JP2002115575A - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

圧縮着火式内燃機関

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯx 吸収剤からＳＯx を良好に放出させ
る。 【解決手段】 煤の発生量がピークとなる再循環排気ガ
ス量よりも燃焼室５内に供給される再循環排気ガス量が
多い第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環ガ
ス量よりも燃焼室５内に供給される再循環排気ガス量が
少ない第２の燃焼とを選択的に切換える。機関排気通路
内にＮＯ吸収剤を担持したパティキュレートフィルタ２
４を配置し、ＮＯx 吸収剤からＳＯx を放出すべきとき
にはバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギに余裕
があれば第２の燃焼をすべきときでも第１の燃焼を行
い、機関の出力トルクの低下分を電気モータ３７の出力
トルクにより補ない、空燃比をリッチにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮着火式内燃機関
に関する。
【０００２】
【従来の技術】流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きにはＮＯx を吸収し流入する排気ガスの空燃比が理論
空燃比又はリッチになると吸収したＮＯx を放出するＮ
Ｏx 吸収剤を機関排気通路内に配置し、通常はリーン空
燃比のもとで燃焼が行われると共にこのとき発生するＮ
Ｏx がＮＯx 吸収剤に吸収され、ＮＯx 吸収剤に吸収さ
れているＮＯx 量が予め定められている許容量を越えた
ときに空燃比を一時的にリッチにしてＮＯx 吸収剤から
ＮＯx を放出させると共に還元するようにした圧縮着火
式内燃機関が公知である。
【０００３】しかしながら圧縮着火式内燃機関において
空燃比をリッチにすると多量の煤が発生し、従って空燃
比をリッチにすることによりＮＯx 吸収剤からＮＯx を
放出させるのはかなり困難である。一方、圧縮着火式内
燃機関において再循環排気ガス（以下、ＥＧＲガスとい
う）の再循環率（ＥＧＲガス量／（吸入空気量＋ＥＧＲ
ガス量））、即ちＥＧＲ率を５５パーセント以上にする
と燃焼温度が低下して、いわゆる低温燃焼が行われ、こ
のときには空燃比をリッチにしても煤がほとんど発生し
ないことが知られている。従ってこのような低温燃焼が
行われているときに空燃比をリッチにすれば煤を発生さ
せることなくＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出できること
になる。
【０００４】しかしながらこの低温燃焼は機関負荷が低
いときのみ可能であって機関負荷が高くなると低温燃焼
を行わせることができず、従って機関負荷が高いときに
は煤を発生させることなく空燃比をリッチにすることが
できない。そこで機関の駆動力とは別個の駆動力を発生
する電気モータを具備し、機関負荷が高いときに空燃比
をリッチにすべきときには機関負荷を低下させて低温燃
焼を行わせると共に、電気モータを作動させて機関負荷
の低下による機関出力の低下分を電気モータの出力によ
って補うようにした圧縮着火式内燃機関が公知である
（特開平１１−２５７０５４号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが電気モータは
電気モータ駆動用バッテリに貯蔵されている電気エネル
ギの量が低下してくると良好に作動しなくなり、従って
バッテリに貯蔵されている電気エネルギの量が低下した
ときには電気モータの作動を停止することが必要とな
る。しかしながら上述の圧縮着火式内燃機関ではバッテ
リに貯蔵されている電気エネルギの量を何ら考慮してい
ないので電気モータを作動させたときに電気モータが良
好に作動しない場合があり、この場合には車両に対する
駆動力が急激に落ち込んでしまうという問題を生ずる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに１番目の発明では、燃焼室内の不活性ガス量を増大
していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、
燃焼室内の不活性ガス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圧
縮着火式内燃機関において、煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多い第１
の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量より
も燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼とを選択
的に切換える切換手段を具備し、流入する排気ガスの空
燃比がリーンのときにはＮＯx を吸収し流入する排気ガ
スの空燃比がリッチ又は理論空燃比のときには吸収した
ＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置
し、内燃機関の駆動力とは別個に車両駆動力を発生する
電気モータと、電気モータ駆動用バッテリに貯蔵された
電気エネルギの量が予め定められた設定量以上であるか
否かを判断する判断手段とを具備し、ＮＯx吸収剤から
ＮＯx 又はＳＯx を放出すべきときにバッテリに貯蔵さ
れた電気エネルギの量が設定量以上であれば第２の燃焼
を行うべきときであっても第１の燃焼を行って燃焼室内
における空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると共に電
気モータに駆動力を発生させるようにしている。
【０００７】２番目の発明では１番目の発明において、
ＮＯx 吸収剤からＮＯx 又はＳＯxを放出すべきときに
バッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量以下で
あれば第２の燃焼を行うべきときには第２の燃焼を行い
かつＮＯx 吸収剤の温度が上昇するように燃料噴射制御
するようにしている。３番目の発明では１番目の発明に
おいて、第２の燃焼を行うべきときに第１の燃焼を行う
ときには機関の出力トルクを第１の燃焼を行いうるほぼ
最大の出力トルクに維持し、機関出力トルクの低下分を
電気モータの出力トルクにより補うようにしている。
【０００８】４番目の発明では１番目の発明において、
ＮＯx 吸収剤からＮＯx 又はＳＯxを放出すべきときに
第１の燃焼が行われているときには燃焼室内における空
燃比をリッチ又は理論空燃比にするようにしている。５
番目の発明では１番目の発明において、ＮＯx 吸収剤か
らＮＯx 又はＳＯxを放出すべきときに第１の燃焼が行
われているときにはバッテリに貯蔵された電気エネルギ
の量が設定量以上であれば機関の出力トルクを低下させ
ると共に燃焼室内における空燃比をリッチ又は理論空燃
比としかつ電気モータに駆動力を発生させて機関出力ト
ルクの低下分を電気モータの出力トルクにより補うよう
にしている。
【０００９】６番目の発明では１番目の発明において、
ＮＯx 吸収剤の温度を検出するための検出手段を具備
し、ＮＯx 吸収剤からＮＯx 又はＳＯx を放出すべきと
きにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量以
上であれば機関の出力トルクを低下させると共に燃焼室
内における空燃比をリッチ又は理論空燃比としかつ電気
モータに駆動力を発生させて機関出力トルクの低下分を
電気モータの出力トルクにより補うようにし、ＮＯx 吸
収剤の温度が予め定められた温度範囲内となるように機
関出力トルクと電気モータの出力トルクとの比を制御す
るようにしている。
【００１０】７番目の発明では１番目の発明において、
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の運転領域に分割し、第１の運転領域では第１の
燃焼が行われ、第２の運転領域では第２の燃焼が行われ
る。８番目の発明では１番目の発明において、燃焼室か
ら排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循環させる
再循環装置を具備し、上記不活性ガスが再循環排気ガス
からなり、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、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。
【００１１】９番目の発明では１番目の発明において、
機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置し、
パティキュレートフィルタとして、単位時間当りに燃焼
室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィ
ルタ上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸
化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも少ないときに
は排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流
入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられかつ
ＮＯx 吸収剤の機能を有するパティキュレートフィルタ
を用いている。
【００１２】１０番目の発明では９番目の発明におい
て、パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持し
ている。１１番目の発明では１０番目の発明において、
周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持
しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性
酸素の形で放出する活性酸素放出剤をパティキュレート
フィルタ上に担持し、パティキュレートフィルタ上に微
粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を放
出させ、放出された活性酸素によってパティキュレート
フィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにしてい
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１および図２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場合を示してい
る。図１および図２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１
６の出口部に連結される。コンプレッサ１６の入口部は
吸気ダクト１７およびエアフローメータ１８を介してエ
アクリーナ１９に連結され、吸気ダクト１７内にはステ
ップモータ２０により駆動されるスロットル弁２１が配
置される。
【００１４】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２
３の入口部に連結され、排気タービン２３の出口部はパ
ティキュレートフィルタ２４を内蔵したケーシング２５
に連結される。ケーシング２５の出口部に連結された排
気管２６とスロットル弁２１下流の吸気ダクト１７とは
ＥＧＲ通路２７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２
７内にはステップモータ２８により駆動されるＥＧＲ制
御弁２９が配置される。また、ＥＧＲ通路２７内にはＥ
ＧＲ通路２７内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥ
ＧＲクーラ３０が配置される。図１に示される実施例で
は機関冷却水がＥＧＲクーラ３０内に導びかれ、機関冷
却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００１５】一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３１を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３２に連結さ
れる。このコモンレール３２内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ３３から燃料が供給され、コモンレー
ル３２内に供給された燃料は各燃料供給管３１を介して
燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３２にはコモ
ンレール３２内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
３４が取付けられ、燃料圧センサ３４の出力信号に基づ
いてコモンレール３２内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ３３の吐出量が制御される。
【００１６】一方、図１に示される実施例では機関の出
力軸に変速機３５が連結され、変速機３５の出力軸３６
に電気モータ３７が連結される。この場合、変速機３５
としては、トルクコンバータを具えた通常の自動変速
機、各種の無段変速機、或いはクラッチを具えた手動変
速機におけるクラッチ操作および変速操作を自動的に行
うようにした形式の自動変速機又は手動変速機等を用い
ることができる。
【００１７】また、変速機３５の出力軸３６に連結され
た電気モータ３７は機関の駆動力とは別個に駆動力を発
生する駆動力発生装置を構成している。図１に示される
実施例ではこの電気モータ３７は変速機３５の出力軸３
６上に取付けられかつ外周面に複数個の永久磁石を取付
けたロータ３８と、回転磁界を形成する励磁コイルを巻
設したステータ３９とを具備した交流同期電動機からな
る。ステータ３９の励磁コイルはモータ駆動制御回路４
０に接続される。このモータ駆動制御回路４０は直流高
電圧を発生するバッテリ４１に接続され、モータ駆動回
路４０とバッテリ４１間にはバッテリ電圧およびバッテ
リの充放電電流を検出するための検出器４２が配置され
る。
【００１８】電子制御ユニット５０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６を具備
する。エアフローメータ１８、燃料圧センサ３４および
検出器４２の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器５７を
介して入力ポート５５に入力される。排気管２６内には
排気ガス温を検出するための温度センサ４３が配置さ
れ、この温度センサ４３の出力信号は対応するＡＤ変換
器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、入
力ポート５５には変速機３５の変速比又は変速段、およ
び出力軸３６の回転数等を表わす種々の信号が入力され
る。
【００１９】一方、アクセルペダル４４にはアクセルペ
ダル４４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４５が接続され、負荷センサ４５の出力電圧は
対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力
される。更に入力ポート５５にはクランクシャフトが例
えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク
角センサ４６が接続される。一方、出力ポート５６は対
応する駆動回路５８を介して燃料噴射弁６、ステップモ
ータ２０、ＥＧＲ制御弁２８、燃料ポンプ３３、変速機
３５、およびモータ駆動制御回路４０に接続される。
【００２０】電気モータ３７のステータ３９の励磁コイ
ルへの電力の供給は通常停止せしめられており、このと
きロータ３８は変速機３７の出力軸３６と共に回転して
いる。一方、電気モータ３７を駆動せしめるときにはバ
ッテリ４１の直流高電圧がモータ駆動制御回路４０にお
いて周波数がｆｍで電流値がＩｍの三相交流に変換さ
れ、この三相交流がステータ３９の励磁コイルに供給さ
れる。この周波数ｆｍは励磁コイルにより発生する回転
磁界をロータ３８の回転に同期して回転させるのに必要
な周波数であり、この周波数ｆｍは出力軸３６の回転数
に基づいてＣＰＵ５４で算出される。モータ駆動制御回
路４０ではこの周波数ｆｍが三相交流の周波数とされ
る。
【００２１】一方、電気モータ３７の出力トルクは三相
交流の電流値Ｉｍにほぼ比例する。この電流値Ｉｍは電
気モータ３７の要求出力トルクに基づきＣＰＵ５４にお
いて算出され、モータ駆動制御回路４０ではこの電流値
Ｉｍが三相交流の電流値とされる。また、外力により電
気モータ３７を駆動する状態にすると電気モータ３７は
発電機として作動し、このとき発生した電力がバッテリ
４１に回生される。外力により電気モータ３７を駆動す
べきか否かはＣＰＵ５４において判断され、外力により
電気モータ３７を駆動すべきであると判別されたときに
はモータ制御回路４０により電気モータ３７に発生した
電力バッテリ４１に回生されるように制御される。
【００２２】図３に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を
示す。この実施例では機関の出力軸４７に電気モータ３
７が連結され、電気モータ３７の出力軸に変速機３５が
連結される。この実施では電気モータ３７のロータ３８
は機関の出力軸４７上に取付けられており、従ってロー
タ３８は常時機関の出力軸４７と共に回転する。また、
この実施例においても変速機３５としては、トルクコン
バータを具えた通常の自動変速機、各種の無段変速機、
或いはクラッチを具えた手動変速機におけるクラッチ操
作および変速操作を自動的に行うようにした形式の自動
変速機、又は手動変速機等を用いることができる。
【００２３】図４の縦軸ＴＱは機関に対する要求トルク
を示しており、横軸Ｎは機関回転数を示しており、各実
線はアクセルペダル４４の同一踏込み量における要求ト
ルクＴＱと機関回転数Ｎとの関係を示している。また、
図４において実線Ａはアクセルペダル４４の踏込み量が
零のとき、実線Ｂはアクセルペダル４４の踏込み量が最
大のときを示しており、実線Ａから実線Ｂに向けてアク
セルペダル４４の踏込み量が増大していく。本発明によ
る実施例では図４に示す関係からアクセルペダル４４の
踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱ
がまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて
燃料噴射量等が算出される。
【００２４】さて、本発明における実施例では、機関負
荷が比較的低いときには煤がほとんど発生しない低温燃
焼を行わせるようにしており、従ってまず初めにこの煤
がほとんど発生しない低温燃焼について説明する。図５
は機関低負荷運転時にスロットル弁２１の開度およびＥ
ＧＲ率を変化させることにより空燃比Ａ／Ｆ（図５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５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。
【００２５】図５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。
【００２６】図６（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６（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６（Ａ）と図６（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６（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図６
（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【００２７】図５および図６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５
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６からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図６（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。
【００２８】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５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燃料中に含まれる炭化水素は煤
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５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。
【００２９】図５および図６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、即ち煤がほとんど発生せず、
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。
【００３０】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はＮＯx の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はＮＯx の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、ＮＯx の発生量が低下する。このときＮＯx の発
生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯ
x の発生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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。
【００３５】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。
【００３６】図７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７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。
【００３７】図７の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガス
を強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図７の曲線Ｂで示さ
れるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率
が５０パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
【００３８】また、図７の曲線Ｃで示されるようにＥＧ
Ｒガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５
５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図７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。
【００３９】図８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８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、横軸は要求トルクを示して
いる。
【００４０】図８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８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８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８に示す実施例では７
０パーセント以上である。即ち、燃焼室５内に吸入され
た全吸入ガス量を図８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８
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
て煤がほとんど発生しなくなる。また、このときのＮＯ
x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。
【００４１】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８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ガス量は要求トルクが高くなるにつれて増
大する必要がある。
【００４２】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８において要求トルクがＬ0 よりも大きい
領域では要求トルク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
に要求トルクがＬ0 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トルクが高
くなるにつれてＥＧＲ率が低下し、斯くして要求トルク
がＬ0 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。
【００４３】ところが図１および図３に示されるように
ＥＧＲ通路２７を介して過給機の入口側、即ち排気ター
ボチャージャ１５のコンプレッサ１６上流の吸気ダクト
１７内にＥＧＲガスを再循環させると要求トルクがＬ0
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、吸気
ダクト１７内におけるＥＧＲ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１５のコンプレッサ１６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１６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。
【００４４】なお、この場合、要求トルクがＬ0 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ＥＧＲ制御弁２９が全開せしめられ、スロットル弁２
１が若干閉弁せしめられる。前述したように図８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８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８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。
【００４５】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
ことはほとんどない。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における燃焼方法の
もとでは燃焼温度が低い温度に抑制されているので煤は
ほとんど生成されない。更に、ＮＯx も極めて少量しか
発生しない。
【００４６】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
ンであろうと煤がほとんど発生せず、ＮＯx の発生量が
極めて少量となる。従って燃料消費率の向上を考えると
このとき平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言
える。
【００４７】一方、この低温燃焼を行うと燃料およびそ
の周囲のガス温は低くなるが排気ガス温は上昇する。こ
のことについて図９（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明す
る。図９（Ａ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃焼
室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示して
おり、図９（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われたときの
燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示
している。また、図９（Ｂ）の実線は低温燃焼が行われ
たときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角
との関係を示しており、図９（Ｂ）の破線は通常の燃焼
が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとク
ランク角との関係を示している。
【００４８】低温燃焼が行われているときには通常の燃
焼が行われているときに比べてＥＧＲガス量が多く、従
って図９（Ａ）に示されるように圧縮上死点前は、即ち
圧縮工程中は実線で示す低温燃焼時における平均ガス温
Ｔｇのほうが破線で示す通常の燃焼時における平均ガス
温Ｔｇよりも高くなっている。なお、このとき図９
（Ｂ）に示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔ
ｆは平均ガス温Ｔｇとほぼ同じ温度になっている。
【００４９】次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始
されるがこの場合、低温燃焼が行われているときには図
９（Ｂ）の実線で示されるようにＥＧＲガスの吸熱作用
により燃料およびその周囲のガス温Ｔｆはさほど高くな
らない。これに対して通常の燃焼が行われている場合に
は燃料周りに多量の酸素が存在するために図９（Ｂ）の
破線で示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆ
は極めて高くなる。このように通常の燃焼が行われた場
合には燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは低温燃焼が行
われている場合に比べてかなり高くなるが大部分を占め
るそれ以外のガスの温度は低温燃焼が行われている場合
に比べて通常の燃焼が行われている場合の方が低くなっ
ており、従って図９（Ａ）に示されるように圧縮上死点
付近における燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇは低温燃焼が
行われている場合の方が通常の燃焼が行われている場合
に比べて高くなる。その結果、図９（Ａ）に示されるよ
うに燃焼が完了した後の燃焼室５内の既燃ガス温は低温
燃焼が行われた場合の方が通常の燃焼が行われた場合に
比べて高くなり、斯くして低温燃焼を行うと排気ガス温
が高くなる。
【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
による実施例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１０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１０において縦軸ＴＱは要求トルクを示
しており、横軸Ｎは機関回転数を示している。また、図
１０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、このとき要求トルクＴＱ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、要求トルクＴＱ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】次に図１１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１１は要求トルクＴＱに対するスロッ
トル弁２１の開度、ＥＧＲ制御弁２９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１
１に示されるように要求トルクＴＱの低い第１の運転領
域Ｉではスロットル弁２１の開度は要求トルクＴＱ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、ＥＧＲ制御弁２９の開度は要求トルク
ＴＱ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１１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。
【００５５】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２１の
開度およびＥＧＲ制御弁２９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は要求トル
クＴＱ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。
【００５６】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁２１は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁
２９も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁２
１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２１が全閉近くまで閉弁せしめられる。
【００５７】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２１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１１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７）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。
【００５８】第２の運転領域IIでは第２の燃焼、即ち従
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１１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。この第２の運
転領域IIではスロットル弁２１は一部を除いて全開状態
に保持され、ＥＧＲ制御弁２９の開度は要求トルクＴＱ
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率は要求トルクＴＱが高くなるほど低くな
り、空燃比は要求トルクＴＱが高くなるほど小さくな
る。ただし、空燃比は要求トルクＴＱ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が圧縮上死点付近とされている。
【００５９】図１２は第１の運転領域Ｉにおける空燃比
Ａ／Ｆを示している。図１２において、Ａ／Ｆ＝１５．
５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７，Ａ／Ｆ＝１８で示さ
れる各曲線は夫々空燃比が１５．５，１６，１７，１８
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１２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では要求トルクＴＱが低くなるほど空燃比Ａ／
Ｆがリーンとされる。
【００６０】即ち、要求トルクＴＱが低くなるほど燃焼
による発熱量が少くなる。従って要求トルクＴＱ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に示されるように要求トルクＴＱが低くな
るにつれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。空燃比Ａ／Ｆ
が大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限
り空燃比をリーンにするために本発明による実施例では
要求トルクＴＱが低くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大き
くされる。
【００６１】第１の運転領域Ｉにおける噴射量Ｑは図１
３（Ａ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回
転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ５２内に記
憶されており、第１の運転領域Ｉにおける噴射開始時期
θＳは図１３（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱお
よび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ
５２内に記憶されている。
【００６２】また、空燃比を機関の運転状態に応じた図
１２に示す目標空燃比Ａ／ＦとしかつＥＧＲ率を機関の
運転状態に応じた目標ＥＧＲ率とするのに必要なスロッ
トル弁２１の目標開度ＳＴが図１４（Ａ）に示されるよ
うに要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマ
ップの形で予めＲＯＭ５２内に記憶されており、空燃比
を機関の運転状態に応じた図１２に示す目標空燃比Ａ／
ＦとしかつＥＧＲ率を機関の運転状態に応じた目標ＥＧ
Ｒ率とするのに必要なＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥ
が図１４（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱおよび
機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ５２
内に記憶されている。
【００６３】図１５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１５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。第
２の燃焼が行われるときの噴射量Ｑは図１６（Ａ）に示
されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数
としてマップの形で予めＲＯＭ５２内に記憶されてお
り、第２の燃焼が行われるときの噴射開始時期θＳは図
１６（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関
回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ５２内に
記憶されている。
【００６４】また、空燃比を機関の運転状態に応じた図
１５に示す目標空燃比Ａ／ＦとしかつＥＧＲ率を機関の
運転状態に応じた目標ＥＧＲ率とするのに必要なスロッ
トル弁２１の目標開度ＳＴが図１７（Ａ）に示されるよ
うに要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマ
ップの形で予めＲＯＭ５２内に記憶されており、空燃比
を機関の運転状態に応じた図１５に示す目標空燃比Ａ／
ＦとしかつＥＧＲ率を機関の運転状態に応じた目標ＥＧ
Ｒ率とするのに必要なＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥ
が図１７（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱおよび
機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ５２
内に記憶されている。
【００６５】次に図１および図３においてケーシング２
５内に収容されているパティキュレートフィルタ２４の
構造について図１８を参照しつつ説明する。なお、図１
８において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２４の正
面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ
２４の側面断面図を示している。図１８（Ａ）および
（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２４
はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延び
る複数個の排気流通路６０，６１を具備する。これら排
気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流
入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガ
ス流出通路６１とにより構成される。なお、図１８
（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示し
ている。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流
出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置され
る。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス
流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガ
ス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路
６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲される
ように配置される。
【００６６】パティキュレートフィルタ２４は例えばコ
ージライトのような多孔質材料から形成されており、従
って排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図１
８（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４
内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出す
る。本発明による実施例では各排気ガス流入通路６０お
よび各排気ガス流出通路６１の周壁面、即ち各隔壁６４
の両側表面上および隔壁６４内の細孔内壁面上には例え
ばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担
体上に貴金属触媒、および周囲に過剰酸素が存在すると
酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下
すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素
放出剤が担持されている。
【００６７】この場合、本発明による実施例では貴金属
触媒として白金Ｐｔが用いられており、活性酸素放出剤
としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セ
シウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バ
リウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのよ
うなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウム
Ｙ、セリウムＣｅのような希土類、および遷移金属から
選ばれた少くとも一つが用いられている。
【００６８】なお、この場合活性酸素放出剤としてはカ
ルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又
はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、
セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロ
ンチウムＳｒを用いることが好ましい。次にパティキュ
レートフィルタ２４による排気ガス中の微粒子除去作用
について担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫを担持させ
た場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金
属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同
様な微粒子除去作用が行われる。
【００６９】図１および図３に示されるような圧縮着火
式内燃機関では空気過剰のもとで燃焼が行われ、従って
排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。即ち、吸気通
路、燃焼室５および排気通路内に供給された空気と燃料
との比を排気ガスの空燃比と称すると図１および図３に
示されるような圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃
比はリーンとなっている。また、燃焼室５内ではＮＯが
発生するので排気ガス中にはＮＯが含まれている。ま
た、燃料中にはイオウＳが含まれており、このイオウＳ
は燃焼室５内で酸素と反応してＳＯ2 となる。従って排
気ガス中にはＳＯ 2 が含まれている。従って過剰酸素、
ＮＯおよびＳＯ2 を含んだ排気ガスがパティキュレート
フィルタ２４の排気ガス流入通路６０内に流入すること
になる。
【００７０】図１９（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入
通路６０の内周面および隔壁６４内の細孔内壁面上に形
成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしてい
る。なお、図１９（Ａ）および（Ｂ）において７０は白
金Ｐｔの粒子を示しており、７１はカリウムＫを含んで
いる活性酸素放出剤を示している。上述したように排気
ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガス
がパティキュレートフィルタ２４の排気ガス流入通路６
０内に流入すると図１９（Ａ）に示されるようにこれら
酸素Ｏ2 がＯ2 - 又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着
する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ
2 - 又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →
２ＮＯ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ
上で酸化されつつ活性酸素放出剤７１内に吸収され、カ
リウムＫと結合しながら図１９（Ａ）に示されるように
硝酸イオンＮＯ3 - の形で活性酸素放出剤７１内に拡散
し、一部の硝酸イオンＮＯ3 - は硝酸カリウムＫＮＯ3
を生成する。
【００７１】一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ
2 も含まれており、このＳＯ2 もＮＯと同様なメカニズ
ムによって活性酸素放出剤７１内に吸収される。即ち、
上述したように酸素Ｏ2 がＯ2 - 又はＯ2-の形で白金Ｐ
ｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ2 は白金Ｐ
ｔの表面でＯ2 - 又はＯ2-と反応してＳＯ3 となる。次
いで生成されたＳＯ3 の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化さ
れつつ活性酸素放出剤７１内に吸収され、カリウムＫと
結合しながら硫酸イオンＳＯ4 2-の形で活性酸素放出剤
７１内に拡散し、硫酸カリウムＫ2 ＳＯ4 を生成する。
このようにして活性酸素放出触媒７１内には硝酸カリウ
ムＫＮＯ3 および硫酸カリウムＫ2 ＳＯ 4 が生成され
る。
【００７２】一方、燃焼室５内においては主にカーボン
Ｃからなる微粒子、即ち煤が生成され、従って排気ガス
中にはこれら微粒子が含まれている。ただし、前述した
ように低温燃焼が行われているときには排気ガス中の微
粒子量は極めて少量となる。いずれにしても排気ガス中
に含まれているこれら微粒子は排気ガスがパティキュレ
ートフィルタ２４の排気ガス流入通路６０内を流れてい
るときに、或いは排気ガス流入通路６０から排気ガス流
出通路６１に向かうときに図１９（Ｂ）において７２で
示されるように担体層の表面、例えば活性酸素放出剤７
１の表面上に接触し、付着する。
【００７３】このように微粒子７２が活性酸素放出剤７
１の表面上に付着すると微粒子７２と活性酸素放出剤７
１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下
すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤７１内との間で濃
度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤７１内の酸素が微
粒子７２と活性酸素放出剤７１との接触面に向けて移動
しようとする。その結果、活性酸素放出剤７１内に形成
されている硝酸カリウムＫＮＯ3 がカリウムＫと酸素Ｏ
とＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子７２と活性酸素放
出剤７１との接触面に向かい、ＮＯが活性酸素放出剤７
１から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流
側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤
７１内に吸収される。
【００７４】一方、このとき活性酸素放出剤７１内に形
成されている硫酸カリウムＫ2 ＳＯ 4 もカリウムＫと酸
素ＯとＳＯ2 とに分解され、酸素Ｏが微粒子７２と活性
酸素放出剤７１との接触面に向かい、ＳＯ2 が活性酸素
放出剤７１から外部に放出される。外部に放出されたＳ
Ｏ2 は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性
酸素放出剤７１内に吸収される。
【００７５】一方、微粒子７２と活性酸素放出剤７１と
の接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ3 や硫酸
カリウムＫ2 ＳＯ4 のような化合物から分解された酸素
である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを
有しており、極めて高い活性を有する。従って微粒子７
２と活性酸素放出剤７１との接触面に向かう酸素は活性
酸素Ｏとなっている。これら活性酸素Ｏが微粒子７２に
接触すると微粒子７２は短時間のうちに輝炎を発するこ
となく酸化せしめられ、微粒子７２は完全に消滅する。
従って微粒子７２はパティキュレートフィルタ２４上に
堆積することがない。なお、このようにパティキュレー
トフィルタ２４上に付着した微粒子７２は活性酸素Ｏに
よって酸化せしめられるがこれら微粒子７２は排気ガス
中の酸素によっても酸化せしめられる。
【００７６】パティキュレートフィルタ２４上に積層状
に堆積した微粒子が燃焼せしめられるときにはパティキ
ュレートフィルタ２４が赤熱し、火炎を伴って燃焼す
る。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せ
ず、従ってこのような火炎を伴なう燃焼を持続させるた
めにはパティキュレートフィルタ２４の温度を高温に維
持しなければならない。
【００７７】これに対して本発明による実施例では微粒
子７２は上述したように輝炎を発することなく酸化せし
められ、このときパティキュレートフィルタ２４の表面
が赤熱することもない。即ち、云い換えると本発明によ
る実施例ではかなり低い温度でもって微粒子７２が酸化
除去せしめられている。従って本発明の実施例における
輝炎を発しない微粒子７２の酸化による微粒子除去作用
は、火炎を伴う燃焼による微粒子除去作用と全く異なっ
ている。
【００７８】ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤７
１はパティキュレートフィルタ２４の温度が高くなるほ
ど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤７１が
放出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ
２４の温度が高くなるほど増大する。従ってパティキュ
レートフィルタ２４上において単位時間当りに輝炎を発
することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパ
ティキュレートフィルタ２４の温度が高くなるほど増大
する。
【００７９】図２１の実線は単位時間当りに輝炎を発す
ることなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示
している。なお、図２１において横軸はパティキュレー
トフィルタ２４の温度ＴＦを示している。単位時間当り
に燃焼室５から排出される微粒子の量を排出微粒子量Ｍ
と称するとこの排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇ
よりも少ないとき、即ち図２１の領域Ｉでは燃焼室５か
ら排出された全ての微粒子がパティキュレートフィルタ
２４に接触するや否や短時間のうちにパティキュレート
フィルタ２４上において輝炎を発することなく酸化除去
せしめられる。
【００８０】これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可
能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図２１の領域IIでは
全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足してい
る。図２０（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合の微粒子の
酸化の様子を示している。即ち、全ての微粒子を酸化す
るには活性酸素量が不足している場合には図２０（Ａ）
に示すように微粒子７２が活性酸素放出剤７１上に付着
すると微粒子７２の一部のみが酸化され、十分に酸化さ
れなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで活
性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと
酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留し、その
結果図２０（Ｂ）に示されるように担体層の表面が残留
微粒子部分７３によって覆われるようになる。
【００８１】担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分７
３は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くし
てこの残留微粒子部分７３はそのまま残留しやすくな
る。また、担体層の表面が残留微粒子部分７３によって
覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ2 の酸化作用およ
び活性酸素放出剤７１による活性酸素の放出作用が抑制
される。その結果、図２０（Ｃ）に示されるように残留
微粒子部分７３の上に別の微粒子７４が次から次へと堆
積する。即ち、微粒子が積層状に堆積することになる。
このように微粒子が積層状に堆積するとこれら微粒子は
白金Ｐｔや活性酸素放出剤７１から距離を隔てているた
めにたとえ酸化されやすい微粒子であってももはや活性
酸素Ｏによって酸化されることがなく、従ってこの微粒
子７４上に更に別の微粒子が次から次へと堆積する。即
ち、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多
い状態が継続するとパティキュレートフィルタ２４上に
は微粒子が積層状に堆積し、斯くして排気ガス温を高温
にするか、或いはパティキュレートフィルタ２４の温度
を高温にしない限り、堆積した微粒子を着火燃焼させる
ことができなくなる。
【００８２】このように図２１の領域Ｉでは微粒子はパ
ティキュレートフィルタ２４上において輝炎を発するこ
となく短時間のうちに酸化せしめられ、図２１の領域II
では微粒子がパティキュレートフィルタ２４上に積層状
に堆積する。従って微粒子がパティキュレートフィルタ
２４上に積層状に堆積しないようにするためには排出微
粒子量Ｍを常時酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くして
おく必要がある。
【００８３】図２１からわかるように本発明の実施例で
用いられているパティキュレートフィルタ２４ではパテ
ィキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがかなり低くても
微粒子を酸化させることが可能であり、従って図１およ
び図３に示す圧縮着火式内燃機関において排出微粒子量
Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを排
出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少な
くなるように維持することが可能である。従って本発明
による実施例においては排出微粒子量Ｍおよびパティキ
ュレートフィルタ２４の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸
化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持
するようにしている。
【００８４】このように排出微粒子量Ｍが酸化除去可能
微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するとパテ
ィキュレートフィルタ２４上に微粒子が全く堆積しなく
なる。その結果、パティキュレートフィルタ２４におけ
る排気ガス流の圧損は全くと言っていいほど変化するこ
となくほぼ一定の最小圧損値に維持される。斯くして機
関の出力低下を最小限に維持することができる。
【００８５】また、微粒子の酸化による微粒子除去作用
はかなり低温でもって行われる。従ってパティキュレー
トフィルタ２４の温度はさほど上昇せず、斯くしてパテ
ィキュレートフィルタ２４が劣化する危険性はほとんど
ない。また、パティキュレートフィルタ２４上に微粒子
が全く堆積しないのでアッシュが凝集する危険性が少な
く、従ってパティキュレートフィルタ２４が目詰まりす
る危険性が少なくなる。
【００８６】ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウ
ムＣａＳＯ4 によって生ずる。即ち、燃料や潤滑油はカ
ルシウムＣａを含んでおり、従って排気ガス中にカルシ
ウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ3
が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ4 を生成する。こ
の硫酸カルシウムＣａＳＯ4 は固体であって高温になっ
ても熱分解しない。従って硫酸カルシウムＣａＳＯ4 が
生成され、この硫酸カルシウムＣａＳＯ4 によってパテ
ィキュレートフィルタ２４の細孔が閉塞されると目詰ま
りを生ずることになる。
【００８７】しかしながらこの場合、活性酸素放出剤７
１としてカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアル
カリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウムＫを用
いると活性酸素放出剤７１内に拡散するＳＯ3 はカリウ
ムＫと結合して硫酸カリウムＫ2 ＳＯ4 を形成し、カル
シウムＣａはＳＯ3 と結合することなくパティキュレー
トフィルタ２４の隔壁６４を通過して排気ガス流出通路
６１内に流出する。従ってパティキュレートフィルタ２
４の細孔が目詰まりすることがなくなる。従って前述し
たように活性酸素放出剤７１としてはカルシウムＣａよ
りもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類
金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、
ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを
用いることが好ましいことになる。
【００８８】さて、本発明による実施例では基本的に全
ての運転状態において排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微
粒子量Ｇよりも少なくなるように維持することを意図し
ている。しかしながら実際には全ての運転状態において
排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くす
ることはほとんど不可能である。例えば機関始動時には
通常パティキュレートフィルタ２４の温度は低く、従っ
てこのときには通常排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能
微粒子量Ｇよりも多くなる。従って本発明による実施例
では機関始動直後のような特別の場合を除いて通常継続
的に排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少
なくなるようにしている。
【００８９】なお、機関始動直後におけるように排出微
粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなる
とパティキュレートフィルタ２４上に酸化されなかった
微粒子部分が残留しはじめる。しかしながらこのように
酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめているとき
に、即ち微粒子が一定限度以下しか堆積していないとき
に排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少く
なるとこの残留微粒子部分は活性酸素Ｏによって輝炎を
発することなく酸化除去される。従って本発明による実
施例では機関始動直後のような特別の運転状態のときに
は、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少な
くなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒
子しかパティキュレートフィルタ２４上に積層しないよ
うに排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２
４の温度ＴＦが維持される。
【００９０】また、このように排出微粒子量Ｍおよびパ
ティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを維持するよう
にしていたとしても何らかの理由によりパティキュレー
トフィルタ２４上に微粒子が積層状に堆積する場合があ
る。このような場合であっても排気ガスの一部又は全体
の空燃比が一時的にリッチにされるとパティキュレート
フィルタ２４上に堆積した微粒子は輝炎を発することな
く酸化せしめられる。即ち、排気ガスの空燃比がリッチ
にされると、即ち排気ガス中の酸素濃度が低下せしめら
れると活性酸素放出剤７１から外部に活性酸素Ｏが一気
に放出され、これら一気に放出された活性酸素Ｏによっ
て堆積した微粒子が輝炎を発することなく一気に短時間
で酸化除去せしめられる。
【００９１】さて、前述したように本発明による実施例
ではパティキュレートフィルタ２４の各隔壁６４の両側
面上および隔壁６４内の細孔内壁面上には例えばアルミ
ナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴
金属触媒および活性酸素放出剤が担持されている。更に
本発明による実施例ではこの担体上に貴金属触媒、およ
びパティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの
空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯx
を吸収しパティキュレートフィルタ２４に流入する排気
ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収した
ＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤が担持されている。
【００９２】本発明による実施例ではこの貴金属触媒と
して白金Ｐｔが用いられており、ＮＯx 吸収剤としてカ
リウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣ
ｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢ
ａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒ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が用いられている。なお、
前述した活性酸素放出剤を構成する金属と比較すればわ
かるようにＮＯx 吸収剤を構成する金属と、活性酸素放
出剤を構成する金属とは大部分が一致している。
【００９３】この場合、ＮＯx 吸収剤および活性酸素放
出剤として夫々異なる金属を用いることもできるし、同
一の金属を用いることもできる。ＮＯx 吸収剤および活
性酸素放出剤として同一の金属を用いた場合にはＮＯx
吸収剤としての機能と活性酸素放出剤としての機能との
双方の機能を同時に果すことになる。次に貴金属触媒と
して白金Ｐｔを用い、ＮＯx 吸収剤としてカリウムＫを
用いた場合を例にとってＮＯx の吸放出作用について説
明する。
【００９４】まず初めにＮＯx の吸収作用について検討
するとＮＯx は図１９（Ａ）に示すメカニズムと同じメ
カニズムでもってＮＯx 吸収剤に吸収される。ただし、
この場合図１９（Ａ）において符号７１はＮＯx 吸収剤
を示す。即ち、パティキュレートフィルタ２４に流入す
る排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に多
量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュ
レートフィルタ２４の排気ガス流入通路６０内に流入す
ると図１９（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ
2 - 又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、
排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2 - 又はＯ2-
と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。
次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上で酸化され
つつＮＯx 吸収剤７１内に吸収され、カリウムＫと結合
しながら図１９（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ
3 - の形でＮＯx 吸収剤７１内に拡散し、一部の硝酸イ
オンＮＯ3 - は硝酸カリウムＫＮＯ3 を生成する。この
ようにしてＮＯがＮＯx 吸収剤７１内に吸収される。
【００９５】一方、パティキュレートフィルタ２４に流
入する排気ガスがリッチになると硝酸イオンＮＯ3 - は
酸素とＯとＮＯに分解され、次から次へとＮＯx 吸収剤
７１からＮＯが放出される。従ってパティキュレートフ
ィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチになる
と短時間のうちにＮＯx 吸収剤７１からＮＯが放出さ
れ、しかもこの放出されたＮＯが還元されるために大気
中にＮＯが排出されることはない。
【００９６】なお、この場合、パティキュレートフィル
タ２４に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にして
もＮＯx 吸収剤７１からＮＯが放出される。しかしなが
らこの場合にはＮＯx 吸収剤７１からＮＯが徐々にしか
放出されないためにＮＯx 吸収剤７１に吸収されている
全ＮＯx を放出させるには若干長い時間を要する。とこ
ろで前述したようにＮＯx 吸収剤および活性酸素放出剤
として夫々異なる金属を用いることができる。しかしな
がら本発明による実施例ではＮＯx 吸収剤および活性酸
素放出剤として同一の金属を用いている。この場合には
前述したようにＮＯx 吸収剤としての機能と活性酸素放
出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことにな
り、このように双方の機能を同時に果すものを以下、活
性酸素放出・ＮＯx 吸収剤と称する。従って本発明によ
る実施例では図１９（Ａ）における符号７１は活性酸素
放出・ＮＯx 吸収剤を示している。
【００９７】このような活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤７
１を用いた場合、パティキュレートフィルタ２４に流入
する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に
含まれるＮＯは活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤７１に吸収
され、排気ガス中に含まれる微粒子が活性酸素放出・Ｎ
Ｏx 吸収剤７１に付着するとこの微粒子は排気ガス中に
含まれる活性酸素および活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤７
１から放出される活性酸素によって短時間のうちに酸化
除去せしめられる。従ってこのとき排気ガス中の微粒子
およびＮＯx の双方が大気中に排出されるのを阻止する
ことができることになる。
【００９８】一方、パティキュレートフィルタ２４に流
入する排気ガスの空燃比がリッチになると活性酸素放出
・ＮＯx 吸収剤７１からＮＯが放出される。このＮＯは
未燃ＨＣ，ＣＯにより還元され、斯くしてこのときにも
ＮＯが大気中に排出されることがない。また、このとき
パティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積してい
た場合にはこの微粒子は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤７
１から放出される活性酸素によって酸化除去せしめられ
る。
【００９９】ところで図２１を参照しつつ既に説明した
ように活性酸素放出剤７１からの活性酸素の放出作用は
パティキュレートフィルタ２４の温度がかなり低いとき
から開始される。これは活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤７
１を用いたときでも同じである。これに対してＮＯx 吸
収剤又は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤７１へのＮＯxの
吸収作用はパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが
活性酸素の放出開始温度よりも高くならないと開始され
ない。これは、活性酸素の放出は例えば硝酸カリウムＫ
ＮＯ3 から酸素を奪えれば生ずるのに対してＮＯx の吸
収作用は白金Ｐｔが活性化しないと開始されないからで
あると考えられる。
【０１００】図２２はＮＯx 吸収剤又は活性酸素放出・
ＮＯx 吸収剤７１としてカリウムＫを用いた場合の酸化
除去可能微粒子量ＧとＮＯx 吸収率とを示している。図
２２から活性酸素の放出作用はパティキュレートフィル
タ２４の温度ＴＦが２００℃以下から開始されるのに対
してＮＯx の吸収作用はパティキュレートフィルタ２４
の温度ＴＦが２００℃以上にならないと開始されないこ
とがわかる。
【０１０１】一方、活性酸素の放出作用はパティキュレ
ートフィルタ２４の温度ＴＦが高くなれば高くなるほど
活発になる。これに対してＮＯx の吸収作用はパティキ
ュレートフィルタ２４の温度ＴＦが高くなると消失す
る。即ち、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが
一定温度、図２２に示す例ではほぼ５００℃を越えると
硝酸イオンＮＯ3 - 又は硝酸カリウムＫＮＯ3 が熱分解
し、活性酸素放出・ＮＯ x 吸収剤７１からＮＯが放出さ
れる。このような状態になるとＮＯx の吸収量よりもＮ
Ｏの放出量が多くなり、斯くして図２２に示されるよう
にＮＯx 吸収率が低下する。
【０１０２】図２２はＮＯx 吸収剤又は活性酸素放出・
ＮＯx 吸収剤７１としてカリウムＫを用いた場合のＮＯ
x 吸収率を示している。この場合、用いる金属によって
ＮＯ x 吸収率の高くなるパティキュレートフィルタ２４
の温度範囲は異なる。例えばＮＯx 吸収剤又は活性酸素
放出・ＮＯx 吸収剤７１としてバリウムＢａを用いた場
合にはＮＯx 吸収率の高くなるパティキュレートフィル
タ２４の温度範囲は図２２に示されるカリウムＫを用い
た場合よりも狭くなる。
【０１０３】ところで前述したように排気ガス中の微粒
子をパティキュレートフィルタ２４上において堆積する
ことなく酸化除去せしめるためには排出微粒子量Ｍを酸
化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくする必要がある。し
かしながら単に排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量
Ｇより少くしただけではＮＯx 吸収剤又は活性酸素放出
・ＮＯx 吸収剤７１によるＮＯx 吸収作用は行われず、
ＮＯx 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤７１によ
るＮＯx の吸収作用を確保するにはパティキュレートフ
ィルタ２４の温度ＴＦをＮＯx の吸収作用が行われる温
度範囲内に維持する必要がある。この場合、ＮＯx 吸収
作用が行われるパティキュレートフィルタ２４の温度範
囲はＮＯx 吸収率が一定値以上、例えば５０パーセント
以上となる温度範囲とする必要があり、従ってＮＯx 吸
収剤又は活性酸素放出・ＮＯx 吸収剤７１としてカリウ
ムＫを用いた場合には図２２からわかるようにパティキ
ュレートフィルタ２４の温度ＴＦをほぼ２５０℃から５
００℃の間に維持する必要がある。
【０１０４】従って、本発明による実施例では排気ガス
中の微粒子をパティキュレートフィルタ２４上において
堆積することなく酸化除去せしめ、かつ排気ガス中のＮ
Ｏxを吸収するために、通常は継続的に排出微粒子量Ｍ
を酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるように維持
しかつパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦをパテ
ィキュレートフィルタ２４のＮＯx 吸収率が一定値以上
となる温度範囲内に維持するようにしている。即ち、排
出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温
度ＴＦを図２２のハッチングで示す微粒子ＮＯx 同時処
理領域内に維持するようにしている。
【０１０５】なお、このように排出微粒子量Ｍおよびパ
ティキュレートフィルタ２４の温度を微粒子ＮＯx 同時
処理領域内に維持するようにしておいても排出微粒子量
Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度が微粒子
ＮＯx 同時処理領域外にずれてしまう場合がある。この
ような場合、本発明による実施例では排出微粒子量Ｍお
よびパティキュレートフィルタ２４の温度が微粒子ＮＯ
x 同時処理領域内となるように排出微粒子量Ｍ又はパテ
ィキュレートフィルタ２４の温度ＴＦの少くとも一つが
制御される。
【０１０６】ところで前述したように機関の運転状態が
図１０に示される第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。しかしながら上述したよう
にパティキュレートフィルタ２４上には酸化機能を有す
る白金Ｐｔのような貴金属が担持されており、従ってこ
のとき燃焼室５から排出された未燃炭化水素はパティキ
ュレートフィルタ２４上において良好に酸化せしめられ
ることになる。また、このとき発生する極めて少量の煤
もパティキュレートフィルタ２４上において酸化除去せ
しめられる。
【０１０７】一方、ＮＯx 吸収剤７１又は活性酸素放出
・ＮＯx 吸収剤７１（以下これらを総称して単にＮＯx
吸収剤７１と称する）のＮＯx 吸収能力には限度があ
り、ＮＯx 吸収剤７１のＮＯx 吸収能力が飽和する前に
ＮＯx 吸収剤７１からＮＯx を放出させる必要がある。
そのためにはＮＯx 吸収剤７１に吸収されているＮＯx
量を推定する必要がある。そこで本発明では第１の燃焼
が行われているときの単位時間当りのＮＯx 吸収量Ａを
要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図２３
（Ａ）に示すようなマップの形で予め求めておき、第２
の燃焼が行われているときの単位時間当りのＮＯx 吸収
量Ｂを要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として
図２３（Ｂ）に示すようなマップの形で予め定めてお
き、これら単位時間当りのＮＯx 吸収量Ａ，Ｂを積算す
ることによってＮＯx 吸収剤７１に吸収されているＮＯ
x 量ΣＮＯＸを推定するようにしている。
【０１０８】本発明による実施例ではこのＮＯx 吸収量
ΣＮＯＸが予め定められた許容最大値ＭＡＸを越えたと
きにＮＯx 吸収剤７１からＮＯx を放出させるようにし
ている。即ち、本発明による実施例では第１の燃焼が行
われているときにＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値Ｍ
ＡＸを越えたときには燃料噴射量を増大することによっ
て燃焼室５内における空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチに
される。燃焼室５内における空燃比Ａ／Ｆがリッチにさ
れるとＮＯx 吸収剤７１からＮＯx が放出される。前述
したように第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われていると
きには燃焼室５内における空燃比Ａ／Ｆをリッチにして
も煤が発生せず、従って煤が発生することなく、ＮＯx
吸収剤７１からＮＯx を放出することができることにな
る。
【０１０９】これに対し、第２の燃焼が行われていると
きにＮＯx 量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸを越え、この
とき燃料噴射量を増量することによって燃焼室５内にお
ける空燃比Ａ／Ｆをリッチにすると多量の煤が発生して
しまう。そこで本発明による実施例では第２の燃焼が行
われたときにＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ
を越えたときには第２の燃焼から第１の燃焼に切換え、
第１の燃焼のもとで燃焼室５内における空燃比Ａ／Ｆを
リッチにするようにしている。前述したように第１の燃
焼のもとで燃焼室５内における空燃比Ａ／Ｆをリッチに
すれば煤が発生することがなく、従って第２の燃焼が行
われているときであっても煤が発生することなくＮＯx
吸収剤７１からＮＯx を放出できることになる。
【０１１０】ところで第２の燃焼から第１の燃焼に切換
えるためには燃料噴射量を大巾に減少させなければなら
ず、燃料噴射量を大巾に減少させると機関の出力トルク
が大巾に減少する。そこで本発明による実施例では第２
の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときには電気モー
タ３７を駆動して噴射量の低減による機関の出力トルク
の低下量とほぼ等しい出力トルクを電気モータ３７によ
り発生させるようにしている。
【０１１１】ところが電気モータ３７が良好に作動する
のはバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギが一定
量以上のときであり、バッテリ４１に貯蔵されている電
気エネルギの量が一定量以下になると電気モータ３７を
良好に作動させることが困難である。従って機関の出力
トルクの低下分を電気モータ３７の出力トルクによって
補いうるのは電気モータ３７を作動させてもバッテリ４
１に貯蔵されている電気エネルギの量が一定値以下に低
下するまで十分な余裕があるとき、即ち、電気エネルギ
の量が一定値以下に低下するまで十分に余裕のある予め
定められた設定値よりも大きいときである。
【０１１２】従って本発明による実施例では第２の燃焼
が行われているときにＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大
値ＭＡＸを越えたときにはバッテリ４１に貯蔵されてい
る電気エネルギの量が予め定められた設定値よりも大き
ければ第２の燃焼から第１の燃焼に切換え、機関出力ト
ルクの低下分を電気モータ３７の出力トルクによって補
うようにしている。
【０１１３】一方、本発明による実施例では第２の燃焼
が行われているときにＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大
値ＭＡＸを越え、このときにバッテリ４１に貯蔵されて
いる電気エネルギの量が予め定められた設定値よりも小
さい場合には第２の燃焼から第１の燃焼に切換えること
なく、第２の燃焼のまま維持すると共に電気モータ３７
を作動させず、排気ガスの空燃比が一時的にリッチにな
るように膨張行程の後半又は排気行程中に燃料噴射弁６
から追加の燃料を噴射するようにしている。
【０１１４】次に、バッテリ４１に貯蔵されている電気
エネルギの量について説明する。図２４（Ａ）はバッテ
リ４１としてニッケル水素蓄電池を用いた場合のバッテ
リ４１に貯蔵されている電力、即ち電気エネルギの量Ｂ
（Ｗ）とバッテリ電圧Ｖとの関係している。なお、図２
４（Ａ）においてＢｍａｘは最大貯蔵電気エネルギ量を
示しており、Ｂｄは電気モータ３７を作動させるか否か
の判断基準となる設定値を示している。
【０１１５】バッテリ４１に貯蔵されている電気エネル
ギの量Ｂは図２４に示す算出ルーチンにより算出され
る。即ち、放電電流Ｉを正とし、充電電流Ｉを負とし、
バッテリ４１の電圧をＶとすると充放電作用によって増
減する貯蔵電気エネルギ量はＶ・Ｉで表されるので貯蔵
電気エネルギ量Ｂは図２４（Ｂ）に示されるように次式
に基づいて算出できることになる。
【０１１６】Ｂ←Ｂ−Ｖ・Ｉ ここでＶおよびＩは検出器４２により検出される。図２
５（Ａ）は、第２の燃焼が行われているときにＮＯx 吸
収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸを越え、このときバッ
テリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが予め定
められた設定値Ｂｄよりも大きい場合の機関の出力トル
クと電気モータ３７の制御の一例を示している。なお、
図２５の実線は図４と同様にアクセルペダル４４の同一
踏込み量を示しており、図２５の鎖線は図１０に示す境
界Ｘ（Ｎ）を示している。
【０１１７】即ち、図２５（Ａ）に示す例では機関の要
求トルクがＴＱｔから低温燃焼の可能なＴＱｅまで低下
せしめられ、機関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モー
タ３７の出力トルクにより補われる。ところで排気ガス
中にはＳＯx が含まれており、ＮＯx 吸収剤７１にはＮ
ＯxばかりでなくＳＯx も吸収される。このＮＯx 吸収
剤７１へのＳＯx の吸収メカニズムはＮＯx の吸収メカ
ニズムと同じであると考えられる。
【０１１８】即ち、ＮＯx の吸収メカニズムを説明した
ときと同様に担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫを担持
させた場合を例にとって説明すると、前述したように排
気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ2 がＯ2 - 又
はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス
中のＳＯ2 は白金Ｐｔの表面でＯ2 - 又はＯ2-と反応し
てＳＯ3 となる。次いで生成されたＳＯ3 の一部は白金
Ｐｔ上で更に酸化されつつＮＯx 吸収剤内に吸収され、
カリウムＫと結合しながら、硫酸イオンＳＯ4 2-の形で
ＮＯx 吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 を
生成する。
【０１１９】しかしながらこの硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 は安定
していて分解しづらく、前述したようにＮＯx 吸収剤７
１からＮＯx を放出すべく排気ガスの空燃比をリッチに
しても硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 は分解されずにそのまま残る。
従ってＮＯx 吸収剤７１内には時間が経過するにつれて
硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 が増大することになり、斯くして時間
が経過するにつれてＮＯx 吸収剤７１が吸収しうるＮＯ
x 量が低下することになる。
【０１２０】ところがこの硫酸塩Ｋ2 ＳＯ4 はＮＯx 吸
収剤７１の温度がＮＯx 吸収剤７１により定まる一定温
度、例えばほぼ６００℃を越えると分解し、このときＮ
Ｏx吸収剤７１に流入する排気ガスの空燃比をリッチに
するとＮＯx 吸収剤７１からＳＯx が放出される。ただ
し、ＮＯx 吸収剤７１からＳＯx を放出させるにはＮＯ
x 吸収剤７１からＮＯx を放出させる場合に比べてかな
り長い時間を要する。一例を挙げると排気ガスの空燃比
を一秒以下の短時間だけリッチにすればＮＯx吸収剤７
１から全ＮＯx を放出しうるのに対して、ＮＯx 吸収剤
７１から全ＳＯ x を放出するためには数分間程度、ＮＯ
x 吸収剤７１の温度をほぼ６００℃以上に維持しかつ排
気ガスの空燃比をリッチに維持する必要がある。即ち、
ＮＯx 吸収剤７１から全ＳＯx を放出させるには長時間
に亘ってＮＯx 吸収剤２５を高温に維持する必要があ
る。
【０１２１】ところで前述したように第１の燃焼、即ち
低温燃焼が行われているときには排気ガス温が高くな
り、斯くしてＮＯx 吸収剤７１の温度も高くなる。ま
た、このとき燃焼室５から排出された多量の未燃炭化水
素はＮＯx 吸収剤７１において酸化せしめられ、この酸
化反応熱によってＮＯx 吸収剤７１の温度は更に高くな
る。その結果、低温燃焼が行われているときにはＮＯx
吸収剤７２の温度は６００℃以上となる。この場合、空
燃比をリッチにすればＮＯx 吸収剤７１の温度は更に高
くなる。従って第１の燃焼が行われているときにＮＯx
吸収剤７１からＳＯ x を放出すべきときには燃料噴射量
を増量することによって燃焼室５内における空燃比がリ
ッチとされる。
【０１２２】一方、前述したように第２の燃焼が行われ
ているときに燃料噴射量を増量することによって燃焼室
５内における空燃比をリッチにすることは好ましくな
い。そこで本発明による実施例では第２の燃焼が行われ
ているときにＮＯx 吸収剤７１からＳＯx を放出すべき
ときにはバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの
量Ｂが予め定められた設定値Ｂｄよりも大きければ第２
の燃焼から第１の燃焼に切換えると共に燃焼室５内にお
ける空燃比をリッチにし、同時に機関出力トルクの低下
分を電気モータ３７の出力トルクによって補うようにし
ている。
【０１２３】図２５（Ｂ）はこの場合の機関の出力トル
クと電気モータ３７の出力トルクの制御の第１実施例を
示している。この第１実施例では図２５（Ｂ）において
破線で示されるように第１の燃焼を行いうる範囲内でほ
ぼ最大となる機関出力トルクＴＱｅ（Ｎ）が機関回転数
Ｎの関数として予め定められており、ＳＯx を放出すべ
きときには機関の要求トルクがＴＱｔからＴＱｅ（Ｎ）
まで低下せしめられると共に機関出力トルクの低下分Δ
ＴＱが電気モータ３７の出力トルクにより補われる。
【０１２４】従ってこの第１実施例ではバッテリ４１に
貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも
大きいときには要求トルクＴＱが境界Ｘ（Ｎ）を越えて
も、即ち第２の燃焼を行うべきときでも第１の燃焼が行
われることになる。これに対し、バッテリ４１に貯蔵さ
れている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも小さい
ときにはＮＯx 吸収剤７１からＳＯx を放出すべきとき
であっても要求トルクＴＱが境界Ｘ（Ｎ）を越えると第
１の燃焼から第２の燃焼へ切換えられ、また第２の燃焼
が行われているときにＮＯx 吸収剤７１からＳＯx を放
出すべきとなった場合でも第２の燃焼が続行される。こ
の第２の燃焼では空燃比がリーンとされるのでＮＯx 吸
収剤７１からのＳＯx の放出作用は行われない。
【０１２５】ところで前述したように第２の燃焼が行わ
れると排気ガス温が低くなる。従って第１の燃焼から第
２の燃焼に切換えられるとＮＯx 吸収剤７１の温度は６
００℃よりもかなり低い温度まで低下する。これに対
し、第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられるとＮＯx
吸収剤７１の温度は徐々に増大して６００℃以上になる
がＮＯx 吸収剤７１の温度が６００℃以上になるまで時
間を要する。従って第１の燃焼と第２の燃焼とが頻繁に
切換えられるとＮＯx 吸収剤７１の温度はほとんど６０
０℃以上にならなくなる。
【０１２６】実際の運転状態では第１の燃焼と第２の燃
焼とが頻繁に切換えられることが多く、従ってこのよう
に第１の燃焼と第２の燃焼とが頻繁に切換えられる運転
状態のときでも第１の燃焼時にＳＯx を放出しうるよう
ＮＯx 吸収剤７１を高温に維持できるようにする必要が
ある。そのためには第２の燃焼が行われているときにＮ
Ｏx 吸収剤７１の温度を６００℃以上に維持しなければ
ならない。
【０１２７】また、第２の燃焼が行われているときに、
ＮＯx 吸収剤７１が吸収しうるＮＯ x 量が低下したとき
には第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときにた
だちにＳＯx を放出させる必要がある。このようにＮＯ
x 吸収剤７１からＳＯx を放出すべきときには第２の燃
焼が行われているときにＮＯx 吸収剤７１の温度を６０
０°以上に維持する必要があり、第２の燃焼が行われて
いるときにＮＯx 吸収剤７１が吸収しうるＮＯx 量が低
下したときにはＮＯx 吸収剤７１の温度を６００℃以上
まで上昇させることが好ましい。
【０１２８】そこで本発明による実施例ではＮＯx 吸収
剤７１からＳＯx を放出すべきときにバッテリ４１に貯
蔵されている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも小
さいときには第２の燃焼を行うべきときには第２の燃焼
を行い、このときＮＯx 吸収剤７１の温度ＴＦが６００
℃以上となるように制御される。次に、第２の燃焼が行
われているときにＮＯx 吸収剤７１の温度を６００℃以
上に維持する方法およびＮＯx 吸収剤７１の温度を６０
０°以上まで上昇させる方法について説明する。
【０１２９】本発明による実施例では第２の燃焼が行わ
れているときにＮＯx 吸収剤７１の温度を６００℃以上
に維持し、ＮＯx 吸収剤７１の温度を６００℃以上まで
上昇させるために、補助燃料を噴射することなく主燃料
の噴射時間を遅らせる第１の噴射パターンと、主燃料の
噴射前に補助燃料を噴射しかつ主燃料の噴射時期を遅ら
せる第２の噴射パターンと、主燃料の噴射後に補助燃料
を噴射しかつ主燃料の噴射時期を遅らせる第３の噴射パ
ターンからなる３つの噴射パターンのいずれかが用いら
れる。
【０１３０】即ち、図２６は主燃料の噴射時期および補
助燃料の噴射時期を示しており、横軸はクランク角を表
している。また、図２６には吸気弁７の開弁期間および
排気弁９の開弁期間も示されている。図２６において
（Ｉ）は通常の第２の燃焼が行われているときの噴射時
期を示している。図２６からわかるようにこのときには
補助燃料が噴射されることなく主燃料Ｑのみが噴射さ
れ、このときの主燃料の噴射時期は圧縮上死点前又は圧
縮上死点付近に定められている。
【０１３１】一方、（II）は第１の噴射パターンを示し
ている。前述したように第１の噴射パターンでは補助燃
料を噴射することなく主燃料ＱR のみが噴射され、更に
このとき主燃料ＱR の噴射時期は通常の第２の燃焼が行
われているときに比べて遅角される。このように主燃料
ＱR の噴射時期が遅角せしめられると燃焼期間が長びく
ために排気ガス温が上昇する。排気ガス温が上昇すると
ＮＯx 吸収剤７１の温度が上昇せしめられる。
【０１３２】図２６の（III ）は第２の噴射パターンを
示している。この第２の噴射パターンでは吸気上死点付
近において補助燃料ＱV が噴射され、図２６の（II）に
示される第１の噴射パターンの場合に比べて主燃料ＱR
の噴射時期が更に遅角される。吸気上死点付近において
補助燃料ＱV を噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によって
この補助燃料ＱV からアルデヒド、ケトン、パーオキサ
イド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中
間生成物によって主燃料ＱR の反応が加速される。従っ
てこの場合には主燃料ＱR の噴射時期を大巾に遅らせて
も失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。一方、
このように主燃料ＱR の噴射時期を大巾に遅らせること
ができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてＮ
Ｏx 吸収剤７１の温度を更に高温まで上昇させることが
できる。
【０１３３】図２６の（IV）は第３の噴射パターンを示
している。この第３の噴射パターンでは図２６の（II）
に示される第１の噴射パターンと同じ時期に主燃料ＱR
が噴射され、主燃料ＱR の噴射後の膨張行程中又は排気
行程中に補助燃料ＱP が噴射される。図２６に示す例で
は排気弁９が開弁する直前の膨張行程中に補助燃料Ｑ P
が噴射される。
【０１３４】この補助燃料ＱP は燃焼室５内において燃
焼せしめられず、従って補助燃料Ｑ P が噴射されるとこ
の補助燃料ＱP は未燃ＨＣの形で排気ポート１０内に排
出される。従って補助燃料ＱP が噴射されると排気ガス
中の未燃ＨＣの量が増大せしめられ、斯くして未燃ＨＣ
の酸化反応熱によってＮＯx 吸収剤７１の温度は急速に
上昇せしめられる。排気ガス温を上昇させることによっ
てＮＯx 吸収剤７１の温度を上昇させる場合よりも排気
ガス中の未燃ＨＣの量を増大させて酸化反応熱によりＮ
Ｏx 吸収剤７１の温度を上昇させる場合の方がＮＯx 吸
収剤７１の温度をはるかに急速に高温まで上昇させるこ
とができるので、図２６の（III ）に示される第２の噴
射パターンを用いた場合よりも図２６の（IV）に示され
る第３の噴射パターンを用いた場合の方がＮＯx 吸収剤
７１の温度をはるかに急速に高温まで上昇させることが
できる。
【０１３５】次に図２７を参照しつつＮＯx 吸収剤７１
からＮＯx を放出すべきときにセットされるＮＯx 放出
フラグおよびＮＯx 吸収剤７１からＳＯx を放出すべき
ときにセットされるＳＯx 放出フラグの処理ルーチンに
ついて説明する。なお、このルーチンは一定時間毎の割
込みによって実行される。図２７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１０１に進んで図２３（Ａ）に示すマップから
単位時間当りのＮＯx 吸収量Ａが算出される。次いでス
テップ１０２ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸにＡが加算され
る。次いでステップ１０３ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが
許容最大値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯ
Ｘ＞ＭＡＸになるとステップ１０４に進んで予め定めら
れた時間だけＮＯx 放出フラグをセットする処理が行わ
れ、次いでステップ１０５においてΣＮＯＸが零とされ
る。次いでステップ１１１に進む。
【０１３６】一方、ステップ１００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１０６
に進んで図２３（Ｂ）に示すマップから単位時間当りの
ＮＯx 吸収量Ｂが算出される。次いでステップ１０７で
はＮＯx 吸収量ΣＮＯＸにＢが加算される。次いでステ
ップ１０８ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡ
Ｘを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸにな
るとステップ１０９に進んで予め定められた時間だけＮ
Ｏx 放出フラグをセットする処理が行われ、次いでステ
ップ１１０においてΣＮＯＸが零とされる。次いでステ
ップ１１１に進む。
【０１３７】ステップ１１１では噴射量Ｑに定数ｋを乗
算した積ｋ・ＱがΣＳＯＸに加算される。燃料中にはほ
ぼ一定量の硫黄Ｓが含まれており、従ってＮＯx 吸収剤
７１に吸収されるＳＯx 量はｋ・Ｑで表わすことができ
る。従ってこのｋ・Ｑを順次積算することによって得ら
れるΣＳＯＸはＮＯx 吸収剤７１に吸収されていると推
定されるＳＯx 量を表わしている。ステップ１１２では
このＳＯx 量ΣＳＯＸが許容最大値ＭＡＸＳを越えたか
否かが判別され、ΣＳＯＸ＞ＭＡＸＳになるとステップ
１１３に進んでＳＯx 放出フラグがセットされる。
【０１３８】次に図２８および図２９を参照しつつ運転
制御について説明する。図２８および図２９を参照する
と、まず初めにステップ２００においてＳＯx放出フラ
グがセットされているか否かが判別される。ＳＯx 放出
フラグがセットされていないときにはステップ２０１に
進んで機関の運転状態が図１０に示す第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
関の運転状態が図１０に示す第１の運転領域Ｉであると
きにはステップ２０２に進んで要求トルクＴＱが図１０
に示す第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが
判別される。ＴＱ≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ２０４
に進んで低温燃焼が行われる。
【０１３９】即ち、ステップ２０４では図１４（Ａ）に
示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出
され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとさ
れる。次いでステップ２０５では図１４（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。
次いでステップ２０６ではＮＯx 放出フラグがセットさ
れているか否かが判別される。ＮＯx 放出フラグがセッ
トされていないときにはステップ２０７に進んで図１３
（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出され、図１３
（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出され、
これらの算出値に基づいて燃料噴射が行われる。
【０１４０】一方、ステップ２０６においてＮＯx 放出
フラグがセットされていると判別されたときにはステッ
プ２０８に進んで燃料噴射量を増量することにより予め
定められた期間、空燃比がリッチとされ、ΣＮＯＸが零
とされ、ＮＯx 放出フラグがリセットされる。この間に
ＮＯx 吸収剤７１からＮＯx が放出される。一方、ステ
ップ２０２においてＴＱ＞Ｘ（Ｎ）になったと判別され
たときにはステップ２０３に進んでフラグＩがリセット
され、次いでステップ２１２に進んでＮＯx 放出フラグ
がセットされているか否かが判別される。ＮＯx 放出フ
ラグがセットされていないときにはステップ２１３に進
んで第２の燃焼が行われる。
【０１４１】即ち、ステップ２１３では図１７（Ａ）に
示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出
され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとさ
れる。次いでステップ２１４では図１７（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。
次いでステップ２１５では図１６（Ａ）に示すマップか
ら噴射量Ｑが算出され、図１６（Ｂ）に示すマップから
噴射開始時期θＳが算出され、これらの算出値に基づい
て燃料噴射が行われる。
【０１４２】一方、ステップ２１２においてＮＯx 放出
フラグがセットされていると判別されたときにはステッ
プ２１６に進んでバッテリ４１に貯蔵されている電気エ
ネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも大きいか否かが判別さ
れる。Ｂ＞Ｂｄのときにはステップ２１７に進んで低温
燃焼すべく機関の出力トルクが低下せしめられ、電気モ
ータ３７が作動せしめられる。
【０１４３】即ち、ステップ２１７では機関の要求トル
クがＴＱから図２５（Ａ）に示される最も低負荷のとき
の要求トルクＴＱｅまで低下せしめられる。次いでステ
ップ２１８ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づ
いて図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の
目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこ
の目標開度ＳＴとされる。次いでステップ２１９ではこ
の要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１４（Ｂ）
に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算
出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥと
される。次いでステップ２２０ではこの要求トルクＴＱ
（＝ＴＱｅ）に基づいて図１３（Ａ）に示すマップから
算出された噴射量Ｑが増量補正され、空燃比が一時にリ
ッチにされる。このときＮＯx 吸収剤７１からＮＯx が
放出される。
【０１４４】次いでステップ２２１では図２５（Ａ）に
示される要求トルクＴＱｔと要求トルクＴＱｅとの差、
即ち機関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モータ３７の
発生すべき出力トルクＴｍとされる。次いでステップ２
２２では電気モータ３７が出力トルクＴｍを発生するた
めに電気モータ３７に供給すべき三相交流の電流値Ｉｍ
が算出される。次いでステップ２２３では機関回転数Ｎ
に基づいて電気モータ３７に供給すべき三相交流の周波
数ｆｍが算出される。次いでステップ２２４では電流値
がＩｍで周波数がｆｍの三相交流が電気モータ３７に供
給され、それによって電気モータ３７が駆動せしめられ
る。
【０１４５】一方、ステップ２１６においてＢ≦Ｂｄで
あると判断されたときはステップ２２５に進んで第２の
燃焼が行われ、電気モータ３７の作動が停止され、膨張
行程末期又は排気行程中に追加の燃料が噴射される。即
ち、ステップ２２５では図１７（Ａ）に示すマップから
スロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロット
ル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでス
テップ２２６では図１７（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ
制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２
９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ
２２７では図１６（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算
出され、図１６（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θ
Ｓが算出され、これらの算出値に基づいて燃料噴射が行
われる。更にこのときＮＯx 吸収剤７１に流入する排気
ガスの空燃比をリッチにするのに必要な補助燃料が膨張
行程末期又は排気行程中に予め定められた期間、噴射さ
れ、その後ΣＮＯＸが零とされ、ＮＯx 放出フラグがリ
セットされる。この間にＮＯx 吸収剤７１からＮＯx が
放出される。
【０１４６】フラグＩがリセットされると次の処理サイ
クルではステップ２０１からステップ２１０に進んで要
求トルクＴＱが図１０に示す第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも
低くなったか否かが判別される。ＴＱ≧Ｙ（Ｎ）のとき
にはステップ２１２に進む。一方、ステップ２１０にお
いてＴＱ＜Ｙ（Ｎ）になったと判別されたときにはステ
ップ２１１に進んでフラグＩがセットされ、次いでステ
ップ２０４に進んで低温燃焼が行われる。
【０１４７】一方、ステップ２００においてＳＯx 放出
フラグがセットされていると判断されたときにはステッ
プ２０９に進んでＮＯx 吸収剤７１からのＳＯx 放出処
理が行われる。図３０はこのＳＯx 放出処理の第１実施
例を示している。図３０を参照するとまず初めにステッ
プ３００において要求トルクＴＱが図１０に示す第１の
境界Ｘ（Ｎ）よりも小さいか否かが判別される。ＴＱ＜
Ｘ（Ｎ）のときにはステップ３０１に進み、低温燃焼の
もとで空燃比がリッチとされる。
【０１４８】即ち、ステップ３０１では図１４（Ａ）に
示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出
され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとさ
れる。次いでステップ３０２では図１４（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。
次いでステップ３０３では図１３（Ａ）に示すマップか
ら噴射量Ｑが算出され、図１３（Ｂ）に示すマップから
噴射開始時期θＳが算出され、算出された噴射量Ｑが増
量補正されて空燃比がリッチとされる。次いでステップ
３１６に進む。このときにはＮＯx 吸収剤７１の温度が
６００℃以上に維持され、空燃比がリッチとされるので
ＮＯx 吸収剤７１からＳＯx が放出される。また、この
ときにはＮＯx 吸収剤７１からＮＯx も放出され、パテ
ィキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積している場
合には堆積した微粒子が酸化除去せしめられる。
【０１４９】一方、ステップ３００においてＴＱ≧Ｘ
（Ｎ）であると判断されたときにはステップ３０４に進
んでバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂ
が設定値Ｂｄよりも大きいか否かが判別される。Ｂ＞Ｂ
ｄのときにはステップ３０５に進んで低温燃焼すべく機
関の出力トルクが低下せしめられ、電気モータ３７が作
動せしめられる。
【０１５０】即ち、ステップ３０５では機関の要求トル
クがＴＱｔから図２５（Ｂ）に示される低温燃焼可能な
ほぼ最大の要求トルクＴＱｅ（Ｎ）まで低下せしめられ
る。次いでステップ３０６ではこの要求トルクＴＱ（＝
ＴＱｅ（Ｎ））に基づいて図１４（Ａ）に示すマップか
らスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロッ
トル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いで
ステップ３０７ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ
（Ｎ））に基づいて図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧ
Ｒ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁
２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステッ
プ３０８ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ（Ｎ））に
基づいて図１３（Ａ）に示すマップから算出された噴射
量Ｑが増量補正され、空燃比がリッチにされる。このと
きＮＯx 吸収剤７１からはＳＯx が放出される。更にこ
のときにはＮＯx 吸収剤７１からＮＯx が放出され、ま
たパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積して
いる場合には堆積している微粒子が酸化除去せしめられ
る。
【０１５１】次いでステップ３０９では図２５（Ｂ）に
示される要求トルクＴＱｔと要求トルクＴＱｅ（Ｎ）と
の差、即ち機関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モータ
３７の発生すべき出力トルクＴｍとされる。次いでステ
ップ３１０では電気モータ３７が出力トルクＴｍを発生
するために電気モータ３７に供給すべき三相交流の電流
値Ｉｍが算出される。次いでステップ３１１では機関回
転数Ｎに基づいて電気モータ３７に供給すべき三相交流
の周波数ｆｍが算出される。次いでステップ３１２では
電流値がＩｍで周波数がｆｍの三相交流が電気モータ３
７に供給され、それによって電気モータ３７が駆動せし
められる。
【０１５２】一方、ステップ３０４においてＢ≦Ｂｄで
あると判断されたときはステップ３１３に進んでリーン
空燃比のもとで第２の燃焼が行われ、電気モータ３７の
作動が停止され、ＮＯx 吸収剤７１、即ちパティキュレ
ートフィルタ２４の温度ＴＦを６００℃以上に維持する
ための昇温制御が行われる。即ち、ステップ３１３では
図１７（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標
開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目
標開度ＳＴとされる。次いでステップ２２６では図１７
（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度Ｓ
Ｅが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度
ＳＥとされる。次いでステップ３１５では図２６に示さ
れる第１の噴射パターン（II）、第２の噴射パターン
（III ）および第３の噴射パターン（VI）のうちのいず
れかの噴射パターンでもって燃料噴射が行われる。この
ときにもパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆
積していれば堆積している微粒子が酸化除去せしめられ
る。次いでステップ３１６に進む。
【０１５３】ステップ３１６ではＮＯx 吸収剤７１から
のＳＯx の放出作用が完了したか否かが判別される。Ｓ
Ｏx の放出作用が完了したか否かは例えば空燃比がリッ
チにされている時間等から推定される。ＳＯx の放出作
用が完了したと判断されたときにはステップ３１７に進
んでＳＯx 放出フラグがリセットされ、ΣＳＯＸおよび
ΣＮＯＸが零とされる。
【０１５４】図３１および図３２にＳＯx 放出処理の第
２実施例を示す。この第２実施例ではＮＯx 吸収剤７１
からＳＯx を放出すべきときにＢ＞Ｂｄであるときに
は、即ちバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの
量Ｂに余裕があるときには図３１に示されるようにＴＱ
＜Ｘ（Ｎ）であろうＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であろうと機関の要
求トルクがＴＱｔから最も低負荷時の要求トルクＴＱｅ
まで低下せしめられ、機関出力トルクの低下分ΔＴＱが
電気モータ３７の出力トルクにより補われ、空燃比がリ
ッチとされる。
【０１５５】一方、Ｂ≦Ｂｄのときには、即ちバッテリ
４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂに余裕がない
ときにはＴＱ＜Ｘ（Ｎ）であれば低温燃焼のもとで空燃
比がリッチとされ、ＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であれば第２の燃焼
のもとでＮＯx 吸収剤７１、即ちパティキュレートフィ
ルタ２４の昇温制御が行われる。図３２を参照するとま
ず初めにステップ４００においてバッテリ４１に貯蔵さ
れている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも大きい
か否かが判別される。Ｂ＞Ｂｄのときには低温燃焼が行
われていようと第２の燃焼が行われていようとステップ
４０１に進んで機関の出力トルクが低下せしめられ、電
気モータ３７が作動せしめられる。
【０１５６】即ち、ステップ４０１では機関の要求トル
クがＴＱｔから図３１に示される最も低負荷のときの要
求トルクＴＱｅまで低下せしめられる。次いでステップ
４０２ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて
図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標
開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目
標開度ＳＴとされる。次いでステップ４０３ではこの要
求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１４（Ｂ）に示
すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出さ
れ、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされ
る。次いでステップ４０４ではこの要求トルクＴＱ（＝
ＴＱｅ）に基づいて図１３（Ａ）に示すマップから算出
された噴射量Ｑが増量補正され、空燃比がリッチにされ
る。このときＮＯx 吸収剤７１からはＳＯx が放出され
る。更にこのときにはＮＯx 吸収剤７１からＮＯx が放
出され、またパティキュレートフィルタ２４上に微粒子
が堆積している場合には堆積している微粒子が酸化除去
せしめられる。
【０１５７】次いでステップ４０５では図３１に示され
る要求トルクＴＱｔと要求トルクＴＱｅとの差、即ち機
関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モータ３７の発生す
べき出力トルクＴｍとされる。次いでステップ４０６で
は電気モータ３７が出力トルクＴｍを発生するために電
気モータ３７に供給すべき三相交流の電流値Ｉｍが算出
される。次いでステップ４０７では機関回転数Ｎに基づ
いて電気モータ３７に供給すべき三相交流の周波数ｆｍ
が算出される。次いでステップ４０８では電流値がＩｍ
で周波数がｆｍの三相交流が電気モータ３７に供給さ
れ、それによって電気モータ３７が駆動せしめられる。
【０１５８】一方、ステップ４０４においてＢ≦Ｂｄで
あると判断されたときはステップ４０９に進んで要求ト
ルクＴＱが図１０に示す第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも小さ
いか否かが判別される。ＴＱ＜Ｘ（Ｎ）のときにはステ
ップ４１０に進んで電気モータ３７の作動が停止され、
低温燃焼のもとで空燃比がリッチとされる。即ち、ステ
ップ４１０では図１４（Ａ）に示すマップからスロット
ル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１
の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ４
１１では図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２
９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度
がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ４１２で
は図１３（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出され、
図１３（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出
され、算出された噴射量Ｑが増量補正されて空燃比がリ
ッチとされる。次いでステップ４１６に進む。このとき
にはＮＯx 吸収剤７１の温度が６００℃以上に維持さ
れ、空燃比がリッチとされるのでＮＯx 吸収剤７１から
ＳＯx が放出される。また、このときにはＮＯx 吸収剤
７１からＮＯx も放出され、パティキュレートフィルタ
２４上に微粒子が堆積している場合には堆積した微粒子
が酸化除去せしめられる。
【０１５９】一方、ステップ４０９においてＴＱ≧Ｘ
（Ｎ）であると判断されたときにはステップ４１３に進
んでリーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われ、電気モ
ータ３７の作動が停止され、ＮＯx 吸収剤７１、即ちパ
ティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを６００℃以上
に維持するための昇温制御が行われる。即ち、ステップ
４１３では図１７（Ａ）に示すマップからスロットル弁
２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開
度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ４１４
では図１７（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の
目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこ
の目標開度ＳＥとされる。次いでステップ４１５では図
２６に示される第１の噴射パターン（II）、第２の噴射
パターン（III ）および第３の噴射パターン（VI）のう
ちのいずれかの噴射パターンでもって燃料噴射が行われ
る。このときにもパティキュレートフィルタ２４上に微
粒子が堆積していれば堆積している微粒子が酸化除去せ
しめられる。次いでステップ３１６に進む。
【０１６０】ステップ４１６ではＮＯx 吸収剤７１から
のＳＯx の放出作用が完了したか否かが判別される。Ｓ
Ｏx の放出作用が完了したと判断されたときにはステッ
プ４１７に進んでＳＯx 放出フラグがリセットされ、Σ
ＳＯＸおよびΣＮＯＸが零とされる。図３３から図３５
はＮＯx 放出制御の第３実施例を示す。
【０１６１】この第３実施例でも第２実施例と同様にＮ
Ｏx 吸収剤７１からＳＯx を放出すべきときにＢ＞Ｂｄ
であるときには、即ちバッテリ４１に貯蔵されている電
気エネルギの量Ｂに余裕があるときにはＴＱ＜Ｘ（Ｎ）
であろうＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であろうと機関の要求トルクが
ＴＱｅまで低下せしめられて低温燃焼のもとで空燃比が
リッチとされ、機関出力トルクの低下分が電気モータ３
７の出力トルクにより補われる。
【０１６２】ただし、この第３実施例ではＮＯx 吸収剤
７１、即ちパティキュレートフィルタ２４の温度が予め
定められた下限温度ＴＦｍｉｎ、例えば６００°と予め
定められた上限温度ＴＦｍａｘ、例えば６５０℃との間
に維持されるように次式に基づいて、アクセルペダル４
４の踏込み量から定まる要求トルクＴＱが、機関の出力
トルクを低下させたときの要求トルクＴＱｅと電気モー
タ３７の出力トルクＴｍとに振分けられる。
【０１６３】ＴＱｅ＝Ｋ・ＴＱ Ｔｍ＝（１−Ｋ）・ＴＱ ここでＫはトルク分配比を表している。即ち、要求トル
クＴＱが同じであっても機関の出力トルクを大きくし、
電気モータ３７の出力トルクを小さくすれば、即ちトル
ク分配比Ｋを増大すれば排気ガス温が上昇するためにパ
ティキュレートフィルタ２４の温度は上昇し、要求トル
クＴＱが同じであっても機関の出力トルクを小さくし、
電気モータ３７の出力トルクを大きくすれば、即ちトル
ク分配比Ｋを減少すれば排気ガス温が低下するためにパ
ティキュレートフィルタ２４の温度は下降する。
【０１６４】そこでこの第３実施例では排気管２６に取
付けた温度センサ４３によりパティキュレートフィルタ
２４の温度ＴＦを検出又は推定し、図３３に示されるよ
うにパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが下限温
度ＴＦｍｉｎよりも低くなったときには要求トルクＴＱ
ｅを大きくすると共に電気モータ３７の出力トルクＴｍ
を小さくする、即ちトルク分配比Ｋを増大させることに
よってパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを下限
温度ＴＦｍｉｎよりも上昇させ、パティキュレートフィ
ルタ２４の温度ＴＦが上限温度ＴＦｍａｘよりも高くな
ったときには要求トルクＴＱｅを小さくすると共に電気
モータ３７の出力トルクＴｍを大きくする、即ちトルク
分配比Ｋを減少させることによってパティキュレートフ
ィルタ２４の温度ＴＦを上限温度ＴＦｍａｘよりも低く
するようにしている。
【０１６５】一方、Ｂ≦Ｂｄのときには、即ちバッテリ
４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂに余裕がない
ときには第２実施例と同様にＴＱ＜Ｘ（Ｎ）であれば低
温燃焼のもとで空燃比がリッチとされ、ＴＱ≧Ｘ（Ｎ）
であれば第２の燃焼のもとでＮＯx 吸収剤７１、即ちパ
ティキュレートフィルタ２４の昇温制御が行われる。図
３４および図３５を参照するとまず初めにステップ５０
０においてバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギ
の量Ｂが設定値Ｂｄよりも大きいか否かが判別される。
Ｂ＞Ｂｄのときにはステップ５０１に進んで低温燃焼す
べく機関の出力トルクが低下せしめられ、電気モータ３
７が作動せしめ、パティキュレートフィルタ２４の温度
ＴＦが制御される。
【０１６６】即ち、ステップ５０１ではパティキュレー
トフィルタ２４の温度ＴＦが下限温度ＴＦｍｉｎよりも
低いか否かが判別される。ＴＦ＜ＴＦｍｉｎのときには
ステップ５０２に進んでトルク分配比Ｋに一定値ΔＫが
加算され、即ちトルク分配比Ｋが増大せしめられ、次い
でステップ５０５に進む。これに対し、ＴＦ≧ＴＦｍｉ
ｎのときにはステップ５０３に進んでパティキュレート
フィルタ２４の温度ＴＦが上限温度ＴＦｍａｘよりも高
いか否かが判別される。ＴＦ＞ＴＦｍａｘのときにはス
テップ５０４に進んでトルク分配比Ｋから一定値ΔＫが
減算され、即ちトルク分配比Ｋが減少せしめられ、次い
でステップ５０５に進む。ステップ５０５では次式から
機関の要求トルクＴＱｅが算出される。
【０１６７】ＴＱｅ＝ｋ・ＴＱ 次いでステップ５０６ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱ
ｅ）に基づいて図１４（Ａ）に示すマップからスロット
ル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１
の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ５
０７ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図
１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開
度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標
開度ＳＥとされる。次いでステップ５０８ではこの要求
トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１３（Ａ）に示す
マップから算出された噴射量Ｑが増量補正され、空燃比
がリッチにされる。このときＮＯx 吸収剤７１からはＳ
Ｏx が放出される。更にこのときにはＮＯx 吸収剤７１
からＮＯx が放出され、またパティキュレートフィルタ
２４上に微粒子が堆積している場合には堆積している微
粒子が酸化除去せしめられる。
【０１６８】次いでステップ５０９では次式に基づいて
電気モータ３７の出力トルクＴｍが算出される。 Ｔｍ＝（１−Ｋ）・ＴＱ 次いでステップ５１０では電気モータ３７が出力トルク
Ｔｍを発生するために電気モータ３７に供給すべき三相
交流の電流値Ｉｍが算出される。次いでステップ５１１
では機関回転数Ｎに基づいて電気モータ３７に供給すべ
き三相交流の周波数ｆｍが算出される。次いでステップ
５１２では電流値がＩｍで周波数がｆｍの三相交流が電
気モータ３７に供給され、それによって電気モータ３７
が駆動せしめられる。次いでステップ５２０に進む。
【０１６９】一方、ステップ５００においてＢ≦Ｂｄで
あると判断されたときはステップ５１３に進んで要求ト
ルクＴＱが図１０に示す第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも小さ
いか否かが判別される。ＴＱ＜Ｘ（Ｎ）のときにはステ
ップ５１４に進み、低温燃焼のもとで空燃比がリッチと
される。即ち、ステップ５１４では図１４（Ａ）に示す
マップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出さ
れ、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされ
る。次いでステップ５１５では図１４（Ｂ）に示すマッ
プからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、Ｅ
ＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次
いでステップ５１６では図１３（Ａ）に示すマップから
噴射量Ｑが算出され、図１３（Ｂ）に示すマップから噴
射開始時期θＳが算出され、算出された噴射量Ｑが増量
補正されて空燃比がリッチとされる。次いでステップ５
２０に進む。このときにはＮＯx 吸収剤７１の温度が６
００℃以上に維持され、空燃比がリッチとされるのでＮ
Ｏx 吸収剤７１からＳＯx が放出される。また、このと
きにはＮＯx 吸収剤７１からＮＯx も放出され、パティ
キュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積している場合
には堆積した微粒子が酸化除去せしめられる。
【０１７０】一方、ステップ５１３においてＴＱ≧Ｘ
（Ｎ）であると判断されたときにはステップ５１７に進
んでリーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われ、電気モ
ータ３７の作動が停止され、ＮＯx 吸収剤７１、即ちパ
ティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを６００℃以上
に維持するための昇温制御が行われる。即ち、ステップ
５１７では図１７（Ａ）に示すマップからスロットル弁
２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開
度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ５１８
では図１７（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の
目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこ
の目標開度ＳＥとされる。次いでステップ５１９では図
２６に示される第１の噴射パターン（II）、第２の噴射
パターン（III ）および第３の噴射パターン（VI）のう
ちのいずれかの噴射パターンでもって燃料噴射が行われ
る。このときにもパティキュレートフィルタ２４上に微
粒子が堆積していれば堆積している微粒子が酸化除去せ
しめられる。次いでステップ５２０に進む。
【０１７１】ステップ５２０ではＮＯx 吸収剤７１から
のＳＯx の放出作用が完了したか否かが判別される。Ｓ
Ｏx の放出作用が完了したと判断されたときにはステッ
プ５２１に進んでＳＯx 放出フラグがリセットされ、Σ
ＳＯＸおよびΣＮＯＸが零とされる。なお、パティキュ
レートフィルタ２４の温度ＴＦは主噴射Ｑｍの遅角量、
或いは補助燃料Ｑｖ，Ｑｐの量を変化させることによっ
ても制御することができる。即ち、ＴＦ＜ＴＦｍｉｎの
ときには主噴射Ｑｍの遅角量、或いは補助燃料Ｑｖ，Ｑ
ｐの量を増大させることによってＴＦ＞ＴＦｍｉｎとす
ることができ、ＴＦ＞ＴＦｍａｘのときには主噴射Ｑｍ
の遅角量、或いは補助燃料Ｑｖ，Ｑｐの量を減少させる
ことによってＴＦ＜ＴＦｍａｘとすることができる。
【０１７２】また、低温燃焼を行っているときにはＥＧ
Ｒ率を変化させることによってパティキュレートフィル
タ２４の温度ＴＦを制御することができる。即ち、ＴＦ
＜ＴＦｍｉｎのときにはＥＧＲ率を低下させることによ
ってＴＦ＞ＴＦｍｉｎとすることができ、ＴＦ＞ＴＦｍ
ａｘのときにはＥＧＲ率を上昇させることによってＴＦ
＜ＴＦｍａｘとすることができる。
【０１７３】次に加速運転時および減速運転時における
運転制御について説明する。本発明による実施例では排
気ターボチャージャ１５が作動しない運転領域の加速運
転時でも良好な加速運転が得られるように加速運転時に
電気モータ３７が駆動される。一方、減速運転時には電
気モータ３７が発電機として作動せしめられ、発生した
電力が回生される。
【０１７４】図３６は加減速時の処理ルーチンを示して
おり、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行
される。図３６を参照するとまず初めにステップ６００
において例えばアクセルペダル４４の踏込み量Ｌの変化
量ΔＬ（＞０）から加速運転時であるか否かが判別され
る。加速運転時であるときにはステップ６０１に進んで
電気モータ３７が発生すべき出力トルクＴｍが算出され
る。この出力トルクＴｍは図３７に示されるようにアク
セルペダル４４の踏込み量Ｌの変化量ΔＬが大きいほど
大きくなる。次いでステップ６０２では電気モータ３７
が出力トルクＴｍを発生するために電気モータ３７に供
給すべき三相交流の電流値Ｉｍが算出される。次いでス
テップ６０３では機関回転数Ｎに基づいて電気モータ３
７に供給すべき三相交流の周波数ｆｍが算出される。次
いでステップ６０４では電流値がＩｍで周波数がｆｍの
三相交流が電気モータ３７に供給され、それによって電
気モータ３７が駆動せしめられる。このように加速運転
時には機関の出力トルクに電気モータ３７の出力トルク
が重畳される。
【０１７５】次いでステップ６０５では例えばアクセル
ペダル４４の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎから減速運転時
であるか否かが判別される。減速運転時であるときには
ステップ６０６に進んで電気モータ３７が発電機として
作動せしめられ、発生した電力がバッテリ４１に回生せ
しめられる。
【０１７６】
【発明の効果】電気モータの駆動力を利用してＮＯx 吸
収剤からＮＯx およびＳＯx を確実に放出させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】機関本体の側面断面図である。
【図３】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図
である。
【図４】要求トルクを示す図である。
【図５】スモークおよびＮＯx の発生量等を示す図であ
る。
【図６】燃焼圧を示す図である。
【図７】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図
である。
【図８】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
【図９】燃焼室内のガス温等を示す図である。
【図１０】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１１】スロットル弁の開度等を示す図である。
【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】噴射量等のマップを示す図である。
【図１４】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図１５】第２の燃焼における空燃比を示す図である。
【図１６】噴射量等のマップを示す図である。
【図１７】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図１８】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図１９】微粒子の酸化作用を説明するための図であ
る。
【図２０】微粒子の堆積作用を説明するための図であ
る。
【図２１】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフ
ィルタの温度との関係を示す図である。
【図２２】微粒子ＮＯx 同時処理領域を示す図である。
【図２３】単位時間当りのＮＯx 吸収量のマップを示す
図である。
【図２４】バッテリに貯蔵された電気エネルギを説明す
るための図である。
【図２５】要求トルクを示す図である。
【図２６】噴射制御を説明するための図である。
【図２７】ＮＯx 放出フラグおよびＳＯx 放出フラグを
処理するためのフローチャートである。
【図２８】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図２９】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図３０】ＳＯx 放出処理を行うための第１実施例のフ
ローチャートである。
【図３１】要求トルクを示す図である。
【図３２】ＳＯx 放出処理を行うための第２実施例のフ
ローチャートである。
【図３３】要求トルク等を示す図である。
【図３４】ＳＯx 放出処理を行うための第３実施例のフ
ローチャートである。
【図３５】ＳＯx 放出処理を行うための第３実施例のフ
ローチャートである。
【図３６】加減速処理を行うためのフローチャートであ
る。
【図３７】電気モータが発生すべき出力トルクを示す図
である。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁 ２１…スロットル弁 ２４…パティキュレートフィルタ ２９…ＥＧＲ制御弁 ３７…電気モータ
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/20 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｓ ３Ｇ０９３ 3/24 Ｅ ３Ｇ３０１ 3/28 ３０１Ｃ 3/28 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｄ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ 41/04 ３５５ 41/04 ３５５ ３８０Ｍ ３８０ 43/00 ３０１Ｅ 43/00 ３０１ ３０１Ｎ ３０１Ｗ 45/00 ３１４Ｚ 45/00 ３１４ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ ５７０Ｇ ５７０Ｊ Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｅ (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 Ｆターム(参考） 3G062 AA00 AA01 AA05 BA00 BA04 BA05 BA06 CA07 CA08 EA11 ED08 FA05 FA09 GA00 GA04 GA05 GA06 GA07 GA09 GA17 GA21 3G084 AA00 AA01 BA09 BA13 BA15 BA20 CA03 CA04 DA10 EA11 EB08 FA00 FA03 FA06 FA10 FA27 3G090 AA02 AA03 DA13 EA05 EA06 3G091 AA02 AA10 AA11 AA14 AA18 AB06 AB13 BA04 BA11 BA14 BA33 BA38 CA13 CB02 CB03 CB07 CB08 CB09 DA01 DA02 DA10 DB06 DB10 EA00 EA01 EA03 EA05 EA07 EA17 EA26 EA27 EA28 EA31 FA11 FB10 FB11 FB12 FC02 GA06 GA16 GA20 GA21 GB01X GB01Y GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB10X GB17X HA14 HA18 HA37 HB03 HB05 HB06 3G092 AA02 AA06 AA17 AA18 AC02 BA04 BB02 BB06 BB08 BB13 DB03 DC09 DE03S DG05 EA05 EA06 EA09 EC09 FA17 FA18 GA05 GA06 GA17 GA18 HB03Z HD02Z HF02Z HF08Z 3G093 AA05 AA06 AA07 AA16 AB00 AB01 AB02 BA20 CA06 CA07 CA10 CA11 DA00 DA02 DB11 EA04 EA05 EB00 EC01 FA11 FB01 3G301 HA00 HA02 HA04 HA11 HA13 JA21 JA25 KA08 KA09 KA24 KA25 LA00 LC06 MA01 MA12 MA19 MA23 MA26 NA08 NC02 NE13 NE14 PB08Z PD11Z PF03Z PF08Z PG01Z

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室内の不活性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、燃焼室内
    の不活性ガス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圧縮着火式
    内燃機関において、煤の発生量がピークとなる不活性ガ
    ス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多い第１の燃焼
    と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼
    室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切
    換える切換手段を具備し、流入する排気ガスの空燃比が
    リーンのときにはＮＯx を吸収し流入する排気ガスの空
    燃比がリッチ又は理論空燃比のときには吸収したＮＯx
    を放出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置し、内
    燃機関の駆動力とは別個に車両駆動力を発生する電気モ
    ータと、電気モータ駆動用バッテリに貯蔵された電気エ
    ネルギの量が予め定められた設定量以上であるか否かを
    判断する判断手段とを具備し、ＮＯx 吸収剤からＮＯx
    又はＳＯx を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電
    気エネルギの量が設定量以上であれば第２の燃焼を行う
    べきときであっても第１の燃焼を行って燃焼室内におけ
    る空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると共に電気モー
    タに駆動力を発生させるようにした圧縮着火式内燃機
    関。
  2. 【請求項２】 ＮＯx 吸収剤からＮＯx 又はＳＯx を放
    出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量
    が設定量以下であれば第２の燃焼を行うべきときには第
    ２の燃焼を行いかつＮＯx 吸収剤の温度が上昇するよう
    に燃料噴射制御するようにした請求項１に記載の圧縮着
    火式内燃機関。
  3. 【請求項３】 第２の燃焼を行うべきときに第１の燃焼
    を行うときには機関の出力トルクを第１の燃焼を行いう
    るほぼ最大の出力トルクに維持し、機関出力トルクの低
    下分を電気モータの出力トルクにより補うようにした請
    求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
  4. 【請求項４】 ＮＯx 吸収剤からＮＯx 又はＳＯx を放
    出すべきときに第１の燃焼が行われているときには燃焼
    室内における空燃比をリッチ又は理論空燃比にするよう
    にした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
  5. 【請求項５】 ＮＯx 吸収剤からＮＯx 又はＳＯx を放
    出すべきときに第１の燃焼が行われているときにはバッ
    テリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量以上であれ
    ば機関の出力トルクを低下させると共に燃焼室内におけ
    る空燃比をリッチ又は理論空燃比としかつ電気モータに
    駆動力を発生させて機関出力トルクの低下分を電気モー
    タの出力トルクにより補うようにした請求項１に記載の
    圧縮着火式内燃機関。
  6. 【請求項６】 ＮＯx 吸収剤の温度を検出するための検
    出手段を具備し、ＮＯx 吸収剤からＮＯx 又はＳＯx を
    放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの
    量が設定量以上であれば機関の出力トルクを低下させる
    と共に燃焼室内における空燃比をリッチ又は理論空燃比
    としかつ電気モータに駆動力を発生させて機関出力トル
    クの低下分を電気モータの出力トルクにより補うように
    し、ＮＯx 吸収剤の温度が予め定められた温度範囲内と
    なるように機関出力トルクと電気モータの出力トルクと
    の比を制御するようにした請求項１に記載の圧縮着火式
    内燃機関。
  7. 【請求項７】 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の運転領域に分割し、第１の運転
    領域では第１の燃焼が行われ、第２の運転領域では第２
    の燃焼が行われる請求項１に記載の圧縮着火式内燃機
    関。
  8. 【請求項８】 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再循環装置を具備し、上記不活
    性ガスが再循環排気ガスからなり、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、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１に記載
    の圧縮着火式内燃機関。
  9. 【請求項９】 機関排気通路内にパティキュレートフィ
    ルタを配置し、該パティキュレートフィルタとして、単
    位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパテ
    ィキュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎を
    発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量よ
    りも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレ
    ートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除
    去せしめられかつ上記ＮＯx 吸収剤の機能を有するパテ
    ィキュレートフィルタを用いた請求項１に記載の圧縮着
    火式内燃機関。
  10. 【請求項１０】 パティキュレートフィルタ上に貴金属
    触媒を担持した請求項９に記載の圧縮着火式内燃機関。
  11. 【請求項１１】 周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取
    込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保
    持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤を
    パティキュレートフィルタ上に担持し、パティキュレー
    トフィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤
    から活性酸素を放出させ、放出された活性酸素によって
    パティキュレートフィルタ上に付着した微粒子を酸化さ
    せるようにした請求項１０に記載の圧縮着火式内燃機
    関。
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