JP4285459B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
６気筒内燃機関において、気筒を３個の気筒からなる第１の気筒群と３個の気筒からなる第２の気筒群とに分割し、第１の気筒群を共通の第１の排気通路に連結すると共に第２の気筒群を共通の第２の排気通路に連結し、第１の排気通路および第２の排気通路内に夫々空燃比センサおよび三元触媒を配置すると共にこれら三元触媒の下流において第１の排気通路および第２の排気通路を共通のＮＯx吸蔵還元触媒に連結した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
このＮＯx吸蔵還元触媒はＳＯx被毒回復のために時折昇温させる必要があり、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときにはＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように例えば第１の気筒群の３つの気筒における空燃比がリッチとされ、第２の気筒群の３つの気筒における空燃比がリーンとされ、このときリッチの度合およびリーンの度合は第１の排気通路および第２の排気通路に夫々配置された空燃比センサによってＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比が正確に理論空燃比となるようにフィードバック制御される。
このようにＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように第１の気筒群の３つの気筒における空燃比がリッチにされ、第２の気筒群の３つの気筒における空燃比がリーンにされると、多量の未燃ＨＣ，ＣＯを含んだ第１の気筒群からの排気ガスと多量の過剰酸素を含んだ第２の気筒群からの排気ガスがＮＯx吸蔵還元触媒において互いに合流する。その結果、多量の未燃ＨＣ，ＣＯが多量の酸素によって酸化され、そのときの酸化反応熱によってＮＯx吸蔵還元触媒が昇温せしめられることになる。
特開２００４−６８６９０号公報
この場合、ＮＯx吸蔵還元触媒の昇温量を大きくするためには第１の気筒群におけるリッチの度合を高め、第２の気筒群におけるリーンの度合を高める必要がある。しかしながら実際にはこのようにリッチの度合およびリーンの度合を高めると空燃比センサにより精度よく検出可能な空燃比の範囲を越えてしまい、その結果ＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を正確に理論空燃比に制御しえないという問題を生ずる。
また、ＮＯx吸蔵還元触媒は三元触媒の機能も有しており、従ってこのＮＯx吸蔵還元触媒は排気ガスの空燃比が理論空燃比のときに排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯxを同時に浄化する機能を有する。ところでＮＯx吸蔵還元触媒にリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが流入するとＮＯx吸蔵還元触媒の上流ではこれら排気ガスが十分に混合していないために排気ガスがリッチ空燃比部分とリーン空燃比部分とに分れており、ＮＯx吸蔵還元触媒の下流において初めて排気ガスの空燃比が理論空燃比となる。従って排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯxはＮＯx吸蔵還元触媒の下流においてでのみ浄化されることになる。
ところが上述したように第１の気筒群におけるリッチの度合を高め、第２の気筒群におけるリーンの度合を高めると、リッチ空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとが十分に混合しない領域がＮＯx吸蔵還元触媒の下流まで広がり、未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯxを浄化するために排気ガスが理論空燃比となる領域を十分に確保するにはＮＯx吸蔵還元触媒の容量を大きくしなければならないという問題を生ずる。
上記問題を解決するために本発明によれば、６個以上の気筒を有し、これら気筒を少なくとも３個の気筒からなる第１の気筒群と少なくとも３個の気筒からなる第２の気筒群とに分割し、第１の気筒群を共通の第１の排気通路に連結すると共に第２の気筒群を共通の第２の排気通路に連結し、第１の排気通路および第２の排気通路内に夫々触媒を配置すると共にこれら触媒の下流において第１の排気通路および第２の排気通路を共通のＮＯx吸蔵還元触媒に連結し、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときには第１の気筒群又は第２の気筒群のいずれか一方の気筒群における平均空燃比をリッチにすると共に残りの気筒群における平均空燃比をリーンにするようにした内燃機関において、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときに平均空燃比がリッチとされる気筒群については少なくとも２つの気筒における空燃比をリッチにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比或いはリーンにするか、又は少なくとも１つの気筒における空燃比をリッチにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比にし、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときに平均空燃比がリーンとされる気筒群については少なくとも２つの気筒における空燃比をリーンにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比或いはリッチにするか、又は少なくとも１つの気筒における空燃比をリーンにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比にするようにしている。
各気筒群における平均空燃比のリッチ度合およびリーン度合をさほど高くすることなくＮＯx吸蔵還元触媒に供給される未燃ＨＣの排出量および過剰酸素の排出量を増大することができる。
図１は第１のバンク１と第２のバンク２とを有するＶ型６気筒エンジンを示している。
図１に示されるように第１のバンク１を構成する第１の気筒群は燃料噴射弁３と点火栓４との備えた１番気筒＃１、３番気筒＃３および５番気筒＃５からなる３つの気筒５を有しており、第２のバンク２を構成する第２の気筒群も燃料噴射弁３と点火栓４とを備えた２番気筒＃２、４番気筒＃４および６番気筒＃６からなる３つの気筒５を有している。これらの各気筒５へは共通の吸気通路６を介して吸入空気が供給される。
第１の気筒群１には第１の排気通路７が連結され、この第１の排気通路７内には空燃比センサ８と三元触媒９が配置される。また、第２の気筒群２には第２の排気通路１０が連結され、この第２の排気通路１０内にも空燃比センサ１１と三元触媒１２が配置される。これら第１の排気通路７および第２の排気通路１０は合流して共通のＮＯx吸蔵還元触媒１３に連結され、このＮＯx吸蔵還元触媒１３の下流にも空燃比センサ１４が配置されている。
電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。各空燃比センサ８，１１，１４の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。
アクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路２８を介して各燃料噴射弁３および各点火栓４に接続される。
図１に示されるＮＯx吸蔵還元触媒１３は、ＮＯx吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵し、ＮＯx吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯxを放出し、還元する機能を有する。図１に示される内燃機関では通常第１の気筒群１および第２の気筒群２における空燃比はリーンとされており、従ってこのとき排気ガス中に含まれるＮＯxはＮＯx吸蔵還元触媒１３に吸蔵される。更に、この内燃機関ではＮＯx吸蔵還元触媒１３のＮＯx吸蔵量が飽和する前にＮＯx吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスが一時的にリッチとされ、それによってＮＯx吸蔵還元触媒１３に吸蔵されているＮＯxが放出される。
ところで排気ガス中にはＳＯxが含まれており、このＳＯxもＮＯx吸蔵還元触媒１３内に吸蔵される。この場合、ＳＯxの吸蔵量が増大すると吸蔵しうるＮＯx量が減少してしまう。従ってＳＯxの吸蔵量が増大したときには吸蔵されているＳＯxをＮＯx吸蔵還元触媒１３から放出させる必要がある。しかしながらＳＯxはＮＯxに比べて放出しずらく、ＮＯx吸蔵還元触媒１３からＳＯxを放出させるにはＮＯx吸蔵還元触媒１３の温度を上昇させると共にＮＯx吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに維持する必要がある。
このようにＮＯx吸蔵還元触媒１３からＳＯxを放出させるにはまず初めにＮＯx吸蔵還元触媒１３を昇温させることが必要である。そこで本発明による実施例ではＮＯx吸蔵還元触媒１３を昇温すべきときにはＮＯx吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように一方の気筒群、例えば第１の気筒群１の平均空燃比をリッチとし、他方の気筒群、例えば第２の気筒群２の平均空燃比をリーンとするようにしている。即ち、第１の気筒群１から多量の未燃ＨＣ，ＣＯを含む排気ガスをＮＯx吸蔵還元触媒１３に送り込み、第２の気筒群２から多量の過剰酸素を含む排気ガスをＮＯx吸蔵還元触媒１３に送り込み、これら過剰酸素による未燃ＨＣ，ＣＯの酸化反応熱によりＮＯx吸蔵還元触媒１３を昇温させるようにしている。
次にこのことについて図２を参照しつつ詳細に説明する。図２は図１に示すＶ型６気筒エンジンの第１の気筒群１と第２の気筒群２のみを示しており、以下Ｖ型６気筒エンジンを示すときは図２に示されるように他のものを省略して第１の気筒群１および第２の気筒群２のみを示す。また、本発明による実施例では各気筒＃１〜＃６においてリッチ空燃比の混合気、又は理論空燃比の混合気、又はリーン空燃比の混合気のいずれかが燃焼せしめられる。以下、リッチ空燃比の混合気が燃焼せしめられる気筒は気筒を示す破線の丸枠内にＲを表示し、この気筒をリッチ気筒と称する。また、理論空燃比の混合気が燃焼せしめられる気筒は気筒を示す破線の丸枠内にＳを表示し、この気筒をストイキ気筒と称する。また、リーン空燃比の混合気が燃焼せしめられる気筒は気筒を示す破線の丸枠内にＬを表示し、この気筒をリーン気筒と称する。なお、図１および図２に示されるＶ型６気筒エンジンの爆発順序は＃１−＃２−＃３−＃４−＃５−＃６である。
図２はＮＯx吸蔵還元触媒１３を昇温すべきときの各気筒の空燃比の一例を示している。この例では図２に示されるように第１の気筒群１については、１番気筒＃１がリッチ気筒Ｒとされ、３番気筒＃３がリーン気筒Ｌとされ、５番気筒＃５がリッチ気筒Ｒとされる。一方、第２の気筒群２については、２番気筒＃２がリーン気筒Ｌとされ、４番気筒＃４がリッチ気筒Ｒとされ、６番気筒＃６がリーン気筒Ｌとされる。即ち、この例では第１の気筒群１については排気ガスの平均空燃比はリッチとなり、第２の気筒群２については排気ガスの平均空燃比がリーンとなる。
従来では図２において３番気筒＃３はリッチ気筒Ｒとなっており、４番気筒＃４はリーン気筒Ｌとなっている。即ち、従来では第１の気筒群１の全ての気筒はリッチ気筒Ｒであり、第２の気筒群２の全ての気筒はリーン気筒Ｌである。この場合、第１の気筒群１から排出される未燃ＨＣ，ＣＯの量を増大し、それにより酸化反応熱を高めるために第１の気筒群１の各気筒におけるリッチの度合を高め、第２の気筒群２の各気筒におけるリーンの度合を高めると、冒頭で述べたようにＮＯx吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を正確に理論空燃比に制御しえないという問題を生じ、また排気ガスが理論空燃比となる領域を十分に確保するためにＮＯx吸蔵還元触媒１３の容量を大きくしなければならないという問題を生ずる。
しかしながら図２に示されるように平均空燃比がリッチとされる第１の気筒群１のうちの一つの気筒、例えば３番気筒＃３をリーン気筒Ｌとし、平均空燃比がリーンとされる第２の気筒群２のうちの一つの気筒、例えば４番気筒＃４をリッチ気筒Ｒにすると、上述の問題を生ずることなく未燃ＨＣ，ＣＯの排出量を増大して酸化反応熱を高めることができる。即ち、図２に示す例においてリッチ気筒Ｒのリッチの度合を高め、リーン気筒Ｌのリーンの度合を高めると排出される未燃ＨＣ，ＣＯの量が増大し、排出される過剰酸素の量が増大するので酸化反応熱が増大する。しかしながらリッチ気筒Ｒのリッチの度合を高め、リーン気筒Ｌのリーンの度合を高めても第１の気筒群１における平均的なリッチの度合はさほど高くならず、第２の気筒群２における平均的なリーンの度合もさほど高くならないので上述の如き問題が生じなくなる。
なお、上述の如き問題を生ずることなく未燃ＨＣ，ＣＯの排出量を増大させることのできる図２に示されるリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌとの配列方法は一例であって、第１の気筒群１について言うといずれか２つの気筒がリッチ気筒Ｒであって残りの１つの気筒がリーン気筒Ｌであればよく、第２の気筒群２について言うといずれか２つの気筒がリーン気筒Ｌであって残りの１つの気筒がリッチ気筒Ｒであればよい。
図３に本発明をＶ型８気筒エンジンに適用した場合を示す。この実施例では第１の気筒群１の１番気筒＃１、３番気筒＃３、５番気筒＃５、７番気筒＃７が共通の第１の排気通路７に連結され、第２の気筒群２の２番気筒＃２、４番気筒＃４、６番気筒＃６、８番気筒＃８が共通の第２の排気通路１０に連結される。図４は、図２と同様に図３に示される第１の気筒群１および第２の気筒群２のみを示している。なお、このＶ型８気筒エンジンの爆発順序は＃１−＃８−＃７−＃３−＃６−＃５−＃４−＃２である。
図４を参照すると、第１の気筒群１については１番気筒＃１、３番気筒＃３、７番気筒＃７がリッチ気筒Ｒにされると共に５番気筒＃５がリーン気筒Ｌにされ、第２の気筒群２については２番気筒＃２、６番気筒＃６、８番気筒＃８がリーン気筒Ｌにされると共に４番気筒＃４がリッチ気筒Ｒとされる。この場合、図４に示されるリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌとの配列方法は一例であって、第１の気筒群１について言うといずれか３つの気筒がリッチ気筒Ｒであって残りの１つの気筒がリーン気筒Ｌであればよく、第２の気筒群２について言うといずれか３つの気筒がリーン気筒Ｌであって残りの１つの気筒がリッチ気筒Ｒであればよい。
図５に本発明を直列６気筒エンジンに適用した場合を示す。この実施例では第１の気筒群１の１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３が共通の第１の排気通路７に連結され、第２の気筒群２の４番気筒＃４、５番気筒＃５、６番気筒＃６が共通の第２の排気通路１０に連結される。図４は、図２と同様に図５に示される第１の気筒群１および第２の気筒群２のみを示している。なお、この直列６気筒エンジンの爆発順序は＃１−＃５−＃３−＃６−＃２−＃４である。
図６を参照すると、第１の気筒群１については１番気筒＃１、３番気筒＃３がリッチ気筒Ｒにされると共に２番気筒＃２がリーン気筒Ｌにされ、第２の気筒群２については４番気筒＃４、５番気筒＃５がリーン気筒Ｌにされると共に６番気筒＃６がリッチ気筒Ｒとされる。この場合、図６に示されるリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌとの配列方法は一例であって、第１の気筒群１について言うといずれか２つの気筒がリッチ気筒Ｒであって残りの１つの気筒がリーン気筒Ｌであればよく、第２の気筒群２について言うといずれか２つの気筒がリーン気筒Ｌであって残りの１つの気筒がリッチ気筒Ｒであればよい。
このようにいずれの気筒をリッチ気筒Ｒとし、いずれの気筒をリーン気筒Ｌとすることについては比較的自由度があるが、その場合振動の発生を考慮していずれの気筒をリッチ気筒Ｒとし、リーン気筒Ｌとするのかを決定することが好ましい。即ち、エンジンにおいて爆発が繰返されるとこれが起振力となって車体等に振動が発生する。この場合、エンジンで発生する起振力の周波数が高いほど車体等の共振周波数から離れるために車体等の振動をひき起しにくくなる。また、エンジンで発生する起振力は周波数が高いほど低くなるので車体等の振動をひき起しにくくなる。即ち、車体等の振動をひき起しにくくするにはエンジンで発生する起振力の周波数をできる限り高くすることが好ましいことになる。
従ってエンジンで発生する起振力の周波数が高くなるようにリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌを決定することが好ましい。そこでまず初めに図７を参照しつつリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列について説明する。図７において（Ａ）はＶ型６気筒エンジンにおけるリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列を示しており、（Ｂ）は（Ａ）に示されるエンジンの各気筒＃１〜＃６の空燃比をＲ（リッチ）、Ｓ（ストイキ）、Ｌ（リーン）で、爆発力、即ち爆発時の出力を実線で爆発順序＃１−＃２−＃３−＃４−＃５−＃６に従い示している。また、図７（Ｂ）には破線でもってエンジンにより発生する起振力が示されている。以上説明した図７（Ａ），（Ｂ）における表し方は図８以下においても同様である。
なお、言うまでもないがリッチ気筒Ｒの爆発力、即ち爆発時の出力はストイキ気筒Ｓの爆発力、即ち爆発時の出力よりも高く、ストイキ気筒Ｓの爆発力、即ち爆発時の出力はリーン気筒Ｌの爆発力、即ち爆発時の出力よりも高い。図７（Ｂ）における実線はこれらの各気筒における爆発力、即ち爆発時の出力を図解的に示している。また、図７（Ｂ）からわかるようにエンジンによる起振力は爆発力の大きなリッチ気筒Ｒのときに高くなり、爆発力の小さなリーン気筒Ｌのときに低くなる。
図７に示される例ではリッチ気筒＃１とリッチ気筒＃３，＃４の間にリーン気筒＃２が存在し、斯くして一サイクルの間に起振力は２山が生ずる。これに対し、図８はリッチ気筒Ｒでの爆発が３回連続して行われる場合を示しており、この場合には一サイクルの間に起振力が１山しか生じない。従って図８に示される場合に比べて図７に示される場合の方が起振力の周波数が高くなる。即ち、図７に示すリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列は好ましい場合を示している。
これに対して図８はリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列の好ましくない例を示している。即ち、リッチ気筒Ｒでの爆発が３回連続して行われるようなリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列は回避しなければならないことになる。従って一般的に表現すると、本発明による実施例では予め定められている爆発順序に従って各気筒での爆発が順次行われる際にリッチ気筒Ｒでの爆発が３回以上連続して行われないようにリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列を定めるようにしている。
図７（Ａ）はリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの好ましい配列の一例を示しており、好ましい配列は図７（Ａ）に示す場合以外にも存在する。例えば、３番気筒＃３をリーン気筒Ｌとして５番気筒＃５をリッチ気筒Ｒとすることもできるし、或いは４番気筒＃４をリーン気筒Ｌとして６番気筒＃６をリッチ気筒Ｒとすることもできる。
図９および図１０は上述の考え方をＶ型８気筒エンジンに適用した場合を示しており、図１１および図１２は上述の考え方を直列６気筒エンジンに適用した場合を示している。
図９はＶ型８気筒エンジンにおいて、リッチ気筒Ｒでの爆発が３回以上連続して行われない好ましいリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列例を示しており、図１０はリッチ気筒Ｒでの爆発が３回以上連続して行われる好ましくないリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列例を示している。図９以外にも好ましい配列例が多数存在し、図１０以外にも好ましくない配列例が多数存在するがそれら配列例については説明を詳細する。
一方、図１１は直列６気筒エンジンにおいて、リッチ気筒Ｒでの爆発が３回以上連続して行われない好ましいリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列例を示しており、図１２はリッチ気筒Ｒでの爆発が３回以上連続して行われる好ましくないリッチ気筒Ｒとリーン気筒Ｌの配列例を示している。図１１以外にも好ましい配列例がいくつか存在し、図１２以外にも好ましくない配列例がいくつか存在するがそれら配列例については説明を詳細する。
次にリッチ気筒Ｒ、リーン気筒Ｌにストイキ気筒Ｓを加えた場合について説明する。図１３の（Ａ）〜（Ｄ）はＶ型６気筒エンジンにおいてストイキ気筒Ｓを加えた場合の種々の組合せ例を示している。即ち、（Ａ）に示される組合せ例では第１の気筒群１は２つのリッチ気筒Ｒと、１つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２は２つのリーン気筒Ｌと、１つのストイキ気筒Ｓからなる。また、（Ｂ）に示される組合せ例では第１の気筒群１は１つのリッチ気筒Ｒと、２つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２は１つのリーン気筒Ｌと、２つのストイキ気筒Ｓからなる。また、（Ｃ）に示される組合せ例では第１の気筒群１は１つのリッチ気筒Ｒと、２つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２は２つのリーン気筒Ｌと、１つのストイキ気筒Ｓからなる。また、（Ｄ）に示される組合せ例では第１の気筒群１は２つのリッチ気筒Ｒと、１つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２は１つのリーン気筒Ｌと、２つのストイキ気筒Ｓからなる。
なお、図１３の（Ａ）〜（Ｄ）に示されるいずれの組合せ例でも第１の気筒群１における平均空燃比はリッチとなり、第２の気筒群２における平均空燃比はリーンとなる。従って図１３に示される場合も含めると本発明では、ＮＯx吸蔵還元触媒１３を昇温すべきときに平均空燃比がリッチとされる気筒群については少なくとも２つの気筒における空燃比がリッチにされると共に残りの気筒における空燃比が理論空燃比或いはリーンにされるか、又は少なくとも１つの気筒における空燃比がリッチにされると共に残りの気筒における空燃比が理論空燃比にされることになる。
また、本発明ではＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときに平均空燃比がリーンとされる気筒群については少くとも２つの気筒における空燃比がリーンにされると共に残りの気筒における空燃比が理論空燃比或いはリーンにされるか、又は少なくとも１つの気筒における空燃比がリーンにされると共に残りの気筒における空燃比が理論空燃比にされることになる。
さて、図１３に示されるようにストイキ気筒Ｓが加えられるとストイキ気筒Ｓの加わり方によって起振力の周波数を高周波にする配列が変化し、また酸化反応熱の発生量を容易に制御しうるようになる。そこで酸化反応熱の制御について先に説明し、次いで起振力の周波数を高周波にする配列について説明する。
図１３（Ａ）に示す場合はリッチ気筒Ｒが２つあり、リーン気筒Ｌが２つあるので酸化反応熱は最も高くなる。これに対して図１３（Ｂ）に示す場合はリッチ気筒Ｒおよびリーン気筒Ｌが共に１つなので酸化反応熱は最も低くなる。一方、図１３（Ｃ）に示される場合および図１３（Ｄ）に示される場合は図１３（Ｂ）に比べ酸化される未燃ＨＣ，ＣＯの量は増大すると考えられるので酸化反応熱の発生量は図１３（Ａ）に示す場合と図１３（Ｂ）に示す場合との中間となる。このようにリッチ気筒Ｒの数を変えるか、或いはリーン気筒Ｌの数を変えることによって酸化反応熱の発生量を変えることができ、それによってＮＯx吸蔵還元触媒１３の昇温速度および安定時の温度を変化させることができる。
次に、図１３の（Ａ）〜（Ｄ）に示される各組合せに対し、起振力の周波数を高周波にするのに好ましい配列について順次説明する。
図１３の（Ａ）に示されるように第１の気筒群１が２つのリッチ気筒Ｒと、１つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２が２つのリーン気筒Ｌと、１つのストイキ気筒Ｓからなる組合せに対し、好ましい配列が図１４に示され、好ましくない配列が図１５および図１６に示されている。
図１４（Ａ）に示される配列の場合には図１４（Ｂ）に示されるように爆発力、即ち爆発時の出力が爆発の行われる毎に交互に高低を繰返し、その結果起振力は１サイクルの間に３山を生じるために起振力の周波数は高周波となる。これに対し、図１５および図１６に示す例ではストイキ気筒Ｓでの爆発が２回連続するので起振力は１サイクルの間に２山しか生じず、従って起振力の周波数が低くなる。
従って、起振力の周波数を高周波にするには、予め定められている爆発順序に従って各気筒での爆発が順次行われる毎に爆発時の出力が交互に高低を繰返すようリッチ気筒Ｒ、ストイキ気筒Ｓおよびリーン気筒Ｌの配列を定めることが好ましいと言える。
次に、図１３の（Ｂ）に示されるように第１の気筒群１が１つのリッチ気筒Ｒと、２つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２が１つのリーン気筒Ｌと、２つのストイキ気筒Ｓからなる組合せに対し、好ましい配列が図１７に示され、好ましくない配列が図１８に示されている。
図１８（Ａ）に示される配列の場合には図１８（Ｂ）に示されるようにリッチ気筒Ｒの爆発とリーン気筒Ｌの爆発とが等間隔で、例えば３６０°クランク角毎に交互に行われる。しかしながらこのようにリッチ気筒Ｒの爆発とリーン気筒Ｌの爆発とが等間隔で行われると図１８（Ｂ）に示されるように起振力が低い周波数でもって大きく変動し、その結果車体等の振動をひき起こすことになる。
これに対し、図１７に示されるようにリッチ気筒Ｒの爆発とリーン気筒Ｌの爆発とが等間隔で交互に行われない場合には大きな起振力が発生しない。即ち、予め定められている爆発順序に従って各気筒での爆発が順次行われる際にリッチ気筒Ｒの爆発とリーン気筒Ｌの爆発とが等間隔で交互に行われないようにリッチ気筒Ｒ、ストイキ気筒Ｓおよびリーン気筒Ｌの配列を定めることが好ましいと言える。
次に図１３の（Ｃ）に示されるように第１の気筒群１が１つのリッチ気筒Ｒと、２つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２が２つのリーン気筒Ｌと、１つのストイキ気筒Ｓからなる組合せに対し、好ましい配列が図１９に示され、好ましくない配列が図２０に示されている。
図１９（Ａ）に示す配列では図１９（Ｂ）に示されるようにリッチ気筒Ｒの爆発とリーン気筒Ｌの爆発が等間隔で行われず、斯くして大きな起振力は発生しない。これに対し、図２０（Ａ）に示す配列では図２０（Ｂ）に示されるようにリッチ気筒Ｒの爆発とリーン気筒Ｌの爆発とが等間隔で行われ、その結果大きな起振力が発生することになる。
次に図１３の（Ｄ）に示されるように第１の気筒群１が２つのリッチ気筒Ｒと、１つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２が１つのリーン気筒Ｌと、２つのストイキ気筒Ｓからなる組合せに対し、好ましい配列が図２１に示され、好ましくない配列が図２２に示されている。
図２１（Ａ）に示す配列では図２１（Ｂ）に示されるようにリッチ気筒Ｒの爆発とリーン気筒Ｌの爆発が等間隔で行われず、斯くして大きな起振力は発生しない。これに対し、図２２（Ａ）に示す配列では図２２（Ｂ）に示されるようにリッチ気筒Ｒの爆発とリーン気筒Ｌの爆発とが等間隔で行われ、その結果大きな起振力が発生することになる。
ところで前述したように起振力の周波数を高周波にするには爆発力、即ち爆発時の出力が交互に高低を繰返すようにすることが好ましい。以下の実施例では一部のストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせることによって爆発力、即ち、爆発時の出力が交互に高低を繰返すようにしている。次にこのことについて図１３の（Ａ）〜（Ｄ）に示される各組合せに対し、順に説明する。
図１３の（Ａ）に示されるような第１の気筒群１が２つのリッチ気筒Ｒと、１つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２が２つのリーン気筒Ｌと、１つのストイキ気筒Ｓからなる組合せに対し適用した例が図２３および図２４に示されている。一部のストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせると点火時期を遅らせたストイキ気筒Ｓの爆発時の出力は点火時期を遅らせていないストイキ気筒Ｓの爆発時の出力よりも低下する。図２３および図２４には、点火時期を遅らせたストイキ気筒Ｓについて点火時期を遅らせていないときの爆発力を破線で示している。従って、図２３および図２４において破線で示す爆発力が記載されている場合にはストイキ気筒Ｓの点火時期が遅らされていることになり、このことは残る図２５から図３０についても同様である。
図２３（Ａ）に示される配列の場合には図２３（Ｂ）に示されるように４番気筒＃４であるストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせることによって爆発力、即ち爆発時の出力が交互に高低を繰返すようになる。また、図２４（Ａ）に示される配列の場合には図２４（Ｂ）に示されるように６番気筒＃６であるストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせることによって爆発力、即ち爆発時の出力が交互に高低を繰返すようになる。
また、図１３の（Ｂ）に示されるように第１の気筒群１が１つのリッチ気筒Ｒと、２つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２が１つのリーン気筒Ｌと、２つのストイキ気筒Ｓからなる組合せに対し、適用した例が図２５および図２６に示されている。
即ち、図２５（Ａ）に示される配列の場合には図２５（Ｂ）に示されるように４番気筒＃４であるストイキ気筒Ｓおよび６番気筒＃６であるストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせることによって爆発力、即ち爆発時の出力が交互に高低を繰返すようになる。また、図２６（Ａ）に示される配列の場合には図２６（Ｂ）に示されるように２番気筒＃２であるストイキ気筒Ｓおよび６番気筒＃６であるストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせることによって爆発力、即ち爆発時の出力が交互に高低を繰返すようになる。
また、図１３の（Ｃ）に示されるように第１の気筒群１が１つのリッチ気筒Ｒと、２つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２が２つのリーン気筒Ｌと、１つのストイキ気筒Ｓからなる組合せに対し適用した例が図２７および図２８に示されている。
即ち、図２７（Ａ）に示される配列の場合には図２７（Ｂ）に示されるように４番気筒＃４であるストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせることによって爆発力、即ち爆発時の出力が交互に高低を繰返すようになる。また、図２８（Ａ）に示される配列の場合には図２８（Ｂ）に示されるように６番気筒＃６であるストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせることによって爆発力、即ち爆発時の出力が交互に高低を繰返すようになる。
また、図１３の（Ｄ）に示されるように第１の気筒群１が２つのリッチ気筒Ｒと、１つのストイキ気筒Ｓからなり、第２の気筒群２が１つのリーン気筒Ｌと、２つのストイキ気筒Ｓからなる組合せに対し適用した例が図２９および図３０に示されている。
即ち、図２９（Ａ）に示される配列の場合には図２９（Ｂ）に示されるように４番気筒＃４であるストイキ気筒Ｓおよび６番気筒＃６であるストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせることによって爆発力、即ち爆発時の出力が交互に高低を繰返すようになる。また、図３０（Ａ）に示される配列の場合には図３０（Ｂ）に示されるように６番気筒＃６であるストイキ気筒Ｓの点火時期を遅らせることによって爆発力、即ち爆発時の出力が交互に高低を繰返すようになる。
なお、図２３から図３０に示す例について別の言い方をすると、本発明による実施例では予め定められている爆発順序に従って各気筒での爆発が順次行われる毎に爆発時の出力が交互に高低を繰返すようリッチ気筒Ｒ、点火時期を遅らせていないストイキ気筒Ｓ、点火時期を遅らせたストイキ気筒Ｓおよびリーン気筒Ｌの配列を定めているとも言える。
Ｖ型６気筒エンジンの全体図である。 図１に示されるエンジンの第１の気筒群および第２の気筒群のみを示した図である。 Ｖ型８気筒エンジンの全体図である。 図３に示されるエンジンの第１の気筒群および第２の気筒群のみを示した図である。 直列６気筒エンジンの全体図である。 図５に示されるエンジンの第１の気筒群および第２の気筒群のみを示した図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましい気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましくない気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型８気筒エンジンにおける好ましい気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型８気筒エンジンにおける好ましくない気筒配列の例を示す図である。 直列６気筒エンジンにおける好ましい気筒配列の例を示す図である。 直列６気筒エンジンにおける好ましくない気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおいてストイキ気筒を加えたときの種々の気筒配列を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましい気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましくない気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましくない気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましい気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましくない気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましい気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましくない気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましい気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおける好ましくない気筒配列の例を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおいて一部のストイキ気筒の点火時期を遅らせた様子を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおいて一部のストイキ気筒の点火時期を遅らせた様子を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおいて一部のストイキ気筒の点火時期を遅らせた様子を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおいて一部のストイキ気筒の点火時期を遅らせた様子を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおいて一部のストイキ気筒の点火時期を遅らせた様子を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおいて一部のストイキ気筒の点火時期を遅らせた様子を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおいて一部のストイキ気筒の点火時期を遅らせた様子を示す図である。 Ｖ型６気筒エンジンにおいて一部のストイキ気筒の点火時期を遅らせた様子を示す図である。
符号の説明
１ 第１の気筒群
２ 第２の気筒群
５ 気筒
７ 第１の排気通路
９，１２ 三元触媒
１０ 第２の排気通路
１３ ＮＯx吸蔵還元触媒

Claims (6)

  1. ６個以上の気筒を有し、これら気筒を少なくとも３個の気筒からなる第１の気筒群と少なくとも３個の気筒からなる第２の気筒群とに分割し、第１の気筒群を共通の第１の排気通路に連結すると共に第２の気筒群を共通の第２の排気通路に連結し、第１の排気通路および第２の排気通路内に夫々触媒を配置すると共にこれら触媒の下流において第１の排気通路および第２の排気通路を共通のＮＯx吸蔵還元触媒に連結し、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときには第１の気筒群又は第２の気筒群のいずれか一方の気筒群における平均空燃比をリッチにすると共に残りの気筒群における平均空燃比をリーンにするようにした内燃機関において、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときに平均空燃比がリッチとされる気筒群については少なくとも２つの気筒における空燃比をリッチにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比或いはリーンにするか、又は少なくとも１つの気筒における空燃比をリッチにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比にし、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときに平均空燃比がリーンとされる気筒群については少なくとも２つの気筒における空燃比をリーンにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比或いはリッチにするか、又は少なくとも１つの気筒における空燃比をリーンにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比にするようにした内燃機関の排気浄化装置。
  2. ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときに平均空燃比がリッチとされる気筒群については少なくとも２つの気筒における空燃比をリッチにすると共に残りの気筒における空燃比をリーンにし、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときに平均空燃比がリーンとされる気筒群については少なくとも２つの気筒における空燃比をリーンにすると共に残りの気筒における空燃比をリッチにした場合において、予め定められている爆発順序に従って各気筒での爆発が順次行われる際にリッチ空燃比の気筒での爆発が３回以上連続して行われないようにリッチ空燃比の気筒とリーン空燃比の気筒の配列を定めた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. ６気筒内燃機関において、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときに平均空燃比がリッチとされる気筒群については少なくとも１つの気筒における空燃比をリッチにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比にし、ＮＯx吸蔵還元触媒を昇温すべきときに平均空燃比がリーンとされる気筒群については少なくとも１つの気筒における空燃比をリーンにすると共に残りの気筒における空燃比を理論空燃比にし、平均空燃比がリッチにされる気筒群においてリッチ空燃比とされる気筒の数を変えるか、又は平均空燃比がリーンとされる気筒群においてリーン空燃比とされる気筒の数を変えることによってＮＯx吸蔵還元触媒の昇温速度を変化させるようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. リッチ空燃比の気筒、理論空燃比の気筒およびリーン空燃比の気筒を有しており、リッチ空燃比の気筒の爆発時の出力は理論空燃比の気筒の爆発時の出力よりも高く、理論空燃比の気筒の爆発時の出力はリーン空燃比の気筒の爆発時の出力よりも高い６気筒内燃機関において、予め定められている爆発順序に従って各気筒での爆発が順次行われる毎に爆発時の出力が交互に高低を繰返すようリッチ空燃比の気筒、理論空燃比の気筒およびリーン空燃比の気筒の配列を定めた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 一部の理論空燃比の気筒の点火時期を遅らせて点火時期を遅らせた理論空燃比の気筒の爆発時の出力が点火時期を遅らせていない理論空燃比の気筒の爆発時の出力よりも低くされ、予め定められている爆発順序に従って各気筒での爆発が順次行われる毎に爆発時の出力が交互に高低を繰返すようリッチ空燃比の気筒、点火時期を遅らせていない理論空燃比の気筒、点火時期を遅らせた理論空燃比の気筒およびリーン空燃比の気筒の配列を定めた請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. リッチ空燃比の気筒、理論空燃比の気筒およびリーン空燃比の気筒を有しており、リッチ空燃比の気筒の爆発時の出力は理論空燃比の気筒の爆発時の出力よりも高く、理論空燃比の気筒の爆発時の出力はリーン空燃比の気筒の爆発時の出力よりも高い６気筒内燃機関において、予め定められている爆発順序に従って各気筒での爆発が順次行われる際にリッチ空燃比の気筒の爆発とリーン空燃比の気筒の爆発とが等間隔で交互に行われないようにリッチ空燃比の気筒、理論空燃比の気筒およびリーン空燃比の気筒の配列を定めた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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