JP4169021B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。

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触媒からなる排気浄化装置を設けることが知られている。この技術において、ＮＯx触媒として例えば三元
触媒を用いた場合には、ストイキ近傍雰囲気でＨＣ、ＣＯ及びＮＯxを同時に浄化するこ
とができる。また、ＮＯx触媒として例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒を設けた場合には、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低
下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能により排気中のＮＯxを浄化することができる。

また、この吸蔵還元型ＮＯx触媒においては、吸蔵されたＮＯxの量が増加すると浄化性能が悪化するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給し、同触媒に吸蔵されたＮＯxを還元放出することが行われる（以下、「ＮＯx還元処理」という。）。さらに、ＮＯx触媒に排気中のＳＯxが吸蔵され、浄化性能が劣化するＳＯx被毒を解消するために、ＮＯx触
媒の床温を上昇させるとともに還元剤を供給する場合もある（以下、「ＳＯx被毒回復処
理」という。）。

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は、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒はその温度が３５０℃〜４５０℃の範囲に属する場合に排気中のＮＯxを吸蔵還元する機能を有するため、排気浄化装置に導入される排気の温度によって浄化効率が左右される。従って、低負荷低回転数の運転状態から高負荷高回転数の運転状態までの広範囲の運転状態において排気浄化装置の浄化効率を高く維持することが困難な場合があった。
特開２００２−３６４３５２号公報

本発明の目的とするところは、複数の気筒群を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、より広範囲の運転状態において高い排気浄化効率を得ることができる技術を提供することである。

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、分岐された複数の排気通路の一部については排気熱の外部への放出を抑制することにより保温し、分岐された複数の排気通路の残りについては保温せず、排気通路が保温されたことによる高温の排気と排気通路が保温されずに低温になった排気とを適量混合させることにより、排気浄化装置に導入される排気の温度を制御可能としたことを最大の特徴とする。

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、前記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複数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に対して設けられた前記複数の気筒群毎分岐通路のうちの一部の気筒群毎分岐通路に設けられ、該気筒群毎分岐通路を通過する排気から外部への熱放出を抑制する保温手段と、
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、前記保温手段が設けられたものを、全ての前記気筒群直結排気通路について合流させた保温手段付混合排気通路と、
前記複数の気筒群毎分岐通路のうち、前記保温手段が設けられていないものを、全ての前記気筒群直結排気通路について合流させた混合排気通路と、
前記混合排気通路及び前記保温手段付混合排気通路が合流して形成される合流混合排気通路と、
前記合流混合排気通路に導入される前記混合排気通路および／または前記保温手段付混合排気通路を通過する排気の量を変更することにより、前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を制御する排気温制御手段と、
を有し、
前記合流混合排気通路を通過する排気を前記排気浄化装置に導入することを特徴とする。

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気筒群毎分岐通路を通過させ、一部の気筒群毎分岐通路を通過する排気については、保温手段によってその温度を高温に維持するようにする。一方、残りの気筒群毎分岐通路を通過する排気については、その熱を外部に放出させることにより温度を低下させるようにする。そして、保温手段が設けられた気筒群毎分岐通路を合流させた保温手段付混合排気通路と、保温手段が設けられていない気筒群毎分岐通路を合流させた混合排気通路とをさらに合流させることにより、高温に維持された排気と温度が低下した排気とを混合する。その際に、前記排気温制御手段によって混合排気通路および／または保温手段付混合排気通路を通過する排気の量を変更し、換言すると両方の排気の混合比を変更し、混合された排気の温度を制御する。

そうすれば、前記内燃機関の運転状態に応じて前記混合比を変更させることにより、前記内燃機関の運転状態に拘らず、前記排気浄化装置において高い浄化効率が得られる温度の排気を合流混合排気通路から前記排気浄化装置に導入させることができる。その結果、前記内燃機関の広範囲な運転状態において高い排気浄化効率を得ることができる。

ここで、前記保温手段は、前記気筒群毎分岐通路の少なくとも一部を二重管構造とすることによって実現してもよい。そうすれば、二重管の間に満たされた空気層によって、前記気筒群毎分岐通路の熱容量を著しく増加させることなく、気筒群毎分岐通路の保温性を高めることができる。

また、本発明においては、前記排気温制御手段は、前記排気浄化装置の温度を制御量として前記混合排気通路および／または前記保温手段付混合排気通路を通過する排気の量を変更するようにしてもよい。そうすれば、排気浄化装置の温度を所望の目標値にすべく前記混合排気通路および／または前記保温手段付混合排気通路を通過する排気の量を変更することができ、より直接的に前記排気浄化装置の温度を制御することができる。

また、前記排気温制御手段は、前記保温手段付混合排気通路および／または前記混合排気通路に設けられた排気絞り弁により実現してもよい。そうすれば、平易な構成により前記混合排気通路を通過する排気の量を変更することができ、より確実に前記混合排気通路
を通過する排気と前記保温手段付混合排気通路を通過する排気の混合比を変更することができる。

また、本発明においては、前記排気浄化装置は吸蔵還元型ＮＯx触媒を含み、
該吸蔵還元型ＮＯx触媒についてのＳＯx被毒回復が要求された場合には、前記複数の気筒群のうちの一部の気筒群からの排気の空燃比を所定のリッチ空燃比とし、前記複数の気筒群のうちの残りの気筒群からの排気の空燃比を所定のリーン空燃比とするリッチ／リーン制御を行うとともに、前記排気絞り弁を開弁するようにしてもよい。

ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復処理においては、前記複数の気筒群のうちの一部の気筒群からの排気の空燃比を所定のリッチ空燃比とし、前記複数の気筒群のうちの残りの気筒群からの排気の空燃比を所定のリーン空燃比とするリッチ／リーン制御が行われる場合がある。このリッチ／リーン制御によって吸蔵還元型ＮＯx触媒に充分な燃
料と空気とが導入されて吸蔵還元型ＮＯx触媒を昇温させることができ、ＳＯxの還元放出が促進される。

このリッチ／リーン制御においては、最終的に吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入される排気
の空燃比はストイキである必要があるため、複数の気筒群からの排気をより均一に混合した上で排気全体の空燃比を制御する必要がある。従って、前記排気絞り弁を開弁することにより、合流混合排気通路において、混合排気通路及び保温手段付混合排気通路を通過した排気をより確実に混合させることができ、排気の均一化の度合いを高めることができる。その結果、より確実に吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入される排気の空燃比をストイキに制御することができ、ＳＯx被毒回復処理の処理効率を高めることができる。

また、この際、特に前記排気絞り弁が前記混合排気通路に設けられている場合には、前記ＳＯx被毒回復処理が要求されている期間中であっても、前記内燃機関の運転状態が、
前記保温手段付混合排気通路における排気の混合状態が良好となる所定の良好混合運転状態に属するときに、前記排気絞り弁を閉弁するようにしてもよい。

ここで、内燃機関の運転状態によって、前記複数の気筒群からの排気の量や脈動の周期が異なる。従って、内燃機関の運転状態によっては、前記排気絞り弁を閉弁したままでも、換言すると保温手段付き混合排気通路を通過する排気のみが排気浄化装置に導入される場合でも充分に排気が混合されている場合がある。このような場合には、前記ＳＯx被毒回復が要求されている期間中であっても、前記排気絞り弁を閉弁するようにしてもよい。

そうすれば、必要のない場合には前記排気絞り弁を開弁せず、合流混合排気通路を通過する排気において、混合排気通路を通過した排気の量に対して保温手段付混合排気通路を通過した排気の量を相対的に増加させることができる。これにより、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。その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を
、ＳＯx被毒回復に必要な温度により近い温度に維持することができる。

また、上記と同様前記排気絞り弁が前記混合排気通路に設けられている場合には、前記ＳＯx被毒回復処理が要求されている期間中、前記内燃機関の運転状態が前記リッチ／リ
ーン制御に適した運転状態から外れたときに、前記リッチ／リーン制御を中断するとともに前記排気絞り弁を閉弁するようにしてもよい。

ここで、前記内燃機関の運転状態において、前記リッチ／リーン制御に適した運転状態から外れた状態とは、例えばアイドル時、フル加速要求時などであって、その際にそのまま前記リッチ／リーン制御を継続すれば、燃焼の不安定化やノッキングを招くおそれがある状態をいう。そして、本発明においては、前記ＳＯx被毒回復が要求されている期間中
に、前記内燃機関の運転状態が前記リッチ／リーン制御に適した運転状態から外れた場合には、前記リーン／リッチ制御を中断し、さらに前記排気絞り弁を閉弁する。

そうすれば、ＳＯx被毒回復が要求されている期間中に、燃焼不良やノッキングが生じ
ることを抑制できる。また、前記内燃機関の運転状態が前記リッチ／リーン制御に適した運転状態から外れた期間中に吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入される排気における、保温手段
付混合通路を通過した排気の比率を増加させることができるので、吸蔵還元型ＮＯx触媒
の温度をＳＯx還元放出に必要な温度に近い温度のまま維持することができる。その結果
、内燃機関の運転状態がリッチ／リーン制御に適した運転状態に復帰した場合には、早急にＳＯxの還元放出を再開することができる。

また、上述のリッチ／リーン制御の実施中においては、前記排気絞り弁の開閉に応じて、リッチ／リーン比率を変更するようにしてもよい。例えば、前記排気絞り弁が前記混合排気通路に設けられた場合には、前記排気絞り弁の開弁時より前記排気絞り弁の閉弁時の方が、リッチ／リーン比率が小さくなるようにしてもよい。

すなわち前述のように、前記排気絞り弁を開閉することにより（例えば、前記排気絞り弁が前記混合排気通路に設けられた場合には、前記排気絞り弁を閉弁することにより）、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を上昇させ、ＳＯx被毒回復に必要な温度により近い温度にすることができる。そうすれば、前記リッチ／リーン制御におけるリッチ／リーン比率を小さくし、吸蔵還元型ＮＯx触媒に導入される燃料及び空気の量を減少させても、吸蔵還元
型ＮＯx触媒の温度を、ＳＯx被毒回復に必要な温度に維持することができる。

そうすれば、前記排気絞り弁を開閉することにより吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を上昇
させた場合には、前記リッチ／リーン制御における各気筒群からの排気の空燃比をよりストイキに近づけることができ、内燃機関における燃焼を安定化させ、ノッキングや燃焼不良の発生をより確実に抑制することができる。なおここでリッチ／リーン比率とは、前記リッチ／リーン制御における各気筒群からの排気がストイキに対して何％リッチまたはリーンに制御されているかを示す数値であり、この値が小さい程、各気筒群からの排気の空燃比はストイキに近いといえる。

また、上述のように、前記排気絞り弁が前記混合排気通路に設けられている場合であって、前記ＳＯx被毒回復が要求されている期間中、前記内燃機関の運転状態が前記リッチ
／リーン制御に適した運転状態から外れたときに前記リッチ／リーン制御を中断するとともに前記排気絞り弁を閉弁するようにした場合には、前記排気絞り弁の閉弁に伴い、さらに前記複数の気筒群からの排気の空燃比をストイキにするようにしてもよい。

すなわち、上述の制御においては前記ＳＯx被毒回復処理が要求されている期間中に、
前記内燃機関の運転状態が前記リッチ／リーン制御に適した運転状態から外れたときには、前記リッチ／リーン制御を中断することとした。この場合、前記リッチ／リーン制御の中断期間中の各気筒群からの排気の空燃比を例えばリーン空燃比に戻してしまうと、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が高温になっていることから、排気中のＮＯxを浄化することが困難となるおそれがある。

そこで、本発明においては前記リッチ／リーン制御の中断期間中の、各気筒群からの排気の空燃比をストイキにすることとした。そうすれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒がＳＯx被毒回復処理時の高温になっている場合でも吸蔵還元型ＮＯx触媒の三元触媒機能によって排
気中のＮＯxを浄化することが可能となる。その結果、前記リッチ／リーン制御の中断期
間中のエミッションの悪化を抑制することができる。

また、本発明においては、前記排気浄化装置は吸蔵還元型ＮＯx触媒を含み、
該吸蔵還元型ＮＯx触媒についてのＳＯx被毒回復処理が要求された場合には、
第１所定期間に亘り、前記複数の気筒群からの排気の空燃比をストイキにするとともに前記排気温制御手段により前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を上昇させ、
前記第１所定期間の経過後、前記複数の気筒群のうちの一部の気筒群からの排気の空燃比を所定のリッチ空燃比とし、前記複数の気筒群のうちの他の気筒群からの排気の空燃比を所定のリーン空燃比とするリッチ／リーン制御を行うとともに、前記排気温制御手段により、前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を前記排気浄化装置におけるＳＯx被
毒回復が可能な所定温度とし、
前記ＳＯx被毒回復の要求が解除された後の第２所定期間に亘り、前記複数の気筒群か
らの排気の空燃比をストイキにするとともに前記排気温制御手段により前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を低下させるようにしてもよい。

ここで、ＳＯx被毒回復処理において前述のリッチ／リーン制御によって吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒の温度を上昇させるために、例えば通常のリーン空燃比による運転から直接リッ
チ／リーン制御に移行する場合を考える。このような場合は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温
度を大幅に上昇させなくてはならないため、リッチ／リーン制御における、リッチ／リーン比率を大きくする必要がある。そうすると、内燃機関の運転状態によっては、ノッキングや燃焼の不安定化をまねく場合があった。

また、ＳＯx被毒回復の要求が解除された際に、リッチ／リーン制御を停止した後に例
えば直接リーン空燃比による運転に移行すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が充分に低
下するまでは、吸蔵還元型ＮＯx触媒においてＮＯxの吸蔵が出来ない場合があった。そうすると、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が充分に低下するまでの期間においてエミッション
が悪化するおそれがあった。

そこで本発明においては、ＳＯx被毒回復処理が要求された後の第１所定期間において
は、前記複数の気筒群からの排気の空燃比をストイキにするとともに、前記排気温制御手段により前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を上昇させることとした。

そうすれば、リッチ／リーン制御に移行する際に予め吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度をあ
る程度上昇させておくことができる。従って、リッチ／リーン制御に移行した際のリッチ／リーン比率が過度に大きくなることを抑制できる。その結果、リッチ／リーン制御中の内燃機関におけるノッキングや燃焼不良の発生を抑制することができる。

さらに、第１所定期間中の前記複数の気筒群からの排気の空燃比をストイキにするので、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が上昇することによってＮＯx吸蔵が困難な温度域になったとしても、吸蔵還元型ＮＯx触媒の三元触媒機能によってＮＯxを浄化することができる。

また本発明においては、前記ＳＯx被毒回復処理の要求が解除された後の第２所定期間
に亘り、前記排気温制御手段により前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を低下させることとしたので、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を早期に低下させることができる。さ
らに、上記第２所定期間においては、前記複数の気筒群からの排気の空燃比をストイキにするので、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が充分に低下しない期間にも、ＮＯxを良好に浄化することができる。

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型内燃機関において前記リッチ／リーン制御をバンク毎の空燃比を制御することで実現することができる。

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。

本発明にあっては、複数の気筒群を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、より広範囲の運転状態において高い排気浄化効率を得ることができる。

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。

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、同様に左排気管５１は２つの左分岐管５２ａ、５２ｂに分岐する。

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。

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。ここで合流混合管５は合流混合排気通路に相当する。

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、ＮＯ_x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。

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。

図１において、右分岐管２ａ、左分岐管５２ａ及び右混合管３は、二重の管からなり内管と外管との間が空気で満たされた二重管構造によって形成されている。また、左混合管５３には、右分岐管２ｂ、左分岐管５２ｂ及び左混合管５３を通過する排気の量を制御する排気絞り弁７が設けられている。ここで上記二重管構造は保温手段に相当する。右混合管３は保温手段付混合排気通路に相当する。左混合管５３は混合排気通路に相当する。なお、上記において右分岐管２ａ、左分岐管５２ａ及び右混合管３における全ての部分が二重管構造によって形成されている必要はなく、実質的に保温効果が生じる範囲でかまわな
い。また、右混合管３については、必ずしも二重管構造によって形成されている必要はない。

ここで、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４においては、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。従って、特に吸入空気量が低く排気浄化装置に導入される排気の温度が低い運転状態において、あるいは、吸入空気量が多く排気浄化装置に導入される排気の温度が高い運転状態においては、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から外れ、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。

そこで、本実施例においては、吸入空気量が低く排気浄化装置に導入される排気の温度が低い運転状態あるいは触媒温度が低い状態であって、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４におけるＮＯx浄化効率が低下する場合においては、排気絞り弁７を閉弁す
ることとした。また、吸入空気量が多く排気浄化装置に導入される排気の温度が高い運転状態あるいは触媒温度が高い状態であって、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４におけるＮＯx浄化効率が低下する場合においては、排気絞り弁７を開弁することとした。

すなわち、右分岐管２ａ、左分岐管５２ａ及び右混合管３は前述のように二重管構造を有するため、排気の保温性がよく、右混合管３を通過する排気の温度を高温に維持することができる。一方、右分岐管２ｂ、左分岐管５２ｂ及び左混合管５３は二重管構造を有さないため、排気熱の外部への放出量が多く、左混合管５３を通過する排気の温度を低温にすることができる。

従って、排気絞り弁７を閉弁することにより、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４には、二重管構造によって保温された排気を優先的に導入させることができる。その結果、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４に導入される排気の温度を上昇させることができる。一方、排気絞り弁７を開弁することにより、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４に導入される排気における、二重管構造によって保温された排気の比率を低下させることができる。その結果、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４に導入される排気の温度を低下させることができる。

これにより、吸入空気量が低く排気浄化装置に導入される排気の温度が低い運転状態または触媒温度が低い状態においては、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４に導入される排気の温度を上昇させることができる。一方、吸入空気量が多く排気浄化装置に導入される排気の温度が高い運転状態または触媒温度が高い状態においては、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４に導入される排気の温度を低下させることができる。従って、より広い範囲の運転状態または触媒温度において、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を浄化することができ、エミッションの悪化を
抑制することができる。

なお、上記の制御においては、排気絞り弁７を開閉するための制御量は、右主排気浄化装置４あるいは左主排気浄化装置５４の温度とするのがよい。そうすれば、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４におけるＮＯx浄化効率に大きな影響を及ぼす触媒温度
を直接制御することができる。

例えば、右主排気浄化装置４または左主排気浄化装置５４の温度が３５０℃以下である場合には排気絞り弁７を閉弁し、右主排気浄化装置４または左主排気浄化装置５４の温度が４５０℃以上である場合には排気絞り弁７を開弁するように制御してもよい。そうすれば、広範囲の運転状態において、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の両方の
温度を３５０℃から４５０℃の範囲に維持することができる。

なお、上記において右主排気浄化装置４または左主排気浄化装置５４の温度は、センサなどによって直接測定してもよいし、内燃機関における吸入空気量または噴射燃料量から推定してもよい。

また、上記の実施例において、排気絞り弁７は排気温制御手段に相当するが、これは左混合管５３にのみ設けられている必要はない。右混合管３にも設けられたうえで、２つの排気絞り弁の開閉により、右混合管３及び左混合管５３を通過する排気の量を制御するようにしてもよい。さらに、排気絞り弁７は右混合管３にのみ設けられるようにしても、その開閉により相対的に排気の温度を制御することは可能である。しかし、右主排気浄化装置４または左主排気浄化装置５４へ導入される排気の温度を上昇させるという意味では少なくとも左混合管５３に設けられていることが望ましいといえる。

さらに、排気温制御手段として用いられるものは排気絞り弁に限られずシャッターなど別の態様によるものでもよい。

次に本発明における実施例２について説明する。本実施例における排気浄化システムの構成は実施例１における構成と同等である。本実施例においては、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４のＳＯx被毒回復処理の制御について説明する。

図２は、本実施例におけるＳＯx被毒回復処理時の関連項目の変化を示したタイムチャ
ートである。横軸は時間、縦軸は各項目の変化を示す。

図２において、時点ｔ１にＳＯx被毒回復処理が要求されたとする。その際、ＳＯx被毒回復条件が成立している場合には、右バンクからの排気の空燃比をリッチ空燃比に、左バンクからの排気の空燃比をリーン空燃比とするいわゆるリッチ／リーン制御が開始される。

ここで、このリッチ／リーン制御は、一方のバンクからの排気の空燃比をリーン空燃比とし、他方のバンクからの排気の空燃比をリッチ空燃比とすることにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒にリーン空燃比の排気とリッチ空燃比の排気を混合させて、ストイキとした上で
供給する制御である。これにより、リーン空燃比の排気に含まれるＯ_２、ＮＯ_２と、リッチ空燃比の排気に含まれるＨＣ、ＣＯとを吸蔵還元型ＮＯx触媒において過不足なく酸化
還元させ、吸蔵還元型ＮＯx触媒を昇温することが可能となる。

またここで、ＳＯx被毒回復条件がＯＮである状態とは、内燃機関の運転状態が上述の
リッチ／リーン制御を実施するのに適当な運転状態であることを意味する。すなわち、内燃機関の運転状態がアイドル状態やアクセルがフルに踏み込まれた状態でなく、リッチ／リーン制御を実施したとしても燃焼の不安定化やノッキングが生じる可能性が低いと判断される場合である。このＳＯx被毒回復条件については予め実験的にその機関負荷及び回
転数の範囲を求めてマップ化しておき、内燃機関の運転状態がマップ上の当該範囲に属しているかどうかを判定するようにしてもよい。

本実施例においては、時点ｔ１で排気絞り弁７を開弁した状態とする。そうすれば、二重管構造を有しない左混合管５３を通過する排気が存在するので、合流混合管５において、右混合管３を通過した排気と左混合管５３を通過した排気とが合流、混合される。その結果、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４に導入される排気の均一性の度合いが高められる。これにより、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４に導入される排気空燃比の制御性も向上する。

なお、ここにおいては、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４を急激に昇温させる必要がある。従って、リッチ／リーン制御開始時点における、右バンクからの排気の空燃比のリッチ度合いと、左バンクからの排気の空燃比のリーン度合いのストイキからの変化量を示すリッチ／リーン比率を大きくする必要がある。例えば右バンクからの排気の空燃比はストイキから４０％のリッチ側へ、左バンクからの排気の空燃比はストイキから４０％リーン側に制御することにより、リッチ／リーン比率を±２０％とする必要がある。

次に、時点ｔ２においてＳＯx被毒回復条件が満たされなくなったとする。具体的には
内燃機関の運転状態がアイドル運転に移行した場合や、アクセルがフルに踏み込まれた場合である。

この場合には、リッチ／リーン制御を停止し、右バンク及び左バンクからの排気の空燃比をストイキに制御する。そのことにより燃焼を安定化し、ノッキングの発生を抑制できる。また、この時点においては、既に右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４はリーン空燃比の排気のＮＯxを吸蔵することが困難な高温（４５０℃以上）となっている。従って、右バンク及び左バンクからの排気の空燃比をストイキに制御することで、右主排気浄化装置４及び左主排気浄化装置５４の三元触媒機能によってＮＯxを浄化することができる。

また、この際には排気絞り弁７を閉弁する。それにより、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４に導入される排気における、二重管構造によって保温された排気の比率を増加させることができる。従って、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度が低下してしまうことを抑制できる。

次に時点ｔ３において、ＳＯx被毒回復条件が再度満たされた場合には、再びリッチ／
リーン制御を開始するとともに、排気絞り弁７を開弁する。そうすれば、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４を充分に昇温することができる。また、右バンク及び左バンクからの排気を合流混合管５において充分に混合させ、均一化の度合いを高めることができる。

次に時点ｔ４において、排気混合良好フラグがＯＮしたとする。この排気混合良好フラグとは、内燃機関の運転状態が、排気絞り弁７を閉じた状態でも右混合管３を通過した排気が充分に均一化できていると判断できる場合にＯＮされるフラグである。従って、排気混合良好フラグがＯＮしている場合は、必ずしも排気絞り弁７を開弁して排気の混合を促進する必要はないので、排気絞り弁７を閉弁する。

そうすれば、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４に導入される排気における、二重管構造によって保温された排気の比率を増加させることができ、主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度を上昇させることができる。その結果、リッチ／リーン制御におけるリッチ／リーン比率をより小さくすることができ、内燃機関の燃焼をより安定させることができる。

なお、上記の排気混合良好フラグがＯＮできる運転状態については、予め実験的にその範囲を求めてマップ化しておき、内燃機関の運転状態がマップ上の当該範囲に属しているかどうかを判定するようにしてもよい。

次に時点ｔ５において、排気混合良好フラグがＯＦＦした、すなわち内燃機関の運転状
態が、排気絞り弁７を閉じた状態では右混合管３を通過した排気を充分に均一化できない運転状態になったと判断された場合には、排気絞り弁７を開弁する。これにより、合流混合管５において排気の混合が促進され、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４に導入される排気の均一性の度合いが高められる。

その場合には、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４に導入される排気における、二重管構造を有する排気の比率が減少するので、そのままでは右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度は低下するおそれがある。本実施例ではこれに対応して、リッチ／リーン比率を大きくして右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度がＳＯx被毒回復に必要な高温を維持できるようにしている。

次に時点ｔ６において、ＳＯx被毒回復の要求が解除された場合には、リッチ／リーン
制御を停止し、通常のリーン空燃比による運転に切換える。

以上、説明したように本実施例においては、まず、ＳＯx被毒回復処理の際には、リッ
チ／リーン制御を実施するとともに排気絞り弁７を開弁する。これにより右混合管３及び左混合管５３を通過する排気を、合流混合管５において混合させることができ、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４に導入される排気の均一性の度合いを向上させることができる。

また、ＳＯx被毒回復処理の要求中であっても、内燃機関の運転状態が、右混合管３に
おける排気の均一性の度合いが充分に高いと思われる運転状態である場合には、排気絞り弁７を閉じる。従って、その場合には右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４に導入される排気の温度を上昇させることができる。このように、必要のないときにはリッチ／リーン制御におけるリッチ／リーン比率を小さくすることができ、内燃機関における燃焼を安定化することができる。

また、本実施例においては、ＳＯx被毒回復の要求中であっても、内燃機関の運転状態
がリッチ／リーン制御に適した運転状態から外れた場合には、リッチ／リーン制御を中断するとともに、排気絞り弁７を閉弁する。これにより、リッチ／リーン制御中に内燃機関における燃焼の状態が不安定になったりノッキングが生じたりすることを抑制できる。同時に、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度低下を抑制することができる。さらにその際、右バンク、左バンクからの排気の空燃比をストイキにするので、当該期間中のエミッションの悪化を抑制することができる。

なお、上記の実施例においては、排気絞り弁７を内燃機関の運転状態によって開弁または閉弁するようにしたが、この開弁または閉弁の動作は、全開または全閉動作のみを意味しない。すなわち、内燃機関の運転状態に応じて連続的にその開度を変化させるようにしてもよい。さらにその場合には、排気絞り弁７の開度に応じてリッチ／リーン比率を連続的に変化するようにしてもよい。

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、リッチ／リーン制御の前後において、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度の制御を積極的に行う例について説明する。なお、本実施例における排気浄化システムの構成は実施例１で説明したものと同等とする。

図３は、本実施例のＳＯx被毒回復処理における、各制御項目の変化を示したタイムチ
ャートである。図３に示す時点ｔ７において、ＳＯx被毒回復要求が出されたとする。本
実施例においては、その時点でリッチ／リーン制御を開始するのではなく、まず排気絞り
弁７を閉弁状態とする。そうすれば、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４に導入される排気における、二重管構造によって保温された排気の比率を増加させることができ、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度を上昇させることができる。

そして、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度がリッチ／リーン制御開始温度Ｔ０まで上昇した時点ｔ８において、リッチ／リーン制御を開始する。この際のリッチ／リーン比率は、時点ｔ７から時点ｔ８までの期間、排気絞り弁７を閉弁することによって右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の予熱を行わなかった場合と比較して小さくすることができる。その結果、リッチ／リーン制御中における内燃機関の燃焼を安定化することができ、ノッキングの発生を抑制できる。

換言すると、前記のリッチ／リーン制御開始温度Ｔ０は、排気絞り弁７を閉弁することのみによって上昇させることが可能な右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度である。そして、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度を予めＴ０としておくことにより、リッチ／リーン比率をリッチ／リーン制御中における内燃機関の燃焼を充分に安定化でき、ノッキングの発生を抑制できるという温度である。Ｔ０については、予め実験的に求めるようにしてもよい。

また、この時点では、右バンク及び左バンクからの排気の空燃比はストイキとする。そうすれば、この期間中に右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度が上昇し、リーン空燃比の排気に対してはＮＯxの浄化が困難な温度になったとしても、それらの三元触媒機能によってＮＯxを浄化することができる。その結果、この期間におけるエミッションの悪化を抑制できる。なおここで、時点ｔ７から時点ｔ８までの期間は第１所定期間に相当する。

本実施例においては、時点ｔ８から時点ｔ９までの期間中はリッチ／リーン制御を継続し、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４のＳＯx被毒回復を実施する。なお、こ
の期間中に右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４が維持されるべき温度は、ＳＯx
が高効率に還元放出可能な温度であり、この温度は所定温度に相当する。

次に、時点ｔ９においてＳＯx被毒回復の要求が解除されたとする。その際には排気絞
り弁７を開弁する。そうすれば、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４に導入される排気における、二重管構造によって保温された排気の比率を低下させることができる。これにより、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度を早急に低下させることができる。その結果、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度を、リーン空燃比に対してＮＯx浄化可能な温度まで早期に低下させることができる。

また、時点ｔ９から、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度がリーン空燃比に対してＮＯx浄化可能な温度になる時点ｔ１０までの期間は、右バンク及び左バンク
から排出される排気の空燃比をストイキに制御する。そうすれば、右主排気浄化装置４、左主排気浄化装置５４の温度が充分に低下するまでの期間においても、エミッションの悪化を抑制することができる。ここで時点ｔ９から時点ｔ１０までの期間は第２所定期間に相当する。

次に本発明における実施例４について説明する。本実施例における排気浄化システムは実施例１で説明したものに対し、右バンク及び左バンクからの排気の混合性をより高くし、さらに車載性をより高めたものである。

図４に本実施例における排気浄化システムを模式的に表した図を示す。図４において図
１と同じ符号が付されている構成は図１で説明したものと略同等の構成である。
図４（Ａ）に示すように、本実施例においては、右排気管１，左排気管５１が右分岐管２ａ、２ｂ及び左分岐管５２ａ、５２ｂに分岐する分岐点において、混合促進空間８，５８が設けられている。また、右分岐管２ａ、２ｂ及び左分岐管５２ａ、５２ｂの長さは全て略同一に設定されている。さらに、右分岐管２ｂと左分岐管５２ａは互いに交差するため、図４（Ｂ）に示すように、２ｂは図４（Ａ）における紙面奥側に、５２ａは紙面手前側にひねるように徐々に変形させている。

上記したように、本実施例においては、右排気管１，左排気管５１が右分岐管２ａ、２ｂ及び左分岐管５２ａ、５２ｂに分岐する分岐点において、混合促進空間８，５８が設けられている。従って、右排気管１、左排気管５１の形状に拘らず、偏流によって右分岐管２ａ、２ｂに流れ込む排気の流量と、左分岐管５２ａ、５２ｂに流れ込む排気の流量とが異なってしまうことを抑制できる。その結果、右合流管３、左合流管５３における混合を促進し、均一化の度合いを高めることができる。

また、本実施例においては、右分岐管２ａ、２ｂ及び左分岐管５２ａ、５２ｂの長さは全て略同一に設定されているので、管共鳴状態及び圧力損失を同等とすることができ、排気の流れを均等にすることができる。その結果、右合流管３、左合流管５３における混合をさらに促進し、均一化の度合いをさらに高めることができる。

さらに、本実施例においては、右分岐管２ｂと左分岐管５２ａは互いに交差するため、２ｂは図４（Ａ）における紙面奥側に、５２ａは紙面手前側にひねるように徐々に変形させている。従って、排気浄化システムの車両への搭載時に必要なスペースを低減することができる。

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。

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。

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。

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。 本発明の実施例２におけるＳＯx被毒回復処理時における制御関連項目の変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施例３におけるＳＯx被毒回復処理時における制御関連項目の変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施例４における排気浄化システムの概略構成を示す模式図である。

符号の説明

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・・・混合促進空間
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
５８・・・混合促進空間

Claims (11)

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、前記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複数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に対して設けられた前記複数の気筒群毎分岐通路のうちの一部の気筒群毎分岐通路に設けられ、該気筒群毎分岐通路を通過する排気から外部への熱放出を抑制する保温手段と、
   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、前記保温手段が設けられたものを、全ての前記気筒群直結排気通路について合流させた保温手段付混合排気通路と、
   前記複数の気筒群毎分岐通路のうち、前記保温手段が設けられていないものを、全ての前記気筒群直結排気通路について合流させた混合排気通路と、
   前記混合排気通路及び前記保温手段付混合排気通路が合流して形成される合流混合排気通路と、
   前記合流混合排気通路に導入される前記混合排気通路および／または前記保温手段付混合排気通路を通過する排気の量を変更することにより、前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を制御する排気温制御手段と、
   を有し、
   前記合流混合排気通路を通過する排気を前記排気浄化装置に導入することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記保温手段は、前記気筒群毎分岐通路の少なくとも一部を二重管構造としたものであ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。
3. 前記排気温制御手段は、前記排気浄化装置の温度を制御量として前記混合排気通路および／または前記保温手段付混合排気通路を通過する排気の量を変更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。
4. 前記排気温制御手段は、前記保温手段付混合排気通路および／または前記混合排気通路に設けられた排気絞り弁であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記排気浄化装置は吸蔵還元型ＮＯx触媒を含み、
   該吸蔵還元型ＮＯx触媒についてのＳＯx被毒回復が要求された場合には、前記複数の気筒群のうちの一部の気筒群からの排気の空燃比を所定のリッチ空燃比とし、前記複数の気筒群のうちの残りの気筒群からの排気の空燃比を所定のリーン空燃比とするリッチ／リーン制御を行うとともに、前記排気絞り弁を開弁することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記排気絞り弁は前記混合排気通路に設けられており、
   前記ＳＯx被毒回復処理が要求されている期間中であっても、前記内燃機関の運転状態
   が、前記保温手段付混合排気通路における排気の混合状態が良好となる所定の良好混合運転状態に属する場合には、前記排気絞り弁を閉弁することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
7. 前記排気絞り弁は前記混合排気通路に設けられており、
   前記ＳＯx被毒回復処理が要求されている期間中に、前記内燃機関の運転状態が前記リ
   ッチ／リーン制御に適した運転状態から外れた場合には、前記リッチ／リーン制御を中断する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５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
8. 前記排気絞り弁の開閉に応じて、前記リッチ／リーン制御におけるリッチ／リーン比率を変更することを特徴とする請求項５、６または７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
9. 前記排気絞り弁の閉弁に伴い、前記複数の気筒群からの排気の空燃比をストイキにすることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
10. 前記排気浄化装置は吸蔵還元型ＮＯx触媒を含み、
    該吸蔵還元型ＮＯx触媒についてのＳＯx被毒回復が要求された場合には、
    第１所定期間に亘り、前記複数の気筒群からの排気の空燃比をストイキにするとともに前記排気温制御手段により前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を上昇させ、
    前記第１所定期間の経過後、前記複数の気筒群のうちの一部の気筒群からの排気の空燃比を所定のリッチ空燃比とし、前記複数の気筒群のうちの他の気筒群からの排気の空燃比を所定のリーン空燃比とするリッチ／リーン制御を行うとともに、前記排気温制御手段により、前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を前記排気浄化装置におけるＳＯx被
    毒回復が可能な所定温度とし、
    前記ＳＯx被毒回復の要求が解除された後の第２所定期間に亘り、前記複数の気筒群か
    らの排気の空燃比をストイキにするとともに前記排気温制御手段により前記合流混合排気通路を通過する排気の温度を低下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。
11. 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１０のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。

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