右の第１、第２バンク１２，１３に複数の気筒が設けられて気筒群が構成されている。吸気管５１の空気取入口にはエアクリーナ５２が取付けられ、このエアクリーナ５２の下流側にスロットル弁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の下流端部にサージタンク５０が連結され、このサージタンク５０は、各バンク１２，１３の吸気ポート２４，２５に吸気マニホールド４８，４９を介して連結されている。
【００６６】
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に第１前段三元触媒５９が装着される一方、第２排気管５８に第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の下流端部が合流してその合流部に排気集合管６１が連結されており、排気集合管６１における排気ガスの流動方向の最上流端部に中段三元触媒６２が装着され、排気集合管６１の下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３が装着されている。
【００６７】
また、第１排気管５７と第２排気管５８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６４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６５及び第２制御弁６６が装着されている。この第１、第２制御弁６５，６６は流量制御弁であって、エンジン運転状態に応じ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。即ち、各バンク１２，１３の燃焼状態や排気ガスの排出経路を変更することで、各種のバンク制御が可能となっている。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。
【００６８】
ところで、燃料には硫黄成分が含まれており、この硫黄成分を含む燃料が燃焼して排気ガスとして各排気管５７，５８に排出されると、排気ガス中の硫黄成分がＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に吸着されて被毒し、ＮＯｘの浄化効率は低下してしまう。そのため、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し、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を各排気管５７，５８から排気集合管６１に流し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で合流させることで、そのときの酸化発熱反応を利用してこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を高温で且つリッチとすることで、蓄積された硫黄成分を放出して触媒は再生している。
【００６９】
しかし、排気集合管６１には、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３より上流側に中段三元触媒６２が装着されており、各バンク１２，１３から排出された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から排気集合管６１に流れ込むとき、中段三元触媒６２の近傍で混合して酸化発熱反応が発生してしまい、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を十分に加熱することができず、硫黄被毒再生を適正に実行することができない。
【００７０】
そこで、実施例３のエンジンでは、第１排気管５７に第１前段三元触媒５９を装着する一方、第２排気管５８に第２前段三元触媒６０を装着すると共に、第１、第２排気管５７，５８の下流端部を合流して排気集合管６１を連結し、各排気管５７，５８の合流部近傍であって、排気集合管６１の最上流端部に中段三元触媒６２を装着し、下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を装着し、各排気管５７，５８の下流端部が合流した合流部に排気ガスの混合を抑制する排気ガス案内手段を設けている。
【００７１】
実施例３の排気ガス案内手段にて、具体的には、排気管５７，５８の合流部から中段三元触媒６２までの排気集合管６１の長さをＬ、内径をＤとしたとき、両者の関係がＬ＜２Ｄとなるように設定している。
【００７２】
従って、例えば、エンジンの低温始動時、第１制御弁６５により第１排気管５７を閉止し、第２制御弁６６により第２排気管５８を開放すると、第１バンク１２の気筒群から排出された排気ガスが連通管６４を通して第２バンク１３側にバイパスし、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが全量第２排気管５８に流れることとなり、このような運転状態では、高温の排気ガスが第２前段三元触媒６０に流入することで暖機されて活性化する。また、第２排気管５８から第２前段三元触媒６０を通った排気ガスは排気集合管６１に流れ、中段三元触媒６２及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流入することで暖機され、所定時間で中段三元触媒６２が活性化する。
【００７３】
そして、この運転状態から、第１制御弁６５により第１排気管５７を開放すると、左右のバンク１２，１３の気筒群から排出された排気ガスが連通管６４に流れずにそれぞれの排気管５７，５８に流れることとなり、このような運転状態に変更されると、高温の排気ガスが第１前段三元触媒５９にも流入することで暖機されて活性化する。この運転状態が変更されてから第１前段三元触媒５９が活性化するまでの間、この第１前段三元触媒５９は排気ガスを適正に浄化処理することが困難であるが、すでに活性化されている中段三元触媒６２により適正に浄化処理される。
【００７４】
また、排気ガス中の硫黄成分が含まれていた場合、この排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を通過するときに、排気ガス中の硫黄成分がこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に付着して被毒されてしまう。そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に付着した硫黄付着量が予め設定された所定値を超えると、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し、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を各排気管５７，５８から排気集合管６１に流し、中段三元触媒６２を通過させてＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で合流させる。
【００７５】
このとき、左右のバンク１２，１３の各気筒群では、爆発が所定間隔ごとに発生して排気ガスが各排気管５７，５８に排出されることから、この排気ガスは、各排気管５７，５８を通してこの合流部に交互に到達する。そして、排気管５７，５８の合流部から中段三元触媒６２までの排気集合管６１の長さＬと内径Ｄの関係がＬ＜２Ｄに設定されていることから、排気管５７，５８を通して交互に到達する排気ガスは、混合しにくく層流となってＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流れ込み、ここで混ざりやすくなる。そのため、リーンな排気ガスとリッチな排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で合流し、ここで酸化発熱反応が起きてＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３における硫黄被毒を解消して効率良く再生される。
【００７６】
なお、上述した説明では、排気ガス案内手段を、排気管５７，５８の合流部から中段三元触媒６２までの排気集合管６１の長さＬと内径Ｄの関係をＬ＜２Ｄに設定することで構成したが、本発明の排気ガス案内手段はこの構成に限定されるものではない。
【００７７】
例えば、排気ガス案内手段として、図６−１に示すように、第１排気管５７の下流端部と第２排気管５８の下流端部の合流部に、排気集合管６１内に延出する仕切板１０１を設け、排気管５７，５８の合流部から中段三元触媒６２までの排気集合管６１内を上下の通路または左右の通路に区画する。また、図６−２に示すように、第１排気管５７の下流端部と第２排気管５８の下流端部の合流部に、第２排気管５８の下流端部から排気集合管６１内に延出する延長管１０２を設け、排気管５７，５８の合流部から中段三元触媒６２までの排気集合管６１内を内外の通路に区画する。
【００７８】
従って、第１排気管５７を流れるリーン雰囲気の排気ガスと第２排気管５８を流れるリッチ雰囲気の排気ガスが仕切板１０１または延長管１０２により排気集合管６１の上流端部で分離されることとなり、混合せずに中段三元触媒６２を通過してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に至り、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で混合して酸化発熱反応が起き、硫黄被毒を適正に解消して再生される。
【００７９】
また、排気ガス案内手段として、図６−３に示すように、第１排気管５７の下流端部と第２排気管５８の下流端部の合流部と排気集合管６１との間に拡張部１０３を設ける。また、図６−４に示すように、第１排気管５７の下流端部と第２排気管５８の下流端部の合流部に拡張部１０３を設けると共に、第１排気管５７と第２排気管５８の連結部に所定の排気ガス入射角度θを設ける。
【００８０】
従って、第１排気管５７を流れるリーン雰囲気の排気ガスと第２排気管５８を流れるリッチ雰囲気の排気ガスが拡張部１０３により慣性効果が作用し、混合せずに中段三元触媒６２を通過してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に至り、また、第１排気管５７を流れるリーン雰囲気の排気ガスと第２排気管５８を流れるリッチ雰囲気の排気ガスが拡張部１０３に所定の排気ガス入射角度θで流入することで、その慣性効果により混合せずに中段三元触媒６２を通過してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に至り、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で混合して酸化発熱反応が起き、硫黄被毒を適正に解消して再生される。
【００８１】
このように実施例３の内燃機関にあっては、左右のバンク１２，１３の気筒群に対して第１排気管５７及び第２排気管５８を連結し、各排気管５７，５８の下流端部を合流して排気集合管６１を連結し、各排気管５７，５８に前段三元触媒５９，６０を及び制御弁６５，６６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６４により連通し、排気集合管６１の最上流端部に中段三元触媒６２を設け、排気集合管６１の下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を設け、各排気管５７，５８の下流端部が合流した合流部に排気ガスの混合を抑制する排気ガス案内手段を設けている。
【００８２】
従って、第１、第２制御弁６５，６６を開閉することで、排気ガスの排出経路を変更するとき、一方の排気管５７（５８）に装着された前段三元触媒５９（６０）の暖機が完了していなくとも、すでに中段三元触媒６２が暖気されていることから、排気管５７（５８）を通る排気ガスがこの中段三元触媒６２により適正に浄化処理されることとなり、運転状態が変更されても、継続して適正に排気ガス中の有害成分を浄化処理することができ、排気浄化効率を向上することができる。
【００８３】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に付着した硫黄付着量が予め設定された所定値を超ええたとき、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し、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を各排気管５７，５８から排気集合管６１に流し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で合流させる。このとき、排気ガス案内手段として、排気管５７，５８の合流部から中段三元触媒６２までの排気集合管６１の長さＬと内径Ｄの関係をＬ＜２Ｄに設定することで、排気管５７，５８を通して排気集合管６１に到達する排気ガスは、混合しにくく層流となってＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流れ込むこととなり、リーンな排気ガスとリッチな排気ガスが中段三元触媒６２で混合せずにＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で混合して酸化発熱反応が起き、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３における硫黄被毒を解消して効率良く再生することができる。
【実施例４】
【００８４】
図７は、本発明の実施例４に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。なお、前述した実施例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。
【００８５】
実施例４のＶ型６気筒エンジンにおいて、図７に示すように、左右の第１、第２バンク１２，１３に複数の気筒が設けられて気筒群が構成されている。吸気管５１の空気取入口にはエアクリーナ５２が取付けられ、このエアクリーナ５２の下流側にスロットル弁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の下流端部にサージタンク５０が連結され、このサージタンク５０は、各バンク１２，１３の吸気ポート２４，２５に吸気マニホールド４８，４９を介して連結されている。
【００８６】
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に第１前段三元触媒５９が装着される一方、第２排気管５８に第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の下流端部が合流してその合流部に排気集合管６１が連結されており、各排気管５７，５８の合流部近傍に中段三元触媒（中段浄化触媒）９２が装着され、排気集合管６１の下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３が装着されている。本実施例にて、中段三元触媒９２は、第１排気管５７における排気ガスの流動方向の最下流端部に設けられている。なお、中段三元触媒９２を、第２排気管５８における排気ガスの流動方向の最下流端部に設けてもよい。
【００８７】
また、第１排気管５７と第２排気管５８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６４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６５及び第２制御弁６６が装着されている。この第１、第２制御弁６５，６６は流量制御弁であって、エンジン運転状態に応じ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。即ち、各バンク１２，１３の燃焼状態や排気ガスの排出経路を変更することで、各種のバンク制御が可能となっている。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。
【００８８】
従って、例えば、エンジンの低温始動時、第１制御弁６５により第１排気管５７を閉止し、第２制御弁６６により第２排気管５８を開放すると、第１バンク１２の気筒群から排出された排気ガスが連通管６４を通して第２バンク１３側にバイパスし、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスが全量第２排気管５８に流れることとなり、このような運転状態では、高温の排気ガスが第２前段三元触媒６０に流入することで暖機されて活性化する。また、第２排気管５８から第２前段三元触媒６０を通った排気ガスは排気集合管６１に流れ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流入することで暖機される。更に、左右のバンク１２，１３の各気筒群では、爆発が所定間隔ごとに発生して排気ガスが交互に排出されることから第２排気管５８に排気脈動が伝達され、第２排気管５８から排気集合管６１に流れ込む排気ガスは、ここで排気脈動により第１排気管５７側に逆流し、中段三元触媒９２を暖機して活性化する。
【００８９】
そして、この運転状態から、第１制御弁６５により第１排気管５７を開放すると、左右のバンク１２，１３の気筒群から排出された排気ガスが連通管６４に流れずにそれぞれの排気管５７，５８に流れることとなり、このような運転状態に変更されると、高温の排気ガスが第１前段三元触媒５９にも流入することで暖機されて活性化する。この運転状態が変更されてから第１前段三元触媒５９が活性化するまでの間、この第１前段三元触媒５９は排気ガスを適正に浄化処理することが困難であるが、すでに活性化されている中段三元触媒９２により適正に浄化処理される。
【００９０】
また、排気ガス中の硫黄成分が含まれていた場合、この排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を通過するときに、排気ガス中の硫黄成分がこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に付着して被毒されてしまう。そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に付着した硫黄付着量が予め設定された所定値を超ええると、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し、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を各排気管５７，５８から排気集合管６１に流してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で合流させる。
【００９１】
このとき、中段三元触媒９２が第１排気管５７における排気ガスの流動方向の最下流端部に設けられているため、リーンな排気ガスとリッチな排気ガスがこの中段三元触媒９２で合流することはなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で適正に合流し、ここで酸化発熱反応が起きてＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３における硫黄被毒を解消して効率良く再生される。
【００９２】
このように実施例４の内燃機関にあっては、左右のバンク１２，１３の気筒群に対して第１排気管５７及び第２排気管５８を連結し、各排気管５７，５８の下流端部を合流して排気集合管６１を連結し、各排気管５７，５８に前段三元触媒５９，６０を及び制御弁６５，６６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６５，６６の上流側を連通管６４により連通し、第１排気管５７の最下流端部に中段三元触媒９２を設け、排気集合管６１の下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３を設けている。
【００９３】
従って、第１、第２制御弁６５，６６を開閉することで、排気ガスの排出経路を変更するとき、一方の排気管５７（５８）に装着された前段三元触媒５９（６０）の暖機が完了していなくとも、排気ガスの逆流によりすでに中段三元触媒９２が暖気されていることから、排気管５７（５８）を通る排気ガスがこの中段三元触媒９２により適正に浄化処理されることとなり、運転状態が変更されても、継続して適正に排気ガス中の有害成分を浄化処理することができ、排気浄化効率を向上することができる。
【００９４】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に付着した硫黄付着量が予め設定された所定値を超ええたとき、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し、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を各排気管５７，５８から排気集合管６１に流し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で合流させる。このとき、中段三元触媒９２が第１排気管５７の最下流端部に設けられていることで、排気管５７，５８を通して排気集合管６１に到達する排気ガスは適正にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３に流れ込むこととなり、リーンな排気ガスとリッチな排気ガスが中段三元触媒６２で混合せずにＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３で混合して酸化発熱反応が起き、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６３における硫黄被毒を解消して効率良く再生することができる。
【００９５】
なお、上述した各実施例では、各バンク１２，１３の排気管５７，５８の両方に前段三元触媒５９，６０を装着したが、この排気管５７，５８のいずれか一方にのみ前段三元触媒を装着し、集合排気管６１に三元触媒を設けてもよい。また、第１バンク１２にターボ過給機６７を設けて第１、第２バンク１２，１３に過給を行うようにしたが、両バンク１２，１３に設けてもよく、または、両バンク１２，１３へのターボ過給機の装着をやめてもよい。
【００９６】
また、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】
【００９７】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、運転状態が変更されても適正に排気ガス中の有害成分を浄化処理することで排気浄化効率の向上を図ったものであり、いずれの内燃機関にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【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１のＶ型６気筒エンジンの始動時における触媒の温度変化を表すグラフである。
【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６−１】実施例３のＶ型６気筒エンジンにおける排気通路における合流部に設けられる排気ガス案内手段の変形例を表す概略図である。
【図６−２】実施例３のＶ型６気筒エンジンにおける排気通路における合流部に設けられる排気ガス案内手段の変形例を表す概略図である。
【図６−３】実施例３のＶ型６気筒エンジンにおける排気通路における合流部に設けられる排気ガス案内手段の変形例を表す概略図である。
【図６−４】実施例３のＶ型６気筒エンジンにおける排気通路における合流部に設けられる排気ガス案内手段の変形例を表す概略図である。
【図７】本発明の実施例４に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。
【符号の説明】
【００９９】
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（排気通路）
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（排気集合通路）
６２，９１，９２  中段三元触媒（中段浄化触媒）
６３  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
６４  連通管（連通通路）
６５  第１制御弁
６６  第２制御弁
６７  ターボ過給機
７２，７３  インジェクタ
７７，７８  点火プラグ
７９  電子制御ユニット、ＥＣＵ
１０１  仕切板（排気ガス案内手段）
１０２  延長管（排気ガス案内手段）
１０３  拡張部（排気ガス案内手段）
【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６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図６−４】
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【図７】
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