JPH11153049A - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

圧縮着火式内燃機関

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JPH11153049A
JPH11153049A JP9305770A JP30577097A JPH11153049A JP H11153049 A JPH11153049 A JP H11153049A JP 9305770 A JP9305770 A JP 9305770A JP 30577097 A JP30577097 A JP 30577097A JP H11153049 A JPH11153049 A JP H11153049A
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air
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静夫 佐々木
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哲 井口
Takekazu Itou
丈和 伊藤
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司 安部
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大気中に未燃炭化水素が放出されるのを阻止
しつつ低温燃焼を行わせる。 【解決手段】 煤の発生量がピークとなる不活性ガス量
よりも燃焼室５内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発
生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活
性ガス量よりも燃焼室５内の不活性ガス量が少ない第２
の燃焼とを選択的に行う。触媒１９が活性化していない
ときには第１の燃焼を行わず第２の燃焼を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【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】従来より内燃機関、例えばディーゼル機
関においてはＮＯx 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ＮＯx の発生量が低下し、従ってＥＧＲ率を増大す
ればするほどＮＯx 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
ＮＯx 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（例えば特開平４
−３３４７５０号公報参照）。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３０パーセ
ントから５０パーセント程度に抑えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように従来ではＥ
ＧＲ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ＥＧＲ率はこの最大許容限界を越えない
範囲内においてＮＯx 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ＮＯx 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ＮＯx 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ＮＯx およびスモークが発生してしま
うのが現状である。
【０００６】ところが本発明者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
ど発生しないことを見い出したのである。また、このと
きにはＮＯx 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
について検討を進め、その結果これまでにない煤および
ＮＯx の同時低減が可能な新たな燃焼システムを構築す
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云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。
【０００９】このようにこの新たな燃焼システムでは煤
に至る前に成長が途中で停止した炭化水素等を酸化触媒
等により浄化することを基本としており、従って酸化触
媒等が活性化していないときにこの新たな燃焼を行わせ
ることはできない。また、この新たな燃焼は条件が整わ
ない限り生じず、従って酸化触媒等が活性化しているか
らといって常にこの新たな燃焼を行えるわけではない。
即ち、この新たな燃焼システムでは新たな燃焼を行うべ
きときを適切に定めなければならない。また、この新た
な燃焼を行えば煤およびＮＯX の同時低減が可能であ
り、従ってできる限りこの新たな燃焼を行わせることが
好ましいと言える。
【００１０】
【課題を解決するための手段】従って１番目の発明で
は、燃焼室内の不活性ガス量を増大していくと煤の発生
量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内の不活性ガ
ス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くな
って煤がほとんど発生しなくなる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く煤がほとんど発生しない
第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量
よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼とを
選択的に切換える切換手段と、機関排気通路内に配置さ
れた酸化機能を有する触媒が活性化したか否かを判断す
る活性化判断手段とを具備し、切換手段は、触媒が活性
化していないときには第１の燃焼を行わず第２の燃焼を
行わせる。即ち、触媒が活性化していないときには多量
の未燃炭化水素が排出される第１の燃焼を行わず、従来
より行われている通常の燃焼である第２の燃焼が行われ
る。
【００１１】２番目の発明では１番目の発明において、
触媒温度を代表する代表温度を検出する検出手段を具備
し、活性化判断手段は代表温度が予め定められた温度を
越えたときに触媒が活性化したと判断する。３番目の発
明では１番目の発明において、触媒が酸化触媒、三元触
媒又はＮＯ X 吸収剤の少くとも一つからなる。
【００１２】４番目の発明では１番目の発明において、
燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循
環させる再循環装置を具備し、不活性ガスが再循環排気
ガスからなる。５番目の発明では４番目の発明におい
て、第１の燃焼状態における排気ガス再循環率がほぼ５
５パーセント以上である。
【００１３】６番目の発明では１番目の発明において、
第１の燃焼状態における燃焼時の燃料およびその周囲の
ガス温度は排気ガス中のＮＯx 量が１０p.p.m 前後又は
それ以下となる温度である。７番目の発明では１番目の
発明において、第１の燃焼状態では未燃炭化水素が煤の
形ではなく煤の前駆体又はそれ以前の形でもって燃焼室
から排出され、燃焼室から排出された未燃炭化水素が触
媒によって酸化される。
【００１４】８番目の発明では１番目の発明において、
機関の運転領域を第１の燃焼を行いうる低負荷側の第１
の運転領域と第２の燃焼が行われる高負荷側の第２の運
転領域とに分割し、切換手段は、機関の運転状態が第１
の運転領域にあるときに触媒が活性化していれば第１の
燃焼を行わせ、機関の運転状態が第１の運転領域にある
ときに触媒が活性化していなければ第２の燃焼を行わせ
る。
【００１５】９番目の発明では８番目の発明において、
圧縮始めにおける燃焼室内のガス温が低くなるほど第１
の運転領域が高負荷側に拡大される。１０番目の発明で
は９番目の発明において、燃焼室から排出された排気ガ
スを機関吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置
を具備し、圧縮始めにおける燃焼室内のガス温が再循環
排気ガスと吸入空気との混合ガス温である。
【００１６】１１番目の発明では８番目の発明におい
て、圧縮始めにおける燃焼室内のガス温とシリンダ内壁
面温度との差が小さいほど第１の運転領域が高負荷側に
拡大される。１２番目の発明では８番目の発明におい
て、第１の運転領域では要求負荷が低くなるほど空燃比
が大きくされる。
【００１７】１３番目の発明では１２番目の発明におい
て、第１の運転領域が拡大されるにつれて同一要求負荷
および同一機関回転数における空燃比が大きくされる。
１４番目の発明では１番目の発明において、第１の燃焼
が行われているときに煤がほとんど発生しない燃焼状態
を維持しうるか否かを判断する燃焼状態判断手段を具備
し、切換手段は、第１の燃焼が行われているときに煤が
ほとんど発生しない燃焼状態を維持しえないと判断され
たときに第１の燃焼から第２の燃焼に切換える。
【００１８】１５番目の発明では１４番目の発明におい
て、第１の燃焼が行われているときにほぼ圧縮上死点に
おいて燃焼室内の圧力の第１のピークが表われると共に
圧縮上死点後に燃焼室内の圧力の第２のピークが表わ
れ、第１のピーク圧力と第２のピーク圧力を検出するた
めの燃焼圧センサを具備し、燃焼状態判断手段は、第２
のピーク圧力が第１のピーク圧力を基準とした予め定め
られた圧力範囲内にあるときには煤の発生しない燃焼状
態に維持されていると判断する。
【００１９】１６番目の発明では１５番目の発明におい
て、第２のピーク圧力が上述の圧力範囲の上限を越えた
ときには空燃比を小さくしかつ第２のピーク圧力が上述
の圧力範囲の下限よりも小さくなったときには空燃比を
大きくする空燃比制御手段を具備している。１７番目の
発明では１５番目の発明において、第２のピーク圧力が
上述の圧力範囲の上限を越えたときには噴射時期を遅く
しかつ第２のピーク圧力が上述の圧力範囲の下限よりも
小さくなったときには噴射時期を早める噴射時期制御手
段を具備している。
【００２０】
【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を介してエア
クリーナ１４に連結される。吸気ダクト１３内には電気
モータ１５により駆動されるスロットル弁１６が配置さ
れる。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１７およ
び排気管１８を介して酸化機能を有する触媒１９を内蔵
した触媒コンバータ２０に連結され、排気マニホルド１
７内には空燃比センサ２１が配置される。
【００２１】排気マニホルド１７とサージタンク１２と
はＥＧＲ通路２２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路
２２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２３が配置される。
また、ＥＧＲ通路２２周りにはＥＧＲ通路２２内を流れ
るＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２４が配置され
る。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２
４内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却
される。
【００２２】一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２５を
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２６に連結
される。このコモンレール２６内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ２７から燃料が供給され、コモンレ
ール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介し
て燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２６にはコ
モンレール２６内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ２８が取付けられ、燃料圧センサ２８の出力信号に基
づいてコモンレール２６内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ２７の吐出量が制御される。
【００２３】電子制御ユニット３０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備
する。空燃比センサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換
器３７を介して入力ポート３５に入力され、燃料圧セン
サ２８の出力信号も対応するＡＤ変換器３７を介して入
力ポート３５に入力される。機関本体１には機関冷却水
温を検出するための温度センサ２９が取付けられ、この
温度センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を
介して入力ポート３５に入力される。また、少なくとも
一つの吸気枝管１１内には吸入空気とＥＧＲガスとの混
合ガス温を検出するための温度センサ４３が取付けら
れ、この温度センサ４３の出力信号は対応するＡＤ変換
器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２４】また、触媒１９下流の排気管４５内には触
媒１９を通過した排気ガスの温度を検出するための温度
センサ４５が配置され、この温度センサ４５の出力信号
は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入
力される。燃焼室５内には燃焼室５内の圧力を検出する
ための燃焼圧センサ４６が配置され、この燃焼圧センサ
４６の出力信号はピークホールド回路４７の入力端子Ｉ
に接続される。ピークホールド回路４７の出力端子Ｏは
対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力
される。
【００２５】また、アクセルペダル４０にはアクセルペ
ダル４０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４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は
対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力
される。更に入力ポート３５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４２が接続される。一方、出力ポート３６は対
応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、電気モータ
１５、ＥＧＲ制御弁２３、燃料ポンプ２７およびピーク
ホールド回路４７のリセット入力端子Ｒに接続される。
【００２６】図２は機関低負荷運転時においてスロット
ル弁１６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，ＮＯx 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Ｅ
ＧＲ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。
【００２７】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
Ｏx 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。
【００２８】図３（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが１８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１３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。
【００２９】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ＮＯx の発生量がかなり低下する。Ｎ
Ｏx 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。
【００３０】第２にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図２に示されるようにＨＣおよびＣＯ
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図４に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図４に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図２に示される如くＨＣおよびＣＯの排出
量が増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。
【００３１】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。
【００３２】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ＮＯx 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ＮＯx 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、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。
【００３３】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化触媒
等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
化触媒等を用いた後処理でもって容易に浄化することが
できる。このように酸化触媒等による後処理を考えると
炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態で燃焼室５から
排出させるか、或いは煤の形で燃焼室５から排出させる
かについては極めて大きな差がある。本発明において用
い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
を酸化触媒等により酸化せしめることを核としている。
【００３４】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。
【００３５】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。
【００３６】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。
【００３７】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
は強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、ＣＯ2 やＥＧＲガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
いることは好ましいと言える。
【００３８】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。
【００３９】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。
【００４０】また、図５の曲線Ｃで示されるようにＥＧ
Ｒガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５
５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図５は機関負荷が比
較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負
荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率は
若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下
限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなく
なるＥＧＲ率の下限はＥＧＲガスの冷却度合や機関負荷
に応じて変化する。
【００４１】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お
り、Ｚ１は低負荷運転領域を示している。
【００４２】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ＮＯx 発
生量は１０p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってＮ
Ｏx の発生量は極めて少量となる。
【００４３】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。
【００４４】一方、図６の負荷領域Ｚ２では煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘが吸入しうる全吸入
ガス量Ｙを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘを燃焼室５内に供給
するにはＥＧＲガスおよび吸入空気の双方、或いはＥＧ
Ｒガスを過給又は加圧する必要がある。ＥＧＲガス等を
過給又は加圧しない場合には負荷領域Ｚ２では全吸入空
気量Ｘは吸入しうる全吸入空気量Ｙに一致する。従って
この場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干減
少させてＥＧＲガス量を増大すると共に空燃比がリッチ
のもとで燃料を燃焼せしめることになる。
【００４５】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図６に示される低
負荷運転領域Ｚ１において空気量を図６に示される空気
量よりも少なくても、即ち空燃比をリッチにしても煤の
発生を阻止しつつＮＯx の発生量を１０p.p.m 前後又は
それ以下にすることができ、また図６に示される低負荷
領域Ｚ１において空気量を図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ＮＯx の発生量を１０
p.p.m 前後又はそれ以下にすることができる。
【００４６】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、ＮＯx
も極めて少量しか発生しない。
【００４７】このように、機関低負荷運転領域Ｚ１では
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、ＮＯx 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。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少ない比較的機関負
荷が低いときに限られる。従って本発明では機関負荷が
比較的低いとき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、機関負
荷が比較的高いときには第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
ない燃焼のことを云い、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
ことを云う。
【００４８】図７は第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第１の運転領域Ｉと、第２の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる第２の燃焼領域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４０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。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、第２の燃焼、即ち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、再び第１の燃
焼、即ち低温燃焼が行われる。
【００４９】なお、本発明による実施例では第２の境界
Ｙ（Ｎ）は第１の境界Ｘ（Ｎ）に対してΔＬ（Ｎ）だけ
低負荷側とされる。図７および図８に示されるようにΔ
Ｌ（Ｎ）は機関回転数Ｎの関数であり、ΔＬ（Ｎ）は機
関回転数Ｎが高くなるほど小さくなる。ところで機関の
運転状態が第１の運転領域Ｉにあって低温燃焼が行われ
ているときには煤はほとんど発生せず、その代り未燃炭
化水素が煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼
室５から排出される。このとき酸化機能を有する触媒１
９が活性化していれば燃焼室５から排出された未燃炭化
水素は触媒１９により良好に酸化せしめられる。しかし
ながらこのとき触媒１９が活性化していない場合には未
燃炭化水素は触媒１９により酸化せしめられず、斯くし
て多量の未燃炭化水素が大気に放出されることになる。
従って本発明では機関の運転状態が第１の燃焼、即ち低
温燃焼しうる第１の運転領域であったとしても触媒１９
が活性化していない場合には第１の燃焼を行わず、第２
の燃焼、即ち従来の燃焼方法による燃焼が行われる。
【００５０】触媒１９としては酸化触媒、三元触媒、又
はＮＯX 吸収剤を用いることができる。ＮＯX 吸収剤は
燃焼室５内における平均空燃比がリーンのときにＮＯX
を吸収し、燃焼室５内における平均空燃比がリッチにな
るとＮＯX を放出する機能を有する。このＮＯX 吸収剤
は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリ
ウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ
のようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ
のようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹ
のような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔ
のような貴金属とが担持されている。
【００５１】酸化触媒はもとより、三元触媒およびＮＯ
X 吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびＮＯX 吸収剤を触媒１９として用いるこ
とができる。触媒１９は触媒１９の温度が或る一定温度
を越えると活性化する。触媒１９が活性化する温度は触
媒１９の種類により異なり、代表的な酸化触媒の活性化
温度は３５０℃程度である。触媒１９を通過した排気ガ
スの温度は触媒１９の温度よりもわずかな一定温度だけ
低くなり、従って触媒１９を通過した排気ガス温は触媒
１９の温度を代表している。従って本発明による実施例
では触媒１９を通過した排気ガスの温度から触媒１９が
活性化したか否かを判断するようにしている。
【００５２】図９は空燃比センサ２１の出力を示してい
る。図９に示されるように空燃比センサ２１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２１の出力電流Ｉから空燃比を知ることができる。次
に触媒１９が活性化している場合を例にとって図１０を
参照しつつ第１の運転領域Ｉおよび第２の運転領域IIに
おける運転制御について概略的に説明する。
【００５３】図１０は要求負荷Ｌに対するスロットル弁
１６の開度、ＥＧＲ制御弁２３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１０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１６の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全
閉近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ
制御弁２３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１
０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１５から１８
のリーン空燃比とされている。
【００５４】云い換えると第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１５から１８
のリーン空燃比となるようにスロットル弁１６の開度お
よびＥＧＲ制御弁２３の開度が制御される。なお、この
とき空燃比は空燃比センサ２１の出力信号に基づいてＥ
ＧＲ制御弁２３の開度を補正することによって目標リー
ン空燃比に制御される。また、第１の運転領域Ｉでは圧
縮上死点ＴＤＣ前に燃料噴射が行われる。この場合、噴
射開始時期θＳは要求負荷Ｌが高くなるにつれて遅くな
り、噴射完了時期θＥも噴射開始時期θＳが遅くなるに
つれて遅くなる。
【００５５】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁１６は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁
２３も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁１
６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１６が全閉近くまで閉弁せしめられる。
【００５６】機関の運転状態が第１の運転領域Ｉである
ときには煤およびＮＯx はほとんど発生せず、排気ガス
中に含まれている煤の前駆体又はその前の状態の炭化水
素は触媒１９により酸化せしめられる。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１６の開度が半開状態から全開方向へ
ステップ状に増大しめられる。このとき図１０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２）を飛び越えるので機関
の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域IIに
変わるときに多量のスモークが発生することがない。
【００５７】第２の運転領域IIでは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、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１０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。第２の運転領域IIではスロット
ル弁１６は一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制
御弁２３の開度は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さく
される。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
ど大きくなる。ただし、空燃比は要求負荷Ｌが高くなっ
てもリーン空燃比とされる。また、第２の運転領域IIで
は噴射開始時期θＳは圧縮上死点ＴＤＣ付近とされる。
【００５８】ところで低温燃焼しうる第１の運転領域Ｉ
の範囲は圧縮始めにおける燃焼室５内のガス温およびシ
リンダ内壁面温度に応じて変化する。即ち、要求負荷が
高くなって燃焼による発熱量が増大すると、燃焼時にお
ける燃料およびその周囲のガス温が高くなり、斯くして
低温燃焼を行うことができなくなる。一方、圧縮始めの
燃焼室５内のガス温ＴＧが低くなると燃焼が開始される
直前の燃焼室５内のガス温が低くなるので燃焼時におけ
る燃料およびその周囲のガス温が低くなる。従って圧縮
始めの燃焼室５内のガス温ＴＧが低くなれば燃焼による
発熱量が増大しても、即ち要求負荷が高くなっても燃焼
時における燃料およびその周囲のガス温は高くならず、
斯くして低温燃焼が行われることになる。云い換えると
圧縮始めの燃焼室５内のガス温ＴＧが低くなればなるほ
ど低温燃焼しうる第１の運転領域Ｉが高負荷側に拡大す
ることになる。
【００５９】また、シリンダ内壁面温度ＴＷと圧縮始め
の燃焼室５内のガス温ＴＧとの温度差（ＴＷ−ＴＧ）が
小さいほど圧縮行程中にシリンダ内壁面を介して逃げる
熱量が増大する。従ってこの温度差（ＴＷ−ＴＧ）が小
さくなるほど圧縮行程中における燃焼室５内のガスの温
度上昇量が少なくなり、斯くして燃焼時における燃料お
よびその周囲のガス温が低くなる。従って温度差（ＴＷ
−ＴＧ）が小さいほど低温燃焼しうる第１の運転領域Ｉ
が高負荷側に拡大することになる。
【００６０】本発明による実施例では圧縮始めにおける
燃焼室５内のガス温ＴＧが低くなると図１１に示される
ように第１の境界がＸｏ（Ｎ）からＸ（Ｎ）に移動せし
められ、温度差（ＴＷ−ＴＧ）が小さくなると図１１に
示されるように第１の境界がＸｏ（Ｎ）からＸ（Ｎ）に
移動せしめられる。なお、ここでＸｏ（Ｎ）は基準とな
る第１の境界を示している。基準となる第１の境界Ｘｏ
（Ｎ）は機関回転数Ｎの関数であり、Ｘ（Ｎ）はこのＸ
ｏ（Ｎ）を用いて次式に基づいて算出される。
【００６１】 Ｘ（Ｎ）＝Ｘｏ（Ｎ）＋Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ） Ｋ（Ｔ）＝Ｋ（Ｔ）1 ＋Ｋ（Ｔ）2 ここでＫ（Ｔ）1 は図１２（Ａ）に示されるように圧縮
始めにおける燃焼室５内のガス温ＴＧの関数であり、こ
のＫ（Ｔ）1 の値は圧縮始めにおける燃焼室５内のガス
温ＴＧが低くなるほど大きくなる。また、Ｋ（Ｔ）2 は
図１２（Ｂ）に示されるように温度差（ＴＷ−ＴＧ）の
関数であり、このＫ（Ｔ）2 の値は温度差（ＴＷ−Ｔ
Ｇ）が小さくなるほど大きくなる。なお、図１２（Ａ）
および図１２（Ｂ）においてＴ1 は基準温度、Ｔ2 は基
準温度差であり、ＴＧ＝Ｔ1 でかつ（ＴＷ−ＴＧ）＝Ｔ
2 のときに第１の境界が図１１のＸｏ（Ｎ）となる。
【００６２】一方、Ｋ（Ｎ）は図１２（Ｃ）に示される
ように機関回転数Ｎの関数であり、Ｋ（Ｎ）の値は機関
回転数Ｎが高くなるほど小さくなる。即ち、圧縮始めに
おける燃焼室５内のガス温ＴＧが基準温度Ｔ1 よりも低
くなると圧縮始めにおける燃焼室５内のガス温ＴＧが低
くなるほど第１の境界Ｘ（Ｎ）はＸｏ（Ｎ）に対して高
負荷側に移動し、温度差（ＴＷ−ＴＧ）が基準温度差Ｔ
2 よりも低くなると温度差（ＴＷ−ＴＧ）が小さくなる
ほど第１の境界Ｘ（Ｎ）はＸｏ（Ｎ）に対して高負荷側
に移動しする。また、Ｘｏ（Ｎ）に対するＸ（Ｎ）の移
動量は機関回転数Ｎが高くなるほど少なくなる。
【００６３】図１３（Ａ）は第１の境界が基準となる第
１の境界Ｘｏ（Ｎ）であるときの第１の運転領域Ｉにお
ける空燃比Ａ／Ｆを示している。図１３（Ａ）におい
て、Ａ／Ｆ＝１５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７で示さ
れる各曲線は夫々空燃比が１５，１６，１７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１３（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が低くなるほど空燃比Ａ／Ｆがリー
ンとされる。
【００６４】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１３（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌが低くなる
につれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。空燃比Ａ／Ｆが
大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り
空燃比をリーンにするために本発明による実施例では要
求負荷Ｌが低くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされ
る。
【００６５】図１３（Ｂ）は第１の境界が図１１に示さ
れるＸ（Ｎ）のときの第１の運転領域Ｉにおける空燃比
Ａ／Ｆを示している。図１３（Ａ）および（Ｂ）を比較
するとわかるように第１の境界Ｘ（Ｎ）がＸｏ（Ｎ）に
対して高負荷側に移動するとそれに追従して各空燃比を
示すＡ／Ｆ＝１５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７の曲線
も高負荷側に移動する。従って第１の境界Ｘ（Ｎ）がＸ
ｏ（Ｎ）に対して高負荷側に移動すると同一要求負荷Ｌ
および同一機関回転数Ｎにおける空燃比Ａ／Ｆが大きく
なることがわかる。即ち、第１の運転領域Ｉが高負荷側
に拡大せしめられると煤およびＮＯx のほとんど発生し
ない運転領域が拡大されるばかりでなく、燃料消費率が
向上せしめられることになる。
【００６６】本発明による実施例では第１の境界Ｘ
（Ｎ）が種々に変化したときの第１の運転領域Ｉにおけ
る目標空燃比、即ち種々のＫ（Ｔ）の値に対する第１の
運転領域Ｉにおける目標空燃比が図１４（Ａ）から図１
４（Ｄ）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ＲＯＭ３２内に記憶さ
れている。即ち、図１４（Ａ）はＫ（Ｔ）の値がＫＴ１
のときの目標空燃比ＡＦＫＴ１を示しており、図１４
（Ｂ）はＫ（Ｔ）の値がＫＴ２のときの目標空燃比ＡＦ
ＫＴ２を示しており、図１４（Ｃ）はＫ（Ｔ）の値がＫ
Ｔ３のときの目標空燃比ＡＦＫＴ３を示しており、図１
４（Ｄ）はＫ（Ｔ）の値がＫＴ４のときの目標空燃比Ａ
ＦＫＴ４を示している。
【００６７】一方、空燃比を目標空燃比ＡＦＫＴ１，Ａ
ＦＫＴ２，ＡＦＫＴ３，ＡＦＫＴ４とするのに必要なス
ロットル弁１６の目標開度が図１５（Ａ）から図１５
（Ｄ）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定めＲＯＭ３２内に記憶
されており、また空燃比を目標空燃比ＡＦＫＴ１，ＡＦ
ＫＴ２，ＡＦＫＴ３，ＡＦＫＴ４とするのに必要なＥＧ
Ｒ制御弁２３の目標基本開度が図１６（Ａ）から図１６
（Ｄ）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ＲＯＭ３２内に記憶され
ている。
【００６８】即ち、図１５（Ａ）は空燃比が１５のとき
のスロットル弁１６の目標開度ＳＴ１５を示しており、
図１６（Ａ）は空燃比が１５のときのＥＧＲ制御弁２３
の目標基本開度ＳＥ１５を示している。また、図１５
（Ｂ）は空燃比が１６のときのスロットル弁１６の目標
開度ＳＴ１６を示しており、図１６（Ｂ）は空燃比が１
６のときのＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度ＳＥ１６を
示している。
【００６９】また、図１５（Ｃ）は空燃比が１７のとき
のスロットル弁１６の目標開度ＳＴ１７を示しており、
図１６（Ｃ）は空燃比が１７のときのＥＧＲ制御弁２３
の目標基本開度ＳＥ１７を示している。また、図１５
（Ｄ）は空燃比が１８のときのスロットル弁１６の目標
開度ＳＴ１８を示しており、図１６（Ｄ）は空燃比が１
８のときのＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度ＳＥ１８を
示している。
【００７０】図１７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１７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。空
燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁１
６の目標開度ＳＴが図１８（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ＲＯＭ３２内に記憶されており、空燃比をこの目標空
燃比とするのに必要なＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥ
が図１８（Ｂ）に示されるよに要求負荷Ｌおよび機関回
転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記
憶されている。
【００７１】機関の運転状態が第２の運転状態IIのとき
には空燃比が図１７に示される目標空燃比とされる。ま
た、機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであっても第２
の燃焼を行うべきときには空燃比が図１７に示される目
標空燃比とされる。これまで述べたように機関の運転状
態が第１の運転領域Ｉにありかつ触媒１９が活性化して
いるときには第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われる。し
かしながら機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにありか
つ触媒１９が活性化していても何らかの理由により良好
な低温燃焼を行えない場合がある。そこで本発明による
実施例では触媒１９が活性化しているときに機関の運転
状態が第１の運転領域Ｉとなったときには低温燃焼すべ
くスロットル弁１６の開度およびＥＧＲ制御弁２３の開
度を夫々図１５に示す目標開度ＳＴおよび図１６に示す
基本目標開度ＳＥとし、このとき良好な低温燃焼を行う
ことができない場合には第２の燃焼に切換えるようにし
ている。
【００７２】本発明による一実施例では良好な低温燃焼
が行われているか否かが燃焼圧センサ４６により検出さ
れた燃焼室５内の圧力に基づいて判断される。即ち、良
好な低温燃焼が行われているときには図１９に示される
ように燃焼圧力が緩やかに変化する。具体的に云うと、
燃焼圧はＰ0 で示されるように上死点ＴＤＣにおいて一
旦ピークとなり、次いでＰ1 で示されるように上死点Ｔ
ＤＣ後において再びピークとなる。ピーク圧Ｐ1 は燃焼
圧により生じ、良好な低温燃焼が行われているときには
ピーク圧Ｐ0 に対するピーク圧Ｐ1 の上昇量、即ちピー
ク圧Ｐ0 とピーク圧Ｐ1 との差圧ΔＰ（＝Ｐ1 −Ｐ0 ）
が比較的小さくなる。
【００７３】これに対し例えば燃料粒子の密度の高い領
域が局所的に形成され、その結果着火後の圧力上昇量が
大きくなると燃焼温度が高くなる。このときにはもはや
低温燃焼が行われず、斯くして多量の煤が発生すること
になる。そこで本発明による実施例では差圧ΔＰ（＝Ｐ
1 −Ｐ0 ）が予め定められた上限値αを越えたときには
差圧ΔＰが小さくなるように空燃比を小さくするか、又
は噴射時期を遅らせ、それでも差圧ΔＰが設定値αより
も小さくならなかったときには低温燃焼、即ち第１の燃
焼から第２の燃焼に切換えるようにしている。なお、空
燃比を小さくすると圧力上昇量が低下し、燃焼温度が低
くなるのは燃料粒子周りの酸素濃度が低くなるためであ
る。
【００７４】図２０（Ａ）に示されるように上限値αは
要求負荷Ｌが大きくなるほど小さくなり、図２０（Ｂ）
に示されるように上限値αは機関回転数Ｎが高くなるほ
ど小さくなる。この上限値αは図２０（Ｃ）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ＲＯＭ３２内に記憶されている。また、良
好な低温燃焼が行われず、燃焼不良を生じるとピーク圧
Ｐ1 がピーク圧Ｐ0 よりも低くなる。従って本発明によ
る実施例では差圧ΔＰ（＝Ｐ1 −Ｐ0）が負になったと
きには空燃比を大きくするか、又は噴射時期を早めて良
好な低温燃焼を行わせるようにし、それでも差圧ΔＰが
零以上にならなかったときには低温燃焼、即ち第１の燃
焼から第２の燃焼に切換えるようにしている。
【００７５】次に図２０および図２１を参照しつつ差圧
ΔＰの検出方法について説明する。図２１はクランク角
割込みルーチンを示しており、まず初めにステップ１０
０において現在クランク角がＣＡ１（図１９）であるか
否かが判別される。クランク角がＣＡ１のときにはステ
ップ１０１に進んでピークホールド回路４７の出力電圧
が読込まれる。このときピークホールド回路４７の出力
電圧はピーク圧Ｐ0 を表しており、従ってステップ１０
１では、ピーク圧Ｐ0 が読込まれることになる。次いで
ステップ１０２ではリセット信号がピークホールド回路
４７のリセット入力端子Ｒに入力され、それによってピ
ークホールド回路４７がリセットされる。
【００７６】次いでステップ１０３では現在クランク角
がＣＡ２（図１９）であるか否かが判別される。クラン
ク角がＣＡ２のときにはステップ１０４に進んでピーク
ホールド回路４７の出力電圧が読込まれる。このときピ
ークホールド回路４７の出力電圧はピーク圧Ｐ1 を表し
ており、従ってステップ１０４ではピーク圧Ｐ1 が読込
まれることになる。次いでステップ１０５ではリセット
信号がピークホールド回路４７のリセット入力端子Ｒに
入力され、それによってピークホールド回路４７がリセ
ットされる。次いでステップ１０６ではピーク圧Ｐ0 と
ピーク圧Ｐ1 との差圧ΔＰ（＝Ｐ1 −Ｐ0 ）が算出され
る。
【００７７】図２２は低温燃焼領域、即ち第１の運転領
域Ｉを制御するためのルーチンを示している。図２２を
参照すると、まず初めにステップ２００において圧縮始
めにおける燃焼室５内のガス温ＴＧおよびシリンダ内壁
面温度ＴＷが算出される。この実施例では温度センサ４
３により検出された吸入空気とＥＧＲガスの混合ガス温
が圧縮始めにおける燃焼室５内のガス温ＴＧとされ、温
度センサ２９により検出された機関冷却水温がシリンダ
内壁面温度ＴＷとされる。次いでステップ２０１では図
１２（Ａ）に示す関係からＫ（Ｔ）1 が求められ、図１
２（Ｂ）に示す関係からＫ（Ｔ）2 が求められ、これら
Ｋ（Ｔ）1 とＫ（Ｔ）2 とを加算することによってＫ
（Ｔ）（＝Ｋ（Ｔ）1 ＋Ｋ（Ｔ）2 ）が算出される。
【００７８】次いでステップ２０２では機関回転数Ｎに
基づいて図１２（Ｃ）に示す関係からＫ（Ｎ）が算出さ
れる。次いでステップ２０３では予め記憶されている第
１の境界Ｘｏ（Ｎ）の値を用いて次式に基づき第１の境
界Ｘ（Ｎ）の値が算出される。 Ｘ（Ｎ）＝Ｘｏ（Ｎ）＋Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ） 次いでステップ２０４では機関回転数Ｎに基づいて図８
に示す関係からΔＬ（Ｎ）が算出される。次いでステッ
プ２０５ではＸ（Ｎ）からΔＬ（Ｎ）を減算することに
よって第２の境界Ｙ（Ｎ）の値（＝Ｘ（Ｎ）−ΔＬ
（Ｎ））が算出される。
【００７９】次に図２３から図２４を参照しつつ運転制
御について説明する。なお、この実施例では低温燃焼す
べきときに差圧ΔＰ（＝Ｐ1 −Ｐ0 ）が上限値αを越え
ると空燃比が小さくされ、差圧ΔＰが負になると空燃比
が大きくされる。即ち、差圧ΔＰが零よりも大きく上限
値αよりも小さい一定範囲内に保持される。更に、空燃
比が小さくされても差圧ΔＰが上限値αよりも低くなら
ないときには第２の燃焼に切換えられ、空燃比が大きく
されても差圧ΔＰが零よりも大きくならないときには第
２の燃焼に切換えられる。
【００８０】図２３におよび図２４を参照すると、まず
初めにステップ３００において温度センサ４５の出力信
号に基づいて触媒１９を通過した排気ガスの温度Ｔｃが
予め定められたＴ0 よりも高いか否か、即ち触媒１９が
活性化したか否かが判断される。Ｔｃ≦Ｔ0 のとき、即
ち触媒１９が活性化していないときにはステップ３１１
に進んで第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による燃焼が
行われる。
【００８１】即ち、ステップ３１１では図１８（Ａ）に
示すマップからスロットル弁１６の目標開度ＳＴが算出
され、次いでステップ３１２では図１８（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥが算出され
る。次いでステップ３１３では噴射量Ｑが算出され、次
いでステップ３１４では噴射開始時期θＳが算出され
る。
【００８２】ステップ３００においてＴｃ＞Ｔ0 である
と判断されたとき、即ち触媒１９が活性化しているとき
にはステップ３０１に進んで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３０２に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ
（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ
（Ｎ）のときにはステップ３０３に進む。
【００８３】ステップ３０３では第１の燃焼、即ち低温
燃焼を行うことを禁止すべきであることを示す禁止フラ
グがセットされているか否かが判別される。禁止フラグ
がセットされていないとき、即ち低温燃焼を行うべきと
きにはステップ３０４に進んで低温燃焼を行なうべくス
ロットル弁１６の開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度等
が制御される。
【００８４】即ち、ステップ３０４では図１４（Ａ）か
ら（Ｄ）に示されるマップのうちでＫ（Ｔ）に応じた二
つのマップを用いて比例配分により目標空燃比ＡＦが算
出される。次いでステップ３０５では図１５（Ａ）から
（Ｄ）に示されるマップのうちで目標空燃比ＡＦに応じ
た二つのマップを用いて比例配分によりスロットル弁１
６の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁１６の開度
がこの目標開度ＳＴに制御される。次いでステップ３０
６では図１６（Ａ）から（Ｄ）に示されるマップのうち
で目標空燃比ＡＦに応じた二つのマップ用いて比例配分
によりＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度ＳＥが算出され
る。次いでステップ３０７では噴射量Ｑが算出され、次
いでステップ３１６では噴射開始時期θＳが算出され
る。次いでステップ３１７に進む。
【００８５】ステップ３１７では差圧ΔＰ（＝Ｐ1 −Ｐ
0 ）が零よりも大きいか否かが判別される。ΔＰ≧０の
ときにはステップ３２３に進んで図２０（Ｃ）に示すマ
ップから上限値αが算出される。次いでステップ３２４
では差圧ΔＰが上限値αよりも小さいか否かが判別され
る。ΔＰ＜αのときにはステップ３２９にジャンプす
る。即ち、０≦ΔＰ＜αのときにはステップ３２９にジ
ャンプする。
【００８６】ステップ３２９では空燃比センサ２１によ
り検出された実際の空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比ＡＦより
も大きいか否かが判別される。Ａ／Ｆ＞ＡＦのときには
ステップ３３０に進んでＥＧＲ制御弁２３の開度に対す
る補正値ΔＳＥに一定値βが加算され、次いでステップ
３３２に進む。これに対してＡ／Ｆ≦ＡＦのときにはス
テップ３３１に進んで補正値ΔＳＥから一定値βが減算
され、次いでステップ３３２に進む。ステップ３３２で
はＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度ＳＥに補正値ΔＳＥ
を加算することによりＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥ
Ｏが算出され、ＥＧＲ制御弁２３の開度がこの目標開度
ＳＥＯに制御される。即ち、この実施例ではＥＧＲ制御
弁２３の開度を制御することによって実際の空燃比が目
標空燃比ＡＦに制御される。無論この場合、スロットル
弁１６の開度を制御することによって実際の空燃比を目
標空燃比ＡＦに制御することもできる。
【００８７】このように低温燃焼を行うべくスロットル
弁１６の開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度等が制御さ
れたときに差圧ΔＰが予め定められた範囲（０≦ΔＰ＜
α）内にあれば、即ち良好な低温燃焼が行われていれば
そのまま低温燃焼が続行され、このとき実際の空燃比が
目標空燃比ＡＦに制御される。一方、ステップ３０２に
おいてＬ＞Ｘ（Ｎ）になったと判断されるとステップ３
０８に進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ
３０９では禁止フラグがリセットされる。次いでステッ
プ３１１に進み、第２の燃焼、即ち従来より行われてい
る通常の燃焼が行われる。
【００８８】一方、ステップ３０１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３１０
に進んで要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも小さく
なったか否かが判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときにはス
テップ３１１に進む。これに対してＬ＜Ｙ（Ｎ）になる
とステップ３１５に進んでフラグＩがセットされる。次
いでステップ３０３に進み、低温燃焼すべくスロットル
弁１６の開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度等が制御さ
れる。
【００８９】一方、ステップ３２４においてΔＰ≧αで
あると判断されるとステップ３２５に進んで目標空燃比
ＡＦの補正値ΔＡＦに一定値ｄが加算される。次いでス
テップ３２６では目標空燃比ＡＦから補正値ΔＡＦが減
算され、それによって空燃比ＡＦが小さくされる。次い
でステップ３２７では空燃比ＡＦが予め定められた下限
値ＡＦmin 、例えば１５．０よりも小さくなったか否か
が判別される。ＡＦ≧ＡＦmin であればステップ３２９
にジャンプする。これに対してＡＦ＜ＡＦminになると
ステップ３２８に進んで空燃比ＡＦが下限値ＡＦmin と
され、次いでステップ３２２に進んで禁止フラグがセッ
トされる。
【００９０】即ち、低温燃焼すべくスロットル弁１６の
開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度等が制御されたとき
に差圧ΔＰが上限値αよりも大きくなれば空燃比が徐々
に小さくされ、ΔＰ＜αになれば低温燃焼が続行され
る。これに対し、空燃比ＡＦが下限値ＡＦmin まで小さ
くなってもΔＰ≧αであるときには禁止フラグがセット
される。禁止フラグがセットされるとステップ３０３か
らステップ３１１に進み、斯くして第２の燃焼に切換え
られる。
【００９１】禁止フラグがリセットされるのはステップ
３０２においてＬ＞Ｘ（Ｎ）であると判断されたとき、
即ち機関の運転状態が第２の運転領域IIになったときで
ある。従って機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにある
ときに禁止フラグがセットされるとその後機関の運転状
態が第２の運転領域IIとなり、次いで再び第１の運転領
域Ｉに切換えられるまで第２の燃焼が続行される。
【００９２】一方、ステップ３１７において差圧ΔＰが
負であると判断されるとステップ３１８に進んで補正値
ΔＡＦから一定値ｄが減算される。次いでステップ３１
９では目標空燃比ＡＦから補正値ΔＡＦが減算されこの
とき空燃比ＡＦは大きくなる。次いでステップ３２０で
は補正値ΔＡＦが零よりも大きいか否かが判別される。
ΔＡＦ≧０のときにはステップ３２９にジャンプする。
これに対してΔＡＦ＜０になるとステップ３２１に進ん
で空燃比ＡＦが図１４のマップから求められた目標空燃
比とされる。次いでステップ３２２に進んで禁止フラグ
がセットされる。
【００９３】即ち、低温燃焼すべくスロットル弁１６の
開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度等が制御されたとき
に差圧ΔＰが負になれば空燃比が徐々に大きくされ、Δ
Ｐ≧０になれば低温燃焼が続行される。これに対し、補
正値ΔＡＦが負になっても、即ち空燃比ＡＦが図１４の
マップから求められた目標空燃比まで大きくなってもΔ
Ｐ＜０であるときには禁止フラグがセットされ、第２の
燃焼に切換えられる。
【００９４】次に図２５から図２７を参照しつつ運転制
御の別の実施例について説明する。この実施例では低温
燃焼すべきときに差圧ΔＰ（＝Ｐ1 −Ｐ0 ）が上限値α
を越えると噴射開始時期θＳが遅くされ、差圧ΔＰが負
になると噴射開始時期θＳが早められる。即ち、差圧Δ
Ｐが零よりも大きく上限値αよりも小さい一定範囲内に
保持される。更に、噴射開始時期θＳが遅くされても差
圧ΔＰが上限値αよりも低くならないときには第２の燃
焼に切換えられ、噴射開始時期θＳが早められても差圧
ΔＰが零よりも大きくならないときには第２の燃焼に切
換えられる。
【００９５】図２５および図２６を参照すると、まず始
めにステップ４００において温度センサ４５の出力信号
に基づいて触媒１９を通過した排気ガスの温度Ｔｃが予
め定められたＴ0 よりも高いか否か、即ち触媒１９が活
性化したか否かが判断される。Ｔｃ≦Ｔ0 のとき、即ち
触媒１９が活性化していないときにはステップ４１１に
進んで第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による燃焼が行
われる。
【００９６】即ち、ステップ４１１では図１８（Ａ）に
示すマップからスロットル弁１６の目標開度ＳＴが算出
され、次いでステップ４１２では図１８（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥが算出され
る。次いでステップ４１３では噴射量Ｑが算出され、次
いでステップ４１４では噴射開始時期θＳが算出され
る。
【００９７】ステップ４００においてＴｃ＞Ｔ0 である
と判断されたとき、即ち触媒１９が活性化しているとき
にはステップ４０１に進んで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４０２に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ
（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ
（Ｎ）のときにはステップ４０３に進む。
【００９８】ステップ４０３では第１の燃焼、即ち低温
燃焼を行うことを禁止すべきであることを示す禁止フラ
グがセットされているか否かが判別される。禁止フラグ
がセットされていないとき、即ち低温燃焼を行うべきと
きにはステップ４０４に進んで低温燃焼を行なうべくス
ロットル弁１６の開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度等
が制御される。
【００９９】即ち、ステップ４０４では図１４（Ａ）か
ら（Ｄ）に示されるマップのうちでＫ（Ｔ）に応じた二
つのマップを用いて比例配分により目標空燃比ＡＦが算
出される。次いでステップ４０５では図１５（Ａ）から
（Ｄ）に示されるマップのうちで目標空燃比ＡＦに応じ
た二つのマップを用いて比例配分によりスロットル弁１
６の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁１６の開度
がこの目標開度ＳＴに制御される。次いでステップ４０
６では図１６（Ａ）から（Ｄ）に示されるマップのうち
で目標空燃比ＡＦに応じた二つのマップ用いて比例配分
によりＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度ＳＥが算出され
る。次いでステップ４０７では噴射量Ｑが算出され、次
いでステップ４１６では目標噴射開始時期θＳが算出さ
れる。この目標噴射開始時期θＳは図２７（Ａ）に示す
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ＲＯＭ３２内に記憶されている。次いでス
テップ４１７に進む。
【０１００】ステップ４１７では差圧ΔＰ（＝Ｐ1 −Ｐ
0 ）が零よりも大きいか否かが判別される。ΔＰ≧０の
ときにはステップ４２３に進んで図２０（Ｃ）に示すマ
ップから上限値αが算出される。次いでステップ４２４
では差圧ΔＰが上限値αよりも小さいか否かが判別され
る。ΔＰ＜αのときにはステップ４３０にジャンプす
る。即ち、０≦ΔＰ＜αのときにはステップ４３０にジ
ャンプする。
【０１０１】ステップ４３０では空燃比センサ２１によ
り検出された実際の空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比ＡＦより
も大きいか否かが判別される。Ａ／Ｆ＞ＡＦのときには
ステップ４３１に進んでＥＧＲ制御弁２３の開度に対す
る補正値ΔＳＥに一定値βが加算され、次いでステップ
４３３に進む。これに対してＡ／Ｆ≦ＡＦのときにはス
テップ４３２に進んで補正値ΔＳＥから一定値βが減算
され、次いでステップ４３３に進む。ステップ４３３で
はＥＧＲ制御弁２３の目標基本開度ＳＥに補正値ΔＳＥ
を加算することによりＥＧＲ制御弁２３の目標開度ＳＥ
Ｏが算出され、ＥＧＲ制御弁２３の開度がこの目標開度
ＳＥＯに制御される。即ち、ＥＧＲ制御弁２３の開度を
制御することによって実際の空燃比が目標空燃比ＡＦに
制御される。無論この場合、前述したようにスロットル
弁１６の開度を制御することによって実際の空燃比を目
標空燃比ＡＦに制御することができる。
【０１０２】このように低温燃焼を行うべくスロットル
弁１６の開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度等が制御さ
れたときに差圧ΔＰが予め定められた範囲（０≦ΔＰ＜
α）内にあれば、即ち良好な低温燃焼が行われていれば
そのまま低温燃焼が続行され、このとき実際の空燃比が
目標空燃比ＡＦに制御される。一方、ステップ４０２に
おいてＬ＞Ｘ（Ｎ）になったと判断されるとステップ４
０８に進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ
４０９では禁止フラグがリセットされる。次いでステッ
プ４１１に進み、第２の燃焼、即ち従来より行われてい
る通常の燃焼が行われる。一方、ステップ４００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４１０に進んで要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）
よりも小さ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４１１に進む。これに対してＬ＜Ｙ
（Ｎ）になるとステップ４１５に進んでフラグＩがセッ
トされる。次いでステップ４０３に進み、低温燃焼すべ
くスロットル弁１６の開度およびＥＧＲ制御弁２３の開
度等が制御される。
【０１０３】一方、ステップ４２４においてΔＰ≧αで
あると判断されるとステップ４２５に進んで目標噴射開
始時期θＳの補正値Δθに一定値ｅが加算される。次い
でステップ４２６では目標噴射開始時期θＳから補正値
Δθが減算され、それによって噴射開始時期θＳが遅く
される。次いでステップ４２７では許容最大遅角時期θ
min が算出される。この許容最大遅角時期θmin は図２
７（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数
Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次
いでステップ４２８では噴射開始時期θＳが許容最大遅
角時期θmin よりも遅くなったか否か、即ちθＳ＜θmi
n であるか否かが判別される。θＳ≧θmin であればス
テップ４３０にジャンプする。これに対してθＳ＜θmi
n になるとステップ４２９に進んで噴射開始時期θＳが
許容最大遅角時期θmin とされ、次いでステップ４２２
に進んで禁止フラグがセットされる。
【０１０４】即ち、低温燃焼すべくスロットル弁１６の
開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度等が制御されたとき
に差圧ΔＰが上限値αよりも大きくなれば噴射開始時期
が徐々に遅くされ、ΔＰ＜αになれば低温燃焼が続行さ
れる。これに対し、噴射開始時期が許容最大遅角時期θ
min まで遅くらされてもΔＰ≧αであるときには禁止フ
ラグがセットされる。禁止フラグがセットされるとステ
ップ４０３からステップ４１１に進み、斯くして第２の
燃焼に切換えられる。
【０１０５】禁止フラグがリセットされるのはステップ
４０２においてＬ＞Ｘ（Ｎ）であると判断されたとき、
即ち機関の運転状態が第２の運転領域IIになったときで
ある。従って機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにある
ときに禁止フラグがセットされるとその後機関の運転状
態が第２の運転領域IIとなり、次いで再び第１の運転領
域Ｉに切換えられるまで第２の燃焼が続行される。
【０１０６】一方、ステップ４１７において差圧ΔＰが
負であると判断されるとステップ４１８に進んで補正値
Δθから一定値ｅが減算される。次いでステップ４１９
では目標噴射開始時期θＳから補正値Δθが減算され、
このとき噴射開始時期θＳが早められる。次いでステッ
プ４２０では補正値Δθが零よりも大きいか否かが判別
される。Δθ≧０のときにはステップ４３０にジャンプ
する。これに対してΔθ＜０になるとステップ４２１に
進んで噴射開始時期θＳが図２７（Ａ）のマップから求
められた目標噴射開始時期とされる。次いでステップ４
２２に進んで禁止フラグがセットされる。
【０１０７】即ち、低温燃焼すべくスロットル弁１６の
開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度等が制御されたとき
に差圧ΔＰが負になれば噴射開始時期が徐々に早めら
れ、ΔＰ≧０になれば低温燃焼が続行される。これに対
し、補正値Δθが負になっても、即ち噴射開始時期が図
２７（Ａ）のマップから求められた目標噴射開始時期ま
で早められてもΔＰ＜０であるときには禁止フラグがセ
ットされ、第２の燃焼に切換えられるこれまで述べた実
施例では圧縮始めの燃焼室５内の温度ＴＧとして吸入空
気とＥＧＲガスの混合ガス温が用いられていた。しかし
ながら吸入空気温Ｔ（Ａ）とＥＧＲガス温Ｔ（Ｅ）とを
別個に検出し、これら吸入空気温Ｔ（Ａ）とＥＧＲガス
温Ｔ（Ｅ）から圧縮始めの燃焼室５内の温度ＴＧを求め
ることもできる。図２８はこのようにする場合に適して
いる圧縮着火式内燃機関の全体図を示している。この内
燃機関では吸入空気温Ｔ（Ａ）を検出するための温度セ
ンサ５０が吸気ダクト１３内に配置され、ＥＧＲガス温
Ｔ（Ｅ）を検出するための温度センサ５１がＥＧＲ通路
２２内に配置される。これら温度センサ５０，５１の出
力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７（図１）を介して
入力ポート３５（図１）に入力される。更にこの実施例
では吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５２
が設けられ、このエアフローメータ５２の出力信号が対
応するＡＤ変換器３７（図１）を介して入力ポート３５
（図１）に入力される。
【０１０８】この実施例では次式に基づき圧縮始めの燃
焼室５内の温度ＴＧが算出される。ＴＧ＝（ＧＡ・Ｔ
（Ａ）＋ＧＥ・Ｔ（Ｅ））／（ＧＡ＋ＧＥ）ここでＧＡ
は吸入空気量を示しており、ＧＥはＥＧＲガス量を示し
ている。吸入空気量ＧＡはエアフローメータ５２の出力
信号から算出され、ＥＧＲガス量ＧＥは吸入空気量ＧＡ
と目標ＥＧＲ率から算出される。
【０１０９】即ち、上式においてＧＡ・Ｔ（Ａ）は燃焼
室５内に供給される吸入空気の熱量を表しており、ＧＥ
・Ｔ（Ｅ）は燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの熱量
を表している。これらの熱量の和は燃焼室５内に供給さ
れる吸入空気とＥＧＲガスの混合ガスの熱量となり、こ
の混合ガスの温度をＴＧとすると混合ガスの熱量はＴＧ
・（ＧＡ＋ＧＥ）で表される。従って混合ガスの温度Ｔ
Ｇは上式の如く表されることになる。この実施例では圧
縮始めの燃焼室５内の温度ＴＧとしてこの混合ガス温が
使用される。
【０１１０】なお、さほど精度の高い制御を要求しない
場合には、圧縮始めの燃焼室５内の温度ＴＧとして吸入
空気温Ｔ（Ａ）を用いることもできるし、ＥＧＲガス温
Ｔ（Ｅ）を用いることもできる。
【０１１１】
【発明の効果】大気中に未燃炭化水素が排出されるのを
阻止しつつ煤およびＮＯX がほとんど発生しない低温燃
焼を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】スモークおよびＮＯx 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】ΔＬ（Ｎ）と機関回転数Ｎとの関係を示す図で
ある。
【図９】空燃比センサの出力を示す図である。
【図１０】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図１１】第１の境界Ｘ（Ｎ）の制御方法を説明するた
めの図である。
【図１２】Ｋ（Ｔ）1 ，Ｋ（Ｔ）2 およびＫ（Ｎ）を示
す図である。
【図１３】第１の運転領域Ｉにおける空燃比を示す図で
ある。
【図１４】目標空燃比のマップを示す図である。
【図１５】スロットル弁の目標開度のマップを示す図で
ある。
【図１６】ＥＧＲ制御弁の目標基本開度を示す図であ
る。
【図１７】第２の燃焼における空燃比等を示す図であ
る。
【図１８】スロットル弁の目標開度等を示す図である。
【図１９】燃焼圧等を示す図である。
【図２０】上限値αを示す図である。
【図２１】クランク角割込みルーチンを示す図である。
【図２２】低温燃焼領域を制御するためのフローチャー
トである。
【図２３】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図２４】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図２５】機関の運転を制御するための別の実施例を示
すフローチャートである。
【図２６】機関の運転を制御するための別の実施例を示
すフローチャートである。
【図２７】目標噴射開始時期等のマップを示す図であ
る。
【図２８】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁 １６…スロットル弁 １９…触媒 ２３…ＥＧＲ制御弁 ４６…燃焼圧センサ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ Ｚ Ｆ０２Ｄ 21/08 Ｆ０２Ｄ 21/08 Ｌ 41/02 ３８０ 41/02 ３８０Ｅ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８Ｔ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ ５７０ ５７０Ｄ (72)発明者 安部 司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室内の不活性ガス量を増大していく
    と煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内
    の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における
    燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よ
    りも低くなって煤がほとんど発生しなくなる圧縮着火式
    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く煤がほとんど
    発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不
    活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２
    の燃焼とを選択的に切換える切換手段と、機関排気通路
    内に配置された酸化機能を有する触媒が活性化したか否
    かを判断する活性化判断手段とを具備し、該切換手段
    は、該触媒が活性化していないときには該第１の燃焼を
    行わず該第２の燃焼を行わせる圧縮着火式内燃機関。
  2. 【請求項２】 上記触媒温度を代表する代表温度を検出
    する検出手段を具備し、上記活性化判断手段は該代表温
    度が予め定められた温度を越えたときに触媒が活性化し
    たと判断する請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
  3. 【請求項３】 該触媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯX
    吸収剤の少くとも一つからなる請求項１に記載の圧縮着
    火式内燃機関。
  4. 【請求項４】 燃焼室から排出された排気ガスを機関吸
    気通路内に再循環させる再循環装置を具備し、上記不活
    性ガスが再循環排気ガスからなる請求項１に記載の圧縮
    着火式内燃機関。
  5. 【請求項５】 上記第１の燃焼状態における排気ガス再
    循環率がほぼ５５パーセント以上である請求項４に記載
    の圧縮着火式内燃機関。
  6. 【請求項６】 上記第１の燃焼状態における燃焼時の燃
    料およびその周囲のガス温度は排気ガス中のＮＯx 量が
    １０p.p.m 前後又はそれ以下となる温度である請求項１
    に記載の圧縮着火式内燃機関。
  7. 【請求項７】 上記第１の燃焼状態では未燃炭化水素が
    煤の形ではなく煤の前駆体又はそれ以前の形でもって燃
    焼室から排出され、燃焼室から排出された未燃炭化水素
    が上記触媒によって酸化される請求項１の圧縮着火式内
    燃機関。
  8. 【請求項８】 機関の運転領域を第１の燃焼を行いうる
    低負荷側の第１の運転領域と第２の燃焼が行われる高負
    荷側の第２の運転領域とに分割し、上記切換手段は、機
    関の運転状態が第１の運転領域にあるときに上記触媒が
    活性化していれば第１の燃焼を行わせ、機関の運転状態
    が第１の運転領域にあるときに上記触媒が活性化してい
    なければ第２の燃焼を行わせる請求項１に記載の圧縮着
    火式内燃機関。
  9. 【請求項９】 圧縮始めにおける燃焼室内のガス温が低
    くなるほど第１の運転領域が高負荷側に拡大される請求
    項８に記載の圧縮着火式内燃機関。
  10. 【請求項１０】 燃焼室から排出された排気ガスを機関
    吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備
    し、圧縮始めにおける燃焼室内のガス温が再循環排気ガ
    スと吸入空気との混合ガス温である請求項９に記載の圧
    縮着火式内燃機関。
  11. 【請求項１１】 シリンダ内壁面温度と圧縮始めにおけ
    る燃焼室内のガス温との差が小さいほど第１の運転領域
    が高負荷側に拡大される請求項８に記載の圧縮着火式内
    燃機関。
  12. 【請求項１２】 第１の運転領域では要求負荷が低くな
    るほど空燃比が大きくされる請求項８に記載の圧縮着火
    式内燃機関。
  13. 【請求項１３】 第１の運転領域が拡大されるにつれて
    同一要求負荷および同一機関回転数における空燃比が大
    きくされる請求項１２に記載の圧縮着火式内燃機関。
  14. 【請求項１４】 第１の燃焼が行われているときに煤が
    ほとんど発生しない燃焼状態を維持しうるか否かを判断
    する燃焼状態判断手段を具備し、上記切換手段は、第１
    の燃焼が行われているときに煤がほとんど発生しない燃
    焼状態を維持しえないと判断されたときに第１の燃焼か
    ら第２の燃焼に切換える請求項１に記載の圧縮着火式内
    燃機関。
  15. 【請求項１５】 第１の燃焼が行われているときにほぼ
    圧縮上死点において燃焼室内の圧力の第１のピークが表
    われると共に圧縮上死点後に燃焼室内の圧力の第２のピ
    ークが表われ、第１のピーク圧力と第２のピーク圧力を
    検出するための燃焼圧センサを具備し、上記燃焼状態判
    断手段は、第２のピーク圧力が第１のピーク圧力を基準
    とした予め定められた圧力範囲内にあるときには煤の発
    生しない燃焼状態に維持されていると判断する請求項１
    ４に記載の圧縮着火式内燃機関。
  16. 【請求項１６】 第２のピーク圧力が上記圧力範囲の上
    限を越えたときには空燃比を小さくしかつ第２のピーク
    圧力が上記圧力範囲の下限よりも小さくなったときには
    空燃比を大きくする空燃比制御手段を具備した請求項１
    ５に記載の圧縮着火式内燃機関。
  17. 【請求項１７】 第２のピーク圧力が上記圧力範囲の上
    限を越えたときには噴射時期を遅くしかつ第２のピーク
    圧力が上記圧力範囲の下限よりも小さくなったときには
    噴射時期を早める噴射時期制御手段を具備した請求項１
    ５に記載の圧縮着火式内燃機関。
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