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JP3555439B2 - Compression ignition type internal combustion engine - Google Patents

Compression ignition type internal combustion engine Download PDF

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JP3555439B2
JP3555439B2 JP09756298A JP9756298A JP3555439B2 JP 3555439 B2 JP3555439 B2 JP 3555439B2 JP 09756298 A JP09756298 A JP 09756298A JP 9756298 A JP9756298 A JP 9756298A JP 3555439 B2 JP3555439 B2 JP 3555439B2
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俊明 田中
信也 広田
伸基 大橋
和浩 伊藤
康二 吉▲崎▼
正樹 草田
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮着火式内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より内燃機関、例えばディーゼル機関においてはNOの発生を抑制するために機関排気通路と機関吸気通路とを排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路により連結し、このEGR通路を介して排気ガス、即ちEGRガスを機関吸気通路内に再循環させるようにしている。この場合、EGRガスは比較的比熱が高く、従って多量の熱を吸収することができるので、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NOの発生量が低下し、従ってEGR率を増大すればするほどNOの発生量は低下することになる。
【0003】
このように従来よりEGR率を増大すればNO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EGR率がEGR率の最大許容限界であると考えられている。
【0004】
従って従来よりEGR率はこの最大許容限界を越えない範囲内に定められている(例えば特開平4−334750号公報参照)。このEGR率の最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なるがおおよそ30パーセントから50パーセントである。従って従来のディーゼル機関ではEGR率は最大でも30パーセントから50パーセント程度に抑えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来では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EGR率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてNOおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるように定められていた。しかしながらこのようにしてEGR率をNOおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるように定めてもNO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NOおよびスモークが発生してしまうのが現状である。
【0006】
ところがディーゼル機関の燃焼の研究の過程においてEGR率を最大許容限界よりも大きくすれば上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの発生量にはピークが存在し、このピークを越えてEGR率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しはじめ、アイドリング運転時においてEGR率を70パーセント以上にすると、またEGRガスを強力に冷却した場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にするとスモークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生しないことが見い出されたのである。また、このときにはNOの発生量が極めて少量となることも判明している。この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について検討を進められ、その結果これまでにない煤およびNO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云うと炭化水素が煤に成長するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止させることを基本としている。
【0007】
即ち、実験研究を重ねた結果判明したことは燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成長してしまうということである。この場合、燃料およびその周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって燃料およびその周囲のガス温度を制御することができる。
【0008】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制することは燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理によって容易に浄化することができる。これが新たな燃焼システムの基本的な考え方である。
【0009】
本発明はこの新たな燃焼システムに適した圧縮着火式内燃機関を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
即ち、1番目の発明では、燃焼室内の不活性ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる圧縮着火式内燃機関において、過剰酸素のもとで炭化水素の存在下で炭化水素を酸化しかつNO を還元する選択還元型触媒を機関排気通路内に配置し、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を多くすることによ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煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するようにしている。
【0011】
2番目の発明では1番目の発明において、選択還元型触媒下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。
3番目の発明では2番目の発明において、酸化機能を有する触媒が酸化触媒又は三元触媒からなる。
4番目の発明では1番目の発明において、燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備し、不活性ガスが機関吸気通路内に再循環された再循環排気ガスからなる。
【0012】
5番目の発明では4番目の発明において、排気ガス再循環率がほぼ55パーセント以上である。
6番目の発明では1番目の発明において、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない第1の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第2の燃焼とを選択的に切換える切換手段を具備している。
【0013】
7番目の発明では6番目の発明において、第2の燃焼が行われている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するようにしている。
8番目の発明では6番目の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOを吸収しかつ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したNOを放出するNO吸収剤を選択還元型触媒下流の機関排気通路内に配置し、第1の燃焼が行われているときにNO吸収剤からNOを放出すべきときには燃焼室内における空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチにするようにしている。
【0014】
9番目の発明では8番目の発明において、第2の燃焼が行われているときにNO吸収剤からNOを放出すべきときには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によってNO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ている。
10番目の発明では6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。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を4ストローク圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。
図1を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介してエアクリーナ14に連結される。吸気ダクト13内には電気モータ15により駆動されるスロットル弁16が配置される。一方、排気ポート10は排気マニホルド17および排気管18を介して触媒コンバータ19aに連結され、触媒コンバータ19aには更に別の触媒コンバータ20aが連結される。
【0016】
触媒コンバータ19a内には、過剰酸素のもとで炭化水素の存在下で炭化水素を酸化しかつNOを還元する選択還元型触媒19が配置されており、触媒コンバータ20a内には酸化機能を有する触媒20が配置されている。
図1に示されるように排気マニホルド17内には空燃比センサ21が配置される。排気マニホルド17とサージタンク12とはEGR通路22を介して互いに連結され、EGR通路22内には電気制御式EGR制御弁23が配置される。また、EGR通路22周りにはEGR通路22内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置24が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置24内に導びかれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。
【0017】
一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管25を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール26に連結される。このコモンレール26内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ27から燃料が供給され、コモンレール26内に供給された燃料は各燃料供給管25を介して燃料噴射弁6に供給される。コモンレール26にはコモンレール26内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ28が取付けられ、燃料圧センサ28の出力信号に基づいてコモンレール26内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ27の吐出量が制御される。
【0018】
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。空燃比センサ21の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、燃料圧センサ28の出力信号も対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁6、電気モータ15、EGR制御弁23および燃料ポンプ27に接続される。
【0019】
図2は機関低負荷運転時においてスロットル弁16の開度およびEGR率を変化させることにより空燃比A/F(図2の横軸)を変化させたときの出力トルクの変化、およびスモーク、HC,CO,NO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。
【0020】
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NO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。
【0021】
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。
【0022】
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15.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図2に示されるようにNOの発生量がかなり低下する。NO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。
【0023】
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。
【0024】
図2および図3に示される実験結果に基づくこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度が低いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排出されることになる。このことについて更に詳細に実験研究を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以上になると煤が生成されることが判明したのである。
【0025】
ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種々の要因によって変化するので何度であるかということは言えないがこの或る温度はNOの発生量と深い関係を有しており、従ってこの或る温度はNOの発生量から或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低下し、NOの発生量が低下する。このときNO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。
【0026】
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。本発明において用いている新たな燃焼システムは燃焼室5内において煤を生成させることなく炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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、CO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。
【0031】
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90℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷却装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線CはEGRガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【0032】
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。
【0033】
また、図5の曲線Cで示されるようにEGRガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が55パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
なお、図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。
【0034】
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。
【0035】
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、図6に示される実施例では70パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸入された全吸入ガス量を図6において実線Xとし、この全吸入ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との割合を図6に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス温度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くして煤が全く発生しなくなる。また、このときのNO発生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってNOの発生量は極めて少量となる。
【0036】
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。
【0037】
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EGR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。
【0038】
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NO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NOの発生量を10p.p.m 前後又はそれ以下にすることができる。
【0039】
即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成されることがない。また、このときNOも極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑制されているので煤は全く生成されない。更に、NOも極めて少量しか発生しない。
【0040】
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生成されず、NO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。
ところで本発明において用いられている新たな燃焼システムのもとで煤およびNOを同時に低減するためにはEGR率を少くともほぼ55パーセント以上にする必要がある。しかしながらEGR率をほぼ55パーセント以上にすることが可能なのは吸入空気量が少ないとき、即ち機関負荷が比較的低いときであり、吸入空気量が一定限度を越えると即ち、要求負荷が一定限度よりも高くなるとEGR率を低下させない限り吸入空気量を増大させることができなくなる。ところがこの場合図2に示される実験例では、吸入空気量が増大するにつれて即ち、要求負荷が高くなるにつれてEGR率をほぼ65パーセントから徐々に低下させると、即ち要求負荷が高くなるにつれて徐々に空燃比を大きくしていくと多量のスモークが発生することになる。従って要求負荷が一定限度を越えたときに要求負荷が高くなるにつれてEGR率をほぼ65パーセントから徐々に低下させ、空燃比を徐々に大きくすることはできない。
【0041】
この場合、多量のスモークが発生するのを阻止するためには要求負荷が一定限度を越えたときに多量のスモークが発生するほぼ40パーセントからほぼ65パーセントのEGR率範囲を飛び越す必要がある。そこで本発明による実施例では要求負荷が低いときにはEGR率を少くともほぼ55パーセント以上に維持し、要求負荷が高くなってEGR率をほぼ55パーセント以上に維持できなくなったときにはEGR率をステップ状にほぼ50パーセント以下まで低下させるようにしている。このとき同時に空燃比もステップ状に大きくなる。
【0042】
EGR率がほぼ55パーセント以上のときには前述したように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っており、このとき第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われている。これに対してEGR率がほぼ50パーセント以下まで低下せしめられたときには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高くなり、このときにはもはや第1の燃焼、即ち低温燃焼を行うことはできない。本発明による実施例でこのように低温燃焼を行うことができないときには第2の燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼が行われる。なお、ここで第1の燃焼、即ち低温燃焼とはこれまでの説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことを云い、第2の燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない燃焼のことを云う。
【0043】
図7はEGR率がほぼ55パーセント以上とされる第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われる第1の運転領域Iと、EGR率がほぼ50パーセント以下とされる第2の燃焼、即ち従来の燃焼方法による燃焼が行われる第2の燃焼領域IIとを示している。なお、図7において縦軸Lはアクセルペダル40の踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Nは機関回転数を示している。また、図7においてX(N)は第1の運転領域Iと第2の運転領域IIとの第1の境界を示しており、Y(N)は第1の運転領域Iと第2の運転領域IIとの第2の境界を示している。第1の運転領域Iから第2の運転領域IIへの運転領域の変化判断は第1の境界X(N)に基づいて行われ、第2の運転領域IIから第1の運転領域Iへの運転領域の変化判断は第2の境界Y(N)に基づいて行われる。
【0044】
即ち、機関の運転状態が第1の運転領域Iにあって第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われているときに要求負荷Lが機関回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越えると運転領域が第2の運転領域IIに移ったと判断され、第2の燃焼に切換えられる。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、第2の燃焼から第1の燃焼に切換えられる。
【0045】
このように第1の境界X(N)と第1の境界X(N)よりも低負荷側の第2の境界Y(N)との二つの境界を設けたのは次に二つの理由による。第1の理由は、第2の運転領域IIの高負荷側では比較的燃焼温度が高く、このとき要求負荷Lが第1の境界X(N)より低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからである。即ち、要求負荷Lがかなり低くなったとき、即ち第2の境界Y(N)よりも低くなったときでなければただちに低温燃焼が開始されないからである。第2の理由は第1の運転領域Iと第2の運転領域II間の運転領域の変化に対してヒステリシスを設けるためである。
【0046】
図8は空燃比センサ21の出力を示している。図8に示されるように空燃比センサ21の出力電流Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空燃比センサ21の出力電流Iから空燃比を知ることができる。
図9は第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われるときの目標空燃比を示している。なお、図9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目標空燃比15.5,16,17,18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16の目標開度STが図10(A)に示されるように要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM32内に記憶されており、空燃比をこの目標空燃比とするのに必要なEGR制御弁23の目標開度SEが図10(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ROM32内に記憶されている。
【0047】
一方、図11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11においてA/F=24,A/F=35,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16の目標開度STが図12(A)に示されるように要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM32内に記憶されており、空燃比をこの目標空燃比とするのに必要なEGR制御弁23の目標開度SEが図12(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ROM32内に記憶されている。
【0048】
ところで機関の運転状態が第1の運転領域Iにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとんど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。このとき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は選択還元型触媒19によって良好に酸化せしめられ、またこのとき排出されるNOは選択還元型触媒19によって良好に還元される。次にこのことについて説明する。
【0049】
選択還元型触媒19としては種々の型式の触媒が知られており、代表的な触媒としてCu−ゼオライト触媒やPt−ゼオライト触媒がよく知られている。これらの選択還元型触媒19は同様な機能を有しており、従ってCu−ゼオライト触媒を例にとって選択還元型触媒19の有する機能について説明する。
即ち、Cu−ゼオライト触媒19においてはゼオライトの細孔内において炭化水素HCが酸素Oによって酸化せしめられ、活性種が生成される(HC+O→活性種)。この活性種はCuイオン上においてNOと反応し、このときNOは活性種によって還元せしめられる(NO+活性種→N+CO+CO)。このように、選択還元型触媒19では炭化水素HCの酸化作用とNOの還元作用が共に行われる。ただし、この場合炭化水素HCの酸化作用とNOの還元作用とが共に行われるようにするためには選択還元型触媒19に流入する排気ガス中に比較的多量の炭化水素HCと比較的多量の酸素Oとが共に存在することが必要となる。
この点に関し本発明において低温燃焼が行われているときには上述したように比較的多量の未燃炭化水素が燃焼室5から排出され、従って排気ガス中には比較的多量の炭化水素が存在することになる。また、低温燃焼が行われているときには図9に示されるように燃焼室5内における空燃比はリーンとなっており、従って排気ガス中には比較的多量の酸素が存在することになる。従って低温燃焼が行われているときには選択還元型触媒19により未燃炭化水素が良好に酸化せしめられ、NOが良好に還元せしめられることになる。
【0050】
一方、第2の燃焼が行われているときにも燃焼室5内における空燃比は図11に示されるようにリーンになっており、従ってこのとき排気ガス中には多量の酸素が存在する。しかしながらこのとき燃焼室5からはさほど多量の未燃炭化水素が排出されない。従ってこのとき本発明による実施例では膨張行程の後半又は排気行程中に燃料噴射弁6から追加の燃料が噴射される。即ち、このように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とこの追加燃料は完全に燃焼することなく未燃炭化水素の形で燃焼室5から排出される。従って排気ガス中には比較的多量の炭化水素が含まれることになり、斯くして選択還元触媒19において炭化水素の酸化作用とNOの還元作用が行われることになる。
【0051】
選択還元触媒19の下流に配置された酸化機能を有する触媒20は選択還元触媒19において酸化しえなかった未燃HC,COを酸化させるために設けられている。この酸化機能を有する触媒20は酸化触媒又は三元触媒からなる。
次に図13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における運転制御の具体的な一例について説明する。
【0052】
図13は要求負荷Lに対するスロットル弁16の開度、EGR制御弁23の開度、EGR率、空燃比、噴射時期および噴射量を示している。図13に示されるように要求負荷Lの低い第1の運転領域Iではスロットル弁16の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、EGR制御弁23の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、図13に示される具体例では第1の運転領域IではEGR率がほぼ70パーセントとされており、空燃比は15から18程度のリーン空燃比とされている。
【0053】
云い換えると第1の運転領域IではEGR率がほぼ70パーセントとなり、空燃比が15から18程度のリーン空燃比となるようにスロットル弁16の開度およびEGR制御弁23の開度が制御される。なお、このとき空燃比は空燃比センサ21の出力信号に基づいてスロットル弁16の開度、EGR制御弁23の開度又は燃料噴射量を補正することによって目標リーン空燃比に制御される。また、第1の運転領域Iでは圧縮上死点TDC前に燃料噴射が行われる。この場合、噴射開始時期θSは要求負荷Lが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θEも噴射開始時期θSが遅くなるにつれて遅くなる。
【0054】
前述したようにアイドリング運転時にはスロットル弁16は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁23も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁16を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室5内の圧力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が小さくなるとピストン4による圧縮仕事が小さくなるために機関本体1の振動が小さくなる。即ち、アイドリング運転時には機関本体1の振動を抑制するためにスロットル弁16が全閉近くまで閉弁せしめられる。
【0055】
機関の運転状態が第1の運転領域Iであるときには煤およびNOはほとんど発生せず、排気ガス中に含まれる煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素は選択還元型触媒19により良好に酸化せしめられる。また、このとき発生する少量のNOは選択還元型触媒19により良好に還元せしめられる。
一方、機関の運転領域が第1の運転領域Iから第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁16の開度が半開状態から全開状態へステップ状に増大せしめられる。このとき図13に示す例ではEGR率がほぼ70パーセントから40パーセント以下までステップ状に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされる。即ち、EGR率が多量のスモークを発生するEGR率範囲を飛び越えるので機関の運転領域が第1の運転領域Iから第2の運転領域IIに変わるときに多量のスモークが発生することがなくなる。
【0056】
第2の運転領域IIでは第2の燃焼、即ち従来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では煤およびNOが若干発生するが低温燃焼に比べて熱効率は高く、従って機関の運転領域が第1の運転領域Iから第2の運転領域IIに変わると図13に示されるように噴射量がステップ状に低減せしめられる。
第2の運転領域IIではスロットル弁16は全開状態に保持され、EGR制御弁23の開度は要求負荷Lが高くなるほど小さくされる。従って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では機関出力を発生するための主噴射Qmと機関から多量の未燃炭化水素を排出させるための追加の噴射Qaとが行われる。
【0057】
図13に示されるように主噴射Qmの噴射開始時期θSは圧縮上死点TDC付近とされる。追加の噴射Qaの噴射量は要求負荷Lにかかわらずにほぼ一定であり、追加の噴射Qaの噴射時期は膨張行程の後半とされている。この追加の噴射Qaによる燃料によって選択還元触媒19により未燃炭化水素HCが酸化され、NOが還元される。
【0058】
次に図14を参照しつつ運転制御について説明する。
図14を参照すると、まず初めにステップ100において機関の運転状態が第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101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103に進んで低温燃焼が行われる。
【0059】
即ち、ステップ103では図10(A)に示すマップからスロットル弁16の目標開度STが算出され、スロットル弁16の開度がこの目標開度STとされる。次いでステップ104では図10(B)に示すマップからEGR制御弁23の目標開度SEが算出され、EGR制御弁23の開度がこの目標開度SEとされる。次いでステップ105では図9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。
【0060】
一方、ステップ101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102に進んでフラグIがリセットされ、次いでステップ108に進んで第2の燃焼が行われる。
即ち、ステップ108では図12(A)に示すマップからスロットル弁16の目標開度STが算出され、スロットル弁16の開度がこの目標開度STとされる。次いでステップ109では図12(B)に示すマップからEGR制御弁23の目標開度SEが算出され、EGR制御弁23の開度がこの目標開度SEとされる。次いでステップ110では図11に示されるリーン空燃比となるように主噴射Qm(図13)が行われ、膨張行程後半に追加の噴射Qa(図13)が行われる。
【0061】
フラグIがリセットされると次の処理サイクルではステップ100からステップ106に進んで要求負荷Lが第2の境界Y(N)よりも低くなったか否かが判別される。L≧Y(N)のときにはステップ108に進み、リーン空燃比のもとで第2の燃焼が行われ、膨張行程の後半に追加の噴射Qaが行われる。
一方、ステップ106においてL<Y(N)になったと判別されたときにはステップ107に進んでフラグIがセットされ、次いでステップ103に進んで低温燃焼が行われる。
【0062】
図15に第2実施例を示す。この実施例では選択還元型触媒19において還元しえなかったNOを浄化するために選択還元型触媒19の下流にNO吸収剤50が配置されている。
このNO吸収剤50は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ptのような貴金属とが担持されている。機関吸気通路、燃焼室5およびNO吸収剤50上流の排気通路内に供給された空気および燃料(炭化水素)の比をNO吸収剤50への流入排気ガスの空燃比と称するとこのNO吸収剤50は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOを吸収し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したNOを放出するNOの吸放出作用を行う。
【0063】
このNO吸収剤50を機関排気通路内に配置すればNO吸収剤50は実際にNO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16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。
【0064】
図15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16(A)に示されるようにこれら酸素OがO 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O 又はO2−と反応し、NOとなる(2NO+O→2NO)。次いで生成されたNO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16(A)に示されるように硝酸イオンNO の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてNOがNO吸収剤50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NOが生成され、吸収剤のNO吸収能力が飽和しない限りNOが吸収剤内に吸収されて硝酸イオンNO が生成される。
【0065】
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NOの生成量が低下する。NOの生成量が低下すると反応が逆方向(NO →NO)に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンNO がNOの形で吸収剤から放出される。このときNO吸収剤50から放出されたNOは図16(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NOが存在しなくなると吸収剤から次から次へとNO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吸収剤50からNOが放出され、しかもこの放出されたNOが還元されるために大気中にNOが排出されることはない。
【0066】
なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもNO吸収剤50からNOが放出される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはNO吸収剤50からNOが徐々にしか放出されないためにNO吸収剤50に吸収されている全NOを放出させるには若干長い時間を要する。
【0067】
ところでNO吸収剤50のNO吸収能力には限度があり、NO吸収剤50のNO吸収能力が飽和する前にNO吸収剤50からNOを放出させる必要がある。そのためにはNO吸収剤50に吸収されているNO量を推定する必要がある。そこで本発明による実施例では第1の燃焼が行われているときの単位時間当りのNO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17(A)に示すようなマップの形で予め求めておき、第2の燃焼が行われているときの単位時間当りのNO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17(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NO吸収量A,Bを積算することによってNO吸収剤50に吸収されているNO量ΣNOXを推定するようにしている。
【0068】
本発明による実施例ではこのNO吸収量ΣNOXが予め定められた許容最大値MAXを越えたときにNO吸収剤50からNOを放出させるようにしている。即ち、低温燃焼が行われているときにNO吸収量ΣNOXが許容最大値MAXを越えたときには燃焼室5内における空燃比が一時的にリッチとされ、それによってNO吸収剤50からNOが放出される。なお、前述したように低温燃焼が行われているときに空燃比がリッチとされても煤はほとんど発生しない。
【0069】
一方、第2実施例では第2の燃焼が行われているときにNO吸収量ΣNOXが許容最大値MAXを越えたときには膨張行程の後半に行われる追加の噴射Qaの燃料量が一時的に増大される。この追加の噴射Qaの燃料増大量はNO吸収剤50に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように定められており、従って追加の噴射Qaの燃料量が増大されるとNO吸収剤50からNOが放出されることになる。
【0070】
図18はNO吸収剤50からNOを放出すべきときにセットされるNO放出フラグの処理ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図18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201に進んで図17(A)に示すマップから単位時間当りのNO吸収量Aが算出される。次いでステップ202ではNO吸収量ΣNOXにAが加算される。次いでステップ203ではNO吸収量ΣNOXが許容最大値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNOX>MAXになるとステップ204に進んで予め定められた時間だけNO放出フラグをセットする処理が行われ、次いでステップ205においてΣNOXが零とされる。
【0071】
一方、ステップ200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206に進んで図17(B)に示すマップから単位時間当りのNO吸収量Bが算出される。次いでステップ207ではNO吸収量ΣNOXにBが加算される。次いでステップ208ではNO吸収量ΣNOXが許容最大値MAXを越えたか否かが判別される。ΣNOX>MAXになるとステップ209に進んで予め定められた時間だけNO放出フラグをセットする処理が行われ、次いでステップ210においてΣNOXが零とされる。
【0072】
次に図19を参照しつつ第2実施例における運転制御について説明する。
図19を参照すると、まず初めにステップ300において機関の運転状態が第1の運転領域Iであることを示すフラグIがセットされているか否かが判別される。フラグIがセットされているとき、即ち機関の運転状態が第1の運転領域Iであるときにはステップ301に進んで要求負荷Lが第1の境界X(N)よりも大きくなったか否かが判別される。L≦X(N)のときにはステップ303に進んで低温燃焼が行われる。
【0073】
即ち、ステップ303では図10(A)に示すマップからスロットル弁16の目標開度STが算出され、スロットル弁16の開度がこの目標開度STとされる。次いでステップ304では図10(B)に示すマップからEGR制御弁23の目標開度SEが算出され、EGR制御弁23の開度がこの目標開度SEとされる。次いでステップ305ではNO放出フラグがセットされているか否かが判別される。NO放出フラグがセットされていないときにはステップ306に進んで図9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。
【0074】
一方、ステップ305においてNO放出フラグがセットされていると判別されたときにはステップ307に進んで燃焼室5内における平均空燃比をリッチにする噴射制御が行われる。このときNO吸収剤50からNOが放出される。
一方、ステップ301においてL>X(N)になったと判別されたときにはステップ302に進んでフラグIがリセットされ、次いでステップ310に進んで第2の燃焼が行われる。
【0075】
即ち、ステップ310では図12(A)に示すマップからスロットル弁16の目標開度STが算出され、スロットル弁16の開度がこの目標開度STとされる。次いでステップ311では図12(B)に示すマップからEGR制御弁23の目標開度SEが算出され、EGR制御弁23の開度がこの目標開度SEとされる。次いでステップ312ではNO放出フラグがセットされているか否かが判別される。NO放出フラグがセットされていないときにはステップ313に進んで図11に示される空燃比となるように主噴射Qmが行われ、膨張行程の後半に追加の噴射Qa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。
【0076】
一方、ステップ312においてNO放出フラグがセットされていると判別されたときにはステップ314に進んでNO吸収剤50に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように追加の噴射Qaの燃料量が増大される。このときNO吸収剤50からNOが放出される。
このように第2実施例では第2の燃焼が行われているときにNO吸収剤50からNOを放出すべきときには追加の噴射Qaの燃料量が増大せしめられる。しかしながら第2の燃焼が行われているときに追加の噴射Qaを行わず、主噴射Qmのみを行い、第2の燃焼が行われているときにNO吸収剤50からNOを放出すべきときのみ膨張行程の後半又は排気行程中に追加の燃料を噴射することもできる。この場合、追加の燃料量はNO吸収剤50に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように定められる。
【0077】
第2の燃焼が行われているときに追加の噴射Qaを行わず、主噴射Qmのみを行うようにした場合には第2の燃焼時に燃焼室5内で発生したNOは選択還元型触媒19ではほとんど還元されず、NO吸収剤50に吸収される。
なお、図15に示される実施例において酸化触媒又は三元触媒を選択還元型触媒19とNO吸収剤50間に配置することもできるし、また酸化触媒又は三元触媒をNO吸収剤50の下流に配置することもできる。
【0078】
【発明の効果】
煤の発生を抑制しつつ未燃HC,COおよびNOが大気に放出されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図2】スモークおよびNOの発生量等を示す図である。
【図3】燃焼圧を示す図である。
【図4】燃料分子を示す図である。
【図5】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図である。
【図6】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図である。
【図7】第1の運転領域Iおよび第2の運転領域IIを示す図である。
【図8】空燃比センサの出力を示す図である。
【図9】第1の燃焼が行われるときの目標空燃比を示す図である。
【図10】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図11】第2の燃焼が行われるときの目標空燃比を示す図である。
【図12】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図13】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図14】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図15】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図16】NOの吸放出作用を説明するための図である。
【図17】単位時間当りのNO吸収量のマップを示す図である。
【図18】NO放出フラグを処理するためのフローチャートである。
【図19】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
6…燃料噴射弁
16…スロットル弁
19…選択還元型触媒
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a compression ignition type internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an internal combustion engine, for example, a diesel engine, NOXThe engine exhaust passage and the engine intake passage are connected by an exhaust gas recirculation (hereinafter, referred to as EGR) passage in order to suppress the generation of the exhaust gas, that is, the exhaust gas, that is, the EGR gas is introduced into the engine intake passage through the EGR passage. I try to recirculate. In this case, the EGR gas has a relatively high specific heat and can absorb a large amount of heat. Therefore, as the EGR gas amount increases, the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) Increases, the combustion temperature in the combustion chamber decreases. NO when combustion temperature dropsXThe more the EGR rate increases, the lower the NOXWill decrease.
[0003]
If the EGR rate is increased as compared with the conventional case, NOXIt has been known that the amount of generation of phenol can be reduced. However, when the EGR rate is increased, when the EGR rate exceeds a certain limit, the amount of generated soot, that is, smoke starts to increase rapidly. In this regard, it has been conventionally considered that if the EGR rate is further increased, the smoke will increase infinitely. Therefore, the EGR rate at which the smoke starts to increase rapidly is considered to be the maximum allowable limit of the EGR rate. Has been.
[0004]
Therefore, conventionally, the EGR rate is set within a range not exceeding the maximum allowable limit (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-334750). The maximum allowable EGR rate varies substantially depending on the type of engine and fuel, but is approximately 30 to 50%. Therefore, in the conventional diesel engine, the EGR rate is suppressed to about 30% to 50% at the maximum.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, it has been considered that the maximum allowable limit exists for the EGR rate. Therefore, the EGR rate is conventionally set to a value within the range not exceeding the maximum allowable limit.XAnd the amount of smoke generated was determined to be as small as possible. However, in this way, the EGR rate is set to NO.XNO even if the amount of smoke generated is minimizedXAnd the reduction in the amount of smoke generated is limited, and in practice, a considerable amount of NOXAt present, smoke is generated.
[0006]
However, if the EGR rate is made larger than the maximum permissible limit in the course of research on the combustion of a diesel engine, the smoke rapidly increases as described above. However, a peak exists in the amount of generated smoke. When the EGR rate is further increased, the smoke starts to decrease rapidly, and when the EGR rate is increased to 70% or more during idling operation, and when the EGR rate is increased to about 55% or more when the EGR gas is cooled strongly, the smoke is almost completely reduced. It was found that it was zero, ie, little soot was generated. In this case, NOXIt has also been found that the amount of generation is extremely small. After that, based on this finding, the reason why no soot is generated was studied, and as a result, unprecedented soot and NOXThis has led to the construction of a new combustion system that can simultaneously reduce the combustion. This new combustion system will be described 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.
[0007]
That is, as a result of repeated experimental research, it has been found that when the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the gas temperature around it are below a certain temperature, the growth of hydrocarbons stops at a stage before reaching soot, and the fuel When the temperature of the gas surrounding the gas exceeds a certain temperature, hydrocarbons grow to soot at a stretch. In this case, the temperature of the fuel and the surrounding gas is greatly affected by the heat absorbing action of the gas around the fuel when the fuel is burned, and the amount of heat absorbed by the gas around the fuel is adjusted according to the calorific value at the time of burning the fuel. As a result, the temperature of the fuel and the surrounding gas can be controlled.
[0008]
Therefore, if the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber is suppressed to a temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, soot will not be generated, and the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber will be reduced. Can be suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, by adjusting the amount of heat absorbed by the gas around the fuel. On the other hand, hydrocarbons whose growth has stopped halfway before reaching soot can be easily purified by post-treatment using a catalyst having an oxidation function. This is the basic idea of a new combustion system.
[0009]
An object of the present invention is to provide a compression ignition type internal combustion engine suitable for the new combustion system.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
That is, in the first invention, as the amount of inert gas in the combustion chamber increases, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak.However, when the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is further increased, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber becomes lower than the temperature at which soot is generated, and soot is hardly generated.In a compression ignition internal combustion engine, hydrocarbons are oxidized in the presence ofX  Is disposed in the engine exhaust passage, and by increasing the amount of inert gas in the combustion chamber from the amount of inert gas at which the amount of generated soot becomes a peak, fuel and fuel during combustion in the combustion chamber are reduced. The temperature of the surrounding gas is suppressed to a temperature lower than the temperature at which soot is generated.
[0011]
According to a second aspect, in the first aspect, a catalyst having an oxidizing function is arranged in the engine exhaust passage downstream of the selective reduction catalyst.
In a third aspect based on the second aspect, the catalyst having an oxidation function comprises an oxidation catalyst or a three-way catalyst.
In a fourth aspect based on the first aspect, there is provided an exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas discharged from the combustion chamber into the engine intake passage, wherein the inert gas is recirculated into the engine intake passage. Consists of recirculated exhaust gas.
[0012]
In a fifth aspect based on the fourth aspect, the exhaust gas recirculation rate is approximately 55% or more.
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect, the first combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the amount of inert gas at which the amount of generated soot becomes a peak and almost no soot is generated, and the amount of generated soot is reduced. There is provided switching means for selectively switching between the second combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is smaller than the peak amount of inert gas.
[0013]
In a seventh aspect based on the sixth aspect, additional fuel is injected during the second half of the expansion stroke or during the exhaust stroke when the second combustion is being performed.
In an eighth aspect based on the sixth aspect, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, the NO contained in the exhaust gas is reduced.XAnd the NO absorbed when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes stoichiometric or rich.XReleases NOXAn absorbent is disposed in the engine exhaust passage downstream of the selective catalytic reduction catalyst, and NO during the first combustion is performed.XNO from absorbentX, The air-fuel ratio in the combustion chamber is temporarily set to the stoichiometric air-fuel ratio or rich.
[0014]
According to a ninth aspect, in the eighth aspect, when the second combustion is being performed, NOXNO from absorbentXShould be released by additional fuel injected during the second half of the expansion stroke or during the exhaust stroke.XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent is set to the stoichiometric air-fuel ratio or rich.
In a tenth aspect based on the sixth aspect, the operating range of the engine is divided into a first operating range on the low load side and a second operating range on the high load side, and the first combustion is performed in the first operating range. In the second operation region, the second combustion is performed.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a 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, 9 Denotes an exhaust valve, and 10 denotes an exhaust port. 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 air cleaner 14 via an intake duct 13. A throttle valve 16 driven by an electric motor 15 is arranged in the intake duct 13. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to a catalytic converter 19a via an exhaust manifold 17 and an exhaust pipe 18, and another catalytic converter 20a is connected to the catalytic converter 19a.
[0016]
In the catalytic converter 19a, hydrocarbons are oxidized in the presence of hydrocarbons in the presence of excess oxygen and NOXIs disposed, and a catalyst 20 having an oxidizing function is disposed in a catalytic converter 20a.
As shown in FIG. 1, an air-fuel ratio sensor 21 is disposed in the exhaust manifold 17. The exhaust manifold 17 and the surge tank 12 are connected to each other via an EGR passage 22, and an electrically controlled EGR control valve 23 is disposed in the EGR passage 22. Further, a cooling device 24 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 22 is disposed around the EGR passage 22. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 24, and the engine cooling water cools the EGR gas.
[0017]
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected via a fuel supply pipe 25 to a fuel reservoir, a so-called common rail 26. Fuel is supplied into the common rail 26 from an electric control type variable discharge fuel pump 27, and the fuel supplied into the common rail 26 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 25. A fuel pressure sensor 28 for detecting the fuel pressure in the common rail 26 is attached to the common rail 26. The fuel pump 27 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 26 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 28. Is controlled.
[0018]
The electronic control unit 30 is composed of a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 31 such as a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. Is provided. The output signal of the air-fuel ratio sensor 21 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. The output signal of the fuel pressure sensor 28 is also input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. . Further, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the electric motor 15, the EGR control valve 23, and the fuel pump 27 via a corresponding drive circuit 38.
[0019]
FIG. 2 shows a change in the output torque when the air-fuel ratio A / F (horizontal axis in FIG. 2) is changed by changing the opening degree and the EGR rate of the throttle valve 16 at the time of low load operation of the engine, smoke, and HC. , CO, NOX4 shows an experimental example showing a change in the emission amount of the gas. As can be seen from FIG. 2, in this experimental example, the smaller the air-fuel ratio A / F, the higher the EGR rate. When the air-fuel ratio A / F is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (.14.6), the EGR rate is 65% or more.
[0020]
As shown in FIG. 2, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the amount of smoke generated when the EGR rate becomes about 40% and the air-fuel ratio A / F becomes about 30 is reduced. Start growing. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, 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 is sharply reduced. When the EGR rate is increased to 65% or more, and the air-fuel ratio A / F becomes about 15.0, the smoke becomes almost zero. . That is, almost no soot is generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and NOXThe amount of generation is considerably low. On the other hand, at this time, the generation amounts of HC and CO begin to increase.
[0021]
FIG. 3A shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 18 and the amount of generated smoke is the largest, and FIG. The graph shows changes in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the amount of generated smoke is almost zero in the vicinity. As can be seen by comparing FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B), FIG. 3 (B) in which the amount of smoke generation is almost zero is shown in FIG. 3 (A) where the amount of smoke generation is large. It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case.
[0022]
The following can be said from the experimental results shown in FIGS. That is, first, when the air-fuel ratio A / F is 15.0 or less and the amount of generated smoke is almost zero, NO as shown in FIG.XThe amount of generation of methane is considerably reduced. NOXThe decrease in the amount of the generated gas means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 has decreased. Therefore, it can be said that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low when little soot is generated. The same can be said from FIG. That is, in the state shown in FIG. 3B where almost no soot is generated, the combustion pressure is low, and the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low at this time.
[0023]
Second, when the amount of generated smoke, that is, the amount of generated soot becomes almost zero, the amount of HC and CO emissions increases as shown in FIG. This means that hydrocarbons are emitted without growing to soot. That is, the linear hydrocarbon and the aromatic hydrocarbon contained in the fuel as shown in FIG. 4 are thermally decomposed when the temperature is increased in a state of lack of oxygen, so that a precursor of soot is formed. A soot consisting of a solid aggregate of carbon atoms is produced. In this case, the actual soot generation process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. It will grow to soot. Therefore, as described above, when the generation amount of soot becomes almost zero, the emission amounts of HC and CO increase as shown in FIG. 2, but HC at this time is a soot precursor or a hydrocarbon in a state before it. .
[0024]
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 amount of generated soot becomes almost zero. The hydrocarbon will be discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental research on this fact, when the temperature of the fuel and the surrounding gas in the combustion chamber 5 is lower than a certain temperature, the growth process of the soot is stopped halfway. It was found that no soot was generated, and soot was generated when the temperature of the fuel and its surroundings in the combustion chamber 5 exceeded a certain temperature.
[0025]
By the way, the temperature of the fuel and its surrounding when the process of producing hydrocarbons is stopped in the state of the soot precursor, that is, the above-mentioned certain temperature varies depending on various factors such as the type of fuel, the air-fuel ratio, the compression ratio, and the like. I can not say how many times, but this certain temperature is NOXIs closely related to the amount of NOx generated, so that this certain temperature is NOXCan be defined to some extent from the amount of occurrence of. That is, as the EGR rate increases, the fuel temperature during combustion and the gas temperature around the fuel decrease, and the NOXGeneration amount decreases. NO at this timeXIs 10 p. p. When it is less or equal to or less than m, almost no soot is generated. Therefore, the above certain temperature is NOXIs 10 p. p. m The temperature almost coincides with the temperature when the temperature becomes lower or higher.
[0026]
Once soot is produced, it cannot be purified by post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in the state before the soot can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidation function. Considering the post-treatment with the catalyst having the oxidation function as described above, it is extremely difficult to discharge hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the state of the precursor of soot or in the state before the soot or in the form of soot from the combustion chamber 5. There is a big difference. The new combustion system used in the present invention discharges hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the form of a soot precursor or previous state without producing soot in the combustion chamber 5 and oxidizes the hydrocarbons. Its core is to oxidize with a functional catalyst.
[0027]
Now, in order to stop the growth of hydrocarbons before soot is generated, it is necessary to suppress the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 to a temperature lower than the temperature at which soot is generated. There is. In this case, it has been found that the endothermic effect of the gas around the fuel when the fuel burns has an extremely large effect on suppressing the temperature of the fuel and the gas around the fuel.
[0028]
That is, if there is only air 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 becomes extremely high locally. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the heat of combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature becomes extremely high locally, the unburned hydrocarbons that have received the heat of combustion will generate soot.
[0029]
On the other hand, when fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air, the situation is slightly different. In this case, the evaporated fuel diffuses to the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, since the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas, 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 kept low by the endothermic effect of the inert gas.
[0030]
In this case, controlling the temperature of the fuel and its surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which soot is generated requires an amount of an inert gas that can absorb a sufficient amount of heat to do so. Therefore, if the amount of fuel increases, the required amount of inert gas increases accordingly. In this case, the endothermic effect becomes stronger as the specific heat of the inert gas increases, so that the inert gas preferably has a higher specific heat. In this regard, CO2Since EGR gas has a relatively large specific heat, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas.
[0031]
FIG. 5 shows the relationship between the EGR rate and smoke when the EGR gas is used as the inert gas and the degree of cooling of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 5, the curve A shows a case where the EGR gas is cooled strongly and the EGR gas temperature is maintained at approximately 90 ° C., and the curve B shows a case where the EGR gas is cooled by a small cooling device. , Curve C shows the case where the EGR gas is not forcibly cooled.
[0032]
As shown by the curve A in FIG. 5, when the EGR gas is cooled strongly, the amount of soot generation peaks at a point where the EGR rate is slightly lower than 50%. In this case, the EGR rate is increased to approximately 55% or more. Then, almost no soot is generated.
On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 5, when the EGR gas is slightly cooled, the amount of soot generation peaks at a point where the EGR rate is slightly higher than 50%, and in this case, the EGR rate is increased to about 65% or more. So that almost no soot is generated.
[0033]
As shown by the curve C in FIG. 5, when the EGR gas is not forcibly cooled, the amount of soot generation reaches a peak when the EGR rate is around 55%. Above a percentage, soot is hardly generated.
FIG. 5 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high. When the engine load decreases, the EGR rate at which the amount of soot peaks slightly decreases, and the EGR rate at which almost no soot is generated Also lowers slightly. As described above, the lower limit of the EGR rate at which almost no soot is generated varies depending on the degree of cooling of the EGR gas and the engine load.
[0034]
FIG. 6 shows a mixed gas amount of the EGR gas and the air necessary for setting the fuel temperature during combustion and the surrounding gas temperature to a temperature lower than the temperature at which soot is generated when EGR gas is used as the inert gas; Further, the ratio of air in the mixed gas amount and the ratio of EGR gas in the mixed gas are shown. In FIG. 6, the vertical axis indicates the total intake gas amount drawn into the combustion chamber 5, and the dashed line Y indicates the total intake gas amount that can be drawn into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. ing. The horizontal axis indicates the required load, and Z1 indicates the low load operation region.
[0035]
Referring to FIG. 6, the proportion of air, that is, the amount of air in the mixed gas, indicates 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 stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 6, the ratio of the EGR gas, that is, the amount of the EGR gas in the mixed gas, is set so that when the injected fuel is burned, the temperature of the fuel and the surrounding gas is lower than the temperature at which the soot is formed. The minimum required EGR gas amount is shown. This EGR gas amount is approximately 55% or more in terms of the EGR rate, and is 70% or more in the embodiment shown in FIG. That is, the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 is indicated by a solid line X in FIG. 6, and the ratio between the air amount and the EGR gas amount in the total intake gas amount X is as shown in FIG. The temperature of the fuel and the gas around it will be lower than the temperature at which soot is produced, so that no soot is generated. In this case, NOXThe amount generated is 10 p. p. m around or below and therefore NOXIs extremely small.
[0036]
As the amount of fuel injection increases, the amount of heat generated when the fuel burns increases. Therefore, in order to maintain the temperature of the fuel and its surrounding gas at a temperature lower than the temperature at which soot is generated, the amount of heat absorbed by the EGR gas Must be increased. Accordingly, as shown in FIG. 6, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount increases. That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases.
[0037]
On the other hand, in the load region Z2 in 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 sucked. Therefore, in this case, it is necessary to supercharge or pressurize both the EGR gas and the intake air or the EGR gas in order to supply the total intake gas amount X necessary for preventing the generation of soot into the combustion chamber 5. When the EGR gas or the like is not supercharged or pressurized, the total intake gas amount X matches the total intake gas amount Y that can be sucked in the load region Z2. Therefore, in this case, in order to prevent the generation of soot, the amount of air is slightly reduced to increase the amount of EGR gas, and the fuel is burned under a rich air-fuel ratio.
[0038]
As described above, FIG. 6 shows the case where the fuel is burned under the stoichiometric air-fuel ratio. However, even if the air amount is smaller than the air amount shown in FIG. 6 in the low load operation region Z1 shown in FIG. That is, even if the air-fuel ratio is made rich, NOXIs 10 p. p. m or less, and even if the air amount is larger than the air amount shown in FIG. 6 in the low load region Z1 shown in FIG. NO while preventing soot generation even when leanXIs 10 p. p. m can be around or below.
[0039]
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 excess fuel does not grow to soot, and thus no soot is generated. At this time, NOXOnly a very small amount 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 when the combustion temperature increases, but in the present invention, the soot is suppressed to a low temperature, so that the soot is reduced. Not generated at all. Furthermore, NOXOnly a very small amount is generated.
[0040]
Thus, in the engine low load operation region Z1, no soot is generated regardless of the air-fuel ratio, that is, regardless of whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean, and NOXIs 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, under the new combustion system used in the present invention, soot and NOXIn order to simultaneously reduce the EGR rate, the EGR rate needs to be at least approximately 55% or more. However, it is possible to make the EGR rate approximately 55% or more when the intake air amount is small, that is, when the engine load is relatively low, and when the intake air amount exceeds a certain limit, that is, when the required load exceeds the certain limit. If it becomes high, the intake air amount cannot be increased unless the EGR rate is reduced. However, in this case, in the experimental example shown in FIG. 2, as the intake air amount increases, that is, as the required load increases, the EGR rate gradually decreases from approximately 65%, that is, as the required load increases, the empty space gradually decreases. When the fuel ratio is increased, a large amount of smoke is generated. Therefore, when the required load exceeds a certain limit, as the required load increases, the EGR rate is gradually reduced from approximately 65%, and the air-fuel ratio cannot be gradually increased.
[0041]
In this case, in order to prevent generation of a large amount of smoke, it is necessary to jump over an EGR rate range of approximately 40% to approximately 65% where a large amount of smoke occurs when the required load exceeds a certain limit. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the required load is low, the EGR rate is maintained at least at about 55% or more. When the required load becomes high and the EGR rate cannot be maintained at about 55% or more, the EGR rate is stepped. It is to be reduced to almost 50% or less. At this time, the air-fuel ratio also increases stepwise.
[0042]
When the EGR rate is approximately 55% or more, the temperature of the fuel and the surrounding gas is lower than the temperature at which soot is generated, as described above. At this time, the first combustion, that is, the low-temperature combustion is performed. I have. On the other hand, when the EGR rate is reduced to about 50% or less, the temperature of the fuel and the surrounding gas becomes higher than the temperature at which the soot is formed, and at this time, the first combustion, that is, the low temperature combustion is no longer performed. Can not. When the low-temperature combustion cannot be performed in the embodiment according to the present invention, the second combustion, that is, the combustion that is conventionally performed conventionally, is performed. Here, the first combustion, that is, the low-temperature combustion, has a larger amount of the inert gas in the combustion chamber than the amount of the inert gas at which the generation amount of soot is a peak, as is apparent from the description so far, and almost all the soot is generated. The second combustion, that is, the combustion that has been conventionally performed, is combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas at which the amount of soot generation peaks. I say
[0043]
FIG. 7 shows the first combustion in which the EGR rate is approximately 55% or more, that is, the first operation region I in which low-temperature combustion is performed, and the second combustion in which the EGR rate is approximately 50% or less, that is, the conventional combustion. 2 shows a second combustion region II in which combustion is performed by a combustion method. In FIG. 7, the vertical axis L indicates the amount of depression of the accelerator pedal 40, that is, the required load, and the horizontal axis N indicates the engine speed. In FIG. 7, X (N) indicates a first boundary between the first operation region I and the second operation region II, and Y (N) indicates the first operation region I and the second operation region. The second boundary with the area II is shown. The determination of the change of the operation region from the first operation region I to the second operation region II is made based on the first boundary X (N), and the change from the second operation region II to the first operation region I is performed. The determination of the change of the operating region is performed based on the second boundary Y (N).
[0044]
That is, when the operating state of the engine is in the first operating region I and the first combustion, that is, the low-temperature combustion is being performed, the required load L is a first boundary X (N ), It is determined that the operation region has shifted to the second operation region II, and the operation is switched to the second combustion. Next, when the required load L becomes lower than a second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operation region has shifted to the first operation region I, and the second combustion is shifted to the first combustion. Is switched.
[0045]
The two boundaries of the first boundary X (N) and the second boundary Y (N) on the lower load side than the first boundary X (N) are provided for the following two reasons. . The first reason is that the combustion temperature is relatively high on the high load side of the second operation region II, and even if the required load L becomes lower than the first boundary X (N), low-temperature combustion cannot be performed immediately. Because. That is, the low-temperature combustion does not start immediately unless the required load L becomes considerably low, that is, when the required load L becomes lower than the second boundary Y (N). The second reason is that hysteresis is provided for a change in the operation range between the first operation range I and the second operation range II.
[0046]
FIG. 8 shows the output of the air-fuel ratio sensor 21. As shown in FIG. 8, the output current I of the air-fuel ratio sensor 21 changes according to the air-fuel ratio A / F. Therefore, the air-fuel ratio can be known from the output current I of the air-fuel ratio sensor 21.
FIG. 9 shows the target air-fuel ratio when the first combustion, that is, the low-temperature combustion is performed. In FIG. 9, curves A / F = 15.5, A / F = 16, A / F = 17, and A / F = 18 indicate target air-fuel ratios of 15.5, 16, 17, and 18, respectively. Is shown. As shown in FIG. 10A, the target opening degree ST of the throttle valve 16 required for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N. The target opening SE of the EGR control valve 23 required for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio is calculated as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. It is stored in the ROM 32 in the form of a map in advance.
[0047]
On the other hand, FIG. 11 shows the target air-fuel ratio when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed. Note that, in FIG. 11, curves indicated by A / F = 24, A / F = 35, A / F = 45, and A / F = 60 indicate target air-fuel ratios 24, 35, 45, and 60, respectively. As shown in FIG. 12A, the target opening degree ST of the throttle valve 16 necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N. The target opening SE of the EGR control valve 23 required for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio is a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. It is stored in the ROM 32 in the form of a map in advance.
[0048]
By the way, when the operating state of the engine is in the first operating region I and low-temperature combustion is being performed, almost no soot is generated, and instead, the unburned hydrocarbon is in the form of a precursor of soot or a state before it. It is discharged from the combustion chamber 5. At this time, the unburned hydrocarbon discharged from the combustion chamber 5 is oxidized well by the selective reduction catalyst 19, and the NO discharged at this time is discharged.XIs satisfactorily reduced by the selective reduction catalyst 19. Next, this will be described.
[0049]
Various types of catalysts are known as the selective reduction catalyst 19, and a typical catalyst is a Cu-zeolite catalyst or a Pt-zeolite catalyst. These selective reduction catalysts 19 have similar functions. Therefore, the functions of the selective reduction catalyst 19 will be described using a Cu-zeolite catalyst as an example.
That is, in the Cu-zeolite catalyst 19, hydrocarbon HC is converted to oxygen O in pores of the zeolite.2To form active species (HC + O2→ active species). This active species is NO on Cu ionsXAnd at this time NOXIs reduced by the active species (NOX+ Active species → N2+ CO + CO2). Thus, in the selective reduction catalyst 19, the oxidizing action of hydrocarbon HC and NOXAre performed together. However, in this case, the oxidation action of hydrocarbon HC and NOXIn order to perform the reduction action together, a relatively large amount of hydrocarbon HC and a relatively large amount of oxygen O are contained in the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst 19.2Must exist together.
In this regard, when low-temperature combustion is performed in the present invention, a relatively large amount of unburned hydrocarbons is discharged from the combustion chamber 5 as described above, and therefore, a relatively large amount of hydrocarbons is present in the exhaust gas. become. When low-temperature combustion is being performed, as shown in FIG. 9, the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean, and therefore, a relatively large amount of oxygen is present in the exhaust gas. Therefore, when low-temperature combustion is being performed, unburned hydrocarbons are oxidized favorably by the selective reduction catalyst 19, and NOXIs favorably reduced.
[0050]
On the other hand, even when the second combustion is being performed, the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean as shown in FIG. 11, and therefore, at this time, a large amount of oxygen exists in the exhaust gas. However, at this time, not much unburned hydrocarbon is discharged from the combustion chamber 5. Accordingly, at this time, in the embodiment according to the present invention, additional fuel is injected from the fuel injection valve 6 in the latter half of the expansion stroke or during the exhaust stroke. That is, when the additional fuel is injected in the latter half of the expansion stroke or during the exhaust stroke, the additional fuel is discharged from the combustion chamber 5 in the form of unburned hydrocarbon without completely burning. Therefore, a relatively large amount of hydrocarbons is contained in the exhaust gas.XIs performed.
[0051]
A catalyst 20 having an oxidation function disposed downstream of the selective reduction catalyst 19 is provided to oxidize unburned HC and CO that could not be oxidized in the selective reduction catalyst 19. The catalyst 20 having the oxidation function is an oxidation catalyst or a three-way catalyst.
Next, a specific example of operation control in the first operation region I and the second operation region II will be described with reference to FIG.
[0052]
FIG. 13 shows the opening degree of the throttle valve 16, the opening degree of the EGR control valve 23, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing, and the injection amount with respect to the required load L. As shown in FIG. 13, in the first operating region I where the required load L is low, the opening of the throttle valve 16 is gradually increased from almost fully closed to about half-open as the required load L increases, and the EGR control valve 23 Is gradually increased from near fully closed to fully open as the required load L increases. In the specific example shown in FIG. 13, in the first operation region I, the EGR rate is approximately 70%, and the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio of about 15 to 18.
[0053]
In other words, in the first operation region I, the opening of the throttle valve 16 and the opening of the EGR control valve 23 are controlled such that the EGR rate becomes approximately 70% and the air-fuel ratio becomes a lean air-fuel ratio of about 15 to 18. You. At this time, the air-fuel ratio is controlled to the target lean air-fuel ratio by correcting the opening of the throttle valve 16, the opening of the EGR control valve 23, or the fuel injection amount based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 21. 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 is delayed as the required load L is increased, and the injection completion timing θE is delayed as the injection start timing θS is delayed.
[0054]
As described above, at the time of idling operation, the throttle valve 16 is closed to almost fully closed, and at this time, the EGR control valve 23 is also closed to almost fully closed. When the throttle valve 16 is closed close to the fully closed position, the pressure in the combustion chamber 5 at the start of compression decreases, so that the compression pressure decreases. When the compression pressure decreases, the compression work by the piston 4 decreases, so that the vibration of the engine body 1 decreases. That is, at the time of idling operation, the throttle valve 16 is closed to almost fully closed in order to suppress the vibration of the engine body 1.
[0055]
When the operating state of the engine is in the first operating region I, soot and NOXIs hardly generated, and the soot precursor or the hydrocarbon in a state before the soot contained in the exhaust gas is oxidized well by the selective reduction catalyst 19. Also, a small amount of NO generated at this timeXCan be satisfactorily reduced by the selective reduction catalyst 19.
On the other hand, when the operating region of the engine changes from the first operating region I to the second operating region II, the opening of the throttle valve 16 is increased stepwise from a half-open state to a fully-open state. At this time, in the example shown in FIG. 13, the EGR rate is reduced stepwise from approximately 70% to 40% or less, and the air-fuel ratio is increased stepwise. That is, since the EGR rate jumps over the EGR rate range in which a large amount of smoke is generated, a large amount of smoke is not generated when the operation region of the engine changes from the first operation region I to the second operation region II.
[0056]
In the second operation region II, the second combustion, that is, the conventional combustion is performed. In this combustion method, soot and NOXIs generated, but the thermal efficiency is higher than that of low-temperature combustion. Therefore, when the operating region of the engine changes from the first operating region I to the second operating region II, the injection amount decreases stepwise as shown in FIG. I'm sullen.
In the second operation region II, the throttle valve 16 is kept in a fully open state, and the opening of the EGR control valve 23 is reduced as the required load L increases. Therefore, the EGR rate decreases as the required load L increases, and the air-fuel ratio decreases as the required load L increases. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even when the required load L increases. In the second operation region II, a main injection Qm for generating engine output and an additional injection Qa for discharging a large amount of unburned hydrocarbons from the engine are performed.
[0057]
As shown in FIG. 13, the injection start timing θS of the main injection Qm is set near the compression top dead center TDC. The injection amount of the additional injection Qa is substantially constant regardless of the required load L, and the injection timing of the additional injection Qa is set in the latter half of the expansion stroke. The unburned hydrocarbon HC is oxidized by the selective reduction catalyst 19 by the fuel from the additional injection Qa, and NOXIs reduced.
[0058]
Next, the operation control will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 14, first, in step 100, it is determined whether or not a flag I indicating that the operating state of the engine is in the first operating region I is set. When the flag I is set, that is, when the operating state of the engine is in the first operating region I, the routine proceeds to step 101, where it is determined whether the required load L has become larger than the first boundary X (N). Is done. When L ≦ X (N), the routine proceeds to step 103, where low-temperature combustion is performed.
[0059]
That is, in step 103, the target opening ST of the throttle valve 16 is calculated from the map shown in FIG. 10A, and the opening of the throttle valve 16 is set to the target opening ST. Next, at step 104, the target opening SE of the EGR control valve 23 is calculated from the map shown in FIG. 10B, and the opening of the EGR control valve 23 is set to the target opening SE. Next, at step 105, fuel injection is performed so as to attain the air-fuel ratio shown in FIG. At this time, low-temperature combustion is performed under a lean air-fuel ratio.
[0060]
On the other hand, when it is determined in step 101 that L> X (N), the routine proceeds to step 102, where the flag I is reset, and then proceeds to step 108 to perform the second combustion.
That is, in step 108, the target opening ST of the throttle valve 16 is calculated from the map shown in FIG. 12A, and the opening of the throttle valve 16 is set to the target opening ST. Next, at step 109, the target opening SE of the EGR control valve 23 is calculated from the map shown in FIG. 12B, and the opening of the EGR control valve 23 is set to this target opening SE. Next, at step 110, the main injection Qm (FIG. 13) is performed so as to obtain the lean air-fuel ratio shown in FIG. 11, and the additional injection Qa (FIG. 13) is performed in the latter half of the expansion stroke.
[0061]
When the flag I is reset, the process proceeds from step 100 to step 106 in the next processing cycle, and it is determined whether the required load L has become lower than the second boundary Y (N). When L ≧ Y (N), the routine proceeds to step 108, where the second combustion is performed under the lean air-fuel ratio, and the additional injection Qa is performed in the latter half of the expansion stroke.
On the other hand, when it is determined in step 106 that L <Y (N), the routine proceeds to step 107, where the flag I is set, and then proceeds to step 103 to perform low-temperature combustion.
[0062]
FIG. 15 shows a second embodiment. In this embodiment, NO that could not be reduced in the selective reduction catalyst 19XNO to the downstream of the selective catalytic reduction catalyst 19 in order to purifyXAn absorbent 50 is provided.
This NOXThe absorbent 50 is made of, for example, alumina as a carrier. On this carrier, for example, potassium K, sodium Na, lithium Li, alkali metal such as cesium Cs, barium Ba, alkaline earth such as calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y At least one selected from such rare earths and a noble metal such as platinum Pt are supported. Engine intake passage, combustion chamber 5 and NOXThe ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the exhaust passage upstream of the absorbent 50 is set to NO.XWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 50 is called this NOXThe absorbent 50 is NO when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean.XNO when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes stoichiometric or rich.XReleases NOXPerforms the absorption and release action.
[0063]
This NOXNO if the absorbent 50 is arranged in the engine exhaust passageXAbsorbent 50 is actually NOXHowever, there is a part where the detailed mechanism of the absorption / release action is not clear. However, it is considered that this absorption / release action is performed by a mechanism as shown in FIG. Next, this mechanism will be described by taking platinum Pt and barium Ba supported on a carrier as an example, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0064]
In the compression ignition type internal combustion engine shown in FIG. 15, combustion is performed with the air-fuel ratio in the normal combustion chamber 5 being lean. When the combustion is performed with the lean air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas is high. At this time, as shown in FIG.2Is O2 Or O2-On the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas becomes O 2 on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with NO2(2NO + O2→ 2NO2). NO generated next2Is absorbed in the absorbent while being oxidized on the platinum Pt and combined with barium oxide BaO, as shown in FIG.3 Diffuses into the absorbent in the form of NO in this wayXIs NOXIt is absorbed in the absorbent 50. NO on the surface of platinum Pt as long as the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high2Is generated, and the NOXNO unless absorption capacity is saturated2Is absorbed in the absorbent and nitrate ion NO3 Is generated.
[0065]
On the other hand, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, and as a result, NO on the surface of the platinum Pt is reduced.2Is reduced. NO2The reaction proceeds in the reverse direction (NO3 → NO2) And thus the nitrate ions NO in the absorbent3 Is NO2Released from the absorbent in the form of NO at this timeXNO released from absorbent 50XIs reduced by reacting with a large amount of unburned HC and CO contained in the inflowing exhaust gas as shown in FIG. Thus, NO on the surface of platinum Pt2When no longer exists, NO is changed from one absorbent to the next2Is released. Therefore, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, NOXNO from absorbent 50XIs released, and the released NOXNO in the atmosphere to be reducedXIs not emitted.
[0066]
In this case, even if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is set to the stoichiometric air-fuel ratio, NOXNO from absorbent 50XIs released. However, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is set to the stoichiometric air-fuel ratio, NOXNO from absorbent 50XIs released only slowlyXTotal NO absorbed in absorbent 50XIt takes a slightly longer time to release.
[0067]
By the way, NOXNO of absorbent 50XAbsorption capacity is limited, NOXNO of absorbent 50XNO before absorption capacity is saturatedXNO from absorbent 50XMust be released. NO for thatXNO absorbed in the absorbent 50XThe quantity needs to be estimated. Therefore, in the embodiment according to the present invention, NO per unit time when the first combustion is performedXThe absorption amount A is determined in advance in the form of a map as shown in FIG. 17A as a function of the required load L and the engine speed N, and the NO per unit time during the second combustion is performed.XThe absorption amount B is previously obtained as a function of the required load L and the engine speed N in the form of a map as shown in FIG.XNO by integrating absorption amounts A and BXNO absorbed in the absorbent 50XThe amount ΣNOX is estimated.
[0068]
In the embodiment according to the present invention, this NOXNO when the absorption amount ΣNOX exceeds a predetermined allowable maximum value MAX.XNO from absorbent 50XIs to be released. That is, when low-temperature combustion is being performed, NOXWhen the absorption amount ΣNOX exceeds the permissible maximum value MAX, the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is temporarily made rich, whereby the NOXNO from absorbent 50XIs released. As described above, even when the air-fuel ratio is made rich during low-temperature combustion, almost no soot is generated.
[0069]
On the other hand, in the second embodiment, when the second combustion is being performed, NOXWhen the absorption amount ΣNOX exceeds the allowable maximum value MAX, the fuel amount of the additional injection Qa performed in the latter half of the expansion stroke is temporarily increased. The fuel increase of this additional injection Qa is NOXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 50 is set to be rich, so that if the fuel amount of the additional injection Qa is increased, NOXNO from absorbent 50XWill be released.
[0070]
FIG. 18 is NOXNO from absorbent 50XSet when to releaseXThis shows a routine for processing the release flag, and this routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 18, first, at step 200, it is determined whether or not a flag I indicating that the operation region of the engine is the first operation region I is set. When the flag I is set, that is, when the operation region of the engine is the first operation region I, the routine proceeds to step 201, where NO per unit time is obtained from the map shown in FIG.XThe absorption amount A is calculated. Next, at step 202, NOXA is added to the absorption amount ΣNOX. Next, at step 203, NOXIt is determined whether or not the absorption amount XNOX exceeds the allowable maximum value MAX.と If NOX> MAX, proceed to step 204 and NO for a predetermined time.XA process of setting the release flag is performed, and then in step 205, ΣNOX is made zero.
[0071]
On the other hand, when it is determined in step 200 that the flag I has been reset, that is, when the operating region of the engine is in the second operating region II, the routine proceeds to step 206, where the map per unit time is obtained from the map shown in FIG. NOXThe absorption amount B is calculated. Next, at step 207, NOXB is added to the absorption amount ΣNOX. Next, at step 208, NOXIt is determined whether or not the absorption amount XNOX exceeds the allowable maximum value MAX.と If NOX> MAX, proceed to step 209 and NO for a predetermined timeXA process for setting the release flag is performed, and then in step 210, ΣNOX is made zero.
[0072]
Next, the operation control in the second embodiment will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 19, first, at step 300, it is determined whether or not a flag I indicating that the operating state of the engine is in the first operating region I is set. When the flag I is set, that is, when the operating state of the engine is in the first operating region I, the routine proceeds to step 301, where it is determined whether or not the required load L has become larger than the first boundary X (N). Is done. When L ≦ X (N), the routine proceeds to step 303, where low-temperature combustion is performed.
[0073]
That is, in step 303, the target opening ST of the throttle valve 16 is calculated from the map shown in FIG. 10A, and the opening of the throttle valve 16 is set to the target opening ST. Next, at step 304, the target opening SE of the EGR control valve 23 is calculated from the map shown in FIG. 10B, and the opening of the EGR control valve 23 is set to the target opening SE. Next, at step 305, NOXIt is determined whether the release flag is set. NOXIf the release flag has not been set, the routine proceeds to step 306, where fuel injection is performed so as to achieve the air-fuel ratio shown in FIG. At this time, low-temperature combustion is performed under a lean air-fuel ratio.
[0074]
On the other hand, in step 305, NOXWhen it is determined that the release flag has been set, the routine proceeds to step 307, where injection control for enriching the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is performed. NO at this timeXNO from absorbent 50XIs released.
On the other hand, when it is determined in step 301 that L> X (N), the routine proceeds to step 302, where the flag I is reset, and then proceeds to step 310 to perform the second combustion.
[0075]
That is, in step 310, the target opening ST of the throttle valve 16 is calculated from the map shown in FIG. 12A, and the opening of the throttle valve 16 is set to the target opening ST. Next, at step 311, the target opening SE of the EGR control valve 23 is calculated from the map shown in FIG. 12B, and the opening of the EGR control valve 23 is set as the target opening SE. Next, at step 312, NOXIt is determined whether the release flag is set. NOXWhen the release flag is not set, the routine proceeds to step 313, where the main injection Qm is performed so as to have the air-fuel ratio shown in FIG. 11, and the additional injection Qa is performed in the latter half of the expansion stroke. At this time, the second combustion is performed under the lean air-fuel ratio.
[0076]
On the other hand, in step 312, NOXWhen it is determined that the release flag is set, the routine proceeds to step 314, and NOXThe fuel amount of the additional injection Qa is increased so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 50 becomes rich. NO at this timeXNO from absorbent 50XIs released.
As described above, in the second embodiment, when the second combustion is being performed, NOXNO from absorbent 50XIs to be released, the fuel amount of the additional injection Qa is increased. However, when the second combustion is being performed, no additional injection Qa is performed, only the main injection Qm is performed, and when the second combustion is being performed, NO is determined.XNO from absorbent 50XAdditional fuel can be injected during the latter half of the expansion stroke or during the exhaust stroke only when is to be released. In this case, the additional fuel amount is NOXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 50 is determined to be rich.
[0077]
When the additional injection Qa is not performed when the second combustion is being performed and only the main injection Qm is performed, the NO generated in the combustion chamber 5 during the second combustion is used.XIs hardly reduced by the selective reduction catalyst 19, and NOXAbsorbed by the absorbent 50.
In the embodiment shown in FIG. 15, the oxidation catalyst or the three-way catalyst is replaced with the selective reduction catalyst 19 and NO.XIt can be placed between the absorbents 50, or the oxidation catalyst or the three-way catalystXIt can also be located downstream of the absorbent 50.
[0078]
【The invention's effect】
Unburned HC, CO and NO while controlling the generation of sootXCan be suppressed from being released into the atmosphere.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
FIG. 2 Smoke and NOXFIG.
FIG. 3 is a diagram showing a combustion pressure.
FIG. 4 is a diagram showing fuel molecules.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a generation amount of smoke and an EGR rate.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.
FIG. 7 is a diagram showing a first operation region I and a second operation region II.
FIG. 8 is a diagram showing an output of an air-fuel ratio sensor.
FIG. 9 is a diagram showing a target air-fuel ratio when the first combustion is performed.
FIG. 10 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.
FIG. 11 is a diagram showing a target air-fuel ratio when a second combustion is performed.
FIG. 12 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.
FIG. 13 is a diagram showing an opening degree of a throttle valve and the like.
FIG. 14 is a flowchart for controlling operation of the engine.
FIG. 15 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
FIG. 16 NOXIt is a figure for explaining the absorption-release action of.
FIG. 17: NO per unit timeXIt is a figure showing a map of an amount of absorption.
FIG. 18 NOXIt is a flowchart for processing a release flag.
FIG. 19 is a flowchart for controlling the operation of the engine.
[Explanation of symbols]
6 ... Fuel injection valve
16 ... Throttle valve
19… Selective reduction catalyst

Claims (10)

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、燃焼室内に供給される不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる圧縮着火式内燃機関において、過剰酸素のもとで炭化水素の存在下で炭化水素を酸化しかつNO を還元する選択還元型触媒を機関排気通路内に配置し、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を多くすることによ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煤が生成される温度よりも低い温度に抑制した圧縮着火式内燃機関。As you increase the amount of inert gas in the combustion chamber is peaked increases the amount of soot produced gradually, at the time of combustion in the combustion chamber will further increase the amount of inert gas supplied to the combustion chamber In a compression ignition type internal combustion engine in which the temperature of the fuel and its surrounding gas is lower than the soot generation temperature and soot is hardly generated , hydrocarbons are oxidized in the presence of hydrocarbons in the presence of excess oxygen and NO X Is disposed in the engine exhaust passage, and the amount of inert gas in the combustion chamber is made larger than the amount of inert gas at which the amount of soot generated becomes a peak, so that fuel and fuel during combustion in the combustion chamber are reduced. A compression ignition type internal combustion engine in which the temperature of the surrounding gas is suppressed to a temperature lower than the temperature at which soot is generated. 上記選択還元型触媒下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に記載の圧縮着火式内燃機関。2. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein a catalyst having an oxidation function is arranged in an engine exhaust passage downstream of the selective reduction catalyst. 該酸化機能を有する触媒が酸化触媒又は三元触媒からなる請求項2に記載の圧縮着火式内燃機関。3. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 2, wherein the catalyst having the oxidation function is an oxidation catalyst or a three-way catalyst. 燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備し、上記不活性ガスが機関吸気通路内に再循環された再循環排気ガスからなる請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関。2. An exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas discharged from a combustion chamber into an engine intake passage, wherein the inert gas comprises recirculated exhaust gas recirculated into the engine intake passage. A compression ignition type internal combustion engine according to claim 1. 排気ガス再循環率がほぼ55パーセント以上である請求項4に記載の圧縮着火式内燃機関。5. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 4, wherein an exhaust gas recirculation rate is approximately 55% or more. 煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない第1の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第2の燃焼とを選択的に切換える切換手段を具備した請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関。The first combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the amount of inert gas in which the amount of soot is peaked and little soot is generated, and the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas in which the amount of soot is peaked. 2. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 1, further comprising switching means for selectively switching between the second combustion and the second combustion having a small amount of inert gas. 上記第2の燃焼が行われている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するようにした請求項6に記載の圧縮着火式内燃機関。7. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 6, wherein additional fuel is injected during the second half of the expansion stroke or during the exhaust stroke when the second combustion is being performed. 流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOを吸収しかつ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したNOを放出するNO吸収剤を上記選択還元型触媒下流の機関排気通路内に配置し、上記第1の燃焼が行われているときにNO吸収剤からNOを放出すべきときには燃焼室内における空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチにするようにした請求項6に記載の圧縮着火式内燃機関。The the NO X absorbent air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to release the NO X when the air-fuel ratio of the exhaust gas absorb and flowing the NO X contained in the exhaust gas is absorbed and becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich when the lean placed above selective reduction catalyst downstream of the engine exhaust passage, temporarily theoretical air fuel ratio in the combustion chamber to when releasing the NO X from the NO X absorbent when the first combustion is being performed 7. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 6, wherein the fuel ratio is made rich. 上記第2の燃焼が行われているときにNO吸収剤からNOを放出すべきときには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によってNO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8に記載の圧縮着火式内燃機関。When NO X is to be released from the NO X absorbent during the second combustion, the exhaust gas flowing into the NO X absorbent by the additional fuel injected in the second half of the expansion stroke or during the exhaust stroke. 9. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 8, wherein the air-fuel ratio is set to a stoichiometric air-fuel ratio or rich. 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6に記載の圧縮着火式内燃機関。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, and a first combustion is performed in the first operating region, and a second combustion is performed in the second operating region. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 6, wherein combustion is performed.
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