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

内燃機関の排気浄化装置

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JP2001027145A JP11263968A JP26396899A JP2001027145A JP 2001027145 A JP2001027145 A JP 2001027145A JP 11263968 A JP11263968 A JP 11263968A JP 26396899 A JP26396899 A JP 26396899A JP 2001027145 A JP2001027145 A JP 2001027145A
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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
NOx 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、NOx 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、NOx 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、NOx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
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
1 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
2 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、NOx 吸収剤又はHC吸着触媒
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。
【0071】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Al23 、シリカアルミナSiO2 ・A
23 、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NOx 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
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
0 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<
0 −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、NOx
    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。
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