JP3341683B2 - 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
空気量が一定限度を越えるとＥＧＲ率を低下させない限
り吸入空気量を増大させることができなくなる。従って
吸入空気量が一定限度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】この場合、新たな燃焼と従来より行われて
いる燃焼とでは燃焼方法が異なっており、従って新たな
燃焼を行う場合と従来より行われている燃焼を行う場合
とでは異なる運転制御が必要となる。即ち、従来より行
われている燃焼のもとでは、云い換えると空気過剰のも
とで燃焼が行われている場合には燃料の周りに十分な空
気が存在するために空気量を増大しても機関の発生トル
クは増大せず、機関の発生トルクを増大させるためには
燃料噴射量を増大させる必要がある。即ち、要求負荷が
増大したときに要求に答えて機関の出力トルクを増大さ
せるためには燃料噴射量をただちに増大させることが必
要であり、空燃比を目標空燃比とするための吸入空気量
の調整は燃料噴射量の増大作用が行われた後に行えば十
分である。

【００１１】これに対して新たな燃焼のもとでは若干状
況が異なる。即ち、新たな燃焼はＥＧＲ率が高い状態で
行われており、燃料周りの空気量が少ない状態で燃焼が
行われている。この場合には燃料噴射量を増量しても増
量した燃料を燃焼させるのに十分な空気が存在しないた
めに機関の発生トルクは増大しない。しかしながらこの
場合、空気量を増大すると燃料周りの空気量が増大する
ために燃焼が活発となり、斯くして機関の発生トルクが
増大する。即ち、新たな燃焼のもとで要求負荷が増大し
たときに要求に答えて機関の出力トルクを増大させるた
めには空気量をただちに増大させることが必要であり、
空燃比を目標空燃比にするための燃料噴射量の調整は空
気量の増大作用が行われた後に行えば十分である。

【００１２】このように新たな燃焼のもとでは機関の発
生トルクは空気量の変化に対し敏感であって燃料噴射量
の変化に対し鈍感であり、従来より行われている燃焼の
もとでは機関の発生トルクは燃料噴射量の変化に対し敏
感であって空気量の変化に対し鈍感である。本発明の目
的は燃焼の形態に応じた最適の運転制御を行うようにし
たことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、１番目の発明では、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
ピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量
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と、燃焼
室内に供給される吸入ガス量を制御する制御手段と、燃
焼室内に供給される吸入空気量を検出する検出手段とを
具備し、第１の燃焼が行われているときには要求負荷お
よび機関回転数に基づいて吸入ガス量を制御すると共に
検出手段により検出された吸入空気量に基づいて燃料噴
射量を制御するようにしている。

【００１４】即ち、吸入ガス量が制御されると吸入空気
量の検出値が変化し、変化した吸入空気量の検出値に基
づいて燃料噴射量が制御される。云い換えると吸入ガス
量の制御が燃料噴射量の制御に優先して行われる。２番
目の発明では１番目の発明において、制御手段が燃焼室
に供給される吸入空気量を制御するためのスロットル弁
と、燃焼室内に再循環される再循環排気ガス量を制御す
るための再循環排気ガス制御弁からなり、要求負荷およ
び機関回転数に応じたスロットル弁の目標開度と、要求
負荷および機関回転数に応じた再循環排気ガス制御弁の
目標開度が予め記憶されており、第１の燃焼が行われて
いるときにはスロットル弁の開度および再循環排気ガス
制御弁の開度が夫々対応する目標開度とされる。

【００１５】３番目の発明では１番目の発明において、
第１の燃焼が行われているときには検出手段により検出
された吸入空気量に基づいて空燃比が目標空燃比となる
ように燃料噴射量が制御される。４番目の発明では１番
目の発明において、第２の燃焼が行われているときには
要求負荷および機関回転数に基づいて燃料噴射量を制御
すると共に検出手段により検出された吸入空気量に基づ
いて吸入ガス量を制御するようにしている。

【００１６】５番目の発明では４番目の発明において、
要求負荷および機関回転数に応じた目標燃料噴射量が予
め記憶されており、第２の燃焼が行われているときには
燃料噴射量が目標燃料噴射量とされる。６番目の発明で
は４番目の発明において、制御手段が燃焼室に供給され
る吸入空気量を制御するためのスロットル弁と、燃焼室
内に再循環される再循環排気ガス量を制御するための再
循環排気ガス制御弁からなり、第２の燃焼が行われてい
るときには検出手段により検出された吸入空気量に基づ
いて空燃比が目標空燃比となるようにスロットル弁又は
再循環排気ガス制御弁の少くともいずれか一方が制御さ
れる。

【００１７】７番目の発明では１番目の発明において、
第１の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほ
ぼ５５パーセント以上であり、第２の燃焼が行われてい
るときの排気ガス再循環率がほぼ５０パーセント以下で
ある。８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。

【００１８】９番目の発明では８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。１０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。

【００１９】

【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。また、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２１が配置される。

【００２０】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２
３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２２
内には空燃比センサ２７が配置される。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２
０下流の空気吸込管１７とは排気ガス再循環（以下、Ｅ
ＧＲ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Ｅ
ＧＲ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。

【００２１】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。

【００２２】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。質量流量検出器２１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、空燃比セ
ンサ２７および燃料圧センサ３６の出力信号も夫々対応
するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力され
る。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３
０および燃料ポンプ３５に接続される。

【００２３】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。

【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
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。

【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。

【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。

【００３０】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。

【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
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。

【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。

【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】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。

【００４２】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。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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】図１０（Ａ）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１０（Ａ）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１
５．５，１６，１７，１８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
（Ａ）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。

【００５８】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（Ａ）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。

【００５９】なお、図１０（Ａ）に示される目標空燃比
Ａ／Ｆは図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ＲＯＭ４
２内に記憶されている。また、空燃比を図１０（Ａ）に
示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁２
０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ＲＯＭ４２内に記憶されており、空燃比を図１０
（Ａ）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。

【００６０】図１２（Ａ）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１２（Ａ）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２４，３５，４５，６
０を示している。図１２（Ａ）に示される目標空燃比Ａ
／Ｆは図１２（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび
機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２
内に記憶されている。また、空燃比を図１２（Ａ）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
ＲＯＭ４２内に記憶されており、空燃比を図１２（Ａ）
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１３（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。

【００６１】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１４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。次に図１５
を参照しつつ運転制御について説明する。

【００６２】図１５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１
０１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。

【００６３】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では質量流量検出器２１により検
出された吸入空気の質量流量（以下、単に吸入空気量と
称す）Ｇａが取込まれ、次いでステップ１０６では図１
０（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出され
る。次いでステップ１０７では吸入空気量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。

【００６４】このように低温燃焼が行われているときに
は要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化するとスロットル
弁２０の開度およびＥＧＲ制御弁３１の開度がただちに
要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標開度ＳＴ，
ＳＥに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Ｌが増
大せしめられるとただちに燃焼室５内の空気量が増大せ
しめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せ
しめられる。

【００６５】一方、スロットル弁２０の開度又はＥＧＲ
制御弁３１の開度が変化して吸入空気量が変化するとこ
の吸入空気量Ｇａの変化が質量流量検出器２１により検
出され、この検出された吸入空気量Ｇａに基づいて燃料
噴射量Ｑが制御される。即ち、吸入空気量Ｇａが実際に
変化した後に燃料噴射量Ｑが変化せしめられることにな
る。

【００６６】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１１０に進んで第
２の燃焼が行われる。即ち、ステップ１１０では図１４
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１１１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ＳＴが算出される。次いでステップ
１１２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。

【００６７】次いでステップ１１３では質量流量検出器
２１により検出された吸入空気量Ｇａが取込まれる。次
いでステップ１１４では燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａ
から実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が算出される。次いでス
テップ１１５では図１２（Ｂ）に示すマップから目標空
燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１１６では実
際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が目標空燃比Ａ／Ｆよりも大き
いか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）_R ＞Ａ／Ｆのときに
はステップ１１７に進んでスロットル開度の補正値ΔＳ
Ｔが一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ１１
９へ進む。これに対して（Ａ／Ｆ）_R ≦Ａ／Ｆのときに
はステップ１１８に進んで補正値ΔＳＴが一定値αだけ
増大せしめられ、次いでステップ１１９に進む。ステッ
プ１１９ではスロットル弁２０の目標開度ＳＴに補正値
ΔＳＴを加算することにより最終的な目標開度ＳＴが算
出され、スロットル弁２０の開度がこの最終的な目標開
度ＳＴとされる。即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が目
標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が
制御される。

【００６８】このように第２の燃焼が行われているとき
には要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料噴射
量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目
標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。例えば要求負荷Ｌ
が増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめ
られ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめ
られる。

【００６９】一方、燃料噴射量Ｑが増大せしめられて空
燃比が目標空燃比Ａ／Ｆからずれると空燃比が目標空燃
比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御さ
れる。即ち、燃料噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化
せしめられることになる。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１０
８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１１０に進み、リーン空燃比のもとで第２の燃焼
が行われる。

【００７０】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１０９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。これまで述べた実施例では
低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑはオープン
ループ制御され、第２の燃焼が行われているときに空燃
比がスロットル弁２０の開度を変化させることによって
制御される。しかしながら低温燃焼が行われているとき
に燃料噴射量Ｑを空燃比センサ２７の出力信号に基づい
てフィードバック制御することもできるし、また第２の
燃焼が行われているときに空燃比をＥＧＲ制御弁３１の
開度を変化させることによって制御することもできる。

【００７１】図１６は低温燃焼時には燃料噴射量Ｑを空
燃比センサ２７の出力信号に基づいてフィードバック制
御し、第２の燃焼時にはＥＧＲ制御弁３１の開度を制御
することによって空燃比を制御するようにした実施例を
示している。図１６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２
０１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。

【００７２】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では目標燃料噴射量Ｑが算出され
る。この目標燃料噴射量Ｑ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内に記憶されている。

【００７３】次いでステップ２０６では空燃比センサ２
７の出力信号から実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が算出され
る。次いでステップ２０７では図１０（Ｂ）に示すマッ
プから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ
２０８では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が目標空燃比Ａ／
Ｆよりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）_R ＞Ａ
／Ｆのときにはステップ２０９に進んで燃料噴射量の補
正値ΔＱが一定値βだけ増大せしめられ、次いでステッ
プ２１１へ進む。これに対して（Ａ／Ｆ）_R ≦Ａ／Ｆの
ときにはステップ２１０に進んで補正値ΔＱが一定値β
だけ減少せしめられ、次いでステップ２１１に進む。ス
テップ２１１では目標燃料噴射量Ｑに補正値ΔＱを加算
することにより最終的な目標燃料噴射量Ｑが算出され、
燃料噴射量がこの最終的な目標燃料噴射量Ｑとされる。
即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_Rが目標空燃比Ａ／Ｆと
なるように燃料噴射量が制御される。

【００７４】この実施例においても低温燃焼が行われて
いるときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると
スロットル弁２０の開度およびＥＧＲ制御弁３１の開度
がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標
開度ＳＴ，ＳＥに一致せしめられる。従って、例えば要
求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃焼室５内の空
気量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがた
だちに増大せしめられる。また、この実施例では燃焼室
５内の空気量が変化した後に燃料噴射量Ｑが変化せしめ
られることになる。

【００７５】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２１４
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ２１４
では図１４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２１５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２１６では図１３（Ｂ）に示すマップからＥＧ
Ｒ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出される。

【００７６】次いでステップ２１７では質量流量検出器
２１により検出された吸入空気量Ｇａが取込まれる。次
いでステップ２１８では燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａ
から実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が算出される。次いでス
テップ２１９では図１２（Ｂ）に示すマップから目標空
燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ２２０では実
際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が目標空燃比Ａ／Ｆよりも大き
いか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）_R ＞Ａ／Ｆのときに
はステップ２２１に進んでＥＧＲ制御弁開度の補正値Δ
ＳＥが一定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ２
２３へ進む。これに対して（Ａ／Ｆ）_R ≦Ａ／Ｆのとき
にはステップ２２２に進んで補正値ΔＳＥが一定値αだ
け減少せしめられ、次いでステップ２２３に進む。ステ
ップ２２３ではＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥに補正
値ΔＳＥを加算することにより最終的な目標開度ＳＥが
算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの最終的な目標
開度ＳＥとされる。即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）_R が
目標空燃比Ａ／ＦとなるようにＥＧＲ制御弁３１の開度
が制御される。

【００７７】この実施例でも第２の燃焼が行われている
ときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料
噴射量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じ
た目標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。従って、例え
ば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃料噴射量
が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただち
に増大せしめられる。また、この実施例においても燃料
噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化せしめられること
になる。

【００７８】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２１２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２１４
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２１２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２１３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。

【００７９】図１８に吸入空気量を検出するための別の
実施例を示す。この実施例ではスロットル弁２０の上流
側と下流側の圧力差ΔＰを検出するための圧力差検出器
６０が設けられ、この圧力差ΔＰの平方根とスロットル
弁２０の有効流路面積Ｓとの積から吸入空気量Ｇａが求
められる。なお、この場合スロットル弁２０の有効流路
面積Ｓは図１９に示されるようにスロットル弁開度ＴＡ
の関数であり、図１９に示す関係は予め実験により求め
られる。

【００８０】

【発明の効果】機関の出力トルクの応答性を高めること
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】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における空燃比等を示す図
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等を示す図であ
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】燃料噴射量のマップを示す図である。

【図１５】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【図１６】機関の運転を制御するための別の実施例を示
すフローチャートである。

【図１７】燃料噴射量のマップを示す図である。

【図１８】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す図で
ある。

【図１９】スロットル弁の有効流路面積を示す図であ
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 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 41/02 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０Ｅ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ ５７０ ５７０Ｊ (72)発明者 吉▲崎▼ 康二 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) 特開 平７−279718（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−141125（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−4519（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−14026（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−36923（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 395

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増
   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と、燃焼室内に供
   給される吸入ガス量を制御する制御手段と、燃焼室内に
   供給される吸入空気量を検出する検出手段とを具備し、
   第１の燃焼が行われているときには要求負荷および機関
   回転数に基づいて吸入ガス量を制御すると共に検出手段
   により検出された吸入空気量に基づいて燃料噴射量を制
   御するようにした内燃機関。
2. 【請求項２】 上記制御手段が燃焼室に供給される吸入
   空気量を制御するためのスロットル弁と、燃焼室内に再
   循環される再循環排気ガス量を制御するための再循環排
   気ガス制御弁からなり、要求負荷および機関回転数に応
   じたスロットル弁の目標開度と、要求負荷および機関回
   転数に応じた再循環排気ガス制御弁の目標開度が予め記
   憶されており、第１の燃焼が行われているときにはスロ
   ットル弁の開度および再循環排気ガス制御弁の開度が夫
   々対応する目標開度とされる請求項１に記載の内燃機
   関。
3. 【請求項３】 第１の燃焼が行われているときには検出
   手段により検出された吸入空気量に基づいて空燃比が目
   標空燃比となるように燃料噴射量が制御される請求項１
   に記載の内燃機関。
4. 【請求項４】 第２の燃焼が行われているときには要求
   負荷および機関回転数に基づいて燃料噴射量を制御する
   と共に検出手段により検出された吸入空気量に基づいて
   吸入ガス量を制御するようにした請求項１に記載の内燃
   機関。
5. 【請求項５】 要求負荷および機関回転数に応じた目標
   燃料噴射量が予め記憶されており、第２の燃焼が行われ
   ているときには燃料噴射量が該目標燃料噴射量とされる
   請求項４に記載の内燃機関。
6. 【請求項６】 上記制御手段が燃焼室に供給される吸入
   空気量を制御するためのスロットル弁と、燃焼室内に再
   循環される再循環排気ガス量を制御するための再循環排
   気ガス制御弁からなり、第２の燃焼が行われているとき
   には検出手段により検出された吸入空気量に基づいて空
   燃比が目標空燃比となるようにスロットル弁又は再循環
   排気ガス制御弁の少くともいずれか一方が制御される請
   求項４に記載の内燃機関。
7. 【請求項７】 第１の燃焼が行われているときの排気ガ
   ス再循環率がほぼ５５パーセント以上であり、第２の燃
   焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ５０パ
   ーセント以下である請求項１に記載の内燃機関。
8. 【請求項８】 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。
9. 【請求項９】 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８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１に記載の内燃機関。