(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数に分割された気筒群と、これらの気筒群がそれぞれ接続された分岐排気管と、これらの分岐排気管内に配置された始動時触媒と、前記分岐排気管の合流部下流に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、所定気筒群毎に空燃比がリッチとリーンの排出ガスを排出させる排出ガス調整手段と、を有し、
前記排出ガス調整手段は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和していると判断されたときに、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元及び浄化するために必要となる目標還元剤量を算出し、要求機関トルクを算出し、前記要求機関トルクを達成する１気筒当たりの目標気筒吸気量を算出し、前記目標還元剤量及び前記目標気筒吸気量に基づいて前記目標還元剤量を前記所定気筒群からの排気で賄う上で前記所定気筒群の気筒で燃焼すべき目標リッチ空燃比を算出し、前記所定気筒群の気筒の吸入空気量が前記目標気筒吸気量となるように前記所定気筒群の気筒に設けた電磁駆動弁機構により駆動される吸気弁の目標吸気弁開閉タイミングを決定し、前記目標気筒吸気量を前記目標リッチ空燃比から前記所定気筒群の目標燃料噴射量を算出し、前記所定気筒群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要求機関トルクとなるように前記所定気筒群の気筒に設けた電磁駆動弁機構により駆動される排気弁の目標排気弁開閉タイミングを決定し、前記所定気筒群を前記目標リッチ空燃比で運転させる排出ガス調整を行うものであ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】
前記排出ガス調整手段は、前記目標リッチ空燃比を算出した後に、前記所定気筒群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小さいリッチ限界空燃比と、前記目標リッチ空燃比とを比較し、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に、前記目標吸気弁開閉タイミングを決定し、前記目標燃料噴射量を算出し、前記目標排気弁開閉タイミングを決定し、前記所定気筒群を前記目標リッチ空燃比で運転させる排出ガス調整を行うものであ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】
前記排出ガス調整手段は、前記目標リッチ空燃比を算出した後に、前記リッチ限界空燃比と前記目標リッチ空燃比とを比較し、前記目標リッチ空燃比が前記リッチ限界空燃比より小さいと判定した場合に、前記リッチ限界空燃比を新たな新目標リッチ空燃比として設定し、前記所定気筒群の気筒の吸入空気量が前記目標気筒吸気量となるように前記所定気筒群の気筒に設けた電磁駆動弁機構により駆動される吸気弁の目標吸気弁開閉タイミングを決定し、前記目標気筒吸気量を前記新目標リッチ空燃比から前記所定気筒群の目標燃料噴射量を算出し、前記所定気筒群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要求機関トルクとなるように前記所定気筒群の気筒に設けた電磁駆動弁機構により駆動される排気弁の目標排気弁開閉タイミングを決定し、前記所定気筒群を前記新目標リッチ空燃比で運転させ、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前記所定気筒群から前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒へ供給される供給還元剤量を算出し、前記目標還元剤量から前記供給還元剤量を減算して新たな新目標還元剤量を算出し、前記目標還元剤量を前記新目標還元剤量に置き換えて前記目標リッチ空燃比を算出する処理に戻るものであることを特徴とする請求項２に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項４】
内燃機関の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を備え、前記排出ガス調整手段は、前記気筒群の燃料噴射量を増量すべく前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項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、電磁力を利用して吸気弁及び排気弁を開閉駆動する電磁駆動式の動弁機構を備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を還元させるため、気筒を一対の気筒群に分割し、一部の気筒でリッチ混合気を燃焼せしめて高濃度の未燃ＨＣ、ＣＯを含む排気を形成し、残余の気筒でリーン混合気を燃焼させて高濃度の酸素を含む排気を形成して、これら排気をＮＯｘ吸蔵還元触媒に導いて排気中の未燃ＨＣ、ＣＯをＮＯｘ吸蔵還元触媒で燃焼させることでＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を高め、かつこのときにＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気全体の空燃比がリッチとなるように調整し、これによりＮＯｘ吸蔵還元触媒を再生するようにした触媒再生装置が公知である（特開平８−６１０５２号公報参照）。
【０００３】
ところで、一般に、機関が始動してからしばらくの間は排気浄化触媒が活性化しておらず、したがってこの間は排気浄化触媒の良好な排気浄化作用は期待できない。そこで従来より、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に追加の始動時触媒、例えば三元触媒を配置した内燃機関が知られている。この始動時触媒は内燃機関に隣接して配置されると共に熱容量が小さく、内燃機関が始動した後は排気浄化触媒に比べて速やかに活性化し、したがって内燃機関が始動してから排気浄化触媒が活性化するまでの間、大気中に放出される未燃ＨＣ、ＣＯなどの量を低減させることができる。
【０００４】
しかしながら、上述のような触媒再生装置にこの始動時触媒を適用すると、次のような理由からＮＯｘ吸蔵還元触媒を十分に再生することができなくなる。
この場合は各気筒群の排気ガスが、始動時触媒を流通した後にＮＯｘ吸蔵還元触媒へ流入するが、これは高濃度の未燃ＨＣ、ＣＯを含む排気ガス及び高濃度の酸素を含む排気ガスが、ほぼ同時に始動時触媒に流入することを意味する。その結果、排気中の未燃ＨＣ、ＣＯの大部分が始動時触媒において燃焼し消費されるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒において燃焼する未燃ＨＣ、ＣＯの量が低減する。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を十分に加熱することができず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを十分に放出、還元させることができない。
【０００５】
そこで、気筒が複数の気筒群に分割され、各気筒群が分岐排気通路を介して共通の合流排気通路に接続されると共に、合流排気通路内にＮＯｘ吸蔵還元触媒が配置されて、これら気筒群のうち一部の気筒群から排出される排気の空燃比をリーンとして、残りの気筒群のうち少なくとも１つの気筒群から排出される排気の空燃比をリッチにすることが可能な多気筒内燃機関において、各排気分岐通路内に始動時触媒を配置したものが知られている（特開平１１−６２５６３号参照）。
【０００６】
このようにすれば高濃度のＨＣを含む排気ガス、及び高濃度の酸素を含む排気ガスが同時に始動時触媒に流入することが阻止され、したがって高濃度のＨＣ及び酸素を、始動時触媒で消費させることなくＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように気筒群毎にリッチとリーンの状態を作り出すには、気筒群毎の燃料供給量を大きく変えなければならず、その結果、気筒群毎に発生するトルクがばらつく等の問題があり、機関回転を円滑に行えない虞がある。言い換えれば、全ての気筒の吸入空気量はほぼ一定であるので、リッチの気筒のトルクが大きくなりトルク変動が生じることになる。
【０００８】
また上記のトルク変動を解決するため、リッチの気筒のトルクをリーンの気筒のトルクに合わせるように点火遅角を実行すると燃焼が悪化し、燃費が低下する問題がある。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、気筒群毎にリッチとリーンの状態を作り出す場合に、トルクのばらつくきを抑制することができる内燃機関を提供することを課題とする。
【００１０】
【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、本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関は、複数に分割された気筒群と、これらの気筒群がそれぞれ接続された分岐排気管と、これらの分岐排気管内に配置された始動時触媒と、前記分岐排気管の合流部下流に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記所定気筒群毎にリッチとリーンの空燃比の排出ガスを排出させる排出ガス調整手段と、を有し、この排出ガス調整手段は少なくとも前記気筒に設けた電磁駆動式動弁機構により駆動される吸・排気弁の開閉時期を変化させて排出ガス調整を行うものであることを特徴とする。
【００１１】
前記所定気筒群の排出ガスは過農状態と希薄状態とを交互に繰り返すようにすることが可能である。
本発明では、いわゆる電磁駆動弁を採用し、各気筒毎に独立に吸・排気弁の開閉時期を変化させることにより、吸入空気量及び燃料噴射量を変化させることで気筒毎のトルク変動を抑制するようにすることができる。このとき複数の始動時触媒を備える内燃機関では、一部の始動時触媒にはリッチの排気ガスが流入するように、その気筒群の空気量及び燃料量を制御し、その他の始動時触媒にはリーンの排気ガスが流入するように、その気筒群の空気量及び燃料量を制御する。
【００１２】
前記始動時触媒では排気浄化ウィンドウを外れたリッチまたはリーンの排気ガスは浄化されない、即ち反応しないので、これらの排気ガスはそのまま始動時触媒を通過して、分岐排気管の合流部下流に設けたＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する。この場合はＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスは、前記合流部においてリッチとリーンの排気ガスが混合され、ストイキまたはややリッチの排気ガスとなるように調整される。
【００１３】
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒としては、例えば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ＮＯｘ吸蔵還元触媒や、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、か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。
【００１４】
また本発明では、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒が被毒しているか否かを判断する被毒判断手段を具備し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が被毒していると判断されたときに前記複数の気筒群のうち一部の気筒群から排出される排気の空燃比を一時的にリーンにすると共に、残りの気筒群のうち少なくとも一つの気筒群から排出される排気の空燃比を一時的にリッチにし、それによりＮＯｘ吸蔵還元触媒を被毒再生することができる。
【００１５】
本発明の前記内燃機関では、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を更に備え、前記排出ガス調整手段は、前記気筒群の燃料噴射量を増量すべく前記燃料噴射弁を制御することが可能である。
【００１６】
また前記排出ガス調整手段は、前記内燃機関のトルク変動が発生しないよう前記電磁駆動弁を制御するが、前記所定の気筒群の吸入空気量を減量すべく前記電磁駆動弁を制御することができる。
【００１７】
すなわち、リッチの空燃比の気筒では、トルクを低減させるために吸入空気量を減らすことになるが、吸入空気量を減らすには吸気弁のリフト量を小さくして新気の吸入量自体を減らすこと、吸気弁の開時期を遅くすること、吸気弁の閉時期を早くすること、または排気弁の開時期を早くすること、及び排気弁の閉時期を遅くすること、等の方法がある。これらの方法の一つまたは二以上の組み合わせによって、気筒内での燃料の燃焼時間を短縮させてトルクを低減させる。
【００１８】
上述のように始動時触媒では排気ガスが反応しないので、還元力のある必要量の排出ガスを下流のＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給することが可能になると同時に、気筒群毎の空気量を調整して、リッチの気筒とリーンの気筒のトルクが均一になるように制御されるのでトルク変動を抑制できる。
【００１９】
本発明によれば、気筒毎に独立にバルブタイミングを変えて吸入空気量と噴射燃料量を調整することができるので、気筒毎に空燃比を制御してリッチの気筒群とリーンの気筒群をつくり、始動時触媒での反応を抑制しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒での還元反応を促進させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の実施の形態について図１〜図５に基づいて説明する。
【００２１】
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＃１、＃２、＃３、＃４を備えた４サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。これらの各気筒はそれぞれ対応する枝管３３を介して共通のサージタンク３４に接続され、このサージタンク３４は吸気管３５を介してエアクリーナ３６に接続される。
【００２２】
吸気管３５内には、この吸気管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、この吸気管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。
【００２３】
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。
【００２４】
この内燃機関１において、各気筒は１番気筒＃１と４番気筒＃４とからなる第１の気筒群１ａと、２番気筒＃２と３番気筒＃３とからなる第２の気筒群１ｂとに分割されている。第１の気筒群１ａは第１の排気マニホルド８ａを介して第１の始動時触媒９ａを収容したケーシング１０ａに接続され、第２の気筒群１ｂは第２の排気マニホルド８ｂを介して第２の始動時触媒９ｂを収容したケーシング１０ｂに接続される。これらケーシング１０ａ、１０ｂは共通の合流排気管１１を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を収容したケーシング１３に接続される。
【００２５】
なお、図１の内燃機関の燃焼順序は＃１−＃３−＃４−＃２であり、したがって各気筒群において気筒の排気行程が互いに重なり合わないようになっている。
また内燃機関１は、前記各気筒の他、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。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＃１から＃４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。
【００２６】
各気筒＃１から＃４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＃１から＃４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。
【００２７】
前記シリンダヘッド１ａにおいて各気筒＃１から＃４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。
【００２８】
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。
【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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
前記ロアヘッド１０には、各気筒＃１から＃４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１２０が設けられている。
【００３３】
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１３０が挿入されている。前記バルブガイド１３０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。
【００３４】
前記アッパヘッド１１において前記バルブガイド１３０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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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＃１から＃４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。
【００５２】
ところで前記始動時触媒９ａ、９ｂは主として、機関が始動された後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２が活性化するまでの間にできるだけ排気、特にＨＣを浄化するためのものである。機関が始動された後始動時触媒９ａ、９ｂが速やかに活性化するためにこれら始動時触媒９ａ、９ｂは機関燃焼室に隣接配置され、かつ熱容量がＮＯｘ吸蔵還元触媒１２よりも小さくされている。図１の内燃機関において始動時触媒９ａ、９ｂは三元触媒から形成される。この三元触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えば白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、イリジウムＩｒ、ロジウムＲｈのような貴金属が担持されている。この三元触媒は流入する排気中のＨＣ、ＣＯを酸化する酸化触媒として機能しうる。
【００５３】
図１の内燃機関においてＮＯｘ吸蔵還元触媒１２は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウム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、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、イリジウムＩｒ、ロジウムＲｈのような貴金属とが担持されている。  排気通路内のある位置よりも上流の排気通路内、燃焼室内、および吸気通路内に供給された全燃料量に対する全空気量の比を、その位置を流通する排気の空燃比とすると、このＮＯｘ吸蔵還元触媒１２は流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
【００５４】
なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の上流の排気通路内に燃料、或いは空気が供給されない場合には流入する排気の空燃比は内燃機関１から排出される排気の空燃比に一致し、したがってこの場合にはＮＯｘ吸蔵還元触媒１２は内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、内燃機関１から排出される排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出することになる。
【００５５】
上述のＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置すれば、このＮＯｘ吸蔵還元触媒は実際にＮＯｘの吸放出作用を行うが、この吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図８に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。このメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００５６】
すなわち、流入する排気の空燃比がかなりリーンになると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図８（Ａ）に示されるように、これら酸素Ｏ2 がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。
【００５７】
一方、流入する排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2- またはＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸蔵材内に吸蔵されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図８（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形で吸蔵材内に拡散する。このようにしてＮＯｘが吸蔵材内に吸蔵される。
【００５８】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2 が生成され、吸蔵材のＮＯｘ吸蔵能力が飽和しない限りＮＯ2 が吸蔵材内に吸蔵されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。これに対して流入する排気中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3- →ＮＯ2 ）に進み、斯くして吸蔵材内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2 の形で吸蔵材から放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが放出されることになる。流入する排気の空燃比をリッチ側にすると流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気の空燃比をリッチ側にすればＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが放出されることになる。
【００５９】
一方、このとき流入する排気の空燃比をリッチにするとＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気中に高濃度のＨＣまたはＣＯが含まれることになり、これらＨＣおよびＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2- またはＯ2- と反応して酸化せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸蔵材からＮＯ2 が放出され、このＮＯ2 は図８（Ｂ）に示されるようにＨＣまたはＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2 が存在しなくなると、吸蔵材から次から次へとＮＯ2 が放出される。したがって流入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが放出されることになる。
【００６０】
このように流入する排気の空燃比がリーンになるとＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に吸蔵され、流入する排気の空燃比をリッチにするとＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒１２から短時間のうちに放出される。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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＃１から＃４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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に吸蔵されたＮＯｘを還元・浄化するための制御ルーチンを記憶している。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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の開閉タイミングを制御する。
【００７６】
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の開閉タイミングを制御する。
【００７７】
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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）がＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【００７８】
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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元及び浄化して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＮＯｘ吸蔵能力を再生するようにした。
【００７９】
ところで、上述したように始動時触媒９ａ、９ｂは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２が活性化するまでの間にできるだけ排気を浄化するためのものである。この実施態様では第１の気筒群１ａの排気は第２の気筒群１ｂの排気と混合されることなく始動時触媒９ａを流通し、第２の気筒群１ｂの排気は第１の気筒群１ａの排気と混合されることなく始動時触媒９ｂを流通する。このため、第１の気筒群１ａの排気の空燃比をリッチにし、第２の気筒群１ｂの排気の空燃比をリーンにしたときに始動時触媒９ａにおいて消費されるＨＣ量が低減され、始動時触媒９ｂにおいて消費される酸素量が低減される。したがって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に多量のＨＣおよび酸素を確実に供給することができ、斯くしてＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の温度を確実に高めることができる。
【００８０】
しかしながら、上記のように一部の気筒について燃料噴射の量を多くすれば、燃料噴射の量が少ない他の気筒に比べて、これらの気筒で発生するトルクは大きくなる。
【００８１】
そこで燃料噴射の量が少ない、すなわちリーンの気筒において発生するトルクを求め、燃料噴射の量が多い気筒の発生トルクをこれに合致させるようにこれらの気筒の吸・排気弁の開閉時期をコントロールすることで、気筒毎にトルクがばらつくことを抑制するようにした。
【００８２】
また燃料噴射量が多く、かつトルクを低減させるために吸入空気量を減らした気筒では、燃焼室から排出される排気の空燃比がリッチとなるが、燃焼室において燃焼しなかった余分の燃料は、燃焼室またはＮＯｘ吸蔵還元触媒１２上流の排気通路内で完全酸化されることなく部分酸化され、このためＮＯｘ吸蔵還元触媒１２においてＮＯｘを容易に還元することができる。
【００８３】
より具体的には、図１の内燃機関では通常、全気筒の１燃焼サイクルにおいて燃料噴射が１回行われ、このとき燃料噴射により供給される混合気の空燃比はリーン、例えば約１６．０とされ、したがってＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に流入する排気の空燃比がリーンとされる。これに対してＮＯｘ吸蔵還元触媒１２からＮＯｘを放出すべきときは、燃焼室内に供給される混合気の空燃比は第１の気筒群１ａではリッチ、例えば約１２．０とされ、一方、第２の気筒群１ｂではリーン、例えば約１６．０とされる。これらの排気は分岐排気管の合流部で合流してリッチの排気ガス、すなわち空燃比１４．０となってＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に流入する。したがってこの還元力のある排気ガスによってＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の還元が促進される。
【００８４】
このようにＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＮＯｘ吸蔵量が一定量以上になったときには第１の気筒群１ａにおいて、一定時間だけ燃料噴射を多く行うことにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにし、それによりＮＯｘ吸蔵還元触媒１２からＮＯｘを放出させると共に還元するようにしている。
【００８５】
ところが流入する排気中にはイオウ分が含まれており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２にはＮＯｘばかりでなくイオウ分例えばＳＯｘも吸蔵される。このＮＯｘ吸蔵還元触媒１２へのイオウ分の吸蔵メカニズムは、ＮＯｘの吸蔵メカニズムと同様であると考えられる。すなわち、前記のＮＯｘの吸蔵メカニズムの場合のように、担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように流入する排気の空燃比がリーンのときには酸素Ｏ2 がＯ2 - またはＯ 2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気中のＳＯｘ、例えばＳＯ2 は白金Ｐｔの表面でＯ2 - またはＯ 2- と反応してＳＯ3 となる。
【００８６】
次いで生成されたＳＯ3は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸蔵材内に吸蔵されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ4 2- の形で吸蔵材内に拡散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ4 2- はバリウムイオンＢａ 2+ と結合して硫酸塩ＢａＳＯ4 を生成する。
【００８７】
しかしながら、この硫酸塩ＢａＳＯ4 は分解しづらく、流入する排気の空燃比を単にリッチにしても硫酸塩ＢａＳＯ4 は分解されずにそのまま残る。したがって内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ4 が増大することになり、時間が経過するにつれてＮＯｘ吸蔵還元触媒１２が吸蔵できるＮＯｘ量が低下することになる。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２がイオウ分により被毒することになる。
【００８８】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２内で生成された硫酸塩ＢａＳＯ4 はＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の温度が高いときに流入する排気の空燃比がリッチ、または理論空燃比になると分解して硫酸イオンＳＯ4 2- がＳＯ3の形で吸蔵材から放出され、すなわちＮＯｘ吸蔵還元触媒１２が被毒再生される。
【００８９】
そこで図１の内燃機関では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２がイオウ分により被毒したか否かを判断し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２がイオウ分により被毒したと判断されたときにはＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を予め定められた設定温度、すなわちＮＯｘ吸蔵還元触媒１２からイオウ分を放出させるために必要な温度よりも高くし、かつＮＯｘ吸蔵還元触媒１２内に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにして、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒１２からイオウ分を放出させて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２を被毒再生するようにしている。なお、このとき放出されたＳＯ3 は流入する排気中のＨＣ、ＣＯによってただちにＳＯ2 に還元される。
以下、本実施の形態に係る排出ガス調整制御について具体的に述べる。
【００９０】
＜実施の形態１＞
この制御では、ＣＰＵ４０１は、図５に示すような制御ルーチンを実行する。この制御ルーチンは、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。
【００９１】
排出ガス調整制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ず、Ｓ５０１においてＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＮＯｘ吸蔵能力が飽和しているか否かを判別する。
ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に吸蔵されているＮＯｘ量を推定し、その推定値とＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の触媒床温や空燃比センサ４８の出力信号値からＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【００９２】
尚、以下では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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する。
【００９３】
一方、Ｓ５０１においてＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。Ｓ５０２では、ＣＰＵ４０１は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【００９４】
尚、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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第１の気筒群１ａからの排気で賄う上で、前記第１の気筒１ａ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。
【００９９】
Ｓ５０６では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の気筒群１ａ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小さい空燃比（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。
【０１００】
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、すなわち目標リッチ空燃比が前記リッチ限界空燃比よりも大きい、と判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、第１の気筒群１ａ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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２へ供給することが可能であるとみなし、Ｓ５０７へ進む。
【０１０１】
Ｓ５０７では、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の第１の気筒群１ａ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。
【０１０２】
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第１の気筒群１ａの目標燃料噴射量を算出する。
Ｓ５０９では、ＣＰＵ４０１は、前記第１の気筒群１ａ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、この第１の気筒群１ａの排気弁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。
【０１０３】
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に従って、前記第１の気筒群１ａ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。
【０１０４】
ここで、気筒群１ａのそれぞれの吸気弁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、１番気筒＃１と４番気筒＃４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。
【０１０５】
このため、前記した第１の気筒群１ａ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、この気筒群１ａの実際の吸入空気量は、直ちに目標気筒吸気量となる。
【０１０６】
従って、気筒群１ａ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、前記気筒群１ａが直ちに目標リッチ空燃比で運転されることになり、この第１の気筒群１ａ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。
【０１０７】
前記第１の気筒群１ａから排出された排気は、排気枝管４５を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に流入するため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１０８】
つまり、内燃機関１の第１の気筒群１ａを一回のみ目標リッチ空燃比で運転させることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１０９】
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小さいと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、第１の気筒群１ａ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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２へ供給することができないとみなし、Ｓ５１１へ進む。
【０１１０】
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の第１の気筒群１ａ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。
【０１１１】
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、前記第１の気筒群１ａでの目標燃料噴射量を算出する。
【０１１２】
Ｓ５１４では、ＣＰＵ４０１は、前記第１の気筒群１ａ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第１の気筒群１ａの目標排気弁開閉タイミングを決定する。
【０１１３】
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に従って、前記第１の気筒群１ａ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。
【０１１４】
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気筒群１ａからＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
この場合は、第１の気筒群１ａを構成する１番気筒＃１と４番気筒＃４がリッチ空燃比で運転されることになり、それらの気筒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。
【０１１７】
この結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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が排出ガス調整制御ルーチンを実行することにより、本発明の排出ガス調整手段が実現されることになる。
【０１１８】
すなわち、上記した排出ガス調整制御では、電磁駆動式動弁機構を利用することによって気筒＃１から＃４の吸入空気量を独立に制御することができるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、一の気筒群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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２へ供給することが可能となる。
【０１１９】
その際、リッチ空燃比で運転させるべき第１の気筒群１ａ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、１番気筒＃１と４番気筒＃４へ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。
【０１２０】
従って、本実施の形態に係る排出ガス調整制御によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１２１】
更に、本実施の形態に係る排出ガス調整制御では、第１の気筒群１ａの目標気筒吸気量と目標燃料噴射量とは、この第１の気筒群１ａの発生トルクが第２の気筒群１ｂ（通常のリーン空燃比で運転される気筒群）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第１の気筒群１ａ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。
【０１２２】
尚、本実施の形態では、目標気筒吸気量は、第１の気筒群１ａで発生するトルクが、第２の気筒群１ｂで発生するトルクと一致するように決定されるが、第１の気筒群１ａ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。
【０１２３】
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、第１の気筒群１ａ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、それに伴って第１の気筒群１ａ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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１２４】
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、第１の気筒群１ａの発生トルクが、第２気筒群１ｂ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、第１の気筒群１ａの吸気弁２８、排気弁２９の開閉タイミングの開閉タイミングを制御して、第１の気筒群の発生トルクを抑制することが好ましい。
＜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その説明を省略するものとする。
【０１２５】
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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＮＯｘ吸蔵能力が飽和すると、少なくとも第１の気筒群１ａ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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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の第１の気筒群１ａと第２の気筒群１ｂを、サイクル毎に空燃比がリッチの状態とリーンの状態とを交互に繰り返すように運転させる例について述べる。
【０１２６】
本実施の形態に係る内燃機関１は４つの気筒＃１、＃２、＃３、＃４を備えているが、これらの気筒の全てをサイクル毎にリーンの空燃比で運転する場合と、リッチの空燃比で運転する場合を切り換える。すなわち、内燃機関１の４つの気筒＃１、＃２、＃３、＃４がリッチ空燃比で運転されたら、次のサイクルでは気筒＃１、＃２、＃３、＃４は連続してリーン空燃比で運転される。この場合は連続してリーン空燃比の排気が排出された後に、必ずリッチ空燃比の排気が排出されることになる。
【０１２７】
かかる場合は前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２は、リーン空燃比で運転されたときの排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵した後、リッチの空燃比で運転された気筒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。
【０１２８】
その際、リッチ運転で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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に吸蔵された全ての窒素酸化物（ＮＯｘ）、（リーン運転時に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。
【０１２９】
ところで、リッチ運転時に混合気が燃焼した際に発生する燃焼圧力は、リーン運転時に混合気が燃焼した際に発生する燃焼圧力に比して高くなるため、リッチ運転時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。
【０１３０】
そこで、本実施の形態では、ＣＰＵ４０１は、リッチ運転時には、リッチ運転時の排気弁２９の開閉タイミングを制御することにより、リッチ運転時の発生トルクをリーン運転時の発生トルクまで低下させるようにした。
【０１３１】
例えば、気筒＃１、＃２、＃３、＃４のそれぞれの排気弁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。この場合、気筒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、気筒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。
【０１３２】
以下、本実施の形態に係る制御について具体的に説明する。
ＣＰＵ４０１は、この制御を実行する場合に、図７に示すような排出ガス調整制御ルーチンを実行する。この排出ガス調整制御ルーチンは、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。
【０１３３】
この制御ルーチンでは、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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
Ｓ８０６では、ＣＰＵ４０１は、リーン運転気筒＃１、＃２、＃３、＃４の発生トルクが前記要求気筒トルクと同一となり、且つ、リーン運転気筒＃１、＃２、＃３、＃４の燃料噴射量が最も少なくなるように、リーン運転気筒＃１、＃２、＃３、＃４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＃１、＃２、＃３、＃４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。
【０１３９】
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時の気筒    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時の各気筒の目標燃料噴射量を算出する。
【０１４０】
Ｓ８０８では、ＣＰＵ４０１は、先ず、リーン運転時の各気筒が前記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、これらのリーン運転時の各気筒から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を推定する。この場合、ＣＰＵ４０１は、単一の気筒における前記推定値を４倍して４つのリーン運転時に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の総量を算出するようにしてもよい。
【０１４１】
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。
【０１４２】
Ｓ８１０では、ＣＰＵ４０１は、先ず、リッチ運転時の気筒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、リッチ運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４から排出すべき排気の量、言い換えればリッチ運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４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。
【０１４３】
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時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４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時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４の目標燃料噴射量を算出する。
【０１４４】
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時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４が発生し得るトルクを推定する。
【０１４５】
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、リッチ運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４の目標排気弁開閉タイミングを決定する。
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、リーン運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４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、リッチ運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４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。
【０１４６】
この場合、内燃機関１では、リーン運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４が連続して目標リーン空燃比で運転された後はリッチ運転に切り換えられ、気筒＃１、＃２、＃３、＃４が目標リッチ空燃比で運転される。これに応じて、リーン運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４が連続して目標リーン空燃比の排気を排出した後に、リッチ運転時には気筒＃１、＃２、＃３、＃４が目標リッチ空燃比の排気を排出することになる。
【０１４７】
その際、リッチ運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４から排出される排気には、リーン運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２は、リーン運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４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、続いてリッチ運転時の気筒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。
【０１４８】
従って、上記したような排出ガス調整制御によれば、サイクル毎にＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１４９】
また、上記したような排出ガス調整制御では、リッチ運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４の排気弁２９の開閉タイミングを制御することによって、リッチ運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４の発生トルクと、リーン運転時の気筒＃１、＃２、＃３、＃４の発生トルク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。
【０１５０】
また一部の気筒が常にリッチ運転されることによる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ことができる。
尚、本実施の形態では、内燃機関１のリッチ運転時には、気筒＃１、＃２、＃３、＃４の全てをリッチ運転する例について述べたが、リッチの気筒をいずれか特定の気筒に固定して所定の周期でリッチ運転をするようにしてもよい。
＜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。
【０１５１】
前述した第１〜第３の実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＳＯｘ被毒を再生する例について述べる。
【０１５２】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２は、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＮＯｘ吸蔵能力が低下する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。
【０１５３】
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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に流入する。
【０１５４】
その際、排気の空燃比がリーン空燃比であると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１５５】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に吸収される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１５６】
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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２内に残留することになる。
【０１５７】
従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＮＯｘ吸蔵能力が低下してしまう。
【０１５８】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＳＯｘ被毒を解消するには、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の雰囲気温度を高温（例えば、５００℃〜７００℃）にするとともに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１５９】
すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の雰囲気温度が高温になると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２から放出されることになる。
【０１６０】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２へ供給し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１６１】
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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１６２】
すなわち、本実施の形態では、ＣＰＵ４０１は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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＃１、＃２、＃３、＃４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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
ところで、各気筒＃１、＃２、＃３、＃４から燃焼途中の混合気が排出されると、各気筒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。
【０１６５】
これに対し、ＣＰＵ４０１は、各気筒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＃１から＃４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。
【０１６６】
以下、本実施の形態に係る排出ガス調整制御について具体的に説明する。
ＣＰＵ４０１は、排出ガス調整制御を実行するにあたり、図１０に示すような排出ガス調整制御ルーチンを実行する。この排出ガス調整制御ルーチンは、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。
【０１６７】
排出ガス調整制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ１００１において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＳＯｘ被毒度合いを判定する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＳＯｘ被毒度合いを判定する方法としては、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
Ｓ１００２においてＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１７０】
一方、Ｓ１００２においてＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、燃料噴射量を決定する。
【０１７３】
具体的には、ＣＰＵ４０１は、先ず、各気筒＃１から＃４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＃１から＃４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。
【０１７４】
そして、ＣＰＵ４０１は、前記空燃比と前記排気弁開弁時期に従って内燃機関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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２へ流入する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２は、排気の熱を受けて昇温するとともに、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１７７】
このようにＮＯｘ吸蔵還元触媒１２の雰囲気温度が上昇すると、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２内の硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3-やＳＯ4-に熱分解され、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-に還元され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２から放出されることになる。
【０１７８】
Ｓ１００６では、ＣＰＵ４０１は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＳＯｘ被毒が解消されたか否かを判別する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２のＳＯｘ被毒が解消されたか否かを判別する方法としては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１７９】
前記Ｓ１００６においてＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１８０】
前記Ｓ１００６においてＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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、及び排気弁２９の開閉タイミング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。
【０１８１】
このような排出ガス調整制御によれば、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。
【０１８２】
尚、本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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＃１から＃４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ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２へ供給することにより、前記未燃燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒１２で燃焼せしめ、以てＮＯｘ吸蔵還元触媒１２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。
【０１８３】
また、本実施の形態では排気弁の開閉時期を変更することにより、トルク制御を行ったが、吸気弁の開閉時期を変更することにより筒内への吸入空気量を調整することによりトルクを制御することも可能であり、この場合は排気弁によるトルク制御よりも燃費の点で効率がよい。
【０１８４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、リッチまたはリーンの空燃比の排気のみ始動時触媒を通過するので、この始動時触媒での反応が抑制されつつＮＯｘ吸蔵還元触媒での還元反応を促進させることができ、かつリッチにされる気筒群での発生トルクがリーンの気筒で発生するトルクに合致するように制御される。よってトルクのばらつきが抑制されてトルク変動によるドライバビリティの悪化等が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁駆動弁を有する内燃機関の概略構成を示す平面図
【図２】本発明の電磁駆動弁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に係る排出ガス調整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に係る排出ガス調整制御ルーチンを示すフローチャート図
【図７】実施の形態３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８】ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸放出作用の概略を示す図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１ａ・・・第１の気筒群
１ｂ・・・第２の気筒群
９ａ、９ｂ・・・始動時触媒
１２・・・ＮＯｘ吸蔵還元触媒
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・・・ＮＯｘ吸蔵還元触媒
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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