JP2007506028A - 低放出ディーゼル燃焼システム - Google Patents

Abstract

本発明は、ＮＯｘ後処理を使用する必要なしに環境的に許容できるＮＯｘ放出レベル（すなわち、エンジン回転速度および負荷の完全マップにわたって０．２ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ以下）を満たすと同時に、環境的に許容できるＰＭ後処理後のレベルに比較的近い（例えば煙レベルが３ＢＳＮ以下の）エンジンアウトＰＭ放出を維持する、商業的に存立可能なディーゼル燃焼システムを明らかにする。本発明は、パラメータの一意的な組み合わせの範囲内で運転することにより、これらの成果を達成する。さらに、システムは、化学量論的に絶えず僅かに希薄に駆動され、燃焼の完全性を促進するのに過不足のない過剰酸素を提供し、運転中、均衡点での連続的なトラップ再生に十分な排気酸素濃度を維持するのが好ましい。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許出願第１０／２１４，２２９号（２００２年８月８日出願で、現在係属中）の一部継続出願であり、この出願は、その全体が本明細書中に参考として援用される。

（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、従来のディーゼル内燃機関において発生する有害物質の放出を低減するための燃焼制御工程に関する。

（発明の背景）
自動車のディーゼル機関の継続的な使用は、有害な汚染物質、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）および微粒子状物質（ＰＭ）が大気中に存在するのを大いに増加させる。従来のディーゼル機関は、ＮＯｘおよび／またはＰＭを、許容できる環境レベルを実質的に超えて放出する。それにもかかわらず、その燃料効率のため、ディーゼル機関は、多くの用途にとってガソリンエンジンより好ましいままである。したがって、ディーゼル機関からのＮＯｘおよびＰＭの放出を低減しようとする試みが何年も続いている。

以下に検討する理由から、ＮＯｘとＰＭの両方のエンジンアウト放出レベルを同時に環境的に許容できるレベル以下で維持可能な、堅牢なディーゼル燃焼システム（すなわち、多様な回転速度および負荷範囲にわたり、商業的に許容できる反応性および馬力を提供するもの）を開発することにおいては、先行技術は決して成功していない。本発明の目的のために、環境的に許容できるディーゼルＮＯｘ放出レベルを０．２ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ以下と規定し、環境的に許容できるディーゼルＰＭ放出レベルを、排気後処理を介して０．０１ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ以下まで効果的に低減できるレベルと規定する。

ディーゼル機関のＮＯｘとＰＭの両方の放出レベルを同時に環境的に許容できるレベル以下に維持しようとする挑戦は、世界中の政府や業界による大規模な一致協力の取り組みにもかかわらず、決して克服されなかった、長年にわたる未解決の環境・産業問題であった。

エンジンアウトのＮＯｘおよびＰＭの低減を同時に満足する問題は、ディーゼル機関の先行技術により未解決であるので、現在の、そして来たるべき国際的なＰＭおよびＮＯｘの環境規制を満たすために、ディーゼル業界は、代わりに、主としてＮＯｘおよびＰＭの後処理（すなわちエンジン後、ただし排気ガスが大気に放出される前に）の開発に取り掛かった。ところが、現今、ディーゼル業界の多くの者が、このような後処理システムを、費用のかかるもの、有効性および耐久性の持続課題、および創作寸法（「パッケージング」）の懸案事項と見なしている。例としては、ＮＯｘトラップに関する存続中のある挑戦として、多様なデューティーサイクルを有する車両のＮＯｘ放出を常に所望のレベル以下に維持することがあるが、ＮＯｘ吸着装置の有効性および耐久性は、高温等の要因により、またはディーゼル燃料内の硫黄分に起因する硫酸塩の吸着および脱硫により、損なわれることもある。第２の例として、ＰＭレベルを環境的に許容できる放出レベル内で効果的に維持するために、ＰＭフィルタトラップが、エンジンアウトＰＭ放出が過度に高くないことに依存している。これに加えて、ＰＭフィルタトラップは再生されねばならない（すなわち、例えば中に捕集された微粒子状物質を燃焼させることにより、清浄されねばならない）が、このような再生（リニューアル）の頻度が、トラップが捕え保持せざるを得ないエンジンアウトＰＭの総量に依存している。

特にＮＯｘ後処理の支出および性能に関する、上述の認識されている問題のため、ＮＯｘ後処理を使用する必要なしに環境的に許容できるＮＯｘ放出レベル（すなわち０．２ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ以下）を満たし得る、代わりの、つまり商業的に許容できるディーゼル燃焼システムを開発し、これにより、ＮＯｘ後処理の使用に伴って生じる、理解されているこのような付加的費用、性能、耐久性およびパッケージングの課題を回避することが望ましい。

これに加えて、ＰＭトラップを再生する際の不都合および支出に関する、上述の認識されている問題のため（ＰＭトラップを再生する頻度は、エンジンアウトＰＭ放出が環境的に許容できるレベルを超えた（すなわち０．０１ｇ／ｂｈｐ−ｈｒを上回った）分の総量によって決まる）、ＰＭ放出を能率的かつ費用効率よく、環境的に許容できるレベル内に保てるよう、同時にエンジンアウトＰＭ放出をＰＭトラップにとって十分に低く少なくとも維持するということも望ましい。本願の目的のため、また、計測を簡単にするために、最大３ＢＳＮ（ボッシュ・スモーク・ナンバー）以下、好ましくは平均煙含有量レベル１．５ＢＳＮ未満のエンジンアウト（すなわち後処理の前）の煙含有量レベルを、ＰＭ放出を繰り返し能率的に環境的に許容できるレベル内に保つための、ＰＭ後処理にとって許容できるＰＭエンジンアウト排気レベルを示していると見なすことにする。

（関連技術の説明）
ディーゼル機関からのＮＯｘおよびＰＭの放出を低減するために、先行技術において開発された多くの技術のうちの２つとして、（１）燃焼温度を低下させＮＯｘ生成を低減する排気ガス再循環（ＥＧＲ）の使用、および（２）シリンダ内の増強された混合効果およびＰＭ生成の低減のための高燃料噴射圧力の使用がある。放出物について業界がディーゼル機関における各技術の適度の利用を認識すれば有利であるにもかかわらず、今までのところ、いずれの技術も、得られた商業的な成功は適度の使用法レベルにすぎない。例えば、ディーゼル機関においてＮＯｘ生成を低下させるＥＧＲ使用法は、特に中間以上の負荷条件の場合、ＥＧＲ／周囲空気の比が２５％未満で概ね留まっている。同様に、燃料噴射圧力は１８００ｂａｒ以下に概ね留まっており、燃料噴射装置のライン圧力の最高値は、使用される測定基準によっては最大で２０００ｂａｒ（２９，０８０ｐｓｉ）〜３０，０００ｐｓｉ（２０６３ｂａｒ）の範囲に達する。ＥＧＲ使用法および燃料噴射圧力を増加してＮＯｘおよびＰＭの生成を低減することに関する、これらの限界の理由をそれぞれ引き続き以下に検討する。

（ＥＧＲ率を増加してＮＯｘ生成を低減することに関する先行技術の限界）
ディーゼル機関におけるＮＯｘの低減は、ＥＧＲの使用によって、主として、局部的すなわち分子レベルでの燃焼効果に起因して生じる。具体的には、ＥＧＲがシリンダ内の給気酸素濃度レベルを低減する希釈剤の機能を果たし、これにより、燃焼中、単位熱が局部的に増加せざるを得ない（例えば、燃焼混合気中の酸素分子に対して非酸素分子が増加することを介して。これにより、動力学的速度および燃焼混合気中の燃料分子、酸素分子、希釈剤分子間の放熱相互作用が抑えられる）。給気酸素濃度レベルが低いことからこの局部的な単位放熱の抑制効果により局部的な熱伝達が限定されるが、そうでなければこれにより、局部的な最高燃焼温度がＮＯｘ生成レベルを超えてＮＯｘの生成をもたらす燃焼中の谷を生じることになる。したがって、給気酸素濃度レベルを下げることで、燃焼中の局部的な激しいＮＯｘ生成の谷の回避が促進され、これにより、全体的なＮＯｘ放出が低減される結果となる。

上記の機構（これによりＥＧＲ使用法はディーゼル機関におけるＮＯｘ生成を低減する）は先行技術で議論されており、また広く誤解されている。先行技術はＥＧＲの適度のレベルがディーゼル機関におけるＮＯｘ生成を低減するということを認識しているが、ほとんどの業界専門家らは、間違って、ＥＧＲ使用法によるＮＯｘの低減の理由がＥＧＲ使用法からのバルク効果にある、つまり、内部温度を限定するシリンダ内の給気の全体的な熱容量を増加すれば燃焼が増大し、これにより理論上、全体的なＮＯｘ生成が低減される、と考えている。ディーゼル機関のためのＥＧＲ使用法から受ける主要なＮＯｘ低減の利益をこのように誤解している結果として、先行技術は、ディーゼル機関のＮＯｘ放出を低減する手段として給気酸素濃度レベルをより積極的かつ直接的に制御する構想を十分に開発していない。代わりに、前述の誤解のため、ＮＯｘ生成を低減するためのＥＧＲの使用は、通常、「パーセントＥＧＲ」として制御され定量化されており、結果として生じる得られた給気酸素濃度レベルによってではない。（とはいえ、酸素濃度レベルを評価するＥＧＲシステムの例として、Ｎｉｓｈｉｄａに付与された特許文献１を参照のこと）。これは、ＮＯｘ生成にとってより重要な要因が、燃焼システムにおいて利用されるパーセントＥＧＲではなく給気の酸素濃度レベルであるという理解が、先行技術では主に欠如していることを証明している。例えば、非特許文献１（ディーゼル機関に関して、ＥＧＲによるＮＯｘの低減が、ＥＧＲ使用法に起因する他の要因、例えばシリンダ内の給気の熱容量の増加よりも、得られた給気酸素濃度レベルとより直接的に相互に関連しているということを示すことにより、誤解を指摘している）を参照されたい。

ＮＯｘ生成を低減するためのＥＧＲの使用は、結果として生じる給気酸素濃度レベルの能動的制御または測定なしに「パーセントＥＧＲ」として従来より制御され計測されているため、先行技術において利用されてきた給気酸素濃度を測定することは、ある当て推量が必要となる。上述のように、ディーゼル機関におけるＥＧＲ使用法は、特に中間以上の負荷条件の場合、２５％未満の比に概ね留まっている。このことにより、結果として生じる給気酸素濃度をある特定のＥＧＲ使用法レベルが希釈する程度は、エンジン運転要因に依存して変化し得るＥＧＲ中の排気酸素濃度レベルによって決まるとはいえ、酸素濃度が概ね少なくとも１６〜１７％を上回るという結果となる^１。この法則に対しては１つの例外が存在し、それは、低温の予混合燃焼（つまり従来のディーゼル燃焼ではない）での燃料噴射タイミングの調整と合わせた実験的試みに関してであり（例えばＫｉｍｕｒａに付与された特許文献２を参照のこと）、その場合、中〜高エンジン回転速度または負荷でないにもかかわらず、より高いＥＧＲ比およびちょうど１６％未満の酸素濃度レベルを利用することができる（例えばＫｉｍｕｒａの図３を参照のこと）。

（^１．ＥＧＲ率が２５％であれば、結果として給気酸素濃度レベルは約１６〜１７％にもなる（排気酸素濃度が１〜２％もあり、周囲空気における酸素濃度が２１％より僅かに少ないことを前提として）。非特許文献１、図３および図４を参照のこと。（給気中および排気中の酸素濃度を、多様なＥＧＲレベルおよびディーゼル機関運転条件で計測している））
それでもやはり、上記の誤解にもかかわらず、先行技術においてはＥＧＲレベルを従来のレベル以上に増加すると（したがって、これにより給気酸素濃度レベルが低下することになると）、ある付加的なＮＯｘ低減の利益がもたらされ得るということが知られてきたということを繰り返すべきである。例えば、非特許文献２を参照されたい。しかし、この認識にもかかわらず、ＮＯｘ生成を低減するＥＧＲ使用法は、ＮＯｘ−ＰＭのトレードオフと呼べるものにより、先行技術において甚だしく制限されてきた。当業者にはよく知られ理解されているが、ＮＯｘ−ＰＭトレードオフとは、燃焼過程中、（例えばＥＧＲ使用法を増加することにより）ＮＯｘ生成を減少させる変化により、概してＰＭ生成が増加する結果となり、その逆もあるという事実のことである。例えば、Ｂｏｒｌａｎｄに付与された特許文献３を参照されたい（図２および図３でＮＯｘ−ＰＭトレードオフを示しており、ＥＧＲ使用法を制限する知られている制約としての、許容できる煙生成レベルを検討している）。ＮＯｘ−ＰＭトレードオフは、従来のディーゼル機関においてＮＯｘ放出をさらに低減するための高レベルのＥＧＲの使用にとって、先行技術において克服できない障害として作用してきた。

一部ではＮＯｘ−ＰＭトレードオフのため、いろいろなディーゼル燃焼の専門家が、ディーゼル燃焼からのＮＯｘ放出およびＰＭ放出は、物理的に、環境的に許容できるレベルまで両方同時に制御できず（エンジンアウト、後処理なし）、また、ディーゼル機関における軽負荷あるいは無負荷条件以外での任意の条件で２５％を上回るＥＧＲレベルでは必ず、エンジン性能が容認できないほど不十分で、微粒子放出レベルが高くなるという結論を下した。例えば、ある専門家のグループが、比較的軽負荷以上で２５％を上回るＥＧＲレベルにて、その称するところの最適なエンジン条件下であっても、「ディーゼル機関にとって容認し得ない」レベルで、不十分なエンジン効率かつ「微粒子、ＣＯおよび未燃焼炭化水素の過度に高いレベル」が生じるということを発見した。非特許文献３。この専門家らは、ＮＯｘ生成物を低減することにおけるＥＧＲの利益が、常用負荷で２５％のＥＧＲまたはその付近にて限界に達するが、その理由は、燃焼温度が、ディーゼル燃焼中に維持されるべき許容できる燃焼にとって必要な、ある「最小火炎温度」にまで低減されたことに由来するＥＧＲ比で、不十分な燃焼および高微粒子レベルが生じることにあると推論した。したがって、ＥＧＲレベルがその量を超えると、論理上、燃焼温度が最小火炎温度未満に低減され、ディーゼル機関における正当な燃焼を妨害することになる。同文献^２。

（^２．許容できる従来のディーゼル燃焼にとって許容できる最低給気酸素濃度レベルに関して、常用負荷で２５％というこの理論上の最大ＥＧＲ率により、給気酸素濃度レベルが約１６〜１７％にもなることになる（先の脚注１を参照）。先行技術における従来のディーゼル燃焼について推定された最小酸素濃度のこの１６〜１７％という数字は、様々な低酸素燃焼性の研究をある程度支持している。これらの研究では、１６〜１７％未満の酸素濃度が、維持されるべき燃焼能力を著しく妨害すること、および、酸素濃度レベルが標準温度および圧力で約１２〜１３％まで低減された環境において炭化水素燃料が完全に不活性になるということが発見された。Ｋｏｔｌｉａｒに付与された特許文献４を参照のこと。また、非特許文献４の図６も参照のこと。）
例えばＦｌｙｎｎの報告書等の研究の結果として、また、ＮＯｘ−ＰＭトレードオフと、従来のディーゼル燃焼における高ＥＧＲ比での耐え難いほど不十分な燃焼との影響を先行技術で回避できないため、ＥＧＲ使用法は、先行技術ではディーゼル燃焼システムに関して制限されており、軽負荷または無負荷条件以外では、高レベルのＥＧＲ（したがって低給気酸素濃度）は商業的なディーゼル機関において成功裡に利用されてこなかった。これに加えて、より高レベルのＥＧＲは、業界では、付加的費用およびパッケージング空間の利用を要することになる排気ガス温度冷却要件を生ずるものとも見なされた（本来の排気ガス冷却を可能にする、より好ましい低圧ＥＧＲループではなく高圧のＥＧＲループを使用するため）。これらの理由のため、Ｋｉｍｂｅｒｌｅｙに付与された特許文献５に記載されているように、「微粒子放出を最小にするためには、利用されるＥＧＲの総量を最小にすることがふつう常に目標である」。

（燃料噴射圧力を増加してＰＭ放出を低減することに関する先行技術の限界）
先行技術において、「高」燃料噴射圧力を使用することは、直接噴射式エンジンにおいて混合効果を増大して、これにより放出低減の幾つかの利益を受ける手段であるということも知られている。例えば、以下の参考文献は、それぞれ、ディーゼル機関における煤煙生成を低減するための「高」燃料噴射圧力の使用を検討している。

非特許文献５。この参考文献は、ある特定のディーゼルエンジン回転速度および負荷で、ノズル開口燃料噴射圧力を３００〜３２５ｂａｒから１１００ｂａｒまで増加することによる、空気／燃料混合比の増加および煙生成の低減を開示した。

非特許文献６。この参考文献は、ディーゼル機関におけるＰＭ放出を低減するための、最大１４００ｂａｒの燃料噴射圧力の使用を開示した。

Ｈｉｌｌに付与された特許文献６は、概して、ディーゼル放出を低減するための、「高」燃料噴射圧力の使用法を検討した。

憂慮する科学者同盟（ｔｈｅ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ）による１９９９年の報告書は、同時に起こるＮＯｘ生成の潜在的増加を犠牲にしているにもかかわらず、ディーゼル機関における微粒子放出を、空気−燃料混合を増加することを介して低減するための高燃料噴射圧力の使用を開示した。

Ｐｅｒｒに付与された特許文献７は、燃焼過程の効率を増大し、ディーゼル機関におけるＰＭ放出を低減するための、より高い燃料噴射圧力の使用を検討した。

非特許文献７。この参考文献は、ディーゼル機関におけるより良好な燃焼およびより清浄なエンジン放出の調査を助長するため、２０００ｂａｒ以上の（すなわち技術の現状を超える）燃料噴射圧力を得るための要請を開示した。

非特許文献８。この参考文献は、「噴射運動量を高くすると燃料−空気混合が高速になり、これが放熱持続時間を短縮し最大シリンダ圧力を上昇させる」ということによって、燃料噴射圧力を上昇させるとＰＭ生成を低減できると推測した。

先行技術では、適度のＥＧＲ使用法によって生成されるＰＭの増加を縮小することによりＥＧＲの使用を容認する燃焼システムの能力が、低燃料噴射圧力から従来の「高」燃料噴射圧力への増大によって向上したということも知られていた。例えば、非特許文献９、非特許文献１０を参照されたい。

高燃料噴射圧力が、ディーゼル放出において煙生成を低減する利益につながることがある（より活発な燃焼に起因する、対応しているあるＮＯｘ生成増加の従来のトレードオフで）というこの認識にもかかわらず、今までのところでの燃料噴射装置技術は、約３０，０００ｐｓｉ（２，０６３ｂａｒ）を上回る噴射圧力を利用する商業的に入手可能な燃料噴射装置を提供することができなかった。それどころか、１８００ｂａｒ以下の燃料噴射圧力は「十分に高」く、所望の混合利益および放出低減目的に十分であると見なされる。例えば、Ｈｉｌｌの特許文献６、および憂慮する科学者同盟による１９９９年報告書は、１０００ａｔｍ（１０００ｂａｒ）よりも高い圧力を「高」燃料噴射圧力と称しており、憂慮する科学者同盟による１９９９年報告書は、燃料噴射圧力を１５００〜２０００ｂａｒ（ただしこれを超えない）まで増加し、可能性として、ＮＯｘについて可能なあるトレードオフで微粒子放出をさらに低減することを検討している。代表的な技術の現状の「高圧燃料噴射装置」は１３５０ｂａｒ〜１８００ｂａｒで送出するが、これが業界では十分であると見なされる。例えば、非特許文献１１は、現在の燃料噴射装置が、「酷使に耐えるディーゼルの用途にとって良好な耐久性を有する高噴射圧力を・・・すでに提供する」と述べている。高性能で商業的に入手可能なある燃料噴射装置は、２０５０ｂａｒ付近（３０，０００ｐｓｉより僅かに少ない）の噴射圧力で燃料を送出する。本出願人の知識によれば、このレベルを超える燃料噴射圧力を利用したことがあるのは実験用の燃料噴射装置のみである。

ディーゼル燃焼の商業的用途では、極めて高い（本願の目的のために、３０，０００ｐｓｉ（２０６３ｂａｒ）を上回る圧力と規定する）燃料噴射圧力を利用することが不成功である種々の明白な理由がある。これらの理由には、漏出問題、費用、耐久性、エンジン効率における無用の損失、ＮＯｘ生成の無用の増加、および、燃焼中の煙生成を継続的に低減させる、極めて高い燃料噴射圧力の能力に関する思わしくない結果および予測が含まれる。これらの要因の組み合わせにより、予てからこのような燃料噴射システムの開発への取り組みに不利に働いていた費用／利益のバランスは不利な結果となる。極めて高い圧力燃料噴射技術の開発に対するこれらの阻害要因の幾つかが、先の先行技術の参照において明らかになっている。これを以下で検討する。

（極めて高い圧力燃料噴射システムに関する、費用／利益のバランスのうちの費用面：増大する漏出問題、効率損失、費用、および耐久性関係）
極めて高い燃料噴射圧力の使用には、漏出の増大する潜在性、漏出と維持されるのに必要な高めの圧力とに起因するエンジン効率損失、このようなシステムの開発の際の増大した費用、および、このような高燃料噴射圧力を使用しようとすることに由来し得る亀裂・摩耗課題に関する課題に取り組むことを必然的に伴う。

例えば、非特許文献１２は、２０００ｂａｒを上回る燃料噴射圧力の潜在的利益に関する楽観的な先行技術の検討さえもが、２０００ｂａｒ以上の圧力レベルで生じ得る漏出等の問題を扱うことができない（と認められているが）ことを検討することでいかに緩和されるかの好例である。非特許文献１２は、１５００ｂａｒを上回る圧力での具体的な関連で、燃料噴射装置の漏出は、エンジン効率を不利にする出力損失であり、「圧力が高くなるにつれ、出力損失が大きくなると同時に、部品を密封する、あるいは漏出を低減することがより困難になる」ということを説明している。同文献の１２頁。燃料噴射圧力上昇に伴う漏出の増加の提示において、非特許文献１２は、「２０００ｂａｒという［最大］システム圧力での漏出は、大きすぎて計測さえされなかった」と述べている。同文献の１４頁。

同じく、Ｐｅｒｒに付与された特許文献７は、３０，０００ｐｓｉを上回る圧力の燃料噴射装置で生じる重大な漏出および耐久性の課題を開示している。

（極めて高い圧力燃料噴射装置に関する、費用／利益のバランスのうちの利益面：ＮＯｘ生成が著しく増大することなく煙生成を低減する、極めて高い燃料噴射圧力の能力に関する思わしくない結果および予測）
先行技術は、技術の現状の高噴射圧力である１８００ｂａｒ付近を上回って燃料噴射圧力を増加することのいかなる重要な利益も得たことがない。

先に検討したＦｌｙｎｎの論説（非特許文献３）は、低ＮＯｘ放出と共に、迅速なディーゼル燃焼と処理可能な煙レベルとを可能にする燃焼改良手段（例えばさらに高い燃料噴射圧力の使用）の能力に関して、先行技術における思わしくない予測の好例である。実際に、非特許文献３は、ディーゼル燃焼に有利だとする最小火炎温度およびＮＯｘ生成レベルが「化学的原理によって動かされており、したがって、これらのレベルは、システム構造、組成、または流体力学を変化させても免れ得ない、迅速な燃焼への限界を示す」ということを論じた。非特許文献１３。したがって、Ｆｌｙｎｎの予測に従えば、極めて高い圧力燃料噴射装置には利益がないということになるが、これは従来のディーゼル機関での迅速な燃焼または許容できる効率が、約１．０〜１．５ｇ／ｂｈｐ−ｈｒを下回るＮＯｘ生成レベルと共に可能とすることはできないからであり、そのことが本明細書の親出願（すなわち、２００２年８月８日提出の特許出願第１０／２４１，２２９号）において開示された本出願人の「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ」において実施されている。

その後、Ｆｌｙｎｎらは、ディーゼルの最小火炎温度に関する彼らの結論が火花点火式エンジンに関するものよりも「より不確実」であったので、「関連する多くの単純化に起因して、単に凡そのものと解釈すべきである」ということを認めた（Ｆｌｙｎｎ、９６頁、９９頁）が、それでも、Ｆｌｙｎｎの予測は、先行技術の方向性（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）が、極めて高い燃料噴射圧力を有する燃料噴射システムを開発するといういかなる動機からも離れていることを実証している。このことは、許容できるディーゼル燃焼が、低温燃焼の取り組みで利用されている、高ＥＧＲレベル、低給気酸素濃度レベル、および／または最小燃焼温度では得られないという、先行技術における断固とした信念をさらに象徴している。

上記のため、極めて高い燃料噴射圧力のＰＭ低減効果に関して知られている唯一の（複数の）実験は、極めて高い燃料噴射圧力を、高ＥＧＲレベル、低給気酸素濃度レベル、および／または最小燃焼温度と合わせては試みなかった。以下に２つの実施例を示す。

１例として、上述のＷｉｃｋｍａｎの先行技術（非特許文献８）は、ＮＯｘおよびＰＭのディーゼル放出への影響に対して、極めて高い最大圧力（２６００ｂａｒ）の燃料噴射装置をテストした。噴射装置は、高ＥＧＲレベル、低給気酸素濃度レベル、および／または、最小燃焼温度と合わせてテストされなかった。結果として、Ｗｉｃｋｍａｎの噴射装置はせいぜい混合した結果のみを生じ、大抵は、ＰＭおよび／またはＮＯｘレベルが従来の燃料噴射システムで得られるよりも高いという結果となった。この期待外れの結果も、一部は、カム駆動式であり、高エンジン回転速度および負荷に依存する燃料噴射装置の設計から起こったものである。換言すれば、Ｗｉｃｋｍａｎの噴射装置は、高速および高負荷以外では極めて高い燃料噴射圧力を生成できず、したがって、その特定の速度および負荷以外では改良された放出結果を概して生成しなかった。

第２の例として、Ｐｅｒｒに付与された特許文献７は、３５，０００ｐｓｉ（約２４０７ｂａｒ）の燃料噴射圧力に到達可能な燃料噴射装置を開示した。ところが、Ｐｅｒｒの特許文献７は、この発明で得られるいかなる放出低減の利益も示しておらず、高ＥＧＲレベル、低給気酸素濃度レベル、および／または最小燃焼温度でのこのような噴射装置の考えられる使用を検討していない。これに加えて、Ｐｅｒｒの特許文献７の噴射システムは、Ｗｉｃｋｍａｎの噴射装置のように、非常に高いエンジン回転速度（５，０００ｒｐｍ）でその高噴射圧力に達しているのみであり、適度のまたは低いエンジン回転速度で高噴射圧力を提供することができない。それ自体、Ｐｅｒｒの特許文献７の燃料噴射システムは、ＰＭ生成を著しく低減することにおいて全体的なエンジン運転マップにわたり効果的でないことになる。

結局、Ｗｉｃｋｍａｎの噴射装置もＰｅｒｒの特許文献７の噴射装置も製品として開発されなかったようであり、したがって恐らく、従来の業界の見解（および燃料噴射設計者らの見解）を反映していないので、技術の現状レベルを超える燃料噴射圧力を得ることは重要な放出低減の付加的利益をもたらさず、費用／利益分析によるこのような装置の製造の付加的支出を正当化しない。
米国特許第４，７２７，８４９号明細書 米国特許出願公開第２００２／００１１２４０号明細書 米国特許第６，０５５，８１０号明細書 米国特許第６，４０１，４８７号明細書 米国特許第４，４８５，７９４号明細書 米国特許第５，３１５，９７３号明細書 米国特許第４，７２１，２４７号明細書 Ｈｉｄｅｙｕｋｉ Ｔｓｕｎｅｍｏｔｏら、「Ｔｈｅ Ｒｏｌｅ ｏｆ Ｏｘｙｇｅｎ ｉｎ Ｉｎｔａｋｅ ａｎｄ Ｅｘｈａｕｓｔ ｏｎ ＮＯ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ， Ｓｍｏｋｅ ａｎｄ ＢＭＥＰ ｏｆ ａ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈ ＥＧＲ Ｓｙｓｔｅｍ」、１９８０年、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ８０００３０ Ｊａｓｏｎ ＭａｒｋおよびＣａｎｄａｃｅ Ｍｏｒｅｙ、「Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ」， Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ、１９９９年、１３〜１４頁 Ｐａｔｒｉｃｋ Ｆ．Ｆｌｙｎｎら、「Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｅｎｇｉｎｅ Ｆｌａｍｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｉｍｐａｃｔｓ ｏｎ Ｄｉｅｓｅｌ ａｎｄ Ｓｐａｒｋ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ ＮＯｘ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ２０００−０１−１１７７、９７〜９８頁 Ｓａｍｕｅｌ Ｖ．Ｚｉｎｎ、「Ｉｎｅｒｔｅｄ Ｆｕｅｌ Ｔａｎｋ Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ」、ＦＡＡ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．ＦＡＡ−ＲＤ−７１−４２、１９７１年 Ｇｏｄｆｒｅｙ Ｇｒｅｅｖｅｓら、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｗｏ−Ａｃｔｕａｔｏｒ ＥＵＩ ａｎｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ Ｄｕｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｓ」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ２００３−０１−０６９８ Ｇｅｒｈａｒｄ Ｓｔｕｍｐｐら、「Ｃｏｍｍｏｎ Ｒａｉｌ−Ａｎ Ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｃａｒ ＤＩ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｓ」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ９６０８７０、１９９６年 Ｍ．Ａ．Ｇａｎｓｅｒ、「Ｃｏｍｍｏｎ Ｒａｉｌ Ｉｎｊｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ２０００ｂａｒ ａｎｄ Ｂｅｙｏｎｄ」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ２０００−０１−０７０６ Ｗｉｃｋｍａｎら、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ２６００ｂａｒ Ｄｉｅｓｅｌ Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ２０００−０１−０９４７。 Ｇｅｒｈａｒｄ Ｓｔｕｍｐｐら、「Ｃｏｍｍｏｎ Ｒａｉｌ−Ａｎ Ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｃａｒ ＤＩ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｓ」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ９６０８７０、１９９６年、１８８頁および図１０ Ｇｏｄｆｒｅｙ Ｇｒｅｅｖｅｓ、「Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｗｏ−Ａｃｔｕａｔｏｒ ＥＵＩ ａｎｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ Ｄｕｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｓ」、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ２００３−０１−０６９８、９頁、１１頁 Ｇｒｅｅｖｅｓ、ＳＡＥ２００３−０１−０６９８、２頁 Ｇａｎｓｅｒ、ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ２０００−０１−０７０６ Ｆｌｙｎｎ、ＳＡＥ２０００−０１−１１７７、８９〜９０頁

（発明の目的）
本発明の目的は、ＮＯｘ後処理を使用する必要なしに環境的に許容できるＮＯｘ放出レベル（すなわち、エンジン回転速度および負荷の完全マップにわたって０．２ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ以下）を満たすことができると同時に、環境的に許容できるレベルにとって信頼性があり費用対効果の高い後処理を可能にするのに十分低いエンジンアウトＰＭ放出を維持できる、商業的に許容できるディーゼル燃焼システムを提供することによって、前述の問題を改善することである。そうすれば、燃焼システムは、商業的に存立可能かつ堅牢なディーゼル燃焼システムに関して、以前は決して得られないと信じられていた低いＮＯｘおよびＰＭの放出レベルを組み合わせたものを同時に達成する。

（発明の要旨）
本発明は商業的に許容できるディーゼル燃焼システムを提供し、このシステムは、ＮＯｘ後処理を使用する必要なしに環境的に許容できるＮＯｘ放出レベル（すなわち、エンジン回転速度および負荷の完全マップにわたって０．２ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ以下）を満たすと同時に、環境的に許容できる後処理後のレベルに比較的近い（すなわち煙レベルが３ＢＳＮ以下、好ましくは１．５ＢＳＮを下回る）エンジンアウトＰＭ放出を維持することができる。

このシステムが提供する一意的な放出結果を得るために、本出願人のディーゼル燃焼システムはパラメータの一意的な組み合わせの範囲内で概ね動作する。システムの許容できる動作の区域を制限するこれらのパラメータは、およそ以下の通りである。（１）シリンダ内に取り込まれる給気酸素濃度は、１６％未満、好ましくは１０％〜１５％の間、より好ましくは１１．５％〜１４％の間、最も好ましくは１２％〜１３．５％の間で留まらなければならず、このことは高ＥＧＲレベルの使用により達成することができる。（２）燃料噴射圧力は、満足できる（ただし、より理想的でない）放出性能ならば僅かに低めの（例えば１８００ｂａｒを上回る）噴射圧力で獲得可能とすることができるとはいえ、最大エンジン回転速度および負荷で、好ましくは、少なくとも３０，０００ｐｓｉ（２０６３ｂａｒ）、より好ましくは２３００ｂａｒを上回り、最も好ましくは約２５００ｂａｒ以上とすべきである。（３）内部燃焼温度を低減し、良好な燃焼にとって十分な酸素質量を提供するために、中・高負荷の場合、給気質量／燃料質量の比が２５：１〜４５：１の間に留まるべきである。これに加えて、ＰＭ生成をさらに多少低減し、運転中の連続的なトラップ再生のための均衡点を維持するために、エンジンも、ＰＭの後処理のために従来の微粒子トラップの使用と合わせて、絶えず希薄な運転で（したがって運転範囲の全体にわたって有効な過剰酸素で）駆動されるのが好ましい。

（発明の詳細な説明）
上述のように、本願は、本出願人のＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ特許出願（第１０／２１４，２２９号）の一部継続出願である。その親出願というのは、とりわけ、局部的な最大燃焼温度を低減し、これによりディーゼルのＮＯｘ生成を低減するための、ディーゼル燃焼における低給気酸素濃度レベルの（約１２％まで下げられた）利用および維持における本出願人の成功を説明している。結果として、その中で本出願人は、０．２ｇ／ｂｈｐ−ｈｒを下回るエンジンアウトＮＯｘ放出レベルを、全てのエンジン回転速度および負荷で終始一貫して得ることができた。しかし、本明細書の親出願は、ＰＭおよび煙を処理できるレベルまで低減し、その制御温度燃焼システムと合わせてエンジン効率を改良する方法に完全には取り組んでいない。

本発明は、事実上全てのエンジン回転速度および負荷で、先行技術を著しく下回る（すなわち１６％未満の）給気酸素濃度レベルを継続して使用し^３、給気酸素濃度を、好ましくは１０％〜１５％の間、より好ましくは１１．５％〜１４％の間、最も好ましくは１２％〜１３．５％の間に保つ。一方で、これに加えて、本発明は、ＮＯｘ放出レベルを同時に低く保ちながら煙レベルを著しく低減し、エンジン効率を維持する付加的手段を提供する。本発明は、部分的に、以前に先行技術では使用されていない極端に高い燃料噴射圧力の使用を介して、本発明の低給気酸素濃度を、良好なエンジン燃焼にとって許容できるものにすることによりこれらの課題を達成する。

（^３．ＮＯｘを環境的に許容できるレベルの範囲内に保つのに、このような低酸素濃度レベルは無負荷条件でも低負荷条件でも不要である。）
したがって、上記の結果として、また前述のように、本出願人のディーゼル燃焼システムは、パラメータの一意的な組み合わせの範囲内で概ね動作する。これらのパラメータは以下を含む。（１）吸気酸素濃度が１６％未満、好ましくは１０％〜１５％の間、より好ましくは１１．５％〜１４％の間、最も好ましくは１２％〜１３．５％の間であり、（２）最大エンジン回転速度および負荷で、燃料噴射圧力が１８００ｂａｒ以上、好ましくは２１００ｂａｒを上回り、より好ましくは２３００ｂａｒを上回り、最も好ましくは２５００ｂａｒ付近以上であり、（３）中・高負荷の場合、給気質量／燃料質量の比が２５：１〜４５：１の間であること。さらに、システムは、化学量論上耐えず僅かに希薄に駆動され、運転中、燃焼の完全性を促進するのに過不足のない過剰酸素を提供し、均衡点での連続的なトラップ再生に十分な排気酸素濃度を維持するのが好ましい。

次に、これらのパラメータをそれぞれ検討する。

（パラメータ１：給気酸素濃度）
本発明において、吸気酸素濃度はＥＧＲによって低減されるのが好ましい。１６％未満、好ましくは１０％〜１５％の間、より好ましくは１１．５％〜１４％の間、最も好ましくは１２％〜１３．５％の間で保たれる吸気酸素濃度は、４０％を上回るＥＧＲ比を概ね必要とする。本発明の好ましい実施形態は、しばしば５０％よりもはるかに高いＥＧＲ比で実際に駆動する。

一般的に言えば、使用される燃料噴射圧力が大きくなると、ＰＭ生成を著しく増加することなく吸入給気酸素濃度を低くすることができ（図３を参照）、燃料噴射圧力が高いほうが、濃厚、希薄な酸素環境における酸素利用の程度の改良を支援することができる^４。したがって、高めの燃料噴射圧力およびその他の燃焼のシステム最適化により、許容できる酸素濃度の下限を低くすることが可能となり、これにより、許容できる放出性能を得ることのできる範囲が広くなるということも発見された。現今、例えば、許容できるエンジン性能は、約１０％以上の給気酸素濃度で得ることができる。さらなる燃料噴射圧力の増加および／または燃焼過程の最適化により、許容できる燃焼は、１０％よりもさらに低い給気酸素濃度で獲得可能であると考えられるとはいえ、１０％未満の吸入給気酸素濃度は燃焼に必要ないと考えられる。

（^４．同じ理由から、燃料噴射圧力が大きくなれば、適宜、低めのブーストレベルを可能にして、低めの排気酸素濃度の使用も可能となる。）
これとは反対に、当然ながら、完全燃焼できるよう燃焼されるべき燃料の量に対して全体的に十分な酸素が存在しなければならない。上述したように、本発明の好ましい実施形態は、実際に化学量論上希薄に駆動し、決して完璧な混合および燃焼条件ではないにもかかわらず、燃料のほぼ完全燃焼を可能にする十分な過剰酸素を提供するのが好ましい。このことはさらに、十分なレベルの酸素が排気中に留まるのを可能とし、適宜、微粒子トラップの再生を可能とする。排気酸素濃度が、連続的なトラップ再生に備えておくのに過不足のないレベル（例えば約２％〜約６％の間）で連続的に維持されれば、トラップ再生のために希薄な周期的変位が生じるのを要求することなく、放出低減は好ましい１実施形態において最も良好に最適化される。

さらに、本発明ではより低い酸素濃度が給気に使用されるため、完全燃焼にとって十分となる全酸素モル量を供給するには、所定の出力要求にとって従来のブーストレベルよりも著しく高いブーストレベルの使用がしばしば必要となる。換言すれば、エンジンへの所定の出力要求に対応する燃料量の完全燃焼にとって十分となる全酸素がシリンダ内に存在するためには、低酸素濃度給気の量を増やして使用しなければならない。この付加的なブーストは、そうでなければ従来のディーゼル燃焼システムにおいて特に高負荷にて必要となったであろうよりも大きな給気密度ももたらす。例えば、負荷を高くするには、酸素質量を全体として増加する必要があり、したがって、給気酸素濃度レベルが低減されるとともにブーストを高くする必要がある。

吸入酸素濃度は所望の臨界範囲内に保つことが重要である。吸入酸素濃度が燃料量にとって過度に低ければ、不完全燃焼が生じ、ＰＭ生成が無用に増加することになる。これと反対に、吸入酸素濃度が過度に高ければ局部的なＮＯｘ生成が生じ、このことが、局部的な放熱が十分に抑制されていない燃焼混合気中の過剰酸素の領域と一致する局部的な高温領域により助長される。したがって、本発明の成功裡な実施にとって単一の方法または戦略が特に必要とされるのではないとはいえ、空気処理にとって効果的な方法および戦略を有し、（局部的な、ただし燃焼を維持し完了するのにやはり十分な放熱を制限するために）この望ましい範囲内で、あらゆる正常運転条件にわたり吸入給気酸素濃度を維持することは、本発明で得られる低放出の結果を達成する際に重要である。

吸入給気酸素濃度をこの望ましい範囲内で維持可能な燃焼システムに関する好ましい実施形態を以下に説明する。

（本発明の燃焼システムの制御のための好ましい実施形態）
シリンダ内に取り込まれる給気酸素濃度レベルの高速制御を可能とする燃焼システムの好ましい実施形態を図１に示す。

図１を参照すると内燃ディーゼル機関１が示される。エンジン１は、直接シリンダ燃料噴射装置２、２’、２”等を通る燃料を受け取る。ポート３から周囲空気が入る。排気ガスが、この周囲空気とポート４で混和し、これにより給気混合気を生成する。排気ガスは、排気管５からポート６にて排気ガス冷却器７を通り、ポート４まで送られる。排気管５内には、ポート６のちょうど下流側にＥＧＲ制御弁８が設置されている。弁８によって流れを制限することにより、ポート６を通る排気ガス流量が制御される。混合された周囲空気および再循環排気ガス（総称的には「給気」）が流通し、圧縮機９により圧縮される。圧縮機９は単段圧縮機であってもよく、連続するまたは平行な２つ以上の圧縮機であってもよい。さらに、この圧縮機は主として排気ガス・エキスパンダ（タービン）モータ（ｅｘｐａｎｄｅｒ （ｔｕｒｂｉｎｅ） ｍｏｔｏｒ）１０（これは単段タービンであってもよく、連続するまたは平行な２つ以上のタービンであってもよい）により駆動され、制御されたブースト圧レベルを吸気マニホルド１１に提供する。エキスパンダ・モータ１０に制御器（ＣＰＵ）１２が適切な信号を送信してブーストを制御する。迅速なブーストレベル変化を提供して、排気エキスパンダ・モータ１０が迅速なトルク応答を提供するのを支援するために、任意の電気モータまたは油圧モータ１３を使用して、これを制御器１２により制御することができる。選択的に、過給機を（圧縮機９の記号の内部で）使用して、いっそう迅速なトルク応答および付加的なブースト能力を提供することができる。したがって、制御器１２は、モータ１３および／または過給機９に適切な信号を送信し、過渡状態の間、および、モータ１０のみでは十分かつ高速なブースト圧を供給できない任意の運転条件中、ブーストレベルを制御する。

圧縮された給気は、任意で（かつ好ましくは）冷却器２１を吸入マニホルド１１へ流れ、適宜、特定のレベルまで給気を冷却することができる。

周囲空気と混合している再循環排気ガスの下流側で吸気ライン内に配置された任意の酸素センサ１４を使用して、給気中の酸素濃度を直接測定することができる。これに加えて、あるいは選択的に、排気酸素センサ１５を使用してもよい。次に、排気酸素濃度およびＥＧＲ比から、あるいはその他の手段で給気酸素濃度を測定することができる。給気酸素濃度は、当業者にはよく知られている方法により、他の検知済みパラメータ（必ずしも図示せず）から計算または測定することもできる。

給気は、従来の方式で従来の弁（図示せず）を通って燃焼室（図示せず）に入り、排気ガスは、燃焼室を従来の弁（図示せず）を通って出て、排気マニホルド１７を通ってエンジン１を出ていく。排気後処理装置１８は、任意の微粒子放出を除去するための微粒子捕集酸化剤と、残留した燃料および一酸化炭素を酸化するための触媒とを含むことができる。速度センサ１９により、エンジン回転速度が制御器１２に提供される。アクセルペダルセンサ２０により、制御器１２にトルク命令レベルが提供される。

本発明には、本明細書において説明された所望のパラメータを満たすための、ＥＧＲ、ブースト、および燃料の調整の制御に必要とされる単一の特定の方法は存在しないが、一方で、所望の放出結果を満たすための本発明の簡素化された制御にとっての現在の「最良の形態」を図２に示す。迅速な過渡状態の間の、具体的には改良された放出制御のための付加的な方法が、本発明の譲受人に譲渡された、本明細書の同一親出願の別の一部継続出願（「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ，Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｓ Ｗｈｉｃｈ Ｕｔｉｌｉｚｅ Ｌａｔｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｕｅｌ」）の主題であり、その一方の一部継続出願も参照により、本明細書に組み込まれる。

図２を参照すると、工程６０で運転制御が開始し、そこでは運転者のエンジン出力要求の変化が検知され、ペダルセンサ２０により制御器１２に伝えられる。工程６１では、運転者の出力要求が与えられると、制御器１２は次に、その中に確立され保存されているマップを利用して燃焼のための所望の負荷を決定する。工程６２では、所望の負荷およびエンジン回転速度が与えられ（これはエンジン回転速度センサ１９により監視されている）、運転者の出力要求が満たされると、制御器１２は次に燃焼のための所望の燃料量を決定し、これも制御器１２内に確立され保存されたマップから取り出される。工程６３では、任意の酸素センサ１４により、または他のエンジン運転条件からの計算により、制御器１２に空気／ＥＧＲ混合気（すなわち給気）の酸素濃度を提供することができる。

工程６４では、工程６２から決定された所定の燃料量（または、工程６１で決定された所望の負荷）および工程６３で測定された現在の空気／ＥＧＲ酸素濃度に関して、制御器１２が、その中に保存されたマップから燃焼のための所望のブースト調整を決定する。燃焼のための所望のブーストレベルが以下のように決定される。（ｉ）十分な給気質量を提供して所望の給気／燃料質量の比を得るように、（ｉｉ）所定の燃料量の完全燃焼にとって十分な酸素モル量を提供するように、および、（ｉｉｉ）好ましくは、燃焼を改良するある量の過剰酸素を提供し、その結果、任意のＰＭトラップ１８の再生を可能とすることになる、ただしＮＯｘ生成の著しい増加は何ら引き起こさない、目標排気酸素濃度が生じるように。当技術分野では理解されるであろうが、所定量の燃料または所望の負荷のための特定のブーストレベルを、これらの指標から、不適当に実験することなく機械的に決定し制御器１２内にプログラムすることができる。

好ましい燃焼システムにおける酸素濃度の閉ループ制御に関しては、工程６５で燃焼が起こった後、工程６６において排気酸素濃度を検知あるいは測定することができ、工程６７においてＥＧＲ比を調整し、所望する目標吸入酸素濃度値または範囲までシステムを調節し制御することができる。例えば、センサ１５から排気酸素濃度を読み取ることができ、および／または、センサ１４から吸入給気酸素濃度を読み取ることができ、制御器１２は、実際の、あるいは計算された（すなわち測定された）給気酸素濃度を実際の運転点に関して（保存済みマップからの）所望のレベルと比較して、その後、調整を行って目標酸素濃度を達成するようＥＧＲ弁８に命令することができる。

これに加えて、閉ループによってもブースト調整を制御して、吸入圧力センサ１６により検知された実際のブーストレベルを、制御器１２により保存済みマップからの所望のレベルと比較し、モータ１０および１３（または過給機）を必要に応じて調整し、目標ブーストレベルを達成することができる。

本発明のパラメータの範囲内での運転のために行われなければならない酸素の修正を最小にするための取り組みにより、過渡状態の応答時間が改良されると、本発明における酸素濃度の制御はさらに改良することができる。例えば、本発明の制御のための好ましい方法は、エンジン排気中の酸素濃度を相対定数に維持する工程をさらに含むことができる。選択される特定の値は必ずしも決定的なものではなく、例えば３％、または５％、あるいは７％の値とすることができる。排気酸素濃度は、使用される燃料量と、所望の排気酸素濃度を生成するのに有効な、シリンダ内の酸素の量とを適合させることにより、相対定数に維持することができる。排気中の酸素濃度を比較的一定（例えば５％）にし、周囲空気の酸素濃度も比較的一定（すなわち約２１％）にすると、事実上全てのエンジン回転速度および負荷の場合、臨界酸素濃度範囲内の給気酸素濃度も（例えば１２．５％等の好ましいレベルに）固定することができ、その濃度は、単に、所望の吸入酸素濃度に対してＥＧＲ比を対応する設定値で（すなわち、ここでは５％という所定の排気酸素濃度値で約５３％のＥＧＲに）維持することにより得ることができる。

過渡状態を満足するためのシステムの空気処理応答（これによりシリンダ内では完全燃焼に必要な全酸素量の変化が必要になる）が、エンジン要求を満たすために酸素濃度レベルの同時決定および／または調整のより緩慢な工程をも必要とすることの後にではなく、供給されるべき空気の質量（すなわちブースト応答）を単に調整することの後に概して続くことができるように、排気酸素濃度および吸入給気酸素濃度を、許容できる相対定数値に維持することの望ましさが存在する。過渡状態の応答が主としてブースト圧の後に続くことにより、酸素濃度レベルを制御されたエンジンシステムの応答時間は、従来のディーゼル機関の応答時間と同じ基準となることが可能となる。

（パラメータ２：非常に高い燃料噴射圧力）
非常に高い燃料噴射圧力が可能で商業的に入手可能な燃料噴射システムの、先行技術の開発を妨げる障害は既に検討した。本発明自体は、極めて高い圧力燃料噴射システムの開発の技術的障害を解決することに向けられているのではない。そうではなく、本発明は、このような圧力レベルの使用により獲得可能な利益を増大することにより、極めて高い圧力燃料噴射システムの費用／利益のバランスを変化させる。具体的には、良好なエンジン効率でのＰＭおよびＮＯｘエンジンアウトの低ディーゼル放出レベルを同時に得る能力は大きな利益となる。したがって、本明細書において要求される燃料噴射圧力をシステムが提供できる限りは、本発明は、いかなる特定の燃料噴射システムにも限定されるものではない。

具体的に、１６％未満の給気酸素濃度レベルを使用しようとする本発明のようなディーゼル燃焼システムについて、非常に高い燃料噴射圧力が、そのＥＧＲレベルで生成されるＰＭの総量を低減するのに大いに役立つということを本出願人は発見した。これは恐らく、特に高レベルのＥＧＲに由来する酸素の非常に希薄な給気混合のためであり、したがって、実質的な完全燃焼および低ＰＭ放出を得るために、給気混合は、はるかに大きい混合作用（有効な酸素分子間の、より高速な接触および相互作用を促進する）を必要とする。極めて高い燃料噴射圧力は、本出願人の燃焼システムにおいてしばしば存在する希薄な、および濃厚な給気混合気中のＰＭ生成を低減することにおいて、従来の「高圧」燃料噴射装置に勝る重要な利益を提供するということが発見された。

上述の処理法に続いて、とりわけ、本発明の低給気酸素濃度レベルが十分に低く（最も好ましくは約１２〜１３．５％）保たれれば、本発明において使用される極めて高い燃料噴射圧力によって、ＮＯｘ生成が相応に任意で著しく急激に増加することにはならないということも本出願人は発見した。これにより、ディーゼル燃焼のためのＮＯｘ−ＰＭトレードオフが非常に有利に緩和されることになる。したがって、本出願人は、新規の燃料噴射システムを、例えば２３００、２４００、および２５００ｂａｒを上回る（３０００ｂａｒ以上を含む）圧力レベルで、多様なエンジン回転速度および負荷の場合、これらの酸素レベルで成功裡に製造しテストして、低ＮＯｘ生成と同時に著しいＰＭ低減の利益を得た。この現象は恐らく、（ｉ）十分な酸素および高速な混合作用を提供して迅速な燃焼を維持する（これにより、局部的な温度および単位ごとの放熱を、燃焼のために化学反応が迅速に発生するのに必要な、化学的に根拠となる最小レベル以上に推論上、保つ）ものとして、一方で、（ｉｉ）給気の単位質量の範囲内の燃焼温度が、著しいＮＯｘ生成の閾値（約２０００Ｋ）を超えないように、酸素の相対的有効性を給気の単位質量の範囲内に低減することによってその単位質量ごとの放熱を限定するものとして同時に説明することができる。

先に検討したように、本発明は、２０００ｂａｒ付近以上の燃料噴射圧力で成功裡な運転を達成した。不適当に実験することなくさらに改善を行い、燃料噴射圧力を１８００ｂａｒ付近まで下げると成功裡な運転を得ることができるが、非常に高い燃料噴射圧力では、許容できる性能の最良かつ最も広い区域を継続して得ることになると本出願人は予測する。図３は、燃料噴射圧力の増加と、これに対応する、低放出ディーゼル燃焼にとって許容できる酸素濃度の範囲の増加との間のこの関係を描いている。非常に高い燃料噴射圧力で許容できる酸素濃度の範囲が増加していることにより望ましい許容差ができ、この許容差により、過渡状態で発生する酸素濃度の変動をさらに容認することが可能になる。

これらの燃料噴射圧力は、油圧式に強化されたコモンレール燃料噴射システムの使用を介して本出願人により達成されたが、このシステムは、このような高燃料噴射圧力を任意のエンジン回転速度および負荷で提供できるように設計されたものである。

図４に表された燃料噴射装置は、本発明の燃料噴射要件を可能にする燃料噴射装置の、たった１つの（好ましい）実施形態である。この好ましい実施形態は、より噴射圧力の高い従来のコモンレール燃料システムとして機能する。システムは、噴射装置本体内の作動液の増大効果により局部的に最大３，０００ｂａｒ以上の燃料噴射圧力の制御を可能とし、制御器１２により作動することができる。

図４を参照すると、好ましい噴射システムは増強装置本体３０および袋ナット３５から成り、これが噴射装置ハウジングを成し、このハウジングは、任意のエンジンシリンダヘッド要件に適合するように設計することができる。増強装置本体３０は電子制御弁３１に適合するように穿孔されており、この電子制御弁は種々の方法で噴射装置内に位置決めすることができるとともに、幾つかのエンジンの用途を満足するように寸法することができる。電子制御弁３１は高速応答スプール弁３２を収容して高圧流体の供給を可能にし、低圧流体を逃がす。噴射システムは、好ましくは低圧供給燃料（例えば３〜４ｂａｒ）および、より高い圧力（例えば２００ｂａｒ）の油圧供給システムを利用する。作動液通路３６を介して、より高圧の作動液が供給され、油圧帰還ポート５２を介して帰還する。スプール弁３２は、３方向または２方向の弁とすることも、前記機能をもたらす別の種類の弁とすることもできる。

増強装置本体３０も穿孔され、プランジャ４９、ピストン４８、および戻しばね４６を含む。噴射装置・増強装置組立体３０内のばね４６、プランジャ４９、およびピストン４８は、最大３，０００ｂａｒ以上の所望の圧力まで蓄圧式燃料室４５内に燃料を加圧する。増強装置本体３０は、燃料帰還ポート３３、低圧（例えば３〜４ｂａｒ）での燃料供給ポート５３、および気圧・油圧の通路・ドレン（図示せず）を含む。増強装置本体３０の下部には、高圧（例えば最大３，０００ｂａｒ以上）の蓄圧式燃料室４５がある。高圧燃料通路４４は、高圧燃料室４５と噴射ノズル４１との間の連通を可能にしている。高圧燃料を燃料室４５、燃料通路４４、ノズル４１の内部に制限することにより、エンジン燃料システムに高い安全率がもたらされる。ノズル４１のニードル弁からの燃料漏出は燃料帰還ポート３３とつながっている。

スプール弁３２は、好ましくは、３方向・２位置弁である。第１の位置（開）は作動液供給を（ポート５１から）作動液通路３６に連結し、第２の位置（閉）は作動液通路３６を油圧帰還５２に連結する。開位置では、スプール弁３２は油圧供給ポート５１からの作動液が油圧室５０内に流れ込むのを可能にし、これにより、ピストン４８およびプランジャ４９の組立体（増強装置組立体）が下流側へ移動し、捕集された燃料が蓄圧式室４５で加圧される。油圧室５０への油圧と流れとにより指向された燃料室内の燃料圧力は、常に、エンジン回転速度および負荷とは無関係の最適レベルとすることができる。このことにより、最大噴射圧力、持続時間、および噴射される燃料量の完全制御が可能となる。したがって、スプール弁３２の動きをインターフェイスで制御器１２と接続し（図１）、噴射圧力、タイミング、および燃料送出量を、油圧遅延の欠点なしに制御することができる。

スプール弁３２が閉位置にある場合、ピストン４８上にある油圧室５０内の流体は低圧油圧タンクへ帰還し（図示せず）、プランジャ４９およびピストン４８の組立体は戻しばね４６により上方へ移動し、そして次の圧力周期のために蓄圧式燃料室４５は逆止弁組立体５５を介して補充される。システムにおける油圧漏出は油圧ベントポート４７を介して逃げる。

（パラメータ３：中・高負荷での給気質量／燃料質量の比）
このパラメータは、ＮＯｘ生成を低減するために、燃焼中、最大内部温度および局部的な温度を低く保つ処理をしなければならない。給気質量／燃料質量の比は燃焼中の熱容量の大半に影響し、したがって、燃焼中の内部温度の増加を縮小する。内部温度および局部的最大燃焼温度が著しいＮＯｘ生成の閾値よりも確実に低く留まる、容易に計測可能かつ操作可能なパラメータを提供するために、パラメータという語は、温度ではなく給気質量／燃料質量の比に関して表現する。参照により本明細書に組み込まれた、親特許であるＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ特許出願（米国出願第１０／２１４，２２９号）において検討しているように、給気燃料混合気の熱容量の調整を介して最大燃焼温度を低減し制御するための好ましい戦略は、吸入システム内の給気のブースト圧の制御を介して給気密度を操作することによるものである。

無負荷および軽負荷状況の場合は、質量比は、全体的に過剰酸素が使用されている限りは、許容できるＮＯｘおよびＰＭの放出のために２５：１〜４５：１の間に維持する必要がないということに留意されたい。

図６Ａおよび図６Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに示す先行技術と比較すると、本発明の方法の下でのディーゼル機関の運転から得られるある種の利益を証明している。図６Ａに示すように、例えば、本発明の下でのＮＯｘ放出は、事実上全てのエンジン回転速度および負荷条件の場合は、等価である従来のディーゼル機関により生成されるＮＯｘ放出（図５Ａに示すようなもの）よりも何倍も低い。さらに、図６Ｂに示すように、ＮＯｘ放出のこのような甚だしい低減は、エンジン効率を、先行技術のエンジン効率（図５Ｂに示すようなもの）以上に大きくなお維持しつつ達成される。したがって、本発明は、本願において説明した放出レベルを、堅牢で商業的に存立可能なディーゼル機関において達成可能である。

前述の記載から、本明細書では本発明の具体的な実施形態を説明したとはいえ、本発明の精神および範囲から逸脱することなく多様な変更態様が可能であるということが理解されるであろう。したがって、本明細書に提示した実施形態は例示的なものであって限定するものではなく、本発明の範囲は本明細書に添付された請求項によってのみ限定されると見なされるべきである。

図１は、本発明の燃焼システムの好ましい実施形態の略図である。 図２は、本発明の空気処理制御方法の好ましい実施形態の流れ図である。 図３は、本発明の低放出ディーゼル燃焼のための、燃料噴射圧力と吸入給気酸素濃度との間の関係の代表的な図であり、この低放出ディーゼル燃焼は、処理しやすい低ＰＭ生成および良好なエンジン効率と同時に環境的に許容できるＮＯｘレベルを可能としている。 図４は、本発明で使用するための好ましい燃料噴射装置の側断面図である。 図５Ａは、代表的な従来のディーゼル機関についてのＮＯｘ放出の結果の図である。 図５Ｂは、代表的な従来のディーゼル機関についてのエンジン効率の結果の図である。 図６Ａは、本発明の方法の下での運転が可能となるように変更されたようなものは除く、図５Ａおよび図５Ｂについてテストされたディーゼル機関と構造的に等価のディーゼル機関についてのＮＯｘ放出の結果の図であり、エンジン運転マップの全体にわたって環境的に許容できるレベルの範囲内のエンジンアウトＮＯｘ生成物レベルを示す。 図６Ｂは、本発明の方法の下での運転が可能となるように変更されたようなものは除く、図５Ａおよび図５Ｂについてテストされたディーゼル機関と構造的に等価のディーゼル機関についてのエンジン効率の結果の図であり、従来のディーゼル燃焼の下で得られるエンジン効率と等しいかまたはそれより良好なエンジン効率を示す。

Claims (50)

1. 内燃ディーゼル機関を運転する方法であって、該方法が、
   内燃ディーゼル機関の燃焼室内へ空気と再循環排気ガスとの混合気を取り込む工程であって、該空気と再循環排気ガスとの混合気の酸素濃度が１６％未満である工程と、
   １８００ｂａｒを超える燃料噴射圧力で該燃焼室内へ燃料を噴射する工程と、
   該燃料を該燃焼室内で該空気と再循環排気ガスとの混合気とともに燃焼させ、これにより有用な仕事量と、ある新規の量の排気ガスとを生成する工程であって、該ある新規の量のガスが、該機関により実施される仕事量の馬力時当たり１．０グラム未満のレベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む工程と、
   を含む方法。
2. 前記空気と再循環排気ガスとの混合気の酸素濃度が１５％未満である、請求項１に記載の方法。
3. 前記空気と再循環排気ガスとの混合気の酸素濃度が１４％未満である、請求項１に記載の方法。
4. 前記空気と再循環排気ガスとの混合気の酸素濃度が、中・高負荷の場合、１０％〜１５％の間で維持される、請求項１に記載の方法。
5. 前記空気と再循環排気ガスとの混合気の酸素濃度が、中・高負荷の場合、１１．５％〜１４％の間で維持される、請求項１に記載の方法。
6. 前記空気と再循環排気ガスとの混合気の酸素濃度が、中・高負荷の場合、１２％〜１３．５％の間で維持される、請求項１に記載の方法。
7. 前記空気と再循環排気ガスとの混合気の酸素濃度が、周期から周期まで比較的一定に維持される、請求項１に記載の方法。
8. ＥＧＲ比と前記排気ガスの酸素濃度とが、周期から周期まで比較的一定に維持される、請求項１に記載の方法。
9. 前記空気と再循環排気ガスとの混合気が、中または高負荷で、４０％を超えるあるＥＧＲレベルを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記空気と再循環排気ガスとの混合気が、中または高負荷で、５０％を超えるあるＥＧＲレベルを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記燃焼室内に、２１００ｂａｒを満たす、あるいはこれを超える燃料噴射圧力で前記燃料が噴射される、請求項１に記載の方法。
12. 前記燃焼室内に、２３００ｂａｒを満たす、あるいはこれを超える燃料噴射圧力で前記燃料が噴射される、請求項１に記載の方法。
13. 前記燃焼室内に、２５００ｂａｒを満たす、あるいはこれを超える燃料噴射圧力で前記燃料が噴射される、請求項１に記載の方法。
14. 前記燃焼室内に、３０００ｂａｒを満たす、あるいはこれを超える燃料噴射圧力で前記燃料が噴射される、請求項１に記載の方法。
15. 前記ある新規の量の排気ガスが、前記機関により実施される仕事量の馬力時当たり０．５グラム以下のレベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記ある新規の量の排気ガスが、前記機関により実施される仕事量の馬力時当たり０．２グラム以下のレベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む、請求項１に記載の方法。
17. 実質全てのエンジン回転速度および負荷で、前記レベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）が、前記機関により実施される仕事量の馬力時当たり０．２グラム以下で維持される、請求項１に記載の方法。
18. 前記ある新規の量の排気ガスが、後処理の前に、または後処理なしで、ボッシュ・スモーク・ナンバー３以下の煙含有量を有する、請求項１に記載の方法。
19. 前記ある新規の量の排気ガスが、後処理の前に、または後処理なしで、平均ボッシュ・スモーク・ナンバー１．５以下の煙含有量を有する、請求項１に記載の方法。
20. 実質全てのエンジン回転速度および負荷で、前記ある新規の量の排気ガスも、後処理の前に、または後処理なしで、ボッシュ・スモーク・ナンバー３以下の煙含有量を有する、請求項１７に記載の方法。
21. 実質全ての正常なエンジン回転速度および負荷で、前記有用な仕事量が、３０％を超える熱効率で生成される、請求項１に記載の方法。
22. 十分な吸入システム圧力を提供して、前記燃料の燃焼のための十分な酸素を確実にする工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
23. 前記燃焼室内へ吸入する前に前記空気および／または再循環排気ガスを圧縮する結果、前記空気と再循環排気ガスとの混合気の質量と、前記噴射された燃料の質量との間の比が、中または高負荷の前記機関の運転のために、２５：１〜４５：１の間となる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
24. 前記燃焼室内に、前記燃焼室内に噴射される燃料に対して化学量論上必要とされる量を超えるある量の、前記空気と再循環排気ガスとの混合気を取り込み、、これにより、前記燃焼室内に十分な過剰酸素を提供して実質的な燃焼の完全性を促進し、微粒子トラップの再生に十分な酸素濃度で排気生成物を生成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
25. 前記燃焼室に所定量の過剰酸素を連続的に提供し、前記機関の運転中、連続的な微粒子トラップ再生に十分な排気酸素濃度レベルを均衡点で維持する工程をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 内燃機関システムであって、
    単数または複数のシリンダであって、各シリンダが燃焼室を提供するシリンダと、
    該燃焼室それぞれに、１８００ｂａｒを超える燃料噴射圧力で燃料を噴射可能な単数または複数の燃料噴射装置と、
    吸気ラインと、
    排気ガス再循環のための手段と、
    再循環排気ガスと周囲空気とを該吸気ライン内で組み合わせるための手段と、
    該組み合わされた再循環排気ガスおよび周囲空気の酸素濃度を１６％未満の値に制御するように作動されるＥＧＲ制御弁と、
    該再循環排気ガスおよび／または周囲空気を、それらが（単数または複数の）該燃焼室内に入る前に加圧するための単数または複数の圧縮機と、
    該排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）のレベルを馬力時当たり１．０グラム以下に維持するように、該燃焼室内に取り込まれる該再循環排気ガスおよび／または周囲空気の加圧の程度に関して、噴射される燃料の量を制御するようにプログラムされている制御器と
    を含む内燃機関システム。
27. 前記ＥＧＲ制御弁が、前記組み合わされた再循環排気ガスおよび周囲空気の酸素濃度を１５％未満の値に制御するように作動される、請求項２６に記載の内燃機関システム。
28. 前記ＥＧＲ制御弁が、前記組み合わされた再循環排気ガスおよび周囲空気の酸素濃度を１４％未満の値に制御するように作動される、請求項２６に記載の内燃機関システム。
29. 前記ＥＧＲ制御弁が、前記組み合わされた再循環排気ガスおよび周囲空気の酸素濃度を１２％〜１３．５％の間の値に制御するように作動される、請求項２６に記載の内燃機関システム。
30. 前記ＥＧＲ制御弁が、前記組み合わされた再循環排気ガスおよび周囲空気の酸素濃度を比較的一定の所定値に制御するように作動される、請求項２６に記載の内燃機関システム。
31. 前記燃料噴射装置が、（単数または複数の）前記燃焼室内に、エンジン回転速度または負荷とは無関係に、２１００ｂａｒを満たす、あるいはこれを超える燃料噴射圧力で燃料を噴射可能である、請求項２６に記載の内燃機関システム。
32. 前記燃料噴射装置が、（単数または複数の）前記燃焼室内に、エンジン回転速度または負荷とは無関係に、２３００ｂａｒを満たす、あるいはこれを超える燃料噴射圧力で燃料を噴射可能である、請求項２６に記載の内燃機関システム。
33. 前記燃料噴射装置が、（単数または複数の）前記燃焼室内に、エンジン回転速度または負荷とは無関係に、２５００ｂａｒを満たす、あるいはこれを超える燃料噴射圧力で燃料を噴射可能である、請求項２６に記載の内燃機関システム。
34. 前記燃料噴射装置が、（単数または複数の）前記燃焼室内に、３０００ｂａｒを満たす、あるいはこれを超える燃料噴射圧力で燃料を噴射可能である、請求項２６に記載の内燃機関システム。
35. 実質全てのエンジン回転速度および負荷で、前記排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）のレベルが、前記機関により実施される仕事量の馬力時当たり０．５グラム以下に維持される、請求項２６に記載の内燃機関システム。
36. 実質全てのエンジン回転速度および負荷で、前記排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）のレベルが、前記機関により実施される仕事量の馬力時当たり０．２グラム以下に維持される、請求項２６に記載の内燃機関システム。
37. 前記排気ガス中の煙含有量レベルが、後処理の前に、または後処理なしで、ボッシュ・スモーク・ナンバー３以下で維持される、請求項２６に記載の内燃機関システム。
38. 前記排気ガス中の煙含有量レベルが、後処理の前に、または後処理なしで、平均ボッシュ・スモーク・ナンバー１．５以下で維持される、請求項２６に記載の内燃機関システム。
39. 実質全てのエンジン回転速度および負荷で、前記排気ガス中の煙含有量レベルも、後処理の前に、または後処理なしで、ボッシュ・スモーク・ナンバー３以下で維持される、請求項３６に記載の内燃機関システム。
40. 実質全ての正常なエンジン回転速度および負荷で、有用な仕事量が、３０％を超える熱効率で生成される、請求項２６に記載の内燃機関システム。
41. 前記燃焼室が微粒子トラップ再生のために十分な量の過剰酸素を受け取ることを確実にするように、前記制御器がプログラムされている、請求項２６に記載の内燃機関システム。
42. 前記燃焼室に所定量の過剰酸素が提供されて、前記機関の運転中、連続的な微粒子トラップ再生に十分な排気酸素濃度レベルが均衡点で維持される、請求項４１に記載の内燃機関システム。
43. 前記燃焼室内の前記空気と再循環排気ガスとの混合気の質量と、前記噴射された燃料の質量との間の比が、中または高負荷の前記機関の運転のために、２５：１〜４５：１の間となる、請求項２６に記載の内燃機関システム。
44. 前記燃焼室内に取り込まれた、前記空気と再循環排気ガスとの混合気の前記量が、前記燃焼室内に噴射された燃料に対して化学量論上必要とされる量を超え、、これにより、十分な過剰酸素を提供して実質的な燃焼の完全性を促進し、微粒子トラップの再生に十分な酸素濃度で排気生成物を生成する、請求項２６に記載の内燃機関システム。
45. 前記排気ガスの再循環のために低圧ＥＧＲループをさらに含む、請求項２６に記載の内燃機関システム。
46. 内燃ディーゼル機関における窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を低減する方法であって、前記方法が、燃焼中に使用される空気の酸素濃度を制御し、中・高負荷の場合、１０％〜１５％の間に留める工程を包含する方法。
47. 燃焼中に使用される空気の酸素濃度を制御し、中・高負荷の場合、１１．５％〜１４％の間に留める工程をさらに包含する、請求項４６に記載の方法。
48. 燃焼中に使用される空気の酸素濃度を制御し、中・高負荷の場合、１２％〜１３．５％の間に留める工程をさらに包含する、請求項４６に記載の方法。
49. 部分的に再循環排気ガスの酸素濃度を比較的一定の所定値に維持することを介して、燃焼中に使用される空気の酸素濃度が比較的一定の所定値に制御される、請求項４６に記載の方法。
50. 前記機関の前記排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を、前記機関により実施される仕事量の馬力時当たり０．２グラム以下に維持する工程をさらに包含する、請求項４６に記載の方法。

Images