JP3116876B2 - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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JP3116876B2 JP09305850A JP30585097A JP3116876B2 JP 3116876 B2 JP3116876 B2 JP 3116876B2 JP 09305850 A JP09305850 A JP 09305850A JP 30585097 A JP30585097 A JP 30585097A JP 3116876 B2 JP3116876 B2 JP 3116876B2
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    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
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    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0057—Specific combustion modes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

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ＮＯX の発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環（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ＮＯx の発生量が低下し、従ってＥＧＲ率を増大す
ればするほどＮＯx の発生量は低下することになる。
【０００３】このように従来よりＥＧＲ率を増大すれば
ＮＯx の発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらＥＧＲ率を増大させていくとＥＧＲ率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上ＥＧＲ率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるＥ
ＧＲ率がＥＧＲ率の最大許容限界であると考えられてい
る。
【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】
【発明が解決しようとする課題】このように従来ではＥ
ＧＲ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ＮＯx およびスモークの発生量ができる
だけ少なくなるように定められていた。しかしながらこ
のようにしてＥＧＲ率をＮＯx およびスモークの発生量
ができるだけ少なくなるように定めてもＮＯx およびス
モークの発生量の低下には限度があり、実際には依然と
してかなりの量のＮＯx およびスモークが発生してしま
うのが現状である。
【０００６】ところが本発明者は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
ど発生しないことを見い出したのである。また、このと
きにはＮＯx 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、その結果これまでにない煤および
ＮＯx の同時低減が可能な新たな燃焼システムを構築す
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。
【０００９】本発明はこの新たな燃焼システムの基本と
なる新たな燃焼原理に関するものである。
【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する内燃機関であって、
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、それにより燃焼室内
において煤が生成されるのを阻止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、
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
度は排気ガス中のＮＯx 量が１０p.p.m 前後又はそれ以
下となる温度である。３番目の発明では１番目の発明に
おいて、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲
のガス温度は機関負荷が予め定められた負荷よりも低い
ときにのみ煤が生成される温度よりも低い温度に抑制さ
れる。
【００１２】４番目の発明では１番目の発明において、
未燃炭化水素が煤の形ではなく煤の前駆体又はそれ以前
の形でもって燃焼室から排出され、この未燃炭化水素を
酸化触媒等を用いて後処理するようにしている。５番目
の発明では１番目の発明において、未燃炭化水素が煤の
形ではなく煤の前駆体又はそれ以前の形でもって燃焼室
から排出され、この未燃炭化水素を酸化するために機関
排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置している。６
番目の発明では５番目の発明において、触媒が酸化触
媒、三元触媒又はＮＯx 吸収剤の少くとも一つからな
る。
【００１３】７番目の発明では１番目の発明において、
燃料の燃焼熱を主に燃焼室内の不活性ガスにより吸収
し、不活性ガス量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が煤の生成される温度よりも低い
温度になるように設定している。８番目の発明では７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。
【００１４】９番目の発明では８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。１
０番目の発明では１番目の発明において、燃焼室内にお
ける空燃比が理論空燃比か、或いは理論空燃比に対して
わずかにリーンなリーン空燃比か、或いはリッチ空燃比
とされる。
【００１５】１１番目の発明では１番目の発明におい
て、機関負荷が予め定められた負荷よりも低いときに、
燃焼室内に供給される燃料量にかかわらずに、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の
生成される温度よりも低い温度に維持する燃焼温度制御
手段を具備している。１２番目の発明では１１番目の発
明において、燃焼温度制御手段が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
環装置からなり、機関吸気通路内に再循環される再循環
排気ガス量は燃焼室内に供給される燃料量が増大するに
つれて増大せしめられる。
【００１６】１３番目の発明では１１番目の発明におい
て、燃焼温度制御手段が機関排気通路から機関吸気通路
に再循環される再循環排気ガスの冷却装置からなり、燃
焼室内に供給される燃料量が増大するにつれて冷却装置
の冷却能力が高められる。１４番目の発明では１１番目
の発明において、燃焼温度制御手段は機関の圧縮比を制
御し、燃焼室内に供給される燃料量が増大するにつれて
機関の圧縮比を低下させる。
【００１７】１５番目の発明では１１番目の発明におい
て、燃焼温度制御手段が機関吸気通路内に配置された吸
気制御弁からなり、燃焼室内に供給される燃料量が増大
するにつれて吸気制御弁の開度が低下せしめられる。１
６番目の発明では１１番目の発明において、燃焼温度制
御手段が吸気弁駆動用アクチュエータからなり、燃焼室
内に供給される燃料量が増大するにつれて吸気弁の閉弁
時期がアクチュエータにより遅くされる。
【００１８】１７番目の発明では１１番目の発明におい
て、燃焼温度制御手段は燃焼室内に噴射される燃料の噴
射時期を制御し、燃料の噴射時期は燃焼室内に供給され
る燃料量が少ないときには圧縮行程未期とされ、燃焼室
内に供給される燃料量が増大するにつれて遅くされる。
１８番目の発明では１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ＮＯX を吸収しかつ流入する排気ガスの空燃比が理論
空燃比又はリッチになると吸収したＮＯX を放出するＮ
ＯX 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯX 吸収剤か
らＮＯX を放出すべきときには機関低負荷運転時におい
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
温度を煤の生成される温度よりも低い温度に抑制すると
共に燃焼室内における空燃比を理論空燃比又はリッチと
する。
【００１９】１９番目の発明では１８番目の発明におい
て、ＮＯX 吸収剤上流の機関排気通路内に酸化触媒を配
置している。２０番目の発明では１番目の発明におい
て、内燃機関がディーゼル機関からなり、少くとも圧縮
行程末期に燃焼室内に向けて燃料が噴射される。２１番
目の発明では２０番目の発明において、圧縮行程末期に
加え吸気行程初期にも燃焼室内に向けて燃料が噴射され
る。
【００２０】
【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を介して酸化機能を有する触媒１９を内蔵
した触媒コンバータ２０に連結され、排気マニホルド１
７内には空燃比センサ２１が配置される。
【００２１】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。
各燃料噴射弁６は燃料供給管２４を介して燃料リザー
バ、いわゆるコモンレール２５に連結される。このコモ
ンレール２５内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポン
プ２６から燃料が供給され、コモンレール２５内に供給
された燃料は各燃料供給管２４を介して燃料噴射弁６に
供給される。コモンレール２５にはコモンレール２５内
の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２７が取付けら
れ、燃料圧センサ２７の出力信号に基づいてコモンレー
ル２５内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ
２６の吐出量が制御される。
【００２２】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２７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４
０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２６に接続される。
【００２３】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，ＮＯX 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Ｅ
ＧＲ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。
【００２４】図２に示されるようにＥＧＲ率を増大する
ことにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率が
４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセ
ント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮ
ＯX 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。
【００２５】図３（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室５内の燃焼圧変
化を示しており、図３（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１３付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室５内の燃焼
圧の変化を示している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図３
（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【００２６】図２および図３に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第１に空燃比Ａ／Ｆが１
５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図２
に示されるようにＮＯx の発生量がかなり低下する。Ｎ
Ｏx 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。
【００２７】第２にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図２に示されるようにＨＣおよびＣＯ
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図４に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図４に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図２に示される如くＨＣおよびＣＯの排出
量が増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。
【００２８】図２および図３に示される実験結果に基づ
くこれらの考察をまとめると燃焼室５内の燃焼温度が低
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室５から排出さ
れることになる。このことについて更に詳細に実験研究
を重ねた結果、燃焼室５内における燃料およびその周囲
のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程
が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼
室５内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以
上になると煤が生成されることが判明したのである。
【００２９】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はＮＯx の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はＮＯx の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、ＮＯx の発生量が低下する。このときＮＯx の発
生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯ
x の発生量が１０p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
【００３０】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化触媒
等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
化触媒等を用いた後処理でもって容易に浄化することが
できる。このように酸化触媒等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。本発明による燃焼
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触媒等により
酸化せしめることを核としている。
【００３１】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室５内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。
【００３２】即ち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
【００３３】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
【００３４】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
は強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好しいことになる。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。
【００３５】図５は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
い、ＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とス
モークとの関係を示している。即ち、図５において曲線
ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９
０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却
装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線Ｃ
はＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。
【００３６】図５の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガス
を強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図５の曲線Ｂで示さ
れるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率
が５０パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
【００３７】また、図５の曲線Ｃで示されるようにＥＧ
Ｒガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５
５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図５は機関負荷が比
較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負
荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率は
若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下
限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなく
なるＥＧＲ率の下限はＥＧＲガスの冷却度合や機関負荷
に応じて変化する。
【００３８】図６は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なＥＧＲガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のＥＧＲガス
の割合を示している。なお、図６において縦軸は燃焼室
５内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Ｙは
過給が行われないときに燃焼室５内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してお
り、Ｚ１は低負荷運転領域を示している。
【００３９】図６を参照すると空気の割合、即ち混合ガ
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図６に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図６においてＥＧＲガスの割合、即ち混合
ガス中のＥＧＲガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のＥＧＲガス量
を示している。このＥＧＲガス量はＥＧＲ率で表すと５
５パーセント以上、図６に示す実施例では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ＮＯx 発生量は１０
p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってＮＯx の発生
量は極めて少量となる。
【００４０】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はＥＧＲガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図６に示されるようにＥＧＲガス量は噴射燃
料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。
即ち、ＥＧＲガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大
する必要がある。
【００４１】一方、図６の負荷領域Ｚ２では煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘが吸入しうる全吸入
ガス量Ｙを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘを燃焼室５内に供給
するにはＥＧＲガスおよび吸入空気の双方、或いはＥＧ
Ｒガスを過給又は加圧する必要がある。ＥＧＲガス等を
過給又は加圧しない場合には負荷領域Ｚ２では全吸入ガ
ス量Ｘは吸入しうる全吸入ガス量Ｙに一致する。従って
この場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干減
少させてＥＧＲガス量を増大すると共に空燃比がリッチ
のもとで燃料を燃焼せしめることになる。
【００４２】前述したように図６は燃料を理論空燃比の
もとで燃焼させる場合を示しているが図６に示される低
負荷運転領域Ｚ１において空気量を図６に示される空気
量よりも少なくても、即ち空燃比をリッチにしても煤の
発生を阻止しつつＮＯx の発生量を１０p.p.m 前後又は
それ以下にすることができ、また図６に示される低負荷
領域Ｚ１において空気量を図６に示される空気量よりも
多くしても、即ち空燃比の平均値を１７から１８のリー
ンにしても煤の発生を阻止しつつＮＯx の発生量を１０
p.p.m 前後又はそれ以下にすることができる。
【００４３】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときＮＯx も極めて少量しか発
生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空
燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、ＮＯx
も極めて少量しか発生しない。
【００４４】このように本発明においては、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、ＮＯx の発
生量が極めて少量となる。従って燃料消費率の向上を考
えるとこのとき平均空燃比をリーンにすることが好まし
いと言える。
【００４５】図７および図８は吸入ガス量を燃焼室５内
に吸入しうる最大ガス量にした場合を示している。な
お、図７は要求負荷にかかわらずにＥＧＲ率を７０パー
セント以上のほぼ一定率に維持するようにした場合を示
しており、この場合には要求負荷が小さくなるほど過剰
な空気量が増大する。一方、図８は要求負荷にかかわら
ずに空燃比を一定のリッチ空燃比或いは理論空燃比、又
は平均空燃比を一定のリーン空燃比に維持するようにし
た場合を示しており、この場合には要求負荷が小さくな
るほどＥＧＲ率が増大せしめられる。ただし、この場
合、ＥＧＲ率は最も低いときでもほぼ５５パーセント以
上とされる。図７および図８に示されるいずれの場合で
も煤は全く生成されず、ＮＯx の発生量は極めて少量と
なる。
【００４６】次に図９から図１２を参照しつつ機関低負
荷運転時における運転制御の具体的な一例について説明
する。図９は要求負荷に対する燃料噴射量、吸入空気量
およびＥＧＲガス量と、これら吸入空気量およびＥＧＲ
ガス量を得るためのスロットル弁１６（図１）およびＥ
ＧＲ制御弁２３（図１）の開度を示している。なお、図
９においてＹは図６のＹと同じ値を表している。この具
体例では要求負荷が最も低いとき、即ちアイドリング運
転時を除いてＥＧＲ制御弁２３は全開状態に保持され、
アイドリング運転時を除いてスロットル弁１６は要求負
荷の増大に伴ない半開状態から全開状態まで徐々に増大
せしめられる。機関負荷が高くなると従来より用いられ
ている通常の燃焼状態とされる。即ち、スロットル弁１
６は全開状態とされ、ＥＧＲ制御弁２３は閉弁せしめら
れる。
【００４７】図９に示される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
き要求負荷に応じた最適のＥＧＲガス量が得られるよう
に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。
【００４８】図１０（Ａ）の斜線は燃料噴射弁６からの
燃料噴射期間を示している。図１０（Ａ）に示されるよ
うに噴射開始時期は要求負荷が高くなるにつれて圧縮上
死点前ＢＴＤＣ１４°程度から次第に遅くされる。な
お、図１０（Ｂ）に示すように吸気行程の初期と圧縮行
程の末期の２回に分けて燃料噴射を行うこともできる。
図１１は空燃比センサ２１の出力を示している。図１１
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１２は低
負荷運転時における機関の運転制御ルーチンを示してい
る。図１２を参照するとまず初めにステップ５０におい
てスロットル弁１６が図９に示される開度となるように
制御される。次いでステップ５１ではＥＧＲ制御弁２３
が図９に示される開度となるように制御される。次いで
ステップ５２では燃料圧センサ２７の出力信号に基づい
てコモンレール２５内の燃料圧が目標燃料圧に制御され
る。次いでステップ５３では噴射時期が算出される。次
いでステップ５４では空燃比センサ２１の出力信号に基
づいて空燃比が目標空燃比となるようにアクセルペダル
４０の踏込み量および機関回転数から定まる基本噴射量
が補正される。
【００４９】機関低負荷運転時には煤は全く発生せず、
ＮＯX はほとんど発生せず、排気ガス中に煤の前駆体又
はその前の状態の炭化水素が含まれている場合にはこの
炭化水素は触媒１９により酸化せしめられる。触媒１９
としては酸化触媒、三元触媒、又はＮＯx 吸収剤を用い
ることができる。ＮＯx 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ＮＯx 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ＮＯx を放出する
機能を有する。
【００５０】このＮＯx 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。
【００５１】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ＮＯx 吸収剤を触媒１９として用いるこ
とができる。図１３は機関低負荷運転時における運転制
御の具体的な別の例を示している。この具体例では吸入
空気量およびＥＧＲガス量が噴射燃料量の増大に伴い増
大するように要求負荷の増大に伴いスロットル弁１６の
開度およびＥＧＲ制御弁２３の開度が増大せしめられ
る。
【００５２】図１４から図１９は機関低負荷運転時にお
いて煤の発生量を一層低減することに利用でき、また煤
の発生量がほぼ零となる運転領域を高負荷側に拡大する
ことにも利用することのできる種々の実施例を示してい
る。図１４を参照するとＥＧＲ通路２２の周りには冷却
装置６０が配置されている。この冷却装置６０は冷却水
取入口６１と冷却水排出口６２とを有する。冷却水取入
口６１は冷却水供給通路６３を介してラジエータ（図示
せず）の冷却水出口に接続されており、冷却水排出口６
２は冷却水排出通路６４を介して例えばウォーターポン
プ（図示せず）の入口に接続されている。冷却水供給通
路６３内には冷却装置６０内に供給される冷却水量を制
御するための流量制御弁６５が配置されている。
【００５３】また、吸気弁７の頂部には吸気弁駆動用の
アクチュエータ７０が配置されている。図１５はこの吸
気弁駆動用アクチュエータ７０の拡大図を示している。
図１５を参照すると、７１は吸気弁７の頂部に取付けら
れた円板状鉄片、７２，７３は鉄片７１の両側に配置さ
れたソレノイド、７４，７５は鉄片７１の両側に配置さ
れた圧縮ばねを夫々示す。ソレノイド７３が付勢される
と鉄片７１が上昇し、吸気弁７が閉弁する。これに対し
てソレノイド７２が付勢されると鉄片７１が下降し、吸
気弁７が開弁する。従って各ソレノイド７２，７３の付
勢タイミングを制御することによって吸気弁７を任意の
時期に開弁し、閉弁することができる。
【００５４】不活性ガス、例えばＥＧＲガスの吸熱作用
による燃焼温度の低下作用に加え、他の方法による燃焼
温度の低下作用を併用すれば燃焼温度が更に低下し、従
って煤は更に発生しなくなる。また、このように燃焼温
度を更に低下させれば煤がほとんど発生しない運転領域
を高負荷側に拡大することができる。この場合、高負荷
になるほど、即ち燃料燃焼時の発熱量が増大するほど燃
焼温度の低下作用を強化する必要がある。
【００５５】図１６はスロットル弁１６の開度を小さく
することにより燃焼温度を低下させるようにした場合を
示している。即ち、スロットル弁１６の開度を小さくす
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
行程末期における燃焼室５内の圧力が低くなり、斯くし
て燃焼温度が低下することになる。なお、図１６に示さ
れる例では機関負荷が高くなるほど燃焼温度の低下作用
を強化するためにアイドリング運転時を除き要求負荷が
高くなるにつれてスロットル弁１６の開度が小さくされ
る。
【００５６】図１７は吸気弁７の閉弁時期を遅くするこ
とにより燃焼温度を低下させるようにした場合を示して
いる。即ち、吸気弁７の閉弁時期を遅くすると実圧縮比
が小さくなり、斯くして燃焼温度が低下することにな
る。なお、図１７に示される例では機関負荷が高くなる
ほど燃焼温度の低下作用を強化するために要求負荷が高
くなるにつれてアクチュエータ７０により吸気弁７の閉
弁時期が徐々に遅くされる。なお、圧縮比を変えるため
の可変圧縮装置は種々の型式のものが公知であり、これ
ら可変圧縮装置を用いて機関負荷が高くなるほど圧縮比
を低下させることもできる。
【００５７】図１８は噴射時期を遅らすことにより燃焼
温度を低下させるようにした場合を示している。即ち、
噴射時期を圧縮上死点に近づけるか、或いは圧縮上死点
以後にすると燃焼圧が低下し、燃焼温度が低下する。な
お、図１８に示される例では機関負荷が高くなるほど燃
焼温度の低下作用を強化するために要求負荷が高くなる
につれて噴射時期が圧縮上死点前から圧縮上死点後まで
徐々に遅らされる。
【００５８】図１９は冷却装置６０によりＥＧＲガスを
冷却することにより燃焼温度を低下させるようにした場
合を示している。なお、図１９に示される例では機関負
荷が一定負荷以下のときには冷却装置６０による冷却作
用は中止され、機関負荷が一定負荷以上になると機関負
荷が高くなるほど燃焼温度の低下作用を強化するために
要求負荷が高くなるにつれて冷却装置６０に供給される
冷却水量が増大するように、即ち冷却装置６０の冷却能
力が高められるように流量制御弁６５が制御される。
【００５９】次に触媒１９としてＮＯx 吸収剤を用いた
場合について説明する。なお、図２０に示すように触媒
１９として酸化触媒を用い、酸化触媒１９下流の排気通
路内にＮＯx 吸収剤８０を配置することもできる。機関
吸気通路およびＮＯX 吸収剤１９（図１）又は８０（図
２０）上流の排気通路内に供給された空気および燃料
（炭化水素）の比をＮＯX 吸収剤１９，８０への流入排
気ガスの空燃比と称するとこのＮＯX 吸収剤１９，８０
は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ X を吸
収し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチに
なると吸収したＮＯX を放出するＮＯX の吸放出作用を
行う。
【００６０】ＮＯX 吸収剤１９，８０を機関排気通路内
に配置すればこのＮＯX 吸収剤１９，８０は実際にＮＯ
X 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２１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。
【００６１】図１および図２０に示される圧縮着火式内
燃機関では高負荷運転時には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２１（Ａ）に示されるようにこれら酸素
Ｏ2 がＯ2 - 又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着す
る。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上で
Ｏ2 - 又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2
→２ＮＯ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐ
ｔ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２１（Ａ）に示されるように硝
酸イオンＮＯ3 - の形で吸収剤内に拡散する。このよう
にしてＮＯX がＮＯX 吸収剤１９，８０内に吸収され
る。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表
面でＮＯ2 が生成され、吸収剤のＮＯ X 吸収能力が飽和
しない限りＮＯ2 が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮ
Ｏ3 -が生成される。
【００６２】一方、機関低負荷運転時になると煤の発生
を阻止するために燃焼温度が低下せしめられ、このとき
空燃比がリッチとされる。空燃比がリッチとされ、流入
排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2 の生成量が低下
すると反応が逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）に進み、斯く
して吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3 - がＮＯ2 の形で吸収
剤から放出される。このときＮＯX 吸収剤１９，８０か
ら放出されたＮＯX は図２１（Ｂ）に示されるように流
入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと反応し
て還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上
にＮＯ2 が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮ
Ｏ2 が放出される。従って空燃比がリッチにされると短
時間のうちにＮＯX 吸収剤１９，８０からＮＯX が放出
され、しかもこの放出されたＮＯX が還元されるために
大気中にＮＯX が排出されるのを阻止することができる
ことになる。
【００６３】このようにこの実施例ではＮＯX 吸収剤１
９，８０のＮＯX の吸放出作用を利用してＮＯX が大気
に放出されるのが阻止され、しかもＮＯX 吸収剤１９，
８０からＮＯX を放出すべく機関低負荷運転時に空燃比
がリッチにされても煤がほとんど発生しないことにな
る。なお、低負荷運転時における空燃比を通常はややリ
ーンにしておき、ＮＯX 吸収剤１９，８０からＮＯX を
放出すべきときのみ空燃比をリッチにすることもでき
る。なお、ＮＯX 吸収剤１９，８０は還元触媒の機能も
有しているのでＮＯXを放出すべきときに空燃比を理論
空燃比にしてもＮＯX 吸収剤１９，８０から放出された
ＮＯX が還元せしめられる。しかしながら空燃比を理論
空燃比にした場合にはＮＯX 吸収剤１９，８０からＮＯ
X が徐々にしか放出されないためにＮＯ X 吸収剤１９，
８０に吸収されている全ＮＯX を放出させるには若干長
い時間を要する。
【００６４】これまで本発明を圧縮着火式内燃機関に適
用した場合について説明してきたが本発明はガソリン機
関にも適用することができる。
【００６５】
【発明の効果】煤およびＮＯx の発生を同時に阻止する
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ＮＯx 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】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
【図８】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
【図９】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
【図１０】噴射期間を示す図である。
【図１１】空燃比センサの出力を示す図である。
【図１２】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図１３】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図で
ある。
【図１４】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１５】吸気弁駆動用アクチュエータの側面断面図で
ある。
【図１６】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図１７】吸気弁の開閉弁時期を示す図である。
【図１８】噴射期間を示す図である。
【図１９】冷却装置に供給される冷却水量を示す図であ
る。
【図２０】圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す
全体図である。
【図２１】ＮＯX の吸放出作用を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
６…燃料噴射弁 １６…スロットル弁 １９…酸化触媒 ２２…ＥＧＲ通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｈ 15/00 15/00 Ｚ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ｅ 41/04 ３５５ 41/04 ３５５ 41/38 41/38 Ｂ 41/40 41/40 Ｃ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｎ ３０１Ｐ ３０１Ｓ ３０１Ｚ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ ５５０Ｎ ５７０ ５７０Ｇ ５８０ ５８０Ｅ (56)参考文献 特開 平９−287527（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−336957（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−254152（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−296469（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−317588（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−4287（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−170560（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−303309（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−14026（ＪＰ，Ａ) 松井、木村、小池、「小型ＤＩディー ゼル機関の新燃焼コンセプト」、自動車 技術会論文集、平成９年１月、Ｖｏｌ. 28、Ｎｏ．１、ｐ41−46。 常本、石谷、「予燃焼室ディーゼル機 関における吸気絞りＥＧＲについて」、 自動車技術会論文集、昭和54年、Ｎｏ. 18、ｐ18−26。 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/08 F01N 3/24 F02D 41/02 351 F02D 13/02 F02D 15/00 F02D 21/08 301 F02D 41/04 355 F02D 41/38 F02D 41/40 F02D 43/00 301 F02M 25/07 550 F02M 25/07 570 F02M 25/07 580 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (21)

    (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する内燃機関
    であって、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、それによ
    り燃焼室内において煤が生成されるのを阻止するように
    した内燃機関。
  2. 【請求項２】 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排気ガス中のＮＯx 量が１０p.p.m
    前後又はそれ以下となる温度である請求項１に記載の内
    燃機関。
  3. 【請求項３】 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機関負荷が予め定められた負荷より
    も低いときにのみ煤が生成される温度よりも低い温度に
    抑制される請求項１に記載の内燃機関。
  4. 【請求項４】 未燃炭化水素が煤の形ではなく煤の前駆
    体又はそれ以前の形でもって燃焼室から排出され、該未
    燃炭化水素を酸化触媒等を用いて後処理するようにした
    請求項１に記載の内燃機関。
  5. 【請求項５】 未燃炭化水素が煤の形ではなく煤の前駆
    体又はそれ以前の形でもって燃焼室から排出され、該未
    燃炭化水素を酸化するために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。
  6. 【請求項６】 該触媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯx
    吸収剤の少くとも一つからなる請求項５に記載の圧縮着
    火式内燃機関。
  7. 【請求項７】 燃料の燃焼熱を主に燃焼室内の不活性ガ
    スにより吸収し、該不活性ガス量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が煤の生成される
    温度よりも低い温度になるように設定した請求項１に記
    載の内燃機関。
  8. 【請求項８】 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７に記載の内燃機関。
  9. 【請求項９】 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８に記載の圧縮着火式内燃機関。
  10. 【請求項１０】 燃焼室内における空燃比を理論空燃比
    か、或いは理論空燃比に対してわずかにリーンなリーン
    空燃比か、或いはリッチ空燃比とする請求項１に記載の
    内燃機関。
  11. 【請求項１１】 機関負荷が予め定められた負荷よりも
    低いときに、燃焼室内に供給される燃料量にかかわらず
    に、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガ
    ス温度を煤の生成される温度よりも低い温度に維持する
    燃焼温度制御手段を具備した請求項１に記載の内燃機
    関。
  12. 【請求項１２】 該燃焼温度制御手段が燃焼室から排出
    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
    ス再循環装置からなり、機関吸気通路内に再循環される
    再循環排気ガス量は燃焼室内に供給される燃料量が増大
    するにつれて増大せしめられる請求項１１に記載の内燃
    機関。
  13. 【請求項１３】 該燃焼温度制御手段が機関排気通路か
    ら機関吸気通路に再循環される再循環排気ガスの冷却装
    置からなり、燃焼室内に供給される燃料量が増大するに
    つれて該冷却装置の冷却能力が高められる請求項１１に
    記載の内燃機関。
  14. 【請求項１４】 該燃焼温度制御手段は機関の圧縮比を
    制御し、燃焼室内に供給される燃料量が増大するにつれ
    て機関の圧縮比を低下させる請求項１１に記載の内燃機
    関。
  15. 【請求項１５】 該燃焼温度制御手段が機関吸気通路内
    に配置された吸気制御弁からなり、燃焼室内に供給され
    る燃料量が増大するにつれて吸気制御弁の開度が低下せ
    しめられる請求項１１に記載の内燃機関。
  16. 【請求項１６】 該燃焼温度制御手段が吸気弁駆動用ア
    クチュエータからなり、燃焼室内に供給される燃料量が
    増大するにつれて吸気弁の閉弁時期が該アクチュエータ
    により遅くされる請求項１１に記載の内燃機関。
  17. 【請求項１７】 該燃焼温度制御手段は燃焼室内に噴射
    される燃料の噴射時期を制御し、燃料の噴射時期は燃焼
    室内に供給される燃料量が少ないときには圧縮行程未期
    とされ、燃焼室内に供給される燃料量が増大するにつれ
    て遅くされる請求項１１に記載の内燃機関。
  18. 【請求項１８】 流入する排気ガスの空燃比がリーンの
    ときには排気ガス中に含まれるＮＯX を吸収しかつ流入
    する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると
    吸収したＮＯX を放出するＮＯX 吸収剤を機関排気通路
    内に配置し、ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべきとき
    には機関低負荷運転時におい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の生成される温度
    よりも低い温度に抑制すると共に燃焼室内における空燃
    比を理論空燃比又はリッチとする請求項１に記載の内燃
    機関。
  19. 【請求項１９】 ＮＯX 吸収剤上流の機関排気通路内に
    酸化触媒を配置した請求項１８に記載の内燃機関。
  20. 【請求項２０】 内燃機関がディーゼル機関からなり、
    少くとも圧縮行程末期に燃焼室内に向けて燃料が噴射さ
    れる請求項１に記載の内燃機関。
  21. 【請求項２１】 圧縮行程末期に加え吸気行程初期にも
    燃焼室内に向けて燃料が噴射される請求項２０に記載の
    内燃機関。
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