(57)【要約】【課題】ＮＯｘトラップ触媒を再生させるために、吸入空気量を減少させてリッチ燃焼に移行させるときに、目標空気過剰率にまで応答良く変化するようにする。【解決手段】ＮＯｘトラップ触媒の再生時期が判断されると、スロットル弁を閉じると共に、吸・排気弁の開弁特性を吸入空気量が減少するように切換えるか、吸気コレクタ部の容量を減少させるか、又は、吸気コレクタ内の空気を負圧源で吸入して還流排気を積極的に導入し、コレクタ内の酸素濃度を低下させるようにする。【選択図】　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の排気通路に配置され、流入する排気成分を浄化すると共に、リッチ燃焼雰囲気で再生される排気浄化手段と、
該排気浄化手段の再生時期において、機関の筒内に流入する空気量を低減させてリッチ燃焼を行わせる再生制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記再生制御手段が、吸気コレクタ部から筒内までの間で筒内に流入する空気量を制御する空気量制御手段を少なくとも制御して、筒内に流入する空気量を低減させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記再生制御手段が、前記吸気コレクタ部上流に介装される吸気絞り弁の開度絞りを行うと共に、前記空気量制御手段を制御して、筒内に流入する空気量を低減させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記空気量制御手段が、吸気弁及び／又は排気弁の開弁特性を変化させる可変動弁手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記空気量制御手段が、前記吸気コレクタ部内の空気量を低減させるコレクタ空気量低減手段であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記空気量制御手段が、吸気弁及び／又は排気弁の開弁特性を変化させる可変動弁手段、及び、前記吸気コレクタ部内の空気量を低減させるコレクタ空気量低減手段で構成されることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記コレクタ空気量低減手段が、前記吸気コレクタ部の容量を減少変化させる可変容量手段であることを特徴とする請求項４又は５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記コレクタ空気量低減手段が、前記吸気コレクタ部内の空気の一部を排気に入れ替える入れ替え手段であることを特徴とする請求項４又は５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記再生制御手段が、前記可変動弁手段を制御して、吸気弁の開弁期間とリフト量との少なくとも一方を小さくすることを特徴とする請求項３又は５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記再生制御手段が、前記可変動弁手段を制御して、吸気弁の閉弁時期を、下死点以降の領域で遅角させることを特徴とする請求項３又は５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記再生制御手段が、前記可変動弁手段を制御して、排気弁の開弁期間とリフト量との少なくとも一方を小さくすることを特徴とする請求項３又は５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記再生制御手段が、前記可変動弁手段を制御して、吸気弁の開弁時期の進角、及び／又は、排気弁の閉時期の遅角によって、バルブオーバーラップ期間を長くすることを特徴とする請求項３又は５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記入れ替え手段が、排気の一部を前記吸気コレクタ部に導く排気還流手段と、前記吸気コレクタ部内の空気を吸引する負圧源とから構成されることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記再生制御手段が、前記入れ替え手段における入れ替え量を、前記負圧源による吸引期間によって制御することを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記再生制御手段が、前記入れ替え手段における入れ替え量を、前記負圧源と前記吸気コレクタ部とを連通する負圧通路の開口面積を変化させることで制御することを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記排気還流手段の前記吸気コレクタ部に対する接続部と、前記負圧源の前記吸気コレクタ部に対する接続部とが、機関の気筒列方向に沿って対向して設けられ、
前記再生制御手段が、前記負圧源による吸引を、前記吸気コレクタ部に対する負圧源の接続部から最短距離にある気筒が吸気行程を開始する直前に行うことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１６】
前記排気浄化手段が、
流入する排気の空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘをトラップし、理論空燃比又はリッチであるときにトラップしていたＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ触媒と、
流入する排気成分を酸化浄化する酸化触媒と、
流入する排気中のパティキュレートをトラップするパティキュレートトラップと、
のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくは、機関の筒内に流入する空気量を低減させることでリッチ燃焼を行わせ、該リッチ燃焼雰囲気で排気浄化手段を再生させる構成の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させると、吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を、機関の排気通路に配置してなる排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出すべきときに、燃料噴射弁からの噴射量を増大させると共に、スロットル弁開度を減少させることで、排気ガスの空燃比をリッチ化させる構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６００４９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の排気浄化装置では、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべく、空燃比をリーン状態からリッチ状態へ移行させるときに、スロットル弁の開度を絞っても、その後、スロットル弁から筒内までの間に残存する空気が筒内に吸引されるため、筒内の空気量を急激に減少させることができず、その結果、目標とする吸入空気量（空気過剰率）に達するまでに時間を要し、その間に排気性能の悪化，トルクショックの発生，燃焼騒音の悪化などが生じるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、排気浄化手段の再生のため吸入空気量を低減させてリッチ燃焼状態を形成するときに、目標吸入空気量（目標空気過剰率）にまで応答良く変化し、リッチ燃焼への移行時に生じる性能悪化を改善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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、機関の排気通路に配置され、流入する排気成分を浄化すると共に、リッチ燃焼雰囲気で再生される排気浄化手段と、該排気浄化手段の再生時期において、機関の筒内に流入する空気量を低減させてリッチ燃焼を行わせる再生制御手段と、を備え、前記再生制御手段が、吸気コレクタ部から筒内までの間で筒内に流入する空気量を制御する空気量制御手段を少なくとも制御して、筒内に流入する空気量を低減させる構成とした。
【０００７】
【発明の効果】
上記構成によると、排気浄化手段を再生させるべく、機関の筒内に流入する空気量（酸素量）を低減させてリッチ燃焼を行わせるときに、少なくとも吸気コレクタ部から筒内までの間で空気量（酸素量）を低減させる制御を行わせる。
例えば、吸気コレクタ部上流側に介装されるスロットル弁を閉じるだけでは、スロットル弁から筒内までの間に残存する空気が筒内に吸引されるため、筒内に吸引される空気量を急減させることができないが、より下流側で空気量を減少させる制御を行わせることで、応答良く吸入空気量を減少させることができ、また、残存空気量を減らして、吸入空気量の減少速度を改善できる。
【０００８】
従って、目標とする吸入空気量（空気過剰率）にまで応答良く変化し、排気性能の悪化，トルクショックの発生，燃焼騒音の悪化などが生じることを防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、内燃機関のシステム構成図である。
この図１に示す内燃機関１は、吸気マニホールド２、排気マニホールド３、機関１の燃焼室に装着された燃料噴射ノズル４、過給機５を含んで構成される。
【００１０】
エアフィルタ６でダストを除去されて吸気通路７に導入された空気は、前記過給機５の吸気コンプレッサ５Ａにより圧縮され、吸気マニホールド２を介して機関１の筒内に吸入される。
前記燃料噴射ノズル４には、噴射ポンプ８から燃料が圧送供給され、該燃料噴射ノズル４から燃焼室に向けて燃料が噴射され、該噴射された燃料は圧縮行程末期に着火して燃焼する。
【００１１】
前記排気マニホールド３と吸気マニホールド２の吸気コレクタ部（吸気管集合部）とを結んで、途中に排気還流制御弁９が介装される排気還流通路１０（排気還流手段）が接続される。
また、吸気通路７の吸気コンプレッサ５Ａの上流側にスロットル弁１１が介装される。
【００１２】
このスロットル弁１１は、排気還流制御時に吸気を絞ることで排気圧と吸気圧との差圧を拡大し、該差圧によって排気還流が行われ易くなるようにするものであり、主としてアイドル時や低負荷時における排気改善，騒音対策のために排気還流を行わせる。
具体的には、バキュームポンプ１２からの負圧を、電磁弁１３を介してダイアフラム装置１４に導いてスロットル弁１１を絞る一方、デューティ制御される電磁弁１５で負圧と大気との希釈割合を制御することによって、排気還流制御弁９の圧力室に導かれる圧力を制御して、排気還流制御弁９の開度を制御することにより、排気還流率が制御される。
【００１３】
前記排気還流制御弁９には、弁体のリフト量を検出するリフトセンサ１６が設置されている。
燃焼後の排気は、排気マニホールド３を介して過給機５の排気タービン５Ｂに導かれ、排気タービン５Ｂを回転駆動させた後、排気通路１７に介装されたフィルタ（図示省略）でＰＭ（パティキュレート）等が捕集され、更に、ＮＯｘトラップ触媒１８でＮＯｘが浄化された後、マフラー１９で消音されて大気中に放出される。
【００１４】
前記ＮＯｘトラップ触媒１８（排気浄化手段）は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比又はリッチであるときにトラップしていたＮＯｘを放出する触媒である。
前記機関１の運転条件を検出する手段として、スロットル弁１１上流の吸気通路７に、吸入空気流量を検出するエアフローメータ２０が設けられ、また、機関１の回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を検出する回転数センサ２１、アクセル開度Ｃｌ（負荷）を検出するアクセル開度センサ２２、機関１の冷却水温度を検出する水温センサ２３等が設けられ、これらの検出値に基づいて、コントロールユニット２５により燃料噴射ノズル４の燃料噴射制御及び排気還流制御が行われる。
【００１５】
機関１の各気筒には、吸気側駆動軸，排気側駆動軸によってそれぞれ開閉駆動される一対の吸気弁および一対の排気弁（図示省略）が設けられ、これら吸気弁及び排気弁には、開弁特性（作動角，リフト量，位相）を可変にする可変動弁機構（可変動弁手段，空気量制御手段）が設けられている。
以下、前記可変動弁機構を、吸気弁側を例に、図２に従って説明する。
【００１６】
一対の吸気弁それぞれの上方にはバルブリフタ３０が配設されている。
これらのバルブリフタ３０の上方には，図外のクランクシャフトに連動して軸周りに回転駆動される駆動軸３１が気筒列方向に延在している。
この駆動軸３１の外周には、各吸気弁に対応して揺動カム３２が揺動可能に外嵌されており、この揺動カム３２がバルブリフタ３０に当接して、これを押圧することにより、吸気弁が図外のバルブスプリングのバネ力に抗して開閉駆動される。
【００１７】
この図２に示す可変動弁機構は、吸気弁の作動角（開閉期間）をリフト量と共に変化させる開弁期間調整機構３３、作動油（作動流体）の供給圧に応じて前記開弁期間調整機構３３を駆動する作動角変更アクチュエータ３４と、吸気弁の作動角の位相（中心角の位相）を変化させる位相変更機構３５と、作動油の供給圧に応じて前記位相変更機構３５を駆動する位相変更アクチュエータ３６と、これらアクチュエータ３４，３６への供給圧を、ソレノイドバルブ３７，３８を介して制御する制御部３９とを有している。
【００１８】
前記ソレノイドバルブ３７，３８には，上記供給圧の圧力源としての油圧ポンプが接続されている。
前記開弁期間調整機構３３は、駆動軸３１と揺動カム３２との間に設けられ、両者３１，３２を機械的に連携するリンクの姿勢を変化させて、吸気弁の作動角およびバルブリフト量を連続的に変化させるようになっている。
【００１９】
つまり，この開弁期間調整機構３３は、駆動軸３１に偏心して設けられて駆動軸３１と一体的に回転する駆動カム４１と、この駆動カム４１の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク（第１のリンク）４２と、駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸４３と、この制御軸４３に偏心して設けられて制御軸４３と一体的に回転する制御カム４４と、この制御カム４４の外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端がリング状リンク４２の先端と相対回転可能に連結されたロッカーアーム４５と、このロッカーアーム４５の他端および揺動カム３２の先端と回転可能に連結され、両者４５，３２を機械的に連携するロッド状リンク（第２のリンク）４６とを有している。
【００２０】
上記の駆動軸３１および制御軸４３は、図外の軸受ブラケットを介して内燃機関１のシリンダヘッドに回転可能に支持されている。
前記制御軸４３の一端には上記の作動角変更アクチュエータ３４が接続されており、このアクチュエータ３４によって制御軸４３が所定の制御角度範囲内で軸周りに回転駆動され、前記制御軸４３の角度変化に応じて吸気弁の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
【００２１】
次に、前記位相変更機構３５及び位相変更アクチュエータ３６の構成を、詳細に説明する。
駆動軸３１の前端部の外周側にはカムスプロケット（またはカムプーリ）５１が同軸上に配置されている。
このカムスプロケット５１は、チェーン（またはベルト）を介してクランクシャフトから回転動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。
【００２２】
位相変更機構３５は、図３に示すように、カムスプロケット５１に一体的に形成された外筒部５２と、駆動軸３１と一体的に回転する内筒部５３と、これらの外筒部５２と内筒部５３との間に介挿されるリング状のピストン５４とを有している。
前記ピストン５４の内，外周面と、内筒部５３の外周面および外筒部５２の内周部との嵌合部分は、ヘリカルスプライン５５となっている。
【００２３】
従って、ピストン５４が、内，外筒部５２，５３の軸方向へ移動することにより、この軸方向の運動が内筒部５２と外筒部５３との相対回転運動に変換され、相対回転位相が連続的に変化する。
これにより，カムスプロケット５１に対する駆動軸３１の相対回転位相が変化し、吸気弁の作動角の位相が作動角一定のまま、連続的に変化する。
【００２４】
前記ピストン５４は、リターンスプリング５６によって図で左方向に付勢されており、このピストン５４の前面に油圧が供給されると、油圧は前記リターンスプリング５６の付勢力に抗してピストン５４を図で右方向に変位させる。
つまり、外筒部５３，内筒部５２およびピストン５４などにより、上記の位相変更アクチュエータ３６が構成されている。
【００２５】
尚、可変動弁機構としては、上記構成のものの他、電磁動弁機構を用いることができる。
以下、前記電磁動弁機構の詳細を、排気弁側を例に、図４及び図５に基づいて説明する。尚、吸気弁側も同様の構成を有する。
シリンダヘッド６１に設けられるバルブガイド６２に、排気弁６３のステム６４が摺動自由に挿通されている。
【００２６】
前記ステム６４上端部には、バルブコッター等を介してアッパーシート６５が取り付けられる。
前記アッパーシート６５と、シリンダヘッド側のロアシートとの間に、排気弁６３を閉弁方向に付勢する（自由長から所定量圧縮された）閉弁用スプリング６６が配設されている。
【００２７】
そして、排気弁６３が閉状態で、後述する閉弁用電磁石６７でアーマチャを吸着している状態において、前記ステム６４の上端部から、所定量離間して、言い換えれば所定のバルブクリアランスを持って、電磁動弁機構６８の可動軸６９が、前記ステム６４と同軸上に配設されるようになっている。
電磁動弁機構６８は、非磁性体製のハウジング７１と、前記可動軸６９に一体に設けられてハウジング７１内に摺動自由に収納されるアーマチャ７２と、該アーマチャ７２を磁気吸引可能にアーマチャ７２の上面に対向する位置でハウジング７１内に固定配置される閉弁用電磁石６７と、該アーマチャ７２を磁気吸引して排気弁６３を開弁保持可能にアーマチャ７２の下面に対向する位置でハウジング７１内に固定配置される開弁用電磁石７３と、排気弁６３の開弁方向に向けてアーマチャ７２を付勢する開弁用スプリング７４と、を含んで構成されている。
【００２８】
そして、閉弁用電磁石６７と開弁用電磁石７３とを共に消磁したときに、排気弁６３は、図５に示すように、半開位置となるように構成されている。
前記半開位置から前記閉弁用電磁石６７のみを通電励磁すると、アーマチャ７２は開弁用スプリング７４を押し縮める方向に閉弁用電磁石６７によって磁気吸引され、一方、前記半開位置から開弁用電磁石７３のみを通電励磁すると、アーマチャ７２は閉弁用スプリング６６を押し縮めて排気弁６３を開弁する方向に開弁用電磁石７３によって磁気吸引される。
【００２９】
また、前記電磁動弁機構６８のハウジング頂壁には、前記アーマチャ７２の位置を検出する位置センサ７５が装着され、該位置センサ７５によってアーマチャ７２の位置を検出しながら該アーマチャ７２が各位置に対応した目標速度を持つ特性で駆動されるように、前記閉弁用電磁石６７と開弁用電磁石７３とが通電制御される。
【００３０】
これにより、アーマチャ７２を一方の電磁石を離れてから他方の電磁石に向かう駆動途中までは大きな速度で駆動して応答性を確保しながら、該他方の電磁石に接近してからは十分小さい速度で電磁石に着座させて着座時の衝撃を緩和し、あるいは、電磁石に着座する直前の位置で停止させて衝突を防止するように制御することができる。
【００３１】
以上、電磁石６７，７３への通電励磁制御により、吸・排気弁の開閉弁時期，リフト量の制御が可能となる。
ところで、前記ＮＯｘトラップ触媒１８は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比又はリッチであるときにトラップしていたＮＯｘを放出する触媒であるから、リーン燃焼が継続すると、ＮＯｘトラップ量が飽和してしまうため、リッチ燃焼に切換えて再生を行わせる必要がある。
【００３２】
リッチ燃焼を行うためには、前記スロットル弁１１を閉じ、筒内に吸入される空気量（新気量）を調節するか、排気還流量を増やし、筒内に吸入される酸素濃度を調節する必要がある。
しかしながら、スロットル弁１１や排気還流制御弁９から筒内までの経路には、リッチ燃焼開始直前の運転状態の目標空気量に制御された空気が残留する容積が存在する。
【００３３】
このため、図６に示すように、リッチ燃焼を開始しても、実空気過剰率が目標空気過剰率まで到達するには、大きな遅れ（遅れ時間Δｔ）が生じる。
そこで、本実施形態では、上記実空気過剰率の遅れを改善すべく、再生制御手段としての機能を有する前記コントロールユニット２５が、図７のフローチャートに示す制御を行う。
【００３４】
図７のフローチャートに示す制御は、運転条件或いは運転期間からＮＯｘトラップ触媒１８にトラップされたＮＯｘ量を推定し、推定ＮＯｘ量が所定値以上であって、ＮＯｘトラップ触媒の浄化時期（再生時期）であると判断したときに実行される。
ＮＯｘトラップ触媒の浄化時期（再生時期）において、リッチ燃焼開始指示を受けると、ステップＳ１にて、現在の運転状況（回転数Ｎｅ，燃料噴射量Ｑ，空気過剰率λ）を読み込む。
【００３５】
ステップＳ２では、リッチ燃焼開始可否判断を行い、ＮＯであればそのまま終了させ、ＹＥＳであればステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、リッチ燃焼期間（再生期間）および目標空気過剰率の読み込みを行う。
ステップＳ４では、リッチ燃焼前の空気過剰率と、ステップＳ３にて読み込んだリッチ燃焼時の目標空気過剰率とから定まる、可変動弁制御を行う期間Δｔｖを読み込む（図９参照）。
【００３６】
前記制御期間Δｔｖは、リッチ燃焼開始時の空気過剰率と、リッチ燃焼時目標空気過剰率との差が大きいほど、長い期間に設定される。
ステップＳ５では、スロットル弁１１を閉じると共に、吸・排気弁の作動角・リフト量・位相（開弁特性）の制御によっても、筒内に吸引される空気量を減少させる、スロットル弁制御及び可変動弁制御を行う。
【００３７】
具体的には、図８（ａ）〜図８（ｄ）に示すように、吸・排気弁の作動角・リフト量・位相を変化させる。
図８（ａ）は、吸気弁の作動角及び／又はリフト量を減少させることで、吸入空気量を減らすものであり、前記開弁期間調整機構３３又は電磁動弁機構６８によって実現される。
【００３８】
また、図８（ｂ）は、吸気弁の閉弁時期を、吸気下死点（ＢＤＣ）以降の領域で遅角させるものであり、位相変更機構３５又は電磁動弁機構６８によって実現される。
図８（ｃ）は、排気弁の作動角及び／又はリフト量を減少させることで、筒内に残留するガス量を増大させ、相対的に、筒内に吸引される空気量（新気量）を減らすものであり、前記開弁期間調整機構３３又は電磁動弁機構６８によって実現される。
【００３９】
図８（ｄ）は、吸気弁作動時期（開時期）の進角、あるいは、排気弁作動時期（閉時期）の遅角のうちの少なくとも一方を行うことで、吸・排気弁のバルブオーバーラップ期間を長くし、筒内に残留するガス量を増大させ、相対的に、筒内に吸引される空気量（新気量）を減らすものであり、位相変更機構３５又は電磁動弁機構６８によって実現される。
【００４０】
尚、図８（ａ）〜図８（ｄ）に示す吸・排気弁の開特性の変更を組み合わせて行わせるようにしても良い。
ステップＳ６では、制御期間Δｔｖが経過したか否かを判別し、Δｔｖ経過した場合には可変動弁制御を終了させ、通常の開弁特性に戻すようにする。
ステップＳ７では、ＮＯｘトラップ触媒１８を再生させるためのリッチ燃焼期間が経過したか否かを判別し、リッチ燃焼期間が経過すると、ＮＯｘトラップ触媒１８を再生するためのリッチ燃焼を終了させ、本制御を終了させる。
【００４１】
上記のように、機関１の吸入空気量を減らしてリッチ燃焼を行わせるときに、スロットル弁１１を閉弁させると共に、吸入空気量を減らすように吸・排気弁の開弁特性を変更すれば、筒内に流入する空気量を急減させることができ、以って、実空気過剰率が目標空気過剰率まで到達するのに要する遅れを、大幅に縮小できる（図９参照）。
【００４２】
従って、リッチ燃焼開始初期における排気性能の悪化，トルクショックの発生，燃焼騒音の悪化を防止することができる。
尚、吸入空気量を減少させてリッチ燃焼を行わせるときに、スロットル弁１１を閉弁せずに、吸・排気弁の開弁特性の変更のみによって吸入空気量を制御する構成としても良い。
【００４３】
また、上記実施形態では、吸・排気弁の開弁特性の変更によって吸入空気量を急減させる構成としたが、吸気コレクタ部の容量を変化させることで、吸入空気量を急減させることも可能である。
図１０は、吸気コレクタ部の容量を可変にする可変容量機構（可変容量手段，コレクタ空気量低減手段）を示す図である。
【００４４】
尚、図１０は、図１に示した機関１の吸気コレクタ部２ａを詳細に示すものであり、他の構成は、図１と同様であるものとする。
機関１の側方に、気筒列方向に長い吸気コレクタ部２ａが配設され、該吸気コレクタ部２ａの気筒列方向一端の機関寄りの部分には、排気還流通路１０及び吸気通路７が接続される。
【００４５】
前記吸気コレクタ部２ａ内には、気筒列方向に沿って延設され、吸気コレクタ２ａの天井壁付近に配設される回転軸８１と、該回転軸８１に支持される可動板８２とが設けられている。
前記可動板８２は、モータ８３の回転駆動力によって回転軸８１が回転することで、吸気コレクタ部２ａの天井壁と平行な位置と、吸気コレクタ部２ａ内を、排気還流通路１０及び吸気通路７の接続部を含む機関側空間と、残りの反機関側空間とに隔て、吸気コレクタ部２ａの容量を減少させる位置とに変位する。
【００４６】
そして、ＮＯｘトラップ触媒１８の再生のためのリッチ燃焼時における実空気過剰率の応答遅れを改善すべく、図１１のフローチャートに示すようにして前記可変容量機構を制御する。
図１１のフローチャートに示す制御は、運転条件或いは運転期間からＮＯｘトラップ触媒１８にトラップされたＮＯｘ量を推定し、推定ＮＯｘ量が所定値以上であって、ＮＯｘトラップ触媒の浄化時期（再生時期）であると判断したときに実行される。
【００４７】
ＮＯｘトラップ触媒の浄化時期（再生時期）において、リッチ燃焼開始指示を受けると、ステップＳ１１にて、現在の運転状況（回転数Ｎｅ，燃料噴射量Ｑ，空気過剰率λ）を読み込む。
ステップＳ１２では、リッチ燃焼開始可否判断を行い、ＮＯであればそのまま終了させ、ＹＥＳであればステップＳ１３に進む。
【００４８】
ステップＳ１３では、リッチ燃焼期間および目標空気過剰率の読み込みを行う。
ステップＳ１４では、スロットル弁１１を閉じると共に、前記可変容量機構によって吸気コレクタ部２ａの容量を減少させる制御を行う。
そして、吸気コレクタ部２ａの容量を減少させる制御を、所定の制御期間Δｔｖだけ行うと、ステップＳ１５へ進んで、吸気コレクタ部２ａの容量を通常（最大量）に戻す。
【００４９】
ステップＳ１６では、ＮＯｘトラップ触媒１８を再生させるためのリッチ燃焼期間が経過したか否かを判別し、リッチ燃焼期間が経過すると、ＮＯｘトラップ触媒１８を再生するためのリッチ燃焼を終了させ、本制御を終了させる。
本実施形態においても、スロットル弁１１を閉じると共に、前記可変容量機構によって吸気コレクタ部２ａの容量を減少させることで、機関１の吸入空気量が急減するから、目標空気過剰率まで到達するのに要する遅れを大幅に縮小でき（図９参照）、リッチ燃焼開始初期における排気性能の悪化，トルクショックの発生，燃焼騒音の悪化を防止することができる。
【００５０】
尚、吸気コレクタ部２ａの容量を減少させる制御と同時に、前述した実施形態の吸・排気弁の開弁特性の制御を行えば、より応答良く空気過剰率を変化させることができる。
また、上記各実施形態では、スロットル弁１１から筒内までの容積部に残留する空気が筒内に吸引されるのを抑止することで、吸入空気量を急減させ、空気過剰率を応答良く変化させる構成としたが、スロットル弁１１から筒内までの容積部における酸素濃度を減少させる制御によっても、筒内に吸引される空気量（新気量）を急減させることができる。
【００５１】
図１２は、前記吸気コレクタ部２ａ内の空気の一部を積極的に排気に入れ替えることで、吸気コレクタ部２ａ内の酸素濃度を低減させるための構成（入れ替え手段，コレクタ空気量低減手段）を示す図である。
尚、図１２は、図１に示される機関１の吸気コレクタ部２ａを詳細に示すものであり、他の構成は、図１と同様であるものとする。
【００５２】
図において、機関１の側方に、気筒列方向に長い吸気コレクタ部２ａが配設され、該吸気コレクタ部２ａの気筒列方向一端には、排気還流通路１０が接続され、他端には、吸気通路７及び負圧通路９２が接続され、排気還流通路１０の接続部と負圧通路９２の接続部とが、気筒列方向に対向するようになっている。
前記負圧通路９２は、機関駆動される負圧源９１の負圧を吸気コレクタ部２ａに導くものであり、その途中には開閉弁９３が介装される。
【００５３】
排気還流制御弁９が開いている状態で、前記開閉弁９３を開いて負圧源９１の負圧を吸気コレクタ部２ａに導くと、吸気コレクタ部２ａ内の空気が瞬時に吸引され、同時に、排気還流通路１０から酸素濃度の低い排気を積極的にコレクタ内に吸引することになるから、吸気コレクタ部２ａ内の空気（新気）が排気に入れ替えられ、吸気コレクタ部２ａ内の酸素濃度が瞬間的に低下することになる。
【００５４】
上記の吸気コレクタ部２ａ内の酸素濃度を低減させるための構成を、前記図１１のフローチャートにおけるステップＳ１４で実行させれば、応答良く空気過剰率を変化させることができる。
即ち、リッチ燃焼期間において、スロットル弁１１を閉じると共に、所定の制御期間Δｔｖだけ、排気還流制御弁９を開き、かつ、前記開閉弁９３を開くようにする。
【００５５】
すると、スロットル弁１１から筒内までに残留した空気の酸素濃度が瞬間的に低下するから、スロットル弁から筒内までの間に残存する空気が筒内に吸引されても、空気過剰率は応答良く変化することになる。
ここで、前記負圧源９１による空気の吸入量は、機関１が低負荷であるほど少なくして、過剰の吸入を回避することが好ましく、前記吸入量の制御は、前記制御期間Δｔｖを機関負荷に応じて設定することで行えると共に、前記開閉弁９３の開度制御による負圧通路９２の開口面積の制御によっても行える。
【００５６】
また、前記負圧源９１による空気の吸入は、前記吸気コレクタ部２ａと負圧通路９２との接続部から最も近い気筒が吸気行程を開始する直前に行わせるようにすれば、その後に吸気行程となる気筒は酸素濃度の低いガスを吸い込むことになり、安定的かつ応答良く空気過剰率を変化させることができる。
尚、上記負圧源を用いた酸素濃度の低下制御を、吸・排気弁の開弁特性の制御及び／又は吸気コレクタ部２ａの容量減少制御と同時に行わせるようにしても良い。
【００５７】
また、上記実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒１８の再生のためのリッチ燃焼について述べたが、排気浄化手段をＮＯｘトラップ触媒１８に限定するものではなく、リッチ燃焼により再生が図られる排気浄化手段であれば良く、流入する排気成分を酸化浄化する酸化触媒や、流入する排気中のパティキュレートをトラップするパティキュレートトラップであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における機関のシステム構成図。
【図２】可変動弁機構のシステム構成図。
【図３】位相変更機構を示す断面図。
【図４】電磁動弁機構を示す図。
【図５】電磁動弁機構への通電を遮断した半開状態を示す状態図。
【図６】スロットル弁のみによる空気量制御時の応答特性を示すタイムチャート。
【図７】可変動弁手段を用いた触媒再生制御を示すフローチャート。
【図８】触媒再生制御時における吸・排気弁の開特性を示す図。
【図９】実施形態における空気量制御における応答特性を示すタイムチャート。
【図１０】吸気コレクタ部の可変容量手段を示す図。
【図１１】可変容量手段又は入れ替え手段を用いた触媒再生制御を示すフローチャート。
【図１２】吸気コレクタ部の入れ替え手段を示す図。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…吸気マニホールド
２ａ…吸気コレクタ部
９…排気還流制御弁
１０…排気還流通路
１１…スロットル弁
１８…ＮＯｘトラップ触媒
２５…コントロールユニット
３３…開弁期間調整機構
３５…位相変更機構
６９…電磁動弁機構
８２…可動板
９１…負圧源
９２…負圧通路
９３…開閉弁
【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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