JP4371227B2

JP4371227B2 - 多気筒エンジンの排気浄化装置

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Publication number: JP4371227B2
Application number: JP2004291796A
Authority: JP
Inventors: 英夫中井; 敏男乾
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: JP2006105010A

Description

本発明は多気筒エンジンの排気浄化装置に係り、詳しくは触媒の下流に排気管を閉鎖する排気制御弁を設けた多気筒エンジンの排気浄化装置に関するものである。

エンジンの排気系の触媒の下流側に排気制御弁を設け、エンジン冷態始動時に排気制御弁を閉じてＨＣ、ＣＯ等の未燃成分の排出を抑制すると共に、排気圧上昇により排気系に排出された排ガスをエンジンの筒内に戻して次回燃焼時に再燃焼させたり、更には排気温度の上昇により触媒を昇温して早期に活性化したりする技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に開示された技術では、多気筒エンジンの一部気筒を休止して排ガス中の酸素量を増加させる一方、残余の気筒の空燃比をリッチ化して未燃物の含有量を増加させ、排気制御弁を閉じることによりこれらの酸素と未燃物との反応を促進して、排気温度の上昇により触媒の早期活性化を図っている。
特許文献２に開示された技術では、多気筒ディーゼルエンジンの各気筒を複数の気筒群に分けて、各気筒群毎の排気管に排気シャッタバルブを設け、エンジン始動時やヒータの使用により冷却水温度が低下したときに、シャッタバルブを閉じて排ガスの圧力を上昇させ、圧縮行程での仕事量の増大により燃料噴射量を増加させることで昇温を図っている。

しかしながら、これらの排気浄化装置では、排気制御弁やシャッタバルブが固着すると排ガスを排出できなくなるため、エンストを引き起こしてエンジンが始動不能に陥ってしまうという問題がある。このような不具合に着目した対策も存在し（例えば、特許文献３参照）、当該特許文献３の技術では、エンジンの排気管に設けられたシャッタバルブを迂回するようにバイパス通路を形成し、このバイパス通路にバイパスバルブ（リリーフ弁）を設けて、シャッタバルブの固着により排気圧が設定値以上に上昇すると、バイパスバルブを開放してバイパス通路を経て排ガスを排出している。
特開２００２−２２１０２９号公報特開昭５９−７７０４７号公報特開平０５−２３１１９５号公報

しかしながら、上記した特許文献３に開示された技術でもシャッタバルブとバイパスバルブとが同時に固着した場合には、特許文献１，２の技術と同様の結果となり、エンジン始動不能により車両を走行させることができなくなり、例えば運転者が修理工場に自走する等の対処を実施できなくなるという問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エンジンの排気管に設けた排気圧上昇用のバルブが固着した場合であっても、エンジン始動不能に陥る事態を未然に防止することができる多気筒エンジンの排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、多気筒エンジンの気筒を２つの気筒群に分け各気筒群毎に排気管を有する多気筒エンジンの排気浄化装置において、第１の気筒群に対する第１排気管と、第２の気筒群に対する第２排気管と、第１排気管に設けられた第１の触媒と、第２排気管に設けられた第２の触媒と、第１の触媒下流に設けられ、エンジン冷態始動時に第１排気管を閉鎖する排気制御弁と、排気制御弁の閉固着を検出する故障検出手段と、少なくとも第１の気筒群のみを稼動する第１燃焼状態と、第２の気筒群のみを稼動する第２燃焼状態とを切換え可能に制御する燃焼制御手段とを備え、エンジン冷態始動時に排気制御弁を閉じると共に、燃焼制御手段により第１燃焼状態とする一方、エンジン冷態始動時で第１燃焼状態にあるときに故障検出手段により排気制御弁の閉固着が検出されると、燃焼制御手段によって第２燃焼状態に切換えるものである。

従って、エンジン冷態始動時には排気制御弁を閉じた状態でエンジンが第１燃焼状態で運転されて、第１の気筒群から排出された排ガスが第１の排気管を流通して第１の触媒により浄化され、このとき排気制御弁の閉弁により未燃成分の低減と触媒の昇温とが達成される。
一方、排気制御弁の閉固時には、行き場を失った排ガスにより第１の排気管内の排気圧が異常上昇することから、クランキングを継続しても第１の気筒群は排気を妨げられて稼動を開始しないが、このとき燃焼制御手段によりエンジンは第２燃焼状態に切換えられる。排気制御弁が固着している場合でも第２の排気管では何ら影響を受けることなく排ガスを流通可能なため、第２の気筒群は支障なく稼動してエンジンが始動する。

請求項２の発明は、請求項１において、第１の排気管の途中と上記第２の排気管の途中とを連通する連通路と、連通路に配設されると共に、第１の排気管内の圧力が所定圧力以上になると連通路を開放する排気切換弁とを更に備え、故障検出手段が排気制御弁の閉固着と共に排気切換弁の閉固着を検出するものである。
従って、排気制御弁の閉弁により第１の排気管内の圧力が所定値以上になると排気切換弁が開弁し、第１の排気管を流通する排ガスが連通路を経て第２の排気管側に逃がされることで第１の排気管内の排気圧の異常上昇が防止されるが、排気制御弁の閉固着に加えて排気切換弁が閉固着しているときには排気圧の異常上昇は避けられない。ここで、排気制御弁の閉固着と共に排気切換弁の閉固着が故障検出手段により検出されると、この検出に基づいてエンジンが第１燃焼状態から第２燃焼状態に切換えられるため、このような場合でもエンジン始動不能を回避可能となる。

請求項３の発明は、請求項１において、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段を更に備え、故障検出手段が、始動後所定期間が経過してもエンジン回転速度検出手段によって検出されたエンジン回転速度が所定回転速度以下のときに排気制御弁が閉固着していると検出するものである。
従って、第１燃焼状態で始動後に所定期間が経過してもエンジン回転速度が所定回転速度以下のときには、故障検出手段により排気制御弁の閉固着が検出されて第２燃焼状態に切換えられる。このようにエンジン回転速度に基づいて排気制御弁の固着を検出しているため、排気制御弁の開度を検出するための開度センサを必要とせずに構成が簡略化されると共に、開度センサを設けるために排気制御弁の形式に制限を受けることがない。

請求項４の発明は、請求項３において、所定期間を、エンジン温度が低いほど長期間に設定するものである。
従って、エンジン温度が低いほどエンジン始動性が悪化して始動に時間を要するが、それに応じて所定期間が長時間に設定されるため、現在のエンジン始動性を反映したエンジン始動判定、ひいては的確な排気制御弁の固着検出が可能となる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４において、第１及び第２の気筒群を、燃焼が連続しない気筒毎に分けたものである。
従って、燃焼が連続することなく第１の気筒群や第２の気筒群が稼動するため、エンジン出力変動が低減される。

以上説明したように請求項１の発明の多気筒エンジンの排気浄化装置によれば、エンジンの冷態始動時には第１燃焼状態により第１の気筒群を稼動させると共に、排気制御弁を閉弁して未燃成分の低減と触媒の昇温とを達成する一方、排気制御弁の閉固着時には排気制御弁の固着に影響されない第２燃焼状態に切換えるようにしたため、排気制御弁が固着した場合であっても第２の気筒群の稼動によりエンジンを始動でき、これにより運転者が修理工場に自走する等の適切な対処を実施することができる。

請求項２の発明の多気筒エンジンの排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、排気制御弁の閉固着に加えて排気切換弁の閉固着も検出するため、排気切換弁が閉固着した場合であってもエンジンを始動することができる。
請求項３の発明の多気筒エンジンの排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、エンジン回転速度に基づいて排気制御弁の固着を検出しているため、排気制御弁の開度を検出するための開度センサを必要とせずに構成を簡略化できると共に、開度センサの設置を考慮することなく排気制御弁の形式を任意に設定することができる。

請求項４の発明の多気筒エンジンの排気浄化装置によれば、請求項３に加えて、エンジン温度が低いほど所定期間を長期間に設定するため、現在のエンジン始動性を反映したエンジン始動判定、ひいては的確な排気制御弁の固着検出を実現することができる。
請求項５の発明の多気筒エンジンの排気浄化装置によれば、請求項１乃至４に加えて、第１の気筒群や第２の気筒群の各気筒が燃焼を連続させることなく稼動するため、エンジン出力変動を低減して安定した車両走行性能を得ることができる。

[第１実施形態]
以下、本発明を具体化した多気筒エンジンの排気浄化装置の第１実施形態を説明する。
図１は第１実施形態の多気筒エンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。本実施形態のエンジンは点火順序が＃１−＃３−＃４−＃２に設定された直列４気筒機関として構成されている。エンジン１の吸気側は一般的な構成であり、図示しないエアクリーナから導入された吸入空気がエアフローメータやスロットル弁を通過した後に吸気マニホールド２により各気筒に分流され、各気筒の吸気ポートに設けられた燃料噴射弁から燃料を噴射されて筒内に導入される。

一方、エンジン１の排気側は、燃焼が連続しない気筒を組合わせた２種の気筒群に分別され、各気筒群毎に独立した排気管３，４が備えられている。詳述すると、燃焼が連続しない気筒として＃２気筒と＃３気筒とが第１の気筒群に、＃１気筒と＃４気筒とが第２の気筒群に設定されている。＃２気筒及び＃３気筒の排気ポートは第１の排気マニホールド３ａにより合流して共通の第１の排気管３に接続され、同様に＃１気筒及び＃４気筒の排気ポートは第２の排気マニホールド４ａにより合流して共通の第２の排気管４に接続されている。これらの第１及び第２の排気管３，４は相互に略平行に配設されると共に、それぞれの下流側は合流して共通の下流側排気管５に接続されている。

第１の排気管３には第１の触媒６が設けられ、＃２気筒及び＃３気筒から排出された排ガスがこの第１の触媒６により浄化される。第１の排気管３の第１の触媒６より下流側の位置にはバタフライ式の排気制御弁７が設けられ、排気制御弁７は排気制御アクチュエータ８により駆動されて第１の排気管３を開閉し得る。第１の触媒６と排気制御弁７との間の位置で第１の排気管３は連通路９を介して第２の排気管４と接続され、連通路９にはポペット式のリリーフ弁１０（排気切換弁）が設けられている。リリーフ弁１０は図示しないばねに付勢されて第２の排気管４側から連通路９を閉鎖すると共に、第１の排気管３内を流通する排ガスの圧力を連通路９を介して常に受けており、排気圧が設定値を上回ると連通路９を開放するようになっている。第２の排気管４のリリーフ弁１０の下流側には第２の触媒１１が設けられ、＃１気筒及び＃４気筒から排出された排ガスがこの第２の触媒１１により浄化される。

一方、車両には制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）２１が設置されている。ＥＣＵ２１の入力側には、車両の運転席に設けられたイグニションスイッチ２２、冷却水温ＴＨwを検出する水温センサ２３、エンジン１の回転に伴って所定周期のパルス信号を出力するクランク角センサ２４（エンジン回転速度検出手段）等の各種センサ類が接続され、ＥＣＵ２１の出力側には、上記排気制御アクチュエータ８、車両のインストルメントパネルに設けられた警告灯２５、図示しないエンジンの燃料噴射弁や点火プラグ等の各種デバイス類が接続されている。

そして、ＥＣＵ２１は各種センサ類の検出情報に基づいて燃料噴射制御や点火時期制御を実行してエンジン１を運転すると共に、＃２気筒及び＃３気筒のみを稼動させる第１燃焼状態と、＃１気筒及び＃４気筒のみを稼動させる第２燃焼状態とを任意に切換可能となっている（燃焼制御手段）。
更に本実施形態ではＥＣＵ２１は、エンジン１の冷態始動時に未燃成分の排出抑制及び触媒の早期活性化を目的として排気制御弁７の制御を実施すると共に、このとき排気制御弁７及びリリーフ弁１０が同時に閉固着しているときには必要最低限のエンジン運転を可能とするリンプホーム制御を実施しており、以下、これらの制御について詳述する。

ＥＣＵ２１は図２に示す冷態始動時制御ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。ここで、エンジン停止時においてＥＣＵ２１は排気制御弁７を開弁状態に保持しており、一方、エンジン停止時の第１の排気管３内は大気圧であることから、リリーフ弁１０はばねにより閉弁状態に保持されている。まず、ＥＣＵ２１はステップＳ２でイグニションスイッチ２２がオン操作されたか否かを判定し、続くステップＳ４で冷却水温ＴＨwが予め設定された冷態判定値ＴＨw0未満であるか否かを判定し、何れかのステップＳでＮｏ（否定）の判定を下したときには一旦ルーチンを終了する。

ステップＳ２，４の何れでもＹｅｓ（肯定）の判定を下したとき、即ちエンジン１が冷態始動であると判定されたときには、ＥＣＵ２１はステップＳ６に移行して排気制御弁７を閉弁側に切換える。続くステップＳ８では第１の気筒群である＃２気筒と＃３気筒に対して燃料噴射制御及び点火時期制御を実行し、更にステップＳ１０でクランク角センサ２３からのクランク角信号から求めたエンジン回転速度Ｎeが完爆判定値Ｎe0に達したか否かを判定する。周知のように完爆判定値Ｎe0はエンジン始動が完了したか否かを判定する指標であるが、このときのエンジン１は２気筒分が稼動するだけのため、全気筒の稼動を想定した一般的な完爆判定値Ｎe0に代えて、若干低い専用の完爆判定値Ｎe0を適用してもよい。

排気制御弁７及びリリーフ弁１０が固着せずに正常に作動している場合、閉弁された排気制御弁７により＃２気筒及び＃３気筒からの排ガスが第１の触媒６を流通直後にせき止められるため、第１の排気管３内の排気圧がリリーフ弁１０の設定値を越えた時点でリリーフ弁１０が開弁し、排ガスは連通路９を経て第２の排気管４側に逃がされて第２の触媒１１及び下流排気管５を経て外部に排出される。

結果として排気制御弁７の閉弁によりＨＣ、ＣＯ等の未燃成分の排出が抑制されると共に、排気圧の上昇により＃２気筒及び＃３気筒から排出された排ガスが筒内に戻されて次回燃焼時に再燃焼することで未燃成分の排出が更に抑制され、一方、排気温度の上昇により第１及び第２の触媒６，１１を昇温して早期に活性化する作用が奏される。加えて、稼動気筒が２気筒であるため、空燃比のリッチ化に伴って多量の燃料を消費する冷態始動時燃料消費量が半減すると共に、燃焼室から排気管に排気されるＴＨＣも半減する。

このように冷態始動時において排気制御弁７及びリリーフ弁１０の作動に基づく所期の排ガスの流通が達成された場合には、＃２気筒及び＃３気筒の稼動によりエンジン回転速度Ｎeは完爆判定値Ｎe0に達するため、ＥＣＵ２１はステップＳ１０でＹｅｓの判定を下してステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２ではエンジン回転速度Ｎeの変動量αが許容値α0未満であるか否かを判定する。変動量αが許容値α0未満の場合、即ち、＃２気筒及び＃３気筒がミスファイア等を生じることなく安定して燃焼していると推測されるときには、ステップＳ１２でＹｅｓの判定を下してステップＳ１４に移行し、ステップＳ１０の完爆判定から活性所要時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。

活性所要時間Ｔ１は第２の触媒１１が活性温度まで昇温されるのに要する時間として予め設定されており（例えば、１５〜２０sec）、ＥＣＵ２１は活性所要時間Ｔ１が経過するとステップＳ１４でＹｅｓの判定を下し、ステップＳ１６で排気制御弁７を開弁し、続くステップＳ１８で全気筒に対して燃料噴射制御及び点火時期制御を実行した後にルーチンを終了する。

排気制御弁７の開弁に伴って第１の排気管３の排気圧が低下することからリリーフ弁１０は閉弁し、エンジン１は全気筒を稼動させる通常制御に復帰して、＃２気筒及び＃３気筒からの排ガスは第１の排気管３を、＃１気筒及び＃４気筒からの排ガスは第２の排気管４を相互に独立して流通することになる。そして、この時点では第１の触媒６が活性化しているため、排気制御弁７の開弁により第１の排気管３の排気圧が低下しても十分な浄化作用が奏され、又、第２の触媒１１も活性化しているため、第２の排気管４を流通する＃１気筒及び＃４気筒の排ガスに対しても十分な浄化作用が奏される。

又、エンジン回転速度Ｎeの変動量αが許容値α0以上の場合、即ち、＃２気筒及び＃３気筒は稼動しているもののミスファイア等により燃焼が不安定であると推測されるときには、ステップＳ１４でＮｏの判定を下して直接ステップＳ１６に移行する。つまり、第２の触媒１１が活性温度に到達せずに浄化性能が多少不足していても、２気筒での不安定な燃焼を継続するよりは全体としての未燃成分の排出は少ないとして、直ちに通常制御に復帰しているのである。

尚、通常制御への復帰タイミングは、＃２気筒及び＃３気筒の燃焼状況と第２の触媒１１の活性状況とを勘案して決定してもよい。例えばステップＳ１４でＮｏの判定を下したときには直接ステップＳ１６に移行することなく、第２の触媒１１がある程度昇温する時間として設定された昇温所要時間Ｔ３が経過するまでは待機し（例えば，上記活性所要時間Ｔ１を上限として０．５〜２０sec）、昇温所要時間Ｔ３の経過後にステップＳ１６に移行するようにしてもよい。このようにすれば２気筒での不安定な燃焼を最小限に止めた上で、全気筒を稼動させる通常制御に復帰した時点で第２の触媒１１がある程度の浄化性能を奏し、結果として双方の要因による未燃成分の排出をバランスよく抑制することができる。

一方、排気制御弁７及びリリーフ弁１０が同時に閉固着している場合、より詳細にはリリーフ弁１０の閉固着により排ガスを第１の排気管３から連通路９を経て第２の排気管４側に逃がすことができず、且つ、排気制御弁７を強制的に開弁させることができない場合には、行き場を失った排ガスにより第１の排気管３内の排気圧が異常上昇することから、クランキングを継続しても＃２気筒及び＃３気筒は排気を妨げられて稼動を開始せずにエンジン１は始動しない。よって、この場合にはエンジン回転速度Ｎeは完爆判定値Ｎe0に達しないため、ＥＣＵ２１はステップＳ１０でＮｏの判定を下してステップＳ２０に移行する（故障検出手段）。

ステップＳ２０ではクランキング開始から始動所要時間Ｔ２が経過したか否かを判定し、判定がＮｏの間はルーチンを終了する。始動所要時間Ｔ２はエンジン始動に要する時間として設定されたものであるが、本実施形態ではエンジン温度の低下に伴ってエンジン始動性が悪化して始動に時間を要するとの観点の下に、冷却水温ＴＨwが低いほど始動所要時間Ｔ２が延長設定される。より詳細には、図示しないマップにおいて上記冷態判定値ＴＨw0以下の水温領域が細分化され、冷却水温ＴＨwが低いほど始動所要時間Ｔ２が長い値に設定される（例えば、０．５〜３．０secの範囲内）。

そして、始動所要時間Ｔ２が経過するまでステップＳ１０の判定が繰り返され、始動所要時間Ｔ２が経過してもステップＳ１０で完爆判定が下されないときにはエンジン始動不能と見なし、ステップＳ２０でＹｅｓの判定を下してステップＳ２２で警告灯２５を点灯表示し、続くステップＳ２４で＃１気筒及び＃４気筒に対して燃料噴射制御及び点火時期制御を実行し、更にステップＳ２６で＃２気筒及び＃３気筒に対する燃料噴射制御及び点火時期制御を中止した後、ルーチンを終了する。

排気制御弁７及びリリーフ弁１０が固着している場合でも、第２の排気管４では何ら影響を受けることなく排ガスを流通可能なため、ステップＳ２４の処理により＃１気筒及び＃４気筒は支障なく稼動してエンジン１は始動する。このときの２気筒分のエンジン運転はリンプホーム制御として実施される必要最小限のものであるが、車両を走行させることは可能であり、警告灯２５の表示によりエンジントラブルを認識した運転者は車両を走行させて修理工場に自走する等の対処を行なう。

以上のように本実施形態の多気筒エンジン１の排気浄化装置では、エンジン１の各気筒を＃２気筒及び＃３気筒と＃１気筒及び＃４気筒とに分けて相互に独立した排気管３，４及び触媒６，１１を設け、第１の排気管３に排気制御弁７を配設し、更に両排気管３，４を連通する連通路９にリリーフ弁１０を設け、エンジン１の冷態始動時には＃２気筒及び＃３気筒のみを稼動させると共に排気制御弁７を閉弁して未燃成分の低減及び触媒６，１１の昇温を図り、一方、排気制御弁７及びリリーフ弁１０の固着によるエンジン始動不能時には、＃１気筒及び＃４気筒のみを稼動させるようにしたため、排気制御弁７及びリリーフ弁１０が固着した場合であってもこれらの＃１気筒及び＃４気筒の稼動によりエンジン１を始動でき、これにより運転者が修理工場に自走する等の適切な対処を実施することができる。

又、ステップＳ１０ではクランキング時のエンジン１の始動状況（具体的には、エンジン回転速度Ｎeが完爆判定値Ｎe0に達したか否か）に基づいて排気制御弁７及びリリーフ弁１０の固着を判定しているため、排気制御弁７及びリリーフ弁１０の開度を検出するための開度センサを必要とせず、ひいては排気浄化装置全体の構成を簡略化することができる。加えてポペット式のリリーフ弁１０は開度センサによる開度検出が困難であるが、開度を検出する必要自体がないため、開度センサの設置を考慮することなく排気制御弁７やリリーフ弁１０の形式を例えばリードバルブ等を用いて任意に設定できるという利点もある。

尚、この説明は、開度センサにより排気制御弁７やリリーフ弁１０の閉固着を検出することを妨げるものではなく、開度センサにより閉固着を検出してもよいことは言うまでもない。
一方、ステップＳ２０では冷却水温ＴＨwから求めた始動所要時間Ｔ２に基づいてエンジン始動不能の判定を行っているため、現在のエンジン始動性を反映したエンジン始動判定、ひいては的確な排気制御弁７やリリーフ弁１１の固着検出を実現できる。例えば始動所要時間Ｔ２が短過ぎた場合には、エンジン始動可能であるにも拘わらず始動不能（閉固着）と判定されてリンプホーム制御として＃１気筒及び＃４気筒の２気筒による運転が継続されてしまい、一方、始動所要時間Ｔ２が長過ぎた場合には、エンジン始動不能であるにも拘わらずクランキングが継続されて無駄なバッテリ消費を引き起こす問題があるが、これらのトラブルを未然に防止することができる。

更に，第１及び第２気筒群として燃焼が連続しない気筒（＃２，＃３及び＃１，＃４）を設定しているため、＃２気筒及び＃３気筒の稼動による触媒昇温中、及び＃１気筒及び＃４気筒の稼動によるリンプホーム制御中には、２気筒の燃焼が等間隔で行なわれてエンジン出力変動が低減され、安定した車両走行性能を得ることができる。
尚、本実施形態では第２の排気管４のリリーフ弁１０の下流側に第２の触媒１１を設けたが、図１に破線で示すように第２の排気管４のリリーフ弁１０より上流側に設けたり、或いは下流側排気管５に設けたりしてもよい。但し、リリーフ弁１０より上流側に第２の触媒１１を設けた場合には、＃２気筒及び＃３気筒による運転時に、連通路９を経て第２の排気管４に案内される排ガスによる昇温作用が得られないため、第２の触媒１１はリリーフ弁１０の下流側に設置することが望ましい。

又、本実施形態では直列４気筒エンジン１の各気筒を第１及び第２気筒群に分けたが、例えば図３に示すＶ型エンジン或いは水平対向エンジンではバンク毎に気筒群を分けて、一方のバンクを第１気筒群とし、他方のバンクを第２気筒群としてもよい。この場合でも本実施形態と同様の排気系の構成及び制御を実施すれば、全く同じ作用効果が得られる。そして、当該構成では既存の排気レイアウトをそのまま適用できるため、製造コストを低減できるという別の利点も得られる。

[第２実施形態]
次に、本発明を別の多気筒エンジンの排気浄化装置に具体化した第２実施形態を説明する。
図４は第２実施形態の多気筒エンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。本実施形態の排気浄化装置は第１実施形態のものと比較して第１及び第２の排気管３，４の構成を変更したものであり、エンジン１の気筒配列等の構成や制御内容は第１実施形態と全く同様である。よって、共通の個所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。

端的に表現すると本実施形態の排気浄化装置では、第１の排気管３と第２の排気管４とが二重構造になっている。即ち、＃１気筒及び＃４気筒と対応して第２の排気管４が形成され、第２の排気管４は車両後方に延びて第１実施形態の下流側排気管５の役割も果たしている。＃２気筒及び＃３気筒と対応する第１の排気管３は、第２の排気管４の上流側に形成された開口部３１を介して第２の排気管４内に挿入されて車両後方に延び、第１の排気管３の下流端は第２の排気管４の途中で開口している。

第１の排気管３には上流側に第１の触媒６が、下流側に排気制御弁７が設けられ、第１の触媒６と排気制御弁７との間には連通路９が貫設されている。よって、第１の排気管３の内部と第２の排気管４の内部とは連通路９を介して連通し、第２の排気管４内において第１の排気管３の外側面には連通路９を閉鎖するようにリードバルブ３２（排気切換弁）が設けられている。リードバルブ３２の機能は第１実施形態のリリーフ弁１０と同様であり、第１の排気管３の排気圧が設定値を上回ると連通路９を開放する。又、第２の排気管４のリードバルブ３２の下流側には第２の触媒１１が設けられている。

ＥＣＵ２１により冷態始動時制御ルーチンが実行されたときの排気浄化装置の作動状況は第１実施形態のものと同様であり、エンジン１の冷態始動時には第１の気筒群である＃２気筒及び＃３気筒のみを稼動させると共に排気制御弁７を閉弁して未燃成分の低減及び触媒６，１１の昇温を図る一方、排気制御弁７及びリードバルブ３２の固着によるエンジン始動不能時には、第２の気筒群である＃１気筒及び＃４気筒のみを稼動させてエンジン１を始動させることができる。

加えて、本実施形態では第１の排気管３の外周を第２の排気管４が取囲んだ二重構造のため、＃２気筒及び＃３気筒の稼動に伴って第１の排気管３内を排ガスが流通する際には、第１及び第２の排気管３，４が断熱作用を奏して外部への放熱を防止し、これにより排ガスの熱を第１の触媒６の昇温に有効に利用して早期活性化を実現できると共に、第２の触媒１１の昇温も促進できるという利点も得られる。

[第３実施形態]
次に、本発明を別の多気筒エンジンの排気浄化装置に具体化した第３実施形態を説明する。
図５は第３実施形態の多気筒エンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。本実施形態の排気浄化装置は第１実施形態のものと比較してターボチャージャ４１の装着を前提として排気系の構成が変更されると共に、バルブの切換状態も図２に示す冷態始動時制御ルーチンとは相違しているため、これらの相違点を重点的に説明する。
エンジン１は直列４気筒機関として構成され、その＃２気筒と＃３気筒とが第１の気筒群に、＃１気筒と＃４気筒とが第２の気筒群に設定されている。＃２気筒と＃３気筒に対応する第１の排気管３には第１の触媒６が設けられ、第１の触媒６の下流側には排気制御弁７が設けられている。第１の触媒６の上流側において第１の排気管３には排気切換弁４２を備えた連通路９の一端が接続され、連通路９の他端は＃１気筒及び＃４気筒と対応する第２の排気管４に接続されている。この接続個所より下流側において第２の排気管４にはターボチャージャ４１及び第２の触媒１１が設けられ、これらターボチャージャ４１と第２の触媒１１との間の位置には第１の排気管３が接続されている。尚、排気切換弁４２は、排気制御弁７と同様にＥＣＵ２１により駆動制御される電磁式のバルブである。

このように構成された排気浄化装置では、上記第１実施形態と同じくエンジン１の冷態始動時に＃２気筒及び＃３気筒を稼動させた後に、全気筒を稼動させる通常制御に復帰する一方、排気制御弁７及び排気切換弁４２の同時固着時には＃２気筒及び＃３気筒に代えて＃１気筒及び＃４気筒を稼動させている。基本的に排気制御弁７は常閉のウエストゲートバルブとして機能して排気圧の上昇に応じて開弁するだけであり、＃２気筒及び＃３気筒の稼動時には排気切換弁４２を閉弁して排ガスを第１の排気管３側に導き、第１の触媒６の活性の早期化を図ることが出来るとともに、排気制御弁７から流出した排ガスによって第２の触媒１１の活性の早期化を図ることが出来る。そして、全気筒稼動時には同じく排気切換弁４２を開弁して全気筒の排ガスをターボチャージャ４１に供給して過給圧を確保するように制御を実施する。

そして、このように構成された本実施形態の排気浄化装置でも、排気制御弁７及び排気切換弁５２の同時固着時には＃１気筒及び＃４気筒を稼動させることでエンジン１を始動できるため、上記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、直列４気筒エンジン及びＶ型エンジンの排気浄化装置として具体化したが、エンジン１の気筒配列はこれに限ることはなく任意に変更可能である。

又、上記実施形態では第１の排気管３と第２の排気管４とを連通路９により接続してリリーフ弁１０を設け、排気制御弁７の閉固着に加えてこのリリーフ弁１０の閉固着にも対処したが、例えば図１に示す第１実施形態において連通路９及びリリーフ弁１０を省略してもよい。この場合には冷態始動時に排気制御弁７を全閉せずに微小開度に保持することで＃２気筒及び＃３気筒の排ガスを流通させながら排気圧を上昇させる。そして、このような構成では排気制御弁７が閉側で固着すると直ちにエンジン始動不能に陥るが、第１実施形態と同様の制御を実施して＃１気筒及び＃４気筒を稼動させれば、エンジン始動不能を回避することができる。

第１実施形態の多気筒エンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。ＥＣＵが実行する冷態始動時制御ルーチンを示すフローチャートである。本発明をＶ型エンジンに適用した第１実施形態の別例を示す図である。第２実施形態の排気管を二重構造とした多気筒エンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。第３実施形態のターボチャージャを備えた多気筒エンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。

符号の説明

１エンジン
３第１の排気管
４第２の排気管
６第１の触媒
７排気制御弁
９連通路
１０リリーフ弁（排気切換弁）
１１第２の触媒
２１ＥＣＵ（故障検出手段、燃焼制御手段）
２４クランク角センサ（エンジン回転速度検出手段）
３２リードバルブ（排気切換弁）
４２排気切換弁

Claims

多気筒エンジンの気筒を２つの気筒群に分け各気筒群毎に排気管を有する多気筒エンジンの排気浄化装置において、
第１の気筒群に対する第１排気管と、
第２の気筒群に対する第２排気管と、
上記第１排気管に設けられた第１の触媒と、
上記第２排気管に設けられた第２の触媒と、
上記第１の触媒下流に設けられ、エンジン冷態始動時に上記第１排気管を閉鎖する排気制御弁と、
上記排気制御弁の閉固着を検出する故障検出手段と、
少なくとも上記第１の気筒群のみを稼動する第１燃焼状態と、上記第２の気筒群のみを稼動する第２燃焼状態とを切換え可能に制御する燃焼制御手段とを備え、
上記エンジン冷態始動時に上記排気制御弁を閉じると共に、上記燃焼制御手段により第１燃焼状態とする一方、上記エンジン冷態始動時で上記第１燃焼状態にあるときに上記故障検出手段により上記排気制御弁の閉固着が検出されると、上記燃焼制御手段によって第２燃焼状態に切換えることを特徴とする多気筒エンジンの排気浄化装置。
上記第１の排気管の途中と上記第２の排気管の途中とを連通する連通路と、
上記連通路に配設されると共に、上記第１の排気管内の圧力が所定圧力以上になると上記連通路を開放する排気切換弁とを更に備え、
上記故障検出手段は、上記排気制御弁の閉固着を検出すると共に上記排気切換弁の閉固着を検出することを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。
エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段を更に備え、
上記故障検出手段は、始動後所定期間が経過しても上記エンジン回転速度検出手段によって検出されたエンジン回転速度が所定回転速度以下のときに上記排気制御弁が閉固着していると検出することを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。
上記所定期間は、エンジン温度が低いほど長期間に設定されることを特徴とする請求項３記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。
上記第１及び第２の気筒群は、燃焼が連続しない気筒毎に分けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。