JP2000027711A - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 煤およびＮＯx の発生を阻止しつつ燃料消費
量を低減する。 【解決手段】 燃焼室５内に燃料噴射弁６と点火栓７を
配置し、燃料噴射弁６から圧縮行程末期に燃料を噴射す
る。ＥＧＲガス量を増大していくと煤の発生量がピーク
となり、更にＥＧＲガス量を増大すると今度は煤が発生
しなくなる。煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よ
りも燃焼室５内のＥＧＲガス量を多くし、それにより燃
焼室５内において煤が発生しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】機関負荷が比較的低いときには燃焼室内
の限られた領域内に混合気を形成してこの混合気を点火
栓により着火し、機関負荷が高くなると燃焼室内を均一
混合気により満たしてこの均一混合気を点火栓により着
火するようにした筒内噴射式内燃機関が公知である。こ
のような筒内噴射式内燃機関では、通常、例えば特開平
５−１８２４５号公報に記載されているように、シリン
ダヘッド内壁面の中央部に点火栓を配置し、シリンダヘ
ッド内壁面の周辺部に燃料噴射弁を配置し、燃料噴射弁
の下方から点火栓の下方まで延びる凹溝をピストン頂面
上に形成し、機関負荷が比較的低いときには燃料を凹溝
内に向けて噴射し、この噴射燃料を凹溝の底壁面により
案内して点火栓周りの限られた領域内に混合気を形成す
るようにしている。
【０００３】ところで燃料噴射弁から燃料を噴射すると
噴射直後には燃料噴霧の中心部に過濃な混合気が形成さ
れる。従って燃料噴射直後に点火栓により混合気を着火
すると過濃な混合気が燃焼せしめられ、その結果多量の
煤が発生することになる。そこで従来より筒内噴射式内
燃機関では燃料噴射時期を早めて点火が行われるまでに
噴射燃料を拡散させ、それより点火が行われる頃には過
濃な混合気領域が存在しなくなるようにして煤が発生す
るのを阻止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが燃焼室内の限
られた領域内に混合気を形成する場合にこのように燃料
噴射時期を早めて噴射燃料を拡散させると混合気の周辺
部にはかなりリーンな空燃比領域が広範囲に亘って形成
される。しかしながらこのようにかなりリーンな空燃比
領域が広範囲に亘って形成されるとこの領域では点火栓
による着火火炎が良好に伝播しないために多量の未燃Ｈ
Ｃが発生することになる。即ち、良好に燃焼せしめられ
ない燃料量が増大するために燃料消費量が増大するとい
う問題を生ずる。
【０００５】この場合、燃料噴射時期を遅くして噴射燃
料が拡散しないうちに混合気を着火すれば着火火炎は混
合気全体にすみやかに伝播し、混合気全体が燃焼せしめ
られることになる。その結果、未燃ＨＣがほとんど発生
せず、燃料消費量を低減できることになる。しかしなが
らこのとき過濃な混合気領域が形成されるために前述し
た如く多量の煤が発生することになる。
【０００６】もしこのとき多量の煤が発生しなければ未
燃ＨＣが発生せず、燃料消費量の少ない理想的な燃焼が
得られることになる。一方、従来より内燃機関において
はＮＯx の発生を抑制するために機関排気通路と機関吸
気通路とを排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路
により連結し、このＥＧＲ通路を介して排気ガス、即ち
ＥＧＲガスを機関吸気通路内に再循環させるようにして
いる。この場合、ＥＧＲガスは比較的比熱が高く、従っ
て多量の熱を吸収することができるので、ＥＧＲガス量
を増大するほど、即ちＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧ
Ｒガス量＋吸入空気量））を増大するほど燃焼室内にお
ける燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとＮＯx
の発生量が低下し、従ってＥＧＲ率を増大すればするほ
どＮＯx の発生量は低下することになる。
【０００７】このように従来よりＥＧＲ率を増大すれば
ＮＯx の発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながら多量の未燃ＨＣが発生しないように燃料噴射時
期を遅くして噴射燃料が拡散しないうちに混合気を着火
するようにした場合にはＥＧＲ率を増大させていくとＥ
ＧＲ率が或る限度を越えたときに煤の発生量、即ちスモ
ークが急激に増大し始める。この点に関し従来より、そ
れ以上ＥＧＲ率を増大すればスモークが限りなく増大し
ていくものと考えられており、従ってスモークが急激に
増大し始めるＥＧＲ率がＥＧＲ率の最大許容限界である
と考えられている。
【０００８】従って従来よりＥＧＲ率はこの最大許容限
界を越えない範囲内に定められている。このＥＧＲ率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ３０パーセントから５０パーセントである。
従って従来の内燃機関ではＥＧＲ率は最大でも３０パー
セントから５０パーセント程度に抑えられている。この
ように従来ではＥＧＲ率に対して最大許容限界が存在す
ると考えられていたので従来よりＥＧＲ率はこの最大許
容限界を越えない範囲内においてＮＯx の発生量ができ
るだけ少なくなるように定められていた。しかしながら
このようにしてＥＧＲ率をＮＯx の発生量ができるだけ
少なくなるように定めてもＮＯx の発生量の低下には限
度があり、実際には依然としてかなりの量のＮＯx が発
生してしまうのが現状である。
【０００９】ところが本発明者は内燃機関の燃焼の研究
の過程においてＥＧＲ率を最大許容限界よりも大きくす
れば上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモー
クの発生量にはピークが存在し、このピークを越えてＥ
ＧＲ率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少
しはじめ、アイドリング運転時においてＥＧＲ率を７０
パーセント以上にすると、またＥＧＲガスを強力に冷却
した場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にする
とスモークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生
しないことを見い出したのである。また、このときには
ＮＯx の発生量が極めて少量となることも判明してい
る。この後この知見に基づいて煤が発生しない理由につ
いて検討を進め、その結果これまでにない煤およびＮＯ
x の同時低減が可能な新たな燃焼システムを構築するに
至ったのである。この新たな燃焼システムについては後
に詳細に説明するが簡単に云うと炭化水素が煤に成長す
るまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止させ
ることを基本としている。
【００１０】即ち、実験研究を重ねた結果判明したこと
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。
【００１１】従って、燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭
化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、このときには煤に至る前に成長が途中で
停止した炭化水素、即ち未燃ＨＣが排出されるがこの未
燃ＨＣの排出量は燃料噴射時期を早めた場合に比べれば
はるかに少ない。
【００１２】従って燃料噴射時期を遅くした場合、この
新たな燃焼システムを用いるとたとえ過濃な混合気領域
が形成されたとしても煤がほとんど発生せず、しかもＮ
Ｏxもほとんど発生しないことになる。斯くして煤およ
びＮＯx がほとんど発生せず、しかも燃料消費量の少な
い理想的な燃焼が得られることになる。本発明はこの理
想的な燃焼の燃焼原理に関するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】即ち、１番目の発明で
は、燃焼室内に噴射された燃料を着火するための点火栓
を具備し、圧縮行程において燃料噴射時期を遅くしてい
くと燃焼室内の不活性ガス量が増大せしめられたときに
煤の発生量のピークが表れる内燃機関であって、煤の発
生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活
性ガス量を多くすることによって燃焼室内における燃焼
時の燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温
度よりも低い温度に抑制し、それにより燃焼室内におい
て煤が生成されるのを阻止するようにしている。
【００１４】２番目の発明では１番目の発明において、
燃料噴射時期が、不活性ガス量を増大したときに煤の発
生量のピークが表れる時期に設定されている。３番目の
発明では２番目の発明において、燃料噴射時期が圧縮行
程の末期に設定されている。４番目の発明では３番目の
発明において、燃料噴射中に点火栓による点火作用が行
われる。
【００１５】５番目の発明では３番目の発明において、
燃料噴射完了後に点火栓による点火作用が行われる。６
番目の発明では１番目の発明において、点火栓と燃料噴
射弁をシリンダヘッド内壁面の中央部に隣接して配置
し、点火栓の放電ギャップを燃料噴射弁の噴霧主流周り
に形成される噴霧副流内に配置している。
【００１６】７番目の発明では６番目の発明において、
燃料噴射弁からシリンダ軸線に沿って燃料が噴射され
る。８番目の発明では１番目の発明において、シリンダ
ヘッド内壁面の中央部に点火栓を配置し、シリンダヘッ
ド内壁面の周辺部に燃料噴射弁を配置し、燃料噴射弁の
下方から点火栓の下方まで延びる凹溝をピストン頂面上
に形成し、燃料噴射弁から凹溝内に噴射された燃料を凹
溝の底壁面により案内して点火栓の周りに向かわせるよ
うにしている。
【００１７】９番目の発明では１番目の発明において、
燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循
環させる排気ガス再循環装置を具備し、不活性ガスが機
関吸気通路内に再循環された再循環排気ガスからなる。
１０番目の発明では９番目の発明において、排気ガス再
循環率がほぼ５５パーセント以上である。
【００１８】１１番目の発明では９番目の発明におい
て、排気ガス再循環装置が再循環排気ガスを冷却するた
めのクーラを具備している。１２番目の発明では１番目
の発明において、未燃炭化水素が煤の形ではなく煤の前
駆体又はそれ以前の形でもって燃焼室から排出され、燃
焼室から排出された未燃炭化水素を酸化するための後処
理装置を機関排気通路内に配置している。
【００１９】１３番目の発明では１２番目の発明におい
て、後処理装置が酸化機能を有する触媒からなる。１４
番目の発明では１３番目の発明において、触媒が酸化触
媒、三元触媒又はＮＯx 吸収剤の少くとも一つからな
る。１５番目の発明では１番目の発明において、燃焼室
内における空燃比を理論空燃比か、或いはリーン空燃比
か、或いはリッチ空燃比とする。
【００２０】１６番目の発明では１番目の発明におい
て、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼
室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない第１
の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量より
も燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼とを選択
的に切換える切換手段を具備している。１７番目の発明
では１６番目の発明において、機関の運転領域を低負荷
側の運転領域と高負荷側の運転領域に分割し、低負荷側
の運転領域では第１の燃焼を行い、高負荷側の運転領域
では第２の燃焼を行うようにしている。
【００２１】１８番目の発明では１７番目の発明におい
て、高負荷側の運転領域のうちで低負荷側の領域では吸
気行程と圧縮行程末期との二つに分けて燃料噴射が行わ
れる。１９番目の発明では１番目の発明において、流入
する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に
含まれるＮＯx を吸収しかつ流入する排気ガスの空燃比
が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯx を放出
するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯx 吸
収剤からＮＯx を放出すべきときには燃焼室内における
空燃比を理論空燃比又はリッチとする。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１から図３は本発明を４ストロ
ーク火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。
図１から図３を参照すると、１は機関本体、２はシリン
ダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は
燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は点火栓、８は
一対の吸気弁、９は吸気ポート、１０は一対の排気弁、
１１は排気ポートを夫々示す。図２および図３に示され
るようにシリンダヘッド３の内壁面の中心部には互いに
隣接して燃料噴射弁６と点火栓７が配置される。
【００２３】図１に示されるように吸気ポート９は対応
する吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結さ
れ、サージタンク１３は吸気ダクト１４を介してエアク
リーナ１５に連結される。吸気ダクト１４内にはステッ
プモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置
される。一方、排気ポート１１は排気マニホルド１８お
よび排気管１９を介して酸化機能を有する触媒２０を内
蔵した触媒コンバータ２１に連結され、排気マニホルド
１８内には空燃比センサ２２が配置される。
【００２４】排気マニホルド１８とサージタンク１３と
はＥＧＲ通路２３を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路
２３内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２４が配置される。
また、ＥＧＲ通路２３内にはＥＧＲ通路２３内を流れる
ＥＧＲガスを冷却するためのインタークーラ２５が配置
される。図１に示される実施例では機関冷却水がインタ
ークーラ２５内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲ
ガスが冷却される。
【００２５】一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２６を
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結
される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレ
ール２７内に供給された燃料は各燃料供給管２６を介し
て燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコ
モンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基
づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２６】電子制御ユニット３０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備
する。空燃比センサ２２の出力信号は対応するＡＤ変換
器３７を介して入力ポート３５に入力され、燃料圧セン
サ２９の出力信号も対応するＡＤ変換器３７を介して入
力ポート３５に入力される。アクセルペダル４０にはア
クセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発
生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出
力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３
５に入力される。また、入力ポート３５にはクランクシ
ャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生す
るクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポー
ト３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、
ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２４および燃料ポン
プ２８に接続される。
【００２７】図４は機関負荷が比較的低いときにスロッ
トル弁１７の開度、ＥＧＲ率および燃料噴射時期を変化
させることにより空燃比Ａ／Ｆ（図４の横軸）を変化さ
せたときの出力トルクの変化、およびスモーク、ＨＣ，
ＣＯ，ＮＯx の排出量の変化を示す実験例を表してい
る。図４からわかるようにこの実験例では空燃比Ａ／Ｆ
が小さくなるほどＥＧＲ率が大きくなり、空燃比が２０
以下のときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上となって
いる。なお、図４において２０°，４０°，８０°は圧
縮上死点前（ＢＴＤＣ）で表した燃料噴射時期を示して
いる。
【００２８】図４に示されるようにＥＧＲ率を増大する
ことにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくと燃料噴射時
期にかかわらずにＮＯx の発生量は次第に低下する。一
方、燃料噴射時期が早い場合、即ちＢＴＤＣ ８０°の
場合には空燃比Ａ／Ｆにかかわらずにスモークは発生し
ないが多量の未燃ＨＣが発生する。即ち、燃料噴射時期
が早い場合には点火栓７による点火が行われるまでに噴
射燃料は広範囲に亘って分散されており、従って過濃な
混合気領域が存在しないために煤が発生することはな
い。しかしながらこの場合、冒頭で述べたようにかなり
リーンな混合気領域が形成されるために多量の未燃ＨＣ
が発生することになる。
【００２９】図４に示されるように燃料噴射時期が早い
場合にはＥＧＲ率が増大するほど未燃ＨＣの発生量が増
大し、燃料消費量が低下する。従って燃料噴射時期が早
い場合にＥＧＲ率を増大することは好ましくない。これ
に対し燃料噴射時期を遅くした場合、例えば燃料噴射時
期をＢＴＤＣ ２０°にした場合には点火栓７による点
火作用が行われるときに過濃が混合気領域が形成されて
おり、この場合には図４に示されるようにＥＧＲ率が増
大せしめられるとＥＧＲ率が４０パーセント付近になっ
たときにスモークの発生量が増大を開始する。次いで、
更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくするとスモ
ークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで
更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると今度
はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセント
以上とし、空燃比Ａ／Ｆが２０以下になるとスモークが
ほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくなる。こ
のとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮＯx の発
生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，ＣＯの発
生量が増大し始める。
【００３０】燃料噴射時期が遅くされた場合には図４に
示される実験結果から次のことが言える。即ち、まず第
１に空燃比Ａ／Ｆが２０以下でスモークの発生量がほぼ
零のときには図４に示されるようにＮＯx の発生量がか
なり低下する。ＮＯx の発生量が低下したということは
燃焼室５内の燃焼温度が低下していることを意味してお
り、従って煤がほとんど発生しないときには燃焼室５内
の燃焼温度が低くなっていると言える。
【００３１】第２にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図４に示されるようにＨＣおよびＣＯ
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめら
れると熱分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭
素原子が集合した固体からなる煤が生成される。この場
合、実際の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がど
のような形態をとるかは明確ではないがいずれにしても
燃料中の炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長するこ
とになる。従って、上述したように煤の発生量がほぼ零
になると図４に示される如くＨＣおよびＣＯの排出量が
増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体又はその前の状
態の炭化水素である。
【００３２】図４に示される実験結果に基づくこれらの
考察をまとめると燃焼室５内の燃焼温度が低いときには
煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前駆体又はそ
の前の状態の炭化水素が燃焼室５から排出されることに
なる。このことについて更に詳細に実験研究を重ねた結
果、燃焼室５内における燃料およびその周囲のガス温度
が或る温度以下である場合には煤の成長過程が途中で停
止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼室５内にお
ける燃料およびその周囲の温度が或る温度以下になると
煤が生成されることが判明したのである。
【００３３】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はＮＯx の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はＮＯx の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、ＮＯx の発生量が低下する。このときＮＯx の発
生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯ
x の発生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
【００３４】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化触媒
等を用いた後処理でもって浄化することはできない。こ
れに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素は酸
化触媒等を用いた後処理でもって容易に浄化することが
できる。このように酸化触媒等による後処理を考えると
炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態で燃焼室５から
排出させるか、或いは煤の形で燃焼室５から排出させる
かについては極めて大きな差がある。
【００３５】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室５内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。
【００３６】即ち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
【００３７】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
【００３８】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
は強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、ＣＯ2 やＥＧＲガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
いることは好ましいと言える。
【００３９】図５は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
い、燃料噴射時期をＢＴＤＣ ２０°にした状態でＥＧ
Ｒガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とスモークと
の関係を示している。即ち、図５において曲線ＡはＥＧ
Ｒガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０℃に維
持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥ
ＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲ
ガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【００４０】図５の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガス
を強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図５の曲線Ｂで示さ
れるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率
が５０パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
【００４１】また、図５の曲線Ｃで示されるようにＥＧ
Ｒガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５
５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図５は機関負荷が比
較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負
荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率は
若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下
限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなく
なるＥＧＲ率の下限はＥＧＲガスの冷却度合や機関負荷
に応じて変化する。
【００４２】図６は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
い、燃料噴射時期を遅くした場合において燃焼時の燃料
およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも
低い温度にするために必要なＥＧＲガスと空気の混合ガ
ス量、およびこの混合ガス量中の空気の割合、およびこ
の混合ガス中のＥＧＲガスの割合を示している。なお、
図６において縦軸は燃焼室５内に吸入される全吸入ガス
量を示しており、鎖線Ｙは過給が行われないときに燃焼
室５内に吸入しうる全吸入ガス量を示している。また、
横軸は要求負荷を示しており、Ｚ１は比較的負荷の低い
運転領域を示している。
【００４３】図６を参照すると空気の割合、即ち混合ガ
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図６に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図６においてＥＧＲガスの割合、即ち混合
ガス中のＥＧＲガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のＥＧＲガス量
を示している。このＥＧＲガス量はＥＧＲ率で表すとほ
ぼ５５パーセント以上であり、図６に示す実施例では７
０パーセント以上である。即ち、燃焼室５内に吸入され
た全吸入ガス量を図６において実線Ｘとし、この全吸入
ガス量Ｘのうちの空気量とＥＧＲガス量との割合を図６
に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス温
度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くし
て煤が全く発生しなくなる。また、このときのＮＯx 発
生量は１０p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってＮ
Ｏx の発生量は極めて少量となる。
【００４４】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はＥＧＲガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図６に示されるようにＥＧＲガス量は噴射燃
料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。
即ち、ＥＧＲガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大
する必要がある。
【００４５】一方、図６の負荷領域Ｚ２では煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘが吸入しうる全吸入
ガス量Ｙを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘを燃焼室５内に供給
するにはＥＧＲガスおよび吸入空気の双方、或いはＥＧ
Ｒガスを過給又は加圧する必要がある。ＥＧＲガス等を
過給又は加圧しない場合には負荷領域Ｚ２では全吸入ガ
ス量Ｘは吸入しうる全吸入ガス量Ｙに一致する。従って
この場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干減
少させてＥＧＲガス量を増大すると共に空燃比がリッチ
のもとで燃料を燃焼せしめることになる。
【００４６】前述したように図６は燃料を理論空燃比の
もとで燃焼させる場合を示しているが図６に示される運
転領域Ｚ１において空気量を図６に示される空気量より
も少なくても、即ち空燃比をリッチにしても煤の発生を
阻止しつつＮＯx の発生量を１０p.p.m 前後又はそれ以
下にすることができ、また図６に示される運転領域Ｚ１
において空気量を図６に示される空気量よりも多くして
も、即ち空燃比の平均値をリーンにしても煤の発生を阻
止しつつＮＯx の発生量を１０p.p.m 前後又はそれ以下
にすることができる。
【００４７】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときＮＯx も極めて少量しか発
生しない。一方、空燃比がリーンのとき、或いは空燃比
が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量の煤
が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑制さ
れているので煤は全く生成されない。更に、ＮＯx も極
めて少量しか発生しない。
【００４８】このように、運転領域Ｚ１では空燃比にか
かわらずに、即ち空燃比がリッチであろうと、理論空燃
比であろうと、リーンであろうと煤が発生せず、ＮＯx
の発生量が極めて少量となる。従って燃料消費率の向上
を考えるとこのとき空燃比をリーンにすることが好まし
いと言える。このようにＥＧＲ率を５５パーセント以上
にするとたとえ混合気が過濃であっても煤が発生しなく
なる。従って燃料噴射時期を遅くした場合でも、例えば
燃料噴射時期がＢＴＤＣ ２０°付近であってもＥＧＲ
率を５５パーセント以上にすると煤が発生しなくなる。
このとき図４からわかるように未燃ＨＣが発生するがこ
の未燃ＨＣの発生量は燃料噴射時期がＢＴＤＣ ８０°
の場合と比べてかなり少なく、従って燃料噴射時期がＢ
ＴＤＣ ８０°の場合と比べて燃料消費量を低減するこ
とができることになる。また、図４からわかるようにＥ
ＧＲ率を煤が発生しなくなるまで増大するとＮＯx の発
生量が極めて少なくなる。従ってＥＧＲ率を煤が発生し
なくなるＥＧＲ率まで増大し、燃料噴射時期を遅くする
と煤およびＮＯx がほとんど発生せず、燃料消費量を低
減することのできる理想的な燃焼が得られることにな
る。
【００４９】そこで本発明ではこの理想的な燃焼を行う
ためにＥＧＲ率を煤が発生しなくなるＥＧＲ率まで増大
し、燃料噴射時期を遅くするようにしている。この新た
な燃焼の一つの利点は過濃混合気の形成に対して何ら対
策を講ずる必要がなく、従って燃焼室の構造や燃料噴射
弁、点火栓等の配置および噴射時期、点火時期について
大きな自由度があることである。ただし、この新たな燃
焼を行うにはＥＧＲ率を高くしなければならないために
混合気が着火しずらくなり、従って点火栓７による混合
気の安定した着火を確保することについては十分な配慮
が必要となる。図２に示される実施例では燃料噴射弁６
から燃料がシリンダ軸線に沿って円錐状に噴射される。
このように燃料が円錐状に噴射されると円錐状をなす噴
霧主流Ｆ1 の周りに微粒化した噴霧副流Ｆ2 が形成され
る。この実施例では点火栓７へのカーボンの付着により
点火電流が漏洩するのを阻止しつつ混合気の安定した着
火を確保しうるように点火栓７の放電ギャップが噴霧副
流Ｆ2 内に配置されており、燃料噴射弁６から燃料噴射
が行われているときに噴霧副流Ｆ2 の混合気が点火栓７
により着火せしめられる。
【００５０】噴霧主流Ｆ1 および噴霧副流Ｆ2 は機関の
運転状態にかかわらずに常時安定して形成される。従っ
て噴霧副流Ｆ2 内に点火栓７の放電ギャップを配置する
ことにより混合気を常時確実に着火することができる。
なお、燃料噴射完了直後でも点火栓７の放電ギャップ周
りには混合気が集まっているので燃料噴射完了直後に点
火栓７により混合気を着火することもできる。
【００５１】噴射燃料がシリンダボアの内壁面に付着す
ると未燃ＨＣやスモークが発生する。従って噴射燃料が
シリンダボア内壁面に到達しないように噴射燃料の貫徹
力をあまり強くしないほうが好ましい。なお、図２に示
されるように燃料をシリンダ軸線に沿って噴射すると噴
射燃料はシリンダボア内壁面に到達しずらくなる。とこ
ろで燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガ
ス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑
制しうるのは燃焼による発熱量が少ない比較的機関負荷
が低いときに限られる。従って本発明による実施例では
機関負荷が比較的低いときには燃料噴射時期を遅くする
と共に燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水
素の成長が途中で停止する温度以下に抑制して第１の燃
焼、即ち低温燃焼を行うようにし、機関負荷が比較的高
いときには第２の燃焼、即ち従来より行われている燃焼
を行うようにしている。なお、ここで第１の燃焼、即ち
低温燃焼とはこれまでの説明から明らかなように煤の発
生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活
性ガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことを言
い、第２の燃焼、即ち従来より行われている燃焼とは煤
の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の
不活性ガス量が少ない燃焼のことを言う。
【００５２】図７は第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第１の運転領域Ｉと、従来の燃焼方法による燃焼が行
われる第２の運転領域IIと、第３の運転領域III とを示
している。なお、図７において縦軸Ｌはアクセルペダル
４０の踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Ｎは
機関回転数を示している。第２の運転領域IIでは吸気行
程と圧縮行程末期との二回に分けて燃料噴射が行われ
る、いわゆる二分割噴射が行われ、第３の運転領域III
では吸気行程中に燃料噴射が行われる、いわゆる吸気行
程噴射が行われる。これらの二分割噴射および吸気行程
噴射は従来より行われている噴射方法であり、以下これ
ら二分割噴射による燃焼および吸気行程噴射による燃焼
を合わせて第２の燃焼と称する。
【００５３】図７においてＸ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉ
と第２の運転領域IIとの第１の境界を示しており、Ｙ
（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域IIとの第２
の境界を示している。第１の運転領域Ｉから第２の運転
領域IIへの運転領域の変化判断は第１の境界Ｘ（Ｎ）に
基づいて行われ、第２の運転領域IIから第１の運転領域
Ｉへの運転領域の変化判断は第２の境界Ｙ（Ｎ）に基づ
いて行われる。
【００５４】即ち、機関の運転状態が第１の運転領域Ｉ
にあって低温燃焼が行われているときに要求負荷Ｌが機
関回転数Ｎの関数である第１の境界Ｘ（Ｎ）を越えると
運転領域が第２の運転領域IIに移ったと判断され、第２
の燃焼が行われる。次いで要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの
関数である第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなると運転領
域が第１の運転領域Ｉに移ったと判断され、再び低温燃
焼が行われる。
【００５５】また、図７においてＺ（Ｎ）は第２の運転
領域IIと第３の運転領域III との第３の境界を示してい
る。ところで機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにあっ
て低温燃焼が行われているときには煤はほとんど発生せ
ず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はその前の状
態の形でもって燃焼室５から排出される。このとき燃焼
室５から排出された未燃炭化水素は酸化機能を有する触
媒２０により良好に酸化せしめられる。
【００５６】触媒２０としては酸化触媒、三元触媒、又
はＮＯx 吸収剤を用いることができる。ＮＯx 吸収剤は
燃焼室５内における空燃比がリーンのときにＮＯx を吸
収し、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比又はリッ
チになるとＮＯx を放出する機能を有する。このＮＯx
吸収剤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のような貴金属とが担持されている。
【００５７】酸化触媒はもとより、三元触媒およびＮＯ
x 吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびＮＯx 吸収剤を触媒２０として用いるこ
とができる。次に図８および図９を参照しつつ第１の運
転領域Ｉ、第２の運転領域IIおよび第３の運転領域III
における運転制御について概略的に説明する。
【００５８】図８は要求負荷Ｌに対するスロットル弁１
７の開度、ＥＧＲ制御弁２４の開度、ＥＧＲ率、空燃
比、噴射量を示しており、図９は要求負荷Ｌに対する噴
射量、噴射時期および点火時期を示している。図８に示
されるように要求負荷Ｌの低い第１の運転領域Ｉではス
ロットル弁１７の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて
全閉近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧ
Ｒ制御弁２４の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全
閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、図
８に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほ
ぼ７０パーセントとされており、空燃比はリーン空燃比
とされている。なお、この例では空燃比は要求負荷Ｌが
小さくなるほどリーンとされる。
【００５９】言い換えると第１の運転領域ＩではＥＧＲ
率がほぼ７０パーセントとなり、空燃比が要求負荷Ｌに
応じたリーン空燃比となるようにスロットル弁１７の開
度およびＥＧＲ制御弁２４の開度が制御される。一方、
図９に示されるように第１の運転領域Ｉでは圧縮行程末
期においてほぼ圧縮上死点前２５度から圧縮上死点の間
で燃料噴射Ｑ2 が行われる。このときの噴射開始時期θ
Ｓ２は要求負荷Ｌが高くなるほど早くなり、噴射完了時
期θＥ２は要求負荷Ｌが高くなるほど遅くなる。
【００６０】また、図９に示されるように点火時期θＩ
は燃料噴射が完了する直前に設定されている。従ってこ
の実施例では燃料噴射が行われているときに点火栓７に
よる点火作用が行われている。このとき点火栓７によっ
て噴霧副流Ｆ2 （図２）の混合気が着火せしめられ、こ
の着火火炎によって噴霧主流Ｆ1 の混合気が燃焼せしめ
られる。このように燃料噴射中に点火栓７の点火作用が
行われるとこのとき噴射燃料は十分に拡散しておらず、
従って噴霧主流Ｆ1 は濃混合気となっており、噴霧主流
Ｆ1 の中心部はかなり過濃な混合気となっている。従っ
てこのとき着火火炎によって過濃な混合気が燃焼せしめ
られることになるが煤はほとんど発生しない。また、こ
のとき極度にリーンな空燃比領域は形成されておらず、
従って多量の未燃ＨＣが発生することもない。
【００６１】なお、図８に示されるようにアイドリング
運転時にはスロットル弁１７は全閉近くまで閉弁され、
このときＥＧＲ制御弁２４も全閉近くまで閉弁せしめら
れる。スロットル弁１７を全閉近くまで閉弁すると圧縮
始めの燃焼室５内の圧力が低くなるために圧縮圧力が小
さくなる。圧縮圧力が小さくなるとピストン４による圧
縮仕事が小さくなるために機関本体１の振動が小さくな
る。即ち、アイドリング運転時には機関本体１の振動を
抑制するためにスロットル弁１７が全閉近くまで閉弁せ
しめられる。
【００６２】機関の運転状態が第１の運転領域Ｉである
ときには煤およびＮＯx はほとんど発生せず、排気ガス
中に含まれている煤の前駆体又はその前の状態の炭化水
素は触媒２０により酸化せしめられる。一方、機関の運
転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域IIに変わ
るとスロットル弁１７の開度が半開状態から全開方向へ
ステップ状に増大せしめられる。このとき図８に示す例
ではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントから４０パーセント
以下までステップ状に減少せしめられ、空燃比がステッ
プ状に大きくされる。第２の運転領域IIでは図９に示さ
れるように吸気行程の初期に第１回目の燃料噴射Ｑ1 が
行われ、圧縮行程末期に第２回目の燃料噴射Ｑ2 が行わ
れる。
【００６３】このときには第１回目の燃料噴射Ｑ1 によ
り燃焼室５全体を満たす均一な稀薄混合気が形成され、
第２回目の燃料噴射Ｑ2 により形成された混合気が点火
栓７により着火せしめられる。この着火火炎が着火源と
なって燃焼室５内を満たしている稀薄混合気が燃焼せし
められる。このように第２回目の燃料噴射Ｑ2 は着火源
を形成するために行なわれるので第２回目の燃料噴射Ｑ
2 の噴射量は要求負荷にかかわらずにほぼ一定とされ
る。
【００６４】第２の運転領域IIでは燃料噴射の完了直後
に点火栓７による点火作用が行われる。前述したように
燃料噴射の完了直後には点火栓７の周りに混合気が集ま
っており、斯くして混合気が確実に着火せしめられる。
第１の運転領域Ｉから第２の運転領域IIに移るときには
ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ率範囲（図
５）を飛び越えるように急激に小さくされる。このとき
燃料噴射時期が遅くされたままになっているとＥＧＲ率
が多量のスモークが発生するＥＧＲ率範囲（図５）を通
り抜けて急激に小さくされる間に煤が発生する危険性が
ある。しかしながら本発明による実施例では第１の運転
領域Ｉから第２の運転領域IIに移ったときに大部分の燃
料の噴射時期が大巾に早められる。即ち、大部分の燃料
が吸気行程に噴射される。大部分の燃料が吸気行程に噴
射されるとＥＧＲ率にかかわらずに煤は発生しなくな
る。従ってＥＧＲ率が急激に小さくされる間に煤が発生
する危険性がなくなる。
【００６５】第２の運転領域IIにおいては要求負荷Ｌが
高くなるにつれてスロットル弁１７が徐々に増大せしめ
られる。従って要求負荷Ｌが高くなるにつれてＥＧＲ率
が徐々に低下し、空燃比が理論空燃比に向けて徐々に小
さくなる。次いで機関の運転領域が第２の運転領域IIか
ら第３の運転領域III に変わると図８に示されるように
スロットル弁１７はほぼ全開状態に保持される。また、
空燃比を理論空燃比とするためにＥＧＲ制御弁２４の開
度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて小さくされる。この
とき空燃比は空燃比センサ２２の出力信号に基づいて理
論空燃比にフィードバック制御される。ＥＧＲ制御弁２
４が全閉せしめられた後、要求負荷Ｌが更に高くなると
空燃比はリッチとされる。
【００６６】図９に示されるように第３の運転領域III
では吸気行程の初期に燃料噴射Ｑ1が行われる。吸気行
程初期に行われる燃料噴射Ｑ1 の噴射開始時期θＳ１お
よび噴射完了時期θＥ１、圧縮行程末期に行われる燃料
噴射Ｑ2 の噴射開始時期θＳ２および噴射完了時期θＥ
２、および点火時期θＩは要求負荷Ｌおよび機関回転数
の関数であり、これら燃料噴射Ｑ1 の噴射開始時期θＳ
１および噴射完了時期θＥ１、燃料噴射Ｑ2 の噴射開始
時期θＳ２および噴射完了時期θＥ２、および点火時期
θＩは要求負荷Ｌおよび機関回転数の関数としてマップ
の形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００６７】図１０は第１の運転領域Ｉにおける空燃比
Ａ／Ｆを示している。図１０において、Ａ／Ｆ＝１５，
Ａ／Ｆ＝２０，Ａ／Ｆ＝２５，Ａ／Ｆ＝３０で示される
各曲線は夫々空燃比が１５，２０，２５，３０であると
きを示しており、各曲線間の空燃比は比例配分により定
められる。図１０に示されるように第１の運転領域Ｉで
は空燃比がリーンとなっており、更に第１の運転領域Ｉ
では要求負荷Ｌが低くなるほど空燃比Ａ／Ｆがリーンと
される。
【００６８】即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少なくなる。従って要求負荷Ｌが低くなるほ
どＥＧＲ率を低下させても低温燃焼を行うことができ
る。ＥＧＲ率を低下させると空燃比は大きくなり、従っ
て図１０に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれ
て空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。空燃比Ａ／Ｆが大きく
なるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比
をリーンにするために本発明による実施例では要求負荷
Ｌが低くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。
【００６９】なお、空燃比を図１０に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁１７の目標開度ＳＴが図１
１（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数
Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶さ
れており、空燃比を図１０に示す目標空燃比とするのに
必要なＥＧＲ制御弁２４の目標開度ＳＥが図１１（Ｂ）
に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数
としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されてい
る。
【００７０】図１２は第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法
による燃焼が行われるときの目標空燃比を示している。
なお、図１２においてＡ／Ｆ＝１４，Ａ／Ｆ＝１４．
６，Ａ／Ｆ＝１５，Ａ／Ｆ＝２５で示される各曲線は夫
々目標空燃比１４，１４．６，１５，２５を示してい
る。図１２からわかるように第１の境界Ｘ（Ｎ）と第３
の境界Ｚ（Ｎ）間の第２の運転領域IIでは要求負荷Ｌが
低くなるほど空燃比Ａ／Ｆがリーンとなる。また、第３
の境界Ｚ（Ｎ）よりも要求負荷Ｌの大きい第３の運転領
域III のうちで低負荷側の領域では空燃比Ａ／Ｆが１
４．６、即ち理論空燃比とされる。
【００７１】なお、空燃比を図１２に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁１７の目標開度ＳＴが図１
３（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数
Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶さ
れており、空燃比を図１２に示す目標空燃比とするのに
必要なＥＧＲ制御弁２４の目標開度ＳＥが図１３（Ｂ）
に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数
としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されてい
る。
【００７２】次に図１４を参照しつつ運転制御について
説明する。図１４を参照すると、まず初めにステップ１
００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉである
ことを示すフラグＩがセットされているか否かが判別さ
れる。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運
転状態が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ１０
１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大き
くなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ１（Ｎ）のときに
はステップ１０３に進んで低温燃焼が行われる。
【００７３】即ち、ステップ１０３では図１１（Ａ）に
示すマップからスロットル弁１７の目標開度ＳＴが算出
され、スロットル弁１７の開度がこの目標開度ＳＴとさ
れる。次いでステップ１０４では図１１（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁２４の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁２４の開度がこの目標開度ＳＥとされる。
次いでステップ１０５では要求負荷Ｌおよび機関回転数
に基づいてＲＯＭ３２内に記憶されたマップから圧縮行
程末期に行われる燃料噴射Ｑ2 の噴射開始時期θＳ２お
よび噴射完了時期θＥ２が算出され、これらに基づいて
燃料の噴射制御が行われる。次いでステップ１０６では
要求負荷Ｌおよび機関回転数に基づいてＲＯＭ３２内に
記憶されたマップから点火時期θＩが算出され、これに
基づいて点火時期が制御される。
【００７４】一方、ステップ１０１においてＬ＞Ｘ
（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０２に
進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ１０９
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ１０９
では図１３（Ａ）に示すマップからスロットル弁１７の
目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁１７の開度がこ
の目標開度ＳＴとされる。次いでステップ１１０では図
１３（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２４の目標開
度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２４の開度がこの目標
開度ＳＥとされる。次いでステップ１１１では要求負荷
Ｌが第３の境界Ｚ（Ｎ）よりも高いか否かが判別され
る。Ｌ≦Ｚ（Ｎ）のとき、即ち機関の運転状態が第２の
運転領域IIにあるときにはステップ１１２に進んで二分
割噴射が行われる。
【００７５】即ち、ステップ１１２では要求負荷Ｌおよ
び機関回転数に基づいてＲＯＭ３２内に記憶されたマッ
プから吸気行程初期に行われる燃料噴射Ｑ1 の噴射開始
時期θＳ１および噴射完了時期θＥ１と、圧縮行程末期
に行われる燃料噴射Ｑ2 の噴射開始時期θＳ２および噴
射完了時期θＥ２とが算出され、これらに基づいて燃料
の噴射制御が行われる。次いでステップ１１３では要求
負荷Ｌおよび機関回転数に基づいてＲＯＭ３２内に記憶
されたマップから点火時期θＩが算出され、これに基づ
いて点火時期が制御される。
【００７６】一方、ステップ１１１においてＬ＞Ｚ
（Ｎ）であると判断されたとき、即ち機関の運転状態が
第３の運転領域III にあるときにはステップ１１４に進
んで通常の均一混合気燃焼が行われる。即ち、ステップ
１１４では要求負荷Ｌおよび機関回転数に基づいてＲＯ
Ｍ３２内に記憶されたマップから吸気行程初期に行われ
る燃料噴射Ｑ1 の噴射開始時期θＳ１および噴射完了時
期θＥ１が算出され、これらに基づいて燃料の噴射制御
が行われる。次いでステップ１１５では要求負荷Ｌおよ
び機関回転数に基づいてＲＯＭ３２内に記憶されたマッ
プから点火時期θＩが算出され、これに基づいて点火時
期が制御される。次いでステップ１１６では目標空燃比
が理論空燃比である場合には空燃比センサ２２の出力信
号に基づいて空燃比が理論空燃比となるようにＥＧＲ制
御弁２４の開度が制御される。
【００７７】フラグＩがリセットされると次の処理サイ
クルではステップ１００からステップ１０７に進んで要
求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったか否か
が判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときにはステップ１０９
に進み、第２の燃焼が行われる。一方、ステップ１０７
においてＬ＜Ｙ（Ｎ）になったと判別されたときにはス
テップ１０８に進んでフラグＩがセットされ、次いでス
テップ１０３に進んで低温燃焼が行われる。
【００７８】次に触媒２０としてＮＯx 吸収剤を用いた
場合について説明する。機関吸気通路、燃焼室５および
ＮＯx 吸収剤２０上流の排気通路内に供給された空気お
よび燃料（炭化水素）の比をＮＯx 吸収剤２０への流入
排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯx 吸収剤２０は流
入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯx を吸収
し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチにな
ると吸収したＮＯx を放出するＮＯx の吸放出作用を行
う。なお、ＮＯx 吸収剤２０上流の排気通路内に燃料
（炭化水素）或いは空気が供給されない場合には流入排
気ガスの空燃比は燃焼室５内における空燃比に一致し、
従ってこの場合には前述したようにＮＯx 吸収剤２０は
燃焼室５内における空燃比がリーンのときにはＮＯx を
吸収し、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比又はリ
ッチになると吸収したＮＯx を放出することになる。
【００７９】このＮＯx 吸収剤２０を機関排気通路内に
配置すればＮＯx 吸収剤２０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１５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。次に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。
【００８０】即ち、流入排気ガスがリーンになると流入
排気ガス中の酸素濃度が増大し、このとき図１５（Ａ）
に示されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ2 - 又はＯ2-の形
で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中の
ＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ 2 - 又はＯ2-と反応し、Ｎ
Ｏ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。次いで生成さ
れたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内
に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図１５
（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 - の形で吸収
剤内に拡散する。このようにしてＮＯx がＮＯx 吸収剤
２０内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い
限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2 が生成され、吸収剤のＮＯ
x 吸収能力が飽和しない限りＮＯ2 が吸収剤内に吸収さ
れて硝酸イオンＮＯ3 - が生成される。
【００８１】一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにさ
れると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白
金Ｐｔの表面でのＮＯ2 の生成量が低下する。ＮＯ2 の
生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）
に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3 - がＮＯ
2 の形で吸収剤から放出される。このときＮＯx 吸収剤
２０から放出されたＮＯx は図１５（Ｂ）に示されるよ
うに流入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，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収剤から次から次
へとＮＯ2 が放出される。従って流入排気ガスの空燃比
がリッチにされると短時間のうちにＮＯ x 吸収剤２０か
らＮＯx が放出され、しかもこの放出されたＮＯx が還
元されるために大気中にＮＯx が排出されることはな
い。
【００８２】なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を
理論空燃比にしてもＮＯx 吸収剤２０からＮＯx が放出
される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃
比にした場合にはＮＯx 吸収剤２０からＮＯx が徐々に
しか放出されないためにＮＯ x 吸収剤２０に吸収されて
いる全ＮＯx を放出させるには若干長い時間を要する。
【００８３】ところでＮＯx 吸収剤２０のＮＯx 吸収能
力には限度があり、ＮＯx 吸収剤２０のＮＯx 吸収能力
が飽和する前にＮＯx 吸収剤２０からＮＯx を放出させ
る必要がある。そのためにはＮＯx 吸収剤２０に吸収さ
れているＮＯx 量を推定する必要がある。そこで本発明
による実施例では第１の燃焼が行われているときの単位
時間当りのＮＯx 吸収量Ａを要求負荷Ｌおよび機関回転
数Ｎの関数として図１６（Ａ）に示すようなマップの形
で予め求めておき、第２の燃焼が行われているときの単
位時間当りのＮＯx 吸収量Ｂを要求負荷Ｌおよび機関回
転数Ｎの関数として図１６（Ｂ）に示すようなマップの
形で予め求めておき、これら単位時間当りのＮＯx 吸収
量Ａ，Ｂを積算することによってＮＯx 吸収剤２０に吸
収されているＮＯx 量ΣＮＯＸを推定するようにしてい
る。なお、この場合、ＮＯx 吸収量Ａは極めて小さい。
【００８４】一方、機関の運転状態が第３の運転領域II
I にあるときには空燃比が理論空燃比又はリッチとさ
れ、このときＮＯx 吸収剤２０からＮＯx が放出され
る。そこで本発明による実施例ではこのときの単位時間
当りのＮＯx 放出量Ｃを要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎ
の関数として図１６（Ｃ）に示すようなマップの形で予
め求めておき、空燃比が理論空燃比又はリッチとされた
ときにＮＯx 吸収量ΣＮＯＸからＮＯx 放出量Ｃを減算
するようにしている。
【００８５】本発明による実施例ではこのＮＯx 吸収量
ΣＮＯＸが予め定められた許容最大値ＭＡＸを越えたと
きにＮＯx 吸収剤２０からＮＯx を放出させるようにし
ている。次にこのことについて図１７を参照しつつ説明
する。図１７はＮＯx 吸収剤２０からＮＯx を放出すべ
きときにセットされるＮＯx放出フラグの処理ルーチン
を示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによ
って実行される。
【００８６】図１７を参照するとまず初めにステップ２
００において機関の運転領域が第１の運転領域Ｉである
ことを示すフラグＩがセットされているか否かが判別さ
れる。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運
転領域が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ２０
１に進んで図１６（Ａ）に示すマップから単位時間当り
のＮＯx 吸収量Ａが算出される。次いでステップ２０２
ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸにＡが加算される。次いでス
テップ２０３ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値Ｍ
ＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸに
なるとステップ２０４に進んで予め定められた時間だけ
ＮＯx 放出フラグをセットする処理が行われ、次いでス
テップ２０５においてΣＮＯＸが零とされる。
【００８７】一方、ステップ２００においてフラグＩが
リセットされていると判断されたときにはステップ２０
６に進んで要求負荷Ｌが第３の境界Ｚ（Ｎ）よりも高い
か否かが判別される。Ｌ≦Ｚ（Ｎ）のとき、即ち機関の
運転領域が第２の運転領域IIであるときにはステップ２
０７に進んで図１６（Ｂ）に示すマップから単位時間当
りのＮＯx 吸収量Ｂが算出される。次いでステップ２０
８ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸにＢが加算される。次いで
ステップ２０９ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値
ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸ
になるとステップ２１０に進んで予め定められた時間だ
けＮＯx 放出フラグをセットする処理が行われ、次いで
ステップ２１１においてΣＮＯＸが零とされる。
【００８８】一方、ステップ２０６においてＬ＞Ｚ
（Ｎ）であると判断されたとき、即ち機関の運転状態が
第３の運転領域III であるときにはステップ２１２に進
んで図１６（Ｃ）に示すマップから単位時間当りのＮＯ
x 放出量Ｃが算出される。次いでステップ２１３ではＮ
Ｏx 吸収量ΣＮＯＸからＣが減算される。次に図１８を
参照しつつ運転制御について説明する。
【００８９】図１８を参照すると、まず初めにステップ
３００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであ
ることを示すフラグＩがセットされているか否かが判別
される。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の
運転状態が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ３
０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大
きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ１（Ｎ）のとき
にはステップ３０３に進んで低温燃焼が行われる。
【００９０】即ち、ステップ３０３では図１１（Ａ）に
示すマップからスロットル弁１７の目標開度ＳＴが算出
され、スロットル弁１７の開度がこの目標開度ＳＴとさ
れる。次いでステップ３０４では図１１（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁２４の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁２４の開度がこの目標開度ＳＥとされる。
次いでステップ３０６では要求負荷Ｌおよび機関回転数
に基づいてＲＯＭ３２内に記憶されたマップから点火時
期θＩが算出され、これに基づいて点火時期が制御され
る。
【００９１】次いでステップ３０６ではＮＯx 放出フラ
グがセットされているか否かが判別される。ＮＯx 放出
フラグがセットされていないときにはステップ３０７に
進んで要求負荷Ｌおよび機関回転数に基づきＲＯＭ３２
内に記憶されたマップから圧縮行程末期に行われる燃料
噴射Ｑ2 の噴射開始時期θＳ２および噴射完了時期θＥ
２が算出され、これらに基づいて燃料の噴射制御が行わ
れる。このときリーン空燃比のもとで低温燃焼が行われ
る。
【００９２】これに対しステップ３０６においてＮＯx
放出フラグがセットされていると判断されたときにはス
テップ３０８に進んで要求負荷Ｌおよび機関回転数に基
づいてＲＯＭ３２内に記憶されたマップから圧縮行程末
期に行われる燃料噴射Ｑ2 の噴射開始時期θＳ２および
噴射完了時期θＥ２が算出され、次いで圧縮行程末期に
行われる燃料噴射Ｑ2 の噴射量を増大することにより空
燃比をリッチにするために、マップから算出された噴射
開始時期θＳ２を早める処理が行われる。その結果、Ｎ
Ｏx 放出フラグのセットされている期間中、空燃比がリ
ッチとされる。
【００９３】一方、ステップ３０１においてＬ＞Ｘ
（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ３０２に
進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ３１１
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ３１１
では図１３（Ａ）に示すマップからスロットル弁１７の
目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁１７の開度がこ
の目標開度ＳＴとされる。次いでステップ３１２では図
１３（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２４の目標開
度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２４の開度がこの目標
開度ＳＥとされる。次いでステップ３１３では要求負荷
Ｌが第３の境界Ｚ（Ｎ）よりも高いか否かが判別され
る。Ｌ≦Ｚ（Ｎ）のとき、即ち機関の運転状態が第２の
運転領域IIにあるときにはステップ３１４に進んで二分
割噴射が行われる。
【００９４】即ち、まず初めに要求負荷Ｌおよび機関回
転数に基づいてＲＯＭ３２内に記憶されたマップから点
火時期θＩが算出され、これに基づいて点火時期が制御
される。次いでステップ３１５ではＮＯx 放出フラグが
セットされているか否かが判別される。ＮＯx 放出フラ
グがセットされていないときにはステップ３１６に進ん
で要求負荷Ｌおよび機関回転数に基づいてＲＯＭ３２内
に記憶されたマップから吸気行程初期に行われる燃料噴
射Ｑ1 の噴射開始時期θＳ１および噴射完了時期θＥ１
と、圧縮行程末期に行われる燃料噴射Ｑ2 の噴射開始時
期θＳ２および噴射完了時期θＥ２とが算出され、これ
らに基づいて燃料の噴射制御が行われる。このときリー
ン空燃比のもとで二分割噴射が行われる。
【００９５】これに対しステップ３１５においてＮＯx
放出フラグがセットされていると判断されたときにはス
テップ３１７に進んで要求負荷Ｌおよび機関回転数に基
づきＲＯＭ３２内に記憶されたマップから吸気行程初期
に行われる燃料噴射Ｑ1 の噴射開始時期θＳ１および噴
射完了時期θＥ１と、圧縮行程末期に行われる燃料噴射
Ｑ2 の噴射開始時期θＳ２および噴射完了時期θＥ２と
が算出され、次いで吸気行程初期に行われる燃料噴射Ｑ
1 の噴射量を増大することにより空燃比をリッチにする
ために、マップから算出された噴射開始時期θＳ１を早
める処理が行われる。その結果、ＮＯx 放出フラグのセ
ットされている期間中、空燃比がリッチとされる。
【００９６】一方、ステップ３１３においてＬ＞Ｚ
（Ｎ）であると判断されたとき、即ち機関の運転状態が
第３の運転領域III にあるときにはステップ３１８に進
んで通常の均一混合気燃焼が行われる。即ち、ステップ
３１８では要求負荷Ｌおよび機関回転数に基づいてＲＯ
Ｍ３２内に記憶されたマップから吸気行程初期に行われ
る燃料噴射Ｑ1 の噴射開始時期θＳ１および噴射完了時
期θＥ１が算出され、これらに基づいて燃料の噴射制御
が行われる。次いでステップ３１９では要求負荷Ｌおよ
び機関回転数に基づいてＲＯＭ３２内に記憶されたマッ
プから点火時期θＩが算出され、これに基づいて点火時
期が制御される。次いでステップ３２０では目標空燃比
が理論空燃比である場合には空燃比センサ２２の出力信
号に基づいて空燃比が理論空燃比となるようにＥＧＲ制
御弁２４の開度が制御される。
【００９７】フラグＩがリセットされると次の処理サイ
クルではステップ３００からステップ３０９に進んで要
求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったか否か
が判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときにはステップ３１１
に進み、第２の燃焼が行われる。一方、ステップ３０９
においてＬ＜Ｙ（Ｎ）になったと判別されたときにはス
テップ３１０に進んでフラグＩがセットされ、次いでス
テップ３０３に進んで低温燃焼が行われる。
【００９８】図１９は機関の運転状態が第１の運転領域
Ｉにあるときに、即ち低温燃焼が行われているときに圧
縮行程末期における燃料噴射Ｑ2 の開始直後に点火栓７
による点火作用を行うようにした実施例を示している。
即ち、この実施例では点火時期θＩが図９に示される実
施例の点火時期θＩと同じ時期に設定されており、この
点火時期θＩの直前に噴射開始時期θＳ２が設定されて
いる。
【００９９】このように点火時期θＩを設定すると噴射
開始直後に噴射燃料が着火され、この着火火炎によって
ひき続いて噴射される燃料が噴射されるや否や順次燃焼
せしめられる。従ってこの実施例ではリーン混合気が形
成されることがないのでリーン混合気の燃焼による未燃
ＨＣが発生することはない。従ってこの実施例において
も煤およびＮＯx が発生するのを阻止しつつ燃料消費量
を低減することができる。
【０１００】図２０に内燃機関の別の実施例を示す。こ
の実施例ではシリンダヘッド３の内壁面中央部に点火栓
７が配置され、シリンダヘッド３の内壁面周辺部に燃料
噴射弁６が配置され、燃料噴射弁６の下方から点火栓７
の下方まで延びる半球形状の凹溝４ａがピストン４の頂
面上に形成される。機関の運転状態が第１の運転領域Ｉ
にあるとき、即ち低温燃焼が行われるときには圧縮行程
の末期に燃料噴射弁６から小さな噴霧角でもって燃料が
凹溝４ａ内に向けて凹溝４ａの底壁面に沿うように噴射
され、この噴射燃料Ｆは凹溝４ａの底壁面により案内さ
れて点火栓７の下方から点火栓７に向けて上昇せしめら
れる。
【０１０１】この実施例では噴射された燃料が点火栓７
の周りに到達するまで時間を要するので噴射が完了した
後に点火栓７よる点火作用が行われる。従って図２１に
示されるように第１の運転領域Ｉでは燃料噴射Ｑ2 の噴
射完了時期θＥ２よりも点火時期θＩが遅くなってい
る。この実施例では燃料噴射量にかかわらずに噴射燃料
が点火栓７の周りに到達することと、点火栓７による点
火作用が行われるまでに噴射燃料Ｆがあまり拡散しない
ことが必要である。従ってこの実施例では燃料噴射弁６
から噴霧角が小さくかつ大きな貫徹力を有する燃料噴霧
を噴射することが好ましい。
【０１０２】
【発明の効果】煤およびＮＯx の発生を阻止しつつ燃料
消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】火花点火式内燃機関の全体図である。
【図２】図１に示す内燃機関の側面断面図である。
【図３】図２に示すシリンダヘッドの底面図である。
【図４】スモーク、ＨＣおよびＮＯx の発生量等を示す
図である。
【図５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図
である。
【図６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
【図７】第１の運転領域Ｉ、第２の運転領域IIおよび第
３の運転領域III を示す図である。
【図８】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図９】噴射時期および点火時期等を示す図である。
【図１０】第１の運転領域Ｉにおける空燃比を示す図で
ある。
【図１１】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図１２】第２の燃焼における空燃比を示す図である。
【図１３】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図１４】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図１５】ＮＯx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
【図１６】ＮＯx 吸放出量のマップを示す図である。
【図１７】ＮＯx 放出フラグを処理するためのフローチ
ャートである。
【図１８】機関の運転を制御するための別の実施例を示
すフローチャートである。
【図１９】別の実施例における噴射時期および点火時期
等を示す図である。
【図２０】火花点火式内燃機関の別の実施例を示す全体
図である。
【図２１】噴射時期および点火時期等を示す図である。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁 ７…点火栓 ２０…触媒 ２４…ＥＧＲ制御弁
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｂ 23/10 Ｆ０２Ｂ 23/10 Ｍ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｃ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA04 AA05 AB01 AC04 AD02 AG02 AG03 3G062 AA06 BA02 BA04 BA05 BA06 BA08 DA05 ED08 FA06 GA04 GA06 GA17 GA21 3G091 AA11 AA13 AA17 AA24 AB01 AB02 AB03 AB09 BA13 BA14 CA08 CB02 CB03 CB05 DC01 EA01 EA07 EA34 FB10 FB11 FB12 GB02Y GB03Y GB04Y GB05Y GB06Y HB05 3G092 AA01 AA06 AA09 AA17 AB02 BA04 BA09 BB01 BB06 DC03 DC08 DE03S EA05 EA06 EA07 EA21 EC01 EC10 FA24 GA04 GA05 GA06 HB01X HB02X HB03Z HC09X HD05Z HD07X HE01Z HE03Z HF08Z

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室内に噴射された燃料を着火するた
    めの点火栓を具備し、圧縮行程において燃料噴射時期を
    遅くしていくと燃焼室内の不活性ガス量が増大せしめら
    れたときに煤の発生量のピークが表れる内燃機関であっ
    て、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼
    室内の不活性ガス量を多くすることによって燃焼室内に
    おける燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を煤が生
    成される温度よりも低い温度に抑制し、それにより燃焼
    室内において煤が生成されるのを阻止するようにした内
    燃機関。
  2. 【請求項２】 燃料噴射時期が、不活性ガス量を増大し
    たときに煤の発生量のピークが表れる時期に設定されて
    いる請求項１に記載の内燃機関。
  3. 【請求項３】 燃料噴射時期が圧縮行程の末期に設定さ
    れている請求項２に記載の内燃機関。
  4. 【請求項４】 燃料噴射中に上記点火栓による点火作用
    が行われる請求項３に記載の内燃機関。
  5. 【請求項５】 燃料噴射完了後に上記点火栓による点火
    作用が行われる請求項３に記載の内燃機関。
  6. 【請求項６】 上記点火栓と燃料噴射弁をシリンダヘッ
    ド内壁面の中央部に隣接して配置し、点火栓の放電ギャ
    ップを燃料噴射弁の噴霧主流周りに形成される噴霧副流
    内に配置した請求項１に記載の内燃機関。
  7. 【請求項７】 上記燃料噴射弁からシリンダ軸線に沿っ
    て燃料が噴射される請求項６に記載の内燃機関。
  8. 【請求項８】 シリンダヘッド内壁面の中央部に点火栓
    を配置し、シリンダヘッド内壁面の周辺部に燃料噴射弁
    を配置し、燃料噴射弁の下方から点火栓の下方まで延び
    る凹溝をピストン頂面上に形成し、燃料噴射弁から凹溝
    内に噴射された燃料を凹溝の底壁面により案内して点火
    栓の周りに向かわせるようにした請求項１に記載の内燃
    機関。
  9. 【請求項９】 燃焼室から排出された排気ガスを機関吸
    気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備し、
    上記不活性ガスが機関吸気通路内に再循環された再循環
    排気ガスからなる請求項１に記載の内燃機関。
  10. 【請求項１０】 排気ガス再循環率がほぼ５５パーセン
    ト以上である請求項９に記載の内燃機関。
  11. 【請求項１１】 上記排気ガス再循環装置が再循環排気
    ガスを冷却するためのクーラを具備している請求項９に
    記載の内燃機関。
  12. 【請求項１２】 未燃炭化水素が煤の形ではなく煤の前
    駆体又はそれ以前の形でもって燃焼室から排出され、燃
    焼室から排出された未燃炭化水素を酸化するための後処
    理装置を機関排気通路内に配置した請求項１に記載の内
    燃機関。
  13. 【請求項１３】 該後処理装置が酸化機能を有する触媒
    からなる請求項１２に記載の内燃機関。
  14. 【請求項１４】 該触媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯ
    x 吸収剤の少くとも一つからなる請求項１３に記載の内
    燃機関。
  15. 【請求項１５】 燃焼室内における空燃比を理論空燃比
    か、或いはリーン空燃比か、或いはリッチ空燃比とする
    請求項１に記載の内燃機関。
  16. 【請求項１６】 煤の発生量がピークとなる不活性ガス
    量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発
    生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活
    性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の
    燃焼とを選択的に切換える切換手段を具備した請求項１
    に記載の内燃機関。
  17. 【請求項１７】 機関の運転領域を低負荷側の運転領域
    と高負荷側の運転領域に分割し、低負荷側の運転領域で
    は第１の燃焼を行い、高負荷側の運転領域では第２の燃
    焼を行うようにした請求項１６に記載の内燃機関。
  18. 【請求項１８】 上記高負荷側の運転領域のうちで低負
    荷側の領域では吸気行程と圧縮行程末期との二つに分け
    て燃料噴射が行われる請求項１７に記載の内燃機関。
  19. 【請求項１９】 流入する排気ガスの空燃比がリーンの
    ときには排気ガス中に含まれるＮＯx を吸収しかつ流入
    する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると
    吸収したＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路
    内に配置し、ＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出すべきとき
    には燃焼室内における空燃比を理論空燃比又はリッチと
    する請求項１に記載の内燃機関。
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