JP2008069722A - 内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関において、左右のバンクの排気通路を連通する連通通路で発生する排気脈動による悪影響を抑制することで、残留ガスを減少して燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を防止すると共に、良好なバンク制御を可能とする。
【解決手段】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を連結し、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６４及び第２制御弁６５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６４，６５の上流側を連通管６３により連通し、この連通管６３に排気ガスの流量を調整する第３制御弁６６を設ける。
【選択図】 図１

Description

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の上流側が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。
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。
このようなＶ型多気筒エンジンにて、エンジンの低温始動時に前段浄化触媒を暖機して早期に活性化させるために、２つの排気管を前段浄化触媒の上流側で連通管により連通すると共に、各排気管に制御弁を設けることで、バンク制御を可能としたものがある。従って、エンジンの低温始動時には、一方の排気管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管を通して他方の排気管で合流させた後、この大量の排気ガスの熱により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、このようなＶ型多気筒エンジンにて、一方のバンクのみにターボ過給機を設けたものがある。この場合、ターボ過給機の稼動時には、ターボ過給機のない排気管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管を通してターボ過給機のある排気管で合流させた後、この大量の排気ガスによりターボ過給機のタービンを駆動し、このタービンと一体のコンプレッサを駆動して空気を圧縮し、燃焼室に導入することで、高過給を可能とすると共にターボ過給機のない排気管側の前段浄化触媒の熱劣化を抑制することができる。
更に、排気集合管に装着された後段浄化触媒が、リーン空燃比のときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、リッチ空燃比のときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤（燃料）によりＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒であるとき、排気ガス中に含まれる硫黄成分を吸蔵してＮＯｘ浄化効率が低下してしまう。従って、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するバンク制御を実行することで、リーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の直上流で合流させ、酸化発熱反応を利用してこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に蓄積された硫黄成分を放出して再生することができる。
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。
特開平０８−１２１１５３号公報
ところで、Ｖ型多気筒エンジンにあっては、各気筒での爆発が所定の間隔をもって起きると共に、その爆発力（エンジン出力）がエンジンの運転状態によって異なることから、左右のバンクの気筒群に連結された各排気管に排気ガスの正圧波が到達し、排気管内に伝達された複数の正圧波により連通管内で排気ガスの脈動が発生する。すると、この連通管内での発生する排気ガスの脈動により燃焼室の排気ガスが排気ポートを通して排気管へ適正に排出されずにその一部が残留し、燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を招いてしまうという問題がある。
また、一方のバンクにターボ過給機を設けたエンジンでは、エンジンの運転状態によりタービンより上流側の排気ガスの圧力が、コンプレッサより下流側の吸入空気の圧力（過給圧）よりも高くなり、前述と同様に、燃焼室における残留ガスが増加し、燃焼悪化などを招いてしまい、ターボ過給機の良好な機能を引き出すことができない。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を設けたエンジンでは、一方のバンクの気筒群からのリーン雰囲気の排気ガスと、他方のバンクの気筒群からのリッチ雰囲気の排気ガスとが、連通管内で発生した排気ガスの脈動によりこの連通管内で合流してしまい、連通管内で酸化反応が起きて加熱してしまうばかりでなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２での酸化発熱反応が不十分となってこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に蓄積された硫黄成分を適正に放出することができなくなってしまう。
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、左右のバンクの排気通路を連通する連通通路で発生する排気脈動による悪影響を抑制することで、残留ガスを減少して燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を防止すると共に、良好なバンク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。
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、該各排気通路に排気ガスの流量を調整する排気制御弁が設けられると共に、前記各排気通路の少なくともいずれか一方に浄化触媒が設けられ、前記各排気通路における前記各制御弁及び前記浄化触媒より上流側が連通通路により連通され、該連通通路に排気ガスの流量を調整する連通制御弁が設けられたことを特徴とするものである。
本発明の内燃機関では、前記連通制御弁は、前記連通通路における前記各排気通路の近傍にそれぞれ設けられたことを特徴としている。
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の排気通路における前記浄化触媒より上流側に過給機が設けられたことを特徴としている。
本発明の内燃機関では、前記連通制御弁は、前記連通通路における前記過給機を有する気筒群側の前記排気通路の近傍に設けられたことを特徴としている。
本発明の内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて前記連通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している。
本発明の内燃機関では、前記制御手段は、内燃機関の低回転高負荷時に前記連通制御弁を閉止することを特徴としている。
本発明の内燃機関では、前記制御手段は、内燃機関の高負荷時に前記過給機のタービンより上流側の排気圧力が前記過給機のコンプレッサより下流側の過給圧力より高いときに前記連通制御弁を開放することを特徴としている。
本発明の内燃機関では、前記制御手段は、内燃機関の高負荷時に前記過給機のタービンより上流側の排気圧力が前記過給機のコンプレッサより下流側の過給圧力より低いときに前記連通制御弁を閉止することを特徴としている。
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バンク制御中に、前記制御手段は前記連通制御弁を閉止することを特徴としている。
本発明の内燃機関では、内燃機関の運転状態が前記バンク制御可能領域にないとき、前記制御手段は前記連通制御弁を開放することを特徴としている。
本発明の内燃機関では、内燃機関の運転状態が前記バンク制御可能領域から外れたとき、前記左右のバンクの気筒群の空燃比をストイキ空燃比に変更し、予め設定された所定時間の経過後、前記制御手段は前記連通制御弁を開放することを特徴としている。
本発明の内燃機関では、前記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、該排気集合通路にＮＯｘ吸蔵還元型浄化触媒が設けられ、該ＮＯｘ吸蔵還元型浄化触媒に吸蔵された硫黄成分が予め設定された硫黄吸蔵量よりも多くなったときに前記バンク制御を実行することを特徴としている。
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それぞれ独立して設け、各排気通路に排気ガスの流量を調整する排気制御弁を設けると共に浄化触媒を設け、各排気通路における各制御弁及び浄化触媒より上流側を連通通路により連通し、この連通通路に排気ガスの流量を調整する連通制御弁を設けたので、内燃機関の運転状態に応じて排気制御弁だけでなく連通制御弁を開閉制御することで、一方のバンクの各排気通路から連通通路を通して他方のバンクの排気通路に伝達される排気脈動を低減することで、この排気脈動による悪影響を抑制し、残留ガスを減少して燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を防止することができると共に、良好なバンク制御を可能とすることができる。
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。
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第３制御弁を開閉制御する制御マップ、図４は、実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁の開閉制御に関するフローチャートである。
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。
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。
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。
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。
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。
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（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（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（ＮＯｘ吸蔵還元型浄化触媒）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。
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（連通通路）６３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６３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、排気制御弁としての第１制御弁６４及び第２制御弁６５が装着されている。この第１、第２制御弁６４，６５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。また、連通管６３には、その長手方向における中間位置に、連通制御弁としての第３制御弁６６が装着されている。この第３制御弁６６は流量制御弁であって、その開度を調整することで連通管６３を流れる排気ガスの流量を調整することができる。
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。この場合、ターボ過給機６７は、第１バンク１２側の第１排気管５７からの排気ガスによりタービン６９が駆動可能であり、連通管６３の端部が第１排気管５７におけるタービン６９の装着部分よりも上流側に連結されている。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（スロットル弁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。
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。
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。
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。
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。
ところで、本実施例のＶ型６気筒エンジンでは、上述したように、第１排気管５７及び第２排気管５８には、第１、第２前段三元触媒５９，６０及び第１、第２制御弁６４，６５が装着されており、第１、第２排気管５７，５８は、各前段三元触媒５９，６０よりも上流側で連通管６３により連通されている。そのため、各バンク１２，１３の燃焼状態や排気ガスの排出経路を変更することで各種のバンク制御が可能となっている。
エンジンの低温始動時に、例えば、第１制御弁６４を閉止状態とする一方、第２制御弁６５を開放状態とし、第１バンク１２の気筒群から第１排気管５７に排出された排気ガスを連通管６３を通して第２排気管５８にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第２排気管５８で合流させた後、大量の排気ガスを第２前段三元触媒６０に流入させることで、この第２前段三元触媒６０を暖機するようにしている。その後、第２前段三元触媒６０の暖機が完了して活性化されると、第１、第２制御弁６４，６５を開放状態とし、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを連通管６３を通さずに、各排気管５７，５８を通して排気集合管６１で合流させた後、排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に流入させて浄化処理するようにしている。
また、本実施例のＶ型６気筒エンジンにて、高負荷状態には、第１制御弁６４を開放状態とする一方、第２制御弁６５を閉止状態とし、第２バンク１３の気筒群から第２排気管５８に排出された排気ガスを連通管６３を通して第１排気管５７にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第１排気管５７で合流させた後、大量の排気ガスをターボ過給機６７に流入させることで、このターボ過給機６７を高効率で稼動して高過給を可能とする一方、ターボ過給機の有しない第２バンク１３の気筒群の第２排気管５８に装着された第２前段三元触媒６０の熱劣化を抑制している。
更に、例えば、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すると共に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５を開放状態とし、第１バンク１２の気筒群から排出されたリーン雰囲気の排気ガスを第１排気管５７に流し、第２バンク１３の気筒群から排出されたリッチ雰囲気の排気ガスを第１排気管５７に流し、排気集合管６１で合流させ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２における酸化発熱反応を利用してこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を暖機したり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に蓄積された硫黄成分を放出して再生している。
ところが、一般的なＶ型多気筒エンジンでは、各気筒での爆発が所定の間隔をもって起きると共に、その爆発力（エンジン出力）がエンジンの運転状態によって異なることから、左右のバンク１２，１３の気筒群に連結された各排気管５７，５８に排気ガスの正圧波が到達すると、排気管５７，５８内に伝達された複数の正圧波により連通管６３内で排気ガスの脈動が発生する。すると、この連通管６３内での排気ガスの脈動により燃焼室２２，２３の排気ガスが排気ポート２６，２７を通して各排気管５７，５８へ適正に排出されずにその一部が残留し、燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を招いてしまう。
特に、エンジンの高回転高負荷状態では、ターボ過給機６７によりタービン６９より上流側の排気ガスの圧力が、コンプレッサ６８より下流側の吸入空気の圧力（過給圧）よりも高くなり、燃焼室２２，２３における残留ガスが増加し、燃焼悪化などを招いてターボ過給機６７の良好な機能を引き出すことができない。
そこで、実施例１のエンジンでは、上述したように、連通管６３に第３制御弁６６を装着し、制御手段としてのＥＣＵ７９は、エンジンの運転状態に応じてこの第３制御弁６６を開閉制御することで、排気ガスの脈動による各種の悪影響を低減するようにしている。
具体的には、図３に示すように、ＥＣＵ７９は、ターボ過給機６７が有効に働くエンジンの低回転高負荷領域では、第３制御弁６６を閉止するように制御する。そして、ＥＣＵ７９は、エンジンの中回転高負荷領域で、ターボ過給機６７のタービン６９より上流側の排気ガスの圧力がコンプレッサ６８より下流側の吸入空気の圧力（過給圧）より高いときに、第３制御弁６６を開放し、エンジンの高回転高負荷領域で、ターボ過給機６７のタービン６９より上流側の排気ガスの圧力がコンプレッサ６８より下流側の吸入空気の圧力（過給圧）より低いときに、第３制御弁６６を閉止するように制御する。この場合、ターボ過給機６７のコンプレッサ６８より下流側の吸入空気の圧力（過給圧）は、サージタンク５０に設けられた過給圧センサ８６により検出し、タービン６９より上流側の排気ガスの圧力は、この過給圧センサ８６の検出値とエンジン回転数により推定すればよい。
ここで、実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける各制御弁６４，６５，６６の開閉制御について説明する。
図１及び図２に示すように、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弁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。
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。
また、エンジンの始動時には、第１制御弁６４を閉止状態とする一方、第２制御弁６５を開放状態とし、第３制御弁６６を開放状態とし、第１バンク１２の気筒群から第１排気管５７に排出された排気ガスを連通管６３を通して第２排気管５８にバイパスさせることで、第１、第２バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスを第２排気管５８で合流させた後、大量の排気ガスを第２前段三元触媒６０に流入させることで、この第２前段三元触媒６０を暖機する。
その後、第２前段三元触媒６０の暖機が完了して活性化されると、第１、第２、第３制御弁６４，６５，６６を開放状態とすると共に、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスをストイキ雰囲気とする。
また、エンジンの高負荷時には、第１、第２制御弁６４，６５を開放状態のまま、第３制御弁６６を開閉制御する。
実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁の開閉制御において、図４に示すように、ステップＳ１１にて、現在のエンジン負荷が予め設定された所定値以上であるかどうかを判定する。本実施例では、エンジン負荷が高負荷領域にあるときだけ第３制御弁６６の開閉制御を行うことから、このステップＳ１１にて、エンジン負荷が所定値より低いと判定されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。なお、エンジン負荷は、アクセル開度やスロットル開度、吸入空気量、燃料噴射量など、または、これらを組合せたパラメータを用いれば良い。
一方、ステップＳ１１にて、エンジン負荷が所定値以上であると判定されたら、ステップＳ１２にて、現在のエンジン回転数が予め設定された低回転判定値Ａ（例えば、１５００ｒｐｍ）以下であるかどうかを判定する。ここで、エンジン回転数がこの低回転判定値Ａ以下であるかと判定されたら、ステップＳ１３にて、第３制御弁６６を閉止する。そのため、連通管６３が第３制御弁６６により遮断され、左右のバンク１２，１３の各気筒群から排出された排気ガスは、各排気管５７，５８を通って排気集合管６１で合流することとなり、一方の気筒群のおける排気ガスの脈動が他方の気筒群に伝達されることはなく、燃焼室２２，２３に残留する排気ガス（内部ＥＧＲガス）が減少する。即ち、エンジンの低回転高負荷時には、ターボ過給機６７が有効的に稼動する領域でないため、連通管６３を遮断することで、ターボ過給機６７を有する第１バンク１２では、タービン６９が排気抵抗となり、排気ガスが第１排気管５７を通って排出されにくいが、ターボ過給機のない第２バンク１３では、排気ガスが第２排気管５８を通って排出されやすくなって内部ＥＧＲガスが減少することとなり、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大きくし、実圧縮比を上昇して燃焼を安定させることで性能及び燃費が向上する。
一方、ステップＳ１２にて、エンジン回転数がこの低回転判定値Ａより高いとされたら、ステップＳ１４にて、現在のエンジン回転数が予め設定された高回転判定値Ｂ（例えば、４０００ｒｐｍ）以下であるかどうかを判定する。ここで、エンジン回転数がこの高回転判定値Ｂ以下であるかと判定されたら、ステップＳ１５にて、第３制御弁６６を開放する。そのため、連通管６３が第３制御弁６６により連通され、左右のバンク１２，１３の各気筒群から排出された排気ガスは、連通管６３を通って合流すると共に各排気管５７，５８を通って排気集合管６１で合流することとなり、燃焼室２２，２３に残留する排気ガス（内部ＥＧＲガス）が減少する。即ち、エンジンの中回転高負荷時には、ターボ過給機６７が有効的に稼動する領域であって、ターボ過給機６７を有する第１バンク１２では、ターボ過給機６７のタービン６９より上流側の排気ガスの圧力がコンプレッサ６８より下流側の吸入空気の圧力より高くなり、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大きくし、排気ガスが第２排気管５８を通って排出されやすくなり、この排気ガスの排出効果が連通管６３を通して第２バンク側にも波及することから、点火時期を遅角することなく最適値に設定することで、大きなエンジン出力を確保できる。
そして、ステップＳ１４にて、エンジン回転数が高回転判定値Ｂより大きいと判定されたら、ステップＳ１６にて、第３制御弁６６を閉止する。そのため、連通管６３が第３制御弁６６により遮断され、左右のバンク１２，１３の各気筒群から排出された排気ガスは、各排気管５７，５８を通って排気集合管６１で合流することとなり、一方の気筒群のおける排気ガスの脈動が他方の気筒群に伝達されることはなく、内部ＥＧＲガスが減少する。即ち、エンジンの高回転高負荷時には、ターボ過給機６７が十分に有効的に稼動する領域でないため、連通管６３を遮断することで、ターボ過給機６７を有する第１バンク１２では、ターボ過給機６７のタービン６９より上流側の排気ガスの圧力がコンプレッサ６８より下流側の吸入空気の圧力より低くなるものの、ターボ過給機６７を有しない第２バンク１３では、ターボ過給機６７のタービン６９より上流側の排気ガスの圧力がコンプレッサ６８より下流側の吸入空気の圧力より高くなるため、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大きくし、排気ガスが第２排気管５８を通って排出されやすくなり、点火時期を遅角することなく最適値に設定することで、大きなエンジン出力を確保できると共に、燃焼を安定させることで性能及び燃費が向上する。
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を連結し、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６４及び第２制御弁６５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６４，６５の上流側を連通管６３により連通し、この連通管６３に排気ガスの流量を調整する第３制御弁６６を設け、ＥＣＵ７９がエンジン運転状態に応じて第３制御弁６６を開閉制御している。
従って、エンジン運転状態に応じて第１制御弁６４及び第２制御弁６５だけでなく第３制御弁６６を開閉制御することで、一方のバンクの各排気管から連通管６３を通して他方のバンクの排気管に伝達される排気脈動を低減することで、この排気脈動による悪影響を抑制し、残留ガスを減少して燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を防止することができると共に、良好なバンク制御を可能とすることができる。
具体的には、ＥＣＵ７９は、ターボ過給機６７が有効に働くエンジンの低回転高負荷領域では、第３制御弁６６を閉止し、エンジンの中回転高負荷領域では、ターボ過給機６７のタービン６９より上流側の排気ガスの圧力がコンプレッサ６８より下流側の吸入空気の圧力（過給圧）より高いときに、第３制御弁６６を開放し、エンジンの高回転高負荷領域で、ターボ過給機６７のタービン６９より上流側の排気ガスの圧力がコンプレッサ６８より下流側の吸入空気の圧力（過給圧）より低いときに、第３制御弁６６を閉止するように制御する。
従って、エンジンの低回転高負荷領域では、第３制御弁６６を閉止することで、排気脈動の伝達を防止し、ターボ過給機を有しない第２バンク１３の気筒群の性能を確保し、エンジンの中回転高負荷領域では、第３制御弁６６を開放することで、ターボ過給機６７を有する第１バンク１２の気筒群の性能を確保し、エンジンの高回転高負荷領域で、第３制御弁６６を閉止することで、排気脈動の伝達を防止し、ターボ過給機６７を有する第１バンク１２の気筒群の燃焼悪化を抑制しながら、ターボ過給機を有しない第２バンク１３の気筒群の性能を確保することができる。
図５は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁の開閉制御に関するフローチャート、図６は、実施例２のＶ型６気筒エンジンにおけるバンク制御領域を表すグラフである。なお、本実施例の内燃機関における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１及び図２を用いて説明すると共に、この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。
実施例２のエンジンにおいて、図１及び図２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。
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。
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６３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６４及び第２制御弁６５が装着されると共に、連通管６３に第３制御弁６６が装着されている。この第１、第２、第３制御弁６４，６５，６６は流量制御弁であって、ＥＣＵ７９は、エンジン運転状態に応じてその開度を調整することで各排気管５７，５８及び連通管６３を流れる排気ガスの流量を調整することができる。即ち、ＥＣＵ７９は、各バンク１２，１３の燃焼状態や排気ガスの排出経路を変更することで、各種のバンク制御が可能となっている。
例えば、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すると共に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５を開放状態とし、第１バンク１２の気筒群から排出されたリーン雰囲気の排気ガスを第１排気管５７に流し、第２バンク１３の気筒群から排出されたリッチ雰囲気の排気ガスを第２排気管５８に流し、排気集合管６１で合流させ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２における酸化発熱反応を利用してこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を暖機したり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に蓄積された硫黄成分を放出して再生している。
ところが、一般的なＶ型多気筒エンジンでは、各気筒での爆発が所定の間隔をもって起きると共に、その爆発力（エンジン出力）がエンジンの運転状態によって異なることから、左右のバンク１２，１３の気筒群に連結された各排気管５７，５８に排気ガスの正圧波が到達すると、排気管５７，５８内に伝達された複数の正圧波により連通管６３内で排気ガスの脈動が発生する。すると、この連通管６３内での排気ガスの脈動により燃焼室２２，２３の排気ガスが排気ポート２６，２７を通して各排気管５７，５８へ適正に排出されずにその一部が残留し、燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を招いてしまう。
特に、第１バンク１２の気筒群からのリーン雰囲気の排気ガスと、第２バンク１３の気筒群からのリッチ雰囲気の排気ガスとをＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の直上流で合流することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の暖機や硫黄被毒再生を実行するとき、リーンな排気ガスとリッチな排気ガスが連通管６３内で発生した排気ガスの脈動により合流し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を良好に暖機したり、硫黄被毒再生を行うことができない。
そこで、実施例２のエンジンでは、上述したように、連通管６３に第３制御弁６６を装着し、制御手段としてのＥＣＵ７９は、エンジンの運転状態に応じてこの第３制御弁６６を開閉制御することで、排気ガスの脈動による各種の悪影響を低減するようにしている。
具体的には、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とをＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の直上流で合流することで、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の硫黄被毒再生制御を実行するとき、ＥＣＵ７９は、第３制御弁６６を閉止すると共に、エンジン運転状態がバンク制御可能領域にないとき、第３制御弁６６を開放するようにしている。
ここで、実施例２のＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁６６の開閉制御について、図５のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
実施例２のＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁６６の開閉制御において、図５に示すように、ステップＳ２１にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が予め設定された硫黄吸蔵量の所定値を超えたかどうかを判定する。この場合、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分は、硫黄被毒再生制御を実行してからの車両の走行距離や時間などに基づいて推定すればよいものである。ここで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が硫黄吸蔵量の所定値を超えていないと判定されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。
一方、ステップＳ２１にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が硫黄吸蔵量の所定値を超えていると判定されたら、ステップＳ２２にて、エンジン負荷やエンジン回転数などのエンジン運転状態がバンク制御可能な範囲にあるかどうかを判定する。本実施例では、図６に表すエンジン回転数に対するエンジン負荷のマップを用いて判定する。ここで、エンジン負荷及びエンジン回転数がバンク制御可能な範囲内にあると判定されたら、ステップＳ２３にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が予め設定された所定温度範囲内にあるかどうかを判定する。本実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の直上流側の排気集合管６１に温度センサを設け、この温度センサが検出した排気ガス温度が予め設定された所定温度範囲内にあるかどうかを判定している。そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度（排気ガス温度）が低温度（例えば、３００℃）以下であるとき、リッチな排気ガスにより未燃ＨＣを浄化処理できないため、バンク制御は実行しない。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度（排気ガス温度）が高温度（例えば、７００℃）以上であるとき、硫黄成分は脱離しやすいが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に担持されたＮＯｘ吸蔵剤（貴金属）が熱劣化してしまうため、バンク制御は実行しない。
そして、このステップＳ２３にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が所定温度範囲内にあると判定されたら、ステップＳ２４にて、バンク制御を実行するために、各バンク１２，１３の各気筒群における空燃比を変更し、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する。続いて、ステップＳ２５にて、第３制御弁６６を閉止する。
すると、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が連通管６３を通ることなく各排気管５７，５８に流れ、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を加熱し、硫黄被毒再生を行う。
一方、ステップＳ２２にて、エンジン負荷及びエンジン回転数がバンク制御可能な範囲内にないと判定されたり、また、ステップＳ２３にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が所定温度範囲内にないと判定されたら、ステップＳ２６にて、バンク制御を解除するために、各バンク１２，１３の各気筒群における空燃比を変更し、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスをストイキ雰囲気とし、続いて、ステップＳ２７にて、第３制御弁６６を開放する。
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、エンジンがバンク制御可能な運転領域にあり、且つ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が所定の温度領域にあるときに、ＥＣＵ７９は、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すると共に、第３制御弁６６を閉止し、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とを連通管６３で合流させずにＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の直上流で合流することで、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の硫黄被毒再生制御を実行するようにしている。
従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の硫黄被毒再生制御を実行するときには、第３制御弁６６を閉止することで、連通管６３にて、排気脈動の伝達を防止すると共に、リーン雰囲気の排気ガスとリッチ雰囲気の排気ガスとの混合を防止し、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ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の直上流で混合することで、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を確実に加熱して付着している硫黄を脱離させ、適正に硫黄被毒再生を行うことができる。
また、実施例２では、バンク制御中に、エンジンがバンク制御可能な運転領域から外れたり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が所定の温度領域を外れたときに、ＥＣＵ７９は、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスをストイキ雰囲気に戻すと共に、第３制御弁６６を開放している。従って、第３制御弁６６の周辺部における凝縮水の発生が減少することとなり、酸素センサや空燃比センサなどへの悪影響を防止することができると共に、排気ガス中のすすによる第３制御弁６６の作動不良を抑制することができる。
図７は、本発明の実施例３に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁の開閉制御に関するフローチャートである。なお、本実施例の内燃機関における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１及び図２を用いて説明すると共に、この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。
実施例３のエンジンにおいて、図１及び図２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。
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。
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６３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６４及び第２制御弁６５が装着されると共に、連通管６３に第３制御弁６６が装着されている。この第１、第２、第３制御弁６４，６５，６６は流量制御弁であって、ＥＣＵ７９は、エンジン運転状態に応じてその開度を調整することで各排気管５７，５８及び連通管６３を流れる排気ガスの流量を調整することができる。即ち、ＥＣＵ７９は、各バンク１２，１３の燃焼状態や排気ガスの排出経路を変更することで、各種のバンク制御が可能となっている。
例えば、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すると共に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５を開放状態とし、第１バンク１２の気筒群から排出されたリーン雰囲気の排気ガスを第１排気管５７に流し、第２バンク１３の気筒群から排出されたリッチ雰囲気の排気ガスを第２排気管５８に流し、排気集合管６１で合流させ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２における酸化発熱反応を利用してこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を暖機したり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に蓄積された硫黄成分を放出して再生している。
そして、実施例３のエンジンでは、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とをＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の直上流で合流することで、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の硫黄被毒再生制御を実行するとき、ＥＣＵ７９は、第３制御弁６６を閉止するようにしている。また、エンジン運転状態がバンク制御可能領域から外れたとき、左右のバンク１２，１３の気筒群の空燃比をストイキ空燃比に変更し、予め設定された所定時間の経過後、第３制御弁６６を開放するようにしている。
ここで、実施例３のＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁６６の開閉制御について、図７のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
実施例３のＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁６６の開閉制御において、図７に示すように、ステップＳ３１にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が予め設定された硫黄吸蔵量の所定値を超えたかどうかを判定する。ここで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が硫黄吸蔵量の所定値を超えていないと判定されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。
一方、ステップＳ３１にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に吸蔵された硫黄成分が硫黄吸蔵量の所定値を超えていると判定されたら、ステップＳ３２にて、エンジン負荷やエンジン回転数などのエンジン運転状態がバンク制御可能な範囲にあるかどうかを判定する。ここで、エンジン負荷及びエンジン回転数がバンク制御可能な範囲内にあると判定されたら、ステップＳ３３にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が予め設定された所定温度範囲内にあるかどうかを判定する。そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が低温度（例えば、３００℃）以下であるとき、リッチな排気ガスにより未燃ＨＣを浄化処理できないため、バンク制御は実行しない。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が高温度（例えば、７００℃）以上であるとき、硫黄成分は脱離しやすいが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に担持されたＮＯｘ吸蔵剤（貴金属）が熱劣化してしまうため、バンク制御は実行しない。
そして、このステップＳ３３にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が所定温度範囲内にあると判定されたら、ステップＳ３４にて、バンク制御を実行するために、各バンク１２，１３の各気筒群における空燃比を変更し、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する。続いて、ステップＳ３５にて、第３制御弁６６を閉止する。
すると、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が連通管６３を通ることなく各排気管５７，５８に流れ、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を加熱し、硫黄被毒再生を行う。
一方、ステップＳ３２にて、エンジン負荷及びエンジン回転数がバンク制御可能な範囲内にないと判定されたり、また、ステップＳ３３にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の温度が所定温度範囲内にないと判定されたら、ステップＳ３６にて、バンク制御を解除するために、各バンク１２，１３の各気筒群における空燃比を変更し、各バンク１２，１３の気筒群からの排気ガスをストイキ雰囲気とする。そして、ステップＳ３７にて、各バンク１２，１３の各気筒群における空燃比を変更してから所定の待ち時間が経過したかどうかを判定する。そして、所定の待ち時間が経過したら、ステップＳ３８にて、第３制御弁６６を開放する。
このように実施例３の内燃機関にあっては、Ｖ型６気筒エンジンにて、エンジンがバンク制御可能な運転領域にあり、且つ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が所定の温度領域にあるときに、ＥＣＵ７９は、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すると共に、第３制御弁６６を閉止し、一方、エンジンがバンク制御可能な運転領域から外れたり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２が所定の温度領域から外れたりするときに、ＥＣＵ７９は、左右のバンク１２，１３の気筒群からの排気ガスをストイキ雰囲気にし、予め設定された所定時間の経過後、第３制御弁６６を開放するようにしている。
従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の硫黄被毒再生制御を解除するときには、排気ガスの空燃比をストイキ空燃比とし、所定時間の経過後に第３制御弁６６を開放することで、リーン雰囲気とリッチ雰囲気で排気ガスに温度差があった状態からストイキ雰囲気に戻すことで、左右のバンク１２，１３の気筒群からの排気ガスの温度を同じとしてから、第３制御弁６６を開放することとなり、凝縮水の発生を減少することができる。
なお、本実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の硫黄被毒再生制御を実行するとき、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するバンク制御を実行すると共に、第３制御弁６６を閉止するようにしたが、エンジンの冷間始動時に、バンク制御を実行すると共に第３制御弁６６を閉止することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を加熱して早期活性化を図るようにしてもよい。
図８は、本発明の実施例４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。
実施例４のエンジンにおいて、図８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。
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。
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６３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６４及び第２制御弁６５が装着されると共に、連通管６３における第１排気管５７及び第２排気管５８の近傍に位置して第３制御弁９１，９２がそれぞれ装着されている。この第１、第２、第３制御弁６４，６５，９１，９２は流量制御弁であって、ＥＣＵ７９は、エンジン運転状態に応じてその開度を調整することで各排気管５７，５８及び連通管６３を流れる排気ガスの流量を調整することができる。即ち、ＥＣＵ７９は、各バンク１２，１３の燃焼状態や排気ガスの排出経路を変更することで、各種のバンク制御が可能となっている。
例えば、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すると共に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５を開放状態とし、第１バンク１２の気筒群から排出されたリーン雰囲気の排気ガスを第１排気管５７に流し、第２バンク１３の気筒群から排出されたリッチ雰囲気の排気ガスを第２排気管５８に流し、排気集合管６１で合流させ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２における酸化発熱反応を利用してこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を暖機したり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に蓄積された硫黄成分を放出して再生している。
そして、実施例４のエンジンでは、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するバンク制御を実行するとき、ＥＣＵ７９は、第３制御弁９１，９２を閉止することで、各排気管５７，５８に置ける排気ガスの混合を防止すると共に、連通管６３で発生する排気脈動を低減するようにしている。
このように実施例４の内燃機関にあっては、Ｖ型６気筒エンジンにて、左右の第１バンク１２及び第２バンク１３の各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を連結し、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６４及び第２制御弁６５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６４，６５の上流側を連通管６３により連通し、この連通管６３における第１排気管５７及び第２排気管５８の近傍に位置して第３制御弁９１，９２を設け、ＥＣＵ７９がエンジン運転状態に応じて第３制御弁９１，９２を開閉制御している。
従って、エンジン運転状態に応じて第１制御弁６４及び第２制御弁６５だけでなく第３制御弁９１，９２を開閉制御することで、一方のバンクの各排気管から連通管６３を通して他方のバンクの排気管に伝達される排気脈動を低減することで、この排気脈動による悪影響を抑制し、残留ガスを減少して燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を防止することができる。そして、この第３制御弁９１，９２を閉止して連通管６３における排気脈動を低減するとき、連通管６３における第１排気管５７及び第２排気管５８の近傍で排気ガスの流れを遮断することで、連通管６３内への排気ガスの流入がなく、この連通管６３での排気ガスの放熱による温度低下を抑制することができ、良好なバンク制御を可能とすることができる。
図９は、本発明の実施例５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。
実施例５のエンジンにおいて、図９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。
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。
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６３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６４及び第２制御弁６５が装着されると共に、連通管６３におけるターボ過給機６７を有する第１バンク１２の第１排気管５７の近傍に位置して第３制御弁９３が装着されている。この第１、第２、第３制御弁６４，６５，９３は流量制御弁であって、ＥＣＵ７９は、エンジン運転状態に応じてその開度を調整することで各排気管５７，５８及び連通管６３を流れる排気ガスの流量を調整することができる。即ち、ＥＣＵ７９は、各バンク１２，１３の燃焼状態や排気ガスの排出経路を変更することで、各種のバンク制御が可能となっている。
例えば、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すると共に、第１制御弁６４及び第２制御弁６５を開放状態とし、第１バンク１２の気筒群から排出されたリーン雰囲気の排気ガスを第１排気管５７に流し、第２バンク１３の気筒群から排出されたリッチ雰囲気の排気ガスを第２排気管５８に流し、排気集合管６１で合流させ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２における酸化発熱反応を利用してこのＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を暖機したり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２に蓄積された硫黄成分を放出して再生している。
そして、実施例５のエンジンでは、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するバンク制御を実行するとき、ＥＣＵ７９は、第３制御弁９３を閉止することで、各排気管５７，５８に置ける排気ガスの混合を防止すると共に、連通管６３で発生する排気脈動を低減するようにしている。
このように実施例５の内燃機関にあっては、Ｖ型６気筒エンジンにて、左右の第１バンク１２及び第２バンク１３の各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を連結し、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６４及び第２制御弁６５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６４，６５の上流側を連通管６３により連通し、この連通管６３におけるターボ過給機６７を有する第１バンク１２側の第１排気管５７の近傍に位置して第３制御弁９３を設け、ＥＣＵ７９がエンジン運転状態に応じて第３制御弁９３を開閉制御している。
従って、エンジン運転状態に応じて第１制御弁６４及び第２制御弁６５だけでなく第３制御弁９３を開閉制御することで、一方のバンクの各排気管から連通管６３を通して他方のバンクの排気管に伝達される排気脈動を低減することで、この排気脈動による悪影響を抑制し、残留ガスを減少して燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を防止することができる。そして、この第３制御弁９３を閉止して連通管６３における排気脈動を低減するとき、連通管６３における第１排気管５７の近傍で排気ガスの流れを遮断することで、ターボ過給機６７（タービン６９）により背圧の高い第１排気管５７の排気ガスの連通管６３内への流入がなくなり、この連通管６３での排気ガスの放熱による温度低下を抑制することができると共に、ターボ過給機６７における排気容積の低下による過渡応答性の低下を防止することができ、良好なバンク制御を可能とすることができる。
なお、上述した各実施例では、各バンク１２，１３の排気管５７，５８の両方に前段三元触媒５９，６０を装着したが、この排気管５７，５８のいずれか一方にのみ前段三元触媒を装着し、集合排気管６１に三元触媒を設けてもよい。また、第１バンク１２にターボ過給機６７を設けて第１、第２バンク１２，１３に過給を行うようにしたが、両バンク１２，１３に設けてもよく、または、両バンク１２，１３へのターボ過給機の装着をやめてもよい。
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。
以上のように、本発明に係る内燃機関は、左右のバンクの排気通路を連通する連通通路で発生する排気脈動による悪影響を抑制することで、残留ガスを減少して燃焼悪化、ノッキングの発生、燃費や出力の悪化を防止すると共に、良好なバンク制御を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。
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。 実施例１のＶ型６気筒エンジンの概略断面図である。 実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁を開閉制御する制御マップである。 実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁の開閉制御に関するフローチャートである。 本発明の実施例２に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁の開閉制御に関するフローチャートである。 実施例２のＶ型６気筒エンジンにおけるバンク制御領域を表すグラフである。 本発明の実施例３に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンにおける第３制御弁の開閉制御に関するフローチャートである。 本発明の実施例４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。 本発明の実施例５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
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（浄化触媒）
６０ 第２前段三元触媒（浄化触媒）
６１ 排気集合管（排気集合通路）
６２ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
６３ 連通管（連通通路）
６４ 第１制御弁（排気制御弁）
６５ 第２制御弁（排気制御弁）
６６，９１，９２，９３ 第３制御弁（連通制御弁）
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）

Claims (12)

  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、該各排気通路に排気ガスの流量を調整する排気制御弁が設けられると共に、前記各排気通路の少なくともいずれか一方に浄化触媒が設けられ、前記各排気通路における前記各制御弁及び前記浄化触媒より上流側が連通通路により連通され、該連通通路に排気ガスの流量を調整する連通制御弁が設けられたことを特徴とする内燃機関。
  2. 請求項１に記載の内燃機関において、前記連通制御弁は、前記連通通路における前記各排気通路の近傍にそれぞれ設けられたことを特徴とする内燃機関。
  3. 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の排気通路における前記浄化触媒より上流側に過給機が設けられたことを特徴とする内燃機関。
  4. 請求項３に記載の内燃機関において、前記連通制御弁は、前記連通通路における前記過給機を有する気筒群側の前記排気通路の近傍に設けられたことを特徴とする内燃機関。
  5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関において、内燃機関の運転状態に応じて前記連通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。
  6. 請求項５に記載の内燃機関において、前記制御手段は、内燃機関の低回転高負荷時に前記連通制御弁を閉止することを特徴とする内燃機関。
  7. 請求項５に記載の内燃機関において、前記制御手段は、内燃機関の高負荷時に前記過給機のタービンより上流側の排気圧力が前記過給機のコンプレッサより下流側の過給圧力より高いときに前記連通制御弁を開放することを特徴とする内燃機関。
  8. 請求項５に記載の内燃機関において、前記制御手段は、内燃機関の高負荷時に前記過給機のタービンより上流側の排気圧力が前記過給機のコンプレッサより下流側の過給圧力より低いときに前記連通制御弁を閉止することを特徴とする内燃機関。
  9. 請求項５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バンク制御中に、前記制御手段は前記連通制御弁を閉止することを特徴とする内燃機関。
  10. 請求項９に記載の内燃機関において、内燃機関の運転状態が前記バンク制御可能領域にないとき、前記制御手段は前記連通制御弁を開放することを特徴とする内燃機関。
  11. 請求項１０に記載の内燃機関において、内燃機関の運転状態が前記バンク制御可能領域から外れたとき、前記左右のバンクの気筒群の空燃比をストイキ空燃比に変更し、予め設定された所定時間の経過後、前記制御手段は前記連通制御弁を開放することを特徴とする内燃機関。
  12. 請求項９から１１のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記各排気通路の下流端部が合流して排気集合通路が設けられ、該排気集合通路にＮＯｘ吸蔵還元型浄化触媒が設けられ、該ＮＯｘ吸蔵還元型浄化触媒に吸蔵された硫黄成分が予め設定された硫黄吸蔵量よりも多くなったときに前記バンク制御を実行することを特徴とする内燃機関。
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