JP2015135096A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの再生が行われる機会を増やす。
【解決手段】内燃機関の排気通路内の圧力よりも内燃機関の吸気通路内の圧力のほうが高い場合において、フィルタに堆積している粒子状物質の量が所定量以上のときには、フィルタに堆積している粒子状物質の量が所定量未満のときよりも、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように、バルブタイミング変更装置を操作する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう。）を捕集するフィルタを備えることがある。このフィルタにＰＭが堆積すると、フィルタにおける排気の抵抗が大きくなる。このため、ある程度のＰＭがフィルタに堆積すると、排気圧力が上昇してしまう。さらに、フィルタに堆積しているＰＭの量（以下、ＰＭ堆積量ともいう。）が多い状態でこのＰＭが酸化されると、フィルタの過熱を招く虞がある。このため、フィルタのＰＭ堆積量が過度に多くなる前に、フィルタに堆積しているＰＭを酸化させて除去する必要が生じる。このように、フィルタからＰＭを除去する処理をフィルタの再生という。フィルタに堆積しているＰＭが酸化されるためには、フィルタの温度が所定温度以上となっており、且つ、フィルタ内に酸素が存在していることが必要となる。

ここで、ガソリン機関では、通常は、理論空燃比またはリッチ空燃比で運転されているため、フィルタ内の酸素濃度が低い。したがって、フィルタの再生が必要となっても、ＰＭを酸化させるための酸素が不足する場合がある。これに対して、減速時において燃料カットを実施することで、フィルタに酸素が供給されることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。燃料カットを実施することにより、気筒から排気通路へ空気が排出されるため、空気中の酸素がフィルタへ供給されることとなる。

特開２００３−２６９２２３号公報 特開２０１０−０２４９７５号公報

しかし、燃料カットを実施することが困難な場合もある。例えば、触媒の温度が高いときに燃料カットを実施すると触媒の劣化が進む。このように触媒の劣化が進む虞がある場合には、燃料カットを禁止することで触媒の劣化を抑制することがある。燃料カットを実施することが困難な状態になると、フィルタの再生が行われる機会が減少してしまう。ここで、触媒の温度が高いために燃料カットを実施することができなくても、その前後において触媒の温度が低い場合もある。しかし、触媒の温度が低いときに減速状態とならなければ、燃料カットも実施されない。このため、燃料カット時以外においてフィルタの再生を行うことが望まれる。

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、その目的は、フィルタの再生が行われる機会を増やすことにある。

上記課題を達成するために本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記内燃機関の吸気弁が開く時期または排気弁が閉じる時期の少なくとも一方を変更するバルブタイミング変更装置と、
前記バルブタイミング変更装置を操作することでバルブオーバーラップ期間の長さ又はバルブオーバーラップの時期の少なくとも一方を調整する制御装置と、
前記フィルタに堆積している粒子状物質の量を測定または推定する堆積量取得装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御装置は、前記内燃機関の排気通路内の圧力よりも前記内燃機関の吸気通路内の圧力のほうが高い場合において、前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が所定量以上のときには、前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が所定量未満のときよりも、前記バルブオーバーラップ期間において前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように、前記バルブタイミング変更装置を操作する。

ここでいう所定量は、フィルタの再生を実施することが望ましいＰＭ堆積量であり、排気圧力の上昇やフィルタの過熱等といったことが起こるＰＭ堆積量よりも少ないＰＭ堆積量である。所定量は、排気圧力の上昇やフィルタの過熱等といったことが起こるＰＭ堆積量に対して余裕を持たせたＰＭ堆積量としてもよい。さらに、所定量は、ＰＭ堆積量以外の他の条件が成立したときにフィルタの再生を実施するＰＭ堆積量とすることもできる。また、所定量は、フィルタの再生が要求されるＰＭ堆積量とすることもできる。すなわち、フィルタに堆積しているＰＭ量が所定量以上である場合には、フィルタの再生処理を実施する要求があるといえる。

制御装置は、バルブタイミング変更装置を操作することで、バルブオーバーラップを生じさせたり、バルブオーバーラップ期間の長さを変更したり、バルブオーバーラップの時期を変更したりすることができる。なお、バルブオーバーラップ期間は、吸気弁と排気弁とが両方とも開いている期間である。この期間は、吸気弁が開き始めてから排気弁が閉じ終わるまでの期間に相当する。バルブオーバーラップの時期は、吸気弁が開き始める時期及び排気弁が閉じ終わる時期としてもよい。制御装置は、吸気弁が開く時期及び排気弁が閉じる時期を同じだけずらすことで、バルブオーバーラップ期間はそのままで、バルブオーバーラップの時期だけをずらすことができる。

吸気通路内の圧力が排気通路内の圧力よりも高くなっているときに、バルブオーバーラップが生じていれば、吸気通路内の空気が気筒を通過して排気通路へと流れ得る。なお、例えば過給機を備えることにより、所定の運転領域において吸気通路内の圧力が排気通路内の圧力よりも高くなり得る。バルブオーバーラップ期間中には、気筒内において燃焼が起こっていないため、このときに排気通路へ流れる空気には酸素が含まれている。したがって、吸気通路内の圧力が排気通路内の圧力よりも高い場合で、且つ、バルブオーバーラップが生じている場合には、フィルタへ酸素を供給し得る。この酸素により、ＰＭの酸化を促進させることができる。

さらに、フィルタの再生が必要なときに、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように、バルブタイミング変更装置を操作することで、フィルタへより多くの酸素を供給することができる。ここで、バルブオーバーラップ期間の長さ又はバルブオーバーラップの時期を変化させることにより、バルブオーバーラップ期間中に吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気の量が変わる。このため、バルブオーバーラップ期間の長さ又はバルブオーバーラップの時期を調整することにより、気筒を通過する空気の量を多くすることができる。これにより、フィルタへ供給する酸素の量を増加させることができるので、フィルタの再生を促進させることができる。このようにして、フィルタの再生が行われる機会を増やすことができる。

なお、フィルタに堆積しているＰＭの量が所定量未満のときには、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気の量が０となっていてもよい。すなわち、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなることには、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気がない状態から、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気がある状態に変化させることを含んでいてもよい。換言すると、バ
ルブオーバーラップが生じていない状態から、バルブオーバーラップが生じている状態に変化させることを含むことができる。

前記制御装置は、前記バルブオーバーラップ期間を長くすることで、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量を多くすることができる。

すなわち、制御装置は、ＰＭ堆積量が所定量以上のときには、所定量未満のときよりも、バルブオーバーラップ期間を長くする。ここで、バルブオーバーラップ期間を長くすると、空気が吸気通路から排気通路へ通り抜ける期間が長くなるため、排気通路へ通り抜ける空気の量を多くすることができる。これにより、フィルタに供給される酸素の量が増加するため、ＰＭの酸化を促進させることができる。

前記制御装置は、内燃機関の吸気通路内の圧力、内燃機関の気筒内の圧力、内燃機関の排気通路内の圧力の順に圧力が低くなる期間に、バルブオーバーラップが生じるように、前記バルブタイミング変更装置を操作することができる。

吸気通路内の圧力よりも、内燃機関の気筒内の圧力のほうが低くなるほど、吸気通路から気筒へ空気が流れ易い。同様に、気筒内の圧力よりも、排気通路内の圧力のほうが低くなるほど、気筒から排気通路へ空気が流れ易い。したがって、内燃機関の吸気通路内の圧力、内燃機関の気筒内の圧力、内燃機関の排気通路内の圧力の順に圧力が低くなるときには、空気が吸気通路から気筒を通過して排気通路へ流れ易い。このような状態のときに排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように、バルブオーバーラップの時期を調整することにより、より多くの酸素をフィルタへ供給することができる。

前記制御装置は、前記バルブオーバーラップ期間の中心を、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の流速が最大となる時点に近付けることで、前記排気通路へ通り抜ける空気の量を多くすることができる。

バルブオーバーラップ期間の中心は、吸気弁が開き始める時点と、排気弁が閉じ終わる時点と、の中間の時点としてもよい。バルブオーバーラップ期間の中心は、クランク角度でいうと、吸気弁が開き始める時点のクランクアングルに排気弁が閉じ終わる時点のクランクアングルを加算した値を２で割ったクランクアングルに相当する。バルブオーバーラップ期間の中心では、吸気弁と排気弁とが同程度に開いているため、吸気通路から排気通路へ空気が通り抜け易くなる。ここで、バルブオーバーラップ期間の中心よりも前の時期では、排気弁の開度は比較的大きいが、吸気弁の開度は比較的小さくなる。このため、空気が吸気弁を通り抜け難くなるので、気筒を通過する空気の量が比較的少なくなる。一方、バルブオーバーラップ期間の中心よりも後の時期では、吸気弁の開度は比較的大きいが、排気弁の開度は比較的小さくなる。このため、空気が排気弁を通り抜けにくくなるので、気筒を通過する空気の量が比較的少なくなる。

ここで、吸気通路内の圧力、気筒内の圧力、排気通路内の圧力は、クランク角度などに応じて変化する。さらに、これらの圧力に応じて、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気の流速が変化する。バルブオーバーラップの時期を変化させると、バルブオーバーラップの中心において気筒を通過する空気の流速が変化する。気筒を通過する空気の流速が最大となる時点にバルブオーバーラップ期間の中心を近付けることにより、空気の流速が速い時期と、吸気弁及び排気弁における抵抗が減少する時期と、が近付くため、より多くの空気が気筒を通過する。すなわち、気筒を通過する空気の流速がより速くなる方向にバルブオーバーラップの中心を変化させることにより、気筒を通過する空気の量をより多くすることができる。これにより、フィルタへより多くの酸素を供給することができるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。なお、制御装置は、バルブオーバ
ーラップ期間の中心を、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気の流速が最大となる時点に合わせることで、気筒を通過する空気の量を多くしてもよい。また、制御装置は、バルブオーバーラップ期間の中心を、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気の流速が最大となる時点を含んだ所定の範囲内とすることで、気筒を通過する空気の量を多くすることもできる。

前記制御装置は、前記バルブオーバーラップ期間中の吸気弁の開口面積と排気弁の開口面積とが同一となる時点を、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の流速が最大となる時点に近付けることで、前記排気通路へ通り抜ける空気の量を多くすることができる。

バルブオーバーラップ期間中には、吸気弁の開口面積は徐々に大きくなり、排気弁の開口面積は徐々に小さくなる。すなわち、バルブオーバーラップ期間中には、空気が吸気弁を通り抜け易くなっていく一方で、空気が排気弁を通り抜け難くなっていく。ここで、バルブオーバーラップ期間中の吸気弁の開口面積と排気弁の開口面積とが同一となる時点よりも前の時期では、吸気弁の開口面積が比較的小さくなるため、空気が吸気弁を通過するときの抵抗が比較的大きい。このため、吸気通路から排気通路へ通り抜ける空気の量が、吸気弁によって制限される。一方、バルブオーバーラップ期間中の吸気弁の開口面積と排気弁の開口面積とが同一となる時点よりも後の時期では、排気弁の開口面積が比較的小さくなるため、空気が排気弁を通過するときの抵抗が比較的大きい。このため、吸気通路から排気通路へ通り抜ける空気の量が、排気弁によって制限される。すなわち、開口面積の小さいほうの弁によって、吸気通路から排気通路へ通り抜ける空気の量が制限される。

そうすると、吸気弁と排気弁との開口面積が同一となる時点において、吸気通路から排気通路へ空気が通り抜け易いことがわかる。そこで、バルブオーバーラップ期間中の吸気弁の開口面積と排気弁の開口面積とが同一となる時点を、吸気通路から気筒を通過して排気通路へ通り抜ける空気の流速が最大となる時点に近付けることで、気筒を通過する空気の量を多くすることができる。これにより、フィルタへより多くの酸素を供給することができるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。

前記制御装置は、前記オーバーラップ期間の中心を、排気上死点に近付けることで、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量を多くすることができる。

排気上死点では、吸気弁及び排気弁の開度が比較的大きくなる。さらに、吸気通路から排気通路へ通り抜ける空気の流速も比較的速くなる。このため、オーバーラップ期間の中心を排気上死点に近付けることで、気筒を通過する空気の量を簡易的に多くすることができる。

前記制御装置は、前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が多いほど、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように、前記バルブタイミング変更装置を操作することができる。

排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなると、フィルタへより多くの酸素を供給することができるので、ＰＭの酸化を促進させることができる。一方、気筒を通過する空気の量が多くなると、過給圧を高い状態で維持することが困難となる。これにより、トルクの低下が起こったり、充填効率の低下により燃費が悪化したりし得る。また、気筒を通過する空気の量が多くなると、気筒内の既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が少なくなる。これにより、ＮＯｘ排出量が増加する虞がある。したがって、フィルタの再生を実施する必要がない場合には、気筒を通過する空気の量が少なくなるようにバルブタイミング変更装置を操作
すれば、充填効率を高めたり、または、内部ＥＧＲガス量が必要以上に減少することを抑制したりできる。フィルタのＰＭ堆積量が少ないほど、気筒を通過する空気の量を少なくすることで、気筒を通過する空気の量を必要最小限に抑えることができる。

前記制御装置は、前記フィルタの温度が、該フィルタに堆積している粒子状物質が酸化される温度である所定温度以上のときに、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように、前記バルブタイミング変更装置を操作することができる。

ここで、ＰＭが酸化されるためには、フィルタの温度が十分に高くなっている必要がある。すなわち、フィルタの再生は、フィルタの温度が十分に高い所定温度以上のときに行われる。したがって、フィルタの温度が所定温度以上のときに、気筒を通過する空気の量を多くすることにより、フィルタに堆積しているＰＭの酸化を促進させることができる。一方、フィルタの温度が所定温度未満のときには、気筒を通過する空気の量を比較的少なくすることにより、燃費の悪化の抑制やＮＯｘの排出量の低減を促進させることができる。

前記内燃機関の排気を利用してタービンを回転させるターボチャージャを備え、
前記制御装置は、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように前記バルブタイミング変更装置を操作している場合で、且つ、過給圧を上昇させる要求がある場合であって、
前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が前記所定量よりも大きな値である第二所定量未満の場合には、前記過給圧を上昇させる要求がなくなる時点まで、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように前記バルブタイミング変更装置を操作し、
前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が前記第二所定量以上の場合には、前記過給圧を上昇させる要求がなくなる時点より後であっても、前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が少なくとも前記第二所定量未満となる時点まで、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように前記バルブタイミング変更装置を操作することができる。

過給圧を上昇させる要求があるときとは、例えば、内燃機関のトルクを増加させる必要があるとき、または、加速時としてもよい。このような場合には、速やかに過給圧を上昇させるために、排気通路へ通り抜ける空気の量を多くすれば良い。排気通路へ通り抜ける空気の量を多くすることにより、ターボチャージャのタービンの回転数を増加させることができるので、過給圧を速やかに上昇させることができる。したがって、過給圧を上昇させる要求がある場合には、バルブオーバーラップ期間を調整して排気通路へ通り抜ける空気の量を多くすることで、過給圧を速やかに上昇させることができる。このときに設定されるバルブオーバーラップの期間及び時期は、フィルタからＰＭを除去するときに設定される値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。しかし、過給圧が上昇した後にも排気通路へ通り抜ける空気の量を多くし続けると、気筒内に残留する空気の量が減少するため、燃焼に関与する空気の量が減少する。これにより、過給圧を高く維持することが困難となってしまう。これに対して、過給圧が高くなった後、すなわち、過給圧を上昇させる要求がなくなった後は、気筒を通過する空気の量を減少させることにより、過給圧を高く維持することができる。

ここで、フィルタに堆積しているＰＭ量が所定量以上の場合には、フィルタからＰＭを除去することが望ましい。一方で、過給圧を高く維持することも望まれる。そこで、制御装置は、過給圧を上昇させる要求がある場合であって、フィルタに堆積しているＰＭ量が第二所定量以上の場合には、フィルタの再生を優先させる。一方、過給圧を上昇させる要
求がある場合であって、フィルタに堆積しているＰＭ量が第二所定量未満の場合には、過給圧の上昇を優先させる。ここで、第二所定量は、所定量よりも大きな値であって、過給圧の上昇よりもフィルタの再生を優先させたほうがよいと考えられるＰＭ量である。

第二所定量は、例えば、フィルタの再生よりも過給圧の上昇を優先させると、フィルタに堆積しているＰＭ量が許容値を超えるＰＭ量としてもよい。そのため、フィルタに堆積しているＰＭ量が第二所定量以上の場合には、過給圧の上昇よりもフィルタの再生を優先させる。これにより、フィルタからＰＭを速やかに除去することができる。一方、フィルタに堆積しているＰＭ量が第二所定量未満の場合には、フィルタの再生よりも過給圧の上昇を優先させる。フィルタに堆積しているＰＭ量が所定量以上の場合にはフィルタからＰＭを除去することが望ましいが、第二所定量未満であれば過給圧の上昇を優先することもできる。そして、過給圧の上昇を優先する場合には、過給圧が上昇した後に、排気通路へ通り抜ける空気の量を減少させる。このときには、内燃機関の運転状態に応じてバルブタイミングを決定してもよい。このようにすることで、フィルタからのＰＭの除去を必要最小限に制限することができるため、過給圧を高く維持することができる。さらに、燃費の悪化の抑制やＮＯｘの排出量の低減を促進させることができる。

本発明によれば、フィルタの再生が行われる機会を増やすことができる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を表す図である。 所定の低回転高負荷領域を示した図である。 実施例１に係るバルブタイミングの制御フローを示したフローチャートである。 実施例２に係るバルブタイミングの制御フローを示したフローチャートである。 実施例３に係るバルブタイミングの制御フローを示したフローチャートである。 所定の低回転高負荷領域における排気上死点付近の、クランクアングルと、気筒内の圧力（気筒内圧）と、の関係を示した図である。 吸気弁及び排気弁の開口面積の推移を示した図である。 実施例６に係るバルブタイミングの制御フローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、火花点火式のガソリン機関である。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。また、内燃機関１は、複数の気筒を有していてもよい。

内燃機関１のシリンダヘッド１０には、吸気管４２及び排気管７２が接続されている。シリンダヘッド１０には、吸気管４２から気筒２に通じる吸気ポート４１、及び、排気管７２から気筒２に通じる排気ポート７１が形成されている。吸気ポート４１の気筒２側の
端部には、吸気弁５が備わる。吸気弁５の開閉は、吸気側カム６によって行われる。また、排気ポート７１の気筒２側の端部には、排気弁９が備わる。排気弁９の開閉は排気側カム１１によって行われる。吸気ポート４１及び吸気管４２は、吸気通路４に含まれている。排気ポート７１及び排気管７２は、排気通路７に含まれている。

吸気側カム６は吸気側カムシャフト２２に取り付けられ、更に吸気側カムシャフト２２の端部には吸気側プーリ２４が設けられている。吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との間には、吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」という）２３が設けられている。

また、排気側カム１１は排気側カムシャフト２５に取り付けられ、更に排気側カムシャフト２５の端部には排気側プーリ２７が設けられている。排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との間には、排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「排気側ＶＶＴ」という）２６が設けられている。

そして、吸気側プーリ２４及び排気側プーリ２７は、クランクシャフト１３から駆動力を得て回転する。吸気側ＶＶＴ２３は、クランクシャフト１３の回転角と吸気側カムシャフト２２との回転角との関係を変更することで、吸気弁５の開閉時期を変更することができる。また、排気側ＶＶＴ２６は、クランクシャフト１３の回転角と排気側カムシャフト２５との回転角との関係を変更することで、排気弁９の開閉時期を変更することができる。なお、本実施例においては、吸気側ＶＶＴ２３または排気側ＶＶＴ２６の少なくとも一方を備えていればよい。また、吸気弁５または排気弁９の開閉時期は、他の機構により変更してもよい。本実施例においては吸気側ＶＶＴ２３または排気側ＶＶＴ２６が、本発明におけるバルブタイミング変更装置に相当する。

そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復する。

吸気管４２の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５０のコンプレッサ５１が設けられている。本実施例ではターボチャージャを用いるが、これに代えて、クランクシャフト１３により駆動される機械式の過給機を用いてもよい。

また、コンプレッサ５１よりも上流の吸気管４２には、該吸気管４２を流れる吸気の量を調節するスロットル１６が備えられている。スロットル１６よりも上流の吸気管４２には、該吸気管４２内を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９５が取り付けられている。このエアフローメータ９５により内燃機関１の吸入空気量が検出される。また、コンプレッサ５１よりも下流の吸気管４２には、該吸気管４２内の圧力に応じた信号を出力する吸気圧センサ９６が取り付けられている。この吸気圧センサ９６により過給圧が検出される。なお、以下において特にことわらない限りは、吸気通路４内の圧力といった場合には、吸気ポート４１内の圧力またコンプレッサ５１よりも下流の吸気管４２内の圧力をいい、排気通路７内の圧力といった場合には、排気ポート７１内の圧力またはタービン５２よりも上流の排気管７２内の圧力をいうものとする。

一方、排気管７２の途中には、ターボチャージャ５０のタービン５２が設けられている。タービン５２よりも下流の排気管７２には、三元触媒３１が設けられている。なお、三元触媒３１は、酸化能を有する触媒であればよく、酸化触媒またはＮＯｘ触媒であってもよい。また、三元触媒３１よりも下流の排気管７２には、排気中のＰＭを捕集するフィルタ３２が設けられている。なお、フィルタ３２よりも上流に設けられる三元触媒３１とは
別に、フィルタ３２に三元触媒が担持されていてもよい。

三元触媒３１よりも下流で且つフィルタ３２よりも上流の排気管７２には、排気の温度を測定する第一温度センサ９３が設けられている。さらに、フィルタ３２よりも下流の排気管７２には、排気の温度を測定する第二温度センサ９４が設けられている。第一温度センサ９３の出力値に基づいて、三元触媒３１またはフィルタ３２の温度を推定することができる。第二温度センサ９４の出力値に基づいて、フィルタ３２の温度を推定することができる。なお、第一温度センサ９３及び第二温度センサ９４を設けていなくても、内燃機関１の運転状態に基づいて、三元触媒３１及びフィルタ３２の温度を推定することもできる。

内燃機関１の近傍の吸気管４２には、燃料を吸気ポート４１へ向けて噴射する通路内噴射弁８１が取り付けられている。また、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する筒内噴射弁８２が取り付けられている。さらに、内燃機関１には、気筒２内に電気火花を発生させる点火プラグ８３が取り付けられている。

そして、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。

ここで、上記各種センサの他、アクセル開度センサ９１およびクランクポジションセンサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されている。ＥＣＵ９０はアクセル開度センサ９１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ９０はクランクポジションセンサ９２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転数を算出する。

一方、ＥＣＵ９０には、吸気側ＶＶＴ２３、排気側ＶＶＴ２６、通路内噴射弁８１、筒内噴射弁８２、点火プラグ８３が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０によりこれらの機器が制御される。なお、本実施例においてはＥＣＵ９０が、本発明における制御装置に相当する。

ＥＣＵ９０は、フィルタ３２のＰＭ堆積量を推定する。ＰＭ堆積量は、過去の機関回転数及び機関負荷に基づいて推定してもよいし、フィルタ３２よりも上流で且つ三元触媒３１よりも下流の排気の圧力とフィルタ３２よりも下流の排気の圧力との差（以下、フィルタ差圧ともいう。）及び排気の流量に基づいて推定してもよい。ここで、機関回転数及び機関負荷と、内燃機関１から排出されるＰＭ量と、は関連しているため、機関回転数及び機関負荷に基づいて内燃機関１から排出されるＰＭ量を求めることができる。この内燃機関１から排出されるＰＭ量を積算することにより、ＰＭ堆積量を求めることができる。一方、フィルタ３２のＰＭ堆積量が多くなるほど、フィルタ差圧が大きくなる。このフィルタ差圧は、排気の流量によっても変わる。このため、ＰＭ堆積量とフィルタ差圧と排気の流量との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、フィルタ差圧及び排気の流量からＰＭ堆積量を求めることができる。さらに、内燃機関１の運転時間または車両の走行距離に応じてＰＭ堆積量が増加するため、これらの値に基づいて、ＰＭ堆積量を簡易的に推定することもできる。なお、本実施例においてはフィルタ３２のＰＭ堆積量を推定するＥＣＵ９０が、本発明における堆積量取得装置に相当する。

ＥＣＵ９０は、フィルタ３２のＰＭ堆積量が所定量以上になると、フィルタ３２の再生のために、該フィルタ３２に酸素を供給する。なお、所定量は、フィルタ３２の再生を実施することが望ましいＰＭ堆積量である。所定量は、フィルタ３２に堆積しているＰＭに
よる排気の抵抗が問題となるＰＭ堆積量よりも少ないＰＭ堆積量であり、フィルタ３２に堆積しているＰＭによる排気の抵抗が問題となるＰＭ堆積量に対して余裕を持たせたＰＭ堆積量である。所定量は、ＰＭ堆積量以外の他の条件が成立したときにフィルタ３２の再生を実施するＰＭ堆積量とすることもできる。さらに、所定量は、フィルタ３２の再生が要求されるＰＭ堆積量とすることもできる。所定量が小さすぎるとフィルタ３２の再生が頻繁に実施されるため、燃費の悪化等が懸念される。一方、所定量が大きすぎると、排気圧力の上昇による内燃機関１の出力の低下等が懸念される。これらを考慮して所定量を予め実験またはシミュレーション等により求めておく。

ここで、内燃機関１が所定の低回転高負荷領域で運転されているときに、バルブオーバーラップが生じていると、空気が吸気通路４から気筒２を通過して排気通路７へ流れる。なお、以下では特にことわらない限り、空気が吸気通路４から気筒２を通過して排気通路７へ流れることを、単に、空気が気筒２を通過するという。空気が気筒２を通過することにより、フィルタ３２に空気が到達する。空気には酸素が含まれているため、フィルタ３２へ酸素が供給される。

図２は、所定の低回転高負荷領域を示した図である。横軸は機関回転数であり、縦軸は機関負荷（アクセル開度または燃料噴射量としてもよい。）である。所定の低回転高負荷領域は、吸気通路４内の圧力が排気通路７内の圧力よりも高くなる運転領域であり、バルブオーバーラップを生じさせることにより空気が気筒２を通過する運転領域である。例えば、加速時または登坂時に、内燃機関１が所定の低回転高負荷領域で運転される。内燃機関１が所定の低回転高負荷領域で運転されているときには、過給圧の上昇により、吸気通路４内の圧力が排気通路７内の圧力よりも高くなる。したがって、内燃機関の１の運転領域が所定の低回転高負荷領域であれば、バルブオーバーラップを生じさせることにより、フィルタ３２へより多くの酸素を供給することができる。

ＥＣＵ９０は、フィルタ３２のＰＭ堆積量が所定量以上の場合であって、バルブオーバーラップが生じていない場合には、バルブオーバーラップが生じるように吸気側ＶＶＴ２３または排気側ＶＶＴ２６の少なくとも一方を操作する。さらに、ＥＣＵ９０は、フィルタ３２のＰＭ堆積量が所定量以上の場合には、所定量未満の場合よりも、吸気通路４から気筒２を通過して排気通路７へ流れる空気の量（気筒２を通過する空気の量）が多くなるように、吸気側ＶＶＴ２３または排気側ＶＶＴ２６の少なくとも一方を操作する。なお、気筒２を通過する空気の量を多くすることには、気筒２を通過する空気が存在しない状態から、気筒２を通過する空気が存在する状態に変化させることを含んでいてもよい。

図３は、本実施例に係るバルブタイミングの制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ９０により所定の時間毎に実施される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ９０は、フィルタ３２のＰＭ堆積量を推定する。ＰＭ堆積量は、過去の機関回転数及び機関負荷に基づいて推定してもよいし、前記フィルタ差圧に基づいて推定してもよい。さらに、内燃機関１の運転時間または車両の走行距離に基づいて、ＰＭ堆積量を簡易的に推定することもできる。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０１で推定されるＰＭ堆積量が、所定量以上であるか否か判定する。所定量は、例えばフィルタ３２の再生が要求されるＰＭ堆積量である。所定量は、前述のように予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ９０は、内燃機関１が所定の低回転高負荷領域で運転さ
れているか否か判定する。本ステップでは、吸気通路４内の圧力が、排気通路７内の圧力よりも高くなる運転領域で内燃機関１が運転されているか否か判定している。ＥＣＵ９０は、機関回転数及び機関負荷に基づいて、図２を用いて内燃機関１が所定の低回転高負荷領域で運転されているか否か判定する。なお、内燃機関１が所定の低回転高負荷領域で運転されているか否か判定することに代えて、吸気通路４内の圧力と、排気通路７内の圧力とを測定し、吸気通路４内の圧力が排気通路７内の圧力よりも高いか否か判定してもよい。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ９０は、バルブタイミングの制御モードを再生モードに設定する。再生モードは、バルブオーバーラップ期間の長さをフィルタ３２の再生に適した長さに調整する制御モードである。さらに、再生モードでは、気筒２を通過する空気の量が、後述するステップＳ１０５で設定される通常モードよりも多くなるように、バルブオーバーラップ期間の長さ及びバルブオーバーラップの時期が設定される。例えば、バルブオーバーラップ期間を、後述するステップＳ１０５で設定されるバルブオーバーラップ期間よりも長くする。これにより、フィルタ３２に供給される酸素の量が増加するため、フィルタ３２の再生を促進させることができる。なお、後述の通常モードにおいてバルブオーバーラップが生じない場合には、再生モードにおいてバルブオーバーラップを生じさせるだけでもよい。すなわち、再生モードでは、バルブオーバーラップを生じさせ、通常モードでは、バルブオーバーラップを生じさせないようにしてもよい。

ここで、バルブオーバーラップ期間を長くし過ぎると、吸気弁５または排気弁９がピストン１５と干渉する虞がある。そのため、バルブオーバーラップ期間を長くするときには、吸気弁５及び排気弁９がピストン１５と干渉しない範囲でバルブタイミングを変更する。

一方、ステップＳ１０５では、ＥＣＵ９０は、バルブタイミングの制御モードを通常モードに設定する。通常モードは、バルブオーバーラップ期間を燃費向上または排気中の有害物質の低減に適した長さに調整する制御モードである。このため、通常モードでは、内燃機関１の充填効率を高めたり、又は、内部ＥＧＲガス量が多くなるように、バルブタイミングが調整される。

なお、通常モードで設定されるバルブオーバーラップ期間を、未燃燃料が排気通路７へ流れないような長さとしてもよい。通常モードは、フィルタ３２の再生を行う必要がない場合の制御モードとしてもよい。ＥＣＵ９０は、例えば機関回転数及び機関負荷に基づいて、吸気弁５または排気弁９の少なくとも一方のバルブタイミングを決定する。通常モードで設定されるバルブオーバーラップ期間は、再生モードで設定されるバルブオーバーラップ期間よりも短い。なお、再生モードと通常モードとでバルブオーバーラップの時期を変えてもよい。吸気弁５が開き始める時点または排気弁９が閉じ終わる時点の少なくとも一方を調整することにより、バルブオーバーラップの時期を変化させることができる。また、通常モードのときよりも再生モードのときのほうが、気筒２を通過する空気の量が多くなればよい。

なお、気筒２を通過する空気の量Ｍｓｃａは、吸気通路４内の圧力に基づいて算出することができる。ここで、気筒２を通過する空気の量は、吸気通路４内の圧力と相関関係にあり、気筒２を通過する空気の量と、吸気通路４内の圧力と、の関係は一次式で表すことができる。本実施例では、気筒２を通過する空気の量の計算には、吸気通路４内の圧力と気筒２を通過する空気の量との間に近似的に成り立つ関係式であって吸気通路４内の圧力が閾値圧力のときに気筒２を通過する空気の量が０となる一次式を使用する。すなわち、気筒２を通過する空気の量Ｍｓｃａは、以下のような一次式により算出することができる
（例えば、特開２０１３−１０４３３０号公報参照）。
Ｍｓｃａ＝Ｅ×（Ｐｍ−Ｐｃ）・・・式１
ただし、Ｅは係数、Ｐｍは吸気通路４内の圧力、Ｐｃは閾値圧力である。係数Ｅは、予
め実験またはシミュレーション等により求めることができる。吸気通路４内の圧力Ｐｍは、吸気圧センサ９６により測定する。閾値圧力Ｐｃは、内燃機関１の運転状態に関する情報に基づき算出される排気通路７内の圧力の推定値である。内燃機関１の運転状態と閾値圧力Ｐｃとの関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めておくことができる。なお、気筒２を通過する空気の量は、他の周知の技術によっても求めることができる。さらに、気筒２を通過する空気の量を、機関回転数及び機関負荷と関連付けて、実験またはシミュレーション等により求めてマップ化しておくこともできる。

ここで、通常モードにおいてバルブオーバーラップを生じさせるのは、内燃機関１の充填効率を高めたり、又は、内部ＥＧＲガス量を多くしたりするためである。一方、再生モードで設定されるバルブタイミングは、気筒２を通過する空気の量を多くすることを目的としている。このため、再生モードと通常モードとの両方でバルブオーバーラップが生じていたとしても、夫々のバルブタイミングは異なる。再生モード時及び通常モード時のバルブオーバーラップ期間及びバルブオーバオーラップの時期は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

以上説明したように本実施例によれば、気筒２から排気通路７へ空気が流出し得るときには、オーバーラップを生じさせたり、又は、オーバーラップ期間を長くしたりすることにより、フィルタ３２へより多くの酸素を供給することができる。これにより、フィルタ３２の再生を促進させることができる。さらに、燃料カット時以外であってもフィルタ３２の再生を実施することができるため、フィルタ３２の再生の機会を増やすことができる。

また、フィルタ３２のＰＭ堆積量が所定量よりも少ない場合には、気筒２を通過する空気の量が少なくなるため、燃費の悪化を抑制したり、排気中の有害物質が増加することを抑制したりできる。

（実施例２）
本実施例では、バルブタイミングの制御モードを決定するときに、フィルタ３２の温度を考慮する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。ここで、フィルタ３２に堆積しているＰＭは、フィルタ３２の温度が、ＰＭが酸化される所定温度（例えば６００℃）以上となっていなければ、酸化されない。このため、フィルタ３２の温度が所定温度よりも低い場合にバルブオーバーラップ期間を長くする必要はない。一方、フィルタ３２の温度が所定温度よりも低い場合には、フィルタ３２のＰＭ堆積量が所定量以上であっても通常モードに設定することにより、充填効率を高めたり、または、内部ＥＧＲガス量を多くしたりすることができる。そのため、本実施例では、フィルタ３２の温度が所定温度以上の場合に限り、再生モードを実行する。

図４は、本実施例に係るバルブタイミングの制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ９０により所定の時間毎に実施される。前記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

本フローチャートでは、ステップＳ１０２で肯定判定がなされると、ステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、ＥＣＵ９０は、フィルタ３２の温度を推定する。フィルタ３２の温度は、過去の機関回転数及び機関負荷に応じて変化するため、過去の機関回転数及び機関負荷に基づいてフィルタ３２の温度を推定することができる。この関係は、予め実験等により求めておいてもよい。なお、第一温度センサ９３または第二温度センサ９
４の出力値に基づいて、フィルタ３２の温度を求めることもできる。また、フィルタ３２に直接温度センサを取り付けて、該温度センサによりフィルタ３２の温度を測定してもよい。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ９０は、ステップＳ２０１で推定されるフィルタ３２の温度が、所定温度以上であるか否か判定する。所定温度は、ＰＭが酸化される温度である。すなわち、ステップＳ２０２では、フィルタ３２の温度が、フィルタ３２の再生が行われる温度となっているか否か判定している。なお、空気がフィルタ３２を通過すると、該空気によりフィルタ３２から熱が奪われるため、フィルタ３２の温度が低下し得る。したがって、この温度低下分を考慮して所定温度を設定してもよい。すなわち、所定温度を、空気が通過したときにフィルタ３２の温度が低下する分だけ、ＰＭが酸化される温度の下限値よりも高く設定してもよい。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

このようにして、フィルタ３２の温度が十分に高い場合に限り、ＥＣＵ９０は、バルブタイミングの制御モードを再生モードに設定する。このため、フィルタ３２の再生が行われないような温度でバルブオーバーラップ期間が長くなることを抑制できる。これにより、燃費の悪化を抑制したり、排気中の有害物質の増加を抑制できる。

なお、フィルタ３２のＰＭ堆積量が所定量以上の場合において、フィルタ３２の温度が所定温度よりも低い場合には、フィルタ３２の温度を所定温度以上に上昇させてもよい。例えば、三元触媒３１に酸素と燃料とを供給することにより、該三元触媒３１で熱が発生し、排気の温度が上昇する。この温度の高い排気がフィルタ３２に流入することにより、フィルタ３２の温度を上昇させることができる。三元触媒３１に酸素を供給するときにも、フィルタ３２に酸素を供給するときと同様に、バルブオーバーラップ期間を長くすればよい。これにより、フィルタ３２の温度が所定温度未満の場合であっても、フィルタ３２の温度を上昇させて、フィルタ３２の再生を促進させることができる。

（実施例３）
本実施例では、ＥＣＵ９０は、フィルタ３２のＰＭ堆積量が所定量以上の場合において、フィルタ３２のＰＭ堆積量が多いほど、気筒２を通過する空気の量を多くする。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

ここで、気筒２を通過する空気の量が多くなるほど、より多くの酸素をフィルタ３２に供給することができるため、フィルタ３２の再生をより促進させることができる。一方、ＰＭ堆積量が所定量以上であってもＰＭ堆積量が比較的少ない場合には、ＰＭを除去するための酸素は少なくてもよい。したがって、ＰＭ堆積量が比較的少ない場合には、バルブオーバーラップ期間を短くすることにより、燃費の悪化を抑制したり、内燃機関１からの有害物質の排出量を低減したりできる。気筒２を通過する空気の量は、前述の式１により算出することができる。

なお、バルブオーバーラップ期間を長くするほど、気筒２を通過する空気の量が多くなると考えて、フィルタ３２のＰＭ堆積量が多いほど、バルブオーバーラップ期間を長くしてもよい。さらに、ＰＭ堆積量と、バルブオーバーラップ期間または気筒２を通過する空気の量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておき、ＥＣＵ９０に記憶させておいてもよい。

図５は、本実施例に係るバルブタイミングの制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ９０により所定の時間毎に実施される。なお、前記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

本フローチャートでは、ステップＳ１０４の後にステップＳ３０１が実行される。ステップＳ３０１では、フィルタ３２のＰＭ堆積量に応じてバルブオーバーラップ期間を調整する。すなわち、フィルタ３２のＰＭ堆積量が多いほど、バルブオーバーラップ期間が長くなるように、吸気弁５または排気弁９の少なくとも一方のバルブタイミングを調整する。なお、フィルタ３２のＰＭ堆積量と、吸気弁５または排気弁９のバルブタイミングと、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておいてもよい。

以上説明したように本実施例によれば、フィルタ３２のＰＭ堆積量に応じてフィルタ３２へ供給する酸素の量が調整されるため、フィルタ３２のＰＭ堆積量が多いときには速やかにフィルタ３２からＰＭを除去することができる。一方、フィルタ３２のＰＭ堆積量が少ないときには、気筒２を通過する空気の量を比較的少なくすることができるため、燃費の悪化を抑制したり、排気中の有害物質の量が増加することを抑制したりできる。

なお、図５に示したフローチャートには、図４に示したフローチャートと同様にしてステップＳ２０１及びステップＳ２０２を追加することができる。この場合、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１０２の処理が完了すると、ステップＳ２０１へ進み、ステップＳ２０１の処理が完了すると、ステップＳ２０２へ進む。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

（実施例４）
前記実施例では、バルブオーバーラップ期間を長くすることで、気筒２を通過する空気の量を多くしている。一方、本実施例では、ＥＣＵ９０は、バルブオーバーラップの中心をずらすことにより、気筒２を通過する空気の量を調整する。この場合、バルブオーバーラップ期間は変化させなくてもよい。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

バルブオーバーラップの中心は、吸気弁５が開き始める時点から、排気弁９が閉じ終わる時点まで、の間の期間の中心である。すなわち、バルブオーバーラップの中心は、吸気弁５が開き始めるクランクアングルに、排気弁９が閉じ終わるクランクアングルを加算した値を２で割ったクランクアングルに相当する。そして、本実施例では、バルブオーバーラップ期間の中心を、気筒２を通過する空気の流速が最大となる時期に合わせる。

気筒２を通過する空気の流速が最大となる時期は、吸気通路４内の圧力と、気筒２内の圧力と、排気通路７内の圧力と、に関係がある。ここで、図６は、所定の低回転高負荷領域における排気上死点付近の、クランクアングルと、気筒２内の圧力（気筒内圧）と、の関係を示した図である。図６中の過給圧は、吸気通路４内の圧力の平均値である。図６中の排気圧は、排気通路７内の圧力の平均値である。所定の低回転高負荷領域では、排気圧よりも過給圧のほうが高い。気筒２内の圧力が過給圧よりも高いＡで示される範囲では、排気圧及び過給圧よりも気筒２内の圧力が高いために、気筒２から吸気通路４及び排気通路７へガスが流れる。気筒２内の圧力が過給圧よりも低く且つ排気圧よりも高いＢで示される範囲では、吸気通路４から気筒２へガスが流れ、且つ、気筒２から排気通路７へガスが流れる。気筒２内の圧力が過給圧及び排気圧よりも低いＣで示される範囲では、排気圧及び過給圧よりも気筒２内の圧力が低いために、吸気通路４及び排気通路７から気筒２へガスが流れる。

したがって、Ｂで示される範囲においてバルブオーバーラップが生じていれば、空気が吸気通路４から気筒２を通過して排気通路７へ流れる。すなわち、気筒２を通過する空気
の流速は、Ｂで示される範囲内で最大となる。そこで、本実施例では、バルブオーバーラップの中心がＢで示される範囲に入るようにしている。通常モードであってもバルブオーバーラップが存在することはあるが、その目的は、充填効率を高めたり、内部ＥＧＲガス量を多くしたりすることであるため、再生モード中に設定されるバルブオーバーラップの時期とは異なる。気筒２を通過する空気の流速が最大となる時点は、予め実験またはシミュレーションにより求めることができる。

なお、本実施例では、バルブオーバーラップの中心が、Ｂで示される範囲に入っていればよいが、さらに、バルブオーバーラップの中心をＢで示される範囲の中心に合わせることにより、気筒２を通過する空気量をより多くすることができる。

ＥＣＵ９０は、前記ステップＳ１０４において、再生モード中にバルブオーバーラップの中心が、図６のＢで示される範囲に入るように、バルブタイミングを操作する。なお、再生モード中にバルブオーバーラップの中心が、図６のＢで示される範囲の中心と一致するように、バルブタイミングを操作してもよい。また、ＰＭ堆積量が多いほど、バルブオーバーラップの中心を、Ｂで示される範囲の中心に近付けてもよい。通常モード中よりも再生モード中のときにバルブオーバーラップの中心が、気筒２を通過する空気の流速が最大となる時点に近付いていればよい。

このように、バルブオーバーラップの中心を、気筒２を通過する空気の流速が最大となる時期に合わせることにより、フィルタ３２により多くの酸素を供給することができる。

なお、図６のＢで示される範囲は、排気上死点前ではあるが、一般的に排気上死点に近い。このため、バルブオーバーラップの中心を排気上死点に近付けることにより、気筒２を通過する空気の量を簡易的に増加させることもできる。

（実施例５）
本実施例では、ＥＣＵ９０は、バルブオーバーラップ期間の吸気弁５と排気弁９との開口面積が同じになる時点を、気筒２を通過する空気の流速が最大となる時点に合わせる。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

ここで、図７は、吸気弁５及び排気弁９の開口面積の推移を示した図である。図７中の「吸気弁開」で示されるのは、吸気弁５が開き始める時点であり、バルブオーバーラップ期間の始点になる。一方、図７中の「排気弁閉」で示されるのは、排気弁９が閉じ終わる時点であり、バルブオーバーラップ期間の終点になる。バルブオーバーラップ期間では、吸気弁５及び排気弁９が共に開いているが、この期間中に、吸気弁５の開口面積は徐々に大きくなり、排気弁９の開口面積は徐々に小さくなる。このため、吸気弁５及び排気弁９の開口面積が同一となる時点Ｄが存在する。

バルブオーバーラップ期間中には、空気が吸気弁５を通り抜け易くなっていく一方で、空気が排気弁９を通り抜け難くなっていく。ここで、バルブオーバーラップ期間中の吸気弁５の開口面積と排気弁９の開口面積とが同一となる時点Ｄよりも前では、吸気弁５の開口面積が比較的小さいため、空気が吸気弁５を通過するときの抵抗が比較的大きい。このため、気筒２を通過する空気の量が、吸気弁５によって制限される。一方、バルブオーバーラップ期間中の吸気弁５の開口面積と排気弁９の開口面積とが同一となる時点よりも後では、排気弁９の開口面積が比較的小さくなるため、空気が排気弁９を通過するときの抵抗が比較的大きい。このため、気筒２を通過する空気の量が、排気弁９によって制限される。すなわち、吸気弁５または排気弁９のうち、開口面積が小さいほうの弁によって、気筒２を通過する空気の量が制限される。したがって、吸気弁５及び排気弁９の開口面積が等しいときに、空気が気筒２を通過するときの抵抗が最も小さくなり、空気が気筒２を最
も通過し易くなる。

以上より、吸気弁５と排気弁９との開口面積が同一となる時点Ｄにおいて、気筒２を通過する空気の量が最も多くなる。このときに、空気の流速が最も高くなっていれば、より多くの空気が気筒２を通過する。したがって、バルブオーバーラップ期間中の吸気弁５の開口面積と排気弁９の開口面積とが同一となる時点Ｄを、気筒２を通過する空気の流速が最大となる時点に近付けることで、気筒２を通過する空気の量を多くすることができる。

ＥＣＵ９０は、前記ステップＳ１０４において、再生モード中に吸気弁５の開口面積と排気弁９の開口面積とが同一となる時点Ｄが、図６のＢで示される範囲に入るように、バルブタイミングを操作する。なお、前記ステップＳ１０４において、再生モード中に吸気弁５の開口面積と排気弁９の開口面積とが同一となる時点Ｄを、図６のＢで示される範囲の中心に合わせるように、バルブタイミングを操作してもよい。また、ＰＭ堆積量が多いほど、吸気弁５の開口面積と排気弁９の開口面積とが同一となる時点Ｄを、Ｂで示される範囲の中心に近付けてもよい。

このように、再生モード中は通常モード中よりも、吸気弁５の開口面積と排気弁９の開口面積とが同一となる時点Ｄを、気筒２を通過する空気の流速が最大となる時点に近付けることにより、フィルタ３２へより多くの酸素を供給することができる。
（実施例６）

本実施例では、レスポンス要求がある場合について説明する。本実施例に係るレスポンス要求とは、アクセル開度の増加に対して機関出力を速やかに増加させる要求である。レスポンス要求は、過給圧を速やかに上昇させる要求ともいえる。例えば、加速の初期にはレスポンス要求がある。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

レスポンス要求がある場合には、過給圧を速やかに上昇させるために、ＥＣＵ９０は、バルブオーバーラップを生じさせたり、バルブオーバーラップ期間を通常モードよりも長くしたりする。本実施例では、レスポンス要求があるときには、バルブタイミングの制御モードを再生モードに設定する。

ここで、バルブオーバーラップ期間を長くすることにより、気筒２を通過する空気の量が増加するため、タービン５２を通過するガスの量が増加する。このため、タービン５２の回転数の上昇が促進されるので、過給圧が速やかに上昇する。

しかし、過給圧が十分に上昇した後には、気筒２を空気が通過しても過給圧を上昇させる効果はない。したがって、過給圧が上昇した後は、過給圧を上昇させるために空気が気筒２を通過する必要もない。さらに、バルブオーバーラップが生じていると、気筒２内の空気が排気通路７へ流出するために、気筒２内の空気量が減少してしまう。すなわち、充填効率が低下してしまう。これにより、過給圧を高く維持することが困難となる虞がある。さらに、バルブオーバーラップが生じていることにより内部ＥＧＲガス量が減少し、その結果、排気中の有害物資が増加する虞もある。したがって、過給圧が十分に高くなった後には、気筒２を通過する空気の量を減少させることが望ましい。

一方、フィルタ３２の再生を促進させるためには、過給圧が十分に高くなった後であっても、気筒２を通過する空気の量が多いほうが良い。しかし、前述のように、過給圧が十分に高くなった後に再生モードを継続すると、排気中の有害物質の増加等を招く虞がある。

そこで、本実施例では、レスポンス要求がある場合には、フィルタ３２のＰＭ堆積量が
第二所定量以上の場合に限り、過給圧が十分に高くなった後であっても再生モードを継続する。すなわち、フィルタ３２の再生を優先させる。一方、フィルタ３２のＰＭ堆積量が第二所定量未満の場合には、排気中の有害物質の増加等の増加を抑制するために、レスポンス要求がなくなったときに再生モードから通常モードに移行する。レスポンス要求がなくなったときとは、過給圧が十分に高くなったとき（過給圧が所定圧に達したとき）である。

ここでいう第二所定量は、前記ステップＳ１０２用いた所定量よりも多いＰＭ堆積量であって、フィルタ３２からＰＭを速やかに除去する必要があるＰＭ堆積量である。前記ステップＳ１０２で用いられる所定量は、第二所定量と比較すると、ある程度の余裕を持たせているため、実際のＰＭ堆積量が所定量となっても、すぐに問題が生じるわけではない。一方、第二所定量は、ＰＭ堆積量の余裕分が所定量よりも少なく設定されており、実際のＰＭ堆積量が第二所定量となった場合には、速やかにフィルタ３２の再生を実施することが望ましい。なお、第二所定量は、フィルタ３２の再生と、排気中の有害物質の低減等と、のどちらを、どれだけ優先させるのかに応じて決定することができる。第二所定量は、実験またはシミュレーション等により求めることができる。

図８は、本実施例に係るバルブタイミングの制御フローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ９０により所定の時間毎に実施される。なお、前記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

本フローチャートでは、ステップＳ１０４の後にステップＳ４０１が実行される。ステップＳ４０１では、ＥＣＵ９０は、レスポンス要求があるか否か判定する。例えば、ＥＣＵ９０は、アクセル開度の増加度合いが所定度合い以上で且つ過給圧が所定圧未満のときにレスポンス要求があると判定する。ここでいう所定度合いは、車両の運転者が加速を要求していると判断できるアクセル開度の増加度合いであり、所定圧は、過給圧が十分に高くなったと判断できる過給圧である。なお、本ステップでは、アクセル開度が全開の場合に、レスポンス要求があると判定してもよい。ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０３へ進む。

ステップＳ４０２では、ＥＣＵ９０は、フィルタ３２のＰＭ堆積量が第二所定量以上であるか否か判定する。第二所定量は、ステップＳ１０２で用いる所定量よいも大きい値であり、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。本ステップでは、フィルタ３２の再生を速やかに行うことが望ましいか否か判定している。ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０４へ進む。

ステップＳ４０３では、ＥＣＵ９０は、フィルタ３２の再生を優先させるように、バルブタイミングを調整する。レスポンス要求がない場合（ステップＳ４０１で否定判定がなされた場合）には、排気中の有害物質の増加等が起こり難いため、フィルタ３２の再生を優先させる。ＰＭ堆積量が第二所定量以上の場合（ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合）には、すぐにフィルタ３２の再生を行うことが望ましいため、フィルタ３２の再生を優先させる。すなわち、過給圧が十分に高くなった後であっても、再生モードを継続する。これにより、フィルタ３２の再生を促進させる。

一方、ステップＳ４０４では、ＥＣＵ９０は、レスポンス要求を優先させるように、バルブタイミングを調整する。ここで、ＰＭ堆積量が第二所定量未満の場合（ステップＳ４０２で否定判定がなされた場合）には、フィルタ３２のＰＭ捕集能力にまだ余裕がある。このため、過給圧が所定圧以上となった後には、再生モードから通常モードに移行する。
すなわち、過給圧が十分に高くなった場合には、バルブオーバーラップ期間の長さを短くしたり、バルブオーバーラップの中心を空気が気筒２を通過するときの流速が最大となる時点よりも遠ざけたりする。これにより、排気中の有害物質が増加することを抑制できる。

以上説明したように本実施例によれば、レスポンス要求がない場合又はフィルタ３２のＰＭ堆積量が第二所定量以上の場合には、フィルタ３２の再生を優先させるため、排気の圧力の上昇を抑制できる。一方、フィルタ３２のＰＭ堆積量が所定量以上であっても、第二所定量未満の場合には、レスポンス要求を優先させるため、排気中の有害物質が増加することを抑制できる。

なお、図８に示したフローチャートには、図４に示したフローチャートと同様にしてステップＳ２０１及びステップＳ２０２を追加することができる。この場合、図８に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１０２の処理が完了すると、ステップＳ２０１へ進み、ステップＳ２０１の処理が完了すると、ステップＳ２０２へ進む。そして、ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

さらに、図８に示したフローチャートには、図５に示したフローチャートと同様にしてステップＳ３０１を追加することもできる。この場合、図８に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１０４の処理が完了すると、ステップＳ３０１へ進み、ステップＳ３０１の処理が完了すると、ステップＳ４０１へ進む。

１ 内燃機関
２ 気筒
４ 吸気通路
５ 吸気弁
７ 排気通路
９ 排気弁
２３ 吸気側ＶＶＴ
２６ 排気側ＶＶＴ
３１ 三元触媒
３２ フィルタ
５０ ターボチャージャ
８１ 通路内噴射弁
８２ 筒内噴射弁
８３ 点火プラグ
９０ ＥＣＵ

Claims (9)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記内燃機関の吸気弁が開く時期または排気弁が閉じる時期の少なくとも一方を変更するバルブタイミング変更装置と、
   前記バルブタイミング変更装置を操作することでバルブオーバーラップ期間の長さ又はバルブオーバーラップの時期の少なくとも一方を調整する制御装置と、
   前記フィルタに堆積している粒子状物質の量を測定または推定する堆積量取得装置と、
   を備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記制御装置は、前記内燃機関の排気通路内の圧力よりも前記内燃機関の吸気通路内の圧力のほうが高い場合において、前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が所定量以上のときには、前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が所定量未満のときよりも、前記バルブオーバーラップ期間において前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように、前記バルブタイミング変更装置を操作する内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記制御装置は、前記バルブオーバーラップ期間を長くすることで、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量を多くする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記制御装置は、内燃機関の吸気通路内の圧力、内燃機関の気筒内の圧力、内燃機関の排気通路内の圧力の順に圧力が低くなる期間に、バルブオーバーラップが生じるように、前記バルブタイミング変更装置を操作する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記制御装置は、前記バルブオーバーラップ期間の中心を、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の流速が最大となる時点に近付けることで、前記排気通路へ通り抜ける空気の量を多くする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記制御装置は、前記バルブオーバーラップ期間中の吸気弁の開口面積と排気弁の開口面積とが同一となる時点を、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の流速が最大となる時点に近付けることで、前記排気通路へ通り抜ける空気の量を多くする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記制御装置は、前記オーバーラップ期間の中心を、排気上死点に近付けることで、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量を多くする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記制御装置は、前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が多いほど、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように、前記バルブタイミング変更装置を操作する請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記制御装置は、前記フィルタの温度が、該フィルタに堆積している粒子状物質が酸化される温度である所定温度以上のときに、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように、前記バルブタイミング変更装置を操作する請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記内燃機関の排気を利用してタービンを回転させるターボチャージャを備え、
   前記制御装置は、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように前記バルブタイミング変更装置を操作している場合で、且つ、過給圧を上昇させる要求がある場合であって、
   前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が前記所定量よりも大きな値である第二所定量未満の場合には、前記過給圧を上昇させる要求がなくなる時点まで、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように前記バルブタイミング変更装置を操作し、
   前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が前記第二所定量以上の場合には、前記過給圧を上昇させる要求がなくなる時点より後であっても、前記フィルタに堆積している粒子状物質の量が少なくとも前記第二所定量未満となる時点まで、前記吸気通路から気筒を通過して前記排気通路へ通り抜ける空気の量が多くなるように前記バルブタイミング変更装置を操作する
   請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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