JP3546829B2 - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

Description

【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】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_ｘ を吸収し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_ｘ を放出するＮＯ_ｘ 吸収剤を機関排気通路内に配置し、通常はリーン空燃比のもとで燃焼が行われると共にこのとき発生するＮＯ_ｘ がＮＯ_ｘ 吸収剤に吸収され、ＮＯ_ｘ 吸収剤に吸収されているＮＯ_ｘ 量が予め定められている許容量を越えたときに空燃比を一時的にリッチにしてＮＯ_ｘ 吸収剤からＮＯ_ｘ を放出させると共に還元するようにした圧縮着火式内燃機関が公知である。
【０００３】
しかしながら圧縮着火式内燃機関において空燃比をリッチにすると多量の煤が発生し、従って空燃比をリッチにすることによりＮＯ_ｘ 吸収剤からＮＯ_ｘ を放出させるのはかなり困難である。
一方、圧縮着火式内燃機関において再循環排気ガス（以下、ＥＧＲガスという）の再循環率（ＥＧＲガス量／（吸入空気量＋ＥＧＲガス量））、即ちＥＧＲ率を５５パーセント以上にすると燃焼温度が低下して、いわゆる低温燃焼が行われ、このときには空燃比をリッチにしても煤がほとんど発生しないことが知られている。従ってこのような低温燃焼が行われているときに空燃比をリッチにすれば煤を発生させることなくＮＯ_ｘ 吸収剤からＮＯ_ｘ を放出できることになる。
【０００４】
しかしながらこの低温燃焼は機関負荷が低いときのみ可能であって機関負荷が高くなると低温燃焼を行わせることができず、従って機関負荷が高いときには煤を発生させることなく空燃比をリッチにすることができない。
そこで機関の駆動力とは別個の駆動力を発生する電気モータを具備し、機関負荷が高いときに空燃比をリッチにすべきときには機関負荷を低下させて低温燃焼を行わせると共に、電気モータを作動させて機関負荷の低下による機関出力の低下分を電気モータの出力によって補うようにした圧縮着火式内燃機関が公知である（特開平１１−２５７０５４号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが電気モータは電気モータ駆動用バッテリに貯蔵されている電気エネルギの量が低下してくると良好に作動しなくなり、従ってバッテリに貯蔵されている電気エネルギの量が低下したときには電気モータの作動を停止することが必要となる。しかしながら上述の圧縮着火式内燃機関ではバッテリに貯蔵されている電気エネルギの量を何ら考慮していないので電気モータを作動させたときに電気モータが良好に作動しない場合があり、この場合には車両に対する駆動力が急激に落ち込んでしまうという問題を生ずる。
【０００６】
【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ＮＯ_x 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ＮＯ_x を放出するＮＯ_x 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車両駆動力を発生する電気モータと、電気モータ駆動用バッテリに貯蔵された電気エネルギの量が予め定められた設定量よりも大きいか否かを判断する判断手段とを具備し、ＮＯ_x 吸収剤からＳＯ_x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量よりも大きければ第２の燃焼を行うべきときであっても第１の燃焼を行って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と共に電気モータに駆動力を発生させ、ＮＯ _x 吸収剤からＳＯ _x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量以下であれば第２の燃焼を行うべきときには第２の燃焼を行いかつＮＯ _x 吸収剤の温度がＮＯ _x 吸収剤からＳＯ _x を放出しうる温度以上に維持されるように燃料噴射が制御される。
【０００７】
２番目の発明では１番目の発明において、ＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量よりも大きければ第２の燃焼を行うべきときであっても第１の燃焼を行って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と共に電気モータに駆動力を発生させ、ＮＯ _x 吸収剤からＮＯ _x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量以下であれば第２の燃焼を行うべきときには第２の燃焼を行いかつＮＯ _x 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な補助燃料が膨張行程末期又は排気行程中に噴射される。
３番目の発明では１番目の発明において、第２の燃焼を行うべきときに第１の燃焼を行うときには機関の出力トルクを第１の燃焼を行いうるほぼ最大の出力トルクに維持し、機関出力トルクの低下分を電気モータの出力トルクにより補うようにしている。
【０００８】
４番目の発明では１番目の発明において、ＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x 又はＳＯ_x を放出すべきときに第１の燃焼が行われている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。
５番目の発明では１番目の発明において、ＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x 又はＳＯ_x を放出すべきときに第１の燃焼が行われているときにはバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量よりも大きければ機関の出力トルクを低下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としかつ電気モータに駆動力を発生させて機関出力トルクの低下分を電気モータの出力トルクにより補うようにしている。
【０００９】
６番目の発明では１番目の発明において、ＮＯ_x 吸収剤の温度を検出するための検出手段を具備し、ＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x 又はＳＯ_x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量よりも大きければ機関の出力トルクを低下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としかつ電気モータに駆動力を発生させて機関出力トルクの低下分を電気モータの出力トルクにより補うようにし、ＮＯ_x 吸収剤の温度が予め定められた温度範囲内となるように機関出力トルクと電気モータの出力トルクとの比を制御するようにしている。
【００１０】
７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。
８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、上記不活性ガスが再循環排気ガスからなり、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。
【００１１】
９番目の発明では１番目の発明において、機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタとして、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられかつＮＯ_ｘ 吸収剤の機能を有するパティキュレートフィルタを用いている。
【００１２】
１０番目の発明では９番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持している。
１１番目の発明では１０番目の発明において、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤をパティキュレートフィルタ上に担持し、パティキュレートフィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を放出させ、放出された活性酸素によってパティキュレートフィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにしている。
【００１３】
【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の入口部は吸気ダクト１７およびエアフローメータ１８を介してエアクリーナ１９に連結され、吸気ダクト１７内にはステップモータ２０により駆動されるスロットル弁２１が配置される。
【００１４】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド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の出口部はパティキュレートフィルタ２４を内蔵したケーシング２５に連結される。ケーシング２５の出口部に連結された排気管２６とスロットル弁２１下流の吸気ダクト１７とはＥＧＲ通路２７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２７内にはステップモータ２８により駆動されるＥＧＲ制御弁２９が配置される。また、ＥＧＲ通路２７内にはＥＧＲ通路２７内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水がＥＧＲクーラ３０内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００１５】
一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３１を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３２に連結される。このコモンレール３２内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３３から燃料が供給され、コモンレール３２内に供給された燃料は各燃料供給管３１を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３２にはコモンレール３２内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３４が取付けられ、燃料圧センサ３４の出力信号に基づいてコモンレール３２内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３３の吐出量が制御される。
【００１６】
一方、図１に示される実施例では機関の出力軸に変速機３５が連結され、変速機３５の出力軸３６に電気モータ３７が連結される。この場合、変速機３５としては、トルクコンバータを具えた通常の自動変速機、各種の無段変速機、或いはクラッチを具えた手動変速機におけるクラッチ操作および変速操作を自動的に行うようにした形式の自動変速機又は手動変速機等を用いることができる。
【００１７】
また、変速機３５の出力軸３６に連結された電気モータ３７は機関の駆動力とは別個に駆動力を発生する駆動力発生装置を構成している。図１に示される実施例ではこの電気モータ３７は変速機３５の出力軸３６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３８と、回転磁界を形成する励磁コイルを巻設したステータ３９とを具備した交流同期電動機からなる。ステータ３９の励磁コイルはモータ駆動制御回路４０に接続される。このモータ駆動制御回路４０は直流高電圧を発生するバッテリ４１に接続され、モータ駆動回路４０とバッテリ４１間にはバッテリ電圧およびバッテリの充放電電流を検出するための検出器４２が配置される。
【００１８】
電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６を具備する。エアフローメータ１８、燃料圧センサ３４および検出器４２の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。排気管２６内には排気ガス温を検出するための温度センサ４３が配置され、この温度センサ４３の出力信号は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、入力ポート５５には変速機３５の変速比又は変速段、および出力軸３６の回転数等を表わす種々の信号が入力される。
【００１９】
一方、アクセルペダル４４にはアクセルペダル４４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４５が接続され、負荷センサ４５の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に入力ポート５５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４６が接続される。一方、出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介して燃料噴射弁６、ステップモータ２０、ＥＧＲ制御弁２８、燃料ポンプ３３、変速機３５、およびモータ駆動制御回路４０に接続される。
【００２０】
電気モータ３７のステータ３９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３８は変速機３７の出力軸３６と共に回転している。一方、電気モータ３７を駆動せしめるときにはバッテリ４１の直流高電圧がモータ駆動制御回路４０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３９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３８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は出力軸３６の回転数に基づいてＣＰＵ５４で算出される。モータ駆動制御回路４０ではこの周波数ｆｍが三相交流の周波数とされる。
【００２１】
一方、電気モータ３７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３７の要求出力トルクに基づきＣＰＵ５４において算出され、モータ駆動制御回路４０ではこの電流値Ｉｍが三相交流の電流値とされる。
また、外力により電気モータ３７を駆動する状態にすると電気モータ３７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４１に回生される。外力により電気モータ３７を駆動すべきか否かはＣＰＵ５４において判断され、外力により電気モータ３７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４０により電気モータ３７に発生した電力バッテリ４１に回生されるように制御される。
【００２２】
図３に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では機関の出力軸４７に電気モータ３７が連結され、電気モータ３７の出力軸に変速機３５が連結される。この実施では電気モータ３７のロータ３８は機関の出力軸４７上に取付けられており、従ってロータ３８は常時機関の出力軸４７と共に回転する。また、この実施例においても変速機３５としては、トルクコンバータを具えた通常の自動変速機、各種の無段変速機、或いはクラッチを具えた手動変速機におけるクラッチ操作および変速操作を自動的に行うようにした形式の自動変速機、又は手動変速機等を用いることができる。
【００２３】
図４の縦軸ＴＱは機関に対する要求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４４の同一踏込み量における要求トルクＴＱと機関回転数Ｎとの関係を示している。また、図４において実線Ａはアクセルペダル４４の踏込み量が零のとき、実線Ｂはアクセルペダル４４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４４の踏込み量が増大していく。本発明による実施例では図４に示す関係からアクセルペダル４４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。
【００２４】
さて、本発明における実施例では、機関負荷が比較的低いときには煤がほとんど発生しない低温燃焼を行わせるようにしており、従ってまず初めにこの煤がほとんど発生しない低温燃焼について説明する。
図５は機関低負荷運転時にスロットル弁２１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５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５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５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ＮＯ_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６（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６（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６（Ａ）と図６（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６（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図６（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【００２７】
図５および図６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１５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図５に示されるようにＮＯ_ｘ の発生量がかなり低下する。ＮＯ_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６からも言える。即ち、煤がほとんど発生していない図６（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５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燃料中に含まれる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５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５および図６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、即ち煤がほとんど発生せず、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。
【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、ＣＯ_２ 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７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７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９０℃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７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７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７の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５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７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８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８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、横軸は要求トルクを示している。
【００４０】
図８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８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８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８に示す実施例では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８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８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、斯くして煤がほとんど発生しなくなる。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ＮＯ_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８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ガス量は要求トルク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８において要求トルクがＬ_０ よりも大きい領域では要求トルク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トルクがＬ_０ 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トルクが高くなるにつれてＥＧＲ率が低下し、斯くして要求トルクが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および図３に示されるようにＥＧＲ通路２７を介して過給機の入口側、即ち排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６上流の吸気ダクト１７内にＥＧＲガスを再循環させると要求トルクがＬ_０ よりも大きい領域においてＥＧＲ率を５５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、吸気ダクト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、要求トルクがＬ_０ 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２９が全開せしめられ、スロットル弁２１が若干閉弁せしめられる。
前述したように図８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８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８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はほとんどない。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における燃焼方法のもとでは燃焼温度が低い温度に抑制されているので煤はほとんど生成されない。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ほとんど発生せず、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】
一方、この低温燃焼を行うと燃料およびその周囲のガス温は低くなるが排気ガス温は上昇する。このことについて図９（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明する。図９（Ａ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示しており、図９（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示している。また、図９（Ｂ）の実線は低温燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示しており、図９（Ｂ）の破線は通常の燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示している。
【００４８】
低温燃焼が行われているときには通常の燃焼が行われているときに比べてＥＧＲガス量が多く、従って図９（Ａ）に示されるように圧縮上死点前は、即ち圧縮工程中は実線で示す低温燃焼時における平均ガス温Ｔｇのほうが破線で示す通常の燃焼時における平均ガス温Ｔｇよりも高くなっている。なお、このとき図９（Ｂ）に示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは平均ガス温Ｔｇとほぼ同じ温度になっている。
【００４９】
次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始されるがこの場合、低温燃焼が行われているときには図９（Ｂ）の実線で示されるようにＥＧＲガスの吸熱作用により燃料およびその周囲のガス温Ｔｆはさほど高くならない。これに対して通常の燃焼が行われている場合には燃料周りに多量の酸素が存在するために図９（Ｂ）の破線で示されるように燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは極めて高くなる。このように通常の燃焼が行われた場合には燃料およびその周囲のガス温Ｔｆは低温燃焼が行われている場合に比べてかなり高くなるが大部分を占めるそれ以外のガスの温度は低温燃焼が行われている場合に比べて通常の燃焼が行われている場合の方が低くなっており、従って図９（Ａ）に示されるように圧縮上死点付近における燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇは低温燃焼が行われている場合の方が通常の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。その結果、図９（Ａ）に示されるように燃焼が完了した後の燃焼室５内の既燃ガス温は低温燃焼が行われた場合の方が通常の燃焼が行われた場合に比べて高くなり、斯くして低温燃焼を行うと排気ガス温が高くなる。
【００５０】
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。
【００５１】
図１０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１０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１０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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に図１１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１１は要求トルクＴＱに対するスロットル弁２１の開度、ＥＧＲ制御弁２９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１１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２１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２／３開度程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ制御弁２９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１１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。
【００５５】
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２１の開度およびＥＧＲ制御弁２９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は要求トルクＴＱ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。
【００５６】
なお、アイドリング運転時にはスロットル弁２１は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁２９も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁２１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２１が全閉近くまで閉弁せしめられる。
【００５７】
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２１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１１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７）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。
【００５８】
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１１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２１は一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁２９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が圧縮上死点付近とされている。
【００５９】
図１２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１２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１２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では要求トルクＴＱが低くなるほど空燃比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１２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】
第１の運転領域Ｉにおける噴射量Ｑは図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ＲＯＭ５２内に記憶されており、第１の運転領域Ｉにおける噴射開始時期θＳは図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ＲＯＭ５２内に記憶されている。
【００６２】
また、空燃比を機関の運転状態に応じた図１２に示す目標空燃比Ａ／ＦとしかつＥＧＲ率を機関の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率とするのに必要なスロットル弁２１の目標開度ＳＴが図１４（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ＲＯＭ５２内に記憶されており、空燃比を機関の運転状態に応じた図１２に示す目標空燃比Ａ／ＦとしかつＥＧＲ率を機関の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率とするのに必要なＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが図１４（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ＲＯＭ５２内に記憶されている。
【００６３】
図１５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１５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２４，３５，４５，６０を示している。
第２の燃焼が行われるときの噴射量Ｑは図１６（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ＲＯＭ５２内に記憶されており、第２の燃焼が行われるときの噴射開始時期θＳは図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ＲＯＭ５２内に記憶されている。
【００６４】
また、空燃比を機関の運転状態に応じた図１５に示す目標空燃比Ａ／ＦとしかつＥＧＲ率を機関の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率とするのに必要なスロットル弁２１の目標開度ＳＴが図１７（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ＲＯＭ５２内に記憶されており、空燃比を機関の運転状態に応じた図１５に示す目標空燃比Ａ／ＦとしかつＥＧＲ率を機関の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率とするのに必要なＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが図１７（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ＲＯＭ５２内に記憶されている。
【００６５】
次に図１および図３においてケーシング２５内に収容されているパティキュレートフィルタ２４の構造について図１８を参照しつつ説明する。なお、図１８において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２４の正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２４の側面断面図を示している。図１８（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２４はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０，６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図１８（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。
【００６６】
パティキュレートフィルタ２４は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図１８（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。
本発明による実施例では各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、即ち各隔壁６４の両側表面上および隔壁６４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒、および周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担持されている。
【００６７】
この場合、本発明による実施例では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、活性酸素放出剤としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類、および遷移金属から選ばれた少くとも一つが用いられている。
【００６８】
なお、この場合活性酸素放出剤としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。
次にパティキュレートフィルタ２４による排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫ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、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【００６９】
図１および図３に示されるような圧縮着火式内燃機関では空気過剰のもとで燃焼が行われ、従って排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。即ち、吸気通路、燃焼室５および排気通路内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると図１および図３に示されるような圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室５内ではＮＯが発生するので排気ガス中にはＮＯが含まれている。また、燃料中にはイオウＳが含まれており、このイオウＳは燃焼室５内で酸素と反応してＳＯ_２ となる。従って排気ガス中にはＳＯ_２ が含まれている。従って過剰酸素、ＮＯおよびＳＯ_２ を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ２４の排気ガス流入通路６０内に流入することになる。
【００７０】
図１９（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路６０の内周面および隔壁６４内の細孔内壁面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図１９（Ａ）および（Ｂ）において７０は白金Ｐｔの粒子を示しており、７１はカリウムＫを含んでいる活性酸素放出剤を示している。
上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ２４の排気ガス流入通路６０内に流入すると図１９（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ_２ がＯ_２ ⁻ 又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻ 又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２ となる（２ＮＯ＋Ｏ_２ →２ＮＯ_２ ）。次いで生成されたＮＯ_２ の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤７１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図１９（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻ の形で活性酸素放出剤７１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻ は硝酸カリウムＫＮＯ_３ を生成する。
【００７１】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ_２ も含まれており、このＳＯ_２ もＮＯと同様なメカニズムによって活性酸素放出剤７１内に吸収される。即ち、上述したように酸素Ｏ_２ がＯ_２ ⁻ 又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ_２ は白金Ｐｔの表面でＯ_２ ⁻ 又はＯ^２−と反応してＳＯ_３ となる。次いで生成されたＳＯ_３ の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ活性酸素放出剤７１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形で活性酸素放出剤７１内に拡散し、硫酸カリウムＫ_２ ＳＯ_４ を生成する。このようにして活性酸素放出触媒７１内には硝酸カリウムＫＮＯ_３ および硫酸カリウムＫ_２ ＳＯ_４ が生成される。
【００７２】
一方、燃焼室５内においては主にカーボンＣからなる微粒子、即ち煤が生成され、従って排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。ただし、前述したように低温燃焼が行われているときには排気ガス中の微粒子量は極めて少量となる。いずれにしても排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスがパティキュレートフィルタ２４の排気ガス流入通路６０内を流れているときに、或いは排気ガス流入通路６０から排気ガス流出通路６１に向かうときに図１９（Ｂ）において７２で示されるように担体層の表面、例えば活性酸素放出剤７１の表面上に接触し、付着する。
【００７３】
このように微粒子７２が活性酸素放出剤７１の表面上に付着すると微粒子７２と活性酸素放出剤７１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤７１内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤７１内の酸素が微粒子７２と活性酸素放出剤７１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放出剤７１内に形成されている硝酸カリウムＫＮＯ_３ がカリウムＫと酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子７２と活性酸素放出剤７１との接触面に向かい、ＮＯが活性酸素放出剤７１から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤７１内に吸収される。
【００７４】
一方、このとき活性酸素放出剤７１内に形成されている硫酸カリウムＫ_２ ＳＯ_４ もカリウムＫと酸素ＯとＳＯ_２ とに分解され、酸素Ｏが微粒子７２と活性酸素放出剤７１との接触面に向かい、ＳＯ_２ が活性酸素放出剤７１から外部に放出される。外部に放出されたＳＯ_２ は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤７１内に吸収される。
【００７５】
一方、微粒子７２と活性酸素放出剤７１との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ_３ や硫酸カリウムＫ_２ ＳＯ_４ のような化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。従って微粒子７２と活性酸素放出剤７１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。これら活性酸素Ｏが微粒子７２に接触すると微粒子７２は短時間のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子７２は完全に消滅する。従って微粒子７２はパティキュレートフィルタ２４上に堆積することがない。なお、このようにパティキュレートフィルタ２４上に付着した微粒子７２は活性酸素Ｏによって酸化せしめられるがこれら微粒子７２は排気ガス中の酸素によっても酸化せしめられる。
【００７６】
パティキュレートフィルタ２４上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるときにはパティキュレートフィルタ２４が赤熱し、火炎を伴って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せず、従ってこのような火炎を伴なう燃焼を持続させるためにはパティキュレートフィルタ２４の温度を高温に維持しなければならない。
【００７７】
これに対して本発明による実施例では微粒子７２は上述したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、このときパティキュレートフィルタ２４の表面が赤熱することもない。即ち、云い換えると本発明による実施例ではかなり低い温度でもって微粒子７２が酸化除去せしめられている。従って本発明の実施例における輝炎を発しない微粒子７２の酸化による微粒子除去作用は、火炎を伴う燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００７８】
ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤７１はパティキュレートフィルタ２４の温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤７１が放出しうる活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタ２４の温度が高くなるほど増大する。従ってパティキュレートフィルタ２４上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタ２４の温度が高くなるほど増大する。
【００７９】
図２１の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示している。なお、図２１において横軸はパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを示している。単位時間当りに燃焼室５から排出される微粒子の量を排出微粒子量Ｍと称するとこの排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、即ち図２１の領域Ｉでは燃焼室５から排出された全ての微粒子がパティキュレートフィルタ２４に接触するや否や短時間のうちにパティキュレートフィルタ２４上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【００８０】
これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図２１の領域ＩＩでは全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している。図２０（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合の微粒子の酸化の様子を示している。
即ち、全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している場合には図２０（Ａ）に示すように微粒子７２が活性酸素放出剤７１上に付着すると微粒子７２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留し、その結果図２０（Ｂ）に示されるように担体層の表面が残留微粒子部分７３によって覆われるようになる。
【００８１】
担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分７３は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くしてこの残留微粒子部分７３はそのまま残留しやすくなる。また、担体層の表面が残留微粒子部分７３によって覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ_２ の酸化作用および活性酸素放出剤７１による活性酸素の放出作用が抑制される。その結果、図２０（Ｃ）に示されるように残留微粒子部分７３の上に別の微粒子７４が次から次へと堆積する。即ち、微粒子が積層状に堆積することになる。このように微粒子が積層状に堆積するとこれら微粒子は白金Ｐｔや活性酸素放出剤７１から距離を隔てているためにたとえ酸化されやすい微粒子であってももはや活性酸素Ｏによって酸化されることがなく、従ってこの微粒子７４上に更に別の微粒子が次から次へと堆積する。即ち、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ２４上には微粒子が積層状に堆積し、斯くして排気ガス温を高温にするか、或いはパティキュレートフィルタ２４の温度を高温にしない限り、堆積した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。
【００８２】
このように図２１の領域Ｉでは微粒子はパティキュレートフィルタ２４上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図２１の領域ＩＩでは微粒子がパティキュレートフィルタ２４上に積層状に堆積する。従って微粒子がパティキュレートフィルタ２４上に積層状に堆積しないようにするためには排出微粒子量Ｍを常時酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くしておく必要がある。
【００８３】
図２１からわかるように本発明の実施例で用いられているパティキュレートフィルタ２４ではパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがかなり低くても微粒子を酸化させることが可能であり、従って図１および図３に示す圧縮着火式内燃機関において排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持することが可能である。従って本発明による実施例においては排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するようにしている。
【００８４】
このように排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも通常少なくなるように維持するとパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が全く堆積しなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ２４における排気ガス流の圧損は全くと言っていいほど変化することなくほぼ一定の最小圧損値に維持される。斯くして機関の出力低下を最小限に維持することができる。
【００８５】
また、微粒子の酸化による微粒子除去作用はかなり低温でもって行われる。従ってパティキュレートフィルタ２４の温度はさほど上昇せず、斯くしてパティキュレートフィルタ２４が劣化する危険性はほとんどない。また、パティキュレートフィルタ２４上に微粒子が全く堆積しないのでアッシュが凝集する危険性が少なく、従ってパティキュレートフィルタ２４が目詰まりする危険性が少なくなる。
【００８６】
ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウムＣａＳＯ_４ によって生ずる。即ち、燃料や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、従って排気ガス中にカルシウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ_３ が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ_４ を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ_４ は固体であって高温になっても熱分解しない。従って硫酸カルシウムＣａＳＯ_４ が生成され、この硫酸カルシウムＣａＳＯ_４ によってパティキュレートフィルタ２４の細孔が閉塞されると目詰まりを生ずることになる。
【００８７】
しかしながらこの場合、活性酸素放出剤７１としてカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウムＫを用いると活性酸素放出剤７１内に拡散するＳＯ_３ はカリウムＫと結合して硫酸カリウムＫ_２ ＳＯ_４ を形成し、カルシウムＣａはＳＯ_３ と結合することなくパティキュレートフィルタ２４の隔壁６４を通過して排気ガス流出通路６１内に流出する。従ってパティキュレートフィルタ２４の細孔が目詰まりすることがなくなる。従って前述したように活性酸素放出剤７１としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましいことになる。
【００８８】
さて、本発明による実施例では基本的に全ての運転状態において排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるように維持することを意図している。しかしながら実際には全ての運転状態において排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くすることはほとんど不可能である。例えば機関始動時には通常パティキュレートフィルタ２４の温度は低く、従ってこのときには通常排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなる。従って本発明による実施例では機関始動直後のような特別の場合を除いて通常継続的に排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるようにしている。
【００８９】
なお、機関始動直後におけるように排出微粒子量Ｍの方が酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多くなるとパティキュレートフィルタ２４上に酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめる。しかしながらこのように酸化されなかった微粒子部分が残留しはじめているときに、即ち微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少くなるとこの残留微粒子部分は活性酸素Ｏによって輝炎を発することなく酸化除去される。従って本発明による実施例では機関始動直後のような特別の運転状態のときには、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇより少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ２４上に積層しないように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが維持される。
【００９０】
また、このように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを維持するようにしていたとしても何らかの理由によりパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が積層状に堆積する場合がある。このような場合であっても排気ガスの一部又は全体の空燃比が一時的にリッチにされるとパティキュレートフィルタ２４上に堆積した微粒子は輝炎を発することなく酸化せしめられる。即ち、排気ガスの空燃比がリッチにされると、即ち排気ガス中の酸素濃度が低下せしめられると活性酸素放出剤７１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出され、これら一気に放出された活性酸素Ｏによって堆積した微粒子が輝炎を発することなく一気に短時間で酸化除去せしめられる。
【００９１】
さて、前述したように本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ２４の各隔壁６４の両側面上および隔壁６４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒および活性酸素放出剤が担持されている。更に本発明による実施例ではこの担体上に貴金属触媒、およびパティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_ｘ を吸収しパティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_ｘ を放出するＮＯ_ｘ 吸収剤が担持されている。
【００９２】
本発明による実施例ではこの貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_ｘ 吸収剤としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒ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が用いられている。なお、前述した活性酸素放出剤を構成する金属と比較すればわかるようにＮＯ_ｘ 吸収剤を構成する金属と、活性酸素放出剤を構成する金属とは大部分が一致している。
【００９３】
この場合、ＮＯ_ｘ 吸収剤および活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることもできるし、同一の金属を用いることもできる。ＮＯ_ｘ 吸収剤および活性酸素放出剤として同一の金属を用いた場合にはＮＯ_ｘ 吸収剤としての機能と活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになる。
次に貴金属触媒として白金Ｐｔを用い、ＮＯ_ｘ 吸収剤としてカリウムＫを用いた場合を例にとってＮＯ_ｘ の吸放出作用について説明する。
【００９４】
まず初めにＮＯ_ｘ の吸収作用について検討するとＮＯ_ｘ は図１９（Ａ）に示すメカニズムと同じメカニズムでもってＮＯ_ｘ 吸収剤に吸収される。ただし、この場合図１９（Ａ）において符号７１はＮＯ_ｘ 吸収剤を示す。
即ち、パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ２４の排気ガス流入通路６０内に流入すると図１９（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ_２ がＯ_２ ⁻ 又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻ 又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２ となる（２ＮＯ＋Ｏ_２ →２ＮＯ_２ ）。次いで生成されたＮＯ_２ の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯ_ｘ 吸収剤７１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図１９（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻ の形でＮＯ_ｘ 吸収剤７１内に拡散し、一部の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻ は硝酸カリウムＫＮＯ_３ を生成する。このようにしてＮＯがＮＯ_ｘ 吸収剤７１内に吸収される。
【００９５】
一方、パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスがリッチになると硝酸イオンＮＯ_３ ⁻ は酸素とＯとＮＯに分解され、次から次へとＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯが放出される。従ってパティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると短時間のうちにＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯが放出され、しかもこの放出されたＮＯが還元されるために大気中にＮＯが排出されることはない。
【００９６】
なお、この場合、パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯが放出される。しかしながらこの場合にはＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯが徐々にしか放出されないためにＮＯ_ｘ 吸収剤７１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。
ところで前述したようにＮＯ_ｘ 吸収剤および活性酸素放出剤として夫々異なる金属を用いることができる。しかしながら本発明による実施例ではＮＯ_ｘ 吸収剤および活性酸素放出剤として同一の金属を用いている。この場合には前述したようにＮＯ_ｘ 吸収剤としての機能と活性酸素放出剤としての機能との双方の機能を同時に果すことになり、このように双方の機能を同時に果すものを以下、活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤と称する。従って本発明による実施例では図１９（Ａ）における符号７１は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤を示している。
【００９７】
このような活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１を用いた場合、パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯは活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１に吸収され、排気ガス中に含まれる微粒子が活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１に付着するとこの微粒子は排気ガス中に含まれる活性酸素および活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１から放出される活性酸素によって短時間のうちに酸化除去せしめられる。従ってこのとき排気ガス中の微粒子およびＮＯ_ｘ の双方が大気中に排出されるのを阻止することができることになる。
【００９８】
一方、パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯが放出される。このＮＯは未燃ＨＣ，ＣＯにより還元され、斯くしてこのときにもＮＯが大気中に排出されることがない。また、このときパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積していた場合にはこの微粒子は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１から放出される活性酸素によって酸化除去せしめられる。
【００９９】
ところで図２１を参照しつつ既に説明したように活性酸素放出剤７１からの活性酸素の放出作用はパティキュレートフィルタ２４の温度がかなり低いときから開始される。これは活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１を用いたときでも同じである。これに対してＮＯ_ｘ 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１へのＮＯ_ｘ の吸収作用はパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが活性酸素の放出開始温度よりも高くならないと開始されない。これは、活性酸素の放出は例えば硝酸カリウムＫＮＯ_３ から酸素を奪えれば生ずるのに対してＮＯ_ｘ の吸収作用は白金Ｐｔが活性化しないと開始されないからであると考えられる。
【０１００】
図２２はＮＯ_ｘ 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１としてカリウムＫを用いた場合の酸化除去可能微粒子量ＧとＮＯ_ｘ 吸収率とを示している。図２２から活性酸素の放出作用はパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが２００℃以下から開始されるのに対してＮＯ_ｘ の吸収作用はパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが２００℃以上にならないと開始されないことがわかる。
【０１０１】
一方、活性酸素の放出作用はパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが高くなれば高くなるほど活発になる。これに対してＮＯ_ｘ の吸収作用はパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが高くなると消失する。即ち、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが一定温度、図２２に示す例ではほぼ５００℃を越えると硝酸イオンＮＯ_３ ⁻ 又は硝酸カリウムＫＮＯ_３ が熱分解し、活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯが放出される。このような状態になるとＮＯ_ｘ の吸収量よりもＮＯの放出量が多くなり、斯くして図２２に示されるようにＮＯ_ｘ 吸収率が低下する。
【０１０２】
図２２はＮＯ_ｘ 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１としてカリウムＫを用いた場合のＮＯ_ｘ 吸収率を示している。この場合、用いる金属によってＮＯ_ｘ 吸収率の高くなるパティキュレートフィルタ２４の温度範囲は異なる。例えばＮＯ_ｘ 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１としてバリウムＢａを用いた場合にはＮＯ_ｘ 吸収率の高くなるパティキュレートフィルタ２４の温度範囲は図２２に示されるカリウムＫを用いた場合よりも狭くなる。
【０１０３】
ところで前述したように排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ２４上において堆積することなく酸化除去せしめるためには排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくする必要がある。しかしながら単に排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇより少くしただけではＮＯ_ｘ 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１によるＮＯ_ｘ 吸収作用は行われず、ＮＯ_ｘ 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１によるＮＯ_ｘ の吸収作用を確保するにはパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦをＮＯ_ｘ の吸収作用が行われる温度範囲内に維持する必要がある。この場合、ＮＯ_ｘ 吸収作用が行われるパティキュレートフィルタ２４の温度範囲はＮＯ_ｘ 吸収率が一定値以上、例えば５０パーセント以上となる温度範囲とする必要があり、従ってＮＯ_ｘ 吸収剤又は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１としてカリウムＫを用いた場合には図２２からわかるようにパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦをほぼ２５０℃から５００℃の間に維持する必要がある。
【０１０４】
従って、本発明による実施例では排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ２４上において堆積することなく酸化除去せしめ、かつ排気ガス中のＮＯ_ｘ を吸収するために、通常は継続的に排出微粒子量Ｍを酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるように維持しかつパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦをパティキュレートフィルタ２４のＮＯ_ｘ 吸収率が一定値以上となる温度範囲内に維持するようにしている。即ち、排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを図２２のハッチングで示す微粒子ＮＯ_ｘ 同時処理領域内に維持するようにしている。
【０１０５】
なお、このように排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度を微粒子ＮＯ_ｘ 同時処理領域内に維持するようにしておいても排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度が微粒子ＮＯ_ｘ 同時処理領域外にずれてしまう場合がある。このような場合、本発明による実施例では排出微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２４の温度が微粒子ＮＯ_ｘ 同時処理領域内となるように排出微粒子量Ｍ又はパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦの少くとも一つが制御される。
【０１０６】
ところで前述したように機関の運転状態が図１０に示される第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。しかしながら上述したようにパティキュレートフィルタ２４上には酸化機能を有する白金Ｐｔのような貴金属が担持されており、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パティキュレートフィルタ２４上において良好に酸化せしめられることになる。また、このとき発生する極めて少量の煤もパティキュレートフィルタ２４上において酸化除去せしめられる。
【０１０７】
一方、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１又は活性酸素放出・ＮＯ_ｘ 吸収剤７１（以下これらを総称して単にＮＯ_ｘ 吸収剤７１と称する）のＮＯ_ｘ 吸収能力には限度があり、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１のＮＯ_ｘ 吸収能力が飽和する前にＮＯ_ｘ 吸収剤７１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７１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を要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図２３（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を要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図２３（Ｂ）に示すようなマップの形で予め定めておき、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７１に吸収されているＮＯ_ｘ 量ΣＮＯＸを推定するようにしている。
【０１０８】
本発明による実施例ではこのＮＯ_ｘ 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ＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ を放出させるようにしている。
即ち、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にＮＯ_ｘ 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸを越えたときには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７１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、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ を放出することができることになる。
【０１０９】
これに対し、第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸを越え、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。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ＮＯ_ｘ 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ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ＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ を放出できることになる。
【０１１０】
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大巾に減少させなければならず、燃料噴射量を大巾に減少させ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電気モータ３７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３７により発生させるようにしている。
【０１１１】
ところが電気モータ３７が良好に作動するのはバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギが一定量以上のときであり、バッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量が一定量以下になると電気モータ３７を良好に作動させることが困難である。従って機関の出力トルクの低下分を電気モータ３７の出力トルクによって補いうるのは電気モータ３７を作動させてもバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量が一定値以下に低下するまで十分な余裕があるとき、即ち、電気エネルギの量が一定値以下に低下するまで十分に余裕のある予め定められた設定値よりも大きいときである。
【０１１２】
従って本発明による実施例では第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸを越えたときにはバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量が予め定められた設定値よりも大きければ第２の燃焼から第１の燃焼に切換え、機関出力トルクの低下分を電気モータ３７の出力トルクによって補うようにしている。
【０１１３】
一方、本発明による実施例では第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸを越え、このときにバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量が予め定められた設定値よりも小さい場合には第２の燃焼から第１の燃焼に切換えることなく、第２の燃焼のまま維持すると共に電気モータ３７を作動させず、排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるように膨張行程の後半又は排気行程中に燃料噴射弁６から追加の燃料を噴射するようにしている。
【０１１４】
次に、バッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量について説明する。
図２４（Ａ）はバッテリ４１としてニッケル水素蓄電池を用いた場合のバッテリ４１に貯蔵されている電力、即ち電気エネルギの量Ｂ（Ｗ）とバッテリ電圧Ｖとの関係している。なお、図２４（Ａ）においてＢｍａｘは最大貯蔵電気エネルギ量を示しており、Ｂｄは電気モータ３７を作動させるか否かの判断基準となる設定値を示している。
【０１１５】
バッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂは図２４に示す算出ルーチンにより算出される。即ち、放電電流Ｉを正とし、充電電流Ｉを負とし、バッテリ４１の電圧をＶとすると充放電作用によって増減する貯蔵電気エネルギ量はＶ・Ｉで表されるので貯蔵電気エネルギ量Ｂは図２４（Ｂ）に示されるように次式に基づいて算出できることになる。
【０１１６】
Ｂ←Ｂ−Ｖ・Ｉ
ここでＶおよびＩは検出器４２により検出される。
図２５（Ａ）は、第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸを越え、このときバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが予め定められた設定値Ｂｄよりも大きい場合の機関の出力トルクと電気モータ３７の制御の一例を示している。なお、図２５の実線は図４と同様にアクセルペダル４４の同一踏込み量を示しており、図２５の鎖線は図１０に示す境界Ｘ（Ｎ）を示している。
【０１１７】
即ち、図２５（Ａ）に示す例では機関の要求トルクがＴＱｔから低温燃焼の可能なＴＱｅまで低下せしめられ、機関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モータ３７の出力トルクにより補われる。
ところで排気ガス中にはＳＯ_ｘ が含まれており、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１にはＮＯ_ｘ ばかりでなくＳＯ_ｘ も吸収される。このＮＯ_ｘ 吸収剤７１へのＳＯ_ｘ の吸収メカニズムはＮＯ_ｘ の吸収メカニズムと同じであると考えられる。
【０１１８】
即ち、ＮＯ_ｘ の吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ_２ がＯ_２ ⁻ 又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ_２ は白金Ｐｔの表面でＯ_２ ⁻ 又はＯ^２−と反応してＳＯ_３ となる。次いで生成されたＳＯ_３ の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつＮＯ_ｘ 吸収剤内に吸収され、カリウムＫと結合しながら、硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形でＮＯ_ｘ 吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩Ｋ_２ ＳＯ_４ を生成する。
【０１１９】
しかしながらこの硫酸塩Ｋ_２ ＳＯ_４ は安定していて分解しづらく、前述したようにＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ を放出すべく排気ガスの空燃比をリッチにしても硫酸塩Ｋ_２ ＳＯ_４ は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯ_ｘ 吸収剤７１内には時間が経過するにつれて硫酸塩Ｋ_２ ＳＯ_４ が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_ｘ 吸収剤７１が吸収しうるＮＯ_ｘ 量が低下することになる。
【０１２０】
ところがこの硫酸塩Ｋ_２ ＳＯ_４ はＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度がＮＯ_ｘ 吸収剤７１により定まる一定温度、例えばほぼ６００℃を越えると分解し、このときＮＯ_ｘ 吸収剤７１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ が放出される。ただし、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出させるにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ を放出させる場合に比べてかなり長い時間を要する。一例を挙げると排気ガスの空燃比を一秒以下の短時間だけリッチにすればＮＯ_ｘ 吸収剤７１から全ＮＯ_ｘ を放出しうるのに対して、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１から全ＳＯ_ｘ を放出するためには数分間程度、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度をほぼ６００℃以上に維持しかつ排気ガスの空燃比をリッチに維持する必要がある。即ち、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１から全ＳＯ_ｘ を放出させるには長時間に亘ってＮＯ_ｘ 吸収剤２５を高温に維持する必要がある。
【０１２１】
ところで前述したように第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われているときには排気ガス温が高くなり、斯くしてＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度も高くなる。また、このとき燃焼室５から排出された多量の未燃炭化水素はＮＯ_ｘ 吸収剤７１において酸化せしめられ、この酸化反応熱によってＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度は更に高くなる。その結果、低温燃焼が行われているときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７２の温度は６００℃以上となる。この場合、空燃比をリッチにすればＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度は更に高くなる。従って第１の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出すべきときには燃料噴射量を増量することによって燃焼室５内における空燃比がリッチとされる。
【０１２２】
一方、前述したように第２の燃焼が行われているときに燃料噴射量を増量することによって燃焼室５内における空燃比をリッチにすることは好ましくない。そこで本発明による実施例では第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出すべきときにはバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが予め定められた設定値Ｂｄよりも大きければ第２の燃焼から第１の燃焼に切換えると共に燃焼室５内における空燃比をリッチにし、同時に機関出力トルクの低下分を電気モータ３７の出力トルクによって補うようにしている。
【０１２３】
図２５（Ｂ）はこの場合の機関の出力トルクと電気モータ３７の出力トルクの制御の第１実施例を示している。この第１実施例では図２５（Ｂ）において破線で示されるように第１の燃焼を行いうる範囲内でほぼ最大となる機関出力トルクＴＱｅ（Ｎ）が機関回転数Ｎの関数として予め定められており、ＳＯ_ｘ を放出すべきときには機関の要求トルクがＴＱｔからＴＱｅ（Ｎ）まで低下せしめられると共に機関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モータ３７の出力トルクにより補われる。
【０１２４】
従ってこの第１実施例ではバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも大きいときには要求トルクＴＱが境界Ｘ（Ｎ）を越えても、即ち第２の燃焼を行うべきときでも第１の燃焼が行われることになる。
これに対し、バッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも小さいときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出すべきときであっても要求トルクＴＱが境界Ｘ（Ｎ）を越えると第１の燃焼から第２の燃焼へ切換えられ、また第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出すべきとなった場合でも第２の燃焼が続行される。この第２の燃焼では空燃比がリーンとされるのでＮＯ_ｘ 吸収剤７１からのＳＯ_ｘ の放出作用は行われない。
【０１２５】
ところで前述したように第２の燃焼が行われると排気ガス温が低くなる。従って第１の燃焼から第２の燃焼に切換えられるとＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度は６００℃よりもかなり低い温度まで低下する。これに対し、第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられるとＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度は徐々に増大して６００℃以上になるがＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度が６００℃以上になるまで時間を要する。従って第１の燃焼と第２の燃焼とが頻繁に切換えられるとＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度はほとんど６００℃以上にならなくなる。
【０１２６】
実際の運転状態では第１の燃焼と第２の燃焼とが頻繁に切換えられることが多く、従ってこのように第１の燃焼と第２の燃焼とが頻繁に切換えられる運転状態のときでも第１の燃焼時にＳＯ_ｘ を放出しうるようＮＯ_ｘ 吸収剤７１を高温に維持できるようにする必要がある。そのためには第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を６００℃以上に維持しなければならない。
【０１２７】
また、第２の燃焼が行われているときに、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１が吸収しうるＮＯ_ｘ 量が低下したときには第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときにただちにＳＯ_ｘ を放出させる必要がある。このようにＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出すべきときには第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を６００°以上に維持する必要があり、第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収剤７１が吸収しうるＮＯ_ｘ 量が低下したときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を６００℃以上まで上昇させることが好ましい。
【０１２８】
そこで本発明による実施例ではＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出すべきときにバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも小さいときには第２の燃焼を行うべきときには第２の燃焼を行い、このときＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度ＴＦが６００℃以上となるように制御される。
次に、第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を６００℃以上に維持する方法およびＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を６００°以上まで上昇させる方法について説明する。
【０１２９】
本発明による実施例では第２の燃焼が行われているときにＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を６００℃以上に維持し、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を６００℃以上まで上昇させるために、補助燃料を噴射することなく主燃料の噴射時間を遅らせる第１の噴射パターンと、主燃料の噴射前に補助燃料を噴射しかつ主燃料の噴射時期を遅らせる第２の噴射パターンと、主燃料の噴射後に補助燃料を噴射しかつ主燃料の噴射時期を遅らせる第３の噴射パターンからなる３つの噴射パターンのいずれかが用いられる。
【０１３０】
即ち、図２６は主燃料の噴射時期および補助燃料の噴射時期を示しており、横軸はクランク角を表している。また、図２６には吸気弁７の開弁期間および排気弁９の開弁期間も示されている。
図２６において（Ｉ）は通常の第２の燃焼が行われているときの噴射時期を示している。図２６からわかるようにこのときには補助燃料が噴射されることなく主燃料Ｑのみが噴射され、このときの主燃料の噴射時期は圧縮上死点前又は圧縮上死点付近に定められている。
【０１３１】
一方、（ＩＩ）は第１の噴射パターンを示している。前述したように第１の噴射パターンでは補助燃料を噴射することなく主燃料Ｑ_Ｒ のみが噴射され、更にこのとき主燃料Ｑ_Ｒ の噴射時期は通常の第２の燃焼が行われているときに比べて遅角される。このように主燃料Ｑ_Ｒ の噴射時期が遅角せしめられると燃焼期間が長びくために排気ガス温が上昇する。排気ガス温が上昇するとＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度が上昇せしめられる。
【０１３２】
図２６の（ＩＩＩ ）は第２の噴射パターンを示している。この第２の噴射パターンでは吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_Ｖ が噴射され、図２６の（ＩＩ）に示される第１の噴射パターンの場合に比べて主燃料Ｑ_Ｒ の噴射時期が更に遅角される。吸気上死点付近において補助燃料Ｑ_Ｖ を噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑ_Ｖ からアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑ_Ｒ の反応が加速される。従ってこの場合には主燃料Ｑ_Ｒ の噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。一方、このように主燃料Ｑ_Ｒ の噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を更に高温まで上昇させることができる。
【０１３３】
図２６の（ＩＶ）は第３の噴射パターンを示している。この第３の噴射パターンでは図２６の（ＩＩ）に示される第１の噴射パターンと同じ時期に主燃料Ｑ_Ｒ が噴射され、主燃料Ｑ_Ｒ の噴射後の膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑ_Ｐ が噴射される。図２６に示す例では排気弁９が開弁する直前の膨張行程中に補助燃料Ｑ_Ｐ が噴射される。
【０１３４】
この補助燃料Ｑ_Ｐ は燃焼室５内において燃焼せしめられず、従って補助燃料Ｑ_Ｐ が噴射されるとこの補助燃料Ｑ_Ｐ は未燃ＨＣの形で排気ポート１０内に排出される。従って補助燃料Ｑ_Ｐ が噴射されると排気ガス中の未燃ＨＣの量が増大せしめられ、斯くして未燃ＨＣの酸化反応熱によってＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度は急速に上昇せしめられる。排気ガス温を上昇させることによってＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を上昇させる場合よりも排気ガス中の未燃ＨＣの量を増大させて酸化反応熱によりＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度を上昇させる場合の方がＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度をはるかに急速に高温まで上昇させることができるので、図２６の（ＩＩＩ ）に示される第２の噴射パターンを用いた場合よりも図２６の（ＩＶ）に示される第３の噴射パターンを用いた場合の方がＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度をはるかに急速に高温まで上昇させることができる。
【０１３５】
次に図２７を参照しつつＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ を放出すべきときにセットされるＮＯ_ｘ 放出フラグおよびＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出すべきときにセットされるＳＯ_ｘ 放出フラグの処理ルーチンについて説明する。なお、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２７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２３（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ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞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ＮＯ_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１０５においてΣＮＯＸが零とされる。次いでステップ１１１に進む。
【０１３６】
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２３（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ＭＡＸ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ＮＯ_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。次いでステップ１１１に進む。
【０１３７】
ステップ１１１では噴射量Ｑに定数ｋを乗算した積ｋ・ＱがΣＳＯＸに加算される。燃料中にはほぼ一定量の硫黄Ｓが含まれており、従ってＮＯ_ｘ 吸収剤７１に吸収されるＳＯ_ｘ 量はｋ・Ｑで表わすことができる。従ってこのｋ・Ｑを順次積算することによって得られるΣＳＯＸはＮＯ_ｘ 吸収剤７１に吸収されていると推定されるＳＯ_ｘ 量を表わしている。ステップ１１２ではこのＳＯ_ｘ 量ΣＳＯＸが許容最大値ＭＡＸＳを越えたか否かが判別され、ΣＳＯＸ＞ＭＡＸＳになるとステップ１１３に進んでＳＯ_ｘ 放出フラグがセットされる。
【０１３８】
次に図２８および図２９を参照しつつ運転制御について説明する。
図２８および図２９を参照すると、まず初めにステップ２００においてＳＯ_ｘ 放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯ_ｘ 放出フラグがセットされていないときにはステップ２０１に進んで機関の運転状態が図１０に示す第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図１０に示す第１の運転領域Ｉであるときにはステップ２０２に進んで要求トルクＴＱが図１０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。ＴＱ≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ２０４に進んで低温燃焼が行われる。
【０１３９】
即ち、ステップ２０４では図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ２０５では図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ２０６ではＮＯ_ｘ 放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２０７に進んで図１３（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出され、図１３（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出され、これらの算出値に基づいて燃料噴射が行われる。
【０１４０】
一方、ステップ２０６においてＮＯ_ｘ 放出フラグがセットされていると判別されたときにはステップ２０８に進んで燃料噴射量を増量することにより予め定められた期間、空燃比がリッチとされ、ΣＮＯＸが零とされ、ＮＯ_ｘ 放出フラグがリセットされる。この間にＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ が放出される。
一方、ステップ２０２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２０３に進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ２１２に進んでＮＯ_ｘ 放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２１３に進んで第２の燃焼が行われる。
【０１４１】
即ち、ステップ２１３では図１７（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ２１４では図１７（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ２１５では図１６（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出され、図１６（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出され、これらの算出値に基づいて燃料噴射が行われる。
【０１４２】
一方、ステップ２１２においてＮＯ_ｘ 放出フラグがセットされていると判別されたときにはステップ２１６に進んでバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも大きいか否かが判別される。Ｂ＞Ｂｄのときにはステップ２１７に進んで低温燃焼すべく機関の出力トルクが低下せしめられ、電気モータ３７が作動せしめられる。
【０１４３】
即ち、ステップ２１７では機関の要求トルクがＴＱから図２５（Ａ）に示される最も低負荷のときの要求トルクＴＱｅまで低下せしめられる。次いでステップ２１８ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ２１９ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ２２０ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１３（Ａ）に示すマップから算出された噴射量Ｑが増量補正され、空燃比が一時にリッチにされる。このときＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ が放出される。
【０１４４】
次いでステップ２２１では図２５（Ａ）に示される要求トルクＴＱｔと要求トルクＴＱｅとの差、即ち機関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モータ３７の発生すべき出力トルクＴｍとされる。次いでステップ２２２では電気モータ３７が出力トルクＴｍを発生するために電気モータ３７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２２３では機関回転数Ｎに基づいて電気モータ３７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２２４では電流値がＩｍで周波数がｆｍの三相交流が電気モータ３７に供給され、それによって電気モータ３７が駆動せしめられる。
【０１４５】
一方、ステップ２１６においてＢ≦Ｂｄであると判断されたときはステップ２２５に進んで第２の燃焼が行われ、電気モータ３７の作動が停止され、膨張行程末期又は排気行程中に追加の燃料が噴射される。即ち、ステップ２２５では図１７（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ２２６では図１７（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ２２７では図１６（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出され、図１６（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出され、これらの算出値に基づいて燃料噴射が行われる。更にこのときＮＯ_ｘ 吸収剤７１に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な補助燃料が膨張行程末期又は排気行程中に予め定められた期間、噴射され、その後ΣＮＯＸが零とされ、ＮＯ_ｘ 放出フラグがリセットされる。この間にＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ が放出される。
【０１４６】
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２０１からステップ２１０に進んで要求トルクＴＱが図１０に示す第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２１２に進む。一方、ステップ２１０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２１１に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ２０４に進んで低温燃焼が行われる。
【０１４７】
一方、ステップ２００においてＳＯ_ｘ 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２０９に進んでＮＯ_ｘ 吸収剤７１からのＳＯ_ｘ 放出処理が行われる。図３０はこのＳＯ_ｘ 放出処理の第１実施例を示している。
図３０を参照するとまず初めにステップ３００において要求トルクＴＱが図１０に示す第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも小さいか否かが判別される。ＴＱ＜Ｘ（Ｎ）のときにはステップ３０１に進み、低温燃焼のもとで空燃比がリッチとされる。
【０１４８】
即ち、ステップ３０１では図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ３０２では図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ３０３では図１３（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出され、図１３（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出され、算出された噴射量Ｑが増量補正されて空燃比がリッチとされる。次いでステップ３１６に進む。このときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度が６００℃以上に維持され、空燃比がリッチとされるのでＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ が放出される。また、このときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ も放出され、パティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積している場合には堆積した微粒子が酸化除去せしめられる。
【０１４９】
一方、ステップ３００においてＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であると判断されたときにはステップ３０４に進んでバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも大きいか否かが判別される。Ｂ＞Ｂｄのときにはステップ３０５に進んで低温燃焼すべく機関の出力トルクが低下せしめられ、電気モータ３７が作動せしめられる。
【０１５０】
即ち、ステップ３０５では機関の要求トルクがＴＱｔから図２５（Ｂ）に示される低温燃焼可能なほぼ最大の要求トルクＴＱｅ（Ｎ）まで低下せしめられる。次いでステップ３０６ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ（Ｎ））に基づいて図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ３０７ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ（Ｎ））に基づいて図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ３０８ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ（Ｎ））に基づいて図１３（Ａ）に示すマップから算出された噴射量Ｑが増量補正され、空燃比がリッチにされる。このときＮＯ_ｘ 吸収剤７１からはＳＯ_ｘ が放出される。更にこのときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ が放出され、またパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積している場合には堆積している微粒子が酸化除去せしめられる。
【０１５１】
次いでステップ３０９では図２５（Ｂ）に示される要求トルクＴＱｔと要求トルクＴＱｅ（Ｎ）との差、即ち機関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モータ３７の発生すべき出力トルクＴｍとされる。次いでステップ３１０では電気モータ３７が出力トルクＴｍを発生するために電気モータ３７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３１１では機関回転数Ｎに基づいて電気モータ３７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３１２では電流値がＩｍで周波数がｆｍの三相交流が電気モータ３７に供給され、それによって電気モータ３７が駆動せしめられる。
【０１５２】
一方、ステップ３０４においてＢ≦Ｂｄであると判断されたときはステップ３１３に進んでリーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われ、電気モータ３７の作動が停止され、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１、即ちパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを６００℃以上に維持するための昇温制御が行われる。即ち、ステップ３１３では図１７（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ２２６では図１７（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ３１５では図２６に示される第１の噴射パターン（ＩＩ）、第２の噴射パターン（ＩＩＩ ）および第３の噴射パターン（ＶＩ）のうちのいずれかの噴射パターンでもって燃料噴射が行われる。このときにもパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積していれば堆積している微粒子が酸化除去せしめられる。次いでステップ３１６に進む。
【０１５３】
ステップ３１６ではＮＯ_ｘ 吸収剤７１からのＳＯ_ｘ の放出作用が完了したか否かが判別される。ＳＯ_ｘ の放出作用が完了したか否かは例えば空燃比がリッチにされている時間等から推定される。ＳＯ_ｘ の放出作用が完了したと判断されたときにはステップ３１７に進んでＳＯ_ｘ 放出フラグがリセットされ、ΣＳＯＸおよびΣＮＯＸが零とされる。
【０１５４】
図３１および図３２にＳＯ_ｘ 放出処理の第２実施例を示す。
この第２実施例ではＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出すべきときにＢ＞Ｂｄであるときには、即ちバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂに余裕があるときには図３１に示されるようにＴＱ＜Ｘ（Ｎ）であろうＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であろうと機関の要求トルクがＴＱｔから最も低負荷時の要求トルクＴＱｅまで低下せしめられ、機関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モータ３７の出力トルクにより補われ、空燃比がリッチとされる。
【０１５５】
一方、Ｂ≦Ｂｄのときには、即ちバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂに余裕がないときにはＴＱ＜Ｘ（Ｎ）であれば低温燃焼のもとで空燃比がリッチとされ、ＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であれば第２の燃焼のもとでＮＯ_ｘ 吸収剤７１、即ちパティキュレートフィルタ２４の昇温制御が行われる。
図３２を参照するとまず初めにステップ４００においてバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも大きいか否かが判別される。Ｂ＞Ｂｄのときには低温燃焼が行われていようと第２の燃焼が行われていようとステップ４０１に進んで機関の出力トルクが低下せしめられ、電気モータ３７が作動せしめられる。
【０１５６】
即ち、ステップ４０１では機関の要求トルクがＴＱｔから図３１に示される最も低負荷のときの要求トルクＴＱｅまで低下せしめられる。次いでステップ４０２ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ４０３ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ４０４ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１３（Ａ）に示すマップから算出された噴射量Ｑが増量補正され、空燃比がリッチにされる。このときＮＯ_ｘ 吸収剤７１からはＳＯ_ｘ が放出される。更にこのときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ が放出され、またパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積している場合には堆積している微粒子が酸化除去せしめられる。
【０１５７】
次いでステップ４０５では図３１に示される要求トルクＴＱｔと要求トルクＴＱｅとの差、即ち機関出力トルクの低下分ΔＴＱが電気モータ３７の発生すべき出力トルクＴｍとされる。次いでステップ４０６では電気モータ３７が出力トルクＴｍを発生するために電気モータ３７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４０７では機関回転数Ｎに基づいて電気モータ３７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４０８では電流値がＩｍで周波数がｆｍの三相交流が電気モータ３７に供給され、それによって電気モータ３７が駆動せしめられる。
【０１５８】
一方、ステップ４０４においてＢ≦Ｂｄであると判断されたときはステップ４０９に進んで要求トルクＴＱが図１０に示す第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも小さいか否かが判別される。ＴＱ＜Ｘ（Ｎ）のときにはステップ４１０に進んで電気モータ３７の作動が停止され、低温燃焼のもとで空燃比がリッチとされる。
即ち、ステップ４１０では図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ４１１では図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ４１２では図１３（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出され、図１３（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出され、算出された噴射量Ｑが増量補正されて空燃比がリッチとされる。次いでステップ４１６に進む。このときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度が６００℃以上に維持され、空燃比がリッチとされるのでＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ が放出される。また、このときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ も放出され、パティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積している場合には堆積した微粒子が酸化除去せしめられる。
【０１５９】
一方、ステップ４０９においてＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であると判断されたときにはステップ４１３に進んでリーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われ、電気モータ３７の作動が停止され、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１、即ちパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを６００℃以上に維持するための昇温制御が行われる。即ち、ステップ４１３では図１７（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ４１４では図１７（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ４１５では図２６に示される第１の噴射パターン（ＩＩ）、第２の噴射パターン（ＩＩＩ ）および第３の噴射パターン（ＶＩ）のうちのいずれかの噴射パターンでもって燃料噴射が行われる。このときにもパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積していれば堆積している微粒子が酸化除去せしめられる。次いでステップ３１６に進む。
【０１６０】
ステップ４１６ではＮＯ_ｘ 吸収剤７１からのＳＯ_ｘ の放出作用が完了したか否かが判別される。ＳＯ_ｘ の放出作用が完了したと判断されたときにはステップ４１７に進んでＳＯ_ｘ 放出フラグがリセットされ、ΣＳＯＸおよびΣＮＯＸが零とされる。
図３３から図３５はＮＯ_ｘ 放出制御の第３実施例を示す。
【０１６１】
この第３実施例でも第２実施例と同様にＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ を放出すべきときにＢ＞Ｂｄであるときには、即ちバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂに余裕があるときにはＴＱ＜Ｘ（Ｎ）であろうＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であろうと機関の要求トルクがＴＱｅまで低下せしめられて低温燃焼のもとで空燃比がリッチとされ、機関出力トルクの低下分が電気モータ３７の出力トルクにより補われる。
【０１６２】
ただし、この第３実施例ではＮＯ_ｘ 吸収剤７１、即ちパティキュレートフィルタ２４の温度が予め定められた下限温度ＴＦｍｉｎ、例えば６００°と予め定められた上限温度ＴＦｍａｘ、例えば６５０℃との間に維持されるように次式に基づいて、アクセルペダル４４の踏込み量から定まる要求トルクＴＱが、機関の出力トルクを低下させたときの要求トルクＴＱｅと電気モータ３７の出力トルクＴｍとに振分けられる。
【０１６３】
ＴＱｅ＝Ｋ・ＴＱ
Ｔｍ＝（１−Ｋ）・ＴＱ
ここでＫはトルク分配比を表している。
即ち、要求トルクＴＱが同じであっても機関の出力トルクを大きくし、電気モータ３７の出力トルクを小さくすれば、即ちトルク分配比Ｋを増大すれば排気ガス温が上昇するためにパティキュレートフィルタ２４の温度は上昇し、要求トルクＴＱが同じであっても機関の出力トルクを小さくし、電気モータ３７の出力トルクを大きくすれば、即ちトルク分配比Ｋを減少すれば排気ガス温が低下するためにパティキュレートフィルタ２４の温度は下降する。
【０１６４】
そこでこの第３実施例では排気管２６に取付けた温度センサ４３によりパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを検出又は推定し、図３３に示されるようにパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが下限温度ＴＦｍｉｎよりも低くなったときには要求トルクＴＱｅを大きくすると共に電気モータ３７の出力トルクＴｍを小さくする、即ちトルク分配比Ｋを増大させることによってパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを下限温度ＴＦｍｉｎよりも上昇させ、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが上限温度ＴＦｍａｘよりも高くなったときには要求トルクＴＱｅを小さくすると共に電気モータ３７の出力トルクＴｍを大きくする、即ちトルク分配比Ｋを減少させることによってパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを上限温度ＴＦｍａｘよりも低くするようにしている。
【０１６５】
一方、Ｂ≦Ｂｄのときには、即ちバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂに余裕がないときには第２実施例と同様にＴＱ＜Ｘ（Ｎ）であれば低温燃焼のもとで空燃比がリッチとされ、ＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であれば第２の燃焼のもとでＮＯ_ｘ 吸収剤７１、即ちパティキュレートフィルタ２４の昇温制御が行われる。図３４および図３５を参照するとまず初めにステップ５００においてバッテリ４１に貯蔵されている電気エネルギの量Ｂが設定値Ｂｄよりも大きいか否かが判別される。Ｂ＞Ｂｄのときにはステップ５０１に進んで低温燃焼すべく機関の出力トルクが低下せしめられ、電気モータ３７が作動せしめ、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが制御される。
【０１６６】
即ち、ステップ５０１ではパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが下限温度ＴＦｍｉｎよりも低いか否かが判別される。ＴＦ＜ＴＦｍｉｎのときにはステップ５０２に進んでトルク分配比Ｋに一定値ΔＫが加算され、即ちトルク分配比Ｋが増大せしめられ、次いでステップ５０５に進む。これに対し、ＴＦ≧ＴＦｍｉｎのときにはステップ５０３に進んでパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが上限温度ＴＦｍａｘよりも高いか否かが判別される。ＴＦ＞ＴＦｍａｘのときにはステップ５０４に進んでトルク分配比Ｋから一定値ΔＫが減算され、即ちトルク分配比Ｋが減少せしめられ、次いでステップ５０５に進む。ステップ５０５では次式から機関の要求トルクＴＱｅが算出される。
【０１６７】
ＴＱｅ＝ｋ・ＴＱ
次いでステップ５０６ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ５０７ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ５０８ではこの要求トルクＴＱ（＝ＴＱｅ）に基づいて図１３（Ａ）に示すマップから算出された噴射量Ｑが増量補正され、空燃比がリッチにされる。このときＮＯ_ｘ 吸収剤７１からはＳＯ_ｘ が放出される。更にこのときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ が放出され、またパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積している場合には堆積している微粒子が酸化除去せしめられる。
【０１６８】
次いでステップ５０９では次式に基づいて電気モータ３７の出力トルクＴｍが算出される。
Ｔｍ＝（１−Ｋ）・ＴＱ
次いでステップ５１０では電気モータ３７が出力トルクＴｍを発生するために電気モータ３７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５１１では機関回転数Ｎに基づいて電気モータ３７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５１２では電流値がＩｍで周波数がｆｍの三相交流が電気モータ３７に供給され、それによって電気モータ３７が駆動せしめられる。次いでステップ５２０に進む。
【０１６９】
一方、ステップ５００においてＢ≦Ｂｄであると判断されたときはステップ５１３に進んで要求トルクＴＱが図１０に示す第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも小さいか否かが判別される。ＴＱ＜Ｘ（Ｎ）のときにはステップ５１４に進み、低温燃焼のもとで空燃比がリッチとされる。
即ち、ステップ５１４では図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ５１５では図１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ５１６では図１３（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出され、図１３（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出され、算出された噴射量Ｑが増量補正されて空燃比がリッチとされる。次いでステップ５２０に進む。このときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１の温度が６００℃以上に維持され、空燃比がリッチとされるのでＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＳＯ_ｘ が放出される。また、このときにはＮＯ_ｘ 吸収剤７１からＮＯ_ｘ も放出され、パティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積している場合には堆積した微粒子が酸化除去せしめられる。
【０１７０】
一方、ステップ５１３においてＴＱ≧Ｘ（Ｎ）であると判断されたときにはステップ５１７に進んでリーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われ、電気モータ３７の作動が停止され、ＮＯ_ｘ 吸収剤７１、即ちパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを６００℃以上に維持するための昇温制御が行われる。即ち、ステップ５１７では図１７（Ａ）に示すマップからスロットル弁２１の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２１の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ５１８では図１７（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ５１９では図２６に示される第１の噴射パターン（ＩＩ）、第２の噴射パターン（ＩＩＩ ）および第３の噴射パターン（ＶＩ）のうちのいずれかの噴射パターンでもって燃料噴射が行われる。このときにもパティキュレートフィルタ２４上に微粒子が堆積していれば堆積している微粒子が酸化除去せしめられる。次いでステップ５２０に進む。
【０１７１】
ステップ５２０ではＮＯ_ｘ 吸収剤７１からのＳＯ_ｘ の放出作用が完了したか否かが判別される。ＳＯ_ｘ の放出作用が完了したと判断されたときにはステップ５２１に進んでＳＯ_ｘ 放出フラグがリセットされ、ΣＳＯＸおよびΣＮＯＸが零とされる。
なお、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦは主噴射Ｑｍの遅角量、或いは補助燃料Ｑｖ，Ｑｐの量を変化させることによっても制御することができる。即ち、ＴＦ＜ＴＦｍｉｎのときには主噴射Ｑｍの遅角量、或いは補助燃料Ｑｖ，Ｑｐの量を増大させることによってＴＦ＞ＴＦｍｉｎとすることができ、ＴＦ＞ＴＦｍａｘのときには主噴射Ｑｍの遅角量、或いは補助燃料Ｑｖ，Ｑｐの量を減少させることによってＴＦ＜ＴＦｍａｘとすることができる。
【０１７２】
また、低温燃焼を行っているときにはＥＧＲ率を変化させることによってパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを制御することができる。即ち、ＴＦ＜ＴＦｍｉｎのときにはＥＧＲ率を低下させることによってＴＦ＞ＴＦｍｉｎとすることができ、ＴＦ＞ＴＦｍａｘのときにはＥＧＲ率を上昇させることによってＴＦ＜ＴＦｍａｘとすることができる。
【０１７３】
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１５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３７が駆動される。一方、減速運転時には電気モータ３７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。
【０１７４】
図３６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３６を参照するとまず初めにステップ６００において例えばアクセルペダル４４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６０１に進んで電気モータ３７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３７に示されるようにアクセルペダル４４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６０２では電気モータ３７が出力トルクＴｍを発生するために電気モータ３７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６０３では機関回転数Ｎに基づいて電気モータ３７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６０４では電流値がＩｍで周波数がｆｍの三相交流が電気モータ３７に供給され、それによって電気モータ３７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３７の出力トルクが重畳される。
【０１７５】
次いでステップ６０５では例えばアクセルペダル４４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６０６に進んで電気モータ３７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４１に回生せしめられる。
【０１７６】
【発明の効果】
電気モータの駆動力を利用してＮＯ_ｘ 吸収剤からＮＯ_ｘ およびＳＯ_ｘ を確実に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】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４】要求トルクを示す図である。
【図５】スモークおよびＮＯ_ｘ の発生量等を示す図である。
【図６】燃焼圧を示す図である。
【図７】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図である。
【図８】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図である。
【図９】燃焼室内のガス温等を示す図である。
【図１０】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１１】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図１２】第１の運転領域Ｉにおける空燃比を示す図である。
【図１３】噴射量等のマップを示す図である。
【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】第２の燃焼における空燃比を示す図である。
【図１６】噴射量等のマップを示す図である。
【図１７】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図１８】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図１９】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図２０】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図２１】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図２２】微粒子ＮＯ_ｘ 同時処理領域を示す図である。
【図２３】単位時間当りのＮＯ_ｘ 吸収量のマップを示す図である。
【図２４】バッテリに貯蔵された電気エネルギを説明するための図である。
【図２５】要求トルクを示す図である。
【図２６】噴射制御を説明するための図である。
【図２７】ＮＯ_ｘ 放出フラグおよびＳＯ_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２８】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２９】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図３０】ＳＯ_ｘ 放出処理を行うための第１実施例のフローチャートである。
【図３１】要求トルクを示す図である。
【図３２】ＳＯ_ｘ 放出処理を行うための第２実施例のフローチャートである。
【図３３】要求トルク等を示す図である。
【図３４】ＳＯ_ｘ 放出処理を行うための第３実施例のフローチャートである。
【図３５】ＳＯ_ｘ 放出処理を行うための第３実施例のフローチャートである。
【図３６】加減速処理を行うためのフローチャートである。
【図３７】電気モータが発生すべき出力トルクを示す図である。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁
２１…スロットル弁
２４…パティキュレートフィルタ
２９…ＥＧＲ制御弁
３７…電気モータ

Claims (11)

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ＮＯ_x 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ＮＯ_x を放出するＮＯ_x 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車両駆動力を発生する電気モータと、電気モータ駆動用バッテリに貯蔵された電気エネルギの量が予め定められた設定量よりも大きいか否かを判断する判断手段とを具備し、ＮＯ_x 吸収剤からＳＯ_x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量よりも大きければ第２の燃焼を行うべきときであっても第１の燃焼を行って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と共に電気モータに駆動力を発生させ、ＮＯ _x 吸収剤からＳＯ _x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量以下であれば第２の燃焼を行うべきときには第２の燃焼を行いかつＮＯ _x 吸収剤の温度がＮＯ _x 吸収剤からＳＯ _x を放出しうる温度以上に維持されるように燃料噴射が制御される圧縮着火式内燃機関。
2. ＮＯ _x 吸収剤からＮＯ _x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量よりも大きければ第２の燃焼を行うべきときであっても第１の燃焼を行って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と共に電気モータに駆動力を発生させ、ＮＯ _x 吸収剤からＮＯ _x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量以下であれば第２の燃焼を行うべきときには第２の燃焼を行いかつＮＯ _x 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な補助燃料が膨張行程末期又は排気行程中に噴射される請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
3. 第２の燃焼を行うべきときに第１の燃焼を行うときには機関の出力トルクを第１の燃焼を行いうるほぼ最大の出力トルクに維持し、機関出力トルクの低下分を電気モータの出力トルクにより補うようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
4. ＮＯ_ｘ 吸収剤からＮＯ_ｘ 又はＳＯ_ｘ を放出すべきときに第１の燃焼が行われている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。
5. ＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x 又はＳＯ_x を放出すべきときに第１の燃焼が行われているときにはバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量よりも大きければ機関の出力トルクを低下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としかつ電気モータに駆動力を発生させて機関出力トルクの低下分を電気モータの出力トルクにより補うようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
6. ＮＯ_x 吸収剤の温度を検出するための検出手段を具備し、ＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x 又はＳＯ_x を放出すべきときにバッテリに貯蔵された電気エネルギの量が設定量よりも大きければ機関の出力トルクを低下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としかつ電気モータに駆動力を発生させて機関出力トルクの低下分を電気モータの出力トルクにより補うようにし、ＮＯ_x 吸収剤の温度が予め定められた温度範囲内となるように機関出力トルクと電気モータの出力トルクとの比を制御するようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
7. 機関の運転領域を低負荷側の第１の運転領域と高負荷側の第２の運転領域に分割し、第１の運転領域では第１の燃焼が行われ、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。
8. 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り、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１に記載の圧縮着火式内燃機関。
9. 機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置し、該パティキュレートフィルタとして、単位時間当りに燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられかつ上記ＮＯ_ｘ 吸収剤の機能を有するパティキュレートフィルタを用いた請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
10. パティキュレートフィルタ上に貴金属触媒を担持した請求項９に記載の圧縮着火式内燃機関。
11. 周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤をパティキュレートフィルタ上に担持し、パティキュレートフィルタ上に微粒子が付着したときに活性酸素放出剤から活性酸素を放出させ、放出された活性酸素によってパティキュレートフィルタ上に付着した微粒子を酸化させるようにした請求項１０に記載の圧縮着火式内燃機関。

Images