JP3061035B2 - 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は例えば燃
焼室内に供給される吸入ガスの温度や機関冷却水温の影
響を受け、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周
囲のガス温度は燃焼室内に供給される吸入ガスの温度や
機関冷却水温が上昇すると上昇する。従ってこの場合、
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
るためには燃焼室内に供給される吸入ガスの温度や機関
冷却水温が上昇するほど燃料周りのガスによる吸熱量を
増大させることが必要である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで１番目の発明で
は、機関吸気通路内に排気ガスを再循環させるための排
気ガス再循環装置を具備し、燃焼室内に供給される再循
環排気ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大
してピークに達する内燃機関において、煤の発生量がピ
ークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給され
る再循環排気ガス量を多くし、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代表温
度であって上昇するとそれに伴なって上記ガス温度も上
昇する代表温度を検出するための検出手段を具備し、代
表温度が高くなるにつれて排気ガス再循環率を増大させ
るようにしている。

【００１１】即ち、燃焼室内に供給される吸入ガスの温
度や機関冷却水温のような代表温度が高くなるにつれて
排気ガス再循環率が増大せしめられ、それによって燃料
周りのガスによる吸熱量が増大せしめられる。２番目の
発明では１番目の発明において、代表温度が少くとも燃
焼室内に供給される吸入ガスの温度を代表する温度に基
づいて定められる。

【００１２】３番目の発明では１番目の発明において、
代表温度が少くとも燃焼室内に供給される吸入ガスの温
度を代表する温度および機関冷却水温に基づいて定めら
れる。４番目の発明では１番目の発明において、排気ガ
ス再循環装置がスロットル弁下流の吸気通路に供給され
る再循環排気ガス量を制御するための排気ガス再循環制
御弁を具備し、排気ガス再循環制御弁の開度を増大させ
ることによって排気ガス再循環率を増大させるようにし
ている。

【００１３】５番目の発明では４番目の発明において、
排気ガス再循環制御弁が全開したときにはスロットル弁
の開度を減少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、排気ガス再循環率がほぼ５５パ
ーセント以上である。７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。

【００１４】８番目の発明では７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。９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再循環排気ガス量よりも
燃焼室内に供給される再循環排気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
る再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気
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。

【００１５】１０番目の発明では９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。

【００１６】

【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。

【００１７】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
１および排気管２２を介して排気ターボチャージャ１５
の排気タービン２３の入口部に連結され、排気タービン
２３の出口部は排気管２４を介して酸化機能を有する触
媒２５を内蔵した触媒コンバータ２６に連結される。触
媒コンバータ２６の出口部に連結された排気管２８とス
ロットル弁２０下流の空気吸込管１７とはＥＧＲ通路２
９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２９内にはステ
ップモータ３０により駆動されるＥＧＲ制御弁３１が配
置される。また、ＥＧＲ通路２９内にはＥＧＲ通路２９
内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのインタークーラ
３２が配置される。図１に示される実施例では機関冷却
水がインタークーラ３２内に導びかれ、機関冷却水によ
ってＥＧＲガスが冷却される。

【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。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内には吸入空気とＥＧＲ
ガスとの混合ガス温を検出するための温度センサ６１が
配置され、この温度センサ６１の出力信号は対応するＡ
Ｄ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。

【００２０】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６２が配置され、この質量流量検出器６２の出
力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４
５に入力される。また、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５
１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡ
Ｄ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、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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】図３（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが２１付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室５内の燃焼圧変
化を示しており、図３（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室５内の燃焼
圧の変化を示している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図３
（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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Ｌ₀ 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Ｌ₀ 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Ｌ ₀ 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。

【００４０】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Ｌ₀ 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。要求負荷がＬ₀ 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Ｅ
ＧＲ制御弁３１が全開せしめられる、スロットル弁２０
が若干閉弁せしめられる。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】図７は第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第１の運転領域Ｉと、第２の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる第２の運転領域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。

【００４６】即ち、機関の運転状態が第１の運転領域Ｉ
にあって低温燃焼が行われているときに要求負荷Ｌが機
関回転数Ｎの関数である第１の境界Ｘ（Ｎ）を越えると
運転領域が第２の運転領域IIに移ったと判断され、従来
の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Ｌが
機関回転数Ｎの関数である第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低
くなると運転領域が第１の運転領域Ｉに移ったと判断さ
れ、再び低温燃焼が行われる。

【００４７】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。

【００４８】ところで機関の運転領域が第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記体又はそ
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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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では噴射開始時期θＳは圧縮上死点ＴＤＣ付近とさ
れる。

【００５６】図９は第１の運転領域Ｉにおける目標空燃
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
れる各曲線は夫々目標空燃比が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が低くなるほど目標空燃比Ａ
／Ｆがリーンとされる。

【００５７】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目標
空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。目標空燃比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目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされ
る。

【００５８】ところで前述したように本発明による実施
例では第１の燃焼が行われているときにはＥＧＲ率がほ
ぼ７０パーセントとされている。しかしながら例えば燃
焼室５内に供給される吸入ガスの温度が上昇すると燃焼
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
が上昇する。従ってこのとき燃焼室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炭化水素の成長が途
中で停止する温度以下に抑制するには、即ち煤が発生し
ないようにするには吸入ガスの温度が上昇するほど燃料
周りのガスによる吸熱量を増大させることが必要とな
る。

【００５９】同様なことが機関冷却水温の上昇時にも云
える。即ち、機関冷却水温が高くなると圧縮行程中にシ
リンダボアの内壁面を介して逃げる熱量が減少するため
に燃焼室５内における燃焼時の燃料およびその周囲のガ
ス温度が上昇する。従ってこのとき燃焼室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炭化水素の成
長が途中で停止する温度以下に抑制するには、即ち煤が
発生しないようにするには機関冷却水温が上昇するほど
燃料周りのガスによる吸熱量を増大させることが必要と
なる。

【００６０】云い換えると、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に影響を与える代表温
度であって上昇するとそれに伴なって燃料およびその周
囲のガス温度も上昇する代表温度に応じて燃料周りのガ
スによる吸熱量を調整し、この代表温度が上昇するほど
燃料周りのガスによる吸熱量を増大させることが必要と
なる。

【００６１】そこで本発明による実施例ではこの代表温
度が上昇したときには燃料周りのガスによる吸熱量を増
大させるためにＥＧＲ率を大きくするようにしている。
次にこのことについて具体的に説明する。図１０（Ａ）
は基準となるＥＧＲ率に対して増大すべきＥＧＲ率ΔＥ
Ｇ０が零の場合、即ちＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率の場合
と、基準となるＥＧＲ率に対して増大すべきＥＧＲ率Δ
ＥＧ５が５パーセントの場合と、基準となるＥＧＲ率に
対して増大すべきＥＧＲ率ΔＥＧ１０が１０パーセント
の場合と、基準となるＥＧＲ率に対して増大すべきＥＧ
Ｒ率ΔＥＧ１５が１５パーセントの場合とを示してい
る。即ち、例えば基準となるＥＧＲ率が７０パーセント
であるとすると曲線ΔＥＧ０はＥＧＲ率が７０パーセン
トを示しており、曲線ΔＥＧ５はＥＧＲ率が７５パーセ
ントを示しており、曲線ΔＥＧ１０はＥＧＲ率が８０パ
ーセントを示しており、曲線ΔＥＧ１５はＥＧＲ率が８
５パーセントを示している。

【００６２】なお、図１０（Ａ）において横軸ＴＧは燃
焼室５内に供給される吸入ガスの温度を示しており、縦
軸ＴＷは機関冷却水温を示している。従って吸入ガス温
ＴＧが高くなるにつれて目標とするＥＧＲ率が高くな
り、機関冷却水温ＴＷが高くなるにつれて目標とするＥ
ＧＲ率が高くなることがわかる。増大すべきＥＧＲ率Δ
ＥＧは図１０（Ｂ）に示すように吸入ガス温ＴＧおよび
機関冷却水温ＴＷの関数として予めＲＯＭ４２内に記憶
されている。

【００６３】次に図１１を参照しつつ同一要求負荷およ
び同一機関回転数のもとで増大すべきＥＧＲ率ΔＥＧが
大きくなったときのスロットル弁２０の開度ＳＴの変
化、ＥＧＲ制御弁３１の開度ＳＥの変化、ＥＧＲ率の変
化、空燃比の変化の概要について説明する。図１１に示
されるように増大すべきＥＧＲ率ΔＥＧが比較的小さい
とき、即ち領域Ａにおいては空燃比Ａ／Ｆが一定に保持
された状態でΔＥＧが大きくなるほどＥＧＲ率が増大せ
しめられる。このときスロットル弁２０の開度ＳＴおよ
びＥＧＲ制御弁３１の開度ＳＥは図１１に示されるＥＧ
Ｒ率および空燃比Ａ／Ｆとなるように制御される。空燃
比Ａ／Ｆを一定に保持しつつＥＧＲ率を大きくするには
目標とするＥＧＲ率が高くなるほどＥＧＲ制御弁３１の
開度ＳＥおよびスロットル弁２０の開度ＳＴを大きくす
る必要があり、従ってＥＧＲ制御弁３１の開度ＳＥおよ
びスロットル弁２０の開度ＳＴはΔＥＧの増大に伴なっ
て図１１に示すように変化する。

【００６４】一方、図１１の領域ＢはΔＥＧが大きく、
ＥＧＲ制御弁３１が全開している領域を示している。Ｅ
ＧＲ制御弁３１が全開するとスロットル弁２０の開度を
小さくしない限りＥＧＲ率が大きくならず、従って領域
ＢにおいてはＥＧＲ制御弁３１は全開状態に保持され、
スロットル弁２０はΔＥＧが大きくなるにつれて少しず
つ閉弁せしめられる。それによって領域ＢにおいてもＥ
ＧＲ率はΔＥＧが大きくなるにつれて増大せしめられ
る。

【００６５】一方、スロットル弁２０が少しずつ閉弁せ
しめられると吸入空気量が減少するために図１１に示さ
れる如く空燃比Ａ／Ｆは次第に小さくなる。このように
空燃比Ａ／Ｆが小さくなると燃料周りの酸素量が少なく
なるために燃焼がおだやかとなる。即ち、領域ＢではＥ
ＧＲ率の増大作用と空燃比の低下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煤の発生しない温度に
抑制される。

【００６６】図１２は増大すべきＥＧＲ率がΔＥＧ０の
ときのスロットル弁２０の目標開度ＳＴのマップ（図１
２（Ａ））と、ＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥのマッ
プ（図１２（Ｂ））と、目標空燃比Ａ／Ｆのマップ（図
１２（Ｃ））とを示しており、図１３は増大すべきＥＧ
Ｒ率がΔＥＧ５のときのスロットル弁２０の目標開度Ｓ
Ｔのマップ（図１３（Ａ））と、ＥＧＲ制御弁３１の目
標開度ＳＥのマップ（図１３（Ｂ））と、目標空燃比Ａ
／Ｆのマップ（図１３（Ｃ））とを示しており、図１４
は増大すべきＥＧＲ率がΔＥＧ１０のときのスロットル
弁２０の目標開度ＳＴのマップ（図１４（Ａ））と、Ｅ
ＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥのマップ（図１４
（Ｂ））と、目標空燃比Ａ／Ｆのマップ（図１４
（Ｃ））とを示しており、図１５は増大すべきＥＧＲ率
がΔＥＧ１５のときのスロットル弁２０の目標開度ＳＴ
のマップ（図１５（Ａ））と、ＥＧＲ制御弁３１の目標
開度ＳＥのマップ（図１５（Ｂ））と、目標空燃比Ａ／
Ｆのマップ（図１５（Ｃ））とを示している。

【００６７】なお、図１２から図１５に示されるいずれ
のマップも要求負荷Ｌと機関回転数Ｎの関数であり、こ
れらのマップは予めＲＯＭ４２内に記憶されている。Δ
ＥＧ０とΔＥＧ５の中間値、ΔＥＧ５とΔＥＧ１０の中
間値、ΔＥＧ１０とΔＥＧ１５の中間値は補間により算
出される。図１２から図１５には空燃比Ａ／Ｆが一定に
維持される領域Ａと、領域Ａに比べて空燃比Ａ／Ｆが小
さくされる領域Ｂとが示されている。図１３、図１４、
図１５からわかるように領域Ｂは多量のＥＧＲガスが要
求される要求負荷Ｌの高い運転領域にのみ存在し、この
領域ＢはΔＥＧが高くなるほど低負荷側に拡大する。図
１２に示されるΔＥＧがΔＥＧ０のとき、即ちＥＧＲ率
が基準ＥＧＲ率のときには領域Ａのみとなり、このとき
の目標空燃比Ａ／Ｆは図９に示される目標空燃比とな
る。

【００６８】図１６は第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法
による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比Ａ／Ｆを
示している。なお、図１６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。空燃比を図１６に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに
必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図１７（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１６に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに
必要なＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが図１７（Ｂ）
に示されるように要求負荷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。また、第２の燃焼が行われているときには燃料噴射
量Ｑは要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに基づいて算出さ
れる。この燃料噴射量Ｑは図１８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】次に図１９を参照しつつ運転制御について
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。

【００７０】即ち、ステップ１０３では温度センサ６１
により検出された燃焼室５内への吸入ガス温ＴＧと水温
センサ６０により検出された機関冷却水温ＴＷに基づい
て図１０（Ｂ）に示すマップから増大すべきＥＧＲ率Δ
ＥＧが算出される。次いでステップ１０４ではΔＥＧに
基づいて図１２（Ａ）、図１３（Ａ）、図１４（Ａ）、
図１５（Ａ）のうちから選択されたマップよりスロット
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１
０５ではΔＥＧに基づいて図１２（Ｂ）、図１３
（Ｂ）、図１４（Ｂ）、図１５（Ｂ）のうちから選択さ
れたマップより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】次いでステップ１０６ではΔＥＧに基づい
て図１２（Ｃ）、図１３（Ｃ）、図１４（Ｃ）、図１５
（Ｃ）のうちから選択されたマップより目標空燃比Ａ／
Ｆが算出される。次いでステップ１０７では質量流量検
出器６２により検出された吸入空気の質量流量Ｇａが取
込まれ、次いでステップ１０８では吸入空気の質量流量
Ｇａと目標空燃比Ａ／Ｆに基づいて空燃比を目標空燃比
Ａ／Ｆとするのに必要な燃料噴射量Ｑが算出される。

【００７２】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１１１
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ１１１
では図１８に示されるマップから目標燃料噴射量Ｑが算
出され、燃料噴射量がこの目標燃料噴射量Ｑとされる。
次いでステップ１１２では図１７（Ａ）に示すマップか
らスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出され、スロッ
トル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとされる。

【００７３】次いでステップ１１３では図１７（Ｂ）に
示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出
され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとさ
れる。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１０９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１１１に進
み、リーン空燃比のもとで第２の燃焼が行われる。

【００７４】一方、ステップ１０９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１１０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。

【００７５】

【発明の効果】燃焼室内に供給される吸入ガスの温度や
機関冷却水温等により代表される温度が変化しても良好
な低温燃焼を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。

【図２】スモークおよびＮＯ_x の発生量等を示す図であ
る。

【図３】燃焼圧を示す図である。

【図４】燃料分子を示す図である。

【図５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図
である。

【図６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。

【図７】第１の運転領域Ｉ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における空燃比等を示す図で
ある。

【図１０】増大すべきＥＧＲ率ΔＥＧを示す図である。

【図１１】スロットル開度等の変化を示す図である。

【図１２】ΔＥＧ０のときのスロットル弁の目標開度、
ＥＧＲ制御弁の目標開度、目標空燃比のマップを示す図
である。

【図１３】ΔＥＧ５のときのスロットル弁の目標開度、
ＥＧＲ制御弁の目標開度、目標空燃比のマップを示す図
である。

【図１４】ΔＥＧ１０のときのスロットル弁の目標開
度、ＥＧＲ制御弁の目標開度、目標空燃比のマップを示
す図である。

【図１５】ΔＥＧ１５のときのスロットル弁の目標開
度、ＥＧＲ制御弁の目標開度、目標空燃比のマップを示
す図である。

【図１６】第２の燃焼における空燃比を示す図である。

【図１７】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。

【図１８】燃料噴射量のマップを示す図である。

【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。

【符号の説明】

６…燃料噴射弁 ２０…スロットル弁 ２９…ＥＧＲ通路 ３１…ＥＧＲ制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８０ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８０Ｃ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｃ (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８−218920（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−4287（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−287527（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/02 380 F02M 25/07 570

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関吸気通路内に排気ガスを再循環させ
   るための排気ガス再循環装置を具備し、燃焼室内に供給
   される再循環排気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する内燃機関において、煤の
   発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内
   に供給される再循環排気ガス量を多くし、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
   える代表温度であって上昇するとそれに伴なって該ガス
   温度も上昇する代表温度を検出するための検出手段を具
   備し、該代表温度が高くなるにつれて排気ガス再循環率
   を増大させるようにした内燃機関。
2. 【請求項２】 該代表温度が少くとも燃焼室内に供給さ
   れる吸入ガスの温度を代表する温度に基づいて定められ
   る請求項１に記載の内燃機関。
3. 【請求項３】 該代表温度が少くとも燃焼室内に供給さ
   れる吸入ガスの温度を代表する温度および機関冷却水温
   に基づいて定められる請求項１に記載の内燃機関。
4. 【請求項４】 上記排気ガス再循環装置はスロットル弁
   下流の吸気通路に供給される再循環排気ガス量を制御す
   るための排気ガス再循環制御弁を具備し、該排気ガス再
   循環制御弁の開度を増大させることによって排気ガス再
   循環率を増大させるようにした請求項１に記載の内燃機
   関。
5. 【請求項５】 該排気ガス再循環制御弁が全開したとき
   にはスロットル弁の開度を減少させるようにした請求項
   ４に記載の内燃機関。
6. 【請求項６】 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１に記載の内燃機関。
7. 【請求項７】 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。
8. 【請求項８】 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７に記載の内燃機
   関。
9. 【請求項９】 煤の発生量がピークとなる再循環排気ガ
   ス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が多
   く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量が
   ピークとなる再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される
   再循環排気ガス量が少ない第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。
10. 【請求項１０】 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９に記載の内燃機関。