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WO2016157520A1 - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

内燃機関の排気制御装置 Download PDF

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WO2016157520A1
WO2016157520A1 PCT/JP2015/060606 JP2015060606W WO2016157520A1 WO 2016157520 A1 WO2016157520 A1 WO 2016157520A1 JP 2015060606 W JP2015060606 W JP 2015060606W WO 2016157520 A1 WO2016157520 A1 WO 2016157520A1
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WO
WIPO (PCT)
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exhaust
exhaust pipe
cylinder
air
internal combustion
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/060606
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English (en)
French (fr)
Inventor
信行 徳王
安岡　正之
英弘 藤田
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust control device for a multi-cylinder internal combustion engine, and in particular, an internal combustion engine in which a collective exhaust pipe through which exhaust from a plurality of cylinders flows and an individual exhaust pipe through which exhaust from individual cylinders flows independently are connected to a catalytic converter.
  • the present invention relates to an exhaust control device.
  • Patent Document 1 discloses that in an in-line four-cylinder internal combustion engine, exhaust ports of cylinders # 2 and # 3 whose ignition order is not continuous are merged inside the cylinder head, while exhaust ports of cylinders # 1 and # 4 are left as they are.
  • An exhaust control device configured to open on the side of the cylinder head is disclosed. That is, the exhaust ports of the # 2 and # 3 cylinders are configured as one collective exhaust port, and the exhaust port of the # 1 cylinder and the exhaust port of the # 4 cylinder are configured as individual exhaust ports for each individual cylinder. Yes.
  • the temperature of the exhaust gas introduced into the catalytic converter via the collective exhaust pipe can be high during the cold start. This is advantageous in terms of early activity of the catalyst.
  • the characteristics (such as temperature and flow velocity) of the exhaust gas introduced into the catalytic converter through the collective exhaust pipe and the exhaust gas characteristics introduced into the catalytic converter through the individual exhaust pipe are different.
  • the present invention connects a collective exhaust pipe in which exhaust ports of a plurality of cylinders gather in a cylinder head and an individual exhaust pipe in which exhaust ports of individual cylinders are provided independently in the cylinder head to a catalytic converter.
  • the air-fuel ratio of the cylinder connected to the collective exhaust pipe is controlled to be richer than the air-fuel ratio of the other cylinders at least under a predetermined condition where the engine load is equal to or higher than the predetermined load.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylinder head of an internal combustion engine to which an exhaust control device according to a first embodiment of the present invention is applied.
  • the perspective view which shows the exhaust-gas control apparatus of the internal combustion engine which concerns on the said 1st Example.
  • the flowchart which shows the flow of control of the said 1st Example.
  • Explanatory drawing which shows the relationship between an air fuel ratio and a purification rate.
  • the perspective view which shows the exhaust-gas control apparatus of the internal combustion engine which concerns on 2nd Example of this invention.
  • FIG. 1 and 2 show a first embodiment in which the present invention is applied to an in-line four-cylinder internal combustion engine.
  • the exhaust ports 2a to 2d of the cylinders # 1 to # 4 extend toward one side surface 1a of the cylinder head 1, and the intake ports 3a to 3d are connected to the other side. It extends toward the side surface 1b.
  • the exhaust ports 2a and 2d of the # 1 cylinder and the # 4 cylinder open individually to the side surface 1a of the cylinder head 1 as individual exhaust ports, and the exhaust ports of the # 2 and # 3 cylinders.
  • the cylinder head 1 is provided with a water jacket 4 so as to surround the exhaust ports 2a to 2d, and is forcibly cooled by circulation of cooling water.
  • the exhaust manifold 5 attached to the side surface 3a of the cylinder head 3 is connected to the # 1 individual exhaust pipe 6 connected to the individual exhaust port of the # 1 cylinder and the individual exhaust port of the # 4 cylinder.
  • # 4 individual exhaust pipe 7 and a collective exhaust pipe 8 connected to a central collective exhaust port, and the base ends of these three exhaust pipes 6, 7, 8 are supported by a head mounting flange 9.
  • the # 1 individual exhaust pipe 6 and the # 4 individual exhaust pipe 7 have a substantially circular cross-sectional shape
  • the collective exhaust pipe 8 has an elongated oval cross-sectional shape extending in the cylinder row direction.
  • the passage cross-sectional area of the collective exhaust pipe 8 is set larger than the individual passage cross-sectional areas of the # 1 individual exhaust pipe 6 and the # 4 individual exhaust pipe 7.
  • the leading end of the collective exhaust pipe 8 is connected to the diffuser portion 21a on the upstream side of the single first catalytic converter 21, respectively.
  • the tips of # 1 individual exhaust pipe 6 and # 4 individual exhaust pipe 7 are connected to the diffuser portion 21a on the upstream side of the single second catalytic converter 22, respectively.
  • These catalytic converters 21 and 22 are obtained by accommodating a cylindrical monolith catalyst carrier in a cylindrical metal case, and the diffuser portions 21a and 22a gradually increase in diameter between the end surfaces of the catalyst carrier. It is comprised by the substantially cone shape so that the space to perform may be formed.
  • the tips of # 1 individual exhaust pipe 6, # 4 individual exhaust pipe 7 and collective exhaust pipe 8 are connected to a diffuser portion 11a on the upstream side of a single catalytic converter 11, respectively.
  • the catalytic converter 11 is a cylindrical monolithic catalyst carrier accommodated in a cylindrical metal case, and the diffuser portion 11a forms a space whose diameter gradually increases between the end face of the catalyst carrier. It has a substantially conical shape.
  • the catalytic converters 21, 22 are located on the side of the cylinder block 2, with the central axis L of the catalytic converters 21, 22 inclined obliquely outward with respect to the vertical direction of the internal combustion engine 1 and adjacent to each other. Has been. Further, with respect to the cylinder row direction, the cylinder head 3 is disposed at a substantially central position (that is, to the side of the collective exhaust port of the # 2 and # 3 cylinders).
  • the collective exhaust pipe 8 is curved so that the tip thereof is directed downward, and is connected to a conical surface (particularly a position close to the central axis L) facing upward of the diffuser portion 21a.
  • the # 1 individual exhaust pipe 6 and the # 4 individual exhaust pipe 7 positioned in the front and rear of the cylinder row direction are curved and extend in the cylinder row direction so as to be substantially symmetric in plan view, and the tip portion is directed downward. And is connected to the diffuser portion 22a. More specifically, the # 1 individual exhaust pipe 6 and the # 4 individual exhaust pipe 7 merge in a substantially Y shape or a T shape in the immediate vicinity of the second catalytic converter 21, and become a single connection pipe after the merge. The part is connected to the diffuser part 21a.
  • the air-fuel ratio sensors 13a and 13b are attached to the conical surfaces of the individual diffuser portions 21a and 22a.
  • the control unit 20 stores and executes various control processes such as fuel injection control and ignition timing control based on detection signals from the air-fuel ratio sensors 13a and 13b.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of exhaust control according to the first embodiment, and this routine is repeatedly executed by the control unit 20 every predetermined period (for example, every 10 ms).
  • step S11 it is determined whether the engine water temperature is equal to or lower than a predetermined water temperature. If the engine water temperature is equal to or higher than the predetermined water temperature, it is determined that the internal combustion engine has been warmed up, and the process proceeds to step S12 and subsequent steps. If the engine water temperature is lower than the predetermined temperature, it is determined that the warm-up has not been completed, and this routine is terminated.
  • step S12 it is determined whether the engine speed is equal to or higher than a predetermined speed.
  • step S13 it is determined whether the charging efficiency corresponding to the engine load and the intake air amount is equal to or greater than a predetermined value. Note that it may be determined whether the engine load or the intake air amount is equal to or greater than a predetermined value instead of the charging efficiency.
  • the engine speed and charging efficiency threshold values used for this determination are set to values slightly lower than the engine speed and charging efficiency values at which fuel increase is performed. That is, in this step S12, although the engine operating state is on the low rotation / low load side than the region where the fuel increase is performed, whether or not the engine operating state is a high rotation / high load side region close to the region where the fuel increase is performed. Judging.
  • step S12 and step S13 are affirmed, and it is determined that the engine is in a predetermined high rotation / high load range in which the exhaust temperature increases. Then, the process proceeds to step S14 and subsequent steps. On the other hand, if it is not the high rotation / high load range, at least one of step S12 and step S13 is denied, and this routine is terminated.
  • step S14 the air-fuel ratio of the exhaust is detected and monitored for each cylinder by the air-fuel ratio sensors 13a and 13b. Specifically, the air-fuel ratios of the # 2 and # 3 cylinders connected to the collective exhaust pipe 8 are detected by the first air-fuel ratio sensor 13a, and are connected to the individual exhaust pipes 6 and 7 by the second air-fuel ratio sensor 13b. The air-fuel ratio of the 1st cylinder and the # 4 cylinder is detected.
  • step S15 the fuel injection amount is calculated for each cylinder.
  • the detection signals of the air-fuel ratio sensors 13a and 13b are used so that the air-fuel ratios of the # 2 cylinder and the # 3 cylinder connected to the collective exhaust pipe 8 having a relatively high exhaust temperature become rich. Based on this, the air-fuel ratio is controlled for each cylinder. More specifically, the fuel injection amounts of the # 2 cylinder and # 3 cylinder connected to the collective exhaust pipe 8 are set so that the air-fuel ratio of the # 2 cylinder and # 3 cylinder connected to the collective exhaust pipe 8 becomes rich. The amount is increased compared to the fuel injection amounts of the # 1 cylinder and # 4 cylinder connected to the individual exhaust pipes 6 and 7.
  • the fuel injection amount is controlled by known feedback control so as to maintain the stoichiometric air-fuel ratio at which the excess air ratio ⁇ becomes 1.
  • air-fuel ratio feedback control is performed using a target air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, the excess air ratio ⁇ is less than 1. It is.
  • the excess air ratio ⁇ of the # 2 cylinder and the # 3 cylinder connected to the collective exhaust pipe 8 is a value less than 1 so that the exhaust purification rate ⁇ is in the range of 0.99 or more so as not to leave the catalyst purification region. It is said.
  • the increase in the fuel is slightly increased and the air-fuel ratio is made sufficiently close to the stoichiometric air-fuel ratio, thereby suppressing the exhaust emission deterioration to a minimum. ing.
  • the fuel increase for reducing the exhaust gas temperature is performed.
  • the exhaust gas temperature is connected to the collective exhaust pipe 8 which tends to be high #
  • the air-fuel ratio is controlled for each cylinder so that the air-fuel ratio of cylinders # 2 and # 3 is rich. For this reason, it is possible to suppress an increase in the exhaust temperature of the # 2 and # 3 cylinders where the exhaust temperature tends to be high.
  • the opportunity to increase the fuel to reduce the exhaust temperature is suppressed, that is, the operating time for the target air-fuel ratio to be approximately the stoichiometric air-fuel ratio is extended and extended, thereby improving fuel efficiency and reducing exhaust emissions. Deterioration can be suppressed.
  • the fuel injection amounts of the # 2 and # 3 cylinders connected to the collective exhaust pipe 8 are set to individual exhaust pipes so that the air-fuel ratios of the # 2 and # 3 cylinders connected to the collective exhaust pipe 8 become rich.
  • the fuel injection amount is increased compared to the fuel injection amounts of the # 1 and # 4 cylinders connected to 6 and 7.
  • the excess air ratio of the # 2 and # 3 cylinders connected to the collective exhaust pipe 8 is enriched in a range of 0.99 or more so as not to impair the catalyst purification performance of the three-way catalyst.
  • the fuel injection amount of the # 2 and # 3 cylinders connected to the collective exhaust pipe 8 is slightly increased within a range that does not impair the catalyst purification performance of the three-way catalyst, and the air-fuel ratio is slightly enriched. Therefore, it is possible to extend the operation time in which the target air-fuel ratio is substantially the stoichiometric air-fuel ratio without causing deterioration of exhaust emission.
  • the temperature difference between the cylinders can be reduced and the temperature deviation performance can be improved.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate.
  • all of the two individual exhaust pipes 6 and 7 and the single collective exhaust pipe 8 are connected to the diffuser portion 11a on the upstream side of the single catalytic converter 11, respectively.
  • the catalytic converter 11 is a cylindrical monolithic catalyst carrier housed in a cylindrical metal case, and the diffuser portion 11a gradually increases in diameter between the end surface of the catalyst carrier. It is comprised by the substantially cone shape so that the space to perform may be formed.
  • the catalytic converter 11 is located on the side of the cylinder block 2 and is disposed in such a posture that the central axis L of the catalytic converter 11 is inclined obliquely outward with respect to the vertical direction of the internal combustion engine 1. Further, as shown in FIG. 2, in the cylinder row direction, the cylinder head 3 is disposed at a substantially central position (that is, to the side of the collective exhaust port of the # 2 and # 3 cylinders).
  • One air-fuel ratio sensor 13 is attached to the conical surface of the diffuser portion 11a.
  • the # 2 and # 3 cylinders connected to the collective exhaust pipe 8 are enriched in the high rotation / high load region where the exhaust temperature becomes high, similarly to the first embodiment.
  • the present invention has been described based on the specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made. As an example, in the above embodiment, the present invention is applied to a four-cylinder in-line internal combustion engine. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be similarly applied to, for example, a V-type eight-cylinder internal combustion engine.

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Abstract

　直列４気筒内燃機関（１）において、♯２気筒および♯３気筒の排気ポートは、シリンダヘッド（３）内部で互いに集合し、一つの集合排気ポートとして開口する。排気マニホルド（５）は、第１触媒コンバータ（２１）に接続する集合排気管（８）と、第２触媒コンバータ（２２）に接続する♯１，♯４気筒の個別排気管（６，７）と、を備える。排気温度が高くなる高回転・高負荷域では、排気温度が高温となり易い集合排気管（８）に接続する＃２，＃３気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリッチとなるように制御する。

Description

内燃機関の排気制御装置
　この発明は多気筒内燃機関の排気制御装置に関し、特に、複数の気筒の排気が流れる集合排気管と、個々の気筒の排気が独立して流れる個別排気管と、を触媒コンバータに接続した内燃機関の排気制御装置に関する。
　例えば特許文献１には、直列４気筒内燃機関において、点火順序が連続しない♯２気筒と♯３気筒の排気ポートをシリンダヘッド内部で合流させる一方、♯１気筒と♯４気筒の排気ポートはそのままシリンダヘッド側面に開口させた構成の排気制御装置が開示されている。つまり、♯２，♯３気筒の排気ポートは一つの集合排気ポートとして構成され、♯１気筒の排気ポートと♯４気筒の排気ポートは、個々の気筒毎に独立した個別排気ポートとして構成されている。
　このように一部の気筒の排気ポートをシリンダヘッド内部で合流させた構成では、冷間始動時に、集合排気管を介して触媒コンバータに導入される排気の温度が高く得られるため、始動後の触媒の早期活性の上で有利となる。
　しかしながら、その反面、集合排気管を介して触媒コンバータに導入される排気の特性（温度・流速など）と個別排気管を介して触媒コンバータに導入される排気の特性とが異なるものとなる。このために以下のような問題を生じる。すなわち、排気温度の高い高回転・高負荷域では、相対的に排気温度の低い個別排気管に接続する気筒側では、排気温度を低下させるための燃料増量等を行なう必要がないにもかかわらず、相対的に排気温度の高い集合排気管に接続する気筒側では、排気温度の過度な上昇を抑制するための燃料増量等を行なう必要が生じ、燃費の悪化等を招くおそれがある。
特開２００７－３０９１８８号公報
　そこで本発明は、複数の気筒の排気ポートがシリンダヘッド内で集合する集合排気管と、個々の気筒の排気ポートがシリンダヘッド内で独立して設けられる個別排気管と、を触媒コンバータに接続してなる内燃機関の排気制御装置において、少なくとも機関負荷が所定負荷以上の所定の条件下において、上記集合排気管に接続する気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリッチとなるように制御する。
　このように、相対的に排気温度の高くなる集合排気管に接続する気筒の空燃比を他の気筒の空燃比よりもリッチ化することによって、例えば排気温度の過度な昇温が問題となるような高回転・高負荷域、つまりあと少し負荷・回転数が増加すると排気温度を低下するための燃料増量が実施されるような運転領域において、排気温度が高くなり易い集合排気管に接続する気筒の排気温度の上昇を抑制することができる。これによって、排気温度を低下するための燃料増量が行なわれる機会を抑制し、つまり燃料増量を行なわずに内燃機関を運転できる領域を拡大して、燃費の向上を図ることができる。
本発明の第１実施例に係る排気制御装置が適用される内燃機関のシリンダヘッドの断面図。 上記第１実施例に係る内燃機関の排気制御装置を示す斜視図。 上記第１実施例の制御の流れを示すフローチャート。 空燃比と浄化率との関係を示す説明図。 本発明の第２実施例に係る内燃機関の排気制御装置を示す斜視図。
　以下、図示実施例により本発明を説明する。図１，図２は、この発明を直列４気筒内燃機関に適用した第１実施例を示している。シリンダヘッド１においては、図１に示すように、♯１～♯４気筒の排気ポート２ａ～２ｄが、シリンダヘッド１の一方の側面１ａに向かって延びており、吸気ポート３ａ～３ｄが他方の側面１ｂに向かって延びている。ここで、♯１気筒および♯４気筒の排気ポート２ａ，２ｄは、個別排気ポートとして気筒毎に独立してシリンダヘッド１の側面１ａに開口しており、♯２気筒および♯３気筒の排気ポート２ｂ、２ｃは、シリンダヘッド１内部で互いに合流・集合し、一つの集合排気ポート２ｂｃとしてシリンダヘッド１の側面１ａに開口している。なお、♯２気筒と♯３気筒は点火時期が３６０°ＣＡ離れており、排気干渉は生じない。上記シリンダヘッド１は、排気ポート２ａ～２ｄの周囲を囲むようにウォータジャケット４を備えており、冷却水の循環によって強制的に冷却されている。
　シリンダヘッド３の側面３ａに取り付けられる排気マニホルド５は、図２に示すように、♯１気筒の個別排気ポートに接続される♯１個別排気管６と、♯４気筒の個別排気ポートに接続される♯４個別排気管７と、中央の集合排気ポートに接続される集合排気管８と、を備えており、これら３本の排気管６，７，８の基端がヘッド取付フランジ９によって支持されている。♯１個別排気管６および♯４個別排気管７は、ほぼ円形の断面形状を有し、集合排気管８は、気筒列方向に延びた細長い長円形の断面形状を有している。また、集合排気管８の通路断面積は、♯１個別排気管６および♯４個別排気管７の個々の通路断面積よりも大きく設定されている。
　集合排気管８の先端は、単一の第１触媒コンバータ２１の上流側のディフューザ部２１ａにそれぞれ接続されている。また、♯１個別排気管６と♯４個別排気管７の先端は、単一の第２触媒コンバータ２２の上流側のディフューザ部２１ａにそれぞれ接続されている。これらの触媒コンバータ２１，２２は、円柱状のモノリス触媒担体を円筒形金属製ケース内に収容したものであって、そのディフューザ部２１ａ，２２ａは、触媒担体端面との間に径が徐々に拡大する空間を形成するように略円錐形に構成されている。
　♯１個別排気管６、♯４個別排気管７および集合排気管８の先端は、単一の触媒コンバータ１１の上流側のディフューザ部１１ａにそれぞれ接続されている。触媒コンバータ１１は、円柱状のモノリス触媒担体を円筒形金属製ケース内に収容したものであって、ディフューザ部１１ａは、触媒担体端面との間に径が徐々に拡大する空間を形成するように略円錐形に構成されている。
　触媒コンバータ２１，２２は、シリンダブロック２の側方に位置し、その触媒コンバータ２１，２２の中心軸線Ｌが内燃機関１の上下方向に対し斜め外側に傾斜した姿勢で、互いに隣接して並設されている。また、気筒列方向については、シリンダヘッド３のほぼ中央の位置（つまり♯２，♯３気筒の集合排気ポートの側方）に配置されている。
　集合排気管８は、先端部が下方を指向するように湾曲して、ディフューザ部２１ａの上方を向いた円錐面（特に、中心軸線Ｌに近い位置）に接続されている。気筒列方向の前後に位置する♯１個別排気管６および♯４個別排気管７は、平面視でほぼ対称をなすように気筒列方向に湾曲して延び、かつ先端部が下方を指向するように湾曲して、ディフューザ部２２ａに接続されている。より詳しくは、♯１個別排気管６および♯４個別排気管７は、第２触媒コンバータ２１の直近で略Ｙ字形ないし略Ｔ字形に合流しており、合流後の１本となった接続管部がディフューザ部２１ａに接続されている。
　個々のディフューザ部２１ａ，２２ａの円錐面には、空燃比センサ１３ａ，１３ｂが取り付けられている。制御部２０は、空燃比センサ１３ａ，１３ｂ等の検出信号に基づいて、燃料噴射制御，点火時期制御等の各種制御処理を記憶及び実行する。
　図３は、この第１実施例に係る排気制御の流れを示すフローチャートであり、本ルーチンは制御部２０により所定期間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。
　ステップＳ１１では、機関水温が所定水温以下であるか否かを判定する。機関水温が所定水温以上であれば、内燃機関の暖機が完了していると判定してステップＳ１２以降へ進む。機関水温が所定温度未満であれば、暖機が完了していないと判定して、本ルーチンを終了する。
　ステップＳ１２では、機関回転数が所定回転数以上であるかを判定する。ステップＳ１３では、機関負荷や吸入空気量に対応する充填効率が所定値以上であるかを判定する。なお、充填効率に代えて機関負荷あるいは吸入空気量が所定値以上であるか否かを判定するようにしても良い。
　なお、こ判定に用いる機関回転数や充填効率のしきい値は、燃料増量が行なわれる機関回転数や充填効率の値よりも少し低い値に設定されている。つまり、このステップＳ１２では、機関運転状態が燃料増量が行なわれる領域よりも低回転・低負荷側ではあるものの、この燃料増量が行なわれる領域に近い高回転・高負荷側の領域であるか否かを判定している。
　機関回転数が所定回転数以上であり、かつ充填効率が所定値以上であれば、ステップＳ１２及びステップＳ１３の判定が肯定され、排気温度が高くなる所定の高回転・高負荷域であると判定して、ステップＳ１４以降へ進む。一方、高回転・高負荷域でなければ、ステップＳ１２とステップＳ１３の少なくとも一方が否定されて、本ルーチンを終了する。
　ステップＳ１４では、空燃比センサ１３ａ，１３ｂにより気筒毎に排気の空燃比を検出し、モニタリングする。具体的には、第１空燃比センサ１３ａにより集合排気管８に接続する＃２気筒と＃３気筒の空燃比を検出し、第２空燃比センサ１３ｂにより個別排気管６，７に接続する＃１気筒と＃４気筒の空燃比を検出する。
　ステップＳ１５では、気筒毎に燃料噴射量を演算する。この際、本実施例においては、相対的に排気温度の高い集合排気管８に接続する＃２気筒と＃３気筒の空燃比がリッチとなるように、空燃比センサ１３ａ，１３ｂの検出信号に基づいて、気筒毎に空燃比を制御する。より具体的には、集合排気管８に接続する＃２気筒と＃３気筒の空燃比がリッチとなるように、集合排気管８に接続する＃２気筒と＃３気筒の燃料噴射量を、個別排気管６，７に接続する＃１気筒と＃４気筒の燃料噴射量に比して増量する。つまり、個別排気管６，７に接続する＃１気筒と＃４気筒については、空気過剰率λが１となる理論空燃比を維持するように、周知のフィードバック制御により燃料噴射量が制御される。一方、集合排気管８に接続する＃２気筒と＃３気筒については、理論空燃比よりもリッチ側、つまり空気過剰率λが１未満となる目標空燃比を用いて、空燃比フィードバック制御が行なわれる。
　図４に示すように、触媒コンバータ２１，２２として用いられる三元触媒では、周知のように、空気過剰率λが１を中心とする狭い触媒浄化領域（ウインドウ）Ｒ１内にある場合に限り、高い浄化率を得ることができる。従って、集合排気管８に接続する＃２気筒と＃３気筒の空気過剰率λは、触媒浄化領域を外れることのないように、排気浄化率λを０．９９以上の範囲で１未満の値としている。つまり触媒保護等の目的で燃料増量を行なう場合に比して、燃料増量を微増量として、空燃比を十分に理論空燃比に近い値とすることで、排気エミッションの悪化を最小限に抑制している。
　このように本実施例では、所定の条件下、より具体的には排気温度が過度に高くなるおそれのある高回転・高負荷域であるものの、排気温度低下のための燃料増量が行なわれる運転領域よりは低回転・低負荷側の運転領域、つまりあと少し機関負荷や機関回転数が高くなると燃料増量が行なわれるような運転領域では、排気温度が高温となり易い集合排気管８に接続する＃２，＃３気筒の空燃比がリッチとなるように、気筒毎に空燃比を制御している。このために、排気温度が高温となり易い＃２，＃３気筒の排気温度の上昇を抑制することができる。これによって、排気温度を低下するための燃料増量が行なわれる機会を抑制し、つまり目標空燃比をほぼ理論空燃比とする運転時間を拡大・延長することで、燃費を向上するとともに、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
　具体的には、集合排気管８に接続する＃２，＃３気筒の空燃比がリッチとなるように、集合排気管８に接続する＃２，＃３気筒の燃料噴射量を、個別排気管６，７に接続する＃１，＃４気筒の燃料噴射量に比して増量している。この際、三元触媒の触媒浄化性能を損ねることのないように、集合排気管８に接続する＃２，＃３気筒の空気過剰率を、０．９９以上の範囲でリッチ化している。このように、三元触媒の触媒浄化性能を損ねることのない範囲で集合排気管８に接続する＃２，＃３気筒の燃料噴射量を微増量して、空燃比を僅かにリッチ化しているために、排気エミッションの悪化を招くことなく、目標空燃比をほぼ理論空燃比とする運転時間を延長することができる。
　しかも、高温側の＃２，＃３気筒の排気温度を低減することで、気筒間の温度差を低減し、偏温性能を改善することができる。
　図６は、本発明の第２実施例を示している。なお、上記第１実施例と同様の構成には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。この第２実施例では、２本の個別排気管６，７と一本の集合排気管８の全てを、単一の触媒コンバータ１１の上流側のディフューザ部１１ａにそれぞれ接続させている。
　触媒コンバータ１１は、第１実施例と同様、円柱状のモノリス触媒担体を円筒形金属製ケース内に収容したものであって、ディフューザ部１１ａは、触媒担体端面との間に径が徐々に拡大する空間を形成するように略円錐形に構成されている。触媒コンバータ１１は、シリンダブロック２の側方に位置し、かつ該触媒コンバータ１１の中心軸線Ｌが内燃機関１の上下方向に対し斜め外側に傾斜したものとなる姿勢に配置されている。また、図２に示すように、気筒列方向については、シリンダヘッド３のほぼ中央の位置（つまり♯２，♯３気筒の集合排気ポートの側方）に配置されている。ディフューザ部１１ａの円錐面には、一つの空燃比センサ１３が取り付けられている。
　このような第２実施例においても、排気温度が高くなる高回転・高負荷域において、集合排気管８に接続する＃２，＃３気筒をリッチ化することで、第１実施例と同様に、排気温度を低減するための燃料増量が行なわれる機会を抑制して、目標空燃比をほぼ理論空燃比とする運転時間を延長・拡大することで、燃費を向上するとともに排気エミッションの悪化を抑制することができる。
　以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明したきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更が可能である。一例として、上記実施例では、４気筒の直列内燃機関に適用しているが、これに限らず、例えばＶ型８気筒の内燃機関に本発明を同様に適用することができる。

Claims (4)

  1. 　複数の気筒の排気ポートがシリンダヘッド内で集合する集合排気管と、個々の気筒の排気ポートがシリンダヘッド内に独立して設けられた個別排気管と、を触媒コンバータに接続してなる内燃機関の排気制御装置において、
    　少なくとも機関負荷が所定負荷以上を含む所定の条件下において、上記集合排気管に接続する気筒の空燃比が他の気筒の空燃比よりもリッチとなるように制御する、内燃機関の排気制御装置。
  2. 　上記所定の条件下において、上記集合排気管に接続する気筒の空燃比がリッチとなるように、上記集合排気管に接続する気筒の燃料噴射量を、上記個別排気管に接続する気筒の燃料噴射量に比して増量する、請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
  3. 　上記所定の条件下において、上記集合排気管に接続する気筒の空気過剰率を、０．９９以上の範囲でリッチ化することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気制御装置。
  4. 　上記所定の条件が、機関水温が所定水温以上で、かつ、機関回転数が所定回転数以上の運転領域である、請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の排気制御装置。
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