JP4349362B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関する。

例えばＶ型内燃機関のような多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれに排気マニホルドを設ける場合には、各排気マニホルドから排気合流部までは、気筒群毎に排気通路が設けられる。このような多気筒内燃機関の排気装置において、一方の排気通路だけに、ターボチャージャのタービンと、タービン下流側の触媒装置とを配置すると共に、一方の排気通路のタービン上流側を他方の排気通路の連通部と連通し、他方の排気通路の連通部の下流側には制御弁を配置することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような構成において、制御弁はターボチャージャのウェイストゲートバルブとして使用され、排気ガス量が少ない機関低負荷時には制御弁を閉弁して全気筒の排気ガスがタービンを通過するようにし、また、排気ガス量が多い機関高負荷時には制御弁を開弁することにより、他方の気筒群の排気ガスは他方の排気通路を通過して一方の気筒群の排気ガスだけがタービンを通過するようにし、こうして、ターボチャージャによる過給圧が常に設定値近傍となるようにしている。

特公平１−２７２４６ 実開平１−１７３４２３

ところで、機関始動時には、触媒装置を早期に暖機して触媒を活性化させ、それにより早期に排気ガスの浄化を開始することが必要である。このためには、前述の排気装置において、機関始動時に制御弁が閉弁されて、この時の全ての気筒の排気ガスが触媒装置を通過するようにされるはずであるが、排気ガスは触媒装置へ流入する以前にターボチャージャのタービンを通過して温度低下するために、触媒装置を早期に暖機することができない。

従って、本発明の目的は、多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれの排気マニホルドには気筒群毎の排気通路が接続され、一方の排気通路には、ターボチャージャのタービンが配置され、一方の排気通路のタービン上流側の連通部と他方の排気通路の連通部とが連通され、他方の排気通路の連通部の下流側には制御弁が配置され、制御弁によりタービンを通過する排気ガス量を制御することができる内燃機関の排気装置において、機関始動時に触媒装置の早期暖機を可能とすることである。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気装置は、多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれの排気マニホルドには気筒群毎の排気通路が接続され、一方の前記排気通路には、ターボチャージャのタービンが配置され、前記一方の排気通路のタービン上流側の連通部と他方の前記排気通路の連通部とが連通され、前記他方の排気通路の前記連通部の下流側には制御弁が配置された内燃機関の排気装置において、前記一方の排気通路の前記連通部の下流側にはもう一つの制御弁が配置され、前記他方の排気通路の前記連通部の下流側には触媒装置が配置され、機関始動時には全気筒の排気ガスが主に前記他方の排気通路の前記触媒装置を通過するように前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御され、前記一方の排気通路には前記タービンの下流側にＨＣ吸着装置が配置され、機関始動時におけるクランキングから始動完了直後までは、全気筒の排気ガスが主に前記一方の排気通路の前記ＨＣ吸着装置を通過するように前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御されることを特徴とする。

本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気装置において、前記一方の排気通路には前記タービンの下流側にもう一つの触媒装置が配置されていることを特徴とする。

本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気装置において、前記ＨＣ吸着装置は、触媒を担持して、もう一つの触媒装置としても機能することを特徴とする。

本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気装置は、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気装置において、機関始動時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断される時には、前記一方の排気通路を通過する排気ガス量が前記他方の排気通路を通過する排気ガス量と等量以上となるように、前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御されることを特徴とする。

本発明による請求項５に記載の内燃機関の排気装置は、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気装置において、機関始動時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断される時には、全気筒の排気ガスが主に前記一方の排気通路を通過するように、前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御されることを特徴とする。

本発明による請求項６に記載の内燃機関の排気装置は、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気装置において、機関始動時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断される時には、前記他方の排気通路の前記触媒装置及び前記一方の排気通路の前記もう一つの触媒装置のうちの測定又は推定された温度が低い方を多くの排気ガスが通過するように、前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御されることを特徴とする。

本発明による請求項７に記載の内燃機関の排気装置は、請求項４から６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気装置において、全気筒の排気ガスが主に前記他方の排気通路の前記触媒装置を通過している時間が設定時間となった時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断することを特徴とする。

本発明による請求項８に記載の内燃機関の排気装置は、請求項４から６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気装置において、測定又は推定された前記他方の排気通路の前記触媒装置の温度が設定温度に達した時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断することを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気装置によれば、多気筒内燃機関の二つの気筒群のそれぞれの排気マニホルドには気筒群毎の排気通路が接続され、一方の排気通路には、ターボチャージャのタービンが配置され、一方の排気通路のタービン上流側の連通部と他方の排気通路の連通部とが連通され、他方の排気通路の連通部の下流側には制御弁が配置された内燃機関の排気装置において、一方の排気通路の連通部の下流側にはもう一つの制御弁が配置され、他方の排気通路の連通部の下流側には触媒装置が配置され、機関始動時には全気筒の排気ガスが主に他方の排気通路の触媒装置を通過するように他方の排気通路の制御弁及び一方の排気通路のもう一つの制御弁が制御されるようになっており、それにより、機関始動時には、全気筒の排気ガスは、主に他方の排気通路の触媒装置へ、タービンが配置されていないためにタービン通過に伴う温度低下なしに流入するために、触媒装置の早期暖機が可能となる。

また、一方の排気通路にはタービンの下流側にＨＣ吸着装置が配置され、機関始動時におけるクランキングから始動完了直後までは、全気筒の排気ガスが主に一方の排気通路のＨＣ吸着装置を通過するように他方の排気通路の制御弁及び一方の排気通路のもう一つの制御弁が制御されるようになっており、それにより、始動完了直後までの多量に未燃燃料を含む全気筒の排気ガスは、一方の排気通路のＨＣ吸着装置へ流入し、ＨＣ吸着装置が未燃燃料を吸着することにより、この排気ガスが暖機以前の他方の排気通路の触媒装置へ流入して、それほど浄化されずに大気中へ排出されることは防止され、大気中への未燃燃料の放出を抑制することができる。

本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気装置において、一方の排気通路にはタービンの下流側にもう一つの触媒装置が配置されており、車両走行時の低負荷運転等において、ターボチャージャにより過給を実施する際にタービンを通過した排気ガスを浄化することができる。

本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気装置において、ＨＣ吸着装置は、触媒を担持して、もう一つの触媒装置としても機能するようになっており、車両走行時の低負荷運転等において、ターボチャージャにより過給を実施する際にタービンを通過した排気ガスを浄化することができる。

本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気装置によれば、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気装置において、機関始動時に他方の排気通路の触媒装置の暖機が完了したと判断される時には、一方の排気通路を通過する排気ガス量が他方の排気通路を通過する排気ガス量と等量以上となるように、他方の排気通路の制御弁及び一方の排気通路のもう一つの制御弁が制御されるようになっており、それにより、車両走行時の低負荷運転等でタービンを通過した排気ガスの浄化に備えて、他方の排気通路の触媒装置を通過する排気ガスと等量以上の排気ガスを通過させ、一方の排気通路に配置されたもう一つの触媒装置の暖機を開始することができる。

本発明による請求項５に記載の内燃機関の排気装置によれば、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気装置において、機関始動時に他方の排気通路の触媒装置の暖機が完了したと判断される時には、全気筒の排気ガスが主に一方の排気通路を通過するように、他方の排気通路の制御弁及び一方の排気通路のもう一つの制御弁が制御されるようになっており、それにより、車両走行時の低負荷運転等でタービンを通過した排気ガスの浄化に備えて、全気筒の排気ガスによって一方の排気通路に配置されたもう一つの触媒装置の暖機を開始することができる。

本発明による請求項６に記載の内燃機関の排気装置によれば、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気装置において、機関始動時に他方の排気通路の触媒装置の暖機が完了したと判断される時には、他方の排気通路の触媒装置及び一方の排気通路のもう一つの触媒装置のうちの測定又は推定された温度が低い方を多くの排気ガスが通過するように、他方の排気通路の制御弁及び一方の排気通路のもう一つの制御弁が制御されるようになっており、それにより、車両走行時の低負荷運転等でタービンを通過した排気ガスの浄化に備えて、他方の排気通路の触媒装置を通過する排気ガスより多量の排気ガスを通過させ、一方の排気通路に配置されたもう一つの触媒装置の暖機が開始され、その後は、他方の排気通路の触媒装置及び一方の排気通路のもう一つの触媒装置のそれぞれを通過する排気ガス量のいずれを多くするかが制御されて、他方の排気通路の触媒装置と一方の排気通路のもう一つの触媒装置とはほぼ同じ温度に維持され、これら二つの触媒装置はいずれも同じ活性化程度に維持される。

本発明による請求項７に記載の内燃機関の排気装置によれば、請求項４から６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気装置において、全気筒の排気ガスが主に他方の排気通路の触媒装置を通過している時間が設定時間となった時に、他方の排気通路の触媒装置の暖機が完了したと判断するようになっており、触媒装置の暖機を簡単に判断することができる。

本発明による請求項８に記載の内燃機関の排気装置によれば、請求項４から６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気装置において、測定又は推定された他方の排気通路の触媒装置の温度が設定温度に達した時に他方の排気通路の触媒装置の暖機が完了したと判断するようになっており、触媒装置の暖機を正確に判断することができる。

図１は本発明による内燃機関の排気装置の実施形態を示す概略図である。同図において、１ａはＶ型内燃機関の第一バンクであり、１ｂは第二バンクである。２ａは第一バンク１ａの第一排気マニホルドであり、２ｂは第二バンク１ｂの第二排気マニホルドである。第一排気マニホルド２ａには第一排気通路３ａが接続され、第二排気マニホルド２ｂには第二排気通路３ｂが接続される。第一排気通路３ａ及び第二排気通路３ｂは排気合流部４において合流し、排気合流部４の下流側には主触媒装置５が配置されている。

本Ｖ型内燃機関は、主に理論空燃比での運転を実施するものであり、主触媒装置５としては三元触媒装置が選択される。主触媒装置５は、比較的大型化されるが、車両床下に配置されるために車両搭載性の問題はない。こうして、機関中高負荷時に各気筒から排出される多量の排気ガスは主触媒装置５によって良好に浄化することができる。

しかしながら、機関低負荷時に各気筒から排出される排気ガスは、比較的低温度であり、これが主触媒装置５へ流入する時には、さらに温度低下するために、主触媒装置５を触媒活性化温度に維持することができなくなって、排気ガスの浄化が不十分となる。

そのために、本実施形態では、第一排気通路３ａには三元触媒装置としての第一副触媒装置６ａが、第二排気通路３ｂには三元触媒装置としての第二副触媒装置６ｂが、それぞれ、機関本体近くに配置されている。それにより、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂにおいて機関低負荷時の運転が実施されても、比較的低温度の排気ガスはそれほど温度低下することなく、機関本体近くの第一副触媒装置６ａ及び第二副触媒装置６ｂへ流入するために、それぞれに担持された触媒は活性化温度に維持され、この時の排気ガスを十分に浄化することができる。

本実施形態において、第一排気通路３ａ及び第二排気通路３ｂは、それぞれの連通部７ａ及び７ｂを介して連通管７により互いに連通されている。また、第一排気通路３ａには、連通部７ａと第一副触媒装置６ａとの間において、ターボチャージャのタービン８が配置され、第一副触媒装置６ａの下流側において、第一制御弁９ａが配置されている。第一制御弁９ａは、第一排気通路３ａを通過する排気ガス量をゼロまで減少させることを可能とするものであり、連通部７ａの下流側に配置されていれば良い。

また、第二排気通路３ｂには、第二副触媒装置６ｂの下流側において、第二制御弁９ｂが配置されている。第二制御弁９ｂは、第二排気通路３ｂを通過する排気ガス量をゼロまで減少させることを可能とするものであり、連通部７ｂの下流側に配置されていれば良い。

タービン８に連結されたターボチャージャのコンプレッサ（図示せず）は、機関吸気系のスロットル弁の上流側に配置されて過給を実施する。第一制御弁９ａ及び第二制御弁９ｂの開度をそれぞれに調節することにより、第一排気通路３ａのタービン８を全く排気ガスが通過しない状態（この時には、第一制御弁９ａを全閉して第二制御弁９ｂを全開する）から、タービン８を全ての気筒の排気ガスが通過する状態（この時には、第一制御弁９ａを全開して第二制御弁９ｂを全閉する）まで任意に制御することができる。こうして、一般的にタービン８をバイパスするように設けられるウェイストゲート通路が省略されても、タービン８を通過する排気ガス量を変化させて、過給圧を機関運転状態に応じて制御することができる。

機関始動時には、第一副触媒装置６ａ又は第二副触媒装置６ｂの少なくとも一方を早期に触媒活性化温度まで暖機して、早期に排気ガスの浄化を開始することが必要である。そのためには、機関本体では、始動時制御として、点火時期遅角や、吸気及び燃料の増量によるアイドル回転数の増加等により排気ガス温度が高められ、この比較的高温度の排気ガスを第一副触媒装置６ａ又は第二副触媒装置６ｂに集中して通過させるようになっている。

もし、第一排気通路３ａの第一副触媒装置６ａへ全気筒の排気ガスの全てを通過させるようにすると、この排気ガスは、第一副触媒装置６ａへ流入する以前に上流側に位置するタービン８を通過しなければならず、この際の温度低下によって良好に第一副触媒装置６ａを暖機することができない。

それにより、本実施形態では、クランキングの開始と同時又はそれ以前に、第一制御弁９ａを全閉すると共に第二制御弁９ｂを全開し、機関始動時の全ての気筒の排気ガスが主に第二排気通路３ｂの第二副触媒装置６ｂを通過するようにしている。こうして、比較的高温度の全気筒の排気ガスは、タービン等を通過する際の温度低下なしに第二副触媒装置６ｂを集中して通過するために、第二副触媒装置６ｂを短時間で暖機することができる。

前述の始動時制御（点火時期遅角等）が終了して、通常のアイドル運転状態となり、このアイドル運転時に加えて、さらに、車両走行中の低負荷運転まで第二副触媒装置６ｂにより全気筒の排気ガスを浄化するようにすれば、第一排気通路３ａに配置された第一副触媒装置６ａを省略しても良い。しかしながら、この場合において、低負荷運転時にターボチャージャによる過給が必要となれば、第一制御弁９ａを所望開度に開弁して一部の排気ガスがタービン８を通過するようにされ、この排気ガスは主触媒装置５により完全には浄化されずに大気中へ放出されることがある。

また、機関始動時において、クランキングから各気筒での一回又は数回の爆発により機関回転数が設定回転数へ上昇した時の始動完了まで又はその直後までは、気筒内での気化燃料の不足による失火を防止するために、各気筒へ比較的多くの燃料が供給される。それにより、始動完了直後までの排気ガスは比較的多くの微粒子状燃料を含んでおり、これが暖機されていない第二副触媒装置６ｂへ流入すると、殆ど浄化されずに大気中へ放出される可能性がある。これを抑制するために、第一排気通路３ａのタービン８の下流側にＨＣ吸着装置を配置して、機関始動時において、クランキングから始動完了直後までは、第一制御弁９ａを全開すると共に第二制御弁９ｂを全閉して、全気筒の排気ガスが全て第一排気通路３ａを通過するようにし、排気ガス中の微粒子状燃料をＨＣ吸着装置に吸着させるようにしても良い。

ＨＣ吸着装置は、例えば、ゼオライトのような細孔構造を有する比表面積の大きな材料（例えば、ゼオライトの一種であるモルデナイト）から形成されたハニカム構造を有し、多数の軸線方向に延在する隔壁によって細分された多数の軸線方向空間を有している。

このように構成されたＨＣ吸着装置は、低温時において各隔壁の表面上及び細孔内に微粒子状の液体燃料を良好に吸着し、機関中高負荷時となってＨＣ吸着装置の温度が上昇すると、吸着された液状燃料は蒸発して気体状燃料として放出される。この時には、合流部４の下流側に配置された主触媒装置５は、活性化温度に昇温されており、この気体状燃料を良好に浄化することができる。

前述したように、第一副触媒装置６ａが省略されると、機関低負荷時において、ターボチャージャにより過給を実施する場合に、第一排気通路３ａのタービン８を通過した排気ガスの浄化が不十分となることがあるために、この排気ガスを良好に浄化するには、本実施形態のように、第一排気通路３ａのタービン８の下流側には第一副触媒装置６ａを設けることが好ましい。前述したＨＣ吸着装置に触媒を担持させて、タービン８の下流側の第一副触媒装置６ａとしても良い。

このように、第一排気通路３ａに第一副触媒装置６ａが設けられている場合には、車両走行時の低負荷運転に備えて、第一副触媒装置６ａも暖機しておく必要がある。そのために、本実施形態においては、機関始動時に図２に示す第一フローチャートに従って第一制御弁９ａ及び第二制御弁９ｂを制御する。本フローチャートは、スタータスイッチのオンと同時に開始される。先ず、ステップ１０１において第一制御弁９ａを全閉し、ステップ１０２において第二制御弁９ｂを全開する（これらの制御は、機関停止直前に行っておいても良い）。

それにより、前述したように、全気筒の排気ガスは全て第二排気通路３ｂを通過し、第二排気通路３ｂに配置されている第二副触媒装置６ｂが良好に暖機される。これに際して、第二副触媒装置６ｂは暖機され易いように第一副触媒装置６ａより低熱容量（小型）とすることが好ましい。

次いで、ステップ１０３において、測定又は推定される第二副触媒装置６ｂの温度Ｔ２が暖機完了温度（触媒活性化温度）Ｔ’に達したか否かが判断される。この判断が肯定されるまで、第一制御弁９ａは全閉されると共に第二制御弁９ｂは全開されたままとされる。ステップ１０３の判断が肯定されると、ステップ１０４において第一制御弁９ａは全開され、ステップ１０５において第二制御弁９ｂは全閉される。それにより、今度は、全気筒の排気ガスは全て第一排気通路３ａを通過するようにされ、第一副触媒装置６ａを集中して通過する。こうして、第一副触媒装置６ａを早期に暖機することができる。

次いで、ステップ１０６において、測定又は推定される第一副触媒装置６ａの温度Ｔ１が暖機完了温度Ｔ’に達したか否かが判断される。この判断が肯定されるまで、第一制御弁９ａは全開されると共に第二制御弁９ｂは全閉されたままとされる。ステップ１０６の判断が肯定されると、ステップ１０７において、排気ガス温度を高めるための点火時期遅角等の始動時制御は中止されて、本フローチャートは終了する。

本フローチャートにおいて、ステップ１０３及び１０６において、第二副触媒装置６ｂの温度Ｔ２及び第一副触媒装置６ａの温度Ｔ１が推定される場合には、それぞれに流入する排気ガス量及び排気ガス温度（第一副触媒装置６ａへ流入する排気ガス温度はタービンでの温度低下が考慮される）が考慮される。また、ステップ１０３において、全気筒の排気ガスを通過させている時間（始動完了直後までＨＣ吸着装置としての第一副触媒装置６ｂへ全気筒の排気ガスを通過させる場合には、この始動完了直後までの時間は含まれない）が設定時間に達した時に、第二副触媒装置６ｂが暖機完了温度Ｔ’へ昇温されたと判断するようにしても良い。ステップ１０６においても同様に設定時間の経過に基づき第一副触媒装置６ａの暖機完了温度Ｔ’への昇温を判断しても良い。

また、第二副触媒装置６ｂが暖気完了温度Ｔ’となってステップ１０３の判断が肯定される時に、第一排気通路３ａを通過する排気ガス量が第二排気通路３ｂを通過する排気ガス量と等量以上となるように、第一排気通路３ａの第一制御弁９ａ及び第二排気通路３ｂの第二制御弁９ｂを制御するようにしても良い。それにより、第一副触媒装置６ａには第二副触媒装置６ｂを通過する排気ガスと等量以上の排気ガスが通過させられ、第一副触媒装置６ａの暖機を比較的早期に完了することができると共に、第二副触媒装置６ｂにも一部の排気ガスが通過するために第二副触媒装置６ｂを確実に暖機完了状態に維持することができる。

図３は、機関始動時に第一制御弁９ａ及び第二制御弁９ｂを制御するための第二フローチャートである。第一フローチャートとの違いについてのみ以下に説明する。本フローチャートは、ステップ２０３において、第二副触媒装置６ｂの温度Ｔ２が暖機完了温度Ｔ’に達した時には、ステップ２０４において、スタータスイッチのオンからの経過時間ｔが排気ガス温度を高めるための始動時制御を実施する設定時間ｔ’に達したか否かが判断される。

この判断が肯定される時には、ステップ２１０において始動時制御を中止して終了するが、ステップ２０４の判断が否定される時には、ステップ２０５において、測定又は推定される第二副触媒装置６ｂの温度Ｔ２が測定又は推定される第一副触媒装置６ａの温度Ｔ１以上であるか否かが判断される。

当初は、第二副触媒装置６ｂだけの暖機が完了した時であるために、この判断は否定され、ステップ２０６において第一制御弁９ａは全開され、ステップ２０７において第二制御弁９ｂは全閉される。それにより、全気筒の排気ガスは全て第一排気通路３ａを通過し、第一副触媒装置６ａを暖機する。ステップ２０４から２０７までの処理が繰り返されて、第一副触媒装置６ａが暖機完了温度Ｔ’となれば、この時には、暖機完了した第二副触媒装置６ｂの温度Ｔ２が暖機完了温度Ｔ’より下がっていることがあり、この場合には、ステップ２０５の判断が否定され、ステップ２０８において第一制御弁９ａは全閉され、ステップ２０９において第二制御弁９ｂは全開される。それにより、全気筒の排気ガスは全て第二排気通路３ｂを通過し、第二副触媒装置６ｂが再び暖機される。

このようにして、始動時制御により排気ガス温度が高められている期間は、第一副触媒装置６ａ及び第二副触媒装置６ｂのうちの温度の低い方に全気筒の排気ガスを通過させるようにして、第一副触媒装置６ａの温度Ｔ１及び第二副触媒装置６ｂの温度Ｔ２をほぼ等しくすることにより、第一副触媒装置６ａ及び第二副触媒装置６ｂの活性化程度もほぼ等しくなる。

本フローチャートでは、ステップ２０５の判断結果に基づき、第一副触媒装置６ａ及び第二副触媒装置６ｂのいずれか一方にだけ全気筒の排気ガスが通過するようにしたが、第一副触媒装置６ａ及び第二副触媒装置６ｂのうちの測定又は推定された温度が低い方を多くの排気ガスが通過するように、第一制御弁９ａ及び第二制御弁９ｂを制御するようにしても良い。それにより、第一副触媒装置６ａを暖機している間にも第二副触媒装置６ｂを排気ガスが通過し、第二副触媒装置６ｂを確実に暖機完了状態に維持することができる。

第一及び第二フローチャートにおいて始動時制御が中止されると、その後は、機関運転状態に基づく所望過給圧を実現するために、各気筒から排出される排気ガス量に基づき第一排気通路３ａを通過させる排気ガス量に応じて第一制御弁９ａの開度及び第二制御弁９ｂの開度が決定される。ここで、各気筒から排出される排気ガス量が変化しなければ、第一制御弁９ａの開度を減少するほど（好ましくは第二制御弁９ｂを全開させて）、タービン８を通過する排気ガス量は減少し、第二制御弁９ａの開度を減少するほど（好ましくは第一制御弁９ａを全開させて）、タービン８を通過する排気ガス量は増加する。

こうして、始動時制御が中止されて機関始動時が終わると、所望過給圧を実現するように第一制御弁９ａ及び第二制御弁９ｂが制御されることとなり、この際に、第一排気通路３ａを通過する排気ガスは、第一又は第二フローチャートの制御により暖機されている第一副触媒装置６ａによって良好に浄化され、第二排気通路３ｂを通過する排気ガスは、第一又は第二フローチャートの制御により暖機されている第二副触媒装置６ｂによって良好に浄化される。

第一フローチャート及び第二フローチャートにおいて、全気筒の排気ガスを全て第二副触媒装置６ｂ又は第二副触媒装置６ａを通過させるために、第一制御弁９ａ又は第二制御弁９ｂを全閉としたが、僅かに開弁して僅かな排気ガスが第一副触媒装置６ａ又は第二副触媒装置６ｂを通過するようにしても、全気筒の排気ガスが主に第二副触媒装置６ｂ又は第一副触媒装置６ａを通過するようにすれば特に問題はない。

前述した実施形態において、主触媒装置５は三元触媒装置としたが、内燃機関がリーンバーン運転を実施するものである場合には、ＮＯ_X触媒装置としても良い。この場合において、例えば、極高負荷時等に理論空燃比又はリッチ空燃比での運転が実施される場合には、主触媒装置５としては、直列に配置された三元触媒装置及びＮＯ_X触媒装置とすることが好ましい。また、機関始動時には、排気ガス温度を高めるための点火時期遅角等の始動時制御を実施するようにしたが、このような始動時制御を実施しない場合にも本発明は適用可能である。

内燃機関はＶ型としたが、これは本発明を限定するものではなく、複数気筒が直列配置されるものでも、二つの気筒群に分けられてそれぞれに排気マニホルドが設けられる内燃機関であれば、本発明を適用可能である。また、複数の気筒群が三つ以上に分けられる場合においても、排気合流部の上流側の三つ以上の排気通路を大きく二つに分けて考えて本発明を適用すれば良い。

本発明による内燃機関の排気装置の実施形態を示す概略図である。 第一制御弁及び第二制御弁の制御のための第一フローチャートである。 第一制御弁及び第二制御弁の制御のための第二フローチャートである。

符号の説明

１ａ 第一バンク
１ｂ 第二バンク
２ａ 第一排気マニホルド
２ｂ 第二排気マニホルド
３ａ 第一排気通路
３ｂ 第二排気通路
４ 排気合流部
５ 主触媒装置
６ａ 第一副触媒装置
６ｂ 第二副触媒装置
７ 連通管
８ タービン
９ａ 第一制御弁
９ｂ 第二制御弁

Claims (8)

1. 多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれの排気マニホルドには気筒群毎の排気通路が接続され、一方の前記排気通路には、ターボチャージャのタービンが配置され、前記一方の排気通路のタービン上流側の連通部と他方の前記排気通路の連通部とが連通され、前記他方の排気通路の前記連通部の下流側には制御弁が配置された内燃機関の排気装置において、前記一方の排気通路の前記連通部の下流側にはもう一つの制御弁が配置され、前記他方の排気通路の前記連通部の下流側には触媒装置が配置され、機関始動時には全気筒の排気ガスが主に前記他方の排気通路の前記触媒装置を通過するように前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御され、前記一方の排気通路には前記タービンの下流側にＨＣ吸着装置が配置され、機関始動時におけるクランキングから始動完了直後までは、全気筒の排気ガスが主に前記一方の排気通路の前記ＨＣ吸着装置を通過するように前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御されることを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記一方の排気通路には前記タービンの下流側にもう一つの触媒装置が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
3. 前記ＨＣ吸着装置は、触媒を担持して、もう一つの触媒装置としても機能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装置。
4. 機関始動時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断される時には、前記一方の排気通路を通過する排気ガス量が前記他方の排気通路を通過する排気ガス量と等量以上となるように、前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気装置。
5. 機関始動時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断される時には、全気筒の排気ガスが主に前記一方の排気通路を通過するように、前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気装置。
6. 機関始動時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断される時には、前記他方の排気通路の前記触媒装置及び前記一方の排気通路の前記もう一つの触媒装置のうちの測定又は推定された温度が低い方を多くの排気ガスが通過するように、前記他方の排気通路の前記制御弁及び前記一方の排気通路の前記もう一つの制御弁が制御されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気装置。
7. 全気筒の排気ガスが主に前記他方の排気通路の前記触媒装置を通過している時間が設定時間となった時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気装置。
8. 測定又は推定された前記他方の排気通路の前記触媒装置の温度が設定温度に達した時に前記他方の排気通路の前記触媒装置の暖機が完了したと判断することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気装置。

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