JP2008069742A - 内燃機関 - Google Patents

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における排気脈動を低減することで、吸気の充填効率を上げて出力向上を図ると共に燃焼を改善して燃費向上を図る。
【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６５及び第２制御弁６６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６５，６６の上流側を連通管６４により連通して構成し、連通管６４に排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段としての拡張部９１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つの排気通路を前段浄化触媒の上流側で連通通路により連通すると共に、排気通路に制御弁を設けたものがある。従って、エンジンの始動時には、一方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通路を通して合流させた後、この排気ガスを前段浄化触媒に流入させることで、大量の排気ガスによりこの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。

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すると、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てしまう。燃焼室に排気ガスが残留して内部ＥＧＲガス量が増加すると、燃焼室に吸入される新規な吸気量が減少してしまい、充填効率が低下して燃焼速度が低下したり、未燃ガスが増加して燃焼が不安定となり、出力トルクが低下して燃費も悪化してしまうという問題がある。

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における排気脈動を低減することで、吸気の充填効率を上げて出力向上を図ると共に燃焼を改善して燃費向上を図っ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ると共に、該各排気通路の少なくともいずれかに前段浄化触媒がそれぞれ設けられ、前記各排気通路における前記前段浄化触媒の上流側が連通通路により連通された内燃機関において、前記連通通路に排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段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、前記脈動低減手段は、前記連通通路の一部が拡張した拡張部を有することを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記脈動低減手段は、前記連通通路の一部が縮小した絞り部を有することを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記脈動低減手段は、前記連通通路に連結されたレゾネータを有することを特徴としている。

本発明の内燃機関では、前記脈動低減手段は、前記連通通路に設けられた熱交換器を有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独立して設けると共に排気通路に前段浄化触媒を設け、各排気通路における前段浄化触媒の上流側を連通通路により連通して構成し、連通通路に排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段を設けたので、左右のバンクの気筒群に連結された各排気通路に排気ガスの正圧波が到達し、連通通路内で複数の正圧波により排気ガスの脈動が発生しようとしても、この排気ガスの脈動が脈動低減手段により低減されることとなり、各燃焼室における残留ガスが減少され、吸気の充填効率を上げて出力向上を図ることができると共に、燃焼を改善して燃費向上を図ることができる。

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３−１から図３−４は、実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける脈動低減手段の変形例を表す概略図である。

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（前段浄化触媒）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（前段浄化触媒）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（後段浄化触媒）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と共に、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。なお、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２は、選択還元型ＮＯｘ触媒であってもよい。

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６４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６４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第１制御弁６５及び第２制御弁６６が装着されている。この第１、第２制御弁６５，６６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。

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。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６５，６６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６４により連通されている。そして、エンジンの始動時に、例えば、第１制御弁６５を閉止状態とする一方、第２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６４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６５，６６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６４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。

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６４内で排気ガスの脈動が発生する。すると、この連通管６４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てしまう。燃焼室２２，２３に排気ガスが残留して内部ＥＧＲガス量が増加すると、燃焼室２２，２３に吸入される新規な吸気量が減少してしまい、充填効率が低下して燃焼速度が低下したり、未燃ガスが増加して燃焼が不安定となり、出力トルクが低下して燃費も悪化してしまう。

そこで、実施例１のエンジンでは、連通管６４に、排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段として、連通管６４の一部が拡張した拡張部９１を設けており、この拡張部９１は、連通管６４の通路断面積より大きい通路断面積を有している。即ち、各燃焼室２２，２３での爆発後に各排気管５７，５８に排出される排気ガスの正圧波は、この排気管５７，５８から複数の正圧波として連通管６４に伝達されて排気ガスの脈動が発生する。このとき、拡張部９１は、順次伝達される排気ガスの正圧波を取り込んで複数の正圧波が重なり合った波形を整形するためのものであり、所定の容積を有している。

なお、連通管６４における排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段としては、この拡張部９１に限定されるものではなく、他の構成であってもよい。例えば、図３−１に示すように、連通管６４が一部側方に拡張したサイドブランチ９２としてもよい。また、図３−２に示すように、連通管６４の一部が縮小した絞り部９３を設けたり、図３−３に示すように、連通管６４内に多孔板９４を設けたり、図３−４に示すように、連通管６４にヘルムホルツの共鳴の原理を利用したレゾネータ９５を設けてもよい。

従って、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６５を閉止状態とする一方、第２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６４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制御弁６５，６６を開放状態とすると共に、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を連通管６４を通さずに各排気管５７，５８に流し、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を暖機する。

その後、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の暖機が完了して活性化されると、第１、第２制御弁６５，６６を開放状態のまま、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、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、エンジンの高負荷高回転時には、第１制御弁６５を開放状態とし、第２制御弁６６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６４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に導入させることで、このターボ過給機６７による過給圧を上昇させ、出力を向上させる。

そして、このようなエンジンにおける各種の運転状態で、第１、第２排気管５７，５８で発生した排気ガスの複数の正圧波が連通管６４に伝達されて脈動が発生することがある。ところが、本実施例では、連通管６４に拡張部９１が設けられているため、連通管６４に伝達される複数の正圧波が順次この拡張部９１内に入り込んで、複数の正圧波が重なり合った波形を整形することで脈動が減衰されることとなる。そのため、連通管６４における排気ガスの脈動が低減されることとなり、燃焼室２２，２３に残留する排気ガス量が減少し、次行程で燃焼室２２，２３に適正に空気を吸入することができ、充填効率の低下や未燃ガスの増加などの不具合が解消される。

なお、図３−１に示すように、連通管６４にサイドブランチ９２を設けた場合には、連通管６４に伝達される複数の正圧波が順次このサイドブランチ９２内に入り込んで反射されることで脈動が減衰される。また、図３−２に示すように、連通管６４に絞り部９３を設けた場合には、この絞り部９３により排気ガスの流速が増加させることで、この絞り部９３の前後で複数の正圧波が重なり合った波形を整形して脈動が減衰される。また、図３−３に示すように、連通管６４に多孔板９４を設けた場合には、連通管６４に多孔板９４を設けた場合には、この多孔板９４により排気ガスの流速が増加させることで、この多孔板９４の前後で複数の正圧波が重なり合った波形を整形して脈動が減衰される。更に、図３−４に示すように、連通管６４にレゾネータ９５を設けた場合には、連通管６４に伝達される複数の正圧波がこのレゾネータ９５内に入り込むことで、予め設定された特定の固有振動数の正圧波が打ち消され、脈動が減衰される。

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６５及び第２制御弁６６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６５，６６の上流側を連通管６４により連通し、排気集合管６１にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を設けて構成し、連通管６４に排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段としての拡張部９１を設けている。

従って、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し、複数の正圧波が連通管６４に伝達されると、複数の正圧波が順次拡張部９１に入り込んで打ち消し合うことで減衰されることとなり、この複数の正圧波により排気ガスの脈動の発生が抑制され、各燃焼室２２，２３における残留ガスが減少され、吸気の充填効率を上げて出力向上を図ることができると共に、燃焼を改善して燃費向上を図ることができ、また、排気脈動による振動の発生も抑制することができる。

図４は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図、図５−１から図５−３は、実施例２のＶ型６気筒エンジンにおける脈動低減手段の変形例を表す概略図である。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２のエンジンにおいて、図４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６４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６５及び第２制御弁６６が装着されている。この第１、第２制御弁６５，６６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。

そして、実施例２のエンジンでは、連通管６４に、排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段として、連通管６４内を流れる排気ガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行う熱交換器１０１を設けている。この熱交換器１０１は、エンジンに貯留されるエンジン冷却水を循環する冷却配管１０２の一部を連通管６４内に挿通させることで構成されている。

なお、連通管６４における排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段としての熱交換器は、この冷却配管１０２に限定されるものではなく、他の構成であってもよい。例えば、図５−１に示すように、熱交換器１０３として、エンジン冷却水を循環する冷却配管１０４の一部を連通管６４の外周部に付設するようにしてもよい。また、図５−２に示すように、熱交換器１０５として、エンジン冷却水を循環する冷却配管１０６の一部を細径パイプとして連通管６４の外周部に付設するようにしてもよい。更に、図５−３に示すように、熱交換器１０７として、連通管６４を複数（本実施例では、２つ）に分岐すると共に細径パイプ１０８として空冷により熱交換可能としてもよい。

従って、図４に示すように、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、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、各バンク１２，１３にて、燃焼室２２，２３から各排気管５７，５８に排出された排気ガスは、各前段三元触媒５９，６０により含有する有害物質が浄化処理されて排気集合管６１で合流し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２により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、例えば、第１制御弁６５を閉止状態とする一方、第２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６４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。また、エンジンの始動時に、第１、第２制御弁６５，６６を開放状態とすると共に、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を連通管６４を通さずに各排気管５７，５８に流し、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を暖機する。

そして、このようなエンジンにおける各種の運転状態で、第１、第２排気管５７，５８で発生した排気ガスの複数の正圧波が連通管６４に伝達されて脈動が発生することがある。ところが、本実施例では、連通管６４に熱交換器１０１が設けられているため、連通管６４に伝達される複数の正圧波が順次この熱交換器１０１における連通管６４と冷却配管１０２との間の通路（絞り部）に入り込んで、複数の正圧波が重なり合った波形を整形することで脈動が減衰されることとなる。そのため、連通管６４における排気ガスの脈動が低減されることとなり、燃焼室２２，２３に残留する排気ガス量が減少し、次行程で燃焼室２２，２３に適正に空気を吸入することができ、充填効率の低下や未燃ガスの増加などの不具合が解消される。また、排気ガスの熱によりエンジン冷却水が加熱されることとなり、暖機が促進される。

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、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６５及び第２制御弁６６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６５，６６の上流側を連通管６４により連通し、排気集合管６１にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２を設けて構成し、連通管６４に排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段として熱交換器１０１の冷却配管１０２を設けている。

従って、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し、複数の正圧波が連通管６４に伝達されると、複数の正圧波が順次熱交換器１０１における連通管６４と冷却配管１０２との間の通路（絞り部）に入り込んで打ち消し合うことで減衰されることとなり、この複数の正圧波により排気ガスの脈動の発生が抑制され、各燃焼室２２，２３における残留ガスが減少され、吸気の充填効率を上げて出力向上を図ることができると共に、燃焼を改善して燃費向上を図ることができ、また、排気脈動による振動の発生も抑制することができる。

また、実施例２の内燃機関では、脈動低減手段として、熱交換器１０１の冷却配管１０２を適用しており、排気ガスの熱回収または排気ガスの冷却を効率的に行うことができ、この排気ガスの熱回収装置や冷却装置と脈動低減手段とを兼用することで、装置のコンパクト化や低コスト化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の両方に制御弁６５，６６を装着したが、この排気管５７，５８のいずれか一方にのみ制御弁を装着し、この一方の制御弁の開度を調整して前段三元触媒５９，６０やＮＯｘ吸蔵還元型触媒６２の暖機制御を行うようにしてもよい。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、本発明にかかる内燃機関は、左右のバンクの排気通路を連通する連通通路における排気脈動を低減することで、吸気の充填効率を上げて出力向上を図ると共に燃焼を改善して燃費向上を図るものであり、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脈動低減手段の変形例を表す概略図である。 実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける脈動低減手段の変形例を表す概略図である。 実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける脈動低減手段の変形例を表す概略図である。 実施例１のＶ型６気筒エンジンにおける脈動低減手段の変形例を表す概略図である。 本発明の実施例２に係る内燃機関を表すＶ型６気筒エンジンの概略平面図である。 実施例２のＶ型６気筒エンジンにおける脈動低減手段の変形例を表す概略図である。 実施例２のＶ型６気筒エンジンにおける脈動低減手段の変形例を表す概略図である。 実施例２のＶ型６気筒エンジンにおける脈動低減手段の変形例を表す概略図である。

符号の説明

１２ 第１バンク
１３ 第２バンク
１６，１７ ピストン
１６ａ，１７ａ キャビティ
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
６０ 第２前段三元触媒
６１ 排気集合管
６２ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
６４ 連通管（連通通路）
６５ 第１制御弁
６６ 第２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）
９１ 拡張部（脈動低減手段）
９２ サイドブランチ（脈動低減手段）
９３ 絞り部（脈動低減手段）
９４ 多孔板（脈動低減手段）
９５ レゾネータ（脈動低減手段）
１０１，１０３，１０５ 熱交換器
１０２，１０４，１０６ 冷却配管

Claims (5)

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ると共に、該各排気通路の少なくともいずれかに前段浄化触媒がそれぞれ設けられ、前記各排気通路における前記前段浄化触媒の上流側が連通通路により連通された内燃機関において、前記連通通路に排気ガスの脈動を低減する脈動低減手段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、前記脈動低減手段は、前記連通通路の一部が拡張した拡張部を有する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、前記脈動低減手段は、前記連通通路の一部が縮小した絞り部を有することを特徴とする内燃機関。
4. 請求項１に記載の内燃機関において、前記脈動低減手段は、前記連通通路に連結されたレゾネータを有することを特徴とする内燃機関。
5. 請求項１に記載の内燃機関において、前記脈動低減手段は、前記連通通路に設けられた熱交換器を有することを特徴とする内燃機関。

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