JP2001140703A

JP2001140703A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2001140703A
Application number: JP32687499A
Authority: JP
Inventors: Masahito Goto; 雅人後藤; Kazuhiro Ito; 和浩伊藤; Toshiaki Tanaka; 俊明田中; Koichiro Nakatani; 好一郎中谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】第１の燃焼（低温燃焼）時に多流量の再循環
排気ガスを流しつつ、第２の燃焼（通常燃焼）時に少流
量の再循環排気ガスを正確に微調整する。【解決手段】燃焼室５内に供給されるＥＧＲガス量を
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５内に供給されるＥＧＲガス量を更に増大し
ていくと煤がほとんど発生しなくなる内燃機関におい
て、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
生しない低温燃焼と、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ガス量が少
ない通常燃焼とを選択的に切換可能とし、低温燃焼時の
ＥＧＲガス量を制御する第１ＥＧＲ制御弁31と通常燃焼
時のＥＧＲガス量を制御する第２ＥＧＲ制御弁1031とを
別個に設け、第２ＥＧＲ制御弁1031の全開時流量を第１
ＥＧＲ制御弁31の全開時流量よりも小さく設定する。

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】従来、燃焼室内に供給される再循環排気
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再循環排気ガスの
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内燃機関であって、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
切換手段を具備する内燃機関が知られている。この種の
内燃機関の例としては、例えば特開平１１−１０７８６
１号公報に記載されたものがある。特開平１１−１０７
８６１号公報に記載された内燃機関によれば、再循環排
気ガスの量が多い第１の燃焼と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ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平１１
−１０７８６１号公報に記載された内燃機関では、再循
環排気ガスの量が多い第１の燃焼時の再循環排気ガスの
量の制御と再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼時の
再循環排気ガスの量の制御とが、一つの再循環排気ガス
制御弁により行われている。一方、第１の燃焼時には多
流量の再循環排気ガスを制御することが必要とされ、第
２の燃焼時には少流量の再循環排気ガスを微調整しなが
ら制御することが必要とされる。そのため、第１の燃焼
時の再循環排気ガスの量の制御を優先して再循環排気ガ
ス制御弁を採用した場合には第２の燃焼時における少流
量の再循環排気ガスの微調整を行うことができず、第２
の燃焼時の再循環排気ガスの量の制御を優先して全開時
流量の小さい再循環排気ガス制御弁を採用した場合には
第１の燃焼時に必要とされる多流量の再循環排気ガスを
流すことができない。つまり、第１の燃焼時に多流量の
再循環排気ガスを流しつつ、第２の燃焼時に少流量の再
循環排気ガスを正確に微調整することができない。

【０００４】また、特開平１１−１０７８６１号公報に
記載された内燃機関では、第１の燃焼時に燃焼室に供給
される再循環排気ガスと第２の燃焼時に燃焼室に供給さ
れる再循環排気ガスとが、一つの排気ガス再循環通路を
通される。一方、第１の燃焼時の再循環排気ガスにはＨ
Ｃが多く含まれ、第２の燃焼時の再循環排気ガスにはＨ
Ｃがあまり含まれていない。そのため、第１の燃焼時の
再循環排気ガスに含まれるＨＣを浄化しようとして排気
ガス再循環通路にＨＣ浄化用触媒を配置した場合、第２
の燃焼時に、ＨＣをあまり含んでいない再循環排気ガス
によりＨＣ浄化用触媒の温度が下げられてしまう。つま
り、第１の燃焼時に再循環排気ガスに含まれるＨＣを浄
化しつつ、第２の燃焼時にＨＣ浄化用触媒の温度低下を
阻止することができない。

【０００５】前記問題点に鑑み、本発明は、第１の燃焼
時に多流量の再循環排気ガスを流しつつ、第２の燃焼時
に少流量の再循環排気ガスを正確に微調整することがで
きる内燃機関を提供することを目的とする。

【０００６】更に本発明は、第１の燃焼時に再循環排気
ガスに含まれるＨＣを浄化しつつ、第２の燃焼時にＨＣ
浄化用触媒の温度低下を阻止することができる内燃機関
を提供することを目的とする。

【０００７】

【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再循環排気ガスの量を増
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、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更
に増大していくと前記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内燃機関であって、煤の発
生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼
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前記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する内燃機関において、第１の燃
焼が行われるときの再循環排気ガスの量を制御するため
の第１の再循環排気ガス制御弁と、第２の燃焼が行われ
るときの再循環排気ガスの量を制御するための第２の再
循環排気ガス制御弁とを別個に設け、前記第２の再循環
排気ガス制御弁の全開時の流量を前記第１の再循環排気
ガス制御弁の全開時の流量よりも小さくした内燃機関が
提供される。

【０００８】請求項１に記載の内燃機関では、第１の燃
焼が行われるときの再循環排気ガスの量を制御するため
の第１の再循環排気ガス制御弁と、第２の燃焼が行われ
るときの再循環排気ガスの量を制御するための第２の再
循環排気ガス制御弁とが別個に設けられ、第２の再循環
排気ガス制御弁の全開時の流量が第１の再循環排気ガス
制御弁の全開時の流量よりも小さくされる。そのため、
第１の燃焼時の再循環排気ガスの量の制御を優先して一
個の再循環排気ガス制御弁を採用したときのように第２
の燃焼時における少流量の再循環排気ガスの微調整を行
うことができなる不都合を回避しつつ、第２の燃焼時の
再循環排気ガスの量の制御を優先して全開時流量の小さ
い一個の再循環排気ガス制御弁を採用したときのように
第１の燃焼時に必要とされる多流量の再循環排気ガスを
流すことができなくなる不都合を回避することができ
る。つまり、第１の燃焼時に多流量の再循環排気ガスを
流しつつ、第２の燃焼時に少流量の再循環排気ガスを正
確に微調整することができる。

【０００９】請求項２に記載の発明によれば、前記第１
の再循環排気ガス制御弁と前記第２の再循環排気ガス制
御弁とを並列に配置した請求項１に記載の内燃機関が提
供される。

【００１０】請求項２に記載の内燃機関では、第１の再
循環排気ガス制御弁と第２の再循環排気ガス制御弁とが
並列に配置される。そのため、第１の再循環排気ガス制
御弁と第２の再循環排気ガス制御弁とが直列に配置され
たときのように全開時の流量が小さい第２の再循環排気
ガス制御弁によって流量が絞られてしまい、第１の燃焼
時に多流量の再循環排気ガスを流せなくなってしまう不
都合を回避することができる。

【００１１】請求項３に記載の発明によれば、燃焼室内
に供給される再循環排気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、前記燃焼室内に
供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前
記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
なくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる
再循環排気ガスの量よりも前記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
よりも前記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
備する内燃機関において、第１の燃焼が行われるときの
再循環排気ガスの量を制御するための第１の再循環排気
ガス制御弁を備えた第１の排気ガス再循環通路と、第２
の燃焼が行われるときの再循環排気ガスの量を制御する
ための第２の再循環排気ガス制御弁を備えた第２の排気
ガス再循環通路とを別個に設けた内燃機関が提供され
る。

【００１２】請求項３に記載の内燃機関では、第１の燃
焼が行われるときの再循環排気ガスの量を制御するため
の第１の再循環排気ガス制御弁を備えた第１の排気ガス
再循環通路と、第２の燃焼が行われるときの再循環排気
ガスの量を制御するための第２の再循環排気ガス制御弁
を備えた第２の排気ガス再循環通路とが別個に設けられ
る。そのため、第１の燃焼が行われるときの再循環排気
ガスと第２の燃焼が行われるときの再循環排気ガスとが
共通の排気ガス再循環通路を流れる場合と異なり、第１
の燃焼時の再循環排気ガスに含まれるＨＣを浄化しよう
として排気ガス再循環通路にＨＣ浄化用触媒を配置した
ときであっても、第２の燃焼時に、ＨＣをあまり含んで
いない再循環排気ガスによりＨＣ浄化用触媒の温度が下
げられてしまうことがない。つまり、第１の燃焼時に再
循環排気ガスに含まれるＨＣを浄化しつつ、第２の燃焼
時にＨＣ浄化用触媒の温度低下を阻止することができ
る。

【００１３】請求項４に記載の発明によれば、前記第２
の再循環排気ガス制御弁の全開時の流量を前記第１の再
循環排気ガス制御弁の全開時の流量よりも小さくした請
求項３に記載の内燃機関が提供される。

【００１４】請求項４に記載の内燃機関では、第２の再
循環排気ガス制御弁の全開時の流量が第１の再循環排気
ガス制御弁の全開時の流量よりも小さくされる。そのた
め、第２の再循環排気ガス制御弁の全開時の流量を第１
の再循環排気ガス制御弁の全開時の流量よりも大きくし
た場合や、それらを等しくした場合とことなり、第１の
燃焼時に多流量の再循環排気ガスを流しつつ、第２の燃
焼時に少流量の再循環排気ガスを正確に微調整すること
ができる。

【００１５】請求項５に記載の発明によれば、前記第１
の排気ガス再循環通路に再循環排気ガス浄化装置を設け
た請求項３に記載の内燃機関が提供される。

【００１６】請求項５に記載の内燃機関では、第１の排
気ガス再循環通路に再循環排気ガス浄化装置が設けられ
る。つまり、ＨＣが多く含まれる第１の燃焼時の再循環
排気ガスが流れる第１の排気ガス再循環通路に再循環排
気ガス浄化装置が設けられる。そのため、第１の燃焼時
の再循環排気ガス中に含まれるＨＣにより第１の排気ガ
ス再循環通路が詰まってしまうのを阻止することができ
る。

【００１７】請求項６に記載の発明によれば、第１の燃
焼が行われるときに前記第２の排気ガス再循環通路に再
循環排気ガスを流すのを中止すると共に前記第１の排気
ガス再循環通路に再循環排気ガスを流し、第２の燃焼が
行われるときに前記第１の排気ガス再循環通路に再循環
排気ガスを流すのを中止すると共に前記第２の排気ガス
再循環通路に再循環排気ガスを流すようにした請求項５
に記載の内燃機関が提供される。

【００１８】請求項６に記載の内燃機関では、第１の燃
焼が行われるときに第２の排気ガス再循環通路に再循環
排気ガスを流すのが中止される。そのため、第１の燃焼
時の再循環排気ガス中に多く含まれるＨＣにより第２の
排気ガス再循環通路が詰まってしまうのを阻止すること
ができる。また、第１の燃焼が行われるときに第１の排
気ガス再循環通路に再循環排気ガスが流される。そのた
め、ＨＣを多く含む第１の燃焼時の再循環排気ガスを再
循環排気ガス浄化装置により浄化することができる。更
に、第２の燃焼が行われるときに第１の排気ガス再循環
通路に再循環排気ガスを流すのが中止される。そのた
め、第２の燃焼時に、少流量の再循環排気ガスを微調整
できない第１の再循環排気ガス制御弁を少流量の再循環
排気ガスが通過してしまうのを阻止することができる。
また、第２の燃焼が行われるときに第２の排気ガス再循
環通路に再循環排気ガスが流され、第２の燃焼時の少流
量の再循環排気ガスが第２の再循環排気ガス制御弁によ
り制御されるため、再循環排気ガスの量を微調整するこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。

【００２０】図１は本発明を４ストローク圧縮着火式内
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およびイン
タークーラ１４を介して過給機、例えば排気ターボチャ
ージャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。
吸気ダクト１３内にはステップモータ１９により駆動さ
れるスロットル弁２０が配置される。また、スロットル
弁２０上流の吸気ダクト１３内には吸入空気の質量流量
を検出するための質量流量検出器２１が配置される。コ
ンプレッサ１６の入口部は空気吸込管１７を介してエア
クリーナ１８に連結される。

【００２１】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
２及び排気管２４を介して排気ターボチャージャ１５の
排気タービン２３の入口部に連結され、排気タービン２
３の出口部は排気管２４を介して酸化機能を有する触媒
２５を内蔵した触媒コンバータ２６に連結される。排気
マニホルド２２内には空燃比センサ２７が配置される。

【００２２】排気管２４とサージタンク１２とは排気ガ
ス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２９を介して互い
に連結され、ＥＧＲ通路２９内には第１のステップモー
タ３０により駆動される第１のＥＧＲ制御弁３１と第２
のステップモータ１０３０により駆動される第２のＥＧ
Ｒ制御弁１０３１とが並列に配置される。また、ＥＧＲ
通路２９内にはＥＧＲ通路２９内を流れるＥＧＲガスを
冷却するためのインタークーラ３２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インタークーラ３
２内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却
される。第２のＥＧＲ制御弁１０３１の全開時の流量は
第１のＥＧＲ制御弁３１の全開時の流量よりも小さく設
定されており、第１のＥＧＲ制御弁３１は大流量のＥＧ
Ｒガスを制御するのに適しており、第２のＥＧＲ制御弁
１０３１は少流量のＥＧＲガスを微調整しながら制御す
るのに適している。

【００２３】一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３３を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３４に連結さ
れる。このコモンレール３４内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ３５から燃料が供給され、コモンレー
ル３４内に供給された燃料は各燃料供給管３３を介して
燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３４にはコモ
ンレール３４内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
３６が取付けられ、燃料圧センサ３６の出力信号に基づ
いてコモンレール３４内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ３５の吐出量が制御される。

【００２４】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。質量流量検出器２１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、空燃比セ
ンサ２７および燃料圧センサ３６の出力信号も夫々対応
するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力され
る。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、スロットル弁制御用ステ
ップモータ１９、ＥＧＲ制御弁制御用ステップモータ３
０及び１０３１、並びに燃料ポンプ３５に接続される。

【００２５】図２は機関低負荷運転時にスロットル弁２
０の開度およびＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス
量＋吸入空気量））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ＥＧＲ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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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の圧縮比等の種
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。

【００３２】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。本発明において採用されている新たな燃
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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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
が強力となり、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。

【００３７】図５は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
い、ＥＧＲ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ＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９
０℃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ＥＧＲ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。

【００３８】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。

【００３９】一方、図５の曲線Ｂで示されるようにＥＧ
Ｒ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。

【００４０】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。

【００４１】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
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
ＮＯｘ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】ところで過給が行われていない場合には燃
焼室５内に吸入される全吸入ガス量Ｘの上限はＹであ
り、従って図６において要求負荷がＬo よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてＥＧＲガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がＬo よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてＥＧＲ率が低下し、斯くして要求負荷がＬo より
も大きい領域では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しえなくなる。

【００４６】ところがＥＧＲ通路を介して過給機の入口
側即ち排気ターボチャージャの空気吸込管内にＥＧＲガ
スを再循環させると要求負荷がＬo よりも大きい領域に
おいてＥＧＲ率を５５パーセント以上、例えば７０パー
セントに維持することができ、斯くして燃料およびその
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
維持することができる。即ち、空気吸込管内におけるＥ
ＧＲ率が例えば７０パーセントになるようにＥＧＲガス
を再循環させれば排気ターボチャージャのコンプレッサ
により昇圧された吸入ガスのＥＧＲ率も７０パーセント
となり、斯くしてコンプレッサにより昇圧しうる限度ま
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ことができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。要求負荷がＬo よりも大き
い領域でＥＧＲ率を５５パーセント以上にする際にはＥ
ＧＲ制御弁３１が全開せしめられ、スロットル弁２０が
若干閉弁せしめられる。

【００４７】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空気量を図６に示
される空気量よりも少くしても、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１０p.p.m 前後又はそれ以下にす
ることができる。

【００４８】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。

【００４９】このように、低温燃焼が行われているとき
に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。

【００５０】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比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃
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、機関高負荷運転時には第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言い、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
が少い燃焼のことを言う。

【００５１】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、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の運転領域II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５０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。

【００５２】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。

【００５３】このように第１の境界Ｘ（Ｎ）と第１の境
界Ｘ（Ｎ）よりも低負荷側の第２の境界Ｙ（Ｎ）との二
つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第１の理
由は、第２の運転領域IIの高負荷側では比較的燃焼温度
が高く、このとき要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）より
低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからで
ある。即ち、要求負荷Ｌがかなり低くなったとき、即ち
第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったときでなければた
だちに低温燃焼が開始されないからである。第２の理由
は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域II間の運転領域の
変化に対してヒステリシスを設けるためである。

【００５４】ところで機関の運転領域が第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２５により良好に酸化せしめられる。

【００５５】触媒２５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。

【００５６】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２５として用いるこ
とができる。

【００５８】図８は空燃比センサ２７の出力を示してい
る。図８に示されるように空燃比センサ２７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２７の出力電流Ｉから空燃比を知ることができる。

【００５９】次に図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。図９は要求負荷Ｌに対するスロットル弁２
０の開度、第１のＥＧＲ制御弁３１又は第２のＥＧＲ制
御弁１０３１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２０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
度程度まで徐々に増大せしめられ、第１のＥＧＲ制御弁
３１又は第２のＥＧＲ制御弁１０３１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。

【００６０】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２０の
開度および第１のＥＧＲ制御弁３１及び第２のＥＧＲ制
御弁１０３１の開度が制御される。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。

【００６１】なお、アイドル運転時にはスロットル弁２
０は全閉近くまで閉弁され、このとき第１のＥＧＲ制御
弁３１及び第２のＥＧＲ制御弁１０３１も全閉近くまで
閉弁せしめられる。スロットル弁２０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、アイドル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２０が全閉近くま
で閉弁せしめられる。

【００６２】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２０の開
度が２／３開度程度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９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。即ち、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。

【００６３】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。この第２の運転領域IIではスロット
ル弁２０は一部を除いて全開状態に保持され、第１のＥ
ＧＲ制御弁３１は全閉され、第１のＥＧＲ制御弁３１の
開度は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さくされる。ま
た、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が高くなるほど小
さくなる。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。

【００６４】図１０（Ａ）は第１の運転領域Ｉにおける
目標空燃比Ａ／Ｆを示している。図１０（Ａ）におい
て、Ａ／Ｆ＝１５．５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７，
Ａ／Ｆ＝１８で示される各曲線は夫々目標空燃比が１
５．５，１６，１７，１８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
（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が低くなるほど目標空燃比Ａ／Ｆがリーンとされ
る。

【００６５】即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少くなる。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（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつ
れて目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。目標空燃比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目標空燃比Ａ／Ｆが
大きくされる。

【００６６】なお、図１０（Ａ）に示される目標空燃比
Ａ／Ｆは図１０（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ＲＯＭ４
２内に記憶されている。また、空燃比を図１０（Ａ）に
示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁２
０の目標開度ＳＴが図１１（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ＲＯＭ４２内に記憶されており、空燃比を図１０
（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要な第１の
ＥＧＲ制御弁３１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ＲＯＭ４２内に記憶されている。第１
の運転領域Ｉにおいて、第２のＥＧＲ制御弁１０３１は
全閉されている。

【００６７】図１２（Ａ）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Ａ
／Ｆを示している。なお、図１２（Ａ）においてＡ／Ｆ
＝２４，Ａ／Ｆ＝３５，Ａ／Ｆ＝４５，Ａ／Ｆ＝６０で
示される各曲線は夫々目標空燃比２４，３５，４５，６
０を示している。図１２（Ａ）に示される目標空燃比Ａ
／Ｆは図１２（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ＲＯＭ４２
内に記憶されている。また、空燃比を図１２（Ａ）に示
す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁２０
の目標開度ＳＴが図１３（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
ＲＯＭ４２内に記憶されており、空燃比を図１２（Ａ）
に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要な第２のＥＧＲ
制御弁１０３１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ＲＯＭ４２内に記憶されている。第２
の運転領域IIにおいて、第１のＥＧＲ制御弁３１は全閉
されている。

【００６８】また、第２の燃焼が行われているときには
燃料噴射量Ｑは要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに基づい
て算出される。この燃料噴射量Ｑは図１４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ＲＯＭ４２内に記憶されている。

【００６９】次に図１５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１５を参照すると、まず初め
にステップ１００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１０１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１０５に進んで低温燃焼が行
われる。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１１３に進んで第２の
燃焼が行われる。

【００７０】一方、スロットル１００においてフラグＩ
がセットされていないとき、即ち機関の運転状態が第２
の運転領域IIであるときにはステップ１０３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１１３
に進み、リーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われる。
ステップ１０３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１０４に進んでフラグＩがセット
され、次いでステップ１０５に進んで低温燃焼が行われ
る。

【００７１】ステップ１０５では図１１（Ａ）に示すマ
ップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出され、
スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとされる。
次いでステップ１０６では図１１（Ｂ）に示すマップか
ら第１のＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され
る。第２のＥＧＲ制御弁１０３１の開度ＳＥ’は零とさ
れる。次いでステップ１０７では質量流量検出器２１に
より検出された吸入空気の質量流量（以下、単に吸入空
気量と称す）Ｇａが取込まれ、次いでステップ１０８で
は図１０（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算
出される。次いでステップ１０９では吸入空気量Ｇａと
目標空燃比Ａ／Ｆに基づいて空燃比を目標空燃比Ａ／Ｆ
とするのに必要な燃料噴射量Ｑが算出される。

【００７２】このように低温燃焼が行われているときに
は要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化するとスロットル
弁２０の開度および第１のＥＧＲ制御弁３１の開度がた
だちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標開度
ＳＴ，ＳＥに一致せしめられる。従って例えば要求負荷
Ｌが増大せしめられるとただちに燃焼室５内の空気量が
増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに
増大せしめられる。

【００７３】一方、スロットル弁２０の開度又は第１の
ＥＧＲ制御弁３１の開度が変化して吸入空気量が変化す
ると、この吸入空気量Ｇａの変化が質量流量検出器２１
により検出され、この検出された吸入空気量Ｇａに基づ
いて燃料噴射量Ｑが制御される。即ち、吸入空気量Ｇａ
が実際に変化した後に燃料噴射量Ｑが変化せしめられる
ことになる。

【００７４】第２の燃焼が行われるステップ１１０では
図１４に示されるマップから目標燃料噴射量Ｑが算出さ
れ、燃料噴射量がこの目標燃料噴射量Ｑとされる。次い
でステップ１１１では図１３（Ａ）に示すマップからス
ロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出される。次いでス
テップ１１２では図１３（Ｂ）に示すマップから第２の
ＥＧＲ制御弁１０３１の目標開度ＳＥ’が算出される。
第１のＥＧＲ制御弁３１の開度ＳＥは零とされる。次い
でステップ１１３では質量流量検出器２１により検出さ
れた吸入空気量Ｇａが取込まれる。次いでステップ１１
４では燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａから実際の空燃比
（Ａ／Ｆ）_Rが算出される。次いでステップ１１５では
図１２（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出
される。次いでステップ１１６では実際の空燃比（Ａ／
Ｆ）_Rが目標空燃比Ａ／Ｆよりも大きいか否かが判別さ
れる。（Ａ／Ｆ）_R＞Ａ／Ｆのときにはステップ１１７
に進んでスロットル開度の補正値ΔＳＴが一定値αだけ
減少せしめられ、次いでステップ１１９へ進む。これに
対して（Ａ／Ｆ）_R≦Ａ／Ｆのときにはステップ１１８
に進んで補正値ΔＳＴが一定値αだけ増大せしめられ、
次いでステップ１１９に進む。ステップ１１９ではスロ
ットル弁２０の目標開度ＳＴに補正値ΔＳＴを加算する
ことにより最終的な目標開度ＳＴが算出され、スロット
ル弁２０の開度がこの最終的な目標開度ＳＴとされる。
即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_Rが目標空燃比Ａ／Ｆと
なるようにスロットル弁２０の開度が制御される。

【００７５】このように第２の燃焼が行われているとき
には要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料噴射
量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目
標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。例えば要求負荷Ｌ
が増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめ
られ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめ
られる。

【００７６】一方、燃料噴射量Ｑが増大せしめられて空
燃比が目標空燃比Ａ／Ｆからずれると空燃比が目標空燃
比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御さ
れる。即ち、燃料噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化
せしめられることになる。

【００７７】これまで述べた実施形態では低温燃焼が行
われているときに燃料噴射量Ｑはオープンループ制御さ
れ、第２の燃焼が行われているときに空燃比がスロット
ル弁２０の開度を変化させることによって制御される。
しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量
Ｑを空燃比センサ２７の出力信号に基づいてフィードバ
ック制御することもできるし、また第２の燃焼が行われ
ているときに空燃比を第２のＥＧＲ制御弁１０３１の開
度を変化させることによって制御することもできる。

【００７８】図１６は本実施形態の第１のＥＧＲ制御弁
３１及び第２のＥＧＲ制御弁１０３１の制御デューティ
とＥＧＲガス流量との関係を示したグラフである。図１
６に示すように、第１のＥＧＲ制御弁３１は、制御デュ
ーティを大きくすることにより多流量のＥＧＲガスを流
すことができるように設定されている。一方、第２のＥ
ＧＲ制御弁１０３１は、制御デューティを変更すること
によりＥＧＲガス流量を微調整することができるように
設定されている。

【００７９】本実施形態によれば、第１の燃焼が行われ
るときのＥＧＲガス量を制御するための第１のＥＧＲ制
御弁３１と、第２の燃焼が行われるときのＥＧＲガス量
を制御するための第２のＥＧＲ制御弁１０３１とが別個
に設けられ、第２のＥＧＲ制御弁１０３１の全開時の流
量が第１のＥＧＲ制御弁３１の全開時の流量よりも小さ
くされる。そのため、第１の燃焼時のＥＧＲガス量の制
御を優先して一個のＥＧＲ制御弁を採用したときのよう
に第２の燃焼時における少流量のＥＧＲガスの微調整を
行うことができなる不都合を回避しつつ、第２の燃焼時
のＥＧＲガス量の制御を優先して全開時流量の小さい一
個のＥＧＲ制御弁を採用したときのように第１の燃焼時
に必要とされる多流量の再循環排気ガスを流すことがで
きなくなる不都合を回避することができる。つまり、第
１の燃焼時に第１のＥＧＲ制御弁３１により多流量のＥ
ＧＲガスを流しつつ、第２の燃焼時に第２のＥＧＲ制御
弁１０３１により少流量のＥＧＲガスを正確に微調整す
ることができる。

【００８０】更に本実施形態によれば、第１のＥＧＲ制
御弁３１と第２のＥＧＲ制御弁１０３１とがＥＧＲ通路
２９内に並列に配置される。そのため、第１のＥＧＲ制
御弁と第２のＥＧＲ制御弁とが直列に配置されたときの
ように全開時の流量が小さい第２のＥＧＲ制御弁によっ
て流量が絞られてしまい、第１の燃焼時に多流量のＥＧ
Ｒガスを流せなくなってしまう不都合を回避することが
できる。

【００８１】以下、本発明の内燃機関の第二の実施形態
について説明する。図１７は第二の実施形態の圧縮着火
式内燃機関の全体図である。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が、第１
のＥＧＲ制御弁及び第２のＥＧＲ制御弁のためにそれぞ
れ別個のＥＧＲ通路が設けられ、それに伴ってスロット
ル弁、質量流量検出器等の配置が変更されている点が第
一の実施形態の構成と異なる。詳細には、２０２９は第
２のＥＧＲ通路、２０３０は第２のステップモータ、２
０３１は第２のＥＧＲ制御弁、２０３２はインタークー
ラである。本実施形態によれば、ＥＧＲガスの大量供給
が必要とされる第１の燃焼時に排気ターボチャージャ１
５の力を利用してＥＧＲガスが供給されるため、第一の
実施形態の場合よりも第１の燃焼（低温燃焼）を実行可
能な第一の領域Ｉ（図７参照）を拡大することができ
る。

【００８２】以下、本発明の内燃機関の第三の実施形態
について説明する。図１８は第三の実施形態の圧縮着火
式内燃機関の全体図である。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が、第１
のＥＧＲ制御弁及び第２のＥＧＲ制御弁のためにそれぞ
れＥＧＲガス浄化触媒を備えた第１のＥＧＲ通路と第２
のＥＧＲ通路とが別個に設けられている点が第一の実施
形態の構成と異なる。詳細には、７０はＨＣ、ＳＯＦ等
を浄化するためのＥＧＲガス浄化触媒、３０２９は第２
のＥＧＲ通路、３０３０は第２のステップモータ、３０
３１は第２のＥＧＲ制御弁、３０３２はインタークーラ
である。

【００８３】本実施形態によれば、第１の燃焼（低温燃
焼）が行われるときのＥＧＲガス量を制御するための第
１のＥＧＲ制御弁３１を備えた第１のＥＧＲ通路２９
と、第２の燃焼（通常燃焼）が行われるときのＥＧＲガ
ス量を制御するための第２のＥＧＲ制御弁３０３１を備
えた第２のＥＧＲ通路３０２９とが別個に設けられる。
そのため、第１の燃焼が行われるときのＥＧＲガスと第
２の燃焼が行われるときのＥＧＲガスとが共通のＥＧＲ
通路を流れる場合と異なり、第１の燃焼時のＥＧＲガス
に含まれるＨＣ、ＳＯＦを浄化しようとして第１のＥＧ
Ｒ通路２９にＨＣ、ＳＯＦ等を浄化するためのＥＧＲガ
ス浄化触媒７０を配置したときであっても、第２の燃焼
時に、ＨＣ、ＳＯＦをあまり含んでいないＥＧＲガスに
よりＥＧＲガス浄化触媒７０の温度が下げられてしまう
ことがない。つまり、第１の燃焼時にＥＧＲガスに含ま
れるＨＣ、ＳＯＦ等を浄化しつつ、第２の燃焼時にＥＧ
Ｒガス浄化触媒７０の温度低下を阻止することができ
る。

【００８４】更に本実施形態によれば、第２のＥＧＲ制
御弁３０３１の全開時の流量が第１のＥＧＲ制御弁３１
の全開時の流量よりも小さくされる。そのため、第２の
ＥＧＲ制御弁の全開時の流量を第１のＥＧＲ制御弁の全
開時の流量よりも大きくした場合や、それらを等しくし
た場合とことなり、第１の燃焼時に多流量のＥＧＲガス
を流しつつ、第２の燃焼時に少流量のＥＧＲガスを正確
に微調整することができる。

【００８５】また本実施形態によれば、第１のＥＧＲ通
路２９にＨＣ、ＳＯＦ等を浄化するためのＥＧＲガス浄
化触媒７０が設けられる。つまり、ＨＣ、ＳＯＦが多く
含まれる第１の燃焼時のＥＧＲガスが流れる第１のＥＧ
Ｒ通路２９にＥＧＲガス浄化触媒７０が設けられる。そ
のため、第１の燃焼時のＥＧＲガス中に含まれるＨＣ、
ＳＯＦ等により第１のＥＧＲ通路２９が詰まってしまう
のを阻止することができる。

【００８６】また本実施形態によれば、第１の燃焼が行
われるときに第２のＥＧＲ制御弁３０３１が全閉され、
第２のＥＧＲ通路３０２９にＥＧＲガスを流すのが中止
される。そのため、第１の燃焼時のＥＧＲガス中に多く
含まれるＨＣ、ＳＯＦ等により第２のＥＧＲ通路３０２
９が詰まってしまうのを阻止することができる。また、
第１の燃焼が行われるときに第１のＥＧＲ通路２９にＥ
ＧＲガスが流される。そのため、ＨＣ、ＳＯＦ等を多く
含む第１の燃焼時のＥＧＲガスをＥＧＲガス浄化触媒７
０により浄化することができる。更に、第２の燃焼が行
われるときに第１のＥＧＲ通路２９にＥＧＲガスを流す
のが中止される。そのため、第２の燃焼時に、少流量の
ＥＧＲガスを微調整できない第１のＥＧＲ制御弁３１を
少流量のＥＧＲガスが通過してしまうのを阻止すること
ができる。また、第２の燃焼が行われるときに第２のＥ
ＧＲ通路３０２９にＥＧＲガスが流され、第２の燃焼時
の少流量のＥＧＲガスが第２のＥＧＲ制御弁３０３１に
より制御されるため、ＥＧＲガス量を微調整することが
できる。

【００８７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、第１の
燃焼時の再循環排気ガスの量の制御を優先して一個の再
循環排気ガス制御弁を採用したときのように第２の燃焼
時における少流量の再循環排気ガスの微調整を行うこと
ができなる不都合を回避しつつ、第２の燃焼時の再循環
排気ガスの量の制御を優先して全開時流量の小さい一個
の再循環排気ガス制御弁を採用したときのように第１の
燃焼時に必要とされる多流量の再循環排気ガスを流すこ
とができなくなる不都合を回避することができる。つま
り、第１の燃焼時に多流量の再循環排気ガスを流しつ
つ、第２の燃焼時に少流量の再循環排気ガスを正確に微
調整することができる。

【００８８】請求項２に記載の発明によれば、第１の再
循環排気ガス制御弁と第２の再循環排気ガス制御弁とが
直列に配置されたときのように全開時の流量が小さい第
２の再循環排気ガス制御弁によって流量が絞られてしま
い、第１の燃焼時に多流量の再循環排気ガスを流せなく
なってしまう不都合を回避することができる。

【００８９】請求項３に記載の発明によれば、第１の燃
焼が行われるときの再循環排気ガスと第２の燃焼が行わ
れるときの再循環排気ガスとが共通の排気ガス再循環通
路を流れる場合と異なり、第１の燃焼時の再循環排気ガ
スに含まれるＨＣを浄化しようとして排気ガス再循環通
路にＨＣ浄化用触媒を配置したときであっても、第２の
燃焼時に、ＨＣをあまり含んでいない再循環排気ガスに
よりＨＣ浄化用触媒の温度が下げられてしまうことがな
い。つまり、第１の燃焼時に再循環排気ガスに含まれる
ＨＣを浄化しつつ、第２の燃焼時にＨＣ浄化用触媒の温
度低下を阻止することができる。

【００９０】請求項４に記載の発明によれば、第２の再
循環排気ガス制御弁の全開時の流量を第１の再循環排気
ガス制御弁の全開時の流量よりも大きくした場合や、そ
れらを等しくした場合とことなり、第１の燃焼時に多流
量の再循環排気ガスを流しつつ、第２の燃焼時に少流量
の再循環排気ガスを正確に微調整することができる。

【００９１】請求項５に記載の発明によれば、第１の燃
焼時の再循環排気ガス中に含まれるＨＣにより第１の排
気ガス再循環通路が詰まってしまうのを阻止することが
できる。

【００９２】請求項６に記載の発明によれば、第１の燃
焼時の再循環排気ガス中に多く含まれるＨＣにより第２
の排気ガス再循環通路が詰まってしまうのを阻止するこ
とができる。また、ＨＣを多く含む第１の燃焼時の再循
環排気ガスを再循環排気ガス浄化装置により浄化するこ
とができる。更に、第２の燃焼時に、少流量の再循環排
気ガスを微調整できない第１の再循環排気ガス制御弁を
少流量の再循環排気ガスが通過してしまうのを阻止する
ことができる。また、再循環排気ガスの量を微調整する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施形態の圧縮着火式内燃機関の全体図
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】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および第２の運転領域IIを示
す図である。

【図８】空燃比センサ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の運転領域Ｉにおける空燃比等を示す図
である。

【図１１】第一の実施形態の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等を示す図であ
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】燃料噴射量のマップを示す図である。

【図１５】第一の実施形態の機関の運転を制御するため
のフローチャートである。

【図１６】第一の実施形態の第１のＥＧＲ制御弁３１及
び第２のＥＧＲ制御弁１０３１の制御デューティとＥＧ
Ｒガス流量との関係を示したグラフである。

【図１７】第二の実施形態の圧縮着火式内燃機関の全体
図である。

【図１８】第三の実施形態の圧縮着火式内燃機関の全体
図である。

【符号の説明】

５…燃焼室６…燃料噴射弁２０…スロットル弁２９…ＥＧＲ通路３１…第１のＥＧＲ制御弁１０３１…第２のＥＧＲ制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者中谷好一郎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 AA05 EA11 ED08 ED10 ED11 GA04 GA05 GA06 GA15 GA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に供給される再循環排気ガスの
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、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量
を更に増大していくと前記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内燃機関であって、煤
の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記
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前記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する内燃機関において、第１
の燃焼が行われるときの再循環排気ガスの量を制御する
ための第１の再循環排気ガス制御弁と、第２の燃焼が行
われるときの再循環排気ガスの量を制御するための第２
の再循環排気ガス制御弁とを別個に設け、前記第２の再
循環排気ガス制御弁の全開時の流量を前記第１の再循環
排気ガス制御弁の全開時の流量よりも小さくした内燃機
関。
【請求項２】前記第１の再循環排気ガス制御弁と前記
第２の再循環排気ガス制御弁とを並列に配置した請求項
１に記載の内燃機関。
【請求項３】燃焼室内に供給される再循環排気ガスの
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、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量
を更に増大していくと前記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内燃機関であって、煤
の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記
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前記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する内燃機関において、第１
の燃焼が行われるときの再循環排気ガスの量を制御する
ための第１の再循環排気ガス制御弁を備えた第１の排気
ガス再循環通路と、第２の燃焼が行われるときの再循環
排気ガスの量を制御するための第２の再循環排気ガス制
御弁を備えた第２の排気ガス再循環通路とを別個に設け
た内燃機関。
【請求項４】前記第２の再循環排気ガス制御弁の全開
時の流量を前記第１の再循環排気ガス制御弁の全開時の
流量よりも小さくした請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】前記第１の排気ガス再循環通路に再循環
排気ガス浄化装置を設けた請求項３に記載の内燃機関。
【請求項６】第１の燃焼が行われるときに前記第２の
排気ガス再循環通路に再循環排気ガスを流すのを中止す
ると共に前記第１の排気ガス再循環通路に再循環排気ガ
スを流し、第２の燃焼が行われるときに前記第１の排気
ガス再循環通路に再循環排気ガスを流すのを中止すると
共に前記第２の排気ガス再循環通路に再循環排気ガスを
流すようにした請求項５に記載の内燃機関。