(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が有すると共に内部で燃料と空気との混合気が燃焼可能に設けられた複数の気筒のうち、一部の前記気筒から排出される排気ガスが流れる第１通路と、
前記第１排気通路に流れる前記排気ガスを排出する前記気筒とは異なる前記気筒から排出される前記排気ガスが流れる第２通路と、
前記第１通路内を流れる前記排気ガスの流れ方向における前記第１通路の下流側の端部と前記第２通路内を流れる前記排気ガスの流れ方向における前記第２通路の下流側の端部とに接続される共通通路と、
前記共通通路内に配設されると共に前記排気ガスを浄化する浄化手段と、
前記第１通路から分岐している第１分岐通路と、
前記第２通路から分岐している第２分岐通路と、
前記第１分岐通路と前記第２分岐通路とに接続され、且つ、前記第１分岐通路と前記第２分岐通路との連通または非連通を切り替え可能に設けられた切替手段と、
前記排気ガスに含まれる硫黄による前記浄化手段の被毒状態を判断する硫黄被毒判断手段と、
前記硫黄被毒判断手段が、前記浄化手段が前記硫黄に被毒していると判断した場合に、前記内燃機関に対して前記第１通路に前記排気ガスを排出する前記気筒と前記第２通路に前記排気ガスを排出する前記気筒とで排出する前記排気ガスの成分を異ならせる硫黄被毒回復制御手段と、
前記硫黄被毒判断手段が、前記浄化手段が前記硫黄に被毒していると判断した場合に前記切替手段を前記第１分岐通路と前記第２分岐通路とを非連通に切り替える切替制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の可変排気装置。
【請求項２】
前記硫黄被毒回復制御手段は、前記硫黄被毒判断手段が前記浄化手段が前記硫黄に被毒していると判断した場合に、前記内燃機関に対して前記第１通路に前記排気ガスを排出する前記気筒と前記第２通路に前記排気ガスを排出する前記気筒とで、燃焼させる前記混合気の前記燃料と前記空気との混合比を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変排気装置。
【請求項３】
前記硫黄被毒判断手段は、前記内燃機関に供給される前記燃料の量に基づいて前記被毒状態を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の可変排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の可変排気装置に関するものである。特に、この発明は、浄化手段の性能低下を抑制できる内燃機関の可変排気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関では、運転状態に応じて高いトルクを得られるように、複数の気筒に接続される排気管を排気ガスの流れ方向における上流側と下流側との２箇所で集合させ、上流側の集合部分に、集合している排気管同士の連通または非連通を切り替える切替え弁を設けているものがある。これにより、切替え弁で上流側の集合部分の連通または非連通を切り替えることによって、内燃機関から複数の通路に排出された排気ガスが合流するまでの長さであるデュアル長を変えることができるので、排気ガスの脈動を変化させることができる。従って、必要に応じて切替え弁を切り替えることにより、運転状態に応じて排気効果を向上させることができ、高いトルクを得ることができる。
【０００３】
ここで、内燃機関の排気管内には、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化を目的としてＮＯｘ触媒が多く用いられているものがある。このようなＮＯｘ触媒は、排気ガス中に含まれる硫黄成分も吸収するが、硫黄成分を多く吸収すると、吸収することができる窒素酸化物の量が少なくなり、ＮＯｘ触媒の浄化能力が低下する。このようにＮＯｘ触媒に吸収された硫黄成分は、ＮＯｘ触媒の温度が一定温度よりも高くなるとＮＯｘ触媒から放出されるが、通常ＮＯｘ触媒が使用される環境下では、ＮＯｘ触媒の温度は硫黄成分を放出できる温度よりも低い。このため、従来の排気通路の制御装置では、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させ、硫黄成分を放出する制御、即ち硫黄被毒回復制御をしているものがある。例えば、特許文献１に記載の排気通路長制御装置では、複数の排気管における２箇所の集合部分の間に、ＮＯｘ触媒を配設している。
【０００４】
このように設けられるＮＯｘ触媒を有する排気通路長制御装置で硫黄被毒回復制御を行なう場合には、複数の気筒から空燃比の異なる排気ガス、即ち、リーン空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとを排出し、前記切替え弁を開く。これにより、これらの空燃比の異なる排気ガスが合流するので、リーン空燃比の排気ガスに含まれる酸素とリッチ空燃比の排気ガスに含まれる炭化水素とがＮＯｘ触媒で酸化反応し、ＮＯｘ触媒の温度が上昇する。この結果、ＮＯｘ触媒は硫黄成分を放出できる温度に達し、硫黄成分を放出するので、ＮＯｘ触媒の浄化能力を確保することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０６７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＮＯｘ触媒は、排気ガスの温度領域において高温域よりも、比較的低温域における浄化性能が優れているため、上述したように複数の気筒に接続される排気管を排気ガスの流れ方向における上流側と下流側との２箇所で集合させた場合には、下流側の集合部分よりも下流側に設ける場合が多い。即ち、排気ガスは、放熱しながら排気管内を流れるため、下流に向かうに従って温度は低くなるので、比較的低温域における浄化性能が優れているＮＯｘ触媒は、上記集合部分よりも下流側に設けられる場合が多い。このように、ＮＯｘ触媒が下流側の集合部分よりもさらに下流側に設けられる場合でも、切替え弁は、デュアル長を変化させることができるように、２箇所の集合部分のうち、上流側の集合部分に設けられる。この部分に切替え弁を設けた場合には、切替え弁で上流側の集合部分の連通または非連通を切り替えることにより、デュアル長を変えて排気ガスの脈動を変化させるが、内燃機関の高回転域でのトルクを増加させる場合には、上流側の集合部分を連通させる。
【０００７】
ここで、硫黄被毒回復制御を行なう場合には、リーン空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとをＮＯｘ触媒の上流側で合流させ、これらの排気ガスに含まれる酸素と炭化水素とをＮＯｘ触媒で酸化反応させる。これにより、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させて硫黄成分を放出させることが可能になるが、ＮＯｘ触媒を２箇所の集合部分よりも下流側に配設した場合において、２箇所の集合部分のうち上流側に位置する集合部分を連通させて内燃機関の高回転域のトルクを増大させた場合には、ＮＯｘ触媒の上流側における離れた位置で、空燃比の異なる排気ガスが合流することになる。
【０００８】
このため、空燃比の異なる排気ガスが合流した場合における酸化反応は、ＮＯｘ触媒の上流側における離れた位置で反応するため、この排気ガスが下流方向に流れてＮＯｘ触媒に到達する際には、酸化反応は大部分が進んでいる、または終了しており、ＮＯｘ触媒上で酸化反応をさせることが困難になる。従って、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるのが困難になり、硫黄成分を放出させることが困難になる虞があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の運転性能の向上を図ることができると共に、より確実に浄化手段の硫黄被毒回復を行なうことのできる内燃機関の可変排気装置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、この発明に係る内燃機関の可変排気装置は、内燃機関が有すると共に内部で燃料と空気との混合気が燃焼可能に設けられた複数の気筒のうち、一部の前記気筒から排出される排気ガスが流れる第１通路と、前記第１排気通路に流れる前記排気ガスを排出する前記気筒とは異なる前記気筒から排出される前記排気ガスが流れる第２通路と、前記第１通路内を流れる前記排気ガスの流れ方向における前記第１通路の下流側の端部と前記第２通路内を流れる前記排気ガスの流れ方向における前記第２通路の下流側の端部とに接続される共通通路と、前記共通通路内に配設されると共に前記排気ガスを浄化する浄化手段と、前記第１通路から分岐している第１分岐通路と、前記第２通路から分岐している第２分岐通路と、前記第１分岐通路と前記第２分岐通路とに接続され、且つ、前記第１分岐通路と前記第２分岐通路との連通または非連通を切り替え可能に設けられた切替手段と、前記排気ガスに含まれる硫黄による前記浄化手段の被毒状態を判断する硫黄被毒判断手段と、前記硫黄被毒判断手段が、前記浄化手段が前記硫黄に被毒していると判断した場合に、前記内燃機関に対して前記第１通路に前記排気ガスを排出する前記気筒と前記第２通路に前記排気ガスを排出する前記気筒とで排出する前記排気ガスの成分を異ならせる硫黄被毒回復制御手段と、前記硫黄被毒判断手段が、前記浄化手段が前記硫黄に被毒していると判断した場合に前記切替手段を前記第１分岐通路と前記第２分岐通路とを非連通に切り替える切替制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明では、第１通路から第１分岐通路を分岐させ、第２通路から第２分岐通路を分岐させており、第１分岐通路と第２分岐通路とを切替手段に接続している。これらのように設けることにより、切替手段を切り替えて第１分岐通路と第２分岐通路とを非連通にした場合には、第１通路と第２通路とを流れる排気ガスは、共通通路で合流するため、デュアル長は長くなる。これにより、内燃機関運転時の低回転時における排気脈動効果を向上させることができる。また、切替手段を切り替えて第１分岐通路と第２分岐通路とを連通させた場合には、第１分岐通路や第２分岐通路を通った排気ガスが合流するので、デュアル長は短くなる。これにより、内燃機関運転時の高回転時における排気脈動効果を向上させることができる。
【００１２】
また、硫黄被毒判断手段が、共通通路に設けられる浄化手段が硫黄に被毒していると判断した場合には、第１分岐通路と第２分岐通路とを非連通にするように切替手段を切替制御手段によって制御している。これにより、第１通路を流れる排気ガスと第２通路を流れる排気ガスとを、共通通路で合流させることができ、これらの排気ガスによって、より確実に浄化手段の温度を上昇させることができるので、浄化手段が吸収した硫黄成分を放出することができる。この結果、内燃機関の運転性能の向上を図ることができると共に、より確実に浄化手段の硫黄被毒回復を行なうことができる。
【００１３】
また、この発明に係る内燃機関の可変排気装置は、前記硫黄被毒回復制御手段は、前記硫黄被毒判断手段が前記浄化手段が前記硫黄に被毒していると判断した場合に、前記内燃機関に対して前記第１通路に前記排気ガスを排出する前記気筒と前記第２通路に前記排気ガスを排出する前記気筒とで、燃焼させる前記混合気の前記燃料と前記空気との混合比を異ならせることを特徴とする。
【００１４】
この発明では、浄化手段が前記硫黄に被毒していると判断した場合には、第１通路に排気ガスを排出する気筒と第２通路に排気ガスを排出する気筒とで、燃焼させる混合気の混合比を異ならせているので、浄化手段の硫黄被毒回復を行なう際に、これらの排気ガスを共通通路で合流させることにより、より確実に浄化手段の温度を上昇させることができる。即ち、混合比の異なる排気ガスを共通通路で合流させることにより、燃料が薄い混合気の燃焼後の排気ガスに含まれる酸素と、燃料が濃い混合気の燃焼後の排気ガスに含まれる炭化水素とが浄化手段で酸化反応するので、より確実に浄化手段の温度を上昇させることができる。この結果、より確実に浄化手段の硫黄被毒回復を行なうことができる。
【００１５】
また、この発明に係る内燃機関の可変排気装置は、前記硫黄被毒判断手段は、前記内燃機関に供給される前記燃料の量に基づいて前記被毒状態を判断することを特徴とする。
【００１６】
この発明では、内燃機関に供給される燃料の量に基づいて浄化手段の硫黄の被毒状態を判断しているので、より正確に、且つ、容易に被毒状態を判断することができる。つまり、浄化手段が吸収する硫黄は、燃料に含まれているため、内燃機関に供給される燃料の量、即ち、内燃機関で燃焼する燃料の量に基づいて浄化手段の硫黄の被毒状態を判断することにより、より正確に判断することができる。また、浄化手段の硫黄の被毒状態を判断する際に、内燃機関の運転中は常には排気ガスに晒されて高温になる浄化手段から直接検出するのではなく、内燃機関に供給する燃料の量に基づいて判断しているので、容易に判断することができる。これらの結果、より確実に、且つ、容易に浄化手段の硫黄被毒回復を行なうことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る内燃機関の可変排気装置は、内燃機関の運転性能の向上を図ることができると共に、より確実に浄化手段の硫黄被毒回復を行なうことができる、という効果を奏する。
【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可変排気装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の可変排気装置が設けられた内燃機関の概略図である。同図に示す内燃機関１には、本発明の実施例に係る可変排気装置１０が備えられており、この内燃機関１は、複数の気筒３を有している。この複数の気筒３は、内燃機関１の運転時における出力軸であるクランクシャフト（図示省略）に対して気筒３が２方向に向けて形成されており、このように形成された気筒３を有する当該内燃機関１は、いわゆるＶ型の内燃機関１となっている。このＶ型の内燃機関１は、３つの気筒３が１つの組となってバンク５を形成しており、このバンク５が２つ設けられている。即ち、当該内燃機関１は、６つの気筒３を有している。また、２つのバンク５のうち、一方のバンク５は第１バンク６となっており、他方のバンク５は第２バンク７となっている。
【００２０】
このように複数の気筒３が形成される内燃機関１には、気筒３に燃料と空気との混合気を供給する吸気管１１と、内燃機関１の運転時に内燃機関１から排出される排気ガスが流れる排気通路である排気管１４とが接続されている。このうち吸気管１１は、各気筒３に接続されており、当該吸気管１１には、吸気管１１内を流れる空気に対して燃料を噴射可能なインジェクタ１２が設けられている。このインジェクタ１２は、気筒３ごとに設けられており、インジェクタ１２が燃料を吸気管１１内に燃料を噴射することにより、吸気管１１内で燃料と空気との混合気が生成され、気筒３内に混合気を供給可能になっている。また、各気筒３は、吸気管１１より供給された混合気が燃焼可能に設けられている。
【００２１】
また、排気管１４は、各気筒３に接続されており、第１バンク６に形成される気筒３に接続される排気管１４は第１排気管１５となっており、第２バンク７に形成される気筒３に接続される排気管１４は第２排気管１６となっている。このうち、第１排気管１５は、第１バンク６に形成される気筒３から排出される排気ガスが流れる第１通路となっており、第２排気管１６は、第２バンク７に形成される気筒３から排出される排気ガスが流れる第２通路となっている。これらの第１排気管１５、及び第２排気管１６は、それぞれ３つの気筒３に接続された３つの排気管１４が１つに集合して形成されている。
【００２２】
また、第１排気管１５内には、第１排気管１５内を流れる排気ガスを浄化する第１浄化手段である第１触媒３１が配設されており、第２排気管１６内には、第２排気管１６内を流れる排気ガスを浄化する第２浄化手段である第２触媒３２が配設されている。さらに、これらの第１排気管１５及び第２排気管１６は、第１排気管１５内を流れる排気ガスの流れ方向における第１触媒３１の下流側の位置と、第２排気管１６内を流れる排気ガスの流れ方向における第２触媒３２の下流側の位置とで集合して１つの排気管１４に接続されており、第１排気管１５及び第２排気管１６が接続されたこの排気管１４は、共通通路である集合排気管２１となっている。つまり、第１排気管１５と第２排気管１６とは、共に内燃機関１側に位置する端部と反対側の端部で集合排気管２１に接続されており、換言すると、集合排気管２１は、第１排気管１５内を流れる排気ガスの流れ方向における第１排気管１５の下流側の端部と、第２排気管１６内を流れる排気ガスの流れ方向における第２排気管１６の下流側の端部とに接続されている。この集合排気管２１内には、当該集合排気管２１内を流れる排気ガスを浄化する浄化手段である共通触媒３５が配設されている。
【００２３】
このように、第１排気管１５または第２排気管１６に設けられる第１触媒３１及び第２触媒３２は、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）との３物質を酸化・還元反応によって同時に除去する、いわゆる三元触媒となっている。また、集合排気管２１に設けられる共通触媒３５は、酸素量が比較的多い排気ガスに含まれる窒素酸化物の除去が可能な、いわゆるＮＯｘ触媒となっている。
【００２４】
また、第１排気管１５は、第１排気管１５内を流れる排気ガスの流れ方向における第１触媒３１の上流側の位置で分岐しており、この分岐している部分は第１分岐通路である第１分岐管１７となっている。同様に、第２排気管１６は、第２排気管１６内を流れる排気ガスの流れ方向における第２触媒３２の上流側の位置で分岐しており、この分岐している部分は第２分岐通路である第２分岐管１８となっている。これらの第１分岐管１７と第２分岐管１８との間には、切替手段である切替バルブ４０が設けられており、第１分岐管１７及び第２分岐管１８は、切替バルブ４０に接続されている。
【００２５】
また、切替バルブ４０は、このように第１分岐管１７と第２分岐管１８とに接続されており、また、切替バルブ４０には、切替バルブ４０を作動可能に設けられたアクチュエータ（図示省略）が接続されている。これにより、切替バルブ４０は作動可能になっており、第１分岐管１７及び第２分岐管１８は、切替バルブ４０を作動させることにより、切替バルブ４０を介して連通したり切替バルブ４０によって遮断されたりする。即ち、切替バルブ４０は、第１分岐管１７と第２分岐管１８との連通または非連通を切り替え可能に設けられている。
【００２６】
また、第１排気管１５には、当該第１排気管１５内を流れる排気ガスの流れ方向において、第１分岐管１７が第１排気管１５から分岐している部分の上流側と前記内燃機関１との間に、排気ガスの成分を検出する排気成分検出手段である第１排気成分センサ５１が設けられている。また、第２排気管１６には、第１排気管１５と同様に、第２排気管１６内を流れる排気ガスの流れ方向において、第２分岐管１８が第２排気管１６から分岐している部分の上流側と前記内燃機関１との間に、排気成分検出手段である第２排気成分センサ５２が設けられている。さらに、集合排気管２１には、当該集合排気管２１内を流れる排気ガスの流れ方向における共通触媒３５の下流側に、排気成分検出手段である共通排気成分センサ５５が設けられている。
【００２７】
これらのように設けられるインジェクタ１２、切替バルブ４０、第１排気成分センサ５１、第２排気成分センサ５２及び共通排気成分センサ５５は、全て当該内燃機関１を搭載する車両（図示省略）の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０に接続されている。
【００２８】
ＥＣＵ６０には、処理部６１、記憶部６９及び入出力部７０が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ＥＣＵ６０に接続されているインジェクタ１２、切替バルブ４０、第１排気成分センサ５１、第２排気成分センサ５２及び共通排気成分センサ５５は、入出力部７０に接続されており、入出力部７０は、これらのセンサ等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部６９には、本発明に係る内燃機関１の可変排気装置１０を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部６９は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００２９】
また、処理部６１は、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されており、少なくとも、インジェクタ１２からの燃料の噴射量を検出する燃料噴射量検出部６２と、燃料の使用量の積算値を算出する燃料使用量積算値算出部６３と、共通触媒３５が硫黄被毒しているかを判断する硫黄被毒判断手段である硫黄被毒判断部６４と、共通触媒３５の硫黄被毒回復制御を行なう硫黄被毒回復制御手段である硫黄被毒回復制御部６５と、内燃機関１の運転状態における切替バルブ４０の開閉を判断する切替バルブ開閉領域判断部６６と、切替バルブ４０の開閉を制御する切替制御手段である切替制御部６７と、硫黄被毒回復制御における回復時間を判断する回復時間判断部６８とを有している。
【００３０】
当該内燃機関の可変排気装置１０が有するインジェクタや切替バルブ４０の制御は、第１排気成分センサ５１など車両の各部に設けられたセンサによる検出結果に基づいて、処理部６１が前記コンピュータプログラムを当該処理部６１に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じてインジェクタ１２や切替バルブ４０を作動させることにより制御する。その際に処理部６１は、適宜記憶部６９へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように内燃機関１の可変排気装置１０を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ６０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。
【００３１】
この実施例に係る内燃機関１の可変排気装置１０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。内燃機関１を運転すると、吸気管１１に設けられたインジェクタ１２から吸気管１１内に燃料を噴射することにより、吸気管１１内で吸気管１１内を流れる空気と燃料とが混合し、吸気管１１内で燃料と空気との混合気が作られる。この混合気は気筒３に吸入され、気筒３内で燃料が燃焼する。燃料の燃焼後のガスは、排気ガスとなって排気管１４内に排出され、第１バンク６に設けられた気筒３から排出される排気ガスは、第１排気管１５内に排出され、第２バンク７に設けられた気筒３から排出される排気ガスは、第２排気管１６内に排出される。
【００３２】
内燃機関１の運転時には、このように排気ガスが発生し、排気ガスは排気管１４内を流れるが、内燃機関１の暖気運転時や低回転時には、切替バルブ４０を切り替えて第１分岐管１７と第２分岐管１８とを非連通にする。なお、内燃機関１の運転状態は、第１排気成分センサ５１など車両の各部に設けられたセンサによる検出結果に基づいてＥＣＵ６０で総合的に判断する。このように、第１分岐管１７と第２分岐管１８とを非連通にした場合には、内燃機関１から排出された排気ガスは第１分岐管１７及び第２分岐管１８の方向には流れず、第１排気管１５内を流れる排気ガスは第１触媒３１の方向に流れ、第２排気管１６内を流れる排気ガスは第２触媒３２の方向に流れる。これにより、排気ガスは第１触媒３１や第２触媒３２を通過し、これらを通過する際に浄化される。
【００３３】
第１触媒３１や第２触媒３２を通過した排気ガスは、さらに下流に流れて第１排気管１５と第２排気管１６とが接続されている集合排気管２１内に流れ、集合排気管２１内で合流する。この集合排気管２１には共通触媒３５が設けられているため、集合排気管２１内で合流した排気ガスは、共通触媒３５を通過し、共通触媒３５によって浄化される。
【００３４】
このように、内燃機関１の暖気運転時や低回転時には、切替バルブ４０を切り替えて第１分岐管１７と第２分岐管１８とを非連通にすることにより、排気ガスは第１触媒３１や第２触媒３２を通過するが、このような運転状態の場合における背圧は、比較的低くなっている。このため、第１触媒３１や第２触媒３２は排気ガスの流れの大きな抵抗にはなり難くなっており、排気ガスは容易に流れる。また、第１排気管１５や第２排気管１６を通る排気ガスは、集合排気管２１で合流するため、内燃機関１から排出された排気ガスが複数の通路を通り合流するまでの長さであるデュアル長が長くなる。このため、排気脈動は、内燃機関１を低回転で運転している場合に適した排気脈動になり、内燃機関１の低回転時における性能が確保される。
【００３５】
前記内燃機関１の運転時における高回転時には、切替バルブ４０を切り替えて第１分岐管１７と第２分岐管１８とを連通させる。このように、第１分岐管１７と第２分岐管１８とを連通した場合には、内燃機関１から排出された排気ガスの一部は第１分岐管１７内及び第２分岐管１８内に流れ、これらの排気ガスは合流する。これにより、内燃機関１から排出された排気ガスが複数の通路を通り、合流するまでの長さが短くなるので、デュアル長が短くなる。このため、排気脈動は、内燃機関１を高回転で運転している場合に適した排気脈動になり、内燃機関１の高回転時における性能が確保される。
【００３６】
また、このように切替バルブ４０を切り替えて第１分岐管１７と第２分岐管１８とを連通させた場合でも、第１触媒３１や第２触媒３２を通過した排気ガスは、さらに下流に流れる。このため、この排気ガスは集合排気管２１内に流れて集合排気管２１内で合流し、合流した排気ガスは共通触媒３５を通過して共通触媒３５によって浄化される。
【００３７】
また、内燃機関１の運転時には、燃料に含まれる硫黄が触媒に吸収される、即ち触媒が硫黄被毒される場合があるが、この硫黄被毒は、排気ガスの温度領域において比較的温度が低い場合に生じ易くなっている。ここで、排気ガスは、流れ方向で放熱し温度勾配を持つため、排気ガスの流れ方向における上流側から下流側に向かうに従って温度は低下しながら流れる。このため、排気管１４に設けられる触媒の温度は、第１触媒３１や第２触媒３２よりも、共通触媒３５の方が低くなっている。従って、硫黄被毒は、第１触媒３１や第２触媒３２よりも、共通触媒３５の方が生じ易くなっている。
【００３８】
このように、共通触媒３５は硫黄被毒が生じ易くなっているが、共通触媒３５に硫黄被毒が生じた場合には、共通触媒３５から硫黄を放出させ、硫黄被毒から回復する制御、即ち硫黄被毒回復制御を行なう。この硫黄被毒回復制御は、第１排気管１５に排気ガスを排出する気筒３と第２排気管１６に排気ガスを排出する気筒３とで、燃焼させる混合気の燃料と空気との混合比を異ならせることにより行なう。
【００３９】
具体的には、例えば第１バンク６に設けられる気筒３に供給する燃料を噴射するインジェクタ１２は、吸気管１１内を流れる空気の量に対して噴射する燃料の量を少なめにして、第１バンク６に設けられる気筒３にはリーン空燃比の混合気を供給する。これに対し、第２バンク７に設けられる気筒３に供給する燃料を噴射するインジェクタ１２は、吸気管１１内を流れる空気の量に対して噴射する燃料を多めにして、第２バンク７に設けられる気筒３にはリッチ空燃比の混合気を供給する。
【００４０】
このように、第１バンク６に設けられる気筒と第２バンク７に設けられる気筒３とで、空気と燃料との混合比が異なった混合気を供給し、各気筒３内でこれらの混合気が燃焼した場合には、第１排気管１５と第２排気管１６とには、それぞれ成分が異なる排気ガスが排出される。このうち、第１排気管１５には、当該第１排気管１５が接続された気筒３に供給される混合気がリーン空燃比の混合気であるため、酸素の量が多い排気ガスが排出される。また、第２排気管１６には、当該第２排気管１６が接続された気筒３に供給される混合気がリッチ空燃比の混合気であるため、炭化水素の量が多い排気ガスが排出される。
【００４１】
また、硫黄被毒回復制御を行なう場合には、切替バルブ４０を閉じる。これにより、第１排気管１５内を流れる酸素の量が多い排気ガスは第１分岐管１７の方向には流れずに第１排気管１５を通って集合排気管２１の方向に流れ、第２排気管１６内を流れる炭化水素の量が多い排気ガスは第２分岐管１８の方向には流れずに第２排気管１６を通って集合排気管２１の方向に流れる。そして、これらの排気ガスは、集合排気管２１内で合流する。
【００４２】
この集合排気管２１には共通触媒３５が設けられているが、集合排気管２１内に第１排気管１５及び第２排気管１６から排気ガスが流れ、第１排気管１５からの排気ガスに含まれる酸素と、第２排気管１６からの排気ガスに含まれる炭化水素とが、共通触媒３５で酸化反応する。このように、排気ガスに含まれる酸素と炭化水素とが酸化反応すると、温度が上昇するので、この温度上昇に伴い共通触媒３５の温度も上昇する。この温度上昇によって共通触媒３５が硫黄を放出できる温度に達した場合には、共通触媒３５は硫黄を放出する。これにより、硫黄被毒から回復し、共通触媒３５は排気ガスの浄化能力が確保され、特に、窒素酸化物を除去する性能が確保される。
【００４３】
図２は、本発明の実施例に係る内燃機関の可変排気装置の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例に係る内燃機関１の可変排気装置１０の制御方法、即ち、当該可変排気装置１０の処理手順について詳細に説明する。内燃機関１の運転時には、インジェクタ１２から噴射する燃料の噴射量を検出する（ステップＳＴ１０１）。この燃料の噴射量の検出は、内燃機関１の運転時にインジェクタ１２から噴射する燃料の噴射量を、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する燃料噴射量検出部６２で検出し続ける。次に、燃料噴射量検出部６２で検出した燃料の噴射量より、燃料使用量積算値を算出する（ステップＳＴ１０２）。この燃料使用量積算値は、燃料噴射量検出部６２で検出したインジェクタ１２からの燃料の噴射量、即ち、内燃機関１の運転時に使用する燃料の使用量の積算値を、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する燃料使用量積算値算出部６３で算出する。
【００４４】
次に、燃料使用量積算値算出部６３で算出した燃料の使用量の積算値より、共通触媒３５が硫黄被毒しているかを判断する（ステップＳＴ１０３）。この硫黄被毒の判断は、燃料使用量積算値算出部６３で算出した燃料の使用量の積算値より、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する硫黄被毒判断部６４で、共通触媒３５が硫黄被毒しているかを判断する。即ち、内燃機関１に供給される燃料の量に基づいて、硫黄被毒判断部６４で、排気ガスに含まれる硫黄による共通触媒３５の被毒状態を判断する。詳しくは、当該可変排気装置１０が備えられる内燃機関１で使用される燃料の硫黄含有量を基に、燃料の使用量の積算値が所定の値に達した場合に、共通触媒３５が硫黄被毒していると、硫黄被毒判断部６４で判断する。
【００４５】
この判断により、共通触媒３５が硫黄被毒をしていると判断した場合には、硫黄被毒回復制御を開始する（ステップＳＴ１０４）。この硫黄被毒回復制御は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する硫黄被毒回復制御部６５で、内燃機関１に対して第１排気管１５に排気ガスを排出する気筒３と第２排気管１６に排気ガスを排出する気筒３とで排出する排気ガスの成分を異ならせることにより行なわれる。詳しくは、内燃機関１に対して第１排気管１５に排気ガスを排出する気筒３、即ち第１バンク６に設けられる気筒３と、第２排気管１６に排気ガスを排出する気筒３、即ち第２バンク７に設けられる気筒３とで、燃焼させる混合気の燃料と空気との混合比を異ならせることによって行なわれ、このように混合比が異なるように、硫黄被毒回復制御部６５でインジェクタ１２からの燃料の噴射量を調整する。
【００４６】
例えば、第１バンク６に設けられる気筒３にはリーン空燃比の混合気を供給し、第２バンク７に設けられる気筒３にはリッチ空燃比の混合気を供給できるように、硫黄被毒回復制御部６５はインジェクタ１２に指示する。つまり、インジェクタ１２からの燃料の噴射量は硫黄被毒回復制御部６５によって調整され、第１バンク６に設けられる気筒３と第２バンク７に設けられる気筒３とには、それぞれ混合比の異なる混合気が供給される。また、この判断により、共通触媒３５が硫黄被毒をしていないと判断した場合には、通常の処理手順に戻る。
【００４７】
次に、内燃機関１の運転状態が、切替バルブ４０を開く領域、即ち切替バルブ開領域であるかを判断する（ステップＳＴ１０５）。この判断は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する切替バルブ開閉領域判断部６６により行なわれ、内燃機関１運転時の回転数に基づいて判断される。つまり、内燃機関１運転時の回転数が所定の回転数よりも高い場合には、切替バルブ開閉領域判断部６６は、その運転状態が切替バルブ開領域であると判断し、内燃機関１運転時の回転数が所定の回転数よりも低い場合には、切替バルブ開閉領域判断部６６は、その運転状態が、切替バルブ４０を閉じる領域、即ち切替バルブ閉領域であると判断する。
【００４８】
この判断により、内燃機関１の運転状態が切替バルブ開領域であると判断された場合には、切替バルブ４０を閉じる（ステップＳＴ１０６）。即ち、内燃機関１の運転状態が切替バルブ開領域の場合には、切替バルブ４０は開いているので、切替制御部６７が切替バルブ４０に対して指示し、切替バルブ４０を閉じる。換言すると、切替制御部６７は切替バルブ４０を、第１分岐管１７と第２分岐管１８とが非連通になるように切り替える。このため、第１排気管１５に排出される排気ガスと第２排気管１６に排出される排気ガスとは、第１分岐管１７や第２分岐管１８の方向には流れず、第１排気管１５や第２排気管１６を通って集合排気管２１の方向に流れ、集合排気管２１内で合流する。
【００４９】
このように集合排気管２１内で排気ガスが合流すると、第１排気管１５からの排気ガスに含まれる酸素と、第２排気管１６からの排気ガスに含まれる炭化水素とが酸化反応する。また、共通触媒３５は、この集合排気管２１に設けられているため、排気ガスに含まれる酸素と炭化水素との酸化反応は共通触媒３５上で反応し、この酸化反応により共通触媒３５の温度は上昇する。このように、共通触媒３５の温度が上昇し、硫黄を放出できる温度に達すると、共通触媒３５は硫黄を放出する。これにより、共通触媒３５は硫黄被毒から回復し、排気ガスの浄化能力が確保され、窒素酸化物の除去能力が確保される。
【００５０】
また、内燃機関１の運転状態が、切替バルブ開領域ではないと判断された場合、つまり、切替バルブ閉領域であると判断された場合には、切替バルブ４０は既に閉じられた状態であるため、第１分岐管１７と第２分岐管１８とは、非連通になっている。このため、この場合も同様に、第１排気管１５を流れる排気ガスと第２排気管１６を流れる排気ガスとは集合排気管２１で合流し、排気ガスに含まれる酸素と炭化水素との酸化反応によって共通触媒３５は温度が上昇するので、共通触媒３５は硫黄被毒から回復する。
【００５１】
また、このように切替制御部６７は、内燃機関１の運転状態が切替バルブ開領域または切替バルブ開領域のいずれにおいても、硫黄被毒判断部６４が、共通触媒３５が硫黄に被毒していると判断した場合には、切替バルブ４０を第１分岐管１７と第２分岐管１８とを非連通に切り替えるように設けられている。
【００５２】
次に、硫黄被毒回復制御の回復時間が経過したかを判断する（ステップＳＴ１０７）。この硫黄被毒回復制御の回復時間は、ＥＣＵ６０の処理部６１が有する回復時間判断部６８によって判断される。回復時間判断部６８は、内燃機関１の運転状態や使用燃料などにより総合的に判断することにより、硫黄被毒回復制御を行なうことにより共通触媒３５が硫黄被毒から回復することができる時間を算出し、この時間が経過したかを判断する。なお、この回復時間は、１０分〜１時間程度であるのが好ましい。
【００５３】
回復時間判断部６８での判断により、硫黄被毒回復制御の回復時間が経過したと判断された場合には、硫黄被毒回復制御を終了する（ステップＳＴ１０８）。つまり、インジェクタ１２から噴射する燃料の噴射量を全て同じ量にし、第１バンク６に設けられる気筒３と第２バンク７に設けられる気筒３とに供給する混合気の混合比を、同じ混合比にする。
【００５４】
以上の内燃機関１の可変排気装置１０は、第１排気管１５から第１分岐管１７を分岐させ、第２排気管１６から第２分岐管１８を分岐させており、第１分岐管１７と第２分岐管１８とを切替バルブ４０に接続している。これらのように設けることにより、切替バルブ４０を切り替えて第１分岐管１７と第２分岐管１８とを非連通にした場合には、第１排気管１５と第２排気管１６とを流れる排気ガスは、集合排気管２１で合流するため、デュアル長は長くなる。これにより、内燃機関１運転時の低回転時における排気脈動効果を向上させることができる。また、切替バルブ４０を切り替えて第１分岐管１７と第２分岐管１８とを連通させた場合には、第１分岐管１７や第２分岐管１８を通った排気ガスが合流するので、デュアル長は短くなる。これにより、内燃機関１運転時の高回転時における排気脈動効果を向上させることができる。
【００５５】
また、ＥＣＵ６０が有する硫黄被毒判断部６４が、集合排気管２１に設けられる共通触媒３５が硫黄に被毒していると判断した場合には、第１分岐管１７と第２分岐管１８とを非連通にするように切替バルブ４０を、ＥＣＵ６０が有する切替制御部６７によって制御している。これにより、第１排気管１５を流れる排気ガスと第２排気管１６を流れる排気ガスとを、集合排気管２１で合流させることができ、これらの排気ガスによって、より確実に共通触媒３５の温度を上昇させることができるので、共通触媒３５が吸収した硫黄を放出することができる。この結果、内燃機関１の運転性能の向上を図ることができると共に、より確実に浄化手段である共通触媒３５の硫黄被毒回復を行なうことができる。
【００５６】
また、硫黄被毒判断部６４が、共通触媒３５が硫黄に被毒していると判断した場合には、第１排気管１５に排気ガスを排出する気筒３と第２排気管１６に排気ガスを排出する気筒３とで、燃焼させる混合気の混合比を異ならせている。このため、共通触媒３５の硫黄被毒回復を行なう際に、これらの排気ガスを集合排気管２１で合流させることにより、より確実に共通触媒３５の温度を上昇させることができる。即ち、混合比の異なる排気ガスを集合排気管２１で合流させることにより、リーン空燃比の混合気が燃焼した後の排気ガスに含まれる酸素と、リッチ空燃比の混合気が燃焼した後の排気ガスに含まれる炭化水素とが、集合排気管２１に設けられた共通触媒３５上で酸化反応するので、より確実に共通触媒３５の温度を上昇させることができる。この結果、より確実に共通触媒３５の硫黄被毒回復を行なうことができる。
【００５７】
また、硫黄被毒判断部６４は、内燃機関１に供給される燃料の量に基づいて共通触媒３５の硫黄の被毒状態を判断しているので、より正確に、且つ、容易に被毒状態を判断することができる。つまり、共通触媒３５が吸収する硫黄は、燃料に含まれているため、内燃機関１に供給される燃料の量、即ち、内燃機関１の運転時に使用する燃料の量に基づいて共通触媒３５の硫黄の被毒状態を判断することにより、より正確に判断することができる。また、共通触媒３５の硫黄の被毒状態を判断する際に、内燃機関１の運転中は常には排気ガスに晒されて高温になる共通触媒３５から直接検出するのではなく、内燃機関１に供給する燃料の量に基づいて判断しているので、容易に判断することができる。これらの結果、より確実に、且つ、容易に共通触媒３５の硫黄被毒回復を行なうことができる。
【００５８】
また、共通触媒３５を集合排気管２１に設けているので、より効率よく排気ガスを浄化できる。つまり、この共通触媒３５は、酸素量が比較的多い排気ガスに含まれる窒素酸化物の除去が可能なＮＯｘ触媒となっているが、ＮＯｘ触媒は、排気ガスの温度領域において、比較的低温域における浄化性能が優れている。このため、このＮＯｘ触媒である共通触媒３５を、第１排気管１５の下流側の端部と第２排気管１６の下流側の端部とに接続された集合排気管２１に設けることにより、放熱しながら第１排気管１５や第２排気管１６を通り、温度が低下した排気ガスを浄化することができるので、排気ガスを効率よく浄化できる。これにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物を、より確実に除去することができる。この結果、排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。
【００５９】
なお、上述した可変排気装置１０が備えられる内燃機関１は、６つの気筒３を有しているが、気筒３の数は６つ以外でもよい。また、上記内燃機関１は、Ｖ型の内燃機関１になっているが、気筒３の配列はＶ型以外でもよい。内燃機関１は、少なくとも複数の気筒３を有しており、硫黄被毒回復制御を行なう際には、複数の気筒３に供給される混合気の燃料と空気との混合比を異ならせて供給できるように設けられていればよい。
【００６０】
また、共通触媒３５の硫黄被毒回復制御を行なう際に、第１バンク６に設けられる気筒３にはリーン空燃比の混合気を供給し、第２バンク７に設けられる気筒３にはリッチ空燃比の混合気を供給しているが、これらは逆でもよい。即ち、第１バンク６に設けられる気筒３にはリッチ空燃比の混合気を供給し、第２バンク７に設けられる気筒３にはリーン空燃比の混合気を供給して共通触媒３５の硫黄被毒回復制御を行なってもよい。要は、共通触媒３５の硫黄被毒回復制御を行なう際には、第１排気管１５が接続される気筒３と第２排気管１６が接続される気筒３とに対して、混合比の異なる混合気を供給すればよい。これにより、第１排気管１５内を流れる排気ガスと第２排気管１６内を流れる排気ガスとの成分を異ならせることができるので、これらの排気ガスが集合排気管２１内で合流した際に、酸化反応によって温度を上昇させることができ、集合排気管２１内に設けられた共通触媒３５の温度を上昇させることができる。この結果、より確実に共通触媒３５の硫黄被毒回復を行なうことができる。
【００６１】
また、集合排気管２１内に設けられる共通触媒３５はＮＯｘ触媒となっているが、共通触媒３５はＮＯｘ触媒以外のものでもよい。集合排気管２１内に流れ込む排気ガスは、温度が低下しているため、集合排気管２１内に設けられる共通触媒３５は、第１排気管１５内に設けられる第１触媒３１や第２排気管１６内に設けられる第２触媒３２に比べて、温度が上昇し難くなっている。このため、燃料に含まれる硫黄は、共通触媒３５がＮＯｘ触媒以外の浄化手段であっても、付着し易くなる。従って、共通触媒３５がＮＯｘ触媒以外の浄化手段であっても、硫黄被毒が発生し易くなっているので、上述したように硫黄回復制御時に切替バルブ４０を閉じることにより、より確実に硫黄被毒回復を行なうことができる。
【００６２】
また、上述した可変排気装置１０の処理手順は、共通触媒３５が硫黄被毒しているかを判断し、共通触媒３５が硫黄被毒している場合には切替バルブ開閉領域がいずれの場合においても切替バルブ４０を閉じているが、硫黄被毒回復制御を優先させるのではなく、内燃機関１の運転状態を優先させてもよい。つまり、切替バルブ開閉領域が開領域である場合、即ち、内燃機関１が高回転で運転している場合には、硫黄被毒回復制御を行なわないようにしてもよい。硫黄被毒回復制御では切替バルブ４０を閉じるが、内燃機関１を高回転で運転している場合には硫黄被毒回復制御は行なわず、切替バルブ４０が確実に開くようにしてもよい。この場合、より確実に内燃機関１の高回転時における運転性能を確保することができる。従って、状況に応じて共通触媒３５の硫黄回復制御、または内燃機関１の高回転時における運転性能のいずれかを優先させて制御することにより、より所望の運転状態を得ることができる。この結果、より確実に内燃機関１の運転性能の向上と共通触媒３５の硫黄被毒回復とを両立させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明に係る内燃機関の可変排気装置は、排気ガスが複数の通路に分かれて流れる場合に有用であり、特に、排気ガスの通路中に浄化手段が設けられている場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の可変排気装置が設けられた内燃機関の概略図である。
【図２】本発明の実施例に係る内燃機関の可変排気装置の処理手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  内燃機関
３  気筒
５  バンク
６  第１バンク
７  第２バンク
１０  可変排気装置
１１  吸気管
１２  インジェクタ
１４  排気管
１５  第１排気管
１６  第２排気管
１７  第１分岐管
１８  第２分岐管
２１  集合排気管
３１  第１触媒
３２  第２触媒
３５  共通触媒
４０  切替バルブ
５１  第１排気成分センサ
５２  第２排気成分センサ
５５  共通排気成分センサ
６０  ＥＣＵ
６１  処理部
６２  燃料噴射量検出部
６３  燃料使用量積算値算出部
６４  硫黄被毒判断部
６５  硫黄被毒回復制御部
６６  切替バルブ開閉領域判断部
６７  切替制御部
６８  回復時間判断部
６９  記憶部
７０  入出力部
【図１】
0004595837.tif 000002
【図２】
0004595837.tif 000003