JP3104692B2 - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より内燃機関、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。
【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。
【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。
【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
Ｏx およびスモークが発生してしまうのが現状である。
【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
Ｏx 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。
【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。
【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）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところでこの新たな燃
焼システムではＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にす
る必要がある。しかしながらＥＧＲ率をほぼ５５パーセ
ント以上にすることが可能なのは吸入空気量が比較的少
ないとき、即ち機関負荷が比較的低いときであり、吸入
空気量が一定限度を越えるとＥＧＲ率を低下させない限
り吸入空気量を増大させることができなくなる。従って
吸入空気量が一定限度を越えたときには従来より行われ
ている燃焼に切換える必要がある。
【００１０】また、前記の通り新たな燃焼システムでは
酸化機能を有する触媒を設けることが好ましいが、従来
の燃焼の領域で定常的に従来の燃焼がしばらく継続され
ると触媒の温度は比較的低温の状態となり、燃焼ガス中
のＳＯＦ分によって触媒が被毒され酸化機能が低下す
る。そして、このような従来の燃焼状態から新たな燃焼
が行える状態になって新たな燃焼に切換えると、ＳＯＦ
分の被毒によって触媒は酸化機能が低下しているので発
生する炭化水素分は良好に酸化されなくなる。
【００１１】したがって、このような場合触媒温度を上
昇させてＳＯＦ分を除去する必要があるが、加熱のため
に電気ヒータなどを使用すればコストアップを免れない
（例えば特開平６−２００７３７号）。また、従来の燃
焼から新たな燃焼への切換え後に触媒の温度を上昇させ
るために多量の炭化水素を供給し触媒反応熱を大きくし
ようとしても、供給される炭化水素が多すぎて触媒が反
応せず、一向に触媒温度が上昇しないという状況が発生
する。
【００１２】本発明の目的は、簡単な構成で触媒の被毒
を解消して酸化機能を損なわないようにすることにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、１番目の発明では、燃焼室内に供給される不活性ガ
ス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピー
クに達し、燃焼室内に供給される不活性ガス量を更に増
大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその
周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほと
んど発生しなくなる内燃機関において、酸化機能を有す
る触媒を機関排気通路内に配置し、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に供給される不活性
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不活性ガス量よりも燃焼室内に
供給される不活性ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的
に切換える切換手段を具備し、第２の燃焼から第１の燃
焼への切換え時に前記触媒の温度を予め定められた温度
以上に上昇させるために第１の燃焼であって燃焼室内の
空燃比がリーンとなる燃焼に切換えるようにする。ここ
で第１の燃焼における空燃比は第２の燃焼における空燃
比よりも小さいため、第２の燃焼から第１の燃焼に切換
えたときにより高い温度の排気ガスが燃焼室から排出さ
れることとなる。
【００１４】２番目の発明によれば１番目の発明におい
て前記第２の燃焼から第１の燃焼への切換え時に第１の
燃焼であって燃焼室内の空燃比がリーンとなる燃焼にい
ったん切換え、その後、さらに第１の燃焼であって燃焼
室内の空燃比がリッチとなる燃焼に切換えるようにす
る。３番目の発明によれば１番目の発明において前記機
関排気通路に燃焼室から排出される煤を捕集するための
フィルタを配置し、前記第２の燃焼から第１の燃焼への
切換え時に第２の燃焼における燃焼室内の空燃比のリー
ン度合いをいったん小さくし、その後、第２の燃焼を第
１の燃焼であって燃焼室内の空燃比がリーンとなる燃焼
に切換えるようにする。
【００１５】４番目の発明によれば１番目の発明におい
て空燃比がリッチの排気ガス中の還元剤としての燃料の
触媒における反応活性度を上昇せしめる触媒を前記酸化
機能を有する触媒の上流側に配置する。５番目の発明に
よれば１番目の発明において、燃焼室から排出された排
気ガスを機関吸気通路内に再循環させる再循環装置を具
備し、上記不活性ガスが再循環排気ガスからなる。
【００１６】６番目の発明によれば５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番目の発明によれば１番目の発明において、機関
の運転領域を低負荷側の第１の運転領域と高負荷側の第
２の運転領域に分割し、第１の運転領域では第１の燃焼
を行い、第２の運転領域では第２の燃焼を行うようにす
る。
【００１７】８番目の発明によれば１番目の発明におい
て前記触媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯx 吸収剤の少
くとも一つからなる。さらに９番目の発明によれば燃焼
室内に供給される不活性ガス量を増大していくと煤の発
生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給さ
れる不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内におけ
る燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度
よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関
において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに
は排気ガス中に含まれるＮＯxを吸収しかつ流入する排
気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収し
たＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配
置し、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃
焼室内に供給される不活性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不活
性ガス量よりも燃焼室内に供給される不活性ガス量が少
ない第２の燃焼とを選択的に切換える切換手段を具備
し、第２の燃焼が行われているときにＮＯx 吸収剤から
ＮＯx を放出すべきときには第２の燃焼をいったん第１
の燃焼であって空燃比がリーンの燃焼に切換えた後に第
１の燃焼であって空燃比がリッチの燃焼に切換える。こ
れにより第２の燃焼が第１の燃焼であって空燃比がリー
ンの燃焼に切換えられたときにより温度が高い排気ガス
がＮＯx 吸収剤に流入し、ＮＯx 吸収剤の温度が上昇せ
しめられた後に、ＮＯx 吸収剤に流入する排気ガスの空
燃比がリッチとされる。
【００１８】１０番目の発明によれば燃焼室内に供給さ
れる不活性ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に
増大してピークに達し、燃焼室内に供給される不活性ガ
ス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くな
って煤がほとんど発生しなくなる内燃機関において、流
入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中
に含まれるＮＯx を吸収しかつ流入する排気ガスの空燃
比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯx を放
出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置し、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に供給
される不活性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不活性ガス量より
も燃焼室内に供給される不活性ガス量が少ない第２の燃
焼とを選択的に切換える切換手段を具備し、燃焼室から
排出される煤を捕集するためのフィルタを機関排気通路
に配置し、第２の燃焼が行われているときであって該フ
ィルタに捕集された煤を除去すべきときには第２の燃焼
を第１の燃焼であって空燃比がリッチの燃焼にいったん
切換えた後に第１の燃焼であって空燃比がリーンの燃焼
に切換えるようにする。これにより空燃比がリーンの第
１の燃焼により排出された排気ガスがＮＯx吸収剤に流
入する前に空燃比がリッチの排気ガスがＮＯx 吸収剤に
流入する。
【００１９】
【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。また、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２１が配置される。
【００２０】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２
３の入口部に連結され、排気タービン２３の出口部は排
気管２４を介して酸化機能を有する触媒２５を内蔵した
触媒コンバータ２６に連結される。排気マニホルド２２
内には空燃比センサ２７が配置される。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２
０下流の空気吸込管１７とは排気ガス再循環（以下、Ｅ
ＧＲと称す）通路２９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Ｅ
ＧＲ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内に導か
れ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２１】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。
【００２２】電子制御ユニット４０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。質量流量検出器２１の出力信号は対応するＡＤ変
換器４７を介して入力ポート４５に入力され、空燃比セ
ンサ２７および燃料圧センサ３６の出力信号も夫々対応
するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力され
る。アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込
み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が
接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変
換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、
入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回
転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２
が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回
路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁制御用ステ
ップモータ１９、ＥＧＲ制御弁制御用ステップモータ３
０および燃料ポンプ３５に接続される。
【００２３】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。
【００２４】図２に示されるようにＥＧＲ率を増大する
ことにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率が
４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセ
ント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮ
Ｏx の発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，
ＣＯの発生量は増大し始める。
【００２５】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。
【００２６】図２および図３に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第１に空燃比Ａ／Ｆが１
５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図２
に示されるようにＮＯx の発生量がかなり低下する。Ｎ
Ｏx の発生量が低下したということは燃焼室５内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室５内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図３からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図３（Ｂ）に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室５
内の燃焼温度は低くなっていることになる。
【００２７】第２のスモークの発生量、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。
【００２８】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。
【００２９】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はＮＯx の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はＮＯx の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、ＮＯx の発生量が低下する。このときＮＯx の発
生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯ
x の発生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
【００３０】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から排出されるか、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。
【００３１】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。
【００３２】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の燃料
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。
【００３３】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。
【００３４】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。
【００３５】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。
【００３６】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。
【００３７】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。このような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。
【００３８】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。
【００３９】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 発
生量は１０p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってＮ
Ｏx の発生量は極めて少量となる。
【００４０】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。
【００４１】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。
【００４２】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、スロットル弁２０が
若干閉弁せしめられる。
【００４３】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なくしても、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。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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
が少ない燃焼のことを言う。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。
【００４７】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。
【００４８】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。
【００４９】ところで機関の運転領域が第１の運転領域
Ｉにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとん
ど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はそ
の前の状態の形でもって燃焼室５から排出される。この
とき燃焼室５から排出された未燃炭化水素は後に詳述す
る酸化機能を有する触媒により浄化される。本発明での
酸化機能を有する触媒は酸化触媒、三元触媒又はＮＯx
吸収剤の少なくとも一つからなればよい。
【００５０】図８は空燃比センサ２７の出力を示してい
る。図８に示されるように空燃比センサ２７の出力電流
Ｉは空燃比Ａ／Ｆに応じて変化する。従って空燃比セン
サ２７の出力電流Ｉから空燃比を知ることができる。次
に図９を参照しつつ第１の運転領域Ｉおよび第２の運転
領域IIにおける運転制御について概略的に説明する。
【００５１】図９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９に示され
るように要求負荷Ｌの低い第１の運転領域Ｉではスロッ
トル弁２０の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉
近くから２／３開度程度まで徐々に増大せしめられ、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９に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧＲ率が
ほぼ７０パーセントとされており、空燃比はわずかばか
りリーンなリーン空燃比とされている。
【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。
【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。
【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９に示す例ではＥＧＲ率がほぼ
７０パーセントから４０パーセント以下までステップ状
に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされ
る。即ち、ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ
率範囲（図５）を飛び越えるので機関の運転領域が第１
の運転領域Ｉから第２の運転領域IIに変わるときに多量
のスモークが発生することがない。
【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。
【００５６】図１０（Ａ）は第１の運転領域Ｉにおける
目標空燃比Ａ／Ｆを示している。図１０（Ａ）におい
て、Ａ／Ｆ＝１５．５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７，
Ａ／Ｆ＝１８で示される各曲線は夫々目標空燃比が１
５．５，１６，１７，１８であるときを示しており、各
曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図１０
（Ａ）に示されるように第１の運転領域Ｉでは空燃比が
リーンとなっており、更に第１の運転領域Ｉでは要求負
荷Ｌが低くなるほど目標空燃比Ａ／Ｆがリーンとされ
る。
【００５７】即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少なくなる。従って要求負荷Ｌが低くなるほ
どＥＧＲ率を低下させても低温燃焼を行うことができ
る。ＥＧＲ率を低下させると空燃比は大きくなり、従っ
て図１０（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌが低くなる
につれて目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。目標空燃比
Ａ／Ｆが大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってで
きる限り空燃比をリーンにするために本発明による実施
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。
【００５８】なお、図１０（Ａ）に示される目標空燃比
Ａ／Ｆは図１０（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよ
び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４
２内に記憶されている。また、空燃比を図１０（Ａ）に
示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁２
０の目標開度ＳＴが図１１（Ａ）に示されるように要求
負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予
めＲＯＭ４２内に記憶されており、空燃比を図１０
（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ
制御弁３１の目標開度ＳＥが図１１（Ｂ）に示されるよ
うに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップ
の形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００５９】また、第１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１２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。図１３
（Ａ）は第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による普通の
燃焼が行われるときの目標空燃比Ａ／Ｆを示している。
なお、図１３（Ａ）においてＡ／Ｆ＝２４，Ａ／Ｆ＝３
５，Ａ／Ｆ＝４５，Ａ／Ｆ＝６０で示される各曲線は夫
々目標空燃比２４，３５，４５，６０を示している。図
１３（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図１３（Ｂ）
に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数
としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されてい
る。また、空燃比を図１３（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／
Ｆとするのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが
図１４（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１３（Ａ）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Ｓ
Ｅが図１４（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。
【００６０】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１５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。ところで、
図１においてケーシング２６内にはＮＯx 吸収剤２５が
配置されている。ＮＯx 吸収剤２５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
Ｎａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金
属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土
類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から
選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属と
が担持されている。機関吸気通路、燃焼室５およびＮＯ
x 吸収剤２５上流の排気通路内に供給された空気および
燃料（炭化水素）の比をＮＯx 吸収剤２５への流入排気
ガスの空燃比と称するとこのＮＯx 吸収剤２５は流入排
気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯx を吸収し、流
入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸
収したＮＯx を放出するＮＯx の吸放出作用を行う。
【００６１】このＮＯx 吸収剤２５を機関排気通路内に
配置すればＮＯx 吸収剤２５は実際にＮＯx の吸放出作
用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについて
は明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作
用は図１６に示すようなメカニズムで行われているもの
と考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白
金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとっ
て説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００６２】図１に示される圧縮着火式内燃機関では通
常燃焼室５における空燃比がリーンの状態で燃焼が行わ
れる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われ
ている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、このとき
には図１６（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ
2 - 又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、
流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2 - 又は
Ｏ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２Ｎ
Ｏ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上で
酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯ
と結合しながら図１６（Ａ）に示されるように硝酸イオ
ンＮＯ3 - の形で吸収剤内に拡散する。このようにして
ＮＯx がＮＯx 吸収剤２５内に吸収される。流入排気ガ
ス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2 が生
成され、吸収剤のＮＯx 吸収能力が飽和しない限りＮＯ
2 が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 - が生成さ
れる。
【００６３】一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにさ
れると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白
金Ｐｔの表面でのＮＯ2 の生成量が低下する。ＮＯ2 の
生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）
に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3 - がＮＯ
2 の形で吸収剤から放出される。このときＮＯx 吸収剤
２５から放出されたＮＯx は図１６（Ｂ）に示されるよ
うに流入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと
反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの
表面上にＮＯ2 が存在しなくなると吸収剤から次から次
へとＮＯ2 が放出される。従って流入排気ガスの空燃比
がリッチにされると短時間のうちにＮＯ x 吸収剤２５か
らＮＯx が放出され、しかもこの放出されたＮＯx が還
元されるために大気中にＮＯx が排出されることはな
い。
【００６４】なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を
理論空燃比にしてもＮＯx 吸収剤２５からＮＯx が放出
される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃
比にした場合にはＮＯx 吸収剤２５からＮＯx が徐々に
しか放出されないためにＮＯ x 吸収剤２５に吸収されて
いる全ＮＯx を放出させるには若干長い時間を要する。
【００６５】上述したようにＮＯx 吸収剤２５は白金Ｐ
ｔのような貴金属を含んでおり、従ってＮＯx 吸収剤２
５は酸化機能を有している。一方、前述したように機関
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
れているときには煤はほとんど発生せず、その代り未燃
炭化水素が煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃
焼室５から排出される。ところが上述した如くＮＯx 吸
収剤２５は酸化機能を有しており、従ってこのとき燃焼
室５から排出された未燃炭化水素はＮＯx 吸収剤２５に
より良好に酸化せしめられることになる。
【００６６】ところでＮＯx 吸収剤２５のＮＯx 吸収能
力には限界があり、ＮＯx 吸収剤２５のＮＯx 吸収能力
が飽和する前にＮＯx 吸収剤２５からＮＯx を放出させ
る必要がある。そのためにはＮＯx 吸収剤２５に吸収さ
れているＮＯx 量を推定する必要がある。そこで本発明
による実施例では第１の燃焼が行われているときの単位
時間当りのＮＯx 吸収量Ａを要求負荷Ｌおよび機関回転
数Ｎの関数として図１７（Ａ）に示すようなマップの形
で予め求めておき、第２の燃焼が行われているときの単
位時間当りのＮＯx 吸収量Ｂを要求負荷Ｌおよび機関回
転数Ｎの関数として図１７（Ｂ）に示すようなマップの
形で予め求めておき、これら単位時間当りのＮＯx 吸収
量Ａ，Ｂを積算することによってＮＯx 吸収剤２５に吸
収されているＮＯx 量ΣＮＯＸを推定するようにしてい
る。
【００６７】本発明による実施例ではこのＮＯx 吸収量
ΣＮＯＸが予め定められた許容最大値を越えたときにＮ
Ｏx 吸収剤２５からＮＯx を放出させるようにしてい
る。次にこのことについて図１８を参照しつつ説明す
る。図１８を参照すると本発明による実施例では二つの
許容最大値、即ち許容最大値ＭＡＸ１と許容最大値ＭＡ
Ｘ２とが設定されている。許容最大値ＭＡＸ１はＮＯx
吸収剤２５が吸収しうる最大ＮＯx 吸収量の３０パーセ
ント程度とされており、許容最大値ＭＡＸ２はＮＯx 吸
収剤２５が吸収しうる最大吸収量の８０パーセント程度
とされている。第１の燃焼が行われているときにＮＯx
吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたときには
ＮＯx 吸収剤２５からＮＯx を放出すべく空燃比がリッ
チとされ、第２の燃焼が行われているときにＮＯx 吸収
量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたときには第２
の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときにＮＯx 吸収
剤２５からＮＯx を放出すべく空燃比がいったんリーン
とされた後にリッチとされ、第２の燃焼が行われている
ときにＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ２を越
えたときにはＮＯx 吸収剤２５からＮＯx を放出すべく
膨張行程の後半又は排気行程中に追加の燃料が噴射され
る。
【００６８】即ち、図１８において期間Ｘは要求負荷Ｌ
が第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも低く、第１の燃焼が行われ
ている場合を示しており、このとき空燃比は理論空燃比
よりもわずかばかりリーンなリーン空燃比となってい
る。第１の燃焼が行われているときにはＮＯx の発生量
が極めて少く、従ってこのときには図１８に示されるよ
うにＮＯx 吸収量ΣＮＯＸは極めてゆっくりと上昇す
る。第１の燃焼が行われているときにＮＯx 吸収量ΣＮ
ＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えると空燃比Ａ／Ｆは一
時的にリッチとされ、それによってＮＯx 吸収剤２５か
らＮＯx が放出される。このときＮＯx 吸収量ΣＮＯＸ
は零とされる。
【００６９】前述したように第１の燃焼が行われている
ときには空燃比がリーンであろうと、理論空燃比であろ
うと、リッチであろうと煤は発生せず、従って第１の燃
焼が行われているときにＮＯx 吸収剤２５からＮＯx を
放出すべく空燃比Ａ／Ｆがリッチとされてもこのとき煤
が発生することはない。次いで時刻ｔ1 において要求負
荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）を越えると第１の燃焼から第
２の燃焼に切換えられる。図１８に示されるように第２
の燃焼が行われているときには空燃比Ａ／Ｆはかなりリ
ーンとなる。第２の燃焼が行われているときには第１の
燃焼が行われている場合に比べてＮＯx の発生量が多
く、従って第２の燃焼が行われているときにはＮＯx 量
ΣＮＯＸは比較的急速に上昇する。
【００７０】第２の燃焼が行われているときに空燃比Ａ
／Ｆをリッチにすると多量の煤が発生し、従って第２の
燃焼が行われているときに空燃比Ａ／Ｆをリッチにする
ことはできない。従って図１８に示されるように第２の
燃焼が行われているときにＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容
最大値ＭＡＸ１を越えたとしてもＮＯx 吸収剤２５から
ＮＯx を放出すべく空燃比Ａ／Ｆがリッチとされない。
この場合には図１８の時刻ｔ2 におけるように要求負荷
Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなって第２の燃焼か
ら第１の燃焼に切換えられたときにＮＯx 吸収剤２５か
らＮＯx を放出すべく空燃比Ｆ／Ａがいったん第１の燃
焼におけるリーンにされた後に一時的にリッチにされ
る。このように空燃比を制御するのには以下の理由があ
る。即ち第２の燃焼が行われているときには燃焼室５内
の空燃比が非常にリーンであるため排気ガスの温度が比
較的低く、従ってＮＯx 吸収剤２５の温度も比較的低
い。このため第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられた
ときに直ちに燃焼室５内の空燃比をリッチとすると、Ｎ
Ｏx 吸収剤２５に流入する未燃の炭化水素がＮＯx と反
応せずにＮＯx 吸収剤２５の表面に付着してしまう可能
性がある。即ち第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられ
たときにＮＯx 吸収剤２５からのＮＯx の吸放出を良好
に行うには、まずＮＯx 吸収剤２５の温度をある温度ま
で上昇させる必要がある。一方、第１の燃焼が行われて
いるときには燃焼室５内の空燃比がリーンであっても未
燃の炭化水素が比較的多量に燃焼室５から排出される。
即ち第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときに燃
焼室５内の空燃比がリーンの第１の燃焼を行えばＮＯx
吸収剤２５の温度を上昇するのに十分であってＮＯx 吸
収剤２５に付着しない量の未燃炭化水素がＮＯx 吸収剤
２５に供給されることとなる。そしてこの後に燃焼室５
内の空燃比をリッチとすればＮＯx 吸収剤２５における
ＮＯx の放出、還元が良好に行われる。これが上述した
ように燃焼室５内の空燃比を制御する理由である。
【００７１】次いで図１８の時刻ｔ3 において第１の燃
焼から第２の燃焼に切換えられ、暫らくの間第２の燃焼
が継続したとする。このときＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許
容最大値ＭＡＸ１を越え、次いで時刻ｔ4 において許容
最大値ＭＡＸ２を越えたとするとこのときにはＮＯx 吸
収剤２５からＮＯx を放出すべく膨張行程の後半又は排
気行程中に追加の燃料が噴射され、ＮＯx 吸収剤２５に
流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。
【００７２】膨張行程の後半又は排気行程中に噴射され
る追加の燃料は機関出力の発生には寄与せず、従って追
加の燃料を噴射する機会はできるだけ少くすることが好
ましい。従って第２の燃焼が行われたときにＮＯx 吸収
量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたときには第２
の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときに空燃比Ａ／
Ｆを一時的にリッチにし、ＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容
最大値ＭＡＸ２を越えた特別の場合に限って追加の燃料
を噴射するようにしている。
【００７３】図１９はＮＯx 吸収剤２５からＮＯx を放
出すべきときにセットされるＮＯx放出フラグの処理ル
ーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込
みによって実行される。図１９を参照するとまず初めに
ステップ１００において機関の運転領域が第１の運転領
域Ｉであることを示すグラフＩがセットされているか否
かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即
ち機関の運転領域が第１の運転領域Ｉであるときにはス
テップ１０１に進んで図１７（Ａ）に示すマップから単
位時間当りのＮＯx 吸収量Ａが算出される。次いでステ
ップ１０２ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸにＡが加算され
る。次いでステップ１０３ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが
許容最大値ＭＡＸ１を越えたか否かが判別される。ΣＮ
ＯＸ＞ＭＡＸ１になるとステップ１０４に進んでＮＯx
放出フラグ１をセットする処理が行われる。
【００７４】一方、ステップ１００においてフラグＩが
リセットされていると判断されたとき、即ち機関の運転
領域が第２の運転領域IIであるときにはステップ１０６
に進んで図１７（Ｂ）に示すマップから単位時間当りの
ＮＯx 吸収量Ｂが算出される。次いでステップ１０７で
はＮＯx 吸収量ΣＮＯＸにＢが加算される。次いでステ
ップ１０８ではＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡ
Ｘ１を越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸ１
になるとステップ１０９に進んでＮＯx 放出フラグ２を
セットする処理が行われる。次いでステップ１１０では
ＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ２を越えたか
否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸ２になるとステッ
プ１１１に進んでＮＯx 放出フラグをセットする処理が
行われる。
【００７５】ところでＮＯx 吸収剤２５にはＮＯx だけ
でなく排気ガス中のＳＯx も吸収される。このＳＯx も
ＮＯx 吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比を理論空
燃比又はリッチとすればＮＯx 吸収剤２５から放出、還
元される性質を有するが、ＮＯx 吸収剤２５に対するＳ
Ｏx の結合力はＮＯx のそれより高いため、ＮＯx をＮ
Ｏx 吸収剤２５から放出すべく空燃比を制御してもＳＯ
x はＮＯx 吸収剤２５から放出されにくい。これはＮＯ
x 吸収剤２５がＳＯx を放出し始める温度がＮＯx を放
出し始める温度より高いことに起因する。しかしながら
このまま放置し、ＮＯx 吸収剤２５中のＳＯx 吸収量が
増大するとＮＯx 吸収剤２５中に吸収可能なＮＯx の量
が低下してしまう。このことはＮＯx 吸収剤２５中のＮ
Ｏx 吸収能力が早期に飽和してしまい、ＮＯx を放出、
還元すべく空燃比をリッチにする頻度が多くなり、結果
として燃費が悪化することを意味する。従ってＮＯx 吸
収剤２５のＮＯx 吸収能力が極度に低下するまえにＮＯ
x 吸収剤２５からＳＯx を放出させる必要がある。その
ためにはまずＮＯx 吸収剤２５に吸収されているＳＯx
量を推定すると共にＮＯx 吸収剤２５の温度をＳＯx を
放出し始める温度まで上昇する必要がある。
【００７６】そこで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の単位時間当りのＳＯx 吸収量Ｃを
要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図２０
（Ａ）に示すようなマップの形で予め求めておき、第２
の燃焼が行われているときの単位時間当りのＳＯx 吸収
量Ｄを要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図２
０（Ｂ）に示すようなマップの形で予め求めておき、こ
れら単位時間当りのＳＯx吸収量Ｃ，Ｄを積算すること
によってＮＯx 吸収剤２５に吸収されているＳＯx量Σ
ＳＯＸを推定するようにしている。
【００７７】本発明による実施例ではこのＳＯx 吸収量
ΣＳＯＸが予め定められた許容最大値を越えたときにＮ
Ｏx 吸収剤２５からＳＯx を放出させるようにしてい
る。次にこのことについて図２１を参照しつつ説明す
る。図２１を参照すると本発明による実施例では二つの
許容最大値、即ち許容最大値ＭＡＸ３と許容最大値ＭＡ
Ｘ４とが設定されている。許容最大値ＭＡＸ３はＮＯx
吸収剤２５が吸収を許容される最大ＳＯx 吸収量の３０
パーセント程度とされており、許容最大値ＭＡＸ４はＮ
Ｏx 吸収剤２５が吸収を許容される最大吸収量の８０パ
ーセント程度とされている。第１の燃焼が行われている
ときにＳＯx吸収量ΣＳＯＸが許容最大値ＭＡＸ３を越
えたときにはＮＯx 吸収剤２５からＳＯx を放出すべく
空燃比がリッチとされ、第２の燃焼が行われているとき
にＳＯ x 吸収量ΣＳＯＸが許容最大値ＭＡＸ３を越えた
ときには第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられたとき
にＮＯx 吸収剤２５からＳＯx を放出すべく空燃比がい
ったんリーンとされた後にリッチとされ、第２の燃焼が
行われているときにＳＯ x 吸収量ΣＳＯＸが許容最大値
ＭＡＸ４を越えたときにはＮＯx 吸収剤２５からＮＯx
を放出すべく膨張行程の後半又は排気行程中に追加の燃
料が噴射される。
【００７８】即ち、図２１において期間Ｘは要求負荷Ｌ
が第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも低く、第１の燃焼が行われ
ている場合を示しており、このとき空燃比は理論空燃比
よりもわずかばかりリーンなリーン空燃比となってい
る。第１の燃焼が行われているときにはＳＯx の発生量
が極めて少く、従ってこのときには図２１に示されるよ
うにＳＯx 吸収量ΣＳＯＸは極めてゆっくりと上昇す
る。第１の燃焼が行われているときにＳＯx 吸収量ΣＳ
ＯＸが許容最大値ＭＡＸ３を越えると空燃比Ａ／Ｆは一
時的にリッチとされ、それによってＮＯx 吸収剤２５か
らＮＯx が放出される。このときＮＯx 吸収量ΣＮＯＸ
は零とされる。なおこのときのリッチ度合いはＮＯx を
放出させるときのリッチ度合いよりも大きくされる。こ
うする理由は前述したようにＮＯx 吸収剤２５に対する
結合力がＮＯx のそれより高いＳＯxをＮＯx 吸収剤２
５から放出させるためにはＮＯx 吸収剤２５の濃度がＳ
Ｏx を放出し始める温度より高いことが必要であり、空
燃比のリッチ度合いを大きくすれば排気ガスの温度が上
昇し、ＮＯx 吸収剤２５の温度が高くなることにある。
【００７９】次いで時刻ｔ5 において要求負荷Ｌが第１
の境界Ｘ（Ｎ）を越えると第１の燃焼から第２の燃焼に
切換えられる。図２１に示されるように第２の燃焼が行
われているときには空燃比Ａ／Ｆはかなりリーンとな
る。第２の燃焼が行われているときには第１の燃焼が行
われている場合に比べてＳＯx の発生量が多く、従って
第２の燃焼が行われているときにはＳＯx 量ΣＳＯＸは
比較的急速に上昇する。
【００８０】第２の燃焼が行われているときに空燃比Ａ
／Ｆをリッチにすると多量の煤が発生し、従って第２の
燃焼が行われているときに空燃比Ａ／Ｆをリッチにする
ことはできない。従って図２１に示されるように第２の
燃焼が行われているときにＳＯx 吸収量ΣＳＯＸが許容
最大値ＭＡＸ３を越えたとしてもＮＯx 吸収剤２５から
ＳＯx を放出すべく空燃比Ａ／Ｆがリッチとされない。
この場合には図２１の時刻ｔ6 におけるように要求負荷
Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなって第２の燃焼か
ら第１の燃焼に切換えられたときにＮＯx 吸収剤２５か
らＳＯx を放出すべく空燃比Ａ／Ｆがいったん第１の燃
焼におけるリーンにされた後に一時的にリッチにされ
る。このように空燃比を制御するのは上述したように第
２の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときにＮＯx 吸
収剤２５からＮＯx を放出する場合と同じ理由による。
即ちＳＯx を放出すべきときにＮＯx 吸収剤２５の温度
を上昇し、未燃の炭化水素がＮＯx 吸収剤２５に付着す
ることを防止するための制御である。
【００８１】次いで図２１の時刻ｔ7 において第１の燃
焼から第２の燃焼に切換えられ、暫らくの間第２の燃焼
が継続したとする。このときＳＯx 吸収量ΣＳＯＸが許
容最大値ＭＡＸ３を越え、次いで時刻ｔ8 において許容
最大値ＭＡＸ４を越えたとするとこのときにはＮＯx 吸
収剤２５からＮＯx を放出すべく膨張行程の後半又は排
気行程中に追加の燃料が噴射され、ＮＯx 吸収剤２５に
流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。
【００８２】図２２はＮＯx 吸収剤２５からＳＯx を放
出すべきときにセットされるＳＯx放出フラグの処理ル
ーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込
みによって実行される。図２２を参照するとまず初めに
ステップ２００において機関の運転領域が第１の運転領
域Ｉであることを示すグラフＩがセットされているか否
かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即
ち機関の運転領域が第１の運転領域Ｉであるときにはス
テップ２０１に進んで図２０（Ａ）に示すマップから単
位時間当りのＳＯx 吸収量Ｃが算出される。次いでステ
ップ２０２ではＳＯx 吸収量ΣＳＯＸにＣが加算され
る。次いでステップ２０３ではＳＯx 吸収量ΣＳＯＸが
許容最大値ＭＡＸ３を越えたか否かが判別される。ΣＳ
ＯＸ＞ＭＡＸ３になるとステップ２０４に進んでＳＯx
放出フラグＩをセットする処理が行われる。
【００８３】一方、ステップ２００においてフラグＩが
リセットされていると判断されたとき、即ち機関の運転
領域が第２の運転領域IIであるときにはステップ２０６
に進んで図２０（Ｂ）に示すマップから単位時間当りの
ＳＯx 吸収量Ｄが算出される。次いでステップ２０７で
はＳＯx 吸収量ΣＳＯＸにＤが加算される。次いでステ
ップ２０８ではＳＯx 吸収量ΣＳＯＸが許容最大値ＭＡ
Ｘ３を越えたか否かが判別される。ΣＳＯＸ＞ＭＡＸ３
になるとステップ２０９に進んでＳＯx 放出フラグ２を
セットする処理が行われる。次いでステップ２１０では
ＳＯx 吸収量ΣＳＯＸが許容最大値ＭＡＸ４を越えたか
否かが判別される。ΣＳＯＸ＞ＭＡＸ４になるとステッ
プ２１１に進んでＳＯx 放出フラグ３をセットする処理
が行われる。
【００８４】ところでＮＯx 吸収剤２５が吸収しうる最
大ＮＯx 吸収量およびＮＯx 吸収剤２５が吸収を許容さ
れる最大ＳＯx 吸収量はＮＯx 吸収剤２５の温度に応じ
て変化する。従って上述したＮＯx の許容最大値ＭＡＸ
１，ＭＡＸ２およびＳＯx の許容最大値ＭＡＸ３，ＭＡ
Ｘ４をＮＯx 吸収剤２５の温度に応じて変更、補正する
ことがＮＯx 又はＳＯx を放出すべく空燃比をリッチに
する頻度を最小限に抑えるという観点から好ましい。そ
こで本発明の実施例ではＮＯx 吸収剤２５の上流側の排
気管２４に温度センサ５４を配置し、ＮＯx 吸収剤２５
の温度に応じてＮＯx の許容最大値ＭＡＸ１，ＭＡＸ２
及びＳＯx の許容最大値ＭＡＸ３，ＭＡＸ４を変更す
る。即ち図２３に示されるようにＮＯx 吸収剤２５の温
度Ｔの関数として補正係数Ｋをマップのもとで予め求め
ておき、基準となるＮＯx およびＳＯx の許容最大値Ｍ
ＡＸ１，ＭＡＸ２，ＭＡＸ３，ＭＡＸ４にこの補正係数
Ｋを掛けて補正する。こうすることによりＮＯx 及びＳ
Ｏx を放出すべく空燃比をリッチとする頻度を少なくで
きる。
【００８５】なお図２３に示したように補正係数Ｋはあ
る温度Ｔx においてピークを示す温度Ｔの関数である。
また温度センサ５４の出力信号は対応するＡＤ変換器４
７を介して入力ポート４５に入力される。図２４はＮＯ
x 及びＳＯx の許容最大値を補正するための処理ルーチ
ンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みに
よって実行される。
【００８６】図２４を参照すると初めにステップ３００
において図２３のマップから補正係数Ｋが算出される。
次いでステップ３０１ではＮＯx の許容最大値ＭＡＸ１
に補正係数Ｋが掛けられ、次いでステップ３０２ではＮ
Ｏx の許容最大値ＭＡＸ２に補正係数Ｋが掛けられ、次
いでステップ３０３ではＳＯx の許容最大値ＭＡＸ３に
補正係数Ｋが掛けられ、次いでステップ３０４ではＳＯ
x の許容最大値ＭＡＸ４に補正係数が掛けられる。
【００８７】ところでＮＯx 吸収剤２５に排気ガス中の
未燃炭化水素が付着し、ＮＯx 吸収剤２５のＮＯx 吸収
能力が低下することがある。即ちＮＯx 吸収剤２５への
未燃炭化水素の付着度合いを監視し、必要に応じて付着
した未燃炭化水素を除去する必要がある。ＮＯx 吸収剤
２５に付着した未燃炭化水素を除去するには未燃炭化水
素が燃焼するのに十分な酸素がＮＯx 吸収剤２５中に存
在し、且つＮＯx 吸収剤２５の温度が未燃炭化水素が燃
焼を開始するのに十分な温度にあることが要求される。
特に排気ガスの温度が低い第２の燃焼が行われていると
きにＮＯx 吸収剤２５表面に付着している未燃炭化水素
を除去すべきときにはＮＯx 吸収剤２５の温度を上昇し
なければならない必要性が大きい。そこで本発明の実施
例では第２の燃焼が行われているときにＮＯx 吸収剤２
５に付着している未燃炭化水素を除去すべきときには第
２の燃焼を強制的に第１の燃焼に切換える。このとき空
燃比はリーンで運転せしめられる。このように制御され
たとき第１の燃焼でのリーン度合いは第２の燃焼でのリ
ーン度合いより小さいため、燃焼室５から排出される排
気ガスの温度は高い。従ってＮＯx 吸収剤２５の温度が
上昇せしめられ、このとき十分な量の酸素がＮＯx 吸収
剤２５に供給されるので、ＮＯx 吸収剤２５において未
燃炭化水素の燃焼が始まる。こうしていったん未燃炭化
水素の燃焼が始まればその燃焼熱によりＮＯx 吸収剤２
５の温度は高く維持されるので第１の燃焼を第２の燃焼
に戻す。こうしてＮＯx 吸収剤２５に付着した未燃炭化
水素が除去される。
【００８８】ところで第１の燃焼は比較的低い負荷要求
にしか応えられない。従って要求負荷が比較的高いとき
には第２の燃焼から第１の燃焼に切換えることはできな
い。そこで本発明では第２の燃焼が行われているときに
ＮＯx 吸収剤２５から未燃炭化水素を除去すべき場合、
要求負荷が予め定められた値より小さいときに限り第２
の燃焼を第１の燃焼に切換える。これにより比較的小さ
なトルク変動で未燃炭化水素を除去することができる。
【００８９】次にこのことについて図２５を参照しつつ
説明する。図２５の期間Ｘでは要求負荷Ｌが第１の境界
Ｘ（Ｎ）よりも低く、第１の燃焼が行われている。次い
で時刻ｔ9 において要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）を
越えると第１の燃焼から第２の燃焼に切換えられる。次
いで時刻ｔx においてＮＯx 吸収剤２５から未燃炭化水
素を除去すべきことを表示するＳＯＦ被毒フラグがセッ
トされると、ここでは要求負荷Ｌが第３の境界Ｚ（Ｎ）
より低いので、一時的に第２の燃焼が第１の燃焼に切換
えられ、再び第２の燃焼に戻される。このときＳＯＦ被
毒フラグがリセットされる。なお第３の境界Ｚ（Ｎ）は
第２の燃焼を第１の燃焼に切換えても大きなトルク変動
が生じない値に設定される。次いでｔ10において要求負
荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなると第２の燃焼
から第１の燃焼に切換えられる。さらにｔ11において要
求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）を越えると第１の燃焼か
ら第２の燃焼に切換えられ、時刻ｔ12においてＳＯＦ被
毒フラグがリセットされたとする。この時刻では要求負
荷Ｌが第３の境界Ｚ（Ｎ）より高いので第２の燃焼を第
１の燃焼に切換えると大きなトルク変動が生じるので切
換えを行うことはできない。そこで膨張行程中に追加の
燃料が噴射される。このとき追加の燃料が燃焼室５内で
燃えるため燃焼室５から排出される排気ガスの温度が上
昇せしめられる。従ってＮＯx 吸収剤２５の温度が上昇
せしめられ、ＮＯx 吸収剤２５に付着している未燃炭化
水素が燃焼し、除去される。なお本発明ではＮＯx 吸収
剤２５の下流側の排気管２４に排気ガス中の酸素濃度を
検出するための酸素濃度センサ５５が配置されておりＮ
Ｏx 吸収剤２５からＮＯx を放出するためにＮＯx 吸収
剤２５に流入する排気ガスの空燃比をリッチとした後の
この酸素濃度センサ５５の出力変化に基づいてＮＯx 吸
収剤２５から未燃炭化水素を除去すべきことを判断す
る。即ちＮＯx 吸収剤２５が未燃炭化水素の付着により
被毒されていないときには炭化水素がＮＯx 吸収剤に到
達すると直ちに白金Ｐｔ上での酸化反応により排気中の
酸素が消費されるため、下流側の排気ガス中の酸素濃度
は急速に低下する。しかしながらＮＯx 吸収剤２５表面
上、即ち白金Ｐｔ上に未燃炭化水素が付着すると酸化反
応に関与できる白金Ｐｔの表面積が減少するため白金Ｐ
ｔ上での酸化反応が低下する。このため、下流側での排
気ガス中の酸素濃度の低下は緩やかになり、被毒の程度
（未燃炭化水素の付着量）が増すほど排気ガスの空燃比
がリッチとされてから予め定められた時間経過後のＮＯ
x 吸収剤２５下流側における排気ガス中の酸素濃度に高
くなる。従って本発明では排気ガスの空燃比がリッチと
されてから予め定められた時間経過したときにＮＯx 吸
収剤２５下流側における排気ガス中の酸素濃度が予め定
められた値より高いときにはＳＯＦ被毒フラグがセット
される。
【００９０】次に図２６〜２９を参照しつつ運転制御に
ついて説明する。図２６を参照すると、まず初めにステ
ップ４００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４０１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４０３に進む。
【００９１】ステップ４０３では図１１（Ａ）に示すマ
ップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出され、
スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとされる。
次いでステップ４０４では図１１（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。次いで
ステップ４０５ではＮＯx 放出フラグ１がセットされて
いるか否かが判別される。ＮＯx 放出フラグ１がセット
されていないときにはステップ４０６に進む。
【００９２】一方、ステップ４０５においてＮＯx 放出
フラグ１がセットされていると判別されたときにはステ
ップ４１２に進んで噴射制御IIが行われる。即ち燃焼室
５内における平均空燃比をリッチにする噴射制御が行わ
れる。このときＮＯx 吸収剤２５からＮＯx が放出され
る。ステップ４０６ではＳＯx 放出フラグ１がセットさ
れているか否かが判別される。ＳＯx 放出フラグ１がセ
ットされていないときにはステップ４０７に進む。一
方、ステップ４０６においてＳＯx 放出フラグ１がセッ
トされているときにはステップ４１２に進んで噴射制御
IIが行われる。即ち燃焼室５内における平均空燃比をリ
ッチにする噴射制御が行われるが、このときのリッチ度
合いはＮＯx 放出フラグ１がセットされているときに行
われる噴射制御におけるリッチ度合いよりも大きい。こ
れはＮＯx 吸収剤２５の温度をより上昇させるためであ
る。
【００９３】ステップ４０７ではＮＯx 放出フラグ２が
セットされているか否かが判別される。ＮＯx 放出フラ
グ２がセットされていないときにはステップ４０８に進
む。一方、ステップ４０７においてＮＯx 放出フラグ２
がセットされているときにはステップ４１１に進んで噴
射制御Ｉが行われた後にステップ４１２に進んで噴射制
御IIが行われる。即ち噴射制御Ｉでは第２の燃焼から第
１の燃焼に切換えられ、図１０に示される空燃比となる
ように図１２のマップから算出された量Ｑの燃料噴射が
行われる。このときリーン空燃比のもとで低温燃焼が行
われる。この後に上述した噴射制御IIが行われ、このと
きＮＯx 吸収剤２５からＮＯx が放出される。
【００９４】ステップ４０８ではＳＯx 放出フラグ２が
セットされているか否かが判別される。ＳＯx 放出フラ
グがセットされていないときにはステップ４０９に進
む。一方ステップ４０８においてＳＯx 放出フラグ２が
セットされているときにはステップ４１１に進んでＮＯ
x 放出フラグ２がセットされているときと同様の噴射制
御Ｉが行われた後にステップ４１２に進んでＳＯx 放出
フラグ１がセットされているときと同様の噴射制御IIが
行われる。
【００９５】ステップ４０９ではＳＯＦ被毒フラグがセ
ットされているか否かが判別される。ＳＯＦ被毒フラグ
がセットされていないときにはステップ４１０に進んで
ＮＯ x 放出フラグ２がセットされているときと同様の噴
射制御Ｉが行われる。一方、ステップ４０９においてＳ
ＯＦ被毒フラグがセットされていないときにはＮＯx吸
収剤２５の温度を上昇させるためにステップ４１２に進
んでＮＯx 放出フラグ１がセットされているときと同様
の噴射制御IIが行われる。
【００９６】一方、ステップ４０１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４０２に
進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ４１９
に進む。即ち、ステップ４１９では図１４（Ａ）に示す
マップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出さ
れ、スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとされ
る。次いでステップ４２０では図１４（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、Ｅ
ＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次
いでステップ４２１ではＮＯx 放出フラグ３がセットさ
れているか否かが判別される。ＮＯx 放出フラグ３がセ
ットされていないときにはステップ４２２に進む。ステ
ップ４２１においてＮＯx 放出フラグ３がセットされて
いるときにはステップ４２７に進んで噴射制御IVが行わ
れる。即ち図１３に示される空燃比となるように図１５
のマップから算出された量Ｑの燃料噴射が行われた後に
機関の膨張行程後半又は排気行程中に追加の燃料が噴射
される。これによりＮＯx 吸収剤２５からＮＯx が放出
される。
【００９７】ステップ４２２ではＳＯx 放出フラグ３が
セットされているか否かが判別される。ＳＯx 放出フラ
グ３がセットされていないときにはステップ４２３に進
む。一方、ステップ４２２においてＳＯx 放出フラグ３
がセットされているときにはステップ４２７に進んで噴
射制御IVが行われる。このときの空燃比のリッチ度合い
はＮＯx 放出フラグ３がセットされているときの噴射制
御IVにおけるリッチ度合いよりも大きい。
【００９８】ステップ４２３ではＳＯＦ被毒フラグがセ
ットされているか否かが判別される。ＳＯＦ被毒フラグ
がセットされていないときにはステップ４２４に進んで
噴射制御III が行われる。即ち図１３に示される空燃比
となるように図１５のマップから算出された量Ｑの燃料
噴射が行われる。このときリーン空燃比のもとで第２の
燃焼が行われる。一方、ステップ４２３においてＳＯＦ
被毒フラグ３がセットされているときにはステップ４２
５に進んで現在の要求負荷Ｌが第３の境界Ｚ（Ｎ）より
大きいか否かが判別される。Ｌ≧Ｚ（Ｎ）であるときに
はステップ４２７に進んで噴射制御IVが行われる。一
方、ステップ４２５においてＬ＜Ｚ（Ｎ）であるときに
はステップ４２６に進んでステップ４１１と同様の噴射
制御Ｉが行われた後にステップ４２４の噴射制御III が
行われる。即ちいったん第２の燃焼から第１の燃焼に切
換えた後に第２の燃焼に戻る。このときの第１の燃焼は
リーン空燃比のもとで行われる。
【００９９】図２８を参照するとステップ４１３ではＮ
Ｏx 吸収剤２５の温度ＴがそのＮＯ x 放出活性温度ＴＬ
ＮＯＸより高いか否かが判別される。ここでＮＯx 放出
活性温度ＴＬＮＯＸとはＮＯx 吸収剤２５がＮＯx を放
出するのに十分な温度である。ステップ４１３において
Ｔ＞ＴＬＮＯＸであるときにはステップ４１４に進んで
ＮＯx 吸収量ΣＮＯＸが零とされる。即ちＴ＞ＴＬＮＯ
Ｘであるときには前のステップにおいてＮＯx 吸収剤２
５に流入する排気ガスの空燃比がリッチされたときにＮ
Ｏx がＮＯx 吸収剤２５から放出されたと判断する。
【０１００】さらに図２８のステップ４１５ではＮＯx
吸収剤２５の温度ＴからのＳＯx 放出活性温度ＴＬＳＯ
Ｘより高いか否かが判別される。ここでＳＯx 放出活性
温度ＴＬＳＯＸとはＮＯx 吸収剤２５がＳＯx を放出す
るのに十分な温度である。ステップ４１５においてＴ＞
ＴＬＳＯＸであるときにはステップ４１６に進んでＳＯ
x 吸収量ΣＳＯＸが零とされる。即ちＴ＞ＴＬＳＯＸで
あるときには前のステップにおいてＮＯx 吸収剤２５に
流入する排気ガスの空燃比がリッチとされたときにＳＯ
x がＮＯx 吸収剤２５から放出されたと判断する。
【０１０１】ところで第１実施例では未燃炭化水素がＮ
Ｏx 吸収剤２５に付着したときには第２の燃焼を第１の
燃焼に切換えている。しかしながらこの場合に排気ガス
の温度は上昇するがＮＯx 吸収剤２５に流入する未燃の
炭化水素が多くなる場合がある。このときには排気ガス
の温度が高くても、既にＮＯx 吸収剤２５に付着してい
る未燃炭化水素が着火せず、未燃炭化水素がさらにＮＯ
x 吸収剤２５に付着することがある。そこで第２実施例
ではＮＯx 吸収剤２５に付着した未燃炭化水素をさらに
確実に除去する。
【０１０２】図３０は第２実施例の内燃機関を示してい
る。第２実施例では排気タービンホイール２３とＮＯx
吸収剤２５との間の排気管２４にディーゼルパティキュ
レートフィルタ（以下、ＤＰＦと称す。）５３が配置さ
れている。ＤＰＦ５３は排気ガス中に含まれる煤や未燃
炭化水素などの微粒子（以下、パティキュレートと称
す。）を捕集する。ＤＰＦは通常、セラミック等の耐熱
性を有する濾材から形成される。その他の構成は第１実
施例と同じであるので説明は省略する。
【０１０３】次に図３１を参照しつつ第２実施例のＮＯ
x 吸収材２５からのＮＯx の放出制御を簡単に説明す
る。時刻ｔ2 においてのように要求負荷Ｌが第２の境界
Ｙ（Ｎ）より低くなったときであってΣＮＯＸがＭＡＸ
１より大きいときには、第２の燃焼においていったん空
燃比のリーン度合いを小さくした後に第１の燃焼に切り
換える。このように第２の燃焼において空燃比のリーン
度合いを小さくしたときＮＯx 吸収剤２５に流入する炭
化水素の量には変化はないが、排気ガスの温度は上昇す
る。従ってＮＯx 吸収剤２５の温度が上昇せしめられ
る。第２の燃焼を第１の燃焼に切換えたときの空燃比は
リーンとされる。このとき煤の前駆体である未燃炭化水
素がＮＯx 吸収剤２５に流入するが、ＮＯx 吸収剤２５
の温度は既に上昇せしめられているので、煤の前駆体で
ある未燃炭化水素はＮＯx 吸収剤２５に付着せずに燃焼
し、ＮＯx 吸収剤２５の温度を上昇させる。さらにその
後、第１の燃焼において空燃比がリッチとされ、ＮＯx
吸収剤２５からのＮＯx の放出が行われる。このように
制御することにより未燃炭化水素をＮＯx 吸収剤２５に
付着させることなく確実にＮＯx をＮＯx 吸収剤２５か
ら放出させることができる。なお第２の燃焼においてリ
ーン度合いを小さくしたときに機関から排出される煤は
ＤＰＦ５３により捕集される。
【０１０４】次に図３２を参照しつつ第２実施例におけ
るＮＯx 吸収剤２５からのＳＯx の放出制御を説明す
る。時刻ｔ6 においてのように要求負荷Ｌが第２の境界
Ｙ（Ｎ）より低くなったときであってΣＳＯＸがＭＡＸ
３より大きいときには、ＮＯx吸収剤からのＮＯx の放
出と同じ理由で、第２の燃焼においていったん空燃比の
リーン度合いを小さくした後に第１の燃焼に切り換え
る。この第１の燃焼においては空燃比はリーンとされた
後にリッチとされる。即ち第２実施例では第２の燃焼に
おいて徐々にリーンの度合いが小さくされ、第１の燃焼
に切換えられた後にも徐々にリーンの度合いが小さくさ
れ、最終的にリッチとされる。このように空燃比を制御
したときに燃焼室５から排出される煤等のパティキュレ
ートはＤＰＦ５３に捕集される。
【０１０５】次に図３３を参照しつつ第２実施例におけ
るＮＯx 吸収剤２５からの未燃炭化水素の除去制御を簡
単に説明する。図３３の時刻ｔx においてＮＯx 吸収剤
２５から未燃炭化水素を除去すべきことが表示される
と、ここでは要求負荷Ｌが第３の境界Ｚ（Ｎ）より低い
ので、いったん第２の燃焼において空燃比のリーン度合
いを小さくした後に一時的に第２の燃焼が第１の燃焼に
切換えられ、再び第２の燃焼に戻される。このとき未燃
炭化水素を除去すべきことを表示するＳＯＦ被毒フラグ
がリセットされる。このように空燃比を制御すると、い
ったん第２の燃焼において空燃比のリーン度合いを小さ
くしたときに排気ガスの温度が上昇して、ＮＯx 吸収剤
２５の温度が上昇されるため、第１の燃焼に切換えられ
た後にＮＯ x 吸収剤２５に流入する未燃炭化水素が火種
となってＮＯx 吸収剤２５に付着している未燃炭化水素
が燃焼し、ＮＯx 吸収剤２５から除去される。
【０１０６】ところで機関運転、特に第２の燃焼の運転
時間が或る時間以上となるとＤＰＦ５３に多量のパティ
キュレートが堆積し、排気抵抗が大きくなるという不都
合がある。そこでＤＰＦ５３に堆積したパティキュレー
トを一定期間ごとに除去し、ＤＰＦ５３を再生する必要
がある。ＤＰＦ５３を再生するには通常、排気ガスの温
度を高め、且つＤＰＦ５３に堆積しているパティキュレ
ートを燃焼するための酸素を供給する。しかしながらこ
のときＤＰＦ５３におけるパティキュレートの燃焼によ
り排気ガスの温度がさらに上昇し、ＮＯx 吸収剤２５の
温度もかなり上昇するので、ＮＯx 吸収剤２５にＮＯx
又はＳＯx が吸収されていると、ＮＯx吸収剤２５に流
入する排気ガスの空燃比がリーンであっても、これらＮ
Ｏx 又はＳＯx がＮＯx 吸収剤２５が放出されてしまい
好ましくない。そこで本発明ではまず前回のＤＰＦ５３
の再生からの機関のトータルの運転時間（以下、単に総
機関運転時間と称す）が予め定められた第１の値を越え
たときには第１の燃焼において又は第２の燃焼から第１
の燃焼に切り換えたときにＤＰＦ５３の再生を行うべき
と判断し、第２の燃焼中に総機関運転時間が上記予め定
められた第１の値より大きい予め定められた第２の値を
越えたときには第２の燃焼においてＤＰＦ５３の再生を
行うべきと判断する。
【０１０７】さらにＤＰＦ５３の再生を行うべきと判断
されたときであってもＮＯx 吸収剤２５にＮＯx 又はＳ
Ｏx が吸収されているときには、ＮＯx 吸収剤２５に流
入する排気ガスの空燃比をリッチとし、ＮＯx 吸収剤２
５からＮＯx 又はＳＯx を放出した後にＤＰＦ５３の再
生を行うようにする。こうすることによりＤＰＦ５３の
再生時にＮＯx 吸収剤２５からＮＯx 又はＳＯx が浄化
されないまま放出されることが防止される。
【０１０８】図３４はＤＰＦ５３からパティキュレート
を除去、即ちＤＰＦ５３を再生すべきときにセットされ
る再生フラグの処理ルーチンを示しており、このルーチ
ンは一定時間毎の割込みによって実行される。図３４を
参照すると初めにステップ５００において前回のＤＰＦ
５３の再生時からの総機関運転時間ｔが予め定められた
第１の値ｔ１より大きいか否かが判別される。ステップ
５００においてｔ＞ｔ１になるとステップ５０１に進ん
で再生フラグ１がセットされる。一方、ステップ５００
においてｔ≦ｔ１のときは処理を終了する。
【０１０９】ステップ５０２では総機関運転時間ｔが予
め定められた第１の値ｔ１より大きい予め定められた第
２の値ｔ２より大きいか否かが判別される。ステップ５
０２においてｔ＞ｔ２になるとステップ５０３に進んで
再生フラグ３がセットされる。次に図３５〜図４０を参
照しつつ第２実施例の運転制御について説明する。なお
図３５〜図４０においてステップ６００〜６０９，６１
０，６１１，６１２〜６１６，６１７〜６２３，６２
４，６２５，６２６，６２７は図２６〜図２９のステッ
プ４００〜４０９，４１０，４１１，４１２〜４１６，
４１７〜４２３，４２４，４２５，４２６，４２７に対
応するので説明は省略する。
【０１１０】ステップ６０９ａでは再生フラグ１がセッ
トされているか否かが判別される。再生フラグ１がセッ
トされていないときにはステップ６１０に進んでステッ
プ４１０と同様の噴射制御Ｉが行われる。一方、ステッ
プ６０９ａにおいて再生フラグ１がセットされていると
きにはステップ６１１ａに進んでＮＯx 吸収量ΣＮＯＸ
が予め定められた値のより小さいか否かが判別される。
ステップ６１１ａにおいてΣＮＯＸ≧αであるときには
ステップ６１２に進んでステップ４１２と同様の噴射制
御IIが行われる。一方、ステップ６１１ａにおいてΣＮ
ＯＸ＜αのときはステップ６１１ｂに進んでＳＯx 吸収
量ΣＳＯＸが予め定められた値βより小さいか否かが判
別される。ステップ６１１ｂにおいてΣＳＯＸ≧βであ
るときにはステップ６１２に進んでステップ４１２と同
様の噴射制御IIが行われる。一方、ステップ６１１ｂに
おいてΣＳＯＸ＜βであるときにはステップ６１１ｃに
進んで噴射制御Ｖが行われる。即ち図１０に示された空
燃比よりもリーン度合いが小さくなるように燃料が噴射
され、ステップ６１１ｄに進んで総機関運転時間ｔが零
とされる。
【０１１１】ステップ６２３ａでは再生フラグ３がセッ
トされているか否かが判別される。再生フラグ３がセッ
トされていないときにはステップ６２４に進んでステッ
プ４２４と同様の噴射制御III が行われる。一方、ステ
ップ６２３ａにおいて再生フラグ３がセットされている
ときにはステップ６２３ｂに進んでＮＯx 吸収量ΣＮＯ
Ｘが予め定められた値αより小さいか否かが判別され
る。ステップ６２３ｂにおいてΣＮＯＸ≧αであるとき
にはステップ６２７に進んでステップ４２７と同様の噴
射制御IVが行われる。一方、ステップ６２３ｂにおいて
ΣＮＯＸ＜αのときはステップ６２３ｃに進んでＳＯx
吸収量ΣＳＯＸが予め定められた値βより小さいか否か
が判別される。ステップ６２３ｃにおいてΣＳＯＸ≧β
であるときにはステップ６２７に進んでステップ６２７
と同様の噴射制御IVが行われる。一方、ステップ６２３
ｃにおいてΣＳＯＸ＜βであるときにはステップ６２３
ｄに進んで噴射制御VIが行われる。即ち図１３に示され
た空燃比よりもリーン度合いが小さくなるように燃料が
噴射され、ステップ６２３ｅに進んで総機関運転時間ｔ
が零とされる。
【０１１２】ところでＮＯx 吸収剤２５のＮＯx 放出還
元特性はその温度により異なる。即ちＮＯx 吸収剤２５
の活性度はその温度により異なる。このためＮＯx の放
出還元のためにＮＯx 吸収剤２５に供給した未燃炭化水
素がＮＯx 吸収剤２５の下流側へ流出することを防止
し、ＮＯx をＮＯx 吸収剤２５から放出するために排気
ガスの空燃比をリッチとすることに起因するトルク変動
が生じる期間を最小限に抑えるという観点から、同量の
ＮＯx を放出還元するためにトータルとして同量の未燃
炭化水素を供給する場合でも、ＮＯx 吸収剤２５の活性
度に応じてＮＯxをＮＯx 吸収剤２５から放出すべきと
きの未燃炭化水素の供給の仕方を工夫する必要がある。
次にこのことについて詳細に説明する。
【０１１３】例えばＮＯx 吸収剤２５からＮＯx を放出
すべく排気ガスの空燃比をリッチとするときにＮＯx 吸
収剤２５の活性度が高い場合には比較的多量の未燃炭化
水素を比較的短期間にＮＯx 吸収剤２５に供給してもＮ
Ｏx 吸収剤２５は十分にＮＯ x の放出還元作用を行う。
しかしながらＮＯx 吸収剤２５の活性度が低い場合には
比較的多量の未燃炭化水素を比較的短期間にＮＯx 吸収
剤２５に供給してもＮＯx 吸収剤２５はＮＯx の放出還
元を十分には行えず、ＮＯx と未反応の炭化水素がＮＯ
x 吸収剤２５の下流側へ流出してしまうことになる。そ
こでこの場合には比較的少量の未燃炭化水素を比較的長
期間にわたりＮＯx 吸収剤２５に供給するのが好まし
い。またＮＯx 吸収剤２５の活性度が高い場合、比較的
少量の炭化水素を比較的長期間にわたりＮＯx 吸収剤２
５に供給してもＮＯx の放出還元は行われるが、燃焼室
５内の空燃比がリッチとされる期間が長く、上述したよ
うにトルク変動を抑えるという観点から好ましくない。
この場合、やはり比較的多量の炭化水素を比較的短期間
に供給することが好ましい。
【０１１４】そこで本発明ではＮＯx 吸収剤２５からＮ
Ｏx を放出すべきときの空燃比Ａ／ＦをＮＯx 吸収剤２
５の温度の関数として図４１（Ａ）に示したようにマッ
プの形で予めＲＯＭ４２内に記憶させておくと共に、Ｎ
Ｏx 吸収剤２５からＮＯx を放出すべきときに空燃比を
リッチとしておく期間Ｐを図４１（Ｂ）に示したように
マップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶させておく。ＮＯ
x 吸収剤２５の活性度は或る温度まではＮＯx 吸収剤２
５の温度が高くなるほど高くなり、該或る温度を越える
と徐々に低くなる。即ち或る温度をピークとする曲線と
なる。従って図４１（Ａ）に示したように空燃比Ａ／Ｆ
のリッチ度合いは或る温度Ｔｙで最も大きくなる曲線を
示し、図４１（Ｂ）に示したようにリッチ継続期間Ｐは
或る温度Ｔｚで最も短くなる曲線を示す。本発明ではこ
れらマップから空燃比Ａ／Ｆ及びリッチ継続時間Ｐを算
出し、ＮＯx 吸収剤２５の活性度が高いほど空燃比のリ
ッチ度合いが大きく、リッチ継続期間が短く、ＮＯx 吸
収剤２５の活性度が低いほど空燃比のリッチ度合いが小
さく、リッチ継続期間が長くされる。
【０１１５】なお本発明ではＮＯx 吸収剤２５からのＮ
Ｏx の放出還元に炭化水素を用いているが、ＮＯx をＮ
Ｏx 吸収剤から放出させ、還元するという炭化水素の能
力はその性質により異なる。即ち炭化水素の沸点が低い
ほうがこの炭化水素のＮＯx放出還元能力が高い。言い
換えればより低沸点の炭化水素のほうがＮＯx との反応
性が高い。そこでＮＯx 吸収剤の温度に加えてこの炭化
水素の沸点に基づいて空燃比Ａ／Ｆのリッチ度合い及び
リッチ継続期間Ｐを補正してもよい。勿論、この場合、
炭化水素の沸点が低いほど空燃比Ａ／Ｆのリッチ度合い
を大きくし、リッチ継続期間Ｐを短くする。
【０１１６】なお本発明においてＮＯx 吸収剤２５の上
流側に又はＮＯx の吸収剤２５の上流端に隣接するよう
にＨＣ吸着剤を配置してもよい。この場合、ＨＣ吸着剤
はその内部に排気ガス中の炭化水素を吸着させ、燃焼す
るものである。こうすることによりＮＯx 吸収剤２５が
未燃炭化水素により被毒することを抑制することができ
る。ＨＣ吸着剤としては例えばゼオライト、モルデナイ
ト、シリカアルミナ、シリカ、アルミナ、チタニア、フ
ェリエライトのような多孔質体がある。
【０１１７】またＮＯx 吸収剤２５の上流側部分に担持
されている貴金属の量をその他の部分に担持されている
貴金属の量より多くすることによっても未燃炭化水素に
よるＮＯx 吸収剤２５の被毒を抑制することができる。
なお、第１の実施例では酸化機能を有する触媒としてＮ
Ｏx 吸収剤の例について説明したが、触媒が酸化触媒の
場合でも第２の燃焼から第１の燃焼へ切換える際には一
度リーンの第１の燃焼にすれば触媒の温度が上昇するの
で、その後リッチの第１の燃焼しても触媒温度を所定温
度に維持することができる。
【０１１８】
【発明の効果】１番目から８番目の発明によれば第２の
燃焼が行われているときに酸化機能を有する触媒の温度
が低い場合、第２の燃焼から第１の燃焼への切換えが生
じたらリーンの第１の燃焼にすることで触媒の温度を上
昇させるようにしているので、第１の燃焼時に触媒の酸
化機能が低下している状態が回避できる。
【０１１９】９番目の発明によればＮＯx 吸収剤からＮ
Ｏx を放出すべきときにＮＯx 吸収剤の温度が高められ
た後に空燃比がリッチの排気ガスが流入する。即ち空燃
比がリッチの排気ガスがＮＯx 吸収剤に流入したときに
はＮＯx 吸収剤の温度が高められ、そのＮＯx 放出能力
が増大しているので、ＮＯx が良好に放出される。１０
番目の発明によればフィルタに捕集された煤を除去すべ
きときには初めに排気ガスの空燃比をリッチとしてＮＯ
x 吸収剤のＮＯx を放出、還元し、その後、比較的温度
が高く、空燃比がリーンの排気ガスがフィルタに供給さ
れる。フィルタは比較的温度が高い排気ガスによりその
温度が高められ、排気ガス中の多量の酸素により煤が燃
焼せしめられ、除去される。即ちＮＯx 吸収剤のＮＯx
を放出還元した後にフィルタの煤を除去するようにして
いる。これにより煤を除去するために空燃比がリーンの
排気ガスをフィルタに即座に供給したことに起因してＮ
Ｏx 吸収剤の温度が上昇し、ＮＯx 吸収剤からＮＯx が
放出されてしまうことが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】スモークおよびＮＯx の発生量等を示す図であ
る。
【図３】燃焼圧を示す図である。
【図４】燃料分子を示す図である。
【図５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図
である。
【図６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
【図７】第１の運転領域Ｉおよび第２の運転領域IIを示
す図である。
【図８】空燃比センサの出力を示す図である。
【図９】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図１０】第１の運転領域Ｉにおける空燃比等を示す図
である。
【図１１】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図１２】燃料噴射量のマップを示す図である。
【図１３】第２の運転領域における空燃比等を示す図で
ある。
【図１４】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図１５】燃料噴射量のマップを示す図である。
【図１６】ＮＯx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
【図１７】単位時間当りのＮＯx 吸収量のマップを示す
図である。
【図１８】ＮＯx 放出制御を説明するための図である。
【図１９】ＮＯx 放出フラグを処理するためのフローチ
ャートである。
【図２０】単位時間当りのＳＯx 吸収量のコップを示す
図である。
【図２１】ＳＯx 放出制御を説明するための図である。
【図２２】ＳＯx 放出フラグを処理するためのフローチ
ャートである。
【図２３】ＮＯx 吸収剤の温度に係わる補正係数のマッ
プを示す図である。
【図２４】許容最大値の補正を処理するための図であ
る。
【図２５】ＳＯＦ被毒回復制御を説明するための図であ
る。
【図２６】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図２７】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図２８】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図２９】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図３０】本発明の第２実施例の圧縮着火式内燃機関の
全体図である。
【図３１】ＮＯx 放出制御を説明するための図である。
【図３２】ＳＯx 放出制御を説明するための図である。
【図３３】ＳＯＦ被毒回復制御を説明するための図であ
る。
【図３４】再生フラグを処理するためのフローチャート
である。
【図３５】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図３６】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図３７】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図３８】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図３９】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図４０】機関の運転を制御するためのフローチャート
の一部である。
【図４１】ＮＯx 吸収剤の温度に係る最適空燃比および
最適リッチ継続時間のマップを示した図である。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁 １５…排気ターボチャージャ ２０…スロットル弁 ２９…ＥＧＲ通路 ３１…ＥＧＲ制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｈ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｇ ３０１Ｎ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ａ ５５０Ｆ (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９−287528（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−287527（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−36923（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−294226（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/02 - 3/038 F01N 3/08 - 3/38 F01N 9/00 - 11/00 F02D 21/08 F02D 41/00 - 41/40 F02D 43/00 - 45/00 F02M 25/07

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室内に供給される不活性ガス量を増
    大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達
    し、燃焼室内に供給される不活性ガス量を更に増大して
    いくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲の
    ガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発
    生しなくなる内燃機関において、酸化機能を有する触媒
    を機関排気通路内に配置し、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に供給される不活性ガス量
    が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生
    量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内に供給さ
    れる不活性ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換
    える切換手段を具備し、第２の燃焼から第１の燃焼への
    切換え時に前記触媒の温度を予め定められた温度以上に
    上昇させるために第１の燃焼であって燃焼室内の空燃比
    がリーンとなる燃焼に切換えるようにした内燃機関。
  2. 【請求項２】 前記第２の燃焼から第１の燃焼への切換
    え時に第１の燃焼であって燃焼室内の空燃比がリーンと
    なる燃焼にいったん切換え、その後、さらに第１の燃焼
    であって燃焼室内の空燃比がリッチとなる燃焼に切換え
    るようにした請求項１に記載の内燃機関。
  3. 【請求項３】 前記機関排気通路に燃焼室から排出され
    る煤を捕集するためのフィルタを配置し、前記第２の燃
    焼から第１の燃焼への切換え時に第２の燃焼における燃
    焼室内の空燃比のリーン度合いをいったん小さくし、そ
    の後、第２の燃焼を第１の燃焼であって燃焼室内の空燃
    比がリーンとなる燃焼に切換えるようにした請求項１に
    記載の内燃機関。
  4. 【請求項４】 空燃比がリッチの排気ガス中の還元剤と
    しての燃料の触媒における反応活性度を上昇せしめる触
    媒を前記酸化機能を有する触媒の上流側に配置した請求
    項１に記載の内燃機関。
  5. 【請求項５】 燃焼室から排出された排気ガスを機関吸
    気通路内に再循環させる再循環装置を具備し、上記不活
    性ガスが再循環排気ガスからなる請求項１に記載の内燃
    機関。
  6. 【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５に記載の内燃機関。
  7. 【請求項７】 機関の運転領域を低負荷側の第１の運転
    領域と高負荷側の第２の運転領域に分割し、第１の運転
    領域では第１の燃焼を行い、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１に記載の内燃機関。
  8. 【請求項８】 前記触媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯ
    x 吸収剤の少くとも一つからなる請求項１に記載の内燃
    機関。
  9. 【請求項９】 燃焼室内に供給される不活性ガス量を増
    大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達
    し、燃焼室内に供給される不活性ガス量を更に増大して
    いくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲の
    ガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発
    生しなくなる内燃機関において、流入する排気ガスの空
    燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯx を
    吸収しかつ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又は
    リッチになると吸収したＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤
    を機関排気通路内に配置し、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に供給される不活性ガス量
    が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生
    量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内に供給さ
    れる不活性ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換
    える切換手段を具備し、第２の燃焼が行われているとき
    にＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出すべきときには第２の
    燃焼をいったん第１の燃焼であって空燃比がリーンの燃
    焼に切換えた後に第１の燃焼であって空燃比がリッチの
    燃焼に切換えるようにした内燃機関。
  10. 【請求項１０】 燃焼室内に供給される不活性ガス量を
    増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達
    し、燃焼室内に供給される不活性ガス量を更に増大して
    いくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲の
    ガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発
    生しなくなる内燃機関において、流入する排気ガスの空
    燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯx を
    吸収しかつ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又は
    リッチになると吸収したＮＯxを放出するＮＯx 吸収剤
    を機関排気通路内に配置し、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に供給される不活性ガス量
    が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生
    量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内に供給さ
    れる不活性ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換
    える切換手段を具備し、燃焼室から排出される煤を捕集
    するためのフィルタを機関排気通路に配置し、第２の燃
    焼が行われているときであって該フィルタに捕集された
    煤を除去すべきときには第２の燃焼を第１の燃焼であっ
    て空燃比がリッチの燃焼にいったん切換えた後に第１の
    燃焼であって空燃比がリーンの燃焼に切換えるようにし
    た内燃機関。
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