(57)【要約】【課題】燃焼空燃比を切り換えてリーン運転とストイキ運転とを実施する内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の複数の気筒群から排出される排気ガスが同じ特定三元触媒装置を通過する場合に燃焼空燃比が切り換えられる際に、三元触媒装置から流出するＮＯX量を抑制することである。【解決手段】特定三元触媒装置１０ａまでの経路長の短い気筒群１ａにおける燃焼空燃比の切り換えを、特定三元触媒装置までの経路長の長い気筒群１ｂの燃焼空燃比の切り換えより遅らせ、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して特定三元触媒装置へ流入する時間を短縮するか又は無くす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼空燃比を切り換えてリーン運転とストイキ運転とを実施する内燃機関の空燃比制御装置であって、前記内燃機関の複数の気筒群から排出される排気ガスが同じ特定三元触媒装置を通過する場合に燃焼空燃比を切り換える際には、前記特定三元触媒装置までの経路長の短い気筒群における燃焼空燃比の切り換えを、前記特定三元触媒装置までの経路長の長い気筒群の燃焼空燃比の切り換えより遅らせ、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して前記特定三元触媒装置へ流入する時間を短縮するか又は無くすことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、複数の気筒郡として、第１気筒郡と第２気筒郡とを有し、前記第１気筒群の排気通路にターボチャージャのタービンと前記タービンの下流側の第１三元触媒装置とが配置され、前記第２気筒群の排気通路には第２三元触媒装置が配置され、前記第１気筒群の排気通路の前記タービンの上流側と、前記第２気筒郡の前記第２三元触媒装置の上流側とが連通路により連通され、過給が必要な運転領域において、前記第２気筒郡の排気通路が閉鎖されることにより、前記第１気筒群の排気ガスと前記第２気筒郡の排気ガスとは、前記特定三元触媒装置として、前記第１気筒群の排気通路の前記第１三元触媒装置を通過することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、複数の気筒郡として、第１気筒郡と第２気筒郡とを有し、前記第１気筒群の排気通路にターボチャージャのタービンと前記タービンの下流側の第１三元触媒装置とが配置され、前記第２気筒群の排気通路には第２三元触媒装置が配置され、前記第１気筒群の排気通路の前記タービンの上流側と、前記第２気筒郡の前記第２三元触媒装置の上流側とが連通路により連通され、低負荷運転領域において、前記第１気筒郡の排気通路が閉鎖されることにより、前記第１気筒群の排気ガスと前記第２気筒郡の排気ガスとは、前記特定三元触媒装置として、前記第２気筒群の排気通路の前記第２三元触媒装置を通過することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記特定三元触媒装置までの経路長の短い前記気筒群における燃焼空燃比の切り換えを、前記特定三元触媒装置までの経路長の長い前記気筒群の燃焼空燃比の切り換えより遅らせることにより、リーン運転とストイキ運転とが同時に実施されている間は、ストイキ運転を実施する気筒郡において点火時期を遅角させて機関出力を低下させて、リーン運転を実施する気筒郡の機関出力との差を減少又は無くすことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
理論空燃比よりリーンな均質混合気を火花点火させる均質リーン燃焼を実施する内燃機関が公知である。このような内燃機関において、全ての機関運転状態において均質リーン燃焼を実施させることはできず、例えば、機関始動時及び機関高負荷時等には、理論空燃比の均質混合気を火花点火させる均質ストイキ燃焼が実施される。
【０００３】
このように燃焼空燃比が理論空燃比とリーン空燃比とに切り換えられる内燃機関において、機関排気系には、ストイキ運転時の排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、及びＮＯXを浄化するための三元触媒装置と、リーン運転時の排気ガス中のＮＯXを浄化するためのＮＯX触媒装置とが配置される。三元触媒装置は、機関始動時においてストイキ運転が実施されるために、容易に暖機されて早期に排気ガスの浄化を可能とすべく、機関本体近傍に配置されることが好ましく、少なくとも、ＮＯX触媒装置よりは上流側に配置される。
【０００４】
ところで、このような内燃機関がＶ型内燃機関である場合には、第１気筒郡の排気通路には第１三元触媒装置を配置し、第２気筒群の排気通路には第２三元触媒装置を配置し、機関排気系の各排気通路の合流部より下流側にＮＯX触媒装置を配置することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このようなＶ型内燃機関において、例えば、第１気筒群の排気通路だけにターボチャージャのタービンが配置されることがあり、この時には、効率を高めるために、タービンは第１三元触媒装置の上流側に配置される。このような場合において、良好な過給を実現するためには、第２気筒群の排気ガスもこのタービンを通過するようにしなければならず、そのためには、第１気筒群の排気通路のタービン上流側と、第２気筒群の排気通路の第２三元触媒装置の上流側とを連通路により連通すると共に、過給を必要とする運転領域において、第２気筒群の排気通路を制御弁により閉鎖することとなる。こうして、過給を必要とする運転領域において、第２気筒群の排気ガスも第１気筒群の排気通路に配置されたタービンを通過させることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６８６９０
【特許文献２】特開２００３−２０１８９２
【特許文献３】特開平８−１２１１５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、第２気筒群の排気ガスが第１気筒群の排気通路を通過する場合には、第１及び第２気筒群の排気ガスが混合して第１気筒郡の排気通路に配置された第１三元触媒装置を通過することとなる。このような場合において、第１及び第２気筒群において燃焼空燃比が切り換えられると、第１気筒郡から第１三元触媒装置までの経路長に比較して、第２気筒郡から第１三元触媒装置までの経路長は、連通路を含むために非常に長くなり、燃焼空燃比の切り換え当初において、第１気筒群の切り換え後の燃焼空燃比の排気ガスと、第２気筒群の切り換え前の燃焼空燃比の排気ガスとが混合して、第１三元触媒装置へ流入することがある。
【０００８】
リーン運転時のリーン空燃比は、気筒内でのＮＯX生成量が少ない設定リーン空燃比とされている。一方、ストイキ運転時においては、ＮＯX生成量は比較的多くなるが、排気ガス中には、ＮＯXに対応してＨＣ及びＣＯも含まれるために、三元触媒装置において、ＮＯXはＨＣ及びＣＯにより十分に還元浄化される。
【０００９】
しかしながら、リーン運転時の排気ガスとストイキ運転時の排気ガスとが混合して三元触媒装置へ流入すると、ストイキ運転の排気ガス中のＨＣ及びＣＯは、主に、リーン運転の排気ガス中に多量に含まれる酸素と反応してしまうために、ストイキ運転の排気ガス中に含まれるＮＯXを殆ど還元浄化することができない。それにより、ストイキ運転の排気ガス中に比較的多く含まれるＮＯXがリーン運転の排気ガス中に含まれるＮＯXと共に三元触媒装置から流出して、多量のＮＯXがＮＯX触媒装置へ流入することとなり、ＮＯX触媒装置においてＮＯXを十分に処理することができなくなる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、燃焼空燃比を切り換えてリーン運転とストイキ運転とを実施する内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の複数の気筒群から排出される排気ガスが同じ三元触媒装置を通過する場合に燃焼空燃比が切り換えられる際に、三元触媒装置から流出するＮＯX量を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、燃焼空燃比を切り換えてリーン運転とストイキ運転とを実施する内燃機関の空燃比制御装置であって、前記内燃機関の複数の気筒群から排出される排気ガスが同じ特定三元触媒装置を通過する場合に燃焼空燃比を切り換える際には、前記特定三元触媒装置までの経路長の短い気筒群における燃焼空燃比の切り換えを、前記特定三元触媒装置までの経路長の長い気筒群の燃焼空燃比の切り換えより遅らせ、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して前記特定三元触媒装置へ流入する時間を短縮するか又は無くすことを特徴とする。
【００１２】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記内燃機関は、複数の気筒郡として、第１気筒郡と第２気筒郡とを有し、前記第１気筒群の排気通路にターボチャージャのタービンと前記タービンの下流側の第１三元触媒装置とが配置され、前記第２気筒群の排気通路には第２三元触媒装置が配置され、前記第１気筒群の排気通路の前記タービンの上流側と、前記第２気筒郡の前記第２三元触媒装置の上流側とが連通路により連通され、過給が必要な運転領域において、前記第２気筒郡の排気通路が閉鎖されることにより、前記第１気筒群の排気ガスと前記第２気筒郡の排気ガスとは、前記特定三元触媒装置として、前記第１気筒群の排気通路の前記第１三元触媒装置を通過することを特徴とする。
【００１３】
本発明による請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記内燃機関は、複数の気筒郡として、第１気筒郡と第２気筒郡とを有し、前記第１気筒群の排気通路にターボチャージャのタービンと前記タービンの下流側の第１三元触媒装置とが配置され、前記第２気筒群の排気通路には第２三元触媒装置が配置され、前記第１気筒群の排気通路の前記タービンの上流側と、前記第２気筒郡の前記第２三元触媒装置の上流側とが連通路により連通され、低負荷運転領域において、前記第１気筒郡の排気通路が閉鎖されることにより、前記第１気筒群の排気ガスと前記第２気筒郡の排気ガスとは、前記特定三元触媒装置として、前記第２気筒群の排気通路の前記第２三元触媒装置を通過することを特徴とする。
【００１４】
本発明による請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記特定三元触媒装置までの経路長の短い前記気筒群における燃焼空燃比の切り換えを、前記特定三元触媒装置までの経路長の長い前記気筒群の燃焼空燃比の切り換えより遅らせることにより、リーン運転とストイキ運転とが同時に実施されている間は、ストイキ運転を実施する気筒郡において点火時期を遅角させて機関出力を低下させて、リーン運転を実施する気筒郡の機関出力との差を減少又は無くすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、内燃機関の複数の気筒群から排出される排気ガスが同じ特定三元触媒装置を通過する場合に燃焼空燃比を切り換える際には、特定三元触媒装置までの経路長の短い気筒群における燃焼空燃比の切り換えを、特定三元触媒装置までの経路長の長い気筒群の燃焼空燃比の切り換えより遅らせ、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して特定三元触媒装置へ流入する時間を短縮するか又は無くすようになっている。それにより、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して特定三元触媒装置へ流入すると多量のＮＯXが特定三元触媒装置から流出することとなるが、これを抑制することができる。
【００１６】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関は、複数の気筒郡として、第１気筒郡と第２気筒郡とを有し、第１気筒群の排気通路にターボチャージャのタービンとタービンの下流側の第１三元触媒装置とが配置され、第２気筒群の排気通路には第２三元触媒装置が配置され、第１気筒群の排気通路のタービンの上流側と、第２気筒郡の第２三元触媒装置の上流側とが連通路により連通され、過給が必要な運転領域において、第１気筒郡及び第２気筒郡の排気ガスがいずれもタービンを通過するように第２気筒郡の排気通路が閉鎖され、それにより、第１気筒群の排気ガスと第２気筒郡の排気ガスとは、同じ特定三元触媒装置として、第１気筒群の排気通路の第１三元触媒装置を通過する。この運転領域において燃焼空燃比が切り換えられる際に、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して第１三元触媒装置へ流入する時間を短縮するか又は無くすようにされ、第１三元触媒装置から多量のＮＯXが流出することを抑制している。
【００１７】
本発明による請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関は、複数の気筒郡として、第１気筒郡と第２気筒郡とを有し、第１気筒群の排気通路にターボチャージャのタービンとタービンの下流側の第１三元触媒装置とが配置され、第２気筒群の排気通路には第２三元触媒装置が配置され、第１気筒群の排気通路のタービンの上流側と、第２気筒郡の第２三元触媒装置の上流側とが連通路により連通され、低負荷運転領域において、第１気筒郡及び第２気筒郡の排気ガスがいずれもタービンを通過せずに第２三元触媒装置へ流入して第２三元触媒装置の温度上昇を促進し、又は、温度低下を抑制するように第１気筒郡の排気通路が閉鎖され、それにより、第１気筒群の排気ガスと第２気筒郡の排気ガスとは、同じ特定三元触媒装置として、第２気筒群の排気通路の第２三元触媒装置を通過する。この運転領域において燃焼空燃比が切り換えられる際に、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して第２三元触媒装置へ流入する時間を短縮するか又は無くすようにされ、第２三元触媒装置から多量のＮＯXが流出することを抑制している。
【００１８】
本発明による請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、特定三元触媒装置までの経路長の短い気筒群における燃焼空燃比の切り換えを、特定三元触媒装置までの経路長の長い気筒群の燃焼空燃比の切り換えより遅らせることにより、リーン運転とストイキ運転とが同時に実施されている間は、ストイキ運転を実施する気筒郡において点火時期を遅角させて機関出力を低下させて、リーン運転を実施する気筒郡の機関出力との差を減少又は無くすようになっており、それにより、リーン運転とストイキ運転とが同時に実施されている間の出力変動を抑制している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明による空燃比制御装置により制御される内燃機関を示す概略図である。内燃機関１は、例えば、第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂを有するＶ型内燃機関である。２は吸気通路であり、３は吸気通路２に配置されたエアフローメータである。吸気通路２のエアフローメータ３より上流側は、エアクリーナ（図示せず）を介して大気に開放している。吸気通路２のエアフローメータ３の下流側は、ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａを介してインタークーラ５へ通じ、インタークーラ５の下流側には、スロットル弁６が配置されている。スロットル弁６の下流側において、吸気通路２は二股に分岐して、第１バンク１ａの第１吸気マニホルド７ａと、第２バンク１ｂの第２吸気マニホルド７ｂとにそれぞれ接続される。
【００２０】
８ａは第１バンク１ａの第１排気マニホルドであり、第１排気マニホルド８ａには第１バンク側の第１排気通路９ａが接続される。第１排気通路９ａにはターボチャージャ４のタービ４ｂが配置され、タービン４ｂの下流側には、第１三元触媒装置１０ａが配置されている。また、第１排気通路９ａの第１三元触媒装置１０ａの下流側には、第１排気通路９ａを閉鎖可能な第１制御弁１１ａが配置されている。また、第１排気通路９ａには、タービン４ｂをバイパスするウェイストゲート通路（図示せず）が設けられ、ウェイストゲート通路に設けられたウェイストゲートバルブを制御することにより、タービン４ｂを通過する排気ガス量が調整されてコンプレッサ４ａによる過給圧が制御される。タービン４ｂの効率を高めるためには、より高温度の排気ガスが通過することが好ましく、それにより、タービン４ｂは第１三元触媒装置１０ａより上流側に配置されている。
【００２１】
一方、８ｂは第２バンク１ｂの第２排気マニホルドであり、第２排気マニホルド８ｂには第２バンク側の第２排気通路９ｂが接続される。第２排気通路９ｂには、第２三元触媒装置１０ｂが配置され、第２三元触媒装置１０ｂの下流側には、第２排気通路９ｂを閉鎖可能な第２制御弁１１ｂが配置されている。第１排気通路９ａの第１三元触媒装置１０ａと第１制御弁１１ａとの間、及び、第２排気通路９ｂの第２三元触媒装置１０ｂと第２制御弁１１ｂとの間には、それぞれ、空燃比センサ（図示せず）が配置されている。
【００２２】
第１制御弁１１ａ及び第２制御弁１１ｂの下流側において、第１排気通路９ａ及び第２排気通路９ｂは互いに合流し、この合流部１２の下流側には、ＮＯX触媒装置１３が配置される。ＮＯX触媒装置１３の下流側は、マフラ（図示せず）を介して大気に開放している。また、連通路１４によって、第１排気通路９ａのタービン４ｂの上流側と、第２排気通路９ｂの第２三元触媒装置１０ｂの上流側とは連通されている。
【００２３】
第１制御弁１１ａは、閉弁により第１排気通路９ａを閉鎖して、第１バンク１ａの排気ガスが連通路１４を介して第２排気通路９ｂを通過するようにするものであり、また、第２制御弁１１ｂは、閉弁により第２排気通路９ｂを閉鎖して、第２バンク１ｂの排気ガスが連通路１４を介して第１排気通路９ａを通過するようにするものである。それにより、第１制御弁１１ａ及び第２制御弁１１ｂのそれぞれは、第１排気通路９ａ及び第２排気通路９ｂにおいて、連通路１４が合流する位置より下流側に配置されていれば良い。
【００２４】
第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂを有する内燃機関１は、理論空燃比よりリーンな設定リーン空燃比の均質混合気を燃焼させる均質リーン燃焼を実施して、燃料消費を低減している。しかしながら、機関始動時においては、着火性を向上するために、理論空燃比（又は理論空燃比よりリッチなリッチ空燃比）の均質混合気を燃焼させる均質燃焼が実施される。また、均質リーン燃焼の運転領域を超えて機関負荷が高くなる時にも、理論空燃比（又はリッチ空燃比）の運転が実施され、この時には、第１制御弁１１ａ及び第２制御弁１１ｂは開弁され、第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂのそれぞれの排気ガスは、第１三元触媒装置１０ａ及び第２三元触媒装置１０ｂにより浄化される。
【００２５】
一方、機関始動時において、燃焼空燃比を理論空燃比とする均質ストイキ運転（以下、ストイキ運転）が実施される場合には、三元触媒装置を早期暖機して排気ガスの浄化開始を早めることが望ましい。第１三元触媒装置１０ａ及び第２三元触媒装置１０ｂは、機関本体近傍に配置されて比較的小さな熱容量を有するものであるが、機関始動時において、第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂの排気ガスを一方の三元触媒装置へ集中させることにより、この一方の三元触媒装置をより早く暖機させることができる。
【００２６】
本実施形態において、第１バンク側の第１排気通路９ａには、第１三元触媒装置１０ａの上流側にタービン４ｂが配置されているために、第１三元触媒装置１０ａへはタービン４ｂを通過して温度低下した排気ガスしか流入しない。それにより、機関始動時において、排気ガスの浄化開始を早めるためには、第１制御弁１１ａを閉弁して第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂの排気ガスが第２排気通路９ｂの第２三元触媒装置１０ｂへ集中して流れるようにし、第２三元触媒装置１０ｂを早期暖機して、第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂの排気ガスを浄化するようにしている。
【００２７】
本内燃機関は、ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａにより過給を実施することにより、第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂの各気筒へは多量の吸気を供給することができ、比較的多量の燃料によって前述の設定リーン空燃比の均質リーン運転（以下、リーン運転）が可能となるために、リーン運転の運転領域を高負荷側へ拡大することができる。ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａにより高い過給圧が必要とされる時には、第２バンク１ｂの排気ガスもタービン４ｂを通過するようにしなければならず、そのためには、第２制御弁１１ｂを閉弁して、第２バンク１ｂの排気ガスが連通路１４を介して第１排気通路９ａを通過するようにされる。
【００２８】
設定リーン空燃比は、ＮＯX生成量が比較的少なくなる空燃比に設定される。しかしながら、依然としてＮＯXが生成されるために、第１排気通路９ａと第２排気通路９ｂとの合流部の下流側には、排気ガスの空燃比がリーンである時にＮＯXを良好に吸蔵するＮＯX触媒装置１３が配置され、第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂの排気ガスは必ずＮＯX触媒装置１３を通過して、ＮＯXの大気放出量を抑制している。ＮＯX触媒装置１３のＮＯX吸蔵可能量は有限であり、吸蔵されたＮＯXがＮＯX吸蔵可能量に達する以前にＮＯX触媒装置１３からＮＯXを放出させて還元浄化する再生処理が必要となる。また、排気ガス中のＳＯXもＮＯXと同様にＮＯX触媒装置１３に吸蔵されるために、吸蔵されたＳＯXを放出させるための回復処理も必要である。再生処理及び回復処理のためには、排気ガスの空燃比をリッチすることが必要であり、また、回復処理に際しては、ＮＯX触媒装置１３を比較的高温にすることも必要とされる。
【００２９】
こうして、機関始動から例えば機関本体の暖機が完了するまでストイキ運転が実施され、その後に低負荷側のリーン運転に切り換えられる時には、第１制御弁１１ａを閉弁されたままとし、第１バンク１ａの排気ガスが第２排気通路９ｂを通過するようにして第２三元触媒装置１１ｂの温度低下を抑制することが好ましい。また、このストイキ運転から高負荷側のリーン運転に切り換えられる時には、第１制御弁１１ａを開弁させると共に第２制御弁１１ｂを閉弁させ、第２バンク１ｂの排気ガスが第１排気通路９ａを通過するようにして良好な過給を開始した後に、ストイキ運転からリーン運転に切り換えるようにすることが好ましい。また、機関負荷の増大に伴って、リーン運転からストイキ運転へ切り換えられる時には、第１制御弁１１ａに加えて第２制御弁１１ｂも開弁して、第１バンク１ａの排気ガスが第１排気通路９ａを通過し、第２バンク１ｂの排気ガスが第２排気通路９ｂを通過するようにしてストイキ運転を開始しても良いが、ストイキ運転から直ぐに高負荷側のリーン運転へ切り換えられることもあり、これに備えて過給圧を高く維持するために、第２制御弁１１ｂを閉弁したままストイキ運転を開始して、第二バンク１ｂの排気ガスが第１排気通路９ａを通過するようにしても良い。
【００３０】
このように、本実施形態において、第１制御弁１１ａ及び第２制御弁１１ｂの一方が閉弁されている時に、リーン運転及びストイキ運転の一方から他方へ運転が切り換えられることがある。この時に第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂの排気ガスが通過する三元触媒装置１０ａ又は１０ｂを特定三元触媒装置と称すると、第１バンク１ａから特定三元触媒装置までの経路長と、第２バンク１ｂから特定三元触媒装置までの経路長とは、一方に連通路１４の経路長が含まれるために、大きく異なるものとなる。
【００３１】
それにより、第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂにおいて、同時に運転が切り換えられると（例えば、リーン運転からストイキ運転へ）、経路長の短い方のバンクから排出された運転切り換え後（ストイキ運転）の排気ガスが特定三元触媒装置へ到達するまでは、特定三元触媒には、切り換え前の運転（リーン運転）の排気ガスしか流入しないが、その後、経路長の長い方のバンクから排出された運転切り換え後（ストイキ運転）の排気ガスが特定三元触媒装置へ流入するまでの間は、依然として連通路１４には、運転切り換え前（リーン運転）の排気ガスが存在するために、運転切り換え前後（リーン運転及びストイキ運転）の排気ガスが混合して特定三元触媒装置へ流入することとなる。その後は、切り換え後の運転（ストイキ運転）の排気ガスが特定三元触媒装置へ流入するようになる。
【００３２】
こうして、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して特定三元触媒装置へ流入すると、特定三元触媒装置において、ストイキ運転の排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯは、リーン運転の排気ガス中の酸素と反応し、ストイキ運転の排気ガス中に比較的多く含まれるＮＯXを十分に還元浄化することができないために、特定三元触媒装置からは、ストイキ運転の排気ガス中のＮＯXとリーン運転の排気ガス中のＮＯXとが流出し、多量のＮＯXがＮＯX触媒装置１３へ流入する。それにより、ＮＯX触媒装置１３において、ＮＯXの吸蔵が不十分となって大気中へのＮＯX放出量が増加することがある。
【００３３】
この問題を解決するために、本実施形態では、図２に示すフローチャートに従って運転を切り換えるようにしている。先ず、ステップ１０１において、フラグＦ(詳しくは後述される）が１であるか否かが判断される。この判断は、当初は否定されて、ステップ１０２へ進む。ステップ１０２において、運転切り換え要求があるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、ステップ１０３において、第１制御弁１１ａ及び第２制御弁１１ｂの両方が開弁しているかが判断される。この判断が肯定される時には、二つのバンクの排気ガスが同じ三元触媒装置へ流入することはないために前述の問題は発生せず、ステップ１０４において、第１バンク１ａ及び第２バンク１ｂにおいて、同時に運転を切り換えて終了する。運転切り換えは、吸気量及び燃料噴射量を切り換え後のリーン運転又はストイキ運転に対応して変化させると共に、点火時期もそれぞれの運転に適するように変化させることとなる。
【００３４】
一方、ステップ１０３の判断が否定される時には、ステップ１０５において、前述のフラグＦは１にセットされる。次いで、ステップ１０６において、第１制御弁１１ａ及び第２制御弁のうちの閉弁されている制御側のバンクの運転を切り換える。それにより、一方のバンクではストイキ運転が実施され、他方のバンクではリーン運転が実施されることとなるために、両バンクの機関出力の差を減少又は無くして機関振動を抑制するために、ステップ１０７において、ストイキ運転が実施されている一方のバンクの点火時期を現在のストイキ運転の最適点火時期より遅角して、このバンクの機関出力を低下させる。
【００３５】
次いで、ステップ１０８において、現在は、一方のバンクにおいてストイキ運転が実施され、他方のバンクにおいてリーン運転が実施されているために、リーン運転及びストイキ運転において、点火時期のノック限界制御（ノッキングが発生しない時には点火時期を徐々に進角し、ノッキングが発生すると点火時期を遅角してノッキングの発生を抑制し、各機関運転状態において、ノッキングが発生しない最も進角側の点火時期であるノック限界値を学習する制御）が実施されている場合には、それぞれの運転のノック限界値を正確に学習することが困難であるために、ノック限界制御自身を禁止するか又はノック限界値の更新を禁止する。
【００３６】
また、リーン運転及びストイキ運転において、キャニスタからの燃料パージが実施されている時には、リーン運転及びストイキ運転において所望パージ率が異なるために、燃料パージを禁止するか、又は、リーン運転の所望パージ率とし、空燃比の僅かなずれによってもＮＯX生成量が急増してしまうリーン運転において設定リーン空燃比が実現され易くする。
【００３７】
次いで、ステップ１０９において、第１制御弁１１ａ及び第２制御弁１１ｂのうちの閉弁されている制御側のバンクの運転を切り換えてからの経過時間ｔが設定時間ｔ’に達したか否かが判断される。この設定時間ｔ’は、運転切り換え時から運転切り換え後の排気ガスが連通路１４を通って運転を切り換えていないバンクにおける連通路１４と排気通路との合流部直前へ到達するまでの時間であり、切り換え後の運転の排気ガス量によって変化する。
【００３８】
ステップ１０９の判断が否定される時にはそのまま終了するが、フラグＦはステップ１０５において１にセットされているために、ステップ１０１の判断は肯定されて、再びステップ１０９の判断となる。これが繰り返されるとステップ１０９の判断は肯定され、ステップ１１０おいて、第１制御弁１１ａ及び第２制御弁１１ｂのうちの開弁されている制御側のバンクの運転を切り換える。それにより、運転切り換え後の両バンクの排気ガスは、ステップ１１０において運転を切り換えたバンクにおける連通路１４と排気通路との合流部へ同時に到達し、この排気通路に配置された特定三元触媒装置へ同時に流入する。
【００３９】
こうして、両バンクにおいて運転が切り換えられれば、ステップ１１１において、ステップ１０７において開始した一方のバンクにおけるストイキ運転の点火時期の遅角は解除される。この時に、両バンクの運転切り換えによって、一方のバンクのストイキ運転がリーン運転に切り換えられる場合には、両バンクにおいてリーン運転が実施されるために、点火時期の遅角が解除されたストイキ運転は実施されない。
【００４０】
次いで、ステップ１１２において、ステップ１０８において禁止したノック限界制御及び燃料パージの禁止が解除される。次いで、ステップ１１３において、次の運転切り換えに備えて、フラグＦは０にリセットされ、それにより、ステップ１０１の判断は再び否定されるようになる。
【００４１】
こうして、切り換え後の運転がストイキ運転であれば、両バンクのストイキ運転の排気ガスが同時に特定三元触媒装置へ流入し、排気ガス中のＮＯXは、特定三元触媒装置において排気ガス中のＨＣ及びＣＯにより良好に還元浄化される。また、それ以前においては、両バンクのリーン運転の排気ガスが特定三元触媒装置へ流入してＮＯXはそのまま流出するが、設定リーン空燃比のリーン運転において、ＮＯX生成量は少なく、多量のＮＯXがＮＯX触媒装置１３へ流入することはない。
【００４２】
また、切り換え後の運転がリーン運転であれば、両バンクのリーン運転の排気ガスが同時に特定三元触媒装置へ流入してＮＯXはそのまま流出するが、設定リーン空燃比のリーン運転において、ＮＯX生成量は少なく、多量のＮＯXがＮＯX触媒装置１３へ流入することはない。また、それ以前においては、両バンクのストイキ運転の排気ガスが特定三元触媒装置へ流入し、排気ガス中のＮＯXは、特定三元触媒装置において排気ガス中のＨＣ及びＣＯにより良好に還元浄化される。
【００４３】
本フローチャートにおいて、特定三元触媒装置までの経路長の短いバンクにおいては、運転切り換え、すなわち、燃焼空燃比の切り換えを設定時間ｔ’だけ遅らせるようにし、両バンクの運転切り換え後の排気ガスが同時に特定三元触媒装置へ流入するように、すなわち、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して特定三元触媒装置へ流入する時間を無くすようにしたが、もちろん、特定三元触媒装置までの経路長の短いバンクにおいて燃焼空燃比の切り換えを僅かでも遅らせて、リーン運転の排気ガスとストイキ運転の排気ガスとが混合して特定三元触媒装置へ流入する時間を短縮するようにすれば、特定三元触媒装置から流出するＮＯX量を低減することができる。
【００４４】
本実施形態においては、第１バンク及び第２バンクの排気ガスは常に同じ特定三元触媒装置を通過するものではないが、もちろん、機関排気系に一つの三元触媒装置しか設けられておらず、複数の気筒郡の排気ガスが常にこの三元触媒装置を通過し、一つの気筒群から三元触媒装置までの経路長と、他の気筒群から三元触媒装置までの経路長とが異なっていれば、本願発明を適用することができる。ここで、複数の気筒群は、Ｖ型内燃機関の第１バンク及び第２バンクの二つのバンクに限定されることはなく、直列型内燃機関においても、それぞれに排気マニホルドが接続された第１気筒群及び第２気筒群でも良く、また、さらに多数の気筒群であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による空燃比制御装置により制御される内燃機関を示す概略図である。
【図２】燃焼空燃比の切り換えのためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１    機関本体
１ａ    第１バンク
１ｂ    第２バンク
４    ターボチャージャ
４ａ    コンプレッサ
４ｂ    タービン
９ａ    第１排気経路
９ｂ    第２排気経路
１０ａ    第１三元触媒装置
１０ｂ    第２三元触媒装置
１１ａ    第１制御弁
１１ｂ    第２制御弁
１３    ＮＯX触媒装置
【図１】
2007231792.tif 000003
【図２】
2007231792.tif 000004