(57)【要約】【課題】  複数設けた２次空気供給系に故障が発生してもこれに対処する構造を備えた内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  複数の排気通路３Ｒ−４Ｒ，３Ｌ−４Ｌを備える内燃機関１の排気浄化装置であって、前記排気通路それぞれの途中に配置した排気浄化触媒５Ｒ、５Ｌと、この排気浄化触媒それぞれの上流側に２次空気導入用に設けた複数の２次空気供給通路６Ｒ、６Ｌと、この２次空気供給通路毎に配置され２次空気を供給する複数のエアポンプ７Ｒ、７Ｌとを有すると共に、前記複数の２次空気供給通路を連通する連通路１０と、この連通路を開閉する連通切換手段１１とを備える。いずれかの２次空気供給系に故障が発生したときに連通路１０を開くことで２次空気の流量を全体に平均化して導入することができるので、一部の２次空気供給系が故障してもエミッションの悪化を抑制できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の排気通路を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気通路それぞれの途中に配置した排気浄化触媒と、該排気浄化触媒それぞれの上流側に２次空気導入用に設けた複数の２次空気供給通路と、該２次空気供給通路毎に配置され２次空気を供給する複数のエアポンプとを有すると共に、
前記複数の２次空気供給通路を連通する連通路と、該連通路を開閉する連通切換手段とを備える、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記複数の２次空気供給通路の２次空気流量を検出する２次空気流量検出手段と、該２次空気流量検出手段の検出信号に基づいて前記連通切換手段を制御する制御手段とをさらに備え、
前記制御弁が、２次空気供給通路間の２次空気流量差に基づいて前記連通路の開度を制御する、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装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記２次空気供給通路間での２次空気流量差が所定値より大きい場合には、前記連通切換手段を制御して前記連通路を連通させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記２次空気供給通路に２次空気が導入されてないときに、前記連通切換手段を制御して前記連通路を遮断することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関が２系統の気筒群を含み、前記気筒群毎に前記排気通路を設けて排気系を２系統としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の排気通路を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。より詳細には、複数の排気通路毎に排気浄化触媒を配置して排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＶ型のエンジンなどでは左右バンクそれぞれに複数の気筒が配置され、２系統の気筒群が形成されている。従来にあって、この気筒群毎に個別の排気通路（排気系）を設け、排気通路それぞれに排気浄化触媒を配置する構造が知られている。また、排気浄化触媒の上流側に２次空気を導入して、触媒の暖気を促進して浄化機能を向上させる技術が公知である。
【０００３】
例えば特許文献１は、上記技術を組合せた内燃機関の排気浄化装置について開示している。すなわち、特許文献１はＶ型エンジンの気筒群毎に設けた排気系に２次空気を供給する排気浄化装置について開示する。この排気浄化装置は、吸気系から分岐させた２次空気供給管を備えており、排気浄化触媒それぞれの上流側に２次空気を供給する。各バンクの排気系には、２次空気を供給する供給管とこれを開閉する制御弁が設けられている。この制御弁を交互に所定間隔で開閉することにより、両バンクに交互に２次空気を供給する。これにより、各バンクが排気２次空燃比リーン側とリッチ側とに周期的に変動するため、２次空気供給量は低減されるが排気浄化触媒の酸素貯蔵効果により触媒雰囲気は理論空燃比近傍に保存される。よって、ＨＣ、ＣＯ等を効率よく酸化して効率良く排気浄化を行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−８６８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の排気浄化装置は吸気系に接続した２次空気供給管を分岐して、排気系にも２次空気の一部を供給するように配管構成しており、１つのエアポンプで２次空気が供給されている。そのため、エアポンプが故障した場合には排気系へ２次空気を供給できなくなる。よって、この場合には排気浄化触媒の暖機が遅れてエミッションの悪化を招くことになってしまう。また、上記Ｖ型エンジンに設けられた２つの排気通路は独立している。よって、仮に排気通路それぞれに２次空気供給管を接続し、この２次空気供給管毎にエアポンプを設置した場合でも、片方の２次空気供給管やエアポンプ等に故障が発生した場合には上記と同様にエミッションの悪化を招くことになる。
【０００６】
さらに、特許文献１の排気浄化装置は各バンクに設けた２次空気供給管それぞれに制御弁（開閉弁）が配置されており、排気浄化触媒への２次空気の流通を制御している。よって、片方の制御弁が故障した場合も上記と同様にエミッションの悪化を招く虞がある。
【０００７】
上記のように特許文献１の排気浄化装置は、配置されている２次空気供給管が独立しているので、片方で配管詰まり、制御弁の不良などの故障が発生すると、故障側の排気浄化触媒へ十分な２次空気を供給できなくなるので暖機遅れによるエミッションの悪化を招くことになる。
【０００８】
よって、本発明の目的は、複数の排気系それぞれに排気浄化触媒を配置すると共に２次空気を供給する構造を備える排気浄化装置で、いずれかの２次空気供給系に不具合が発生してもこれに対処する構造を備えた内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、複数の排気通路を備える内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気通路それぞれの途中に配置した排気浄化触媒と、該排気浄化触媒それぞれの上流側に２次空気導入用に設けた複数の２次空気供給通路と、該２次空気供給通路毎に配置され２次空気を供給する複数のエアポンプとを有すると共に、前記複数の２次空気供給通路を連通する連通路と、該連通路を開閉する連通切換手段とを備える内燃機関の排気浄化装置によって達成できる。
【００１０】
本発明によると、２次空気導入用に設けた複数の２次空気供給通路を連通する連通路及びこの連通路を開閉する連通切換手段を備えるので、いずれかの２次空気供給系に故障が発生したときに連通路を開くことで２次空気を平均化して導入することができる。よって、２次空気供給系に故障が発生してもエミッションの悪化を抑制できる。また、２次空気の導入を行わないときには連通路を閉じることもできる。
【００１１】
また、前記複数の２次空気供給通路の２次空気流量を検出する２次空気流量検出手段と、該２次空気流量検出手段の検出信号に基づいて前記連通切換手段を制御する制御手段とをさらに備え、前記制御弁が２次空気供給通路間の２次空気流量差に基づいて前記連通路の開度を制御するようにしてもよい。このようにすれば２次空気流量を平均化してエミッションの悪化を抑制できる。
【００１２】
そして、前記制御手段は、前記２次空気供給通路間での２次空気流量差が所定値より大きい場合には、前記連通切換手段を制御して前記連通路を連通させるようにしてもよい。このようにすれば２次空気供給系に故障の発生を監視でき、故障が発生したときに２次空気流量を平均化してエミッションの悪化を抑制できる。また、前記制御手段は、前記２次空気供給通路に２次空気が導入されてないときに、前記連通切換手段を制御して前記連通路を遮断することが望ましい。この場合には、異音の発生を防止できる。
【００１３】
また、前記内燃機関が２系統の気筒群を含み、前記気筒群毎に前記排気通路を設けて排気系を２系統としてもよい。このようにすればＶ型エンジンのように左右バンクに複数の気筒を備える内燃機関に本発明を適用できる
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の排気系それぞれに排気浄化触媒を配置すると共に２次空気を供給する構造を備える排気浄化装置で、いずれかの２次空気供給系に不具合が発生してもこれに対処する構造を備えた内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について説明する。
【００１６】
図１は、実施例の排気浄化装置を適用した内燃機関について示した図である。この内燃機関はいわゆるＶ型のエンジン１であり、左右に独立したバンクＬＢ、ＲＢが形成されている。左バンクＬＢ、右バンクＲＢのそれぞれには気筒２が４個ずつ配置されて互いに独立した気筒群を形成している。後述するように各気筒群にはそれぞれ個別の排気通路（排気系）が設けられている。なお、この図１では図示の都合からエンジン１の吸気系を省略している。また、左右同様の構成部位は左バンクＬＢに属するものに「Ｌ」、右バンクＲＢに属するものに「Ｒ」の符号を付して区別する。
【００１７】
左右バンクは対称的に形成されている。Ｖ型エンジン１の右バンクＲＢは、４個の気筒２Ｒから排出される排気ガスを集合するエキゾーストマニホルド３Ｒ及びその下流に接続した排気管４Ｒが設けられている。このエキゾーストマニホルド３Ｒと排気管４Ｒとにより排気通路が形成されている。反対側の左バンクＬＢも同様であり、エキゾーストマニホルド３Ｌと排気管４Ｌとにより排気通路が形成されている。これら排気通路は、独立した２系統の排気系となっている。それぞれの排気官４Ｒ、４Ｌの途中には排気浄化触媒５Ｒ、５Ｌが付設されている。排気浄化触媒５Ｒ、５Ｌとしては酸化反応によりＨＣ等を燃焼させる酸化触媒、三元触媒などを採用することができる。
【００１８】
上記エキゾーストマニホルド３Ｒ、３Ｌには、２次空気を導入するための２次空気供給通路（以下、ＡＩ配管と称する）６Ｒ、６Ｌが接続されている。このＡＩ配管６Ｒ、６Ｌには、２次空気を吸引する上流側からエアポンプ７Ｒ、７Ｌ、エア切換弁８Ｒ、８Ｌ、リード弁９Ｒ、９Ｌが配備されている。ＡＩ配管６Ｒ、６Ｌはリード弁９Ｒ、９Ｌの下流側でエキゾーストマニホルド３Ｒ、３Ｌに接続されている。エアポンプ７Ｒ、７Ｌは機外から２次空気として大気Ａｉｒを取り込み、エキゾーストマニホルド３Ｒ、３Ｌに向けて供給する。エア切換弁８Ｒ、８ＬはＡＩ配管６Ｒ、６Ｌを開閉する。また、リード弁９Ｒ、９Ｌは逆流防止弁として機能する。
【００１９】
さらに、ＡＩ配管６Ｒ、６Ｌには管内の空気圧を検出する空気圧センサ１２Ｒ、１２Ｌが付設されている。この空気圧センサ１２Ｒ、１２ＬはＡＩ配管６Ｒ、６Ｌ内の２次空気の流量を確認するための２次空気流量検出手段として機能する。このように圧力センサを採用した場合は空気圧から２次空気の流量を換算できる。なお、２次空気流量検出手段としては空気圧センサ１２Ｒに替えて、エアフローメータを用いてもよい。エアフローメータの場合は２次空気流量を直接検出できる。
【００２０】
さらに、リード弁９Ｒ、９Ｌの下流側において右側ＡＩ配管６Ｒと左側ＡＩ配管６Ｌとを連通する連通路１０が設けられている。この連通路１０の途中には連通切換手段としてエア切換弁１１が配備されている。このエア切換弁１１が閉状態であるときには右ＡＩ配管６Ｒと左ＡＩ配管６Ｌとが独立に維持されて従来の排気浄化装置の場合と同様の構造となる。すなわち、左右それぞれに個別に２次空気が導入され、左右バンクで独立した排気系毎に供給される。
【００２１】
一方、上記エア切換弁１１を開状態にすると右ＡＩ配管６Ｒと左ＡＩ配管６Ｌとが連通するので、左右バンクの２次空気流量の均一化を図ることができる。よって、仮に片側バンクのＡＩ配管６が詰まったとき、エアポンプ７が故障したとき、エア切換弁８が故障したときなどの様に、所期設計の通りに２次空気を供給できない事態となった場合でも、正常なバンク側から故障のあったバック側へ２次空気を供給できる。これにより、故障があったバンク側の排気浄化触媒５にも２次空気が供給できるのでエミッションの悪化を抑制できる。
【００２２】
ところで、連通路１０を設ければ、右ＡＩ配管６Ｒと左ＡＩ配管６Ｌとを常に連通状態とすることができるので、片側バンクに故障が発生したときに対処できることになる。このように単に連通路１０だけを設けた場合には、２次空気を導入する制御を実行しないとき（ＡＩ制御を実行しないとき）にも連通状態が維持される。ところが、ＡＩ配管６に２次空気が流通していない状態になると、エキゾーストマニホルド３から排気ガスが回り込んで左右バンクを行き来して異音を発する可能性がある。そこで、２次空気の導入を行わないときには、右ＡＩ配管６Ｒと左ＡＩ配管６Ｌとを遮断しておくのが望ましい。そこで、本実施例の排気浄化装置は、連通路１０を開閉できるようにエア切換弁１１を設けた構造としている。
【００２３】
このようにエア切換弁１１を設けた場合、左右バンクＲＢ、ＬＢいずれかの２次空気供給系に不都合が発生したとき、すなわち前述したようにずれかの２次空気供給系に何らかの故障が発生したときには、この故障を検出して対処できることが望まれる。そこで、本実施例の排気浄化装置は、２次空気供給系の故障に対処するための構成を備えている。以下、この点について説明する。
【００２４】
本実施例の排気浄化装置は、左右の空気圧センサ１２Ｒ、１２Ｌの出力に基づいて、左右ＡＩ配管６Ｒ，６Ｌ間での２次空気流量差を確認する。そして、この流量差が所定値以上である場合には、片側のバンクの２次空気供給系に何らかの故障が発生したものと想定し、これに対処すべくエア切換弁１１を開放する。図２は、Ｖ型エンジン１に適用されている排気浄化装置のエア切換弁１１の駆動制御に係る構成を示したブロック図である。
【００２５】
図２に示すように、排気浄化装置は制御手段となる電子制御装置（Electronic  Control  Unit、以下ＥＣＵ）１３を備えている。このＥＣＵ１３には、空気圧センサ１２Ｒ、１２Ｌからの検出信号が供給されている。ＥＣＵ１３は、Ｖ型エンジン１の排気浄化に関する一連のプログラムやデータ等を格納したＲＯＭ１４及び処理領域を提供するＲＡＭ１５とバス１６を介して接続されている。なお、このＥＣＵ１３は、Ｖ型エンジン１側のＥＣＵを流用するように設計してもよい。この場合には排気浄化装置側の構成を簡素化できる。
【００２６】
図２において、左右の空気圧センサ１２Ｒ、１２Ｌそれぞれは、左右のＡＩ配管６Ｒ、６Ｌ内を流れる２次空気の圧力を検出する。ＥＣＵ１３は圧力差に基づいてＡＩ配管６Ｒ、６Ｌ間での２次空気流量差を確認する。この流量差が予め規定した所定値を超える場合には、片側のＡＩ配管６の２次空気供給系に何らかの故障が発生したとものと判断してエア切換弁１１を開く。これにより正常なＡＩ配管６側から異常が発生したＡＩ配管６側へ２次空気が導入される。これによって異常が発生したＡＩ配管６側に２次空気を供給できるので、排気浄化触媒の暖機を図ってエミッションの悪化を抑制できる。
【００２７】
なお、故障が発生した側のＡＩ配管６に２次空気を全く導入できない場合には、下流の排気浄化触媒５の暖機を図ることが困難であるのでエミッションの悪化が深刻となってしまう。これに対して、実施例の排気浄化装置によれば、正常であるＡＩ配管６から２次空気を補助的に供給できるので異常側の下流にある排気浄化触媒５の暖機を図ることができる。その際、正常側のＡＩ配管６の２次空気量が減少することになるが、片側の排気浄化触媒を暖機できない場合と比較すると、全体としてエミッションの悪化を抑制できる。また、正常側のエアポンプ７による２次空気供給量をアップすることによっても流量低減に対処できる。
【００２８】
図３は、ＥＣＵ１３が２次空気供給系の故障を監視して実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ１３は、例えばエンジン１のイグニッションがオンされたことを確認したときにこのルーチンを起動する。
【００２９】
まず、ＥＣＵ１３はエンジン１の排気系へ２次空気の導入を実行する条件（ＡＩ実行条件）が成立しているか、否かを確認する（ステップＳ１１）。ＡＩ実行条件が成立しているかについては、ＥＣＵ１３が例えばエンジン水温、吸気温度、エンジン始動後の経過時間、バッテリ電圧、エンジン回転数、エンジン負荷状態、ＡＩ実行時間、積算２次空気量、２次空気供給システム状態などに基づいて判断する。これら判断要素のいずれか１つ、或いは複数に係る情報をＥＣＵ１３に供給して、ＥＣＵ１３がＡＩ実行条件成立の成否を確認できるようにする。
【００３０】
ＥＣＵ１３は、上記ステップＳ１１でＡＩ実行条件が成立していないと判断した場合には、エア切換弁１１を閉とする。これにより、右ＡＩ配管６Ｒと左ＡＩ配管６Ｌとは独立に維持される。一方、ＥＣＵ１３はステップＳ１１でＡＩ実行条件が成立していると判断した場合には、左右バンクＲＢ、ＬＢ間での２次空気量差が所定値より大であるとするフラグが既に立っていないこと（ＯＦＦ）を確認する共に（ステップＳ１２）、ＡＩ実行中であるか、否かを確認する（ステップＳ１３）。
【００３１】
ＥＣＵ１３は、上記ステップＳ１２で２次空気量差が所定値より大であるとするフラグが立っている場合（Ｎｏの場合）にはエア切換弁１１を開に維持して（ステップＳ１８）、本ルーチンによる処理を繰り返す。また、上記ステップＳ１３でＡＩ実行中前であると判断した場合（Ｎｏの場合）にはエア切換弁１１を閉に維持して（ステップＳ１９）、本ルーチンによる処理を繰り返す。
【００３２】
ＥＣＵ１３は、ステップＳ１２及びステップＳ１３で共にＹｅｓと判断した場合には、左右の空気圧センサ１２Ｒ、１２Ｌからの検出信号を順に確認し、２次空気流量（ＡＩ流量）をそれぞれ算出する（ステップＳ１４、ステップＳ１５）。そして、ＥＣＵ１３が左右バンクＲＢ，ＬＢ間に所定値以上の流量差がある。すなわち、左右ＡＩ配管６Ｒ、６Ｌを流通している２次空気の流量差が所定値以上となっている場合には、いずれかの２次空気供給系に故障があると判断する（ステップＳ１６）。そして、流量差大のフラグをＯＮとして（ステップＳ１７）、エア切換弁１１を開に切換えて（ステップＳ１８）、上記本ルーチンによる処理を繰り返す。
【００３３】
以上説明した、実施例の排気浄化装置によると、左右個別に設けた２次空気供給用のＡＩ配管６Ｒ、６Ｌを連通する連通路１０にエア切換弁１１を備えるので、必要に応じてＡＩ配管６Ｒ、６Ｌを連通させることができる。本実施例のＥＣＵ１３は、２次空気の導入を行わないときにエア切換弁１１を閉とするので排気ガスの回り込みによる異音の発生を防止できる。さらに、空気圧センサ１２Ｒ、１２Ｌを設けることにより、左右の２次空気流量差を確認していずれかの２次空気供給系の故障有無を判断できるので、故障時にはエア切換弁１１を開とすることでエミッションの悪化を確実に抑制するこができる。なお、ＥＣＵ１３が空気圧センサ１２Ｒ、１２Ｌから左右の２次空気流量差を確認し、この左右差を解消するように連通路１０の開度を制御するようにしてもよい。すなわち、ＥＣＵ１３が左右バンクの流量が等しくなるようにエア切換弁１１を駆動制御するようにしてもよい。このように構成することによってもエミッションの悪化を抑制するこができる。
【００３４】
上記実施例では、内燃機関の一例としてＶ型エンジン１に適用した排気浄化装置について例示したが、複数の排気通路を備える他の形態の内燃機関に本発明を適用できることは言うまでもない。また、上記実施例ではキゾーストマニホルド３にＡＩ配管６を接続する構造を示しているがこのような配管構成に限るものではない。排気浄化触媒より上流であればキゾーストマニホルド３の下流に接続されている排気管４にＡＩ配管６を接続してもよい。
【００３５】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例の排気浄化装置を適用した内燃機関について示した図である。
【図２】エンジンに適用されている排気浄化装置のエア切換弁の駆動制御に係る構成を示したブロック図である。
【図３】排気浄化装置のＥＣＵが２次空気供給系の故障を監視して実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１                        Ｖ型エンジン（内燃機関）
２                        気筒
３                        エキゾーストマニホルド
４                        排気管
５                        排気浄化触媒
６                        ＡＩ配管（２次空気供給通路）
７                        エアポンプ
８                        エア切換弁
１０                      連通路
１１                      エア切換弁（連通切換手段）
１２                      空気圧センサ（２次空気流量検出手段）
１３                      ＥＣＵ（制御手段）
ＬＢ                      左バンク
ＲＢ                      右バンク
Ａｉｒ                    ２次空気
【図１】
2007127045.tif 000003
【図２】
2007127045.tif 000004
【図３】
2007127045.tif 000005