JP3336976B2

JP3336976B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP3336976B2
Application number: JP29986898A
Authority: JP
Inventors: 雅人後藤; 静夫佐々木; 康二吉▲崎▼; 丈和伊藤; 宏樹村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2002-10-21
Anticipated expiration: 2018-10-21
Also published as: JP2000130226A

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
焼のもとでは良好な燃焼が得られる最適な空燃比が存在
し、従ってこの新たな燃焼のもとでは空燃比をこの良好
な燃焼が得られる最適な空燃比に維持する必要がある。
そこでこの新たな燃焼を行う際には空燃比が最適な空燃
比となるスロットル弁の目標開度を予め求めておき、ス
ロットル弁の開度がこの目標開度となるようにスロット
ル弁の開度が制御される。

【００１０】しかしながら気象条件の変化や経時変化に
よって、或いは過渡運転時にはスロットル弁の開度を予
め求められている目標開度に制御しても空燃比が目標空
燃比からずれることが多く、その結果スモークが発生し
たり、或いは燃焼不良を生じたりするという問題を発生
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに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、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を多くし、
空燃比を予め定められた目標空燃比とするのに必要なス
ロットル弁の目標開度を予め記憶している記憶手段と、
空燃比を検出するための検出手段と、空燃比が目標空燃
比になるようにスロットル弁の目標開度を補正する補正
手段とを具備している。

【００１２】２番目の発明では１番目の発明において、
検出手段が機関排気通路内に配置された空燃比センサか
らなる。３番目の発明では１番目の発明において、検出
手段が吸入空気量を検出するための流量計を具備し、吸
入空気量と燃料噴射量から空燃比が算出される。４番目
の発明では１番目の発明において、補正手段はスロット
ル弁の目標開度に対する補正量を算出し、検出手段によ
り検出された空燃比と目標空燃比との間にずれがある場
合にはこのずれが小さくなるように補正量が徐々に増大
又は減少せしめられる。

【００１３】５番目の発明では４番目の発明において、
上述のずれ量に基づいてスロットル弁の目標開度に対す
るスロットル弁開度の補正量の学習値を算出する学習値
算出手段を具備し、ずれ量が予め定められた量を越えた
ときにスロットル弁開度が目標開度に近づくように学習
値が更新される。６番目の発明では５番目の発明におい
て、機関の運転領域が複数の運転領域に分割されてお
り、各運転領域について夫々別個に学習値が算出され
る。

【００１４】７番目の発明では５番目の発明において、
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
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の燃焼とが選択的に行われる。８番目の発明では７番
目の発明において、第１の燃焼が行われるときの機関の
運転領域が複数の運転領域に分割されると共に、第２の
燃焼が行われるときの機関の運転領域が複数の運転領域
に分割されており、第１の燃焼が行われるときの各運転
領域について夫々別個に学習値が算出され、第２の燃焼
が行われるときの各運転領域について夫々別個に学習値
が算出される。

【００１５】９番目の発明では８番目の発明において、
第１の燃焼が行われているときの機関の運転領域の分割
の程度を第２の燃焼が行われているときの機関の運転領
域の分割の程度と比べて細かくしている。１０番目の発
明では７番目の発明において、第１の燃焼と第２の燃焼
の切換え時には切換え後予め定められた期間が経過する
まで学習値の更新作用が中止される。

【００１６】１１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
再循環させる排気ガス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。１２番目の発明では１１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。

【００１７】１３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。１４番目の発明では１３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。１５番目の発明では１番目の発明におい
て、煤の発生量がピークとなる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て
いる。

【００１８】１６番目の発明では１５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。

【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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。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（以下、
単に吸入空気量という）を検出するための流量計３７が
配置され、この流量計３７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。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３０および燃
料ポンプ３５に接続される。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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
BR>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。

【００４３】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。

【００４４】なお、この場合、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
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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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ＴＱは要求トルクを示して
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。

【００４９】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トルクＴＱ
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。次いで要求トル
クＴＱ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。

【００５０】このように第１の境界Ｘ（Ｎ）と第１の境
界Ｘ（Ｎ）よりも低トルク側の第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の高トルク側では比較的燃焼
温度が高く、このとき要求トルクＴＱ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、要求トルクＴＱ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。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。

【００５１】触媒２５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。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。

【００５２】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。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。

【００５３】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。図９は要求トルクＴＱに対するスロットル
弁２０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
れるように要求トルクＴＱ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、ＥＧＲ制御弁３１の開度は要求トルクＴＱ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。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の開度は要求トルクＴＱ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率は要求トルクＴＱが高くなるほど低くな
り、空燃比は要求トルクＴＱが高くなるほど小さくな
る。ただし、空燃比は要求トルクＴＱ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（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセ
ルペダル５０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を
示している。なお、図１０（Ａ）において各曲線は等ト
ルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトル
クが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝
ａ，ＴＱ＝ｂ，ＴＱ＝ｃ，ＴＱ＝ｄの順に次第に要求ト
ルクが高くなる。図１０（Ａ）に示される要求トルクＴ
Ｑは図１０（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル５０
の踏込み量Ｌと機関回転数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。本発明では図１０
（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル５０の踏込み量
Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初
めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射
量等が算出される。

【００５９】図１１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１１において、Ａ／Ｆ＝１
５．５，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Ａ／Ｆが１５．５，１
６，１７，１８であるときを示しており、各曲線間の目
標空燃比Ａ／Ｆは比例配分により定められる。図１１に
示されるように第１の運転領域Ｉでは目標空燃比Ａ／Ｆ
がリーンとなっており、更に第１の運転領域Ｉでは要求
トルクＴＱが低くなるほど目標空燃比Ａ／Ｆがリーンと
される。

【００６０】即ち、要求トルクＴＱが低くなるほど燃焼
による発熱量が少くなる。従って要求トルクＴＱ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１１に示されるように要求トルクＴＱ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
要求トルクＴＱが低くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大き
くされる。

【００６１】図１２（Ａ）第１の運転領域Ｉにおける噴
射量Ｑを示しており、図１２（Ｂ）は第１の運転領域Ｉ
における噴射開始時期θＳを示している。図１２（Ａ）
に示されるように第１の運転領域Ｉにおける噴射量Ｑは
要求トルクＴＱ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、図１２
（Ｂ）に示されるように第１の運転領域Ｉにおける噴射
開始時期θＳも要求トルクＴＱ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、空燃比を図１１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１３（Ａ）に示されるように要求トルクＴＱ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１１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
１３（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱ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。

【００６３】図１４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１４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
１５（Ａ）は第２の運転領域IIにおける噴射量Ｑを示し
ており、図１５（Ｂ）は第２の運転領域IIにおける噴射
開始時期θＳを示している。図１５（Ａ）に示されるよ
うに第２の運転領域IIにおける噴射量Ｑは要求トルクＴ
Ｑおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲ
ＯＭ４２内に記憶されており、図１５（Ｂ）に示される
ように第２の運転領域IIにおける噴射開始時期θＳも要
求トルクＴＱ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。

【００６４】また、空燃比を図１４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
６（Ａ）に示されるように要求トルクＴＱ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１４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１６
（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱ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。

【００６５】本発明による実施例では空燃比が目標空燃
比Ａ／Ｆになるようにスロットル弁２０の開度が制御さ
れる。即ち、第１の燃焼が行われているときには次式
（１）に基づいてスロットル弁２０の開度が算出され、
第２の燃焼が行われているときには次式（２）に基づい
てスロットル弁２０の開度が算出される。スロットル弁２０の開度＝目標開度ＳＴ＋補正値ΔＳＴ＋学習値ＫＧＩｉｊ …（１）スロットル弁２０の開度＝目標開度ＳＴ＋補正値ΔＳＴ＋学習値ＫＧIIｉｊ …（２）上式（１）における目標開度ＳＴは図１３（Ａ）に示す
マップから算出された開度であり、上式（２）における
目標開度ＳＴは図１６（Ａ）に示すマップから算出され
た開度である。また、上式（１），（２）において補正
値ΔＳＴはスロットル弁２０の目標開度ＳＴに対する補
正値である。本発明による第１実施例では空燃比センサ
２７により検出された実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_Rが第１
の燃焼が行われているときに図１１に示される目標空燃
比Ａ／Ｆよりも一定値α以上大きければ、又は第２の燃
焼が行われているときに図１４に示される目標空燃比Ａ
／Ｆよりも一定値α以上大きければ補正量ΔＳＴが一定
値、例えば１°だけ減少せしめられ、空燃比センサ２７
により検出された実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_Rが第１の燃
焼が行われているときに図１１に示される目標空燃比Ａ
／Ｆよりも一定値α以上小さければ、又は第２の燃焼が
行われているときに図１４に示される目標空燃比Ａ／Ｆ
よりも一定値α以上小さければ補正量ΔＳＴが一定値、
例えば１°だけ増大せしめられる。

【００６６】一方、第２実施例では流量計３７により検
出された吸入空気量と図１２（Ａ）又は図１５（Ａ）の
マップから算出された噴射量Ｑとに基づいて実際の空燃
比（Ａ／Ｆ）_Rが算出され、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R
が第１の燃焼が行われているときに図１１に示される目
標空燃比Ａ／Ｆよりも一定値α以上大きければ、又は第
２の燃焼が行われているときに図１４に示される目標空
燃比Ａ／Ｆよりも一定値α以上大きければ補正量ΔＳＴ
が一定値、例えば１°だけ減少せしめられ、実際の空燃
比（Ａ／Ｆ）_Rが第１の燃焼が行われているときに図１
１に示される目標空燃比Ａ／Ｆよりも一定値α以上小さ
ければ、又は第２の燃焼が行われているときに図１４に
示される目標空燃比Ａ／Ｆよりも一定値α以上小さけれ
ば補正量ΔＳＴが一定値、例えば１°だけ増大せしめら
れる。

【００６７】一方、上式（１）において学習値ＫＧＩｉ
ｊは第１の燃焼が行われているときに補正量ΔＳＴが一
定値、例えば３°よりも大きくなったときに一定値、例
えば０．２°だけ増大せしめられ、補正量ΔＳＴが一定
値、例えば−３°よりも小さくなったときに一定値、例
えば０．２°だけ減少せしめられる。一方、上式（２）
において学習値ＫＧIIｉｊは第２の燃焼が行われている
ときに補正量ΔＳＴが一定値、例えば３°よりも大きく
なったときに一定値、例えば０．２°だけ増大せしめら
れ、補正量ΔＳＴが一定値、例えば−３°よりも小さく
なったときに一定値、例えば０．２°だけ減少せしめら
れる。

【００６８】図１３（Ｃ）に示されるように第１の燃焼
が行われるときの機関の運転領域が破線で示す如く複数
の運転領域、図１３（Ｃ）に示す例では１５コの運転領
域に分割されており、各運転領域について夫々別個に学
習値ＫＧＩｉｊが定められている。また、図１６（Ｃ）
に示されるように第２の燃焼が行われるときの機関の運
転領域が破線で示す如く複数の運転領域、図１６（Ｃ）
に示す例では６コの運転領域に分割されており、各運転
領域について夫々別個に学習値ＫＧIIｉｊが定められて
いる。

【００６９】第１の燃焼時には第２の燃焼時に比べて空
燃比を精密に制御する必要があり、従って第１の燃焼時
における運転領域の分割の程度が第２の燃焼時における
運転領域の分割の程度よりも細かくされている。次に図
１７から図１９を参照しつつ運転制御について説明す
る。図１７から図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に進んで要求トルクＴＱ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。ＴＱ≦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。

【００７０】即ち、ステップ１０３では図１０（Ｂ）に
示すマップから要求トルクＴＱが算出される。次いでス
テップ１０４では図１３（Ａ）に示すマップからスロッ
トル弁２０の目標開度ＳＴが算出される。次いでステッ
プ１０５では図１３（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１０
６では図１２（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出さ
れる。次いでステップ１０７では図１２（Ｂ）に示すマ
ップから噴射開始時期θＳが算出される。

【００７１】次いでステップ１０８では第２の燃焼から
第１の燃焼に切換えられてから一定時間が経過したか否
かが判別される。一定時間経過していないときにはステ
ップ１１９にジャンプし、一定時間経過したときにはス
テップ１０９に進む。ステップ１０９では空燃比センサ
２７の出力信号に基づいて現在の実際の空燃比（Ａ／
Ｆ）_Rが算出される。

【００７２】次いでステップ１１０では実際の空燃比
（Ａ／Ｆ）_R が図１１に示す目標空燃比Ａ／Ｆよりも一
定値α以上大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）_R ＞
Ａ／Ｆ＋αのときにはステップ１１１に進んで補正値Δ
ＳＴから１°が減算され、次いでステップ１１４に進
む。これに対して（Ａ／Ｆ）_R ≦Ａ／Ｆ＋αのときには
ステップ１１２に進んで実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が目
標空燃比Ａ／Ｆよりも一定値α以上小さいか否かが判別
される。（Ａ／Ｆ）_R ＜Ａ／Ｆ−αのときにはステップ
１１３に進んで補正値ΔＳＴに１°が加算され、次いで
ステップ１１４に進む。ステップ１１４では現在図１３
（Ｃ）におけるいずれの運転領域ｉｊであるかが、即ち
いずれの学習領域ｉｊであるかが決定される。

【００７３】次いでステップ１１５では補正値ΔＳＴが
３°よりも大きくなったか否かが判別される。ΔＳＴ＞
３°のときにはステップ１１６に進んで現在の学習領域
ｉｊの学習値ＫＧＩｉｊに０．２°が加算される。次い
でステップ１１９に進む。これに対してΔＳＴ≦３°の
ときにはステップ１１７に進んで補正値ΔＳＴが−３°
よりも小さいか否かが判別される。ΔＳＴ＜−３°のと
きにはステップ１１８に進んで現在の学習領域ｉｊの学
習値ＫＧＩｉｊから０．２°が減算される。次いでステ
ップ１１９に進む。ステップ１１９では次式に基づいて
最終的なスロットル弁２０の開度ＳＴが算出される。

【００７４】ＳＴ＝ＳＴ＋ΔＳＴ＋ＫＧＩｉｊ一方、ステップ１０１においてＴＱ＞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１２２に進んで第２の
燃焼が行われる。即ち、ステップ１２２では図１０
（Ｂ）に示すマップから要求トルクＴＱが算出される。
次いでステップ１２３では図１６（Ａ）に示すマップか
らスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出される。次い
でステップ１２４では図１６（Ｂ）に示すマップからＥ
ＧＲ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１２５では図１５（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑ
が算出される。次いでステップ１２６では図１５（Ｂ）
に示すマップから噴射開始時期θＳが算出される。

【００７５】次いでステップ１２７では第１の燃焼から
第２の燃焼に切換えられてから一定時間が経過したか否
かが判別される。一定時間経過していないときにはステ
ップ１３８にジャンプし、一定時間経過したときにはス
テップ１２８に進む。ステップ１２８では空燃比センサ
２７の出力信号に基づいて現在の実際の空燃比（Ａ／
Ｆ）_Rが算出される。

【００７６】次いでステップ１２９では実際の空燃比
（Ａ／Ｆ）_R が図１４に示す目標空燃比Ａ／Ｆよりも一
定値α以上大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）_R ＞
Ａ／Ｆ＋αのときにはステップ１３０に進んで補正値Δ
ＳＴから１°が減算され、次いでステップ１３３に進
む。これに対して（Ａ／Ｆ）_R ≦Ａ／Ｆ＋αのときには
ステップ１３１に進んで実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が目
標空燃比Ａ／Ｆよりも一定値α以上小さいか否かが判別
される。（Ａ／Ｆ）_R ＜Ａ／Ｆ−αのときにはステップ
１３２に進んで補正値ΔＳＴに１°が加算され、次いで
ステップ１３３に進む。ステップ１３３では現在図１６
（Ｃ）におけるいずれの運転領域ｉｊであるかが、即ち
いずれの学習領域ｉｊであるかが決定される。

【００７７】次いでステップ１３４では補正値ΔＳＴが
３°よりも大きくなったか否かが判別される。ΔＳＴ＞
３°のときにはステップ１３５に進んで現在の学習領域
ｉｊの学習値ＫＧIIｉｊに０．２°が加算される。次い
でステップ１３８に進む。これに対してΔＳＴ≦３°の
ときにはステップ１３６に進んで補正値ΔＳＴが−３°
よりも小さいか否かが判別される。ΔＳＴ＜−３°のと
きにはステップ１３７に進んで現在の学習領域ｉｊの学
習値ＫＧIIｉｊから０．２°が減算される。次いでステ
ップ１３８に進む。ステップ１３８では次式に基づいて
最終的なスロットル弁２０の開度ＳＴが算出される。

【００７８】ＳＴ＝ＳＴ＋ΔＳＴ＋ＫＧIIｉｊ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１２０に進んで要求トルクＴＱ
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。ＴＱ≧Ｙ（Ｎ）のときにはステップ１２２に進
み、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１２０においてＴＱ＜Ｙ（Ｎ）になったと
判別されたときにはステップ１２１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。

【００７９】第２実施例においては図１８のステップ１
０９において流量計３７により検出された吸入空気量Ｇ
ａと図１２（Ａ）に示すマップから算出された噴射量Ｑ
に基づいて実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R（＝Ｇａ／Ｑ）が
算出され、図１９のステップ１２８において流量計３７
により検出された吸入空気量Ｇａと図１５（Ａ）に示す
マップから算出された噴射量Ｑに基づいて実際の空燃比
（Ａ／Ｆ）_R（＝Ｇａ／Ｑ）が算出される。その他のス
テップについては図１７から図１９に示される各ステッ
プと同じである。

【００８０】

【発明の効果】空燃比を正確に目標空燃比に一致させる
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】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】燃焼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】要求トルクを示す図である。

【図１１】第１の運転領域Ｉにおける目標空燃比を示す
図である。

【図１２】噴射量等のマップを示す図である。

【図１３】スロットル弁の目標開度等のマップを示す図
である。

【図１４】第２の燃焼における目標空燃比を示す図であ
る。

【図１５】噴射量等のマップを示す図である。

【図１６】スロットル弁の目標開度等のマップを示す図
である。

【図１７】機関の運転を制御するためのフローチャート
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】機関の運転を制御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２０…スロットル弁３１…ＥＧＲ制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｋ３０１ＮＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ５５０Ｒ５７０５７０Ｃ (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) 特開平８−254152（ＪＰ，Ａ) 特開平８−296469（ＪＰ，Ａ) 特開平８−303309（ＪＰ，Ａ) 特開平９−96606（ＪＰ，Ａ) 特開平８−270508（ＪＰ，Ａ) 特開平９−303179（ＪＰ，Ａ) 特開平９−287507（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02M 25/07

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、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を多くし、空燃比を
予め定められた目標空燃比とするのに必要なスロットル
弁の目標開度を予め記憶している記憶手段と、空燃比を
検出するための検出手段と、空燃比が目標空燃比になる
ようにスロットル弁の目標開度を補正する補正手段とを
具備した内燃機関。
【請求項２】上記検出手段が機関排気通路内に配置さ
れた空燃比センサからなる請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】上記検出手段が吸入空気量を検出するた
めの流量計を具備し、吸入空気量と燃料噴射量から空燃
比が算出される請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】上記補正手段はスロットル弁の目標開度
に対する補正量を算出し、検出手段により検出された空
燃比と目標空燃比との間にずれがある場合には該ずれが
小さくなるように該補正量が徐々に増大又は減少せしめ
られる請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】該ずれ量に基づいてスロットル弁の目標
開度に対するスロットル弁開度の補正量の学習値を算出
する学習値算出手段を具備し、該ずれ量が予め定められ
た量を越えたときにスロットル弁開度が目標開度に近づ
くように該学習値が更新される請求項４に記載の内燃機
関。
【請求項６】機関の運転領域が複数の運転領域に分割
されており、各運転領域について夫々別個に該学習値が
算出される請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】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の燃焼とが選択的に行われる請求項５
に記載の内燃機関。
【請求項８】第１の燃焼が行われるときの機関の運転
領域が複数の運転領域に分割されると共に、第２の燃焼
が行われるときの機関の運転領域が複数の運転領域に分
割されており、第１の燃焼が行われるときの各運転領域
について夫々別個に上記学習値が算出され、第２の燃焼
が行われるときの各運転領域について夫々別個に上記学
習値が算出される請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】第１の燃焼が行われているときの機関の
運転領域の分割の程度を第２の燃焼が行われているとき
の機関の運転領域の分割の程度と比べて細かくした請求
項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】第１の燃焼と第２の燃焼の切換え時に
は切換え後予め定められた期間が経過するまで学習値の
更新作用が中止される請求項７に記載の内燃機関。
【請求項１１】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排気ガス再循環装置を具備
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。
【請求項１２】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１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】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。
【請求項１４】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１３に記載の内
燃機関。
【請求項１５】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
段を具備した請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１６】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１５に記載の内燃機関。