JP2001027145A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関始動、暖機運転時に大気中に排出される
未燃ＨＣを大巾に低減する。 【解決手段】 排気管２２内に排気制御弁２４を配置す
る。機関始動および暖機運転時に排気制御弁２４をほぼ
全閉せしめ、主燃料の噴射量を排気制御弁全開時の最適
な噴射量よりも増量させ、膨張行程中に副燃料を追加噴
射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関においては機関の低速低
負荷運転時、特に機関の暖機運転時には燃焼室内の温度
が低くなり、その結果多量の未燃ＨＣが発生する。そこ
で機関排気通路内に排気制御弁を配置し、機関低速低負
荷運転時に排気制御弁を閉弁すると共に燃料噴射量を大
巾に増量することにより燃焼室内の温度を高めて噴射燃
料を燃焼室内で完全燃焼させ、それによって未燃ＨＣの
発生量を抑制するようにしたディーゼル機関が公知であ
る（特開昭４９−８０４１４号公報参照）。

【０００３】また、機関排気通路内に排気浄化用触媒を
配置した場合には触媒温度が十分に高くならないと触媒
による良好な排気浄化作用は行われない。そこで機関の
出力を発生させるための主燃料の噴射に加え副燃料を膨
張行程中に噴射し、副燃料を燃焼させることにより排気
ガス温を上昇させ、それによって触媒の温度を上昇させ
るようにした内燃機関が公知である（特開平８−３０３
２９０号公報および特開平１０−２１２９９５号公報参
照）。

【０００４】また、従来より未燃ＨＣを吸着しうる触媒
が知られている。この触媒は周囲の圧力が高くなればな
るほど未燃ＨＣの吸着量が増大し、周囲の圧力が低くな
ると吸着した未燃ＨＣを放出する性質を有する。そこで
この性質を利用して触媒から放出された未燃ＨＣにより
ＮＯ_x を還元するために、機関排気通路内にこの触媒を
配置すると共に触媒下流の機関排気通路内に排気制御弁
を配置し、ＮＯ_x の発生量の少ない機関低速低負荷運転
時には機関出力の発生のための主燃料に加え少量の副燃
料を膨張行程中又は排気行程中に噴射して多量の未燃Ｈ
Ｃを燃焼室から排出させ、更にこのとき機関の出力低下
が許容範囲内に納まるように排気制御弁を比較的に小さ
な開度まで閉弁することにより排気通路内の圧力を高め
て燃焼室から排出される多量の未燃ＨＣを触媒内に吸着
させ、ＮＯ_x の発生量の多い機関高速又は高負荷運転時
には排気制御弁を全開にして排気通路内の圧力を低下さ
せ、このとき触媒から放出される未燃ＨＣによってＮＯ
_x を還元するようにした内燃機関が公知である（特開平
１０−２３８３３６号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】さて、現在ディーゼル
機関はもとより火花点火式内燃機関においても機関低負
荷運転時、特に機関の暖機運転時に発生する未燃ＨＣの
量をいかにして低減するかが大きな問題となっている。
そこで本発明者はこの問題を解決すべく実験研究を行
い、その結果機関の暖機運転時等において大気中に排出
される未燃ＨＣの量を大巾に低減するためには燃焼室内
における未燃ＨＣの発生量を低減しかつ同時に排気通路
内における未燃ＨＣの低減量を増大しなければならない
ことが判明したのである。

【０００６】具体的に言うと、膨張行程中又は排気行程
中に燃焼室内に副燃料を追加噴射してこの副燃料を燃焼
させ、機関排気ポートの出口からかなり距離を隔てた機
関排気通路内に排気制御弁を設けてこの排気制御弁をほ
ぼ全閉させると、これら副燃料の燃焼と排気制御弁によ
る排気絞り作用との相乗効果によって燃焼室内における
未燃ＨＣの発生量が低減すると共に排気通路内における
未燃ＨＣの低減量が増大し、斯くして大気中に排出され
る未燃ＨＣの量を大巾に低減しうることが判明したので
ある。

【０００７】もう少し詳しく言うと、副燃料が噴射され
ると副燃料自身が燃焼せしめられるばかりでなく主燃料
の燃え残りである未燃ＨＣが燃焼室内で燃焼せしめられ
る。従って燃焼室内で発生する未燃ＨＣの量が大巾に低
減するばかりでなく、主燃料の燃え残りである未燃ＨＣ
および副燃料が燃焼せしめられるので既燃ガス温がかな
り高温となる。

【０００８】一方、排気制御弁がほぼ全閉せしめられる
と機関の排気ポートから排気制御弁に到る排気通路内の
圧力、即ち背圧がかなり高くなる。背圧が高いというこ
とは燃焼室内から排出された排気ガス温がさほど低下し
ないことを意味しており、従って排気ポート内における
排気ガス温はかなり高温となっている。一方、背圧が高
いということは排気ポート内に排出された排気ガスの流
速が遅いことを意味しており、従って排気ガスは高温の
状態で排気制御弁上流の排気通路内に長時間に亘って滞
留することになる。この間に排気ガス中に含まれる未燃
ＨＣが酸化せしめられ、斯くして大気中に排出される未
燃ＨＣの量が大巾に低減されることになる。

【０００９】この場合、もし副燃料を噴射しなかった場
合には主燃料の燃え残りの未燃ＨＣがそのまま残存する
ために燃焼室内において多量の未燃ＨＣが発生する。ま
た副燃料を噴射しなかった場合には燃焼室内の既燃ガス
温がさほど高くならないためにこのときたとえ排気制御
弁をほぼ全閉させても排気制御弁上流の排気通路内での
未燃ＨＣの十分な酸化作用は期待できない。従ってこの
ときには多量の未燃ＨＣが大気中に排出されることにな
る。

【００１０】一方、排気制御弁による排気絞り作用を行
わない場合でも副燃料を噴射すれば燃焼室内で発生する
未燃ＨＣの発生量は低減し、燃焼室内の既燃ガス温は高
くなる。しかしながら排気制御弁による排気絞り作用を
行わない場合には燃焼室から排気ガスが排出されるや否
や排気ガス圧はただちに低下し、斯くして排気ガス温も
ただちに低下する。従ってこの場合には排気通路内にお
ける未燃ＨＣの酸化作用はほとんど期待できず、斯くし
てこのときにも多量の未燃ＨＣが大気中に排出されるこ
とになる。

【００１１】即ち、大気中に排出される未燃ＨＣの量を
大巾に低減するためには副燃料を噴射しかつ同時に排気
制御弁をほぼ全閉にしなければならないことになる。前
述の特開昭４９−８０４１４号公報に記載されたディー
ゼル機関では副燃料が噴射されず、主燃料の噴射量が大
巾に増大せしめられるので排気ガス温は上昇するが極め
て多量の未燃ＨＣが燃焼室内で発生する。このように燃
焼室内において極めて多量の未燃ＨＣが発生するとたと
え排気通路内において未燃ＨＣの酸化作用が行われたと
しても一部の未燃ＨＣしか酸化されないので多量の未燃
ＨＣが大気中に排出されることになる。

【００１２】一方、前述の特開平８−３０３２９０号公
報又は特開平１０−２１２９９５号公報に記載された内
燃機関では排気制御弁による排気絞り作用が行われてい
ないので排気通路内における未燃ＨＣの酸化作用はほと
んど期待できない。従ってこの内燃機関においても多量
の未燃ＨＣが大気中に排出されることになる。また前述
の特開平１０−２３８３３６号公報に記載された内燃機
関では機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気
制御弁が比較的小さな開度まで閉弁せしめられ、従って
この内燃機関では排気制御弁が全開しているときと閉弁
せしめられたときとで主燃料の噴射量は同一噴射量に維
持される。しかしながら機関の出力低下が許容範囲内に
納まる程度の排気制御弁の閉弁量では背圧はそれほど高
くなっていない。

【００１３】また、この内燃機関では触媒に吸着すべき
未燃ＨＣを発生させるために少量の副燃料が膨張行程中
又は排気行程中に噴射される。この場合、副燃料が良好
に燃焼せしめられれば未燃ＨＣが発生しなくなるのでこ
の内燃機関では副燃料が良好に燃焼しないように副燃料
の噴射制御を行っているものと考えられる。従ってこの
内燃機関では少量の副燃料が既燃ガス温の温度上昇には
さほど寄与していないものと考えられる。

【００１４】このようにこの内燃機関では多量の未燃Ｈ
Ｃが燃焼室内において発生せしめられ、しかも背圧はそ
れほど高くならず既燃ガス温もさほど温度上昇しないと
考えられるので排気通路内においても未燃ＨＣはさほど
酸化されないものと考えられる。この内燃機関ではでき
るだけ多量の未燃ＨＣを触媒に吸着させることを目的と
しており、従ってこのように考えるのが理にかなってい
ると言える。

【００１５】本発明の目的は機関の安定した運転を確保
しつつ大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減す
ることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に１番目の発明では、機関排気ポートの出口に接続され
た排気通路内に排気ポートの出口から予め定められた距
離を隔てて排気制御弁を配置し、大気中への未燃ＨＣの
排出量を低減すべきであると判断されたときには排気制
御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するため
に燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼
させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程
中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追
加噴射し、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには
同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめら
れた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関
運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に
比べて主燃料の噴射量を増量させるようにしている。

【００１７】２番目の発明では１番目の発明において、
機関の暖機運転が行われているときには大気中への未燃
ＨＣの排出量を低減すべきであると判断される。３番目
の発明では１番目の発明において、機関低負荷運転が行
われているときには大気中への未燃ＨＣの排出量を低減
すべきであると判断される。４番目の発明では１番目の
発明において、大気中への未燃ＨＣの排出量を低減すべ
きであると判断されたときには主燃料の噴射量が増大す
るにつれて副燃料の噴射量が減少せしめられる。

【００１８】５番目の発明では１番目の発明において、
主燃料に加え副燃料も空気過剰のもとで燃焼せしめられ
る。６番目の発明では１番目の発明において、主燃料に
よって燃焼室内の限定された領域内に形成された混合気
が点火栓により着火せしめられ、その後副燃料が追加噴
射される。７番目の発明では１番目の発明において、機
関排気通路内に触媒を配置している。

【００１９】８番目の発明では７番目の発明において、
触媒が酸化触媒、三元触媒、ＮＯ_x吸収剤又はＨＣ吸着
触媒からなる。９番目の発明では７番目の発明におい
て、触媒が活性化温度よりも高いか否かを判断する判断
手段を具備し、触媒が活性化温度よりも低くかつ機関の
暖機運転が行われているときに大気中への未燃ＨＣの排
出量を低減すべきであると判断される。１０番目の発明
では７番目の発明において、触媒が活性化温度よりも高
いか否かを判断する判断手段を具備し、触媒が活性化温
度よりも低くかつ機関低負荷運転が行われているときに
大気中への未燃ＨＣの排出量を低減すべきであると判断
される。

【００２０】１１番目の発明では７番目の発明におい
て、触媒が排気制御弁上流の機関排気通路内に配置され
ている。１２番目の発明では１番目の発明において、大
気中への未燃ＨＣの排出量を低減すべきときには、排気
制御弁上流の機関排気通路内における排気ガスの圧力又
は温度が目標値となるように燃焼室内における燃焼を制
御するようにしている。１３番目の発明では１２番目の
発明において、主燃料の噴射量、又は副燃料の噴射量、
又は吸入空気量の少くとも一つを制御することにより燃
焼室内における燃焼を制御するようにしている。

【００２１】１４番目の発明では１３番目の発明におい
て、排気制御弁上流の機関排気通路内における排気ガス
の圧力又は温度が目標値よりも低いときには主燃料の噴
射量、又は副燃料の噴射量、又は吸入空気量の少くとも
一つを増大させるようにしている。１５番目の発明では
１番目の発明において、排気制御弁は機関始動時に全開
状態からほぼ全閉状態に切換えられる。１６番目の発明
では１５番目の発明において、負圧を蓄積する負圧タン
クと、排気制御弁を駆動するための負圧作動型アクチュ
エータとを具備し、アクチェータは負圧タンク内に蓄積
された負圧によって作動せしめられる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１および図２は本発明を成層燃
焼式内燃機関に適用した場合を示している。しかしなが
ら本発明は均一リーン空燃比のもとで燃焼が行われる火
花点火式内燃機関、および空気過剰のもとで燃焼が行わ
れるディーゼル機関にも適用することができる。

【００２３】図１を参照すると、１は機関本体を示し、
機関本体１は１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃
３および４番気筒＃４からなる４つの気筒を有する。図
２は各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の側面断面図を示し
ている。図２を参照すると、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はシ
リンダヘッド３の内壁面周縁部に配置された燃料噴射
弁、７はシリンダヘッド３の内壁面中央部に配置された
点火栓、８は吸気弁、９は吸気ポート、１０は排気弁、
１１は排気ポートを夫々示す。

【００２４】図１および図２を参照すると、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およびエ
アフローメータ１５を介してエアクリーナ１６に連結さ
れる。吸気ダクト１４内にはステップモータ１７により
駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、図１
に示される実施例では点火順序が１−３−４−２とされ
ており、図１に示されるように点火順序が一つおきの気
筒＃１，＃４の排気ポート１１は共通の第１の排気マニ
ホルド１９に連結され、点火順序が一つおきの残りの気
筒＃２，＃３の排気ポート１１は共通の第２の排気マニ
ホルド２０に連結される。これら第１の排気マニホルド
１９と第２の排気マニホルド２０は共通の排気管２１に
連結され、排気管２１は更に別の排気管２２に連結され
る。排気管２２内には負圧ダイアフラム装置又は電気モ
ータからなるアクチュエータ２３により駆動される排気
制御弁２４が配置される。

【００２５】図１に示されるように排気管２１とサージ
タンク１３とは排気ガス再循環（以下ＥＧＲと称す）通
路２５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２５内には
電気制御式ＥＧＲ制御弁２６が配置される。燃料噴射弁
６は共通の燃料リザーバ、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内へは燃料タンク２
８内の燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９
を介して供給され、コモンレール２７内に供給された燃
料が各燃料噴射弁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３０が取付けられ、燃料圧センサ３０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２９の吐出量が制御される。

【００２６】電子制御ユニット４０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。エアフローメータ１５は吸入空気量に比例した出
力電圧を発生し、この出力電圧は対応するＡＤ変換器４
７を介して入力ポート４５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水温センサ３１が取付
けられ、この水温センサ３１の出力信号は対応するＡＤ
変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に
入力ポート４５には燃料圧センサ３０の出力信号が対応
するＡＤ変換器４７を介して入力される。

【００２７】また、アクセルペダル５０にはアクセルペ
ダル５０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５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は
対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力
される。また、入力ポート４５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５２が接続される。一方、出力ポート４６は
対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、点火栓
７、スロットル弁制御用ステップモータ１７、排気制御
弁制御用アクチュエータ２３、ＥＧＲ制御弁２６および
燃料ポンプ２９に接続される。

【００２８】図４は燃料噴射量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ（＝Ｑ₁
＋Ｑ₂ ）、噴射開始時期θＳ１，θＳ２、噴射完了時期
θＥ１，θＥ２および燃焼室５内における平均空燃比Ａ
／Ｆを示している。なお、図４において横軸Ｌはアクセ
ルペダル５０の踏込み量、即ち要求負荷を示している。

【００２９】図４からわかるように要求負荷ＬがＬ₁ よ
りも低いときには圧縮行程末期のθＳ２からθＥ２の間
において燃料噴射Ｑ２が行われる。このときには平均空
燃比Ａ／Ｆはかなりリーンとなっている。要求負荷Ｌが
Ｌ₁ とＬ₂ の間のときには吸気行程初期のθＳ１からθ
Ｅ１の間において第１回目の燃料噴射Ｑ１が行われ、次
いで圧縮行程末期のθＳ２からθＥ２の間において第２
回目の燃料噴射Ｑ２が行われる。このときにも空燃比Ａ
／Ｆはリーンとなっている。要求負荷ＬがＬ₂よりも大
きいときには吸気行程初期のθＳ１からθＥ１の間にお
いて燃料噴射Ｑ１が行われる。このときには要求負荷Ｌ
が低い領域では平均空燃比Ａ／Ｆがリーンとされてお
り、要求負荷Ｌが高くなると平均空燃比Ａ／Ｆが理論空
燃比とされ、要求負荷Ｌが更に高くなると平均空燃比Ａ
／Ｆがリッチとされる。なお、圧縮行程末期にのみ燃料
噴射Ｑ２が行われる運転領域、二回に亘って燃料噴射Ｑ
１およびＱ２が行われる運転領域および吸気行程初期に
のみ燃料噴射Ｑ１が行われる運転領域は要求負荷Ｌのみ
により定まるのではなく、実際には要求負荷Ｌおよび機
関回転数により定まる。

【００３０】図２は要求負荷ＬがＬ₁ （図４）よりも小
さいとき、即ち圧縮行程末期においてのみ燃料噴射Ｑ２
が行われる場合を示している。図２に示されるようにピ
ストン４の頂面上にはキャビティ４ａが形成されてお
り、要求負荷ＬがＬ₁ よりも低いときには燃料噴射弁６
からキャビティ４ａの底壁面に向けて圧縮行程末期に燃
料が噴射される。この燃料はキャビティ４ａの周壁面に
より案内されて点火栓７に向かい、それによって点火栓
７の周りに混合気Ｇが形成される。次いでこの混合気Ｇ
は点火栓７により着火せしめられる。

【００３１】一方、前述したように要求負荷ＬがＬ₁ と
Ｌ₂ との間にあるときには二回に分けて燃料噴射が行わ
れる。この場合、吸気行程初期に行われる第１回目の燃
料噴射Ｑ１によって燃焼室５内に稀薄混合気が形成され
る。次いで圧縮行程末期に行われる第２回目の燃料噴射
Ｑ２によって点火栓７周りに最適な濃度の混合気が形成
される。この混合気が点火栓７により着火せしめられ、
この着火火炎によって稀薄混合気が燃焼せしめられる。

【００３２】一方、要求負荷ＬがＬ₂ よりも大きいとき
には図４に示されるように燃焼室５内にはリーン又は理
論空燃比又はリッチ空燃比の均一混合気が形成され、こ
の均一混合気が点火栓７により着火せしめられる。

【００３３】次に図５を参照しつつまず初めに本発明に
よる未燃ＨＣの低減方法について概略的に説明する。な
お、図５において横軸はクランク角を示しており、ＢＴ
ＤＣおよびＡＴＤＣは夫々上死点前および上死点後を示
している。

【００３４】図５（Ａ）は本発明による方法によって特
に未燃ＨＣを低減する必要のない場合であって要求負荷
ＬがＬ₁ よりも小さいときの燃料噴射時期を示してい
る。図５（Ａ）に示されるようにこのときには圧縮行程
末期に主燃料Ｑｍのみが噴射され、このとき排気制御弁
２４は全開状態に保持されている。

【００３５】これに対し、本発明による方法によって未
燃ＨＣを低減する必要がある場合には排気制御弁２４が
ほぼ全閉せしめられ、更に図５（Ｂ）に示されるように
機関出力を発生させるための主燃料Ｑｍの噴射に加え、
膨張行程中に、図５（Ｂ）に示される例では圧縮上死点
後（ＡＴＤＣ）６０°付近において副燃料Ｑａが追加噴
射される。なおこの場合、主燃料Ｑｍの燃焼後、副燃料
Ｑａを完全に燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室５内
に残存するように主燃料Ｑｍは空気過剰のもとで燃焼せ
しめられる。また、図５（Ａ）と図５（Ｂ）とは機関負
荷と機関回転数が同一であるときの燃料噴射期間を示し
ており、従って機関負荷と機関回転数が同一である場合
には図５（Ｂ）に示される場合の主燃料Ｑｍの噴射量の
方が図５（Ａ）に示される場合の主燃料Ｑｍの噴射量に
比べて増量せしめられている。

【００３６】図６は機関排気通路の各位置における排気
ガス中の未燃ＨＣの濃度(ppm）の一例を示している。図
６に示す例において黒三角は排気制御弁２４を全開にし
た状態で図５（Ａ）に示す如く圧縮行程末期において主
燃料Ｑｍを噴射した場合の排気ポート１１出口における
排気ガス中の未燃ＨＣの濃度(ppm）を示している。この
場合には排気ポート１１出口における排気ガス中の未燃
ＨＣの濃度は６０００ppm 以上の極めて高い値となる。

【００３７】一方、図６に示す例において黒丸および実
線は排気制御弁２４をほぼ全閉とし、図５（Ｂ）に示さ
れるように主燃料Ｑｍおよび副燃料Ｑａを噴射した場合
の排気ガス中の未燃ＨＣの濃度(ppm）を示している。こ
の場合には排気ポート１１出口における排気ガス中の未
燃ＨＣの濃度は２０００ppm 以下となり、排気制御弁２
４の付近においては排気ガス中の未燃ＨＣの濃度は１５
０ppm 程度まで減少する。従ってこの場合には大気中に
排出される未燃ＨＣの量が大巾に低減せしめられること
がわかる。

【００３８】このように排気制御弁２４上流の排気通路
内において未燃ＨＣが減少するのは未燃ＨＣの酸化反応
が促進されているからである。しかしながら図６の黒三
角で示されるように排気ポート１１出口における未燃Ｈ
Ｃの量が多い場合、即ち燃焼室５内での未燃ＨＣの発生
量が多い場合にはたとえ排気通路内における未燃ＨＣの
酸化反応を促進しても大気中に排出される未燃ＨＣの量
はさほど低減しない。即ち、排気通路内における未燃Ｈ
Ｃの酸化反応を促進することによって大気中に排出され
る未燃ＨＣの量を大巾に低減しうるのは図６の黒丸で示
されるように排気ポート１１出口における未燃ＨＣの濃
度が低いとき、即ち燃焼室５内での未燃ＨＣの発生量が
少ないときである。

【００３９】このように大気中に排出される未燃ＨＣの
量を低減させるためには燃焼室５内での未燃ＨＣの発生
量を低下させかつ排気通路内における未燃ＨＣの酸化反
応を促進させるという二つの要求を同時に満たす必要が
ある。そこでまず初めに２番目の要求、即ち排気通路内
における未燃ＨＣの酸化反応を促進させることから説明
する。

【００４０】本発明によれば大気中に排出される未燃Ｈ
Ｃの量を低減すべきときには排気制御弁２４がほぼ全閉
とされる。このように排気制御弁２４がほぼ全閉にされ
ると排気ポート１１内、排気マニホルド１９，２０内、
排気管２１内、および排気制御弁２４上流の排気管２２
内の圧力、即ち背圧はかなり高くなる。背圧が高くなる
ということは燃焼室５内から排気ポート１１内に排気ガ
スが排出されたときに排気ガスの圧力がさほど低下せ
ず、従って燃焼室５から排出された排気ガス温もさほど
低下しないことを意味している。従って排気ポート１１
内に排出された排気ガス温はかなり高温に維持されてい
る。一方、背圧が高いということは排気ガスの密度が高
いことを意味しており、排気ガスの密度が高いというこ
とは排気ポート１１から排気制御弁２４に至る排気通路
内における排気ガスの流速が遅いことを意味している。
従って排気ポート１１内に排出された排気ガスは高温の
もとで長時間に亘り排気制御弁２４上流の排気通路内に
滞留することになる。

【００４１】このように排気ガスが高温のもとで長時間
に亘り排気制御弁２４上流の排気通路内に滞留せしめら
れるとその間に未燃ＨＣの酸化反応が促進される。この
場合、本発明者による実験によると排気通路内における
未燃ＨＣの酸化反応を促進するためには排気ポート１１
出口における排気ガス温をほぼ７５０℃以上、好ましく
は８００℃以上にする必要があることが判明している。

【００４２】また、高温の排気ガスが排気制御弁２４上
流の排気通路内に滞留している時間が長くなればなるほ
ど未燃ＨＣの低減量は増大する。この滞留時間は排気制
御弁２４の位置が排気ポート１１出口から離れれば離れ
るほど長くなり、従って排気制御弁２４は排気ポート１
１出口から未燃ＨＣを十分に低減するのに必要な距離を
隔てて配置する必要がある。排気制御弁２４を排気ポー
ト１１出口から未燃ＨＣを十分に低減するのに必要な距
離を隔てて配置すると図６の実線に示されるように未燃
ＨＣの濃度は大巾に低減する。なお、本発明者による実
験によると未燃ＨＣを十分に低減するためには排気ポー
ト１１出口から排気制御弁２４までの距離を３０cm以上
とすることが好ましいことが判明している。

【００４３】ところで前述したように排気通路内におけ
る未燃ＨＣの酸化反応を促進するためには排気ポート１
１出口における排気ガス温をほぼ７５０℃以上、好まし
くは８００℃以上にする必要がある。また、大気中に排
出される未燃ＨＣの量を低減するためには前述した１番
目の要求を満たさなければならない。即ち燃焼室５内で
の未燃ＨＣの発生量を低下させる必要がある。そのため
に本発明では機関出力を発生するための主燃料Ｑｍに加
え、主燃料Ｑｍの噴射後に副燃料Ｑａを追加噴射して副
燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せしめるようにしている。

【００４４】即ち、副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せし
めると副燃料Ｑａの燃焼時に主燃料Ｑｍの燃え残りであ
る多量の未燃ＨＣが燃焼せしめられる。また、この副燃
料Ｑａは高温ガス中に噴射されるので副燃料Ｑａは良好
に燃焼せしめられ、従って副燃料Ｑａの燃え残りである
未燃ＨＣはさほど発生しなくなる。斯くして最終的に燃
焼室５内で発生する未燃ＨＣの量はかなり少なくなる。

【００４５】また、副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せし
めると主燃料Ｑｍ自身および副燃料Ｑａ自身の燃焼によ
る発熱に加え、主燃料Ｑｍの燃え残りである未燃ＨＣの
燃焼熱が追加的に発生するので燃焼室５内の既燃ガス温
はかなり高くなる。このように主燃料Ｑｍに加え副燃料
Ｑａを追加噴射して副燃料Ｑａを燃焼させることにより
燃焼室５内で発生する未燃ＨＣの量を低減しかつ排気ポ
ート１１出口における排気ガス温を７５０℃以上、好ま
しくは８００℃以上にすることができる。

【００４６】このように本発明では副燃料Ｑａを燃焼室
５内で燃焼せしめる必要があり、そのためには副燃料Ｑ
ａの燃焼時に燃焼室５内に十分な酸素が残存しているこ
とが必要であり、しかも噴射された副燃料Ｑａが燃焼室
５内で良好に燃焼せしめられる時期に副燃料Ｑａを噴射
する必要がある。

【００４７】そこで本発明では前述したように副燃料Ｑ
ａの燃焼時に燃焼室５内に十分な酸素が残存しうるよう
に主燃料Ｑｍは空気過剰のもとで燃焼せしめられ、この
とき副燃料Ｑａも空気過剰のもとで燃焼せしめられる。
この場合、主燃料Ｑｍの燃焼時における燃焼室５内の平
均空燃比はほぼ３０以上であることが好ましく、副燃料
Ｑａの燃焼時における燃焼室５内の平均空燃比はほぼ１
５．５以上であることが好ましいことが判明している。

【００４８】また、図２に示される成層燃焼式内燃機関
において噴射された副燃料Ｑａが燃焼室５において良好
に燃焼せしめられる噴射時期は図５において矢印Ｚで示
される圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）ほぼ５０°からほぼ９
０°の膨張行程であり、従って図２に示される成層燃焼
式内燃機関においては副燃料Ｑａは圧縮上死点後（ＡＴ
ＤＣ）ほぼ５０°からほぼ９０°の膨張行程において噴
射される。なお、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）ほぼ５０°
からほぼ９０°の膨張行程において噴射された副燃料Ｑ
ａは機関の出力の発生にはさほど寄与しない。

【００４９】ところで本発明者による実験によると図２
に示される成層燃焼式内燃機関では副燃料Ｑａが圧縮上
死点後（ＡＴＤＣ）６０°から７０°付近において噴射
されたときに大気中に排出される未燃ＨＣの量は最も少
なくなる。従って本発明による実施例では図５（Ｂ）に
示されるように副燃料Ｑａの噴射時期はほぼ圧縮上死点
後（ＡＴＤＣ）６０°付近とされる。

【００５０】副燃料Ｑａの最適な噴射時期は機関の型式
によって異なり、例えばディーゼル機関では副燃料Ｑａ
の最適な噴射時期は膨張行程中か又は排気行程中とな
る。従って本発明では副燃料Ｑａの燃料噴射は膨張行程
中又は排気行程中に行われる。

【００５１】一方、燃焼室５内の既燃ガス温は主燃料Ｑ
ｍの燃焼熱と副燃料Ｑａの燃焼熱の双方の影響を受け
る。即ち、燃焼室５内の既燃ガス温は主燃料Ｑｍの噴射
量が増大するほど高くなり、副燃料Ｑａの噴射量が増大
するほど高くなる。更に、燃焼室５内の既燃ガス温は背
圧の影響を受ける。即ち、背圧が高くなるほど燃焼室５
から既燃ガスが流出しにくくなるために燃焼室５内に残
留する既燃ガス量が多くなり、斯くして排気制御弁２４
がほぼ全閉せしめられると燃焼室５内の既燃ガス温が上
昇せしめられる。

【００５２】ところで排気制御弁２４がほぼ閉弁せしめ
られ、それによって背圧が高くなると副燃料Ｑａが追加
噴射されていたとしても機関の発生トルクが最適な要求
発生トルクに対して減少する。そこで本発明では図５
（Ｂ）に示されるように排気制御弁２４がほぼ全閉せし
められたときには図５（Ａ）に示されるように同一の機
関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた
場合の機関の要求発生トルクに近づくように同一の機関
運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場
合に比べて主燃料Ｑｍの噴射量が増量せしめられる。な
お、本発明による実施例では排気制御弁２４がほぼ全閉
せしめられたときにはそのときの機関の発生トルクが同
一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめ
られた場合の機関の要求発生トルクに一致するように主
燃料Ｑｍが増量される。

【００５３】図７は要求負荷Ｌに対して機関の要求発生
トルクを得るのに必要な主燃料Ｑｍの変化を示してい
る。なお、図７において実線は排気制御弁２４がほぼ全
閉せしめられた場合を示しており、破線は排気制御弁２
４が全閉せしめられた場合を示している。

【００５４】一方、図８は排気制御弁２４をほぼ全閉せ
しめた場合において排気ポート１１出口における排気ガ
ス温をほぼ７５０℃からほぼ８００℃にするのに必要な
主燃料Ｑｍと副燃料Ｑａの関係を示している。前述した
ように主燃料Ｑｍを増量しても燃焼室５内の既燃ガス温
は高くなり、副燃料Ｑａを増量しても燃焼室５内の既燃
ガス温は高くなる。従って排気ポート１１出口における
排気ガス温をほぼ７５０℃からほぼ８００℃にするのに
必要な主燃料Ｑｍと副燃料Ｑａとの関係は図８に示され
るように主燃料Ｑｍを増大すれば副燃料Ｑａは減少し、
主燃料Ｑｍを減少すれば副燃料Ｑａは増大する関係とな
る。

【００５５】ただし、主燃料Ｑｍおよび副燃料Ｑａを同
一量増大した場合には副燃料Ｑａを増量した場合の方が
主燃料Ｑｍを増量した場合に比べて燃焼室５内の温度上
昇量がはるかに大きくなる。従って燃料消費量の低減と
いう観点からみると副燃料Ｑａを増大させることによっ
て燃焼室５内の既燃ガス温を上昇させることが好ましい
と言える。

【００５６】従って本発明による実施例では排気制御弁
２４をほぼ全閉せしめたときに機関の発生トルクを要求
発生トルクまで上昇させるのに必要な分だけ主燃料Ｑｍ
を増量し、主として副燃料Ｑａの燃焼熱によって燃焼室
５内の既燃ガス温を上昇させるようにしている。

【００５７】このように排気制御弁２４をほぼ全閉せし
め、排気ポート１１出口における排気ガスをほぼ７５０
℃以上、好ましくはほぼ８００℃以上とするのに必要な
量の副燃料Ｑａを噴射すると排気ポート１１から排気制
御弁２４に至る排気通路内において未燃ＨＣの濃度を大
巾に減少することができる。このとき排気ポート１１か
ら排気制御弁２４に至る排気通路内において図６に示さ
れるように未燃ＨＣの濃度をほぼ１５０p.p.m 程度まで
低下させるには排気制御弁２４上流の排気通路内の圧力
をゲージ圧でもってほぼ６０KPa から８０KPa にする必
要がある。このときの排気制御弁２４による排気通路断
面積の閉鎖割合は９５パーセント前後である。

【００５８】従って図１に示される実施例では大気中へ
の未燃ガスの排出量を大巾に低減すべきときには排気制
御弁２４による排気通路断面積の閉鎖割合がほぼ９５パ
ーセント前後となるように排気制御弁２４がほぼ全閉せ
しめられる。なお、この場合、図３に示すように排気制
御弁２４の弁体に貫通孔２４ａを穿設しておき、排気制
御弁２４を完全に閉鎖することもできる。

【００５９】一方、排気ポート１１から排気制御弁２４
に至る排気通路内において未燃ＨＣを６００p.p.m から
８００p.p.m 程度まで減少せしめれば十分な場合には排
気制御弁２４上流の排気通路の圧力をゲージ圧でもって
ほぼ３０KPa 程度とすれば十分であり、このときの排気
制御弁２４による排気通路断面積の閉鎖割合はほぼ９０
パーセントとなる。

【００６０】内燃機関において多量の未燃ＨＣが発生す
るのは燃焼室５内の温度が低いときである。燃焼室５内
の温度が低いときは機関の始動および暖機運転時、およ
び機関低負荷時であり、従って機関の始動および暖機運
転時、および機関低負荷時に多量の未燃ＨＣが発生する
ことになる。このように燃焼室５内の温度が低いときに
はたとえ排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置して
おいても触媒が活性化温度以上になっている場合を除い
てこのときに発生する多量の未燃ＨＣを触媒により酸化
させることは困難である。

【００６１】そこで本発明による実施例では機関の始動
および暖機運転時、および機関低負荷時には排気制御弁
２４をほぼ全閉せしめ、主燃料Ｑｍを増量すると共に副
燃料Ｑａを追加噴射し、それによって大気中に排出され
る未燃ＨＣの量を大巾に低減せしめるようにしている。

【００６２】図９は機関始動および暖機運転時における
主燃料Ｑｍの変化の一例および排気制御弁２４の開度変
化を示している。なお、図９において実線Ｘは排気制御
弁２４をほぼ全閉にした場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射
量を示しており、破線Ｙは排気制御弁２４を全開にした
場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射量を示している。図９か
らわかるように機関が始動されると排気制御弁２４が全
開状態からほぼ全閉状態に切換えられ、同一の機関運転
状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場合の
最適な主燃料Ｑｍの噴射量Ｙよりも主燃料Ｑｍの噴射量
Ｘが増量せしめられ、更に副燃料Ｑａが追加噴射され
る。

【００６３】図１０は機関低負荷時における主燃料Ｑｍ
の変化の一例および排気制御弁２４の開度変化を示して
いる。なお、図１０において実線Ｘは排気制御弁２４を
ほぼ全閉にした場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射量を示し
ており、破線Ｙは排気制御弁２４を全開にした場合の最
適な主燃料Ｑｍの噴射量を示している。図１０からわか
るように機関低負荷時には排気制御弁２４がほぼ全閉せ
しめられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４
が全開せしめられた場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射量Ｙ
よりも主燃料Ｑｍの噴射量Ｘが増量せしめられ、更に副
燃料Ｑａが追加噴射される。

【００６４】図１１は運転制御ルーチンを示している。
図１１を参照するとまず初めにステップ１００において
機関始動および暖機運転時であるか否かが判別される。
機関始動および暖機運転時でないときにはステップ１０
２にジャンプして機関低負荷時か否かが判別される。機
関低負荷時でないときにはステップ１０３に進んで排気
制御弁２４が全開せしめられ、次いでステップ１０４に
進んで主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。このとき副燃
料Ｑａの噴射は行われない。

【００６５】一方、ステップ１００において機関始動お
よび暖機運転時であると判断されたときにはステップ１
０１に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が
経過したか否かが判別される。設定期間が経過していな
いときにはステップ１０５に進む。一方、設定期間が経
過したときにはステップ１０２に進み、このときステッ
プ１０２において機関低負荷時であると判別されたとき
にもステップ１０５に進む。ステップ１０５では排気制
御弁２４がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ１０６
では主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。即ち、機関始動
および暖機運転時であれば主燃料Ｑｍの噴射量が図９に
示されるＸとされ、機関低負荷時であれば主燃料Ｑｍの
噴射量が図１０に示されるＸとされる。次いでステップ
１０７では副燃料Ｑａの噴射制御が行われる。

【００６６】図１２はアクチュエータ２３として負圧作
動型アクチュエータを用いた場合を示している。なお、
図１２に示される例では負圧作動型アクチュエータとし
て排気制御弁２４に連結されたダイアフラム６０と、ダ
イアフラム負圧室６１と、ダイアフラム押圧用圧縮ばね
６２からなる負圧ダイアフラム装置が用いられている。
更に、図１２に示される例では負圧タンク６３が設けら
れており、この負圧タンク６３は一方ではサージタンク
１３に向けてのみ流通可能な逆止弁６４を介してサージ
タンク１３内に連結されており、他方では大気に連通可
能な切換弁６５を介してダイアフラム負圧室６１に連結
されている。

【００６７】サージタンク１３内の負圧が負圧タンク６
３内の負圧よりも大きくなると逆止弁６４が開弁し、斯
くして負圧タンク６３内はサージタンク１３内に発生す
る最大負圧に維持される。切換弁６５の切換え作用によ
ってダイアフラム負圧室６１が大気に開放されていると
きには排気制御弁２４は全開状態とされ、切換弁６５の
切換作用によってダイアフラム負圧室６１が負圧タンク
６３内に連結されると排気制御弁２４はほぼ全閉せしめ
られる。

【００６８】機関停止時には排気制御弁２４は閉弁状態
で固着しないように全開状態に保持される。次いで機関
の始動時に排気制御弁２４は全開状態からほぼ全閉状態
に切換えられる。図１２に示される例では機関停止時に
おいても負圧タンク６３内には負圧が蓄積されており、
従って機関の始動時にダイアフラム負圧室６１を負圧タ
ンク６３に連結することによって排気制御弁２４を確実
に全開状態からほぼ全閉状態に切換えることができる。

【００６９】図１３に別の実施例を示す。この実施例で
は排気制御弁２４上流の排気管２２内に触媒７０が配置
される。このように排気制御弁２４上流の排気管２２内
に触媒７０が配置されている場合には副燃料Ｑａが追加
噴射され、排気制御弁２４がほぼ全閉とされているとき
に、触媒７０は高温の排気ガスによって強力に加熱され
る。従って機関始動および暖機運転時に触媒７０を早期
に活性化することができる。

【００７０】排気管２２内に配置された触媒７０として
は酸化触媒、三元触媒、ＮＯ_x 吸収剤又はＨＣ吸着触媒
を用いることができる。ＮＯ_x 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ＮＯ_x 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ＮＯ_x を放
出する機能を有する。

【００７１】このＮＯ_x 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Ｎ
ａ、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。

【００７２】一方、ＨＣ吸着触媒では例えばゼオライ
ト、アルミナＡｌ₂ Ｏ₃ 、シリカアルミナＳｉＯ₂ ・Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 、活性炭、チタニアＴｉＯ₂ のような多孔質担
体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリ
ジウムＩｒのような貴金属、または銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、コ
バルトＣｏ、ニッケルＮｉのような遷移金属が担持され
ている。

【００７３】このようなＨＣ吸着触媒では排気ガス中の
未燃ＨＣが触媒内に物理吸着し、未燃ＨＣの吸着量は触
媒の温度が低いほど増大し、触媒を流通する排気ガスの
圧力が高くなるほど増大する。従って図１３に示される
実施例では触媒７０の温度が低くかつ排気制御弁２４の
排気絞り作用により背圧が高められているとき、即ち機
関始動および暖機運転時、および機関低負荷時に排気ガ
ス中に含まれる未燃ＨＣがＨＣ吸着触媒に吸着される。
従って大気中に放出される未燃ＨＣの量を更に低下させ
ることができる。なお、ＨＣ吸着触媒に吸着された未燃
ＨＣは背圧が低くなったとき、或いはＨＣ吸着触媒の温
度が高くなったときにＨＣ吸着触媒から放出される。

【００７４】図１４に更に別の実施例を示す。この実施
例では排気制御弁２４上流の排気管２２内にＮＯ_x 吸収
剤又はＨＣ吸着触媒からなる触媒７０が配置され、第１
排気マニホルド１９と排気管２１間、および第２排気マ
ニホルド２０と排気管２１間には夫々酸化触媒や三元触
媒のような酸化機能を有する触媒７１、７２が配置され
る。排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられかつ副燃料Ｑ
ａが噴射されているときには各排気マニホルド１９、２
０の出口における排気ガス温はかなり高く、従ってこの
ように各排気マニホルド１９、２０の出口に夫々触媒７
１、７２を配置するとこれら触媒７１、７２は機関始動
後早い時期に活性化される。その結果、触媒７１、７２
による酸化反応の促進作用によって大気中に排出される
未燃ＨＣの量を更に低減することができる。

【００７５】ところで図１４に示されるように機関排気
通路内に酸化機能を有する触媒７１、７２を配置した場
合、機関低負荷運転時であっても機関低負荷運転が長時
間に亘り継続しない限り触媒７１、７２は活性化温度以
上に保持される。また、機関停止後、短時間のうちに機
関が再始動された場合には機関の暖機運転時であっても
触媒７１、７２が活性化温度以上に保持されている場合
がある。触媒７１、７２が活性化していれば排気ガス中
の未燃ＨＣは触媒７１、７２によって浄化され、従って
燃料消費量の増大を招く副燃料Ｑａの噴射を行う必要が
なくなる。

【００７６】そこで更に別の実施例では図１４に示され
るように触媒７１、７２の温度を検出するための温度セ
ンサ７３、７４を夫々触媒７１、７２に取付け、温度セ
ンサ７３、７４の出力信号に基づいていずれの触媒７
１、７２も活性化温度以上になったときには暖機運転時
又は機関低負荷運転時であったとしても排気制御弁２４
を全開し、副燃料Ｑａの噴射を停止するようにしてい
る。

【００７７】図１５はこのような場合の運転制御ルーチ
ンを示している。図１５を参照するとまず初めにステッ
プ２００において機関始動および暖機運転時であるか否
かが判別される。機関始動および暖機運転時でないとき
にはステップ２０１に進んで機関低負荷時は否かが判別
される。機関低負荷時でないときにはステップ２０２に
進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステッ
プ２０３に進んで主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。こ
のとき副燃料Ｑａの噴射は行われない。

【００７８】一方、ステップ２００において機関始動お
よび暖機運転時であると判断されたとき又はステップ２
０１において機関低負荷時であると判別されたときには
ステップ２０４に進んで温度センサ７３により検出され
た触媒７１の温度Ｔ１および温度センサ７４により検出
された触媒７２の温度Ｔ２が共に活性化温度Ｔ₀ よりも
高いか否かが判別される。Ｔ１≦Ｔ₀ 又はＴ２≦Ｔ₀ の
ときにはステップ２０５に進んで排気制御弁２４がほぼ
全閉せしめられ、次いでステップ２０６では主燃料Ｑｍ
の噴射制御が行われる。即ち、機関始動および暖機運転
時であれば主燃料Ｑｍの噴射量が図９に示されるＸとさ
れ、機関低負荷時であれば主燃料Ｑｍの噴射量が図１０
に示されるＸとされる。次いでステップ２０７では副燃
料Ｑａの噴射制御が行われる。

【００７９】これに対してステップ２０４においてＴ１
＞Ｔ₀ でかつＴ２＞Ｔ₀ であると判断されたとき、即ち
いずれの触媒７１、７２も活性化したときにはステップ
２０２に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次い
でステップ２０３に進んで主燃料Ｑｍの噴射制御が行わ
れる。

【００８０】一方、前述したように大気中に排出される
未燃ＨＣの量を大巾に低減するためには排気ポート１１
出口における排気ガス温をほぼ７５℃以上にする必要が
あり、そのためには背圧をほぼ６０KPa から８０KPa に
維持する必要がある。しかしながら、例えば排気管２２
内の堆積物によって排気制御弁２４が目標開度まで閉弁
しえなくなり、その結果背圧が十分に高くならなくなる
危険性があり、また排気制御弁２４が目標開度まで閉弁
したとしても堆積物によって排気ガスの流路面積が小さ
くなり、その結果背圧が高くなりすぎる危険性がある。

【００８１】そこで以下に述べる実施例では大気中への
未燃ＨＣの排出量を低減すべきときには排気制御弁２４
上流の排気通路内における排気ガスの圧力又は温度が目
標値となるように燃焼室５内における燃焼を制御するよ
うにしている。具体的に言うと主燃料Ｑｍ又は副燃料Ｑ
ａの少くともいずれか一方の噴射量を増大すれば燃焼室
５内における燃焼圧および燃焼温が高くなり、斯くして
背圧および排気ガス温が上昇する。また、吸入空気量を
増大すると排気ガス量が増大するために背圧および排気
ガス温が上昇する。

【００８２】そこで、図１６に示される実施例では背圧
を検出するための圧力センサ８０を排気管２２に取付
け、背圧が目標値よりも低いときには主燃料Ｑｍの噴射
量、又は副燃料Ｑａの噴射量、又は吸入空気量を増大さ
せ、背圧が目標値よりも高いときには主燃料Ｑｍの噴射
量、又は副燃料Ｑａの噴射量、又は吸入空気量を減少さ
せるようにしている。

【００８３】また、図１７に示す実施例では排出ポート
１１出口における排気ガス温を検出するための温度セン
サ８１を第１排気マニホルド１９の板管に取付け、温度
センサ８１により検出された排気ガス温が目標値よりも
低いときには主燃料Ｑｍの噴射量、又は副燃料Ｑａの噴
射量、又は吸入空気量を増大させ、温度センサ８１によ
り検出された排気ガス温が目標値よりも高いときには主
燃料Ｑｍの噴射量、又は副燃料Ｑａの噴射量、又は吸入
空気量を減少させるようにしている。

【００８４】なお、排気制御弁２４は図１７に示される
ように排気管２２の入口部に配置することもできるし、
排気管２１の出口部に配置することもできる。

【００８５】図１８は主燃料Ｑｍを制御することによっ
て背圧を制御するようにした場合の運転制御ルーチンを
示している。図１８を参照するとまず初めにステップ３
００において機関始動および暖機運転時であるか否かが
判別される。機関始動および暖機運転時でないときには
ステップ３０２にジャンプして機関低負荷時か否かが判
別される。機関低負荷時でないときにはステップ３０３
に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステ
ップ３０４に進んで主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。
このとき副燃料Ｑａの噴射は行われない。

【００８６】一方、ステップ３００において機関始動お
よび暖機運転時であると判断されたときにはステップ３
０１に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が
経過したか否かが判別される。設定期間が経過していな
いときにはステップ３０５に進む。一方、設定期間が経
過したときにはステップ３０２に進み、ステップ３０２
において機関低負荷時であると判別されたときにもステ
ップ３０５に進む。ステップ３０５では排気制御弁２４
がほぼ全閉せしめられる。

【００８７】次いでステップ３０６では機関の運転状態
に応じて予め定められている主燃料Ｑｍの噴射量（図９
および図１０のＸ）が算出される。次いでステップ３０
７では圧力センサ８０により検出された背圧Ｐが目標値
Ｐ₀ より一定値αだけ小さな値（Ｐ₀ −α）よりも低い
か否かが判別される。Ｐ＜Ｐ₀ −αのときにはステップ
３０８に進んで主燃料Ｑｍに対する補正値ΔＱｍに一定
値ｋｍが加算される。一方、Ｐ≧Ｐ₀ −αのときにはス
テップ３０９に進んで背圧Ｐが目標値Ｐ₀ より一定値α
だけ大きな値（Ｐ₀ ＋α）よりも高いか否かが判別され
る。Ｐ＞Ｐ₀ ＋αのときにはステップ３１０に進んで補
正値ΔＱｍから一定値ｋｍが減算される。

【００８８】次いでステップ３１１ではＱｍにΔＱｍを
加算した値が最終的な主燃料の噴射量Ｑｍｏとされる。
即ち、Ｐ＜Ｐ₀ −αのときには主燃料が増量せしめら
れ、Ｐ＞Ｐ₀ ＋αのときには主燃料が減量せしめられ、
それによって背圧ＰがＰ₀ −α＜Ｐ＜Ｐ₀ ＋αとなるよ
うに制御される。次いでステップ３１２では副燃料Ｑａ
の噴射制御が行われる。

【００８９】図１９は副燃料Ｑａを制御することによっ
て背圧を制御するようにした場合の運転制御ルーチンを
示している。図１９を参照するとまず初めにステップ４
００において機関始動および暖機運転時であるか否かが
判別される。機関始動および暖機運転時でないときには
ステップ４０２にジャンプして機関低負荷時か否かが判
別される。機関低負荷時でないときにはステップ４０３
に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステ
ップ４０４に進んで主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。
このとき副燃料Ｑａの噴射は行われない。

【００９０】一方、ステップ４００において機関始動お
よび暖機運転時であると判断されたときにはステップ４
０１に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が
経過したか否かが判別される。設定期間が経過していな
いときにはステップ４０５に進む。一方、設定期間が経
過したときにはステップ４０２に進み、ステップ４０２
において機関低負荷時であると判別されたときにもステ
ップ４０５に進む。ステップ４０５では排気制御弁２４
がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ４０６では主燃
料Ｑｍの噴射制御が行われる。即ち、機関始動および暖
機運転時であれば主燃料Ｑｍの噴射量が図９に示される
Ｘとされ、機関低負荷時であれば主燃料Ｑｍの噴射量が
図１０に示されるＸとされる。

【００９１】次いでステップ４０７では機関の運転状態
に応じて予め定められている副燃料Ｑａの噴射量が算出
される。次いでステップ４０８では圧力センサ８０によ
り検出された背圧Ｐが目標値Ｐ₀ より一定値αだけ小さ
な値（Ｐ₀ −α）よりも低いか否かが判別される。Ｐ＜
Ｐ₀ −αのときにはステップ４０９に進んで副燃料Ｑａ
に対する補正値ΔＱａに一定値ｋａが加算される。一
方、Ｐ≧Ｐ₀ −αのときにはステップ４１０に進んで背
圧Ｐが目標値Ｐ₀ より一定値αだけ大きな値（Ｐ ₀ ＋
α）よりも高いか否かが判別される。Ｐ＞Ｐ₀ ＋αのと
きにはステップ４１１に進んで補正値ΔＱａから一定値
ｋａが減算される。

【００９２】次いでステップ４１２ではＱａにΔＱａを
加算した値が最終的な副燃料の噴射量Ｑａｏとされる。
即ち、Ｐ＜Ｐ₀ −αのときには副燃料が増量せしめら
れ、Ｐ＞Ｐ₀ ＋αのときには副燃料が減量せしめられ、
それによって背圧ＰがＰ₀ −α＜Ｐ＜Ｐ₀ ＋αとなるよ
うに制御される。

【００９３】図２０は吸入空気量を制御することによっ
て背圧を制御するようにした場合の運転制御ルーチンを
示している。図２０を参照するとまず初めにステップ５
００において機関始動および暖機運転時であるか否かが
判別される。機関始動および暖機運転時でないときには
ステップ５０２にジャンプして機関低負荷時か否かが判
別される。機関低負荷時でないときにはステップ５０３
に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステ
ップ５０４に進んで主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。
このとき副燃料Ｑａの噴射は行われない。

【００９４】一方、ステップ５００において機関始動お
よび暖機運転時であると判断されたときにはステップ５
０１に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が
経過したか否かが判別される。設定期間が経過していな
いときにはステップ５０５に進む。一方、設定期間が経
過したときにはステップ５０２に進み、ステップ５０２
において機関低負荷時であると判別されたときにもステ
ップ５０５に進む。ステップ５０５では排気制御弁２４
がほぼ全閉せしめられる。

【００９５】次いでステップ５０６では機関の運転状態
に応じて予め定められているスロットル弁１８の目標開
度θが算出される。次いでステップ５０７では圧力セン
サ８０により検出された背圧Ｐが目標値Ｐ₀ より一定値
αだけ小さな値（Ｐ₀ −α）よりも低いか否かが判別さ
れる。Ｐ＜Ｐ₀ −αのときにはステップ５０８に進んで
スロットル弁１８の目標開度θに対する補正値Δθに一
定値ｋが加算される。一方、Ｐ≧Ｐ₀ −αのときにはス
テップ５０９に進んで背圧Ｐが目標値Ｐ₀ より一定値α
だけ大きな値（Ｐ₀ ＋α）よりも高いか否かが判別され
る。Ｐ＞Ｐ₀ ＋αのときにはステップ５１０に進んで補
正値Δθから一定値ｋが減算される。

【００９６】次いでステップ５１１ではθにΔθを加算
した値が最終的なスロットル弁１８の目標開度θ₀ とさ
れる。即ち、Ｐ＜Ｐ₀ −αのときにはスロットル弁１８
の開度が増大せしめられるために吸入空気量が増量せし
められ、Ｐ＞Ｐ₀ ＋αのときにはスロットル弁１８の開
度が減少せしめられるために吸入空気量が減量せしめら
れ、それによって背圧ＰがＰ₀ −α＜Ｐ＜Ｐ₀ ＋αとな
るように制御される。次いでステップ５１２では主燃料
Ｑｍの噴射制御が行われる。即ち、機関始動および暖機
運転時であれば主燃料Ｑｍの噴射量が図９に示されるＸ
とされ、機関低負荷時であれば主燃料Ｑｍの噴射量が図
１０に示されるＸとされる。次いでステップ５１３では
副燃料Ｑａの噴射制御が行われる。

【００９７】

【発明の効果】大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾
に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】燃焼室の側面断面図である。

【図３】排気制御弁の一実施例を示す図である。

【図４】噴射量、噴射時期および空燃比を示す図であ
る。

【図５】噴射時期を示す図である。

【図６】未燃ＨＣの濃度を示す図である。

【図７】主燃料の噴射量を示す図である。

【図８】主燃料の噴射量と副燃料の噴射量との関係を示
す図である。

【図９】主燃料の噴射量と排気制御弁の開度変化を示す
図である。

【図１０】主燃料の噴射量と排気制御弁の開度変化を示
す図である。

【図１１】運転制御を行うためのフローチャートであ
る。

【図１２】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。

【図１３】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図であ
る。

【図１４】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図であ
る。

【図１５】運転制御を行うためのフローチャートであ
る。

【図１６】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図であ
る。

【図１７】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図であ
る。

【図１８】運転制御を行うためのフローチャートであ
る。

【図１９】運転制御を行うためのフローチャートであ
る。

【図２０】運転制御を行うためのフローチャートであ
る。

【符号の説明】

６…燃料噴射弁 ２２…排気管 ２４…排気制御弁

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｄ 41/06 ３３５ Ｆ０２Ｄ 41/06 ３３５Ｚ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｚ ３０１Ｊ (72)発明者 利岡 俊祐 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 田中 俊明 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） 3G065 AA01 AA09 CA12 DA06 EA01 EA02 FA01 GA05 GA06 GA08 GA09 GA10 GA46 KA36 3G084 AA01 AA04 BA05 BA13 BA15 BA19 BA20 CA01 CA02 CA07 DA10 EA07 EA11 EC02 EC03 EC07 FA07 FA10 FA18 FA20 FA27 FA33 FA38 3G091 AA17 AA18 AB05 AB10 BA03 BA15 CA18 CB02 CB03 CB07 DA01 DA02 DB07 DB10 EA01 EA03 EA05 EA07 EA16 EA17 EA18 EA32 FA01 FA04 FB14 FC07 GB02Y GB03Y GB04Y GB05Y GB06Y GB07Y GB09Y GB10Y HA36 HB05 3G093 AA01 AB01 BA20 CA01 CA03 DA01 DA02 DA04 DA05 DA06 DA07 DA09 EA00 EA05 EA09 EA11 EC02 FA11 FB01 FB02 3G301 HA02 HA04 HA13 HA15 JA26 KA01 KA05 KA08 KA28 LA00 LA03 LB04 LC03 LC04 LC07 MA01 MA11 MA19 MA20 MA23 MA26 MA27 NA06 NA08 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15 NE16 NE23 PA01Z PA17Z PB08A PB08Z PD11A PD12Z PD14A PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関排気ポートの出口に接続された排気
   通路内に排気ポートの出口から予め定められた距離を隔
   てて排気制御弁を配置し、大気中への未燃ＨＣの排出量
   を低減すべきであると判断されたときには排気制御弁を
   ほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼
   室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させる
   ことに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は
   排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射
   し、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の
   機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場
   合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状
   態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて
   主燃料の噴射量を増量させるようにした内燃機関の排気
   浄化装置。
2. 【請求項２】 機関の暖機運転が行われているときには
   大気中への未燃ＨＣの排出量を低減すべきであると判断
   される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 機関低負荷運転が行われているときには
   大気中への未燃ＨＣの排出量を低減すべきであると判断
   される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 大気中への未燃ＨＣの排出量を低減すべ
   きであると判断されたときには主燃料の噴射量が増大す
   るにつれて副燃料の噴射量が減少せしめられる請求項１
   に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 主燃料に加え副燃料も空気過剰のもとで
   燃焼せしめられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化
   装置。
6. 【請求項６】 主燃料によって燃焼室内の限定された領
   域内に形成された混合気が点火栓により着火せしめら
   れ、その後副燃料が追加噴射される請求項１に記載の内
   燃機関の排気浄化装置。
7. 【請求項７】 機関排気通路内に触媒を配置した請求項
   １に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 【請求項８】 該触媒が酸化触媒、三元触媒、ＮＯ_x 吸
   収剤又はＨＣ吸着触媒からなる請求項７に記載の内燃機
   関の排気浄化装置。
9. 【請求項９】 該触媒が活性化温度よりも高いか否かを
   判断する判断手段を具備し、該触媒が活性化温度よりも
   低くかつ機関の暖機運転が行われているときに大気中へ
   の未燃ＨＣの排出量を低減すべきであると判断される請
   求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 【請求項１０】 該触媒が活性化温度よりも高いか否か
    を判断する判断手段を具備し、該触媒が活性化温度より
    も低くかつ機関低負荷運転が行われているときに大気中
    への未燃ＨＣの排出量を低減すべきであると判断される
    請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 【請求項１１】 該触媒が上記排気制御弁上流の機関排
    気通路内に配置されている請求項７に記載の内燃機関の
    排気浄化装置。
12. 【請求項１２】 大気中への未燃ＨＣの排出量を低減す
    べきときには、排気制御弁上流の機関排気通路内におけ
    る排気ガスの圧力又は温度が目標値となるように燃焼室
    内における燃焼を制御するようにした請求項１に記載の
    内燃機関の排気浄化装置。
13. 【請求項１３】 主燃料の噴射量、又は副燃料の噴射
    量、又は吸入空気量の少くとも一つを制御することによ
    り燃焼室内における燃焼を制御するようにした請求項１
    ２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
14. 【請求項１４】 排気制御弁上流の機関排気通路内にお
    ける排気ガスの圧力又は温度が目標値よりも低いときに
    は主燃料の噴射量、又は副燃料の噴射量、又は吸入空気
    量の少くとも一つを増大させるようにした請求項１３に
    記載の内燃機関の排気浄化装置。
15. 【請求項１５】 上記排気制御弁は機関始動時に全開状
    態からほぼ全閉状態に切換えられる請求項１に記載の内
    燃機関の排気浄化装置。
16. 【請求項１６】 負圧を蓄積する負圧タンクと、排気制
    御弁を駆動するための負圧作動型アクチチュエータとを
    具備し、該アクチュエータは負圧タンク内に蓄積された
    負圧によって作動せしめられる請求項１５に記載の内燃
    機関の排気浄化装置。