JP3424574B2

JP3424574B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP3424574B2
Application number: JP32396498A
Authority: JP
Inventors: 静夫佐々木; 雅人後藤; 丈和伊藤; 康二吉▲崎▼; 宏樹村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2003-07-07
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: JP2000145505A

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】ところで新たな燃焼シ
ステムではアイドリング運転時にはスロットル弁が全閉
近くまで閉弁され、このとき要求負荷に応じた最適のＥ
ＧＲガス量が得られるようにＥＧＲ制御弁が全閉近くま
で閉弁せしめられる。しかしながらアイドリング運転中
に機関振動を抑制するには例えば回転数や吸気管負圧を
或る目標値となるように制御する必要がある。

【００１０】本発明の目的はアイドリング運転時におけ
る機関振動を確実に抑制することにある。

【００１１】

【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、煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも多い不活性ガス量を燃焼
室内に供給する燃焼を行っている間であって、機関のア
イドリング運転時には燃焼室内に供給される空気量をそ
の目標値とすべく制御した後に燃焼室内に供給される不
活性ガス量をその目標値とすべく制御するようにする。
即ちアイドリング運転時には順に吸入空気量が目標値と
され、不活性ガス量が目標値とされる。

【００１２】２番目の発明によれば１番目の発明におい
て燃焼室内に供給される不活性ガス量をその目標値とす
べく制御した後に燃焼室内に噴射される燃料の量をその
目標値とすべく制御するようにする。即ちアイドリング
運転時には順に吸入空気量、不活性ガス量、噴射燃料量
がそれぞれの目標値とされる。３番目の発明によれば２
番目の発明において燃焼室内に噴射される燃料の量をそ
の目標値とすべく制御した後に燃焼室内に燃料を噴射す
る時期をその目標値とすべく制御するようにする。即ち
アイドリング運転時には順に吸入空気量、不活性ガス
量、噴射燃料量、燃料噴射時期がそれぞれの目標値とさ
れる。

【００１３】４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。５番目の発明によれば４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。

【００１４】６番目の発明によれば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する。
７番目の発明によれば６番目の発明において、該触媒が
酸化触媒、三元触媒又はＮＯ_x吸収剤の少なくとも一つ
からなる。８番目の発明によれば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する。

【００１５】９番目の発明によれば８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。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明を４ストローク圧縮
着火式内燃機関に適用した場合を示している。図１を参
照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３は
シリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気
制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は
排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は
対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結
され、サージタンク１２は吸気ダクト１３およびインタ
ークーラ１４を介して過給機、例えば排気ターボチャー
ジャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コ
ンプレッサ１６の入口部は空気吸込管１７を介してエア
クリーナ１８に連結され、空気吸込管１７内にはステッ
プモータ１９により駆動されるスロットル弁２０が配置
される。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。

【００１７】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。

【００１８】一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３３を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３４に連結さ
れる。このコモンレール３４内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ３５から燃料が供給され、コモンレー
ル３４内に供給された燃料は各燃料供給管３３を介して
燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３４にはコモ
ンレール３４内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
３６が取付けられ、燃料圧センサ３６の出力信号に基づ
いてコモンレール３４内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ３５の吐出量が制御される。

【００１９】電子制御ユニット４０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。なお酸
化機能を有する触媒には酸化触媒、三元触媒、ＮＯ_x吸
収剤がある。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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
る酸化触媒により浄化される。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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。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１５．５，１
６，１７，１８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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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ＮＯ_x吸収剤２５が配
置されている。ＮＯ_x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ＮＯ_x吸収剤２５への流入排気
ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_x吸収剤２５は流入排
気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_x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ＮＯ_xを放出するＮＯ_xの吸放出作用を行う。

【００５７】このＮＯ_x吸収剤２５を機関排気通路内に
配置すればＮＯ_x吸収剤２５は実際にＮＯ_x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。

【００５８】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Ｏ^2-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
Ｏ^2-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
ＮＯ_xがＮＯ_x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ＮＯ_x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。

【００５９】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ＮＯ_x吸収剤
２５から放出されたＮＯ_x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ＮＯ_xが放出され、しかもこの放出されたＮＯ_xが還
元されるために大気中にＮＯ_xが排出されることはな
い。

【００６０】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ＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_x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ＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_x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ＮＯ_xを放出させるには若干長い時間を要する。

【００６１】上述したようにＮＯ_x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ＮＯ_x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ＮＯ_x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ＮＯ_x吸収剤２５に
より良好に酸化せしめられることになる。

【００６２】ところでＮＯ_x吸収剤２５のＮＯ_x吸収能
力には限界があり、ＮＯ_x吸収剤２５のＮＯ_x吸収能力
が飽和する前にＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放出させ
る必要がある。そのためにはＮＯ_x吸収剤２５に吸収さ
れているＮＯ_x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ＮＯ_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ＮＯ_x吸収
量Ａ，Ｂを積算することによってＮＯ_x吸収剤２５に吸
収されているＮＯ_x量ΣＮＯＸを推定するようにしてい
る。

【００６３】図１８はＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放
出すべきときにセットされるＮＯ_x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ＮＯ_x吸収量Ａが算出される。次いでステ
ップ１０２ではＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸにＡが加算され
る。次いでステップ１０３ではＮＯ_x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に時間だけＮＯ
_x放出フラグ１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。

【００６４】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
ＮＯ_x吸収量Ｂが算出される。次いでステップ１０７で
はＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸにＢが加算される。次いでステ
ップ１０８ではＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡ
Ｘ２を越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸ２
になるとステップ１０９に進んで予め定められた時間だ
けＮＯ_x放出フラグ２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。

【００６５】次に図１９を参照しつつ運転制御について
説明する。図１９を参照すると、まず初めにステップ２
００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉである
ことを示すフラグＩがセットされているか否かが判別さ
れる。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運
転状態が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ２０
１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ１（Ｎ）よりも大
きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ１（Ｎ）のとき
にはステップ２０３に進んで低温燃焼が行われる。

【００６６】即ち、ステップ２０３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２０４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２０５ではＮＯ_x放出フラグ１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１が
セットされていないときにはステップ２０６に進んで後
に詳述する噴射制御Ｉが行われる。

【００６７】一方、ステップ２０５においてＮＯ_x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２０８に進んで燃焼室５内における平均空燃比をリ
ッチにする噴射制御IIが行われる。このときＮＯ_x吸収
剤２５からＮＯ_xが放出される。一方、ステップ２０１
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２０２に進んでフラグＩがリセットされ、次いで
ステップ２１１に進んで第２の燃焼が行われる。

【００６８】即ち、ステップ２１１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２１１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２１３ではＮＯ_x放出フラグ２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２が
セットされていないときにはステップ２１４に進んで図
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。

【００６９】一方、ステップ２１３においてＮＯ_x放出
フラグ２がセットされていると判別されたときにはステ
ップ２１６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、ＮＯ_x吸収剤２５から
ＮＯ_x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。

【００７０】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２００からステップ２０９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２１１
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２０９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２１０に進んでフラグＩが
セットされる。次いでステップ２０３に進んで低温燃焼
が行われる。

【００７１】次に本発明の噴射制御Ｉを説明する。本発
明の噴射制御Ｉではまず現在、アイドリング運転中であ
るか否かを判別する。アイドリング運転中でないときに
はスロットル弁およびＥＧＲ弁をそれぞれステップ２０
３および２０４にて算出した開度にしつつ、図１０に示
された空燃比となるように燃料を噴射する。一方、アイ
ドリング運転中であるときにはこれとは異なる噴射制御
を行う。次にこのことについて詳しく説明する。

【００７２】アイドリング運転中では機関振動が起こり
易く、この振動を抑制するために回転数を或る目標回転
数とし、且つ吸気管負圧を或る目標負圧とし、且つ空燃
比を或る目標空燃比とし、且つ燃焼室５内の圧力変化を
或る目標圧力変化とする必要がある。ところがこれらパ
ラメータ間には密接な関係があり、或るパラメータを目
標値とすべく制御し、次に別のパラメータを目標値とす
べく制御すると、既に制御したパラメータの実際の値が
変化してしまい、再びこのパラメータを目標値とすべく
制御し直す必要が生じる。即ち各パラメータの実際の値
を目標値とするには或る決められた順序に従って各パラ
メータを制御する必要がある。

【００７３】そこで本発明ではアイドリング運転中であ
るときにはまず実際の回転数を目標の回転数とすべくス
ロットル弁２０の開度ＳＴを補正する。次に吸気管負圧
を目標吸気管負圧とすべくＥＧＲ弁３１の開度ＳＥを補
正する。ところが吸気管負圧を目標吸気管負圧とすると
実際の吸入空気量が変化し、結果として回転数が変化し
てしまう。しかしながらこの変化は例えば実際の回転数
を目標回転数とすべくＥＧＲ弁３１の開度ＳＥを補正
し、次に実際の吸気管負圧を目標吸気管負圧とすべくス
ロットル弁２０の開度ＳＴを補正する場合の変化より小
さい。即ち本発明の手順で回転数及び吸気管負圧を制御
するほうが早期にこれらパラメータを目標値とすること
ができる。

【００７４】このようにスロットル弁２０及びＥＧＲ弁
３１の開度が補正された後、空燃比を目標空燃比とすべ
く噴射燃料量が補正される。即ち吸入空気量に基づいて
空燃比を目標空燃比とするための噴射燃料量が補正され
る。なおこの段階で噴射燃料量が補正されても回転数及
び吸気管負圧には大きな影響はなくこれらパラメータを
目標値とすべくスロットル弁２０及びＥＧＲ弁３１を再
び制御し直す必要はない。

【００７５】このように噴射燃料量が補正された後、燃
焼室５内の圧力変化を目標圧力変化とすべく燃料噴射時
期が補正される。なおこの段階で燃料噴射時期が補正さ
れても回転数、吸気管負圧及び燃料噴射量に大きな影響
はなく、これらパラメータを目標値とすべく再び制御し
直す必要が生じたとしても極微少である。このように本
発明では或るパラメータを目標値とすべく機関構成要素
の作動を補正する場合、この補正の前に補正された機関
構成要素の作動を再度補正する必要があっても極微少で
あり、各目標値が発散し、制御上のハンチングを起こす
ことが極めて少ない。斯くして本発明によればアイドリ
ング運転中において機関振動を抑制するために制御を必
要とするパラメータを早期に目標値とすることができ
る。

【００７６】図２０は噴射制御Ｉを示すフローチャート
である。まずステップ３００において要求負荷Ｌが第３
の境界Ｚ（Ｎ）より小さいか否かが判別される。ここで
第３の境界Ｚ（Ｎ）は第２の境界Ｙ（Ｎ）より小さい。
ステップ３００においてＬ≧Ｚ（Ｎ）のときにはステッ
プ３０６に進んで噴射制御VIが行われる。即ち図１０に
示された空燃比とすべく図１２に示された量Ｑの燃料が
噴射される。一方、ステップ３００においてＬ＜Ｚ
（Ｎ）であるときにはステップ３０１に進んで実際の回
転数を目標回転数とすべくスロットル弁２０の開度ＳＴ
が補正される。次いでステップ３０２に進んで吸気管負
圧を目標吸気管負圧とすべくＥＧＲ弁３１の開度ＳＥを
補正する。なお本発明ではサージタング１２に吸気管負
圧を検出するための圧力センサ５３が配置される。圧力
センサ５３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。次いでステップ３０３
において吸入空気量に基づいて空燃比を目標空燃比とす
べく噴射燃料量Ｑが補正される。次いでステップ３０４
において燃焼室５内の圧力変化を目標圧力変化とすべく
燃料噴射時期θが補正される。なお本発明では燃焼室５
内に燃焼室５内の圧力を検出するための燃焼圧センサ５
４が配置される。燃焼圧センサ５４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。最後にステップ３０５において上記補正された制御
値に基づいて各機関構成要素の作動が制御される。

【００７７】

【発明の効果】吸入空気量をその目標値とすべく制御す
ることにより機関回転数がその目標値となり、次いで不
活性ガス量をその目標値とすべく制御することにより吸
気管負圧がその目標値となる。このように吸入空気量を
目標値とした後に不活性ガス量を目標値とした場合、実
際には吸入空気量がその目標値からずれるが、そのずれ
量は小さく、アイドリング運転時における機関振動を抑
制するために制御する必要がある機関回転数と吸気管負
圧とがほぼそれぞれの目標値とされるといえる。従って
アイドリング運転時における機関振動が確実に抑制され
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】ＮＯ_x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ＮＯ_x吸収量のマップを示す
図である。

【図１８】ＮＯ_x放出フラグを処理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。

【図２０】機関の噴射制御Ｉ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 ３０１ＧＦ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｇ５７０Ｊ (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８−177654（ＪＰ，Ａ) 特開平８−86251（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 - 41/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、煤の発生量がピークと
なる不活性ガス量よりも多い不活性ガス量を燃焼室内に
供給する燃焼を行っている間であって、機関のアイドリ
ング運転時には燃焼室内に供給される空気量をその目標
値とすべく制御した後に燃焼室内に供給される不活性ガ
ス量をその目標値とすべく制御するようにした内燃機
関。
【請求項２】燃焼室内に供給される不活性ガス量をそ
の目標値とすべく制御した後に燃焼室内に噴射される燃
料の量をその目標値とすべく制御するようにした請求項
１に記載の内燃機関。
【請求項３】燃焼室内に噴射される燃料の量をその目
標値とすべく制御した後に燃焼室内に燃料を噴射する時
期をその目標値とすべく制御するようにした請求項２に
記載の内燃機関。
【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。
【請求項５】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。
【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。
【請求項７】該触媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯ_x
吸収剤の少なくとも一つからなる請求項６に記載の内燃
機関。
【請求項８】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９】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８に記載の内燃機関。