(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、
前記内燃機関の各気筒内もしくは各気筒より上流の吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、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を吸蔵し、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を放出しつつ還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記内燃機関の吸気弁およびまたは排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する可変動弁機構と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物を還元すべき時期に、前記内燃機関の所定の気筒をリッチ空燃比で運転させるとともに該所定気筒の排気弁の開弁時期を遅角させるべく前記燃料噴射弁及び前記可変動弁機構を制御する浄化支援手段と、
を備えることを特徴とする可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項２】
前記浄化支援手段は、前記内燃機関の機関回転数が所定回転数より低く且つ機関負荷が所定負荷より小さい場合に前記所定気筒の排気弁の開弁時期を遅角させ、前記内燃機関の機関回転数が所定回転数より高く又は機関負荷が所定負荷より大きい場合は前記所定気筒の排気弁の開弁時期を進角させることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項３】
前記浄化支援手段は、前記所定ガス成分を浄化するのに適した状態の排気を前記ＮＯx触媒へ供給する際に、前記内燃機関のトルク変動が発生しないよう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２に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項４】
前記可変動弁機構は、電磁力によって吸気弁およびまたは排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する電磁駆動式動弁機構であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関に関し、特に吸気弁およびまたは排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する可変動弁機構を備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車に搭載される内燃機関では、内燃機関から排出される排気を大気中に放出する前に、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）等の有害ガス成分を浄化することが望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、流入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の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する三元触媒を内燃機関の排気通路に配置すると共に、前記三元触媒に流入する排気の空燃比が所定空燃比となるように機関空燃比（内燃機関で燃焼される混合気の空燃比）を制御する空燃比フィードバック制御を実行することにより、排気中の有害ガス成分を浄化する技術が知られている。
【０００４】
一方、自動車に搭載される内燃機関では、燃料消費量の低減を図るべく、理論空燃比より高い空燃比（リーン空燃比）の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式内燃機関の開発が進められている。
【０００５】
希薄燃焼式内燃機関では、排気の空燃比がリーン空燃比となり、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）等の還元成分が少なくなるため、三元触媒のみでは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を十分に還元及び浄化することができない。
【０００６】
このため、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を配置する技術が提案されている。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒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の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、該吸蔵還元型ＮＯx触媒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）を放出するとともに、放出された窒素酸化物（ＮＯx）を排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元剤と反応させることにより窒素（Ｎ2）に還元するものである。
【０００７】
このような吸蔵還元型ＮＯx触媒が希薄燃焼式内燃機関の排気通路に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて該内燃機関からリーン空燃比の排気が排出されるときは、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されることになる。
【０００８】
また、前記内燃機関が理論空燃比もしくはリッチ空燃比で運転されて該内燃機関から理論空燃比もしくはリッチ空燃比の排気が排出されるときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出されるとともに窒素（Ｎ2）に還元されることになる。
【０００９】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒が吸蔵可能な窒素酸化物（ＮＯx）量には限りがあるため、内燃機関の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒の吸蔵能力が飽和し、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が浄化されずに大気中へ放出される虞があった。
【００１０】
そこで、従来では、内燃機関が希薄燃焼運転されているときに、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和すると、内燃機関の運転状態を希薄燃焼運転からリッチ空燃比運転に切り換えることにより、リッチ空燃比の排気を吸蔵還元型ＮＯx触媒へ供給する、いわゆるリッチスパイク制御が行われている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リッチスパイク制御において単に燃料噴射量が増加されると、内燃機関のトルクが急激に増大してしまうため、内燃機関の吸入空気量を減少させつつ燃料噴射量を増加させる必要がある。
【００１２】
このため、リッチスパイク制御の実行が開始される場合には、内燃機関の吸入空気量を減少させるべくスロットル弁が制御されるとともに、気筒内に供給される燃料量を増加させるべく燃料噴射弁が制御されることになる。
【００１３】
しかしながら、スロットル弁と気筒との間に距離があるため、スロットル弁が変更された時点から気筒内の吸入空気量が所望の量に減少するまでに時間がかかる、いわゆる吸気の応答遅れが生じ、内燃機関の運転状態が希薄燃焼運転から所望のリッチ空燃比運転へ切り換わるまでの移行期間が長くなる。
【００１４】
更に、リッチスパイク制御の実行が終了される場合にも、内燃機関の吸入空気量を増加させるべくスロットル弁が制御されるとともに、気筒内に供給される燃料量を減少させるべく燃料噴射弁が制御されることになるため、リッチスパイク制御の実行開始時と同様に吸気の応答遅れが発生し、内燃機関の運転状態がリッチ空燃比運転から希薄燃焼運転へ切り換わるまでの移行期間が長くなる。
【００１５】
このように機関運転状態の移行期間が長くなると、リッチスパイク制御の実行期間が長くなり、ドライバビリィティの悪化や燃料消費量の不要な増加が誘発される虞がある。
【００１６】
本発明は、上記したような種々の事情に鑑みてなされたものであり、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関において、短期間で効率的に排気浄化を行うことができる技術を提供することにより、ドライバビリィティの向上と燃料消費量の低減とを図ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような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、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関は、
酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中に含まれる窒素酸化物を浄化するＮＯx触媒と、
前記内燃機関の吸気弁およびまたは排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する可変動弁機構と、
前記ＮＯx触媒において所定のガス成分を浄化すべき時期に、前記所定ガス成分を浄化するのに適した状態の排気を前記ＮＯx触媒へ供給すべく前記可変動弁機構を制御する浄化支援手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１８】
このように構成された可変動弁機構を有する内燃機関では、ＮＯx触媒において所定のガス成分を浄化すべきときに、浄化支援手段は、前記所定ガス成分を浄化するのに適した状態の排気が内燃機関から排出されるように可変動弁機構を制御することになる。
【００１９】
ここで、吸気弁および排気弁は、気筒内に臨むよう設けられているため、吸気弁およびまたは排気弁の開閉タイミングおよびまたはリフト量の変更は、気筒内のガスの状態及び気筒内から排出される排気の状態に直ちに反映されることになる。
【００２０】
従って、所定のガス成分を浄化するのに適した状態の排気が内燃機関から排出されるように可変動弁機構が制御された場合には、内燃機関から排出される排気の状態は、直ちに所定のガス成分を浄化するのに適した状態となり、所定ガス成分の浄化に係る制御の実行期間が不要に長くなることがない。
【００２１】
本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関において、所定のガス成分としては、例えば、窒素酸化物（ＮＯx）、硫黄酸化物（ＳＯx）等を例示することができる。
【００２２】
ＮＯx触媒において窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する場合は、窒素酸化物（ＮＯx）を還元するための還元剤が必要となるため、浄化支援手段は、排気の状態が還元剤を多量に含む状態となるように可変動弁機構を制御すればよい。
【００２３】
排気中に含まれる還元剤の量を増加させる方法としては、内燃機関の少なくとも１つの気筒をリッチ空燃比で運転させることにより、排気の空燃比をリッチ空燃比とする方法を例示することができる。
【００２４】
内燃機関の少なくとも１つの気筒をリッチ空燃比で運転させる場合は、浄化支援手段は、例えば、前記気筒の吸気弁の開弁期間が短くなるように可変動弁機構を制御することにより、前記気筒の吸入空気量を減少させ、以て前記気筒で燃焼される混合気の空燃比をリッチ空燃比とすればよく、排気中に含まれる還元剤の量を一層多くする場合には、浄化支援手段は、所定の気筒の吸気弁の開弁期間が短くなるよう可変動弁機構を制御すると同時に前記気筒に供給される燃料量を増加すべく燃料噴射弁を制御すればよい。
【００２５】
尚、窒素酸化物（ＮＯx）の還元剤としては、炭化水素（ＨＣ）が一般的ではあるが、混合気の燃焼過程で発生する水素（Ｈ2）や炭化水素（ＨＣ）の酸化によって発生する一酸化炭素（ＣＯ）は炭化水素（ＨＣ）に比して還元能力が高いため、浄化支援手段は、排気の状態が水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）を多量に含有した状態となるように可変動弁機構を制御するようにしてもよい。
【００２６】
排気中に含まれる水素（Ｈ2）の量を増加させる方法としては、例えば、排気弁の開弁時期を排気行程下死点以前であって膨張行程の途中まで進角させ、燃焼途中のガスが排気として気筒内から排出されるようにする方法を例示することができる。
【００２７】
排気中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）の量を増加させる方法としては、例えば、排気弁の開弁時期を排気行程下死点以後まで遅角させ、気筒内で十分に酸化されたガスを排気として排出する方法を例示することができる。
【００２８】
次に、ＮＯx触媒において硫黄酸化物（ＳＯx）を浄化する場合、特にＮＯx触媒の硫黄被毒を解消する場合には、ＮＯx触媒を高温且つリッチ雰囲気にする必要があるため、浄化支援手段は、排気の状態が高温且つリッチ空燃比となるように可変動弁機構を制御すればよい。
【００２９】
排気の温度を高くする方法としては、例えば、各気筒で燃焼された直後の既燃ガスを各気筒から排出させるよう排気弁の開弁時期を進角させる方法を例示することができ、排気の空燃比をリッチ空燃比にする方法としては、吸気弁の開弁期間を短くすべく吸気弁の開弁時期を遅角およびまたは吸気弁の閉弁時期を進角させる方法、又は、気筒内に供給される燃料量を増加させるべく燃料噴射弁を制御する方法等を例示することができる。
【００３０】
尚、本発明に係る内燃機関が点火栓を具備している場合は、排気弁の開弁時期を進角させるとともに、点火栓の点火時期を遅角させて混合気の燃焼時期を遅らせることにより、排気弁開弁時における既燃ガスの温度を一層高めるようにしてもよい。
【００３１】
ここで、本発明に係るＮＯx触媒としては、例えば、該ＮＯx触媒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）を吸蔵し、該ＮＯx触媒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）を放出しつつ還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒や、該ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であり且つ還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を還元又は分解する選択還元型ＮＯx触媒等を例示することができる。
【００３２】
また、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関では、浄化支援手段は、所定ガス成分を浄化するのに適した状態の排気をＮＯx触媒へ供給する際に、内燃機関のトルクが変動しないように可変動弁機構を制御することが好ましい。
【００３３】
この場合、内燃機関のトルク変動を抑制しつつ、応答性の高い排気浄化が実現されることになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００３５】
＜実施の形態１＞
本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第１の実施の形態について図１〜図５に基づいて説明する。
【００３６】
図１及び図２は、本実施の形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。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サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。
【００３７】
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。
【００３８】
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と連結されている。
【００３９】
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に臨むよう点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されている。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
上記した吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１とは、本発明に係る可変動弁機構を実現するものである。
ここで、吸気側電磁駆動機構３０と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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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が軸方向へ進退自在となっている。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
第１コア３０１の上方には、筒状のアッパキャップ３０５が設けられている。このアッパキャップ３０５は、その下端に形成されたフランジ部３０５ａにボルト３０４を貫通させてアッパヘッド１１上面に固定されている。この場合、フランジ部３０５ａを含むアッパキャップ３０５の下端が第１コア３０１の上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１コア３０１がアッパヘッド１１に固定されることになる。
【００５０】
一方、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キャップ３０７が設けられている。このロアキャップ３０７にはボルト３０７が貫通し、そのボルト３０７により前記ロアキャップ３０７が前記径小部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、ロアキャップ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。
【００５１】
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。
【００５２】
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の軟磁性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の中空部には、該アーマチャ３１１の軸心に沿って上下方向に延出した円柱状のアーマチャシャフト３１０が固定されている。この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、前記第１コア３０１及び前記第２コア３０２によって軸方向へ進退自在に保持されている。
【００５３】
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。
【００５４】
一方、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。
【００５５】
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が互いに当接して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。
【００５６】
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との中間の位置に一致す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。
【００５７】
また、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が全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置（以下、中開位置と称する）となるように設定されている。
【００５８】
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ると、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し、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ると、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を前記第２コア３０２側へ変位させる方向の電磁力が発生する。
【００５９】
従って、上記した吸気側電磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａからの励磁電流が第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに交互に印加されることにより、アーマチャ３１１が進退動作し、それに伴って弁軸２８ｂが進退駆動されると同時に弁体２８ａが開閉駆動されることになる。
【００６０】
その際、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と励磁電流の大きさを変更することにより、吸気弁２８の開閉タイミングを制御することが可能となる。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、各気筒２１の吸気ポート２６が前記吸気枝管３３の各枝管と連通している。前記シリンダヘッド１ａにおいて前記吸気枝管３３との接続部位の近傍には、その噴孔が吸気ポート２６内に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、アクセルペダル４２に機械的に接続さ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とが取り付けられている。
【００６８】
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、その排気枝管４５の各枝管が各気筒２１の排気ポート２７と連通している。
【００６９】
前記排気枝管４５は、排気浄化触媒４６と接続されている。排気浄化触媒４６は、排気管４７と接続され、排気管４７は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【００７０】
前記排気浄化触媒４６は、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）を浄化する三元活性機能と、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）を吸蔵し、流入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ＮＯx吸蔵還元機能とを備えた吸蔵還元型ＮＯx触媒である。
【００７１】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４６は、例えば、アルミナからなる担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類との中から選ばれた少なくとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されて構成されるが、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持してなる吸蔵還元型ＮＯx触媒を例に挙げて説明する。
【００７２】
このように構成された吸蔵還元型ＮＯx触媒４６では、該吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入する排気の空燃比がリーン空燃比になると、排気中の酸素濃度が高くなるため、酸素（Ｏ2）がＯ2-又はＯ2-の形で白金（Ｐｔ）の表面に付着する。また、排気中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）は、白金Ｐｔの表面上で酸素（Ｏ2-又はＯ2-）と反応して二酸化窒素（ＮＯ2 ）となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。
【００７３】
続いて、二酸化窒素（ＮＯ2）は、白金（Ｐｔ）上で酸化されつつ酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硝酸イオン（ＮＯ3-）を形成し、その硝酸イオン（ＮＯ3-）が吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸収されることになる。
【００７４】
このようなＮＯx吸収作用は、流入排気の空燃比がリーン空燃比であって、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸収能力が飽和しない限り継続される。
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入する排気の酸素濃度が低下すると、二酸化窒素（ＮＯ2）の生成量が低下するため、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合していた硝酸イオン（ＮＯ3-）が逆に二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）となって吸蔵還元型ＮＯx触媒４６から離脱する。
【００７５】
その際、流入排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比であると、比較的多量の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が排気中に含まれることになり、それら炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ2-又はＯ2-）と反応して酸化せしめられるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６から離脱した二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）が排気中の還元成分（吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ2-又はＯ2-）と反応して部分酸化した炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の活性種）と反応して窒素（Ｎ2）に還元せしめられる。
【００７６】
即ち、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入した排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）は、まず白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ2-又はＯ2-）と直ちに反応して酸化せしめられ、次いで白金（Ｐｔ）上の酸素（Ｏ2-又はＯ2-）が消費された後に残存する炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が、二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）と反応して、それらの窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることになる。
【００７７】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６は、該吸蔵還元型ＮＯx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）を吸蔵し、該吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比又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）を還元及び浄化することになる。
【００７８】
次に、前記排気枝管４５の集合管には、該排気枝管４５内を流れる排気の空燃比、言い換えれば、前記吸蔵還元型ＮＯx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。
【００７９】
前記排気管４７において前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の直下流に位置する部位には、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４６から流出した排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）の濃度に対応した電気信号を出力するＮＯxセンサ４９が取り付けられている。
【００８０】
また、内燃機関１は、クランクシャフト２３の端部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタイミングロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクランクポジションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成された冷却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２とを備えている。
【００８１】
この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。
【００８２】
前記ＥＣＵ２０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、ＮＯxセンサ４９、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等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００８３】
前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、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が各種センサの出力信号値をパラメータとしてイグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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、ＮＯxセンサ４９、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。
【００８６】
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、ＮＯxセンサ４９、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直接接続されている。
【００８７】
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。
【００８８】
前記出力ポート４０６は、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、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、その制御信号をイグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、又はスロットル用アクチュエータ４０へ送信する。
【００８９】
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、各気筒２１の点火栓２５の点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、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、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を還元・浄化するための浄化支援制御ルーチンを記憶している。
【００９０】
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及び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励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態と各点火栓２５の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、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。
【００９１】
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書き換えられる。
【００９２】
前記バックアップＲＡＭ４５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等を記憶する。
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、点火制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、スロットル制御、ＮＯx浄化制御等を実行する。
【００９３】
その際、ＣＰＵ４０１は、クランクポジションセンサ５１、アクセルポジションセンサ４３、あるいはエアフローメータ４４等の出力信号値をパラメータとして内燃機関１の運転状態を判別し、判別された運転状態に応じて各種の制御を実行する。
【００９４】
例えば、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の運転状態が低中負荷運転領域にあると判定した場合は、酸素過剰状態の混合気（リーン空燃比の混合気）による希薄燃焼運転を実現すべく、スロットル開度、燃料噴射量、吸気弁２８の開閉タイミング、排気弁２９の開閉タイミング、点火時期を制御する。
【００９５】
内燃機関１の運転状態が高負荷運転領域にあると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、理論空燃比の混合気（ストイキ混合気）によるストイキ運転を実現すべく、スロットル開度、燃料噴射量、吸気弁２８の開閉タイミング、排気弁２９の開閉タイミング、点火時期を制御する。
【００９６】
また、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときは、排気の空燃比がリーン空燃比となるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒４６にて除去もしくは浄化されずに大気中に放出される虞がある。
【００９７】
これに対し、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合に、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力が飽和すると、排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とすべく浄化支援制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を還元及び浄化して、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力を再生するようにした。
【００９８】
以下、本実施の形態に係る浄化支援制御について具体的に述べる。
浄化支援制御では、ＣＰＵ４０１は、図５に示すような浄化支援制御ルーチンを実行する。この浄化支援制御ルーチンは、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都度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００９９】
浄化支援制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ず、Ｓ５０１において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力が飽和しているか否かを判別する。
吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力が飽和しているか否かを判別する方法としては、例えば、内燃機関１の運転履歴（希薄燃焼運転の実行時間とストイキ運転の実行時間との偏差）に基づいて吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵されているＮＯx量を推定し、その推定値と吸蔵還元型ＮＯx触媒４６が吸蔵することができる最大の窒素酸化物（ＮＯx）量とを比較することにより判定する方法、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の触媒床温や空燃比センサ４８の出力信号値から吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵されている窒素酸化物（ＮＯx）量を推定し、その推定値と吸蔵還元型ＮＯx触媒４６が吸蔵することができる最大の窒素酸化物（ＮＯx）量とを比較することにより推定する方法、又は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入する排気の空燃比が所定の空燃比であるときのＮＯxセンサ４９の出力信号値に基づいて判定する方法等を例示することができる。
【０１００】
尚、以下では、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６が吸蔵することができる最大の窒素酸化物（ＮＯx）量を最大ＮＯx吸蔵量と称するものとする。
ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ５０１において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力が飽和していないと判定した場合は、本ルーチンの実行を一旦終了し、前記Ｓ５０１において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力が飽和していると判定した場合は、Ｓ５０２へ進む。
【０１０１】
Ｓ５０２では、ＣＰＵ４０１は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵されている全ての窒素酸化物（ＮＯx）、言い換えれば最大ＮＯx吸蔵量の窒素酸化物（ＮＯx）を還元及び浄化するために必要となる還元剤の量（以下、目標還元剤量と称する）を算出する。
【０１０２】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の最大ＮＯx吸蔵量は、予め実験的に求めておくことが可能であるため、最大ＮＯx吸蔵量の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するために必要となる目標還元剤量も予め実験的に求めておき、ＲＯＭ４０２等に記憶されるようにしてもよい。
【０１０３】
Ｓ５０３では、ＣＰＵ４０１は、アクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）と機関回転数とをＲＡＭ４０３から読み出し、それらアクセル開度と機関回転数とをパラメータとして内燃機関１に要求されるトルク（以下、要求機関トルクと称する）を算出する。
【０１０４】
Ｓ５０４では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ５０３で算出された要求機関トルクを達成する上で、１気筒当たりに吸入可能な空気量の最大値（以下、目標気筒吸気量と称する）を算出する。
【０１０５】
尚、内燃機関１が所定のリッチ空燃比（例えば、内燃機関１で燃焼可能な混合気の空燃比のうち最も低い空燃比）で運転されたときに発生するトルクと、その際の１気筒当たりの吸入空気量との関係を実験的に求め、それらの関係を予めマップ化しておくことにより、ＣＰＵ４０１が前記マップと前記要求機関トルクとを用いて目標気筒吸気量を算出するようにしてもよい。
【０１０６】
Ｓ５０５では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ５０２で算出された目標気筒吸気量と前記Ｓ５０４で算出された目標還元剤量とをパラメータとして、前記目標還元剤量を単一の気筒２１からの排気で賄う上で、前記単一の気筒２１で燃焼すべき混合気の空燃比（以下、目標リッチ空燃比と称する）を算出する。
【０１０７】
Ｓ５０６では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の気筒２１内に可燃混合気を形成することが可能な空燃比の範囲において最も低い空燃比（以下、リッチ限界空燃比と称する）と、前記Ｓ５０５で算出された目標リッチ空燃比とを比較する。
【０１０８】
前記Ｓ５０６において前記目標リッチ空燃比が前記リッチ限界空燃比以上であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、単一の気筒２１を一回のみ目標リッチ空燃比で運転させることによって目標還元剤量の還元剤を吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ供給することが可能であるとみなし、Ｓ５０７へ進む。
【０１０９】
Ｓ５０７では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の複数の気筒２１の中から任意に１つの気筒２１を選択し、選択された気筒２１（以下、選択気筒２１と称する）の吸入空気量が前記目標気筒吸気量となるように吸気弁２８の目標開閉タイミング（以下、目標吸気弁開閉タイミングと称する）を決定する。
【０１１０】
Ｓ５０８では、ＣＰＵ４０１は、前記目標気筒吸気量を前記目標リッチ空燃比で除算して前記選択気筒２１の目標燃料噴射量を算出する。
Ｓ５０９では、ＣＰＵ４０１は、前記選択気筒２１が前記目標気筒吸気量と前記目標リッチ空燃比で運転された際に発生するトルクが前記Ｓ５０３で算出された要求機関トルクとなるように、該選択気筒２１の目標点火時期及び排気弁２９の目標開閉タイミング（以下、目標排気弁開閉タイミングと称する）を決定する。
【０１１１】
Ｓ５１０では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ５０７〜前記Ｓ５０９で決定された、目標吸気弁開閉タイミング、目標燃料噴射量、目標排気弁開閉タイミング、及び目標点火時期に従って、前記選択気筒２１の吸気側駆動回路３０ａ、燃料噴射弁３２、排気側駆動回路３１ａ、及びイグナイタ２５ａを制御する。
【０１１２】
ここで、各気筒２１の吸気弁２８は燃焼室２４に臨む位置に設けられているため、吸気弁２８の開閉タイミングが変更されると、各気筒２１の実際の吸入空気量が応答遅れを生じることなく直ちに変更されることになる。
【０１１３】
このため、前記した選択気筒２１の吸気弁２８の開閉タイミングを目標吸気弁開閉タイミングと一致させるべく吸気側駆動回路３０ａが制御されると、該選択気筒２１の実際の吸入空気量は、直ちに目標気筒吸気量となる。
【０１１４】
従って、選択気筒２１の吸気弁２８及び燃料噴射弁３２が目標吸気弁開閉タイミング及び目標燃料噴射量に従って駆動されると、前記選択気筒２１が直ちに目標リッチ空燃比で運転されることになり、該選択気筒２１の排気行程では目標還元剤量に相当する量の還元剤を含有した排気が排出されることになる。
【０１１５】
前記選択気筒２１から排出された排気は、排気枝管４５を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵されていた全ての窒素酸化物（ＮＯx）が還元及び浄化されることになる。
【０１１６】
つまり、内燃機関１の単一の気筒２１を一回のみ目標リッチ空燃比で運転させることにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）の全てが還元及び浄化されることになる。
【０１１７】
一方、前記Ｓ５０６において目標リッチ空燃比がリッチ限界空燃比より低いと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、単一の気筒２１を一回のみリッチ空燃比で運転させても目標還元剤量の還元剤を吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ供給することができないとみなし、Ｓ５１１へ進む。
【０１１８】
Ｓ５１１では、ＣＰＵ４０１は、リッチ限界空燃比を新たな目標リッチ空燃比（以下、新目標リッチ空燃比と称する）として設定する。
Ｓ５１２では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の複数の気筒２１の中から任意に１つの気筒２１を選択し、選択された気筒２１（以下、選択気筒２１と称する）の吸入空気量が前記Ｓ５０４で算出された目標気筒吸気量となるように目標吸気弁開閉タイミングを決定する。
【０１１９】
Ｓ５１３では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ５０４で算出された目標気筒吸気量を前記Ｓ５１１で新たに設定された新目標リッチ空燃比で除算して、前記選択気筒２１の目標燃料噴射量を算出する。
【０１２０】
Ｓ５１４では、ＣＰＵ４０１は、前記選択気筒２１が前記目標気筒吸気量と前記新目標リッチ空燃比で運転された際に発生するトルクが前記Ｓ５０３で算出された要求機関トルクとなるように該選択気筒２１の目標点火時期及び目標排気弁開閉タイミングを決定する。
【０１２１】
Ｓ５１５では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ５１２〜前記Ｓ５１４で決定された、目標吸気弁開閉タイミング、目標燃料噴射量、目標排気弁開閉タイミング、及び目標点火時期に従って、前記選択気筒２１の吸気側駆動回路３０ａ、燃料噴射弁３２、排気側駆動回路３１ａ、及びイグナイタ２５ａを制御する。
【０１２２】
Ｓ５１６では、ＣＰＵ４０１は、前記目標気筒吸気量と前記新目標リッチ空燃比とに従って運転された選択気筒２１から吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ供給される還元剤の量（以下、供給還元剤量と称する）を算出する。
【０１２３】
Ｓ５１７では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ５０２で算出された目標還元剤量から前記Ｓ５１６で算出された供給還元剤量を減算して、新たな目標還元剤量（以下、新目標還元剤量と称する）を算出する。そして、ＣＰＵ４０１は、目標還元剤量を新目標還元剤量に置き換えて前述したＳ５０５以降の処理を実行する。
【０１２４】
この場合は、２つ以上の気筒２１がリッチ空燃比で運転されることになり、それらの気筒２１から排出される排気に含まれる還元剤の総量が目標還元剤量となる。
【０１２５】
この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵されていた全ての窒素酸化物（ＮＯx）は、目標還元剤量の還元剤によって還元及び浄化されることになる。
このようにＣＰＵ４０１が浄化支援制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る浄化支援手段が実現されることになる。
【０１２６】
すなわち、上記した浄化支援制御では、電磁駆動式動弁機構を利用することによって各気筒２１の吸入空気量を独立に制御することができるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を還元及び浄化する場合には、必要最小限の数の気筒２１の吸入空気量を変更してリッチ空燃比運転させることにより、所望量の還元剤を吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ供給することが可能となる。
【０１２７】
その際、リッチ空燃比で運転させるべき気筒２１の吸入空気量は、吸気弁２８の開閉タイミングによって調節されるため、吸気の応答遅れなどが生じることがなく、前記気筒２１の吸入空気量及び空燃比を即座に所望の吸入空気量及びリッチ空燃比へ切り換えることが可能である。
【０１２８】
従って、本実施の形態に係る浄化支援制御によれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を還元及び浄化する場合には、所望量の還元剤を短時間で吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に供給することが可能となり、窒素酸化物（ＮＯx）の浄化に係るリッチ空燃比運転の期間が不要に長くなることがなく、ドライバビリィティの悪化や燃料消費量の悪化が防止される。
【０１２９】
更に、本実施の形態に係る浄化支援制御では、選択気筒２１の目標気筒吸気量と目標燃料噴射量とは、該選択気筒２１の発生トルクが他の気筒２１（通常のリーン空燃比で運転される気筒２１）の発生トルクと一致するように設定されるため、内燃機関１がリーン空燃比で運転されているときに選択気筒２１のみがリッチ空燃比（目標リッチ空燃比）で運転されてもトルク変動が発生することがない。
【０１３０】
尚、本実施の形態では、目標気筒吸気量は、選択気筒２１で発生するトルクが他の気筒２１で発生するトルクと一致するように決定されるが、単一の気筒２１が一回の吸気行程で吸入することができる最大の空気量（以下、最大気筒吸気量と称する）を目標気筒吸気量として設定するようにしてもよい。
【０１３１】
最大気筒吸気量が目標気筒吸気量として設定された場合は、単一の気筒２１が一回の排気行程で排出することができる排気の量が最も多くなり、それに伴って単一の気筒２１が一回の排気行程で排出することができる還元剤の量も最も多くなるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）の浄化を目的としたリッチ空燃比運転の期間をより一層短くすることができる。
【０１３２】
但し、最大気筒吸気量が目標気筒吸気量として設定された場合には、選択気筒２１の発生トルクが他の気筒２１の発生トルクに比して大幅に大きくなることが予想されるため、選択気筒２１の排気弁２９の開閉タイミングおよびまたは点火時期、もしくは選択気筒２１が膨張行程となるときに排気行程となる気筒２１の排気弁２９の開閉タイミングなどを制御して、選択気筒２１の発生トルクを抑制することが好ましい。
【０１３３】
＜実施の形態２＞
以下、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第２の実施の形態について図６〜図８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その説明を省略するものとする。
【０１３４】
前述した第１の実施の形態では、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合に、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力が飽和すると、少なくとも１つの気筒２１から排出される排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比として吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵されている窒素酸化物（ＮＯx）を還元及び浄化する例について述べたが、本実施の形態では、内燃機関１の運転状態が希薄燃焼運転領域にある場合に、特定の気筒２１のみを常にリッチ空燃比で運転させる例について述べる。
【０１３５】
尚、特定の気筒２１は、単一の気筒２１であってもよく、あるいは複数の気筒２１であってもよいが、ここでは、単一の気筒２１のみをリッチ空燃比で運転する例について述べる。
【０１３６】
本実施の形態に係る内燃機関１は４つの気筒２１を備えているため、内燃機関１の運転状態が希薄燃焼運転領域にあるときに、単一の気筒２１がリッチ空燃比で運転されると、残りの３つの気筒２１は、リーン空燃比で運転されることになる。
【０１３７】
すなわち、内燃機関１の４つの気筒２１のうち特定の１つの気筒２１が常にリッチ空燃比で運転されると、３つの気筒２１が連続してリーン空燃比で運転された後に残り１つの気筒２１が必ずリッチ空燃比で運転され、それに応じて３つの気筒２１から連続してリーン空燃比の排気が排出された後に残り１つの気筒２１から必ずリッチ空燃比の排気が排出されることになる。
【０１３８】
この場合、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６は、リーン空燃比で運転された３つの気筒２１（以下、リーン運転気筒２１と称する）の排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵した後、リッチ空燃比で運転された気筒２１（以下、リッチ運転気筒２１と称する）の排気に含まれる還元剤によって吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元する動作を繰り返すことになる。
【０１３９】
その際、リッチ運転気筒２１が一回の排気行程で排出する排気の空燃比及び量を最適化することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵された全ての窒素酸化物（ＮＯx）（つまり、３つのリーン運転気筒２１から排出された全ての窒素酸化物（ＮＯx））を還元及び浄化することが可能となる。
【０１４０】
ところで、リッチ運転気筒２１で混合気が燃焼された際に発生する燃焼圧力は、リーン運転気筒２１で混合気が燃焼された際に発生する燃焼圧力に比して高くなるため、リッチ運転気筒２１の燃焼圧力がそのままクランクシャフト２３の回転トルクに反映されると、気筒間でトルク変動が発生してしまう。
【０１４１】
そこで、本実施の形態では、ＣＰＵ４０１は、リッチ運転気筒２１が膨張行程となるときに排気行程となる気筒２１の排気弁２９の開閉タイミング、又は、リッチ運転気筒２１の排気弁２９の開閉タイミングを制御することにより、リッチ運転気筒２１の発生トルクをリーン運転気筒２１の発生トルクまで低下させるようにした。
【０１４２】
例えば、内燃機関１の４番（＃４）気筒２１をリッチ運転気筒２１とし、１番（＃１）気筒２１、２番（＃２）気筒２１、及び３番（＃３）気筒２１をリーン運転気筒２１とした場合には、図６に示すように、４番（＃４）気筒２１が膨張行程となるときに排気行程となる３番（＃３）気筒２１の排気弁２９の開弁時期を排気行程の途中まで遅角させる。
【０１４３】
この場合、４番（＃４）気筒２１が膨張行程となるときに、３番（＃３）気筒２１のピストン２２が排気行程下死点から排気弁２９が開弁するまでの期間において筒内に残留した既燃ガスを圧縮することになるため、該４番（＃４）気筒２１で発生したトルクの一部が３番（＃３）気筒２１の圧縮仕事によって相殺され、その結果、４番（＃４）気筒２１の発生トルクが抑制される。
【０１４４】
また、内燃機関１の４番（＃４）気筒２１をリッチ運転気筒２１とし、１番（＃１）気筒２１、２番（＃２）気筒２１、及び３番（＃３）気筒２１をリーン運転気筒２１とした場合には、図７に示すように、４番（＃４）気筒２１の排気弁２９の開弁時期を膨張行程の途中まで進角させるようにしてもよい。
【０１４５】
この場合、４番（＃４）気筒２１内の既燃ガスが膨張行程の途中で筒内から排出されて筒内の圧力が低下するため、ピストン２２に作用する圧力が低下し、その結果、４番（＃４）気筒２１で発生した燃焼圧力の一部のみがクランクシャフト２３の回転トルクに反映されることになる。
【０１４６】
以下、本実施の形態に係る浄化支援制御について具体的に説明する。
ＣＰＵ４０１は、浄化支援制御を実行する場合に、図８に示すような浄化支援制御ルーチンを実行する。この浄化支援制御ルーチンは、予めＲＯＭ４０２に記憶されているルーチンであり、所定時間毎（例えば、クランクシャフト２３が７２０°回転する度）にＣＰＵ４０１によって繰り返し実行されるルーチンである。
【０１４７】
浄化支援制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ず、Ｓ８０１において、機関回転数やアクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）等の各種データをＲＡＭ４０３から読み出す。
【０１４８】
Ｓ８０２では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０１で読み出された機関回転数及びアクセル開度から内燃機関１の運転状態を判別する。
Ｓ８０３では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０２で判別された機関運転状態が希薄燃焼運転領域にあるか否かを判別する。
【０１４９】
ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０３において機関運転状態が希薄燃焼運転領域にないと判定した場合は本ルーチンの実行を一旦終了し、前記Ｓ８０３において機関運転状態が希薄燃焼運転領域にあると判定した場合はＳ８０４へ進む。
【０１５０】
Ｓ８０４では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０１で読み出された機関回転数とアクセル開度とをパラメータとして要求機関トルクを算出する。その際、機関回転数とアクセル開度と要求機関トルクとの関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４０２に記憶しておくようにしてもよい。
【０１５１】
Ｓ８０５では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０４で算出された要求機関トルクに基づいて１気筒２１当たりに要求されるトルク（以下、要求気筒トルクと称する）を算出する。尚、前述したＳ８０３の処理は、このＳ８０５の次に実行されるようにしてもよい。
【０１５２】
Ｓ８０６では、ＣＰＵ４０１は、リーン運転気筒２１の発生トルクが前記要求気筒２１トルクと同一となり、且つ、リーン運転気筒２１の燃料噴射量が最も少なくなるように、リーン運転気筒２１で燃焼すべき混合気の空燃比（以下、目標リーン空燃比と称する）とリーン運転気筒２１が吸入すべき空気量（以下、目標リーン気筒吸気量と称する）とを決定する。
【０１５３】
Ｓ８０７では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０６で決定された目標リーン空燃比と目標リーン気筒吸気量とに従ってリーン運転気筒２１の目標吸気弁開閉タイミング及び目標排気弁開閉タイミングを決定するとともに、目標リーン気筒吸気量を目標リーン空燃比で除算してリーン運転気筒２１の目標燃料噴射量を算出する。
【０１５４】
Ｓ８０８では、ＣＰＵ４０１は、先ず、単一のリーン運転気筒２１が前記Ｓ８０６で決定された目標リーン空燃比及び目標リーン気筒吸気量に従って運転された場合に、該リーン運転気筒２１から排出される窒素酸化物（ＮＯx）の量を推定する。次いで、ＣＰＵ４０１は、前記推定値を３倍して３つのリーン運転気筒２１から排出される窒素酸化物（ＮＯx）の総量を算出する。
【０１５５】
Ｓ８０９では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０８で推定された総ＮＯx量の窒素酸化物（ＮＯx）を還元するために必要となる還元剤の量（目標還元量）を算出する。
【０１５６】
Ｓ８１０では、ＣＰＵ４０１は、先ず、リッチ運転気筒２１内に可燃混合気を形成することができる空燃比の範囲において最も低い空燃比（以下、目標リッチ空燃比と称する）を算出する。続いて、ＣＰＵ４０１は、目標リッチ空燃比の排気の単位量当たりに含まれる還元剤の量を算出し、算出された還元剤量で前記目標還元剤量を除算することにより、リッチ運転気筒２１から排出すべき排気の量、言い換えればリッチ運転気筒２１に吸入すべき空気の量（以下、目標リッチ気筒吸気量と称する）を算出する。
【０１５７】
Ｓ８１１では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８１０で算出された目標リッチ気筒吸気量に基づいてリッチ運転気筒２１の目標吸気弁開閉タイミングを決定するとともに、前記目標リッチ気筒吸気量を前記目標リッチ空燃比で除算してリッチ運転気筒２１の目標燃料噴射量を算出する。
【０１５８】
Ｓ８１２では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８１０で算出された目標リッチ空燃比と目標リッチ気筒吸気量とに従ってリッチ運転気筒２１が運転された際に、該リッチ運転気筒２１が発生し得るトルクを推定する。
【０１５９】
Ｓ８１３では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８１２で推定されたトルクが前記Ｓ８０５で算出された要求気筒トルクまで低下するように、リッチ運転気筒２１の目標排気弁開閉タイミングを決定する。
【０１６０】
Ｓ８１４では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０７で決定された目標吸気弁開閉タイミング、目標排気弁開閉タイミング、及び、目標燃料噴射量に従って、リーン運転気筒２１の吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、及び燃料噴射弁３２を制御するとともに、前記Ｓ８１１及び前記８１３で決定された目標吸気弁開閉タイミング、目標排気弁開閉タイミング、及び、目標燃料噴射量に従って、リッチ運転気筒２１の吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、及び燃料噴射弁３２を制御する。
【０１６１】
この場合、内燃機関１では、３つのリーン運転気筒２１が連続して目標リーン空燃比で運転された後に、１つのリッチ運転気筒２１が目標リッチ空燃比で運転されることになり、それに応じて、３つのリーン運転気筒２１が連続して目標リーン空燃比の排気を排出した後に、１つのリッチ運転気筒２１が目標リッチ空燃比の排気を排出することになる。
【０１６２】
その際、リッチ運転気筒２１から排出される排気には、３つのリーン運転気筒２１から排出された排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）の総量に対応した量の還元剤が含まれているため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６は、３つのリーン運転気筒２１からの排気が流入した時には、その排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、続いてリッチ運転気筒２１からの排気が流入すると、吸蔵していた全ての窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び浄化することが可能となる。
【０１６３】
従って、上記したような浄化支援制御によれば、１サイクル毎に吸蔵還元型ＮＯx触媒４６における窒素酸化物（ＮＯx）の吸蔵と還元とが行われるため、窒素酸化物（ＮＯx）の吸蔵量と還元剤の供給量とを適合させ易く、ＣＰＵ４０１の演算負荷を低減することが可能となる。
【０１６４】
また、上記したような浄化支援制御では、リッチ運転気筒２１の排気弁２９の開閉タイミングを制御することによって、リッチ運転気筒２１の発生トルクとリーン運転気筒２１の発生トルクとが均一にされるため、内燃機関１のトルク変動が発生することがない。
【０１６５】
尚、本実施の形態では、内燃機関１のリッチ運転気筒２１を特定の気筒２１に固定する例について述べたが、所定の周期でリッチ運転気筒２１とする気筒２１を変更し、デポジットの発生や点火栓２５のくすぶりなどを抑制するようにしてもよい。
【０１６６】
＜実施の形態３＞
次に、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第３の実施の形態について図９に基づいて説明する。ここでは、前述の第１及び第２の実施の形態とは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。
【０１６７】
前述した第１及び第２の実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ還元剤を供給する場合に、特定の気筒２１をリッチ空燃比で運転させることにより、その気筒２１から排出される排気中に比較的多量に含有される炭化水素（ＨＣ）を還元剤として吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ供給する例について述べたが、本実施の形態では、炭化水素（ＨＣ）に比して窒素酸化物（ＮＯx）の還元力が強い水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）を還元剤として吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ供給する例について述べる。
【０１６８】
この場合、ＣＰＵ４０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力を再生させることを目的として所定の気筒２１をリッチ空燃比で運転させる必要が生じると、図９に示すようなリッチ運転制御ルーチンを実行する。このリッチ運転制御ルーチンは、予めＲＯＭ４０２に記憶されているルーチンである。
【０１６９】
リッチ運転制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ９０１において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力を再生させるべく還元剤を供給する必要が生じたか否かを判別する。
【０１７０】
前記Ｓ９０１において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力を再生させるべく還元剤を供給する必要がないと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１７１】
一方、前記Ｓ９０１において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力を再生させるべく還元剤を供給する必要があると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ９０２へ進む。
【０１７２】
Ｓ９０２では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の機関回転数が所定回転数以上であるか否か、もしくは、機関負荷が所定負荷以上であるか否かを判別する。
前記Ｓ９０２において機関回転数が所定回転数以上である、およびまたは、機関負荷が所定負荷以上であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ９０３へ進み、リッチ運転気筒２１の排気弁２９の開弁時期を進角させる。
【０１７３】
これは、水素（Ｈ2）は、混合気に含まれる炭化水素（ＨＣ）が燃焼した際に熱分解して生成され、その後の燃焼が進むと酸素や炭素と結合して水（Ｈ2Ｏ）や炭化水素（ＨＣ）を生成することになるため、混合気の燃焼途中で排気弁２９を開弁させることにより、水素（Ｈ2）を比較的多量に含む排気を生成することが可能となるが、機関回転数が比較的高い時もしくは機関負荷が比較的大きいとき程水素（Ｈ2）が生成され易いからである。
【０１７４】
この場合、リッチ運転気筒２１から排出される排気には、炭化水素（ＨＣ）より還元力の強い水素（Ｈ2）が比較的多量に含有されるため、そのような排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵されている窒素酸化物（ＮＯx）が短時間で効率的に還元されることになる。
【０１７５】
一方、前記Ｓ９０２において機関回転数が所定回転数より低く、且つ、機関負荷が所定負荷より小さい場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ９０４へ進み、リッチ運転気筒２１の排気弁２９の開弁時期を遅角させる。
【０１７６】
これは、一酸化炭素（ＣＯ）は、混合気の燃焼後に残留した炭化水素（ＨＣ）が高温且つ酸化雰囲気下で酸化して生成されるため、混合気の燃焼が終了した後の所定の時期まで排気弁２９の開弁時期を遅角させることにより、一酸化炭素（ＣＯ）を比較的多量に含む排気を生成することが可能となるからである。
【０１７７】
この場合、リッチ運転気筒２１から排出される排気には、炭化水素（ＨＣ）より還元力の強い一酸化炭素（ＣＯ）が比較的多量に含有されるため、そのような排気が吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵されている窒素酸化物（ＮＯx）が短時間で効率的に還元されることになる。
【０１７８】
このようにＣＰＵ４０１がリッチ運転制御ルーチンを実行することにより、炭化水素（ＨＣ）を還元剤として利用する場合に比して、より短時間で吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の吸蔵能力を再生させることが可能となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力を再生させることを目的として所定の気筒２１をリッチ空燃比で運転させる期間を一層短縮することが可能となり、以て燃料消費量を一層低減することが可能となる。
【０１７９】
＜実施の形態４＞
次に、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第４の実施の形態について図１０に基づいて説明する。ここでは、前述した第１〜第３の実施の形態とは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。
【０１８０】
前述した第１〜第３の実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を還元及び浄化することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力を再生する例について述べたが、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒を再生する例について述べる。
【０１８１】
吸蔵還元型ＮＯx触媒４６は、該吸蔵還元型ＮＯx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）を吸蔵することになるが、排気中に含まれる硫黄成分も窒素酸化物（ＮＯx）と同様のメカニズムによって吸収してしまい、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【０１８２】
具体的には、内燃機関１の燃料に含まれている硫黄（Ｓ）成分が燃焼することによりＳＯ2やＳＯ3などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成され、それらの硫黄酸化物（ＳＯx）が排気とともに吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入する。
【０１８３】
その際、排気の空燃比がリーン空燃比であると、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の担体上に担持された白金（Ｐｔ）の表面に酸素Ｏ2-又はＯ2-が付着しているため、排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯx）が上記した酸素Ｏ2-又はＯ2-と反応してＳＯ3-やＳＯ4-を形成する。
【０１８４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の白金（Ｐｔ）上で形成されたＳＯ3-やＳＯ4-は、白金（Ｐｔ）上で更に酸化され、硫酸イオン（ＳＯ42-）として吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に吸収される。吸蔵還元型ＮＯx触媒４６内に吸収された硫酸イオン（ＳＯ42-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）を形成する。
【０１８５】
硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）は、窒素酸化物（ＮＯx）に比して分解され難く、粗大化し易いという特性を有しているため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となっても分解されずに吸蔵還元型ＮＯx触媒４６内に残留することになる。
【０１８６】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６内の硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）は、時間の経過とともに増加することになるため、窒素酸化物（ＮＯx）の吸蔵に作用することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少し、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＮＯx吸蔵能力が低下してしまう。
【０１８７】
吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒を解消するには、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の雰囲気温度を高温（例えば、５００℃〜７００℃）にするとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする必要がある。
【０１８８】
すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の雰囲気温度が高温になると、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６内に生成された硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3-やＳＯ4-に熱分解される。その際、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であると、ＳＯ3-やＳＯ4-は、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して気体状のＳＯ2-へ還元されて吸蔵還元型ＮＯx触媒４６から放出されることになる。
【０１８９】
吸蔵還元型ＮＯx触媒４６を高温且つリッチ雰囲気にする方法としては、例えば、
未燃燃料成分と酸素とを比較的多量に含むリッチ空燃比の排気を吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ供給し、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６において未燃燃料成分と酸素とを反応（燃焼）させることにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６を高温且つリッチ雰囲気とする方法を例示することができる。
【０１９０】
ここで、未燃燃料成分と酸素を比較的多量に含有した排気を生成する方法としては、（１）排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく内燃機関１をリッチ空燃比の混合気で運転させるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６より上流の排気通路において排気中に二次空気を供給することにより、未燃燃料成分と酸素とを含有した排気を生成する方法、（２）内燃機関１の一部の気筒２１をリッチ空燃比の混合気で運転させると同時に、残りの気筒２１をリーン空燃比の混合気で運転させることにより、十分な量の未燃燃料成分を含む排気と十分な量の酸素を含む排気との混合させる方法等を例示することができるが、本実施の形態では、吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを任意に設定することができるという電磁駆動式動弁機構の特性を利用して以下のような方法を採用した。
【０１９１】
すなわち、本実施の形態では、ＣＰＵ４０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒を解消する必要が生じた場合に、内燃機関１の各気筒２１をリッチ空燃比の混合気で運転させるべく燃料噴射弁３２を制御した上で、排気弁２９の開弁時期を膨張行程の途中まで進角させることにより、燃焼途中の混合気を排気として排出するようにした。
【０１９２】
この場合、内燃機関１の排気は、燃焼完了後の既燃ガスが排気として排出された場合に比して、温度が高くなるとともに、未燃の燃料成分と酸素とを多量に含む排気となる。
【０１９３】
尚、排気中に残存する未燃燃料成分と酸素の量を更に増加させる場合には、ＣＰＵ４０１は、各気筒２１の点火栓２５の点火時期を遅角させ、混合気の燃焼時期を遅らせるようにしてもよい。
【０１９４】
ところで、各気筒２１から燃焼途中の混合気が排出されると、各気筒２１内で発生する燃焼圧力が低下するとともに、燃焼圧力がクランクシャフト２３へ伝達される効率が低下し、内燃機関１のトルクが低下してしまう。
【０１９５】
これに対し、ＣＰＵ４０１は、各気筒２１の吸入空気量を増加させるべく吸気弁２８の開閉タイミングを変更するとともに、燃料噴射量を増量補正するようにした。各気筒２１の吸入空気量を増量させる場合には、ＣＰＵ４０１は、吸気弁２８の開閉タイミングに加えて、スロットル弁３９の開度も変更するようにしてもよい。
【０１９６】
以下、本実施の形態に係る浄化支援制御について具体的に説明する。
ＣＰＵ４０１は、浄化支援制御を実行するにあたり、図１０に示すような浄化支援制御ルーチンを実行する。この浄化支援制御ルーチンは、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。
【０１９７】
浄化支援制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ１００１において、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒度合いを判定する。吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒度合いを判定する方法としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx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に、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６よりも下流に配置されたＮＯxセンサ４９の出力信号値に基づいて判定する方法、又は、内燃機関１がリーン空燃比で運転された時間の積算値、吸入空気量の積算値、およびまたは燃料噴射量の積算値等に基づいて吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒度合いを推定する方法等を例示することができる。
【０１９８】
Ｓ１００２では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ１００１において判定されたＳＯx被毒度合いが所定の基準値を上回っているか否かを判別する。前記した基準値は、予め実験的に求められた値であり、ＲＯＭ４０２等に予め記憶されている値である。
【０１９９】
Ｓ１００２において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒度合いが前記基準値以下であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に対するＳＯx被毒解消処理を実行する必要がないとみなし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０２００】
一方、Ｓ１００２において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒度合いが前記基準値を上回っていると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６に対するＳＯx被毒解消処理を実行する必要があるとみなし、Ｓ１００３へ進む。
【０２０１】
Ｓ１００３では、ＣＰＵ４０１は、機関回転数やアクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）をＲＡＭ４０３から読み出し、それらの値をパラメータとして内燃機関１の要求機関トルクを算出する。
【０２０２】
Ｓ１００４では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ１００３で算出された要求機関トルクを満たしつつ、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ未燃燃料成分と酸素とを含有した排気を供給すべく、吸気弁２８の開閉タイミング、排気弁２９の開閉タイミング、燃料噴射量、点火時期を決定する。
【０２０３】
具体的には、ＣＰＵ４０１は、先ず、各気筒２１で燃焼すべき混合気の空燃比を決定する。続いて、ＣＰＵ４０１は、各気筒２１で燃焼途中の混合気を排気として排出させるべく排気弁２９の開弁時期を進角補正するとともに点火栓２５の点火時期を遅角補正する。
【０２０４】
そして、ＣＰＵ４０１は、前記空燃比と前記排気弁開弁時期と前記点火時期とに従って内燃機関１が運転されたときの実際の機関トルクが前記Ｓ１００３で算出された要求機関トルクと一致するように吸入空気量及び燃料噴射量を決定し、決定された吸入空気量に従って吸気弁２８の開閉タイミングを決定する。
【０２０５】
Ｓ１００５では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ１００４で決定された吸気弁開閉タイミング、排気弁開閉タイミング、燃料噴射量、点火時期に従って、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、点火栓２５を制御して、ＳＯx被毒解消処理の実行を開始する。
【０２０６】
この場合、内燃機関１は、要求機関トルクを満たしつつ、高温且つ未燃燃料成分及び酸素を多量に含有した排気を排出することになる。内燃機関１から排出された高温且つ未燃燃料成分及び酸素を多量に含有した排気は、排気枝管４５を介して吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ流入する。吸蔵還元型ＮＯx触媒４６は、排気の熱を受けて昇温するとともに、該吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の白金（Ｐｔ）上で排気中の未燃燃料成分と酸素とが反応することによって発生する反応熱によって一層昇温する。
【０２０７】
このように吸蔵還元型ＮＯx触媒４６の雰囲気温度が上昇すると、該吸蔵還元型ＮＯx触媒４６内の硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3-やＳＯ4-へ熱分解され、それらＳＯ3-やＳＯ4-は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して気体状のＳＯ2-へ還元され、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６から放出されることになる。
【０２０８】
Ｓ１００６では、ＣＰＵ４０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒が解消されたか否かを判別する。吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒が解消されたか否かを判別する方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒度合いとＳＯx被毒の解消に要する時間（ＳＯx被毒解消時間）との関係を予め実験的に求めておき、ＳＯx被毒解消処理の実行時間がＳＯx被毒解消時間以上となったか否かを判別する方法、あるいは吸蔵還元型ＮＯx触媒４６より下流の排気通路に排気中のＳＯx濃度に対応した電気信号を出力するＳＯxセンサを配置し、それらＳＯxセンサの出力信号値が所定値未満となったか否かを判別する方法などを例示することができる。
【０２０９】
前記Ｓ１００６において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒が未だ解消されていないと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ１００５の処理を継続して実行する。
【０２１０】
前記Ｓ１００６において吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒が解消されたと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ１００７へ進み、吸気弁２８の開閉タイミング、排気弁２９の開閉タイミング、及び点火時期を通常のタイミングに戻すべく吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、及び点火栓２５を制御するとともに、燃料噴射量を通常の燃料噴射量に戻すべく燃料噴射弁３２を制御する。
【０２１１】
このような浄化支援制御によれば、吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを変更することによって、排気の状態を即座に高温且つ未燃燃料成分及び酸素を含有した状態とすることができるため、ＳＯx被毒解消処理に係る時間を短縮することが可能となり、以てＳＯx被毒解消処理に係るリッチ空燃比運転の期間が不要に長くなることがなく、ドライバビリィティの悪化や燃料消費量の悪化が防止される。
【０２１２】
尚、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒４６のＳＯx被毒を解消する場合に、内燃機関１をリッチ空燃比の混合気で運転させるとともに排気弁２９の開弁時期を進角させる例について述べたが、内燃機関１の各気筒２１の吸気弁２８と排気弁２９の双方が開弁している時、つまりバルブオーバーラップ期間中に燃料噴射弁３２を作動させ、未燃の燃料を吸蔵還元型ＮＯx触媒４６へ供給することにより、前記未燃燃料を吸蔵還元型ＮＯx触媒４６で燃焼せしめ、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒４６をより短時間のうちに高温且つリッチ雰囲気とするようにしてもよい。
【０２１３】
【発明の効果】
本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関では、ＮＯx触媒において所定のガス成分を浄化すべきときに、前記した所定ガス成分を浄化するのに適した状態の排気が内燃機関から排出されるように可変動弁機構が制御されることになる。
【０２１４】
内燃機関の吸気弁および排気弁は、気筒内に臨むよう設けられているため、可変動弁機構による吸気弁およびまたは排気弁の開閉タイミングおよびまたはリフト量の変更は、気筒内のガスの状態及び気筒内から排出される排気の状態に直ちに反映されることになる。
【０２１５】
従って、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関によれば、所定のガス成分を浄化すべきときに、内燃機関から実際に排出される排気の状態が直ちに所定のガス成分を浄化するのに適した状態とすることができるため、所定ガス成分の浄化に係る制御の実行期間を短縮することが可能となる。
【０２１６】
特に、所定ガス成分を浄化すべく内燃機関をリッチ空燃比もしくは理論空燃比の混合気で運転させる必要がある場合には、所定ガス成分の浄化を目的として内燃機関をリッチ空燃比又は理論空燃比で運転させる期間を短くすることができるため、燃料噴射量を最小限に抑えることができるとともに、ドライバビリィティの悪化を抑制することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の概略構成を示す平面図
【図２】  本発明に係る可変動弁機構を有す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】  実施の形態１に係る浄化支援制御ルーチンを示すフローチャート図
【図６】  実施の形態２に係る浄化支援制御における吸排気弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート図（１）
【図７】  実施の形態２に係る浄化支援制御における吸排気弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート図（２）
【図８】  実施の形態２に係る浄化支援制御ルーチンを示すフローチャート図
【図９】  実施の形態３に係るリッチ運転制御ルーチンを示すフローチャート図
【図１０】  実施の形態４に係る浄化支援制御ルーチンを示すフローチャー  ト図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２０・・・ＥＣＵ
２５・・・点火栓
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
３２・・・燃料噴射弁
４６・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒
４９・・・ＮＯxセンサ
５１・・・クランクポジションセンサ
【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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