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JP3427731B2 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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Publication number
JP3427731B2
JP3427731B2 JP16084298A JP16084298A JP3427731B2 JP 3427731 B2 JP3427731 B2 JP 3427731B2 JP 16084298 A JP16084298 A JP 16084298A JP 16084298 A JP16084298 A JP 16084298A JP 3427731 B2 JP3427731 B2 JP 3427731B2
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JP
Japan
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air
amount
fuel ratio
fuel
combustion
Prior art date
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JP16084298A
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Japanese (ja)
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Inventor
康二 吉▲崎▼
雅人 後藤
静夫 佐々木
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Priority to EP99110381A priority patent/EP0962638B1/en
Priority to DE69929375T priority patent/DE69929375T2/en
Publication of JPH11351016A publication Critical patent/JPH11351016A/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
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    • F02M26/14Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • F02M26/15Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system in relation to engine exhaust purifying apparatus
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23Layout, e.g. schematics
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/45Sensors specially adapted for EGR systems
    • F02M26/46Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition
    • F02M26/47Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition the characteristics being temperatures, pressures or flow rates

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】リーン混合気を燃焼せしめるようにした
圧縮着火式内燃機関において、流入する排気ガスの空燃
比がリーンのときにはNOx を吸収し、流入する排気ガ
スがリッチ又は理論空燃比になると吸収したNOx を放
出するNOx 吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン
混合気が燃焼せしめられているときに発生するNOx
NOx 吸収剤により吸収し、NOx 吸収剤からNOx
放出すべきときにはスロットル弁を一定開度まで閉弁す
ると共に燃料噴射量を増大して空燃比を一時的にリッチ
にするようにした圧縮着火式内燃機関が公知である(特
許公報第2600492号参照)。
2. Description of the Related Art In a compression ignition type internal combustion engine in which a lean mixture is burned, NO x is absorbed when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and when the inflowing exhaust gas becomes a rich or stoichiometric air-fuel ratio. the the NO x absorbent to release the absorbed NO x arranged in the engine exhaust passage, the NO x generated when the lean air-fuel mixture is burned is absorbed by the NO x absorbent, NO from the NO x absorbent There is known a compression ignition type internal combustion engine in which a throttle valve is closed to a constant opening when x is to be released, and a fuel injection amount is increased to temporarily make an air-fuel ratio rich (Patent Publication No. 2600492). No.).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところでNOx 吸収剤
からNOx を放出すべく空燃比がリッチにされたときに
空燃比のリッチの度合が小さいか又は空燃比のリッチ時
間が短かい場合にはNO x 吸収剤に吸収されている全N
x を放出できないためにNOx 吸収剤のNOx吸収能
力が次第に低下し、これに対して空燃比のリッチの度合
が大きいか又は空燃比のリッチ時間が長い場合にはNO
x 吸収剤から全NOx が放出された後も空燃比がリッチ
となり続けるのでこの間、未燃HC,COが大気中に排
出されることになる。即ち、NOx 吸収剤からNOx
放出させるときの空燃比のリッチの度合および空燃比の
リッチ時間はNOx 吸収剤から全NOx を丁度放出しう
るリッチの度合およびリッチ時間とすることが必要であ
る。
By the way, NOxAbsorbent
To NOxWhen the air-fuel ratio is made rich to release
When the air-fuel ratio rich degree is small or the air-fuel ratio is rich
NO if the time is short xTotal N absorbed in the absorbent
OxNO because it cannot releasexAbsorbent NOxAbsorption capacity
The force gradually decreases and, on the other hand, the degree of air-fuel ratio rich
Is large or the air-fuel ratio rich time is long, NO
xAbsorbent to all NOxRich air-fuel ratio even after is released
During this period, unburned HC and CO are discharged into the atmosphere.
Will be issued. That is, NOxAbsorbent to NOxTo
The degree of richness of the air-fuel ratio when releasing and the air-fuel ratio
Rich time is NOxAbsorbent to all NOxLet's just release
Rich degree and rich time
It

【0004】ところで圧縮着火式内燃機関では通常最適
なスロットル弁開度や燃料噴射量は機関の運転状態の関
数として、例えば要求負荷と機関回転数の関数として実
験から求められており、実験から求められた最適なスロ
ットル開度や燃料噴射量がマップの形で記憶されてお
り、機関運転時にはスロットル弁開度や燃料噴射量はマ
ップに記憶された値となるように制御される。
In the compression ignition type internal combustion engine, the optimum throttle valve opening and the fuel injection amount are usually obtained as a function of the operating state of the engine, for example, as a function of the required load and the engine speed. The optimum throttle opening and fuel injection amount that have been obtained are stored in the form of a map, and the throttle valve opening and fuel injection amount are controlled to the values stored in the map during engine operation.

【0005】しかしながら長期間に亘って機関が使用さ
れると実際のスロットル弁開度や燃料噴射量が正規の値
からずれを生じるようになる。その結果、マップに記憶
されたスロットル開度や燃料噴射量に基づいて空燃比が
リッチにされると空燃比のリッチの度合および空燃比の
リッチ時間が正規の値からずれてしまい、斯くしてNO
x 吸収剤のNOx 吸収能力が低下するのを阻止しかつ未
燃HC,COが大気に放出されるのを阻止しつつNOx
吸収剤に吸収されている全NOx を放出することができ
ないという問題がある。
However, if the engine is used for a long period of time, the actual throttle valve opening and fuel injection amount will deviate from their normal values. As a result, when the air-fuel ratio is made rich based on the throttle opening and the fuel injection amount stored in the map, the degree of richness of the air-fuel ratio and the rich time of the air-fuel ratio deviate from the normal values, thus NO
absorption of NO x capacity of the x absorbent is prevented from lowering and unburnt HC, while preventing the CO is discharged to the atmosphere NO x
There is a problem that it is not possible to release all the NO x absorbed in the absorbent.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに1番目の発明では、流入する排気ガスの空燃比がリ
ーンのときには排気ガス中に含まれるNOx を吸収しか
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NOx を放出するNOx 吸収剤を機関排
気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われ
ているときにNOx 吸収剤からNOx を放出させるとき
には燃料噴射量を増大して空燃比を一時的にリッチにす
るようにした内燃機関において、内燃機関が燃焼室内の
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からなり、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、NO x 吸収剤からNO x を放出すべきで
あるか否かを判断する判断手段と、吸入空気量を検出す
る検出手段と、NOx 吸収剤からNOx を放出すべきと
きに、検出された吸入空気量/供給すべき燃料噴射量=
目標リッチ空燃比なる関係式から空燃比を目標リッチ空
燃比とするのに必要な目標燃料噴射量又は目標吸入空気
量のいずれか一方を算出する算出手段とを具備し、該判
断手段によりNO x を放出すべきであると判断されたと
きには第1の燃焼が行われているときに燃料噴射量又は
吸入空気量が該目標燃料噴射量又は目標吸入空気量とさ
、それによって空燃比が目標リッチ空燃比とされる。
In order to solve the above problems, in the first invention, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, the exhaust gas that absorbs NO x contained in the exhaust gas and flows in. the NO x absorbent when the air-fuel ratio is arranged in the NO x absorbent the engine exhaust passage that releases NO x absorbed and becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich, burning fuel under a lean air-fuel ratio has been made In the internal combustion engine in which the fuel injection amount is increased to temporarily make the air-fuel ratio rich when releasing NO x from the
The amount of soot generated gradually increases as the amount of inert gas increases.
Reaches its peak and further increases the amount of inert gas in the combustion chamber
As the fuel is burned in the combustion chamber and its surroundings
The gas temperature in the enclosure is lower than the soot formation temperature and the soot is almost
It consists of a compression ignition type internal combustion engine that does not generate
The amount of inert gas in the combustion chamber is more
The first combustion with a large amount of somatic gas and almost no soot,
The amount of soot generated peaks in the combustion chamber rather than the amount of inert gas
Second combustion with a small amount of inert gas is selectively switched
And switching means that, should release the NO x from the NO x absorbent
Determination means for determining whether or not there exists, detection means for detecting the intake air amount, and the detected intake air amount / fuel injection amount to be supplied when NO x should be released from the NO x absorbent =
The target rich air-fuel ratio from the relational expression, the calculating means for calculating either the target fuel injection amount or the target intake air amount necessary to make the air-fuel ratio the target rich air-fuel ratio.
It was judged by the disconnecting means that NO x should be released.
When the first combustion is performed, the fuel injection amount or the intake air amount is set to the target fuel injection amount or the target intake air amount , whereby the air-fuel ratio is set to the target rich air-fuel ratio.

【0007】[0007]

【0008】[0008]

【0009】番目の発明では番目の発明において、
第2の燃焼が行われているときにNOx 吸収剤からNO
x を放出すべきであると判断されたときには第2の燃焼
から第1の燃焼に切換えられたときに空燃比が一時的に
リッチにされる。番目の発明では番目の発明におい
て、NOx 吸収剤に吸収されているNOx 量を推定する
推定手段を具備し、第2の燃焼が行われているときに推
定手段により推定されたNOx 量が予め定められた第1
の許容最大値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が一時的にリッチとさ
れ、第2の燃焼が行われているときに推定手段により推
定されたNOx 量が第1の許容最大値よりも大きい予め
定められた第2の許容最大値を越えたときには膨張行程
の後半又は排気行程中に追加の燃料を噴射してNOx
収剤に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッ
チにするようにしている。
[0009] In the first aspect of the present invention is in the second invention,
NO from the NO x absorbent when the second combustion is taking place
When it is determined that x should be released, the air-fuel ratio is temporarily made rich when the second combustion is switched to the first combustion. A third aspect of the present invention is provided with an estimating means for estimating the NO x amount absorbed in the NO x absorbent in the first aspect , and the NO estimated by the estimating means when the second combustion is being performed. First with a predetermined x amount
When the maximum allowable value is exceeded, the air-fuel ratio is temporarily made rich when the second combustion is switched to the first combustion, and is estimated by the estimating means when the second combustion is being performed. When the NO x amount exceeds the second allowable maximum value that is larger than the first allowable maximum value, additional fuel is injected and flows into the NO x absorbent during the latter half of the expansion stroke or during the exhaust stroke. The air-fuel ratio of the exhaust gas is made to be the stoichiometric air-fuel ratio or rich.

【0010】番目の発明では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。番目の発明では番目の発明におい
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。
[0010] In the first aspect of the present invention in the fourth aspect of the invention,
A recirculation device for recirculating exhaust gas discharged from the combustion chamber into the engine intake passage is provided, and the inert gas is recirculated exhaust gas. In the fifth aspect in the fourth invention, the exhaust gas recirculation rate in the first combustion state is substantially 5
It is 5% or more.

【0011】番目の発明では番目の発明において、
機関の運転領域を低負荷側の第1の運転領域と高負荷側
の第2の運転領域に分割し、第1の運転領域では第1の
燃焼を行い、第2の運転領域では第2の燃焼を行うよう
にしている。番目の発明では番目の発明において、
NOx 吸収剤上流の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。
[0011] In the first aspect of the present invention is in the sixth invention,
The operating region of the engine is divided into a first operating region on the low load side and a second operating region on the high load side, first combustion is performed in the first operating region, and second operation region is performed in the second operating region. I try to burn it. In the seventh invention, in the first invention,
A catalyst having an oxidizing function is arranged in the engine exhaust passage upstream of the NO x absorbent.

【0012】[0012]

【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
連結される。一方、排気ポート10は排気マニホルド1
9を介して排気ターボチャージャ15の排気タービン2
0の入口部に連結され、排気タービン20の出口部は排
気管21を介してNOx 吸収剤22を内蔵したケーシン
グ23に連結される。
FIG. 1 shows the case where the present invention is applied to a four-stroke compression ignition type internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, and 9 is an intake port. Indicates an exhaust valve, and 10 indicates an exhaust port, respectively. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to an outlet portion of a compressor 16 of an exhaust turbocharger 15 via an intake duct 13 and an intercooler 14. Compressor 16
The inlet part of is connected to an air cleaner 18 via an air suction pipe 17. On the other hand, the exhaust port 10 is the exhaust manifold 1
Exhaust turbine 2 of exhaust turbocharger 15 via 9
The exhaust turbine 20 has an outlet connected to a casing 23 containing a NO x absorbent 22 via an exhaust pipe 21.

【0013】吸気ダクト13内にはステップモータ24
により駆動されるスロットル弁25が配置され、空気吸
込管17内には吸入空気の質量流量を検出する吸入空気
量センサ26が配置される。排気マニホルド19とサー
ジタンク12とは排気ガス再循環(以下、EGRと称
す)通路27を介して互いに連結され、EGR通路27
内にはステップモータ28により駆動されるEGR制御
弁29が配置される。また、EGR通路27周りにはE
GR通路27内を流れるEGRガスを冷却するための冷
却装置30が配置される。図1に示される実施例では機
関冷却水が冷却装置30内に導びかれ、機関冷却水によ
ってEGRガスが冷却される。
A step motor 24 is provided in the intake duct 13.
A throttle valve 25 driven by the above is arranged, and an intake air amount sensor 26 for detecting a mass flow rate of intake air is arranged in the air suction pipe 17. The exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 27, and the EGR passage 27
An EGR control valve 29 driven by a step motor 28 is arranged inside. In addition, E around the EGR passage 27
A cooling device 30 for cooling the EGR gas flowing in the GR passage 27 is arranged. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 30, and the engine cooling water cools the EGR gas.

【0014】一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管31を
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール32に連結
される。このコモンレール32内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ33から燃料が供給され、コモンレ
ール32内に供給された燃料は各燃料供給管31を介し
て燃料噴射弁6に供給される。コモンレール32にはコ
モンレール32内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ34が取付けられ、燃料圧センサ34の出力信号に基
づいてコモンレール32内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ33の吐出量が制御される。
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 32, via a fuel supply pipe 31. Fuel is supplied into the common rail 32 from an electrically controlled variable fuel discharge pump 33, and the fuel supplied into the common rail 32 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 31. A fuel pressure sensor 34 for detecting the fuel pressure in the common rail 32 is attached to the common rail 32, and the fuel pump 33 is arranged so that the fuel pressure in the common rail 32 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 34. Is controlled.

【0015】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。吸入空気量センサ26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、燃料圧
センサ34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47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24、EGR制
御弁制御用ステップモータ28および燃料ポンプ33に
接続される。
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer and has a ROM (Read Only Memory) 42, a RAM (Random Access Memory) 43, a CPU (Microprocessor) 44, an input port 45, and an input port 45 which are connected to each other by a bidirectional bus 41. The output port 46 is provided. The output signal of the intake air amount sensor 26 is the corresponding AD
It is input to the input port 45 via the converter 47, and the output signal of the fuel pressure sensor 34 is also input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. A load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50.
Is output to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. A crank angle sensor 52 that generates an output pulse each time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 45. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve control step motor 24, the EGR control valve control step motor 28, and the fuel pump 33 via the corresponding drive circuit 48.

【0016】ところで従来より内燃機関、例えば圧縮着
火式機関においては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EGR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、EGR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。
Conventionally, in an internal combustion engine, for example, a compression ignition type engine, an engine exhaust passage and an engine intake passage are connected by an EGR passage in order to suppress the generation of NO x ,
Exhaust gas, that is, EGR gas, is recirculated through the EGR passage into the engine intake passage. In this case, since the EGR gas has a relatively high specific heat and can absorb a large amount of heat, the EGR gas amount increases, that is, the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)). Is increased, the combustion temperature in the combustion chamber decreases. When the combustion temperature decreases, the amount of NO x generated decreases. Therefore, the higher the EGR rate, the lower the amount of NO x generated.

【0017】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。
As described above, it has been known that the amount of NO x generated can be reduced by increasing the EGR rate. However, when the EGR rate is increased, when the EGR rate exceeds a certain limit, the amount of soot generated, that is, the smoke starts to increase rapidly. In this regard, it has been conventionally thought that if the EGR rate is further increased, the smoke will increase infinitely, and therefore the smoke will start to increase rapidly.
The GR rate is considered to be the maximum allowable limit for the EGR rate.

【0018】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。
従って従来の圧縮着火式内燃機関では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。
Therefore, conventionally, the EGR rate is set within a range not exceeding the maximum allowable limit. The maximum allowable limit of this EGR rate is approximately 30 to 50 percent, though it varies considerably depending on the engine type and fuel.
Therefore, in the conventional compression ignition type internal combustion engine, the EGR rate is suppressed to about 30% to 50% at the maximum.

【0019】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N
x およびスモークが発生してしまうのが現状である。
As described above, in the past, it was considered that the maximum allowable limit exists for the EGR rate.
The R rate is NO within the range that does not exceed this maximum allowable limit.
It was stipulated that the amount of x and smoke generated should be as small as possible. However, in this way EGR
Even if the rate is set so that the amount of NO x and smoke produced is as small as possible, there is a limit to the reduction in the amount of NO x and smoke produced, and in reality, a considerable amount of N 2 is still left.
The O x, and smoke is generated at present.

【0020】ところが圧縮着火式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
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。
However, if the EGR rate is made larger than the maximum allowable limit in the process of studying the combustion of the compression ignition type engine, the smoke increases sharply as described above, but there is a peak in the amount of smoke generated, and this peak is present. Beyond EGR
When the rate is further increased, the smoke starts to decrease sharply this time. When the EGR rate is 70% or more during idling operation, and when the EGR gas is strongly cooled, the EGR rate is almost 55% or more. It was found that it was almost zero, that is, soot was hardly generated. At this time, N
It has also been found that the amount of O x generated is extremely small.
After that, the reason why soot was not generated was examined based on this finding, and as a result, soot and NO
This led to the construction of a new combustion system capable of simultaneously reducing x . This new combustion system will be explained in detail later, but in short, it is basically based on stopping the growth of hydrocarbons in the middle of the process until the hydrocarbons grow into soot.

【0021】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。
That is, it was found as a result of repeated experimental studies that when the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the temperature of the gas around it were lower than a certain temperature, the growth of hydrocarbons stopped in the middle stage before reaching soot. However, if the temperature of the fuel and the gas around it rises above a certain temperature, the hydrocarbons will suddenly grow to soot. In this case, the temperature of the fuel and its surrounding gas is greatly affected by the endothermic action of the gas around the fuel when the fuel burns, and the endothermic amount of the gas around the fuel is adjusted according to the amount of heat generated during fuel combustion. Thus, the temperature of the fuel and the gas around it can be controlled.

【0022】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。
Therefore, if the temperature of the fuel and the gas around it during combustion in the combustion chamber are suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, soot will not be generated, and the fuel and the surroundings during combustion in the combustion chamber will disappear. It is possible to control the gas temperature in the range below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway by adjusting the heat absorption amount of the gas around the fuel. On the other hand, hydrocarbons whose growth has stopped before reaching soot can be easily purified by post-treatment using an oxidation catalyst or the like. This is the basic idea of the new combustion system.

【0023】図1はこの新たな燃焼システムを採用した
圧縮着火式内燃機関を示している。図2は図1に示され
る圧縮着火式内燃機関において、機関低負荷運転時にス
ロットル弁25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。
FIG. 1 shows a compression ignition type internal combustion engine which employs this new combustion system. FIG. 2 shows that in the compression ignition type internal combustion engine shown in FIG. 1, the air-fuel ratio A / F (horizontal axis in FIG. 2) is changed by changing the opening degree of the throttle valve 25 and the EGR rate during engine low load operation. Change of output torque at the time of smoke, HC, CO, NO
It shows an experimental example showing the change in the emission amount of x . As can be seen from FIG. 2, in this experimental example, the smaller the air-fuel ratio A / F, the larger the EGR rate, and the theoretical air-fuel ratio (≈14.6)
In the following cases, the EGR rate is 65% or more.

【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
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。
As shown in FIG. 2, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the EGR rate becomes around 40%, and when the air-fuel ratio A / F becomes about 30, the smoke of The amount of generation begins to increase. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is made smaller, the amount of smoke generated sharply increases and reaches a peak. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the smoke sharply decreases this time, the EGR rate is increased to 65% or more, and the smoke becomes almost zero when the air-fuel ratio A / F is around 15.0. . That is, soot is hardly generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and N
The amount of O x generated is considerably low. On the other hand, at this time, HC,
The amount of CO generated starts to increase.

【0025】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。
FIG. 3A shows the change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 18 and the amount of smoke generated is the largest, and FIG. 3B shows the air-fuel ratio A / F. It shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when F is around 13 and the amount of smoke generated is almost zero. As can be seen by comparing FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B), in the case shown in FIG. 3 (B) where the amount of smoke generated is almost zero, the amount of smoke generated is large.
It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case shown in (A).

【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NOx の発生量がかなり低下する。N
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。
From the experimental results shown in FIGS. 2 and 3, the following can be said. That is, first of all, the air-fuel ratio A / F is 1
When the amount of smoke generated is 5.0 or less and the amount of smoke is almost zero,
As shown in (3), the amount of NO x generated is considerably reduced. N
The decrease in the amount of generated O x means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is decreased, and therefore, when the soot is hardly generated, the combustion temperature in the combustion chamber 5 is decreased. I can say. The same can be said from FIG. That is, the combustion pressure is low in the state shown in FIG. 3 (B) where almost no soot is generated.
The combustion temperature inside is low.

【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。
Secondly, when the amount of smoke produced, that is, the amount of soot produced, becomes almost zero, HC and CO are generated as shown in FIG.
Emissions will increase. This means that hydrocarbons are discharged without growing to soot. That is, linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons contained in the fuel as shown in FIG. 4 are thermally decomposed to form soot precursors when the temperature is raised in a state of oxygen deficiency, and then mainly soot is formed. Soot consisting of a solid with carbon atoms gathered is produced. In this case, the actual soot production process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. After that, it will grow to soot. Therefore, as described above, when the amount of soot generated becomes almost zero, the emission amounts of HC and CO increase as shown in FIG. 2. At this time, HC is a soot precursor or a hydrocarbon in the state before it. .

【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
下になると煤が生成されることが判明したのである。
Summarizing these considerations based on the experimental results shown in FIGS. 2 and 3, when the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the soot generation amount becomes almost zero, and at this time, the soot precursor or the soot precursor The hydrocarbons in this state are discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental research on this, when the temperature of the fuel and the gas around it in the combustion chamber 5 is below a certain temperature, the soot growth process stops halfway, that is, the soot is generated. It was found that soot was not generated at all and soot was generated when the temperature of the fuel in the combustion chamber 5 and its surroundings fell below a certain temperature.

【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。
By the way, the temperature of the fuel and its surroundings when the hydrocarbon production process is stopped in the state of the soot precursor, that is, the above-mentioned certain temperature depends on various factors such as the type of fuel, the air-fuel ratio and the compression ratio. It cannot be said how many times it changes, but this certain temperature has a deep relationship with the amount of NO x produced, and therefore this certain temperature is defined to some extent from the amount of NO x produced. be able to. That is, as the EGR rate increases, the temperature of the fuel during combustion and the gas around it decreases, and the amount of NO x generated decreases. At this time, soot is hardly generated when the amount of NO x generated is about 10 p.pm or less. Therefore, the above certain temperature is NO
It is almost the same as the temperature when the amount of x generation is around 10 p.pm or less.

【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。
Once soot is produced, this soot cannot be purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in the state before it can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. Considering the post-treatment with a catalyst having an oxidizing function as described above, it is extremely difficult to determine whether the hydrocarbon is discharged from the combustion chamber 5 in the state of the soot precursor or in the state before it, or is discharged from the combustion chamber 5 in the form of soot. There is a big difference. The new combustion system employed in the present invention allows hydrocarbons to be discharged from the combustion chamber 5 in the form of soot precursors or pre-presence conditions without producing soot in the combustion chamber 5 The core is to oxidize with a catalyst having an oxidizing function.

【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。
In order to stop the growth of hydrocarbons before the soot is generated, the temperature of the fuel and the gas around it in the combustion chamber 5 at the time of combustion is set to a temperature lower than the temperature at which the soot is generated. It needs to be suppressed. In this case, it has been found that, in order to suppress the temperature of the fuel and the gas around it, the endothermic action of the gas around the fuel when the fuel burns has an extremely large effect.

【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。
That is, when only air exists around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air separated from the fuel does not rise so much, and only the temperature around the fuel locally becomes extremely high. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature locally becomes extremely high, the unburned hydrocarbons that have received this heat of combustion generate soot.

【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。
On the other hand, the situation is slightly different when the fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air.
In this case, the evaporated fuel diffuses into the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas, so that the combustion temperature does not rise so much. That is, the combustion temperature can be kept low. That is, the presence of the inert gas plays an important role in suppressing the combustion temperature, and the combustion temperature can be suppressed low by the endothermic action of the inert gas.

【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
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。
In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and the gas around it to a temperature lower than the temperature at which soot is produced, an amount of inert gas sufficient to absorb the amount of heat required to do so is required. . Therefore, if the fuel amount increases, the required amount of inert gas also increases accordingly. In this case, the larger the specific heat of the inert gas, the stronger the endothermic action. Therefore, the inert gas is preferably a gas having a large specific heat. In this respect, since CO 2 and EGR gas have relatively large specific heat, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas.

【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。
FIG. 5 shows the relationship between the EGR rate and smoke when EGR gas is used as the inert gas and the cooling degree of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 5, the curve A strongly cools the EGR gas to bring the EGR gas temperature to about 9
The curve B shows the case where the EGR gas is cooled by a small cooling device, and the curve C shows the case where the temperature is maintained at 0 ° C.
Indicates the case where the EGR gas is not forcibly cooled.

【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。
As shown by the curve A in FIG. 5, when the EGR gas is strongly cooled, the soot generation amount peaks when the EGR rate is slightly lower than 50%, and in this case, the EGR rate is almost 55. Almost no soot is generated if the percentage is exceeded. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 5, when the EGR gas is slightly cooled, the soot generation amount reaches a peak when the EGR rate is slightly higher than 50%. In this case, the EGR rate is approximately 65% or more. If so, soot is hardly generated.

【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。
Further, as shown by the curve C in FIG. 5, EG
When the R gas is not forcibly cooled, the EGR rate is 5
The soot generation amount peaks near 5%, and in this case, if the EGR rate is set to approximately 70% or more, soot is hardly generated. Note that FIG. 5 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high, and the EGR rate at which the amount of soot generated peaks when the engine load decreases and the EGR rate at which soot almost does not occur decreases. The lower limit of is also slightly lowered. Thus, the lower limit of the EGR rate at which soot is hardly generated changes depending on the cooling degree of EGR gas and the engine load.

【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お
り、Z1は低負荷運転領域を示している。
FIG. 6 shows a mixture of EGR gas and air required to bring the temperature of the fuel and its surrounding gas at the time of combustion to a temperature lower than the temperature at which soot is produced when EGR gas is used as the inert gas. The amount of gas, the ratio of air in this mixed gas amount, and the ratio of EGR gas in this mixed gas are shown. Note that, in FIG. 6, the vertical axis represents the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5, and the chain line Y represents the total intake gas amount that can be sucked into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. ing. In addition, the horizontal axis represents the required load, and Z1 represents the low load operation region.

【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NOx
生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってN
x の発生量は極めて少量となる。
Referring to FIG. 6, the ratio of air, that is, the amount of air in the mixed gas, shows the amount of air required to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 6, the ratio between the air amount and the injected fuel amount is the theoretical air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 6, the ratio of EGR gas, that is, the amount of EGR gas in the mixed gas is set so that when the injected fuel is burned, the temperature of the fuel and its surrounding gas is lower than the temperature at which soot is formed. The minimum required EGR gas amount is shown. This EGR gas amount is approximately 55% or more when expressed by the EGR rate, and is 7 in the embodiment shown in FIG.
It is 0% or more. That is, the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 is shown by a solid line X in FIG. 6, and the ratio of the air amount and the EGR gas amount in the total intake gas amount X is shown in FIG.
When the ratio is as shown in (1), the temperature of the fuel and the gas around it becomes lower than the temperature at which soot is generated, and thus soot is not generated at all. Further, the amount of NO x generated at this time is around 10 p.pm or less, so N
The amount of O x generated is extremely small.

【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。
When the fuel injection amount increases, the heat generation amount when the fuel burns increases. Therefore, in order to maintain the temperature of the fuel and the gas around it at a temperature lower than the temperature at which soot is generated, heat generated by the EGR gas is used. The amount of absorption must be increased. Therefore, as shown in FIG. 6, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount is increased.
That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases.

【0041】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では全吸入ガ
ス量Xは吸入しうる全吸入ガス量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。
On the other hand, in the load region Z2 of FIG. 6, the total intake gas amount X required to prevent the generation of soot exceeds the total intake gas amount Y that can be inhaled. Therefore, in this case, in order to supply the total intake gas amount X required to prevent the generation of soot into the combustion chamber 5, both the EGR gas and the intake air, or EG
It is necessary to supercharge or pressurize the R gas. When the EGR gas or the like is not supercharged or pressurized, the total intake gas amount X matches the total intakeable gas amount Y in the load region Z2. Therefore, in this case, in order to prevent the generation of soot, the air amount is slightly decreased to increase the EGR gas amount and the fuel is burned under the rich air-fuel ratio.

【0042】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。
As described above, FIG. 6 shows the case where the fuel is burned under the stoichiometric air-fuel ratio. However, in the low load operation region Z1 shown in FIG. 6, the air amount is smaller than the air amount shown in FIG. At least, that is, even if the air-fuel ratio is made rich, the generation amount of NO x can be reduced to around 10 p.pm or less while preventing the generation of soot, and the air can be reduced in the low load region Z1 shown in FIG. Even if the amount is made larger than the air amount shown in FIG. 6, that is, even if the average value of the air-fuel ratio is lean from 17 to 18, the amount of NO x generated is 10 while the generation of soot is prevented.
It can be around or below ppm.

【0043】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。
That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excessive fuel does not grow to soot, and soot is generated. There is no. Further, at this time, a very small amount of NO x is generated. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated if the combustion temperature becomes high, but in the present invention the combustion temperature is suppressed to a low temperature, soot Not generated at all. Furthermore, NO x
Also produces only a very small amount.

【0044】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。従って本発明による実施例で
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
が少ない燃焼のことを言う。
As described above, in the engine low load operation region Z1, soot is generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean. Therefore, the amount of NO x generated is extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio lean at this time. By the way, the temperature of the fuel and the gas around it during combustion in the combustion chamber can be suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway only when the amount of heat generated by combustion is small and the engine load is relatively low. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the engine load is relatively low, the temperature of the fuel and the gas around it during combustion are suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, and the first combustion, that is, low temperature combustion is performed. Thus, when the engine load is relatively high, the second combustion, that is, the combustion that is more commonly performed than before is performed. It should be noted that here, the first combustion, that is, low temperature combustion, as is clear from the above description, the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the amount of inert gas at which the amount of soot generated peaks, and soot is almost generated. The second combustion, that is, the combustion that is normally performed conventionally, is the combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is less than the amount of inert gas at which the soot generation peaks. Say

【0045】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50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。
FIG. 7 shows a first operation region I in which the first combustion, that is, low temperature combustion is performed, and a second combustion region II in which the second combustion, that is, combustion by the conventional combustion method is performed. There is. In FIG. 7, the vertical axis L represents the depression amount of the accelerator pedal 50, that is, the required load, and the horizontal axis N represents the engine speed. Further, in FIG. 7, X (N) is the first
Shows the first boundary between the operating region I and the second operating region II, where Y (N) is the first operating region I and the second operating region.
The second boundary with II is shown. The determination of the change of the operating region from the first operating region I to the second operating region II is made based on the first boundary X (N), and the change from the second operating region II to the first operating region II is performed.
The determination of the change of the operating range to the operating range I of the second boundary Y
It is performed based on (N).

【0046】即ち、機関の運転状態が第1の運転領域I
にあって低温燃焼が行われているときに要求負荷Lが機
関回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越えると
運転領域が第2の運転領域IIに移ったと判断され、従来
の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Lが
機関回転数Nの関数である第2の境界Y(N)よりも低
くなると運転領域が第1の運転領域Iに移ったと判断さ
れ、再び低温燃焼が行われる。
That is, the operating condition of the engine is the first operating region I.
If the required load L exceeds the first boundary X (N) which is a function of the engine speed N during low temperature combustion, it is determined that the operating region has moved to the second operating region II. Combustion is performed by a conventional combustion method. Next, when the required load L becomes lower than the second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operating region has moved to the first operating region I, and low temperature combustion is performed again.

【0047】次に図8を参照しつつ第1の運転領域Iお
よび第2の運転領域IIにおける運転制御について概略的
に説明する。図8は要求負荷Lに対するスロットル弁2
5の開度、EGR制御弁29の開度、EGR率、空燃
比、噴射時期および噴射量を示している。図8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25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29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EGR率がほぼ7
0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。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25の開度およびEGR制御弁29の開度
が制御される。また、第1の運転領域Iでは圧縮上死点
TDC前に燃料噴射が行われる。この場合、噴射開始時
期θSは要求負荷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。
Next, the operation control in the first operation region I and the second operation region II will be schematically described with reference to FIG. FIG. 8 shows the throttle valve 2 for the required load L.
5, the opening of the EGR control valve 29, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing and the injection amount are shown. As shown in FIG. 8, in the first operating region I where the required load L is low, the opening degree of the throttle valve 25 is gradually increased from near fully closed to about half opened as the required load L becomes higher, and the EGR control valve 29 The opening degree of is gradually increased from near full close to full open as the required load L increases. Further, in the example shown in FIG. 8, the EGR rate is approximately 7 in the first operating region I.
The air-fuel ratio is set to 0% and the air-fuel ratio is slightly lean. In other words, in the first operating region I, the EGR rate is approximately 70%, and the opening of the throttle valve 25 and the opening of the EGR control valve 29 are controlled so that the air-fuel ratio becomes a lean air-fuel ratio. Further, in the first operation region I, fuel injection is performed before the compression top dead center TDC. In this case, the injection start timing θS becomes late as the required load L becomes high, and the injection completion timing θE also becomes late as the injection start timing θS becomes late.

【0048】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁25は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁
29も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁2
5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25が全閉近くまで閉弁せしめられる。
During the idling operation, the throttle valve 25 is closed to the fully closed state, and at this time, the EGR control valve 29 is also closed to the fully closed state. Throttle valve 2
When the valve 5 is closed to near full closure, the pressure in the combustion chamber 5 at the beginning of compression becomes low and the compression pressure becomes small. When the compression pressure becomes small, the compression work by the piston 4 becomes small, so that the vibration of the engine body 1 becomes small. That is, in idling operation, the throttle valve 25 is closed to close to the fully closed state in order to suppress the vibration of the engine body 1.

【0049】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25の開
度が半開状態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。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。この第2の運転領域IIではスロットル弁25は一部
を除いて全開状態に保持され、EGR制御弁29の開度
は要求負荷L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が高くなるほど小さく
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。
On the other hand, the operating region of the engine is the first operating region I.
When changing from the second operating region II to the second operating region II, the opening degree of the throttle valve 25 is increased stepwise from the half open state to the full open direction. At this time, in the example shown in FIG. 8 , the EGR rate is reduced stepwise from approximately 70% to 40% or less, and the air-fuel ratio is increased stepwise. Second
In the operation area II, the conventional combustion is performed. In the second operating region II, the throttle valve 25 is kept fully open except for a part, and the opening degree of the EGR control valve 29 is gradually reduced as the required load L increases. Also,
In this operating region II, the EGR rate becomes lower as the required load L becomes higher, and the air-fuel ratio becomes smaller as the required load L becomes higher. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even if the required load L becomes high. Further, in the second operation region II, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC.

【0050】図8に示されるように噴射量は要求負荷L
が高くなるにつれて増大する。この噴射量Qは図9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ROM42内に記憶されている。図10は第1の
運転領域Iにおける空燃比A/Fを示している。図10
において、A/F=15.5,A/F=16,A/F=
17,A/F=18で示される各曲線は夫々空燃比が1
5.5,16,17,18であるときを示しており、各
曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図10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。
As shown in FIG. 8, the injection amount is the required load L.
Increases with increasing. This injection amount Q is stored in advance in the ROM 42 as a function of the required load L and the engine speed N, as shown in FIG. FIG. 10 shows the air-fuel ratio A / F in the first operating region I. Figure 10
, A / F = 15.5, A / F = 16, A / F =
Each of the curves indicated by 17 and A / F = 18 has an air-fuel ratio of 1
The values are 5.5, 16, 17, and 18, and the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. As shown in FIG. 10, the air-fuel ratio is lean in the first operating region I, and in the first operating region I, the air-fuel ratio A / F is leaner as the required load L is lower.

【0051】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10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。
That is, the lower the required load L, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, as the required load L decreases, low temperature combustion can be performed even if the EGR rate is decreased. When the EGR rate is decreased, the air-fuel ratio becomes large, so that as shown in FIG. 10, the air-fuel ratio A / F is made larger as the required load L becomes lower. The fuel consumption rate increases as the air-fuel ratio A / F increases. Therefore, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, the air-fuel ratio A / F is increased as the required load L decreases in the embodiment of the present invention.

【0052】なお、空燃比を図10に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁25の目標開度STが図1
1(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ROM42内に記憶さ
れており、空燃比を図10に示す目標空燃比とするのに
必要なEGR制御弁29の目標開度SEが図11(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
としてマップの形で予めROM42内に記憶されてい
る。
It should be noted that the target opening degree ST of the throttle valve 25 required to bring the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG.
As shown in FIG. 1 (A), the EGR is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N, and is required to set the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG. The target opening degree SE of the control valve 29 is shown in FIG.
As shown in (4), it is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N.

【0053】図12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12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
5の目標開度STが図13(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29の目標開度SE
が図13(B)に示されるように要求負荷Lおよび機関
回転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に
記憶されている。
FIG. 12 shows the target air-fuel ratio when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed. In FIG. 12, A / F = 24, A / F = 3
5, each curve shown by A / F = 45 and A / F = 60 shows the target air-fuel ratios 24, 35, 45, 60, respectively. Throttle valve 2 required to set the air-fuel ratio to this target air-fuel ratio
The target opening degree ST of 5 is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. 13 (A), and the air-fuel ratio is set to this target air-fuel ratio. Target opening SE of EGR control valve 29 required for
Is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N, as shown in FIG. 13 (B).

【0054】一方、ケーシング23内に内蔵されている
NOx 吸収剤22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
i、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムB
a、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンL
a、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。機関吸気通路、燃焼室5およびNOx 吸収剤22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NOx 吸収剤22への流入排気ガスの空燃比
と称するとこのNOx吸収剤22は流入排気ガスの空燃
比がリーンのときにはNOx 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NOx
を放出するNO x の吸放出作用を行う。
On the other hand, it is built in the casing 23.
NOxThe absorbent 22 uses, for example, alumina as a carrier and
For example, potassium K, sodium Na, lithium L on the body
i, alkali metal such as cesium Cs, barium B
a, alkaline earth such as calcium Ca, lanthanum L
a, at least selected from rare earths such as yttrium Y
One and a noble metal such as platinum Pt are supported.
It Engine intake passage, combustion chamber 5 and NOxOn the absorbent 22
Air and fuel (carbonized water) supplied in the exhaust passage of the flow
Ratio) to NOxAir-fuel ratio of exhaust gas flowing into the absorbent 22
This is NOxThe absorbent 22 is the air-fuel of the inflowing exhaust gas
NO when the ratio is leanxAbsorbs the inflowing exhaust gas
NO absorbed when the air-fuel ratio becomes stoichiometric or richx
Releases NO xIt absorbs and releases.

【0055】このNOx 吸収剤22を機関排気通路内に
配置すればNOx 吸収剤22は実際にNOx 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14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。
If this NO x absorbent 22 is arranged in the exhaust passage of the engine, the NO x absorbent 22 will actually perform the action of absorbing and releasing NO x , but the detailed mechanism of this action of absorbing and releasing some parts is not clear. . However, it is considered that this absorbing and releasing action is performed by the mechanism shown in FIG. Next, this mechanism will be described by taking the case where platinum Pt and barium Ba are supported on the carrier as an example, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths and rare earths.

【0056】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14(A)に示されるようにこれら酸素O2 がO
2 - 又はO2-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
2-と反応し、NO2となる(2NO+O2 →2N
2 )。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14(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
NOx がNOx 吸収剤22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NOx 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。
In the compression ignition type internal combustion engine shown in FIG. 1, combustion is normally performed in a state where the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean. Thus the oxygen concentration in the exhaust gas when the air-fuel ratio is performed is combusted in a lean state is high, these oxygen O 2 as is shown in FIG. 14 (A) at this time O
It attaches to the surface of platinum Pt in the form of 2 or O 2− . on the other hand,
NO in the inflowing exhaust gas reacts with O 2 or O 2 on the surface of platinum Pt to become NO 2 (2NO + O 2 → 2N
O 2 ). Then, a part of the generated NO 2 is oxidized on the platinum Pt and absorbed in the absorbent to be barium oxide BaO.
As shown in FIG. 14 (A), it diffuses into the absorbent in the form of nitrate ion NO 3 while being bound with. In this way, NO x is absorbed in the NO x absorbent 22. As long as the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, NO 2 is produced on the surface of platinum Pt, and unless the NO x absorption capacity of the absorbent is saturated, NO 2 is generated.
2 is absorbed in the absorbent to produce nitrate ion NO 3 .

【0057】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
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NOx 吸収剤
22から放出されたNOx は図14(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22か
らNOx が放出され、しかもこの放出されたNOx が還
元されるために大気中にNOx が排出されることはな
い。
On the other hand, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich.
Oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, resulting in white
NO on the surface of gold Pt2The production amount of is reduced. NO2of
If the amount of production decreases, the reaction goes in the opposite direction (NO3 -→ NO2)
And thus the nitrate ion NO in the absorbent3 -Is NO
2Is released from the absorbent in the form of. NO at this timexAbsorbent
NO released from 22xIs shown in Figure 14 (B).
A large amount of unburned HC and CO contained in the inflowing exhaust gas
Reacted and reduced. In this way, the platinum Pt
NO on the surface2When there is no longer any absorbent
Heto NO2Is released. Therefore, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas
Is made rich, it will be NO in a short time. xAbsorbent 22
Et NOxIs released, and this released NOxIs returned
NO in the atmosphere to be sourcedxIs never emitted
Yes.

【0058】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NOx 吸収剤22からNOx 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NOx 吸収剤22からNOx が徐々に
しか放出されないためにNO x 吸収剤22に吸収されて
いる全NOx を放出させるには若干長い時間を要する。
In this case, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is
NO even at the theoretical air-fuel ratioxAbsorbent 22 to NOxIs released
To be done. However, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is
NO in case of ratioxAbsorbent 22 to NOxGradually
NO because it is only released xAbsorbed by the absorbent 22
All NOxIt takes a little longer time to release.

【0059】上述したようにNOx 吸収剤22は白金P
tのような貴金属を含んでおり、従ってNOx 吸収剤2
2は酸化機能を有している。一方、前述したように機関
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。ところが上述した如くNOx
収剤22は酸化機能を有しており、従ってこのとき燃焼
室5から排出された未燃炭化水素はNOx 吸収剤22に
より良好に酸化せしめられることになる。
As described above, the NO x absorbent 22 is platinum P
It contains a noble metal such as t and is therefore a NO x absorbent 2
2 has an oxidizing function. On the other hand, as described above, when the engine operating condition is in the first operating region I and the low temperature combustion is performed, soot is hardly generated, and instead, the unburned hydrocarbon is the precursor of soot or the soot precursor. It is discharged from the combustion chamber 5 in the form of a state. However, as described above, the NO x absorbent 22 has an oxidizing function, and therefore the unburned hydrocarbons discharged from the combustion chamber 5 at this time are satisfactorily oxidized by the NO x absorbent 22.

【0060】ところでNOx 吸収剤22のNOx 吸収能
力には限度があり、NOx 吸収剤22のNOx 吸収能力
が飽和する前にNOx 吸収剤22からNOx を放出させ
る必要がある。そのためにはNOx 吸収剤22に吸収さ
れているNOx 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NOx 吸収量Aを要求負荷Lおよび機関回転
数Nの関数として図15(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NOx 吸収量Bを要求負荷Lおよび機関回
転数Nの関数として図15(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NOx 吸収
量A,Bを積算することによってNOx 吸収剤22に吸
収されているNOx 量ΣNOXを推定するようにしてい
る。
By the way the absorption of NO x capacity of the NO x absorbent 22 is limited, absorption of NO x capacity of the NO x absorbent 22 needs to release the NO x from the NO x absorbent 22 before saturation. For this purpose it is necessary to estimate the amount of NO x is absorbed in the NO x absorbent 22. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the NO x absorption amount A per unit time when the first combustion is being performed is plotted as a function of the required load L and the engine speed N on a map as shown in FIG. In advance, the NO x absorption amount B per unit time when the second combustion is being performed is calculated as a function of the required load L and the engine speed N of a map as shown in FIG. The NO x amount ΣNOx absorbed in the NO x absorbent 22 is estimated by previously obtaining the NO x absorption amounts A and B per unit time.

【0061】本発明による実施例ではこのNOx 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
x 吸収剤22からNOx を放出させるようにしてい
る。次にこのことについて図16を参照しつつ説明す
る。図16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NOx
吸収剤22が吸収しうる最大NOx 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NOx
収剤22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NOx
吸収量ΣNOXが許容最大値MAX1を越えたときには
NOx 吸収剤22からNOx 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NOx 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NOx 吸収
剤22からNOx 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NOx 吸収量ΣNOX
が許容最大値MAX2を越えたときにはNOx 吸収剤2
2からNOx 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。
In the embodiment according to the present invention, when the NO x absorption amount ΣNOX exceeds the predetermined allowable maximum value, N
From O x absorbent 22 so that to release NO x. Next, this will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 16, in the embodiment according to the present invention, two allowable maximum values, that is, an allowable maximum value MAX1 and an allowable maximum value MA.
X2 and are set. The maximum allowable value MAX1 is NO x
It is set to about 30% of the maximum NO x absorption amount that the absorbent 22 can absorb, and the allowable maximum value MAX2 is set to about 80% of the maximum absorption amount that the NO x absorbent 22 can absorb. NO x when the first combustion is taking place
When the absorption amount ΣNOX exceeds the maximum allowable value MAX1, the air-fuel ratio is made rich in order to release NO x from the NO x absorbent 22, and when the second combustion is performed, the NO x absorption amount ΣNOX is the maximum allowable value. Second when the value MAX1 is exceeded
Air-fuel ratio in order to release the NO x from the NO x absorbent 22 when it is switched from the combustion to the first combustion is made rich,
NO x absorption amount ΣNOx when the second combustion is performed
Exceeds the maximum allowable value MAX2, NO x absorbent 2
2 from in order to release the NO x additional fuel late or during the exhaust stroke of the expansion stroke is injected.

【0062】即ち、図16において期間Xは要求負荷L
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NOx の発生量
が極めて少なく、従ってこのときには図16に示される
ようにNOx 吸収量ΣNOXはきわ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NOx 吸収量Σ
NOX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NOx 吸収剤22
からNOx が放出される。このときNOx 吸収量ΣNO
Xは零とされる。
That is, in FIG. 16, the period X is the required load L.
Is lower than the first boundary X (N) and shows the case where the first combustion is performed. At this time, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio that is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. When the first combustion is being performed, the amount of NO x generated is extremely small. Therefore, at this time, the NO x absorption amount ΣNO x rises very slowly as shown in FIG. 16. NO x absorption amount Σ when the first combustion is performed
NOX is the air-fuel ratio A / F exceeds the allowable maximum value MAX1 is temporarily rich, whereby the NO x absorbent 22
Release NO x . At this time, the NO x absorption amount ΣNO
X is set to zero.

【0063】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NOx 吸収剤22からNOx
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 において要求負
荷L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16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NOx 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NOx
ΣNOXは比較的急速に上昇する。
As described above, when the first combustion is performed, soot is not generated regardless of whether the air-fuel ratio is lean, the stoichiometric air-fuel ratio, or the rich, so that the first combustion is performed. Even if the air-fuel ratio A / F is made rich in order to release NO x from the NO x absorbent 22 during this time, soot is not generated at this time. Next, at time t 1 , when the required load L exceeds the first boundary X (N), the first combustion is switched to the second combustion. Second as shown in FIG.
When the combustion is being performed, the air-fuel ratio A / F becomes considerably lean. The amount of NO x generated is larger when the second combustion is being performed than when the first combustion is being performed. Therefore, when the second combustion is being performed, the NO x amount ΣNOX is relatively rapid. Rise to.

【0064】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16に示されるように第2の
燃焼が行われているときにNOx 吸収量ΣNOXが許容
最大値MAX1を越えたとしてもNOx 吸収剤22から
NOx を放出すべく空燃比A/Fがリッチとされない。
この場合には図16の時刻t2 におけるように要求負荷
L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ときにNOx 吸収剤22か
らNOx を放出すべく空燃比A/Fが一時的にリッチに
される。
When the second combustion is being performed, the air-fuel ratio A
When / F is made rich, a large amount of soot is generated, and therefore the air-fuel ratio A / F cannot be made rich while the second combustion is being performed. Thus the air-fuel ratio in order to release the NO x from the NO x absorbent 22 even absorption of NO x amount ΣNOX has exceeded the allowable maximum value MAX1 when the second combustion is being performed as shown in FIG. 16 A / F is not considered rich.
In this case, when the required load L becomes lower than the second boundary Y (N) and the second combustion is switched to the first combustion as at time t 2 in FIG. 16, the NO x absorbent 22 is changed. The air-fuel ratio A / F is temporarily made rich in order to release NO x from.

【0065】次いで図16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NOx 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NOx
収剤22からNOx 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、NOx 吸収剤22に
流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。
Next, at time t 3 in FIG. 16, the first combustion is switched to the second combustion, and the second combustion is continued for a while. The time of absorption of NO x amount ΣNOX has exceeded the allowable maximum value MAX1, then in the second half or the exhaust stroke of the expansion stroke so as to release the NO x assuming that exceeds the allowable maximum value MAX2 at time t 4 at this time from the NO x absorbent 22 Is injected with additional fuel to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent 22 rich.

【0066】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NOx 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、NOx 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。
The additional fuel injected during the latter half of the expansion stroke or during the exhaust stroke does not contribute to the generation of engine output, so it is preferable to minimize the opportunity to inject additional fuel. Therefore, when the NO x absorption amount ΣNOX exceeds the allowable maximum value MAX1 when the second combustion is performed, the second
The air-fuel ratio A /
F is temporarily made rich, and additional fuel is injected only in a special case where the NO x absorption amount ΣNOX exceeds the maximum allowable value MAX2.

【0067】次に図17を参照しつつ第1の燃焼が行わ
れているときにNOx 吸収剤22からNOx を放出すべ
くNOx 吸収剤22に流入する排気ガスの空燃比をリッ
チにする場合の噴射制御について説明する。図17に示
されるように第1の燃焼が行われているときにNOx
収剤22に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする場
合にはスロットル開度およびEGR率を変化させず、燃
料噴射量を増大することによって空燃比がリッチとされ
る。この場合、従来では空燃比が(A/F)L で運転さ
れているときに空燃比を目標リッチ空燃比(A/F)R
とすべきときには噴射量が〔(A/F)L /(A/F)
R 〕・Qとされる。図17に示される場合には従来では
噴射量が(17/12)・Qとされる。ここでQは図9
から算出された燃料噴射量である。
[0067] Then the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing from the NO x absorbent 22 in the NO x absorbent 22 to be released NO x when while referring to the first combustion 17 has been performed on the rich The injection control in the case of doing will be described. As shown in FIG. 17, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent 22 is made rich during the first combustion, the throttle opening and the EGR rate are not changed and the fuel is not changed. The air-fuel ratio is made rich by increasing the injection amount. In this case, conventionally, when the air-fuel ratio is operated at (A / F) L , the air-fuel ratio is set to the target rich air-fuel ratio (A / F) R
When the injection amount should be [(A / F) L / (A / F)
R ] ・ Q. In the case shown in FIG. 17, the injection amount is conventionally set to (17/12) · Q. Here, Q is shown in FIG.
Is the fuel injection amount calculated from

【0068】しかしながら本発明におけるようにスロッ
トル弁25の開度ST、EGR制御弁29の開度SEお
よび燃料噴射量Qがマップの値に基づいて定められる場
合には実際のリーン空燃比が必ずしも図10に示される
目標リーン空燃比(A/F) L に正確に一致しない。従
って現在の空燃比が図10において要求負荷Lおよび機
関回転数Nから定まる目標リーン空燃比(A/F)L
なっているとの前提に立って噴射量を〔(A/F)L
(A/F)R 〕・Qなる式から算出しても空燃比は必ず
しも目標リッチ空燃比(A/F)R に一致しないことに
なる。
However, as in the present invention,
The opening degree ST of the torque valve 25 and the opening degree SE of the EGR control valve 29
And the fuel injection amount Q is determined based on the map value.
The actual lean air-fuel ratio is not always shown in FIG.
Target lean air-fuel ratio (A / F) LDoes not match exactly. Servant
Therefore, the current air-fuel ratio is shown in FIG.
Target lean air-fuel ratio (A / F) determined from the number of revolutions NLTo
Assuming that the injection amount is [[A / F)L/
(A / F)R] Even if it is calculated from the formula Q, the air-fuel ratio must be
Target rich air-fuel ratio (A / F)RTo not match
Become.

【0069】ところで吸入空気量Ga と燃料噴射量QR
と目標リッチ空燃比(A/F)R との間には次の関係が
ある。 吸入空気量Ga /燃料噴射量QR =目標リッチ空燃比
(A/F)R 即ち、燃料噴射量QR =吸入空気量Ga /目標リッチ空
燃比(A/F)R そこで本発明による第1の実施例では吸入空気量センサ
26により検出された実際の吸入空気量Ga を目標リッ
チ空燃比(A/F)R により除算することによって燃料
噴射量QR を求め、この燃料噴射量QR だけ燃料を噴射
するようにしている。この場合、空燃比は目標リッチ空
燃比(A/F)R に正確に一致することになる。
By the way, the intake air amount G a and the fuel injection amount Q R
And the target rich air-fuel ratio (A / F) R have the following relationship. By the intake air amount G a / fuel injection amount Q R = target rich air-fuel ratio (A / F) R That is, the fuel injection amount Q R = intake air amount G a / target rich air-fuel ratio (A / F) R The present invention In the first embodiment, the fuel injection amount Q R is obtained by dividing the actual intake air amount G a detected by the intake air amount sensor 26 by the target rich air-fuel ratio (A / F) R , and this fuel injection amount so that the fuel is injected only Q R. In this case, the air-fuel ratio exactly matches the target rich air-fuel ratio (A / F) R.

【0070】次に吸入空気量Ga と燃料噴射量QR と目
標リッチ空燃比(A/F)R との関係についてもう少し
詳細に説明する。即ち、吸入空気量センサ26では単位
時間当りの吸入空気量の質量流量、例えば1秒間当りの
吸入空気量の質量流量(g/sec )が検出される。一
方、燃料噴射量QR は噴射一回りの体積を表わしてい
る。従って燃料の比重をCとして、機関回転数をNとす
ると一秒間当りの噴射量(g/sec )は次式で表わされ
る。
Next, the relationship among the intake air amount G a , the fuel injection amount Q R, and the target rich air-fuel ratio (A / F) R will be described in more detail. That is, the intake air amount sensor 26 detects the mass flow rate of the intake air amount per unit time, for example, the mass flow rate (g / sec) of the intake air amount per second. On the other hand, the fuel injection amount Q R represents a volume of slightly injection. Therefore, if the specific gravity of the fuel is C and the engine speed is N, the injection amount per second (g / sec) is expressed by the following equation.

【0071】C・QR ・(N/60)・(気筒数/2) 従って吸入空気量Ga と燃料噴射量QR と目標リッチ空
燃比(A/F)R との関係は次のようになる。 Ga /〔C・QR ・(N/60)・(気筒数/2)〕=
(A/F)R 従って燃料噴射量QR は次式から算出される。
C · Q R · (N / 60) · (number of cylinders / 2) Therefore, the relationship between the intake air amount G a , the fuel injection amount Q R and the target rich air-fuel ratio (A / F) R is as follows. become. G a / [C ・ Q R・ (N / 60) ・ (number of cylinders / 2)] =
(A / F) R Therefore, the fuel injection amount Q R is calculated from the following equation.

【0072】QR =Ga /〔C・(N/60)・(気筒
数/2)・(A/F)R 〕 図18は第2の燃焼から第1の燃焼に切換えられるとき
に空燃比が目標リッチ空燃比(A/F)R とされる場合
を示している。このときにも上述の式から燃料噴射量Q
R が算出される。次に空燃比を目標リッチ空燃比(A/
F)R に維持する期間について説明する。
Q R = G a / [C · (N / 60) · (number of cylinders / 2) · (A / F) R ] FIG. 18 is empty when the second combustion is switched to the first combustion. The case where the fuel ratio is set to the target rich air-fuel ratio (A / F) R is shown. Also at this time, the fuel injection amount Q
R is calculated. Next, the air-fuel ratio is set to the target rich air-fuel ratio (A /
F) The period for maintaining R is explained.

【0073】まず初めに空燃比を理論空燃比(A/F)
STにするのに必要な燃料噴射量QSTが算出される。次い
で空燃比を目標リッチ空燃比(A/F)R にするのに必
要な燃料噴射量QR から、上述の燃料噴射量QSTを減算
することによって過剰燃料量ΔQ(=QR −QST)が算
出される。この過剰燃料量の累積値ΣΔQが設定値X1
よりも大きくなるまで空燃比が目標リッチ空燃比(A/
F)R とされる。
First, the air-fuel ratio is set to the theoretical air-fuel ratio (A / F).
The fuel injection amount Q ST required to achieve ST is calculated. Then the air-fuel ratio from the fuel injection amount Q R required for the target rich air-fuel ratio (A / F) R, an excess fuel quantity ΔQ by subtracting the fuel injection amount Q ST described above (= Q R -Q ST ) Is calculated. The cumulative value ΣΔQ of this excess fuel amount is the set value X1.
Until the air-fuel ratio becomes larger than the target rich air-fuel ratio (A /
F) R

【0074】設定値X1はNOx 吸収剤22内に吸収さ
れている全NOx を放出させるのに必要な過剰燃料量を
表わしており、従って設定値X1はNOx 吸収量ΣNO
Xが増大するにつれて増大する。図19はNOx 吸収剤
22からNOx を放出すべきときにセットされるNOx
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。
The set value X1 represents the amount of excess fuel required to release all the NO x absorbed in the NO x absorbent 22, so the set value X1 is the NO x absorbed amount ΣNO.
It increases as X increases. Figure 19 is set to when releasing the NO x from the NO x absorbent 22 NO x
The discharge flag processing routine is shown, and this routine is executed by interruption at regular intervals.

【0075】図19を参照するとまず初めにステップ1
00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10
1に進んで図15(A)に示すマップから単位時間当り
のNOx 吸収量Aが算出される。次いでステップ102
ではNOx 吸収量ΣNOXにAが加算される。次いでス
テップ103ではNOx 吸収量ΣNOXが許容最大値M
AX1を越えたか否かが判別される。ΣNOX>MAX
1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NOx を放出すべきことを示すNOx 放出
フラグ1がセットされる。
Referring to FIG. 19, first of all, step 1
At 00, it is determined whether or not the flag I indicating that the operating region of the engine is the first operating region I is set. When the flag I is set, that is, when the operating region of the engine is the first operating region I, step 10
15, the NO x absorption amount A per unit time is calculated from the map shown in FIG. Then step 102
Then, A is added to the NO x absorption amount ΣNOX. Next, at step 103, the NO x absorption amount ΣNOX is the allowable maximum value M.
It is determined whether or not AX1 has been exceeded. ΣNOX> MAX
Becomes 1 when the process proceeds to step 104, NO x releasing flag 1 indicating that it should release the NO x is set when the first combustion is being performed.

【0076】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105
に進んで図15(B)に示すマップから単位時間当りの
NOx 吸収量Bが算出される。次いでステップ106で
はNOx 吸収量ΣNOXにBが加算される。次いでステ
ップ107ではNOx 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108に進み、第1の燃焼が行われて
いるときにNOx を放出すべきことを示すNOx 放出フ
ラグIがセットされる。
On the other hand, when it is determined in step 100 that the flag I is reset, that is, when the engine operating region is the second operating region II, step 105
Then, the NO x absorption amount B per unit time is calculated from the map shown in FIG. 15 (B). Next, at step 106, B is added to the NO x absorption amount ΣNOX. Next, at step 107, the NO x absorption amount ΣNOX is the allowable maximum value MA.
It is determined whether or not X1 has been exceeded. ΣNOX> MAX1
Becomes the flow proceeds to step 108, the first combustion is set the NO x releasing flag I indicating that it should release the NO x when being performed.

【0077】一方、ステップ109ではNOx 吸収量Σ
NOX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110に進
み、膨張行程の後半又は排気行程中にNOx を放出すべ
きことを示すNOx 放出フラグIIがセットされる。次に
図20を参照しつつ運転制御について説明する。
On the other hand, at step 109, the NO x absorption amount Σ
It is determined whether or not NOX exceeds the maximum allowable value MAX2. Becomes a .SIGMA.NOX> MAX2 proceeds to step 110, NO x releasing flag II indicating that it should release the NO x in the second half or the exhaust stroke of the expansion stroke is set. Next, the operation control will be described with reference to FIG.

【0078】図20を参照すると、まず初めにステップ
200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2
01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203に進んで低温燃焼が行われる。
Referring to FIG. 20, first, at step 200, it is judged if the flag I indicating that the engine operating condition is the first operating region I is set or not. When the flag I is set, that is, when the operating state of the engine is in the first operating region I, step 2
The routine proceeds to 01 where it is judged if the required load L has become larger than the first boundary X (N). When L ≦ X (N), the routine proceeds to step 203, where low temperature combustion is performed.

【0079】即ち、ステップ203では図11(A)に
示すマップからスロットル弁25の目標開度STが算出
され、スロットル弁25の開度がこの目標開度STとさ
れる。次いでステップ204では図11(B)に示すマ
ップからEGR制御弁29の目標開度SEが算出され、
EGR制御弁29の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ205ではNOx 放出フラグIがセット
されているか否かが判別される。NOx 放出フラグIが
セットされていないときにはステップ206に進んで図
10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低温燃焼が行われ
る。
That is, at step 203, the target opening degree ST of the throttle valve 25 is calculated from the map shown in FIG. 11A, and the opening degree of the throttle valve 25 is made this target opening degree ST. Next, at step 204, the target opening degree SE of the EGR control valve 29 is calculated from the map shown in FIG. 11 (B),
The opening degree of the EGR control valve 29 is set to this target opening degree SE.
Next, at step 205, it is judged if the NO x releasing flag I is set. When the NO x release flag I is not set, the routine proceeds to step 206, where fuel injection is performed so that the air-fuel ratio shown in FIG. 10 is obtained. At this time, low temperature combustion is performed under a lean air-fuel ratio.

【0080】一方、ステップ205においてNOx 放出
フラグIがセットされていると判別されたときにはステ
ップ207に進んで図21に示される噴射制御Iが行わ
れる。一方、ステップ201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202に進んでフラ
グIがリセットされ、次いでステップ210に進んで第
2の燃焼が行われる。
On the other hand, when it is judged at step 205 that the NO x releasing flag I is set, the routine proceeds to step 207, where the injection control I shown in FIG. 21 is performed. On the other hand, if it is determined at step 201 that L> X (N), then the routine proceeds to step 202, where the flag I is reset, and then the routine proceeds to step 210, where the second combustion is performed.

【0081】即ち、ステップ210では図13(A)に
示すマップからスロットル弁25の目標開度STが算出
され、スロットル弁25の開度がこの目標開度STとさ
れる。次いでステップ211では図13(B)に示すマ
ップからEGR制御弁29の目標開度SEが算出され、
EGR制御弁29の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ212ではNOx 放出フラグIIがセット
されているか否かが判別される。NOx 放出フラグIIが
セットされていないときにはステップ213に進んで図
12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。
That is, at step 210, the target opening degree ST of the throttle valve 25 is calculated from the map shown in FIG. 13 (A), and the opening degree of the throttle valve 25 is made this target opening degree ST. Next, at step 211, the target opening degree SE of the EGR control valve 29 is calculated from the map shown in FIG. 13 (B),
The opening degree of the EGR control valve 29 is set to this target opening degree SE.
Next, at step 212, it is judged if the NO x releasing flag II is set. When the NO x release flag II is not set, the routine proceeds to step 213, where fuel injection is performed so that the air-fuel ratio shown in FIG. 12 is obtained. At this time, the second combustion is performed under the lean air-fuel ratio.

【0082】一方、ステップ212においてNOx 放出
フラグIIがセットされていると判別されたときにはステ
ップ214に進んで図22に示される噴射制御IIが行わ
れる。次に図21を参照しつつ噴射制御Iについて説明
する。図21を参照するとまず初めにステップ300に
おいて吸入空気量センサ26により検出された吸入空気
の質量流量Ga が取込まれる。次いでステップ301で
は空燃比を目標リッチ空燃比(A/F)R とするための
燃料噴射量QR が次式に基づいて算出される。
On the other hand, when it is judged at step 212 that the NO x releasing flag II is set, the routine proceeds to step 214, where the injection control II shown in FIG. 22 is performed. Next, the injection control I will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 21, first, at step 300, the mass flow rate G a of the intake air detected by the intake air amount sensor 26 is taken in. Next, at step 301, the fuel injection amount Q R for making the air-fuel ratio the target rich air-fuel ratio (A / F) R is calculated based on the following equation.

【0083】QR =Ga /〔C・(N/60)・(気筒
数/2)・(A/F)R 〕 ここでCは前述したように燃料の比重を表しており、N
は機関回転数を表わしている。次いでステップ302で
は空燃比がリーンからリッチに切換えられたときに機関
の出力トルクが変動しないように噴射時期が遅角され
る。なお、本発明による実施例では遅角された噴射時期
が機関運転状態の関数としてマップの形で予めROM4
2内に記憶されており、ステップ302ではこのマップ
に基づいて噴射時期が算出される。次いでステップ30
3ではステップ302において算出された噴射時期にス
テップ301において算出された燃料噴射量QR を噴射
するための処理が行われる。斯くして空燃比がリーン空
燃比から目標リッチ空燃比(A/F)R に切換えられる
ことになる。
Q R = G a / [C · (N / 60) · (number of cylinders / 2) · (A / F) R ] Here, C represents the specific gravity of the fuel as described above, and N
Represents the engine speed. Next, at step 302, the injection timing is retarded so that the output torque of the engine does not fluctuate when the air-fuel ratio is switched from lean to rich. In the embodiment according to the present invention, the retarded injection timing is stored in advance in the ROM 4 in the form of a map as a function of the engine operating state.
2 is stored, and in step 302, the injection timing is calculated based on this map. Then step 30
In 3, the process for injecting the fuel injection amount Q R calculated in step 301 at the injection timing calculated in step 302 is performed. Thus, the air-fuel ratio is switched from the lean air-fuel ratio to the target rich air-fuel ratio (A / F) R.

【0084】ところで機関排気通路内に空燃比センサを
取付け、この空燃比センサの出力信号に基づいて空燃比
が目標空燃比(A/F)R となるようにフィードバック
制御すればNOx 吸収剤22からNOx を放出すべきと
きに空燃比を目標空燃比(A/F)R に維持することが
できる。しかしながらこのようなフィードバック制御を
用いた場合には空燃比がリーンからリッチに切換えられ
た直後の空燃比を正確に目標リッチ空燃比に制御するこ
とができない。
If an air-fuel ratio sensor is installed in the engine exhaust passage and feedback control is performed so that the air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio (A / F) R based on the output signal of this air-fuel ratio sensor, the NO x absorbent 22 The air-fuel ratio can be maintained at the target air-fuel ratio (A / F) R when NO x is to be released from the engine. However, when such feedback control is used, the air-fuel ratio immediately after the air-fuel ratio is switched from lean to rich cannot be accurately controlled to the target rich air-fuel ratio.

【0085】これに対して本発明ではこれから機関シリ
ンダ内に供給される吸入空気の質量流量Ga に基づいて
この吸入空気が流入するシリンダへの燃料噴射量QR
算出される。即ち、フィードホワード制御が行われる。
従って本発明では空燃比がリーンからリッチに切換えら
れるや否や空燃比が正確に目標リッチ空燃比(A/F)
R に制御される。
On the other hand, in the present invention, the fuel injection amount Q R into the cylinder into which the intake air flows is calculated based on the mass flow rate G a of the intake air supplied into the engine cylinder. That is, feed-forward control is performed.
Therefore, in the present invention, as soon as the air-fuel ratio is switched from lean to rich, the air-fuel ratio is accurately set to the target rich air-fuel ratio (A / F).
Controlled by R.

【0086】ステップ304以下では、NOx 吸収剤2
2に吸収されている全NOx が放出するまで空燃比を目
標リッチ空燃比(A/F)R に維持するための処理が行
われる。即ち、ステップ304では空燃比を理論空燃比
(A/F)STとするのに必要な燃料噴射量QSTが次式に
基づいて算出される。 QST=Ga /〔C・(N/60)・(気筒数/2)・
(A/F)ST〕 次いでステップ305では過剰燃料量ΔQ(=QR −Q
ST)が算出され、次いでステップ306では過剰燃料量
の累積値ΣΔQ(=ΣΔQ+ΔQ)が算出される。次い
でステップ307では過剰燃料量の累積値ΣΔQが設定
値X1を越えたか否かが判別される。ΣΔQ>X1にな
るとステップ308に進んでNOx 放出フラグIがリセ
ットされ、次いでステップ309においてΣNOXが零
とされ、次いでステップ310においてΣΔQが零とさ
れる。
In Step 304 and thereafter, the NO x absorbent 2 is used.
A process for maintaining the air-fuel ratio at the target rich air-fuel ratio (A / F) R is performed until all NO x absorbed in 2 is released. That is, at step 304, the fuel injection amount Q ST required to make the air-fuel ratio the stoichiometric air-fuel ratio (A / F) ST is calculated based on the following equation. Q ST = G a / [C ・ (N / 60) ・ (number of cylinders / 2) ・
(A / F) ST ] Next, at step 305, the excess fuel amount ΔQ (= Q R −Q
ST ) is calculated, and then, in step 306, the cumulative value ΣΔQ (= ΣΔQ + ΔQ) of the excess fuel amount is calculated. Next, at step 307, it is judged if the cumulative value ΣΔQ of the excess fuel amount has exceeded the set value X1. When ΣΔQ> X1, the routine proceeds to step 308, where the NO x release flag I is reset, then ΣNOX is made zero at step 309, and then ΣΔQ is made zero at step 310.

【0087】次に図22を参照しつつ噴射制御IIについ
て説明する。図22を参照するとまず初めにステップ4
00において図9に示されるマップから燃料噴射量Qが
算出される。次いでステップ401では吸入空気量セン
サ26により検出された吸入空気の質量流量Ga が取込
まれる。次いでステップ402では空燃比を目標リッチ
空燃比(A/F)R とするための燃料噴射量QR が次式
に基づいて算出される。
Next, the injection control II will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 22, first step 4
At 00, the fuel injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 401, the intake air mass flow rate G a detected by the intake air amount sensor 26 is taken. Then the fuel injection amount Q R for step 402 of the air-fuel ratio to the target rich air-fuel ratio (A / F) R is calculated on the basis of the following equation.

【0088】 QR =Ga /〔C・(N/60)・(気筒数/2)・(A/F)R 〕 ここでCは前述したように燃料の比重を表しており、N
は機関回転数を表わしている。次いでステップ403で
は空燃比を目標リッチ空燃比(A/F)R とするのに必
要な燃料噴射量QR から燃料噴射量Qを減算することに
よって追加の燃料量Qdd(=QR −Q)が算出される。
次いでステップ404では圧縮上死点付近において燃料
噴射量Qの噴射を行い、膨張行程の後半又は排気行程中
に追加の燃料量Qddの噴射を行うための処理が行われ
る。このときには図12に示されるリーン空燃比でもっ
て第2の燃焼が行われ、追加の燃料によってNOx 吸収
剤22に流入する排気ガスの空燃比が目標リッチ空燃比
(A/F)R とされる。
Q R = G a / [C · (N / 60) · (number of cylinders / 2) · (A / F) R ] Here, C represents the specific gravity of the fuel, as described above, and N
Represents the engine speed. Next, at step 403 the air-fuel ratio the target rich air-fuel ratio (A / F) the amount of fuel added by subtracting the fuel injection amount Q from the fuel injection amount Q R necessary to the R Q dd (= Q R -Q ) Is calculated.
Next, at step 404, a process for injecting the fuel injection amount Q near the compression top dead center and performing the injection of the additional fuel amount Q dd in the latter half of the expansion stroke or during the exhaust stroke is performed. At this time, the second combustion is performed with the lean air-fuel ratio shown in FIG. 12, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent 22 by the additional fuel is made the target rich air-fuel ratio (A / F) R. It

【0089】ステップ405以下では、NOx 吸収剤2
2に吸収されている全NOx を放出させるまでNOx
収剤22に流入する排気ガスの空燃比を目標リッチ空燃
比(A/F)R に維持するための処理が行われる。即
ち、ステップ405では空燃比を理論空燃比(A/F)
STとするのに必要な燃料噴射量QSTが次式に基づいて算
出される。
In Step 405 and the subsequent steps, NO x absorbent 2
A process for maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent 22 at the target rich air-fuel ratio (A / F) R is performed until all the NO x absorbed in 2 is released. That is, in step 405, the air-fuel ratio is changed to the theoretical air-fuel ratio (A / F).
The fuel injection amount Q ST required to be ST is calculated based on the following equation.

【0090】QST=Ga /〔C・(N/60)・(気筒
数/2)・(A/F)ST〕 次いでステップ406では過剰燃料量ΔQ(=QR −Q
ST)が算出され、次いでステップ407では過剰燃料量
の累積値ΣΔQ(=ΣΔQ+ΔQ)が算出される。次い
でステップ408では過剰燃料量の累積値ΣΔQが設定
値X2(>X1)を越えたか否かが判別される。ΣΔQ
>X2になるとステップ409に進んでNOx 放出フラ
グIおよびIIがリセットされ、次いでステップ410に
おいてΣNOXが零とされ、次いでステップ411にお
いてΣΔQが零とされる。
Q ST = G a / [C · (N / 60) · (number of cylinders / 2) · (A / F) ST ] Next, at step 406, the excess fuel amount ΔQ (= Q R −Q
ST ) is calculated, and then, in step 407, the cumulative value ΣΔQ (= ΣΔQ + ΔQ) of the excess fuel amount is calculated. Next, at step 408, it is judged if the cumulative value ΣΔQ of the excess fuel amount has exceeded the set value X2 (> X1). ΣΔQ
When> X2, the routine proceeds to step 409, where the NO x releasing flags I and II are reset, then at step 410 ΣNOX is made zero, and at step 411, ΣΔQ is made zero.

【0091】図23から図26に第2実施例を示す。こ
の第2実施例では図23に示されるようにスロットル弁
25上流の吸気ダクト13とサージタンク12とを連結
するバイパス通路35が設けられ、このバイパス通路3
5内にはステップモータ36により駆動されるバイパス
制御弁37が配置される。また、この第2実施例では未
燃炭化水素を一層良好に酸化せしめるために排気マニホ
ルド19の出口に、即ちNOx 吸収剤22上流の排気通
路内に三元触媒又は酸化触媒のような酸化機能を有する
触媒38を内蔵した触媒コンバータ39が配置される。
The second embodiment is shown in FIGS. 23 to 26. In the second embodiment, as shown in FIG. 23, a bypass passage 35 that connects the intake duct 13 upstream of the throttle valve 25 and the surge tank 12 is provided.
A bypass control valve 37 driven by a step motor 36 is arranged in the unit 5. Further, in this second embodiment, in order to oxidize unburned hydrocarbons better, at the outlet of the exhaust manifold 19, that is, in the exhaust passage upstream of the NO x absorbent 22, an oxidizing function such as a three-way catalyst or an oxidation catalyst is provided. A catalytic converter 39 containing a catalyst 38 having a is arranged.

【0092】この第2実施例ではリーン空燃比(A/
F)L のもとで第1の燃焼が行われているときにNOx
吸収剤22からNOx を放出すべく空燃比を目標リッチ
空燃比(A/F)R とするときには燃料噴射量QR が次
式に基づいて算出される。 QR =〔(A/F)L /(A/F)R 〕・Q ここでQは図9のマップから算出された燃料噴射量であ
る。
In the second embodiment, the lean air-fuel ratio (A /
F) NO x when the first combustion is performed under L
In order to release the NO x from the absorbent 22 an air-fuel ratio the target rich air-fuel ratio (A / F) fuel injection amount Q R is when the R is calculated based on the following equation. Q R = [(A / F) L / ( A / F) R ] · Q where Q is a fuel injection amount calculated from the map of FIG.

【0093】しかしながらこの場合、前述したように実
際の空燃比は必ずしも図10に示されるリーン空燃比
(A/F)L になっておらず、従ってこの燃料噴射量Q
R の噴射を行っても空燃比は必ずしも目標リッチ空燃比
(A/F)R とはならない。そこでこの第2実施例にお
いても、吸入空気量Qa /燃料噴射量QR =目標リッチ
空燃比(A/F)R なる関係を用い、まず初めに燃料噴
射量QR (=〔(A/F)L /(A/F)R 〕・Q)の
噴射を行ったときに空燃比が目標リッチ空燃比(A/
F)R となる吸入空気量GO を算出するようにしてい
る。
However, in this case, as described above, the actual air-fuel ratio is not necessarily the lean air-fuel ratio (A / F) L shown in FIG. 10, and therefore this fuel injection amount Q
Even if R injection is performed, the air-fuel ratio does not necessarily become the target rich air-fuel ratio (A / F) R. So this also in the second embodiment, using the intake air quantity Q a / fuel injection amount Q R = target rich air-fuel ratio (A / F) R becomes relation, first fuel injection amount Q R (= [(A / F) L / (A / F) R ] · Q) is injected, the air-fuel ratio becomes the target rich air-fuel ratio (A /
F) The intake air amount G O that becomes R is calculated.

【0094】即ち、第1実施例と同様に燃料の比重をC
とし、機関回転数をNとすると空燃比をリッチ空燃比と
したときの一秒間当りの噴射量(g/sec )は前述した
ように次式で表わされる。 C・QR ・(N/60)・(気筒数/2) 従って吸入空気量GO と燃料噴射量QR と目標リッチ空
燃比(A/F)R との関係は次のようになる。
That is, as in the first embodiment, the specific gravity of fuel is C
And the engine speed is N, the injection amount per second (g / sec) when the air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio is expressed by the following equation as described above. C · Q R · (N / 60) · (number of cylinders / 2) Therefore, the relationship between the intake air amount G O , the fuel injection amount Q R, and the target rich air-fuel ratio (A / F) R is as follows.

【0095】GO /〔C・QR ・(N/60)・(気筒
数/2)〕=(A/F)R 従って吸入空気量GO は次式から算出される。 GO =〔C・QR ・(N/60)・(気筒数/2)〕・
(A/F)R ここでQR =〔(A/F)L /(A/F)R 〕・Qを代
入すると GO =C・Q・(N/60)・(気筒数/2)・(A/
F)L 即ち、吸入空気量をGO にすれば空燃比が目標リッチ空
燃比(A/F)R となる。そこでこの実施例では吸入空
気量センサ26により検出された吸入空気の質量流量G
a がGO となるようにバイパス制御弁37の開度をフィ
ードバック制御するようにしている。
G O / [C · Q R · (N / 60) · (number of cylinders / 2)] = (A / F) R Therefore, the intake air amount G O is calculated from the following equation. G O = [C · Q R · (N / 60) · ( number of cylinders / 2)] -
(A / F) R where Q R = Substituting [(A / F) L / ( A / F) R ] · Q G O = C · Q · (N / 60) · ( number of cylinders / 2)・ (A /
F) L, that is, if the intake air amount is set to G O , the air-fuel ratio becomes the target rich air-fuel ratio (A / F) R. Therefore, in this embodiment, the mass flow rate G of the intake air detected by the intake air amount sensor 26
The opening degree of the bypass control valve 37 is feedback-controlled so that a becomes G O.

【0096】バイパス制御弁17の開度は短時間で制御
することができ、例えば空燃比を目標リッチ空燃比(A
/F)R とするための燃料噴射量QR を計算するときに
バイパス制御弁17の開度制御を開始すれば実際に燃料
噴射が行われる前にバイパス制御弁17の開度制御を完
了させることができる。次に図24を参照しつつ噴射制
御Iについて説明する。
The opening degree of the bypass control valve 17 can be controlled in a short time. For example, the air-fuel ratio is set to the target rich air-fuel ratio (A
To complete the opening control of the bypass control valve 17 before starting them if the actual fuel injection opening control of the bypass control valve 17 is performed when the / F) to calculate the fuel injection amount Q R for the R be able to. Next, the injection control I will be described with reference to FIG.

【0097】図24を参照するとまず初めにステップ5
00において空燃比を目標リッチ空燃比(A/F)R
するための燃料噴射量QR が次式に基づいて算出され
る。 QR =〔(A/F)L /(A/F)R 〕・Q ここで(A/F)L は機関の運転状態に応じて図10に
示されるマップから求められたリーン空燃比を示してお
り、(A/F)R は目標リッチ空燃比を示しており、Q
は機関の運転状態に応じて図9に示されるマップから算
出される燃料噴射量を示している。
Referring to FIG. 24, first, step 5
00 fuel injection amount Q R for the air-fuel ratio to the target rich air-fuel ratio (A / F) R is calculated using the following formula. Q R = [(A / F) L / (A / F) R ] ・ Q where (A / F) L is the lean air-fuel ratio obtained from the map shown in FIG. 10 according to the operating state of the engine. (A / F) R represents the target rich air-fuel ratio, and Q
Shows the fuel injection amount calculated from the map shown in FIG. 9 according to the operating state of the engine.

【0098】次いでステップ501では空燃比がリーン
からリッチに切換えられたときに機関の出力トルクが変
動しないように噴射時期が遅角される。なお、本発明に
よる実施例では遅角された噴射時期が機関運転状態の関
数としてマップの形で予めROM42内に記憶されてお
り、ステップ501ではこのマップに基づいて噴射時期
が算出される。次いでステップ502ではステップ50
1において算出された噴射時期にステップ500におい
て算出された燃料噴射量QR を噴射するための処理が行
われる。斯くして空燃比がリーン空燃比から目標リッチ
空燃比(A/F)R に切換えられることになる。次いで
ステップ503では吸気制御フラグがセットされる。
Next, at step 501, the injection timing is retarded so that the output torque of the engine does not fluctuate when the air-fuel ratio is switched from lean to rich. In the embodiment according to the present invention, the retarded injection timing is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the engine operating state, and in step 501 the injection timing is calculated based on this map. Then, in step 502, step 50
A process for injecting the fuel injection amount Q R calculated in step 500 at the injection timing calculated in 1 is performed. Thus, the air-fuel ratio is switched from the lean air-fuel ratio to the target rich air-fuel ratio (A / F) R. Next, at step 503, the intake control flag is set.

【0099】ステップ504以下では、NOx 吸収剤2
2に吸収されている全NOx を放出させるまでNOx
収剤22に流入する排気ガスの空燃比を目標リッチ空燃
比(A/F)R に維持するための処理が行われる。即
ち、ステップ504では空燃比を理論空燃比とするのに
必要な燃料噴射量QSTが次式に基づいて算出される。 QST=〔(A/F)L /(A/F)ST〕・Q ここで(A/F)L は機関の運転状態に応じて図10に
示されるマップから求められたリーン空燃比を示してお
り、(A/F)STは理論空燃比を示しており、Qは機関
の運転状態に応じて図9に示されるマップから算出され
る燃料噴射量を示している。
In steps 504 and below, the NO x absorbent 2
A process for maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent 22 at the target rich air-fuel ratio (A / F) R is performed until all the NO x absorbed in 2 is released. That is, in step 504, the fuel injection amount Q ST required to make the air-fuel ratio the stoichiometric air-fuel ratio is calculated based on the following equation. Q ST = [(A / F) L / (A / F) ST ] · Q where (A / F) L is the lean air-fuel ratio obtained from the map shown in Fig. 10 according to the operating condition of the engine. (A / F) ST indicates the stoichiometric air-fuel ratio, and Q indicates the fuel injection amount calculated from the map shown in FIG. 9 according to the operating state of the engine.

【0100】次いでステップ505では過剰燃料量ΔQ
(=QR −QST)が算出され、次いでステップ506で
は過剰燃料量の累積値ΣΔQ(=ΣΔQ+ΔQ)が算出
される。次いでステップ507では過剰燃料量の累積値
ΣΔQが設定値X1を越えたか否かが判別される。ΣΔ
Q>X1になるとステップ508に進んでNOx 放出フ
ラグIがリセットされ、次いでステップ509において
ΣNOXが零とされ、次いでステップ510においてΣ
ΔQが零とされ、次いでステップ511において吸気制
御フラグがリセットされる。
Next, at step 505, the excess fuel amount ΔQ
(= Q R -Q ST) is calculated, then the accumulated value [Sigma] [Delta] Q of the step 506 excess fuel quantity (= ΣΔQ + ΔQ) is calculated. Next, at step 507, it is judged if the cumulative value ΣΔQ of the excess fuel amount has exceeded the set value X1. ΣΔ
When Q> X1, the routine proceeds to step 508, where the NO x releasing flag I is reset, then ΣNOX is made zero at step 509, and then Σ at step 510.
ΔQ is set to zero, and then in step 511, the intake control flag is reset.

【0101】図25は例えば2msec毎に行われる割込み
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600において吸気制御フラグがセットされて
いるか否かが判別される。吸気制御フラグがセットされ
ているときにはステップ601に進んで空燃比を目標リ
ッチ空燃比(A/F)R にするのに必要な吸入空気量G
O が次式に基づいて算出される。
FIG. 25 shows an interrupt routine executed, for example, every 2 msec. Referring to FIG. 25, first, at step 600, it is judged if the intake control flag is set or not. When the intake control flag is set, the routine proceeds to step 601, where the intake air amount G required to bring the air-fuel ratio to the target rich air-fuel ratio (A / F) R.
O is calculated based on the following equation.

【0102】GO =C・Q・(N/60)・(気筒数/
2)・(A/F)L ここでCは燃料の比重を示しており、Qは機関の運転状
態に応じて図9に示されるマップから算出された燃料噴
射量を示しており、(A/F)L は機関の運転状態に応
じて図10に示されるマップから求められたリーン空燃
比を示している。
G O = C · Q · (N / 60) · (number of cylinders /
2) · (A / F) L Here, C represents the specific gravity of the fuel, Q represents the fuel injection amount calculated from the map shown in FIG. 9 according to the operating state of the engine, and (A / F) L indicates the lean air-fuel ratio obtained from the map shown in FIG. 10 according to the operating state of the engine.

【0103】次いでステップ602では吸入空気量セン
サ26により検出された吸入空気の質量流量Ga が取込
まれる。次いでステップ603では吸入空気量Ga が吸
入空気量GO よりも大きいか否かが判別される。Ga
O のときにはバイパス制御弁37の開度を小さくすべ
くステップモータ36の目標ステップ数が1だけディク
リメントされる。これに対してGa ≦GO のときにはス
テップ605に進んでバイパス制御弁37の開度を大き
くすべくステップモータ36の目標ステップ数が1だけ
インクリメントされる。このようにして吸入空気量Ga
がGO となるように制御される。
Next, at step 602, the mass flow rate G a of intake air detected by the intake air amount sensor 26 is taken in. Next, at step 603, it is judged if the intake air amount G a is larger than the intake air amount G o . G a
When G O , the target step number of the step motor 36 is decremented by 1 in order to reduce the opening degree of the bypass control valve 37. On the other hand, when G a ≤G o, the routine proceeds to step 605, where the target step number of the step motor 36 is incremented by 1 to increase the opening degree of the bypass control valve 37. In this way, the intake air amount G a
Is controlled to be G O.

【0104】なお、バイパス制御弁37の開度を制御す
る代りにスロットル弁25の開度を制御することもでき
る。次に図26を参照しつつ噴射制御IIについて説明す
る。図26を参照するとまず初めにステップ700にお
いて図9に示されるマップから機関運転状態に応じた燃
料噴射量Qが算出される。次いでステップ701では空
燃比を目標リッチ空燃比(A/F)R とするための燃料
噴射量QR が次式に基づいて算出される。
Instead of controlling the opening degree of the bypass control valve 37, the opening degree of the throttle valve 25 can be controlled. Next, the injection control II will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 26, first, at step 700, the fuel injection amount Q according to the engine operating state is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 701, the fuel injection amount Q R for making the air-fuel ratio the target rich air-fuel ratio (A / F) R is calculated based on the following equation.

【0105】 QR =〔(A/F)L /(A/F)R 〕・Q ここで(A/F)L は機関の運転状態に応じて図10に
示されるマップから求められたリーン空燃比を示してお
り、(A/F)R は目標リッチ空燃比を示している。次
いでステップ702では空燃比を目標リッチ空燃比(A
/F)R とするのに必要な燃料噴射量QR から燃料噴射
量Qを減算することによって追加の燃料量Qdd(=QR
−Q)が算出される。次いでステップ703では圧縮上
死点付近において燃料噴射量Qの噴射を行い、膨張行程
の後半又は排気行程中に追加の燃料量Qddの噴射を行う
ための処理が行われる。このときには図12に示される
リーン空燃比でもって第2の燃焼が行われ、追加の燃料
によってNOx 吸収剤22に流入する排気ガスの空燃比
が目標リッチ空燃比(A/F)R とされる。次いでステ
ップ704では吸気制御フラグがセットされる。
Q R = [(A / F) L / (A / F) R ] · Q where (A / F) L is the lean obtained from the map shown in FIG. 10 according to the operating state of the engine. The air-fuel ratio is shown, and (A / F) R is the target rich air-fuel ratio. Next, at step 702, the air-fuel ratio is set to the target rich air-fuel ratio (A
/ F) R by subtracting the fuel injection amount Q from the fuel injection amount Q R required to obtain the additional fuel amount Q dd (= Q R
-Q) is calculated. Next, at step 703, the process for injecting the fuel injection amount Q near the compression top dead center and performing the injection of the additional fuel amount Q dd in the latter half of the expansion stroke or during the exhaust stroke is performed. At this time, the second combustion is performed with the lean air-fuel ratio shown in FIG. 12, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent 22 by the additional fuel is made the target rich air-fuel ratio (A / F) R. It Next, at step 704, the intake control flag is set.

【0106】ステップ705以下では、NOx 吸収剤2
2に吸収されている全NOx が放出するまで空燃比を目
標リッチ空燃比(A/F)R に維持するための処理が行
われる。即ち、ステップ705では空燃比を理論空燃比
とするのに必要な燃料噴射量QSTが次式に基づいて算出
される。 QST=〔(A/F)L /(A/F)ST〕・Q ここで(A/F)L は機関の運転状態に応じて図10に
示されるマップから求められたリーン空燃比を示してお
り、(A/F)STは理論空燃比を示している。
In steps 705 and below, the NO x absorbent 2
A process for maintaining the air-fuel ratio at the target rich air-fuel ratio (A / F) R is performed until all NO x absorbed in 2 is released. That is, at step 705, the fuel injection amount Q ST required to make the air-fuel ratio the stoichiometric air-fuel ratio is calculated based on the following equation. Q ST = [(A / F) L / (A / F) ST ] · Q where (A / F) L is the lean air-fuel ratio obtained from the map shown in Fig. 10 according to the operating condition of the engine. (A / F) ST indicates the stoichiometric air-fuel ratio.

【0107】次いでステップ706では過剰燃料量ΔQ
(=QR −QST)が算出され、次いでステップ707で
は過剰燃料量の累積値ΣΔQ(=ΣΔQ+ΔQ)が算出
される。次いでステップ708では過剰燃料量の累積値
ΣΔQが設定値X2を越えたか否かが判別される。ΣΔ
Q>X2になるとステップ709に進んでNOx 放出フ
ラグIおよびIIがリセットされ、次いでステップ710
においてΣNOXが零とされ、次いでステップ711に
おいてΣΔQが零とされ、次いでステップ712におい
て吸気制御フラグがリセットされる。
Next, at step 706, the excess fuel amount ΔQ
(= Q R -Q ST) is calculated, then the accumulated value [Sigma] [Delta] Q of the excess fuel amount at step 707 (= ΣΔQ + ΔQ) is calculated. Next, at step 708, it is judged if the cumulative value ΣΔQ of the excess fuel amount has exceeded the set value X2. ΣΔ
When Q> X2, the routine proceeds to step 709, where the NO x releasing flags I and II are reset and then step 710.
In step 711, ΣNOX is made zero, and in step 711, ΣΔQ is made zero, and then in step 712, the intake control flag is reset.

【0108】[0108]

【発明の効果】NOx 吸収剤からNOx を放出すべく空
燃比をリッチにするときに空燃比を予め定められた目標
リッチ空燃比に正確に一致させることができる。
As described above, when the air-fuel ratio is made rich so as to release the NO x from the NO x absorbent, the air-fuel ratio can be accurately matched with the predetermined target rich air-fuel ratio.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】圧縮着火式内燃機関の全体図である。FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.

【図2】スモークおよびNOx の発生量等を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing amounts of smoke and NO x generated, and the like.

【図3】燃焼圧を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a combustion pressure.

【図4】燃料分子を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a fuel molecule.

【図5】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a smoke generation amount and an EGR rate.

【図6】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.

【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。
FIG. 7 is a diagram showing a first operating region I and a second operating region II.

【図8】スロットル弁の開度等を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an opening of a throttle valve and the like.

【図9】噴射量のマップを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a map of an injection amount.

【図10】第1の運転領域Iにおける空燃比を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing an air-fuel ratio in a first operating region I.

【図11】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve or the like.

【図12】第2の燃焼における空燃比を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an air-fuel ratio in the second combustion.

【図13】スロットル弁等の目標開度を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a target opening of a throttle valve or the like.

【図14】NOx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
FIG. 14 is a diagram for explaining the action of absorbing and releasing NO x .

【図15】単位時間当りのNOx 吸収量のマップを示す
図である。
FIG. 15 is a diagram showing a map of the amount of NO x absorbed per unit time.

【図16】NOx 放出制御を説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for explaining NO x release control.

【図17】リーン空燃比からリッチ空燃比へ切換えると
きの噴射量変化と空燃比変化とを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing changes in the injection amount and changes in the air-fuel ratio when switching from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio.

【図18】リーン空燃比からリッチ空燃比へ切換えると
きの噴射量変化と空燃比変化とを示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing changes in the injection amount and changes in the air-fuel ratio when switching from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio.

【図19】NOx 放出フラグを処理するためのフローチ
ャートである。
FIG. 19 is a flowchart for processing a NO x releasing flag.

【図20】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
FIG. 20 is a flowchart for controlling the operation of the engine.

【図21】噴射制御Iを実行するためのフローチャート
である。
FIG. 21 is a flow chart for executing injection control I.

【図22】噴射制御IIを実行するためのフローチャート
である。
FIG. 22 is a flow chart for executing injection control II.

【図23】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体
図である。
FIG. 23 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.

【図24】噴射制御Iを実行するためのフローチャート
である。
FIG. 24 is a flowchart for executing injection control I.

【図25】時間割込みルーチンを示すフローチャートで
ある。
FIG. 25 is a flowchart showing a time interruption routine.

【図26】噴射制御IIを実行するためのフローチャート
である。
FIG. 26 is a flowchart for executing injection control II.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6…燃料噴射弁 22…NOx 吸収剤 25…スロットル弁 26…吸入空気量センサ 29…EGR制御弁6 ... Fuel injection valve 22 ... NO x absorbent 25 ... Throttle valve 26 ... Intake air amount sensor 29 ... EGR control valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02D 45/00 301 F02D 45/00 301G F02M 25/07 550 F02M 25/07 550R (56)参考文献 特開 平9−217645(JP,A) 特開 平7−4287(JP,A) 特開 平8−177654(JP,A) 特開 平8−86251(JP,A) 特開 平9−287527(JP,A) 特開 平9−287528(JP,A) 特許2600492(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/00 - 41/40 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F02D 45/00 301 F02D 45/00 301G F02M 25/07 550 F02M 25/07 550R (56) Reference JP-A-9-217645 ( JP, A) JP 7-4287 (JP, A) JP 8-177654 (JP, A) JP 8-86251 (JP, A) JP 9-287527 (JP, A) JP Hei 9-287528 (JP, A) Patent 2600492 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F02D 41/00-41/40

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きには排気ガス中に含まれるNOx を吸収しかつ流入す
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NOx を放出するNOx 吸収剤を機関排気通路内
に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われていると
きにNOx 吸収剤からNOx を放出させるときには燃料
噴射量を増大して空燃比を一時的にリッチにするように
した内燃機関において、該内燃機関が燃焼室内の不活性
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からなり、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、NO x 吸収剤からNO x を放出すべきであるか
否かを判断する判断手段と、吸入空気量を検出する検出
手段と、NOx 吸収剤からNOx を放出すべきときに、
検出された吸入空気量/供給すべき燃料噴射量=目標リ
ッチ空燃比なる関係式から空燃比を目標リッチ空燃比と
するのに必要な目標燃料噴射量又は目標吸入空気量のい
ずれか一方を算出する算出手段とを具備し、該判断手段
によりNO x を放出すべきであると判断されたときには
第1の燃焼が行われているときに燃料噴射量又は吸入空
気量が該目標燃料噴射量又は目標吸入空気量とされ、そ
れによって空燃比が目標リッチ空燃比とされる内燃機
関。
1. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, it absorbs NO x contained in the exhaust gas, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich, it releases the absorbed NO x . the the NO x absorbent arranged in the engine exhaust passage, the air-fuel ratio by increasing the amount of fuel injection when to release the NO x from the NO x absorbent when burning fuel under a lean air-fuel ratio has been performed one o'clock Of an internal combustion engine that is made to be rich, the internal combustion engine is inactive in the combustion chamber.
As the amount of gas increases, the amount of soot generated gradually increases
The amount of inert gas in the combustion chamber is increasing further.
Fuel and its surrounding gas during combustion in the combustion chamber
The soot temperature is lower than the soot formation temperature, and soot is almost generated
It consists of a compression ignition type internal combustion engine that does not
Inert gas in the combustion chamber rather than the peak amount of inert gas
The first combustion, which produces a large amount of soot and almost no soot, and the generation of soot
The amount of inert gas in the combustion chamber is more
Switching for selectively switching between the second combustion with a small amount of characteristic gas
Means, or should be released NO x from the NO x absorbent
Determining means for determining whether a detection unit for detecting an intake air quantity, to when releasing the NO x from the NO x absorbent,
Calculate either the target fuel injection amount or the target intake air amount required to make the air-fuel ratio the target rich air-fuel ratio from the relational expression: detected intake air amount / fuel injection amount to be supplied = target rich air-fuel ratio calculation means; and a, the determining means for
When it is judged that NO x should be released by
Fuel injection amount or the intake air amount is with the target fuel injection amount or the target intake air amount when the first combustion is being performed, its
An internal combustion engine in which the air-fuel ratio is set to the target rich air-fuel ratio .
【請求項2】 第2の燃焼が行われているときにNO x
吸収剤からNO x を放出すべきであると判断されたとき
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
燃比が一時的にリッチにされる請求項1に記載の内燃機
関。
2. NO x when the second combustion is being performed.
When it is determined that NO x should be released from the absorbent
Is empty when the second combustion is switched to the first combustion.
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel ratio is temporarily made rich .
【請求項3】 NO x 吸収剤に吸収されているNO x
を推定する推定手段を具備し、第2の燃焼が行われてい
るときに該推定手段により推定されたNO x 量が予め定
められた第1の許容最大値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が一時的に
リッチとされ、第2の燃焼が行われているときに該推定
手段により推定されたNO x 量が該第1の許容最大値よ
りも大 きい予め定められた第2の許容最大値を越えたと
きには膨張行程の後半又は排気行程中に追加の燃料を噴
射してNO x 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を理論
空燃比又はリッチにするようにした請求項1に記載の
燃機関。
3. The amount of NO x absorbed by the NO x absorbent.
Is equipped with an estimation means for estimating
The NO x amount estimated by the estimating means is determined in advance when
Second combustion when the first allowable maximum value set is exceeded
When the air-fuel ratio is changed from 1 to 1
When the second combustion is performed, the estimation is made rich.
The NO x amount estimated by the means is the first allowable maximum value.
And exceeds the second allowable maximum value determined Rimodai heard previously
The additional fuel during the latter half of the expansion stroke or during the exhaust stroke.
Theory of the air-fuel ratio of the exhaust gas that shines and flows into the NO x absorbent
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the air-fuel ratio is made rich .
【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に記載の内燃
機関。
4. The exhaust gas discharged from the combustion chamber is sucked into the engine.
It is equipped with a recirculation device for recirculating in the air passage,
The internal combustion engine of claim 1, wherein the volatile gas comprises recirculated exhaust gas .
【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
内燃機関。
5. Exhaust gas reforming in the first combustion state
The circulation rate according to claim 4, which is approximately 55% or more.
Internal combustion engine.
【請求項6】 機関の運転領域を低負荷側の第1の運転
領域と高負荷側の第2の運転領域に分割し、第1の運転
領域では第1の燃焼を行い、第2の運転領域では第2の
燃焼を行うようにした請求項1に記載の内燃機関。
6. A first operation on the low load side of the engine operating region
Area and the second operation area on the high load side, the first operation
The first combustion is performed in the region and the second combustion is performed in the second operation region.
The internal combustion engine according to claim 1, wherein combustion is performed .
【請求項7】 NO x 吸収剤上流の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。
7. An acid in the engine exhaust passage upstream of the NO x absorbent.
The internal combustion engine according to claim 1, further comprising a catalyst having a gasification function .
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