JP2000110670A

JP2000110670A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2000110670A
Application number: JP10284326A
Authority: JP
Inventors: Shizuo Sasaki; 静夫佐々木; Masahito Goto; 雅人後藤; Takekazu Ito; 丈和伊藤; Koji Yoshizaki; 康二吉▲崎▼; Hiroki Murata; 宏樹村田; Tsukasa Abe; 司安部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2000-04-18
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: JP3551785B2

Abstract

(57)【要約】【課題】空燃比に応じた安定した低温燃焼を行う。【解決手段】煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量
よりも燃焼室５内のＥＧＲガス量が多く煤がほとんど発
生しない第１の燃焼、即ち低温燃焼と、煤の発生量がピ
ークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室５内のＥＧＲガス
量が少ない第２の燃焼とを選択的に行う。低温燃焼の行
われる領域を空燃比が小さくなるほど高負荷側に移動す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より内燃機関、例えばディーゼル機
関においてはＮＯ_xの発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと
称す）通路により連結し、このＥＧＲ通路を介して排気
ガス、即ちＥＧＲガスを機関吸気通路内に再循環させる
ようにしている。この場合、ＥＧＲガスは比較的比熱が
高く、従って多量の熱を吸収することができるので、Ｅ
ＧＲガス量を増大するほど、即ちＥＧＲ率（ＥＧＲガス
量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大するほど燃
焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとＮＯ_xの発生量が低下し、従ってＥＧＲ率を増大す
ればするほどＮＯ_xの発生量は低下することになる。

【０００３】このように従来よりＥＧＲ率を増大すれば
ＮＯ_xの発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらＥＧＲ率を増大させていくとＥＧＲ率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上ＥＧＲ率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるＥ
ＧＲ率がＥＧＲ率の最大許容限界であると考えられてい
る。

【０００４】従って従来よりＥＧＲ率はこの最大許容限
界を越えない範囲内に定められている。このＥＧＲ率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ３０パーセントから５０パーセントである。
従って従来のディーゼル機関ではＥＧＲ率は最大でも３
０パーセントから５０パーセント程度に抑えられてい
る。

【０００５】このように従来ではＥＧＲ率に対して最大
許容限界が存在すると考えられていたので従来よりＥＧ
Ｒ率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてＮＯ
_xおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるよう
に定められていた。しかしながらこのようにしてＥＧＲ
率をＮＯ_xおよびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもＮＯ_xおよびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のＮ
Ｏ_xおよびスモークが発生してしまうのが現状である。

【０００６】ところがディーゼル機関の燃焼の研究の過
程においてＥＧＲ率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてＥＧＲ
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてＥＧＲ率を７０パー
セント以上にすると、またＥＧＲガスを強力に冷却した
場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはＮ
Ｏ_xの発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびＮＯ
_xの同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。

【０００７】即ち、実験研究を重ねた結果判明したこと
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。

【０００８】従って、燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭
化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。この新たな燃焼システムを採用した内燃
機関については本出願人により既に出願されている（特
願平９−３０５８５０号）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの新たな燃
焼システムではＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にす
る必要があり、ＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にす
ることが可能なのは吸入空気量が比較的少ないときであ
る。即ち、吸入空気量が一定量を越えるとこの新たな燃
焼を行うことはできず、従って吸入空気量が一定量を越
えたときには従来より行われている燃焼に切換えられ
る。この場合、新たな燃焼のもとではＮＯ_xおよび煤が
ほとんど発生せず、従ってできるだけ広い運転領域にお
いて新たな燃焼を行うことが好ましい。

【００１０】ところで新たな燃焼のもとでは空燃比が大
きくなると、即ち燃料周りの空気量が増大すると燃焼が
活発となり、その結果燃焼温度が高くなる。これに対し
て空燃比を小さくすると、即ち燃料周りの空気量が減少
すると燃焼が活発でなくなり、その結果燃焼温度が低く
なる。従って空燃比が小さくなるほど燃料噴射量を増大
してもＮＯ_xおよび煤の発生しない新たな燃焼を行うこ
とができることになる。云い換えると空燃比が小さくな
るほど新たな燃焼を行いうる運転領域を高負荷側に広げ
ることができることになる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで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
換える切換手段を具備し、機関の運転領域が第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され、空燃比
が小さくなるにつれて第１の運転領域が高負荷側に移動
せしめられる。

【００１２】２番目の発明では１番目の発明において、
空燃比が小さくなるにつれて第１の運転領域の高負荷側
限界と低負荷側限界が高負荷側に移動せしめられる。３
番目の発明では２番目の発明において、空燃比がリーン
であるときには第１の運転領域の低負荷側限界が存在せ
ず、空燃比がリッチであるときには第１の運転領域の低
負荷側限界が現われる。

【００１３】４番目の発明では１番目の発明において、
第１の運転領域を制御するための制御手段を具備し、こ
の制御手段は目標空燃比に応じて第１の運転領域を制御
するようにしている。５番目の発明では１番目の発明に
おいて、第１の燃焼時における燃料およびその周囲のガ
ス温度が低下するにつれて第１の運転領域が高負荷側に
移動せしめられる。

【００１４】６番目の発明では５番目の発明において、
空燃比がリッチのもとで第１の燃焼が行われているとき
には燃焼時における燃料およびその周囲のガス温度が低
下するにつれて第１の運転領域の高負荷側限界および低
負荷側限界が高負荷側に移動せしめられる。７番目の発
明では５番目の発明において、第１の燃焼時における燃
料およびその周囲のガス温度に変化を与えるパラメータ
の値に基づいて第１の運転領域を制御する制御手段を具
備し、この制御手段はパラメータの値から第１の燃焼時
における燃料およびその周囲のガス温度が低下すると判
断されたときには第１の運転領域を高負荷側に移動せし
めるようにしている。

【００１５】８番目の発明では７番目の発明において、
パラメータが燃焼室内に流入するガスの温度、機関冷却
水の温度、機関吸気通路内の圧力又は吸入空気の湿度の
少くとも一つからなる。９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排気ガス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。

【００１６】１０番目の発明では９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る。１１番目の発明では
１番目の発明において、機関排気通路内に酸化機能を有
する触媒を配置している。１２番目の発明では１１番目
の発明において、触媒が酸化触媒又は三元触媒からな
る。

【００１７】１３番目の発明では１１番目の発明におい
て、触媒が、流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき
には排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸収しかつ流入する
排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収
したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸収剤からなる。１４番目
の発明では１３番目の発明において、機関の運転状態が
空燃比がリッチであるときの第１の運転領域にあるとき
にＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xを放出すべく空燃比がリッチ
とされる。

【００１８】

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

【００１９】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
１および排気管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の出口部は排気管２４を介して酸化機能を有する触
媒２５を内蔵した触媒コンバータ２６に連結される。触
媒コンバータ２６の出口部に連結された排気管２８とス
ロットル弁２０下流の空気吸込管１７とはＥＧＲ通路２
９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２９内にはステ
ップモータ３０により駆動されるＥＧＲ制御弁３１が配
置される。また、ＥＧＲ通路２９内にはＥＧＲ通路２９
内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのインタークーラ
３２が配置される。図１に示される実施例では機関冷却
水がインタークーラ３２内に導びかれ、機関冷却水によ
ってＥＧＲガスが冷却される。

【００２０】一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３３を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３４に連結さ
れる。このコモンレール３４内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ３５から燃料が供給され、コモンレー
ル３４内に供給された燃料は各燃料供給管３３を介して
燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３４にはコモ
ンレール３４内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
３６が取付けられ、燃料圧センサ３６の出力信号に基づ
いてコモンレール３４内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ３５の吐出量が制御される。

【００２１】電子制御ユニット４０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。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６０が配置され、この水温センサ６０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。サージタンク１２にはサージタンク１２内
の絶対圧を検出するための圧力センサ６１と、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６２が配置され、これら圧力センサ６１と温度センサ
６２の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器４７を介して
入力ポート４５に入力される。

【００２２】一方、スロットル弁２０上流の空気吸込管
１７内には吸入空気の湿度を検出するための湿度センサ
６３が配置され、この湿度センサ６３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。また、燃料圧センサ３６の出力信号も対応するＡＤ
変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。アク
セルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌに
比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続さ
れ、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４
７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポ
ート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する
毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続
される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８
を介して燃料噴射弁６、スロットル弁制御用ステップモ
ータ１９、ＥＧＲ制御弁制御用ステップモータ３０およ
び燃料ポンプ３５に接続される。

【００２３】図２は機関低負荷運転時にスロットル弁２
０の開度およびＥＧＲ率を変化させることにより空燃比
Ａ／Ｆ（図２の横軸）を変化させたときの出力トルクの
変化、およびスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_xの排出量の
変化を示す実験例を表している。図２からわかるように
この実験例では空燃比Ａ／Ｆが小さくなるほどＥＧＲ率
が大きくなり、理論空燃比（≒１４．６）以下のときに
はＥＧＲ率は６５パーセント以上となっている。

【００２４】図２に示されるようにＥＧＲ率を増大する
ことにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率が
４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセ
ント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮ
Ｏ_xの発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，
ＣＯの発生量は増大し始める。

【００２５】図３（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが２１付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室５内の燃焼圧変
化を示しており、図３（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室５内の燃焼
圧の変化を示している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図３
（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。

【００２６】図２および図３に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第１に空燃比Ａ／Ｆが１
５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図２
に示されるようにＮＯ_xの発生量がかなり低下する。Ｎ
Ｏ_xの発生量が低下したということは燃焼室５内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室５内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図３からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図３（Ｂ）に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室５
内の燃焼温度は低くなっていることになる。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はＮＯ_xの発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はＮＯ_xの発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、ＮＯ_xの発生量が低下する。このときＮＯ_xの発
生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯ
_xの発生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。

【００３０】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室５から排出させるか、或いは
煤の形で燃焼室５から排出させるかについては極めて大
きな差がある。本発明において採用されている新たな燃
焼システムは燃焼室５内において煤を生成させることな
く炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって
燃焼室５から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有す
る触媒により酸化せしめることを核としている。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
が強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、ＣＯ₂やＥＧＲガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
いることは好ましいと言える。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】図６は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なＥＧＲガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のＥＧＲガス
の割合を示している。なお、図６において縦軸は燃焼室
５内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Ｙは
過給が行われないときに燃焼室５内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してい
る。

【００３９】図６を参照すると空気の割合、即ち混合ガ
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図６に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図６においてＥＧＲガスの割合、即ち混合
ガス中のＥＧＲガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のＥＧＲガス量
を示している。このＥＧＲガス量はＥＧＲ率で表すとほ
ぼ５５パーセント以上であり、図６に示す実施例では７
０パーセント以上である。即ち、燃焼室５内に吸入され
た全吸入ガス量を図６において実線Ｘとし、この全吸入
ガス量Ｘのうちの空気量とＥＧＲガス量との割合を図６
に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス温
度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くし
て煤が全く発生しなくなる。また、このときのＮＯ_x発
生量は１０p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってＮ
Ｏ_xの発生量は極めて少量となる。

【００４０】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。

【００４１】ところで過給が行われていない場合には燃
焼室５内に吸入される全吸入ガス量Ｘの上限はＹであ
り、従って図６において要求負荷がＬo よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてＥＧＲガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がＬo よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてＥＧＲ率が低下し、斯くして要求負荷がＬo 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。

【００４２】ところが図１に示されるようにＥＧＲ通路
２９を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
１５の空気吸込管１７内にＥＧＲガスを再循環させると
要求負荷がＬo よりも大きい領域においてＥＧＲ率を５
５パーセント以上、例えば７０パーセントに維持するこ
とができ、斯くして燃料およびその周囲のガス温度を煤
が生成される温度よりも低い温度に維持することができ
る。即ち、空気吸込管１７内におけるＥＧＲ率が例えば
７０パーセントになるようにＥＧＲガスを再循環させれ
ば排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６により
昇圧された吸入ガスのＥＧＲ率も７０パーセントとな
り、斯くしてコンプレッサ１６により昇圧しうる限度ま
で燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度
よりも低い温度に維持することができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。

【００４３】なお、この場合、要求負荷がＬo 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３１が全開せしめられ、スロットル弁２０
が若干閉弁せしめられる。前述したように図６は燃料を
理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが空気
量を図６に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃
比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつＮＯ_xの発生
量を１０p.p.m 前後又はそれ以下にすることができ、ま
た空気量を図６に示される空気量よりも多くしても、即
ち空燃比の平均値を１７から１８のリーンにしても煤の
発生を阻止しつつＮＯ_xの発生量を１０p.p.m 前後又は
それ以下にすることができる。

【００４４】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときＮＯ_xも極めて少量しか発
生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空
燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、ＮＯ_x
も極めて少量しか発生しない。

【００４５】このように、低温燃焼が行われているとき
には空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろ
うと、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリー
ンであろうと煤が発生されず、ＮＯ_xの発生量が極めて
少量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのと
き平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。

【００４６】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施例では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃料
およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停
止する温度以下に抑制して第１の燃焼、即ち低温燃焼を
行うようにし、機関高負荷運転時には第２の燃焼、即ち
従来より普通に行われている燃焼を行うようにしてい
る。なお、ここで第１の燃焼、即ち低温燃焼とはこれま
での説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第２の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が少い燃焼のことを言う。

【００４７】次に図７（Ａ）および（Ｂ）を参照しつつ
第１の燃焼、即ち低温燃焼を行いうる機関の運転領域に
ついて説明する。なお、図７（Ａ）および（Ｂ）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。まず初めに図１７（Ｂ）を参照する
と、図１７（Ｂ）には空燃比がほぼ理論空燃比又はリー
ンのもとで低温燃焼を行うことのできる第１の運転領域
Ｉと、空燃比がほぼ理論空燃比又はリーンのもとでは低
温燃焼を行うことができず、従来より行われている燃焼
を行わざるを得ない第２の運転領域IIとが示されてい
る。

【００４８】なお、図７（Ｂ）においてＸ（Ｎ）は空燃
比がほぼ理論空燃比又はリーンのもとで低温燃焼を行う
ことのできる第１の運転領域Ｉと、空燃比がほぼ理論空
燃比又はリーンのもとでは従来より行われている燃焼を
行わざるを得ない第２の運転領域IIとの第１の境界を示
しており、Ｙ（Ｎ）はこれら第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。

【００４９】即ち、本発明による実施例では機関の運転
状態が図７（Ｂ）に示す第１の運転領域Ｉにあるときに
は低温燃焼が行われる。このとき要求トルクＴＱ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。次いで要求トルクＴＱ
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。このように第１の境界
Ｘ（Ｎ）と第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも低トルク側の第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の高トル
ク側では比較的燃焼温度が高く、このとき要求トルクＴ
Ｑが第１の境界Ｘ（Ｎ）より低くなったとしてもただち
に低温燃焼を行えないからである。即ち、要求トルクＴ
Ｑがかなり低くなったとき、即ち第２の境界Ｙ（Ｎ）よ
りも低くなったときでなければただちに低温燃焼が開始
されないからである。第２の理由は第１の運転領域Ｉと
第２の運転領域II間の運転領域の変化に対してヒステリ
シスを設けるためである。

【００５０】一方、図７（Ａ）には図７（Ｂ）に示され
る第１の境界Ｘ（Ｎ）に加え、空燃比がかなりリッチに
されたとき、例えば空燃比がほぼ１３．５よりも小さく
されたときに良好な低温燃焼を行うことのできる第１の
運転領域Ｚと、この第１の運転領域Ｚの高負荷側限界Ｚ
１（Ｎ）および低負荷側限界Ｚ２（Ｎ）が示されてい
る。図７（Ａ）からわかるようにこれら限界Ｚ１（Ｎ）
およびＺ２（Ｎ）は機関回転数Ｎの関数である。

【００５１】図７（Ｂ）からわかるように空燃比がほぼ
理論空燃比又はリーンのときに低温燃焼を行うことので
きる第１の運転領域Ｉには低負荷側の限界が存在しな
い。これに対して空燃比がかなりリッチのときに低温燃
焼しうる第１の運転領域Ｚの低負荷側限界Ｚ２（Ｎ）は
要求トルクＴＱが負のところで表われる。従って空燃比
が小さくなるほど低温燃焼しうる第１の運転領域の低負
荷側限界が高負荷側に移動することがわかる。

【００５２】また、図７（Ａ）に示されるように空燃比
がかなりリッチのときに低温燃焼を行うことのできる第
１の運転領域Ｚの高負荷側限界Ｚ１（Ｎ）は、空燃比が
ほぼ理論空燃比又はリーンのときに低温燃焼しうる第１
の運転領域Ｉの高負荷側限界Ｘ（Ｎ）よりも高負荷側と
なる。従って空燃比が小さくなるほど低温燃焼しうる第
１の運転領域は高負荷側に移動することがわかる。

【００５３】即ち、前述したように空燃比がリッチであ
ろうとリーンであろうと低温燃焼を行うことができる。
しかしながら燃料噴射量が極度に少ないときには空燃比
をかなりリッチにすると失火を生じ、斯くして良好な低
温燃焼が行われなくなる。即ち、燃料噴射量が極度に少
ないときであっても空燃比がリーンであれば燃料粒子周
りに十分な空気が存在するために燃料が活発に燃焼せし
められる。これに対し、空燃比がかなりリッチにされる
と燃料粒子周りに十分な空気が存在しないために燃料粒
子の燃焼はあまり活発に行われない。このとき、燃料噴
射量が極度に少ないと燃焼温および燃焼圧が十分に上昇
せず、斯くして失火を生ずることになる。

【００５４】図７（Ａ）において要求トルクＴＱが負の
領域は減速運転時を示しており、このとき燃料噴射量は
極めて少なくなる。従って要求トルクＴＱが負の領域に
おいて第１の運転領域Ｚの低負荷側限界Ｚ２（Ｎ）が現
われることになる。一方、第１の境界Ｘ（Ｎ）付近にお
いて低温燃焼が行われているときに空燃比がリッチにさ
れると燃料増量分だけトルクが増大し、従ってＺ１
（Ｎ）はＸ（Ｎ）に比べて高負荷側となる。

【００５５】ところで機関の運転状態が第１の運転領域
Ｉ又はＺにあって低温燃焼が行われているときには煤は
ほとんど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体
又はその前の状態の形でもって燃焼室５から排出され
る。このとき燃焼室５から排出された未燃炭化水素は酸
化機能を有する触媒２５により良好に酸化せしめられ
る。

【００５６】触媒２５としては酸化触媒、三元触媒、又
はＮＯ_x吸収剤を用いることができる。ＮＯ_x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ＮＯ_x
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ＮＯ_xを放出する機能を有する。このＮＯ_x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。

【００５７】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ＮＯ_x吸収剤を触媒２５として用いるこ
とができる。次に図８を参照しつつ空燃比がほぼ理論空
燃比又はリーンのもとで低温燃焼を行うようにした場合
の第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。

【００５８】図８は要求トルクＴＱに対するスロットル
弁２０の開度、ＥＧＲ制御弁３１の開度、ＥＧＲ率、空
燃比、噴射時期および噴射量を示している。図８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２０の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれ
て全閉近くから２／３開度程度まで徐々に増大せしめら
れ、ＥＧＲ制御弁３１の開度は要求負荷Ｌが高くなるに
つれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。
また、図８に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧ
Ｒ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。

【００５９】言い換えると第１の運転領域ＩではＥＧＲ
率がほぼ７０パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁２０の
開度およびＥＧＲ制御弁３１の開度が制御される。な
お、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。

【００６０】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁２０は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁
３１も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁２
０を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室５内の圧
力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が
小さくなるとピストン４による圧縮仕事が小さくなるた
めに機関本体１の振動が小さくなる。即ち、アイドリン
グ運転時には機関本体１の振動を抑制するためにスロッ
トル弁２０が全閉近くまで閉弁せしめられる。

【００６１】一方、機関の運転領域が第１の運転領域Ｉ
から第２の運転領域IIに変わるとスロットル弁２０の開
度が２／３開度程度から全開方向へステップ状に増大せ
しめられる。このとき図８に示す例ではＥＧＲ率がほぼ
７０パーセントから４０パーセント以下までステップ状
に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされ
る。即ち、ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ
率範囲（図５）を飛び越えるので機関の運転領域が第１
の運転領域Ｉから第２の運転領域IIに変わるときに多量
のスモークが発生することがない。

【００６２】第２の運転領域IIでは第２の燃焼、即ち従
来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では
煤およびＮＯ_xが若干発生するが低温燃焼に比べて熱効
率は高く、従って機関の運転領域が第１の運転領域Ｉか
ら第２の運転領域IIに変わると図８に示されるように噴
射量がステップ状に低減せしめられる。この第２の運転
領域IIではスロットル弁２０は一部を除いて全開状態に
保持され、ＥＧＲ制御弁３１の開度は要求トルク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は圧縮上死点ＴＤＣ付近とされる。

【００６３】図９（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセル
ペダル５０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示
している。なお、図９（Ａ）において各曲線は等トルク
曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが
零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ，Ｔ
Ｑ＝ｂ，ＴＱ＝ｃ，ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが
高くなる。また、ＴＱ＝−ｆ，ＴＱ＝−ｇは要求トルク
が負の場合、即ち減速運転時を示しており、この場合Ｔ
Ｑ＝−ｇのほうがＴＱ＝−ｆよりも要求トルクが小さ
い。図９（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図９（Ｂ）
に示されるようにアクセルペダル５０の踏込み量Ｌと機
関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内
に記憶されている。本発明による実施例では図９（Ｂ）
に示すマップからアクセルペダル５０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に基づいて目標空燃比等が
算出される。

【００６４】ところで低温燃焼しうる第１の運転領域Ｉ
の高負荷側限界は圧縮始めにおける燃焼室５内のガス温
やシリンダ内壁面温度等に応じて変化する。即ち、要求
トルクＴＱ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、即ち要求トルクＴ
Ｑ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Ｔ
Ｇ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。

【００６５】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
さくなるほど圧縮工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。

【００６６】一方、吸気通路内、例えばサージタンク１
２内の圧力が低くなるほど燃焼室５内における圧縮圧力
が低くなり、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。従ってサージタンク１２内の圧
力が低く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。また、吸入空気中の湿度
が高くなるほど吸入空気中に含まれる水分による吸熱量
が大きくなり、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。従って吸入空気中の湿度が高
く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。

【００６７】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１０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１０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。更に、本発明による実施例ではサー
ジタンク１２内の圧力ＰＭが低くなると図１０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、吸入空気中の湿度ＤＦが高くなると図１０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。

【００６８】Ｘ（Ｎ）＝Ｘo （Ｎ）＋Ｃ１・Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ）Ｋ（Ｔ）＝Ｋ（Ｔ）₁＋Ｋ（Ｔ）₂＋Ｋ（Ｔ）₃＋Ｋ
（Ｔ）₄ ここでＣ１は定数、Ｋ（Ｔ）₁は図１１（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１１（Ｂ）に示されるように温度差（Ｔ
Ｗ−ＴＧ）の関数であり、このＫ（Ｔ） ₂の値は温度差
（ＴＷ−ＴＧ）が小さくなるほど大きくなる。また、Ｋ
（Ｔ）₃は図１１（Ｃ）に示されるようにサージタンク
１２内の圧力ＰＭの関数であり、このＫ（Ｔ）₃の値は
サージタンク１２内の圧力ＰＭが低くなるほど大きくな
る。また、Ｋ（Ｔ）₄は図１１（Ｄ）に示されるように
湿度ＤＦの関数であり、このＫ（Ｔ）₄の値は湿度ＤＦ
が高くなるほど大きくなる。なお、図１１（Ａ）から図
１１（Ｄ）においてＴ₁は基準温度、Ｔ₂は基準温度
差、ＰＭ₃は基準圧力、ＤＦ₄は基準湿度であり、ＴＧ
＝Ｔ₁、（ＴＷ−ＴＧ）＝Ｔ₂、ＰＭ＝ＰＭ₃かつＤＦ
＝ＤＦ₄のときに第１の境界が図１０のＸo （Ｎ）とな
る。

【００６９】一方、Ｋ（Ｎ）は図１１（Ｅ）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
に移動する。また、サージタンク１２内の圧力ＰＭが基
準圧力ＰＭ₃よりも低くなるとサージタンク１２内の圧
力ＰＭ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、湿度ＤＦが基準湿度ＤＦ₄
よりも大きくなると湿度ＤＦが高くなるほど第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。

【００７０】図１２（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１２（Ａ）におい
て、Ａ／Ｆ＝１５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７，Ａ／
Ｆ＝１８で示される各曲線は夫々空燃比が１５，１６，
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（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。

【００７１】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１２（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。

【００７２】図１２（Ｂ）は第１の境界が図１０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１２（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，Ａ／
Ｆ＝１８の曲線も高負荷側に移動する。従って第１の境
界Ｘ（Ｎ）がＸo （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ＮＯ_x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。

【００７３】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１３（Ａ）から図１
３（Ｄ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回
転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記
憶されている。即ち、図１３（Ａ）はＫ（Ｔ）の値がＫ
Ｔ１のときの目標空燃比ＡＦＫＴ１を示しており、図１
３（Ｂ）はＫ（Ｔ）の値がＫＴ２のときの目標空燃比Ａ
ＦＫＴ２を示しており、図１３（Ｃ）はＫ（Ｔ）の値が
ＫＴ３のときの目標空燃比ＡＦＫＴ３を示しており、図
１３（Ｄ）はＫ（Ｔ）の値がＫＴ４のときの目標空燃比
ＡＦＫＴ４を示している。

【００７４】一方、空燃比を目標空燃比とするのに必要
なスロットル弁２０の目標開度が図１４（Ａ）から図１
４（Ｄ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回
転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記
憶されており、また空燃比を目標空燃比とするのに必要
なＥＧＲ制御弁３１の目標開度が図１５（Ａ）から図１
５（Ｄ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回
転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記
憶されている。

【００７５】即ち、図１４（Ａ）は空燃比が１５のとき
のスロットル弁２０の目標開度ＳＴ１５を示しており、
図１５（Ａ）は空燃比が１５のときのＥＧＲ制御弁３１
の目標開度ＳＥ１５を示している。また、図１４（Ｂ）
は空燃比が１６のときのスロットル弁２０の目標開度Ｓ
Ｔ１６を示しており、図１５（Ｂ）は空燃比が１６のと
きのＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥ１６を示してい
る。

【００７６】また、図１４（Ｃ）は空燃比が１７のとき
のスロットル弁２０の目標開度ＳＴ１７を示しており、
図１５（Ｂ）は空燃比が１７のときのＥＧＲ制御弁３１
の目標開度ＳＥ１７を示している。また、図１４（Ｄ）
は空燃比が１８のときのスロットル弁２０の目標開度Ｓ
Ｔ１８を示しており、図１５（Ｂ）は空燃比が１８のと
きのＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥ１８を示してい
る。

【００７７】図１６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１６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２
０の目標開度ＳＴが図１７（Ａ）に示されるように要求
トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形
で予めＲＯＭ４２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３１の目標開度
ＳＥが図１７（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱお
よび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ
４２内に記憶されている。

【００７８】一方、空燃比がかなりリッチであるときに
低温燃焼しうる第１の運転領域Ｚも圧縮始めにおける燃
焼室５内のガス温ＴＧ、シリンダ内壁面温度ＴＷとガス
温ＴＧとの温度差（ＴＷ−ＴＧ）、サージタンク１２内
の圧力ＰＭおよび吸入空気中の湿度ＤＦにより変化す
る。この場合、この第１の運転領域Ｚも前述した第１の
運転領域Ｉと同様に燃焼時における燃料およびその周囲
のガス温度が低くなるほど高負荷側に移動せしめられ
る。

【００７９】即ち、図１８においてＺo を基準となる第
１の運転領域とし、Ｚ１o （Ｎ）を基準となる高負荷側
限界とし、Ｚ２o （Ｎ）を基準となる低負荷側限界とす
るとこれら基準のときに比べて燃焼時における燃料およ
びその周囲のガス温度が低くなるときには高負荷側限界
Ｚ１（Ｎ）および低負荷側限界Ｚ２（Ｎ）が共に高負荷
側に移動せしめられ、従って第１の運転領域Ｚも高負荷
側に移動せしめられる。

【００８０】このときの高負荷側限界Ｚ1 （Ｎ）および
低負荷側限界Ｚ２（Ｎ）も図１１に示される各値Ｋ
（Ｔ）₁，Ｋ（Ｔ）₂，Ｋ（Ｔ）₃，Ｋ（Ｔ）₄，Ｋ
（Ｎ）を用いて次式から算出される。Ｚ１（Ｎ）＝Ｚ１o （Ｎ）＋Ｃ２・Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ）Ｚ２（Ｎ）＝Ｚ２o （Ｎ）＋Ｃ３・Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ）Ｋ（Ｔ）＝Ｋ（Ｔ）₁＋Ｋ（Ｔ）₂＋Ｋ（Ｔ）₃＋Ｋ
（Ｔ）₄ ここでＣ２，Ｃ３は定数である。

【００８１】従って、圧縮始めにおける燃焼室５内のガ
ス温ＴＧが基準温度Ｔ₁（図１１）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
Ｚ１（Ｎ）およびＺ２（Ｎ）は夫々Ｚ１o （Ｎ）および
Ｚ２o （Ｎ）に対して高負荷側に移動し、温度差（ＴＷ
−ＴＧ）が基準温度差Ｔ₂（図１１）よりも低くなると
温度差（ＴＷ−ＴＧ）が小さくなるほどＺ１（Ｎ）およ
びＺ２（Ｎ）は夫々Ｚ１o （Ｎ）およびＺ２o （Ｎ）に
対して高負荷側に移動する。また、サージタンク１２内
の圧力ＰＭが基準圧力ＰＭ₃（図１１）よりも低くなる
とサージタンク１２内の圧力ＰＭが低くなるほどＺ１
（Ｎ）およびＺ２（Ｎ）は夫々Ｚ１o （Ｎ）およびＺ２
o （Ｎ）に対して高負荷側に移動し、湿度ＤＦが基準湿
度ＤＦ₄（図１１）よりも大きくなると湿度ＤＦが高く
なるほどＺ１（Ｎ）およびＺ２（Ｎ）は夫々Ｚ１o
（Ｎ）およびＺ２o （Ｎ）に対して高負荷側に移動す
る。

【００８２】前述したように触媒２５としては酸化触
媒、三元触媒又はＮＯ_x吸収剤を用いることができる
が、以下触媒２５としてＮＯ_x吸収剤を用いた場合につ
いて説明する。機関吸気通路、燃焼室５およびＮＯ_x吸
収剤２５上流の排気通路内に供給された空気および燃料
（炭化水素）の比をＮＯ_x吸収剤２５への流入排気ガス
の空燃比と称するとこのＮＯ_x吸収剤２５は流入排気ガ
スの空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸収し、流入排
気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収し
たＮＯ_xを放出するＮＯ_xの吸放出作用を行う。

【００８３】このＮＯ_x吸収剤２５を機関排気通路内に
配置すればＮＯ_x吸収剤２５は実際にＮＯ_xの吸放出作
用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについて
は明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作
用は図１９に示すようなメカニズムで行われているもの
と考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白
金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとっ
て説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。

【００８４】図１に示される圧縮着火式内燃機関では通
常燃焼室５における空燃比がリーンの状態で燃焼が行わ
れる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われ
ている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、このとき
には図１９（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂がＯ
₂ ^-又はＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、
流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又は
Ｏ^2-と反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２Ｎ
Ｏ₂）。次いで生成されたＮＯ₂の一部は白金Ｐｔ上で
酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯ
と結合しながら図１９（Ａ）に示されるように硝酸イオ
ンＮＯ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。このようにして
ＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤２５内に吸収される。流入排気ガ
ス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ₂が生
成され、吸収剤のＮＯ_x吸収能力が飽和しない限りＮＯ
₂が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成さ
れる。

【００８５】一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにさ
れると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白
金Ｐｔの表面でのＮＯ₂の生成量が低下する。ＮＯ₂の
生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）
に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ
₂の形で吸収剤から放出される。このときＮＯ_x吸収剤
２５から放出されたＮＯ_xは図１９（Ｂ）に示されるよ
うに流入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと
反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの
表面上にＮＯ₂が存在しなくなると吸収剤から次から次
へとＮＯ₂が放出される。従って流入排気ガスの空燃比
がリッチにされると短時間のうちにＮＯ _x吸収剤２５か
らＮＯ_xが放出され、しかもこの放出されたＮＯ_xが還
元されるために大気中にＮＯ_xが排出されることはな
い。

【００８６】なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を
理論空燃比にしてもＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xが放出
される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃
比にした場合にはＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xが徐々に
しか放出されないためにＮＯ _x吸収剤２５に吸収されて
いる全ＮＯ_xを放出させるには若干長い時間を要する。

【００８７】ところでＮＯ_x吸収剤２５のＮＯ_x吸収能
力には限度があり、ＮＯ_x吸収剤２５のＮＯ_x吸収能力
が飽和する前にＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放出させ
る必要がある。そのためにはＮＯ_x吸収剤２５に吸収さ
れているＮＯ_x量を推定する必要がある。そこで本発明
による実施例では第１の燃焼が行われているときの単位
時間当りのＮＯ_x吸収量Ａを要求トルクＴＱおよび機関
回転数Ｎの関数として図２０（Ａ）に示すようなマップ
の形で予め求めておき、第２の燃焼が行われているとき
の単位時間当りのＮＯ_x吸収量Ｂを要求トルクＴＱおよ
び機関回転数Ｎの関数として図２０（Ｂ）に示すような
マップの形で予め求めておき、これら単位時間当りのＮ
Ｏ_x吸収量Ａ，Ｂを積算することによってＮＯ_x吸収剤
２５に吸収されているＮＯ_x量ΣＮＯＸを推定するよう
にしている。

【００８８】本発明による実施例ではこのＮＯ_x吸収量
ΣＮＯＸが予め定められた許容最大値を越えたときにＮ
Ｏ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放出させるようにしてい
る。次にこのことについて図２１を参照しつつ説明す
る。図２１を参照すると本発明による実施例では二つの
許容最大値、即ち許容最大値ＭＡＸ１と許容最大値ＭＡ
Ｘ２とが設定されている。許容最大値ＭＡＸ１はＮＯ_x
吸収剤２５が吸収しうる最大ＮＯ_x吸収量の３０パーセ
ント程度とされており、許容最大値ＭＡＸ２はＮＯ_x吸
収剤２５が吸収しうる最大吸収量の８０パーセント程度
とされている。第１の燃焼が行われているときにＮＯ_x
吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたときには
ＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放出すべく空燃比がリッ
チとされ、第２の燃焼が行われているときにＮＯ_x吸収
量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたときには第２
の燃焼から第１の燃焼に切換えられたとき、例えば減速
運転時にＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放出すべく空燃
比がリッチとされ、第２の燃焼が行われているときにＮ
Ｏ_x吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ２を越えたとき
にはＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放出すべく膨張行程
の後半又は排気行程中に追加の燃料が噴射される。

【００８９】即ち、図２１において期間Ｘは要求トルク
ＴＱが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも低く、第１の燃焼が行
われている場合を示しており、このとき空燃比は理論空
燃比よりもわずかばかりリーンなリーン空燃比となって
いる。第１の燃焼が行われているときにはＮＯ_xの発生
量が極めて少く、従ってこのときには図２１に示される
ようにＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸは極めてゆっくりと上昇す
る。第１の燃焼が行われているときにＮＯ_x吸収量ΣＮ
ＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えると空燃比Ａ／Ｆは一
時的にリッチとされ、それによってＮＯ_x吸収剤２５か
らＮＯ_xが放出される。このときＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸ
は零とされる。

【００９０】前述したように第１の燃焼が行われている
ときには空燃比がリーンであろうと、理論空燃比であろ
うと、リッチであろうと煤は発生せず、従って第１の燃
焼が行われているときにＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを
放出すべく空燃比Ａ／Ｆがリッチとされてもこのとき煤
が発生することはない。次いで時刻ｔ₁において要求ト
ルクＴＱが第１の境界Ｘ（Ｎ）を越えると第１の燃焼か
ら第２の燃焼に切換えられる。図２１に示されるように
第２の燃焼が行われているときには空燃比Ａ／Ｆはかな
りリーンとなる。第２の燃焼が行われているときには第
１の燃焼が行われている場合に比べてＮＯ_xの発生量が
多く、従って第２の燃焼が行われているときにはＮＯ_x
量ΣＮＯＸは比較的急速に上昇する。

【００９１】第２の燃焼が行われているときに空燃比Ａ
／Ｆをリッチにすると多量の煤が発生し、従って第２の
燃焼が行われているときに空燃比Ａ／Ｆをリッチにする
ことはできない。従って図２１に示されるように第２の
燃焼が行われているときにＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸが許容
最大値ＭＡＸ１を越えたとしてもＮＯ_x吸収剤２５から
ＮＯ_xを放出すべく空燃比Ａ／Ｆがリッチとされない。
この場合には要求トルクＴＱが第２の境界Ｙ（Ｎ）より
も低くなって第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられた
後にＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放出すべく空燃比Ａ
／Ｆが一時的にリッチにされる。

【００９２】ところで図２１の時刻ｔ₂は減速運転が行
われ、それによって第２の燃焼から第１の燃焼に切換え
られた場合を示している。減速運転が行われると要求ト
ルクＴＱが負となり、その結果図１８からわかるように
第１の運転領域Ｚの低負荷側限界Ｚ２（Ｎ）の位置によ
って空燃比をリッチにしうる場合と、空燃比をリッチに
しえない場合とがある。

【００９３】そこで本発明による実施例では空燃比をリ
ッチにすべきときには機関の運転状態が第１の運転領域
Ｚ内にあるか否かを判断し、機関の運転状態が第１の運
転領域Ｚ内にあるときには図２１の時刻ｔ₂に示される
ように第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときに
ＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放出すべく空燃比Ａ／Ｆ
が一時的にリッチにされる。

【００９４】次いで図２１の時刻ｔ₃において第１の燃
焼から第２の燃焼に切換えられ、暫らくの間第２の燃焼
が継続したとする。このときＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸが許
容最大値ＭＡＸ１を越え、次いで時刻ｔ₄において許容
最大値ＭＡＸ２を越えたとするとこのときにはＮＯ_x吸
収剤２５からＮＯ_xを放出すべく膨張行程の後半又は排
気行程中に追加の燃料が噴射され、ＮＯ_x吸収剤２５に
流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。

【００９５】膨張行程の後半又は排気行程中に噴射され
る追加の燃料は機関出力の発生には寄与せず、従って追
加の燃料を噴射する機会はできるだけ少くすることが好
ましい。従って第２の燃焼が行われたときにＮＯ_x吸収
量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたときには第２
の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときに空燃比Ａ／
Ｆを一時的にリッチにし、ＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸが許容
最大値ＭＡＸ２を越えた特別の場合に限って追加の燃料
を噴射するようにしている。

【００９６】図２２はＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xを放
出すべきときにセットされるＮＯ_x放出フラグの処理ル
ーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込
みによって実行される。図２２を参照するとまず初めに
ステップ１００において機関の運転領域が第１の運転領
域Ｉであることを示すフラグＩがセットされているか否
かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即
ち機関の運転領域が第１の運転領域Ｉであるときにはス
テップ１０１に進んで図２０（Ａ）に示すマップから単
位時間当りのＮＯ_x吸収量Ａが算出される。次いでステ
ップ１０２ではＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸにＡが加算され
る。次いでステップ１０３ではＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸが
許容最大値ＭＡＸ１を越えたか否かが判別される。ΣＮ
ＯＸ＞ＭＡＸ１になるとステップ１０４に進み、第１の
燃焼が行われているときにＮＯ_xを放出すべきことを示
すＮＯ_x放出フラグ１がセットされる。

【００９７】一方、ステップ１００においてフラグＩが
リセットされていると判断されたとき、即ち機関の運転
領域が第２の運転領域IIであるときにはステップ１０６
に進んで図２０（Ｂ）に示すマップから単位時間当りの
ＮＯ_x吸収量Ｂが算出される。次いでステップ１０７で
はＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸがＢに加算される。次いでステ
ップ１０８ではＮＯ_x吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡ
Ｘ１を越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸ１
になるとステップ１０９に進み、第１の燃焼が行われて
いるときにＮＯ_xを放出すべきことを示すＮＯ_x放出フ
ラグ１がセットされる。

【００９８】一方、ステップ１１０では、ＮＯ_x吸収量
ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ２を越えたか否かが判別さ
れる。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸ２になるとステップ１１１に進
み、膨張行程の後半又は排気行程中にＮＯ_xを放出すべ
きことを示すＮＯ_x放出フラグ２がセットされる。図２
３は低温燃焼領域、即ち第１の運転領域ＩおよびＺを制
御するためのルーチンを示している。

【００９９】図２３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Ｔ
Ｇ、シリンダ内壁面温度ＴＷ、サージタンク１２内の圧
力ＰＭおよび吸入空気中の湿度ＤＦが算出される。この
実施例では温度センサ６２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６０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。ま
た、サージタンク１２内の圧力ＰＭは圧力センサ６１に
より検出され、湿度ＤＦは湿度センサ６３により検出さ
れる。次いでステップ２０１では図１１（Ａ）から図１
１（Ｄ）に示す関係からＫ（Ｔ）₁，Ｋ（Ｔ）₂，Ｋ
（Ｔ）₃，Ｋ（Ｔ）₄が求められ、これらＫ（Ｔ）₁か
らＫ（Ｔ）₄を加算することによってＫ（Ｔ）（＝Ｋ
（Ｔ）₁＋Ｋ（Ｔ）₂＋Ｋ（Ｔ）₃＋Ｋ（Ｔ）₄）が算
出される。

【０１００】次いでステップ２０２では機関回転数Ｎに
基づいて図１１（Ｅ）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）＋Ｃ１・Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ）次いでステップ２０４では機関回転数Ｎに応じて変化す
るＸ（Ｎ）とＹ（Ｎ）との差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。次いでステップ２
０６では予め記憶されている高負荷側限界Ｚ１o （Ｎ）
の値を用いて次式から高負荷側限界Ｚ１（Ｎ）が算出さ
れる。

【０１０１】Ｚ１（Ｎ）＝Ｚ１o （Ｎ）＋Ｃ２・Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ）次いでステップ２０７では予め記憶されている低負荷側
限界Ｚ２o （Ｎ）の値を用いて次式から低負荷側限界Ｚ
２（Ｎ）が算出される。Ｚ２（Ｎ）＝Ｚ２o （Ｎ）＋Ｃ３・Ｋ（Ｔ）・Ｋ（Ｎ）次に図２４を参照しつつ運転制御について説明する。

【０１０２】図２４を参照すると、まず初めにステップ
３００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであ
ることを示すフラグＩがセットされているか否かが判別
される。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の
運転状態が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ３
０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ１（Ｎ）よりも
大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ１（Ｎ）のと
きにはステップ３０３に進んで低温燃焼が行われる。即
ち、ステップ３０３では図１４（Ａ）から図１４（Ｄ）
に示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算
出され、スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴと
される。次いでステップ３０４では図１５（Ａ）から図
１５（Ｄ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開
度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標
開度ＳＥとされる。次いでステップ３０５ではＮＯ_x放
出フラグ１がセットされているか否かが判別される。Ｎ
Ｏ_x放出フラグ１がセットされていないときにはステッ
プ３０７に進んで燃料噴射が行われる。このときリーン
空燃比のもとで低温燃焼が行われる。

【０１０３】一方、ステップ３０５においてＮＯ_x放出
フラグ１がセットされていると判別されたときにはステ
ップ３０６に進んで機関の運転状態が第１の運転領域Ｚ
であるか否かが判別される。機関の運転状態が第１の運
転領域Ｚでないときにはステップ３０７に進み、リーン
空燃比のもとで低温燃焼が行われる。これに対し、機関
の運転状態が第１の運転領域Ｚであるときにはステップ
３０８に進み、予め定められた期間空燃比がリッチとさ
れる。この間にＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xが放出され
る。次いでＮＯ_x放出フラグ１がリセットされ、ΣＮＯ
Ｘがクリアされる。

【０１０４】一方、ステップ３０１においてＬ＞Ｘ
（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ３０２に
進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ３１１
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ３１１
では図１７（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の
目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこ
の目標開度ＳＴとされる。次いでステップ３１２では図
１７（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開
度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標
開度ＳＥとされる。次いでステップ３１３ではＮＯ_x放
出フラグ２がセットされているか否かが判別される。Ｎ
Ｏ_x放出フラグ２がセットされていないときにはステッ
プ３１４に進んで図１６に示される空燃比となるように
燃料噴射が行われる。このときリーン空燃比のもとで第
２の燃焼が行われる。

【０１０５】一方、ステップ３１３においてＮＯ_x放出
フラグ２がセットされていると判別されたときにはステ
ップ３１５に進んで予め定められた期間、膨張行程後半
又は排気行程中に追加の燃料が噴射される。このときＮ
Ｏ_x吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比がリッチと
なり、この間にＮＯ_x吸収剤２５からＮＯ_xが放出され
る。次いでＮＯ_x放出フラグ１および２がリセットさ
れ、ΣＮＯＸがクリアされる。

【０１０６】

【発明の効果】空燃比に応じ低温燃焼しうる領域を変え
ることによって空燃比に応じた安定した低温燃焼を確保
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】スモークおよびＮＯ_xの発生量等を示す図であ
る。

【図３】燃焼圧を示す図である。

【図４】燃料分子を示す図である。

【図５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図
である。

【図６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。

【図７】第１の運転領域Ｉ，Ｚおよび第２の運転領域II
を示す図である。

【図８】スロットル弁の開度等を示す図である。

【図９】要求トルクを示す図である。

【図１０】第１の境界Ｚ（Ｎ）を示す図である。

【図１１】Ｋ（Ｔ）₁からＫ（Ｔ）₄およびＫ（Ｎ）を
示す図である。

【図１２】第１の運転領域Ｉにおける目標空燃比を示す
図である。

【図１３】目標空燃比のマップを示す図である。

【図１４】スロットル弁の目標開度のマップを示す図で
ある。

【図１５】ＥＧＲ制御弁の目標開度のマップを示す図で
ある。

【図１６】第２の燃焼における空燃比を示す図である。

【図１７】スロットル弁等の目標開度を示す図である。

【図１８】第１の運転領域Ｚを示す図である。

【図１９】ＮＯ_xの放出作用を説明するための図であ
る。

【図２０】単位時間当りのＮＯ_x吸収量のマップを示す
図である。

【図２１】ＮＯ_x放出制御を説明するための図である。

【図２２】ＮＯ_x放出フラグを処理するためのフローチ
ャートである。

【図２３】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２４】機関の運転を制御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２０…スロットル弁３１…ＥＧＲ制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 21/08 Ｆ０２Ｄ 21/08 Ｌ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｃ (72)発明者伊藤丈和愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者吉▲崎▼ 康二愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者村田宏樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (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Ｆターム(参考） 3G062 AA01 AA05 AA06 BA02 BA04 BA05 BA06 CA07 CA08 ED08 GA01 GA04 GA05 GA06 GA10 GA15 GA21 3G091 AA10 AA11 AA13 AA18 AA28 AB02 AB03 AB05 BA01 BA14 CB02 CB03 CB07 EA01 EA02 EA07 EA08 EA09 EA34 FA07 FA13 FA14 FB09 GB12W GB13W GB14W GB15W GB16W GB20X HB05 3G092 AA02 AA06 AA09 AA17 AA18 AB03 BA01 BA03 BA04 BB01 BB06 BB08 DB03 DC01 DE03S EA05 EA06 EA07 FA17 FA18 GA05 GA06 GA17 GA18 HA01X HA04X HA06X HA15X HB01X HB02X HB03X HD07X HE01X HE03X HE06X HE08X 3G301 HA02 HA04 HA11 HA13 HA18 JA24 JA25 KA08 KA09 KA24 KA25 LA01 LB04 LB11 LB13 MA01 MA11 MA18 NC04 PA01A PA10A PA11A PA17A PB03A PB05A PB08A PD15A PE01A PE03A PE06A

Claims

【特許請求の範囲】

【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を具備し、機関の運転領域が
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さ
れ、空燃比が小さくなるにつれて第１の運転領域が高負
荷側に移動せしめられる内燃機関。
【請求項２】空燃比が小さくなるにつれて第１の運転
領域の高負荷側限界と低負荷側限界が高負荷側に移動せ
しめられる請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】空燃比がリーンであるときには第１の運
転領域の低負荷側限界が存在せず、空燃比がリッチであ
るときには第１の運転領域の低負荷側限界が現われる請
求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】第１の運転領域を制御するための制御手
段を具備し、該制御手段は目標空燃比に応じて第１の運
転領域を制御する請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】第１の燃焼時における燃料およびその周
囲のガス温度が低下するにつれて第１の運転領域が高負
荷側に移動せしめられる請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】空燃比がリッチのもとで第１の燃焼が行
われているときには燃焼時における燃料およびその周囲
のガス温度が低下するにつれて第１の運転領域の高負荷
側限界および低負荷側限界が高負荷側に移動せしめられ
る請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】第１の燃焼時における燃料およびその周
囲のガス温度に変化を与えるパラメータの値に基づいて
第１の運転領域を制御する制御手段を具備し、該制御手
段はパラメータの値から第１の燃焼時における燃料およ
びその周囲のガス温度が低下すると判断されたときには
第１の運転領域を高負荷側に移動せしめる請求項５に記
載の内燃機関。
【請求項８】該パラメータが燃焼室内に流入するガス
の温度、機関冷却水の温度、機関吸気通路内の圧力又は
吸入空気の湿度の少くとも一つからなる請求項７に記載
の内燃機関。
【請求項９】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、
上記不活性ガスが再循環排気ガスからなる請求項１に記
載の内燃機関。
【請求項１０】上記第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る請求
項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】機関排気通路内に酸化機能を有する触
媒を配置した請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１２】該触媒が酸化触媒又は三元触媒からな
る請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】上記触媒が、流入する排気ガスの空燃
比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸
収しかつ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリ
ッチになると吸収したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸収剤か
らなる請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１４】機関の運転状態が空燃比がリッチであ
るときの第１の運転領域にあるときにＮＯ_x吸収剤から
ＮＯ_xを放出すべく空燃比がリッチとされる請求項１３
に記載の内燃機関。