(57)【要約】【課題】この発明は排気ガス中のNOx浄化に好適な内燃機関の排気浄化装置に関し、広い運転領域の下で硫黄被毒再生条件を満たすことを目的とする。【解決手段】排気弁の開弁時期を変更するVVT５６を設ける。硫黄被毒の影響を受ける排気浄化触媒４６を配置する。排気系に燃料を添加する燃料添加弁４４を設ける。高負荷領域で硫黄被毒再生要求が生じた場合は、排気系に燃料を添加すると共に、排気弁開弁時期VEOを遅角させる。【選択図】図１
2008144596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気弁の開弁時期を調整可能な排気可変動弁機構と、
排気ガス中のNOxを浄化し、かつ、硫黄被毒することでNOx浄化能力が低下するNOx触媒と、
排気ガスの空燃比が硫黄被毒再生可能となる所定空燃比となるように、前記NOx触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記排気弁の開弁時期を下死点前の領域で遅角させる排気弁遅角手段と、
内燃機関の運転状態が、前記燃料供給手段による燃料供給と前記排気弁遅角手段による遅角とにより硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる第１負荷領域に属していることを判断する第１負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記第１負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記燃料供給手段に燃料供給の指令を与え、かつ、前記排気弁遅角手段に排気弁開弁時期遅角の指令を与える第１指令手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
吸気弁の閉弁時期を調整可能な吸気可変動弁機構と、
排気ガス中のNOxを浄化し、かつ、硫黄被毒することでNOx浄化能力が低下するNOx触媒と、
前記吸気弁の閉弁時期を下死点後の領域で遅角させる吸気弁遅角手段と、
内燃機関の運転状態が、前記吸気弁遅角手段による遅角により硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる負荷領域に属していることを判断する負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記吸気弁遅角手段に吸気弁閉弁時期遅角の指令を与える指令手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
前記吸気弁遅角手段に前記吸気弁閉弁時期遅角の指令が与えられる状況下で、前記EGR制御手段に、排気ガス再循環量増量の指令を与えるEGR増加指令手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気ガス中のNOxを浄化し、かつ、硫黄被毒することでNOx浄化能力が低下するNOx触媒と、
燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
内燃機関の運転状態が、前記スワールの強化と排気ガス再循環量の増量とにより硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる負荷領域に属していることを判断する負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記スワール強化手段にスワール強化の指令を与え、かつ、前記EGR制御手段に排気ガス再循環量増量の指令を与える指令手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
吸気弁の閉弁時期を調整可能な吸気可変動弁機構と、
前記吸気弁の閉弁時期を下死点後の領域で遅角させる吸気弁遅角手段と、
内燃機関の運転状態が、前記燃料供給手段による燃料供給と前記排気弁遅角手段による遅角と前記吸気弁遅角手段による遅角とにより硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる第２負荷領域に属していることを判断する第２負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記第２負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記燃料供給手段に燃料供給の指令を与え、前記排気弁遅角手段に排気弁開弁時期遅角の指令を与え、かつ、前記吸気弁遅角手段に吸気弁閉弁時期遅角の指令を与える第２指令手段と、
を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浄化装置。
【請求項６】
吸気弁の閉弁時期を調整可能な吸気可変動弁機構と、
前記吸気弁の閉弁時期を下死点後の領域で遅角させる吸気弁遅角手段と、
機関回転数を検出する回転数検出手段と、を備え、
前記第１指令手段は、内燃機関の運転状態が前記第１負荷領域のうち所定の高回転領域に属している状況下では、前記燃料供給手段に対する燃料供給の指令及び前記排気弁遅角手段に対する排気弁開弁時期遅角の指令を、前記吸気弁遅角手段に対する吸気弁閉弁時期遅角の指令に切り替える指令切り換え手段を備えることを特徴とする請求項１又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
内燃機関の運転状態が、前記燃料供給手段による燃料供給と前記排気弁遅角手段による遅角と前記スワール強化と前記排気ガス再循環量の増加とにより硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる第２負荷領域であることを判断する第２負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記第２負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記燃料供給手段に燃料供給の指令を与え、前記排気弁遅角手段に排気弁開弁時期遅角の指令を与え、前記スワール強化手段にスワール強化の指令を与え、かつ、前記EGR制御手段に排気ガス再循環量増量の指令を与える第２指令手段と、
を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浄化装置。
【請求項８】
燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
機関回転数を検出する回転数検出手段と、を備え、
前記第１指令手段は、内燃機関の運転状態が前記第１負荷領域のうち所定の高回転領域に属している状況下では、前記燃料供給手段に対する燃料供給の指令及び前記排気弁遅角手段に対する排気弁開弁時期遅角の指令を、前記スワール強化手段に対するスワール強化の指令及び前記EGR制御手段に対する排気ガス再循環量増量の指令に切り替える指令切り換え手段を備えることを特徴とする請求項１又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
高地か否かを判断する高地判断手段と、を備え、
前記第１指令手段は、高地と判断される状況下では、前記燃料供給手段に対する燃料供給の指令及び前記排気弁遅角手段に対する排気弁開弁時期遅角の指令を、前記スワール強化手段に対するスワール強化の指令及び前記EGR制御手段に対する排気ガス再循環量増量の指令に切り替える指令切り換え手段を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浄化装置。
【請求項１０】
燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
高地か否かを判断する高地判断手段と、を備え、
前記指令手段は、高地と判断される状況下では、前記吸気弁遅角手段に対する吸気弁閉弁時期遅角の指令を、前記スワール強化手段に対するスワール強化の指令及び前記EGR制御手段に対する排気ガス再循環量増量の指令に切り替える指令切り換え手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、排気ガス中のNOx浄化に好適な内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特開２００２−１２２０１９号公報に開示されるように、NOx吸蔵触媒を備えた内燃機関が知られている。内燃機関の排気ガス中には、空燃比がリーン化されるほどNOxが含まれやすい。このため、リーン空燃比を常用するディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関においては、排気ガスに含まれるNOxを効率よく浄化することが必要である。
【０００３】
NOx吸蔵触媒は、排気ガス中に含まれるNOxを一時的に吸蔵することができる。このため、上記従来の構成のように、内燃機関の排気通路にNOx吸蔵触媒を配置すれば、リーン空燃比が常用される状況下でも、排気ガスを清浄に保つことができる。
【０００４】
NOx吸蔵触媒によるNOx浄化率は、NOx吸蔵量が増えるに従って低下する。他方、NOx吸蔵触媒に、還元剤（燃料）を含むガス、つまり、燃料リッチな排気ガスを供給すると、吸蔵されていたNOxが放出され、かつ、還元されることによりN2及びCO2となる。このため、上記従来の構成によれば、所謂リッチスパイク制御を行うことにより、NOx吸蔵触媒のNOx吸蔵能力を回復させることができる。
【０００５】
内燃機関の排気ガス中には、NOx等の成分と共にSOxが含まれている。NOx吸蔵触媒は、NOxを吸蔵するのと同様のメカニズムによってSOxをも吸蔵する。そして、NOx吸蔵触媒のNOx浄化率は、SOxの吸蔵量が増えるに従って低下する。SOxの吸蔵に起因してNOx吸蔵率が低下する現象は、NOx吸蔵触媒の「硫黄被毒」と称される。
【０００６】
NOx吸蔵触媒の能力を十分に発揮させるためには、SOxの吸蔵量がある程度の量に達する毎に、SOxの還元を図り、NOx吸蔵触媒を硫黄被毒の状態から再生させる必要がある。SOxは、NOxに比して安定であり、硫黄被毒からの再生を図るためには、NOx吸蔵触媒の温度を硫黄被毒再生温度（６００〜７００℃）に上昇させたうえで、NOx吸蔵触媒にスライトリッチ（理論空燃比、或いは理論空燃比より僅かにリッチな空燃比）なガスを供給することが必要である。
【０００７】
NOx吸蔵触媒の温度は、その上流に燃料を添加して、排気通路中で燃料を燃焼させることにより上昇させることができる。また、リーン空燃比を常用する内燃機関において、NOx吸蔵触媒の上流に燃料を添加すれば、NOx吸蔵触媒に流れ込むガスの空燃比をスライトリッチにすることも可能である。
【０００８】
しかしながら、NOx吸蔵触媒の上流に闇雲に燃料が添加されるとすれば、NOx吸蔵触媒の温度が硫黄被毒再生温度を通り越し、不必要に高温となる事態が生じ得る。上記従来の内燃機関は、このような事態の発生を防ぐため、硫黄被毒からの再生が要求される場合に、NOx吸蔵触媒の床温を推定し、その床温に基づいて排気系への燃料添加を制御することとしている。このような手法によれば、NOx吸蔵触媒の過熱を有効に防ぐことができる。
【特許文献１】特開２００２−１２２０１９号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１６６３号公報
【特許文献３】特開２００５−４８６９２号公報
【特許文献４】特開２００３−１３７２６号公報
【特許文献５】特開平１０−１４１１４８号公報
【特許文献６】特開平７−４２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、内燃機関から排出される排気ガスの温度は、内燃機関の運転状態に応じて変化する。具体的には、その運転状態が高負荷になるほど、その温度は高温となる。他方、内燃機関に供給される混合気の空燃比は、内燃機関の運転状態に応じてさほど変化しないのが通常である。このため、高負荷領域では、空燃比がリーンであり、かつ、排気ガスの温度が高い状態が形成される。
【００１０】
このような高負荷領域においては、空燃比をスライトリッチにするために排気系に燃料を添加すると、NOx吸蔵触媒の温度が硫黄被毒再生温度を超える事態が生ずる。上記従来の内燃機関においては、この場合、燃料の添加が禁止、或いは抑制されることになる。従って、上記従来の内燃機関では、高負荷領域では硫黄被毒再生条件を満たすことができず、その条件を満たせる運転領域を必ずしも広く確保することができなかった。
【００１１】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、広い運転領域の下で硫黄被毒再生条件を満たすことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
排気弁の開弁時期を調整可能な排気可変動弁機構と、
排気ガス中のNOxを浄化し、かつ、硫黄被毒することでNOx浄化能力が低下するNOx触媒と、
排気ガスの空燃比が硫黄被毒再生可能となる所定空燃比となるように、前記NOx触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記排気弁の開弁時期を下死点前の領域で遅角させる排気弁遅角手段と、
内燃機関の運転状態が、前記燃料供給手段による燃料供給と前記排気弁遅角手段による遅角とにより硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる第１負荷領域に属していることを判断する第１負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記第１負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記燃料供給手段に燃料供給の指令を与え、かつ、前記排気弁遅角手段に排気弁開弁時期遅角の指令を与える第１指令手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第２の発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、
吸気弁の閉弁時期を調整可能な吸気可変動弁機構と、
排気ガス中のNOxを浄化し、かつ、硫黄被毒することでNOx浄化能力が低下するNOx触媒と、
前記吸気弁の閉弁時期を下死点後の領域で遅角させる吸気弁遅角手段と、
内燃機関の運転状態が、前記吸気弁遅角手段による遅角により硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる負荷領域に属していることを判断する負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記吸気弁遅角手段に吸気弁閉弁時期遅角の指令を与える指令手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第３の発明は、第２の発明において、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
前記吸気弁遅角手段に前記吸気弁閉弁時期遅角の指令が与えられる状況下で、前記EGR制御手段に、排気ガス再循環量増量の指令を与えるEGR増加指令手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第４の発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、
排気ガス中のNOxを浄化し、かつ、硫黄被毒することでNOx浄化能力が低下するNOx触媒と、
燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
内燃機関の運転状態が、前記スワールの強化と排気ガス再循環量の増量とにより硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる負荷領域に属していることを判断する負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記スワール強化手段にスワール強化の指令を与え、かつ、前記EGR制御手段に排気ガス再循環量増量の指令を与える指令手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第５の発明は、第１の発明において、
吸気弁の閉弁時期を調整可能な吸気可変動弁機構と、
前記吸気弁の閉弁時期を下死点後の領域で遅角させる吸気弁遅角手段と、
内燃機関の運転状態が、前記燃料供給手段による燃料供給と前記排気弁遅角手段による遅角と前記吸気弁遅角手段による遅角とにより硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる第２負荷領域に属していることを判断する第２負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記第２負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記燃料供給手段に燃料供給の指令を与え、前記排気弁遅角手段に排気弁開弁時期遅角の指令を与え、かつ、前記吸気弁遅角手段に吸気弁閉弁時期遅角の指令を与える第２指令手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第６の発明は、第１又は第５の発明において、
吸気弁の閉弁時期を調整可能な吸気可変動弁機構と、
前記吸気弁の閉弁時期を下死点後の領域で遅角させる吸気弁遅角手段と、
機関回転数を検出する回転数検出手段と、を備え、
前記第１指令手段は、内燃機関の運転状態が前記第１負荷領域のうち所定の高回転領域に属している状況下では、前記燃料供給手段に対する燃料供給の指令及び前記排気弁遅角手段に対する排気弁開弁時期遅角の指令を、前記吸気弁遅角手段に対する吸気弁閉弁時期遅角の指令に切り替える指令切り換え手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第７の発明は、第１の発明において、
燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
内燃機関の運転状態が、前記燃料供給手段による燃料供給と前記排気弁遅角手段による遅角と前記スワール強化と前記排気ガス再循環量の増加とにより硫黄被毒再生条件を満たすことが可能となる第２負荷領域であることを判断する第２負荷領域判断手段と、
内燃機関の運転状態が前記第２負荷領域に属している状況下で前記NOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、前記燃料供給手段に燃料供給の指令を与え、前記排気弁遅角手段に排気弁開弁時期遅角の指令を与え、前記スワール強化手段にスワール強化の指令を与え、かつ、前記EGR制御手段に排気ガス再循環量増量の指令を与える第２指令手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、第８の発明は、第１又は第７の発明において、燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
機関回転数を検出する回転数検出手段と、を備え、
前記第１指令手段は、内燃機関の運転状態が前記第１負荷領域のうち所定の高回転領域に属している状況下では、前記燃料供給手段に対する燃料供給の指令及び前記排気弁遅角手段に対する排気弁開弁時期遅角の指令を、前記スワール強化手段に対するスワール強化の指令及び前記EGR制御手段に対する排気ガス再循環量増量の指令に切り替える指令切り換え手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、第９の発明は、第１の発明において、
燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
高地か否かを判断する高地判断手段と、を備え、
前記第１指令手段は、高地と判断される状況下では、前記燃料供給手段に対する燃料供給の指令及び前記排気弁遅角手段に対する排気弁開弁時期遅角の指令を、前記スワール強化手段に対するスワール強化の指令及び前記EGR制御手段に対する排気ガス再循環量増量の指令に切り替える指令切り換え手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、第１０の発明は、第２の発明において、
燃焼室内のスワールを強化するスワール強化手段と、
排気ガス再循環量を制御するEGR制御手段と、
高地か否かを判断する高地判断手段と、を備え、
前記指令手段は、高地と判断される状況下では、前記吸気弁遅角手段に対する吸気弁閉弁時期遅角の指令を、前記スワール強化手段に対するスワール強化の指令及び前記EGR制御手段に対する排気ガス再循環量増量の指令に切り替える指令切り換え手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
第１の発明によれば、内燃機関の運転状態が第１負荷領域に属している状況下でNOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、NOx触媒に燃料を添加しつつ、排気弁の開弁時期を下死点前の領域で遅角させることができる。排気弁の開弁時期が下死点前で遅角されると、筒内で消費されるエネルギが増し、排気エネルギが減る分だけ、NOx吸蔵触媒の温度上昇を抑えることができる。このため、本発明によれば、排気系に燃料を添加するだけでは、NOx吸蔵触媒の温度が硫黄被毒再生温度を超えてしまう高負荷高回転領域で、硫黄被毒再生条件を満たすことができる。
【００２３】
第２の発明によれば、内燃機関の運転状態が所定の負荷領域に属している状況下でNOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、吸気弁の閉弁時期を下死点後の領域で遅角させることができる。吸気弁の閉弁時期が下死点後で遅角されると、筒内から吸気通路へ空気の逆流が生じ、実圧縮比が低下する。実圧縮比が低下すれば、燃料噴射量が増量されなくても排気空燃比はリッチ化する。燃料噴射量が増えなければ排気空燃比がリッチ化されても、排気温度はさほど上昇しない。このため、本発明によれば、排気系に燃料を添加するだけでは、NOx吸蔵触媒の温度が硫黄被毒再生温度を超えてしまう高負荷高回転領域で、硫黄被毒再生条件を満たすことができる。
【００２４】
第３の発明によれば、吸気弁の閉弁時期が下死点後の領域で遅角される際に、排気ガス再循環量を増やすことができる。吸気弁の閉弁時期が下死点後の領域で遅角されると、実圧縮比は低下する。排気ガス中のスモークは、実圧縮比が低下するほど発生し難くなる。また、筒内で発生するスモークが少量であれば、排気ガス再循環量を増やしても、排ガス中のスモーク量を許容値に収めることができる。そして、排気ガス再循環量を増やせば、燃料噴射量を増やすことなく排気空燃比をリッチ化することができる。このため、本発明によれば、排気ガス中のスモーク量を許容値に収めつつ、排気温度を上昇させることなく、更なる空燃比のリッチ化を図ることができる。従って、本発明によれば、第２の発明の場合に比して、更に高負荷高回転の領域において、硫黄被毒再生条件を満たすことができる。
【００２５】
第４の発明によれば、内燃機関の運転状態が所定の負荷領域に属している状況下でNOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、燃焼室のスワールを強化したうえで排気ガス再循環量を増やすことができる。スワールが強化されると、部分的に燃料の濃い領域がなくなることからスモークが発生し難くなる。従って、スワールを強化して排気ガス再循環量を増やすと、排気ガス中のスモーク量を許容値に収めつつ、排気温度を上げることなく排気空燃比をリッチ化することができる。このため、本発明によれば、排気系に燃料を添加するだけでは、NOx吸蔵触媒の温度が硫黄被毒再生温度を超えてしまう高負荷高回転領域で、硫黄被毒再生条件を満たすことができる。
【００２６】
第５の発明によれば、内燃機関の運転状態が第２負荷領域に属している状況下でNOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、NOx触媒に燃料を添加しつつ、排気弁の開弁時期を下死点前の領域で遅角させ、かつ、吸気弁の閉弁時期を下死点後の領域で遅角させることができる。つまり、本発明によれば、第２負荷領域においては、排気弁の開弁時期を遅角することで排気エネルギの減少を図りつつ、吸気弁の閉弁時期を遅角することで燃料の増量なしに排気ガスをリッチ化することができる。このため、本発明によれば、硫黄被毒再生条件を満たし得る領域を、第１の発明又は第２の発明の場合に比して更に高負荷高回転領域側に拡大することができる。
【００２７】
第６の発明によれば、内燃機関の運転状態が第１負荷領域のうち機関回転数が高い領域に属している場合には、硫黄被毒再生条件を成立させるため、NOx吸蔵触媒への燃料添加と排気弁開弁時期の遅角とが指令される。他方、第１負荷領域でも、機関回転数が高回転判定値を超えている場合には、それらの指令に代えて、吸気弁閉弁時期の遅角が指令される。吸気弁の開弁時期の遅角は、実圧縮比の低下を招くため、内燃機関の燃費特性を悪化させる要因となる。一方、排気弁の開弁時期の遅角は、排気ロスの低減につながるため、低回転領域では燃費特性の悪化要因にはならない。ところが、高回転領域で排気弁の開弁時期が遅角されると、排気ガスが十分に排出できなくなり内燃機関の安定性が損なわれる事態が生じ得る。本発明によれば、低回転領域では排気弁の開弁時期遅角により、燃費特性を損なわずに硫黄被毒再生条件を満たすことができる。また、高回転領域では、吸気弁の閉弁時期遅角により、排気不足による運転状態の悪化を避けながら硫黄被毒再生条件を満たすことができる。
【００２８】
第７の発明によれば、内燃機関の運転状態が第２負荷領域に属している状況下でNOx触媒の硫黄被毒再生要求が生じた場合に、NOx触媒に燃料を添加しつつ、排気弁の開弁時期を下死点前の領域で遅角させ、かつ、筒内のスワールを強化しつつ排気ガス再循環量を増量させることができる。つまり、本発明によれば、第２負荷領域においては、排気弁の開弁時期を遅角することで排気エネルギの減少を図りつつ、スワール強化と排気ガス再循環量の増量により燃料の増量なしに排気ガスをリッチ化することができる。このため、本発明によれば、硫黄被毒再生条件を満たし得る領域を、第１の発明又は第２の発明の場合に比して更に高負荷高回転領域側に拡大することができる。
【００２９】
第８の発明によれば、内燃機関の運転状態が第１負荷領域のうち機関回転数が高い領域に属している場合には、硫黄被毒再生条件を成立させるため、NOx吸蔵触媒への燃料添加と排気弁開弁時期の遅角とが指令される。他方、第１負荷領域でも、機関回転数が高回転判定値を超えている場合には、それらの指令に代えて、スワール強化と排気ガス再循環量の増量が指令される。高負荷高回転領域でのスワール強化は、ポンプロスの増大を招くため、内燃機関の燃費特性を悪化させる要因となる。このため、回転数が低い領域では、硫黄被毒再生条件を満たす方法として、スワール強化を採用するよりも、排気弁の開弁時期遅角を採用することが望ましい。他方、高回転領域では、排気が不十分となるのを避ける意味で、その方法として、スワール強化を採用することが望ましい。本発明によれば、これら２つの要求に応えつつ、第１負荷領域において、硫黄被毒再生条件を適切に満たすことができる。
【００３０】
第９の発明によれば、高地において硫黄被毒再生要求が生じた場合は、NOx吸蔵触媒への燃料添加及び排気弁の開弁時期遅角に代えて、スワール強化及び排気ガス再循環量の増量が指令される。高地では、空気の密度が下がるため、排気弁の開弁時期が排気エネルギに与える影響が小さくなる。このため、高地においては、排気弁の開弁時期遅角によっては硫黄被毒再生条件が満足できない事態が生じ得る。一方、スワール強化及び排気ガス再循環量の増量が、排気空燃比のリッチ化に与える影響は、空気の密度によりさほど変化しない。このため、高地では、スワール強化の方が、排気弁開弁時期の遅角に比して、硫黄被毒再生条件の成立領域の拡大を図る方法として有効である。従って、本発明によれば、高地における硫黄被毒再生処理を容易化することができる。
【００３１】
第１０の発明によれば、高地において硫黄被毒再生要求が生じた場合は、吸気弁の閉弁時期の遅角に代えて、スワール強化及び排気ガス再循環量の増量が指令される。高地では、空気の密度が下がるため、吸気弁の閉弁時期が実圧縮比に与える影響、つまり、排気空燃比に与える影響が小さくなる。このため、高地においては、吸気弁の閉弁時期遅角によっては硫黄被毒再生条件が満足できない事態が生じ得る。このため、高地では、スワール強化の方が、吸気弁閉弁時期の遅角に比して、硫黄被毒再生条件の成立領域の拡大を図る方法として有効である。従って、本発明によれば、高地における硫黄被毒再生処理を容易化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、ターボチャージャ１２を備える４気筒式のディーゼル機関である。
【００３３】
ターボチャージャ１２は、吸気通路１４に配置されるコンプレッサ１６と、排気通路１８に配置されるタービン２０を備えている。吸気通路１４には、コンプレッサ１６の上流側に、吸入空気量Gaを計測するエアフロメータ２２が配置されている。また、コンプレッサ１６の下流には、スロットル弁２４が配置されている。
【００３４】
吸気通路１４は、吸気マニホールド２６を介して内燃機関１０の４つの気筒に連通している。また、４つの気筒は、排気マニホールド２８を介して排気通路１８に連通している。吸気系と排気系との間には、排気ガスを吸気系に還流させるためのEGR(Exhaust Gas Recirculation)通路３０並びにEGR弁３２が配置されている。
【００３５】
内燃機関１０が備える４つの気筒には、それぞれ、それらの内部に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁３４が組み込まれている。それらの燃料噴射弁３４には、コモンレール３６を介して燃料ポンプ３８が接続されている。燃料ポンプ３８には、更に、遮断弁４０を介して燃料通路４２が連通している。燃料通路４２は、燃料添加弁４４に連通している。燃料添加弁４４は、排気通路１８に配置されており（本実施形態ではタービン２０の上流）、排気通路１８の内部に燃料を直接噴射することができる。
【００３６】
タービン２０の下流において、排気通路１８には、排気浄化触媒４６が組み込まれている。本実施形態では、排気浄化触媒４６として、DPNR(Diesel Particulate NOx Reduction)触媒を用いている。排気浄化触媒４６は、排気ガス中の微粒子を捕集するとともに、排気ガス中のNOxを吸蔵することができる。
【００３７】
排気浄化触媒４６の上流側には、入ガス温度センサ４８及び空燃比センサ５０が配置されている。入ガス温度センサ４８によれば、排気浄化触媒４６に流れ込む排気ガスの温度を計測することができる。また、空燃比センサ５０によれば、排気浄化触媒４６に流れ込むガスの空燃比を検知することができる。
【００３８】
排気浄化触媒４６の下流側には、出ガス温度センサ５２が配置されている。出ガス温度センサ５２によれば、排気浄化触媒４６から流出してくる排気ガスの温度、つまり、排気浄化触媒４６の温度を計測することができる。
【００３９】
内燃機関１０は、回転数センサ５５を備えている。回転数センサ５５は、機関回転数Neに応じた信号を出力するセンサである。内燃機関１０には、また、可変動弁機構（VVT）５６が組み込まれている（図１には、便宜上、「VVT」と記載したブロックを示す）。本実施形態において、VVT５６は、各気筒に配置されている排気弁の開弁時期を変化させる機能を有している。
【００４０】
図１に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit) ６０を備えている。ECU６０には、上述した各種のセンサやアクチュエータが接続されている。ECU６０は、それらのセンサの出力に基づいて、燃料噴射弁３４や燃料添加弁４４、更には、VVT５６やEGR弁３２などの状態を制御することができる。
【００４１】
［実施の形態１の特徴］
排気浄化触媒４６は、排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵することができる。排気浄化触媒４６のNOx吸蔵能力は、NOxの吸蔵量が増えるに従って低下する。排気浄化触媒４６は、排気空燃比をリッチにすることでNOxを放出し（放出されたNOxは還元されてN2となる）、NOx吸蔵能力を回復する。このため、本実施形態のシステムは、排気浄化触媒４６へのNOx吸蔵量がある程度の量に達すると、空燃比を一時的にリッチ状態とする制御（リッチスパイク制御）を実行する。
【００４２】
排気浄化触媒４６は、NOxを吸蔵するのと同様のメカニズムによって、排気ガス中の硫黄酸化物（SOx）をも吸蔵する。排気浄化触媒４６のNOx吸蔵能力は、SOxの吸蔵量が増すことによっても低下する。また、SOxは、NOxに比して安定であるため、排気浄化触媒４６は、リッチスパイク制御が実行されてもSOxを放出しない。その結果、排気浄化触媒４６においては、いわゆる「硫黄被毒」によるNOx吸蔵能力の低下が生ずる。
【００４３】
硫黄被毒した排気浄化触媒４６のNOx吸蔵能力は、排気浄化触媒４６を所定の再生温度（例えば６００℃程度）まで加熱した状態で、排気空燃比を理論空燃比又は理論空燃比に比して僅かにリッチな空燃比に維持することにより回復させることができる。以下、この制御を「硫黄被毒再生制御」と称す。また、硫黄被毒再生制御の実行中に実現するべき空燃比を「スライトリッチ」と称し、その制御中に実現するべき排気浄化触媒４６の温度条件と排気空燃比の条件とを併せて「被毒再生条件」と称する。
【００４４】
ディーゼル機関は、リーン空燃比の条件で運転されるのが通常である。この場合、例えば排気ガスに燃料を添加することにより、空燃比をスライトリッチとすることができる。また、排気系燃料添加が行われると、排気浄化触媒４６の内部で燃料が反応し、その温度が上昇する。このため、燃料添加の開始時点で、排気浄化触媒４６が被毒再生温度より適度に低温であれば、排気系に燃料を添加することで、空燃比をスライトリッチまでリッチ化しつつ、被毒再生温度の条件をも満たすことが可能である。
【００４５】
図２は、排気系への燃料添加によって被毒再生条件を満たすことのできる運転領域を、機関回転数Neとトルクとの関係で表した図である。以下、この領域を「Ａ領域」と称す。つまり、本実施形態のシステムは、内燃機関１０がＡ領域で運転されている状況下で被毒再生要求が生じた場合には、燃料添加弁４４によって適量の燃料を排気系に添加することにより、被毒再生条件を満たすことが可能である。
【００４６】
しかしながら、被毒再生要求の発生時に、内燃機関１０が、例えばＡ領域より高負荷領域で運転されていた場合には、排気空燃比をスライトリッチまでリッチ化すれば、排気浄化触媒４６の温度が被毒再生温度を超えてしまう。また、その温度を被毒再生温度に合わせようとすれば、排気空燃比がスライトリッチまでリッチ化できない事態が生ずる。このように、本実施形態のシステムでは、内燃機関１０がＡ領域より高負荷の領域で運転している場合には、排気系燃料添加によって被毒再生条件を満たすことができない。
【００４７】
本実施形態のシステムは、上述した通り、排気弁の開弁時期を可変とするVVT５６を備えている。図３は、本実施形態において実現される通常の排気弁開弁動作（破線）と、遅角時の排気弁開弁動作（実線）を例示した図である。図３に示す例によれば、遅角時の動作では、排気弁の開弁時期VEOが、通常動作時に比して、下死点BDC前の領域で遅角されている。
【００４８】
排気弁は、爆発行程に続いて開弁される。すなわち、排気弁が開弁するまでは、筒内が閉じた空間となり、その中で混合気の燃焼が進められる。このため、排気弁の開弁に伴って筒内から排出される未燃成分の割合は、排気弁の開弁時期が遅いほど少量となる。排気ガスの温度は、筒内から排出される未燃成分が多いほど上昇し易い。従って、排気弁の開弁時期VEOを遅角して未燃成分の排出量を抑えることは、排気ガスの温度を下げる方法として有効である。
【００４９】
他方、ピストンが下死点BDCを超える段階まで排気弁が閉じていると、筒内でガスの圧縮が始まり、排気ガスの温度が上昇する。このため、排気ガスの温度を下げるうえでは、排気弁の開弁時期VEOを、下死点BDC前の領域で遅角させることが有効である。
【００５０】
本実施形態のシステムは、上述した通り、内燃機関１０がＡ領域より高負荷の領域で運転している場合には、排気系燃料添加の手法で被毒再生条件を満たすことはできない。ところが、このような状況下でも、排気ガスの温度を十分に下げることができれば、排気浄化触媒４６が被毒再生温度を超えるのを防ぎつつ、排気空燃比をスライトリッチまでリッチ化させること、つまり、被毒再生条件を満たすことが可能となる。
【００５１】
図４は、排気弁開弁時期VEOの遅角を併用することで、被毒再生条件を満たすのに必要な排気ガスの温度低下を発生させ得る領域（以下、「Ｂ領域」と称す）を、上述したＡ領域と共に示した図である。すなわち、Ｂ領域は、Ａ領域より高負荷であるため、Ｂ領域での運転中は、Ａ領域での運転中に比して排気ガス温度が高くなる。ところが、本実施形態のシステムによれば、その温度の差は、排気弁開弁時期VEOの遅角によって相殺することが可能である。そこで、本実施形態では、Ｂ領域での運転中に被毒再生要求が生じた場合には、排気系燃料添加の制御と組み合わせて、排気弁開弁時期VEOの遅角制御を行うこととした。
【００５２】
［実施の形態１における具体的処理］
図５は、本実施形態においてECU６０が実行する処理の内容を説明するためのフローチャートである。図５に示すルーチンでは、先ず、排気浄化触媒４６の硫黄被毒再生要求が生じているか否かが判断される（ステップ１００）。ECU６０は、例えば前回の再生処理実行時からの走行距離や時間が所定値に達した場合に、硫黄被毒再生要求の発生を判断する。本ステップ１００において、その要求が生じていないと判断された場合は、そのまま今回の処理サイクルが終了される。
【００５３】
一方、硫黄被毒再生要求が生じていると判断された場合は、次に、内燃機関１０が、上述したＡ領域で運転されているかが判断される（ステップ１０２）。ECU６０は、図４に示すＡ領域及びＢ領域を、機関回転数Neと機関トルクとの関係で定めたマップを記憶している。機関回転数Neは、回転数センサ５５の出力に基づいて検知することができる。機関トルクは、主として燃料噴射量により決定される。ECU６０は、図５に示すルーチンとは別のルーチンにより、内燃機関１０に対する燃料噴射量を算出している。このため、ECU６０は、機関回転数Ne及び機関負荷の双方を検知することができる。本ステップ１０２では、具体的には、このようにして検知した機関トルク及び機関負荷の組み合わせが、マップ中のＡ領域に属しているか否かが判断される。
【００５４】
上記ステップ１０２の処理により、内燃機関１０がＡ領域で運転されていると判断された場合は、排気系に適量の燃料を添加することで被毒再生条件が充足できると判断できる。この場合は、以後、既定の規則に従って燃料添加弁４４を駆動することにより、排気系燃料添加を行う（ステップ１０４）。その結果、排気空燃比がスライトリッチとなり、かつ、排気浄化触媒４６が被毒再生温度に昇温され、排気情感触媒４６の被毒再生が開始される。以後、被毒再生に必要な時間が経過すると、被毒再生制御の終了が判定され、通常運転への復帰が図られる。
【００５５】
上記ステップ１０２において、内燃機関１０がＡ領域内で運転されていないと判断された場合は、次に、その運転が、上述したＢ領域内で行われているかが判断される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、ステップ１０２の場合と同様に、機関回転数Neと機関トルクとの組み合わせが、マップに記憶されているＢ領域に属しているかが判断される。その結果、内燃機関１０の運転がＢ領域内で実行されていないと判断された場合は、そのまま今回の処理サイクルが終了される。
【００５６】
他方、内燃機関１０がＢ領域で運転されていると判断された場合は、以後、排気系燃料添加と排気弁開弁時期VECの遅角との組み合わせによる被毒再生制御が実行される。ここでは、先ず、排気浄化触媒４６を、被毒再生温度（例えば６００℃）の直前の第２目標温度（例えば５５０℃）に昇温させるための処理が行われる（ステップ１０８）。具体的には、本ステップ１０８では、以下のような処理が実行される。
【００５７】
１．出ガス温度センサ５０の出力に基づいて、排気浄化触媒４６の現在の温度が検知される。
２．現在の温度（例えば３００℃）と、第２目標温度（例えば５５０℃）との差ΔTが算出される。
３．排気浄化触媒４６をΔTだけ昇温させるのに必要な燃料添加量が算出される。ECU６０は、排気浄化触媒４６の現在温度や吸入空気量Gaとの関係で、ΔTの昇温に必要な燃料添加量を定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップを参照することで必要な燃料添加量が算出される。
４．算出された燃料添加量が、排気系に噴射されるように、燃料添加弁４４が駆動される。
【００５８】
以上の処理が行われることにより、排気浄化触媒４６の温度を、精度良く第２目標温度まで昇温させることができる。また、第２目標温度を被毒再生温度より低温に設定しているため、上記の処理によれば、この段階で排気浄化触媒４６が過熱状態となるのを確実に防ぐことができる。
【００５９】
上記ステップ１０８の処理が終わると、次に、排気浄化触媒４６の温度が第２目標温度に達したか否かが判断される（ステップ１１０）。具体的には、出ガス温度センサ５０の出力値が、第２目標温度に対応する値に到達したか否かが判別される。その結果、排気浄化触媒４６が、未だ第２目標温度に達していないと判断された場合は、再びステップ１０８の処理が実行される。
【００６０】
上記ステップ１１０において、排気浄化触媒４６の温度が第２目標温度に達していると判別された場合は、次に、排気空燃比をスライトリッチにするための燃料添加量（A/Fストイキ狙い添加量）が計算される（ステップ１１２）。ここでは、先ず、空燃比センサ５２の出力に基づいて、現在の排気空燃比が検知される。ECU６０は、この空燃比と、エアフロメータ２２により取得される吸入空気量Gaとから、排気空燃比をスライトリッチまでリッチ化するのに必要な燃料添加量を算出する。
【００６１】
上記の処理が終わると、次に、排気弁開弁時期VEOの遅角処理が行われる（ステップ１１４）。ここでは、具体的には、以下に説明する処理が実行される。
１．ステップ１１２において算出された量の燃料が添加されることにより排気浄化触媒４６に生ずる上昇温度が推定される。
２．推定した上昇温度に基づいて、上昇後の温度を被毒再生温度に抑えるために必要な排気弁の開弁時期VEOが計算される。
３．ステップ１１２で算出された量の燃料が添加されるように燃料添加弁４４が駆動されると共に、上記２の処理で計算された閉弁時期VEOが実現されるようにVVT５６が駆動される。
【００６２】
上記の処理が終わると、次に、被毒再生条件が成立したか、つまり、排気浄化触媒４６の温度が被毒再生温度に達し、かつ、排気空燃比がスライトリッチになっているかが判別される（ステップ１１６）。その結果、被毒再生条件が成立していないと判別された場合は、上記ステップ１１４以降の処理が繰り返される。他方、被毒再生条件の成立が認められると、今回の処理サイクルが終了される。この場合、以後、被毒再生に必要な時間が経過すると、被毒再生制御の終了が判定され、通常運転への復帰が図られる。
【００６３】
以上説明した通り、図５に示すルーチンによれば、排気弁開弁時期VEOの遅角を併用することにより、硫黄被毒再生条件を満たすことのできる運転領域を、Ａ領域から、Ａ領域及びＢ領域に拡大することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、排気系燃料添加のみで硫黄被毒の再生を図るシステムに比して、より高い自由度の下に硫黄被毒再生制御を実行することが可能である。
【００６４】
ところで、上述した実施の形態１では、排気浄化触媒４６として、DPNRを用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、排気浄化触媒４６は、硫黄被毒によってNOx吸蔵能力の低下する触媒再生が必要な触媒であれば足り、その要件が満たされる限り他のNOx吸蔵触媒であってもよい。
【００６５】
また、上述した実施の形態１では、ステップ１１４において排気弁閉弁時期VEOの遅角量を算出することとしているが、その算出の手法は、上記の手法に限定されるものではない。すなわち、内燃機関１０がＢ領域で運転されている場合に、被毒再生条件を満たすために必要な排気弁遅角量は、排気系への燃料添加量と、吸入空気量Gaとの関係で、図６に示すように表すことができる。このため、ECU６０に、図６に示す関係をマップとして記憶させておき、ステップ１１４では、そのマップを参照して、燃料添加量と吸入空気量Gaとに基づいて排気弁開弁時期VEOの遅角量を算出することとしてもよい。
【００６６】
また、上述した実施の形態１では、燃料添加弁４４を用いて排気系への燃料添加を行うこととしているが、燃料添加の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、排気系への燃料添加は、いわゆるポスト噴射などによって、燃料噴射弁３４から噴射した燃料を未燃焼のまま排気通路１８に吹き抜けさせることにより実現することとしてもよい。
【００６７】
また、上述した実施の形態１では、Ｂ領域で被毒再生要求が生じた場合に、排気浄化触媒４６の温度を第２目標温度まで上昇させた後に排気弁開弁時期VEOの遅角を併用した被毒再生制御を実行することとしているが、加熱の過程を２段階に分けることは、必ずしも必須ではない。具体的には、図５に示すルーチン中、ステップ１０８及び１１０を省略して、ステップ１０６においてＢ領域であることが判別された場合は、その後即座にステップ１１２以降の処理を実行することとしてもよい。
【００６８】
尚、上述した実施の形態１においては、VVT５６が前記第１の発明における「排気可変動弁機構」に、排気浄化触媒４６が前記第１の発明における「NOx触媒」に、燃料添加弁４４が前記第１の発明における「燃料供給手段」に、Ｂ領域が前記第１の発明における「第１負荷領域」に、それぞれ相当している。また、VVT５６が、上記ステップ１１４で発せられる指令を受けて排気弁開弁時期VEOを遅角させることにより前記第１の発明における「排気弁遅角手段」が実現されている。更に、ECU６０が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１負荷領域判断手段」が、上記ステップ１１４において、燃料添加弁４４及びVVT５６に対して、それぞれ指令を発することにより前記第１の発明における「第１指令手段」が、それぞれ実現されている。
【００６９】
実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
次に、図１と共に図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ECU６０に、後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施形態において、VVT５６は、吸気弁の閉弁時期VICを変化させる機能を有しているものとする。
【００７０】
［実施の形態２の特徴］
図４に示すＢ領域は、上述した通り、単に排気系燃料添加を行うだけでは硫黄被毒再生条件を満たすことができない領域である。上述した実施の形態１では、Ｂ領域で被毒再生要求が生じた場合に、排気弁開弁時期VEOを遅らせて排気ガスの温度上昇を抑制することで、排気浄化触媒４６を過熱させることなく、スライトリッチの空燃比条件を充足させている。
【００７１】
ところで、排気浄化触媒４６の温度上昇は、内燃機関１０に対する燃料供給量を少なくすることで抑制することができる。従って、少ない燃料供給量で、排気空燃比を大きくリッチ化させることができれば、実施の形態１の場合と同様に、内燃機関１０がＡ領域より高負荷の領域で運転している場合でも、硫黄被毒再生条件を満たすことが可能である。
【００７２】
内燃機関１０においては、吸気行程において吸気弁が開弁し、筒内に空気が吸入される。通常は、ピストンが下死点BDC近傍に位置する時点で吸気弁が閉じられて圧縮行程が開始される。これに対して、吸気弁の閉弁時期VICが下死点BDC後の領域で遅角されると、筒内に一端吸入された空気が吸気系に逆流することから、筒内空気量が減少する事態が生ずる。
【００７３】
筒内空気量が減少すれば、内燃機関に供給される燃料量が同じであっても排気空燃比はリッチ化される。このため、吸気弁の閉弁時期VICを遅角させながら被毒再生制御を行うこととすれば、被毒再生条件を充足し得る運転領域を、Ａ領域から、より高負荷の領域に拡大することができる。
【００７４】
また、吸気弁閉弁時期VICの遅角に伴って、圧縮行程開始時における筒内空気量が少なくなると、内燃機関１０の実圧縮比が低下する。内燃機関１０から排出されるスモークの量は、実圧縮比が下がるほど少量となることが知られている。このため、吸気弁閉弁時期VICを遅角させると、通常時に比して、内燃機関１０は、スモークを発生し難い状態となる。
【００７５】
内燃機関１０が、通常時に比してスモークを排出し難い状態にある状況下では、スモークの発生量を通常時と同等に抑える前提を破らずに、EGR量を、通常時に比して多量にすることができる。EGRガス中には、燃料の既燃成分が含まれているため、EGR量を増やせば、燃料供給量を増やすことなく排気空燃比をリッチ化することができる。
【００７６】
つまり、本実施形態の内燃機関１０においては、吸気弁閉弁時期VICを遅角することにより、燃料供給量を増やさずに排気空燃比をリッチ化することができ、その状態でEGR量を増やすことにより、何らの悪影響を伴うことなく、排気空燃比を更にリッチ化することができる。このため、本実施形態のシステムでは、内燃機関１０がＢ領域で運転されている状況下で被毒再生要求が生じた場合は、吸気弁閉弁時期VICの遅角と、EGR量の増量とを併用しつつ、被毒再生制御を実行することとした。このような手法によれば、排気浄化触媒４６の温度上昇を十分に抑制しながら排気空燃比を十分にリッチ化することができるため、Ｂ領域においても、被毒再生条件を満たすことが可能である。
【００７７】
［実施の形態２における具体的処理］
図７は、本実施形態においてECU６０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンは、ステップ１１０に続く処理が、ステップ１１２〜１１６からステップ１２２〜１２６に置き換えられている点を除いて、図５に示すルーチンと同様である。以下、図７において、図５に示すステップと同一のステップについては、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【００７８】
図７に示すルーチンでは、ステップ１１０の判定が肯定されると、つまり、排気浄化触媒４６の温度が第２目標温度（例えば５５０℃）に達していると判別されると、次に、その温度を被毒再生温度まで上昇させるための空燃比（以下、「ベース空燃比」と称す）が計算される（ステップ１２２）。排気浄化触媒４６を現在の温度（第２目標温度）から被毒再生温度まで上昇させるのに必要なベース空燃比は、主として現在の空燃比との関係で決定される。ECU６０は、それらの関係、つまり、現在の空燃比とベース空燃比との関係を定めたマップを記憶している。本ステップ１２２では、そのマップに従って、被毒再生温度を充足させるためのベース空燃比が算出される。
【００７９】
次に、ベース空燃比に基づいて、被毒再生条件を満たすための吸気弁閉弁時期VIC及びEGR率が計算される。より具体的には、排気空燃比をスライトリッチにするために必要な吸気弁閉弁時期VIC及びEGR率が計算される。この計算に続いて、それらの計算値が実現されるように、VVT５６及びEGR弁３２が制御される（ステップ１２４）。ECU６０は、ベース空燃比をスライトリッチまでリッチ化させるための吸気弁閉弁時期VIC及びEGR率を定めたマップを記憶している。本ステップ１２４では、そのマップに従って、吸気弁閉弁時期VIC及びEGR量が算出される。
【００８０】
次に、被毒再生条件が成立したか、つまり、排気浄化触媒４６の温度が被毒再生温度に達し、かつ、排気空燃比がスライトリッチになっているかが判別される（ステップ１２６）。その結果、被毒再生条件が成立していないと判別された場合は、上記ステップ１２４以降の処理が繰り返される。他方、被毒再生条件の成立が認められると、今回の処理サイクルが終了される。この場合、以後、被毒再生に必要な時間が経過すると、被毒再生制御の終了が判定され、通常運転への復帰が図られる。
【００８１】
以上の処理によれば、Ｂ領域で排気浄化触媒４６の硫黄被毒再生が要求された場合に、排気浄化触媒４６を過熱状態とすることなく排気空燃比をスライトリッチとすることができる。このため、本実施形態のシステムによっても、実施の形態１の場合と同様に、硫黄被毒再生条件を充足し得る運転領域を、Ａ領域から、より高負荷の領域に拡大することができる。
【００８２】
ところで、上述した実施の形態２では、排気弁閉弁時期VICの遅角及びEGR量の増加を併用して被毒再生制御を実行する領域を、実施の形態１の場合と同じＢ領域としているが、その領域は、必ずしも実施の形態１の場合と同じである必要はない。すなわち、本実施形態の手法により拡大できる被毒再生条件の成立領域は、実施の形態１の手法で拡大できる領域と異なるものであってもよい。
【００８３】
また、上述した実施の形態２では、燃料供給量を増やさずに排気空燃比をリッチ化する手法として、吸気弁閉弁時期VICを遅角する手法と、EGR量を増やす手法とを組み合わせて用いることとしているが、これらの手法は、必ずしも組み合わせて用いる必要はない。すなわち、吸気弁開弁時期VICを遅角する手法は、EGR量を増やす方法とは別に、単独で用いることとしてもよい。
【００８４】
尚、上述した実施の形態２においては、VVT５６が前記第２の発明における「吸気可変動弁機構」に、排気浄化触媒４６が前記第２の発明における「NOx触媒」に、それぞれ相当している。また、VVT５６が、上記ステップ１２４で発せられる指令を受けて吸気弁閉弁時期VICを遅角させることにより前記第２の発明における「吸気弁遅角手段」が実現されている。更に、ECU６０が、図７に示すステップ１０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「負荷領域判断手段」が、上記ステップ１２４において、VVT５６に対して指令を発することにより前記第２の発明における「指令手段」が、それぞれ実現されている。
【００８５】
また、上述した実施の形態２においては、EGR弁３２が前記第３の発明における「EGR制御手段」に相当している。また、ECU６０が、上記ステップ１２４においてEGR弁３２に対して指令を発することにより前記第３の発明における「EGR増加指令手段」が実現されている。
【００８６】
実施の形態３．
［実施の形態３の構成］
次に、図１と共に図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ECU６０に、後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施形態において、内燃機関１０は、個々の気筒に２つずつ吸気弁を備えており、VVT５６は、それら２つの吸気弁の閉弁時期VICをそれぞれ独立に変化させることができるものとする。
【００８７】
［実施の形態３の特徴］
上述した実施の形態２のシステムは、吸気弁閉弁時期VICの遅角と、EGR量の増量とで、燃料の供給量を抑えつつ排気空燃比をリッチ化することを可能としている。また、その結果として、被毒再生条件を充足できる領域を、Ａ領域から、Ａ領域及びＢ領域に拡大している。
【００８８】
本実施形態のシステムでは、VVT５６の機能により、各気筒に配置される２つの吸気弁の開弁期間を異ならせることができる。より具体的には、本実施形態のシステムでは、一方の吸気弁を閉めたまま、他方の吸気弁だけを開けることができる。内燃機関１０の吸気行程において、このような状態が作られると、吸入空気が一方の吸気ポートのみを通って筒内に流入することとなり、筒内にスワールが生ずる。
【００８９】
筒内にスワールが生ずると、混合気のミキシングが促進されて、局部的な高濃度部分の発生が抑制される。局部的な高濃度部分が筒内に形成されると、その部分において、スモークが生成され易い。このため、スワールを発生させることで混合気のミキシングを促進させると、スモークの発生を抑制することができる。
【００９０】
スモークの発生が抑制される状況下では、実施の形態２において説明した通り、通常時に比してEGR量を増やすことができる。このため、本実施形態のシステムでは、VVT５６の機能によりスワールを発生させれば、スモークの発生量を許容範囲に収めつつEGR量を増やすことができる。EGRを増やすと、排気ガス温度を上昇させることなく排気空燃比をリッチ化することができる。従って、スワールの発生とEGR量の増加とを併せて行うこととすれば、何らの不都合も伴わずに、排気温度の上昇を抑えつつ排気空燃比をリッチ化することが可能である。
【００９１】
そこで、本実施形態のシステムは、Ａ領域より高負荷のＢ領域において被毒再生要求が生じた場合に、スワールが発生するようにVVT５６を制御し、かつ、EGR量が増えるようにEGR弁３２を制御することとした。このような手法によれば、排気浄化触媒４６の温度上昇を抑えつつ排気空燃比をリッチ化することができるため、Ｂ領域においても、被毒再生条件を満たすことが可能である。
【００９２】
［実施の形態３における具体的処理］
図８は、本実施形態においてECU６０が実行するルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンは、ステップ１２２に続く処理がステップ１２４からステップ１３４に置き換えられている点を除き、図７に示すルーチンと同様である。尚、図８において、図７に示すステップと同一のステップについては、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【００９３】
図８に示すルーチンでは、ステップ１２２において、排気浄化触媒４６を第２目標温度（５５０℃）に上昇させるためのベース空燃比が算出されると、次に、排気空燃比をスライトリッチにするための処理が行われる（ステップ１３４）。具体的には、先ず、排気空燃比をスライトリッチまでリッチ化させるのに必要なEGR率が計算され、更に、そのEGR率の下でスモークを許容量に抑えるためのスワール計算が行われる。次いで、それらの計算結果が実現されるように、EGR弁３２及びVVT５６が制御される（ステップ１３４）。
【００９４】
現在の空燃比（ベース空燃比）をスライトリッチまでリッチ化させるのに必要なEGR量は、主として吸入空気量Gaと現在の空燃比により決定される。ECU６０は、それらの関係を定めたマップを記憶している。上記ステップ１３４では、そのマップに従って、必要なEGR量が算出される。
【００９５】
スモークを許容範囲に収めるためのスワール強度は、主として、実現するべきEGR量により決定される。このため、上記の計算により、必要なEGR量が決まると、そのEGR量の下でスモークを許容範囲におさめるためのスワール強度を決めることが可能である。他方、スワール強度は、２つの吸気弁の開弁期間を含む機関パラメータとの関係で決定される。このため、EGR量が決まると、そのEGR量の下でスモークを許容範囲に収めるために、機関パラメータが満たすべき条件が特定される。ECU６０は、それらの条件を、EGR量との関係で定めたマップを記憶している。上記ステップ１３４では、スワール計算として、現在の運転状況（Ne、Ga）の下で、スモークを許容範囲に収めるための吸気弁開弁期間が計算される。
【００９６】
次に、被毒再生条件が成立したか、つまり、排気浄化触媒４６の温度が被毒再生温度に達し、かつ、排気空燃比がスライトリッチになっているかが判別される（ステップ１２６）。その結果、被毒再生条件が成立していないと判別された場合は、上記ステップ１３４以降の処理が繰り返される。他方、被毒再生条件の成立が認められると、今回の処理サイクルが終了される。この場合、以後、被毒再生に必要な時間が経過すると、被毒再生制御の終了が判定され、通常運転への復帰が図られる。
【００９７】
以上の処理によれば、実施の形態３の場合と同様に、Ｂ領域で被毒再生要求が生じた場合に、排気浄化触媒４６を過熱状態とすることなく排気空燃比をスライトリッチとすることができる。このため、本実施形態のシステムによっても、実施の形態１又は２の場合と同様に、硫黄被毒再生条件を充足し得る運転領域を、Ａ領域から、より高負荷の領域に拡大することができる。
【００９８】
ところで、上述した実施の形態３では、個々の気筒が備える２つの吸気弁の開弁期間を異ならせることにより筒内にスワールを発生させることとしているが、スワールを発生させる手法はこれに限定されるものではない。例えば、公知のスワールコントロールバルブを用いてスワール強化を図ることとしてもよい。
【００９９】
また、上述した実施の形態３では、燃焼室内での燃料と空気との混合を促進する目的でスワール（円周方向の旋回流）を利用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、同様の目的を達成するために、ターンブル（縦方向の旋回流）を発生させることとしてもよい。
【０１００】
また、上述した実施の形態３では、スワール強化とEGR量の増加を併用して被毒再生制御を実行する領域を、実施の形態１の場合と同じＢ領域としているが、その領域は、必ずしも実施の形態１の場合と同じである必要はない。すなわち、本実施形態の手法により拡大できる被毒再生条件の成立領域は、実施の形態１の手法で拡大できる領域と異なるものであってもよい。
【０１０１】
尚、上述した実施の形態３においては、排気浄化触媒５６が前記第４の発明における「NOx触媒」に、VVT５６が前記第４の発明における「スワール強化手段」に、EGR弁３２が前記第４の発明における「EGR制御手段」に、それぞれ相当している。また、ECU６０が、図８に示すステップ１０６の処理を実行することにより前記第４の発明における「負荷領域判断手段」が、上記ステップ１３４において、EGR弁３２及びVVT５６に対してそれぞれ指令を発することにより前記第４の発明における「指令手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０２】
実施の形態４．
［実施の形態４の構成］
次に、図１と共に図９及び図１０を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ECU６０に、後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施形態において、VVT５６は、排気弁開弁時期VEOを可変とする機能と、吸気弁閉弁時期VICを可変とする機能の双方を有しているものとする。
【０１０３】
［実施の形態４の特徴］
上述した通り、実施の形態１のシステムは、排気弁開弁時期VEOを下死点前の領域で遅角させることによりＢ領域での被毒再生条件の成立を可能としている（以下、「第１の手法」と称す）。また、実施の形態２のシステムは、吸気弁閉弁時期VICを下死点後の領域で遅角させることによりＢ領域での被毒再生条件の成立を可能としている（以下、「第２の手法」と称す）。
【０１０４】
筒内に供給された混合気は、排気弁開弁時期VEOが遅角されるほど、筒内で燃焼を進行させる。混合気の燃焼が筒内で進むほど、排気によるエネルギロスは少なくなる。この点で、第１の手法は、内燃機関１０の燃費特性を改善させる要素を有している。その一方で、筒内ガスは、排気弁開弁時期VEOが遅角されるほど排出され難くなる。特に、高回転領域では、排気弁閉弁時期VEOが遅角されていると、十分な排気が得られず、必要以上に既燃ガスが筒内に残留する事態が生じ得る。このため、第１の手法は、高回転領域では、筒内での燃焼を不安定化させる要素を有している。
【０１０５】
内燃機関１０は、実圧縮比を十分に確保して運転されることを前提に設計されている。このため、吸気弁閉弁時期VICが遅角されることにより実圧縮比が低下すると、燃費特性は悪化し易い。このため、第２の手法は、内燃機関１０の燃費特性を悪化させ易いという性質を有している。但し、第２の手法は、第１の手法と異なり、高回転領域での燃焼性を特に悪化させるような要素は有していない。
【０１０６】
以上説明した理由により、機関回転数Neが低い領域では、燃費の観点より、第１の手法が第２の手法に比して優れていると判断できる。他方、高回転領域では、安定した燃焼（運転状態）を維持する観点より、第１の手法に比して第２の手法が優れていると判断できる。そこで、本実施形態では、Ｂ領域で被毒再生要求が生じた場合、機関回転数Neが低ければ第１の手法を用い、他方、機関回転数Neが高ければ第２の手法を用いて被毒再生条件の成立を図ることとした。
【０１０７】
図９は、本実施形態において第１の手法が用いられる領域（Ｂ１領域）と、第２の手法が用いられる領域（Ｂ２領域）とを表す図である。図９において、Ｂ１領域は、第２の手法を用いるより第１の手法を用いた方が、内燃機関１０の運転特性が総合的に良好となる領域である。他方、Ｂ２領域は、その逆の領域である。本実施形態のシステムは、それらの領域に従って、被毒再生条件を満たすために併用する手法を決定する。このため、本実施形態のシステムによれば、実施の形態１又は２のシステムと同様に被毒再生条件の成立領域を拡大しつつ、被毒再生制御中における内燃機関１０の状態を、それらのシステムに比して更に良好に保つことが可能である。
【０１０８】
［実施の形態４における具体的処理］
図１０は、上記の機能を実現するためにECU６０が実行するルーチンのフローチャートである。図１０に示すルーチン中、ステップ１００〜１１０、及びステップ１１２〜１１６は、図５に示すそれらのステップと同様である。また、図１０に示すステップ１２２〜１２６は、図７に示すそれらのステップと同様である。
【０１０９】
図１０に示すルーチンでは、ステップ１１０の処理に続いて、内燃機関１０がＢ１領域で運転されているか否かが判断される（ステップ１４０）。ECU６０は、図９に示すように、Ｂ領域をＢ１領域とＢ２領域に区別して定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップに従って上記の判断がなされる。
【０１１０】
内燃機関１０がＢ１領域で運転されていると判断された場合は、以後、ステップ１１２以降の処理が実行される。この場合、実施の形態１の場合と同様に、排気弁開弁時期VEOの遅角と排気系への燃料添加を伴う手法（第１の手法）で被毒再生条件の成立が図られる。
【０１１１】
上記ステップ１４０の処理は、ステップ１０６の処理により、Ｂ領域の判定がなされている状況下で実行される。従って、ステップ１４０においてＢ１領域でないとの判断がなされた場合は、内燃機関１０が、Ｂ２領域で運転されていると判断することができる。図１０に示すルーチンでは、この場合、以後、ステップ１２２以降の処理が実行される。その結果、実施の形態２の場合と同様に、吸気弁閉弁時期VICの遅角を伴う手法（第２の手法）で被毒再生条件の成立が図られる。
【０１１２】
以上説明した通り、図１０に示すルーチンによれば、Ｂ領域のうち低回転の領域（Ｂ１領域）では、被毒再生要求の発生時に第１の手法を選択することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、Ｂ１領域において、内燃機関１０の燃費特性を大きく損なわずに被毒再生条件を成立させることができる。また、図１０に示すルーチンによれば、Ｂ領域のうち高回転の領域（Ｂ２領域）では、被毒再生要求の発生時に第２の手法を選択することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、Ｂ２領域において、内燃機関１０のおける燃焼性を大きく悪化させることなく、被毒再生要求を満たすことができる。
【０１１３】
ところで、上述した実施の形態４においては、Ｂ２領域において吸気弁閉弁時期VICを遅角する手法（第２の手法）を選択することとしているが、ここで選択する手法はこれに限定されるものではない。すなわち、Ｂ２領域で選択する手法は、スワールを強化してEGR量を増やす手法（実施の形態３の手法）であってもよい。
【０１１４】
尚、上述した実施の形態４においては、VVT５６が前記第６の発明における「吸気可変動弁機構」に、回転数センサ５５が前記第６の発明における「回転数検出手段」に、それぞれ相当している。また、VVT５６が、図１０に示すステップ１２４で発せられる指令を受けて吸気弁閉弁時期VICを遅角させることにより前記第６の発明における「吸気弁遅角手段」が実現されている。更に、ECU６０が、図１０に示すステップ１４０及び１２２〜１２６の処理を実行することにより、前記第６の発明における「指令切り換え手段」が実現されている。
【０１１５】
また、上述した実施の形態４において、吸気弁閉弁時期VICを遅角する手法に代えてスワールを強化する手法を用いることとすると、前記第８の発明を実現することができる。この場合、VVT５６が前記第８の発明における「スワール強化手段」に、EGR弁４４が前記第８の発明における「EGR制御手段」に、回転数センサ５５が前記第８の発明における「回転数検出手段」に、それぞれ相当することになる。また、ECU６０が、図１０に示すステップ１４０及び１２２〜１２６の処理を実行することにより、前記第８の発明における「指令切り換え手段」が実現されることになる。
【０１１６】
実施の形態５．
［実施の形態５の構成］
次に、図１及び図１０と共に図１１及び図１２を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態４のシステムと同様のハードウェア構成を有しており、ECU６０に、後述する図１２に示す一連の処理を実行させることにより実現することができる。
【０１１７】
［実施の形態５の特徴］
上述した実施の形態４のシステムは、Ｂ領域で被毒再生要求が生じた場合に、排気弁開弁時期VEOを遅角する第１の手法、又は吸気弁閉弁時期VICを遅角する第２の手法を用いることで被毒再生条件の成立を図ることとしている。ところで、第１の手法は、排気ガス温度上昇を抑制することにより多量の燃料添加を可能として、過熱の防止と十分なリッチ化とを両立させている。他方、第２の手法は、実圧縮比を下げることにより、少ない燃料供給量での大きなリッチ化を可能として、過熱の防止と十分なリッチ化とを両立させている。
【０１１８】
第１の手法と第２の手法は、互いに背反するものではないため、組み合わせて行うことが可能である。これらの手法を組み合わせると、第１の方法の効果によって燃料供給の可能量が増え、かつ、第２の方法の効果によって燃料供給量に対するリッチ化の幅が大きくなる。その結果、それらの方法が単独で用いられる場合に比して、排気空燃比がスライトリッチまでリッチ化されるのに伴う温度上昇量が、更に少量となる。このため、第１の方法と第２の方法を組み合わせて実行することとすれば、Ｂ領域より更に高負荷の領域で内燃機関１０が運転されている状況下でも、被毒再生条件を満たすことが可能となる。
【０１１９】
図１１は、第１の方法と第２の方法とを組み合わせて実行することにより、被毒再生条件を充足させることのできる領域をＣ領域として表した図である。換言すると、本実施形態のシステムでは、内燃機関１０がＣ領域で運転されている場合には、第１の方法と第２の方法とを組み合わせて実行すれば、排気浄化触媒４６を過熱状態とすることなく排気空燃比をスライトリッチにすることが可能である。そこで、本実施形態では、Ｃ領域において被毒再生要求が生じた場合は、排気弁開弁時期VEOの遅角と、吸気弁閉弁時期VICの遅角並びにEGR量の増加とを合わせて実行することにより、被毒再生条件の充足を図ることとした。
【０１２０】
［実施の形態５における具体的処理］
図１２は、上記の機能を実現するために、本実施形態において、ECU６０が実行する一連の処理の内容を説明するための図である。本実施形態において、ECU６０は、ステップ１０６の処理において、Ｂ領域の判定が否定された場合に、ステップ１５０以降の処理を実行する。ステップ１０６に至るまでの処理、並びにステップ１０６でＢ領域の判定が肯定された場合の処理は、図１０に示す処理と同様であるため、ここではそれらの説明は省略する。
【０１２１】
図１２に示す一連の処理において、ステップ１５０では、内燃機関１０が、Ｃ領域で運転されているか否かが判断される。ECU６０は、図１１に示すように、Ａ領域、Ｂ領域及びＣ領域を、機関回転数Neと機関トルクとの関係で定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップに従って、現在の運転状態がＣ領域に属しているか否かが判断される。
【０１２２】
ステップ１５０において、内燃機関１０の運転状態がＣ領域に属していないと判断された場合は、そのまま今回の処理サイクルが終了される。他方、内燃機関１０の運転状態がＣ領域に属していると判断された場合は、以後、第１の手法と第２の手法とを組み合わせて被毒再生条件の成立を図るための処理が進められる。
【０１２３】
ここでは、先ず、排気空燃比をスライトリッチにするための燃料添加量が計算される（ステップ１５２）。本ステップの処理は、実質的には、図５又は図１０に示すステップ１１２の処理と同様である。すなわち、ECU６０は、現在の空燃比及び吸入空気量Gaとの関係で、空燃比をスライトリッチまでリッチ化させるのに必要な燃料添加量を定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップに従って、必要な燃料添加量が計算される。
【０１２４】
次に、排気弁開弁時期VEOを最も遅角させることにより、排気浄化触媒４６を過熱させることなく添加することのできる燃料量（以下、「可能添加量」と称す）が計算される（ステップ１５４）。排気弁開弁時期VEOの最遅角位置は、内燃機関１０の運転状態に応じて決定することができる。また、VEOの遅角位置が定まれば、第２目標温度（５５０℃）まで昇温されている排気浄化触媒４６を被毒再生温度（６００℃）まで過不足なく昇温させるための燃料量（可能添加量）は特定することができる。ECU６０は、内燃機関１０の運転状態との関係で、可能添加量を定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップに従って、可能添加量が計算される。
【０１２５】
次に、可能添加量が添加されることにより実現される排気空燃比（以下、「実現空燃比」と称す）が算出される。更に、可能添加量が排気系に添加されるように、燃料添加弁４４が駆動される（ステップ１５６）。
【０１２６】
次いで、実現空燃比に基づいて、被毒再生条件を満たすための吸気弁閉弁時期VIC及びEGR率が計算される。より具体的には、排気空燃比を、実現空燃比からスライトリッチまでリッチ化するために必要な吸気弁閉弁時期VIC及びEGR率が計算される。この計算に続いて、それらの計算値が実現されるように、VVT５６及びEGR弁３２が制御される（ステップ１５８）。本ステップの処理は、実質的には、図７又は図１０に示すステップ１２４の処理と同様に行われる。すなわち、ECU６０は、実現空燃比をスライトリッチまでリッチ化させるための吸気弁閉弁時期VIC及びEGR率を定めたマップを記憶しており、吸気弁閉弁時期VIC及びEGR量は、そのマップに従って算出される。
【０１２７】
次に、被毒再生条件が成立したか、つまり、排気浄化触媒４６の温度が被毒再生温度に達し、かつ、排気空燃比がスライトリッチになっているかが判別される（ステップ１６０）。その結果、被毒再生条件が成立していないと判別された場合は、上記ステップ１５８以降の処理が繰り返される。他方、被毒再生条件の成立が認められると、今回の処理サイクルが終了される。この場合、以後、被毒再生に必要な時間が経過すると、被毒再生制御の終了が判定され、通常運転への復帰が図られる。
【０１２８】
以上の処理によれば、排気弁開弁時期VEOを最大限遅角することにより、排気浄化触媒４６を過熱状態とすることなく排気系に添加できる可能添加量を最大限に確保することができる。また、可能添加量だけでは不十分となるリッチ化を、吸気弁閉弁時期VICの遅角とEGR量の増加とで補うことができる。EGR量の増加によれば、排気浄化触媒４６に大きな温度上昇が生じないため、排気浄化触媒４６を被毒再生温度に保ったまま、排気空燃比をスライトリッチまでリッチ化させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、Ｃ領域においても、被毒再生条件を充足することができる。
【０１２９】
ところで、上述した実施の形態５においては、Ｃ領域において、排気弁開弁時期VEOを遅角する第１の手法と、吸気弁閉弁時期VICを遅角する第２の手法とを組み合わせて実行することとしているが、第１の手法と組み合わされる手法は第２の手法に限定されるものではない。すなわち、Ｃ領域では、第１の手法と組み合わせて、スワールを強化してEGR量を増やす手法（実施の形態３の手法）を実行することとしてもよい。
【０１３０】
また、上述した実施の形態５においては、吸気弁閉弁時期VICを遅角する際に、EGR量を増やす制御を組み合わせて実行することとしているが、これらは必ずしも組み合わせて実行する必要はない。すなわち、吸気弁閉弁時期VICの遅角は、それ単体で排気空燃比をリッチ化する効果を有しており、その遅角だけで十分なリッチ化が達成できる場合には、その遅角と併せてEGR量を増加する必要はない。
【０１３１】
尚、上述した実施の形態５においては、VVT５６が前記第５の発明における「吸気可変動弁機構」に、Ｃ領域が前記第５の発明における「第２負荷領域」に、それぞれ相当している。また、VVT５６が、図１２に示すステップ１５８で発せられる指令を受けて吸気弁閉弁時期VICを遅角させることにより前記第５の発明における「吸気弁遅角手段」が実現されている。更に、ECU６０が、図１２に示すステップ１５０の処理を実行することにより前記第５の発明における「第２負荷領域判断手段」が、ステップ１５２〜１６０の処理を実行することにより前記第５の発明における「第２指令手段」が、それぞれ実現されている。
【０１３２】
また、上述した実施の形態５において、吸気弁閉弁時期VICを遅角する手法に代えてスワールを強化する手法を用いることとすると、前記第７の発明を実現することができる。この場合、VVT５６が前記第７の発明における「スワール強化手段」に、EGR弁４４が前記第７の発明における「EGR制御手段」に、それぞれ相当することになる。また、ECU６０が、図１２に示すステップ１５０の処理を実行することにより前記第７の発明における「第２負荷領域判断手段」が、ステップ１５２〜１６０の処理を実行することにより前記第７の発明における「第２指令手段」が、それぞれ実現されることになる。
【０１３３】
実施の形態６．
［実施の形態６の構成］
次に、図１と共に図１３を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成に対して気圧センサを追加すると共に、ECU６０に、後述する図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施形態において、内燃機関１０は、実施の形態３の場合と同様に、個々の気筒に２つの吸気弁を備えているものとする。また、VVT５６は、実施の形態１の場合と同様に排気弁開弁時期VEOを変化させる機能を有し、かつ、実施の形態３の場合と同様に、２つの吸気弁の開弁期間を独立に制御することで、筒内にスワールを発生させる機能を有しているものとする。
【０１３４】
［実施の形態６の特徴］
本実施形態のシステムは、通常の走行状態では、実施の形態１のシステムと同様に、Ｂ領域で被毒再生要求が生じた場合に、排気弁閉弁時期VEOを遅角させて燃料添加を行うことで被毒再生条件の成立を図る。他方、このシステムは、高地において同様の要求が生じた場合は、スワールを強化してEGR量を増やすことにより被毒再生条件の成立を図る。
【０１３５】
吸気弁開弁時期VEOの遅角は、上述した通り、排気ロスを減らす行為である。他方、スワールの強化は、ポンプロスを増やす行為である。このため、通常の運転状況下では、内燃機関１０の燃費特性を良好にする観点より、吸気弁開弁時期VEOを遅角して被毒再生条件を満たす手法の方が、スワール強化を伴って被毒再生条件を満たす方法に対して優れている。
【０１３６】
しかしながら、高地においては、平地に比して気圧が低いことから、通常時に比して吸入空気量が少なくなる。排気弁開弁時期VEOの遅角は、残留ガスを増大させ、吸入空気量を減少させる行為である。このため、高地において排気弁開弁時期VEOが遅角されると、吸入空気量が減少し過ぎる事態が生じ得る。排気中のスモークは、吸入空気量が減少するほど発生し易い。従って、高地においては、スモークの発生量を抑制する意味で、排気弁開弁時期VEOの遅角は避けることが望ましい。
【０１３７】
これに対して、スワールの強化は、スモーク低減を図るための有効な手法である。このため、スワール強化を伴う被毒再生制御は、排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う制御に比して、高地において実行する制御として好ましいものである。
【０１３８】
上述した通り、本実施形態のシステムは、通常の環境下では、スワール強化を伴う被毒再生制御に優先して、排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う被毒再生制御を実行する。このため、本実施形態のシステムは、内燃機関１０の燃費特性を確保する点で優れた特性を有している。また、本実施形態のシステムは、高地においては、排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う被毒再生制御に優先してスワール強化を伴う被毒再生制御を実行する。このため、本実施形態のシステムは、高地における排気特性を良好に維持するうえで優れた特性を有している。
【０１３９】
［実施の形態６における具体的処理］
図１３は、上記の機能を実現するためにECU６０が実行するルーチンのフローチャートである。図１３に示すルーチン中、ステップ１００〜１１０、及びステップ１１２〜１１６は、図５に示すそれらのステップと同様である。また、図１３に示すステップ１２２、１３４及び１２６は、図８に示すそれらのステップと同様である。
【０１４０】
図１３に示すルーチンでは、ステップ１１０の処理に続いて、車両が高地に位置しているか否かが判断される（ステップ１７０）。本実施形態において、ECU６０には、気圧センサの出力が供給されている。本ステップ１７０において、ECU６０は、その出力に基づいて、車両の高度が高地判定高度を超えているか否かを判断する。ここで、高地判定高度は、排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う被毒再生制御が、過剰スモークの発生原因とならない限界点として予め設定された高度である。
【０１４１】
上記の判別の結果、車両が高地に位置していないと判断された場合は、以後、ステップ１１２以降の処理が実行される。この場合、実施の形態１の場合と同様に、排気弁開弁時期VEOの遅角と排気系への燃料添加を伴う手法で被毒再生条件の成立が図られる。
【０１４２】
他方、上記ステップ１７０において、車両が高地に位置していると判別された場合は、以後、ステップ１２２以降の処理が実行される。この場合、実施の形態３の場合と同様に、吸気弁の片閉じによるスワール強化とEGR量の増量とを伴う手法で被毒再生条件の成立が図られる。
【０１４３】
以上説明した通り、図１３に示すルーチンによれば、Ｂ領域で被毒再生条件を成立させる手法として、平地では、排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う手法を採用することができる。他方、高地では、その手法として、スワール強化を伴う手法を採用することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、上述した通り、良好な燃費特性及び排気特性を維持しつつ、排気浄化触媒４６の被毒再生を図ることができる。
【０１４４】
ところで、上述した実施の形態６においては、平地では、Ｂ領域で被毒再生要求が生じた場合に、排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う手法（実施の形態１の手法）を用いることとしているが、ここで用いる手法はこれに限定されるものではない。すなわち、平地で用いる手法は、実施の形態１の手法に代えて、吸気弁閉弁時期VICの遅角を伴う手法（実施の形態２の手法）としてもよい。
【０１４５】
また、上述した実施の形態６では、平地においては、実施の形態１の場合と同様に、機関回転数Neに関わらず、常に排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う手法で被毒再生条件の成立を図ることとしているが、その構成はこれに限定されるものではない。すなわち、平地において用いる手法は、実施の形態４（図９及び図１０参照）の場合と同様に、機関回転数Neに応じて、排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う手法と吸気弁開弁時期VICの遅角を伴う手法との間で、或いは、排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う手法とスワール強化を伴う手法との間で切り替えることとしてもよい。
【０１４６】
また、上述した実施の形態６では、実施の形態１乃至４の場合と同様に、Ｃ領域では被毒再生制御を実行しないこととしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、実施の形態６のシステムでも、Ｃ領域で、排気弁開弁時期VEOの遅角を伴う手法と吸気弁閉弁時期VICの遅角を伴う手法とを組み合わせた被毒再生制御を実行することとしてもよい。更に、高地においては、それらの手法の一方を、スワール強化を伴う手法に切り替えることとしてもよい。
【０１４７】
尚、上述した実施の形態６においては、VVT５６が前記第９の発明における「スワール強化手段」に、EGR弁３２が前記第６の発明における「EGR制御手段」に、それぞれ相当している。また、ECU６０が、図１３に示すステップ１７０の処理を実行することにより前記第９の発明における「高地判断手段」が、図１３に示すステップ１２２、１３４及び１２６の処理を実行することにより前記第９の発明における「指令切り換え手段」が、それぞれ実現されている。
【０１４８】
また、上述した実施の形態６において、排気弁開弁時期VEOを遅角する手法に代えて吸気弁閉弁時期VICを遅角する手法を用いることとすると、前記第１０の発明を実現することができる。この場合、VVT５６が前記第１０の発明における「スワール強化手段」に、EGR弁４４が前記第１０の発明における「EGR制御手段」に、それぞれ相当することになる。また、ECU６０が、図１３に示すステップ１７０の処理を実行することにより前記第１０の発明における「高地判断手段」が、図１３に示すステップ１２２、１３４及び１２６の処理を実行することにより前記第１０の発明における「指令切り換え手段」が、それぞれ実現されることになる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】排気系への燃料添加によって被毒再生条件を満たすことのできるＡ領域を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実現される通常の排気弁開弁動作（破線）と遅角時の排気弁開弁動作（実線）とを例示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、排気弁開弁時期VEOの遅角を併用することで被毒再生条件を満たすことができるＢ領域をＡ領域と共に示した図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】内燃機関がＢ領域で運転されている場合に、被毒再生条件を満たすために必要な排気弁遅角量を、排気系への燃料添加量と吸入空気量Gaとの関係で表した図である。
【図７】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態４において、実施の形態１と同様の手法が用いられる領域（Ｂ１領域）と、実施の形態２と同様の手法が用いられる領域（Ｂ２領域）とを表す図である。
【図１０】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１１】実施の形態１で用いられる方法と実施の形態２で用いられる方法とを組み合わせて実行することにより被毒再生条件を充足させることのできる領域を、Ｃ領域として表した図である。
【図１２】本発明の実施の形態５において実行される一連の処理のフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態６において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１５０】
１０  内燃機関
３０  EGR通路
３２  EGR弁
４４  燃料添加弁
４６  排気浄化触媒
４８  入ガス温度センサ
５０  空燃比センサ
５２  出ガス温度センサ
５５  回転数センサ
５６  可変動弁機構（VVT）
６０  ECU（Electronic Control Unit)
VEO  排気弁開弁時期
VIC  吸気弁閉弁時期
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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