(57)【要約】【課題】内燃機関の複数の気筒群からの排気を浄化する排気浄化システムにおいて、内燃機関の冷間始動時に、排気浄化システム内の触媒をより早期に活性化できる技術を提供する。【解決手段】各気筒群からの排気通路（１，５１）を複数に分岐させて（２ａ，２ｂ，５２ａ、５２ｂ）、内燃機関の冷間始動時においては、分岐された複数の排気通路の一部（２ｂ、５２ｂ）について排気の流通量を減少させ、排気全体としての外部への放熱量を減少させることにより、排気浄化装置（４，５４）に導入される排気の温度を高温に維持する。【選択図】図１
2007032544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の複数の気筒群から排出される排気が通過する排気通路と、
前記排気通路に設けられ、前記排気を浄化する一または複数の排気浄化装置と、
を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記排気通路は、
前記複数の気筒群の各々に接続され、該各気筒群から排出される排気が通過する前記気筒群の数と同数の気筒群直結排気通路と、
前記気筒群直結排気通路が分岐することにより、該気筒群直結排気通路の各々に対して同数ずつ形成された気筒群毎分岐通路と、
前記気筒群直結排気通路の各々から分岐した複数の前記気筒群毎分岐通路のうちの１本ずつを、全ての前記気筒群直結排気通路について合流させることにより、一の気筒群に対して形成された気筒群毎分岐通路の数と同数形成された混合排気通路と、
前記混合排気通路の全てが合流することにより形成された合流混合排気通路と、
前記混合排気通路の少なくとも一に設けられ、該混合排気通路を通過する排気の量を制御する排気量制御手段と、
を有し、
前記合流混合排気通路を通過する排気が前記排気浄化装置に導入され、
前記内燃機関の冷間始動開始後の所定期間に亘り、前記排気量制御手段が前記混合排気通路の少なくとも一を通過する排気の量を低減させることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記内燃機関の冷間始動開始後における積算吸入空気量または積算燃料噴射量を推定し、
前記所定期間を、冷間始動開始から該積算吸入空気量または積算燃料噴射量の推定値が所定値を超えるまでの期間とし、
前記内燃機関の冷間始動開始から前記所定期間が経過した後に、前記排気量制御手段が前記混合排気通路を通過する排気の量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記排気量制御手段は、前記混合排気通路の少なくとも一に設けられた排気絞り弁であり、該排気絞り弁が開閉することにより前記混合排気通路の少なくとも一を通過する排気の量を増加または減少させ、
前記排気浄化装置の上流側および／または下流側に、加熱により活性化された状態で排気の空燃比を検出可能な空燃比センサをさらに備え、
前記所定期間中に前記排気絞り弁が開弁する際には前記空燃比センサの加熱を停止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排気浄化システム。
【請求項４】
前記所定期間中に前記排気絞り弁が開弁する際には、前記加熱が停止してから所定の遅れ時間経過後に、排気絞り弁が開弁することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記所定期間の少なくとも一部において、前記排気絞り弁を開弁するとともに前記加熱を停止する動作と、前記排気絞り弁を閉弁するとともに前記加熱を開始する動作とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記排気浄化装置の上流側及び下流側に空燃比センサを備え、
前記排気浄化装置の上流側の空燃比センサの加熱を停止する場合には、前記排気浄化装置の下流側の空燃比センサの出力を用いて前記内燃機関の空燃比制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記上流側の空燃比センサの加熱を停止中に前記排気絞り弁が設けられた前記混合排気通路の温度が露点温度以上になった場合には、前記排気浄化装置の上流側の空燃比センサの加熱を開始するとともに、前記排気浄化装置の上流側の空燃比センサの出力を用いて前記内燃機関の空燃比制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記排気量制御手段は、前記混合排気通路の少なくとも一に設けられた排気絞り弁であり、該排気絞り弁が開閉することにより前記混合排気通路を通過する排気の量を増加または減少させ、
前記排気浄化装置の上流側および／または下流側に、加熱により活性化された状態で排気の空燃比を検出可能な空燃比センサをさらに備え、
前記所定期間における前記内燃機関の冷間始動開始直後には、前記排気絞り弁を開弁させるとともに、前記空燃比センサの加熱は停止させ、
前記所定期間中において前記排気絞り弁が設けられた混合排気通路の温度が露点温度以上になった場合に、前記排気浄化装置の上流側の空燃比センサの加熱を行うとともに、前記排気絞り弁を閉弁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排気浄化システム。
【請求項９】
前記複数の気筒群の各々は、前記内燃機関に設けられた複数のバンクの各々を形成することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を
低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を含む排気浄化装置を設けることが知られている。
【０００３】
ここで、ＮＯx触媒を含む排気浄化装置は、その温度が触媒の活性化温度以上に維持さ
れた状態で排気中のＮＯxを浄化することが可能となる。従って、内燃機関の冷間始動時
においては、排気浄化装置の温度が触媒の活性化温度に達しておらず、充分に排気中のＮＯxを浄化することが困難となり、エミッションが悪化する場合がある。そのため、内燃
機関の冷間始動時においては、排気浄化触媒の温度を早期に上昇させて触媒の活性化温度以上とし、排気中のＮＯxを浄化可能な状態にする必要がある。
【０００４】
一方、上述のような排気浄化装置に関して、内燃機関が複数の気筒群を有する場合には、複数の気筒群からの排気が合流した合流点より下流にデュアル構成の排気浄化装置を配置する構成が公知である（例えば、特許文献１参照。）。このような排気浄化システムにおいても、冷間始動時においては、デュアル構成の排気浄化装置の温度を早期に上昇させる必要があった。
【特許文献１】特開２００２−３６４３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的とするところは、内燃機関の複数の気筒群からの排気を浄化する排気浄化システムにおいて、内燃機関の冷間始動時に、排気浄化システム内の触媒をより早期に活性化できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、各気筒群からの排気通路を複数に分岐させて、内燃機関の冷間始動時においては、分岐された複数の排気通路の一部について排気の流通量を減少させ、排気全体としての外部への放熱量を減少させることにより、排気浄化装置に導入される排気の温度を高温に維持することを最大の特徴とする。
【０００７】
より詳しくは、内燃機関の複数の気筒群から排出される排気が通過する排気通路と、
前記排気通路に設けられ、前記排気を浄化する一または複数の排気浄化装置と、
を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記排気通路は、
前記複数の気筒群の各々に接続され、該各気筒群から排出される排気が通過する前記気筒群の数と同数の気筒群直結排気通路と、
前記気筒群直結排気通路が分岐することにより、該気筒群直結排気通路の各々に対して同数ずつ形成された気筒群毎分岐通路と、
前記気筒群直結排気通路の各々から分岐した複数の気筒群毎分岐通路のうちの１本ずつを、全ての前記気筒群直結排気通路について合流させることにより、一の気筒群に対して形成された気筒群毎分岐通路の数と同数形成された混合排気通路と、
前記混合排気通路の全てが合流することにより形成された合流混合排気通路と、
前記混合排気通路の少なくとも一に設けられ、該混合排気通路を通過する排気の量を制
御する排気量制御手段と、
を有し、
前記合流混合排気通路を通過する排気が前記排気浄化装置に導入され、
前記内燃機関の冷間始動開始後の所定期間に亘り、前記排気量制御手段が前記混合排気通路の少なくとも一を通過する排気の量を低減させることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、内燃機関の各気筒群から排出された排気を分岐して複数の気筒群毎分岐通路を通過させ、内燃機関の冷間始動時には、一部の気筒群毎分岐通路を通過する排気については、排気量制御手段によって排気の量を低減させる。これにより、内燃機関からの排気は、排気量制御手段が設けられていない気筒群毎分岐通路を集中的に通過することとなる。
【０００９】
そうすれば、内燃機関からの排気全体で見ると、気筒群毎分岐通路を通過する際に外部と接する面の表面積を相対的に小さくすることができる。その結果、内燃機関からの排気全体としての外部への放熱量を低減することができ、相対的に排気浄化装置に導入される排気の温度を上昇させることができる。従って、内燃機関の冷間始動時にも早期に排気浄化装置の温度を上昇させることができ、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１０】
ここで所定期間とは、この期間に亘り排気量制御手段によって前記混合排気通路の少なくとも一を通過する排気の量を低減させることにより、充分早期に排気浄化装置を高温にできると判断される期間であり、事前に一定値として実験的に求められた値を用いてもよいし、内燃機関の初期水温や運転状態によって異なった値を選択するようにしてもよい。あるいは前記所定期間は、排気浄化装置の暖機が終了するまでの期間とし、それまでの間、前記混合排気通路の少なくとも一を通過する排気の量を低減させ続けるようにしてもよい。
【００１１】
またここで排気量制御手段としては、例えば排気絞り弁、三方弁などの弁装置の他、シャッター装置などを例示することができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記内燃機関の冷間始動開始後における積算吸入空気量または積算燃料噴射量を推定し、
前記所定期間を、冷間始動開始から該積算吸入空気量または積算燃料噴射量の推定値が所定値を超えるまでの期間とし、
前記内燃機関の冷間始動開始から前記所定期間が経過した後に、前記排気量制御手段が前記混合排気通路を通過する排気の量を増加させるようにしてもよい。
【００１３】
ここで、内燃機関の冷間始動開始後における積算吸入空気量を推定するようにした場合には、前記所定値とは、内燃機関の冷間始動開始後これだけの空気を吸入した際には、充分に排気浄化装置が昇温し、暖機が完了したと判断できる閾値としての積算吸入空気量である。一方、同様に積算燃料噴射量を推定するようにした場合には、前記所定値とは、内燃機関の冷間始動開始後、これだけの燃料を噴射した際には、充分に排気浄化装置が昇温し、暖機が完了したと判断できる閾値としての積算燃料噴射量である。
【００１４】
すなわち、上記によれば、排気浄化装置の温度が充分に上昇するまでの期間、前記排気量制御手段が、該排気制御手段が設けられた前記混合排気通路を通過する排気の量を低減させ続ける。従って、排気浄化装置を効率的に昇温することができる。また、不必要に長い期間、排気量制御手段が混合排気通路を通過する排気の量を低減させないので、内燃機関の排気の流量を不必要に制限せず、内燃機関がとりうる運転状態や出力が制限されることを抑制できる。
【００１５】
また、本発明においては、前記排気量制御手段は、前記混合排気通路の少なくとも一に設けられた排気絞り弁であり、該排気絞り弁が開閉することにより前記混合排気通路の少なくとも一を通過する排気の量を増加または減少させ、
前記排気浄化装置の上流側および／または下流側に、加熱により活性化された状態で排気の空燃比を検出可能な空燃比センサをさらに備え、
前記所定期間中に前記排気絞り弁が開弁する際には前記空燃比センサの加熱を停止するようにしてもよい。
【００１６】
ここで、排気浄化装置において効率的にＮＯxの浄化を図るためには、内燃機関からの
排気の空燃比を精度よく制御することが望ましい。そのために本発明においては、前記排気浄化装置の上流側および／または下流側に、加熱により活性化された状態で排気の空燃比を検出可能な空燃比センサをさらに備える。また、前記排気量制御手段は、前記混合排気通路の少なくとも一に設けられた排気絞り弁とし、該排気絞り弁の開閉により、混合排気通路を通過する排気の量を制御する。
【００１７】
このような場合、排気の昇温効果のみを考慮すると、理想的には内燃機関の冷間始動時の前記所定期間の全期間において排気絞り弁を閉弁するようにし、前記所定期間の経過後に排気絞り弁を開弁するようにするのがよい。しかし、その場合には、排気絞り弁を閉弁している期間中に、排気絞り弁で堰き止められた排気が冷却されて混合排気通路に凝縮水が発生する場合がある。そのような凝縮水が存在する状態で排気絞り弁を開弁すると、流通を開始した排気によって凝縮水が下流側に飛散して空燃比センサに付着し、その際の熱衝撃によって空燃比センサが破損する場合があった。
【００１８】
これに対し、本発明においては、前記排気絞り弁が開弁する際には前記空燃比センサの加熱を停止するようにしたので、凝縮水が下流側に飛散する時点では空燃比センサの温度は低下している。従って、凝縮水が付着した際の熱衝撃による空燃比センサの破損を抑制できる。
【００１９】
また、この際には、空燃比センサの加熱の停止後、所定の遅れ時間の経過後に排気絞り弁が開弁するようにしてもよい。そうすれば、排気絞り弁が開弁した時点でより確実に空燃比センサの温度を低下させることができ、より確実に空燃比センサの熱衝撃による破損を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明においては、前記所定期間の少なくとも一部において、前記排気絞り弁を開弁するとともに前記加熱を停止する動作と、前記排気絞り弁を閉弁するとともに前記加熱を開始する動作とを交互に繰り返すようにしてもよい。
【００２１】
そうすれば、前記所定期間中にも少しずつ前記排気絞り弁が設けられた混合排気通路に排気を流すことができ、前記排気絞り弁付近における前記混合排気通路の温度を上昇させることができる。そうすれば、前記所定期間中にも、前記排気絞り弁付近における前記混合排気通路の温度を露点温度付近またはそれ以上にすることができる。その結果、排気絞り弁を開弁する際の凝縮水の空燃比センサへの付着を、より確実に抑制することができる。
【００２２】
また、本発明においては、前記排気浄化装置の上流側及び下流側に空燃比センサを備え、
前記排気浄化装置の上流側の空燃比センサの加熱を停止する場合には、前記排気浄化装置の下流側の空燃比センサの出力を用いて前記内燃機関の空燃比制御を行うようにしてもよい。
【００２３】
すなわち、排気浄化装置の上流側の空燃比センサに対する加熱を停止している状態では、排気浄化装置に導入される排気の空燃比を正確に検出することができない。従って、この状態においては、排気浄化装置の下流側の空燃比センサの出力を用いて内燃機関における排気の空燃比の制御を行う。ここで、排気浄化装置の下流側には前述の凝縮水が飛散しづらいので、排気浄化装置の下流側の空燃比センサの加熱は、前記排気絞り弁の開閉に係らず継続することがきる。
【００２４】
これにより、前記排気絞り弁の開閉状態にかかわらず内燃機関の空燃比の制御を継続することができ、内燃機関のエミッションの悪化を抑制することができる。
【００２５】
また、本発明においては、前記上流側の空燃比センサの加熱を停止中に前記排気絞り弁が設けられた前記混合排気通路の温度が露点温度以上になった場合には、前記排気浄化装置の上流側の空燃比センサの加熱を開始するとともに、前記排気浄化装置の上流側の空燃比センサの出力を用いて前記内燃機関の空燃比制御を行うようにしてもよい。
【００２６】
すなわち、前記排気絞り弁が設けられた混合排気通路の温度が露点温度以上になった場合には、排気絞り弁の開閉状態に係らず、排気浄化装置の上流側の空燃比センサを加熱しても、凝縮水自体が存在しないため空燃比センサの破損が発生しない。一方、内燃機関の空燃比制御の観点からは、より空燃比の変化に対する検出遅れが少ない排気浄化装置の上流側の空燃比センサの出力を用いて空燃比制御をすることが望ましい。
【００２７】
従って、前記上流側の空燃比センサの加熱を停止中であっても、前記排気絞り弁が設けられた混合排気通路の温度が露点温度以上になった場合には、排気浄化装置の上流側の空燃比センサの加熱を開始するとともに、排気浄化装置の上流側の空燃比センサの出力を用いて内燃機関の空燃比制御を行うようにしてもよい。そうすれば、凝縮水の存在しない状況においては、前記上流側の空燃比センサを優先的に用いて空燃比制御を行うことができ、空燃比の制御をより正確に行うことができる。
【００２８】
また、本発明においては、前記排気量制御手段は、前記混合排気通路の少なくとも一に設けられた排気絞り弁であり、該排気絞り弁が開閉することにより前記混合排気通路を通過する排気の量を増加または減少させ、
前記排気浄化装置の上流側および／または下流側に、加熱により活性化された状態で排気の空燃比を検出可能な空燃比センサをさらに備え、
前記所定期間における前記内燃機関の冷間始動開始直後には、前記排気絞り弁を開弁させるとともに、前記空燃比センサの加熱は停止させ、
前記所定期間中において前記排気絞り弁が設けられた混合排気通路の温度が露点温度以上になった場合に、前記上流側空燃比センサの加熱を行うとともに、前記排気絞り弁を閉弁するようにしてもよい。
【００２９】
そうすれば、混合排気通路の温度が露点温度以上になってから上流側空燃比センサの加熱を行うので、凝縮水が上流側ヒータに付着することをより確実に抑制することができる。
【００３０】
また、本発明においては、前記複数の気筒群の各々は、前記内燃機関に設けられた複数のバンクの各々を形成するようにしてもよい。そうすれば、例えばＶ型内燃機関における各々のバンクからの排気に対し、上記発明を好適に適用することができる。
【００３１】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明にあっては、内燃機関の複数の気筒群からの排気を浄化する排気浄化システムにおいて、内燃機関の冷間始動時に、排気浄化システム内の触媒をより早期に活性化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本実施例に係る排気浄化システムの概略構成を示す図である。図１においては、右バンクと左バンクの２つのバンクを備えた例えばＶ型内燃機関に係る排気浄化システムを想定している。図１における右初段排気浄化装置１０には図示しない右バンクからの排気が流入し、冷間時における排気の浄化を行う。同様に、左初段排気浄化装置５０には図示しない左バンクからの排気が流入し、冷間時における排気の浄化を行う。また、図１における右排気管１には右初段排気浄化装置１０を通過した排気が流入する。また、左排気管５１には、左初段排気浄化装置５０を通過した排気が流入する。右排気管１は途中で２つの右分岐管２ａ、２ｂに分岐し、同様に左分岐管５１は２つの左分岐管５２ａ、５２ｂに分岐する。
【００３５】
ここで、右排気管１及び左排気管５１は気筒群直結排気通路に相当する。右分岐管２ａ、２ｂ及び左分岐管５２ａ、５２ｂは気筒群毎分岐通路に相当する。
【００３６】
上記の排気浄化システムのより下流側においては、右分岐管２ａ及び左分岐管５２ａが合流して右混合管３を形成する。一方、右分岐管２ｂ及び左分岐管５２ｂが合流して左混合管５３を形成する。そして、さらに下流側においては右混合管３及び左混合管５３が一旦合流されて合流混合管５が形成されている。そして、合流混合管５が再度分岐された右第２混合管６、左第２混合管５６に対して、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４が設けられている。ここで右混合管３及び左混合管５３は混合排気通路に相当する。合流混合管５は合流混合排気通路に相当する。
【００３７】
本実施例における右初段排気浄化装置１０、左初段排気浄化装置５０は三元触媒を含んでいる。ここで三元触媒は、理論空燃比付近で燃焼させた排気中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯxを
、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ及びＮ2にする触媒であり、例えばＰｔとＲｈの混合物、又はＰｔとＰｄ
とＲｈの混合物をアルミナに担持させたものとして使用することができる。
【００３８】
一方、本実施例における右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４は、吸蔵還元型ＮＯx触媒を含んでいる。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、アルミナを担体とし、その担体上にＫ、Ｎａ、Ｌｉなどのアルカリ金属とＢａ、Ｃａなどのアルカリ土類金属と、Ｌａ、Ｙなどの希土類とから選択された少なくとも一つと、Ｐｔなどの貴金属とを担持して構成されている。
【００３９】
また、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の上流側である合流混合管５には、ヒータへの通電によって加熱され、内部のセンサ素子が活性化した状態において酸素濃度の検出が可能な上流側Ｏ２センサ８が備えられている。同様に、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の下流側の合流部分には下流側Ｏ２センサ９が備えられている。さらに、左混合管５３には、開閉動作によって左混合管５３を通過する排気の量を制御する排気絞り弁７が備えられている。ここで上流側センサ８、下流側センサ９は空燃比センサに、排気絞り弁７は排気量制御手段に相当する。
【００４０】
なお、本排気浄化システムにおいては、右前段排気浄化装置１０及び左前段排気浄化装置５０近傍に図示しないＡ／Ｆセンサが備えられている。右バンク及び左バンクからの排気の空燃比は、このＡ／Ｆセンサの出力を用いたメインフィードバック制御と、上記上流側Ｏ２センサ８または下流側Ｏ２センサ９の出力を用いたサブフィードバック制御とによって制御されている。
【００４１】
ここで、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４において効率よくＮＯxを吸蔵
することが可能な温度範囲は、略３５０℃〜４５０℃とされている。これに対し、内燃機関の冷間始動時においては、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の温度が上記温度範囲より低いため、ＮＯxの浄化効率が低下しエミッションが悪化する場合があった
。
【００４２】
そこで本実施例では、内燃機関の冷間始動の開始後の、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４のＮＯx浄化効率が低い状態においては、排気絞り弁７を閉弁することと
した。そうすれば、右分岐管２ｂ及び左分岐管５２ｂを排気が通過できなくなり、それらを通過するはずであった排気が、右分岐管２ａ及び左分岐管５２ａを集中的に通過することとなる。そうすれば、内燃機関からの排気全体が通過する排気通路の表面積が小さくなり、排気通路の外部に放出される排気熱が減少する。その結果、排気の温度を高温のまま維持することができ、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の温度を早期に上昇させることができる。
【００４３】
図２は、上述した排気浄化システムの冷間始動時における制御について示したタイムチャートである。上側に示すのは内燃機関の始動開始前後における触媒暖機完了フラグの変化、下側に示すのは排気絞り弁７の開閉動作である。ここで触媒暖機完了フラグとは、内燃機関の始動開始後における積算吸入空気量が暖機完了空気量に達した場合にＯＮされるフラグである。また暖機完了空気量とは、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の温度が充分に上昇しており、充分な排気浄化効率が得られると判断できる吸入空気量の積算値であり、予め実験的に求められる。なお、暖機完了空気量は内燃機関の冷間始動開始後における積算吸入空気量を推定するようにした場合の所定値に相当する。
【００４４】
図２中の時点ｔ１において内燃機関の始動が開始されるとする。その時点で排気絞り弁７は閉弁する。また、その時点から、内燃機関の積算吸気量の検出が開始される。そして時点ｔ２において触媒暖機完了フラグがＯＮしたとすると、その時点において排気絞り弁７が開弁する。
【００４５】
本実施例によれば、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の温度が充分に上昇しており、充分な排気浄化効率が得られるようになるまでは、排気絞り弁７を閉弁する。従って、内燃機関からの排気が通過する通路を、右分岐管２ａ、２ｂ及び左分岐管５２ａ、５２ｂのうち右分岐管２ａ及び左分岐管５２ａに集中させることができる。そうすると、排気から各分岐管の外部への熱放出量を相対的に低減することができ、排気を高温に維持することができる。結果として、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の温度を効率的に上昇させることができる。なお、本実施例において時点ｔ１から時点ｔ２までの期間、すなわち内燃機関の冷間始動の開始から触媒暖機完了フラグがＯＮするまでの期間が所定期間に相当する。
【実施例２】
【００４６】
次に本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、内燃機関の冷間始動時において、排気浄化装置の暖機を促進するとともにＯ２センサの被水による破損を予防する例について説明する。
【００４７】
図３は本実施例に係る排気浄化システムの冷間始動時における制御について示したタイムチャートである。
【００４８】
図３においては、時点ｔ３において内燃機関の始動が開始されたとする。そうすると実施例１と同様、排気絞り弁７が閉弁するとともに積算吸入空気量の検出が開始される。さらに、本実施例においては、アクセルの踏み込み量を推定するために、吸入空気量の検出が開始される。なお、本実施例においては、検出された吸入空気量が閉弁限界空気量を超えると、排気絞り弁開弁フラグがＯＮされるようになっている。閉弁限界空気量とは、吸入空気量がこの値を超えると排気絞り弁７を閉弁した状態では内燃機関の出力が制限され、または排気が高温になり過ぎると判断される吸入空気量の値であり、予め実験的に求められる。
【００４９】
次に時点ｔ４において上流側Ｏ２センサ８のセンサ素子を加熱するためのヒータへの通電がＯＮされる。これにより上流側Ｏ２センサ８のセンサ素子が活性化され酸素濃度の検出が可能となる。
【００５０】
次に、時点ｔ５において、アクセルが急激に踏み込まれることにより排気絞り弁開弁フラグがＯＮしたとする。この場合には、排気絞り弁７が閉弁した状態のままだと上述のような不具合が生じるおそれがあるので、排気絞り弁７を開弁する。
【００５１】
但し、本実施例においては、排気絞り弁開弁フラグがＯＮしても直ちに排気絞り弁７を開弁しない。まず、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦする。そして、時間遅れΔｔを設けた後、上流側Ｏ２センサ８の温度が充分に低下してから排気絞り弁７を開弁する。次に、時点ｔ６において排気絞り弁開弁フラグがＯＦＦした際には、排気絞り弁７を閉弁すると同時に上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＮする。なお、ここでいうΔｔは、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦしてから、上流側Ｏ２センサ８の温度が充分に低下するのに必要な時間であり、所定の遅れ時間に相当する。
【００５２】
次にｔ７において触媒暖機完了フラグがＯＮした場合には、実施例１と同様排気絞り弁７を開弁する。なお触媒暖機完了フラグがＯＮした時点では、左混合管５３における排気絞り弁７近傍の温度が既に高温であることにより、あるいはこれ以前に排気絞り弁７が開閉動作をしたことにより、凝縮水は殆ど存在していないと判断できる。従って、この時点では上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電はＯＦＦしないこととしている。
【００５３】
このように、本実施例においては、触媒暖気完了フラグがＯＦＦしている間に排気絞り弁７を開弁させる場合には必ず上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦすることとしている。従って、左混合管５３に溜まった凝縮水が排気絞り弁７の開弁に伴って飛散し、上流側Ｏ２センサ８に付着したとしても、上流側Ｏ２センサ８が破損することを抑制できる。
【００５４】
次に、本実施例における排気絞り弁７の開閉及び上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電の制御に関わる他の態様について説明する。
【００５５】
本態様においては、触媒暖機完了フラグかＯＦＦしている間に、排気絞り弁７を開弁するとともに上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦする動作と、排気絞り弁７を閉弁するとともに上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＮする動作とを繰り返し実行する制御について説明する。
【００５６】
図４は本態様に係る排気浄化システムの冷間始動時における制御について示したタイムチャートである。図４中の時点ｔ８において、内燃機関の始動が開始するとする。次に時
点ｔ９において上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＮする。そして時点ｔ１０において、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦするとともに、時間遅れΔｔの後排気絞り弁７を開弁する。次に、時点ｔ１１においては、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＮするとともに排気絞り弁７を閉弁する。さらに時点ｔ１２においては、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦするとともに、時間遅れΔｔの後排気絞り弁７を開弁する。
【００５７】
そして、時点ｔ１３において触媒暖機完了フラグがＯＮした際には、左混合管５３の排気絞り弁７近傍には既に凝縮水は存在しないと判断できるので、排気絞り弁７の開弁状態を維持するとともに上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＮする。
【００５８】
このように、本態様においては、触媒暖機完了フラグがＯＦＦしている期間中、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦするとともに時間遅れΔｔの後排気絞り弁７を開弁する動作と、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＮするとともに排気絞り弁７を閉弁する動作を繰り返す。
【００５９】
そうすれば、右排気浄化装置４及び左排気浄化装置５４の暖機中にも、左混合管５３に対して少しずつ排気を流通させることができ、排気絞り弁７近傍の温度を露点温度まで早急に上昇させることができる。
【実施例３】
【００６０】
次に本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をしていない期間は、下流側Ｏ２センサ９を用いて内燃機関の空燃比の制御を行う例について説明する。なお、最初に説明する態様においては、始動開始直後から排気絞り弁７を閉弁することによって、排気絞り弁７近傍の温度が露点温度に達するより早く触媒暖機完了フラグがＯＮすることを前提としている。
【００６１】
図５は本実施例に係る排気浄化システムの冷間始動時における制御について示したタイムチャートである。本実施例においては、時点ｔ１４において内燃機関の始動が開始され、その後時点ｔ１５において上流側Ｏ２センサ８及び下流側Ｏ２センサ９のヒータへの通電がＯＮされる。さらに右前段排気浄化装置１０、左前段排気浄化装置５０の暖機が完了するのを待って、時点ｔ１６において空燃比のサブフィードバック制御が開始される。
【００６２】
この時点では、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電が行われているため、空燃比のサブフィードバック制御は上流側Ｏ２センサ８の出力を用いて行われている。次に時点ｔ１７において図示しない触媒暖機完了フラグがＯＮしたとする。この時点で排気絞り弁７を閉弁している必要性はなくなる。しかし本実施例においては、この時点でも左混合管５３における排気絞り弁７近傍の温度が露点温度に達していないので、排気絞り弁７が開弁した際に凝縮水が上流側Ｏ２センサ８に付着し、上流側Ｏ２センサ８が破損するおそれがある。従って、まず上流側Ｏ２センサのヒータへの通電がＯＦＦされ、さらに時間遅れΔｔの後、排気絞り弁７が開弁される。
【００６３】
さらに本実施例においては、この時点でサブフィードバックを、下流側Ｏ２センサ９の出力を用いて行うように切換える。それにより、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電がＯＦＦされた後も下流側Ｏ２センサ９の出力を用いて内燃機関の排気空燃比の制御を継続させることが可能となる。
【００６４】
次にｔ１８において露点温度フラグがＯＮしたとする。この露点温度フラグは左混合管５３を通過する排気の温度が露点温度以上となったことを示すフラグであり、これについても吸入空気量または燃料噴射量の積算値から推定してもよい。この露点温度フラグがＯ
Ｎした場合には、左混合管５３において凝縮水が存在し得なくなるので、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＮする。またそれと同時に伴ってサブフィードバック制御を、上流側Ｏ２センサ８の出力を用いた制御に切り替える。そして、その後下流側Ｏ２センサ９のヒータへの通電をＯＦＦする。
【００６５】
以上、説明したように本実施例においては、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦしている期間中は下流側Ｏ２センサ９の出力を用いてサブフィードバック制御を継続する。従って、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の暖機の状態あるいは排気温度、排気絞り弁７の開閉に係らず内燃機関の排気空燃比の制御を継続することができる。
【００６６】
また、左混合管５３の排気絞り弁７近傍の温度が露点温度に達した時点でサブフィードバック制御を上流側Ｏ２センサ８の出力を用いる制御に切換えるため、上流側Ｏ２センサ８が使える状態である場合には優先的に上流側Ｏ２センサ８の出力を用いて制御するので、サブフィードバック制御の精度を可及的に向上させることができる。
【００６７】
次に本実施例の別の態様について説明する。本態様は、後述のように冷間始動の開始の直後から排気絞り弁７を開弁することによって、触媒暖機完了フラグがＯＮになるタイミングが、露点温度フラグがＯＮになるタイミングよりも後となる場合についての制御の例である。
【００６８】
図６は本態様に係る排気浄化システムの冷間始動時における制御について示したタイムチャートである。本態様においては、時点ｔ２０において内燃機関の始動が開始する。この時点では排気絞り弁７は開弁している。そうすると、凝縮水の被水の可能性があるので、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電はしない。その代わりに時点ｔ２１において下流側Ｏ２センサ９のヒータへの通電をＯＮする。そして、時点ｔ２２においてサブフィードバック制御を開始する。この際には、下流側Ｏ２センサ９の出力を用いてサブフィードバック制御を行う。
【００６９】
そして、時点ｔ２３において露点温度フラグがＯＮとなる、すなわち左混合管５３の排気絞り弁７近傍の温度が露点温度に達したとする。そうすると、その時点で排気絞り弁７を閉弁する。これは少しでも早期に右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の暖機を完了させるためである。
【００７０】
この時点で、すでに左混合管５３に凝縮水が存在し得ない状態となっているので、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＮする。さらにこの時点でサブフィードバック制御は上流側Ｏ２センサ８の出力を用いる制御に切換えられる。そして時点ｔ２４において触媒暖機完了フラグがＯＮした時点で、排気絞り弁７を閉弁している必要がなくなるので、排気絞り弁７を開弁する。
【００７１】
本態様においても、上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦしている期間中は下流側Ｏ２センサ９の出力を用いてサブフィードバック制御を継続するため、右主排気浄化装置４及び左排気浄化装置５４の暖機の状態あるいは排気温度、排気絞り弁７の開閉に係らず内燃機関の排気空燃比の制御を継続することができる。
【００７２】
また、左混合管５３の温度が露点温度に達した時点でサブフィードバック制御を上流側Ｏ２センサ８の出力を用いる制御に切換えるため、上流側Ｏ２センサ８が使える状態である場合には優先的に上流側Ｏ２センサ８の出力を用いて制御するので、サブフィードバックの制御の精度を可及的に向上させることができる。
【００７３】
さらに、本態様においては始動開始時から露点温度フラグがＯＮするまでは、排気絞り弁７を開弁するとともに上流側Ｏ２センサ８のヒータへの通電をＯＦＦしている。従って、左混合管５３の排気絞り弁７近傍の温度が露点温度に達するまでは、凝縮水そのものの発生を抑えるとともに、上流側Ｏ２センサ８が高温となることを抑制している。従って、より確実に上流側Ｏ２センサ８の被水による破損を抑制することができる。
【００７４】
なお、上記の実施例においては、内燃機関の２つの気筒群からの排気を各々２本、合計４本の分岐管に分岐し、分岐管同士を合流させることにより２本の混合管を形成する２−４−２型の排気系について説明した。また、さらに２本の混合管を合流させてさらに２本の第２混合管に分岐する２−４−２−１−２型の排気系について説明した。
【００７５】
しかし、本発明が適用される排気系の型はこれらに限られない。すなわち、例えば２−６−３型、２−６−３−１型、２−６−３−１−３型などの排気系を用いてもよい。
【００７６】
また、上記実施例においては、内燃機関が２つのバンクを有し、該２つのバンクから排出される排気の空燃比及び量を制御する場合について説明したが、本発明における気筒群はバンクのみを意味しない。例えば一のシリンダブロック列を複数の気筒群に分割し、気筒群毎に空燃比や運転状態を制御する場合について本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施例１における排気浄化システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る内燃機関の冷間始動時における制御について示すタイムチャートである。
【図３】本発明の実施例２に係る内燃機関の冷間始動時における制御について示すタイムチャートである。
【図４】本発明の実施例２に係る内燃機関の冷間始動時における制御の別の態様について示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施例３に係る内燃機関の冷間始動時における制御について示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施例３に係る内燃機関の冷間始動時における制御の別の態様について示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・右排気管
２ａ、２ｂ・・・右分岐管
３・・・右混合管
４・・・右主排気浄化装置
５・・・合流混合管
６・・・右第２混合管
７・・・排気絞り弁
８・・・上流側Ｏ２センサ
９・・・下流側Ｏ２センサ
１０・・・右前段排気浄化装置
５０・・・左前段排気浄化装置
５１・・・左排気管
５２ａ、５２ｂ・・・左分岐管
５３・・・左混合管
５４・・・左主排気浄化装置
５６・・・左第２混合管
【図１】
2007032544.tif 000003
【図２】
2007032544.tif 000004
【図３】
2007032544.tif 000005
【図４】
2007032544.tif 000006
【図５】
2007032544.tif 000007
【図６】
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