JP3772675B2 - 内燃機関の排気微粒子除去装置 - Google Patents

Description

【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（ＨＣ）、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とともに前記排気弁の閉弁時期を排気行程上死点より前に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とともに排気弁の閉弁時期を排気行程上死点より前に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。更に、排気弁の閉弁時期が排気行程上死点より前に進角されると、内燃機関の気筒内に排気が残留する。この場合、排気行程に続く吸気行程において気筒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る。その結果、気筒内の燃焼温度が高められ、以て内燃機関から排出される排気の温度が一層高められる。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及び閉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及び閉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、排気行程終了後の上死点から下死点までの期間に排気弁が開弁し且つ吸気弁が閉弁する再吸入行程を追加するとともに、この再吸入行程後の下死点から上死点より前までの期間に排気弁が開弁し且つ吸気弁が閉弁する再排気行程を追加するように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、排気行程終了後の上死点から下死点までの期間を排気弁が開弁し且つ吸気弁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より前までの期間を排気弁が開弁し且つ吸気弁が閉弁する再排気行程とするように可変動弁機構を制御する。再吸入行程では排気弁が開弁し且つ吸気弁が閉弁した状態でピストンが下降動作するため、直前の排気行程において気筒内から排出された排気が再度気筒内へ吸入されるようになる。この場合、内燃機関の排気系では、排気が内燃機関に向かって逆流する。内燃機関の排気系で排気が逆流すると、捕集手段に捕集されていた粒子状物質が該捕集手段から離脱して、排気とともに気筒内へ再吸入される。
【００１８】
再吸入行程で気筒内に再吸入された排気（再吸入排気）は、次の再排気行程におけるピストンの上昇動作に伴って気筒内から再び排出されることになるが、ピストンが上死点に達する前に排気弁が閉弁するため、再吸入排気の一部が気筒内に残留する。気筒内に残留した再吸入排気は、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。その結果、捕集手段に捕集されていた粒子状物質は、再吸入排気とともに内燃機関で燃焼される。
【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１ａ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１ａ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２１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１ａ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３０ａ（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３１ａ（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２６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２８ｂ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３０１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１４ｂ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３０２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３０２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３１８の上部には、筒状体の下端に前記アッパプレート３１８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３０５ａ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１１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３１１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２８ａ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２８ａ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３１６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３１１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３０９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３１１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３１１がロアスプリング３１６の付勢力を受けて第１コア３０１の近傍まで変位した時点で、第１の電磁コイル３０８に対して励磁電流を印加することにより、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３１１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１２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３０８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３１７が取り付けられている。このバルブリフトセンサ３１７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３１３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１ａ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４５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４２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４３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３０ａ、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ＣＰＵ４０１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／Ｄ４０７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２９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ＲＡＭ４０３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５００℃〜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ＰＭ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５００℃〜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）に示されるように膨張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の開弁時期が膨張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、ＣＰＵ４０１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、ＣＰＵ４０１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、ＣＰＵ４０１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、ＣＰＵ４０１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の開弁時期が膨張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３１ａ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の開弁時期が膨張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、ＣＰＵ４０１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、ＣＰＵ４０１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、ＣＰＵ４０１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

Claims (4)

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とともに前記排気弁の閉弁時期を排気行程上死点より前に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. 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及び閉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. 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及び閉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. 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、排気行程終了後の上死点から下死点までの期間に排気弁が開弁し且つ吸気弁が閉弁する再吸入行程を追加するとともに、この再吸入行程後の下死点から上死点より前までの期間に排気弁が開弁し且つ吸気弁が閉弁する再排気行程を追加するように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。

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