JP3336968B2 - 内燃機関 - Google Patents

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ＮＯ_x 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ＮＯ_x の発生量が低下し、従ってＥＧＲ率を増大す
ればするほどＮＯ_x 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
ＮＯ_x 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
なるように定めてもＮＯ_x 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
Ｏ_x 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
Ｏ_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。

【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
る必要があり、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であ
る。即ち、吸入空気量が一定量を越えるとこの新たな燃
焼を行うことはできず、従って吸入空気量が一定量を越
えたときには従来より行われている燃焼を行うようにし
ている。

【００１０】ところで要求負荷が急激に増大したときに
噴射量を急激に増大させると機関の出力トルクが急激に
増大し、その結果ショックが発生する。そこで従来で
は、即ち従来より行われている燃焼のもとではこのよう
なショックが発生しないように要求負荷が急激に増大し
たときには噴射量を徐々に増大させるようにしている。
ところでこのようなショックは新たな燃焼のもとでも発
生し、従って新たな燃焼のもとでも要求負荷が急激に増
大したときには噴射量を徐々に増大させる必要がある。
しかしながら新たな燃焼が行われているときに従来の燃
焼が行われているときと同じ速度でもって噴射量を徐々
に増大させると失火が発生したり、或いはスモークが発
生するという問題を生ずる。

【００１１】即ち、新たな燃焼は従来より行われている
燃焼と異なって多量のＥＧＲガスのもとで、即ち少量の
空気のもとで行われる。従って吸入空気量が最適な空気
量に対して減少すると、即ち空燃比が最適な空燃比に対
してリッチ側になると空気不足となり、斯くして失火を
生じることになる。一方、新たな燃焼のもとでは吸入空
気量が最適な空気量よりも増大すると、即ち空燃比が最
適な空燃比に対してリーン側になると燃焼が活発となる
ために燃焼温が高くなり、その結果スモークが発生する
ことになる。従って新たな燃焼のもとでは従来より行わ
れている燃焼と異なって吸入空気量、即ち空燃比の微妙
な制御が必要となる。

【００１２】ところで新たな燃焼のもとでは要求負荷が
変化して噴射量が変化すると最適な空燃比が得られるよ
うに吸入空気量が制御される。しかしながらこのとき実
際にはスロットル弁等の作動遅れにより噴射量の変化に
対して吸入空気量が追従しえず、斯くして空燃比が最適
な空燃比に対してリッチ側又はリーン側にずれてしま
う。このように空燃比がリッチ側又はリーン側にずれて
しまうのを阻止するためには要求負荷が変化したときに
噴射量を徐々に変化させる必要がある。

【００１３】ところがスロットル等の作動遅れ時間はか
なり長く、従ってこのときショックの発生を防止するた
めの噴射量の変化速度でもって噴射量を変化させても噴
射量の変化速度が速すぎるために空燃比がリッチ側又は
リーン側にずれてしまう。即ち、空燃比がリッチ側又は
リーン側にずれるのを阻止するためにはショックの発生
を防止するための噴射量の変化速度よりも遅い速度でも
って噴射量を徐々に変化せしめる必要がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】従って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内燃機関において、機
関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置し、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、要求負荷又は要求噴射量が変化し
たときに噴射量が徐々に変化せしめられ、噴射量が同一
噴射量だけ変化するときの噴射量の変化に要する時間を
第１の燃焼が行われているときの方が第２の燃焼が行わ
れているときに比べて長くするようにしている。

【００１５】２番目の発明では１番目の発明において、
噴射量が変化するときの噴射量の変化速度を第１の燃焼
が行われているときの方が第２の燃焼が行われていると
きに比べて遅くするようにしている。３番目の発明では
２番目の発明において、要求負荷又は要求噴射量が変化
したときに噴射量が予め定められた時間毎に予め定めら
れた量だけ順次変化せしめられ、噴射量が変化するとき
の予め定められた量を第１の燃焼が行われているときの
方が第２の燃焼が行われているときに比べて小さくする
ようにしている。

【００１６】４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。５番目の発明では４番目の発明におい
て、第１の燃焼状態における排気ガス再循環率がほぼ５
５パーセント以上である。

【００１７】６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。７番目の発明では６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。８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。

【００１８】

【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。

【００１９】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。排
気マニホルド２１内には空燃比センサ２７が配置され
る。

【００２０】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。

【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。空燃比センサ２７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、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４
５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。

【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，ＮＯ_x 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
Ｏ_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。

【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ＮＯ_x の発生量がかなり低下する。Ｎ
Ｏ_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。

【００２７】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。

【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ＮＯ_x 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ＮＯ_x 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、ＮＯ_x の発生量が低下する。このときＮＯ_x 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。

【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。

【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。

【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ＮＯ_x 発
生量は１０p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってＮ
Ｏ_x 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Ｌo 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Ｌo 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Ｌo 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Ｌo 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。

【００４３】なお、この場合、要求負荷がＬo よりも大
きい領域でＥＧＲ率を５５パーセント以上にする際には
ＥＧＲ制御弁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。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ＮＯ_x 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ＮＯ_x 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ＮＯ_x 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、ＮＯ_x
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、ＮＯ_x 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
が少い燃焼のことを言う。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】ところで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。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ＮＯ_x 吸収剤を用
いることができる。ＮＯ_x 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ＮＯ_x 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ＮＯ_x を放出す
る機能を有する。

【００５１】このＮＯ_x 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。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ＮＯ_x 吸収剤を触媒２５として用
いることができる。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。な
お、このとき空燃比は空燃比センサ２７の出力信号に基
づいてＥＧＲ制御弁３１の開度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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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ＮＯ_x 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９に示されるように噴
射量がステップ状に低減せしめられる。この第２の運転
領域IIではスロットル弁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。

【００５８】図１０は第１の運転領域Ｉにおける空燃比
Ａ／Ｆを示している。図１０において、Ａ／Ｆ＝１５．
５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７，Ａ／Ｆ＝１８で示さ
れる各曲線は夫々空燃比が１５．５，１６，１７，１８
であるときを示しており、各曲線間の空燃比は比例配分
により定められる。図１０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が低くなるほど空燃比Ａ／Ｆが
リーンとされる。

【００５９】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
１０に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれて空
燃比Ａ／Ｆが大きくされる。空燃比Ａ／Ｆが大きくなる
ほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比をリ
ーンにするために本発明による実施例では要求負荷Ｌが
低くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。

【００６０】なお、空燃比を図１０に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図１
１（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に示す目標空燃比とするのに
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。

【００６１】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は第
２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による普通の燃焼が行わ
れるときの目標空燃比を示している。なお、図１３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２４，３
５，４５，６０を示している。空燃比をこの目標空燃比
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、空燃比をこの目標空燃比とするのに必要な
ＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥ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。

【００６２】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。次に図１６
を参照しつつ本発明による噴射制御について説明する。

【００６３】図１６において実線Ｑ１は第１の燃焼が行
われているときに破線で示す如く要求噴射量が急激にΔ
Ｑだけ増大および減少せしめられたときの実際の噴射量
Ｑの変化を示しており、実線Ｑ２は第２の燃焼が行われ
ているときに破線で示す如く要求噴射量が急激にΔＱだ
け増大および減少せしめられたときの実際の噴射量Ｑの
変化を示している。図１６からわかるように第１の燃焼
が行われているときであっても第２の燃焼が行われてい
るときであっても要求噴射量が増大せしめられたときに
は実際の噴射量Ｑ１，Ｑ２が徐々に増大せしめられ、要
求噴射量が減少せしめられたときには実際の噴射量Ｑ
１，Ｑ２が徐々に減少せしめられる。

【００６４】しかしながら噴射量Ｑ１，Ｑ２が増大又は
減少せしめられる場合、第１の燃焼が行われているとき
の噴射量Ｑ１の増大速度および減少速度は第２の燃焼が
行われているときの噴射量Ｑ２の増大速度又は減少速度
よりも遅くされ、従って要求噴射量Ｑが同一噴射量ΔＱ
だけ急激に変化した場合であっても変化後の要求噴射量
に到達するまでの時間は第１の燃焼が行われている場合
の方が第２の燃焼が行われている場合に比べて長くな
る。

【００６５】即ち、冒頭で述べたように第２の燃焼が行
われているときには出力トルクの急変によるショックが
発生するのを阻止するために要求噴射量が変化したとき
には従来と同様に噴射量Ｑ２が徐々に変化せしめられ
る。しかしながら第１の燃焼が行われているときにはス
ロットル弁２０やＥＧＲ制御弁３１の作動遅れによって
燃焼室５内への吸入空気の供給遅れが生じ、この場合第
２の燃焼が行われているときと同じ変化速度でもって噴
射量Ｑ１を変化させても失火が発生したり、或いはスモ
ークが発生してしまう。

【００６６】即ち、第１の燃焼は第２の燃焼と異なって
多量のＥＧＲガスのもとで、即ち少量の空気のもとで行
われる。従って、吸入空気量が最適な空気量に対して減
少すると、即ち空燃比が最適な空燃比に対してリッチ側
になると空気不足となり、斯くして失火を生じることに
なる。一方、第１の燃焼のもとでは吸入空気量が最適な
空気量よりも増大すると、即ち空燃比が最適な空燃比に
対してリーン側になると燃焼が活発となるために燃焼温
が高くなり、その結果スモークが発生する。従って第１
の燃焼のもとでは第２の燃焼と異なって吸入空気量、即
ち空燃比の微妙な制御が必要となる。

【００６７】ところで第１の燃焼が行われている場合に
要求負荷Ｌが変化して噴射量Ｑ１が変化せしめられたと
きに噴射量Ｑ１の変化に追従して吸入空気量が変化すれ
ば何ら問題を生じない。しかしながら実際にはスロット
ル弁２０等の作動遅れにより噴射量Ｑ１の変化に対して
吸入空気量が追従しえず、斯くして空燃比が最適な空燃
比に対してリッチ側又はリーン側にずれてしまう。この
ように空燃比がリッチ側又はリーン側にずれてしまうの
を阻止するためには要求負荷Ｌが変化したときに噴射量
Ｑ１を徐々に変化させる必要がある。

【００６８】しかしながらスロットル２０等の作動遅れ
時間はかなり長く、従ってこのときショックの発生を防
止するための噴射量の変化速度と同じ変化速度でもって
噴射量Ｑ１を変化させても噴射量の変化速度が速すぎる
ために空燃比がリッチ側又はリーン側にずれてしまう。
即ち、空燃比がリッチ側又はリーン側にずれるのを阻止
するためにはショックの発生を防止するための噴射量の
変化速度よりも遅い速度でもって噴射量Ｑ１を徐々に変
化せしめる必要がある。そこで図１６に示されるように
要求噴射量が変化したときの噴射量の変化速度は第１の
燃焼が行われているときの方が第２の燃焼が行われてい
るときに比べて遅くされる。

【００６９】ところで本発明による実施例では要求噴射
量が変化したときに噴射量Ｑ１，Ｑ２は一定時間毎に夫
々予め定められた増大量ΔＡ１，ΔＢ１ずつ増大せしめ
られ、噴射量Ｑ１，Ｑ２は一定時間毎に夫々予め定めら
れた減少量ΔＡ２，ΔＢ２ずつ減少せしめられる。増大
量ΔＡ１，ΔＢ１は図１７（Ａ）に示されるように要求
負荷Ｌの関数であり、これら増大量ΔＡ１，ΔＢ１は要
求負荷Ｌが高くなるほど増大する。ただし、同一要求負
荷Ｌにおいては第１の燃焼時の増大量ΔＡ１の方が第２
の燃焼時の増大量ΔＢ１よりも小さくされている。要求
負荷Ｌが変化せしめられたときには増大量として変化後
の要求負荷Ｌに応じた増大量ΔＡ１，ΔＢ１が用いられ
る。なお、要求負荷Ｌの変化量が大きくても或る時間に
噴射量が要求負荷に到達するように要求負荷Ｌが高くな
るほどΔＡ１，ΔＢ１は大きくされる。

【００７０】一方、減少量ΔＡ２，ΔＢ２は図１７
（Ｂ）に示されるように要求噴射量Ｑの関数であり、こ
れら減少量ΔＡ２，ΔＢ２は要求噴射量Ｑが多くなるほ
ど増大する。ただし、同一要求噴射量Ｑにおいては第１
の燃焼時の減少量ΔＡ２の方が第２の燃焼時の減少量Δ
Ｂ２よりも小さくされている。要求噴射量Ｑが変化せし
められたときには減少量として変化後の要求噴射量Ｑに
応じた減少量ΔＡ２，ΔＢ２が用いられる。

【００７１】次に図１８を参照しつつ運転制御について
説明する。なお、図１８に示すルーチンは一定時間毎の
割込みによって実行される。図１８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１０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ
１（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。

【００７２】即ち、ステップ１０３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１０４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１０５では図１９に示す噴射制御Ｉが行
われる。

【００７３】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１０８
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ１０８
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１０９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、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１１０では図２０に
示す噴射制御IIが行われる。

【００７４】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１０６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１０８
に進み、第２の燃焼が行われる。一方、ステップ１０６
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１０７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。

【００７５】次に図１９を参照しつつ図２０のステップ
１０５において行われる噴射制御Ｉ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２００におい
て図１２に示すマップから要求噴射量Ｑが算出される。
次いでステップ２０１では要求噴射量Ｑが前回の噴射量
Ｑ_old よりも一定値α以上大きいか否かが判別される。
Ｑ≦Ｑ_old ＋αのときにはステップ２０２に進んで要求
噴射量Ｑが前回の噴射量Ｑ_old よりも一定値α以上小さ
いか否かが判別される。Ｑ≧Ｑ_old −αのとき、即ち要
求噴射量Ｑが前回の噴射量Ｑ_old とさほど変化しないと
きにはステップ２０３に進んで要求噴射量Ｑが最終的な
噴射量Ｑ_f とされる。次いでステップ２０４ではＱ_f が
Ｑ_old とされ、次いでステップ２０５において燃料噴射
が行われる。

【００７６】一方、ステップ２０１においてＱ＞Ｑ_old
＋αであると判別されたときにはステップ２０６に進ん
で現在の要求負荷Ｌに基づき図１７（Ａ）から増大量Δ
Ａ１が算出される。次いでステップ２０７では前回の噴
射量Ｑ_old に増大量ΔＡ１を加算した量（Ｑ_old ＋ΔＡ
１）が最終的な噴射量Ｑ_f とされる。従って噴射量がΔ
Ａ１ずつ増大せしめられることがわかる。

【００７７】一方、ステップ２０２においてＱ＜Ｑ_old
−αであると判別されたときにはステップ２０８に進ん
で要求噴射量Ｑに基づき図１７（Ｂ）から減少量ΔＡ２
が算出される。次いでステップ２０９では前回の噴射量
Ｑ_old から減少量ΔＡ２を減算した量（Ｑ_old −ΔＡ
２）が最終的な噴射量Ｑ_f とされる。従って噴射量がΔ
Ａ２ずつ減少せしめられることがわかる。

【００７８】次に図２０を参照しつつ図２０のステップ
１１０において行われる噴射制御IIについて説明する。
図２０を参照すると、まず初めにステップ３００におい
て図１５に示すマップから要求噴射量Ｑが算出される。
次いでステップ３０１では要求噴射量Ｑが前回の噴射量
Ｑ_old よりも一定値α以上大きいか否かが判別される。
Ｑ≦Ｑ_old ＋αのときにはステップ３０２に進んで要求
噴射量Ｑが前回の噴射量Ｑ_old よりも一定値α以上小さ
いか否かが判別される。Ｑ≧Ｑ_old −αのとき、即ち要
求噴射量Ｑが前回の噴射量Ｑ_old とさほど変化しないと
きにはステップ３０３に進んで要求噴射量Ｑが最終的な
噴射量Ｑ_f とされる。次いでステップ３０４ではＱ_f が
Ｑ_old とされ、次いでステップ３０５において燃料噴射
が行われる。

【００７９】一方、ステップ３０１においてＱ＞Ｑ_old
＋αであると判別されたときにはステップ３０６に進ん
で現在の要求負荷Ｌに基づき図１７（Ａ）から増大量Δ
Ｂ１が算出される。次いでステップ３０７では前回の噴
射量Ｑ_old に増大量ΔＢ１を加算した量（Ｑ_old ＋ΔＢ
１）が最終的な噴射量Ｑ_f とされる。従って噴射量がΔ
Ｂ１ずつ増大せしめられることがわかる。

【００８０】一方、ステップ３０２においてＱ＜Ｑ_old
−αであると判別されたときにはステップ３０８に進ん
で要求噴射量Ｑに基づき図１７（Ｂ）から減少量ΔＢ２
が算出される。次いでステップ３０９では前回の噴射量
Ｑ_old から減少量ΔＢ２を減算した量（Ｑ_old −ΔＢ
２）が最終的な噴射量Ｑ_f とされる。従って噴射量がΔ
Ｂ２ずつ減少せしめられることがわかる。

【００８１】

【発明の効果】要求負荷が変化したときのショックの発
生を阻止しつつ良好な低温燃焼を確保することができ
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】スモークおよびＮＯ_x 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】噴射量のマップを示す図である。

【図１３】第２の燃焼における空燃比を示す図である。

【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】噴射量のマップを示す図である。

【図１６】噴射量の変化を示すタイムチャートである。

【図１７】噴射量の増大量および減少量を示す図であ
る。

【図１８】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【図１９】噴射制御Ｉを実行するためのフローチャート
である。

【図２０】噴射制御IIを実行するためのフローチャート
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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ｅ 41/04 ３８０ 41/04 ３８０Ｂ ３８０Ｃ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｄ (72)発明者 吉▲崎▼ 康二 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７−4287（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−86251（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−177651（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−287527（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−287528（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02M 25/07

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内燃機関に
   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、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、要求負荷又は要求噴射
   量が変化したときに噴射量が徐々に変化せしめられ、噴
   射量が同一噴射量だけ変化するときの噴射量の変化に要
   する時間を第１の燃焼が行われているときの方が第２の
   燃焼が行われているときに比べて長くするようにした内
   燃機関。
2. 【請求項２】 噴射量が変化するときの噴射量の変化速
   度を第１の燃焼が行われているときの方が第２の燃焼が
   行われているときに比べて遅くするようにした請求項１
   に記載の内燃機関。
3. 【請求項３】 要求負荷又は要求噴射量が変化したとき
   に噴射量が予め定められた時間毎に予め定められた量だ
   け順次変化せしめられ、噴射量が変化するときの該予め
   定められた量を第１の燃焼が行われているときの方が第
   ２の燃焼が行われているときに比べて小さくするように
   した請求項２に記載の内燃機関。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 上記第１の燃焼状態における排気ガス再
   循環率がほぼ５５パーセント以上である請求項４に記載
   の内燃機関。
6. 【請求項６】 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. 【請求項７】 該触媒が酸化触媒、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６に記載の内燃機
   関。
8. 【請求項８】 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。