JP3358551B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。

【０００２】

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

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

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

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

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

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

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

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの新たな燃
焼では安定した燃焼の得られる燃料噴射時期が比較的狹
いクランク角範囲内に限られている。即ち、燃料噴射時
期を早くすると噴射燃料は長時間に亘って圧縮高温ガス
により加熱されるために燃焼時に燃料およびその周囲の
ガス温は高くなり、その結果炭化水素が煤まで成長して
しまうのでスモークが発生することになる。これに対し
て燃料噴射時期を遅くすると噴射燃料の温度があまり上
昇しないために大部分の燃料は燃焼せず、斯くして失火
を生ずることになる。

【００１０】即ち、この新たな燃焼では燃料噴射時期に
対してスモークが発生せずかつ失火を生じない安定した
燃焼の得られる最適なクランク角範囲が存在し、従って
この新たな燃焼を行う場合にはこの最適なクランク角範
囲において燃料噴射を行う必要がある。しかしながらこ
の安定した燃焼の得られる最適なクランク角範囲は、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
に影響を与える機関の運転パラメータの値、例えば空燃
比や、ＥＧＲ率や、燃焼室内に流入する吸入ガスの温度
等により変化する。

【００１１】例えば、燃焼室内に流入する吸入ガスの温
度が高くなればなるほど燃焼室内のガス温は高くなり、
その結果噴射燃料の温度も高くなる。この場合、スモー
クが発生しないようにするためには吸入ガスの温度が高
くなるほど燃焼室内のガスによる噴射燃料の加熱時間を
短かくする必要があり、そのためには吸入ガスの温度が
高くなるほど燃料噴射時期を遅くする必要がある。

【００１２】これに対して、燃焼室内に流入する吸入ガ
スの温度が低くなればなるほど燃焼室内のガス温は低く
なり、その結果噴射燃料の温度も低くなる。この場合、
失火が生じないようにするためには吸入ガスの温度が低
くなるほど燃焼室内のガスによる噴射燃料の加熱時間を
長くする必要があり、そのためには吸入ガスの温度が低
くなるほど燃料噴射時期を早くする必要がある。

【００１３】このように燃料噴射に対し最適なクランク
角範囲は、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周
囲のガス温度に影響を与える機関の運転パラメータの値
によって変化する。なお、燃料噴射時期は噴射圧を変え
ることによっても制御することができる。即ち噴射圧が
高くなると噴射率が高くなるために噴射完了時期が早く
なる。噴射完了時期が早くなったということは次から次
へと連続して噴射される燃料の噴射時期が夫々早められ
ることを意味しており、従って噴射完了時期を早めるこ
とは燃料噴射時期を早めることと同等になる。即ち、噴
射圧を高くすると燃料噴射時期が早められることにな
る。

【００１４】本発明はこのような事実に鑑みてなされた
ものであって安定した燃焼が得られるように燃料噴射開
始時期又は噴射圧を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に影響を与える機関の運転パラメ
ータの値に基づいて制御するようにしたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】従って１番目の発明で
は、燃焼室内の不活性ガス量を増大していくと煤の発生
量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内の不活性ガ
ス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くな
って煤がほとんど発生しなくなる内燃機関において、煤
の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内に
供給される不活性ガス量を多くし、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に影響を与える機
関の運転パラメータの値を検出する検出手段を具備し、
燃焼室内に噴射される燃料の噴射開始時期又は噴射圧の
少くともいずれか一方を運転パラメータの値に基づいて
スモークの発生する噴射開始時期又は噴射圧と失火が生
ずる噴射開始時期又は噴射圧との間に制御するようにし
ている。

【００１６】２番目の発明では１番目の発明において、
運転パラメータが空燃比であり、空燃比が大きくなるほ
ど噴射開始時期を遅らすようにしている。３番目の発明
では１番目の発明において、運転パラメータが空燃比で
あり、空燃比が大きくなるほど噴射圧を低下させるよう
にしている。４番目の発明では１番目の発明において、
運転パラメータが排気ガス再循環率であり、排気ガス再
循環率が高くなるほど噴射開始時期を早くするようにし
ている。

【００１７】５番目の発明では１番目の発明において、
運転パラメータが排気ガス再循環率であり、排気ガス再
循環率が高くなるほど噴射圧を上昇させるようにしてい
る。６番目の発明では１番目の発明において、運転パラ
メータが燃焼室内に供給される吸入ガスの温度であり、
吸入ガスの温度が高くなるほど噴射開始時期を遅らすよ
うにしている。

【００１８】７番目の発明では１番目の発明において、
運転パラメータが燃焼室内に供給される吸入ガスの温度
であり、吸入ガスの温度が高くなるほど噴射圧を低下さ
せるようにしている。８番目の発明では１番目の発明に
おいて、運転パラメータが吸気通路内の圧力であり、吸
気通路内の圧力が高くなるほど噴射開始時期を遅らすよ
うにしている。

【００１９】９番目の発明では１番目の発明において、
運転パラメータが吸気通路内の圧力であり、吸気通路内
の圧力が高くなるほど噴射圧を低下させるようにしてい
る。１０番目の発明では１番目の発明において、運転パ
ラメータが機関の冷却水温であり、機関の冷却水温が高
くなるほど噴射開始時期を遅らすようにしている。１１
番目の発明では１番目の発明において、運転パラメータ
が機関の冷却水温であり、機関の冷却水温が高くなるほ
ど噴射圧を低下させるようにしている。

【００２０】１２番目の発明では１番目の発明におい
て、運転パラメータが吸入空気の湿度であり、吸入空気
の湿度が高くなるほど噴射開始時期を早くするようにし
ている。１３番目の発明では１番目の発明において、運
転パラメータが吸入空気の湿度であり、吸入空気の湿度
が高くなるほど噴射圧を上昇させるようにしている。

【００２１】１４番目の発明では１番目の発明におい
て、燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に
再循環させる再循環装置を具備し、不活性ガスが再循環
排気ガスからなる。１５番目の発明では１４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。

【００２２】１６番目の発明では１番目の発明におい
て、機関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置して
いる。１７番目の発明では１６番目の発明において、触
媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯ_x 吸収剤の少くとも一
つからなる。１８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
室内に供給される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に供給される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。

【００２３】１９番目の発明では１８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。

【００２４】

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

【００２５】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
１および排気管２２を介して排気ターボチャージャ１５
の排気タービン２３の入口部に連結され、排気タービン
２３の出口部は排気管２４を介して酸化機能を有する触
媒２５を内蔵した触媒コンバータ２６に連結される。触
媒コンバータ２６の出口部に連結された排気管２８とス
ロットル弁２０下流の空気吸込管１７とは排気ガス再循
環（以下、ＥＧＲと称す）通路２９を介して互いに連結
され、ＥＧＲ通路２９内にはステップモータ３０により
駆動されるＥＧＲ制御弁３１が配置される。また、ＥＧ
Ｒ通路２９内にはＥＧＲ通路２９内を流れるＥＧＲガス
を冷却するためのインタークーラ３２が配置される。図
１に示される実施例では機関冷却水がインタークーラ３
２内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却
される。

【００２６】一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３３を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３４に連結さ
れる。このコモンレール３４内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ３５から燃料が供給され、コモンレー
ル３４内に供給された燃料は各燃料供給管３３を介して
燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３４にはコモ
ンレール３４内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
３６が取付けられ、燃料圧センサ３６の出力信号に基づ
いてコモンレール３４内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ３５の吐出量が制御される。

【００２７】電子制御ユニット４０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。機関本体１には機関冷却水温を検出するための水
温センサ６０が配置され、この水温センサ６０の出力信
号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に
入力される。サージタンク１２にはサージタンク１２内
の絶対圧を検出するための圧力センサ６１と、吸入空気
とＥＧＲガスとの混合ガス温を検出するための温度セン
サ６２が配置され、これら圧力センサ６１と温度センサ
６２の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器４７を介して
入力ポート４５に入力される。

【００２８】一方、スロットル弁２０上流の空気吸込管
１７内には吸入空気の質量流量を検出するための質量流
量検出器６３と、吸入空気の湿度を検出するための湿度
センサ６４とが配置され、これら質量流量検出器６３お
よび湿度センサ６４の出力電圧は夫々対応するＡＤ変換
器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、燃
料圧センサ３６の出力信号も対応するＡＤ変換器４７を
介して入力ポート４５に入力される。アクセルペダル５
０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１９、ＥＧ
Ｒ制御弁制御用ステップモータ３０および燃料ポンプ３
５に接続される。

【００２９】図２は機関低負荷運転時にスロットル弁２
０の開度およびＥＧＲ率を変化させることにより空燃比
Ａ／Ｆ（図２の横軸）を変化させたときの出力トルクの
変化、およびスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_x の排出量の
変化を示す実験例を表している。図２からわかるように
この実験例では空燃比Ａ／Ｆが小さくなるほどＥＧＲ率
が大きくなり、理論空燃比（≒１４．６）以下のときに
はＥＧＲ率は６５パーセント以上となっている。

【００３０】図２に示されるようにＥＧＲ率を増大する
ことにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率が
４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセ
ント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮ
Ｏ_x の発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，
ＣＯの発生量は増大し始める。

【００３１】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１５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。

【００３２】図２および図３に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第１に空燃比Ａ／Ｆが１
５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図２
に示されるようにＮＯ_x の発生量がかなり低下する。Ｎ
Ｏ_x の発生量が低下したということは燃焼室５内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室５内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図３からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図３（Ｂ）に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室５
内の燃焼温度は低くなっていることになる。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はＮＯ_x の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はＮＯ_x の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、ＮＯ_x の発生量が低下する。このときＮＯ_x の発
生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯ
_x の発生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
が強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、ＣＯ₂ やＥＧＲガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
いることは好ましいと言える。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】図６は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なＥＧＲガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のＥＧＲガス
の割合を示している。なお、図６において縦軸は燃焼室
５内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Ｙは
過給が行われないときに燃焼室５内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してい
る。

【００４５】図６を参照すると空気の割合、即ち混合ガ
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図６に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図６においてＥＧＲガスの割合、即ち混合
ガス中のＥＧＲガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のＥＧＲガス量
を示している。このＥＧＲガス量はＥＧＲ率で表すとほ
ぼ５５パーセント以上であり、図６に示す実施例では７
０パーセント以上である。即ち、燃焼室５内に吸入され
た全吸入ガス量を図６において実線Ｘとし、この全吸入
ガス量Ｘのうちの空気量とＥＧＲガス量との割合を図６
に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス温
度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くし
て煤が全く発生しなくなる。また、このときのＮＯ_x 発
生量は１０p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってＮ
Ｏ_x の発生量は極めて少量となる。

【００４６】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。

【００４７】ところで過給が行われていない場合には燃
焼室５内に吸入される全吸入ガス量Ｘの上限はＹであ
り、従って図６において要求負荷がＬo よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてＥＧＲガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がＬo よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてＥＧＲ率が低下し、斯くして要求負荷がＬo より
も大きい領域では燃料およびその周囲のガス温度を煤が
生成される温度よりも低い温度に維持しえなくなる。

【００４８】ところが図１に示されるようにＥＧＲ通路
２９を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
１５の空気吸込管１７内にＥＧＲガスを再循環させると
要求負荷がＬo よりも大きい領域においてＥＧＲ率を５
５パーセント以上、例えば７０パーセントに維持するこ
とができ、斯くして燃料およびその周囲のガス温度を煤
が生成される温度よりも低い温度に維持することができ
る。即ち、空気吸込管１７内におけるＥＧＲ率が例えば
７０パーセントになるようにＥＧＲガスを再循環させれ
ば排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６により
昇圧された吸入ガスのＥＧＲ率も７０パーセントとな
り、斯くしてコンプレッサ１６により昇圧しうる限度ま
で燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度
よりも低い温度に維持することができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。

【００４９】なお、この場合、要求負荷がＬo よりも大
きい領域でＥＧＲ率を５５パーセント以上にする際には
ＥＧＲ制御弁３１が全開せしめられ、スロットル弁２０
が若干閉弁せしめられる。前述したように図６は燃料を
理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが空気
量を図６に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃
比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつＮＯ_x の発生
量を１０p.p.m 前後又はそれ以下にすることができ、ま
た空気量を図６に示される空気量よりも多くしても、即
ち空燃比の平均値を１７から１８のリーンにしても煤の
発生を阻止しつつＮＯ_x の発生量を１０p.p.m 前後又は
それ以下にすることができる。即ち、空燃比がリッチに
されると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制
されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くし
て煤が生成されることがない。また、このときＮＯ_x も
極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーン
のとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度
が高くなれば少量の煤が生成されるが本発明では燃焼温
度が低い温度に抑制されているので煤は全く生成されな
い。更に、ＮＯ_x も極めて少量しか発生しない。

【００５０】このように、低温燃焼が行われているとき
には空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろ
うと、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリー
ンであろうと煤が発生されず、ＮＯ_x の発生量が極めて
少量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのと
き平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。

【００５１】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施例では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃料
およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停
止する温度以下に抑制して第１の燃焼、即ち低温燃焼を
行うようにし、機関高負荷運転時には第２の燃焼、即ち
従来より普通に行われている燃焼を行うようにしてい
る。なお、ここで第１の燃焼、即ち低温燃焼とはこれま
での説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第２の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が少い燃焼のことを言う。

【００５２】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の運転領域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。

【００５３】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。

【００５４】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の二つの理由による。第１の理
由は、第２の運転領域IIの高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。

【００５５】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酸化機能を
有する触媒２５により良好に酸化せしめられる。触媒２
５としては酸化触媒、三元触媒、又はＮＯ_x 吸収剤を用
いることができる。ＮＯ_x 吸収剤は燃焼室５内における
平均空燃比がリーンのときにＮＯ_x を吸収し、燃焼室５
内における平均空燃比がリッチになるとＮＯ_x を放出す
る機能を有する。

【００５６】このＮＯ_x 吸収剤は例えばアルミナを担体
とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮ
ａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金
属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土
類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から
選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが
担持されている。

【００５７】酸化触媒はもとより、三元触媒およびＮＯ
_x 吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびＮＯ_x 吸収剤を触媒２５として用いるこ
とができる。次に図８を参照しつつ第１の運転領域Ｉお
よび第２の運転領域IIにおける運転制御について概略的
に説明する。

【００５８】図８は要求負荷Ｌに対するスロットル弁２
０の開度、ＥＧＲ制御弁３１の開度、ＥＧＲ率、空燃
比、噴射時期および噴射量を示している。図８に示され
るように要求負荷Ｌの低い第１の運転領域Ｉではスロッ
トル弁２０の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉
近くから２／３開度程度まで徐々に増大せしめられ、Ｅ
ＧＲ制御弁３１の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて
全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、
図８に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧＲ率が
ほぼ７０パーセントとされており、空燃比はわずかばか
りリーンなリーン空燃比とされている。

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

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

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

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

【００６３】図９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
各曲線は夫々空燃比が１５．５，１６，１７，１８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９に示されるように第１の運転領域Ｉ
では空燃比がリーンとなっており、更に第１の運転領域
Ｉでは要求負荷Ｌが低くなるほど空燃比Ａ／Ｆがリーン
とされる。

【００６４】即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少くなる。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
９に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれて空燃
比Ａ／Ｆが大きくされる。空燃比Ａ／Ｆが大きくなるほ
ど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比をリー
ンにするために本発明による実施例では要求負荷Ｌが低
くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。

【００６５】一方、第１の運転領域ＩではＥＧＲ率が機
関の運転状態に応じた最適のＥＧＲ率とされる。このＥ
ＧＲ率ＥＧはは図１０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ＲＯＭ４
２内に記憶されている。なお、空燃比を図９に示される
目標空燃比Ａ／Ｆとし、ＥＧＲ率を図１０に示される目
標ＥＧＲ率ＥＧとするのに必要なスロットル弁２０の目
標開度ＳＴが図１１（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ＲＯ
Ｍ４２内に記憶されており、空燃比を図９に示す目標空
燃比Ａ／Ｆとし、ＥＧＲ率を図１０に示される目標ＥＧ
Ｒ率ＥＧとするのに必要なＥＧＲ制御弁３１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ＲＯＭ４２
内に記憶されている。

【００６６】また、第１の運転領域Ｉにおける噴射量Ｑ
は図８に示されるように要求負荷Ｌが高くなるにつれて
増大する。この噴射量Ｑは機関回転数の関数でもあり、
この噴射量Ｑは図１２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ＲＯＭ４
２内に記憶されている。一方、第１の運転領域Ｉにおけ
る噴射開始時期θＳ１は図８に示されるように要求負荷
Ｌが高くなるにつれて遅くされる。即ち、噴射開始時期
θＳ１を進角量で表わすと噴射開始時期の進角量θＳ１
は図１３（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌが高くなる
につれて小さくなる。また、噴射開始時期の進角量θＳ
１は図１３（Ｂ）に示されるように機関回転数Ｎが高く
なるにつれて大きくなる。

【００６７】本発明における実施例では噴射開始時期は
空燃比Ａ／Ｆ、ＥＧＲ率ＥＧ、燃焼室５内への吸入ガス
の温度ＧＴ、吸気通路内の絶対圧ＰＭ、機関冷却水温Ｗ
Ｔおよび吸入空気の湿度ＤＦの関数である。空燃比Ａ／
Ｆが基準空燃比（Ａ／Ｆo ）であり、ＥＧＲ率ＥＧが基
準ＥＧＲ率ＥＧo であり、吸入ガスの温度ＧＴが基準温
度ＧＴo であり、吸気通路内の絶対圧ＰＭが基準圧ＰＭ
o であり、機関冷却水温ＴＷが基準温度ＴＷo であり、
吸入空気の湿度ＤＦが基準湿度ＤＦo であるときの噴射
開始時期の基準進角量θＳ１は図１３（Ｃ）に示される
ように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマッ
プの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。

【００６８】図１４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１４においてＡ／Ｆ＝２４，Ａ／Ｆ＝３
５，Ａ／Ｆ＝４５，Ａ／Ｆ＝６０で示される各曲線は夫
々目標空燃比２４，３５，４５，６０を示している。空
燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁２
０の目標開度ＳＴが図１５（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３１の目標開度ＳＥ
が図１５（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。

【００６９】また、第２の燃焼が行われるときの噴射量
Ｑは図１６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、第２の燃焼が行われるときの噴射開始時期
θＳ２は図１７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
記憶されてている。

【００７０】ところで第１の燃焼が行われているときに
空燃比Ａ／Ｆが基準空燃比（Ａ／Ｆo ）であり、ＥＧＲ
率ＥＧが基準ＥＧＲ率ＥＧo であり、吸入ガスの温度Ｇ
Ｔが基準温度ＧＴo であり、吸気通路内の絶対圧ＰＭが
基準圧ＰＭo であり、機関冷却水温ＴＷが基準温度ＴＷ
o であり、吸入空気の湿度ＤＦが基準湿度ＤＦo である
ときには噴射開始時期の進角量を図１３（Ｃ）のマップ
で示される基準進角量θＳ１とすればスモークが発生せ
ず、失火することのない安定した燃焼を得ることができ
る。

【００７１】しかしながら例えば燃焼室５内への吸入ガ
スの温度ＧＴが基準温度ＧＴo よりも大巾に高くなった
ときに噴射開始時期の進角量を基準進角量Ｓθ１にして
おくと燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が過度に高
くなり、その結果スモークが発生することになる。従っ
てこの場合には噴射開始時期の進角量を基準進角量Ｓθ
１よりも小さくするように、即ち噴射開始時期を遅らせ
るように補正する必要がある。

【００７２】これに対し、例えば燃焼室５内への吸入ガ
スの温度ＧＴが基準温度ＧＴo よりも大巾に低くなった
ときに噴射開始時期の進角量を基準進角量Ｓθ１にして
おくと燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が低くな
り、その結果失火を生ずることになる。従ってこの場合
には噴射開始時期の進角量を基準進角量Ｓθ１よりも大
きくするように、即ち噴射開始時期を早めるように補正
する必要がある。

【００７３】次に図１８を参照しつつ噴射開始時期の進
角量Ｓθ１の補正量について説明する。図１８（Ａ）は
空燃比Ａ／Ｆと噴射開始時期の進角量Ｓθ１に対する補
正量Δθ１との関係を示している。空燃比Ａ／Ｆが大き
くなると燃焼室５内における燃焼が活発となるために燃
焼時の燃料およびその周囲のガス温度が高くなり、空燃
比Ａ／Ｆが小さくなると燃焼が次第に活発でなくなるた
めに燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低くな
る。従って空燃比Ａ／Ｆが基準値（Ａ／Ｆ）o よりも大
きくなると補正量Δθ１は次第に大きな負の値となり、
空燃比Ａ／Ｆが基準値（Ａ／Ｆ）o よりも小さくなると
補正量Δθ１は次第に大きな正の値となる。

【００７４】図１８（Ｂ）はＥＧＲ率ＥＧと噴射開始時
期の進角量Ｓθ１に対する補正量Δθ２との関係を示し
ている。ＥＧＲ率ＥＧが大きくなると燃焼室５内におけ
る燃焼が次第に活発でなくなるために燃焼時の燃料およ
びその周囲のガス温度が低くなり、ＥＧＲ率ＥＧが小さ
くなると燃焼が活発になるために燃焼時の燃料およびそ
の周囲のガス温度は高くなる。従ってＥＧＲ率ＥＧが基
準値ＥＧo よりも大きくなると補正量Δθ２は次第に大
きな正の値となり、ＥＧＲ率ＥＧが基準値ＥＧo よりも
小さくなると補正量Δθ２は次第に大きな負の値とな
る。

【００７５】図１８（Ｃ）は燃焼室５内に流入する吸入
ガス温ＧＴと噴射開始時期の進角量Ｓθ１に対する補正
量Δθ３との関係を示している。吸入ガス温ＧＴが高く
なると燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度が高くな
り、吸入ガス温ＧＴが低くなると燃焼時の燃料およびそ
の周囲のガス温度は低くなる。従って吸入ガス温ＧＴが
基準値ＧＴo よりも高くなると補正量Δθ３は次第に大
きな負の値となり、吸入ガス温ＧＴが基準値ＧＴo より
も低くなると補正量Δθ３は次第に大きな正の値とな
る。

【００７６】図１８（Ｄ）は吸気通路内の絶対圧ＰＭと
噴射開始時期の進角量Ｓθ１に対する補正量Δθ４との
関係を示している。吸気通路内の絶対圧ＰＭが高くなる
と圧縮行程末期における燃焼室５内の温度が高くなるた
めに燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度が高くな
り、吸気通路内における絶対圧ＰＭが低くなると圧縮行
程末期における燃焼室５内の温度が低くなるために燃焼
時の燃料およびその周囲のガス温度は低くなる。従って
吸気通路内の絶対圧ＰＭが基準値ＰＭo よりも高くなる
と補正量Δθ４は次第に大きな負の値となり、吸気通路
内の絶対圧ＰＭが基準値ＰＭo よりも小さくなると補正
量Δθ４は次第に大きな正の値となる。

【００７７】図１８（Ｅ）は機関冷却水温ＷＴと噴射開
始時期の進角量Ｓθ１に対する補正量Δθ５との関係を
示している。機関冷却水温ＷＴが高くなると燃焼室５内
のガス温が高くなるために燃焼時の燃料およびその周囲
のガス温度が高くなり、機関冷却水温ＷＴが低くなると
燃焼室５内のガス温が低くなるために燃焼時の燃料およ
びその周囲のガス温度は低くなる。従って機関冷却水温
ＷＴが基準値ＷＴo よりも高くなると補正量Δθ５は次
第に大きな負の値となり、機関冷却水温ＷＴが基準値Ｗ
Ｔo よりも低くなると補正量Δθ５は次第に大きな正の
値となる。

【００７８】図１８（Ｆ）は吸入空気の湿度ＤＦと噴射
開始時期の進角量Ｓθ１に対する補正量Δθ６との関係
を示している。吸入空気の湿度ＤＦが高くなると吸入空
気に含まれる水分の吸熱作用によって燃焼時の燃料およ
びその周囲のガス温度が低くなり、吸入空気の湿度ＤＦ
が低くなると吸入空気に含まれる水分による吸熱作用が
低下するために燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
は高くなる。従って吸入空気の湿度ＤＦが基準値ＤＦo
よりも大きくなると補正量Δθ６は次第に大きな正の値
となり、吸入空気の湿度ＤＦが基準値ＤＦo よりも小さ
くなると補正量Δθ６は次第に大きな負の値となる。

【００７９】なお、図１８（Ａ）から（Ｆ）に示される
各関係は予めＲＯＭ４２内に記憶されている。次に図１
９および図２０を参照しつつ運転制御について説明す
る。図１９および図２０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Ｘ１（Ｎ）よ
りも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ１（Ｎ）
のときにはステップ１０３に進んで低温燃焼が行われ
る。

【００８０】即ち、ステップ１０３では図１１（Ａ）に
示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出
され、スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとさ
れる。次いでステップ１０４では図１１（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。
次いでステップ１０５では図１２に示すマップから噴射
量Ｑが算出される。次いでステップ１０６では図１３
（Ｃ）に示すマップから噴射開始時期の基本進角量θＳ
１が算出される。

【００８１】次いでステップ１０７では質量流量検出器
６３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１０８では燃料噴射量Ｑと吸入空
気の質量流量Ｇa から空燃比Ａ／Ｆが算出される。次い
でステップ１０９ではこの空燃比Ａ／Ｆに基づいて図１
８（Ａ）に示す関係から補正量Δθ１が算出される。次
いでステップ１１０では図１０に示されるマップから算
出されたＥＧＲ率ＥＧに基づいて図１８（Ｂ）に示す関
係から補正値Δθ２が算出される。

【００８２】次いでステップ１１１では温度センサ６２
により検出された吸入ガス温ＧＴに基づいて図１８
（Ｃ）に示す関係から補正値Δθ３が算出される。次い
でステップ１１２では圧力センサ６１により検出された
吸気通路内の絶対圧ＰＭに基づいて図１８（Ｄ）に示す
関係から補正値Δθ４が算出される。次いでステップ１
１３では水温センサ６０により検出された機関冷却水温
ＷＴに基づいて図１８（Ｅ）に示す関係から補正値Δθ
５が算出される。次いでステップ１１４では湿度センサ
６４により検出された吸入空気の湿度に基づいて図１８
（Ｆ）に示す関係から補正値Δθ６が算出される。

【００８３】次いでステップ１１５では基本進角量θＳ
１に各補正値Δθ１からΔθ６を加算することによって
最終的な噴射開始時期の進角量θＳ１（＝θＳ１＋Δθ
１＋Δθ２＋Δθ３＋Δθ４＋Δθ５＋Δθ６）が算出
される。次いでステップ１１６ではこの最終的な進角量
θＳ１、噴射量Ｑおよび燃料圧センサ３６により検出さ
れたコモンレール３４内の燃料圧に基づいて噴射完了時
期θＥ１が算出される。

【００８４】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１１９
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ１１９
では図１５（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の
目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこ
の目標開度ＳＴとされる。次いでステップ１２０では図
１５（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開
度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標
開度ＳＥとされる。次いでステップ１２１では図１６に
示すマップから噴射量Ｑが算出され、次いでステップ１
２２では図１７に示すマップから噴射開始時期θＳ２が
算出される。次いでステップ１２３では噴射開始時期θ
Ｓ２、噴射量Ｑおよびコモンレール３４内の燃料圧から
噴射完了時期θＥ２が算出される。

【００８５】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１１７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１１９
に進み、リーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われる。
一方、ステップ１１７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１１８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。

【００８６】図２１から図２４に別の実施例を示す。前
述したように噴射圧を制御することは噴射時期を制御す
ることと同等であり、従ってこの実施例では噴射圧を制
御することによってスモークが発生せず、失火の生じな
い安定した燃焼を得るようにしている。第１の運転領域
Ｉにおけるコモンレール３６内の燃料圧ＰＣ、即ち噴射
圧は図２１（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌが高くな
るにつれて大きくなり、図２１（Ｂ）に示されるように
機関回転数Ｎが高くなるにつれて大きくなる。

【００８７】この実施例ではコモンレール３６内の燃料
圧ＰＣは空燃比Ａ／Ｆ、ＥＧＲ率ＥＧ、燃焼室５内への
吸入ガスの温度ＧＴ、吸気通路内の絶対圧ＰＭ、機関冷
却水温ＷＴおよび吸入空気の湿度ＤＦの関数である。空
燃比Ａ／Ｆが基準空燃比（Ａ／Ｆo ）であり、ＥＧＲ率
ＥＧが基準ＥＧＲ率ＥＧo であり、吸入ガスの温度ＧＴ
が基準温度ＧＴo であり、吸気通路内の絶対圧ＰＭが基
準圧ＰＭo であり、機関冷却水温ＴＷが基準温度ＴＷo
であり、吸入空気の湿度ＤＦが基準湿度ＤＦoであると
きのコモンレール３６内の基準燃料圧ＰＣは図２１
（Ｃ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎ
の関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶され
ている。

【００８８】図２２にコモンレール３４内の基準燃料圧
ＰＣに対する各補正量ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰ
４，ΔＰ５，ΔＰ６を示す。図２２（Ａ）に示されるよ
うに空燃比Ａ／Ｆが基準値（Ａ／Ｆ）o よりも大きくな
ると補正量ΔＰ１は次第に大きな負の値となり、空燃比
Ａ／Ｆが基準値（Ａ／Ｆ）o よりも小さくなると補正量
ΔＰ１は次第に大きな正の値となる。また、図２２
（Ｂ）に示されるようにＥＧＲ率ＥＧが基準値ＥＧo よ
りも大きくなると補正量ΔＰ２は次第に大きな正の値と
なり、ＥＧＲ率ＥＧが基準値ＥＧo よりも小さくなると
補正量ΔＰ２は次第に大きな負の値となる。

【００８９】図２２（Ｃ）に示されるように吸入ガス温
ＧＴが基準値ＧＴo よりも高くなると補正量ΔＰ３は次
第に大きな負の値となり、吸入ガス温ＧＴが基準値ＧＴ
o よりも低くなると補正量ΔＰ３は次第に大きな正の値
となる。また、図２２（Ｄ）に示されるように吸気通路
内の絶対圧ＰＭが基準値ＰＭo よりも高くなると補正量
ΔＰ４は次第に大きな負の値となり、吸気通路内の絶対
圧ＰＭが基準値ＰＭoよりも小さくなると補正量ΔＰ４
は次第に大きな正の値となる。

【００９０】図２２（Ｅ）に示されるように機関冷却水
温ＷＴが基準値ＷＴo よりも高くなると補正量ΔＰ５は
次第に大きな負の値となり、機関冷却水温ＷＴが基準値
ＷＴo よりも低くなると補正量ΔＰ５は次第に大きな正
の値となる。また、図２２（Ｆ）に示されるように吸入
空気の湿度ＤＦが基準値ＤＦo よりも大きくなると補正
量ΔＰ６は次第に大きな正の値となり、吸入空気の湿度
ＤＦが基準値ＤＦo よりも小さくなると補正量ΔＰ６は
次第に大きな負の値となる。

【００９１】なお、図２２（Ａ）から（Ｆ）に示される
各関係は予めＲＯＭ４２内に記憶されている。次に図２
３および図２４を参照しつつ運転制御について説明す
る。図２３および図２４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２０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ１（Ｎ）よ
りも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ１（Ｎ）
のときにはステップ２０３に進んで低温燃焼が行われ
る。

【００９２】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２０の目標開度ＳＴが算出
され、スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとさ
れる。次いでステップ２０４では図１１（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。
次いでステップ２０５では図１２に示すマップから噴射
量Ｑが算出される。次いでステップ２０６では図１３
（Ｃ）に示すマップから噴射開始時期の基本進角量θＳ
１が算出される。

【００９３】次いでステップ２０７では質量流量検出器
６３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２０８では燃料噴射量Ｑと吸入空
気の質量流量Ｇa から空燃比Ａ／Ｆが算出される。次い
でステップ２０９ではこの空燃比Ａ／Ｆに基づいて図２
２（Ａ）に示す関係から補正量ΔＰ１が算出される。次
いでステップ２１０では図１０に示されるマップから算
出されたＥＧＲ率ＥＧに基づいて図２２（Ｂ）に示す関
係から補正値ΔＰ２が算出される。

【００９４】次いでステップ２１１では温度センサ６２
により検出された吸入ガス温ＧＴに基づいて図２２
（Ｃ）に示す関係から補正値ΔＰ３が算出される。次い
でステップ２１２では圧力センサ６１により検出された
吸気通路内の絶対圧ＰＭに基づいて図２２（Ｄ）に示す
関係から補正値ΔＰ４が算出される。次いでステップ２
１３では水温センサ６０により検出された機関冷却水温
ＷＴに基づいて図２２（Ｅ）に示す関係から補正値ΔＰ
５が算出される。次いでステップ２１４では湿度センサ
６４により検出された吸入空気の湿度に基づいて図２２
（Ｆ）に示す関係から補正値ΔＰ６が算出される。次い
でステップ２１５では図２１（Ｃ）に示すマップからコ
モンレール３４内の基準燃料圧ＰＣが取込まれる。

【００９５】次いでステップ２１６では基準燃料圧ＰＣ
に各補正値ΔＰ１からΔＰ６を加算することによって最
終的なコモンレール３４内の燃料圧ＰＣ（＝ＰＣ＋ΔＰ
１＋ΔＰ２＋ΔＰ３＋ΔＰ４＋ΔＰ５＋ΔＰ６）が算出
される。次いでステップ２１７では進角量θＳ１、噴射
量Ｑおよびこの最終的な燃料圧ＰＣに基づいて噴射完了
時期θＥ１が算出される。

【００９６】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２２０
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ２２０
では図１５（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の
目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこ
の目標開度ＳＴとされる。次いでステップ２２１では図
１５（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開
度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標
開度ＳＥとされる。次いでステップ２２２では図１６に
示すマップから噴射量Ｑが算出され、次いでステップ２
２３では図１７に示すマップから噴射開始時期θＳ２が
算出される。次いでステップ２２４では噴射開始時期θ
Ｓ２、噴射量Ｑおよびコモンレール３４内の燃料圧ＰＣ
から噴射完了時期θＥ２が算出される。

【００９７】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２００からステップ２１８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２２０
に進み、リーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われる。
一方、ステップ２１８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２１９に進んでフラグＩが
セットされ、次いでステップ２０３に進んで低温燃焼が
行われる。

【００９８】

【発明の効果】スモークが発生せず、失火を生じない安
定した燃焼を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。

【図２】スモークおよびＮＯ_x の発生量等を示す図であ
る。

【図３】燃焼圧を示す図である。

【図４】燃料分子を示す図である。

【図５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図
である。

【図６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。

【図７】第１の運転領域Ｉおよび第２の運転領域IIを示
す図である。

【図８】スロットル弁の開度等を示す図である。

【図９】第１の運転領域Ｉにおける空燃比を示す図であ
る。

【図１０】第１の運転領域ＩにおけるＥＧＲ率のマップ
を示す図である。

【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。

【図１２】噴射量のマップを示す図である。

【図１３】噴射開始時期を示す図である。

【図１４】第２の燃焼における空燃比を示す図である。

【図１５】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。

【図１６】噴射量のマップを示す図である。

【図１７】噴射開始時期のマップを示す図である。

【図１８】各補正量を示す図である。

【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。

【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。

【図２１】コモンレール内の燃料圧を示す図である。

【図２２】各補正量を示す図である。

【図２３】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【図２４】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【符号の説明】 ６…燃料噴射弁 １５…排気ターボチャージャ ２０…スロットル弁 ２９…ＥＧＲ通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ａ ３０１Ｃ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ｅ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｊ ３０１Ｎ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ ５７０ ５７０Ｄ ５７０Ｊ (56)参考文献 特開 平７−4287（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−86251（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−177651（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−287527（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−287528（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−254152（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−296469（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−303309（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−96606（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02M 25/07

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内の不活性ガス量を増大していく
   と煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内
   の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における
   燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よ
   りも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関に
   おいて、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも
   燃焼室内に供給される不活性ガス量を多くし、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に影響
   を与える機関の運転パラメータの値を検出する検出手段
   を具備し、燃焼室内に噴射される燃料の噴射開始時期又
   は噴射圧の少くともいずれか一方を該運転パラメータの
   値に基づいてスモークの発生する噴射開始時期又は噴射
   圧と失火が生ずる噴射開始時期又は噴射圧との間に制御
   するようにした内燃機関。
2. 【請求項２】 上記運転パラメータが空燃比であり、空
   燃比が大きくなるほど噴射開始時期を遅らすようにした
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 【請求項３】 上記運転パラメータが空燃比であり、空
   燃比が大きくなるほど噴射圧を低下させるようにした請
   求項１に記載の内燃機関。
4. 【請求項４】 上記運転パラメータが排気ガス再循環率
   であり、排気ガス再循環率が高くなるほど噴射開始時期
   を早くするようにした請求項１に記載の内燃機関。
5. 【請求項５】 上記運転パラメータが排気ガス再循環率
   であり、排気ガス再循環率が高くなるほど噴射圧を上昇
   させるようにした請求項１に記載の内燃機関。
6. 【請求項６】 上記運転パラメータが燃焼室内に供給さ
   れる吸入ガスの温度であり、該吸入ガスの温度が高くな
   るほど噴射開始時期を遅らすようにした請求項１に記載
   の内燃機関。
7. 【請求項７】 上記運転パラメータが燃焼室内に供給さ
   れる吸入ガスの温度であり、該吸入ガスの温度が高くな
   るほど噴射圧を低下させるようにした請求項１に記載の
   内燃機関。
8. 【請求項８】 上記運転パラメータが吸気通路内の圧力
   であり、吸気通路内の圧力が高くなるほど噴射開始時期
   を遅らすようにした請求項１に記載の内燃機関。
9. 【請求項９】 上記運転パラメータが吸気通路内の圧力
   であり、吸気通路内の圧力が高くなるほど噴射圧を低下
   させるようにした請求項１に記載の内燃機関。
10. 【請求項１０】 上記運転パラメータが機関の冷却水温
    であり、機関の冷却水温が高くなるほど噴射開始時期を
    遅らすようにした請求項１に記載の内燃機関。
11. 【請求項１１】 上記運転パラメータが機関の冷却水温
    であり、機関の冷却水温が高くなるほど噴射圧を低下さ
    せるようにした請求項１に記載の内燃機関。
12. 【請求項１２】 上記運転パラメータが吸入空気の湿度
    であり、吸入空気の湿度が高くなるほど噴射開始時期を
    早くするようにした請求項１に記載の内燃機関。
13. 【請求項１３】 上記運転パラメータが吸入空気の湿度
    であり、吸入空気の湿度が高くなるほど噴射圧を上昇さ
    せるようにした請求項１に記載の内燃機関。
14. 【請求項１４】 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。
15. 【請求項１５】 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１４に記載の内燃機関。
16. 【請求項１６】 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。
17. 【請求項１７】 該触媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯ
    _x 吸収剤の少くとも一つからなる請求項１６に記載の内
    燃機関。
18. 【請求項１８】 煤の発生量がピークとなる不活性ガス
    量よりも燃焼室内に供給される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に供給される不活性
    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に記載の内燃機関。
19. 【請求項１９】 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１８に記載の内燃機関。