JP2002227630A - 内燃機関の排気微粒子除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、排気中の粒子状物質を捕集するフ
ィルタを備えた内燃機関の排気微粒子除去装置におい
て、内燃機関に作用する背圧を過剰に上昇させることな
く、フィルタの捕集能力を再生可能な技術を提供するこ
とを課題とする。 【解決手段】 本発明の内燃機関の排気微粒子除去装置
は、内燃機関の排気通路の途中に設けられ排気中の粒子
状物質を捕集する捕集手段と、内燃機関の排気弁の開閉
タイミングを変更可能とする可変動弁機構と、捕集手段
の捕集能力を再生させるときに排気弁の開弁時期を進角
させるよう可変動弁機構を制御する動弁機構制御手段と
を備え、内燃機関から燃焼直後又は燃焼途中の高温の排
気を排出させ、捕集手段に捕集されている粒子状物質を
燃焼及び除去することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気中の粒子状物
質を捕集するフィルタを備えた内燃機関の排気微粒子除
去技術に関し、特に吸気弁と排気弁の少なくとも一方の
開閉タイミングおよびまたはリフト量を変更可能とする
可変動弁機構を備えた内燃機関の排気微粒子除去技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車等に搭載される内燃機関で
は、該内燃機関から排出される排気を大気中に放出する
前に、排気中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素
（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等の有害ガス成分を浄
化又は除去することにより排気エミッションを向上させ
ることが要求されている。

【０００３】特に、軽油を燃料とする圧縮着火式のディ
ーゼル機関では、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（Ｈ
Ｃ）、窒素酸化物（ＮＯx）等に加え、排気中に含まれ
る煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の粒子状
物質（ＰＭ：Particulate Matter）と呼ばれる排気微粒
子を浄化もしくは除去することも重要である。

【０００４】このため、ディーゼル機関では、断面積が
非常に小さい細孔を多数備えた多孔質の基材からなるパ
ティキュレートフィルタを排気通路に配置し、そのパテ
ィキュレートフィルタの細孔に排気を流すことにより、
排気中の微粒子を捕集する方法が知られている。

【０００５】ところで、パティキュレートフィルタに捕
集される排気微粒子量が過剰に増加すると、パティキュ
レートフィルタ内の排気流路の断面積が減少し、排気の
流れが妨げられるようになる。

【０００６】パティキュレートフィルタにより排気の流
れが妨げられると、パティキュレートフィルタ上流の排
気通路において排気圧力が高まり、その排気圧力が背圧
として内燃機関に作用してしまう。

【０００７】このため、パティキュレートフィルタに捕
集された排気微粒子量が過剰に増加する前に、パティキ
ュレートフィルに捕集された排気微粒子を浄化してパテ
ィキュレートフィルタを再生させる必要がある。

【０００８】パティキュレートフィルタを再生する方法
としては、例えば、特開平３−２７１５１５号公報に記
載されたような「ディーゼルエンジンの排気微粒子除去
装置」が知られている。

【０００９】上記したディーゼルエンジンの排気微粒子
除去装置は、ディーゼルエンジンの排気系に設けられた
フィルタと、フィルタより下流側に設けられてフィルタ
再生時に絞り作動する排気絞り弁と、排気絞り弁が絞り
作動するときの内部ＥＧＲ量を抑制する抑制手段を備
え、フィルタ再生時には、排気絞り弁を絞り作動させる
とともに内部ＥＧＲ量の増大を抑制することにより、排
気圧及び排気温度を高めつつ排気中の酸素濃度低下を抑
制し、以てフィルタに捕集された排気微粒子の燃焼を促
進させようとするものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したデ
ィーゼルエンジンの排気微粒子除去装置のように、フィ
ルタ再生時に排気温度を高めるべく排気絞り弁が絞り作
動すると、排気絞り弁より上流の排気通路における排気
圧力が上昇するため、それに応じて内燃機関に作用する
背圧が過剰に上昇してしまう虞がある。

【００１１】本発明は、上記したような問題点に鑑みて
なされたものであり、排気中の粒子状物質を捕集するフ
ィルタを備えた内燃機関の排気微粒子除去装置におい
て、内燃機関に作用する背圧を過剰に上昇させることな
く、フィルタの捕集能力を再生可能な技術を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために以下のような手段を採用した。すなわ
ち、本発明に係る内燃機関の排気微粒子除去装置は、内
燃機関の排気通路の途中に設けられ、排気中の粒子状物
質を捕集する捕集手段と、前記内燃機関の排気弁の開閉
タイミングを変更可能とする可変動弁機構と、前記捕集
手段の捕集能力を再生させるときに前記排気弁の開弁時
期を進角させるよう前記可変動弁機構を制御する動弁機
構制御手段と、を備えることを特徴としている。

【００１３】このように構成された内燃機関の排気微粒
子除去装置では、捕集手段の捕集能力を再生するとき
に、動弁機構制御手段が排気弁の開弁時期を進角させる
よう可変動弁機構を制御する。排気弁の開弁時期が進角
された場合には、内燃機関で燃焼中又は燃焼直後の比較
的高温のガスが排気として排出される。内燃機関から排
出された高温の排気は、排気通路を流れ、該排気通路の
途中に設けられた捕集手段に流入する。このようにして
高温の排気が捕集手段に流入すると、捕集手段に捕集さ
れていた粒子状物質が燃焼及び除去され、捕集手段の捕
集能力が再生されることになる。

【００１４】また、本発明に係る内燃機関の排気微粒子
除去装置は、捕集手段の捕集能力を再生すべく排気弁の
開弁時期が進角されるときに、内燃機関に対する燃料噴
射量を増加させる燃料噴射量増加手段を更に備えるよう
にしてもよい。この場合、内燃機関で燃焼中又は燃焼直
後のガスが排気として排出されても、内燃機関で燃焼に
供される燃料量が増加するため、内燃機関のトルク低下
が抑制される。

【００１５】また、本発明に係る内燃機関の排気微粒子
除去装置において、可変動弁機構は、排気弁及び吸気弁
の開閉タイミングおよびまたはリフト量を変更可能と
し、動弁機構制御手段は、捕集手段の捕集能力を再生さ
せるときに排気弁の開弁時期を進角させるとともに内燃
機関の吸入空気量を増加させるべく可変動弁機構を制御
するようにしてもよい。この場合、内燃機関で燃焼中又
は燃焼直後のガスが排気として排出されても、内燃機関
で燃焼に供される空気量が増加するため、内燃機関のト
ルク低下が抑制される。

【００１６】次に、本発明に係る内燃機関の排気微粒子
除去装置は、内燃機関の排気通路の途中に設けられ、排
気中の粒子状物質を捕集する捕集手段と、前記内燃機関
の吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開閉タイミング
およびまたはリフト量を変更可能とする可変動弁機構
と、前記捕集手段の捕集能力を再生させる場合に、排気
が前記内燃機関へ逆流する行程を追加すべく前記可変動
弁機構を制御する動弁機構制御手段と、を備えるように
してもよい。

【００１７】このように構成された内燃機関の排気微粒
子除去装置では、捕集手段の捕集能力を再生するとき
に、動弁機構制御手段は、排気が内燃機関へ逆流する行
程を追加すべく可変動弁機構を制御する。内燃機関の排
気が該内燃機関へ逆流する行程が追加されると、捕集手
段に捕集されていた粒子状物質が排気の逆流によって該
捕集手段から離脱し、排気とともに内燃機関へ流れ込
む。内燃機関に流れ込んだ粒子状物質は、該内燃機関に
おいて再度燃焼されることになる。この結果、捕集手段
の捕集能力が再生される。

【００１８】その際、動弁機構制御手段は、例えば、内
燃機関の排気行程後に吸気弁が閉弁し且つ排気弁が開弁
する行程を追加すべく可変動弁機構を制御するようにし
てもよい。

【００１９】尚、本発明に係る可変動弁機構としては、
電磁力を利用して吸気弁およびまたは排気弁を開閉駆動
する電磁駆動式の動弁機構を例示することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気微粒子除去装置の具体的な実施態様について図面に基
づいて説明する。

【００２１】＜実施の形態１＞先ず、本発明に係る内燃
機関の排気微粒子除去装置の第１の実施態様について図
１〜図６に基づいて説明する。

【００２２】図１及び図２は、本発明を適用する内燃機
関とその吸排気系の一実施態様を示す図である。図１及
び図２に示す内燃機関１は、４つの気筒２１を備えた４
ストローク・サイクルの水冷式ディーゼルエンジンであ
る。

【００２３】内燃機関１は、４つの気筒２１及び冷却水
路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリ
ンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１
ａとを備えている。

【００２４】前記シリンダブロック１ｂには、機関出力
軸たるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、こ
のクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に
装填されたピストン２２とコネクティングロッド１９を
介して連結されている。

【００２５】前記クランクシャフト２３の端部には周縁
に複数の歯が形成されたタイミングロータ５１ａが取り
付けられ、そのタイミングロータ５１ａ近傍のシリンダ
ブロック１ｂには電磁ピックアップ５１ｂが取り付けら
れている。これらタイミングロータ５１ａと電磁ピック
アップ５１ｂは、クランクポジションセンサ５１を構成
する。

【００２６】前記シリンダブロック１ｂには、前記冷却
水路１ｃ内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を
出力する水温センサ５２が取り付けられている。

【００２７】各気筒２１のピストン２２上方には、ピス
トン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれ
た燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１
ａには、各気筒２１の燃焼室２４に臨むよう燃料噴射弁
２５が取り付けられ、この燃料噴射弁２５には、該燃料
噴射弁２５に駆動電流を印加するための駆動回路２５ａ
が電気的に接続されている。

【００２８】前記シリンダヘッド１ａにおいて各気筒２
１の燃焼室２４に臨む部位には、吸気ポート２６の開口
端が２つ形成されるとともに、排気ポート２７の開口端
が２つ形成されている。そして、前記シリンダヘッド１
ａには、前記吸気ポート２６の各開口端を開閉する吸気
弁２８と、前記排気ポート２７の各開口端を開閉する排
気弁２９とが進退自在に設けられている。

【００２９】前記シリンダヘッド１ａには、励磁電流が
印加されたときに発生する電磁力を利用して前記吸気弁
２８を進退駆動する電磁駆動機構３０（以下、吸気側電
磁駆動機構３０と称する）が吸気弁２８と同数設けられ
ている。各吸気側電磁駆動機構３０には、該吸気側電磁
駆動機構３０に励磁電流を印加するための駆動回路３０
ａ（以下、吸気側駆動回路３０ａと称する）が電気的に
接続されている。

【００３０】前記シリンダヘッド１ａには、励磁電流が
印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁
２９を進退駆動する電磁駆動機構３１（以下、排気側電
磁駆動機構３１と称する）が排気弁２９と同数設けられ
ている。各排気側電磁駆動機構３１には、該排気側電磁
駆動機構３１に励磁電流を印加するための駆動回路３１
ａ（以下、排気側駆動回路３１ａと称する）が電気的に
接続されている。

【００３１】上記した吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆
動回路３１ａ、吸気側電磁駆動機構３０、及び排気側電
磁駆動機構３１は、本発明に係る可変動弁機構を示す例
である。

【００３２】ここで、吸気側電磁駆動機構３０及び排気
側電磁駆動機構３１の具体的な構成について述べる。
尚、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１
とは同様の構成であるため、吸気側電磁駆動機構３０の
みを例に挙げて説明する。

【００３３】図３は、吸気側電磁駆動機構３０の構成を
示す断面図である。図３において内燃機関１のシリンダ
ヘッド１ａは、シリンダブロック１ｂの上面に固定され
るロアヘッド１０と、このロアヘッド１０の上部に設け
られたアッパヘッド１１とを備えている。

【００３４】前記ロアヘッド１０には、各気筒２１毎に
２つの吸気ポート２６が形成され、各吸気ポート２６の
燃焼室２４側の開口端には、吸気弁２８の弁体２８ａが
着座するための弁座１２が設けられている。

【００３５】前記ロアヘッド１０には、各吸気ポート２
６の内壁面から該ロアヘッド１０の上面にかけて断面円
形の貫通孔が形成され、その貫通孔には筒状のバルブガ
イド１３が挿入されている。前記バルブガイド１３の内
孔には、吸気弁２８の弁軸２８ｂが貫通し、前記弁軸２
８ｂが軸方向へ摺動自在となっている。

【００３６】前記アッパヘッド１１において前記バルブ
ガイド１３と軸心が同一となる部位には、第１コア３０
１及び第２コア３０２が嵌入される断面円形のコア取付
孔１４が設けられている。前記コア取付孔１４の下部１
４ｂは、その上部１４ａに比して径大に形成されてい
る。以下では、前記コア取付孔１４の下部１４ｂを径大
部１４ｂと称し、前記コア取付孔１４の上部１４ａを径
小部１４ａと称する。

【００３７】前記径小部１４ａには、軟磁性体からなる
環状の第１コア３０１と第２コア３０２とが所定の間隙
３０３を介して軸方向に直列に嵌挿されている。これら
の第１コア３０１の上端と第２コア３０２の下端には、
それぞれフランジ３０１ａとフランジ３０２ａが形成さ
れており、第１コア３０１は上方から、また第２コア３
０２は下方からそれぞれコア取付孔１４に嵌挿され、フ
ランジ３０１ａとフランジ３０２ａがコア取付孔１４の
縁部に当接することにより第１コア３０１と第２コア３
０２の位置決めがされて、前記間隙３０３が所定の距離
に保持されるようになっている。

【００３８】前記第１コア３０１の上部には、環状のア
ッパプレート３１８が配置され、そのアッパプレート３
１８の上部には、筒状体の下端に前記アッパプレート３
１８と略同径の外径を有するフランジ３０５ａが形成さ
れた形成されたアッパキャップ３０５が配置されてい
る。

【００３９】前記したアッパキャップ３０５及びアッパ
プレート３１８は、アッパキャップ３０５のフランジ３
０５ａ上面からアッパプレート３１８を介してアッパヘ
ッド１１の内部へ貫通するボルト３０４によりアッパヘ
ッド１１の上面に固定されている。

【００４０】この場合、アッパキャップ３０５及びアッ
パプレート３１８は、フランジ３０５ａを含むアッパキ
ャップ３０５の下端がアッパプレート３１８の上面に当
接すると同時に、アッパプレート３１８の下面が第１コ
ア３０１の上面周縁部に当接した状態でアッパヘッド１
１に固定されることになり、その結果、第１コア３０１
がアッパヘッド１１に固定されることになる。

【００４１】前記第２コア３０２の下部には、コア取付
孔１４の径大部１４ｂと略同径の外径を有する環状体か
らなるロアプレート３０７が設けられている。このロア
プレート３０７は、該ロアプレート３０７の下面からア
ッパヘッド１１へ貫通するボルト３０６により、前記径
小部１４ａと径大部１４ｂの段部における下向きの段差
面に固定されている。この場合、ロアプレート３０７が
第２コア３０２の下面周縁部に当接した状態で固定され
ることになり、その結果、第２コア３０２がアッパヘッ
ド１１に固定されることになる。

【００４２】前記第１コア３０１の前記間隙３０３側の
面に形成された溝部には、第１の電磁コイル３０８が把
持されており、前記第２コア３０２の間隙３０３側の面
に形成された溝部には第２の電磁コイル３０９が把持さ
れている。その際、第１の電磁コイル３０８と第２の電
磁コイル３０９とは、前記間隙３０３を介して向き合う
位置に配置されるものとする。そして、第１及び第２の
電磁コイル３０８、３０９は、前述した吸気側駆動回路
３０ａと電気的に接続されている。

【００４３】前記間隙３０３には、該間隙３０３の内径
より径小な外径を有する環状体からなるアーマチャ３１
１が配置されている。このアーマチャ３１１は、例え
ば、軟磁性体で形成されている。

【００４４】前記アーマチャ３１１の中空部には、前記
第１コア３０１及び前記第２コア３０２の中空部より径
小な外径を有する円柱状の非磁性体からなるアーマチャ
シャフト３１０が前記アーマチャ３１１の軸心に沿って
上下方向に延出するよう固定されている。

【００４５】その際、前記アーマチャシャフト３１０
は、その上端が前記第１コア３０１の中空部を通ってそ
の上方のアッパキャップ３０５内まで至るとともに、そ
の下端が第２コア３０２の中空部を通ってその下方の径
大部１４ｂ内に至るよう形成されるものとする。

【００４６】これに対応して、前記第１コア３０１の中
空部の上端と前記第２コア３０２の中空部の下端との各
々には、前記アーマチャシャフト３１０の外径と略同径
の内径を有する環状のアッパブッシュ３１９とロアブッ
シュ３２０とが設けられ、これらアッパブッシュ３１９
とロアブッシュ３２０とにより前記アーマチャシャフト
３１０が軸方向へ摺動自在に保持されている。

【００４７】前記アッパキャップ３０５内に延出したア
ーマチャシャフト３１０の上端部には、円板状のアッパ
リテーナ３１２が接合されるとともに、前記アッパキャ
ップ３０５の上部開口部にはアジャストボルト３１３が
螺着され、これらアッパリテーナ３１２とアジャストボ
ルト３１３との間には、アッパスプリング３１４が介在
している。また、前記アジャストボルト３１３と前記ア
ッパスプリング３１４との当接面には、前記アッパキャ
ップ３０５の内径と略同径の外径を有するスプリングシ
ート３１５が介装されている。

【００４８】前記径大部１４ｂ内に延出したアーマチャ
シャフト３１０の下端部には、吸気弁２８の弁軸２８ｂ
の上端部が当接している。前記弁軸２８ｂの上端部の外
周には、円盤状のロアリテーナ２８ｃが接合されてお
り、そのロアリテーナ２８ｃの下面とロアヘッド１０の
上面との間には、ロアスプリング３１６が介在してい
る。

【００４９】このように構成された吸気側電磁駆動機構
３０では、吸気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル
３０８及び第２の電磁コイル３０９に対して励磁電流が
印加されていないときは、アッパスプリング３１４から
アーマチャシャフト３１０に対して下方向（すなわち、
吸気弁２８を開弁させる方向）への付勢力が作用すると
ともに、ロアスプリング３１６から吸気弁２８に対して
上方向（すなわち、吸気弁２８を閉弁させる方向）への
付勢力が作用し、その結果、アーマチャシャフト３１０
及び吸気弁２８が互いに当接しつつ所定の位置に弾性支
持された状態、いわゆる中立状態に保持されることにな
る。

【００５０】尚、アッパスプリング３１４とロアスプリ
ング３１６の付勢力は、前記アーマチャ３１１の中立位
置が前記間隙３０３において前記第１コア３０１と前記
第２コア３０２との中間の位置となるよう設定されてお
り、構成部品の初期公差や経年変化等によってアーマチ
ャ３１１の中立位置が前記した中間位置からずれた場合
には、アーマチャ３１１の中立位置が前記した中間位置
と一致するようアジャストボルト３１３によって調整す
ることが可能になっている。

【００５１】前記アーマチャシャフト３１０及び前記弁
軸２８ｂの軸方向の長さは、前記アーマチャ３１１が前
記間隙３０３の中間位置に位置するときに前記弁体２８
ａが開弁側変位端と閉弁側変位端との中間の位置（以
下、中開位置と称する）となり、且つ、前記アーマチャ
３１１が第１コア３０１に当接したときに前記弁体２８
ａが弁座１２に着座するように設定されている。

【００５２】前記した吸気側電磁駆動機構３０では、吸
気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル３０８に対し
て励磁電流が印加されている時は、第１コア３０１と第
１の電磁コイル３０８とアーマチャ３１１との間に、ア
ーマチャ３１１を第１コア３０１側へ変位させる方向の
電磁力が発生するため、アーマチャ３１１がアッパスプ
リング３１４の付勢力に抗して第１コア３０１に当接し
た状態となる。

【００５３】アーマチャ３１１が第１コア３０１に当接
した状態にあると、吸気弁２８は、ロアスプリング３１
６の付勢力を受けて退行し、該吸気弁２８の弁体２８ａ
が弁座１２に着座した状態、すなわち全閉状態となる。

【００５４】また、前記した吸気側電磁駆動機構３０で
は、吸気側駆動回路３０ａから第２の電磁コイル３０９
に対して励磁電流が印加されている時は、第２コア３０
２と第２の電磁コイル３０９とアーマチャ３１１との間
に、アーマチャ３１１を第２コア３０２側へ変位させる
方向の電磁力が発生するため、アーマチャ３１１がロア
スプリング３１６の付勢力に抗して第２コア３０２に当
接した状態となる。

【００５５】アーマチャ３１１が第２コア３０２に当接
した状態にあると、アーマチャシャフト３１０がロアス
プリング３１６の付勢力に抗して弁軸２８ｂを開弁方向
へ押圧することになり、その押圧力によって吸気弁２８
が全開状態に保持される。

【００５６】また、上記した吸気側電磁駆動機構３０で
は、全閉状態にある吸気弁２８を開弁させる場合は、先
ず吸気側駆動回路３０ａが第１の電磁コイル３０８に対
する励磁電流の印加を停止する。

【００５７】このとき、第１コア３０１と第１の電磁コ
イル３０８とアーマチャシャフト３１０との間でアーマ
チャ３１１を第１コア３０１に引き付ける電磁力が消滅
するため、アーマチャ３１１及び吸気弁２８がアッパス
プリング３１４の付勢力を受けて開弁方向へ変位する。

【００５８】吸気側駆動回路３０ａは、アーマチャ３１
１がアッパスプリング３１４の付勢力を受けて第２コア
３０２の近傍まで変位した時点で、第２の電磁コイル３
０９に対して励磁電流を印加することにより、第２コア
３０２と第２の電磁コイル３０９とアーマチャ３１１と
の間にアーマチャ３１１を第２コア３０２に引き付ける
電磁力を発生させる。この電磁力によりアーマチャ３１
１が第２コア３０２と当接する位置（開弁側変位端）ま
で変位し、その結果、吸気弁２８が全開状態となる。

【００５９】一方、上記した吸気側電磁駆動機構３０で
は、全開状態にある吸気弁２８を閉弁させる場合は、先
ず吸気側駆動回路３０ａが第２の電磁コイル３０９に対
する励磁電流の印加を停止する。

【００６０】このとき、第２コア３０２と第２の電磁コ
イル３０９とアーマチャシャフト３１０との間でアーマ
チャ３１１を第２コア３０２に引き付ける電磁力が消滅
するため、アーマチャ３１１及び吸気弁２８がロアスプ
リング３１６の付勢力を受けて閉弁方向へ変位する。

【００６１】吸気側駆動回路３０ａは、アーマチャ３１
１がロアスプリング３１６の付勢力を受けて第１コア３
０１の近傍まで変位した時点で、第１の電磁コイル３０
８に対して励磁電流を印加することにより、第１コア３
０１と第１の電磁コイル３０８とアーマチャ３１１との
間に、アーマチャ３１１を第１コア３０１へ引き付ける
電磁力を発生させる。この電磁力によりアーマチャ３１
１が第１コア３０１と当接する位置（閉弁側変位端）ま
で変位し、その結果、吸気弁２８の弁体２８ａが弁座１
２に着座する。

【００６２】このように吸気側駆動回路３０ａが第１の
電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに対して
所定のタイミングで交互に励磁電流を印加することによ
り、アーマチャ３１１が閉弁側変位端と開弁側変位端と
の間で進退動作し、それに伴って弁軸２８ｂが進退駆動
されると同時に弁体２８ａが開閉動作することになる。
従って、吸気側駆動回路３０ａが第１の電磁コイル３
０８及び第２の電磁コイル３０９に対する励磁電流の印
加タイミングを変更することにより、吸気弁２８の開閉
タイミングを任意に制御することが可能となる。

【００６３】また、上記した吸気側電磁駆動機構３０に
は、吸気弁２８の変位を検出するバルブリフトセンサ３
１７が取り付けられている。このバルブリフトセンサ３
１７は、アッパリテーナ３１２の上面に取り付けられた
円板状のターゲット３１７ａと、アジャストボルト３１
３における前記アッパリテーナ３１２と対向する部位に
取り付けられたギャップセンサ３１７ｂとから構成され
ている。

【００６４】このように構成されたバルブリフトセンサ
３１７では、前記ターゲット３１７ａが前記吸気側電磁
駆動機構３０のアーマチャ３１１と一体的に変位し、前
記ギャップセンサ３１７ｂが該ギャップセンサ３１７ｂ
と前記ターゲット３１７ａとの距離に対応した電気信号
を出力することになる。

【００６５】その際、アーマチャ３１１が中立状態にあ
るときのギャップセンサ３１７ｂの出力信号値を予め記
憶しておき、その出力信号値と現時点におけるギャップ
センサ３１７ｂの出力信号値との偏差を算出することに
より、アーマチャ３１１及び吸気弁２８の変位を特定す
ることが可能となる。

【００６６】ここで図１及び図２に戻り、内燃機関１の
シリンダヘッド１ａには、４つの枝管からなる吸気枝管
３３が接続され、前記吸気枝管３３の各枝管は、各気筒
２１の吸気ポート２６と連通している。

【００６７】前記吸気枝管３３は、吸気の脈動を抑制す
るためのサージタンク３４に接続されている。前記サー
ジタンク３４には、吸気管３５が接続され、吸気管３５
は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボ
ックス３６と接続されている。

【００６８】前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流
れる空気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を
出力するエアフローメータ４４が取り付けられている。
前記吸気管３５において前記エアフローメータ４４より
下流の部位には、該吸気管３５内を流れる吸気の流量を
調整するスロットル弁３９が設けられている。

【００６９】前記スロットル弁３９には、ステッパモー
タ等からなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル
弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０
と、前記スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を
出力するスロットルポジションセンサ４１とが取り付け
られている。

【００７０】一方、前記内燃機関１のシリンダヘッド１
ａには、４本の枝管が内燃機関１の直下流において１本
の集合管に合流するよう形成された排気枝管４５が接続
され、前記排気枝管４５の各枝管が各気筒２１の排気ポ
ート２７と連通している。

【００７１】前記排気枝管４５は、排気中に含まれる煤
やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の粒子状物質
（ＰＭ：Particulate Matter）と呼ばれる排気微粒子を
捕集するパティキュレートフィルタ４９を介して排気管
４７に接続され、排気管４７は、下流にて図示しないマ
フラーに接続されている。前記パティキュレートフィル
タ４９は、本発明に係る捕集手段の一実施態様である。
尚、本実施の形態では、排気枝管４５の下流にパティキ
ュレートフィルタ４９が配置されているが、排気枝管４
５の各枝管の各々にパティキュレートフィルタが配置さ
れるようにしてもよく、各気筒２１の排気ポート２７の
各々にパティキュレートフィルタが配置されるようにし
てもよい。

【００７２】前記排気管４７の途中には、排気浄化触媒
４６が設けられ、この排気浄化触媒４６より上流の排気
管４７には、該排気管４７内を流れる排気、言い換えれ
ば、排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比に対応し
た電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられ
ている。

【００７３】ここで、上記した排気浄化触媒４６として
は、例えば、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃
比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中
に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒
素酸化物（ＮＯx）を浄化する三元触媒、該排気浄化触
媒４６に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であると
きは排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵する
とともに該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が
理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵して
いた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ還元・浄化する
吸蔵還元型ＮＯx触媒、該排気浄化触媒４６に流入する
排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の還元剤が
存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を還元・
浄化する選択還元型ＮＯx触媒、もしくは上記した各種
の触媒を適宜組み合わせてなる触媒である。

【００７４】上記したように構成された内燃機関１に
は、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御
ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）２０が
併設されている。

【００７５】前記ＥＣＵ２０には、前述した、スロット
ルポジションセンサ４１、エアフローメータ４４、空燃
比センサ４８、クランクポジションセンサ５１、水温セ
ンサ５２、バルブリフトセンサ３１７に加え、内燃機関
１を搭載した車両の室内に配置されたアクセルペダル４
２に取り付けられ、該アクセルペダル４２の操作量に対
応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４
３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出
力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。

【００７６】前記ＥＣＵ２０には、駆動回路２５ａ、吸
気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、スロット
ル用アクチュエータ４０等が電気配線を介して接続さ
れ、ＥＣＵ２０は、上記した各種センサの出力信号値を
パラメータとして、駆動回路２５ａ、吸気側駆動回路３
０ａ、排気側駆動回路３１ａ、或いはスロットル用アク
チュエータ４０を制御することが可能になっている。

【００７７】ここで、ＥＣＵ２０は、図４に示すよう
に、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰ
Ｕ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップ
ＲＡＭ４０４と入力ポート４０５と出力ポート４０６と
を備えるとともに、前記入力ポート４０５に接続された
Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４０７を備えている。

【００７８】前記Ａ／Ｄ４０７には、スロットルポジシ
ョンセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エア
フローメータ４４、空燃比センサ４８、水温センサ５
２、バルブリフトセンサ３１７等のようにアナログ信号
形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続さ
れている。このＡ／Ｄ４０７は、上記した各センサの出
力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換
した後に前記入力ポート４０５へ送信する。

【００７９】前記入力ポート４０５は、前述したスロッ
トルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ
４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、水温
センサ５２、バルブリフトセンサ３１７等のようにアナ
ログ信号形式の信号を出力するセンサと前記Ａ／Ｄ４０
７を介して接続されるとともに、クランクポジションセ
ンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセ
ンサと接続されている。

【００８０】前記入力ポート４０５は、各種センサの出
力信号を直接又はＡ／Ｄ４０７を介して入力し、それら
の出力信号を双方向性バス４００を介してＣＰＵ４０１
やＲＡＭ４０３へ送信する。

【００８１】前記出力ポート４０６は、駆動回路２５
ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、ス
ロットル用アクチュエータ４０等と電気配線を介して接
続されている。前記出力ポート４０６は、ＣＰＵ４０１
から出力された制御信号を双方向性バス４００を介して
入力し、その制御信号を駆動回路２５ａ、吸気側駆動回
路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、又はスロットル用ア
クチュエータ４０へ送信する。

【００８２】前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴射量を決定す
るための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定
するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸気弁２８の開
閉タイミングを決定するための吸気弁開閉タイミング制
御ルーチン、排気弁２９の開閉タイミングを決定するた
めの排気弁開閉タイミング制御ルーチン、吸気側電磁駆
動機構３０に印加すべき励磁電流量を決定するための吸
気側励磁電流制御ルーチン、排気側電磁駆動機構３１に
印加すべき励磁電流量を決定するための排気側励磁電流
量制御ルーチン、スロットル弁３９の開度を決定するた
めのスロットル開度制御ルーチン等のアプリケーション
プログラムに加え、パティキュレートフィルタの捕集能
力を再生するためのパティキュレートフィルタ再生制御
ルーチンを記憶している。

【００８３】前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運
転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マッ
プ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示
す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸
気弁２８の開閉タイミングとの関係を示す吸気弁開閉タ
イミング制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気弁２
９の開閉タイミングとの関係を示す排気弁開閉タイミン
グ制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気側電磁駆動
機構３０に印加すべき励磁電流量との関係を示す吸気側
励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気側
電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量との関係を示
す排気側励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態
とスロットル弁３９の開度との関係を示すスロットル開
度制御マップ等である。

【００８４】前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号
やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果
は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号
に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ
４０３に記憶される各種のデータは、クランクポジショ
ンセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに更新
される。

【００８５】前記バックアップＲＡＭ４０４は、内燃機
関１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリ
であり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所
を特定する情報等を記憶する。

【００８６】前記ＣＰＵ４０１は、前記ＲＯＭ４０２に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作
し、燃料噴射制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、
スロットル制御等の周知の制御に加え、本発明の要旨と
なるパティキュレートフィルタ再生制御を実行する。

【００８７】以下、本実施の形態に係るパティキュレー
トフィルタ再生制御について述べる。パティキュレート
フィルタ４９は、排気中に含まれる煤やＳＯＦ等の粒子
状物質（ＰＭ）を捕集するが、その捕集能力には限りが
あるため、捕集能力以上のＰＭがパティキュレートフィ
ルタ４９に堆積すると、パティキュレートフィルタ４９
内の排気流路が目詰まりを起こし、内燃機関１に作用す
る背圧が過剰に上昇する等の不具合が発生する虞があ
る。

【００８８】ここで、煤やＳＯＦ等のＰＭは、およそ５
００℃〜７００℃の高温下で燃焼（酸化）されるため、
内燃機関１の排気温度が高くなる高負荷運転領域ではＰ
Ｍが高温の排気中で燃焼されてパティキュレートフィル
タ４９に堆積し難くなるが、内燃機関１の排気温度が低
くなる低負荷運転領域ではＰＭが燃焼されずにパティキ
ュレートフィルタ４９に堆積され易くなる。このため、
内燃機関１が連続して低負荷運転されると、パティキュ
レートフィルタ４９のＰＭ捕集能力が飽和し、前述した
ような不具合を発生する虞がある。従って、内燃機関１
が連続して低中負荷運転される場合は、適当な時期にパ
ティキュレートフィルタ４９の温度を５００℃〜７００
℃の高温域まで昇温させるとともに、パティキュレート
フィルタ４９内を酸化雰囲気にする必要がある。

【００８９】ところで、内燃機関１のようなディーゼル
エンジンは、大部分の運転領域においてリーン空燃比で
運転され、それに伴って内燃機関１から排出される排気
の空燃比も大部分の運転領域においてリーン空燃比とな
るため、パティキュレートフィルタ４９のＰＭ捕集能力
再生に当たり、排気の空燃比をリーン空燃比とするため
の特別な制御は必要ないと言える。

【００９０】但し、理論空燃比運転（又はリッチ空燃比
運転）される内燃機関については、パティキュレートフ
ィルタ４９のＰＭ捕集能力を再生する場合に、パティキ
ュレートフィルタ４９より上流の排気中に二次空気を添
加する等の手段を用いることにより、パティキュレート
フィルタ４９に流入する排気の空燃比をリーン空燃比と
する必要がある。

【００９１】続いて、内燃機関１が低中負荷運転状態に
あるときに、パティキュレートフィルタ４９の温度を５
００℃〜７００℃の温度域まで昇温させる方法として
は、パティキュレートフィルタ４９に電気式のヒータを
取り付け、ＰＭ捕集能力を再生させるときに前記ヒータ
によってパティキュレートフィルタ４９を加熱する、あ
るいは、パティキュレートフィルタ４９より下流の排気
通路に排気絞り弁を設け、ＰＭ捕集能力を再生させると
きに前記排気絞り弁の開度を絞ることにより排気絞り弁
より上流の排気圧力及び排気温度を高める等の方法が考
えられる。

【００９２】しかしながら、パティキュレートフィルタ
４９にヒータを取り付ける場合は、ヒータの取り付けス
ペースを確保する必要があり、パティキュレートフィル
タ４９の車両搭載性が悪化する等の問題がある。

【００９３】また、パティキュレートフィルタ４９より
下流の排気通路に設けられた排気絞り弁を利用して排気
を昇温させる場合は、排気絞り弁の開度を絞ることによ
り排気温度を高めることが可能となるが、排気温度とと
もに排気圧力も上昇するため、内燃機関１に作用する背
圧が不要に高くなる虞がある。

【００９４】そこで、本実施の形態に係るＰＭ捕集能力
再生制御では、ＣＰＵ４０１は、パティキュレートフィ
ルタ４９のＰＭ捕集能力を再生するときに、少なくとも
１つの気筒２１の排気弁２９の開弁時期を通常時より進
角させるべく排気側駆動回路３１ａを制御するようにし
た。

【００９５】ここで、内燃機関１が通常運転状態にある
ときは、排気弁２９の開弁時期は、燃焼圧力を利用して
排気効率を向上させるべく、図５の（ａ）に示されるよ
うに排気行程下死点（膨張行程下死点）の直前に設定さ
れるが、ＰＭ捕集能力を再生するときは、少なくとも１
つの気筒２１の排気弁２９の開弁時期が図５の（ｂ）に
示されるように排気行程の半ばまで進角され、前記気筒
２１内で燃焼直後の極めて高温なガス、好ましくは前記
気筒２１内で燃焼途中のガスを排気として排出されるよ
うにする。

【００９６】このように少なくとも１つの気筒２１から
極めて高温のガスが排出されると、そのガスの熱によっ
て内燃機関１の排気温度が高められる。この高温の排気
がパティキュレートフィルタ４９に流入すると、パティ
キュレートフィルタ４９に捕集されていたＰＭが燃焼
（酸化）されて該パティキュレートフィルタ４９から除
去されることになる。

【００９７】また、内燃機関１が通常の運転状態にある
ときは、排気弁２９の閉弁時期は、排気の慣性効果によ
る吸気の充填効率向上を目的として、図５の（ａ）に示
されるように排気行程上死点（吸気行程上死点）後に設
定されるが、ＰＭ捕集能力を再生するときには、排気弁
２９の閉弁時期は、図５の（ｂ）に示されるように排気
行程上死点（吸気行程上死点）の前まで進角され、気筒
２１内に多少の排気が残留するようにした。

【００９８】これは、気筒２１内に多少の排気が残留す
ると、排気行程に続く吸気行程において気筒２１内に吸
入された新気が残留排気の熱を受けて昇温することにな
り、それに応じて前記気筒２１内の燃焼温度が高めら
れ、以て前記気筒２１から排出される排気の温度を一層
高めることができるからである。

【００９９】ところで、上記したように排気弁２９の開
弁時期が排気行程の半ばまで進角されると、混合気の燃
焼によって発生した熱エネルギの一部が排気とともに排
出されるため、内燃機関１のトルクが低下することが予
想される。これに対し、本実施の形態に係るＰＭ捕集能
力再生制御では、ＣＰＵ４０１は、排気弁２９の開弁時
期を進角させる気筒２１に対する燃料噴射量を増量させ
るべく駆動回路２５ａを制御するようにした。

【０１００】これに対応して、ＣＰＵ４０１は、前記気
筒２１の吸気弁２８の開閉タイミングを、該気筒２１の
吸入空気量が最大となる開閉タイミング（例えば、図５
の（ｂ）に示されるように、吸気弁２８が吸気行程上死
点で開弁し、且つ、吸気行程下死点で閉弁するタイミン
グ）に設定する。

【０１０１】このように排気弁２９の開弁時期が進角さ
れる気筒２１の燃料噴射量及び吸入空気量が増量される
と、該気筒２１で燃焼に供される燃料噴射量及び酸素量
が増加し、それに応じて該気筒２１で発生する熱エネル
ギが増加するため、一部の熱エネルギが排気とともに排
出されても内燃機関１のトルク低下が抑制されることに
なる。

【０１０２】更に、前記気筒２１で発生する熱エネルギ
が増加すると、該気筒２１から排出される排気の温度も
高くなるため、排気温度を一層高めることも可能とな
る。

【０１０３】次に、本実施の形態におけるＰＭ捕集能力
再生制御について図６に沿って具体的に説明する。

【０１０４】図６は、ＰＭ捕集能力再生制御ルーチンを
示すフローチャート図である。このＰＭ捕集能力再生制
御ルーチンは、予めＲＯＭ４０２に記憶されているルー
チンであり、ＣＰＵ４０１によって所定時間毎（例え
ば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力
する度）に繰り返し実行されるルーチンである。

【０１０５】ＰＭ捕集能力再生制御ルーチンでは、ＣＰ
Ｕ４０１は、先ずＳ６０１において、パティキュレート
フィルタ４９のＰＭ捕集能力再生条件が成立しているか
否かを判別する。ここで、ＰＭ捕集能力再生条件が成立
する場合としては、（１）内燃機関１が低負荷運転状態
にある、（２）内燃機関１が所定時間以上連続して低負
荷運転されている、（３）低負荷運転時間の積算値から
高負荷運転時間の積算値を減算して得られた値が所定値
以上である、（４）パティキュレートフィルタ４９の流
入排気に含まれるＰＭ量の積算値が所定量以上である、
あるいは、（５）パティキュレートフィルタ４９より上
流の排気通路（排気枝管４５）における排気圧力が所定
圧以上である、等の条件を例示することができる。

【０１０６】前記Ｓ６０１において上記したようなＰＭ
捕集能力再生条件が不成立であると判定された場合は、
ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０４へ進み、通常の吸気弁開閉制
御及び排気弁開閉制御を実行する。

【０１０７】一方、前記Ｓ６０１においてＰＭ捕集能力
再生条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ４
０１は、Ｓ６０２へ進み、内燃機関１の運転状態が高負
荷運転状態にあるか否かを判別する。

【０１０８】前記Ｓ６０２において内燃機関１の運転状
態が高負荷運転状態にあると判定された場合は、ＣＰＵ
４０１は、ＰＭ捕集能力再生制御を実行する必要がない
とみなし、Ｓ６０４へ進む。Ｓ６０４では、ＣＰＵ４０
１は、通常の吸気弁開閉制御及び排気弁開閉制御を実行
する。これは、内燃機関１が高負荷運転状態にあるとき
は、前述したように、内燃機関１から比較的高温の排気
が排出されるため、そのような高温の排気がパティキュ
レートフィルタ４９に流入すれば該パティキュレートフ
ィルタ４９に捕集されていたＰＭが燃焼されることにな
るからである。

【０１０９】一方、前記Ｓ６０２において内燃機関１の
運転状態が高負荷運転状態にないと判定された場合は、
ＣＰＵ４０１は、内燃機関１から比較的低温の排気が排
出されるため、パティキュレートフィルタ４９のＰＭ捕
集能力を再生すべく排気温度を昇温させる必要があると
みなしてＳ６０３へ進む。

【０１１０】Ｓ６０３では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関
１の少なくとも１つの気筒２１について、前述の図５の
（ｂ）の説明で述べたように、排気弁２９の開弁時期が
排気行程の半ばまで進角し且つ排気弁２９の閉弁時期が
排気行程上死点の前まで進角するよう排気側駆動回路３
１ａを制御するとともに、吸気弁２８の開閉タイミング
を前記気筒２１の吸入空気量が最大となるタイミングと
すべく吸気側駆動回路３０ａを制御し、更に燃料噴射量
を増加させるべく駆動回路２５ａを制御する。

【０１１１】排気弁２９の開弁時期が排気行程の半ばま
で進角された気筒２１では、該気筒２１内で燃焼途中の
極めて高温なガスが排気として排出されることになる。
更に、前記気筒２１の排気弁２９の閉弁時期が排気行程
上死点前まで進角されると、排気の一部が気筒２１内に
残留することになり、その残留した排気の熱によって吸
入空気が暖められるため、それに応じて前記気筒２１に
おける燃焼温度が高められ、以て前記気筒２１から排出
されるガスの温度が一層高くなる。

【０１１２】一方、前記気筒２１から燃焼途中のガスが
排気として排出されると、前記ガスの燃焼によって発生
する熱エネルギの一部が排気とともに排出されるため、
内燃機関１のトルクが低下することになるが、前記気筒
２１の吸入空気量及び燃料噴射量が増加されることによ
り、該気筒２１で燃焼に供される燃料量及び酸素量が増
加するため、内燃機関１のトルクが低下することがな
い。また、燃料噴射量及び吸入空気量の増加により前記
気筒２１で発生する熱エネルギが増加すると、それに伴
って前記気筒２１から排出される排気の温度も一層高く
なることになる。

【０１１３】このように少なくとも１つの気筒２１から
極めて高温な排気が排出されると、その排気が持つ熱に
より内燃機関１全体の排気が好適に昇温し、その昇温し
た排気が排気枝管４５を経てパティキュレートフィルタ
４９に流入することになる。この結果、パティキュレー
トフィルタ４９内の温度が高められ、該パティキュレー
トフィルタ４９に捕集されていたＰＭが燃焼することに
なる。

【０１１４】上記したＳ６０３の処理は、所定時間連続
して実行される。前記の所定時間は、予め設定された固
定値であってもよく、あるいは、パティキュレートフィ
ルタ４９に捕集されたＰＭ量やそれに相当するパラメー
タに応じて変更される可変値であってもよい。そして、
ＣＰＵ４０１は、上記したＳ６０３の処理を所定時間連
続して実行した後に、通常の燃料噴射制御、通常の吸気
弁開閉制御、及び通常の排気弁開閉制御を実行し、内燃
機関１の運転状態を通常の運転状態に復帰させる。

【０１１５】このようにＣＰＵ４０１がＰＭ捕集能力再
生制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１に作
用する背圧を高めることなく、パティキュレートフィル
タ４９のＰＭ捕集能力を再生することが可能となる。

【０１１６】更に、上記したＰＭ捕集能力再生制御ルー
チンによれば、排気弁２９の進角に伴って燃料噴射量及
び吸入空気量も増加されるため、内燃機関１のトルク変
動を誘発することなくパティキュレートフィルタ４９へ
高温の排気を供給することが可能となる。

【０１１７】従って、ＣＰＵ４０１がＰＭ捕集能力再生
制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る動弁
機構制御手段及び燃料噴射量増加手段が実現されること
になり、内燃機関１に作用する背圧を上昇させることな
くパティキュレートフィルタ４９のＰＭ捕集能力を再生
することができる。

【０１１８】尚、本実施の形態では、本発明に係る可変
動弁機構として、電磁駆動式動弁機構を例に挙げたが、
これに限られるものではないことは勿論であり、例え
ば、少なくとも排気弁２９の開閉タイミングおよびまた
はリフト量を変更可能とする可変動弁機構であればよ
い。

【０１１９】＜実施の形態２＞次に、本発明に係る内燃
機関の排気微粒子除去装置の第２の実施態様について図
７に基づいて説明する。ここでは、前述の第１の実施の
形態と異なる構成について説明し、同様の構成について
は説明を省略するものとする。

【０１２０】前述した第１の実施の形態では、ＰＭ捕集
能力再生制御において、内燃機関１の少なくとも１つの
気筒２１について排気弁２９の開弁時期を進角させるこ
とにより内燃機関１の排気温度を高める例について述べ
たが、本実施の形態では、ＰＭ捕集能力再生制御におい
て、内燃機関１の一部の気筒２１を高負荷運転させると
ともに残りの気筒２１の運転を休止させることにより排
気温度を高める例について述べる。

【０１２１】本実施の形態におけるＰＭ捕集能力再生制
御では、ＣＰＵ４０１は、図７に示されるようなＰＭ捕
集能力再生制御ルーチンを実行することになる。

【０１２２】ＰＭ捕集能力再生制御ルーチンでは、ＣＰ
Ｕ４０１は、先ずＳ７０１において、パティキュレート
フィルタ４９のＰＭ捕集能力再生条件が成立しているか
否かを判別する。

【０１２３】前記Ｓ７０１においてＰＭ捕集能力再生条
件が不成立であると判定された場合は、ＣＰＵ４０１
は、Ｓ７０４へ進み、通常の吸気弁開閉制御及び排気弁
開閉制御を実行する。

【０１２４】一方、前記Ｓ７０１においてＰＭ捕集能力
再生条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ４
０１は、Ｓ７０２へ進み、内燃機関１の運転状態が高負
荷運転状態にあるか否かを判別する。

【０１２５】前記Ｓ７０２において内燃機関１の運転状
態が高負荷運転状態にあると判定された場合は、ＣＰＵ
４０１は、ＰＭ捕集能力再生制御を実行する必要がない
とみなし、Ｓ７０４へ進む。ＣＰＵ４０１は、Ｓ７０４
において通常の吸気弁開閉制御及び排気弁開閉制御を実
行する。

【０１２６】一方、前記Ｓ７０２において内燃機関１の
運転状態が高負荷運転状態にないと判定された場合は、
ＣＰＵ４０１は、内燃機関１から比較的低温の排気が排
出されるため、パティキュレートフィルタ４９のＰＭ捕
集能力を再生すべく排気温度を昇温させる必要があると
みなし、Ｓ７０３へ進む。

【０１２７】Ｓ７０３では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関
１の４つの気筒２１のうち一部の気筒２１を高負荷運転
させて、それらの気筒２１から排出される排気の温度を
高めるとともに、残りの気筒２１の運転を休止させて、
内燃機関１のトルクが不要に増加することを抑制する。
その際、ＣＰＵ４０１は、高負荷運転気筒２１の排気弁
２９の開弁時期を膨張行程下死点の前へ進角させること
により、それら高負荷運転気筒２１から燃焼途中又は燃
焼直後の極めて高温な排気を排出させるとともに、休止
気筒２１の少なくとも吸気弁２８を閉弁状態に保持する
ことにより、吸気系を流れる低温の新気が休止気筒２１
を介して排気系へ進入することを防止することが好まし
い。

【０１２８】このように少なくとも内燃機関１の一部の
気筒２１が高負荷運転されるとともに残りの気筒２１の
運転が休止されることにより、内燃機関１のトルクを変
動させることなく排気温度を高めることが可能となる。
更に、休止気筒２１の少なくとも吸気弁２８が閉弁状態
に保持されることにより、低温の新気が排気系へ進入す
ることがないので、高負荷運転気筒２１から排出された
高温の排気が低温の新気によって冷却されることもな
い。この結果、パティキュレートフィルタ４９には、極
めて高温な排気が流入することになり、該パティキュレ
ートフィルタ４９に捕集されていたＰＭが速やかに燃焼
されることになる。

【０１２９】上記したＳ７０４の処理が所定時間実行さ
れると、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の全ての気筒２１
について、通常の燃料噴射制御、通常の吸気弁開閉制
御、及び通常の排気弁開閉制御を実行し、内燃機関１の
運転状態を通常の運転状態に復帰させる。

【０１３０】このようにＣＰＵ４０１がＰＭ捕集能力再
生制御ルーチンを実行することにより、前述した第１の
実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。

【０１３１】＜実施の形態３＞次に、本発明に係る内燃
機関の排気微粒子除去装置の第３の実施態様について図
８に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施
の形態と異なる構成について説明し、同様の構成につい
ては説明を省略するものとする。

【０１３２】前述した第１の実施の形態ではＰＭ捕集能
力再生制御において、パティキュレートフィルタ４９に
流入する排気の温度を高めることにより、パティキュレ
ートフィルタ４９に捕集されているＰＭを燃焼及び除去
する例について述べたが、本実施の形態では、ＰＭ捕集
能力再生制御において、パティキュレートフィルタ４９
に捕集されたＰＭを各気筒２１の燃焼室２４に再度吸入
させることにより、パティキュレートフィルタ４９に捕
集されているＰＭを該パティキュレートフィルタ４９か
ら除去する例について述べる。

【０１３３】通常、４ストローク・サイクルの内燃機関
１では、図８の（ａ）に示されるように、吸気行程、圧
縮行程、膨張行程、及び排気行程の４つの行程を１サイ
クルとして運転されるようになっている。

【０１３４】これに対し、本実施の形態では、パティキ
ュレートフィルタ４９のＰＭ捕集能力を再生するとき
に、各気筒２１の排気行程終了時に排気弁２９が開弁し
且つ吸気弁２８が閉弁する行程を追加するようにした。

【０１３５】具体的には、図８の（ｂ）に示されるよう
に、排気行程終了後の上死点から下死点までの期間を、
排気弁２９が開弁し且つ吸気弁２８が閉弁する再吸入行
程とし、この再吸入行程後の下死点から上死点までの期
間を、排気弁２９が開弁し且つ吸気弁２８が閉弁する再
排気行程とすることにより、吸気行程と圧縮行程と膨張
行程と排気行程と再吸入行程と再排気行程との６つの行
程を１サイクルとして内燃機関１が運転されるようにす
る。

【０１３６】再吸入行程の気筒２１では排気弁２９が開
弁し且つ吸気弁２８が閉弁した状態でピストン２２が下
降動作するため、直前の排気行程において気筒２１内か
ら排出された排気が再度気筒２１内へ吸入されるように
なる。この場合、内燃機関１の排気系では、排気が内燃
機関１に向かって逆流することになる。

【０１３７】このように内燃機関１の排気系で排気が逆
流すると、パティキュレートフィルタ４９に捕集されて
いるＰＭが該パティキュレートフィルタ４９から離脱し
て、排気とともに気筒２１内へ再吸入される。

【０１３８】再吸入行程で気筒２１内に再吸入された排
気（以下、再吸入排気）は、次の再排気行程におけるピ
ストン２２の上昇動作に伴って気筒２１内から再び排出
されることになるが、図８の（ｂ）に示されるように再
排気行程の半ばで排気弁２９を閉弁させることにより、
再吸入排気の一部が気筒２１内に残留することになる。

【０１３９】気筒２１内に残留した再吸入排気の一部
は、次の吸気行程で吸入される新気とともに燃焼に供さ
れることになる。この結果、パティキュレートフィルタ
４９に捕集されていたＰＭは、再吸入排気とともに内燃
機関１で燃焼されることになり、以てパティキュレート
フィルタ４９のＰＭ捕集能力を再生することが可能とな
る。

【０１４０】ところで、上記したようなＰＭ捕集能力再
生制御では、再吸入排気の一部が気筒２１内に残留する
ことにより、吸気行程において気筒２１内に吸入される
新気の量が減少し、その結果、膨張行程において燃焼に
供される酸素量が不足する可能性があるため、排気中に
残存する酸素が比較的多くなるとき、例えば、内燃機関
１がリーン空燃比で運転される低負荷運転領域において
ＰＭ捕集能力再生制御が実行されることが好ましい。

【０１４１】尚、前述した第１の実施の形態〜第３の実
施の形態では、本発明に係る可変動弁機構として電磁駆
動式動弁機構を例に挙げたが、これに限られないことは
勿論であり、例えば、油圧を利用して吸気弁およびまた
は排気弁を開閉駆動する油圧式の動弁機構であってもよ
く、又は、クランクシャフト２３の回転トルクを利用し
てカムシャフトを回転駆動させることにより吸排気弁を
開閉駆動する動弁機構であって吸排気弁の少なくとも開
閉タイミングを可変とする動弁機構であってもよい。

【０１４２】

【発明の効果】本発明によれば、排気中の粒子状物質を
捕集する捕集手段を備えた内燃機関の排気微粒子除去装
置において、可変動弁機構を利用して捕集手段の捕集能
力を再生することが可能となるため、内燃機関に作用す
る背圧を過剰に上昇させることなく捕集手段の捕集能力
を再生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る内燃機関の概略構成を示す平面
図

【図２】 本発明に係る内燃機関の概略構成を示す断面
図

【図３】 吸気側電磁駆動機構の内部構成を示す図

【図４】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図

【図５】 （ａ）通常運転時における吸排気弁の開閉タ
イミングを示す図 （ｂ）ＰＭ捕集能力再生制御実行時における吸排気弁の
開閉タイミングを示す図

【図６】 第１の実施の形態におけるＰＭ捕集能力再生
制御ルーチンを示す図

【図７】 第２の実施の形態におけるＰＭ捕集能力再生
制御ルーチンを示す図

【図８】 （ａ）通常運転時における行程と吸排気弁の
開閉タイミングを示す図 （ｂ）ＰＭ捕集能力再生制御実行における行程と吸排気
弁の開閉タイミングを示す図

【符号の説明】

１・・・・・内燃機関 ２０・・・・ＥＣＵ ２５・・・・燃料噴射弁 ２５ａ・・・駆動回路 ２６・・・・吸気ポート ２７・・・・排気ポート ２８・・・・吸気弁 ２９・・・・排気弁 ３０・・・・吸気側電磁駆動機構 ３０ａ・・・吸気側駆動回路 ３１・・・・排気側電磁駆動機構 ３１ａ・・・排気側駆動回路 ４９・・・・パティキュレートフィルタ ４０１・・・ＣＰＵ ４０２・・・ＲＯＭ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ａ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｚ ３０１Ｈ Ｆターム(参考） 3G018 AA11 AB09 AB16 BA38 CA12 DA45 EA11 EA16 EA17 EA22 EA31 EA35 FA01 FA06 FA07 GA09 3G084 AA01 BA13 BA23 BA24 DA10 EB12 FA07 FA10 FA20 FA29 FA38 3G090 AA01 BA01 DA03 DA20 EA02 EA05 EA07 EA08 3G092 AA02 AA11 AB03 BB01 DA02 DA07 DC14 DF02 DG09 EA01 EA04 FA18 HA01Z HA06Z HA13Z HB01Z HD05Z HD10Z HE03Z HE08Z 3G301 HA02 HA19 JA24 LC01 LC10 MA11 NB20 ND02 NE01 PA01Z PA11Z PD02Z PE03Z PE08Z PE10Z PF03Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路の途中に設けられ、
   排気中の粒子状物質を捕集する捕集手段と、 前記内燃機関の排気弁の開閉タイミングを変更可能とす
   る可変動弁機構と、 前記捕集手段の捕集能力を再生させるときに前記排気弁
   の開弁時期を進角させるよう前記可変動弁機構を制御す
   る動弁機構制御手段と、を備えることを特徴とする内燃
   機関の排気微粒子除去装置。
2. 【請求項２】 前記捕集手段の捕集能力を再生すべく排
   気弁の開弁時期が進角されるときに、前記内燃機関に対
   する燃料噴射量を増加させる燃料噴射量増加手段を更に
   備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排
   気微粒子除去装置。
3. 【請求項３】 前記可変動弁機構は、排気弁及び吸気弁
   の開閉タイミングおよびまたはリフト量を変更可能と
   し、 前記動弁機構制御手段は、前記捕集手段の捕集能力を再
   生させるときに前記排気弁の開弁時期を進角させるとと
   もに、前記内燃機関の吸入空気量を増加させるべく前記
   可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載の内燃機関の排気微粒子除去装置。
4. 【請求項４】 内燃機関の排気通路の途中に設けられ、
   排気中の粒子状物質を捕集する捕集手段と、 前記内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開
   閉タイミングおよびまたはリフト量を変更可能とする可
   変動弁機構と、 前記捕集手段の捕集能力を再生させる場合に、排気が前
   記内燃機関へ逆流する行程を追加すべく前記可変動弁機
   構を制御する動弁機構制御手段と、を備えることを特徴
   とする内燃機関の排気微粒子除去装置。
5. 【請求項５】 前記動弁機構制御手段は、前記内燃機関
   の排気行程後に吸気弁が閉弁し且つ排気弁が開弁する行
   程を追加すべく前記可変動弁機構を制御することを特徴
   とする請求項４に記載の内燃機関の排気微粒子除去装
   置。