JP2000130215A

JP2000130215A - 多気筒内燃機関

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Publication number: JP2000130215A
Application number: JP10299882A
Authority: JP
Inventors: Masahito Goto; 雅人後藤; Shizuo Sasaki; 静夫佐々木; Koji Yoshizaki; 康二吉▲崎▼; Takekazu Ito; 丈和伊藤; Hiroki Murata; 宏樹村田; Tsukasa Abe; 司安部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2000-05-09
Anticipated expiration: 2018-10-21
Also published as: JP3331988B2

Abstract

(57)【要約】【課題】煤及びＮＯｘの排出を同時に阻止しつつ、燃
焼圧が不適切なときに燃焼圧を適切に制御すると共に、
燃焼圧検出手段がすべての気筒に配置されていない場合
であってもすべての気筒の燃焼圧を適切に制御する。【解決手段】各気筒の燃焼のばらつきを検出するため
のばらつき検出手段を具備し、前記ばらつき検出手段の
出力値に基づいて各気筒の燃焼のばらつきを補正し、燃
焼室内の燃焼圧を検出するための燃焼圧検出手段をいず
れかの気筒の燃焼室内に配置し、煤の発生量がピークと
なるＥＧＲガス量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲ
ガス量が多く煤がほとんど発生しない低温燃焼の実行時
であってクランク角センサ４２の出力値に基づいて各気
筒の燃焼のばらつきが補正された後に、いずれかの気筒
に配置された燃焼圧センサ４７の出力値に基づいてすべ
ての気筒の空燃比又は燃焼噴射開始時期を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多気筒内燃機関に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より内燃機関、例えばディーゼル機
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、Ｅ
ＧＲガス量を増大するほど、即ちＥＧＲ率（ＥＧＲガス
量／（ＥＧＲ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。

【０００３】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ＥＧＲ率を増大させていくとＥＧＲ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Ｅ
ＧＲ率がＥＧＲ率の最大許容限界であると考えられてい
る。

【０００４】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。
従って従来のディーゼル機関ではＥＧＲ率は最大でも３
０パーセントから５０パーセント程度に抑えられてい
る。

【０００５】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ＥＧ
Ｒ率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてＮＯ
ｘおよびスモーク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およびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもＮＯｘおよびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のＮ
Ｏｘおよびスモークが発生してしまうのが現状である。

【０００６】ところがディーゼル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ＥＧＲ
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
いことが見い出されたのである。また、このときにはＮ
Ｏｘ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
検討が進められ、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が構築される
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言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。

【０００７】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。

【０００８】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、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな新たな燃焼システムについてはまだ開示されていな
い。そのため、既に開示されている従来の燃焼システム
では、上述した新たな燃焼システムに基づく新たな効果
を奏することができない。

【００１０】そこで、本発明は、内燃機関から煤（スモ
ーク）が排出されること及びＮＯｘが排出されることを
同時に阻止しつつ、燃焼圧が不適切なときに燃焼圧を適
切に制御すると共に、燃焼圧検出手段がすべての気筒に
配置されていない場合であってもすべての気筒の燃焼圧
を適切に制御することができる多気筒内燃機関を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大し
ていくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃
焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していく
と燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生し
なくなる多気筒内燃機関であって、各気筒の燃焼のばら
つきを検出するためのばらつき検出手段を具備し、前記
ばらつき検出手段の出力値に基づいて各気筒の燃焼のば
らつきを補正し、燃焼室内の燃焼圧を検出するための燃
焼圧検出手段をいずれかの気筒の燃焼室内に配置し、煤
の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内
に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生し
ない燃焼が行われている時であって各気筒の燃焼のばら
つきが補正された以後に、前記燃焼圧検出手段の出力値
に基づいてすべての気筒の空燃比を制御するようにした
多気筒内燃機関が提供される。

【００１２】請求項１に記載の多気筒内燃機関では、煤
の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内
に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生し
ない燃焼、つまり、低温の下での燃焼を行うことができ
るため、内燃機関から煤が排出されること及びＮＯｘが
排出されることを同時に阻止することができる。更に、
燃焼圧検出手段の出力値に基づいて空燃比を制御するこ
とができるため、燃焼圧が不適切なときに空燃比を制御
することによって燃焼圧を適切に制御することができ
る。その上、各気筒の燃焼のばらつきが補正された以後
に、すべての気筒ではない、いずれか一つ又は複数の気
筒の燃焼室内に配置された燃焼圧検出手段の出力値に基
づいてすべての気筒の空燃比を制御することができるた
め、燃焼圧検出手段がすべての気筒に配置されていない
場合であってもすべての気筒の燃焼圧を適切に制御する
ことができる。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、燃焼室内
に供給される不活性ガスの量を増大していくと煤の発生
量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給され
る不活性ガスの量を更に増大していくと燃焼室内におけ
る燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度
よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる多気筒内
燃機関であって、各気筒の燃焼のばらつきを検出するた
めのばらつき検出手段を具備し、前記ばらつき検出手段
の出力値に基づいて各気筒の燃焼のばらつきを補正し、
燃焼室内の燃焼圧を検出するための燃焼圧検出手段をい
ずれかの気筒の燃焼室内に配置し、煤の発生量がピーク
となる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活
性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が行われ
ている時であって各気筒の燃焼のばらつきが補正された
以後に、前記燃焼圧検出手段の出力値に基づいてすべて
の気筒の燃料噴射開始時期を制御するようにした多気筒
内燃機関が提供される。

【００１４】請求項２に記載の多気筒内燃機関では、煤
の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内
に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生し
ない燃焼、つまり、低温の下での燃焼を行うことができ
るため、内燃機関から煤が排出されること及びＮＯｘが
排出されることを同時に阻止することができる。更に、
燃焼圧検出手段の出力値に基づいて燃料噴射開始時期を
制御することができるため、燃焼圧が不適切なときに燃
料噴射開始時期を制御することによって燃焼圧を適切に
制御することができる。その上、各気筒の燃焼のばらつ
きが補正された以後に、すべての気筒ではない、いずれ
か一つ又は複数の気筒の燃焼室内に配置された燃焼圧検
出手段の出力値に基づいてすべての気筒の燃料噴射開始
時期を制御することができるため、燃焼圧検出手段がす
べての気筒に配置されていない場合であってもすべての
気筒の燃焼圧を適切に制御することができる。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、各気筒の
膨張行程を含む行程における機関角速度を検出すること
により各気筒の燃焼のばらつきを検出する請求項１又は
２に記載の多気筒内燃機関が提供される。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、前記機関
角速度が各気筒の膨張行程を含む行程の一部に要する時
間を検出することにより得られる請求項３に記載の多気
筒内燃機関が提供される。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、前記機関
角速度が各気筒の膨張行程を含む行程の全部に要する時
間を検出することにより得られる請求項３に記載の多気
筒内燃機関が提供される。

【００１８】請求項３〜５に記載の多気筒内燃機関で
は、燃焼が悪化すると燃焼圧が減少するために機関角速
度が減少し、燃焼が向上すると燃焼圧が増加するために
機関角速度が増加するという性質を利用して、各気筒の
膨張行程を含む行程における機関角速度を検出すること
により各気筒の燃焼のばらつきが検出される。ここで
「膨張行程を含む行程」とは、膨張行程そのもの、又
は、膨張行程及びそれに隣接する圧縮行程等のことを言
う。

【００１９】請求項６に記載の発明によれば、前記機関
角速度が小さい気筒の燃料噴射開始時期を進角させるこ
とにより各気筒の燃焼のばらつきを補正する請求項３に
記載の多気筒内燃機関が提供される。

【００２０】請求項６に記載の多気筒内燃機関では、各
気筒の燃焼のばらつきを補正するために機関角速度が小
さい気筒の燃料噴射開始時期が進角せしめられる。とこ
ろで、燃料噴射開始時期が遅れ気味になり、噴射された
燃料の一部が燃焼に寄与しなくなってしまうと、燃焼が
悪化して機関角速度が減少してしまう。そこで、上述し
たように請求項６に記載の多気筒内燃機関では、各気筒
の燃焼のばらつきを補正するために機関角速度が小さい
気筒の燃料噴射開始時期が進角せしめられる。その結
果、機関角速度を増加させて各気筒の燃焼のばらつきを
適切に補正することができる。

【００２１】請求項７に記載の発明によれば、前記機関
角速度が小さい気筒の燃料噴射量を減量補正することに
より各気筒の燃焼のばらつきを補正する請求項３に記載
の多気筒内燃機関が提供される。

【００２２】請求項７に記載の多気筒内燃機関では、各
気筒の燃焼のばらつきを補正するために機関角速度が小
さい気筒の燃料噴射量が減量補正される。ところで、前
記煤がほとんど発生しない燃焼は空気が不足気味の機関
運転条件下で行われる。そのため、燃料噴射量が増加す
ると空気が更に不足し、それゆえ、燃焼が悪化して機関
角速度が減少してしまう。そこで、上述したように請求
項７に記載の多気筒内燃機関では、各気筒の燃焼のばら
つきを補正するために機関角速度が小さい気筒の燃料噴
射量が減量補正される。その結果、機関角速度を増加さ
せて各気筒の燃焼のばらつきを適切に補正することがで
きる。

【００２３】請求項８に記載の発明によれば、前記機関
角速度が小さい気筒の燃料噴射圧を高くすることにより
各気筒の燃焼のばらつきを補正する請求項３に記載の多
気筒内燃機関が提供される。

【００２４】請求項８に記載の多気筒内燃機関では、各
気筒の燃焼のばらつきを補正するために機関角速度が小
さい気筒の燃料噴射圧が高くされる。ところで、燃料噴
射圧が低くなると燃料噴射時間が長くなるため、燃料噴
射終了タイミングが燃焼に対して遅れてしまう。それゆ
え、噴射された燃料の一部が燃焼に寄与しなくなってし
まい、燃焼が悪化して機関角速度が減少してしまう。そ
こで、上述したように請求項８に記載の多気筒内燃機関
では、各気筒の燃焼のばらつきを補正するために機関角
速度が小さい気筒の燃料噴射圧が高くされる。その結
果、機関角速度を増加させて各気筒の燃焼のばらつきを
適切に補正することができる。

【００２５】請求項９に記載の発明によれば、燃焼室か
ら排出された未燃炭化水素を酸化するために機関排気通
路内に酸化機能を有する触媒を配置した請求項１又は２
に記載の多気筒内燃機関が提供される。

【００２６】請求項１０に記載の発明によれば、前記触
媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯｘ吸収剤の少くとも一
つからなる請求項９に記載の多気筒内燃機関が提供され
る。

【００２７】請求項９及び１０に記載の多気筒内燃機関
では、燃焼室から排出される未燃炭化水素が機関排気通
路内にて酸化されるため、未燃炭化水素が内燃機関から
排出されるのを阻止することができる。

【００２８】請求項１１に記載の発明によれば、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、前記不活性ガスが前記
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又は２に記載の多気筒内燃機関が提供される。

【００２９】請求項１１に記載の多気筒内燃機関では、
排気ガス再循環装置によって機関吸気通路内に再循環さ
れる再循環排気ガスを不活性ガスとして利用することに
より、外部から燃焼室内に不活性ガスを供給する手段を
特別に設ける必要性を回避することができる。

【００３０】請求項１２に記載の発明によれば、煤の発
生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも燃焼室内
に供給される再循環排気ガスの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再循
環排気ガスの量よりも燃焼室内に供給される再循環排気
ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切
換手段を具備し、前記第１の燃焼から前記第２の燃焼に
又は前記第２の燃焼から前記第１の燃焼に切り換えられ
るときに排気ガス再循環率をステップ状に変化させるよ
うにした請求項１１に記載の多気筒内燃機関が提供され
る。

【００３１】請求項１２に記載の多気筒内燃機関では、
第１の燃焼から第２の燃焼に又は第２の燃焼から第１の
燃焼に切り換えられるときに排気ガス再循環率をステッ
プ状に変化させることにより、排気ガス再循環率が、煤
の発生量がピークになる排気ガス再循環率に設定される
のを回避することができる。

【００３２】請求項１３に記載の発明によれば、前記第
１の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ
５５パーセント以上であり、前記第２の燃焼が行われて
いるときの排気ガス再循環率がほぼ５０パーセント以下
である請求項１２に記載の多気筒内燃機関が提供され
る。

【００３３】請求項１３に記載の多気筒内燃機関では、
第１の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率をほ
ぼ５５パーセント以上にすると共に第２の燃焼が行われ
ているときの排気ガス再循環率をほぼ５０パーセント以
下にすることにより、排気ガス再循環率が、煤の発生量
がピークになる排気ガス再循環率に設定されるのを回避
することができる。

【００３４】請求項１４に記載の発明によれば、機関の
運転領域を低負荷側の第１の運転領域と高負荷側の第２
の運転領域とに分割し、前記第１の運転領域では前記第
１の燃焼を行い、前記第２の運転領域では前記第２の燃
焼を行うようにした請求項１２に記載の多気筒内燃機関
が提供される。

【００３５】請求項１４に記載の多気筒内燃機関では、
第１の燃焼を実行し得る時、つまり、燃焼室内における
燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を煤の生成温度よ
りも低く維持し得る時が、燃焼による発熱量が比較的少
ない機関中低負荷運転時に限られるという理由から、低
負荷側の第１の運転領域で第１の燃焼を行うと共に高負
荷側の第２の運転領域で第２の燃焼を行う。それゆえ、
運転領域に応じて適切な燃焼を実行することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】図１は本発明を４ストローク圧縮
着火式多気筒内燃機関に適用した第一の実施形態を示し
ている。図１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は吸気弁、８は
吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示
す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサー
ジタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダク
ト１３を介してエアクリーナ１４に連結される。吸気ダ
クト１３内には電気モータ１５により駆動されるスロッ
トル弁１６が配置される。一方、排気ポート１０は排気
マニホルド１７および排気管１８を介して酸化機能を有
する触媒１９を内蔵した触媒コンバータ２０に連結さ
れ、排気マニホルド１７内には空燃比センサ２１が配置
される。

【００３７】排気マニホルド１７とサージタンク１２と
はＥＧＲ通路２２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路
２２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２３が配置される。
また、ＥＧＲ通路２２周りにはＥＧＲ通路２２内を流れ
るＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２４が配置され
る。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置
２４内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷
却される。

【００３８】一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２５を
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２６に連結
される。このコモンレール２６内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ２７から燃料が供給され、コモンレ
ール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介し
て燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２６にはコ
モンレール２６内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ２８が取付けられ、燃料圧センサ２８の出力信号に基
づいてコモンレール２６内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ２７の吐出量が制御される。

【００３９】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２１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２８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。機関本体１には機関冷却水
温を検出するための温度センサ２９が取付けられ、この
温度センサ２９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に入力される。また、少なくとも
一つの吸気枝管１１内には吸入空気とＥＧＲガスとの混
合ガス温を検出するための温度センサ４３が取付けら
れ、この温度センサ４３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に入力される。更に、少
なくとも一つの吸気枝管１１内には酸素濃度センサ４４
が配置され、この酸素濃度センサ４４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
る。

【００４０】また、触媒１９下流の排気管４５内には触
媒１９を通過した排気ガスの温度を検出するための温度
センサ４６が配置され、この温度センサ４６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
力される。燃焼室５内には燃焼室５内の圧力を検出する
ための燃焼圧センサ４７が配置され、この燃焼圧センサ
４７の出力信号はピークホールド回路４８の入力端子Ｉ
に接続される。ピークホールド回路４８の出力端子Ｏは
対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力
される。また、クランクシャフト４９には機関の出力ト
ルクを検出するためのトルクセンサ５０が取付けられ、
このトルクセンサ５０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に入力される。

【００４１】また、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３５に入力
される。更に入力ポート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、電気モータ
１５、ＥＧＲ制御弁２３、燃料ポンプ２７およびピーク
ホールド回路４８のリセット入力端子Ｒに接続される。

【００４２】図２は機関低負荷運転時においてスロット
ル弁１６の開度およびＥＧＲ率を変化させることにより
空燃比Ａ／Ｆ（図２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２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Ｅ
ＧＲ率が大きくなり、理論空燃比（≒１４．６）以下の
ときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上となっている。

【００４３】図２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ＥＧＲ率が
４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度にな
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１５．０付近になるとス
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Ｎ
Ｏｘの発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，
ＣＯの発生量は増大し始める。

【００４４】図３（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが２１付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室５内の燃焼圧変
化を示しており、図３（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室５内の燃焼
圧の変化を示している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図３
（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。

【００４５】図２および図３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１
５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図２
に示されるようにＮＯｘの発生量がかなり低下する。Ｎ
Ｏｘ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。同じことが図３からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図３（Ｂ）に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室５
内の燃焼温度は低くなっていることになる。

【００４６】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２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
含まれる図４に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
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図４に示
されるような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２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。

【００４７】図２および図３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
上になると煤が生成されることが判明したのである。

【００４８】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
ら或る提示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。

【００４９】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒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
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒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。本発明において用いている新たな燃焼シ
ステムは燃焼室５内において煤を生成させることなく炭
化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼
室５から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有する触
媒により酸化せしめることを核としている。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】図５は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い
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５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は低負荷運転領域を示している。

【００５５】図５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５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５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５に示す実施形態では
７０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５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
５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
の発生量は１０p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従っ
てＮＯｘの発生量は極めて少量となる。

【００５６】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５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。

【００５７】一方、図５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では全吸入空
気量Ｘは吸入しうる全吸入空気量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。

【００５８】前述したように図５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５に示される低
負荷運転領域Ｚ１において空気量を図５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５に示される低負荷
領域Ｚ１において空気量を図５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１７から１８のリー
ンにしても煤の発生を阻止しつつＮＯｘの発生量を１０
p.p.m 前後又はそれ以下にすることができる。

【００５９】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、平均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。

【００６０】このように、機関低負荷運転領域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、或いは平均空燃比がリーン
であろうと煤が発生されず、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
平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。

【００６１】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
では機関負荷が比較的低いときには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
ち従来より普通に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云い、第２の燃焼、即
ち従来より普通に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云う。

【００６２】図６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、第２の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる第２の燃焼領域IIとを示してい
る。なお、図６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。また、図６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。

【００６３】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、従来
の燃焼方法による燃焼が行われる。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。

【００６４】なお、本発明による実施形態では第２の境
界Ｙ（Ｎ）は第１の境界Ｘ（Ｎ）に対してΔＬ（Ｎ）だ
け低負荷側とされる。図６および図７に示されるように
ΔＬ（Ｎ）は機関回転数Ｎの関数であり、ΔＬ（Ｎ）は
機関回転数Ｎが高くなるほど小さくなる。

【００６５】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
とき酸化機能を有する触媒１９が活性化していれば燃焼
室５から排出された未燃炭化水素は触媒１９により良好
に酸化せしめられる。しかしながらこのとき触媒１９が
活性化していない場合には未燃炭化水素は触媒１９によ
り酸化せしめられず、斯くして多量の未燃炭化水素が大
気に放出されることになる。従って本発明では機関の運
転状態が第１の燃焼、即ち低温燃焼しうる第１の運転領
域であったとしても触媒１９が活性化していない場合に
は第１の燃焼を行わず、第２の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる。

【００６６】触媒１９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内における平均空燃比がリーンのときにＮＯｘ
を吸収し、燃焼室５内における平均空燃比がリッチにな
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Ｐ
ｔのような貴金属とが担持されている。

【００６７】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１９として用いるこ
とができる。

【００６８】触媒１９は触媒１９の温度が或る一定温度
を越えると活性化する。触媒１９が活性化する温度は触
媒１９の種類により異なり、代表的な酸化触媒の活性化
温度は３５０℃程度である。触媒１９を通過した排気ガ
スの温度は触媒１９の温度よりもわずかな一定温度だけ
低くなり、従って触媒１９を通過した排気ガス温は触媒
１９の温度を代表している。従って本発明による実施形
態では触媒１９を通過した排気ガスの温度から触媒１９
が活性化したか否かを判断するようにしている。

【００６９】図８（Ａ）は空燃比センサ２１の出力を示
している。図８（Ａ）に示されるように空燃比センサ２
１の出力電流Ｉは空燃比Ａ／Ｆに応じて変化する。従っ
て空燃比センサ２１の出力電流Ｉから空燃比を知ること
ができる。また、図８（Ｂ）は酸素濃度センサ４４の出
力を示している。図８（Ｂ）に示されるように酸素濃度
センサ４４の出力電流Ｉは酸素濃度〔Ｏ₂〕に応じて変
化する。従って酸素濃度センサ４４の出力電流Ｉから酸
素濃度を知ることができる。

【００７０】次に触媒１９が活性化している場合を例に
とって図９を参照しつつ第１の運転領域Ｉおよび第２の
運転領域IIにおける運転制御について概略的に説明す
る。

【００７１】図９は要求負荷Ｌに対するスロットル弁１
６の開度、ＥＧＲ制御弁２３の開度、ＥＧＲ率、空燃
比、噴射時期および噴射量を示している。図９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１６の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉
近くから２／３開程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧ
Ｒ制御弁２３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
９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、空燃比はわずかばかり
リーンなリーン空燃比とされている。

【００７２】云い換えると第１の運転領域ＩではＥＧＲ
率がほぼ７０パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁１６の
開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度が制御される。な
お、このとき空燃比は空燃比センサ２１の出力信号に基
づいてスロットル弁１６の開度およびＥＧＲ制御弁２３
の開度を補正することによって目標リーン空燃比に制御
される。また、第１の運転領域Ｉでは圧縮上死点ＴＤＣ
前に燃料噴射が行われる。この場合、噴射開始時期θＳ
は要求負荷Ｌが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時
期θＥも噴射開始時期θＳが遅くなるにつれて遅くな
る。

【００７３】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁１６は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁
２３も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁１
６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１６が全閉近くまで閉弁せしめられる。

【００７４】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１９により酸化せしめられる。

【００７５】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１６の開
度が半開状態から前開方向へステップ状に増大しめられ
る。このとき図９に示す例ではＥＧＲ率がほぼ８０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。即ち、
ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ率範囲（図
２）を飛び越えるので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に変わるときに多量のスモーク
が発生することがない。

【００７６】第２の運転領域IIでは従来から行われてい
る燃焼が行われる。この燃焼方法では煤およびＮＯｘが
若干発生するが低温燃焼に比べて熱効率は高く、従って
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に変わると図９に示されるように噴射量がステップ状
に低減せしめられる。

【００７７】第２の運転領域IIではスロットル弁１６は
一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁２３の
開度は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さくされる。こ
の運転領域IIではＥＧＲ率は要求負荷Ｌが高くなるほど
低くなり、空燃比は要求負荷Ｌが高くなるほど大きくな
る。ただし、空燃比は要求負荷Ｌが高くなってもリーン
空燃比とされる。また、第２の運転領域IIでは噴射開始
時期θＳは圧縮上死点ＴＤＣ付近とされる。

【００７８】ところで低温燃焼しうる第１の運転領域Ｉ
の範囲は圧縮始めにおける燃焼室５内のガス温およびシ
リンダ内壁面温度に応じて変化する。即ち、要求負荷が
高くなって燃焼による発熱量が増大すると、燃焼時にお
ける燃料およびその周囲のガス温が高くなり、斯くして
低温燃焼を行うことができなくなる。一方、圧縮始めの
燃焼室５内のガス温ＴＧが低くなると燃焼が開始される
直前の燃焼室５内のガス温が低くなるので燃焼時におけ
る燃料およびその周囲のガス温が低くなる。従って圧縮
始めの燃焼室５内のガス温ＴＧが低くなれば燃焼による
発熱量が増大しても、即ち要求負荷が高くなっても燃焼
時における燃料およびその周囲のガス温は高くならず、
斯くして低温燃焼が行われることになる。云い換えると
圧縮始めの燃焼室５内のガス温ＴＧが低くなればなるほ
ど低温燃焼しうる第１の運転領域Ｉが高負荷側に拡大す
ることになる。

【００７９】また、シリンダ内壁面温度ＴＷと圧縮始め
の燃焼室５内のガス温ＴＧとの温度差（ＴＷ−ＴＧ）が
小さいほど圧縮行程中にシリンダ内壁面を介して逃げる
熱量が増大する。従ってこの温度差（ＴＷ−ＴＧ）が小
さくなるほど圧縮行程中における燃焼室５内のガスの温
度上昇量が少なくなり、斯くして燃焼時における燃料お
よびその周囲のガス温が低くなる。従って温度差（ＴＷ
−ＴＧ）が小さいほど低温燃焼しうる第１の運転領域Ｉ
が高負荷側に拡大することになる。

【００８０】本発明による実施形態では圧縮始めにおけ
る燃焼室５内のガス温ＴＧが低くなると図１０に示され
るように第１の境界がＸo （Ｎ）からＸ（Ｎ）に移動せ
しめられ、温度差（ＴＷ−ＴＧ）が小さくなると図１０
に示されるように第１の境界がＸo （Ｎ）からＸ（Ｎ）
に移動せしめられる。なお、ここでＸo （Ｎ）は基準と
なる第１の境界を示している。基準となる第１の境界Ｘ
o （Ｎ）は機関回転数Ｎの関数であり、Ｘ（Ｎ）はこの
Ｘo （Ｎ）を用いて次式に基づいて算出される。

【００８１】Ｘ（Ｎ）＝Ｘo （Ｎ）＋Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ）Ｋ（Ｔ）＝Ｋ（Ｔ）₁＋Ｋ（Ｔ）₂ ここでＫ（Ｔ）₁は図１１（Ａ）に示されるように圧縮
始めにおける燃焼室５内のガス温ＴＧの関数であり、こ
のＫ（Ｔ）₁の値は圧縮始めにおける燃焼室５内のガス
温ＴＧが低くなるほど大きくなる。また、Ｋ（Ｔ）₂は
図１１（Ｂ）に示されるように温度差（ＴＷ−ＴＧ）の
関数であり、このＫ（Ｔ）₂の値は温度差（ＴＷ−Ｔ
Ｇ）が小さくなるほど大きくなる。なお、図１１（Ａ）
および図１１（Ｂ）においてＴ₁は基準温度、Ｔ₂は基
準温度差であり、ＴＧ＝Ｔ₁でかつ（ＴＷ−ＴＧ）＝Ｔ
₂のときに第１の境界が図１０のＸo （Ｎ）となる。

【００８２】一方、Ｋ（Ｎ）は図１１（Ｃ）に示される
ように機関回転数Ｎの関数であり、Ｋ（Ｎ）の値は機関
回転数Ｎが高くなるほど小さくなる。即ち、圧縮始めに
おける燃焼室５内のガス温ＴＧが基準温度Ｔ₁よりも低
くなると圧縮始めにおける燃焼室５内のガス温ＴＧが低
くなるほど第１の境界Ｘ（Ｎ）はＸo （Ｎ）に対して高
負荷側に移動し、温度差（ＴＷ−ＴＧ）が基準温度差Ｔ
₂よりも低くなると温度差（ＴＷ−ＴＧ）が小さくなる
ほど第１の境界Ｘ（Ｎ）はＸo （Ｎ）に対して高負荷側
に移動する。また、Ｘo （Ｎ）に対するＸ（Ｎ）の移動
量は機関回転数Ｎが高くなるほど少なくなる。

【００８３】図１２（Ａ）は第１の境界が基準となる第
１の境界Ｘo （Ｎ）であるときの第１の運転領域Ｉにお
ける空燃比Ａ／Ｆを示している。図１２（Ａ）におい
て、Ａ／Ｆ＝１５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７で示さ
れる各曲線は夫々空燃比が１５，１６，１７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１２（Ａ）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。

【００８４】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１２（Ａ）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形態では
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。

【００８５】図１２（Ｂ）は第１の境界が図１０に示さ
れるＸ（Ｎ）のときの第１の運転領域Ｉにおける空燃比
Ａ／Ｆを示している。図１２（Ａ）および（Ｂ）を比較
するとわかるように第１の境界Ｘ（Ｎ）がＸo （Ｎ）に
対して高負荷側に移動するとそれに追従して各空燃比を
示すＡ／Ｆ＝１５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７の曲線
も高負荷側に移動する。従って第１の境界Ｘ（Ｎ）がＸ
o （Ｎ）に対して高負荷側に移動すると同一要求負荷Ｌ
および同一機関回転数Ｎにおける空燃比Ａ／Ｆが大きく
なることがわかる。即ち、第１の運転領域Ｉが高負荷側
に拡大せしめられると煤およびＮＯｘのほとんど発生し
ない運転領域が拡大されるばかりでなく、燃料消費率が
向上せしめられることになる。

【００８６】本発明による実施形態では第１の境界Ｘ
（Ｎ）が種々に変化したときの第１の運転領域Ｉにおけ
る目標空燃比、即ち種々のＫ（Ｔ）の値に対する第１の
運転領域Ｉにおける目標空燃比が図１３（Ａ）から図１
３（Ｄ）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。即ち、図１３（Ａ）はＫ（Ｔ）の値がＫＴ１
のときの目標空燃比ＡＦＫＴ１を示しており、図１３
（Ｂ）はＫ（Ｔ）の値がＫＴ２のときの目標空燃比ＡＦ
ＫＴ２を示しており、図１３（Ｃ）はＫ（Ｔ）の値がＫ
Ｔ３のときの目標空燃比ＡＦＫＴ３を示しており、図１
３（Ｄ）はＫ（Ｔ）の値がＫＴ４のときの目標空燃比Ａ
ＦＫＴ４を示している。

【００８７】一方、空燃比を目標空燃比ＡＦＫＴ１，Ａ
ＦＫＴ２，ＡＦＫＴ３，ＡＦＫＴ４とするのに必要なス
ロットル弁１６の目標開度が図１４（Ａ）から図１４
（Ｄ）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定めＲＯＭ３２内に記憶
されており、また空燃比を目標空燃比ＡＦＫＴ１，ＡＦ
ＫＴ２，ＡＦＫＴ３，ＡＦＫＴ４とするのに必要なＥＧ
Ｒ制御弁２３の目標基本開度が図１５（Ａ）から図１５
（Ｄ）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。

【００８８】即ち、図１４（Ａ）は空燃比が１５のとき
のスロットル弁１６の目標開度ＳＴ１５を示しており、
図１５（Ａ）は空燃比が１５のときのＥＧＲ制御弁２３
の目標基本開度ＳＥ１５を示している。また、図１４
（Ｂ）は空燃比が１６のときのスロットル弁１６の目標
開度ＳＴ１６を示しており、図１５（Ｂ）は空燃比が１
６のときのＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度ＳＥ１６を
示している。また、図１４（Ｃ）は空燃比が１７のとき
のスロットル弁１６の目標開度ＳＴ１７を示しており、
図１５（Ｃ）は空燃比が１７のときのＥＧＲ制御弁２３
の目標基本開度ＳＥ１７を示している。また、図１４
（Ｄ）は空燃比が１８のときのスロットル弁１６の目標
開度ＳＴ１８を示しており、図１５（Ｄ）は空燃比が１
８のときのＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度ＳＥ１８を
示している。

【００８９】図１６は第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法
による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比を示して
いる。なお、図１６においてＡ／Ｆ＝２４，Ａ／Ｆ＝３
５，Ａ／Ｆ＝４５，Ａ／Ｆ＝６０で示される各曲線は夫
々目標空燃比２４，３５，４５，６０を示している。空
燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁１
６の目標開度ＳＴが図１７（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、空燃比をこの目標空
燃比とするのに必要なＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥ
が図１７（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。

【００９０】これまで述べたように機関の運転状態が第
１の運転領域Ｉにありかつ触媒１９が活性化していると
きには第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われる。しかしな
がら機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにありかつ触媒
１９が活性化していても何らかの理由により良好な低温
燃焼を行えない場合がある。そこで本発明による第１の
実施形態では触媒１９が活性化しているときに機関の運
転状態が第１の運転領域Ｉとなったときには低温燃焼す
べくスロットル弁１６の開度およびＥＧＲ制御弁２３の
開度を夫々図１４に示す目標開度ＳＴおよび図１５に示
す目標基本開度ＳＥとし、このとき良好な低温燃焼を行
うことができない場合には、即ち燃焼不良を生じている
場合には空燃比を大きくするようにしている。空燃比を
大きくすれば燃料周りの酸素濃度が高くなり、斯くして
良好な低温燃焼が行われることになる。

【００９１】ところで、本実施形態の多気筒内燃機関で
は、いずれかの気筒の燃焼室内に配置された燃焼圧セン
サ４７の出力値に基づいてすべての気筒において良好な
低温燃焼が行われているか否かを判断する前に、クラン
ク角センサ４２の出力値に基づいて気筒間の燃焼のばら
つきが補正される。それゆえ、燃焼圧センサがすべての
気筒の燃焼室内に配置されていない場合であっても、す
べての気筒において良好な低温燃焼が行われているか否
かを正確に判断することができる。

【００９２】図１８は本実施形態の多気筒内燃機関の気
筒間の燃焼のばらつきを補正する方法を示したフローチ
ャートである。本ルーチンは、上死点１８０°クランク
アングル（ＴＤＣ１８０°ＣＡ）のタイミングで割り込
み実行される。図１８に示すように、本ルーチンが開始
されると、まずステップ１８００において、現在低温燃
焼が行われているか否かが判別される。低温燃焼が行わ
れておらず第２の燃焼が行われている時には、気筒間で
燃焼がそれほどばらつかないために、気筒間の燃焼のば
らつきの補正を行うことなくステップ１８０６に進む。
一方、ＹＥＳの時にはステップ１８０１において、クラ
ンク角センサ４２及びカムシャフト（図示せず）に取付
けられた加速度センサ（図示せず）により、現在膨張行
程を含む行程にある気筒がどの気筒であるかを判別する
と共に、気筒番号ｉを更新する。本実施形態の内燃機関
は、１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順序で
膨張行程になるため、現在膨張行程を含む行程にある気
筒が１番気筒であると判別されたときには気筒番号ｉは
１にされ（ｉ←１）、現在膨張行程を含む行程にある気
筒が３番気筒であると判別されたときには気筒番号ｉは
２にされ（ｉ←２）、現在膨張行程を含む行程にある気
筒が４番気筒であると判別されたときには気筒番号ｉは
３にされ（ｉ←３）、現在膨張行程を含む行程にある気
筒が２番気筒であると判別されたときには気筒番号ｉは
４にされる（ｉ←４）。

【００９３】次いでステップ１８０２では、クランク角
センサ５２の出力信号に基づいて算出された膨張行程を
含む行程に要した時間ＴＩＭＥＲが、ｉ番気筒の膨張行
程を含む行程に要した時間Ｔｉとされる（Ｔｉ←ＴＩＭ
ＥＲ）。次いでステップ１８０３ではＴｉが（Ｔ₁＋Ｔ
₂＋Ｔ₃＋Ｔ₄）／４よりも小さいか否かを判別する。
ＹＥＳの時には、ｉ番気筒はすべての気筒の平均よりも
燃焼が不良気味であると判断し、ステップ１８０４に進
む。一方、ＮＯの時には、ｉ番気筒は平均的な燃焼を行
っていると判断し、ｉ番気筒の燃焼の補正を行うことな
くステップ１８０６に進む。

【００９４】ステップ１８０４では、すべての気筒の燃
料噴射開始時期をα（例えば０．２５°）だけ遅角さ
せ、ステップ１８０５では、ｉ番気筒の燃料噴射開始時
期のみをβ（例えば１°）だけ進角させる。つまり、ス
テップ１８０４及びステップ１８０５により、燃焼が不
良気味のｉ番気筒の燃料噴射開始時期のみが他の気筒の
燃料噴射開始時期に比べて進角され、ｉ番気筒の燃焼の
向上が図られる。次いで１８０６では、ＴＩＭＥＲがリ
セットされ、次の気筒の膨張行程を含む行程に要した時
間を計測するための準備がなされる。

【００９５】つまり、本ルーチンを最初に実行した時
に、例えば１番気筒の膨張行程を含む行程に要した時間
Ｔ₁が得られると必要に応じて１番気筒の燃焼噴射開始
時期が補正され、次いで本ルーチンを実行した時に３番
気筒の膨張行程を含む行程に要した時間Ｔ₂が得られる
と必要に応じて３番気筒の燃焼噴射開始時期が補正さ
れ、次いで本ルーチンを実行した時に４番気筒の膨張行
程を含む行程に要した時間Ｔ₃が得られると必要に応じ
て４番気筒の燃焼噴射開始時期が補正され、次いで本ル
ーチンを実行した時に２番気筒の膨張行程を含む行程に
要した時間Ｔ₄が得られると必要に応じて２番気筒の燃
焼噴射開始時期が補正される。

【００９６】尚、本実施形態では、各気筒の膨張行程を
含む行程の全部に要する時間Ｔｉを検出することによ
り、各気筒の膨張行程を含む行程における機関角速度を
得ているが、他の実施形態では、各気筒の膨張行程を含
む行程の一部に要する時間を検出することにより、各気
筒の膨張行程を含む行程における機関角速度を得てもよ
い。

【００９７】また、他の実施形態では、各気筒の膨張行
程を含む行程における機関角速度を低温燃焼時において
検出する前に、第２の燃焼（従来の燃焼方法による燃
焼）が行われている時に、各気筒に供給される燃料噴射
量のばらつきを補正するようにしてもよい。この実施形
態によれば、低温燃焼時に検出される各気筒の機関角速
度は、各気筒の燃料噴射量のばらつきの影響を受けない
ため、各気筒の燃料噴射量のばらつきの補正を行わない
場合よりも正確に気筒間の燃焼のばらつきを補正するこ
とができる。

【００９８】上述したように本実施形態では、良好な低
温燃焼が行われているか否かは、燃焼圧センサ４７によ
り検出された燃焼室５内の圧力に基づいて判断される。
即ち、良好な低温燃焼が行われているときには図１９に
示されるように燃焼圧が緩やかに変化する。具体的に云
うと、燃焼圧はＰ₀で示されるように上死点ＴＤＣにお
いて一旦ピークとなり、次いでＰ₁で示されるように上
死点ＴＤＣ後において再びピークとなる。ピーク圧Ｐ₁
は燃焼圧により生じ、良好な低温燃焼が行われていると
きにはピーク圧Ｐ₁がピーク圧Ｐ₀に比べて若干高くな
る。

【００９９】これに対して良好な低温燃焼が行われず、
燃焼不良が生じるとピーク圧Ｐ₁がピーク圧Ｐ₀よりも
低くなる。従って本実施形態では差圧ΔＰ（＝Ｐ₁−Ｐ
₀）が負になったときには燃焼不良が生じていると判断
し、空燃比を大きくするようにしている。

【０１００】次に図１９および図２０を参照しつつ燃焼
不良の検出方法について説明する。この燃焼不良の検出
は、上述した気筒間の燃焼のばらつきの補正が行われた
以後に、いずれかの気筒の燃焼室５内に配置された燃焼
圧センサ４７の出力値に基づいて、すべての気筒につい
て行われる。図２０は燃焼不良の検出ルーチンを示して
おり、このルーチンはクランク角割込みによって実行さ
れる。図２０を参照すると、まず初めにステップ１００
において現在クランク角がＣＡ１（図１９）であるか否
かが判別される。クランク角がＣＡ１のときにはステッ
プ１０１に進んでピークホールド回路４８の出力電圧が
読込まれる。このときピークホールド回路４８の出力電
圧はピーク圧Ｐ₀を表しており、従ってステップ１０１
ではピーク圧Ｐ₀が読込まれることになる。次いでステ
ップ１０２ではリセット信号がピークホールド回路４８
のリセット入力端子Ｒに入力され、それによってピーク
ホールド回路４８がリセットされる。

【０１０１】次いでステップ１０３では現在クランク角
がＣＡ２（図１９）であるか否かが判別される。クラン
ク角がＣＡ２のときにはステップ１０４に進んでピーク
ホールド回路４８の出力電圧が読込まれる。このときピ
ークホールド回路４８の出力電圧はピーク圧Ｐ₁を表し
ており、従ってステップ１０４ではピーク圧Ｐ₁が読込
まれることになる。次いでステップ１０５ではリセット
信号がピークホールド回路４８のリセット入力端子Ｒに
入力され、それによってピークホールド回路４８がリセ
ットされる。次いでステップ１０６ではピーク圧Ｐ₀と
ピーク圧Ｐ₁との差圧ΔＰ（＝Ｐ₁−Ｐ₀）が算出され
る。

【０１０２】次いでステップ１０７では差圧ΔＰが負か
否かが判別される。ΔＰ＜０のときには燃焼不良が生じ
ていると判断され、このときにはステップ１０９に進ん
で燃焼不良フラグがセットされる。これに対しΔＰ≧０
のときには燃焼不良が生じていないと判断され、このと
きにはステップ１０８に進んで燃焼不良フラグがリセッ
トされる。

【０１０３】図２１は低温燃焼領域、即ち第１の運転領
域Ｉを制御するためのルーチンを示している。図２１を
参照すると、まず初めにステップ２００において圧縮始
めにおける燃焼室５内のガス温ＴＧおよびシリンダ内壁
面温度ＴＷが算出される。この実施形態では温度センサ
４３により検出された吸入空気とＥＧＲガスの混合ガス
温が圧縮始めにおける燃焼室５内のガス温ＴＧとされ、
温度センサ２９により検出された機関冷却水温がシリン
ダ内壁面温度ＴＷとされる。次いでステップ２０１では
図１１（Ａ）に示す関係からＫ（Ｔ）₁が求められ、図
１１（Ｂ）に示す関係からＫ（Ｔ）₂が求められ、これ
らＫ（Ｔ）₁とＫ（Ｔ）₂とを加算することによってＫ
（Ｔ）（＝Ｋ（Ｔ）₁＋Ｋ（Ｔ）₂）が算出される。

【０１０４】次いでステップ２０２では機関回転数Ｎに
基づいて図１１（Ｃ）に示す関係からＫ（Ｎ）が算出さ
れる。次いでステップ２０３では予め記憶されている第
１の境界Ｘo （Ｎ）の値を用いて次式に基づき第１の境
界Ｘ（Ｎ）の値が算出される。Ｘ（Ｎ）＝Ｘo （Ｎ）＋Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ）

【０１０５】次いでステップ２０４では機関回転数Ｎに
基づいて図７に示す関係からΔＬ（Ｎ）が算出される。
次いでステップ２０５ではＸ（Ｎ）からΔＬ（Ｎ）を減
算することによって第２の境界Ｙ（Ｎ）の値（＝Ｘ
（Ｎ）−ΔＬ（Ｎ））が算出される。

【０１０６】次に図２２を参照しつつ本実施形態の運転
制御について説明する。図２２を参照すると、まず初め
にステップ３００において温度センサ４６の出力信号に
基づいて触媒１９を通過した排気ガスの温度Ｔｃが予め
定められたＴｏよりも高いか否か、即ち触媒１９が活性
化したか否かが判断される。Ｔｃ≦Ｔｏのとき、即ち触
媒１９が活性化していないときにはステップ３０７に進
んで第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による燃焼が行わ
れる。

【０１０７】即ち、ステップ３０７では図１７（Ａ）に
示すマップからスロットル弁１６の目標開度ＳＴが算出
され、次いでステップ３０８ではＥＧＲ制御弁２３の目
標開度ＳＥが算出される。次いでステップ３０９では噴
射量Ｑが算出され、次いでステップ３１０では噴射開始
時期θＳが算出される。

【０１０８】ステップ３００においてＴｃ＞Ｔｏである
と判断されたとき、即ち触媒１９が活性化しているとき
にはステップ３０１に進んで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３０２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≦Ｘ
（Ｎ）のときにはステップ３０３に進んで低温燃焼が行
われる。

【０１０９】即ち、ステップ３０３では図１３（Ａ）か
ら（Ｄ）に示されるマップのうちでＫ（Ｔ）に応じた二
つのマップを用いて比例配分により目標空燃比ＡＦが算
出される。次いでステップ３０４では噴射量Ｑが算出さ
れ、次いでステップ３０５では噴射開始時期θＳが算出
される。この噴射開始時期θＳは要求負荷Ｌおよび機関
回転数Ｌの関数として図２２に示すマップの形で予めＲ
ＯＭ３２内に記憶されている。

【０１１０】次いでステップ４００では噴射制御が行わ
れる。この噴射制御が図２３に示されている。次いでス
テップ５００では燃焼不良制御が行われる。この燃焼不
良制御が図２４に示されている。次いでステップ６００
ではＥＧＲ制御が行われる。このＥＧＲ制御が図２５に
示されている。

【０１１１】一方、ステップ３０２においてＬ＞Ｘ
（Ｎ）になったと判断されるとステップ３０６に進んで
フラグＩがリセットされる。次いでステップ３０７に進
み、第２の燃焼、即ち従来より行われている通常の燃焼
が行われる。一方、ステップ３０１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、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３１１
に進んで要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも小さく
なったか否かが判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときにはス
テップ３０７に進む。これに対してＬ＜Ｙ（Ｎ）になる
とステップ３１２に進んでフラグＩがセットされる。次
いでステップ３０３に進み、低温燃焼が行われる。

【０１１２】次に図２４を参照しつつ本実施形態の噴射
制御ルーチンについて説明する。図２４を参照すると、
まず初めにステップ４０１においてアイドリング運転時
であるか否かが判別される。アイドリング運転時でない
ときにはただちに燃焼不良制御ルーチンに進む。これに
対してアイドリング運転時にはステップ４０２に進む。

【０１１３】ステップ４０２では機関回転数Ｎが目標ア
イドリング回転数Ｎｏ、例えば６００r.p.m.から一定値
ａ、例えば１０r.p.m.を減算した値（Ｎｏ−ａ）よりも
低くなったか否かが判別される。Ｎ＜Ｎｏ−ａのときに
はステップ４０４に進んで噴射量の補正値ΔＱに一定値
ｂが加算される。次いでステップ４０６に進んで噴射量
Ｑが補正値ΔＱだけ増大せしめられる。一方、ステップ
４０２においてＮ≧Ｎｏ−ａであると判断されるとステ
ップ４０３に進んで機関回転数Ｎが目標アイドリング回
転数Ｎｏに一定値ａを加算した値（Ｎｏ＋ａ）よりも高
くなったか否かが判別される。Ｎ＞Ｎｏ＋ａのときには
ステップ４０５に進んで補正値ΔＱから一定値ｂが減算
され、次いでステップ４０６に進む。

【０１１４】即ち、機関アイドリング運転時には機関回
転数ＮがＮｏ−ａ＜Ｎ＜Ｎｏ＋ａとなるように噴射量Ｑ
が制御される。

【０１１５】次に図２５を参照しつつ本実施形態の燃焼
不良制御について説明する。図２５を参照すると、まず
初めにステップ５０１において燃焼不良フラグがセット
されているか否かが判別される。燃焼不良フラグがリセ
ットされているとき、即ち燃焼不良が生じていないとき
にはステップ５０２に進んで空燃比センサ２１により検
出された実際の空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比ＡＦに一定値
ｄを加算した値（ＡＦ＋ｄ）よりも大きいか否かが判別
される。Ａ／Ｆ＞ＡＦ＋ｄのときにはステップ５０４に
進んで空燃比の補正値ΔＡＦから一定値ｅが減算され
る。次いでステップ５０６では目標空燃比ＡＦに補正値
ΔＡＦを加算することにより空燃比の学習値ＡＦＯ（＝
ＡＦ＋ΔＡＦ）が算出される。

【０１１６】一方、ステップ５０２においてＡ／Ｆ≦Ａ
Ｆ＋ｄであると判別されたときにはステップ５０３に進
んで空燃比センサ２１により検出された実際の空燃比Ａ
／Ｆが目標空燃比ＡＦから一定値ｄを減算した値（ＡＦ
−ｄ）よりも小さいか否かが判別される。Ａ／Ｆ＜ＡＦ
−ｄのときにはステップ５０５に進んで補正値ΔＡＦに
一定値ｅが加算され、次いでステップ５０６に進む。即
ち、燃焼不良が生じていないときには実際の空燃比Ａ／
Ｆがほぼ目標空燃比ＡＦとなるように空燃比の学習値Ａ
ＦＯが算出される。

【０１１７】次いでステップ５０７では図１４（Ａ）か
ら（Ｄ）に示されるマップのうちで空燃比の学習値ＡＦ
Ｏに応じた二つのマップを用いて比例配分によりスロッ
トル弁１６の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁１
６の開度がこの目標開度ＳＴに制御される。次いでステ
ップ５０８では図１５（Ａ）から（Ｄ）に示されるマッ
プのうちで空燃比の学習値ＡＦＯに応じた二つのマップ
用いて比例配分によりＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度
ＳＥが算出される。

【０１１８】一方、ステップ５０１において燃焼不良フ
ラグがセットされていると判断されたとき、即ち燃焼不
良が生じているときにはステップ５０９に進んで補正値
ΔＡＦに一定値が加算され、次いでステップ５０６に進
む。従って、燃焼不良が生じているときには空燃比の学
習値ＡＦＯが次第に増大し、それにより実際の空燃比が
次第に大きくなる。このとき実際には吸入空気量が増大
するようにスロットル弁１６の開度が次第に大きくな
り、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるようにＥＧＲ制御弁
２３の開度も次第に増大する。

【０１１９】次いで燃焼不良が生じなくなるとステップ
５０１からステップ５０２に進み、実際の空燃比Ａ／Ｆ
が目標空燃比ＡＦとなるようにスロットル弁１６の開度
およびＥＧＲ制御弁２３の開度が徐々に小さくなる。

【０１２０】次に図２６を参照しつつ本実施形態のＥＧ
Ｒ制御について説明する。このＥＧＲ制御はＥＧＲ率を
目標ＥＧＲ率に正確に一致せしめるための制御である。
図２５を参照すると、まず初めにステップ６０１におい
て酸素濃度センサ４４の出力信号に基づき実際のＥＧＲ
率が算出される。即ち、吸入空気量をＱａ，ＥＧＲガス
量をＱｇ、酸素濃度センサ４４により検出された酸素濃
度を〔Ｏ₂〕％とすると吸入空気中の酸素濃度はほぼ２
１％であり、ＥＧＲガス中の酸素濃度はほぼ５％である
ので次式が成立する。

【０１２１】（０．２１・Ｑａ＋０．０５・Ｑｇ）／
（Ｑａ＋Ｑｇ）＝〔Ｏ₂〕ここでＥＧＲ率はＱｇ／（Ｑａ＋Ｑｇ）であるので上式
は次式のように表される。０．２１−０．１６・ＥＧＲ率＝〔Ｏ₂〕従って酸素濃度センサ４４により酸素濃度〔Ｏ₂〕を検
出すれば実際のＥＧＲ率が算出できることになる。

【０１２２】次いでステップ６０２では目標ＥＧＲ率Ｇ
Ｒが算出される。次いでステップ６０３では実際のＥＧ
Ｒ率が目標ＥＧＲ率から一定値ｆを減算した値よりも小
さいか否かが判別される。実際のＥＧＲ率＜ＧＲ−ｆの
ときにはステップ６０５に進んでＥＧＲ制御弁２３の開
度の補正値ΔＳＥに一定値が加算される。次いでステッ
プ６０７においてＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度ＳＥ
に補正値ΔＳＥを加算することにより目標開度ＳＥが算
出される。このときＥＧＲ制御弁２３の開度が増大せし
められる。

【０１２３】一方、ステップ６０３において実際のＥＧ
Ｒ率≧ＧＲ−ｆであると判断されたときにはステップ６
０４に進んで実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ＧＲに一定
値ｆを加算した値（ＧＲ＋ｆ）よりも大きいか否かが判
別される。実際にＥＧＲ率＞ＧＲ＋ｆのときにはステッ
プ６０６に進んで補正値ΔＳＥから一定値ｇが減算さ
れ、次いでステップ６０７に進む。このときにはＥＧＲ
制御弁２３の開度が減少せしめられる。

【０１２４】本実施形態によれば、図２２のステップ３
０３からステップ６００において低温燃焼を行うことが
できるため、内燃機関から煤が排出されること及びＮＯ
ｘが排出されることを同時に阻止することができる。更
に、燃焼圧センサ４７の出力値に基づいて図２２のステ
ップ４００からステップ６００において空燃比を制御す
ることができるため、燃焼圧が不適切なときに空燃比を
制御することによって燃焼圧を適切に制御することがで
きる。その上、図１８に示したルーチンにより各気筒の
燃焼のばらつきが補正された以後に、図２２に示したス
テップ４００からステップ６００において、すべての気
筒ではない、いずれか一つ又は複数の気筒の燃焼室内に
配置された燃焼圧センサ４７の出力値に基づいてすべて
の気筒の空燃比を制御することができるため、燃焼圧セ
ンサがすべての気筒に配置されていない場合であっても
すべての気筒の燃焼圧を適切に制御することができる。

【０１２５】次に、本発明の多気筒内燃機関の第二の実
施形態について説明する。本実施形態の構成は、図１に
示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。以下、
本実施形態と第一の実施形態とが異なる点についてのみ
説明する。

【０１２６】図２７は本実施形態の燃焼不良制御を示し
ている。本実施形態では燃焼不良が生じたときに噴射開
始時期θＳを早めるようにしている。

【０１２７】即ち、図２７を参照すると、まず初めにス
テップ７０１において図１４（Ａ）から（Ｄ）に示され
るマップのうちで目標空燃比ＡＦに応じた二つのマップ
を用いて比例配分によりスロットル弁１６の目標開度Ｓ
Ｔが算出され、スロットル弁１６の開度がこの目標開度
ＳＴに制御される。次いでステップ７０２では図１５
（Ａ）から（Ｄ）に示されるマップのうちで目標空燃比
ＡＦに応じた二つのマップを用いて比例配分によりＥＧ
Ｒ制御弁２３の目標基本開度ＳＥが算出される。

【０１２８】次いでステップ７０３では燃焼不良フラグ
がセットされているか否かが判別される。燃焼不良フラ
グがセットされているとき、即ち燃焼不良が生じている
ときにはステップ７０８に進んで噴射開始時期の補正値
ΔＱＳに一定値ｈが加算される。次いでステップ７０７
では図２２に示される目標噴射開始時期θＳに補正値Δ
ＱＳを加算することにより最終的な噴射開始時期ＱＳＯ
が算出される。即ち、燃焼不良が生じていると噴射開始
時期が徐々に早められることになる。

【０１２９】一方、燃焼不良フラグがリセットされる
と、即ち燃焼不良が生じなくなるとステップ７０３から
ステップ７０４に進んで補正値ΔＱＳから一定値ｈが減
算される。次いでステップ７０５では補正値ΔＱＳが負
になったか否かが判別され、ΔＱＳ＜０のときにはステ
ップ７０６においてΔＱＳが零にされた後にステップ７
０７に進む。即ち、燃焼不良が生じなくなると噴射開始
時期は図２３に示される目標噴射開始時期ＱＳまで徐々
に遅くされる。

【０１３０】本実施形態によれば、第一の実施形態と同
様に低温燃焼を行うことができるため、内燃機関から煤
が排出されること及びＮＯｘが排出されることを同時に
阻止することができる。更に、燃焼圧センサ４７の出力
値に基づいて図２４に示したルーチンにおいて燃料噴射
開始時期を制御することができるため、燃焼圧が不適切
なときに燃料噴射開始時期を制御することによって燃焼
圧を適切に制御することができる。その上、第一の実施
形態と同様に各気筒の燃焼のばらつきが補正された以後
に、図２４に示したルーチンにおいて、すべての気筒で
はない、いずれか一つ又は複数の気筒の燃焼室内に配置
された燃焼圧センサ４７の出力値に基づいてすべての気
筒の燃料噴射開始時期を制御することができるため、燃
焼圧センサがすべての気筒に配置されていない場合であ
ってもすべての気筒の燃焼圧を適切に制御することがで
きる。

【０１３１】

【発明の効果】請求項１及び２に記載の発明によれば、
内燃機関から煤（スモーク）が排出されること及びＮＯ
ｘが排出されることを同時に阻止しつつ、燃焼圧が不適
切なときに燃焼圧を適切に制御すると共に、燃焼圧検出
手段がすべての気筒に配置されていない場合であっても
すべての気筒の燃焼圧を適切に制御することができる。

【０１３２】請求項３から５に記載の発明によれば、各
気筒の膨張行程を含む行程における機関角速度を検出す
ることにより各気筒の燃焼のばらつきを検出することが
できる。

【０１３３】請求項６から８に記載の発明によれば、機
関角速度を増加させて各気筒の燃焼のばらつきを適切に
補正することができる。

【０１３４】請求項９及び１０に記載の発明によれば、
未燃炭化水素が内燃機関から排出されるのを阻止するこ
とができる。

【０１３５】請求項１１に記載の発明によれば、外部か
ら燃焼室内に不活性ガスを供給する手段を特別に設ける
必要性を回避することができる。

【０１３６】請求項１２及び１３に記載の発明によれ
ば、排気ガス再循環率が、煤の発生量がピークになる排
気ガス再循環率に設定されるのを回避することができ
る。

【０１３７】請求項１４に記載の発明によれば、運転領
域に応じて適切な燃焼を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧縮着火式多気筒内燃機関の全体図である。

【図２】スモークおよびＮＯｘの発生量等を示す図であ
る。

【図３】燃焼圧を示す図である。

【図４】燃料分子を示す図である。

【図５】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。

【図６】第１の運転領域Ｉおよび第２の運転領域IIを示
す図である。

【図７】ΔＬ（Ｎ）と機関回転数Ｎとの関係を示す図で
ある。

【図８】空燃比センサ等の出力を示す図である。

【図９】スロットル弁の開度等を示す図である。

【図１０】第１の境界Ｘ（Ｎ）の制御方法を説明するた
めの図である。

【図１１】Ｋ（Ｔ）₁，Ｋ（Ｔ）₂およびＫ（Ｎ）を示
す図である。

【図１２】第１の運転領域Ｉにおける空燃比を示す図で
ある。

【図１３】目標空燃比のマップを示す図である。

【図１４】スロットル弁の目標開度のマップを示す図で
ある。

【図１５】ＥＧＲ制御弁の目標基本開度を示す図であ
る。

【図１６】第２の燃焼における空燃比等を示す図であ
る。

【図１７】スロットル弁の目標開度等を示す図である。

【図１８】気筒間の燃焼のばらつきを補正する方法を示
したフローチャートである。

【図１９】燃焼圧等を示す図である。

【図２０】燃焼不良検出ルーチンを示す図である。

【図２１】低温燃焼領域を制御するためのフローチャー
トである。

【図２２】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【図２３】目標噴射開始時期等のマップを示す図であ
る。

【図２４】噴射制御を行うためのフローチャートであ
る。

【図２５】燃焼不良を制御するためのフローチャートで
ある。

【図２６】ＥＧＲ制御のためのフローチャートである。

【図２７】燃焼不良を制御するための第二の実施形態を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

５…燃焼室６…燃料噴射弁１６…スロットル弁１９…触媒２３…ＥＧＲ制御弁４２…クランク角センサ４６…燃焼圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＵＦ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｄ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ３０１Ｅ３０１Ｊ３０１Ｇ３０１ＮＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｄ５５０Ｒ５７０５７０Ｄ５７０Ｍ (72)発明者吉▲崎▼ 康二愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者伊藤丈和愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者村田宏樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者安部司愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G062 AA01 AA03 BA02 BA05 BA06 CA06 GA05 GA06 GA15 GA18 3G084 AA01 AA03 BA09 BA13 BA14 BA15 BA20 DA10 EA05 EA07 EC03 FA21 FA38 FA39 3G091 AA11 AA18 AB02 AB03 AB06 BA14 BA15 CB02 CB03 CB07 DA01 DA02 DA07 DB06 DB07 DB08 DB10 DB13 EA01 EA02 EA07 EA08 EA12 EA16 EA17 EA20 EA30 EA34 FA02 FA08 FA12 FA13 FB02 FB10 FB11 FB12 FC07 HB05 3G092 AA02 AA13 AA17 BA04 BB06 BB08 DC03 DC15 DE01S DG07 EA01 EA02 EA03 EA04 EA07 EA11 EB09 EC01 FA17 FA18 GA04 GA05 GA06 HA04Z HA06X HA06Z HB01X HB01Z HB02X HB02Z HB03X HB03Z HC01X HC01Z HC03X HD02Z HD05X HD05Z HD07X HD07Z HE02Z HE04Z HE05Z HE06Z HE08Z HF08Z 3G301 HA02 HA06 HA13 JA05 JA24 JA25 KA08 KA09 LA00 LB06 MA01 MA11 MA18 MA28 ND01 NE06 NE11 PB08A PB08Z PC01Z PD03Z PE00Z PE03Z PE06Z PE08Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に供給される不活性ガスの量を
増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達
し、燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大し
ていくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲
のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど
発生しなくなる多気筒内燃機関であって、各気筒の燃焼
のばらつきを検出するためのばらつき検出手段を具備
し、前記ばらつき検出手段の出力値に基づいて各気筒の
燃焼のばらつきを補正し、燃焼室内の燃焼圧を検出する
ための燃焼圧検出手段をいずれかの気筒の燃焼室内に配
置し、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも
燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとん
ど発生しない燃焼が行われている時であって各気筒の燃
焼のばらつきが補正された以後に、前記燃焼圧検出手段
の出力値に基づいてすべての気筒の空燃比を制御するよ
うにした多気筒内燃機関。
【請求項２】燃焼室内に供給される不活性ガスの量を
増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達
し、燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大し
ていくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲
のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど
発生しなくなる多気筒内燃機関であって、各気筒の燃焼
のばらつきを検出するためのばらつき検出手段を具備
し、前記ばらつき検出手段の出力値に基づいて各気筒の
燃焼のばらつきを補正し、燃焼室内の燃焼圧を検出する
ための燃焼圧検出手段をいずれかの気筒の燃焼室内に配
置し、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも
燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとん
ど発生しない燃焼が行われている時であって各気筒の燃
焼のばらつきが補正された以後に、前記燃焼圧検出手段
の出力値に基づいてすべての気筒の燃料噴射開始時期を
制御するようにした多気筒内燃機関。
【請求項３】各気筒の膨張行程を含む行程における機
関角速度を検出することにより各気筒の燃焼のばらつき
を検出する請求項１又は２に記載の多気筒内燃機関。
【請求項４】前記機関角速度が各気筒の膨張行程を含
む行程の一部に要する時間を検出することにより得られ
る請求項３に記載の多気筒内燃機関。
【請求項５】前記機関角速度が各気筒の膨張行程を含
む行程の全部に要する時間を検出することにより得られ
る請求項３に記載の多気筒内燃機関。
【請求項６】前記機関角速度が小さい気筒の燃料噴射
開始時期を進角させることにより各気筒の燃焼のばらつ
きを補正する請求項３に記載の多気筒内燃機関。
【請求項７】前記機関角速度が小さい気筒の燃料噴射
量を減量補正することにより各気筒の燃焼のばらつきを
補正する請求項３に記載の多気筒内燃機関。
【請求項８】前記機関角速度が小さい気筒の燃料噴射
圧を高くすることにより各気筒の燃焼のばらつきを補正
する請求項３に記載の多気筒内燃機関。
【請求項９】燃焼室から排出された未燃炭化水素を酸
化するために機関排気通路内に酸化機能を有する触媒を
配置した請求項１又は２に記載の多気筒内燃機関。
【請求項１０】前記触媒が酸化触媒、三元触媒又はＮ
Ｏｘ吸収剤の少くとも一つからなる請求項９に記載の多
気筒内燃機関。
【請求項１１】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、前記不活性ガスが前記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又は２に記載の多気
筒内燃機関。
【請求項１２】煤の発生量がピークとなる再循環排気
ガスの量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガスの
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再循環排気ガスの量よりも燃焼室内
に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼と
を選択的に切り換える切換手段を具備し、前記第１の燃
焼から前記第２の燃焼に又は前記第２の燃焼から前記第
１の燃焼に切り換えられるときに排気ガス再循環率をス
テップ状に変化させるようにした請求項１１に記載の多
気筒内燃機関。
【請求項１３】前記第１の燃焼が行われているときの
排気ガス再循環率がほぼ５５パーセント以上であり、前
記第２の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率が
ほぼ５０パーセント以下である請求項１２に記載の多気
筒内燃機関。
【請求項１４】機関の運転領域を低負荷側の第１の運
転領域と高負荷側の第２の運転領域とに分割し、前記第
１の運転領域では前記第１の燃焼を行い、前記第２の運
転領域では前記第２の燃焼を行うようにした請求項１２
に記載の多気筒内燃機関。