JP3334597B2 - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

圧縮着火式内燃機関

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮着火式内燃機関
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 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 の発
生量ができるだけ少なくなるように定めてもNOX 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NOX が発生してしまうのが現状である。
【0006】そこで流入する排気ガスの空燃比がリーン
のときにはNOX を吸収し流入する排気ガスの空燃比が
リッチ又は理論空燃比のときには吸収したNOX を放出
すると共に還元するNOX 吸収剤を機関排気通路内に配
置したディーゼル機関が公知である(国際公開WO93
/07363号参照)。このディーゼル機関では従来の
ディーゼル機関と同様に燃焼室内における空燃比はリー
ンとなっており、従って燃焼室内で発生したNOX はN
X 吸収剤に吸収される。更にこのディーゼル機関では
NOX 吸収剤へのNOX 吸収量が一定量を越えると燃焼
室内における空燃比が一時的にリッチとされ、それによ
ってNOX 吸収剤からNOX が放出されると共に放出さ
れたNOX が還元される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
にディーゼル機関において燃焼室内の空燃比をリッチに
すると多量のスモークが発生するという問題がある。一
方、本発明者は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燃焼室内
における空燃比をリッチにしても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を既に見い出
している。即ち、本発明者はスモークを発生することな
く燃焼室内における空燃比をリッチにしうる新たな燃焼
方法を既に見い出している。
【0008】そこで本発明ではこの新たな燃焼方法を用
いてスモークを発生することなくNOX 吸収剤からNO
X を放出させるようにしている。
【0009】
【課題を解決するための手段】即ち、1番目の発明で
は、燃焼室内の不活性ガス量を増大していくと煤の発生
量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内の不活性ガ
ス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くな
って煤がほとんど発生しなくなる圧縮着火式内燃機関に
おいて、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも
燃焼室内の不活性ガス量が多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
よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第2の燃焼とを
選択的に切換える切換手段を具備し、流入する排気ガス
の空燃比がリーンのときにはNOX を吸収し流入する排
気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比のときには吸収
したNOX を放出するNOX吸収剤を機関排気通路内に
配置し、内燃機関の駆動力とは別個に駆動力を発生する
駆動力発生手段を具備し、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
の燃焼から第1の燃焼に切換えて内燃機関への燃料供給
量を減少させると共に燃焼室内における空燃比をリッチ
又は理論空燃比にしかつ駆動力発生手段に駆動力を発生
させるようにしている。
【0010】2番目の発明では1番目の発明において、
第1の燃焼が行われているときにNOX 吸収剤からNO
X を放出すべきときには燃焼室内における空燃比をリッ
チ又は理論空燃比にするようにしている。3番目の発明
では1番目の発明において、機関の運転領域を低負荷側
の第1の運転領域と高負荷側の第2の運転領域に分割
し、第1の運転領域では第1の燃焼が行われ、第2の運
転領域では第2の燃焼が行われる。
【0011】4番目の発明では1番目の発明において、
駆動力発生手段は、NOX 吸収剤からNOX を放出すべ
く第2の燃焼から第1の燃焼に切換えられるときに燃料
供給量の減少による内燃機関の出力トルクの減少量とほ
ぼ等しい出力トルクを発生する。5番目の発明では1番
目の発明において、駆動力発生手段が電気モータからな
る。
【0012】6番目の発明では1番目の発明において、
燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循
環させる再循環装置を具備し、不活性ガスが再循環排気
ガスからなる。7番目の発明では6番目の発明におい
て、第1の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率
がほぼ55パーセント以上であり、第2の燃焼が行われ
ているときの排気ガス再循環率がほぼ50パーセント以
下である。
【0013】8番目の発明では1番目の発明において、
NOX 吸収剤の上流又は下流の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。
【0014】
【発明の実施の形態】図1および図2は本発明を4スト
ローク圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示してい
る。図1および図2を参照すると、1は機関本体、2は
シリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピスト
ン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気
弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを
夫々示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介し
てサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸
気ダクト13および排気ターボチャージャ14のコンプ
レッサ15を介してエアクリーナ14に連結される。吸
気ダクト13内には電気モータ17により駆動されるス
ロットル弁18が配置される。一方、排気ポート10は
排気マニホルド19および排気ターボチャージャ14の
排気タービン20を介してNOX吸収剤21を内蔵した
ケーシング22に連結され、排気マニホルド19内には
空燃比センサ23が配置される。
【0015】排気マニホルド19とサージタンク12と
はEGR通路24を介して互いに連結され、EGR通路
24内には電気制御式EGR制御弁25が配置される。
また、EGR通路25周りにはEGR通路24内を流れ
るEGRガスを冷却するための冷却装置26が配置され
る。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置2
6内に導びかれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却
される。
【0016】一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管27を
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレーン28に連結
される。このコモンレール28内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ29から燃料が供給され、コモンレ
ーン28内に供給された燃料は各燃料供給管27を介し
て燃料噴射弁6に供給される。コモンレーン28にはコ
モンレーン28内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ30が取付けられ、燃料圧センサ30の出力信号に基
づいてコモンレール28内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ29の吐出量が制御される。
【0017】また、機関の出力軸31には電気モータ3
2が取付けられ、図1に示される実施例ではこの電気モ
ータ32は機関の出力軸31上に取付けられかつ外周面
に複数個の永久磁石を取付けたロータ33と、回転磁界
を形成する励磁コイルを巻設したステータ34とを具備
した交流同期電動機からなる。ステータ34の励磁コイ
ルはモータ駆動制御回路35に接続され、このモータ駆
動制御回路35は直流高電圧を発生するバッテリ36に
接続される。
【0018】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。空燃比センサ23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。また、燃
料圧センサ30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5
0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。更に入力ポート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、電気モータ17、EGR制御弁25、燃料ポンプ
29およびモータ駆動制御回路35に接続される。
【0019】電気モータ32のステータ34の励磁コイ
ルへの電力の供給は通常停止せしめられており、このと
きロータ33は機関の出力軸31と共に回転している。
一方、電気モータ32を駆動せしめるときにはバッテリ
36の直流高電圧がモータ駆動制御回路35において周
波数がfmで電流値がImの三相交流に変換され、この
三相交流がステータ34の励磁コイルに供給される。こ
の周波数fmは励磁コイルにより発生する回転磁界をロ
ータ33の回転に同期して回転させるのに必要な周波数
であり、この周波数fmは回転数センサ52の出力信号
に基づいてCPU44で算出される。モータ駆動制御回
路35ではこの周波数fmが三相交流の周波数とされ
る。
【0020】一方、電気モータ32の出力トルクは三相
交流の電流値Imにほぼ比例する。この電流値Imは電
気モータ32の要求出力トルクに基づきCPU44にお
いて算出され、モータ駆動制御回路35ではこの電流値
Imが三相交流の電流値とされる。また、機関により電
気モータ32を駆動する状態にすると電気モータ32は
発電機として作動し、このとき発生した電力がバッテリ
36に回生される。機関により電気モータ32を駆動す
べきか否かはCPU44において判断され、機関により
電気モータ32を駆動すべきであると判別されたときに
はモータ制御回路35により電気モータ32に発生した
電力がバッテリ36に回生されるように制御される。
【0021】図3は機関低負荷運転時においてスロット
ル弁18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3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3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E
GR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。
【0022】図3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。
【0023】図4(A)は空燃比A/Fが18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4(B)は空燃比A/Fが13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4(A)と図4(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4(B)に示す場合はスモークの発生量が多い図4
(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【0024】図3および図4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3
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4からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図4(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。
【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3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5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5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3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。
【0026】図3および図4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。
【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。
【0028】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒等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等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
を有する触媒等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。本発明において用いている新たな
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
する触媒等により酸化せしめることを核としている。
【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。
【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。
【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。
【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
は強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用
いることは好ましいと言える。
【0033】図6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6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。
【0034】図6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6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。
【0035】また、図6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6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。
【0036】図7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7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お
り、Z1は低負荷運転領域を示している。
【0037】図7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7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7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、図7に示される実施例では70
パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸入された
全吸入ガス量を図7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7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NO
X の発生量は極めて少量となる。
【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7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。
【0039】一方、図7の負荷領域Z2では煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Xが吸入しうる全吸入
ガス量Yを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Xを燃焼室5内に供給
するにはEGRガスおよび吸入空気の双方、或いはEG
Rガスを過給又は加圧する必要がある。EGRガス等を
過給又は加圧しない場合には負荷領域Z2では全吸入空
気量Xは吸入しうる全吸入空気量Yに一致する。従って
この場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干減
少させてEGRガス量を増大すると共に空燃比がリッチ
のもとで燃料を燃焼せしめることになる。
【0040】前述したように図7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図7に示される低
負荷運転領域Z1において空気量を図7に示される空気
量よりも少なくても、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、また図7に示される低負荷
領域Z1において空気量を図7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10
p.p.m 前後又はそれ以下にすることができる。
【0041】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。
【0042】このように機関低負荷運転領域Z1では空
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
ろうと煤が生成されず、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。ところ
で本発明において用いられている新たな燃焼システムの
もとで煤およびNOX を同時に低減するためにはEGR
率を少くともほぼ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
を越えると即ち、要求負荷が一定限度よりも高くなると
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。ところがこの場合図3に示される実
験例では、吸入空気量が増大するにつれて即ち、要求負
荷が高くなるにつれてEGR率をほぼ65パーセントか
ら徐々に低下させると、即ち要求負荷が高くなるにつれ
て徐々に空燃比を大きくしていくと多量のスモークが発
生することになる。従って要求負荷が一定限度を越えた
ときに要求負荷が高くなるにつれてEGR率をほぼ65
パーセントから徐々に低下させ、空燃比を徐々に大きく
することはできない。
【0043】この場合、多量のスモークが発生するのを
阻止するためには要求負荷が一定限度を越えたときに多
量のスモークが発生するほぼ40パーセントからほぼ6
5パーセントのEGR率範囲を飛び越す必要がある。そ
こで本発明による実施例では要求負荷が低いときにはE
GR率を少くともほぼ55パーセント以上に維持し、要
求負荷が高くなってEGR率をほぼ55パーセント以上
に維持できなくなったときにはEGR率をステップ状に
ほぼ50パーセント以下まで低下させるようにしてい
る。このとき同時に空燃比もステップ状に大きくなる。
【0044】EGR率がほぼ55パーセント以上のとき
には前述したように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っており、このと
き第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われている。これに対
してEGR率がほぼ50パーセント以下まで低下せしめ
られたときには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高くなり、このときにはもはや第1
の燃焼、即ち低温燃焼を行うことはできない。本発明に
よる実施例でこのように低温燃焼を行うことができない
ときには第2の燃焼、即ち従来より普通に行われている
燃焼が行われる。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云い、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云う。
【0045】図8はEGR率がほぼ55パーセント以上
とされる第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われる第1の運
転領域Iと、EGR率がほぼ50パーセント以下とされ
る第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の燃焼領域IIとを示している。なお、図8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8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。
【0046】即ち、機関の運転状態が第1の運転領域I
にあって第1の燃焼、即ち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、第2の燃焼に切換えられる。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、第2の燃焼から第1の燃焼に切換えられる。
【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。
【0048】図9は空燃比センサ23の出力を示してい
る。図9に示されるように空燃比センサ23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23の出力電流Iから空燃比を知ることができる。次
に図10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における運転制御の具体的な一例について説明
する。
【0049】図10は要求負荷Lに対するスロットル弁
18の開度、EGR制御弁25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10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18の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全
閉近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、EGR
制御弁25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1
0に示される具体例では第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15から
18程度のリーン空燃比とされている。
【0050】云い換えると第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15から18
程度のリーン空燃比となるようにスロットル弁18の開
度およびEGR制御弁25の開度が制御される。なお、
このとき空燃比は空燃比センサ23の出力信号に基づい
てスロットル弁18の開度、EGR制御弁25の開度又
は燃料噴射量を補正することによって目標リーン空燃比
に制御される。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。
【0051】前述したようにアイドリング運転時にはス
ロットル弁18は全閉近くまで閉弁され、このときEG
R制御弁25も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロッ
トル弁18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18が全閉近くまで閉弁せしめられる。
【0052】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18の開
度が半開状態から全開状態へステップ状に増大せしめら
れる。このとき図10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
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
生することがなくなる。
【0053】第2の運転領域IIでは第2の燃焼、即ち従
来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では
煤およびNOX が若干発生するが低温燃焼に比べて熱効
率は高く、従って機関の運転領域が第1の運転領域Iか
ら第2の運転領域IIに変わると図10に示されるように
噴射量がステップ状に低減せしめられる。第2の運転領
域IIではスロットル弁18は一部を除いて全開状態に保
持され、EGR制御弁25の開度は要求負荷Lが高くな
るほど小さくされる。従って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
ど大きくなる。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。
【0054】ケーシング22内に収容されているNOX
吸収剤21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
吸気通路およびNOX 吸収剤21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NO X 吸収
剤21への流入排気ガスの空燃比と称するとこのNOX
吸収剤21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。なお、NOX 吸収剤21上流の排気通
路内に燃料(炭化水素)或いは空気が供給されない場合
には流入排気ガスの空燃比は燃焼室5内における空燃比
に一致し、従ってこの場合にはNOX 吸収剤21は燃焼
室5内における空燃比がリーンのときにはNOX を吸収
し、燃焼室5内における空燃比が理論空燃比又はリッチ
になると吸収したNOX を放出することになる。
【0055】このNOX 吸収剤21を機関排気通路内に
配置すればNOX 吸収剤21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11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。
【0056】図1に示される圧縮着火式内燃機関では通
常燃焼室5内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11(A)に示されるようにこれら酸素O2
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、NO 2 となる(2NO+O2 →2N
2 )。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11(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21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。
【0057】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
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
21から放出されたNOX は図11(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21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。
【0058】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21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21からNOX が徐々に
しか放出されないためにNO X 吸収剤21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。
【0059】ところで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。しかしながらNO X 吸収剤21は酸化機能を
有している。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21により良好に酸化せしめ
られることになる。
【0060】一方、NOX 吸収剤21のNOX 吸収能力
には限度があり、NOX 吸収剤21のNOX 吸収能力が
飽和する前にNOX 吸収剤21からNOX を放出させる
必要がある。そのためにはNOX 吸収剤21に吸収され
ているNOX 量を推定する必要がある。そこで本発明で
は第1の燃焼が行われているときの単位時間当りのNO
X 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12(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N
X 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12(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21に吸収されているN
X 量ΣNOXを推定するようにしている。
【0061】本発明による実施例ではこのNOX 吸収量
ΣNOXが予め定められた許容最大値MAXを越えたと
きにNOX 吸収剤21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13およ図14を参照
しつつ説明する。図13は要求負荷Lと、燃焼室5内に
おける空燃比A/Fと、NOX 吸収量ΣNOXを示して
いる。図13を参照すると前述したように第1の運転領
域Iでは第1の燃焼が行われており、このとき燃焼室5
内における空燃比はわずかばかりリーンとなっている。
このときにはNOX の発生量が極めて少なく、従ってN
X 吸収量ΣNOXはわずかずつ増大していく。
【0062】次いで第1の燃焼が行われているときにN
X 吸収量ΣNOXが許容最大値MAXを越えたとする
と図13に示されるように燃焼室5内における空燃比A
/Fが一時的にリッチにされる。本発明による実施例で
はこのとき燃料噴射量を増大することによって燃焼室5
内における空燃比A/Fが一時的にリッチにされる。燃
焼室5内における空燃比A/FがリッチにされるとNO
X 吸収剤21からNO X が放出される。前述したように
第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われているときには燃焼
室5内における空燃比A/Fをリッチにしても煤が発生
せず、従って煤が発生することなく、NOX 吸収剤21
からNOX を放出することができることになる。
【0063】次いで図13に示されるように要求負荷L
が第1の境界X(N)を越え、機関の運転状態が第2の
運転状態IIになると第2の燃焼、即ち従来より行われて
いる通常の燃焼が行われる。第2の燃焼においてはNO
X の発生量が多く、従って第2の燃焼が開始されるとN
X 量ΣNOXは急速に増大する。次いで第2の燃焼が
行われているときにNOX 量ΣNOXが許容最大値MA
Xを越えると燃焼室5内における空燃比A/Fがリッチ
とされる。しかしながらこのとき燃料噴射量を増量する
ことによって燃焼室5内における空燃比A/Fをリッチ
にすると多量の煤が発生してしまう。
【0064】そこで本発明による実施例では第2の燃焼
が行われたときにNOX 吸収量ΣNOXが許容最大値M
AXを越えたときには第2の燃焼から第1の燃焼に切換
え、第1の燃焼のもとで燃焼室5内における空燃比A/
Fをリッチにするようにしている。前述したように第1
の燃焼のもとで燃焼室5内における空燃比A/Fをリッ
チにすれば煤が発生することがなく、従って第2の燃焼
が行われているときであっても煤が発生することなくN
X 吸収剤21からNOX を放出できることになる。
【0065】ところで第2の燃焼から第1の燃焼に切換
えるためには燃料噴射量を減少させ、EGR率を大きく
すればよい。この場合、噴射量としては図10に示す第
1の運転領域Iにおける任意の噴射量とすることができ
る。図14は一例として第2の燃焼から第1の燃焼に切
換えるときに燃料噴射量をリッチ空燃比のもとで機関の
運転を行うのに必要な最小噴射量、例えばリッチ空燃比
のもとでアイドリング運転を行うのに必要な噴射量まで
低減した場合を示している。
【0066】即ち、図14に示す例では第2の燃焼が行
われているときにNOX 吸収量ΣNOXが許容最大値M
AXを越えるとスロットル弁開度およびEGR制御弁開
度がアイドリング運転時における目標開度まで閉弁せし
められ、それによってEGR率が70パーセント程度ま
で増大せしめられる。更に、EGR率が70パーセント
程度まで増大せしめられた状態で燃焼室5内における空
燃比A/Fをリッチとするのに必要な最小噴射量まで噴
射量が減少せしめられる。
【0067】一方、このように噴射量をリッチ空燃比の
もとでアイドリング運転を行うのに必要な噴射量まで低
減すると機関の出力トルクが大巾に減少する。そこで本
発明による実施例では第2の燃焼から第1の燃焼に切換
えられたときには図14に示すように電気モータ32を
駆動して噴射量の低減による機関の出力トルクの低下量
とほぼ等しい出力トルクを電気モータ32に発生させる
ようにしている。
【0068】図15の縦軸Trは機関の出力トルクを示
しており、横軸Nは機関回転数を示しており、各実線は
アクセルペダル50の同一踏込み量における機関出力ト
ルクTrと機関回転数Nとの関係を示している。また、
図15において実線Aはアクセルペダル50の踏込み量
が零のとき、実線Bはアクセルペダル50の踏込み量が
最大のときを示しており、実線Aから実線Bに向けてア
クセルペダル50の踏込み量が増大していく。
【0069】図15において鎖線Cは燃料噴射量がリッ
チ空燃比のもとでアイドリング運転を行うのに必要な噴
射量とされたときの機関の出力トルクを示している。
今、図15のD点において第2の燃焼が行われており、
この状態で第1の燃焼に切換えるべく燃料噴射量がリッ
チ空燃比のもとでアイドリング運転を行うのに必要な噴
射量に切換えられたとすると機関の出力トルクTrは図
15においてΔTrだけ減少せしめられる。このとき本
発明による実施例では電気モータ32が出力トルクΔT
rを発生するように駆動され、斯くして出力軸31に発
生する出力トルクは変動しないことになる。
【0070】図16はNOX 吸収剤21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16を参照するとまず初めに
ステップ100において機関の運転領域が第1の運転領
域Iであることを示すフラグIがセットされているか否
かが判別される。フラグIがセットされているとき、即
ち機関の運転領域が第1の運転領域Iであるときにはス
テップ101に進んで図12(A)に示すマップから単
位時間当りのNOX 吸収量Aが算出される。次いでステ
ップ102ではNOX 吸収量ΣNOXにAが加算され
る。次いでステップ103ではNOX 吸収量ΣNOXが
許容最大値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNO
X>MAXになるとステップ104に進んで予め定めら
れた時間だけNOX 放出フラグをセットする処理が行わ
れ、次いでステップ105においてΣNOXが零とされ
る。
【0071】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12(B)に示すマップから単位時間当りの
NOX 吸収量Bが算出される。次いでステップ107で
はNOX 吸収量ΣNOXにBが加算される。次いでステ
ップ108ではNOX 吸収量ΣNOXが許容最大値MA
Xを越えたか否かが判別される。ΣNOX>MAXにな
るとステップ109に進んで予め定められた時間だけN
X 放出フラグをセットする処理が行われ、次いでステ
ップ110においてΣNOXが零とされる。
【0072】次に図17および図18を参照しつつ運転
制御について説明する。図17および図18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であることを示すフラグIがセットさ
れているか否かが判別される。フラグIがセットされて
いるとき、即ち機関の運転領域が第1の運転領域Iであ
るときにはステップ201に進んで要求負荷Lが図8に
示す第1の境界X(N)よりも大きくなったか否かが判
別される。
【0073】L≦X(N)のときにはステップ203に
進んでスロットル弁18の開度が図10の第1の運転領
域Iに示される要求負荷Lに応じた開度に制御される。
次いでステップ204ではEGR制御弁25の開度が図
10の第1の運転領域Iに示される要求負荷Lに応じた
開度に制御される。次いでステップ205ではNOX
出フラグがセットされているか否かが判別される。NO
X 放出フラグがセットされていないときにはステップ2
06に進んで図10の第1の運転領域Iに示される要求
負荷L等に応じた噴射量、噴射開始時期θSおよび噴射
完了時期θEが求められ、これらに基づいて燃料噴射が
行われる。
【0074】一方、ステップ201においてL>X
(N)になったと判断されるとステップ202に進んで
フラグIがリセットされる。次いでステップ210では
NOX 放出フラグがセットされているか否かが判別され
る。NOX 放出フラグがセットされていないときにはス
テップ211に進んでスロットル弁18の開度が図10
の第2の運転領域IIに示される要求負荷Lに応じた開度
に制御される。即ち、スロットル弁18が開弁せしめら
れる。次いでステップ212ではEGR制御弁25の開
度が図10の第2の運転領域IIに示される要求負荷Lに
応じた開度に制御される。次いでステップ213では図
10の第2の運転領域IIに示される要求負荷L等に応じ
た噴射量、噴射開始時期θSおよび噴射完了時期θEが
求められ、これらに基づいて燃料噴射が行われる。
【0075】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208
に進んで要求負荷Lが図8に示す第2の境界Y(N)よ
りも小さ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210に進む。これに対してL<Y
(N)になるとステップ209に進んでフラグIがセッ
トされ、次いでステップ203に進む。
【0076】一方、第1の燃焼が行われているときにス
テップ205においてNOX 放出フラグがセットされて
いると判断されたときにはステップ207に進んで燃焼
室5内における空燃比をリッチにするのに必要な噴射量
が求められる。更に、図10の第1の運転領域Iに示さ
れる噴射開始時期θSが求められ、噴射量に基づいて噴
射完了時期θEが求められ、これらに基づいて燃料噴射
が行われる。このとき燃焼室5内の空燃比A/Fは一時
的にリッチとなり、この間にNOX 吸収剤21に吸収さ
れているNOX がNOX 吸収剤21から放出される。
【0077】一方、第2の燃焼が行われているときにス
テップ210においてNOX 放出フラグがセットされて
いると判断されたときにはステップ214に進んでスロ
ットル弁開度を一旦アイドリング運転時の目標開度まで
減少させ次いで一定時間経過後に要求負荷に応じた目標
開度まで再び増大すべき信号が電気モータ17に与えら
れる。次いでステップ215ではEGR制御弁開度を一
旦アイドリング運転時の目標開度まで減少させ次いで一
定時間経過後に要求負荷に応じた目標開度まで再び増大
すべき信号がEGR制御弁25に与えられる。
【0078】次いでステップ216ではアクセルペダル
50の踏込み量Lおよび機関回転数Nに基づいて図15
に示す関係から現在の機関の出力トルクTrが算出され
る。次いでステップ217では燃料噴射量をリッチ空燃
比のもとでアイドリング運転を行うのに必要な噴射量ま
で低減した場合の機関出力トルクの低下量ΔTrが電気
モータ32の発生すべき出力トルクTmとされる。次い
でステップ218では電気モータ32が出力トルクTm
を発生するために電気モータ32に供給すべき三相交流
の電流値Imが算出される。次いでステップ219では
機関回転数Nに基づいて電気モータ32に供給すべき三
相交流の周波数fmが算出される。次いでステップ22
0では電流値がImで周波数がfmの三相交流が電気モ
ータ32に供給され、それによって電気モータ32が駆
動せしめられる。
【0079】次いでステップ221ではアイドリング運
転時において燃焼室5内における空燃比をリッチにする
のに必要な噴射量が求められる。更に、図10の第1の
運転領域Iに示される噴射開始時期θSが求められ、噴
射量に基づいて噴射完了時期θEが求められ、これらに
基づいて燃料噴射が行われる。このとき燃焼室5内の空
燃比A/Fは一時的にリッチとなり、この間にNOX
収剤21に吸収されているNOX がNOX 吸収剤21か
ら放出される。
【0080】次に加速運転時および減速運転時における
運転制御について説明する。本発明による実施例では排
気ターボチャージャ14が作動しない運転領域の加速運
転時でも良好な加速運転が得られるように加速運転時に
電気モータ32が駆動される。一方、減速運転時には電
気モータ32が発電機として作動せしめられ、発生した
電力が回生される。
【0081】図19は加減速時の処理ルーチンを示して
おり、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行
される。図19を参照するとまず初めにステップ300
において例えばアクセルペダル50の踏込み量Lの変化
量ΔL(>0)から加速運転時であるか否かが判別され
る。加速運転時であるときにはステップ301に進んで
電気モータ32が発生すべき出力トルクTmが算出され
る。この出力トルクTmは図20に示されるようにアク
セルペダル50の踏込み量Lの変化量ΔLが大きいほど
大きくなる。次いでステップ302では電気モータ32
が出力トルクTmを発生するために電気モータ32に供
給すべき三相交流の電流値Imが算出される。次いでス
テップ303では機関回転数Nに基づいて電気モータ3
2に供給すべき三相交流の周波数fmが算出される。次
いでステップ304では電流値がImで周波数がfmの
三相交流が電気モータ32に供給され、それによって電
気モータ32が駆動せしめられる。このように加速運転
時には機関の出力トルクに電気モータ32の出力トルク
が重疊される。
【0082】次いでステップ305では例えばアクセル
ペダル50の踏込み量Lと機関回転数Nから減速運転時
であるか否かが判別される。減速運転時であるときには
ステップ306に進んで電気モータ32が発電機として
作動せしめられ、発生した電力がバッテリ36に回生せ
しめられる。前述したように第1の燃焼が行われている
ときに発生する未燃炭化水素はNO X 吸収剤21におい
て酸化せしめられる。図21に示す実施例ではこの未燃
炭化水素を更に良好に酸化するためにNOX 吸収剤21
上流の機関排気通路内に酸化触媒又は三元触媒からなる
酸化機能を有する触媒60が配置されており、図22に
示す実施例ではNOX 吸収剤21下流の機関排気通路内
に酸化触媒又は三元触媒からなる酸化機能を有する触媒
60が配置されている。
【0083】
【発明の効果】煤を発生することなくNOX 吸収剤から
NOX を放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図2】機関本体の側面断面図である。
【図3】スモークおよびNOX の発生量等を示す図であ
る。
【図4】燃焼圧を示す図である。
【図5】燃料分子を示す図である。
【図6】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図
である。
【図7】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
【図8】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9】空燃比センサの出力を示す図である。
【図10】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図11】NOX の吸放出作用を説明するための図であ
る。
【図12】単位時間当りのNOX 吸収量のマップを示す
図である。
【図13】NOX 放出制御を説明するためのタイムチャ
ートである。
【図14】NOX 放出制御を説明するためのタイムチャ
ートである。
【図15】機関の出力トルクを示す図である。
【図16】NOX 放出フラグの処理するためのフローチ
ャートである。
【図17】運転制御ルーチンのフローチャートである。
【図18】運転制御ルーチンのフローチャートである。
【図19】加減速処理を行うためのフローチャートであ
る。
【図20】電気モータが発生すべき出力トルクを示す図
である。
【図21】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体
図である。
【図22】圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す
全体図である。
【符号の説明】
6…燃料噴射弁 18…スロットル弁 21…NOX 吸収剤 25…EGR制御弁 32…電気モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02D 21/08 F02D 21/08 301D 29/02 ZABD 29/02 ZAB 41/02 380E 41/02 380 F02M 25/07 570D F02M 25/07 570 570J ZAB ZAB B60K 9/00 E (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60K 6/02 - 6/04 B60L 11/00 - 11/18 F02D 13/00 - 28/00 F02D 29/00 - 29/06 F02D 41/00 - 41/40 F02D 43/00 - 45/00 F02M 25/06 - 25/07 F01N 3/00 - 3/08

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室内の不活性ガス量を増大していく
    と煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内
    の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における
    燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よ
    りも低くなって煤がほとんど発生しなくなる圧縮着火式
    内燃機関において、煤の発生量がピークとなる不活性ガ
    ス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど
    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の不活性ガス量が少ない第2
    の燃焼とを選択的に切換える切換手段を具備し、流入す
    る排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOX を吸収し
    流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比のと
    きには吸収したNOX を放出するNOX 吸収剤を機関排
    気通路内に配置し、内燃機関の駆動力とは別個に駆動力
    を発生する駆動力発生手段を具備し、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の燃焼から第1の燃焼に切換えて内燃機関へ
    の燃料供給量を減少させると共に燃焼室内における空燃
    比をリッチ又は理論空燃比にしかつ該駆動力発生手段に
    駆動力を発生させるようにした圧縮着火式内燃機関。
  2. 【請求項2】 第1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燃焼室内におけ
    る空燃比をリッチ又は理論空燃比にするようにした請求
    項1に記載の圧縮着火式内燃機関。
  3. 【請求項3】 機関の運転領域を低負荷側の第1の運転
    領域と高負荷側の第2の運転領域に分割し、第1の運転
    領域では第1の燃焼が行われ、第2の運転領域では第2
    の燃焼が行われる請求項1に記載の圧縮着火式内燃機
    関。
  4. 【請求項4】 上記駆動力発生手段は、NOX 吸収剤か
    らNOX を放出すべく第2の燃焼から第1の燃焼に切換
    えられるときに上記燃料供給量の減少による内燃機関の
    出力トルクの減少量とほぼ等しい出力トルクを発生する
    請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関。
  5. 【請求項5】 上記駆動力発生手段が電気モータからな
    る請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関。
  6. 【請求項6】 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に記載の圧縮
    着火式内燃機関。
  7. 【請求項7】 第1の燃焼が行われているときの排気ガ
    ス再循環率がほぼ55パーセント以上であり、第2の燃
    焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ50パ
    ーセント以下である請求項6に記載の圧縮着火式内燃機
    関。
  8. 【請求項8】 NOX 吸収剤の上流又は下流の機関排気
    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
    載の圧縮着火式内燃機関。
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