JP3622678B2 - 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】
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））、すなわち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。このような圧縮着火式内燃機関が特開平１１−１０７８６１号公報に開示されている。
【０００３】
また機関排気通路に排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化手段、例えば排気浄化触媒を配置することも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで排気浄化触媒を備えた圧縮着火式内燃機関において排気浄化触媒下流からＥＧＲガスを採取し、機関吸気通路を介して燃焼室内に導入し、ＥＧＲ率が５５パーセント以上のいわゆる低温燃焼と、ＥＧＲ率が５５パーセント以下のいわゆる通常燃焼とを切り換えて行うようにした場合に要求機関負荷が増大して低温燃焼から通常燃焼に切り換えると多量の排気ガスが排気浄化触媒に流入することになる。ここで排気浄化触媒は低温燃焼時に燃焼室から排出される高温の排気ガスにより高温にせしめられており、このため排気浄化触媒に流入した多量の排気ガスも高温にせしめられ、結果として高温の排気ガスがＥＧＲガスとして多量に機関吸気通路に導入せしめられる。このため機関吸気通路が高温のＥＧＲガスにより少なからず熱的な被害を及ぼされる。
【０００５】
そこで本発明の目的は高温の排気ガスが多量に機関吸気通路に導入されることによる機関吸気通路に対する熱的な被害を回避することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために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、排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化手段を機関排気通路に配置し、該排気浄化手段下流から機関吸気通路に排気ガスを循環し、これにより燃焼室内に不活性ガスを導入するための排気再循環通路を具備し、第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに排気再循環通路により循環せしめられる排気ガスの温度を低下させる。
【０００７】
２番目の発明では１番目の発明において第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに排気再循環通路により循環せしめられる排気ガスの温度を通常よりも低下させる。
３番目の発明では１番目の発明において第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに排気再循環通路により循環せしめられる排気ガスの量を要求量よりも少なくした後に徐々に要求量まで増大する。
【０００８】
４番目の発明では１番目または３番目の発明において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を具備し、要求出力を機関運転状態に応じて定まる目標割合でもって電気モータと内燃機関とから出力させ、第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに電気モータからの出力と内燃機関からの出力との割合を徐々に変化させて目標割合とする。
【０００９】
５番目の発明では４番目の発明において第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに電気モータからの出力と内燃機関からの出力との割合とを通常よりも小さい割合でもって変化させて目標割合とする。
６番目の発明では１番目または３番目の発明において上記排気浄化手段が流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し流入する排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比のときには吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を具備する。
【００１０】
７番目の発明では６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ＮＯｘ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。
【００１１】
８番目の発明では７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。
９番目の発明では８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。
【００１２】
１０番目の発明では１番目または３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。
１１番目の発明では１番目または３番目の発明において第１の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ５５パーセント以上であり、第２の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ５０パーセント以下である。
【００１３】
【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の出口部は排気浄化手段として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インタークーラ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インタークーラ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が取り付けられ、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に示した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に示した実施例の電気モータ３７は変速機３５の出力軸３６上に取り付けられかつ外周面に複数個の永久磁石を取り付けたロータ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との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の変速比または変速段、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、変換機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。この実施例では電気モータ３７のロータ３８は機関の出力軸４７上に取り付けられており、したがってロータ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（要求負荷）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、したが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，ＮＯｘ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。すなわ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ＮＯｘ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。すなわちまず第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ＮＯｘの発生量がかなり低下する。ＮＯｘ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、したが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。すなわ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、したが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、すなわ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。すなわ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。したが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は煤の前駆体またはその前の状態の炭化水素である。
【００２９】
図５および図６に示した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また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、すなわ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、すなわち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種々の要因によって変化するので何度であるかということは言えないがこの或る温度はＮＯｘの発生量と深い関係を有しており、したがってこの或る温度はＮＯｘの発生量から或る程度規定することができる。すなわちＥＧＲ率が増大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低下し、ＮＯｘの発生量が低下する。このときＮＯｘの発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ 前後また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。したがって上述の或る温度はＮＯｘの発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ 前後また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また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また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】
すなわ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。すなわ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。すなわち燃焼温度を低く抑えることができることになる。すなわ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。したが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、したが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。すなわち図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、すなわ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。すなわち図８に示した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、すなわち混合ガス中の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に示した実施例では７０パーセント以上である。すなわち燃焼室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ＮＯｘ発生量は１０ｐ．ｐ．ｍ 前後、またはそれ以下であり、したがってＮＯｘ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。したがって図８に示したように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。すなわち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、したがって図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に示したようにＥＧＲ通路２７を介して過給機の入口側、すなわ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。すなわち吸気ダクト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。したが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に示した空気量よりも少くしても、すなわち空燃比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつＮＯｘの発生量を１０ｐ．ｐ．ｍ 前後またはそれ以下にすることができ、また空気量を図８に示した空気量よりも多くしても、すなわち空燃比の平均値を１７から１８のリーンにしても煤の発生を阻止しつつＮＯｘの発生量を１０ｐ．ｐ．ｍ 前後またはそれ以下にすることができる。
【００４５】
すなわ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ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが本発明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ＮＯｘ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、すなわ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、ＮＯｘの発生量が極めて少量となる。したが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、したがって図９（Ａ）に示されるように圧縮上死点前は、すなわち圧縮工程中は実線で示した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）に示した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）の実線で示したように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）の破線で示した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、したがって図９（Ａ）に示した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）に示した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。したが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、すなわ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、すなわ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、すなわ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、すなわ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。
【００５１】
図１０は第１の燃焼、すなわち低温燃焼が行われる第１の運転領域Ｉと、第２の燃焼、すなわ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】
すなわ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。すなわち要求トルクＴＱがかなり低くなったとき、すなわち第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か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に示した例では第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。すなわ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に示した例では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。すなわち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、すなわち従来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では煤およびＮＯｘが若干発生するが低温燃焼に比べて熱効率は高く、したが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に示した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で示した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に示したように第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】
すなわち要求トルクＴＱが低くなるほど燃焼による発熱量が少くなる。したがって要求トルク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、したがって図１２に示したように要求トルク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、したがってできる限り空燃比をリーンにするために本発明の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）に示したように要求トルク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）に示したように要求トルク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）に示したように要求トルク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）に示したように要求トルク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、すなわ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で示した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）に示したように要求トルク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）に示したように要求トルク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）に示したように要求トルク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）に示したように要求トルク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１８を参照して本実施例の内燃機関の基本的な運転制御について説明する。図１８を参照すると初めにステップ１００において内燃機関の運転状態が第一の運転領域Ｉにあることを示したフラグがセットされているか否かが判別される。ステップ１００においてフラグがセットされていると判別されたとき、すなわち内燃機関の運転状態が第一の運転状態Ｉにあるときにはステップ１０１に進んで機関要求負荷Ｌが第一の境界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなった（Ｌ＞Ｘ（Ｎ））か否かが判別される。
【００６６】
ステップ１０１においてＬ≦Ｘ（Ｎ）であると判別されたときにはステップ１０３に進んで運転制御Ｉ（すなわち第一の燃焼）が実行される。すなわちステップ１０３では図１４（Ａ）に示した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、図１４（Ｂ）に示したマップから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、図１３（Ａ）に示したマップから目標燃料噴射量Ｑが算出され、図１３（Ｂ）に示したマップから目標噴射開始時期θＳが算出され、燃料噴射弁６から目標燃料噴射量Ｑの燃料が噴射される。
【００６７】
ステップ１０１においてＬ＞Ｘ（Ｎ）であると判別されたときにはステップ１０２に進んでフラグがリセットされ、次いでステップ１０６に進んで運転制御ＩＩ（すなわち第二の燃焼）が実行される。すなわちステップ１０６では図１７（Ａ）に示した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、図１７（Ｂ）に示したマップから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、図１６（Ａ）に示したマップから目標燃料噴射量Ｑが算出され、図１６（Ｂ）に示したマップから目標噴射開始時期θＳが算出され、燃料噴射弁６からこの目標燃料噴射量Ｑの燃料が噴射される。
【００６８】
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１９を参照しつつ説明する。なお図１９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１９（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１９（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。したが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。
【００６９】
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、したがって排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図１９（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。
本発明の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、すなわち各隔壁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。
【００７０】
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なくとも一つが用いられている。
【００７１】
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またはアルカリ土類金属、すなわちカリウム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。
【００７２】
図１および図３に示した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、したがって排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。すなわち吸気通路、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に示した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。したがって排気ガス中にはＳＯ_２が含まれている。したがって過剰酸素、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。
【００７３】
図２０（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２０（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２０（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻または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 ⁻または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２０（Ａ）に示したように硝酸イオン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。
【００７４】
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。すなわち上述したように酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻または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 ⁻または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と結合しながら硝酸イオン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_２ＳＯ_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_２ＳＯ_４が生成される。
【００７５】
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、すなわち煤が生成され、したが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２０（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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_２ＳＯ_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。
【００７８】
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_２ＳＯ_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。したがって微粒子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。したがって微粒子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。
【００７９】
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、したが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。
【００８０】
これに対して本発明の実施例では微粒子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。すなわち云い換えると本発明の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。したが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。
【００８１】
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。したが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。
【００８２】
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、すなわち図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。
【００８３】
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、すなわち図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２２（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。すなわ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２２（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２２（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。
【００８４】
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２２（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。すなわ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、したがってこの微粒子７４上に更に別の微粒子が次から次へと堆積する。すなわち排出微粒子量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。
【００８５】
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。したが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。
【００８６】
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、したがって図１および図３に示した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。したがって本発明の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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。したが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、したが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。
【００８９】
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。すなわち、燃焼や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、したが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。したが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。
【００９０】
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よりもイオイ化傾向の高いアルカリ金属また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_２ＳＯ_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。したが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。したが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またはアルカリ土類金属、すなわちカリウム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。
【００９１】
さて本発明の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よりも少な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、したが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。したが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。
【００９２】
なお機関始動直後におけるように排出微粒子量Ｍのほう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、すなわ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。したがって本発明の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。
【００９３】
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また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。すなわち排気ガスの空燃比がリッチにされると、すなわ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。
【００９４】
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か担持されている。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ＮＯｘ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またはリッチになると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤が担持されている。
【００９５】
本発明の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、ＮＯｘ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な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ＮＯｘ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。
【００９６】
この場合、ＮＯｘ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。ＮＯｘ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ＮＯｘ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。
ところで上述したように低温燃焼時に燃焼室５から排出される排気ガスの温度は高い。このため低温燃焼時においてはパティキュレートフィルタ２４の温度も高くなっている。ここで低温燃焼から通常燃焼に切り換わると低温燃焼時に比べて多量の排気ガスが燃焼室５から排出され、パティキュレートフィルタ２４に流入し、高温のパティキュレートフィルタ２４から熱を奪う。したがって低温燃焼から通常燃焼に切り換わったときには一時的にではあるがパティキュレートフィルタ２４から流出する排気ガスの温度は高い。本実施例ではパティキュレートフィルタ２４の下流側から排気ガスをＥＧＲガスとして採取し、機関吸気通路に導入するようにしているので低温燃焼から通常燃焼に切り換わったときに高温のＥＧＲガスが機関吸気通路に流入することとなる。この場合、ＥＧＲガスの熱により機関吸気通路に熱的に被害を与える可能性があり好ましくない。
【００９７】
そこで本実施例では燃焼形態が通常燃焼に復帰したときに以下で説明する２つの通常燃焼復帰時制御のうちのいずれか一方を実行することにより上述した機関吸気通路に対する熱的な被害を回避するようにする。
すなわち１つ目の通常燃焼復帰時制御では燃焼が低温燃焼から通常燃焼へ切り換えられたときに機関吸気通路へ導入されるべきＥＧＲガスをインタークーラ３０により通常要求されるよりも強力に冷却する。これによれば低温燃焼が通常燃焼に切り換わったときに高温のＥＧＲガスが機関吸気通路に流入することはないので機関吸気通路に対する熱的な被害を回避することができる。
【００９８】
なおこの制御において低温燃焼が通常燃焼に切り換えられてから所定時間が経過したときにはインタークーラ３０の冷却強度を通常の強度とするか、或いは低温燃焼が通常燃焼に切り換えられてインタークーラ３０の冷却強度が通常よりも強くされてからその強度を徐々に弱くし、通常の強度とする。
また２つ目の通常燃焼復帰時制御では低温燃焼が通常燃焼に切り換わったときにＥＧＲ率を即座に通常燃焼時において要求される目標ＥＧＲ率とせずにその目標ＥＧＲ率よりも小さいＥＧＲ率とし、斯くして単位時間当りに機関吸気通路に流入するＥＧＲガスの量を少なくする。これによれば低温燃焼が通常燃焼に切り換わったときに高温のＥＧＲガスが機関吸気通路に流入するがその流入量が少ないので機関吸気通路に対する熱的な被害を回避することができる。
【００９９】
なおこの制御において低温燃焼が通常燃焼に切り換えられてから所定時間が経過したときにはＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率とするか、或いは低温燃焼が通常燃焼に切り換えられてＥＧＲ率が通常燃焼時における目標ＥＧＲ率よりも小さくされてから徐々にＥＧＲ率を大きくし、目標ＥＧＲ率とする。
もちろん低温燃焼が通常燃焼に切り換えられたときにＥＧＲガスにより単位時間当りに機関吸気通路に与えられる熱の量を或る所定量以下とするために上述した２つの通常燃焼復帰時制御を両方とも実行してもよい。
【０１００】
ところで上述した通常燃焼復帰時制御に加えて以下で説明する制御を実行することにより機関吸気通路に対する熱的な被害を更に確実に回避するようにしてもよい。すなわち本実施例では内燃機関からの出力と電気モータからの出力とを機関運転状態に応じて定まる割合でもって組み合わせ、要求出力が得られるようにしている。より詳細には要求出力が同じであれば通常燃焼時における電気モータ３７の出力に対する内燃機関の出力割合は低温燃焼時におけるそれよりも大きくなるように内燃機関と電気モータとは制御される。そこで低温燃焼が通常燃焼に切り換わったときに前述したように組合せ割合を変えると単位時間当りに高温のＥＧＲガスが多量に機関吸気通路に流入してしまう。
【０１０１】
そこで低温燃焼が通常燃焼に切り換えられたときに前述した二つの通常燃焼復帰時制御のうちの一方を実行すると共に電気モータ３７からの出力に対する内燃機関からの出力の組合せ割合を一気に目標とする割合にまで増大させずに徐々に目標割合にまで増大させる。これによれば低温燃焼が通常燃焼に切り換わったときに内燃機関に対する要求負荷が一気には大きくならないので前述した１つ目の通常燃焼復帰時制御が実行されている場合には比較的少量のＥＧＲガスしかインタークーラ３０に流入せず、したがって高温のＥＧＲガスの温度を確実に所望の温度にまで低下させることができ、前述した２つ目の通常燃焼復帰時制御が実行されている場合には更に少量のＥＧＲガスしか機関吸気通路に流入しないこととなる。斯くして前述した二つの通常燃焼復帰時制御に合わせて当該制御を実行すれば機関吸気通路に対する熱的な被害を更に確実に回避することができる。
【０１０２】
もちろん当該制御を前述した２つの通常燃焼復帰時制御とは関係なく単独にて実行してもよい。
前述した通常燃焼復帰時制御を実行するためのフローチャートを図２３および図２４に示した。初めに前述した一つ目の通常燃焼復帰制御を示した図２３を参照するとステップ２００において燃焼の形態が通常燃焼であるか否かが判別される。ステップ２００において燃焼形態が通常燃焼であると判別されたときにはステップ２０１に進む。一方、ステップ２００において燃焼形態が通常燃焼ではなく、いわゆる低温燃焼であると判別されたときにはステップ２０６に進んでインタークーラ３０の冷却強度Ｃを低温燃焼に適するように設定される強度Ｃ_ｌｏｗ とし、次いでステップ２０７において電気モータ３７からの出力に対する内燃機関からの出力の割合（以下、出力割合）Ｒ_ｎを低温燃焼に適するように設定される割合Ｒ_ｌｏｗ とする。
【０１０３】
さてステップ２０１では燃焼形態が低温燃焼から通常燃焼に切り換わったときから所定時間ｔＴＨ経過している（ｔ≧ｔＴＨ）か否かが判別される。ここで所定時間ｔＴＨはＥＧＲガスとして採取される排気ガスがパティキュレートフィルタ２４によって非常に高温にまで昇温せしめられなくなる時間に設定される。
ステップ２０１においてｔ≧ｔＴＨであると判別されたときには低温燃焼が通常燃焼に切り換わった直後であるのでインタークーラ３０の強度Ｃを通常燃焼にとって適した強度Ｃ_{ｎｏｒｍａｌ} に正の補正係数Ｋを加算した強度とし、次いでステップ２０３において出力割合Ｒ_ｎを前回の出力割合Ｒ_ｎ−１ に係数αを加算した割合とする。ステップ２０２によればインタークーラ３０の冷却強度は通常燃焼時における冷却強度よりも強くせしめられる。またステップ２０３によればステップ２０３が実行されるごとに出力割合Ｒ_ｎが通常燃焼時における出力割合Ｒ_{ｎｏｒｍａｌ} に向かって徐々に近づけられる。
【０１０４】
一方、ステップ２０１においてｔ＜ｔＴＨであると判別されたときにはステップ２０４に進んでインタークーラ３０の強度Ｃを通常燃焼にとって適した強度Ｃ_{ｎｏｒｍａｌ} とし、次いでステップ２０５に進んで出力割合Ｒ_ｎを通常燃焼時において要求される出力割合Ｒ_{ｎｏｒｍａｌ} とする。
次に二つ目の通常燃焼復帰時制御を図２４のフローチャートを参照して説明する。初めにステップ３００において燃焼の形態が通常燃焼であるか否かが判別される。ステップ３００において燃焼形態が通常燃焼であると判別されたときにはステップ３０１に進む。一方、ステップ３００において燃焼形態が通常燃焼ではなく、いわゆる低温燃焼であると判別されたときにはステップ３０７に進んでＥＧＲ制御弁２９の開度Ｄ_ｎを低温燃焼に適するように設定される開度Ｄ_ｌｏｗ とし、次いでステップ３０８において電気モータ３７からの出力に対する内燃機関からの出力の割合（以下、出力割合）Ｒ_ｎを低温燃焼に適するように設定される割合Ｒ_ｌｏｗ とする。
【０１０５】
さてステップ３０１では燃焼形態が低温燃焼から通常燃焼に切り換わったときから所定時間ｔＴＨ経過している（ｔ≧ｔＴＨ）か否かが判別される。ここで所定時間ｔＴＨは図１９に示したフローチャートにおける所定時間と同様に設定される。
ステップ３０１においてｔ≧ｔＴＨであると判別されたときには低温燃焼が通常燃焼に切り換わった直後であるのＥＧＲ制御弁２９の開度を通常燃焼にとって適した開度Ｄ_{ｎｏｒｍａｌ} から正の補正計数β_ｎを減算した強度とし、次いでステップ３０３において補正係数β_ｎから正の値γを減算する。通常燃焼に復帰した後に初めてルーチンがステップ３０２に進んだときには補正係数β_ｎは通常燃焼に適した開度Ｄ_{ｎｏｒｍａｌ} と等しく、したがってこのときにはＥＧＲ制御弁２９の開度は零とされる。さらにルーチンがステップ３０３を通過するたびに補正係数β_ｎが徐々に小さくされるので結果としてＥＧＲ制御弁２９の開度Ｄ_ｎは徐々に大きくなる。
【０１０６】
さてステップ３０４では出力割合Ｒ_ｎを前回の出力割合Ｒ_ｎ−１ に係数αを加算した割合とする。ステップ３０４によればステップ３０４が実行されるごとに出力割合Ｒ_ｎが通常燃焼時における出力割合Ｒ_{ｎｏｒｍａｌ} に向かって徐々に近づけられる。
一方、ステップ３０１においてｔ＜ｔＴＨであると判別されたときにはステップ３０５に進んでＥＧＲ制御弁２９の開度Ｄ_ｎを通常燃焼にとって適した開度Ｄ_{ｎｏｒｍａｌ} とし、次いでステップ３０６に進んで出力割合Ｒ_ｎを通常燃焼時において要求される出力割合Ｒ_{ｎｏｒｍａｌ} とする。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の燃焼が第２の燃焼に切り換えられたときに排気再循環通路を介して機関吸気通路に循環せしめられる排気ガスの温度が低下せしめられる。このため高温の排気浄化触媒を通過して昇温せしめられた高温の排気ガスが機関吸気通路に流入することはない。したがって排気ガスの熱による機関吸気通路への被害を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】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ＮＯｘ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が示す図である。
【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】内燃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】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図２０】微粒子の酸化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】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図２３】通常燃焼復帰時制御を実行するためのフローチャートである。
【図２４】別の通常燃焼復帰後制御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
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、排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化手段を機関排気通路に配置し、該排気浄化手段下流から機関吸気通路に排気ガスを循環し、これにより燃焼室内に不活性ガスを導入するための排気再循環通路を具備し、第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに排気再循環通路により循環せしめられる排気ガスの温度を低下させるようにした圧縮着火式内燃機関。
2. 第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに排気再循環通路により循環せしめられる排気ガスの温度を通常よりも低下させるようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
3. 第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに排気再循環通路により循環せしめられる排気ガスの量を要求量よりも少なくした後に徐々に要求量まで増大するようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
4. 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を具備し、要求出力を機関運転状態に応じて定まる目標割合でもって電気モータと内燃機関とから出力させ、第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに電気モータからの出力と内燃機関からの出力との割合を徐々に変化させて目標割合とするようにした請求項１または３に記載の圧縮着火式内燃機関。
5. 第１の燃焼を第２の燃焼に切り換えるときに電気モータからの出力と内燃機関からの出力との割合とを通常よりも小さい割合でもって変化させて目標割合とするようにした請求項４に記載の圧縮着火式内燃機関。
6. 上記排気浄化手段が流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し流入する排気ガスの空燃比がリッチまたは理論空燃比のときには吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を具備する請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
7. 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ＮＯｘ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６に記載の圧縮着火式内燃機関。
8. 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７に記載の圧縮着火式内燃機関。
9. 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８に記載の圧縮着火式内燃機関。
10. 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。
11. 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。

Images