(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系にリーンＮＯx触媒が設けられ、排気弁の開閉時期を変更可能にする可変動弁機構を備えた内燃機関において、
前記リーンＮＯx触媒に還元剤を必要とするときに、膨張行程下死点近傍から吸気行程上死点近傍までの期間において前記排気弁を開閉させる主開閉動作に加え、気筒内に燃料が供給されてから前記主開閉動作が開始されるまでの期間においても前記排気弁を開閉させる副開閉動作が行われるように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする可変動弁機構を備えた内燃機関。
【請求項２】
前記副開閉動作における前記排気弁の開弁期間は、エンジン回転数あるいは機関負荷が大きくなるほど長くされることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構を備えた内燃機関。
【請求項３】
前記副開閉動作における前記排気弁の閉弁時期は、点火前に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁機構を備えた内燃機関。
【請求項４】
前記可変動弁機構は、電磁力を利用して排気弁を開閉せしめる電磁駆動機構であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の可変動弁機構を備えた内燃機関。
【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、排気弁の開閉タイミングを変更可能にする可変動弁機構を備えた内燃機関に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなど希薄燃焼可能な内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置として、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒などのリーンＮＯx触媒を利用したものがある。
【０００３】
選択還元型ＮＯx触媒は、酸素過剰の雰囲気で炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒であり、この選択還元型ＮＯx触媒でＮＯxを浄化するためには適量のＨＣ成分が必要とされる。この選択還元型ＮＯx触媒を前記内燃機関の排気浄化に用いる場合、該内燃機関の通常運転時の排気中のＨＣ成分の量は極めて少ないので、通常運転時にＮＯxを浄化するためには、選択還元型ＮＯx触媒にＨＣ成分を供給する必要がある。このＨＣ成分の供給方法の一つに、理論空燃比またはそれよりもリッチな空燃比（以下、理論空燃比よりもリッチな空燃比をリッチ空燃比といい、理論空燃比よりもリーンな空燃比をリーン空燃比という）の排気ガスを供給する方法がある。
【０００４】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する触媒である。
【０００５】
この吸蔵還元型ＮＯx触媒を前記内燃機関の排気浄化に用いる場合、該内燃機関では通常運転時の排気ガスの空燃比がリーンであるため、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒に吸収されることとなる。しかしながら、リーン空燃比の排気ガスをＮＯx触媒に供給し続けると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和に達し、それ以上、ＮＯxを吸収できなくなり、ＮＯxをリークさせることとなる。そこで、吸蔵還元型ＮＯx触媒では、ＮＯx吸収能力が飽和する前に所定のタイミングで流入排気ガスの空燃比をリッチにすることによって酸素濃度を極度に低下させるとともに還元剤としてのＨＣを増大させ、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを放出してＮ2に還元し、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力を回復させる必要がある。
【０００６】
このようにリーンＮＯx触媒を利用した排気浄化装置では、ＮＯxを浄化するためには還元剤としてのＨＣの供給が不可欠であり、そのために排気ガスの空燃比を間欠的に理論空燃比またはリッチ空燃比にする必要がある。ここで、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にするための一手法に、特開平６−１１７２２５号公報に開示されるような燃料の副噴射がある。
【０００７】
燃料の副噴射とは、機関トルクを得るための燃料を気筒内に噴射した後に、排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃比にするための燃料を、膨張行程または排気行程において該気筒内に噴射することをいう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように排気ガスの空燃比を制御するために燃料を副噴射すると、運転状態によっては副噴射された燃料が燃焼して機関トルクの一部となり、僅かながらトルクアップが生じ、トルクショックによるドライバビリティの悪化があるなどの不具合があった。そのため、副噴射に代わる排気ガスの空燃比制御方法（あるいはＨＣ供給方法）の開発が切望されている。
【０００９】
また、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にするための別の手法として、燃焼室での燃焼にかかわる空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にする方法もある。この方法を採用する場合には、リーン空燃比での燃焼から瞬時にして理論空燃比またはリッチ空燃比での燃焼に切り替えると、混合気形成の遅れのため失火するなどの問題が生じるため、燃焼室内の空燃比をリーン空燃比から徐々に理論空燃比またはリッチ空燃比に切り替えていく必要がある。
【００１０】
しかしながら、このように空燃比を徐々に切り替えていった場合には、リーンＮＯx触媒に理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給するまでに長い時間がかかり、その間は、選択還元型ＮＯx触媒の場合にはＮＯx浄化が行われにくくなり、特に吸蔵還元型ＮＯx触媒の場合にはＮＯxの放出・還元が行われにくくなり、いずれの場合にもＮＯx浄化能力が低下するという問題があった。また、その間の燃費悪化が大きくなり不利であった。
【００１１】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、従来方法に代わる排気ガスの空燃比制御方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明は、排気系にリーンＮＯx触媒が設けられ、排気弁の開閉時期を変更可能にする可変動弁機構を備えた内燃機関において、前記リーンＮＯx触媒に還元剤を必要とするときに燃料噴射から排気行程開始までの間で前記排気弁を開弁するように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする。
【００１３】
燃料噴射から排気行程開始までの間で前記排気弁を開弁すると、燃焼室に噴射された燃料の一部を燃焼室で燃焼される前にリーンＮＯx触媒に導入することができる。
【００１４】
本発明に係る可変動弁機構を備えた内燃機関においては、前記排気弁は燃料噴射から点火前までの間で開弁するのが好ましい。
ただし、排気弁の開弁開始タイミングは燃料噴射の前からであってもよいし、排気弁の開弁終了タイミング（即ち、閉弁タイミング）は燃料噴射中であってもよい。また、排気弁の前記開弁制御の実行回数は１サイクル中に１回でもよいし、複数回実行してもよい。
【００１５】
本発明に係る可変動弁機構を備えた内燃機関が多気筒内燃機関である場合、前述の如き排気弁の開弁制御の実行は、全気筒について実行してもよいし、あるいは一部の気筒について実行してもよい。また、１気筒に対して複数の排気弁を有する内燃機関である場合には、総ての排気弁に対して前述の如く開閉制御を実行してもよいし、一部の排気弁に対してだけ前述の如く開閉制御を実行し、残る排気弁に対しては前述の如き開閉制御を実行しないようにすることも可能である。
【００１６】
本発明に係る可変動弁機構を備えた内燃機関において、排気弁の開閉時期を変更可能にする可変動弁機構は、励磁電流を印加したときに発生する電磁力を利用して排気弁を進退動して開閉せしめる電磁駆動機構で構成することができ、あるいは、油圧を利用して排気弁を進退動せしめる油圧駆動機構を例示することができる。
【００１７】
本発明において、リーンＮＯx触媒は、吸蔵還元型ＮＯx触媒や選択還元型ＮＯx触媒を例示することができる。
吸蔵還元型ＮＯx触媒とは、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出し還元する触媒であり、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のような貴金属とが担持されてなるものを例示することができる。
【００１８】
選択還元型ＮＯx触媒とは、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒をいい、例えば、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。
【００１９】
本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関、例えば、ディーゼルエンジンや、リーンバーンガソリンエンジンに適用可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変動弁機構を備えた内燃機関の一実施の形態を図１から図５の図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を内燃機関としての車両駆動用ガソリンエンジンに適用した態様である。
【００２１】
図１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に示す内燃機関は、希薄燃焼可能な筒内直接噴射式の水冷式４気筒４サイクルガソリンエンジン１である。
【００２２】
エンジン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。
【００２３】
前記シリンダブロック１ｂには、機関出力軸であ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、コネクティングロッド１９を介して、各気筒２１内に摺動自在に取り付けられたピストン２２に連結されている。
【００２４】
各気筒２１のピストン２２の上方には、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に臨ませて点火栓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が電気的に接続されている。
【００２５】
また、シリンダヘッド１ａには、燃料噴射弁３２がその噴孔を燃焼室２４内に臨ませて取り付けられており、このエンジン１では、燃料噴射弁３２から燃料が燃焼室２４内に直接噴射される。
【００２６】
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。２つの吸気ポートのうちの一方の吸気ポート２６は燃焼室２４に対して吸気通路を直線的に延ばして形成されたストレートポートで構成され、他方の吸気ポート２６はシリンダ内に導入される吸気にスワール流を生じせしめるべく形成されたヘリカルポートで構成されている。
【００２７】
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とが進退動自在に取り付けられている。
【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という）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という）が電気的に接続されている。
【００２９】
また、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という）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、排気側電磁駆動機構３１という）が電気的に接続されている。
【００３０】
排気側電磁駆動機構３１は、この実施の形態において可変動弁機構を構成する。
吸気側電磁駆動機構３０および排気側電磁駆動機構３１の構成については後で詳細に説明する。
【００３１】
エンジン１のシリンダヘッド１ａには、４つの枝管を有する吸気マニホールド３３が接続され、各気筒２１の吸気ポート２６が吸気マニホールド３３の前記各枝管に接続されている。
【００３２】
ストレートポートの吸気ポート２６に連通する吸気マニホールド３３の枝管には、その枝管内を流通する吸気の流量を調節するスワールコントロールバルブが１７が設けられている。このスワールコントロールバルブには、ステップモータ等からなり印加電流の大きさに応じてスワールコントロールバルブ１７を開閉駆動するＳＣＶアクチュエータ１７ａと、スワールコントロールバルブ１７の開度に対応した電気信号を出力するＳＣＶポジションセンサ１７ｂが取り付けられている。
【００３３】
吸気マニホールド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は、吸気管３５を介して、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に接続されている。
【００３４】
吸気管３５には、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。吸気管３５において前記エアフローメータ４４より下流には、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。
【００３５】
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、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アクセルペダル４２の操作量に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４３が取り付けられている。
【００３６】
一方、エンジン１のシリンダヘッド１ａには、４本の枝管を有する排気マニホールド４５が接続されており、その排気マニホールド４５の各枝管は各気筒２１の排気ポート２７に接続されている。
【００３７】
排気マニホールド４５は、吸蔵還元型ＮＯx触媒（リーンＮＯx触媒）４６ａを収容したケーシング４６に接続されており、ケーシング４６は、排気管４７を介して図示しないマフラーに接続されている。
【００３８】
吸蔵還元型ＮＯx触媒４６ａ（以下、ＮＯx触媒４６ａと略す場合もある）は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）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のような貴金属とが担持されてなる。
【００３９】
ＮＯx触媒４６ａは、このＮＯx触媒４６ａに流入する排気ガス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ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯxを同時に浄化する三元活性機能と、ＮＯx触媒４６ａに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比もしくはそれよりもリッチであるときに吸蔵していたＮＯxを放出し、放出したＮＯxを直ちに排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯと反応させてＮ2に還元するＮＯx吸放出還元機能と、を備えている。
【００４０】
したがって、希薄燃焼可能なエンジン１の排気通路にＮＯx触媒４６ａを設けた場合、排気ガスの空燃比を適宜に制御すれば排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯxを浄化することができることになる。この実施の形態では、エンジン１の運転状態の履歴からＮＯx触媒４６ａに吸収されたＮＯx量を推定し、その推定ＮＯx量が予め設定した所定値に達したときに、一時的に排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にしてこの排気ガスをＮＯx触媒４６ａに流し、ＮＯx触媒４６ａに吸収されたＮＯxを放出させ、Ｎ2に還元するようにしている。排気ガスの空燃比のリッチ化方法については後で詳述する。
【００４１】
尚、排気ガスの空燃比とは、ここではＮＯx触媒４６ａの上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と燃料（炭化水素）量の合計の比を意味するものとする。したがって、ＮＯx触媒４６ａよりも上流の排気通路内に燃料、還元剤あるいは空気が供給されない場合には、排気ガスの空燃比はエンジン燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致する。
【００４２】
排気マニホールド４５の前記集合管には、排気マニホールド４５内を流れる排気ガスの空燃比、言い換えれば、ＮＯx触媒４６ａに流入する排気ガス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。
【００４３】
排気管４７においてＮＯx触媒４６ａの直ぐ下流に位置する部位には、ＮＯx触媒４６ａから流出した排気ガスの温度に対応した電気信号を出力する排気温センサ４９が取り付けられている。尚、この実施の形態では、排気温センサ４９で検出された排気ガス温度はＮＯx触媒４６ａの触媒床温として代用される。
【００４４】
また、エンジン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、エンジン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。
【００４５】
ここで、前述した吸気側電磁駆動機構３０および排気側電磁駆動機構３１について説明する。尚、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１は同じ構成であるので、排気側電磁駆動機構３１を例に挙げて説明し、吸気側電磁駆動機構３０についての説明は省略する。
【００４６】
図２は、排気側電磁駆動機構３１の構成を示す断面図である。図２においてエンジン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。
【００４７】
前記ロアヘッド１０には、各気筒２１毎に前述した２つの排気ポート２７が形成され、各排気ポート２７の燃焼室２４側の開口端には、前述した排気弁２９の弁体２９ａが着座するための弁座１２が設けられている。
【００４８】
ロアヘッド１０には、各排気ポート２７の内壁面から該ロアヘッド１０の上面に貫通する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が挿入固定されている。バルブガイド１３には、排気弁２９の弁軸２９ｂが軸方向に進退動自在に貫通している。
【００４９】
アッパヘッド１１には断面円形のコア取付孔１４がバルブガイド１３と同心上に設けられている。コア取付孔１４は、ロアヘッド１０に対向する部分が孔径の大きい大径部１４ｂになっていて、この大径部１４ｂの上部に孔径が大径部１４ｂよりも小径の小径部１４ａが連なって構成されている。
【００５０】
前記小径部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、フランジ３０１ａあるいはフランジ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が小径部１４ａの上縁部あるいは下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。
【００５１】
第１コア３０１の上方には、筒状のアッパキャップ３０５が取り付けられている。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の上面に固定されている。ここで、フランジ部３０５ａを含むアッパキャップ３０５の下端は第１コア３０１の上面周縁部に当接した状態で固定されており、これにより、第１コア３０１はアッパヘッド１１に固定されている。
【００５２】
一方、第２コア３０２の下部には、コア取付孔１４の大径部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が取り付けられている。このロアキャップ３０７は小径部１４ａと大径部１４ｂとの境に形成された段差面にボルト３０６によって固定されている。ここで、ロアキャップ３０７は第２コア３０２の下面周縁部に当接した状態で固定されており、これにより、第２コア３０２はアッパヘッド１１に固定されている。
【００５３】
第１コア３０１において間隙３０３側の端面に形成された溝部には、第１の電磁コイル３０８が装着されており、第２コア３０２において間隙３０３側の端面に形成された溝部には第２の電磁コイル３０９が装着されている。第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９は間隙３０３を挟んで互いに対向して配置されており、第１及び第２の電磁コイル３０８、３０９はそれぞれ前述した排気側駆動回路３１ａに電気的に接続されている。
【００５４】
間隙３０３には、該間隙３０３の内径より小径な外径を有する円盤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の中央にはアーマチャシャフト３１０が貫通固定されている。このアーマチャシャフト３１０は、その上半が第１コア３０１の中空部を貫通してその上端部をアッパキャップ３０５内に突出させ、下半が第２コア３０２の中空部を貫通してその下端部を大径部１４ｂ内に突出させており、第１コア３０１及び第２コア３０２によって軸方向へ進退動自在に保持されている。
【００５５】
アッパキャップ３０５内に突き出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が固定されており、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が螺着されている。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、アジャストボルト３１３側にスプリングシート３１５を介在させてアッパスプリング３１４が挟装されており、このアッパスプリング３１４によりアマチャシャフト３１０及びアマチャ３１１はコア取付孔１４の大径部１４ｂに接近する方向（即ち、図２において下方）へ付勢されている。
【００５６】
一方、前記大径部１４ｂ内に突き出たアーマチャシャフト３１０の下端部には、排気弁２９の弁軸２９ｂの上端部が突き当たっている。前記弁軸２９ｂの上端部には、円盤状のロアリテーナ２９ｃが固定され、このロアリテーナ２９ｃとロアヘッド１０との間にロアスプリング３１６が挟装されていて、このロアスプリング３１６により排気弁２９は閉弁方向（即ち、図２において上方）へ付勢されている。この結果、排気弁２９の弁軸２９ｂの上端がアマチャシャフト３１０の下端に突き当たり、アマチャシャフト３１０およびアマチャ３１１をコア取付孔１４の大径部１４ｂから離反する方向（即ち、図２において上方）へ付勢する。
【００５７】
このように構成された排気側電磁駆動機構３１では、排気側駆動回路３１ａ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、アマチャ３１１には、アッパスプリング３１４がアマチャ３１１を下方（すなわち、排気弁２９を開弁させる方向）へ付勢する力と、ロアスプリング３１６がアマチャ３１１を上方（すなわち、排気弁２９を閉弁させる方向）へ付勢する力が作用し、これら付勢力が平衡する位置でアマチャ３１１は弾性支持されて、中立状態に保持されることになる。
【００５８】
尚、アッパスプリング３１４とロアスプリング３１６の付勢力は、アーマチャ３１１の中立位置が間隙３０３において第１コア３０１と第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に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。
【００５９】
また、アーマチャシャフト３１０及び弁軸２９ｂの軸方向の長さは、アーマチャ３１１が間隙３０３の中間位置に位置するときに、弁体２９ａ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。
【００６０】
このように構成された排気側電磁駆動機構３１では、排気側駆動回路３１ａ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、排気側駆動回路３１ａ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。
【００６１】
したがって、この排気側電磁駆動機構３１では、排気側駆動回路３１ａからの励磁電流を第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに交互に印加することにより、アーマチャ３１１及びアマチャシャフト３１０が進退動作し、それに同期して弁軸２９ｂが進退駆動されて、その結果、弁体２９ａが開閉駆動されることになる。
【００６２】
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、排気弁２９の開閉タイミングを制御することが可能となる。
【００６３】
また、この排気側電磁駆動機構３１には、排気弁２９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盤状のターゲット３１７ａと、アジャストボルト３１３における前記アッパリテーナ３１２と対向する部位に取り付けられたギャップセンサ３１７ｂとから構成されている。
【００６４】
このように構成されたバルブリフトセンサ３１７では、ターゲット３１７ａがアーマチャ３１１と一体的に変位し、ギャップセンサ３１７ｂが該ギャップセンサ３１７ｂとターゲット３１７ａとの距離に対応した電気信号を出力する。
【００６５】
その際、アーマチャ３１１が中立状態にあるときのギャップセンサ３１７ｂの出力信号値を予め記憶しておき、その出力信号値と現時点におけるギャップセンサ３１７ｂの出力信号値との偏差を算出することにより、アーマチャ３１１及び排気弁２９の変位を特定することが可能になる。
【００６６】
このエンジン１には、エンジン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。
ＥＣＵ２０はデジタルコンピュータからなり、図３に示すように、双方向バス４００によって相互に接続されたＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）４０１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）４０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４０３、入力ポート４０５、出力ポート４０６を備えるとともに、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。
【００６７】
ＥＣＵ２０の入力ポート４０５には、ＳＣＶポジションセンサ１７ｂ、スロットルポジションセンサ４１、アックセルポジションセンサ４３、エアフロメータ４４、空燃比センサ４８、排気温センサ４９、水温センサ５２、バルブリフトセンサ３１７等から出力されるアナログ信号がＡ／Ｄ変換器４０７によってデジタル信号に変換されて入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０の入力ポート４０５には、クランクポジションセンサ５１から出力されるデジタル信号が直接入力される。
【００６８】
ＥＣＵ２０の出力ポート４０６は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａ、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等に電気的に接続されている。
【００６９】
ＥＣＵ２０の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、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、スワールコントロールバルブ１７の開度を決定するためのＳＣＶ開度制御ルーチン、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等のアプリケーションプログラムなどを記憶している。
【００７０】
また、ＥＣＵ２０の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。例えば、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン１の運転状態とスワールコントロールバルブ１７の開度との関係を示すＳＣＶ開度制御マップ、エンジン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、エンジン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、エンジン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等である。
【００７１】
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。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。
【００７２】
バックアップＲＡＭ４５は、エンジン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。
ＣＰＵ４０１は、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、スロットル制御、スワール制御、吸・排気弁開閉制御等を実行する。
【００７３】
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エンジン１の運転状態を判別し、判別された運転状態に応じてエンジン１における燃焼を制御する。
【００７４】
図４は、このエンジン１の運転状態（機関負荷とエンジン回転数）と燃焼状態との関係を示す図であり、この図を参照してエンジン１における燃焼について説明する。
【００７５】
ＣＰＵ４０１は、エンジン１の運転状態が低負荷運転領域（図４においてＡ領域）にあると判定した場合には、エンジン１における燃焼が成層燃焼となるように制御する。この成層燃焼を実現すべく、ＣＰＵ４０１は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７の開度を小さくするとともに、アクチュエータ４０へ制御信号を送信してスロットル弁３９を実質的に全開状態とし、さらに各気筒の圧縮行程時に燃料噴射弁３２に駆動電流を印加して圧縮行程噴射を行う。
【００７６】
この場合、各気筒の燃焼室２４には、吸気行程時に主としてヘリカルポートの吸気ポート２６から新気が導入され、強い旋回流（スワール流）が発生する。続く圧縮行程では、燃料噴射弁３２から噴射された燃料がスワール流に従って燃焼室２４内を旋回し、所定の時期に点火栓２５近傍へ移動する。このとき、燃焼室２４内は、点火栓２５の近傍に可燃混合気層が形成され、その周囲の領域に空気層が形成された、いわゆる成層状態になり、全体として極めて希薄な混合気となる。そして、ＣＰＵ４０１は、前記所定の時期に点火栓２５を点火する。この結果、燃焼室２４内の混合気（可燃混合気層と空気層とを含む）は、点火栓２５近傍の可燃混合気層を着火源として燃焼する。
【００７７】
尚、成層燃焼運転時における燃料噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、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）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す成層燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定する。
【００７８】
ここで、成層燃焼運転時における空燃比は２５〜５０に設定されており、これに対応して成層燃焼時噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）が設定されている。
【００７９】
また、ＣＰＵ４０１は、エンジン１の運転状態が中負荷運転領域（図４においてＣ領域）にあると判定した場合は、エンジン１における燃焼が均質リーン燃焼となるように制御する。この均質リーン燃焼を実現すべく、ＣＰＵ４０１は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７の開度を小さくし、さらに各気筒の吸気行程時に燃料噴射弁３２に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒の燃焼室２４内の略全域にわたって、新気と燃料とが均質に混じり合ったリーン混合気が形成され、均質リーン燃焼が実現される。
【００８０】
尚、均質リーン燃焼運転時における燃料噴射量および吸入空気量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、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）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す均質リーン燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定し、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）とエンジン回転数とスロットル開度（吸入空気量）との関係を示す均質リーン燃焼時スロットル制御マップを用いてスロットル開度（吸入空気量）を決定する。
【００８１】
ここで、均質リーン燃焼運転時の空燃比は１５〜２３に設定されており、これに対応して均質リーン燃焼時燃料噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）と、均質リーン燃焼時スロットル制御マップのスロットル開度（吸入空気量）が設定されている。
【００８２】
また、ＣＰＵ４０１は、エンジン１の運転状態が高負荷運転領域（図４においてＤ領域）にあると判定した場合には、エンジン１における燃焼が理論空燃比近傍の混合気による均質燃焼（以下、これを均質ストイキ燃焼と称す）となるように制御する。この均質ストイキ燃焼を実現すべく、ＣＰＵ４０１は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７を全開状態とし、スロットル弁３９がアクセルペダル４２の踏み込み量（アクセルポジションセンサ４３の出力信号値）に対応した開度となるようアクチュエータ４０へ制御信号を送信し、さらに各気筒の吸気行程時に燃料噴射弁３２に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒の燃焼室２４内の略全域にわたって、新気と燃料とが均質に混じり合った理論空燃比近傍の混合気が形成され、均質ストイキ燃焼が実現される。
【００８３】
尚、均質ストイキ燃焼運転時における燃料噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、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）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す均質ストイキ燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定する。
【００８４】
ここで、均質ストイキ燃焼運転時における空燃比は１２〜１４．６に設定されており、これに対応して均質ストイキ燃焼時噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）が設定されている。
【００８５】
また、ＣＰＵ４０１は、エンジン１の運転状態が低負荷運転領域と中負荷運転領域の間の領域（図４においてＢ領域）にあると判定した場合には、エンジン１における燃焼が弱成層燃焼となるように制御する。この弱成層燃焼を実現すべく、ＣＰＵ４０１は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７を所定開度で開き、各気筒の圧縮行程時と吸気行程時との二回に分けて燃料噴射弁３２に駆動電流を印加する。この場合、各気筒の燃焼室２４内には、点火栓２５の近傍に可燃混合気層が形成されるとともに、その周囲の領域にリーン混合気層が形成され、いわゆる弱成層燃焼が実現される。この弱成層燃焼により、成層燃焼制御から均質燃焼制御へ移行する際、あるいは均質燃焼制御から成層燃焼制御へ移行する際の、エンジン１のトルク変動が防止される。尚、この弱成層燃焼運転時における空燃比は２０〜３０に設定されている。
【００８６】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されているとき、すなわち、エンジン１における燃焼制御が前述した成層燃焼制御あるいは弱成層燃焼制御あるいは均質リーン燃焼制御であるときには、排気ガスの空燃比がリーン空燃比となるため、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒４６ａに吸蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒４６ａのＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒４６ａで除去もしくは浄化されずに大気中に放出される虞れがある。
【００８７】
そこで、ＣＰＵ４０１は、エンジン１の運転状態の履歴からＮＯx触媒４６ａに吸収されたＮＯx量を推定し、その推定ＮＯx量が予め設定した所定値に達したときに、リッチ空燃比の排気ガスをＮＯx触媒４６ａに流し（これをリッチスパイクと称す）、ＮＯx触媒４６ａに吸蔵されたＮＯxを放出させ、Ｎ2に還元する。
【００８８】
そして、この実施の形態では、排気ガスの空燃比をリッチ化しＮＯx触媒４６ａにＨＣを供給する手法として、通常の排気行程に入る前に排気弁２９を一度開いて、燃焼前の燃料ガスを燃焼室から排出する方法を採用する。
【００８９】
以下に、排気弁２９の二度開きによる排気空燃比リッチ化処理について、成層燃焼運転時を例にして、図５を参照しながら説明する。
図５は成層燃運転時における吸気弁２８と排気弁２９の開閉時期を示すタイミングチャートであり、図５（ａ）は吸気弁２８の開閉時期を示し、図５（ｂ）は通常時（ＮＯx吸蔵時）における排気弁２９の開閉時期を示し、図５（ｃ）はＮＯx放出時（リッチスパイク時）における排気弁２９の開閉時期を示している。
【００９０】
図５（ｂ）に示すように、成層燃焼時には、通常、ＣＰＵ４０１は、吸気弁２８が排気行程上死点近傍から吸気行程下死点近傍に亘って開かれるように吸気側電磁駆動機構３０制御して吸気を行い、圧縮行程上死点近傍で燃料噴射弁３２が開かれるように制御して燃料を燃焼室２４内に噴射し、その後、圧縮行程上死点近傍で点火栓２５が点火せしめられるように制御して燃焼室２４内で燃料を燃焼し、排気弁２９が膨張行程下死点前で開かれ排気行程上死点近傍で閉ざされるように排気側電磁駆動機構３１を制御して、燃焼により生成された排気ガスを燃焼室２４から排出している。このように、通常、成層燃焼時には排気弁２９は１サイクルにおいて１回開閉されるだけである。
【００９１】
しかしながら、エンジン１の運転状態が成層燃焼領域であっても、前述したように、ＣＰＵ４０１が、ＮＯx触媒４６ａに吸収されたＮＯx量が予め設定した所定値に達したためリッチスパイクを実行すべきであると判断したときには、ＣＰＵ４０１は、排気弁２９が、前述した排気のための開閉に加えて、図５（ｃ）に示すように、燃料噴射直後であって圧縮行程上死点前に極めて短時間だけ開かれるように、排気側電磁駆動機構３１を制御する。
【００９２】
このように燃料噴射直後に排気弁２９を開くと、燃料噴射弁３２から燃焼室２４内に噴射された燃料の一部が、燃焼前に燃焼室２４から排気弁２９を通って排気ポート２７に流出するようになり、その結果、燃焼前のＨＣを多量に含むリッチ空燃比の生ガスをＮＯx触媒４６ａに流すことができるようになり、即ち、リッチスパイクを実行することとなる。これにより、ＮＯx触媒４６ａに吸蔵されていたＮＯxが放出されＮ2に還元される。
【００９３】
このように排気弁２９の二度開きによりリッチスパイクを実行すると、必要なときに直ちにリッチスパイクを実行することができるので、従来のように徐々に空燃比を変えていく場合に比較して、燃費悪化を低く抑えることができるとともに、ＮＯx浄化率が向上する。
【００９４】
尚、上述のように燃焼前の生ガスをＮＯx触媒４６ａに導入するという目的からすると、燃料噴射直後の排気弁２９の開弁は、点火栓２５による点火前に終了させるようにするのが好ましい。
【００９５】
ただし、この実施の形態では、リッチスパイクのための排気弁２９の開弁を、燃料噴射直後に行うようにしたが、燃料噴射前あるいは燃料噴射の途中で排気弁２９を開き始め、その後の燃料噴射の途中あるいは燃料噴射後に排気弁２９を閉じるように制御することも可能である。つまり、燃焼室２４に噴射された燃料の一部が、完全に燃焼する前に、好ましくは点火栓２５の点火前に、燃焼室２４から排出されるように排気弁２９の開閉タイミングを制御すればよい。
【００９６】
また、リッチスパイク時の排気弁２９の開弁期間を、エンジン回転数あるいは機関負荷が大きいほど、大きくするように制御することもできる。
【００９７】
尚、この実施の形態では、全気筒の全排気弁２９に対して上述の如く二度開き制御を実行するようにしたが、一部の気筒の排気弁２９に対してだけ二度開き制御を実行し、残る気筒に対しては排気弁２９の二度開き制御を行わないようにすることも可能である。また、一つの気筒に二つある排気弁２９のうちの一方の排気弁２９だけに対してだけ二度開き制御を実行することも可能である。
【００９８】
また、前述の説明では成層燃焼運転時においてリッチスパイクを実行する場合を例に挙げて説明したが、弱成層燃焼運転時あるいは均質リーン運転時の場合も、同様なタイミングで排気弁２９を二度開くように制御してリッチスパイクを実行することが可能である。
【００９９】
【発明の効果】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置によれば、排気系にリーンＮＯx触媒が設けられ、排気弁の開閉時期を変更可能にする可変動弁機構を備えた内燃機関において、前記リーンＮＯx触媒に還元剤を必要とするときに燃料噴射から排気行程開始までの間で前記排気弁を開弁するように前記可変動弁機構を制御するようにしたことにより、燃焼室に噴射された燃焼前の燃料の一部をリーンＮＯx触媒に導入することができるという優れた効果が奏される。しかも、前記リーンＮＯx触媒に還元剤が必要とするときに直ちに実行することができるので、リーンＮＯx触媒の浄化率が向上するとともに、燃費悪化を低く抑えることができる。
【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図である。
【図２】  排気側電磁駆動機構の内部構成を示す図である。
【図３】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】  前記内燃機関のエンジン回転数と機関負荷と燃焼状態との関係を示す図である。
【図５】  吸・排気弁の開閉時期を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン（内燃機関）
２０  ＥＣＵ
２９  排気弁
３１  排気側電磁駆動機構（可変動弁機構）
３１ａ  排気側駆動回路
４６  ケーシング（排気系）
４６ａ  吸蔵還元型ＮＯx触媒（リーンＮＯx触媒）
４７  排気管（排気系）
【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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