WO2000068554A1

WO2000068554A1 - Dispositif de regulation de l'emission des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: WO2000068554A1
Application number: PCT/JP2000/002204
Authority: WO
Inventors: Takamitsu Asanuma; Shinya Hirota; Shunsuke Toshioka; Toshiaki Tanaka
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2000-11-16
Also published as: BR0010664A; EP1178197A4; BR0010664B1; US6668548B1; WO2000068554A8; AU3670200A; AU752314B2; KR20020005691A; CN1349588A; CA2375813A1; CA2375813C; CN1171011C; EP1178197A2; KR100497829B1; EP1178197A9

Description

明細書内燃機関の排気浄化装置技術分野

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。背景技術

ディーゼル機関においては機関の低速低負荷運転時、特に機関の暖機運転時には燃焼室内の温度が低くなり、その結果多量の未燃 HC が発生する。そこで機関排気通路内に排気制御弁を配置し、機関低速低負荷運転時に排気制御弁を閉弁すると共に燃料噴射量を大巾に増量することにより燃焼室内の温度を高めて噴射燃料を燃焼室内で完全燃焼させ、それによつて未燃 HCの発生量を抑制するようにしたディーゼル機関が公知である（特開昭 49 - 80414号公報参照）。

また、機関排気通路内に排気浄化用触媒を配置した場合には触媒温度が十分に高くならないと触媒による良好な排気浄化作用は行われない。そこで機関の出力を発生させるための主燃料の噴射に加え副燃料を膨張行程中に噴射し、副燃料を燃焼させることにより排気ガス温を上昇させ、それによつて触媒の温度を上昇させるようにした内燃機関が公知である（特開平 8 — 303290号公報および特開平 10 212995号公報参照）。

また、従来より未燃 HCを吸着しうる触媒が知られている。この触媒は周囲の圧力が高くなればなるほど未燃 HCの吸着量が増大し、周囲の圧力が低くなると吸着した未燃 HCを放出する性質を有する。そこでこの性質を利用して触媒から放出された未燃 HCにより NO _x を還元するために、機関排気通路内にこの触媒を配置すると共に触媒下流の機関排気通路内に排気制御弁を配置し、 XO x の発生量の少ない機関低速低負荷運転時には機関出力の発生のための主燃料に加え少量の副燃料を膨張行程中又は排気行程中に噴射して多量の未燃 HCを燃焼室から排出させ、更にこのとき機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁を比較的に小さな開度まで閉弁することにより排気通路内の圧力を高めて燃焼室から排出される多量の未燃 HC を触媒内に吸着させ、 λ'0 _χ の発生量の多い機関高速又は高負荷運転時には排気制御弁を全開にして排気通路内の圧力を低下させ、このとき触媒から放出される未燃 HCによって ΝΟ χ を還元するようにした内燃機関が公知である（特開平 10— 238336号公報参照）。

さて、現在ディーゼル機関はもとより火花点火式内燃機関においても機関低負荷運転時、特に機関の暖機運転時に発生する未燃 HCの量をいかにして低減するかが大きな問題となつている。そこで本発明者はこの問題を解決すべく実験研究を行い、その結果機関の暖機運転時等において大気中に排出される未燃 HCの量を大巾に低減するためには燃焼室内における未燃 HCの発生量を低減しかつ同時に排気通路内における未燃 HCの低減量を増大しなければならないことが判明したのである。

具体的に言うと、膨張行程中又は排気行程中に燃焼室内に副燃料を追加噴射してこの副燃料を燃焼させ、機関排気ポートの出口からかなり距離を隔てた機関排気通路内に排気制御弁を設けてこの排気制御弁をほぼ全閉させると、これら副燃料の燃焼と排気制御弁による排気絞り作用との相乗効果によって燃焼室内における未燃 HCの発生量が低減すると共に排気通路内における未燃 HCの低減量が増大し、斯くして大気中に排出される未燃 HCの量を大巾に低減しうることが判明したのである。

もう少し詳しく言うと、副燃料が噴射されると副燃料自身が燃焼せしめられるばかりでなく主燃料の燃え残りである未燃 HCが燃焼室内で燃焼せしめられる。従って燃焼室内で発生する未燃 HCの量が大巾に低減するばかりでなく、主燃料の燃え残りである未燃 HCおよび副燃料が燃焼せしめられるので既燃ガス温がかなり高温となる。一方、排気制御弁がほぼ全閉せしめられると機関の排気ポー卜から排気制御弁に致る排気通路内の圧力、即ち背圧がかなり高くなる。背圧が高いということは燃焼室内から排出された排気ガス温がさほど低下しないことを意味しており、従って排気ポー卜内における排気ガス温はかなり高温となっている。一方、背圧が高いということは排気ポート内に排出された排気ガスの流速が遅いことを意味しており、従つて排気ガスは高温の状態で排気制御弁上流の排気通路内に長時間に豆って滞留することになる。この間に排気ガス中に含まれる未燃 HCが酸化せしめられ、斯くして大気中に排出される未燃 HCの量が大巾に低減されることになる。

この場合、もし副燃料を噴射しなかつた場合には主燃料の燃え残りの未燃 HCがそのまま残存するために燃焼室内において多量の未燃 HCが発生する。また副燃料を噴射しなかつた場合には燃焼室内の既燃ガス温がさほど高くならないためにこのときたとえ排気制御弁をほぼ全閉させても排気制御弁上流の排気通路内での未燃 HCの十分な酸化作用は期待できない。従ってこのときには多量の未燃 HCが大気中に排出されることになる。

一方、排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合でも副燃料を噴射すれば燃焼室内で発生する未 ¾ HCの発生量は低減し、燃焼室内の既燃ガス温は高くなる。しかしながら排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合には燃焼室から排気ガスが排出されるや否や排気ガス圧はただちに低下し、斯くして排気ガス温もただちに低下する。従ってこの場合には排気通路内における未燃 HCの酸化作用はほとんど期待できず、斯くしてこのときにも多量の未燃 HCが大気中に排出されることになる。

即ち、大気中に排出される未燃 HCの量を大巾に低減するためには副燃料を噴射しかつ同時に排気制御弁をほぼ全閉にしなければならないことになる。

前述の特開昭 49 - 80414号公報に記載されたディ一ゼル機関では副燃料が噴射されず、主燃料の噴射量が大巾に増大せしめられるので排気ガス温は上昇するが極めて多量の未燃 HCが燃焼室内で発生する。このように燃焼室内において極めて多量の未燃 HCが発生するたとえ排気通路内において未燃 HCの酸化作用が行われたとしても一部の未燃 HCしか酸化されないので多量の未燃 HCが大気中に排出されることになる。

一方、前述の特開平 8 — 303290号公報又は特開平 10 - 212995号公報に記載された内燃機関では排気制御弁による排気絞り作用が行われていないので排気通路内における未燃 HCの酸化作用はほとんど期待できない。従ってこの内燃機関においても多量の未燃 HCが大気中に排出されることになる。

また前述の特開平 10— 238336号公報に記載された内燃機関では機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁が比較的小さな開度まで閉弁せしめられ、従ってこの内燃機関では排気制御弁が全開しているときと閉弁せしめられたときとで主燃料の噴射量は同一噴射量に維持される。しかしながら機関の出力低下が許容範囲内に納まる程度の排気制御弁の閉弁量では背圧はそれほど高くなつていない _c

また、この内燃機関では触媒に吸着すべき未燃 HCを発生させるために少量の副燃料が膨張行程中又は排気行程中に噴射される。この場合、副燃料が良好に燃焼せしめられれば未燃 HCが発生しなくなるのでこの内燃機関では副燃料が良好に燃焼しないように副燃料の噴射制御を行っているものと考えられる。従ってこの内燃機関では少量の副燃料が既燃ガス温の温度上昇にはさほど寄与していないものと考えられる。

このようにこの内燃機関では多量の未燃 HCが燃焼室内において発生せしめられ、しかも背圧はそれほど高くならず既燃ガス温もさほど温度上昇しないと考えられるので排気通路内においても未燃 HCはさほど酸化されないものと考えられる。この内燃機関ではできるだけ多量の未燃 HCを触媒に吸着させることを目的としており、従ってこのように考えるのが理にかなっていると言える。発明の開示

本発明の目的は機関の安定した運転を確保しつつ大気中に排出される未燃 HCの量を大巾に低減することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、機関排気ポー卜の出口に接続された排気通路内に、排気ポ一卜の出口から予め定められた距離を隔てて排気制御弁が配置され、大気中への未燃 HCの排出量を低減すべきであると判断されたときには排気制御弁がほぼ全閉にされると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料が副燃料の燃焼可能な膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射され、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量が増量される内燃機関の排気浄化装置が提供される。図面の簡単な説明

図 1 は内燃機関の全体図、図 2 は燃焼室の側面断面図、図 3 は排気制御弁の一実施例を示す図、図 4 は噴射量、噴射時期および空燃比を示す図、図 5 は噴射時期を示す図、図 6 は未燃 H Cの濃度を示す図、図 7 は主燃料の噴射量を示す図、図 8 は主燃料の噴射量と副燃料の噴射量との関係を示す図、図 9 は主燃料の噴射量と排気制御弁の開度変化を示す図、図 1 0は主燃料の噴射量と排気制御弁の開度変化を示す図、図 1 1は運転制御を行うためのフローチャート、図 1 2は内燃機関の別の実施例を示す全体図、図 1 3は内燃機関の更に別の実施例を示す全体図、図 14は内燃機関の更に別の実施例を示す全体図、図 1 5は運転制御を行うためのフローチャート、図 1 6は内燃機関の更に別の実施例を示す全体図、図 1 7は内燃機関の更に別の実施例を示す全体図、図 1 8は運転制御を行うためのフローチャート、図 1 9は運転制御を行うためのフローチャート、図 20は運転制御を行うためのフローチヤ一ト、図 2 1はアクセルペダルの踏込み量と排気制御弁の開度等の関係を示す図、図 22は主燃料の噴射量と排気制御弁の開度を示す図、図 23は内燃機関の更に別の実施例を示す全体図、図 24 は副燃料 Q aの変化を示すタイムチヤ一ト、図 25は運転制御を行うためのフローチヤ一ト、図 26は副燃料の噴射制御を実行するためのフローチャート、図 27は副燃料 Q aの変化を示すタイムチャート、図 28 は副燃料の噴射制御を実行するためのフローチヤ一ト、図 29は副燃料 Qaの変化を示すタイムチヤ一ト、図 30は副燃料の噴射制御を実行するためのフローチヤ一ト、図 3 1は内燃機関の更に別の実施例を示す全体図、図 32は内燃機関の更に別の例を示す全体図、図 33は内燃機関の更に別の例を示す全体図、図 34は図 1 3に示す内燃機関の側面断面図、図 35は内燃機関の更に別の実施例を示す側面断面図である発明を実施するための最良の形態

図 1 および図 2 は本発明を成層燃焼式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明は均一リ一ン空燃比のもとで燃焼が行われる火花点火式内燃機関、および空気過剰のもとで燃焼が行われるディ一ゼル機関にも適用することができる。

図 1 を参照すると、 1 は機関本体を示し、機関本体 1 は 1 番気筒 # 1 、 2番気筒 # 2 、 3番気筒 # 3 および 4番気筒 # 4 からなる 4 つの気筒を有する。図 2 は各気筒 # 1 ， # 2， # 3， # 4の側面断面図を示している。図 2 を参照すると、 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 はシリンダへッド 3の内壁面周縁部に配置された燃料噴射弁、 7 はシリンダへッド 3 の内壁面中央部に配置された点火栓、 8 は吸気弁、 9 は吸気ポート、 10は排気弁、 11は排気ポートを夫々示す。

図 1 および図 2 を参照すると、吸気ポ一ト 9 は対応する吸気枝管機関 12を介してサージ夕ンク 13に連結され、サージタンク 13は吸気ダク卜 14およびエアフローメータ 15を介してエアクリーナ 16に連結される。吸気ダク卜 14内にはステップモータ 17により駆動されるス口ットル弁 18が配置される。一方、図 1 に示される実施例では点火順序が 1一 3 — 4 — 2 とされており、図 1 にしめされるように点火順序が一つおきの気筒 # 1 ， # 4 の排気ポート 11は共通の第 1 の排気マ二ホルド 19に連結され、点火順序が一つおきの残りの気筒 # 2 ， # 3 の排気ポー卜 11は共通の第 2 の排気マニホルド 20に連結される。これら第 1 の排気マ二ホルド 19と第 2 の排気マ二ホルド 20は共通の排気管 21に連結され、排気管 21は更に別の排気管 22に連結される。排気管 22内には負圧ダイアフラム装置又は電気モータからなるァクチユエ一夕 23により駆動される排気制御弁 24が配置される。図 1 に示されるように排気管 21とサージタンク 13とは排気ガス再循環（以下 EG R と称す）通路 25を介して互いに連結され、 EGR 通路 2 5 内には電気制御式 EGR 制御弁 26が配置される。燃料噴射弁 6 は共通の燃料リザ一バ、いわゆるコモンレール 27に連結される。このコモンレール 27内へは燃料タンク 28内の燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ 29を介して供給され、コモンレール 27内に供給された燃料が各燃料噴射弁 6 に供給される。コモンレール 27にはコモンレール 27内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ 30が取付けられ、燃料圧センサ 30の出力信号に基づいてコモンレール 27内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ 29の吐出量が制御される。電子制御ュニッ卜 40はデジタルコンピュータからなり、双方向性ノくス 41によって互いに接続された ROM (リードオンリメモリ） 42、 RA M (ランダムアクセスメモリ） 43、 CPU (マイクロプロセッサ） 44、入力ポート 45および出力ポ一ト 46を具備する。エアフローメータ 15は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧は対応する AD変換器 47を介して入力ポート 45に入力される。機関本体 1 には機関冷却水温を検出するための水温センサ 31が取付けられ、この水温センサ 31の出力信号は対応する AD変換器 47を介して入力ポート 45に入力される。更に入力ポ一ト 45には燃料圧センサ 30の出力信号が対応する AD変換器 47を介して入力される。

また、アクセルペダル 50にはアクセルペダル 50の踏込み量 L に比例した出力電圧を発生する負荷センサ 51が接続され、負荷センサ 51 の出力電圧は対応する AD変換器 47を介して入力ポー卜 45に入力される。また、入力ポート 45にはクランクシャフトが例えば 30 ° 回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ 52が接続される。一方、出力ポート 46は対応する駆動回路 48を介して燃料噴射弁 6、点火栓 7 、スロットル弁制御用ステップモータ 17、排気制御弁制御用ァクチユエ一タ 23、 EGR 制御弁 26および燃料ポンプ 29に接続される図 4 は燃料噴射量 Q 1 ， Q 2 , Q ( = Q i τ· Q ₂ ) , 噴射開始時期 0 S 1 , 0 S 2、噴射完了時期 5 Ε 1 ， θ Ε 2 および燃焼室 5 内における平均空燃比 A / Fを示している。なお、図 4 において横軸 Lはアクセルペダル 50の踏込み量、即ち要求負荷を示している。図 4 からわかるように要求負荷 Lが L , よりも低いときには圧縮行程末期の 0 S 2から E 2 の間において燃料噴射 Q 2が行われる。このときには平均空燃比 A / Fはかなりリーンとなっている。要求負荷 Lが L , と L ₂ の間のときには吸気行程初期の 0 S 1 から 0 E 1 の間において第 1 回目の燃料噴射 Q 1 が行われ、次いで圧縮行程末期の S 2 から 0 E 2の間において第 2 回目の燃料噴射 Q 2が行われる。このときにも空燃比 A Z Fはリーンとなっている。要求負荷 L力く L ₂ よりも大きいときには吸気行程初期の S 1 力、ら S E 1 の間において燃料噴射 Q 1 が行われる。このときには要求負荷 L が低い領域では平均空燃比 A Z Fがリーンとされており、要求負荷 Lが高くなると平均空燃比 A Z Fが理論空燃比とされ、要求負荷 L が更に高くなると平均空燃比 A Z Fがリッチとされる。なお、圧縮行程末期にのみ燃料噴射 Q 2が行われる運転領域、二回に亘って燃料噴射 Q 1 および Q 2が行われる運転領域および吸気行程初期にのみ燃料噴射 Q 1 が行われる運転領域は要求負荷 Lのみにより定まるのではなく、実際には要求負荷 Lおよび機関回転数により定まる。図 2 は要求負荷かし , (図 4 ) よりも小さいとき、即ち圧縮行程末期いにおいてのみ燃料噴射 Q 2 が行われる場合を示している。図 2 に示されるようにピストン 4 の頂面上にはキヤビティ 4 aが形成されており、要求負荷 Lが L , よりも低いときには燃料噴射弁 6 からキヤビティ 4 aの底壁面に向けて圧縮行程末期に燃料が噴射される。この燃料はキヤビティ 4 a の周壁面により案内されて点火栓 7 に向かい、それによつて点火栓 7 の周りに混合気 Gが形成される。次いでこの混合気 Gは点火栓 7 により着火せしめられる。

一方、前述したように要求負荷 Lが L , と L ₂ との間にあるときには二回に分けて燃料噴射が行われる。この場合、吸気行程初期に行われる第 1 回目の燃料噴射 Q 1 によって燃焼室 5 内に稀薄混合気が形成される。次いで圧縮行程末期に行われる第 2 回目の燃料噴射 Q 2 によって点火栓 7周りに最適な濃度の混合気が形成される。この混合気が点火栓 7 により着火せしめられ、この着火火炎によって稀薄混合気が燃焼せしめられる。

一方、要求負荷 Lが L ₂ よりも大きいときには図 4 に示されるように燃焼室 5 内にはリーン又は理論空燃比又はリッチ空燃比の均一混合気が形成され、この均一混合気が点火栓 7 により着火せしめられる。

次に図 5 を参照しつつまず初めに本発明による未燃 HCの低減方法について概略的に説明する。なお、図 5 において横軸はクランク角を示しており、 BTDCおよび ATDCは夫々上死点前および上死点後を示している。

図 5 ( A ) は本発明による方法によって特に未燃 HCを低減する必要のない場合であつて要求負荷 Lがし，よりも小さいときの燃料噴射時期を示している。図 5 ( A ) に示されるようにこのときには圧縮行程末期に主燃料 Qmのみが噴射され、このとき排気制御弁 24は全開状態に保持されている。

これに対し、本発明による方法によって未燃 HCを低減する必要がある場合には排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、更に図 5 ( B ) に示されるように機関出力を発生させるための主燃料 Qmの噴射に加え、膨張行程中に、図 5 ( B ) に示される例では圧縮上死点後（AT DC) 60 ° 付近において副燃料 Qaが追加噴射される。なおこの場合、主燃料 Qmの燃焼後、副燃料 Qaを完全に燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室 5 内に残存するように主燃料 Qmは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図 5 ( A ) と図 5 ( B ) とは機関負荷と機関回転数が同一であるときの燃料噴射期間を示しており、従つて機関負荷と機関回転数が同一である場合には図 5 ( B ) に示される場合の主燃料 Qmの噴射量の方が図 5 ( A ) に示される場合の主燃料 Qmの噴射量に比べて増量せしめられている。

図 6 は機関排気通路の各位置における排気ガス中の未燃 HCの濃度 (ppm) の一例を示している。図 6 に示す例において黒三角は排気制御弁 24を全開にした状態で図 5 ( A ) に示す如く圧縮行程末期において主燃料 Qmを噴射した場合の排気ポート 11出口における排気ガス中の未燃 HCの濃度（ppm) を示している。この場合には排気ポート 11 出口における排気ガス中の未燃 HCの濃度は 6000ppm 以上の極めて高い値となる。

一方、図 6 に示す例において黒丸および実線は排気制御弁 24をほぼ全閉とし、図 5 ( B ) に示されるように主燃料 Qmおよび副燃料 Qa を噴射した場合の排気ガス中の未燃 HCの濃度（ppm) を示している。この場合には排気ポート 11出口における排気ガス中の未燃 HCの濃度は 2000ppm 以下となり、排気制御弁 24の付近においては排気ガス中の未燃 HCの濃度は 150ppm程度まで減少する。従ってこの場合には大気中に排出される未燃 HCの量が大巾に低減せしめられることがわかる。

このように排気制御弁 24上流の排気通路内において未燃 HCが減少するのは未燃 HCの酸化反応が促進されているからである。しかしながら図 6 の黒三角で示されるように排気ポート 11出口における未燃 HCの量が多い場合、即ち燃焼室 5 内での未燃 HCの発生量が多い場合にはたとえ排気通路内における未燃 HCの酸化反応を促進しても大気中に排出される未燃 H Cの量はさほど低減しない。即ち、排気通路内における未燃 H Cの酸化反応を促進することによって大気中に排出される未燃 H Cの量を大巾に低減しうるのは図 6 の黒丸で示されるように排気ポート 1 1出口における未燃 H Cの濃度が低いとき、即ち燃焼室 5 内での未燃 H Cの発生量が少ないときである。

このように大気中に排出される未燃 H Cの量を低減させるためには燃焼室 5 内での未燃 H Cの発生量を低下させかつ排気通路内における未燃 H Cの酸化反応を促進させるという二つの要求を同時に満たす必要がある。そこでまず初めに 2番目の要求、即ち排気通路内における未燃 H Cの酸化反応を促進させることから説明する。

本発明によれば大気中に排出される未燃 H Cの量を低減すべきときには排気制御弁 24がほぼ全閉とされる。このように排気制御弁 24がほぼ全閉にされると排気ポート 1 1内、排気マニホルド 1 9， 20内、排気管 2 1内、および排気制御弁 24上流の排気管 22内の圧力、即ち背圧はかなり高くなる。背圧が高くなるということは燃焼室 5 内から排気ポート 1 1内に排気ガスが排出されたときに排気ガスの圧力がさほど低下せず、従つて燃焼室 5 から排出された排気ガス温もさほど低下しないことを意味している。従って排気ポ一卜 1 1内に排出された排気ガス温はかなり高温に維持されている。一方、背圧が高いということは排気ガスの密度が高いことを意味しており、排気ガスの密度が高いということは排気ポート 1 1から排気制御弁 24に至る排気通路内における排気ガスの流速が遅いことを意味している。従つて排気ポート 1 1内に排出された排気ガスは高温のもとで長時間に亘り排気制御弁 24上流の排気通路内に滞留することになる。

このように排気ガスが高温のもとで長時間に亘り排気制御弁 24上流の排気通路内に滞留せしめられるとその間に未燃 H Cの酸化反応が促進される。この場合、本発明者による実験によると排気通路内における未燃 HCの酸化反応を促進するためには排気ポート 1 1出口における排気ガス温をほぼ 750°C以上、好ましくは 800°C以上にする必要があることが判明している。

また、高温の排気ガスが排気制御弁 24上流の排気通路内に滞留している時間が長くなればなるほど未燃 HCの低減量は増大する。この滞留時間は排気制御弁 24の位置が排気ポート 1 1出口から離れれば離れるほど長くなり、従って排気制御弁 24は排気ポート 1 1出口から未燃 HCを十分に低減するのに必要な距離を隔てて配置する必要がある。排気制御弁 24を排気ポート 1 1出口から未燃 HCを十分に低減するのに必要な距離を隔てて配置すると図 6の実線に示されるように未燃 HCの濃度は大巾に低減する。なお、本発明者による実験によると未燃 HCを十分に低減するためには排気ポート 1 1出口から排気制御弁 24 までの距離を 30 cm以上とすることが好ましいことが判明している。ところで前述したように排気通路内における未燃 HCの酸化反応を促進するためには排気ポート 1 1出口における排気ガス温をほぼ 750 °C以上、好ましくは 800°C以上にする必要がある。また、大気中に排出される未燃 HCの量を低減するためには前述した 1 番目の要求を満たさなければならない。即ち燃焼室 5 内での未燃 HCの発生量を低下させる必要がある。そのために本発明では機関出力を発生するための主燃料 Qmに加え、主燃料 Qmの噴射後に副燃料 Qaを追加噴射して副燃料 Qaを燃焼室 5 内で燃焼せしめるようにしている。

即ち、副燃料 Qaを燃焼室 5 内で燃焼せしめると副燃料 Qaの燃焼時に主燃料 Qmの燃え残りである多量の未燃 HCが燃焼せしめられる。また、この副燃料 Qaは高温ガス中に噴射されるので副燃料 Qaは良好に燃焼せしめられ、従って副燃料 Qaの燃え残りである未燃 HCはさほど発生しなくなる。斯くして最終的に燃焼室 5 内で発生する未燃 HCの量はかなり少なくなる。また、副燃料 Qaを燃焼室 5 内で燃焼せしめると主燃料 Qm自身および副燃料 Qa自身の燃焼による発熱に加え、主燃料 Qmの燃え残りである未燃 HCの燃焼熱が追加的に発生するので燃焼室 5 内の既燃ガス温はかなり高くなる。このように主燃料 Qmに加え副燃料 Qaを追加噴射して副燃料 Qaを燃焼させることにより燃焼室 5 内で発生する未燃 HC の量を低減しかつ排気ポー卜 U出口における排気ガス温を 750°C以上、好ましくは 800°C以上にすることができる。

このように本発明では副燃料 Qaを燃焼室 5 内で燃焼せしめる必要があり、そのためには副燃料 Qaの燃焼時に燃焼室 5 内に十分な酸素が残存していることが必要であり、しかも噴射された副燃料 Qaが燃焼室 5 内で良好に燃焼せしめられる時期に副燃料 Qaを噴射する必要 »ヽめる。

そこで本発明では前述したように副燃料 Qaの燃焼時に燃焼室 5 内に十分な酸素が残存しうるように主燃料 Qmは空気過剰のもとで燃焼せしめられ、このとき副燃料 Qaも空気過剰のもとで燃焼せしめられる。この場合、主燃料 Qmの燃焼時における燃焼室 5 内の平均空燃比はほぼ 30以上であることが好ましく、副燃料 Qaの燃焼時における燃焼室 5 内の平均空燃比はほぼ 1 5. 5以上であることが好ましいことが判明している。

また、図 2 に示される成層燃焼式内燃機関において噴射された副燃料 Qaが燃焼室 5 において良好に燃焼せしめられる噴射時期は図 5 において矢印 Zで示される圧縮上死点後（ATDC ) ほぼ 50 ° からほぼ 90 ° の膨張行程であり、従って図 2 に示される成層燃焼式内燃機関においては副燃料 Qaは圧縮上死点後（ATDC ) ほぼ 50 ° からほぼ 90 ° の膨張行程において噴射される。なお、圧縮上死点後（ATD C ) ほぼ 50 ° からほぼ 90 ° の膨張行程において噴射された副燃料 Qaは機関の出力の発生にはさほど寄与しない。ところで本発明者による実験によると図 2 に示される成層燃焼式内燃機関では副燃料 Qaが圧縮上死点後（ATDC ) 60 ° から 70 ° 付近において噴射されたときに大気中に排出される未燃 HCの量は最も少なくなる。従って本発明による実施例では図 5 ( B ) に示されるように副燃料 Qaの噴射時期はほぼ圧縮上死点後（ATD C ) 60 ° 付近とされる。

副燃料 Qaの最適な噴射時期は機関の型式によつて異なり、例えばディーゼル機関では副燃料 Qaの最適な噴射時期は膨張行程中か又は排気行程中となる。従って本発明では副燃料 Qaの燃焼噴射は膨張行程中又は排気行程中に行われる。

一方、燃焼室 5 内の既燃ガス温は主燃料 Qmの燃焼熱と副燃料 Qaの燃焼熱の双方の影響を受ける。即ち、燃焼室 5 内の既燃ガス温は主燃料 Qmの噴射量が増大するほど高くなり、副燃料 Qaの噴射量が増大するほど高くなる。更に、燃焼室 5 内の既燃ガス温は背圧の影響を受ける。即ち、背圧が高くなるほど燃焼室 5 内から既燃ガスが流出しにくくなるために燃焼室 5 内に残留する既燃ガス温が多くなり、斯くして排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられると燃焼室 5 内の既燃ガス温が上昇せしめられる。

ところで排気制御弁 24がほぼ閉弁せしめられ、それによつて背圧が高くなると副燃料 Qaが追加噴射されていたとしても機関の発生トルクが最適な要求発生トルクに対して減少する。そこで本発明では図 5 ( B ) に示されるように排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられたときには図 5 ( A ) に示されるように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁 24が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁 24が全開せしめられた場合に比べて主燃料 Qmの噴射量が増量せしめられる。なお、本発明による実施例では排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられたときにはそのときの機関の発生トルクが同一の機関運転状態のもとで排気制御弁 24が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに一致するように主燃料 Qmが増量される。

図 7 は要求負荷 Lに対して機関の要求発生トルクを得るのに必要な主燃料 Qmの変化を示している。なお、図 7 において実線は排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられた場合を示しており、破線は排気制御弁 24が全開せしめられた場合を示している。

一方、図 8 は排気制御弁 24をほぼ全閉せしめた場合において排気ポー卜 1 1出口における排気ガス温をほぼ 750°Cからほぼ 800°Cにするのに必要な主燃料 Qmと副燃料 Qaの関係を示している。前述したように主燃料 Qmを増量しても燃焼室 5 内の既燃ガス温は高くなり、副燃料 Qaを増量しても燃焼室 5 内の既燃ガス温は高くなる。従って排気ポー卜 1 1出口における排気ガス温をほぼ 750°Cからほぼ 800°Cにするのに必要な主燃料 Qmと副燃料 Qaとの関係は図 8 に示されるように主燃料 Qmを増大すれば副燃料 Q aは減少し、主燃料 Qmを減少すれば副燃料 Qaは増大する関係となる。

ただし、主燃料および副燃料 Qaを同一量増大した場合に副燃料 Qaを増量した場合の方が主燃料 Qmを増量した場合に比べて燃焼室 5 内の温度上昇量がはるかに大きくなる。従って燃料消費量の低減という観点からみると副燃料 Qaを増大させることによつて燃焼室 5 内の既燃ガス温を上昇させることが好ましいと言える。

従つて本発明による実施例では排気制御弁 24をほぼ全閉せしめたときに機関の発生トルクを要求発生トルクまで上昇させるのに必要な分だけ主燃料 Qmを増量し、主として副燃料 Qaの燃焼熱によつて燃焼室 5 内の既燃ガス温を上昇させるようにしている。

このように排気制御弁 24をほぼ全閉せしめ、排気ポ一ト 1 1出口における排気ガスをほぼ 750 °C以上、好ましくはほぼ 800で以上とするのに必要な量の副燃料 Qaを噴射すると排気ポート 1 1から排気制御弁 24に至る排気通路内において未燃 HCの濃度を大巾に減少することができる。このとき排気ポート 1 1から排気制御弁 24に至る排気通路内において図 6 に示されるように未燃 HCの濃度をほぼ 150 p. p. m程度まで低下させるには排気制御弁 24上流の排気通路内の圧力をゲージ圧でもってほぼ 60KPa から 80KPa にする必要がある。このときの排気制御弁 24による排気通路断面積の閉鎖割合は 95パーセント前後である。

従って図 1 に示される実施例では大気中への未燃ガスの排出量を大巾に低減すべきときには排気制御弁 24による排気通路断面積の閉鎖割合がほぼ 95パーセント前後となるように排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられる。なお、この場合、図 3 に示すように排気制御弁 24 の弁体に貫通孔 24 aを穿設しておき、排気制御弁 24を完全に閉鎖することもできる。

一方、排気ポート 1 1から排気制御弁 24に至る排気通路内において未燃 HCを 600p. p. mから 800 p. p. m程度まで減少せしめれば十分な場合には排気制御弁 24上流の排気通路の圧力をゲージ圧でもってほぼ 30 Pa 程度とすれば十分であり、このときの排気制御弁 24による排気通路断面積の閉鎖割合はほぼ 90パーセン卜となる。

内燃機関において多量の未燃 HCが発生するのは燃焼室 5 内の温度が低いときである。燃焼室 5 内の温度が低いときには機関の始動および暖機運転時、および機関低負荷時であり、従って機関の始動および暖機運転時、および機関低負荷時に多量の未燧 HCが発生することになる。このように燃焼室 5 内の温度が低いときにはたとえ排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置しておいても触媒が活性化温度以上になっている場合を除いてこのときに発生する多量の未燃 HC を触媒により酸化させることは困難である。そこで本発明による実施例では機関の始動および暖機運転時、および機関低負荷時には排気制御弁 24をほぼ全閉せしめ、主燃料 Qmを増量すると共に副燃料 Q aを追加噴射し、それによつて大気中に排出される未燃 H Cの量を大巾に低減せしめるようにしている。

図 9 は機関始動および暖機運転時における主燃料 Qmの変化の一例および排気制御弁 24の開度変化を示している。なお、図 9 において実線 Xは排気制御弁 24をほぼ全閉にした場合の最適な主燃料 Qmの噴射量を示しており、破線 Yは排気制御弁 24を全開にした場合の最適な主燃料 Qmの噴射量を示している。図 9 からわかるように機関が始動されると排気制御弁 24が全開状態からほぼ全閉状態に切換えられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁 24が全開せしめられた場合の最適な主燃料 Qmの噴射量 Yよりも主燃料 Qmの噴射量 Xが増量せしめられ、更に副燃料 Q aが追加噴射される。

図 1 0は機関低負荷時における主燃料 Qmの変化の一例および排気制御弁 24の開度変化を示している。なお、図 1 0において実線 Xは排気制御弁 24をほぼ全閉にした場合の最適な主燃料 Qmの噴射量を示しており、破線 Yは排気制御弁 24を全開にした場合の最適な主燃料 Qmの噴射量を示している。図 1 0からわかるように機関低負荷時には排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁 24が全開せしめられた場合の最適な主燃料 Qmの噴射量 Yよりも主燃料 Qmの噴射量 Xが増量せしめられ、更に副燃料 Q aが追加噴射される。

図 1 1は運転制御ルーチンを示している。

図 1 1を参照するとまず初めにステップ 1 00 において機関始動および暖機運転時であるか否かが判別される。機関始動および暖機運転時でないときにはステップ 1 02 にジャンプして機関低負荷時か否かが判別される。機関低負荷時でないときにはステップ 1 03 に進んで排気制御弁 24が全開せしめられ、次いでステップ 1 04 に進んで主燃料 Qmの噴射制御が行われる。このとき副燃料 Q aの噴射は行われない一方、ステップ 1 00 において機関始動および暖機運転時であると判断されたときにはステップ 1 0 1 に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が経過したか否かが判別される。設定期間が経過していないときにはステップ 1 05 に進む。一方、設定期間が経過したときにはステップ 1 02 に進み、このときステップ 1 02 において機関低負荷時であると判別されたときにもステップ 1 05 に進む。ステツプ 1 05 では排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ 1 0 6 では主燃料 Qmの噴射制御が行われる。即ち、機関始動および暖機運転時であれば主燃料 Qmの噴射量が図 9 に示される Xとされ、機関低負荷時であれば主燃料 Qmの噴射量が図 1 0に示される Xとされる。次いでステップ 1 07 では副燃料 Q aの噴射制御が行われる。

図 1 2はァクチユエ一夕 23として負圧作動型ァクチユエ一タを用いた場合を示している。なお、図 12に示される例では負圧作動型ァクチユエ一夕として排気制御弁 24に連結されたダイアフラム 60と、ダィァフラム負圧室 6 1と、ダイアフラム押圧用圧縮ばね 62からなる負圧ダイアフラム装置が用いられている。更に、図 1 2に示される例では負圧タンク 63が設けられており、この負圧タンク 63は一方ではサージタンク 1 3に向けてのみ流通可能な逆止弁 64を介してサージタンク 1 3内に連結されており、他方では大気に連通可能な切換弁 65を介してダイアフラム負圧室 6 1に連結されている。

サージタンク 1 3内の負圧が負圧タンク 63内の負圧よりも大きくなると逆止弁 64が開弁し、斯くして負圧タンク 63内はサージタンク 1 3 内に発生する最大負圧に維持される。切換弁 65の切換え作用によつてダイアフラム負圧室 6 1が大気に開放されているときには排気制御弁 24は全開状態とされ、切換弁 65の切換作用によってダイアフラム負圧室 6 1が負圧タンク 63内に連結されると排気制御弁 24はほぼ全閉せしめられる。

機関停止時には排気制御弁 24は閉弁状態で固着しないように全開状態に保持される。次いで機関の始動時に排気制御弁 24は全開状態からほぼ全閉状態に切換えられる。図 1 2に示される例では機関停止時においても負圧タンク 63内には負圧が蓄積されており、従って機関の始動時にダイアフラム負圧室 6 1を負圧タンク 63に連結することによつて排気制御弁 24を確実に全開状態からほぼ全閉状態に切換えることができる。

図 1 3に別の実施例を示す。この実施例では排気制御弁 24上流の排気管 22内に触媒 70が配置される。このように排気制御弁 24上流の排気管 22内に触媒 70が配置されている場合には副燃料 Qaが追加噴射され、排気制御弁 24がほぼ全閉とされているときに、触媒 70は高温の排気ガスによって強力に加熱される。従って機関始動および暖機運転時に触媒 70を早期に活性化することができる。

排気管 22内に配置された触媒 70としては酸化触媒、三元触媒、 NO 吸収剤又は HC吸着触媒を用いることができる。 ΝΟ χ 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 Ν0 _Χ 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 ΝΟ χ を放出する機能を有する。

この NO 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 L κ セシウム C sのようなァメカリ金属、リウム B a、カノレシゥム C aのようなアルカリ土類、ランタン L a、ィッ卜リゥム Yのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金 P tのような貴金属とが担持されている。

一方、 H C吸着触媒では例えばゼォライト、アルミナ A 1 ₂ 0 ₃ 、シリ力アルミナ S i 0₂ · A 1₂0₃ 、活性炭、チタニア T i 0₂のような多孔質担体上に白金 Pt、パラジウム Pd、ロジウム Rh、イリジウム lrのような貴金属、または銅 Cu、鉄 Fe、コバルト Co、ニッケル Niのような遷移金属が担持されている。

このような HC吸着触媒では排気ガス中の未燃 HCが触媒内に物理吸着し、未燃 HCの吸着量は触媒の温度が低いほど増大し、触媒を流通する排気ガスの圧力が高くなるほど増大する。従って図 13に示される実施例では触媒 70の温度が低くかつ排気制御弁 24の排気絞り作用により背圧が高められているとき、即ち機関始動および暖機運転時、および機関低負荷時に排気ガス中に含まれる未燃 H Cが H C吸着触媒に吸着される。従って大気中に放出される未燃 HCの量を更に低下させることができる。なお、 HC吸着触媒に吸着された未燃 HCは背圧が低くなつたとき、或いは HC吸着触媒の温度が高くなつたときに HC吸着触媒から放出される。

図 14に更に別の実施例を示す。この実施例では排気制御弁 24上流の排気管 22内に N0_X 吸収剤又は HC吸着触媒からなる触媒 70が配置され、第 1 排気マニホルド 19と排気管 21間、および第 2排気マ二ホルド 20と排気管 21間には夫々酸化触媒や三元触媒のような酸化機能を有する触媒 71， 72が配置される。排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられかつ副燃料 Qaが噴射されているときには各排気マ二ホルド 19, 20 の出口における排気ガス温はかなり高く、従ってこのように各排気マニホルド 19, 20の出口に夫々触媒 71， 72を配置するとこれら触媒 71, 72は機関始動後早い時期に活性化される。その結果、触媒 71, 72による酸化反応の促進作用によって大気中に排出される未燃 HCの量を更に低減することができる。

ところで図 14に示されるように機関排気通路内に酸化機能を有する触媒 71, 72を配置した場合、機関低負荷運転時であっても機関低負荷運転が長時間に亘り継続しない限り触媒 7 1， 72は活性化温度以上に保持される。また、機関停止後、短時間のうちに機関が再始動された場合には機関の暖機運転時であっても触媒 7 1， 72が活性化温度以上に保持されている場合がある。触媒 71. 72が活性化していれば排気ガス中の未燃 HCは触媒 71， 72によって浄化され、従って燃料消費量の増大を招く副燃料 Qaの噴射を行う必要がなくなる。

そこで更に別の実施例では図 14に示されるように触媒 7 1， 72の温度を検出するための温度センサ 73， 74を夫々触媒 71 , 72に取付け、温度センサ 73, 74の出力信号に基づいていずれの触媒 7 1， 72も活性化温度以上になったときには暖機運転時又は機関低負荷運転時であつたとしても排気制御弁 24を全開し、副燃料 Qaの噴射を停止するようにしている。

図 15はこのような場合の運転制御ルーチンを示している。

図 15を参照するとまず初めにステップ 200 において機関始動および暖機運転時であるか否かが判別される。機関始動および暖機運転時でないときにはステップ 201 に進んで機関低負荷時か否かが判別される。機関低負荷時でないときにはステップ 202 に進んで排気制御弁 24が全開せしめられ、次いでステップ 203 に進んで主燃料 Qmの噴射制御が行われる。このとき副燃料 Qaの噴射は行われない。

—方、ステップ 200 において機関始動および暖機運転時であると判断されたとき又はステップ 201 において機関低負荷時であると判別されたときにはステップ 204 に進んで温度センサ 73により検出された触媒 71の温度 T 1 および温度センサ 74により検出された触媒 72 の温度 T 2 が共に活性化温度 T ₍₎ よりも高いか否かが判別される。 Τ 1 ≤ Τ。又は Τ 2 ≤ Τ。のときにはステップ 205 に進んで排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ 206 では主燃料 Qmの噴射制御が行われる。即ち、機関始動および暖機運転時であれば主燃料 Qmの噴射量が図 9 に示される Xとされ、機関低負荷時であれば主燃料 Qmの噴射量が図 10に示される Xとされる。次いでステップ 20 7 では副燃料 Qaの噴射制御が行われる。

これに対してステップ 204 において T 1 〉丁。でかつ T 2 〉丁。であると判断されたとき、即ちいずれの触媒 71. 72も活性化したときにはステップ 202 に進んで排気制御弁 24が全開せしめられ、次いでステップ 203 に進んで主燃料 Qmの噴射制御が行われる。

一方、前述したように大気中に排出される未燃 HCの量を大巾に低減するためには排気ポート 1 1出口における排気ガス温をほぼ 750°C 以上にする必要があり、そのためには背圧をほぼ 60KPa から 80KPa に維持する必要がある。しかしながら、例えば排気管 22内の堆積物によって排気制御弁 24が目標開度まで閉弁しえなくなり、その結果背圧が十分に高くならなくなる危険性があり、また排気制御弁 24が目標開度まで閉弁したとしても堆積物によって排気ガスの流路面積が小さくなり、その結果背圧が高くなりすぎる危険性がある。

そこで以下に述べる実施例では大気中への未燃 HCの排出量を低減すべきときには排気制御弁 24上流の排気通路内における排気ガスの圧力又は温度が目標値となるように燃焼室 5 内における燃焼を制御するようにしている。具体的に言うと主燃料 Qm又は副燃料 Qaの少なくともいずれか一方の噴射量を増大すれば燃焼室 5 内における燃焼圧および燃焼温が高くなり、斯くして背圧および排気ガス温が上昇する。また、吸入空気量を増大すると排気ガス量が増大するために背圧および排気ガス温が上昇する。

そこで、図 16に示される実施例では背圧を検出するための圧力センサ 80を排気管 22に取付け、背圧が目標値よりも低いときには主燃料 Qmの噴射量、又は副燃料 Qaの噴射量、又は吸入空気量を増大させ、背圧が目標値よりも高いときには主燃料 Qmの噴射量、又は副燃料 Q aの噴射量、又は吸入空気量を減少させるようにしている。

また、図 1 7に示す実施例では排気ポー卜 1 1出口における排気ガス温を検出するための温度センサ 8 1を第 1 排気マ二ホルド 1 9の板管に取付け、温度センサ 8 1により検出された排気ガス温が目標値よりも低いときには主燃料 Qmの噴射量、又は副燃料 Q aの噴射量、又は吸人空気量を増大させ、温度センサ 8 1により検出された排気ガス温が目標値よりも高いときには主燃料 Q mの噴射量、又は副燃料 Q aの噴射量、又は吸入空気量を減少させるようにしている。

なお、排気制御弁 24は図 1 7に示されるように排気管 22の入口部に配置することもできるし、排気管 2 1の出口部に配置することもできる。

図 1 8は主燃料 Qmを制御することによつて背圧を制御するようにした場合の運転制御ル一チンを示している。

図 1 8を参照するとまず初めにステップ 300 において機関始動および暖機運転時であるか否かが判別される。機関始動および暖機運転時でないときにはステップ 302 にジャンプして機関低負荷時か否かが判別される。機関低負荷時でないときにはステップ 303 に進んで排気制御弁 24が全開せしめられ、次いでステップ 304 に進んで主燃料 Qmの噴射制御が行われる。このとき副燃料 Q aの噴射は行われない一方、ステップ 300 において機関始動および暖機運転時であると判断されたときにはステップ 30 1 に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が経過したか否かが判別される。設定期間が経過していないときにはステップ 305 に進む。一方、設定期間が経過したときにはステップ 302 に進み、ステップ 302 において機関低負荷時であると判別されたときにもステップ 30 5 に進む。ステップ 3 05 では排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられる。次いでステップ 306 では機関の運転状態に応じて予め定められている主燃料 Qmの噴射量（図 9 および図 1 0の X ) が算出される。次いでステップ 307 では圧力センサ 80により検出された背圧 Pが目標値 P より一定値 αだけ小さな値（ Ρ 。一 α ) よりも低いか否かが判別される。 Ρ < Ρ 。一 αのときにはステップ 308 に進んで主燃料 Qm に対する補正値 Δ Qmに一定値 kmが加算される。一方、 P ≥ P 。 — α のときにはステップ 309 に進んで背圧 Ρが目標値 Ρ。より一定値 α だけ大きな値（ Ρ 。 + α ) よりも高いか否かが判別される。 Ρ > Ρ 。 + αのときにはステップ 31 0 に進んで捕正値 Δ Qmから一定値 kmが減算される。

次いでステップ 3 1 1 では Qmに A Qmを加算した値が最終的な主燃料の噴射量 Qmo とされる。即ち、 P < P 。一 αのときには主燃料が增量せしめられ、 Ρ 〉 Ρ 。丁のときには主燃料が減量せしめられ、それによつて背圧 Ρが Ρ 。一な < Ρ < Ρ 。 + αとなるように制御される。次いでステップ 312 では副燃料 Qaの噴射制御が行われる。図 19は副燃料 Qaを制御することによって背圧を制御するようにした場合の運転制御ルーチンを示している。

図 19を参照するとまず初めにステップ 400 において機関始動および暖機運転時であるか否かが判別される。機関始動および暖機運転時でないときにはステツプ 402 にジャンプして機関低負荷時か否かが判別される。機関低負荷時でないときにはステップ 403 に進んで排気制御弁 24が全開せしめられ、次いでステップ 404 に進んで主燃料 Q_mの噴射制御が行われる。このとき副燃料 Qaの噴射は行われない一方、ステップ 400 において機関始動および暖機運転時であると判断されたときにはステップ 40 1 に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が経過したか否かが判別される。設定期間が経過していないときにはステップ 405 に進む。一方、設定期間が経過したときにはステップ 402 に進み、ステップ 402 において機関低負荷時であると判別されたときにもステップ 405 に進む。ステップ 405 では排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、次いでステップ 406 では主燃料 Q uiの噴射制御が行われる。即ち、機関始動および暧機運転時であれば主燃料 Qmの噴射量が図 9 に示される Xとされ、機関低負荷時であれば主燃料 Qmの噴射量が図 1 0に示される Xとされる。

次いでステップ 407 では機関の運転状態に応じて予め定められている副燃料 Qaの噴射量が算出される。次いでステップ 408 では圧力センサ 80により検出された背圧 Pが目標値 P。より一定値 αだけ小さな値（ Ρ 。 — α ) よりも低いか否かが判別される。 Ρ < Ρ 。一 α のときにはステップ 409 に進んで副燃料 Qaに対する補正値 Δ Qaに一定値 kaが加算される。一方、 P ≥ P 。 — αのときにはステップ 410 に進んで背圧 Ρが目標値 Ρ。より一定値 αだけ大きな値（ Ρ 。 + a ) よりも高いか否かが判別される。 Ρ 〉 Ρ 。 + αのときにはステップ 41 1 に進んで補正値 Δ Qaから一定値 kaが減算される。

次いでステツプ 4 12 では Qaに A Qaを加算した値が最終的な副燃料の噴射 Qa o とされる。即ち、 P < P 。一 αのときには副燃料が增量せしめられ、 Ρ 〉 Ρ 。十のときには副燃料が減量せしめられ、それによって背圧 Ρが Ρ 。一 α < Ρ < Ρ 。 + α となるように制御される。

図 20は吸入空気量を制御することによって背圧を制御するようにした場合の運転制御ルーチンを示している。

図 20を参照するとまず初めにステップ 500 において機関始動および暖機運転時であるか否かが判別される。機関始動および暖機運転時でないときにはステップ 502 にジャンプして機関低負荷時か否かが判別される。機関低負荷時でないときにはステップ 503 に進んで排気制御弁 24が全開せしめられ、次いでステップ 504 に進んで主燃料 Qmの噴射制御が行われる。このとき副燃料 Qaの噴射は行われない一方、ステップ 500 において機関始動および暖機運転時であると判断されたときにはステップ 50 1 に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が経過したか否かが判別される。設定期間が経過していないときにはステップ 505 に進む。一方、設定期間が経過したときにはステップ 502 に進み、ステップ 502 において機関低負荷時であると判別されたときにもステップ 505 に進む。ステップ 505 では排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられる。

次いでステップ 506 では機関の運転状態に応じて予め定められているスロットル弁 1 8の目標開示 Θが算出される。次いでステツプ 50 7 では圧力センサ 80により検出された背圧 Pが目標値 P。より一定値 αだけ小さな値（ Ρ 。一 α ) よりも低いか否かが判別される。 Ρ < Ρ 。 _ αのときにはステップ 508 に進んでスロットル弁 1 8の目標開度 0に対する捕正値 Δ Sに一定値 kが加算される。一方、 P ≥ P — なのときにはステップ 509 に進んで背圧 Pが目標値 P。より一定値 αだけ大きな値（ Ρ 。 + ）よりも高いか否かが判別される。 Ρ 〉 Ρ 。 + αのときにはステップ 5 1 0 に進んで捕正値から一定値 kが減算される。

次いでステップ 5 1 1 では 0に Δ Sを加算した値が最終的なスロットル弁 1 8の目標開度。とされる。即ち、 Ρ < Ρ 。一 αのときにはスロットル弁 1 8の開度が増大せしめられるために吸入空気量が増量せしめられ、 Ρ > Ρ 。 + ひのときにはスロットル弁 1 8の開度が減少せしめられるために吸入空気量が減量せしめられ、それによつて背圧 Ρ力く Ρ 一く Ρ < Ρ。 +ひとなるように制御される。次いでステツプ 5 1 2 では主燃料 Qmの噴射制御が行われる。即ち、機関始動および暖機運転時であれば主燃料 Q mの噴射量が図 9 に示される Xとされ、機関低負荷時であれば主燃料 Qmの噴射量が図 1 0に示される Xとされる。次いでステップ 5 1 3 では副燃料 Q aの噴射制御が行われる。さて、上述したように排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、主燃料 Qmの噴射量 Xが増量せしめられ、副燃料 Q aが追加噴射されると機関の発生トルクが落ち込むことなく大気中に排出される未燃 H Cの量を大巾に低減することができる。ところが暖機運転中において機関の要求負荷が高くなつたときに排気制御弁 24をほぼ全閉状態に保持しておくと機関の発生トルクが要求値に対して低下していまい、従つて暖機運転中において機関の要求負荷が高くなつたときには排気制御弁 24を開弁させる必要がある。

ところがこの場合、排気制御弁 24を全開させると機関の発生トルクの低下は阻止されるが排気通路内における未燃 H Cの酸化反応は進まず、従って大気中に排出される未燃 H Cの量が増大することになる。従って機関の要求負荷が高くなったときに排気制御弁 24を全開させることは好ましいことではない。そこで図 2 1および図 22に示す実施例では、機関の要求負荷を代表する代表値が高くなつたときには代表値が高くなるにつれて排気制御弁 24の開度を大きくし、それによって機関の発生トルクの低下を抑制しつつ大気中への未燃 H Cの排出を抑制するようにしている。

この実施例においては、要求トルクを代表する代表値としてァクセルペダル 50の踏込み量 Lが用いられており、この場合のアクセルペダル 50の踏込み量 L と排気制御弁 24の開度との関係が図 2 1に示されている。図 2 1に示されるようにこの実施例ではアクセルペダル 50 の踏込み量 Lが予め定められた第 1 の踏込み量 Lmよりも小さいときには排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、アクセルペダル 50の踏込み量 Lが予め定められた第 2 の踏込み量 L n ( > Lm ) よりも大きくなると排気制御弁 24が全開せしめられ、アクセルペダル 50の踏込み量 Lが第 1 の踏込み量 Lmと第 2 の踏込み量 L nとの間にあるときにはァクセルペダル 50の踏込み量 Lが増大するにつれて排気制御弁 24の開度が大きくされる。

即ち、第 1 の踏込み量と第 2 の踏込み量 Lnとの間では排気制御弁 24の開度は、機関の発生トルクが要求発生トルクに対しほとんど低下することなく背圧が最も高くなる最も小さな開度に定められている。従ってァクセルペダル 50の踏込み量 Lが第 1 の踏込み量 Lmと第 2 の踏込み量し nとの間にあるときに排気制御弁 24の開度がァクセルペダル 50の踏込み量 Lに対応した図 2 1に示される開度にされると機関の発生トルクはほとんど落ち込まず、排気通路内における未燃 HCの酸化反応が促進されるので大気中に排出される未燃 HCの量を低減することができることになる。

なお、図 21からわかるようにァクセルペダル 50の踏込み量 Lが L く Lmから Lm < Lく Lnとなる緩加速運転時には排気制御弁 24はァクセルペダル 50の踏込み量 Lに応じた開度まで開弁せしめられる力《、ァクセルペダル 50の踏込み量 Lが L < Lmから L 〉 L nとなる急加速運転時には排気制御弁 24は全開せしめられる。従って加速の度合に応じて排気制御弁 24の開度が変化し、加速の度合が高くなるほど排気制御弁 24の開度が大きくなることになる。

一方、同一の機関運転状態において排気制御弁 24が全開している場合の要求発生トルクに対する発生トルクの落ち込み量は排気制御弁 24の開度が大きくなるほど小さくなる。従ってこの実施例では第 1 の踏込み量 Lmと第 2 の踏込み量 L nとの間では図 2 1に示されるように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁 24が全開せしめられた場合の最適な主燃料 Qmの噴射量 Yに対する主燃料 Qmの噴射量 Xの増量値がアクセルペダル 50の踏込み量 Lの増大に伴ない減少せしめられる。

また、図 2 1に示されるように副燃料 Q aの噴射量はアクセルペダル 50の踏込み量 Lが増大するほど減少し、図 2 1に示される実施例では L > L nになると副燃料 Q aの噴射が停止される。

また、この実施例においても図 1 0に示されるように機関低負荷時には排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁 24が全開せしめられた場合の最適な主燃料 Qmの噴射量 Yよりも主燃料 Qmの噴射量 Xが増量せしめられ、更に副燃料 Q aが追加噴射される。次いで機関低負荷運転状態でなくなると排気制御弁 24はただちに全開せしめられる。

図 22は運転制御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 600 において機関始動および暖機運転時であるか否かが判別される。機関始動および暖機運転時であるときにはステップ 60 1 に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が経過したか否かが判別される。設定期間が経過していないときにはステップ 602 に進む。一方、ステップ 600 において機関始動および暖機運転時でないと判別されたとき、又はステップ 60 1 において設定期間が経過したと判別されたときにはステツプ 60 5 に進んで機関負荷が設定負荷よりも低いか否か、即ち低負荷運転時であるか否かが判別される。低負荷運転時にはステップ 602 に進む。

ステップ 602 では排気制御弁 24の開度が制御される。即ち、機関始動および暖機運転時であるときには排気制御弁 24の開度が図 2 1に示されるアクセルペダル 50の踏込み量 Lに応じた開度とされる。これに対しステップ 605 において低負荷運転時であると判断されたときには排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられる。次いでステップ 603 では主燃料 Qmの噴射制御が行われる。即ち、機関始動および暖機運転時であれば主燃料 Qmの噴射量が図 21に示される Xとされ、ステップ 605 において低負荷時であると判断されたときには主燃料 Qmの噴射量が図 10に示される Xとされる。次いでステップ 604 では副燃料 Qaの噴射制御が行われる。

一方、ステップ 605 において機関低負荷時でないと判断されたときにはステップ 606 に進んで排気制御弁 24が全開せしめられ、次いでステップ 607 に進んで主燃料 Qmの噴射制御が行われる。このとき副燃料 Qaの噴射は行われない。

ところでこれまで述べた実施例においては機関が始動されるや否や排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、主燃料 Qmが増量せしめられ、副燃料 Qaが追加噴射せしめられる。しかしながら機関始動時は機関温度が低いためにこのとき副燃料を噴射すると副燃料が十分に燃焼せず、従ってかえつて未燃 HCの発生量が増大してしまう危険性がある。そこで以下に述べる実施例では機関始動時に多量の未燃 HCが発生しないように機関始動時における副燃料の噴射を制御している図 23はこのときに用いられる内燃機関の全体図を示している。図 23からわかるようにこの内燃機関においてはィグニッションスィッチ 53の作動信号およびスタータスィッチ 54の作動信号が入力ポ一ト 45に入力されている。

次に、機関始動時に多量の未燃 HCが発生しないように機関始動時において機関が自力運転を開始した後に副燃料の噴射量を徐々に増犬させるようにした実施例について図 24を参照しつつ説明する。なお、図 24はィグニッシヨンスィッチ 53の作動、排気制御弁 24の開度変化、スタータスイッチ 54の作動、機関回転数 N、主燃料の噴射量 Qmの変化および副燃料の噴射量 Qaの変化を夫々示している。

図 24に示されるようにィグニッションスィッチ 53がォフとされている間は排気制御弁 24は全開状態に保持されており、ィグニッションスィッチ 53がオフからオンへ切換えられると排気制御弁 24は全開状態からほぼ全閉状態へ切換えられる。次いでスタータスィツチ 54 がオンにされると主燃料 Qmの噴射が開始される。このときの主燃料の噴射量 Qmの変化が図 24において実線 Xで示されている。

即ち、図 24における実線 Xは排気制御弁 24をほぼ全閉にした場合の最適な主燃料 Qmの噴射量を示しており、破線 X。は排気制御弁 24 を全開にした場合の最適な主燃料 Qmの噴射量を示している。従ってこの実施例においても機関始動および暖機運転時には同一の機関運転状態のもとで排気制御弁 24が全開せしめられた場合の最適な主燃料 Qmの噴射量 X。よりも主燃料 Qmの噴射量 Xが増量せしめられることがわかる。

スタータモータによって機関が駆動されている間は機関回転数 N は 200 p . m.程度のほぼ一定回転数に維持され、機関が自力運転を開始すると機関回転数 Nは急激に上昇する。この場合、この実施例では機関回転数 Nが予め定められた回転数、例えば 400 r . p . m.を越えたときに機関が自力運転を開始したと判断される。機関が自力運転を開始したと判断されると主燃料 Qmの噴射量 Xが急激に减少せしめられる。

一方、図 24において破線 Y。は機関の運転状態に応じて予め定められている副燃料 Q aの目標噴射量を示している。この目標噴射量 Y は排気ポート 1 1出口における排気ガス温を目標温度、例えば 800 °Cに維持するのに必要な副燃料の噴射量を示しており、この目標噴射量 Y .: は主燃料の噴射量 Xが減少するにつれて増大する。副燃料 Q aの目標噴射量 γ は要求負荷 Lおよび機関回転数 Nの関数として予め R 0M4 2 内に記憶されている。

図 24において実線 Yは副燃料 Q aの実際の噴射量を示している。図 24に示されるようにこの実施例においては機関が自力運転を開始したと判断されると副燃料 Q aの噴射が開始され、次いで副燃料 Q aの噴射量 Yは目標噴射量 Y に向けて徐々に増大せしめられる。

機関が自力運転を開始した直後は機関本体 i の温度が低く、従つてこのとき多量の副燃料 Q aを噴射すると全噴射燃料が良好に燃焼しないために多量の未燃 H Cが発生する。従ってこのときには少量の副燃料 Q aが噴射される。一方、機関が自力運転を開始した後は機関本体 1 の温度が次第に高くなり、斯くして副燃料 Q aの噴射量を増大しても副燃料 Q aが良好に燃焼するようになる。従って機関が自力運転を開始した後は図 24に示されるように副燃料 Q aの噴射量 Yは目標噴射量 Y。に向けて徐々に增大せしめられる。

図 25は運転制御ルーチンを示している。

図 25を参照するとまず初めにステップ 700 においてィグニッションスィッチ 53がオフからオンに切換えられたか否かが判別される。ィグニッションスィツチ 53がオフからオンに切換えられたときにはステップ 70 1 に進んで排気制御弁 24が全開状態からほぼ全閉状態に切換えられる。次いでステップ 702 では機関の運転が開始されてから、例えば機関が自力運転を開始してから予め定められた設定期間が経過したか否かが判別される。

設定期間が経過していないときにはステツプ 703 に進んで主燃料 Qmの噴射制御が行われる。即ち、主燃料 Qmの噴射量が図 24に示される Xとされる。次いでステップ 704 では副燃料 Q aの噴射制御が行われる。即ち、副燃料 Qaの噴射量が図 24に示される Yとされる。一方、ステップ 702 において設定期間が経過したと判断されたときにはステップ 705 に進んで排気制御弁 24が全開せしめられ、次いでステップ 70 6 に進んで主燃料 Q mの噴射制御が行われる。このとき副燃料 Q aの噴射は行われない。図 26は図 24に示される実施例を実行するために図 25のステップ 70 4 において行われる副燃料の噴射制御を示している。

図 26を参照するとまず初めにステップ 800 において機関回転数 N が 400 r. p. m.以上になったか否か、即ち機関が自力運転を開始したか否かが判別される。 N≤ 400 r. p. m. のときにはステップ 804 に進んで副燃料の噴射量 Qaが零とされる。即ち、副燃料の噴射が停止される。これに対して N〉 400に p. m. になるとステップ 801 に進んで副燃料の噴射量 Qaに一定値 Δ Qが加算される。次いでステップ 802 では副燃料の噴射量 Qaが図 24において Y。で示される機関の運転状態に応じた目標噴射量 XQa よりも大きくなつたか否かが判別される。 Qa〉 XQa になるとステップ 803 に進んで Qaが XQa とされる。従つて機関が自力運転を開始すると副燃料の噴射量 Qaは目標噴射量 XQa に向けて徐々に増大せしめられ、副燃料の噴射量 Qaが目標噴射量 XQ a に達するとその後副燃料の噴射量 Qaは目標噴射量 XQa に維持される。

図 27に別の実施例を示す。この実施例では図 27において実線 Yで示されるように機関が自力運転を開始する前から、即ちスタータスィッチ 54がオフからオンに切換えられたときから副燃料の噴射量 Qa が徐々に増大せしめられ、副燃料の噴射量 Qaは機関が自力運転を開始した後に目標噴射量 Y。に達する。

図 28は図 27に示される実施例を実行するために図 25のステップ 70 4 において行われる副燃料の噴射制御を示している。

図 28を参照するとまず初めにステップ 900 においてスタータスィツチ 54がオフからオンに切換えられたか否かが判別される。スタータスイツチ 54がォフからオンに切換えられたときにはステップ 901 に進んでスタータフラグがセッ卜され、次いでステップ 902 に進むステップ 902 ではスタータフラグがセッ卜されているか否かが判別される。スタータフラグがセッ卜されていないとき、即ち機関が停止しているときにはステップ 906 に進んで副燃料の噴射量 Qaが零とされる。即ち、副燃料の噴射が停止される。これに対してスタータフラグがセッ卜されているときにはステップ 903 に進んで副燃料の噴射量 Qaに一定値 Δ Qが加算される。次いでステップ 904 では副燃料の噴射量 Qaが図 27において Y。で示される機関の運転状態に応じた目標噴射量 XQa よりも大きくなつたか否かが判別される。 Qa〉 XQa になるとステップ 905 に進んで Qaが XQa とされる。従ってス夕一タスィッチ 54がオフからォンに切換えられると副燃料の噴射量 Qa は目標噴射量 XQa に向けて徐々に増大せしめられ、副燃料の噴射量 Qaが目標噴射量 XQa に達するとその後副燃料の噴射量 Qaは目標噴射量 XQa に維持される。

図 29に更に別の実施例を示す。この実施例では図 29において実線 Yで示すように機関が自力運転を開始してから一定時間を経過した後に目標噴射量 Y。でもって副燃料 Qaの噴射が開始される。即ち、この実施例では目標噴射量 Y。でもつて副燃料 Qaを噴射しても全燃料が良好に燃焼せしめられる時期に副燃料 Q aの噴射が開始される。図 30は図 29に示される実施例を実行するために図 25のステップ 70 4 において行われる副燃料の噴射制御を示している。

図 30を参照するとまず初めにステップ 1000において機関回転数 N 400r. p. m.以上になったか否か、即ち機関が自力運転を開始したか否かが判別される。 N〉 400r. p. m. のときにはステップ 1001に進んで N > 400r. p. m. となつてから一定時間が経過したか否かが判別される。ステップ 1000において N ≤ 400r. p. m. であると判別されたとき、又はステップ 1001において N > 400 p. m. となってから一定時間を経過していないと判断されたときにはステップ 1005に進んで副燃料の噴射量 Qaが零とされる。即ち、副燃料の噴射が停止されるこれに対し、ステップ 1101において N > 400 p. m. となってから一定時間が経過したと判断されたときにはステツプ 1002に進んで副燃料の噴射量 Qaに一定値△ Qが加算される。次いでステツプ 1003では副燃料の噴射量 Qaが図 29において Y。で示される機関の運転状態に応じた目標噴射量 XQa よりも大きくなつたか否かが判別される。 Qa> XQa になるとステップ 1003に進んで Qaが XQa とされる。従って機関が自力運転を開始してから一定時間を経過すると副燃料の噴射量 Qaは目標噴射量 XQa まで徐々に增大せしめられ、その後副燃料の噴射量 Qaは目標噴射量 XQa に維持される。この場合、 △ Q = XQa としておくと図 29に示されるように機関が自力運転を開始してから一定時間を経過したときに副燃料の噴射量 Qaは目標噴射量 XQa まで一気に増大せしめられ、その後副燃料の噴射量 Qaは目標噴射量 XQa に維持される。

次に排気通路内における未燃 HCの酸化作用を促進するようにした実施例について説明する。

図 31に示される実施例では各気筒 # 1 ， # 2 ， # 3 ， # 4 の排気ポー卜が排気マ二ホルド 90の夫々対応する枝管 90 aに接続されており、各枝管 90 a内には夫々排気ポー卜の断面積よりもはるかに大きな断面積を有する容積拡大室 91が形成されている。このように排気マ二ホルド 90の各枝管 90 a内に夫々容積拡大室 91を形成するとこれら容積拡大室 91内において排気ガスの流速が遅くなり、斯くして排気ポートから排出された排気ガスは高温のもとで長時間に亘り排気制御弁 24上流の排気通路内に滞留することになる。排気ガスが高温のもとで長時間に亘り排気制御弁 24上流の排気通路内に滞留すると排気通路内での未燃 HCの酸化作用が促進され、斯くして大気中に排出される未燃 HCの量が更に低減せしめられる。

この場合、排気制御弁 24上流の排気通路内における排気ガスの滞留時間が長くなればなるほど未燃 HCの低減量は増大し、この滞留時間は容積拡大部 9 1の容積が大きいほど長くなる。図 31に示される実施例では排気ガスの滞留時間を長くするために容積拡大部 9 1の断面積が排気ポー卜の断面積の 2倍以上とされ、容積拡大部 9 1の軸線方向長さが容積拡大部 9 1の径とほぼ等しいか或いは容積拡大部 9 1の径以上とされている。

上述したように排気マニホルド 90の各枝管 90 a内に容積拡大室 91 を設けると排気ガス中の未燃 HCの酸化反応が促進され、従ってこれら容積拡大室 91は未燃 HCの酸化反応促進手段を構成している。図 32 はこの酸化反応促進手段の別の例を示している。図 32に示す例では各気筒の排気ポートに接続されかつ全気筒に対して共通の容積拡大室 92が各排気ポー卜の出口に隣接して設けられている。この例では排気ガスの流速は容積拡大室 92内で遅くなり、斯くして未燃 HCの酸化反応が促進される。

一方、排気ガスを保温することによっても排気ガス中の未燃 HCの酸化反応を促進することができる。図 33および図 34はこのように排気ガスを保温することにより未燃 HCの酸化反応を促進する酸化反応促進手段の一例を示している。

図 33および図 34を参照すると排気通路内には二重壁構造の排気マニホルド又はリアクタ 93が設けられ、この排気マ二ホルド又はリアクタ 93は二重壁構造の枝管 94を介して各気筒の排気ポート 1 1に連結される。即ち、排気マニホルド又はリアクタ 93はライナ 93 b と、ライナ 93 bから間隙を隔ててライナ 93 bを包囲する外枠 93 aからなり、枝管 94はライナ 94 b と、ライナ 94 bから間隙を隔ててライナ 94 b を包囲する外枠 94 aからなる。図 34に示されるようにライナ 94 bは対応する排気ポート 1 1内まで延びており、排気ポート 1 1内においてもライナ 94 bの周りには空隙が形成されている。即ち、排気ポート 1 1内も二重壁構造となっている。

更に図 33に示されるように排気管 21、触媒コンバータ 70 aおよび排気管 21 a も二重壁構造となっている。従って燃焼室 5 から排出された排気ガスは二重壁構造による断熱作用によって高温に保持され、斯くして排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられたときに排気ガス中の未燃 HCの酸化作用が大巾に促進されることになる。また、図 33および図 34に示される例では排気マ二ホルド又はリアクタ 93が容積拡大室を形成しており、従つて更に未燃 HCの酸化反応が促進されることになる。

排気ガスを保温することにより未燃 HCの酸化反応を促進する他の酸化反応促進手段としては、排気マ二ホルドゃ排気管を熱伝導率の低い材料から形成したり、或いは排気マ二ホルドゃ排気管を保温材により包囲する等の方法が存在する。

図 35は酸化反応促進手段の更に別の実施例を示している。この実施例では図 35に示されるように下流側に向けて排気ガス温 TEが上昇する領域 I では下流側に向けて排気ガスの流路断面積が徐々に増大せしめられ、下流側に向けて排気ガス温 TEが減少する領域 I Iでは下流側に向けて排気ガスの流路断面積が徐々に減少せしめられる。具体的に言うと領域 I では排気ポート 1 1の流路断面積および排気マ二ホルド 95の枝管 96の流路断面積が下流側に向けて徐々に増大せしめられ、領域 I Iでは排気マ二ホルド 95の枝管 96の流路断面積が下流側に向けて徐々に減少せしめられる。

即ち、前述したように排気制御弁 24がほぼ全閉せしめられ、副燃料 Qaが噴射されると燃焼室 5 内から排出された排気ガス中の未燃 HC は下流側に向けて流れる間に徐々に酸化せしめられる。その結果、燃焼室 5 から排出された排気ガス温 TEは図 35に示されるように未燃 HCの酸化反応熱によつて下流に行くに従い徐々に上昇する。次いで更に下流にいくと外気による冷却作用によつて排気ガス温 TEは次第に低下する。即ち、排気ガス温 TEが上昇している領域 I では未燃 HC の酸化反応が活発であり、領域 Πでは未燃 HCの酸化反応はさほど活発でなくなる。

この場合、未燃 HCの酸化反応を促進するには領域 I における未燃 HCの酸化反応を更に活発にさせることが効果的である。酸化反応を活発にさせるには高温のもとでの排気ガスの滞留時間を長くすればよく、そのためには排気ガスの流路断面積を大きくすればよいことになる。そこで領域 I では下流側に向けて流路断面積を徐々に大きくするようにしている。なお、下流側に向けて流路断面積を徐々に増大させると排気ガス流は排気ポート 1 1および排気マ二ホルド枝管 96の内壁面から剝離するようになるので排気ガスに対する冷却作用が弱まり、斯くして未燃 HCの酸化反応を一層促進することができる一方、領域 I Iではもともと未燃 HCの酸化反応はさほど活発ではなく、従って領域 1 1において未燃 HCの酸化反応を促進しても大きな未燃 HCの低減効果は得られない。また、領域 I Iにおいて排気ガスの流路断面積を下流側に向け増大すると排気系の寸法が極度に大きくなつてしまうという問題があるばかりでなく、排気脈動が消滅するために機関の出力が低下するという問題を生ずる。そこで領域 I Iでは排気ガスの流路面積を下流側に向けて徐々に減少させるようにしている。

なお、図 31から図 35に示す実施例において未燃 HCの酸化反応を更に促進するために排気ポート内、又は排気マニホルド内、又は排気マニホルド枝管内に酸化機能を有する触媒を配置することもできる。

Claims

請求の範囲

1 . 機関排気ポートの出口に接続された排気通路内に、排気ポ一卜の出口から予め定められた距離を隔てて排気制御弁が配置され、大気中への未燃 H Cの排出量を低減すべきであると判断されたときには排気制御弁がほぼ全閉にされると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料が副燃料の燃焼可能な膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射され、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量が増量される内燃機関の排気浄化装置。

2 . 機関の暖機運転が行われているときには大気中への未燃 H Cの排出量を低減すべきであると判断される請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

3 . 機関低負荷運転が行われているときには大気中への未燃 H Cの排出量を低減すべきであると判断される請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

4 . 大気中への未燃 H Cの排出量を低減すべきであると判断されたときには主燃料の噴射量が増大するにつれて副燃料の噴射量が減少せしめられる請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

5 . 主燃料に加え副燃料も空気過剰のもとで燃焼せしめられる請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

6 . 主燃料によつて燃焼室内の限定された領域内に形成された混合気が点火栓により着火せしめられ、その後副燃料が追加噴射される請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

7 . 排気通路内に触媒を配置した請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

8 . 該触媒が酸化触媒、三元触媒、 N 0 _X 吸収剤又は H C吸着触媒からなる請求項 7 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

9 . 該触媒が活性化温度よりも高いか否かを判断する判断手段を具備し、該触媒が活性化温度よりも低くかつ機関の暖機運転が行われているときに大気中への未燃 H Cの排出量を低減すべきであると判断される請求項 7 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

1 0. 該触媒が活性化温度よりも高いか否かを判断する判断手段を具備し、該触媒が活性化温度よりも低くかつ機関低負荷運転が行われているときに大気中への未燃 H Cの排出量を低減すべきであると判断される請求項 7 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

1 1. 該触媒が排気制御弁上流の排気通路内に配置されている請求項 7 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

1 2. 大気中への未燃 H Cの排出量を低減すべきときには、排気制御弁上流の排気通路内における排気ガスの圧力又は温度のいずれか一方が目標値となるように燃焼室内における燃焼が制御される請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

1 3. 主燃料の噴射量、又は副燃料の噴射量、又は吸入空気量の少なくとも一つを制御することにより燃焼室内における燃焼が制御される請求項 1 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。

14. 排気制御弁上流の排気通路内における排気ガスの圧力又は温度のいずれか一方が目標値よりも低いときには主燃料の噴射量、又は副燃料の噴射量、又は吸入空気量の少なくとも一つが増大せしめられる請求項 1 3に記載の内燃機関の排気浄化装置。

1 5. 排気制御弁は機関始動時に全開状態からほぼ全閉状態に切換えられる請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

1 6. 負圧を蓄積する負圧タンクと、排気制御弁を駆動するための負圧作動型ァクチユエ一夕とを具備し、該ァクチユエ一夕は負圧タンク内に蓄積された負圧によって作動せしめられる請求項 15に記載の内燃機関の排気浄化装置。

1 7. 機関始動後予め定められた期間が経過するまでの間において要求負荷を代表する代表値が予め定められた値よりも低いときには排気制御弁がほぼ全閉にされ、機関始動後予め定められた期間が経過するまでの間において該代表値が予め定められた値よりも高くなつたときには該代表値が大きくなるにつれて排気制御弁の開度が大きくされる請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

1 8. 機関始動後予め定められた期間が経過するまでの間では排気制御弁の開度が大きくなるにつれて主燃料の噴射量の増量値が減少せしめられる請求項 1 7に記載の内燃機関の排気浄化装置。

19. 機関始動後予め定められた期間が経過するまでの間では排気制御弁の開度が大きくなるにつれて副燃料の噴射量が減少せしめられる請求項 17に記載の内燃機関の排気浄化装置。

20. 機関始動後予め定められた期間が経過した後では要求負荷が設定負荷よりも低いときに排気制御弁がほぼ全閉にされかつ機関始動後予め定められた期間が経過した後では要求負荷が設定負荷よりも高くなつたときに排気制御弁が全開せしめられる請求項 17に記載の内燃機関の排気浄化装置。

21. 機関の運転開始時において機関が自力運転を開始した後に、副燃料の噴射量が機関の運転状態に応じて予め定められている目標噴射量とされる請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

22. 副燃料の噴射量を該目標噴射量とする際に副燃料の噴射量が該目標噴射量に向けて徐々に増大せしめられる請求項 2 1に記載の内煥機関の排気浄化装置。

23. 機関が自力運転を開始した後に副燃料の噴射量が該目標噴射量に向けて徐々に増大せしめられる請求項 22に記載の内燃機関の排気浄化装置。

24. 機関が自力運転を開始する前に副燃料の噴射量が該目標噴射量に向けて徐々に増大せしめられる請求項 22に記載の内燃機関の排気浄化装置。

25. 副燃料の噴射量を該目標噴射量とする際に副燃料の噴射量が該目標噴射量まで一気に増大せしめられる請求項 21に記載の内燃機関の排気浄化装置。

26. 機関の排気ポートに又は排気通路の少なくとも上流部に排気ガス中の未燃 HCの酸化反応を促進するための酸化反応促進手段が設けられている請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。

27. 酸化反応促進手段は、排気ガスの流速を低下させることによつて排気ガス中の未燃 HCの酸化反応を促進する請求項 26に記載の内燃機関の排気浄化装置。

28. 酸化反応促進手段が、排気通路内に設けられた容積拡大室からなる請求項 27に記載の内燃機関の排気浄化装置。

29. 酸化反応促進手段は、排気ガスを保温することによって排気ガス中の未燃 HCの酸化反応を促進する請求項 26に記載の内燃機関の排気浄化装置。

30. 酸化反応促進手段が二重壁周壁面構造からなる請求項 29に記載の内燃機関の排気浄化装置。

31. 排気制御弁上流の排気通路内に容積拡大室が設けられており、排気ポート内から容積拡大室内に至るまで二重壁構造とされている請求項 30に記載の内燃機関の排気浄化装置。

32. 酸化反応促進手段は、下流側に向けて徐々に流路断面積が増大した後に下流側に向けて徐々に流路断面積が減少する排気ポー卜又は排気通路からなる請求項 20に記載の内燃機関の排気浄化装置。

33. 機関排気ポート内又は排気制御弁上流の排気通路内のいずれか一方に触媒が配置されている請求項 26に記載の内燃機関の排気浄化装置。