JP3424554B2

JP3424554B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP3424554B2
Application number: JP20203098A
Authority: JP
Inventors: 雅人後藤; 静夫佐々木; 康二吉▲崎▼; 丈和伊藤; 宏樹村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2003-07-07
Anticipated expiration: 2018-07-16
Also published as: JP2000034944A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。

【０００２】

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

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

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

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

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

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

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

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの新たな燃
焼システムではＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にす
る必要がある。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比較的少
ないとき、即ち機関負荷が比較的低いときであり、吸入
空気量が一定量を越えるともはやこの新たな燃焼を行う
ことができない。従って吸入空気量が一定量を越えたと
きには従来より行われている燃焼に切換える必要があ
る。

【００１０】ところで、新たな燃焼と従来より行われて
いる燃焼とを切換える場合には燃焼室内におけるＥＧＲ
率を瞬時に切換えなければならない。しかしながら実際
には燃焼室内におけるＥＧＲ率を瞬時に切換えることは
困難であり、このとき実際には燃焼室内におけるＥＧＲ
率は徐々に変化する。ところがこの新たな燃焼と従来よ
り行われている燃焼とでは燃焼の形態が異なっており、
従ってこの新たな燃焼下における最適の燃料噴射制御と
従来より行われている燃焼下における最適の燃料噴射制
御とはかなり異なっている。従って新たな燃焼から従来
より行われている燃焼に切換えられる場合に燃料噴射制
御を新たな燃焼に適した燃料噴射制御から従来より行わ
れている燃焼に適した燃料噴射制御にただちに切換える
とトルク変動が発生する等の問題が生じ、また、従来よ
り行われている燃焼から新たな燃焼に切換えられる場合
に燃料噴射制御を従来より行われている燃焼に適した燃
料噴射制御から新たな燃焼に適した燃料噴射制御に切換
えると同様にトルク変動が発生する等の問題が生じる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに１番目の発明では、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、燃焼室内に燃料噴射弁を配置し、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、第１の燃焼が行われていると
きには燃料噴射が一回行われると共に第２の燃焼が行わ
れているときには燃料噴射が少くとも二回行われ、第２
の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときには予め定め
られた期間、第１の燃焼のもとで燃料噴射を少くとも二
回行うと共に予め定められた期間が経過した後に燃料噴
射を一回行うようにしている。

【００１２】２番目の発明では１番目の発明において、
第１の燃焼から第２の燃焼に切換えるときには第１の燃
焼のもとで燃料噴射を一回から二回に切換え、その後第
１の燃焼から第２の燃焼に切換えるようにしている。３
番目の発明では１番目の発明において、燃料噴射が二回
行われるときには先に行われる噴射がパイロット噴射で
あり、後で行われる噴射が主噴射である。

【００１３】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。５番目の発明では４番目の発明にお
いて、第１の燃焼状態における排気ガス再循環率がほぼ
５５パーセント以上である。

【００１４】６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。７番目の発明では６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。８番目の発明では１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。

【００１６】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。排
気マニホルド２１内には空燃比センサ２７が配置され
る。

【００１７】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、ＥＧＲ通路２９内にはＥＧＲ通路２９内を流
れるＥＧＲガスを冷却するためのインタークーラ３２が
配置される。図１に示される実施例では機関冷却水がイ
ンタークーラ３２内に導びかれ、機関冷却水によってＥ
ＧＲガスが冷却される。

【００１８】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。

【００１９】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。空燃比センサ２７の出力信号は対応するＡＤ変換
器４７を介して入力ポート４５に入力され、燃料圧セン
サ３６の出力信号も対応するＡＤ変換器４７を介して入
力ポート４５に入力される。アクセルペダル５０にはア
クセルペダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発
生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出
力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４
５に入力される。また、入力ポート４５にはクランクシ
ャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生す
るクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポー
ト４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、
スロットル弁制御用ステップモータ１９、ＥＧＲ制御弁
制御用ステップモータ３０および燃料ポンプ３５に接続
される。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。図８は空燃比センサ２７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２７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２７の出力電流Ｉから空燃比を知ることができる。

【００５０】次に図９を参照しつつ第１の運転領域Ｉお
よび第２の運転領域IIにおける運転制御について概略的
に説明する。図９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９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９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。

【００５１】言い換えると第１の運転領域ＩではＥＧＲ
率がほぼ７０パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁２０の
開度およびＥＧＲ制御弁３１の開度が制御される。な
お、このとき空燃比は例えば空燃比センサ２７の出力信
号に基づいてＥＧＲ制御弁３１の開度を補正することに
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。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２０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。

【００５２】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９に示す例では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
るように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。

【００５３】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９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では従来から行われている燃焼が行われる。この第２
の運転領域IIではスロットル弁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では主噴射Ｑm に先立
ってパイロット噴射Ｑp が行われる。即ち、第２の運転
領域IIでは燃料噴射が二回行われる。

【００５４】図１０は第１の運転領域Ｉにおける空燃比
Ａ／Ｆを示している。図１０において、Ａ／Ｆ＝１５．
５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７，Ａ／Ｆ＝１８で示さ
れる各曲線は夫々空燃比が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１０に示されるように第１の運転
領域Ｉでは空燃比がリーンとなっており、更に第１の運
転領域Ｉでは要求負荷Ｌが低くなるほど空燃比Ａ／Ｆが
リーンとされる。

【００５５】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
１０に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれて空
燃比Ａ／Ｆが大きくされる。空燃比Ａ／Ｆが大きくなる
ほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比をリ
ーンにするために本発明による実施例では要求負荷Ｌが
低くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。

【００５６】なお、空燃比を図１０に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図１
１（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数
Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶さ
れており、空燃比を図１０に示す目標空燃比とするのに
必要なＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが図１１（Ｂ）
に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数
としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されてい
る。

【００５７】図１２は第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法
による燃焼が行われるときの目標空燃比を示している。
なお、図１２においてＡ／Ｆ＝２４，Ａ／Ｆ＝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２０の目
標開度ＳＴが図１３（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌ
および機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯ
Ｍ４２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１
３（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。

【００５８】図９に示されるように第１の運転領域Ｉに
おいて第１の燃焼が行われているときには圧縮行程末期
に一回だけ燃料噴射Ｑが行われ、第２の運転領域IIにお
いて第２の燃焼が行われているときには前述したように
主噴射Ｑm に先立ってパイロット噴射Ｑp が行われる。
図９に示されるように燃料噴射Ｑの噴射量、および主噴
射Ｑm の噴射量とパイロット噴射Ｑp の噴射量は要求負
荷Ｌが高くなるにつれて増大する。

【００５９】実際には燃料噴射Ｑの噴射量は要求負荷Ｌ
および機関回転数Ｎの関数であり、この噴射量Ｑは図１
４（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
れている。同様に主噴射Ｑmの噴射量も要求負荷Ｌおよ
び機関回転数Ｎの関数であり、この噴射量Ｑm も図１４
（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。更に、パイロット噴射Ｑp の噴射量も要求負荷
Ｌおよび機関回転数Ｎの関数であり、この噴射量Ｑp も
図１４（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。

【００６０】前述したように第１の燃焼から第２の燃焼
に切換えられる際にはスロットル弁２０を開弁すること
によってＥＧＲ率が例えば７０パーセントから４０パー
セント以下まで低下せしめられる。しかしながらこのと
き吸入空気量の増大遅れ等によりＥＧＲ率は瞬時に低下
せず、ＥＧＲ率が７０パーセントから４０パーセント以
下に低下するまで一定時間を要する。即ち、第１の燃焼
から第２の燃焼に切換えられるときには第１の燃焼に適
したＥＧＲ率から第２の燃焼に適したＥＧＲ率まで次第
に変化することになる。従って第１の燃焼から第２の燃
焼に切換えられたときに燃料噴射制御を第１の燃焼に適
した燃料噴射制御から第２の燃焼に適した燃料噴射制御
にただちに切換えると出力トルクが変動する等の問題を
生じる。

【００６１】そこで本発明による実施例では第１の燃焼
から第２の燃焼に切換えるときにはまず初めに第１の燃
焼のもとで燃料噴射を一回から二回に切換えて予め定め
られたΔｔ１時間に亘り主噴射に先立ちパイロット噴射
を行い、次いで主噴射に先立ちパイロット噴射を行いつ
つ第１の燃焼から第２の燃焼に切換えるようにしてい
る。即ち、第１の燃焼から第２の燃焼に切換えられると
きにＥＧＲ率が大巾に切換えられ、同時に燃料噴射のし
かたも切換えられると出力トルクが変動しやすくなる。
しかしながら上述の如く第１の燃焼から第２の燃焼に切
換える際に燃料噴射のしかたを変えずにＥＧＲ率のみを
変化させると出力トルクの変動を抑制することができ
る。

【００６２】なお、第１の燃焼時には燃料周りには十分
な空気が存在しないので燃料噴射量や燃料噴射のしかた
が変化しても出力トルクはほとんど変化しない。これに
対して第１の燃焼時に燃焼室５内の空気量が変化すると
燃焼が活発となるために出力トルクが変化する。即ち、
第１の燃焼が行われているときの出力トルクは燃料噴射
量や燃料噴射のしかたに対しては鈍感であるが燃焼室５
内の空気量の変化に対して敏感である。従って上述の如
く第１の燃焼が行われているときに燃料噴射を一回から
二回に変化させても出力トルクはほとんど変動しない。

【００６３】前述したように本発明による実施例では第
１の燃焼から第２の燃焼に切換えるときには予め定めら
れたΔｔ１時間に亘り第１の燃焼のもとで燃料噴射が二
回行われる。この場合、本発明による実施例ではこのΔ
ｔ１時間は一定時間とされている。一方、第２の燃焼か
ら第１の燃焼に切換えられるときにもＥＧＲ率は第２の
燃焼に適したＥＧＲ率から第１の燃焼に適したＥＧＲ率
まで次第に変化することになり、従ってこのときにも燃
料噴射制御を第２の燃焼に適した燃料噴射制御から第１
の燃焼に適した燃料噴射制御にただちに切換えると出力
トルクが変動する等の問題を生じる。

【００６４】そこで本発明による実施例では主噴射に先
立ちパイロット噴射を行いつつ第２の燃焼から第１の燃
焼に切換え、次いで予め定められたΔｔ２時間経過した
後に第１の燃焼のもとで燃料噴射を二回から一回に切換
えるようにしている。なお、前述したように第１の燃焼
が行われているときの出力トルクは燃料噴射量や燃料噴
射のしかたに対しては鈍感であるが燃焼室５内の空気量
の変化に対して敏感である。従って上述の如く第１の燃
焼が行われているときに燃料噴射を二回から一回に変化
させても出力トルクはほとんど変動しない。

【００６５】一方、第２の燃焼から第１の燃焼に切換え
られると燃焼室５内における空燃比が大巾に小さくされ
る。ところがこの場合、ＥＧＲガス中に含まれる空気の
影響によって空燃比が小さくなるまでに時間を要する。
即ち、第２の燃焼はかなりリーンな空燃比のもとで行わ
れているのでこのとき機関から排出される排気ガス中に
は多量の空気が含まれており、従ってＥＧＲガス中にも
多量の空気が含まれている。このような状態においてス
ロットル弁２０が閉弁せしめられ、第２の燃焼から第１
の燃焼に切換えられてもＥＧＲガス中に含まれる空気量
は即座に減少せず、その結果燃焼室５内の空燃比が目標
空燃比までなかなか低下しない。

【００６６】そこで本発明による実施例では第２の燃焼
から第１の燃焼に切換えられた後、燃焼室５内における
空燃比が目標空燃比になるまでΔｔ２時間に亘って燃料
噴射を二回行うようにしている。ところでこの場合、Ｅ
ＧＲガス中に含まれる空気量は機関回転数が高くなるほ
ど短かい時間で減少し、斯くして機関回転数が高くなる
ほど燃焼室５内における空燃比が目標空燃比となるまで
の時間は短かくなる。従って図１５（Ａ）に示されるよ
うにΔｔ２時間は機関回転数Ｎが高くなるほど短かくさ
れる。

【００６７】一方、第２の燃焼から第１の燃焼に切換え
られる直前の要求負荷（以下、直前要求負荷と言う）Ｌ
が高いほど燃焼室５内の空燃比は小さくなっており、従
ってＥＧＲガス中に含まれる空気量は直前要求負荷Ｌが
高いほど少なくなっている。従って第２の燃焼から第１
の燃焼に切換えられたときに直前要求負荷Ｌが高いほど
燃焼室５内における空燃比が目標空燃比となるまでの時
間が短かくなる。従って図１５（Ｂ）で示されるように
Δｔ２時間は直前要求負荷Ｌが高くなるほど小さくされ
る。

【００６８】なお、直前要求負荷Ｌとしては第１の燃焼
への切換時の一定時間前の要求負荷Ｌを用いることもで
きるし、また第１の燃焼への切換時までの一定期間内の
平均値を用いることもできる。このΔｔ２時間は直前要
求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１５（Ｃ）
に示されるマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されて
いる。

【００６９】次に図１６を参照しつつ運転制御について
説明する。図１６を参照すると、まず初めにステップ１
００において機関の運転状態が第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１０
１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１０２に進んで低温燃焼が行われる。

【００７０】即ち、ステップ１０２では図１０に示され
る空燃比となるように燃料噴射が一回行われる。次いで
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。

【００７１】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１０５に
進んでＬ＞Ｘ（Ｎ）となってからΔｔ１時間が経過した
か否かが判別される。Δｔ時間が経過していないときに
はステップ１０６に進んで１４（Ｂ）に示すマップから
主噴射量Ｑm が算出され、１４（Ｃ）に示すマップから
パイロット噴射量Ｑp が算出され、これらＱm およびＱ
p に基づいて主噴射に先立ちパイロット噴射が行われ
る。次いでステップ１０３に進む。即ち、第２の燃焼に
切換えられる前に第１の燃焼のもとで燃料噴射が二回行
われる。

【００７２】ステップ１０５においてΔｔ１時間が経過
したと判断されたときにはステップ１０７に進んでフラ
グＩがリセットされ、次いでステップ１０９に進んで第
２の燃焼が行われる。即ち、ステップ１０９では図１３
（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の目標開度Ｓ
Ｔ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１１０では図１３（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１１１では１４（Ｂ）に示すマ
ップから主噴射量Ｑm が算出され、１４（Ｃ）に示すマ
ップからパイロット噴射量Ｑp が算出され、これらＱm
およびＱp に基づいて主噴射に先立ちパイロット噴射が
行われる。即ち、図１２に示されるリーン空燃比となる
ように燃料噴射が二回行われる。

【００７３】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１０８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１０９
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１０８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１１２に進んで図１５
（Ｃ）に示すマップからΔｔ２が算出され、Ｌ＜Ｙ
（Ｎ）となってからΔｔ２時間が経過したか否かが判別
される。Δｔ２時間経過していないときにはステップ１
１４に進んで１４（Ｂ）に示すマップから主噴射量Ｑm
が算出され、１４（Ｃ）に示すマップからパイロット噴
射量Ｑp が算出され、これらＱm およびＱp に基づいて
主噴射に先立ちパイロット噴射が行われる。次いでステ
ップ１０３に進む。従ってこのときには第２の燃焼から
第１の燃焼に切換えられ、第１の燃焼のもとで燃料噴射
が二回行われる。

【００７４】次いでステップ１１２においてΔｔ２時間
が経過したと判断されたときにはステップ１１３に進ん
でフラグＩがセットされ、次いでステップ１１４に進
む。フラグＩがセットされとステップ１００からステッ
プ１０１を経てステップ１０２に進む。従って第１の燃
焼へ切換えられた後、Δｔ２時間経過すると燃料噴射が
二回から一回に切換えられる。

【００７５】

【発明の効果】第１の燃焼と第２の燃焼との切換え時に
出力トルクが変動するのを抑制する。

【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】空燃比センサの出力を示す図である。

【図９】スロットル弁の開度等を示す図である。

【図１０】第１の運転領域Ｉにおける空燃比を示す図で
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】第２の燃焼における空燃比を示す図である。

【図１３】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。

【図１４】噴射量のマップを示す図である。

【図１５】Δｔ２を示す図である。

【図１６】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ＦＩＦ０２Ｄ 41/04 ３７５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３７５ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｇ３０１ＮＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ５７０５７０Ｊ (72)発明者伊藤丈和愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者村田宏樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開平７−4287（ＪＰ，Ａ) 特開平８−177654（ＪＰ，Ａ) 特開平８−86251（ＪＰ，Ａ) 特開平９−287527（ＪＰ，Ａ) 特開平９−287528（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内の不活性ガス量を増大していく
と煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内
の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における
燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よ
りも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関に
おいて、燃焼室内に燃料噴射弁を配置し、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、第１の燃焼が行われているときには燃料
噴射が一回行われると共に第２の燃焼が行われていると
きには燃料噴射が少くとも二回行われ、第２の燃焼から
第１の燃焼に切換えられたときには予め定められた期
間、第１の燃焼のもとで少くとも燃料噴射を二回行うと
共に該予め定められた期間が経過した後に燃料噴射を一
回行うようにした内燃機関。
【請求項２】第１の燃焼から第２の燃焼に切換えると
きには第１の燃焼のもとで燃料噴射を一回から二回に切
換え、その後第１の燃焼から第２の燃焼に切換えるよう
にした請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】燃料噴射が二回行われるときには先に行
われる噴射がパイロット噴射であり、後で行われる噴射
が主噴射である請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】燃焼室から排出された排気ガスを機関吸
気通路内に再循環させる再循環装置を具備し、上記不活
性ガスが再循環排気ガスからなる請求項１に記載の内燃
機関。
【請求項５】上記第１の燃焼状態における排気ガス再
循環率がほぼ５５パーセント以上である請求項４に記載
の内燃機関。
【請求項６】機関排気通路内に酸化機能を有する触媒
を配置した請求項１に記載の内燃機関。
【請求項７】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６に記載の内燃機
関。
【請求項８】機関の運転領域を低負荷側の第１の運転
領域と高負荷側の第２の運転領域に分割し、第１の運転
領域では第１の燃焼を行い、第２の運転領域では第２の
燃焼を行うようにした請求項１に記載の内燃機関。