JP3061035B2 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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JP3061035B2
JP3061035B2 JP10238959A JP23895998A JP3061035B2 JP 3061035 B2 JP3061035 B2 JP 3061035B2 JP 10238959 A JP10238959 A JP 10238959A JP 23895998 A JP23895998 A JP 23895998A JP 3061035 B2 JP3061035 B2 JP 3061035B2
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soot
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康二 吉▲崎▼
静夫 佐々木
雅人 後藤
丈和 伊藤
宏樹 村田
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    • Y02T10/40Engine management systems

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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。[0001] The present invention relates to an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より内燃機関、例えばディーゼル機
関においてはNOx の発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環(以下、EGRと
称す)通路により連結し、このEGR通路を介して排気
ガス、即ちEGRガスを機関吸気通路内に再循環させる
ようにしている。この場合、EGRガスは比較的比熱が
高く、従って多量の熱を吸収することができるので、E
GRガス量を増大するほど、即ちEGR率(EGRガス
量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大するほど燃
焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとNOx の発生量が低下し、従ってEGR率を増大す
ればするほどNOx の発生量は低下することになる。
Conventionally than internal combustion engines, for example exhaust gas recirculation and engine exhaust passage and the engine intake passage in order to suppress the generation of the NO x in the diesel engine (hereinafter, referred to as EGR) connected by passages, the Exhaust gas, that is, EGR gas, is recirculated through the EGR passage into the engine intake passage. In this case, the EGR gas has a relatively high specific heat, and therefore can absorb a large amount of heat.
The combustion temperature in the combustion chamber decreases as the GR gas amount increases, that is, as the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) increases. When the combustion temperature is lowered to decrease the generated amount of NO x, thus the generation amount of the more NO x to be increased EGR rate is lowered.

【0003】このように従来よりEGR率を増大すれば
NOx の発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらEGR率を増大させていくとEGR率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上EGR率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるE
GR率がEGR率の最大許容限界であると考えられてい
る。
[0003] It has been found that can reduce the generation amount of the NO x Thus conventionally increasing the EGR rate. However, when the EGR rate is increased, the soot generation amount, that is, smoke, starts to increase rapidly when the EGR rate exceeds a certain limit. In this regard, it has conventionally been considered that if the EGR rate is further increased, the smoke will increase indefinitely. Therefore, the smoke starts to increase rapidly.
The GR rate is considered to be the maximum allowable limit of the EGR rate.

【0004】従って従来よりEGR率はこの最大許容限
界を越えない範囲内に定められている。このEGR率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ30パーセントから50パーセントである。
従って従来のディーゼル機関ではEGR率は最大でも3
0パーセントから50パーセント程度に抑えられてい
る。
Therefore, conventionally, the EGR rate is set within a range not exceeding the maximum allowable limit. The maximum allowable EGR rate varies considerably depending on the type of engine and fuel, but is approximately 30 to 50%.
Therefore, in a conventional diesel engine, the EGR rate is at most 3
It is reduced from 0% to about 50%.

【0005】このように従来ではEGR率に対して最大
許容限界が存在すると考えられていたので従来よりEG
R率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてNO
x およびスモークの発生量ができるだけ少なくなるよう
に定められていた。しかしながらこのようにしてEGR
率をNOx およびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもNOx およびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のN
x およびスモークが発生してしまうのが現状である。
As described above, conventionally, it has been considered that the maximum allowable limit exists for the EGR rate.
If the R rate is within the range not exceeding this maximum allowable limit, NO
It was set so that the amount of x and smoke generated was as small as possible. However, in this way EGR
Rate that there is a limit to the reduction of the NO x and the amount of generated NO x and the amount of smoke produced also defined to be as small as possible of smoke, in fact still a significant amount of N
At present, O x and smoke are generated.

【0006】ところがディーゼル機関の燃焼の研究の過
程においてEGR率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてEGR
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてEGR率を70パー
セント以上にすると、またEGRガスを強力に冷却した
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはN
x の発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびNO
x の同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。
However, if the EGR rate is made larger than the maximum allowable limit in the course of research on the combustion of a diesel engine, the smoke rapidly increases as described above. However, the amount of generated smoke has a peak, and the peak exceeds this peak. EGR
When the rate is further increased, the smoke starts to decrease rapidly, and when the EGR rate is increased to 70% or more during idling operation, and when the EGR gas is cooled strongly, the smoke is reduced when the EGR rate is increased to about 55% or more. It was found that it was almost zero, that is, almost no soot was generated. In this case, N
Generation amount of O x is also found that a very small amount.
After that, the reason why no soot was generated was examined based on this finding, and as a result, unprecedented soot and NO
This has led to the construction of a new combustion system capable of simultaneously reducing x . This new combustion system will be described in detail later, but in short, it is basically based on stopping the growth of hydrocarbons in the middle stage until the hydrocarbons grow into soot.

【0007】即ち、実験研究を重ねた結果判明したこと
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。
That is, as a result of repeated experimental studies, it has been found that when the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber is lower than a certain temperature, the growth of hydrocarbons is stopped at a halfway stage before reaching soot. However, when the temperature of the fuel and the gas around it rises above a certain temperature, the hydrocarbons grow into soot at a stretch. In this case, the temperature of the fuel and the surrounding gas is greatly affected by the heat absorbing action of the gas around the fuel when the fuel is burned, and the amount of heat absorbed by the gas around the fuel is adjusted according to the calorific value at the time of burning the fuel. As a result, the temperature of the fuel and the surrounding gas can be controlled.

【0008】従って、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すれば煤が発生しなくなり、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すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。この新たな燃焼システムを採用した内燃
機関については本出願人により既に出願されている(特
願平9−305850号)。
Accordingly, if the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber is suppressed to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, soot will not be generated, and the fuel during combustion in the combustion chamber and its surroundings will not be generated. Can be suppressed to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, by adjusting the amount of heat absorbed by the gas around the fuel. On the other hand, hydrocarbons whose growth has stopped halfway before reaching soot can be easily purified by post-treatment using an oxidation catalyst or the like. This is the basic idea of a new combustion system. An internal combustion engine employing this new combustion system has already been filed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 9-305850).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】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は例えば燃
焼室内に供給される吸入ガスの温度や機関冷却水温の影
響を受け、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周
囲のガス温度は燃焼室内に供給される吸入ガスの温度や
機関冷却水温が上昇すると上昇する。従ってこの場合、
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す
るためには燃焼室内に供給される吸入ガスの温度や機関
冷却水温が上昇するほど燃料周りのガスによる吸熱量を
増大させることが必要である。
The temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber are affected by, for example, the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber and the temperature of the engine cooling water. The temperature of the fuel and its surrounding gas increases as the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber and the temperature of the engine cooling water rise. So in this case,
In order to suppress the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, the higher the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber and the higher the engine cooling water temperature, the more the fuel It is necessary to increase the amount of heat absorbed by the surrounding gas.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そこで1番目の発明で
は、機関吸気通路内に排気ガスを再循環させるための排
気ガス再循環装置を具備し、燃焼室内に供給される再循
環排気ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大
してピークに達する内燃機関において、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内に供給され
る再循環排気ガス量を多くし、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に影響を与える代表温
度であって上昇するとそれに伴なって上記ガス温度も上
昇する代表温度を検出するための検出手段を具備し、代
表温度が高くなるにつれて排気ガス再循環率を増大させ
るようにしている。
Therefore, in the first invention, an exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas in the engine intake passage is provided, and the amount of recirculated exhaust gas supplied into the combustion chamber is reduced. In an internal combustion engine in which the amount of soot generation increases gradually and reaches a peak, the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is made larger than the amount of recirculated exhaust gas where the amount of soot is peaked. Detecting means for detecting a representative temperature which influences the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the gas temperature around the fuel, and when the temperature increases, the gas temperature also increases. Is increased, the exhaust gas recirculation rate is increased.

【0011】即ち、燃焼室内に供給される吸入ガスの温
度や機関冷却水温のような代表温度が高くなるにつれて
排気ガス再循環率が増大せしめられ、それによって燃料
周りのガスによる吸熱量が増大せしめられる。2番目の
発明では1番目の発明において、代表温度が少くとも燃
焼室内に供給される吸入ガスの温度を代表する温度に基
づいて定められる。
That is, as the representative temperature such as the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber or the temperature of the engine cooling water increases, the exhaust gas recirculation rate increases, thereby increasing the amount of heat absorbed by the gas around the fuel. Can be In a second aspect based on the first aspect, the representative temperature is determined based on at least the temperature representing the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber.

【0012】3番目の発明では1番目の発明において、
代表温度が少くとも燃焼室内に供給される吸入ガスの温
度を代表する温度および機関冷却水温に基づいて定めら
れる。4番目の発明では1番目の発明において、排気ガ
ス再循環装置がスロットル弁下流の吸気通路に供給され
る再循環排気ガス量を制御するための排気ガス再循環制
御弁を具備し、排気ガス再循環制御弁の開度を増大させ
ることによって排気ガス再循環率を増大させるようにし
ている。
In a third aspect, in the first aspect,
The representative temperature is determined based on at least the temperature representing the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber and the engine cooling water temperature. In a fourth aspect based on the first aspect, the exhaust gas recirculation device includes an exhaust gas recirculation control valve for controlling an amount of recirculated exhaust gas supplied to an intake passage downstream of the throttle valve. The exhaust gas recirculation rate is increased by increasing the opening of the circulation control valve.

【0013】5番目の発明では4番目の発明において、
排気ガス再循環制御弁が全開したときにはスロットル弁
の開度を減少させるようにしている。6番目の発明では
1番目の発明において、排気ガス再循環率がほぼ55パ
ーセント以上である。7番目の発明では1番目の発明に
おいて、機関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置
している。
In the fifth invention, in the fourth invention,
When the exhaust gas recirculation control valve is fully opened, the opening of the throttle valve is reduced. In a sixth aspect based on the first aspect, the exhaust gas recirculation rate is approximately 55% or more. In a seventh aspect based on the first aspect, a catalyst having an oxidation function is disposed in the engine exhaust passage.

【0014】8番目の発明では7番目の発明において、
触媒が酸化触媒、三元触媒又はNO x 吸収剤の少くとも
一つからなる。9番目の発明では1番目の発明におい
て、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも
燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が多く煤がほと
んど発生しない第1の燃焼と、煤の発生量がピークとな
る再循環ガス量よりも燃焼室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切換手
段を具備している。
In the eighth invention, in the seventh invention,
The catalyst is an oxidation catalyst, a three-way catalyst or NO xAt least the absorbent
Consists of one. The ninth invention is the same as the first invention
The amount of soot generation is smaller than the amount of recirculated exhaust gas
The amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is large and soot is almost
The first combustion, which hardly occurs, and the soot generation peak
Recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber rather than recirculated gas volume
Switching means for selectively switching between the second combustion having a small amount of gas and the second combustion
It has a step.

【0015】10番目の発明では9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の燃焼を行い、第2の運転領域では第2の燃焼を行う
ようにしている。
In a tenth aspect based on the ninth aspect, the operating range of the engine is divided into a first operating range on the low load side and a second operating range on the high load side. Is performed, and the second combustion is performed in the second operation region.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】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場合を示している。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。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、空気吸込管17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。
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a four-stroke compression ignition type internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Denotes an exhaust valve, and 10 denotes an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11. Be linked. An inlet of the compressor 16 is connected to an air cleaner 18 via an air suction pipe 17, and a throttle valve 20 driven by a step motor 19 is arranged in the air suction pipe 17.

【0017】一方、排気ポート10は排気マニホルド2
1および排気管22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
23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。触
媒コンバータ26の出口部に連結された排気管28とス
ロットル弁20下流の空気吸込管17とはEGR通路2
9を介して互いに連結され、EGR通路29内にはステ
ップモータ30により駆動されるEGR制御弁31が配
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に示される実施例では機関冷却
水がインタークーラ32内に導びかれ、機関冷却水によ
ってEGRガスが冷却される。
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to the exhaust manifold 2.
1 and the exhaust turbocharger 15 via the exhaust pipe 22
The exhaust gas turbine 23 is connected to a catalytic converter 26 having a built-in catalyst 25 having an oxidizing function via an exhaust pipe 24. The exhaust pipe 28 connected to the outlet of the catalytic converter 26 and the air suction pipe 17 downstream of the throttle valve 20 are connected to the EGR passage 2.
An EGR control valve 31 which is connected to each other via a motor 9 and driven by a step motor 30 is disposed in the EGR passage 29. Further, the EGR passage 29 is provided in the EGR passage 29.
An intercooler 32 for cooling the EGR gas flowing therein is arranged. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the intercooler 32, and the engine cooling water cools the EGR gas.

【0018】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。
On the other hand, the fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 34, via a fuel supply pipe 33. Fuel is supplied into the common rail 34 from an electric control type variable discharge fuel pump 35, and the fuel supplied into the common rail 34 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 33. A fuel pressure sensor 36 for detecting the fuel pressure in the common rail 34 is attached to the common rail 34, and the fuel pump 35 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 34 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 36. Is controlled.

【0019】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。機関本体1には機関冷却水温を検出するための水
温センサ60が配置され、この水温センサ60の出力信
号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に
入力される。サージタンク12内には吸入空気とEGR
ガスとの混合ガス温を検出するための温度センサ61が
配置され、この温度センサ61の出力信号は対応するA
D変換器47を介して入力ポート45に入力される。
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and a ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45, An output port 46 is provided. A water temperature sensor 60 for detecting an engine cooling water temperature is arranged in the engine body 1, and an output signal of the water temperature sensor 60 is input to an input port 45 via a corresponding AD converter 47. In the surge tank 12, the intake air and EGR
A temperature sensor 61 for detecting the temperature of the mixed gas with the gas is provided, and the output signal of this temperature sensor 61 is
The data is input to the input port 45 via the D converter 47.

【0020】一方、スロットル弁20上流の空気吸込管
17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62が配置され、この質量流量検出器62の出
力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート4
5に入力される。また、燃料圧センサ36の出力信号も
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5
1が接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するA
D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30および燃料ポンプ35に接続される。
On the other hand, a mass flow detector 62 for detecting a mass flow rate of the intake air is disposed in the air suction pipe 17 upstream of the throttle valve 20, and an output signal of the mass flow detector 62 is a corresponding AD conversion. Input port 4 via the device 47
5 is input. The output signal of the fuel pressure sensor 36 is also input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. A load sensor 5 that generates an output voltage proportional to the amount of depression L of the accelerator pedal 50
1 is connected, and the output voltage of the load sensor 51 is
The data is input to the input port 45 via the D converter 47. The input port 45 has a crankshaft of, for example, 30.
A crank angle sensor 52 that generates an output pulse each time it rotates by an angle is connected. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve control step motor 19, the EGR control valve control step motor 30, and the fuel pump 35 via a corresponding drive circuit 48.

【0021】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。
FIG. 2 shows the throttle valve 2 when the engine is operating at a low load.
Change in the output torque when changing the air-fuel ratio A / F (abscissa in FIG. 2) by changing the opening and the EGR rate of 0, and smoke, HC, CO, a change in emission of the NO x It shows the experimental example shown. As can be seen from FIG. 2, in this experimental example, the smaller the air-fuel ratio A / F, the higher the EGR rate. When the air-fuel ratio A / F is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (≒ 14.6), the EGR rate is 65% or more.

【0022】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
x 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。
As shown in FIG. 2, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the smoke is reduced when the EGR rate becomes close to 40% and the air-fuel ratio A / F becomes about 30. The generation starts to increase. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the amount of smoke generated sharply increases and reaches a peak. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the smoke is sharply reduced. When the EGR rate is increased to 65% or more and the air-fuel ratio A / F is around 15.0, the smoke becomes almost zero. . That is, almost no soot is generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and N
The generation amount of O x is considerably reduced. On the other hand, at this time, HC,
The amount of generated CO starts to increase.

【0023】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。
FIG. 3A shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the amount of generated smoke is the largest when the air-fuel ratio A / F is around 21, and FIG. 3B shows the air-fuel ratio A / F. The graph shows the change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the smoke generation amount is substantially zero when F is around 18. As can be seen by comparing FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B), in the case of FIG. 3 (B) where the amount of smoke generation is almost zero, FIG.
It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case shown in (A).

【0024】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
x 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。
The following can be said from the experimental results shown in FIGS. That is, first, the air-fuel ratio A / F is 1
FIG. 2 when the smoke generation amount is almost zero at 5.0 or less.
As shown in (2) , the generation amount of NOx is considerably reduced. N
That the generation amount of O x produced falls means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is reduced, thus the combustion temperature in the combustion chamber 5 becomes low when the soot is hardly generated I can say. The same can be said from FIG. That is, in the state shown in FIG. 3B where almost no soot is generated, the combustion pressure is low.
The combustion temperature inside is low.

【0025】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。
Second, when the amount of generated smoke, that is, the amount of generated soot becomes almost zero, as shown in FIG.
Emissions increase. This means that hydrocarbons are emitted without growing to soot. That is, the linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons contained in the fuel as shown in FIG. 4 are thermally decomposed when the temperature is increased in a state of lack of oxygen, soot precursors are formed, and then mainly, Soot consisting of a solid aggregate of carbon atoms is produced. In this case, the actual soot production process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. It will grow to soot. Therefore, as described above, when the amount of generated soot becomes substantially zero, the emission amounts of HC and CO increase as shown in FIG. 2, but HC at this time is a precursor of soot or a hydrocarbon in a state before it. .

【0026】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。
The consideration based on the experimental results shown in FIGS. 2 and 3 summarizes the fact that when the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the amount of soot generation becomes almost zero. Is discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental study on this, if the temperature of the fuel and the surrounding gas in the combustion chamber 5 is lower than a certain temperature, the growth process of the soot is stopped halfway, that is, the soot is It was found that no soot was generated, and soot was generated when the temperature of the fuel and its surroundings in the combustion chamber 5 exceeded a certain temperature.

【0027】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。
By the way, the temperature of the fuel and its surrounding when the process of producing hydrocarbons is stopped in the state of the soot precursor, that is, the above-mentioned certain temperature depends on various factors such as the type of fuel, the air-fuel ratio and the compression ratio. Although the change can not be said that how many times since this certain temperature has a generation amount and the closely related of the nO x, therefore this certain temperature is defined to a certain degree from the generation amount of the nO x be able to. That is, the fuel and the gas temperature surrounding it at the time of combustion and the greater the EGR rate, decreases, the amount of the NO x is reduced. Generation amount at this time NO x is soot is hardly generated when it is around or less 10 ppm. Therefore, the above certain temperature is NO
It almost coincides with the temperature when the amount of generated x is about 10 p.pm or less.

【0028】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。
Once soot has been produced, it cannot be purified by post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in the state before the soot can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidation function. Considering the post-treatment with a catalyst having an oxidation function as described above, it is extremely difficult to discharge hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the state of a precursor of soot or in the state before the soot or in the form of soot from the combustion chamber 5. There is a big difference. The new combustion system employed in the present invention discharges hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the form of a soot precursor or previous state without producing soot in the combustion chamber 5 and removes the hydrocarbons. The core is to oxidize with a catalyst having an oxidation function.

【0029】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。
Now, in order to stop the growth of hydrocarbons before the soot is generated, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 is set to a temperature lower than the temperature at which the soot is generated. It needs to be suppressed. In this case, it has been found that the endothermic effect of the gas around the fuel when the fuel burns has an extremely large effect on suppressing the temperature of the fuel and the gas around the fuel.

【0030】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。
That is, if there is only air around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air separated from the fuel does not rise so much, and only the temperature around the fuel becomes extremely high locally. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the heat of combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature locally becomes extremely high, the unburned hydrocarbons that have received the combustion heat will generate soot.

【0031】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。
On the other hand, when fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air, the situation is slightly different.
In this case, the fuel vapor diffuses to the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, the combustion temperature is not increased so much because the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas. That is, the combustion temperature can be kept low. That is, the presence of the inert gas plays an important role in suppressing the combustion temperature, and the combustion temperature can be kept low by the endothermic effect of the inert gas.

【0032】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。
In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and the surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which the soot is formed, an amount of the inert gas that can absorb a sufficient amount of heat to do so is required. . Therefore, if the fuel amount increases, the required amount of inert gas increases accordingly. In this case, as the specific heat of the inert gas increases, the endothermic effect becomes stronger. Therefore, the inert gas preferably has a higher specific heat. In this regard, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas since CO 2 and EGR gas have relatively large specific heats.

【0033】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。
FIG. 5 shows the relationship between the EGR rate and smoke when EGR gas is used as the inert gas and the degree of cooling of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 5, a curve A indicates that the EGR gas temperature is substantially 9
Curve B shows the case where the EGR gas is cooled by a small cooling device, and curve C shows the case where the temperature is maintained at 0 ° C.
Indicates a case where the EGR gas is not forcibly cooled.

【0034】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。一方、図5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。
As shown by the curve A in FIG. 5, when the EGR gas is strongly cooled, the amount of soot generation reaches a peak when the EGR rate is slightly lower than 50%, and in this case, the EGR rate becomes approximately 55%. Above a percentage, little soot is generated. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 5, when the EGR gas is slightly cooled, the soot generation amount reaches a peak at a point where the EGR rate is slightly higher than 50%. In this case, the EGR rate is increased to about 65% or more. If so, almost no soot is generated.

【0035】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。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。
As shown by a curve C in FIG.
When the R gas is not forcibly cooled, the EGR rate becomes 5
The soot generation amount peaks near 5%, and in this case, if the EGR rate is set to approximately 70% or more, soot is hardly generated. FIG. 5 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high. When the engine load decreases, the EGR rate at which the amount of soot peaks slightly decreases, and the EGR rate at which soot is hardly generated is reduced. Also lowers slightly. As described above, the lower limit of the EGR rate at which almost no soot is generated varies depending on the degree of cooling of the EGR gas and the engine load.

【0036】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。
FIG. 6 shows a mixture of EGR gas and air necessary to make the temperature of fuel during combustion and its surrounding gas lower than the temperature at which soot is generated when EGR gas is used as the inert gas. It shows the gas amount, the ratio of air in the mixed gas amount, and the ratio of EGR gas in the mixed gas. In FIG. 6, the vertical axis indicates the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5, and the dashed line Y indicates the total intake gas amount that can be sucked into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. ing. The horizontal axis indicates the required load.

【0037】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
生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってN
x の発生量は極めて少量となる。
Referring to FIG. 6, the proportion of air, that is, the amount of air in the mixed gas, indicates the amount of air necessary to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 6, the ratio between the air amount and the injected fuel amount is the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 6, the ratio of the EGR gas, that is, the amount of the EGR gas in the mixed gas, is set so that when the injected fuel is burned, the temperature of the fuel and the surrounding gas is lower than the temperature at which soot is formed. The required minimum EGR gas amount is shown. This EGR gas amount is approximately 55% or more in terms of the EGR rate. In the embodiment shown in FIG.
0% or more. That is, the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 is indicated by a solid line X in FIG. 6, and the ratio of the air amount to the EGR gas amount in the total intake gas amount X is shown in FIG.
When the ratio is as shown in the following, the temperature of the fuel and the surrounding gas is lower than the temperature at which soot is generated, and thus no soot is generated. Further, the NO x generation amount at this time is around 10 p.pm or less.
The amount of O x generated is extremely small.

【0038】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。
When the fuel injection amount increases, the calorific value when the fuel burns increases. Therefore, in order to maintain the temperature of the fuel and the surrounding gas at a temperature lower than the temperature at which the soot is generated, the heat generated by the EGR gas is required. Must be increased. Therefore, as shown in FIG. 6, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount increases.
That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases.

【0039】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L0 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L 0 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。
By the way, when supercharging is not performed,
The upper limit of the total intake gas amount X sucked into the firing chamber 5 is Y.
Therefore, in FIG.0Territory greater than
In the region, the EGR gas ratio increases as the required load increases.
The air-fuel ratio can be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio unless reduced.
Can not. In other words, it is necessary when there is no supercharging.
Load demand is L0The air-fuel ratio is set to stoichiometric
When trying to maintain the fuel ratio, the required load increases.
As a result, the EGR rate decreases, and thus the required load becomes L 0Than
In areas where the fuel and the surrounding gas temperature are
It will not be possible to maintain a temperature lower than the temperature produced.

【0040】ところが図1に示されるようにEGR通路
29を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
15の空気吸込管17内にEGRガスを再循環させると
要求負荷がL0 よりも大きい領域においてEGR率を5
5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。要求負荷が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E
GR制御弁31が全開せしめられる、スロットル弁20
が若干閉弁せしめられる。
[0040] However recirculating the required load is larger than L 0 of the EGR gas into the air intake pipe 17 on the inlet side i.e. the exhaust turbocharger 15 via the EGR passage 29 supercharger as shown in FIG. 1 EGR rate of 5 in the region
It can be maintained at 5% or more, for example 70%, so that the temperature of the fuel and its surrounding gas can be kept below the temperature at which soot is produced. That is, if the EGR gas is recirculated so that the EGR rate in the air suction pipe 17 becomes, for example, 70%, the EGR rate of the suction gas boosted by the compressor 16 of the exhaust turbocharger 15 also becomes 70%. The temperature of the fuel and the surrounding gas can be maintained at a temperature lower than the temperature at which soot is generated, to the extent that the pressure can be increased by the compressor 16. Therefore, the operating range of the engine that can cause low-temperature combustion can be expanded. E is when the required load is the EGR rate more than 55 percent in the region larger than L 0
The throttle valve 20 is opened when the GR control valve 31 is fully opened.
Is slightly closed.

【0041】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。
As described above, FIG. 6 shows the case where the fuel is burned under the stoichiometric air-fuel ratio. However, even if the air amount is smaller than the air amount shown in FIG. 6, that is, the air-fuel ratio is made rich. 10p.p. the generation amount of the NO x even while preventing generation of soot by
m or less, and even if the air amount is larger than the air amount shown in FIG. 6, that is, even if the average value of the air-fuel ratio is 17 to 18 lean, soot generation is prevented. while the generation amount of the NO x can be around or less 10 ppm.

【0042】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。
That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excess fuel does not grow into soot, and soot is generated. There is no. Further, at this time NO x even only an extremely small amount of generated. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated if the combustion temperature increases, but in the present invention, the soot is suppressed to a low temperature, so that the soot is reduced. Not generated at all. Furthermore, NO x
Only very small amounts are generated.

【0043】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。
As described above, when low-temperature combustion is performed, soot is generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean. Sarezu, the amount of the NO x becomes extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio lean at this time.

【0044】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。
By the way, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber can be suppressed to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, only when the engine is under low load operation where the calorific value due to combustion is relatively small. Can be Therefore, in the embodiment according to the present invention, the first combustion, that is, the low-temperature combustion is performed by suppressing the temperature of the fuel during combustion and the surrounding gas temperature to a temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway during the low load operation in the engine. During the high load operation of the engine, the second combustion, that is, the combustion that is usually performed conventionally, is performed. Here, the first combustion, that is, the low-temperature combustion, has a larger amount of the inert gas in the combustion chamber than the amount of the inert gas at which the soot generation amount is at a peak, as is clear from the description so far. The second combustion, that is, the combustion that has been performed normally in the past, is a combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas at which the amount of soot is peaked. Say that.

【0045】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。
FIG. 7 shows a first operation region I in which the first combustion, that is, low-temperature combustion is performed, and a second operation region II in which the second combustion, that is, combustion by the conventional combustion method, is performed. I have. In FIG. 7, the vertical axis L indicates the amount of depression of the accelerator pedal 50, that is, the required load, and the horizontal axis N indicates the engine speed. In FIG. 7, X (N) is the first
Shows the first boundary between the operating region I and the second operating region II, and Y (N) represents the first operating region I and the second operating region.
2 shows a second boundary with II. The determination of the change of the operating region from the first operating region I to the second operating region II is made based on the first boundary X (N), and the determination of the change from the second operating region II to the first operating region II is performed.
The determination of the change of the operation region to the operation region I of the second boundary Y
(N).

【0046】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。
That is, when the operating state of the engine is in the first operating region I
When the required load L exceeds a first boundary X (N), which is a function of the engine speed N, during low-temperature combustion, it is determined that the operation region has shifted to the second operation region II, Combustion is performed by a conventional combustion method. Next, when the required load L becomes lower than a second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operation region has shifted to the first operation region I, and low-temperature combustion is performed again.

【0047】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。
As described above, two boundaries, that is, the first boundary X (N) and the second boundary Y (N) on the load side lower than the first boundary X (N) are provided. For three reasons. The first reason is that the combustion temperature is relatively high on the high load side of the second operation region II, and even if the required load L becomes lower than the first boundary X (N), low-temperature combustion cannot be performed immediately. Because. That is, the low-temperature combustion does not immediately start unless the required load L becomes considerably low, that is, when the required load L becomes lower than the second boundary Y (N). The second reason is to provide a hysteresis for a change in the operation region between the first operation region I and the second operation region II.

【0048】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記体又はそ
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。触媒2
5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。
By the way, when the operating region of the engine is in the first operating region I and low-temperature combustion is being performed, soot is hardly generated, but unburned hydrocarbons are instead replaced by the soot body or the state before it. It is discharged from the combustion chamber 5 in the form. At this time, the unburned hydrocarbon discharged from the combustion chamber 5 is oxidized well by the catalyst 25 having an oxidizing function. Catalyst 2
As 5, an oxidation catalyst, a three-way catalyst, or a NO x absorbent can be used. The NO x absorbent absorbs NO x when the mean air-fuel ratio in the combustion chamber 5 of the lean, the combustion chamber 5
The average air-fuel ratio in the internal has a function of releasing NO x becomes rich.

【0049】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。
The NO x absorbent uses, for example, alumina as a carrier, and, for example, potassium K, sodium N
a, at least one selected from alkali metals such as lithium Li, cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, rare earths such as lanthanum La and yttrium Y, and a noble metal such as platinum Pt. Is carried.

【0050】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。次に図8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。
In addition to the oxidation catalyst, the three-way catalyst and the NO
The x absorbent also has an oxidizing function, so that a three-way catalyst and a NO x absorbent can be used as the catalyst 25 as described above. Next, the operation control in the first operation region I and the second operation region II will be schematically described with reference to FIG.

【0051】図8は要求負荷Lに対するスロットル弁2
0の開度、EGR制御弁31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8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、E
GR制御弁31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8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。
FIG. 8 shows the throttle valve 2 with respect to the required load L.
0 indicates the opening degree, the opening degree of the EGR control valve 31, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing, and the injection amount. As shown in FIG. 8, in the first operating region I where the required load L is low, the opening of the throttle valve 20 is gradually increased from almost fully closed to about 2/3 as the required load L increases. E
The degree of opening of the GR control valve 31 is gradually increased from almost fully closed to fully open as the required load L increases. Also,
In the example shown in FIG. 8, in the first operation region I, the EGR rate is set to approximately 70%, and the air-fuel ratio is set to a slightly lean air-fuel ratio.

【0052】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EGR制御弁31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。
In other words, in the first operating region I, the EGR
The opening of the throttle valve 20 and the opening of the EGR control valve 31 are controlled such that the rate becomes approximately 70% and the air-fuel ratio becomes a slightly lean air-fuel ratio. In the first operation region I, fuel injection is performed before the compression top dead center TDC. In this case, the injection start timing θS is delayed as the required load L is increased, and the injection completion timing θE is delayed as the injection start timing θS is delayed.

【0053】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁20は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁
31も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁2
0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20が全閉近くまで閉弁せしめられる。
During the idling operation, the throttle valve 20 is closed until the valve is almost fully closed. At this time, the EGR control valve 31 is also closed almost completely. Throttle valve 2
If the valve is closed close to 0, the pressure in the combustion chamber 5 at the start of compression decreases, and the compression pressure decreases. When the compression pressure decreases, the compression work by the piston 4 decreases, so that the vibration of the engine body 1 decreases. That is, at the time of idling operation, the throttle valve 20 is closed to almost fully closed in order to suppress the vibration of the engine body 1.

【0054】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8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。
On the other hand, the operating range of the engine is the first operating range I.
From the second operating region II to the second operating region II, the opening of the throttle valve 20 is increased stepwise from about 2/3 opening toward the full opening direction. At this time, in the example shown in FIG. 8, the EGR rate is reduced stepwise from approximately 70% to 40% or less, and the air-fuel ratio is increased stepwise. That is, the EGR rate at which the EGR rate generates a large amount of smoke
The engine operating range is the first because it jumps over the rate range (Fig. 5).
A large amount of smoke does not occur when changing from the operating region I to the second operating region II.

【0055】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、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。
In the second operation region II, the conventional combustion is performed. In the second operating region II, the throttle valve 20 is held in a fully open state except for a part, and the opening of the EGR control valve 31 is gradually reduced as the required load L increases. In this operating region II, the EGR rate decreases as the required load L increases, and the air-fuel ratio decreases as the required load L increases. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even when the required load L increases. In the second operation region II, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC.

【0056】図9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9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9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。
FIG. 9 shows the target air-fuel ratio A / F in the first operation region I. In FIG. 9, A / F = 15.
5, A / F = 16, A / F = 17, and A / F = 18 indicate curves with target air-fuel ratios of 15.5, 16, 17,
18 indicates that the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. As shown in FIG. 9, the air-fuel ratio is lean in the first operation region I, and in the first operation region I, the target air-fuel ratio A decreases as the required load L decreases.
/ F is made lean.

【0057】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
9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例では要求負
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。
That is, the lower the required load L, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, low-temperature combustion can be performed even if the EGR rate is reduced as the required load L decreases.
When the EGR rate is reduced, the air-fuel ratio increases. Therefore, as shown in FIG. 9, as the required load L decreases, the target air-fuel ratio A / F increases. As the target air-fuel ratio A / F increases, the fuel consumption rate increases. Therefore, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, in the embodiment according to the present invention, the target air-fuel ratio A / F increases as the required load L decreases. .

【0058】ところで前述したように本発明による実施
例では第1の燃焼が行われているときにはEGR率がほ
ぼ70パーセントとされている。しかしながら例えば燃
焼室5内に供給される吸入ガスの温度が上昇すると燃焼
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
が上昇する。従ってこのとき燃焼室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炭化水素の成長が途
中で停止する温度以下に抑制するには、即ち煤が発生し
ないようにするには吸入ガスの温度が上昇するほど燃料
周りのガスによる吸熱量を増大させることが必要とな
る。
As described above, in the embodiment according to the present invention, when the first combustion is performed, the EGR rate is set to approximately 70%. However, for example, when the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5 increases, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 increases. Therefore, at this time, in order to suppress the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber 5 and the surrounding gas temperature to a temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, that is, in order to prevent the generation of soot, the temperature of the intake gas is controlled. It is necessary to increase the amount of heat absorbed by the gas around the fuel as the pressure rises.

【0059】同様なことが機関冷却水温の上昇時にも云
える。即ち、機関冷却水温が高くなると圧縮行程中にシ
リンダボアの内壁面を介して逃げる熱量が減少するため
に燃焼室5内における燃焼時の燃料およびその周囲のガ
ス温度が上昇する。従ってこのとき燃焼室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炭化水素の成
長が途中で停止する温度以下に抑制するには、即ち煤が
発生しないようにするには機関冷却水温が上昇するほど
燃料周りのガスによる吸熱量を増大させることが必要と
なる。
The same can be said when the engine cooling water temperature rises. That is, when the temperature of the engine cooling water increases, the amount of heat that escapes through the inner wall surface of the cylinder bore during the compression stroke decreases, so that the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 increases. Therefore, at this time, in order to suppress the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber 5 and the surrounding gas temperature to a temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, that is, in order to prevent the generation of soot, the engine cooling water temperature must be increased. As the temperature rises, it is necessary to increase the amount of heat absorbed by the gas around the fuel.

【0060】云い換えると、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に影響を与える代表温
度であって上昇するとそれに伴なって燃料およびその周
囲のガス温度も上昇する代表温度に応じて燃料周りのガ
スによる吸熱量を調整し、この代表温度が上昇するほど
燃料周りのガスによる吸熱量を増大させることが必要と
なる。
In other words, the representative temperature which affects the temperature of the fuel and its surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 and increases as the temperature rises to the representative temperature at which the temperature of the fuel and its surrounding gas also increases. Accordingly, it is necessary to adjust the amount of heat absorbed by the gas around the fuel, and to increase the amount of heat absorbed by the gas around the fuel as the representative temperature increases.

【0061】そこで本発明による実施例ではこの代表温
度が上昇したときには燃料周りのガスによる吸熱量を増
大させるためにEGR率を大きくするようにしている。
次にこのことについて具体的に説明する。図10(A)
は基準となるEGR率に対して増大すべきEGR率ΔE
G0が零の場合、即ちEGR率が基準EGR率の場合
と、基準となるEGR率に対して増大すべきEGR率Δ
EG5が5パーセントの場合と、基準となるEGR率に
対して増大すべきEGR率ΔEG10が10パーセント
の場合と、基準となるEGR率に対して増大すべきEG
R率ΔEG15が15パーセントの場合とを示してい
る。即ち、例えば基準となるEGR率が70パーセント
であるとすると曲線ΔEG0はEGR率が70パーセン
トを示しており、曲線ΔEG5はEGR率が75パーセ
ントを示しており、曲線ΔEG10はEGR率が80パ
ーセントを示しており、曲線ΔEG15はEGR率が8
5パーセントを示している。
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the representative temperature rises, the EGR rate is increased in order to increase the amount of heat absorbed by the gas around the fuel.
Next, this will be specifically described. FIG. 10 (A)
Is the EGR rate ΔE to be increased with respect to the reference EGR rate.
When G0 is zero, that is, when the EGR rate is the reference EGR rate, and when the EGR rate is to be increased with respect to the reference EGR rate Δ
When EG5 is 5%, when EGR rate ΔEG10 to be increased with respect to reference EGR rate is 10%, when EG5 is to be increased with respect to reference EGR rate
The case where the R rate ΔEG15 is 15% is shown. That is, for example, if the reference EGR rate is 70%, the curve ΔEG0 indicates the EGR rate of 70%, the curve ΔEG5 indicates the EGR rate of 75%, and the curve ΔEG10 indicates the EGR rate of 80%. The curve ΔEG15 shows that the EGR rate is 8
5 percent is indicated.

【0062】なお、図10(A)において横軸TGは燃
焼室5内に供給される吸入ガスの温度を示しており、縦
軸TWは機関冷却水温を示している。従って吸入ガス温
TGが高くなるにつれて目標とするEGR率が高くな
り、機関冷却水温TWが高くなるにつれて目標とするE
GR率が高くなることがわかる。増大すべきEGR率Δ
EGは図10(B)に示すように吸入ガス温TGおよび
機関冷却水温TWの関数として予めROM42内に記憶
されている。
In FIG. 10A, the horizontal axis TG indicates the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 5, and the vertical axis TW indicates the engine cooling water temperature. Therefore, the target EGR rate increases as the intake gas temperature TG increases, and the target EGR increases as the engine cooling water temperature TW increases.
It can be seen that the GR rate increases. EGR rate Δ to be increased
EG is stored in advance in the ROM 42 as a function of the intake gas temperature TG and the engine cooling water temperature TW, as shown in FIG.

【0063】次に図11を参照しつつ同一要求負荷およ
び同一機関回転数のもとで増大すべきEGR率ΔEGが
大きくなったときのスロットル弁20の開度STの変
化、EGR制御弁31の開度SEの変化、EGR率の変
化、空燃比の変化の概要について説明する。図11に示
されるように増大すべきEGR率ΔEGが比較的小さい
とき、即ち領域Aにおいては空燃比A/Fが一定に保持
された状態でΔEGが大きくなるほどEGR率が増大せ
しめられる。このときスロットル弁20の開度STおよ
びEGR制御弁31の開度SEは図11に示されるEG
R率および空燃比A/Fとなるように制御される。空燃
比A/Fを一定に保持しつつEGR率を大きくするには
目標とするEGR率が高くなるほどEGR制御弁31の
開度SEおよびスロットル弁20の開度STを大きくす
る必要があり、従ってEGR制御弁31の開度SEおよ
びスロットル弁20の開度STはΔEGの増大に伴なっ
て図11に示すように変化する。
Next, referring to FIG. 11, a change in the opening degree ST of the throttle valve 20 when the EGR rate ΔEG to be increased under the same required load and the same engine speed, and a change in the EGR control valve 31 The outline of the change in the opening degree SE, the change in the EGR rate, and the change in the air-fuel ratio will be described. As shown in FIG. 11, when the EGR rate ΔEG to be increased is relatively small, that is, in the region A, the EGR rate is increased as ΔEG increases while the air-fuel ratio A / F is kept constant. At this time, the opening degree ST of the throttle valve 20 and the opening degree SE of the EGR control valve 31 are determined by EG shown in FIG.
Control is performed so that the R rate and the air-fuel ratio A / F are obtained. In order to increase the EGR rate while maintaining the air-fuel ratio A / F constant, it is necessary to increase the opening SE of the EGR control valve 31 and the opening ST of the throttle valve 20 as the target EGR rate increases. The opening degree SE of the EGR control valve 31 and the opening degree ST of the throttle valve 20 change as shown in FIG. 11 as ΔEG increases.

【0064】一方、図11の領域BはΔEGが大きく、
EGR制御弁31が全開している領域を示している。E
GR制御弁31が全開するとスロットル弁20の開度を
小さくしない限りEGR率が大きくならず、従って領域
BにおいてはEGR制御弁31は全開状態に保持され、
スロットル弁20はΔEGが大きくなるにつれて少しず
つ閉弁せしめられる。それによって領域BにおいてもE
GR率はΔEGが大きくなるにつれて増大せしめられ
る。
On the other hand, the region B in FIG.
The region where the EGR control valve 31 is fully opened is shown. E
When the GR control valve 31 is fully opened, the EGR rate does not increase unless the opening of the throttle valve 20 is reduced, and therefore, in the region B, the EGR control valve 31 is maintained in a fully open state.
The throttle valve 20 is gradually closed as ΔEG increases. As a result, even in area B, E
The GR rate is increased as ΔEG increases.

【0065】一方、スロットル弁20が少しずつ閉弁せ
しめられると吸入空気量が減少するために図11に示さ
れる如く空燃比A/Fは次第に小さくなる。このように
空燃比A/Fが小さくなると燃料周りの酸素量が少なく
なるために燃焼がおだやかとなる。即ち、領域BではE
GR率の増大作用と空燃比の低下作用によって燃焼時の
燃料およびその周囲のガス温度が煤の発生しない温度に
抑制される。
On the other hand, when the throttle valve 20 is gradually closed, the air-fuel ratio A / F gradually decreases as shown in FIG. 11 because the amount of intake air decreases. As described above, when the air-fuel ratio A / F decreases, the amount of oxygen around the fuel decreases, so that the combustion becomes mild. That is, in the area B, E
The temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion are suppressed to a temperature at which no soot is generated by the effect of increasing the GR rate and the effect of decreasing the air-fuel ratio.

【0066】図12は増大すべきEGR率がΔEG0の
ときのスロットル弁20の目標開度STのマップ(図1
2(A))と、EGR制御弁31の目標開度SEのマッ
プ(図12(B))と、目標空燃比A/Fのマップ(図
12(C))とを示しており、図13は増大すべきEG
R率がΔEG5のときのスロットル弁20の目標開度S
Tのマップ(図13(A))と、EGR制御弁31の目
標開度SEのマップ(図13(B))と、目標空燃比A
/Fのマップ(図13(C))とを示しており、図14
は増大すべきEGR率がΔEG10のときのスロットル
弁20の目標開度STのマップ(図14(A))と、E
GR制御弁31の目標開度SEのマップ(図14
(B))と、目標空燃比A/Fのマップ(図14
(C))とを示しており、図15は増大すべきEGR率
がΔEG15のときのスロットル弁20の目標開度ST
のマップ(図15(A))と、EGR制御弁31の目標
開度SEのマップ(図15(B))と、目標空燃比A/
Fのマップ(図15(C))とを示している。
FIG. 12 is a map of the target opening ST of the throttle valve 20 when the EGR rate to be increased is ΔEG0 (FIG. 1).
2 (A)), a map of the target opening degree SE of the EGR control valve 31 (FIG. 12 (B)), and a map of the target air-fuel ratio A / F (FIG. 12 (C)), and FIG. Is the EG to be increased
Target opening S of throttle valve 20 when R rate is ΔEG5
T (FIG. 13A), a map of the target opening SE of the EGR control valve 31 (FIG. 13B), and a target air-fuel ratio A.
/ F (FIG. 13 (C)), and FIG.
A map of the target opening ST of the throttle valve 20 when the EGR rate to be increased is ΔEG10 (FIG. 14A), and E
A map of the target opening SE of the GR control valve 31 (FIG. 14)
(B)) and a map of the target air-fuel ratio A / F (FIG. 14)
FIG. 15 shows the target opening ST of the throttle valve 20 when the EGR rate to be increased is ΔEG15.
15 (A), the map of the target opening SE of the EGR control valve 31 (FIG. 15 (B)), and the target air-fuel ratio A /
F (FIG. 15 (C)).

【0067】なお、図12から図15に示されるいずれ
のマップも要求負荷Lと機関回転数Nの関数であり、こ
れらのマップは予めROM42内に記憶されている。Δ
EG0とΔEG5の中間値、ΔEG5とΔEG10の中
間値、ΔEG10とΔEG15の中間値は補間により算
出される。図12から図15には空燃比A/Fが一定に
維持される領域Aと、領域Aに比べて空燃比A/Fが小
さくされる領域Bとが示されている。図13、図14、
図15からわかるように領域Bは多量のEGRガスが要
求される要求負荷Lの高い運転領域にのみ存在し、この
領域BはΔEGが高くなるほど低負荷側に拡大する。図
12に示されるΔEGがΔEG0のとき、即ちEGR率
が基準EGR率のときには領域Aのみとなり、このとき
の目標空燃比A/Fは図9に示される目標空燃比とな
る。
All the maps shown in FIGS. 12 to 15 are functions of the required load L and the engine speed N, and these maps are stored in the ROM 42 in advance. Δ
The intermediate value between EG0 and ΔEG5, the intermediate value between ΔEG5 and ΔEG10, and the intermediate value between ΔEG10 and ΔEG15 are calculated by interpolation. 12 to 15 show a region A in which the air-fuel ratio A / F is kept constant and a region B in which the air-fuel ratio A / F is smaller than the region A. 13, 14,
As can be seen from FIG. 15, the region B exists only in the operation region where the required load L where a large amount of EGR gas is required is high, and this region B expands toward the low load side as ΔEG increases. When ΔEG shown in FIG. 12 is ΔEG0, that is, when the EGR rate is the reference EGR rate, only the region A is set, and the target air-fuel ratio A / F at this time is the target air-fuel ratio shown in FIG.

【0068】図16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16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24,35,45,60を示してい
る。空燃比を図16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17(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16に示す目標空燃比A/Fとするのに
必要なEGR制御弁31の目標開度SEが図17(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、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18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。
FIG. 16 shows the target air-fuel ratio A / F when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed. In FIG. 16, A / F = 24, A / F
Curves indicated by F = 35, A / F = 45, and A / F = 60 indicate target air-fuel ratios 24, 35, 45, and 60, respectively. FIG. 17A shows the target opening degree ST of the throttle valve 20 required for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG.
The EGR control which is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. 16 and is necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG. The target opening degree SE of the valve 31 is as shown in FIG.
As shown in (1), a map is previously stored in the ROM 42 as a function of the required load L and the engine speed N. Further, when the second combustion is being performed, the fuel injection amount Q is calculated based on the required load L and the engine speed N. The fuel injection amount Q is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.

【0069】次に図19を参照しつつ運転制御について
説明する。図19を参照すると、まず初めにステップ1
00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10
1に進んで要求負荷Lが第1の境界X1(N)よりも大
きくなったか否かが判別される。L≦X1(N)のとき
にはステップ103に進んで低温燃焼が行われる。
Next, the operation control will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 19, first, step 1
At 00, it is determined whether or not a flag I indicating that the operating state of the engine is in the first operating region I is set. When the flag I is set, that is, when the operating state of the engine is in the first operating region I, step 10
The program proceeds to 1 to determine whether the required load L has become larger than the first boundary X1 (N). When L ≦ X1 (N), the routine proceeds to step 103, where low-temperature combustion is performed.

【0070】即ち、ステップ103では温度センサ61
により検出された燃焼室5内への吸入ガス温TGと水温
センサ60により検出された機関冷却水温TWに基づい
て図10(B)に示すマップから増大すべきEGR率Δ
EGが算出される。次いでステップ104ではΔEGに
基づいて図12(A)、図13(A)、図14(A)、
図15(A)のうちから選択されたマップよりスロット
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1
05ではΔEGに基づいて図12(B)、図13
(B)、図14(B)、図15(B)のうちから選択さ
れたマップよりEGR制御弁31の目標開度SEが算出
され、EGR制御弁31の開度がこの目標開度SEとさ
れる。
That is, in step 103, the temperature sensor 61
The EGR rate Δ to be increased from the map shown in FIG. 10B based on the intake gas temperature TG into the combustion chamber 5 detected by the engine and the engine cooling water temperature TW detected by the water temperature sensor 60.
EG is calculated. Next, in step 104, based on ΔEG, FIG. 12 (A), FIG. 13 (A), FIG.
The target opening ST of the throttle valve 20 is calculated from the map selected from FIG.
Is set as the target opening ST. Then step 1
In FIG. 12, based on ΔEG, FIGS.
(B), the target opening SE of the EGR control valve 31 is calculated from a map selected from FIG. 14 (B) and FIG. 15 (B), and the opening of the EGR control valve 31 is determined by the target opening SE. Is done.

【0071】次いでステップ106ではΔEGに基づい
て図12(C)、図13(C)、図14(C)、図15
(C)のうちから選択されたマップより目標空燃比A/
Fが算出される。次いでステップ107では質量流量検
出器62により検出された吸入空気の質量流量Gaが取
込まれ、次いでステップ108では吸入空気の質量流量
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。
Next, at step 106, based on ΔEG, FIGS. 12 (C), 13 (C), 14 (C),
From the map selected from (C), the target air-fuel ratio A /
F is calculated. Next, at step 107, the mass flow rate Ga of the intake air detected by the mass flow rate detector 62 is taken in. Next, at step 108, the air-fuel ratio is set to the target air-fuel ratio based on the mass flow rate Ga of the intake air and the target air-fuel ratio A / F. The fuel injection amount Q required for A / F is calculated.

【0072】一方、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111
に進んで第2の燃焼が行われる。即ち、ステップ111
では図18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112では図17(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。
On the other hand, in step 101, L> X
When it is determined that (N) has been reached, the routine proceeds to step 102, where the flag I is reset.
And the second combustion is performed. That is, step 111
In FIG. 18, the target fuel injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. 18, and the fuel injection amount is set as the target fuel injection amount Q.
Next, at step 112, the target opening ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. 17A, and the opening of the throttle valve 20 is set to this target opening ST.

【0073】次いでステップ113では図17(B)に
示すマップからEGR制御弁31の目標開度SEが算出
され、EGR制御弁31の開度がこの目標開度SEとさ
れる。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100からステップ109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111に進
み、リーン空燃比のもとで第2の燃焼が行われる。
Next, at step 113, the target opening SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG. 17B, and the opening of the EGR control valve 31 is set to this target opening SE. When the flag I is reset, in the next processing cycle, the process proceeds from step 100 to step 109, where it is determined whether or not the required load L has become lower than the second boundary Y (N). When L ≧ Y (N), the routine proceeds to step 111, where the second combustion is performed under a lean air-fuel ratio.

【0074】一方、ステップ109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110に
進んでフラグIがセットされ、次いでステップ103に
進んで低温燃焼が行われる。
On the other hand, at step 109, L <Y
When it is determined that (N) has been reached, the routine proceeds to step 110, where the flag I is set. Then, the routine proceeds to step 103, where low-temperature combustion is performed.

【0075】[0075]

【発明の効果】燃焼室内に供給される吸入ガスの温度や
機関冷却水温等により代表される温度が変化しても良好
な低温燃焼を確保することができる。
As described above, good low-temperature combustion can be ensured even when the temperature represented by the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber or the temperature of the engine cooling water changes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】圧縮着火式内燃機関の全体図である。FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.

【図2】スモークおよびNOx の発生量等を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing amounts of smoke and NO x generated, and the like.

【図3】燃焼圧を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a combustion pressure.

【図4】燃料分子を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing fuel molecules.

【図5】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a generation amount of smoke and an EGR rate.

【図6】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.

【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。
FIG. 7 is a diagram showing a first operation region I and a second operation region II.

【図8】スロットル弁の開度等を示す図である。FIG. 8 is a view showing an opening degree of a throttle valve and the like.

【図9】第1の運転領域Iにおける空燃比等を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing an air-fuel ratio and the like in a first operation region I.

【図10】増大すべきEGR率ΔEGを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an EGR rate ΔEG to be increased.

【図11】スロットル開度等の変化を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a change in a throttle opening and the like.

【図12】ΔEG0のときのスロットル弁の目標開度、
EGR制御弁の目標開度、目標空燃比のマップを示す図
である。
FIG. 12 shows a target opening degree of the throttle valve at the time of ΔEG0,
It is a figure which shows the map of the target opening degree and target air-fuel ratio of an EGR control valve.

【図13】ΔEG5のときのスロットル弁の目標開度、
EGR制御弁の目標開度、目標空燃比のマップを示す図
である。
FIG. 13 shows a target opening degree of the throttle valve at the time of ΔEG5,
It is a figure which shows the map of the target opening degree and target air-fuel ratio of an EGR control valve.

【図14】ΔEG10のときのスロットル弁の目標開
度、EGR制御弁の目標開度、目標空燃比のマップを示
す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a map of a target opening of a throttle valve, a target opening of an EGR control valve, and a target air-fuel ratio when ΔEG10.

【図15】ΔEG15のときのスロットル弁の目標開
度、EGR制御弁の目標開度、目標空燃比のマップを示
す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a map of a target opening of a throttle valve, a target opening of an EGR control valve, and a target air-fuel ratio when ΔEG15.

【図16】第2の燃焼における空燃比を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an air-fuel ratio in the second combustion.

【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。
FIG. 17 is a view showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.

【図18】燃料噴射量のマップを示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a map of a fuel injection amount.

【図19】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
FIG. 19 is a flowchart for controlling operation of the engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6…燃料噴射弁 20…スロットル弁 29…EGR通路 31…EGR制御弁 6. Fuel injection valve 20 Throttle valve 29 EGR passage 31 EGR control valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02D 41/04 380 F02D 41/04 380C F02M 25/07 570 F02M 25/07 570C (72)発明者 伊藤 丈和 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 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 (56)参考文献 特開 平8−218920(JP,A) 特開 平7−4287(JP,A) 特開 平9−287527(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/02 380 F02M 25/07 570 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F02D 41/04 380 F02D 41/04 380C F02M 25/07 570 F02M 25/07 570C (72) Inventor Takekazu Ito Toyota-shi, Aichi 1 Toyota Town, Toyota Motor Corporation (72) Inventor Hiroki Murata 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (56) References JP-A-8-218920 (JP, A) JP 7-4287 (JP, A) JP-A-9-287527 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F02D 41/02 380 F02M 25/07 570

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 機関吸気通路内に排気ガスを再循環させ
るための排気ガス再循環装置を具備し、燃焼室内に供給
される再循環排気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する内燃機関において、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内
に供給される再循環排気ガス量を多くし、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に影響を与
える代表温度であって上昇するとそれに伴なって該ガス
温度も上昇する代表温度を検出するための検出手段を具
備し、該代表温度が高くなるにつれて排気ガス再循環率
を増大させるようにした内燃機関。
An exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas in an engine intake passage is provided, and as the amount of recirculated exhaust gas supplied to a combustion chamber increases, the amount of soot generated gradually increases. In an internal combustion engine that increases and reaches a peak, the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is made larger than the amount of recirculated exhaust gas at which the generation amount of soot becomes a peak, and the fuel during combustion in the combustion chamber and its surroundings Detecting means for detecting a representative temperature that affects the gas temperature of the gas and increases with the rise of the gas temperature as the temperature rises, and the exhaust gas recirculation rate increases as the representative temperature increases. Internal combustion engine designed to be increased.
【請求項2】 該代表温度が少くとも燃焼室内に供給さ
れる吸入ガスの温度を代表する温度に基づいて定められ
る請求項1に記載の内燃機関。
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the representative temperature is determined based on at least a temperature representative of a temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber.
【請求項3】 該代表温度が少くとも燃焼室内に供給さ
れる吸入ガスの温度を代表する温度および機関冷却水温
に基づいて定められる請求項1に記載の内燃機関。
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the representative temperature is determined based on at least a temperature representative of a temperature of an intake gas supplied into the combustion chamber and an engine cooling water temperature.
【請求項4】 上記排気ガス再循環装置はスロットル弁
下流の吸気通路に供給される再循環排気ガス量を制御す
るための排気ガス再循環制御弁を具備し、該排気ガス再
循環制御弁の開度を増大させることによって排気ガス再
循環率を増大させるようにした請求項1に記載の内燃機
関。
4. The exhaust gas recirculation device according to claim 1, further comprising an exhaust gas recirculation control valve for controlling an amount of recirculated exhaust gas supplied to an intake passage downstream of the throttle valve. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation rate is increased by increasing the opening.
【請求項5】 該排気ガス再循環制御弁が全開したとき
にはスロットル弁の開度を減少させるようにした請求項
4に記載の内燃機関。
5. The internal combustion engine according to claim 4, wherein the opening of the throttle valve is reduced when the exhaust gas recirculation control valve is fully opened.
【請求項6】 排気ガス再循環率がほぼ55パーセント
以上である請求項1に記載の内燃機関。
6. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation rate is approximately 55% or more.
【請求項7】 機関排気通路内に酸化機能を有する触媒
を配置した請求項1に記載の内燃機関。
7. The internal combustion engine according to claim 1, wherein a catalyst having an oxidation function is disposed in the engine exhaust passage.
【請求項8】 該触媒が酸化触媒、三元触媒又はNOx
吸収剤の少くとも一つからなる請求項7に記載の内燃機
関。
8. The catalyst according to claim 1, wherein said catalyst is an oxidation catalyst, a three-way catalyst or NO x.
The internal combustion engine of claim 7, comprising at least one absorbent.
【請求項9】 煤の発生量がピークとなる再循環排気ガ
ス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が多
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ガス量よりも燃焼室内に供給される
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
える切換手段を具備した請求項1に記載の内燃機関。
9. The first combustion in which the amount of recirculated exhaust gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount of recirculated exhaust gas at which the amount of generated soot is at a peak and little soot is generated, and the amount of generated soot is at a peak. 2. The internal combustion engine according to claim 1, further comprising a switching unit that selectively switches between a second combustion in which an amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is smaller than an amount of recirculated gas that becomes the second combustion.
【請求項10】 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の燃焼を行い、第2の運転領域では第2
の燃焼を行うようにした請求項9に記載の内燃機関。
10. The engine operating region is divided into a first operating region on a low load side and a second operating region on a high load side, and a first combustion is performed in the first operating region. Second in the area
10. The internal combustion engine according to claim 9, wherein combustion of the internal combustion engine is performed.
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