(57)【要約】【課題】内燃機関において、左右のバンクの気筒群から排出される排気ガスの圧力差に拘らずこの排気ガスを適正に排気通路の下流側に流動して高精度な空燃比制御を可能とする。【解決手段】複数の気筒が左右の第１、第２バンク１２，１３に分けて配列された気筒群を設け、各バンク１２，１３の気筒群に対して第１、第２排気管５７，５８を連結すると共に、各排気管５７，５８の下流端部を合流して排気集合管６１を設け、各排気管５７，５８に第１、第２前段三元触媒５９，６０を設けると共に第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、排気集合管６１にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を設けて構成し、連通管６４を流動する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ８６を設け、ＥＣＵ７９は、空燃比センサ８６の検出結果に基づいて各制御弁６５，６６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、該各排気通路の下流端部が合流して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それぞれ設けられると共に、前記各排気通路の少なくともいずれか一方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、前記排気集合通路に後段浄化触媒が設けられた内燃機関において、前記連通通路を流動する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサが設けられると共に、該空燃比センサの検出結果に基づいて前記制御弁を開閉制御する制御手段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、前記左右のバンクの気筒群の一方をリーン空燃比で運転し、他方をリッチ空燃比で運転するとき、前記制御手段は、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比が予め設定された所定の目標空燃比となるように前記制御弁の開度を調整す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、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるとき、前記制御手段は、リッチ空燃比で運転する気筒群側の排気通路に設けられた前記制御弁を開放側に調整することを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項２に記載の内燃機関において、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるとき、前記制御手段は、リーン空燃比で運転する気筒群側の排気通路に設けられた前記制御弁を閉止側に調整することを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項２に記載の内燃機関において、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるとき、前記制御手段は、リーン空燃比で運転する気筒群側の排気通路に設けられた前記制御弁を開放側に調整することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項２に記載の内燃機関において、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるとき、前記制御手段は、リッチ空燃比で運転する気筒群側の排気通路に設けられた前記制御弁を閉止側に調整することを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記左右のバンクの気筒群の一方に過給機が設けられ、他方の排気通路に前記制御弁が設けられたことを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記各排気通路の両方に排気ガスの流量を調整する制御弁が設けられ、前記制御手段は、前記空燃比センサの検出結果に基づいて前記各排気通路に設けられた前記各制御弁を開閉制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
請求項１から８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、前記連通通路の長手方向における前記空燃比センサの取付位置に応じて前記目標空燃比を変更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及び制御弁が設けられると共に、各排気通路が浄化触媒及び制御弁の上流側で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や後段浄化触媒を暖機して早期に活性化させるために、２つの排気通路を前段浄化触媒の上流側で連通通路により連通すると共に、各排気通路に制御弁を設けたものがある。従って、エンジンの始動時には、一方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通路を通して合流させた後、この排気ガスを前段浄化触媒に流入させることで、大量の排気ガスによりこの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。また、他方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通路を通して合流させた後、この排気ガスを前段浄化触媒をバイパスして後段浄化触媒に直接流入させることで、大量の排気ガスによりこの後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】
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。
【０００５】
【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】
【０００６】
ところで、各バンクの気筒群から排出された排気ガスにより後段浄化触媒を暖機する場合、各制御弁を開放状態とすると共に、一方のバンクの気筒群からの排気ガスをリーン雰囲気とし、他方のバンク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通路を通して後段浄化触媒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後段浄化触媒を暖機することが考えられる。
【０００７】
ところが、上述した内燃機関の排気浄化装置のように、２つの排気通路を前段浄化触媒の上流側で連通通路により連通すると、各気筒群の排気脈動などにより左右の排気通路の上流側で排気ガスの圧力（背圧）が相違することがある。すると、この背圧差により一方の排気通路の排気ガスが連通通路を通して他方の排気通路側に流れ込み、リーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスが連通通路で合流してしまい、ここで酸化発熱反応が起きてしまう。そのため、リーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスの酸化発熱反応により後段浄化触媒を効率良く暖機することができず、後段浄化触媒の活性化が遅れて浄化性能が低下してしまうという問題がある。一方、リッチ雰囲気の排気ガスにおける燃料噴射量を増やして後段浄化触媒での酸化発熱反応を活発にすると、燃費が悪化するばかりでなく、連通通路での酸化発熱反応により排気ガスが高温となって前段浄化触媒が熱劣化してしまう。
【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、左右のバンクの気筒群から排出される排気ガスの圧力差に拘らずこの排気ガスを適正に排気通路の下流側に流動して高精度な空燃比制御を可能とし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、該各排気通路の下流端部が合流して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それぞれ設けられると共に、前記各排気通路の少なくともいずれか一方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、前記排気集合通路に後段浄化触媒が設けられた内燃機関において、前記連通通路を流動する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサが設けられると共に、該空燃比センサの検出結果に基づいて前記制御弁を開閉制御する制御手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の内燃機関では、前記左右のバンクの気筒群の一方をリーン空燃比で運転し、他方をリッチ空燃比で運転するとき、前記制御手段は、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比が予め設定された所定の目標空燃比となるように前記制御弁の開度を調整することを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関では、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるとき、前記制御手段は、リッチ空燃比で運転する気筒群側の排気通路に設けられた前記制御弁を閉止側に調整することを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関では、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるとき、前記制御手段は、リーン空燃比で運転する気筒群側の排気通路に設けられた前記制御弁を開放側に調整することを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関では、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるとき、前記制御手段は、リーン空燃比で運転する気筒群側の排気通路に設けられた前記制御弁を閉止側に調整することを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関では、前記空燃比センサが検出した排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるとき、前記制御手段は、リッチ空燃比で運転する気筒群側の排気通路に設けられた前記制御弁を開放側に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、前記左右のバンクの気筒群の一方に過給機が設けられ、他方の排気通路に前記制御弁が設けられたことを特徴としている。
【００１６】
本発明の内燃機関では、前記各排気通路の両方に排気ガスの流量を調整する制御弁が設けられ、前記制御手段は、前記空燃比センサの検出結果に基づいて前記各排気通路に設けられた前記各制御弁を開閉制御することを特徴としている。
【００１７】
本発明の内燃機関では、前記制御手段は、前記連通通路の長手方向における前記空燃比センサの取付位置に応じて前記目標空燃比を変更することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
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ると共に、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を設けると共に、各排気通路の少なくともいずれか一方に排気ガスの流量を調整する制御弁を設け、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、排気集合通路に後段浄化触媒を設けて構成し、連通通路を流動する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサを設けると共に、空燃比センサの検出結果に基づいて制御弁を開閉制御する制御手段を設けたので、制御手段は、空燃比センサが検出した空燃比に基づいて制御弁を開閉制御することとなり、排気脈動などにより左右のバンクの気筒群から排出される排気ガスに圧力差があっても、制御弁を開閉制御することでこの排気ガスの圧力差を抑制し、各気筒群からの排気ガスを適正に各排気通路の下流側に流動することができ、高精度な空燃比制御を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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】
【００２０】
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気筒エンジンにおける排気制御を表すフローチャートである。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
排気ポート２６，２７には、排気マニホールド５５，５６を介して排気管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（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。なお、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２は、選択還元型ＮＯｘ触媒であってもよい。
【００２７】
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。具体的には、排気マニホールド５５，５６と排気管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。
【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。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（スロットルバルブ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及び排気マニホールド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】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
ところで、本実施例のＶ型６気筒エンジンでは、エンジンの始動時に、各制御弁６５，６６を開放状態とし、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に流し、排気集合管６１を介してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２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６２を暖機するようにしている。
【００３４】
ところが、第１バンク１２にはターボ過給機６７が設けられており、この第１バンク１２の気筒群から排出された排気ガスによりタービン６９を駆動することから、排気ガスの圧力（背圧）が増加し、第２バンク１３の気筒群から排出された排気ガスとの間に背圧差が生じる。また、各バンク１２，１３の気筒群では、各燃焼室２２，２３で爆発が順番に発生するため、各気筒群の排気脈動によっても各バンク１２，１３の気筒群から排出された排気ガスの間に背圧差が生じる。すると、この背圧差により、例えば、第１排気管５７の排気ガスが連通管６４を通して第２排気管５８に流れ込み、リーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスが連通管６４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６２の暖機効率が低下してしまう。
【００３５】
そこで、実施例１のエンジンでは、連通管６４を流動する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ８６を設け、例えば、第１バンク１２の気筒群をリーン空燃比で運転し、第２バンク１３の気筒群をリッチ空燃比で運転するとき、制御手段としてのＥＣＵ７９は、空燃比センサ８６の検出結果に基づいて、検出した排気ガスの空燃比が予め設定された所定の目標空燃比となるように、各制御弁６５，６６を開閉制御、つまり、各制御弁６５，６６の開度を調整することで、各バンク１２，１３から排出された排気ガスの背圧差を抑制している。この場合、空燃比センサ８６は、連通管６４の中央位置、つまり、第１排気管５７までの距離と第２排気管５８までの距離が等しくなる位置に装着されている。
【００３６】
ＥＣＵ７９による制御弁６５，６６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。なお、本実施例では、第１バンク１２の気筒群をリーン空燃比で運転する一方、第２バンク１３の気筒群をリッチ空燃比で運転し、第１バンク１２にターボ過給機６７が設けられているため、第１排気管５７からの排気ガスの圧力（背圧）が高くなることから、第１制御弁６５を全開状態で維持し、連通管６４内の排気ガスの空燃比に基づいて第２制御弁６６の開度を調整するようにしている。
【００３７】
ＥＣＵ７９による制御弁６５，６６の開閉制御において、図３に示すように、ステップＳ１１にて、空燃比センサ８６は排気ガスの空燃比（ＡＦ）を検出し、ステップＳ１２では、この検出した空燃比が予め設定された目標値（例えば、理論空燃比）より高いかどうかを判定する。ここで、空燃比が目標値より高いと判定されたら、ステップＳ１３にて、第２制御弁６６を閉止側に調整する。即ち、第１バンク１２の気筒群をリーン空燃比で運転し、第２バンク１３の気筒群をリッチ空燃比で運転しており、連通管６４内の排気ガスの空燃比が目標値より高い、つまり、排気ガスがストイキよりリーン側であると判定された場合には、第１排気管５７側の背圧が高く、この第１排気管５７側のリーンな排気ガスが第２排気管５８側に流れていると判断される。そのため、この場合には、第２制御弁６６を閉止側に調整することで第２排気管５８側の背圧を高くし、各排気管５７，５８における排気ガスの背圧差を抑制するようにする。
【００３８】
一方、ステップＳ１２にて、空燃比が目標値より低いと判定されたら、ステップＳ１４にて、第２制御弁６６を開放側に調整する。即ち、第１バンク１２の気筒群をリーン空燃比で運転し、第２バンク１３の気筒群をリッチ空燃比で運転しており、連通管６４内の排気ガスの空燃比が目標値より低い、つまり、排気ガスがストイキよりリッチ側であると判定された場合には、第２排気管５８側の背圧が高く、この第２排気管５８側のリッチな排気ガスが第１排気管５７側に流れていると判断される。そのため、この場合には、第２制御弁６６を開放側に調整することで第２排気管５８側の背圧を低くし、各排気管５７，５８における排気ガスの背圧差を抑制するようにする。
【００３９】
なお、上述した説明では、第１制御弁６５を全開状態で維持し、空燃比センサ８６が検出した連通管６４内の排気ガスの空燃比に基づいて第２制御弁６６（リーン空燃比側）の開度を調整するようにしたが、第２制御弁６６を全開状態で維持し、連通管６４内の排気ガスの空燃比に基づいて第１制御弁６５の開度を調整するようにしてもよい。即ち、空燃比センサ８６が検出した排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるとき、ＥＣＵ７９は、第１制御弁６５（リッチ空燃比側）の開度を開放側に調整する一方、空燃比センサ８６が検出した排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるとき、ＥＣＵ７９は、第１制御弁６５の開度を閉止側に調整する。更に、空燃比センサ８６が検出した連通管６４内の排気ガスの空燃比に基づいて、第１制御弁６５及び第２制御弁６６の両方の開度を調整するようにしてもよい。
【００４０】
従って、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バルブ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から排気マニホールド５５，５６を通して第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。
【００４１】
そして、第１バンク１２にて、燃焼室２２から排気ポート２６及び排気マニホールド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及び排気マニホールド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、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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てから大気に放出される。
【００４２】
この場合、エンジンの始動時に、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６２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６２を暖機しており、このとき、ＥＣＵ７９は、連通管６４に設けられた空燃比センサ８６の検出結果に基づいて制御弁６５，６６を開閉制御することで、各バンク１２，１３から排出された排気ガスの背圧差を抑制している。
【００４３】
即ち、空燃比センサ８６は連通管６４内にある排気ガスの空燃比を常時検出しており、ＥＣＵ７９は、検出した排気ガスの空燃比が目標値（例えば、理論空燃比）より高いときには、第１排気管５７側の背圧が高く、この第１排気管５７側のリーンな排気ガスが第２排気管５８側に流れているものと判断し、第１制御弁６５を開放側に調整して第１排気管５７側の背圧を低くするか、または、第２制御弁６６を閉止側に調整して第２排気管５８側の背圧を高くし、各排気管５７，５８における排気ガスの背圧差を抑制する。
【００４４】
一方、ＥＣＵ７９は、検出した排気ガスの空燃比が目標値（例えば、理論空燃比）より低いときには、第２排気管５８側の背圧が高く、この第２排気管５８側のリッチな排気ガスが第１排気管５７側に流れているものと判断し、第１制御弁６５を閉止側に調整して第１排気管５７側の背圧を高くするか、または、第２制御弁６６を開放側に調整して第２排気管５８側の背圧を低くし、各排気管５７，５８における排気ガスの背圧差を抑制する。
【００４５】
そのため、第１制御弁６５または第２制御弁６６の一方、あるいは両方の制御弁６５，６６を制御することで、第１排気管５７の排気ガスと第２排気管５８の排気ガスとの背圧差が抑制されると、各バンク１２，１３の気筒群から排出された排気ガスは、連通管６４を通って混合されることはなく、第１排気管５７及び第２排気管５８内を通って下流側にスムースに流れることとなり、リーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスが排気集合管６１を通してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２で合流し、ここで酸化発熱反応が起きてこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が効率良く暖機される。
【００４６】
また、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Ｓ分（硫黄）がＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸着されて被毒し、浄化効率は低下してしまう。そのため、上述したＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の暖機制御と同様に、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６２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６２を高温で且つリッチとすることで、蓄積されたＳ分を放出して触媒は再生することができる。
【００４７】
この場合であっても、第１制御弁６５及び第２制御弁６６を制御することで、第１排気管５７の排気ガスと第２排気管５８の排気ガスとの背圧差を抑制すると、各バンク１２，１３の気筒群から排出された排気ガスは、連通管６４を通って混合されることはなく、第１排気管５７及び第２排気管５８内を通って下流側にスムースに流れることとなり、リーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスが排気集合管６１を通してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２で合流し、ここで酸化発熱反応が起きてこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２における硫黄被毒を解消して効率良く再生される。
【００４８】
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を連結すると共に、各排気管５７，５８の下流端部を合流して排気集合管６１を設け、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６５及び第２制御弁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、排気集合管６１にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を設けて構成し、連通管６４を流動する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ８６を設け、ＥＣＵ７９は、この空燃比センサ８６の検出結果に基づいて各制御弁６５，６６を開閉制御するようにしている。
【００４９】
従って、ＥＣＵ７９は、空燃比センサ８６が検出した連通管６４内の排気ガスの空燃比に基づいて制御弁６５，６６を開閉制御することとなり、ターボ過給機６７や排気脈動などにより左右のバンク１２，１３の気筒群から排出される排気ガスに圧力差があっても、制御弁６５，６６を開閉制御してこの排気ガスの圧力差を抑制することができ、各気筒群から排出された排気ガスを適正に各排気管５７，５８の下流側に流動することができ、高精度な空燃比制御を可能とすることができる。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の暖機や硫黄被毒からの再生を適正に実行することができ、燃費が悪化や前段三元触媒５９，６０の熱劣化を防止することができる。
【実施例２】
【００５０】
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。
【００５１】
実施例２のエンジンにおいて、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。
【００５２】
排気ポート２６，２７には、排気マニホールド５５，５６を介して排気管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の下流端部は排気集合管６１に合流して連結され、この排気集合管６１にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が装着されている。また、第１バンク１２側には、ターボ過給機６７が設けられている。
【００５３】
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、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。
【００５４】
そして、実施例２のエンジンでは、エンジンの始動時に、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６２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６２を暖機するようにしている。
【００５５】
そして、連通管６４を流動する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ８６を設け、例えば、第１バンク１２の気筒群をリーン空燃比で運転し、第２バンク１３の気筒群をリッチ空燃比で運転するとき、ＥＣＵ７９は、空燃比センサ８６が検出した排気ガスの空燃比が目標空燃比（例えば、理論空燃比）となるように、各制御弁６５，６６の開度を調整することで、各バンク１２，１３から排出された排気ガスの背圧差を抑制している。この場合、空燃比センサ８６は、連通管６４周辺における端部材との干渉を考慮して、連通管６４における第１排気管５７側に接近した位置（実線位置）、または、第２排気管５８側に接近した位置（二点鎖線位置）に装着されている。
【００５６】
従って、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バルブ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から排気マニホールド５５，５６を通して第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。
【００５７】
そして、第１バンク１２にて、燃焼室２２から排気ポート２６及び排気マニホールド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及び排気マニホールド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、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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てから大気に放出される。
【００５８】
この場合、エンジンの始動時に、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６２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６２を暖機しており、このとき、ＥＣＵ７９は、連通管６４に設けられた空燃比センサ８６の検出結果に基づいて制御弁６５，６６を開閉制御することで、各バンク１２，１３から排出された排気ガスの背圧差を抑制している。
【００５９】
即ち、空燃比センサ８６は連通管６４内にある排気ガスの空燃比を常時検出しており、ＥＣＵ７９は、検出した排気ガスの空燃比が目標値より高いときには、第１排気管５７側の背圧が高く、この第１排気管５７側のリーンな排気ガスが第２排気管５８側に流れているものと判断し、第１制御弁６５を開放側に調整して第１排気管５７側の背圧を低くするか、または、第２制御弁６６を閉止側に調整して第２排気管５８側の背圧を高くし、各排気管５７，５８における排気ガスの背圧差を抑制する。
【００６０】
一方、ＥＣＵ７９は、検出した排気ガスの空燃比が目標値より低いときには、第２排気管５８側の背圧が高く、この第２排気管５８側のリッチな排気ガスが第１排気管５７側に流れているものと判断し、第１制御弁６５を閉止側に調整して第１排気管５７側の背圧を高くするか、または、第２制御弁６６を開放側に調整して第２排気管５８側の背圧を低くし、各排気管５７，５８における排気ガスの背圧差を抑制する。
【００６１】
このとき、ＥＣＵ７９は、連通管６４の長手方向における空燃比センサ８６の取付位置に応じて目標値（目標空燃比）を変更するようにしている。即ち、空燃比センサ８６が、図４にて実線で示すように、第１バンク１２側に接近した位置に装着された場合、この第１バンク１２から第１排気管５７に排出されたリーン空燃比（例えば、１７．０）の排気ガスの影響を受けやすいため、目標値を理論空燃比（１４．５）よりリーンな空燃比、例えば、１５．５に変更する。一方、空燃比センサ８６が、図４にて二点鎖線で示すように、第２バンク１３側に接近した位置に装着された場合、この第２バンク１３から第２排気管５８に排出されたリッチ空燃比（例えば、１２．０）の排気ガスの影響を受けやすいため、目標値を理論空燃比（１４．５）よりリッチな空燃比、例えば、１３．５に変更する。
【００６２】
そのため、第１制御弁６５または第２制御弁６６の一方、あるいは両方の制御弁６５，６６を制御することで、第１排気管５７の排気ガスと第２排気管５８の排気ガスとの背圧差が抑制されると、各バンク１２，１３の気筒群から排出された排気ガスは、連通管６４を通って混合されることはなく、第１排気管５７及び第２排気管５８内を通って下流側にスムースに流れることとなり、リーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスが排気集合管６１を通してＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２で合流し、ここで酸化発熱反応が起きてこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が効率良く暖機される。
【００６３】
また、空燃比センサ８６の搭載性を考慮してこの空燃比センサ８６が第１バンク１２側または第２バンク１３側に接近して装着された場合であっても、空燃比センサ８６の取付位置に応じて目標値が変更されることで、適正な第１制御弁６５及び第２制御弁６６の開度制御が可能となる。
【００６４】
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、第１バンク１２の第１排気管５７と第２バンク１３の第２排気管５８を連結する連通管６４に排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ８６を設け、ＥＣＵ７９は、この空燃比センサ８６の検出結果に基づいて各制御弁６５，６６を開閉制御すると共に、連通管６４の長手方向における空燃比センサ８６の取付位置に応じて目標値（目標空燃比）を変更するようにしている。
【００６５】
従って、ＥＣＵ７９は、空燃比センサ８６が検出した連通管６４内の排気ガスの空燃比に基づいて制御弁６５，６６を開閉制御することとなり、ターボ過給機６７や排気脈動などにより左右のバンク１２，１３の気筒群から排出される排気ガスに圧力差があっても、制御弁６５，６６を開閉制御してこの排気ガスの圧力差を抑制することができ、各気筒群から排出された排気ガスを適正に各排気管５７，５８の下流側に流動することができ、高精度な空燃比制御を可能とすることができる。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の暖機や硫黄被毒からの再生を適正に実行することができ、燃費が悪化や前段三元触媒５９，６０の熱劣化を防止することができる。
【００６６】
また、連通管６４における空燃比センサ８６の取付位置に応じて、制御弁６５，６６を開閉制御するための目標空燃比を変更することで、空燃比センサ８６の取付位置に拘らず高精度な空燃比制御を可能とすることができ、各種部材の搭載性を向上させることができると共に、設計の自由度を上げることができる。
【００６７】
なお、上述した各実施例では、各バンク１２，１３の排気管５７，５８の両方に制御弁６５，６６を装着したが、この排気管５７，５８のいずれか一方にのみ制御弁を装着し、空燃比センサ８６の検出結果に基づいてこの制御弁の開度を調整するようにしてもよく、この場合であっても、上述した各実施例と同様の作用効果を得ることができる。この場合、左右のバンク１２，１３の気筒群における第１バンクにターボ過給機を設け、第２バンク１３の排気管に制御弁を設けることが望ましく、ターボ過給機により排気ガスの背圧が高くなった排気管に対して、制御弁により背圧の低い排気管の開度を調整することで、容易に、且つ、高精度に各排気管における排気ガスの背圧差を抑制することができる。
【００６８】
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】
【００６９】
以上のように、本発明にかかる内燃機関は、左右のバンクの気筒群から排出される排気ガスの圧力差に拘らず所定量の排気ガスを混合させずに適正に排気通路の下流側に流動可能とするものであり、いずれの内燃機関にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【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気筒エンジンにおける排気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。
【符号の説明】
【００７１】
１２  第１バンク
１３  第２バンク
１６，１７  ピストン
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排気マニホールド
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
６０  第２前段三元触媒
６１  排気集合管（排気集合通路）
６２  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（後段浄化触媒）
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（制御手段）
８６  空燃比センサ
【図１】
2008069741.tif 000003
【図２】
2008069741.tif 000004
【図３】
2008069741.tif 000005
【図４】
2008069741.tif 000006