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JP2000080954A - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

圧縮着火式内燃機関

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Publication number
JP2000080954A
JP2000080954A JP10295688A JP29568898A JP2000080954A JP 2000080954 A JP2000080954 A JP 2000080954A JP 10295688 A JP10295688 A JP 10295688A JP 29568898 A JP29568898 A JP 29568898A JP 2000080954 A JP2000080954 A JP 2000080954A
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air
fuel ratio
combustion
amount
absorbent
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JP10295688A
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康二 吉▲崎▼
Shizuo Sasaki
静夫 佐々木
Masahito Goto
雅人 後藤
Takekazu Ito
丈和 伊藤
Hiroki Murata
宏樹 村田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 未燃ＨＣおよび煤の排出をできる限り抑制し
つつＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出させる。 【解決手段】 煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量
よりも燃焼室５内のＥＧＲ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ＥＧ
Ｒガス量よりも燃焼室５内のＥＧＲガス量が少い第２の
燃焼とを選択的に行う。機関排気通路内にＮＯX 吸収剤
２５を配置する。ＮＯX 吸収剤２５からＮＯX 又はＳＯ
X を放出すべきときには一部の気筒の空燃比をリッチに
し、残りの気筒の空燃比をリーンにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮着火式内燃機関
に関する。
【０００２】
【従来の技術】流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きにはＮＯX を吸収し、流入する排気ガスがリッチ又は
理論空燃比になると吸収したＮＯX を放出するＮＯX 吸
収剤を機関排気通路内に配置し、リーン混合気が燃焼せ
しめられているときに発生するＮＯX をＮＯX 吸収剤に
より吸収し、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収能力が飽和する
前に全気筒の燃焼室内における空燃比を一時的にリッチ
にしてＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出させると共に放出
されたＮＯX 排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによ
り還元するようにした圧縮着火式内燃機関が公知である
（国際公開ＷＯ９３／０７３６３号参照）。この圧縮着
火式内燃機関ではＮＯX 吸収剤からＮＯXを放出すべき
ときにはスロットル弁を閉弁すると共に燃料噴射量を増
量することにより全気筒の燃焼室内における空燃比をリ
ッチにするようにしている。
【０００３】また排気ガス中にはＳＯX も含まれてお
り、このＳＯX もＮＯX 吸収剤に吸収される。このＳＯ
X をＮＯX 吸収剤から放出させるときにも空燃比をリッ
チにする必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら圧縮着火
式内燃機関においてスロットル弁を閉弁し、燃料噴射量
を増量することによって全気筒の燃焼室内における空燃
比をリッチにすると多量の未燃ＨＣおよび多量のスモー
クが発生するという問題がある。
【０００５】
【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、流入する排気ガスの空燃比がリ
ーンであるときにはＮＯX を吸収し、流入する排気の空
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た圧縮
着火式内燃機関において、ＮＯX 吸収剤からＮＯX 又は
ＳＯX を放出すべきときにはＮＯX 吸収剤に流入する排
気ガスの空燃比がリッチとなるように一部の気筒の空燃
比をリッチにすると共に残りの気筒の空燃比をリーンに
するようにしている。即ち、ＮＯX 吸収剤からＮＯX 又
はＳＯX を放出すべきときには一部の気筒の空燃比のみ
リッチにされるので全気筒の空燃比をリッチにした場合
に比べて発生する未燃ＨＣおよびスモークの量が低下せ
しめられる。
【０００６】２番目の発明では１番目の発明において、
圧縮着火式内燃機関が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２の燃焼が
行われているときにＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべ
きときにはＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が
リッチとなるように一部の気筒の空燃比をリッチにする
と共に残りの気筒の空燃比をリーンにするようにしてい
る。
【０００７】３番目の発明では２番目の発明において、
上述の一部の気筒では第２の燃焼のもとで空燃比がリッ
チとされる。４番目の発明では２番目の発明において、
上述の一部の気筒では第２燃焼から第１の燃焼に切換え
られた後第１の燃焼のもとで空燃比がリッチとされる。
５番目の発明では２番目の発明において、第１の燃焼が
行われているときにＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべ
きときには全気筒の燃焼室内における空燃比を一時的に
理論空燃比又はリッチにするようにしている。
【０００８】６番目の発明では２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、不活性ガスが再
循環排気ガスからなる。７番目の発明では６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。
【０００９】８番目の発明では２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。９番目の発明では１番目の発明において、
圧縮着火式内燃機関が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い第２の燃焼
とを選択的に切換える切換手段を具備し、ＮＯX 吸収剤
からＳＯX を放出すべきときには第１の燃焼が行われて
いるときにＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が
リッチとなるように一部の気筒の空燃比をリッチとする
と共に残りの気筒の空燃比をリーンにするようにしてい
る。
【００１０】１０番目の発明では９番目の発明におい
て、ＮＯX 吸収剤からＳＯX を放出すべきときにＮＯX
吸収剤の温度が予め定められた温度よりも低いときには
ＮＯX吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンとな
るように一部の気筒の空燃比をリッチとすると共に残り
の気筒の空燃比をリーンにし、ＮＯX 吸収剤の温度が予
め定められた温度よりも高くなったときにＮＯX 吸収剤
に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように一部
の気筒の空燃比をリッチとすると共に残りの気筒の空燃
比をリーンにするようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１および図２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および図２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１
６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。
【００１２】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ＮＯX 吸収剤２５お
よび酸化触媒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。酸化触媒２６下流
の排気管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
ＥＧＲガスが冷却される。
【００１３】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。
【００１４】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。また、ＮＯX 吸収剤２５に
はＮＯX 吸収剤２５の温度を検出するための温度センサ
３７が取付けられ、この温度センサ３７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。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、図１に示される実施例では図
２に示されるように内燃機関は１番気筒＃１、２番気筒
＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４からなる４つの気筒
を具備しており、噴射順序は１−３−４−２とされてい
る。図１に示されるように出力ポート４６は対応する駆
動回路４８を介して各気筒の燃料噴射弁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。
【００１５】ところで従来より内燃機関、例えば圧縮着
火式機関においては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ＥＧＲ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、ＥＧＲ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。
【００１６】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。
【００１７】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。
従って従来の圧縮着火式内燃機関ではＥＧＲ率は最大で
も３０パーセントから５０パーセント程度に抑えられて
いる。
【００１８】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。
【００１９】ところが圧縮着火式内燃機関の燃焼の研究
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Ｅ
ＧＲ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、アイドリンク運転時において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
いて検討が進められ、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。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】図１および図２はこの新たな燃焼システム
を採用した圧縮着火式内燃機関を示している。図３は図
１および図２に示される圧縮着火式内燃機関において、
機関低負荷運転時にスロットル弁２０の開度およびＥＧ
Ｒ率を変化させることにより空燃比Ａ／Ｆ（図３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３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率が高くなり、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。
【００２３】図３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。
【００２４】図４（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４（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４（Ａ）と図４（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４（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図４
（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
【００２５】図３および図４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３
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４からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図４（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。
【００２６】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３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５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５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３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。
【００２７】図３および図４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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】図６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６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。
【００３５】図６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バーセントよ
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６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。
【００３６】また、図６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６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。
【００３７】図７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７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。
【００３８】図７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７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７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７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７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７
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１０p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってＮ
ＯX の発生量は極めて少量となる。
【００３９】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７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。
【００４０】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７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。
【００４１】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。
【００４２】なお、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７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７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、また空気量を
図７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１０p.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、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、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】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のピーク
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。
【００４６】図８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1Iとを示してい
る。なお、図８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８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
1I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。
【００４７】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。
【００４８】図９は空燃比センサ２７の出力を示してい
る。図９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。次
に図１０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。
【００４９】図１０は要求負荷Ｌに対するスロットル弁
２０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１０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、
ＥＧＲ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１０に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧ
Ｒ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。
【００５０】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、噴射開始時間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。
【００５１】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も全開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
力が高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１０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６）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。
【００５３】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が高くなるほど次第に小さ
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。
【００５４】図１１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１１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１１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
１１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１１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
２（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１１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。
【００５７】図１３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１３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１４（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。
【００５８】一方、排気ターボチャージャ１５下流の機
関排気通路内に配置されたＮＯX 吸収剤２５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Ｎａ、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。機関吸気通路、燃焼室５およ
びＮＯX 吸収剤２５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２５への流
入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯX 吸収剤２５は
流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯX 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。
【００５９】このＮＯX 吸収剤２５を機関排気通路内に
配置すればＮＯX 吸収剤２５は実際にＮＯX 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１５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。
【００６０】図１に示される圧縮着火式内燃機関では通
常燃焼室５における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１５（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ
2 - 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 →２Ｎ
Ｏ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ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１５（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２５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ＮＯX 吸収能力が飽和しない限りＮＯ
2 が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 - が生成さ
れる。
【００６１】一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにさ
れると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白
金Ｐｔの表面でのＮＯ2 の生成量が低下する。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ＮＯ
2 の形で吸収剤から放出される。このときＮＯX 吸収剤
２５から放出されたＮＯX は図１５（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ＮＯ2 が放出される。従って流入排気ガスの空燃比
がリッチにされると短時間のうちにＮＯ X 吸収剤２５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 が排出されることはな
い。
【００６２】なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を
理論空燃比にしてもＮＯX 吸収剤２５からＮＯX が放出
される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃
比にした場合にはＮＯX 吸収剤２５からＮＯX が徐々に
しか放出されないためにＮＯ X 吸収剤２５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。
【００６３】前述したように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Ｎ
ＯX 吸収剤２５の下流に配置された酸化触媒２６により
良好に酸化せしめられる。なお、上述したようにＮＯX
吸収剤２５は白金Ｐｔのような貴金属を含んでおり、従
ってＮＯX 吸収剤２５も酸化機能を有している。従っ
て、低温燃焼が行われているときに燃焼室５から排出さ
れた未燃炭化水素はＮＯX 吸収剤２５によっても良好に
酸化せしめられることになる。
【００６４】ところでＮＯX 吸収剤２５のＮＯX 吸収能
力には限度があり、ＮＯX 吸収剤２５のＮＯX 吸収能力
が飽和する前にＮＯX 吸収剤２５からＮＯX を放出させ
る必要がある。そのためにはＮＯX 吸収剤２５に吸収さ
れているＮＯX 量を推定する必要がある。そこで本発明
による実施例では第１の燃焼が行われているときの単位
時間当りのＮＯX 吸収量Ａを要求負荷Ｌおよび機関回転
数Ｎの関数として図１６（Ａ）に示すようなマップの形
で予め求めておき、第２の燃焼が行われているときの単
位時間当りのＮＯX 吸収量Ｂを要求負荷Ｌおよび機関回
転数Ｎの関数として図１６（Ｂ）に示すようなマップの
形で予め求めておき、これら単位時間当りのＮＯX 吸収
量Ａ，Ｂを積算することによってＮＯX 吸収剤２５に吸
収されているＮＯX 量ΣＮＯＸを推定するようにしてい
る。
【００６５】本発明による実施例ではこのＮＯX 吸収量
ΣＮＯＸが予め定められた許容最大値を越えたときのＮ
ＯX 吸収剤２５からＮＯX を放出させるようにしてい
る。次にこのことについて図１７を参照しつつ説明す
る。図１７を参照すると本発明による実施例では二つの
許容最大値、即ち許容最大値ＭＡＸ１と許容最大値ＭＡ
Ｘ２とが設定されている。許容最大値ＭＡＸ１はＮＯX
吸収剤２５が吸収しうる最大ＮＯX 吸収量の３０パーセ
ント程度とされており、許容最大値ＭＡＸ２はＮＯX 吸
収剤２５が吸収しうる最大吸収量の８０パーセント程度
とされている。第１の燃焼が行われているときにＮＯX
吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたときには
ＮＯX 吸収剤２５からＮＯX を放出すべく空燃比がリッ
チとされ、第２の燃焼が行われているときにＮＯX 吸収
量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたときには第２
の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときにＮＯX 吸収
剤２５からＮＯX を放出すべく空燃比がリッチとされ、
第２の燃焼が行われているときにＮＯX 吸収量ΣＮＯＸ
が許容最大値ＭＡＸ２を越えたときにはＮＯX 吸収剤２
５からＮＯX を放出すべく一部の気筒のみの空燃比がリ
ッチとされる。
【００６６】即ち、図１７において期間Ｘは要求負荷Ｌ
が第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも低く、第１の燃焼が行われ
ている場合を示しており、このとき空燃比は理論空燃比
よりもわずかばかりリーンなリーン空燃比となってい
る。第１の燃焼が行われているときにはＮＯX の発生量
が極めて少く、従ってこのときには図１７に示されるよ
うにＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが極めてゆっくりと上昇す
る。第１の燃焼が行われているときにＮＯX 吸収量ΣＮ
ＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えると全気筒の空燃比Ａ
／Ｆは一時的にリッチとされ、それによってＮＯX 吸収
剤２５からＮＯX が放出される。このときＮＯX 吸収量
ΣＮＯＸは零とされる。
【００６７】前述したように第１の燃焼が行われている
ときには空燃比がリーンであろうと、理論空燃比であろ
うと、リッチであろうと煤は発生せず、従って第１の燃
焼が行われているときにＮＯX 吸収剤２５からＮＯX を
放出すべく空燃比Ａ／Ｆがリッチとされてもこのとき煤
が発生することはない。次いで時刻ｔ1 において要求負
荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）を越えると第１の燃焼から第
２の燃焼に切換えられる。図１７に示されるように第２
の燃焼が行われているときには空燃比Ａ／Ｆはかなりリ
ーンとなる。第２の燃焼が行われているときには第１の
燃焼が行われている場合に比べてＮＯX の発生量が多
く、従って第２の燃焼が行われているときにはＮＯX 量
ΣＮＯＸは比較的急速に上昇する。
【００６８】第２の燃焼が行われているときに全気筒の
空燃比Ａ／Ｆをリッチにすると多量の煤が発生し、従っ
て第２の燃焼が行われているとき全気筒の空燃比Ａ／Ｆ
をリッチにすることは好ましくない。従って図１７に示
されるように第２の燃焼が行われているときにＮＯX 吸
収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたとしてもＮ
ＯX 吸収剤２５からＮＯX を放出すべく空燃比Ａ／Ｆが
リッチとされない。この場合には図１７の時刻ｔ2 にお
けるように要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低く
なって第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられたときに
ＮＯX 吸収剤２５からＮＯX を放出すべく全気筒の空燃
比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされる。
【００６９】次いで図１７の時刻ｔ3 において第１の燃
焼から第２の燃焼に切換えられ、暫らくの間第２の燃焼
が継続したとする。このときＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが許
容最大値ＭＡＸ１を越え、次いで時刻ｔ4 において許容
最大値ＭＡＸ２を越えたとするとこのときにＮＯX 吸収
剤２５からＮＯX を放出すべくＮＯX 吸収剤２５に流入
する排気ガスの空燃比がリッチとなるように一部の気筒
の空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、残りの気筒の空燃比が
リーンとされる。
【００７０】例えば図１８（Ａ）において実線で示され
る噴射量でもって第２の燃焼が行われているときにＮＯ
X 吸収剤２５からＮＯX を放出すべくＮＯX 吸収剤２５
に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするときには１
番気筒＃１における空燃比が例えば８程度のリッチとな
るように１番気筒＃１への噴射量が破線Ｑ1 で示される
ように大巾に増大せしめられる。一方、このとき残りの
気筒＃２，＃３，＃４の空燃比ができるだけ小さなリー
ン空燃比となるようにこれら気筒＃２，＃３，＃４への
噴射量も破線Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4 で示されるように増大せ
しめられる。
【００７１】即ち、一部の気筒、図１８（Ａ）に示す例
では１番気筒＃１の空燃比が大巾にリッチにせしめられ
ると１番気筒＃１の出力トルクが低下する。この出力ト
ルクの低下分を補なうために残りの気筒＃２，＃３，＃
４への噴射量が増大せしめられる。また、このように残
りの気筒＃２，＃３，＃４への噴射量を増大せしめるこ
とによって各気筒の空燃比の平均値、即ちＮＯX 吸収剤
２５に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしやすくな
る。
【００７２】なお、一つの気筒の空燃比を大巾にリッチ
にしてもＮＯX 吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比
をリッチにしえない場合、又は十分にリッチにしえない
場合には図１８（Ｂ）に示されるように二つの気筒、例
えば１番気筒＃１と、１番気筒＃１に対し噴射時期が３
６０クランク角度ずれている４番気筒＃４における空燃
比が大巾にリッチになるように１番気筒＃１と４番気筒
＃４への噴射量が破線Ｑ1 ，Ｑ4 で示されるように大巾
に増大せしめられる。この場合にも残りの気筒＃２，＃
３の空燃比ができるだけ小さなリーン空燃比となるよう
に残りの気筒＃２，＃３への噴射量Ｑ2 ，Ｑ3 も増大せ
しめられる。
【００７３】第２の燃焼が行われているときには機関の
運転状態により空燃比がかなり異なっており、従ってＮ
ＯX 吸収剤２５からＮＯX を放出すべきときの図１８
（Ａ）又は図１８（Ｂ）に示す各噴射量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ
3 ，Ｑ4 は機関の運転状態に応じて異なっている。本発
明による実施例ではこれらの各噴射量Ｑ1 ，Ｑ2 ，
Ｑ3，Ｑ4 は要求負荷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。
【００７４】図１８（Ａ）に示されるようにＮＯX 吸収
剤２５からＮＯX を放出すべく１番気筒＃１における空
燃比が大巾にリッチにされると１番気筒＃１からは多量
の未燃ＨＣおよび煤が排出され、図１８（Ｂ）に示され
るようにＮＯX 吸収剤２５からＮＯX を放出すべく１番
気筒＃１および４番気筒＃４における空燃比が大巾にリ
ッチにされると１番気筒＃１および４番気筒＃４からは
多量の未燃ＨＣおよび煤が排出される。しかしながらい
ずれの場合でも全気筒をリッチにした場合に比べれば未
燃ＨＣおよび煤の排出量は少く、従って未燃ＨＣおよび
煤の排出量を低減できることになる。また、全気筒をリ
ッチにした場合には機関の出力トルクが変動するが図１
８（Ａ）および図１８（Ｂ）に示す場合には機関の出力
トルクがほとんど変動しないという利点がある。
【００７５】このように一部の気筒のみをリッチにした
場合には全筒をリッチにした場合に比べて未燃ＨＣおよ
び煤の排出量が低減するがそれでも未燃ＨＣおよび煤が
排出される。従ってこのように一部の気筒のみをリッチ
にする機会はできるだけ少くすることが好ましい。従っ
て第２の燃焼が行われたときにＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが
許容最大値ＭＡＸ１を越えたときには第２の燃焼から第
１の燃焼に切換えられたときに空燃比Ａ／Ｆを一時的に
リッチにし、ＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ
２を越えた特別の場合に限って一部の気筒のみをリッチ
にするようにしている。
【００７６】図１９はＮＯX 吸収剤２５からＮＯX を放
出すべきときにセットされるＮＯX放出フラグの処理ル
ーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込
みによって実行される。図１９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領域が第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
ち機関の運転領域が第１の運転領域Ｉであるときにはス
テップ１０１に進んで図１６（Ａ）に示すマップから単
位時間当りのＮＯX 吸収量Ａが算出される。次いでステ
ップ１０２ではＮＯX 吸収量ΣＮＯＸにＡが加算され
る。次いでステップ１０３ではＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが
許容最大値ＭＡＸ１を越えたか否かが判別される。ΣＮ
ＯＸ＞ＭＡＸ１になるとステップ１０４に進み、第１の
燃焼が行われているときにＮＯX を放出すべきことを示
すＮＯX 放出フラグＩがセットされる。
【００７７】一方、ステップ１００においてフラグＩが
リセットされていると判断されたとき、即ち機関の運転
領域が第２の運転領域IIであるときにはステップ１０６
に進んで図１６（Ｂ）に示すマップから単位時間当りの
ＮＯX 吸収量Ｂが算出される。次いでステップ１０７で
はＮＯX 吸収量ΣＮＯＸがＢに加算される。次いでステ
ップ１０８ではＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡ
Ｘ１に越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸ１
になるとステップ１０９に進み、第２の燃焼から第１の
燃焼に切換えられたときにＮＯX を放出すべきことを示
すＮＯX 放出フラグＩがセットされる。
【００７８】一方、ステップ１１０では、ＮＯX 吸収量
ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ２を越えたか否かが判別さ
れる。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸ２になるとステップ１１１に進
み、一部の気筒をリッチにすることによりＮＯX を放出
すべきことを示すＮＯX 放出フラグIIがセットされる。
次に図２０を参照しつつ運転制御について説明する。
【００７９】図２０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。
【００８０】即ち、ステップ２０３では図１２（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１２（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ＮＯX 放出フラグＩがセット
されているか否かが判別される。ＮＯX 放出フラグＩが
セットされていないときにはステップ２０６に進んで図
１１に示される空燃比となるように燃料噴射が行われ
る。このときリーン空燃比のもとで低温燃焼が行われ
る。一方、ステップ２０５においてＮＯX 放出フラグＩ
がセットされていると判別されたときにはステップ２０
７に進んで図２１に示されるリッチ処理Ｉが行われる。
【００８１】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２１０
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ２１０
では図１４（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２１１では図
１４（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２１２ではＮＯX 放
出フラグIIがセットされているか否かが判別される。Ｎ
ＯX 放出フラグIIがセットされていないときにはステッ
プ２１３に進んで図１３に示される空燃比となるように
燃料噴射が行われる。このとき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Ｎ
ＯX放出フラグIIがセットされていると判別されたとき
にはステップ２１４に進んで図２２に示されるリッチ処
理IIが行われる。
【００８２】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２０８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２１０
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２０８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２０９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。
【００８３】次に図２１を参照しつつリッチ処理Ｉにつ
いて説明する。図２１を参照するとまず初めにステップ
３００においてＮＯX 吸収剤２５に吸収されていると推
定される全ＮＯX ΣＮＯＸを放出させるのに必要なリッ
チ時間ｔr が算出される。次いでステップ３０１ではリ
ッチ処理Ｉ開始後の経過時間ｔがリッチ時間ｔr を越え
たか否かが判別される。ｔ≦ｔr のときにはステップ３
０２に進んで燃料噴射量が増量され、空燃比がリッチと
される。一方、ステップ３０１においてｔ＞ｔr になっ
たと判断されたときにはステップ３０３に進んでＮＯX
放出フラグＩがリセットされ、次いでステップ３０４に
おいてΣＮＯＸが零とされる。
【００８４】次に図２２を参照しつつリッチ処理IIにつ
いて説明する。図２２を参照するとまず初めにステップ
４００においてＮＯX 吸収剤２５に吸収されていると推
定される全ＮＯX ΣＮＯＸを放出させるのに必要なリッ
チ時間ｔr が算出される。次いでステップ４０１ではリ
ッチ処理II開始後の経過時間ｔがリッチ時間ｔr を越え
たか否かが判別される。ｔ≦ｔr のときにはステップ４
０２に進んで機関の運転状態から図１８（Ａ）又は図１
８（Ｂ）において破線で示される各噴射量Ｑ1 ，Ｑ2 ，
Ｑ3 ，Ｑ4 が算出される。一方、ステップ４０１におい
てｔ＞ｔr になったと判断されたときにはステップ４０
３に進んでＮＯX放出フラグＩおよびIIがリセットさ
れ、次いでステップ４０４においてΣＮＯＸが零とされ
る。
【００８５】図２３に別の実施例を示す。この実施例で
は例えば１番気筒＃１の吸気枝管１１の入口部にアクチ
ュエータ６０により駆動制御される吸気制御弁６１が配
置される。また、インタークーラ３２とＥＧＲ制御弁３
１間のＥＧＲ通路２９からはＥＧＲ枝通路６２が分岐さ
れ、このＥＧＲ枝通路６２は吸気制御弁６１下流の吸気
枝管１１に連結される。このＥＧＲ枝管６２内にはアク
チュエータ６３により駆動制御される補助ＥＧＲ制御弁
６４が配置される。
【００８６】この実施例では通常、吸気制御弁６１は全
開せしめられており、補助ＥＧＲ制御弁６４は全閉せし
められている。このときには図１および図２に示される
実施例と同様に第１の運転領域Ｉでは第１の燃焼が行わ
れ、第２の運転領域IIでは第２の燃焼が行われる。一
方、この実施例では第２の燃焼が行われているときにＮ
ＯX 吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ２を越えたとき
には一部の気筒、図２３に示す実施例では１番気筒＃１
が第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられ、ＮＯX 吸収
剤２５に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるよう
に１番気筒＃１の空燃比が大巾にリッチとされる。即
ち、具体的に云うと、ＮＯX 吸収量ΣＮＯＸが許容最大
値ＭＡＸ２を越えたときには吸気制御弁６１が閉弁せし
められると共に補助ＥＧＲ制御弁６４が開弁せしめられ
て多量のＥＧＲガスが１番気筒＃１に供給され、このと
き１番気筒＃１ではリッチ空燃比のもとで低温燃焼が行
われる。このとき残りの気筒＃２，＃３，＃４への噴射
量Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4 が増大せしめられる。
【００８７】この実施例においても１番気筒＃１におい
て第１の燃焼を行い、残りの気筒＃２，＃３，＃４にお
いて第２の燃焼を行うことによりＮＯX 吸収剤２５から
ＮＯ X を放出させる場合の各気筒＃１，＃２，＃３，＃
４への噴射量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ 3 ，Ｑ4 、吸気制御弁６１
の開度および補助ＥＧＲ制御弁６４の開度は要求負荷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内に記憶されている。また、１番気筒＃１におい
てのみリッチ空燃比のもとで低温燃焼してもＮＯX 吸収
剤２５に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしえない
場合、又は十分にリッチにしえない場合には二つの気
筒、例えば１番気筒＃１と４番気筒＃４においてリッチ
空燃比のもとで低温燃焼させることができる。ただし、
その場合にはＥＧＲ枝通路６２を４番気筒＃４の吸気枝
管１１にも連結する必要がある。
【００８８】この実施例においても図１９から図２１に
示すルーチンがそのまま用いられる。ただし、リッチ処
理IIについては図２２に示すルーチンに代えて図２４に
示すルーチンが用いられる。従って以下、図２４に示す
ルーチンのみについて説明する。図２４を参照するとま
ず初めにステップ５００においてＮＯX 吸収剤２５に吸
収されていると推定される全ＮＯX ΣＮＯＸを放出させ
るのに必要なリッチ時間ｔr が算出される。次いでステ
ップ５０１ではリッチ処理II開始後の経過時間ｔがリッ
チ時間ｔr を越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔr のと
きにはステップ５０２に進んで気筒＃１，＃２，＃３，
＃４への噴射量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4 が算出される。
次いでステップ５０３では吸気制御弁６１の開度が機関
の運転状態から定まる開度まで閉弁制御され、次いでス
テップ５０４では補助ＥＧＲ制御弁６４の開度が機関の
運転状態から定まる開度まで開弁制御される。一方、ス
テップ５０１においてｔ＞ｔr になったと判断されたと
きにはステップ５０５に進んでＮＯX 放出フラグＩおよ
びIIがリセットされ、次いでステップ５０６においてΣ
ＮＯＸが零とされる。
【００８９】ところで排気ガス中にはＳＯX が含まれて
おり、ＮＯX 吸収剤２５にはＮＯXばかりでなくＳＯX
も吸収される。このＮＯX 吸収剤２５へのＳＯX の吸収
メカニズムはＮＯX の吸収メカニズムと同じであると考
えられる。即ち、ＮＯX の吸収メカニズムを説明したと
きと同様に担体上に白金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と、前述したように流
入排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ2 がＯ2
- 又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入
排気ガス中のＳＯ2 は白金Ｐｔの表面でＯ2 - 又はＯ2-
と反応してＳＯ3 となる。次いで生成されたＳＯ3 の一
部は白金Ｐｔ上で更に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、硫酸イオンＳＯ
4 2- の形で吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ
4 を生成する。
【００９０】しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ4 は安定
していて分解しづらく、流入排気ガスの空燃比を単にリ
ッチにしても硫酸塩ＢａＳＯ4 は分解されずにそのまま
残る。従ってＮＯX 吸収剤２５内には時間が経過するに
つれて硫酸塩ＢａＳＯ4 が増大することになり、斯くし
て時間が経過するにつれてＮＯX 吸収剤２５が吸収しう
るＮＯX 量が低下することになる。
【００９１】ところがこの硫酸塩ＢａＳＯ4 はＮＯX 吸
収剤２５の温度が一定温度以上、例えば６００℃以上に
なると分解し、このときＮＯX 吸収剤２５への流入排気
ガスの空燃比をリッチにするとＳＯX の形でＮＯX 吸収
剤２５から放出される。そこで以下に説明する実施例で
はＮＯX 吸収剤２５からＳＯX を放出すべきときにはＮ
ＯX 吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比がリッチと
なるように一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に残
りの気筒の空燃比をリーンにするようにしている。即
ち、一部の気筒の空燃比をリッチにし、残りの気筒の空
燃比をリーンにすると空燃比がリッチとされた気筒から
は多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、空燃比がリーンと
された気筒からは多量の残存酸素が排出される。
【００９２】このように多量の未燃ＨＣ，ＣＯおよび多
量の残存酸素が同時に排出されると多量の未燃ＨＣ，Ｃ
ＯはＮＯX 吸収剤２５において酸化せしめられ、このと
きの酸化反応熱によってＮＯX 吸収剤２５の温度は急速
に高温となる。その結果、ＮＯX 吸収剤２５からＳＯX
が放出されることになる。なお、ＮＯX 吸収剤２５から
ＳＯX を放出させるにはＮＯX 吸収剤２５からＮＯX を
放出させる場合に比べてはるかに長い時間を要し、この
間一部の気筒の空燃比はリッチにされ続ける。従って以
下に述べる実施例では第１の燃焼、即ち低温燃焼が行わ
れているときにＮＯX 吸収剤２５からのＳＯX 放出制御
が行われる。
【００９３】次に図２５を参照しつつＮＯX 吸収剤２５
からＳＯX を放出すべきときにセットされるＳＯX 放出
フラグの処理ルーチンについて説明する。図２５を参照
するとまず初めにステップ６００においてΣＱに現在の
噴射量Ｑが加算される。従ってΣＱは噴射量の積算値を
表している。次いでステップ６０１では噴射量の積算値
ΣＱが一定値ＱＭＡＸを越えたか否かが判別される。Σ
Ｑ＞ＱＭＡＸのときにはステップ６０２に進んでＳＯX
放出フラグがセットされる。即ち、燃料中には或る割合
でイオウ分が含まれているのでΣＱ＞ＱＭＡＸになった
ときにはＮＯX 吸収剤２５に一定量以上のＳＯX が吸収
されていると判断でき、斯くしてこのときＳＯX 放出フ
ラグがセットされる。
【００９４】次に図２６を参照しつつ運転制御について
説明する。図２６を参照すると、まず初めにステップ７
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７０
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７０３に進んで低温燃焼が行われる。
【００９５】即ち、ステップ７０３では図１２（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７０４では図１２（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７０５ではＳＯX 放出フラグがセットさ
れているか否かが判別される。ＳＯX 放出フラグがセッ
トされていないときにはステップ７０６に進んでＮＯX
放出フラグＩがセットされているか否かが判別される。
ＮＯX 放出フラグＩがセットされていないときにはステ
ップ７０７に進んで図１１に示される空燃比となるよう
に燃料噴射が行われる。このときリーン空燃比のもとで
低温燃焼が行われる。一方、ステップ７０６においてＮ
ＯX 放出フラグＩがセットされていると判別されたとき
にはステップ２０８に進んで図２１に示される既に説明
したリッチ処理Ｉが行われる。
【００９６】一方、ステップ７０１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７０２に
進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ７１２
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ７１２
では図１４（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７１３では図
１４（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７１４ではＮＯX 放
出フラグIIがセットされているか否かが判別される。Ｎ
ＯX 放出フラグIIがセットされていないときにはステッ
プ７１５に進んで図１３に示される空燃比となるように
燃料噴射が行われる。このとき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７１４においてＮ
ＯX放出フラグIIがセットされていると判別されたとき
にはステップ７１６に進んで図２２に示される既に説明
したリッチ処理IIが行われる。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７００からステップ
７１０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７１２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７１０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７１１に
進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ７０３に
進んで低温燃焼が行われる。
【００９７】一方、低温燃焼が行われているときにステ
ップ７０５においてＳＯX 放出フラグがセットされてい
ると判断されたときにはステップ７０９に進んでリッチ
処理III が行われる。このリッチ処理III の第１実施例
が図２７に示されている。次に図２７を参照しつつリッ
チ処理III の第１実施例について説明する。図２７を参
照するとまず初めにステップ８００においてＮＯX 吸収
剤２５に吸収されていると推定される全ＳＯX を放出さ
せるのに必要なリッチ時間ｔs が算出される。次いでス
テップ８０１ではリッチ処理III 開始後の経過時間ｔが
リッチ時間ｔs を越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔs
のときにはステップ８０２に進んでＮＯX 吸収剤２５に
流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように一部の
気筒の空燃比をリッチにし、残りの気筒の空燃比をリー
ンにするのに必要な各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の噴
射量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4 が算出される。
【００９８】この実施例では１番気筒＃１および４番気
筒＃４の空燃比が１２とされ、２番気筒＃２および３番
気筒＃３の空燃比が１７とされる。このときＮＯX 吸収
剤２５への流入排気ガスの空燃比は１４程度のリッチ空
燃比となる。従ってこの実施例では１番気筒＃１および
４番気筒＃４からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、
２番気筒＃２および３番気筒＃３からは多量の残存酸素
が排出されるので酸化反応熱によりＮＯX 吸収剤２５の
温度が急速に上昇し、斯くしてＮＯX 吸収剤２５からＳ
ＯX が放出されることになる。
【００９９】一方、ステップ８０１においてｔ＞ｔs に
なったと判断されたときにはステップ８０３に進んでＳ
ＯX 放出フラグがリセットされ、次いでステップ８０４
においてＮＯX 放出フラグＩがリセットされる。次いで
ステップ８０５においてΣＱおよびΣＮＯＸが零とされ
る。次にリッチ制御III の第２実施例について説明す
る。
【０１００】この実施例ではＮＯX 吸収剤２５からＳＯ
X を放出すべきときに温度センサ３７により検出された
ＮＯX 吸収剤２５の温度Ｔc が予め定められた温度
Ｔo 、例えば６００℃よりも低いときにはＮＯX 吸収剤
２５に流入する排気ガスの空燃比がリーンとなるように
一部の気筒＃１，＃４の空燃比がリッチにされると共に
残りの気筒＃２，＃３の空燃比がリーンにされ、ＮＯX
吸収剤２５の温度Ｔc が予め定められた温度ＴC を越え
たときにＮＯX 吸収剤２５からＳＯX を放出すべくＮＯ
X 吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比がリッチとな
るように一部の気筒＃１，＃４の空燃比がリッチにされ
ると共に残りの気筒＃２，＃３の空燃比がリーンとされ
る。
【０１０１】このようにＴc ＞Ｔo のときのＮＯX 吸収
剤２５に流入する排気ガスの空燃比がリーンとなるよう
に一部の気筒＃１，＃４の空燃比をリッチにすると共に
残りの気筒＃２，＃３の空燃比をリーンにすると排気ガ
ス中の酸素濃度が高くなる。その結果、ＮＯX 吸収剤２
５の温度を一層急速に上昇させることができ、短時間で
Ｔc ＞Ｔo となる。
【０１０２】次に図２８を参照しつつリッチ処理III の
第２実施例について説明する。図２８を参照するとまず
初めにステップ９００においてＮＯX 吸収剤２５の温度
Ｔc が予め定められた温度Ｔo よりも高いか否かが判別
される。Ｔc ≦Ｔo のときにはステップ９０１に進んで
ＮＯX 吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比がリーン
となるように一部の気筒＃１，＃４の空燃比をリッチに
し、残りの気筒＃２，＃３の空燃比をリーンにするのに
必要な各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の噴射量Ｑ1 ，Ｑ
2 ，Ｑ3 ，Ｑ4 が算出される。
【０１０３】次いでＴc ≦Ｔc になるとステップ９０２
に進んでＮＯX 吸収剤２５に吸収されていると推定され
る全ＳＯX を放出させるのに必要なリッチ時間ｔs が算
出される。次いでステップ９０３ではリッチ処理III 開
始後の経過時間ｔがリッチ時間ｔs を越えたか否かが判
別される。ｔ≦ｔs のときにはステップ９０４に進んで
ＮＯX 吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比がリッチ
となるように一部の気筒＃１，＃４の空燃比をリッチに
し、残りの気筒＃２，＃３の空燃比をリーンにするのに
必要な各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の噴射量Ｑ1 ，Ｑ
2 ，Ｑ3 ，Ｑ4が算出される。
【０１０４】一方、ステップ９０３においてｔ＞ｔs に
なったと判断されたときにはステップ９０５に進んでＳ
ＯX 放出フラグがリセットされ、次いでステップ９０６
においてＮＯX 放出フラグＩがリセットされる。次いで
ステップ９０７においてΣＱおよびΣＮＯＸが零とされ
る。次に図２９を参照しつつリッチ制御III の第３実施
例について説明する。
【０１０５】この実施例では図２９に示されるように２
番気筒＃２および３番気筒＃３に対し共通の第１の排気
マニホルド２１ａが取付けられ、この第１の排気マニホ
ルド２１ａに酸化触媒又は三元触媒を内蔵した第１の触
媒コンバータ３８ａが連結される。また、１番気筒＃１
および４番気筒＃４に対し共通の第２の排気マニホルド
２１ｂが取付けられ、この第２の排気マニホルド２１ｂ
に酸化触媒又は三元触媒を内蔵した第２の触媒コンバー
タ３８ｂが連結される。これら触媒コンバータ３８ａ，
３８ｂは共通の排気管２２を介して図１に示されるよう
にＮＯX 吸収剤２５に連結される。
【０１０６】即ち、ＮＯX 吸収剤２５の上流に全気筒＃
１，＃２，＃３，＃４に対して共通の酸化触媒又は三元
触媒を配置するとＮＯX 吸収剤２５からＳＯX を放出す
べく一部の気筒の空燃比がリッチにされ、残りの気筒の
空燃比がリーンにされると空燃比がリッチとされている
気筒から排出される多量の未燃ＨＣ，ＣＯおよび空燃比
がリーンとされている気筒から排出される多量の酸素が
酸化触媒又は三元触媒において反応し、ＮＯX 吸収剤２
５では未燃ＨＣ，ＣＯの酸化反応がほとんど行われなく
なる。その結果、ＮＯX 吸収剤２５の温度を上昇させる
ことができなくなる。
【０１０７】しかしながら図２９に示す実施例において
例えば１番気筒＃１と４番気筒＃４がリッチにされ、２
番気筒＃２と３番気筒＃３がリーンにされると１番気筒
＃１および４番気筒＃４から排出された多量の未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯは第２の触媒コンバータ３８ｂ内を素通りして
ＮＯX 吸収剤２５内に流入し、２番気筒＃２および３番
気筒＃３から排出された多量の残存酸素は第１の触媒コ
ンバータ３８ａ内を素通りしてＮＯX 吸収剤２５内に流
入する。その結果、ＮＯX 吸収剤２５内において未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯの酸化反応が行われるのでＮＯX 吸収剤２５の
温度が急速に上昇せしめられることになる。
【０１０８】なお、酸化触媒又は三元触媒にもＳＯX が
付着する。本発明による実施例ではこれら触媒に付着し
たＳＯX を除去するためにＮＯX 吸収剤２５からＳＯX
を放出すべきときには１番気筒＃１および４番気筒＃４
の空燃比と、２番気筒＃２および３番気筒＃３の空燃比
とが交互にリッチとされる。次に図３０を参照しつつリ
ッチ処理III の第３実施例について説明する。
【０１０９】図３０を参照するとまず初めにステップ１
０００においてＮＯX 吸収剤２５に吸収されていると推
定される全ＳＯX を放出させるのに必要なリッチ時間ｔ
s が算出される。次いでステップ１００１ではリッチ処
理III 開始後の経過時間ｔがリッチ時間ｔs を越えたか
否かが判別される。ｔ≦ｔs のときにはステップ１００
２に進んで１番気筒＃１および４番気筒＃４の空燃比を
リッチにすべきであることを示すフラグＸがセットされ
ているか否かが判別される。フラグＸがセットされてい
るときにはステップ１００３に進んでＮＯX 吸収剤２５
に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように一部
の気筒＃１，＃４の空燃比をリッチにし、残りの気筒＃
２，＃３の空燃比をリーンにするのに必要な各気筒＃
１，＃２，＃３，＃４の噴射量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4
が算出される。これに対してフラグＸがセットされてい
ないときにはステップ１００４に進んでＮＯX 吸収剤２
５に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように一
部の気筒＃２，＃３の空燃比をリッチにし、残りの気筒
＃１，＃４の空燃比をリーンにするのに必要な各気筒＃
１，＃２，＃３，＃４の噴射量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4
が算出される。
【０１１０】一方、ステップ１００１においてｔ＞ｔs
になったと判断されたときにはステップ１００５に進ん
でＳＯX 放出フラグがリセットされ、次いでステップ１
００６においてＮＯX 放出フラグＩがリセットされる。
次いでステップ１００７においてΣＱおよびΣＮＯＸが
零とされる。次いでステップ１００８ではフラグＸがセ
ットからリセットへ、又はリセットからセットへ反転せ
しめられる。
【０１１１】なお、これまで述べたリッチ制御III の第
１実施例から第３実施例においてＮＯX 吸収剤２５に流
入する排気ガスの空燃比をリッチ又はリーンにするとき
には空燃比センサ２７の出力に基づいて各噴射量Ｑ1 ，
Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4 を制御することができる。即ち、各噴
射量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ4 に夫々フィードバック補正
係数ＦＡＦを乗算することによって最終的な噴射量Ｑ1
・ＦＡＦ，Ｑ2 ・ＦＡＦ，Ｑ3 ・ＦＡＦ，Ｑ4 ・ＦＡＦ
を算出するようにする。フィードバック補正係数ＦＡＦ
は図３１（Ａ），（Ｂ）に示されるように空燃比がリッ
チになるとスキップ的に減少せしめられた後に一定の積
分定数Ｋでもって徐々に減少し、空燃比がリーンになる
とスキップ的に増大せしめられた後に一定の積分定数Ｋ
でもって徐々に増大するように制御される。
【０１１２】この場合、図３１（Ａ）に示されるように
空燃比がリッチからリーンになったときのＦＡＦのスキ
ップ量ＳＲを空燃比がリーンからリッチになったときの
ＦＡＦのスキップ量ＳＬよりも大きくすると図３１
（Ａ）に示されるようにリッチ時間がリーン時間が長く
なり、その結果ＮＯX 吸収剤２５に流入する排気ガスの
空燃比はリッチとなる。即ち、ＳＲ＞ＳＬとすることに
よってＮＯX 吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比を
リッチにすることができることになる。
【０１１３】一方、図３１（Ｂ）に示されるように空燃
比がリッチからリーンになったときのＦＡＦのスキップ
量ＳＲを空燃比がリーンからリッチになったときのＦＡ
Ｆのスキップ量ＳＬよりも小さくすると図３１（Ｂ）に
示されるようにリーン時間がリッチ時間が長くなり、そ
の結果ＮＯX 吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比は
リーンとなる。即ち、ＳＲ＜ＳＬとすることによってＮ
ＯX 吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比をリーンに
することができることになる。
【０１１４】
【発明の効果】未燃ＨＣおよび煤の排出をできる限り抑
制しつつＮＯX 吸収剤からＮＯX 又はＳＯX を放出する
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】圧縮着火式内燃機関の平面図である。
【図３】スモークおよびＮＯX の発生量等を示す図であ
る。
【図４】燃焼圧を示す図である。
【図５】燃料分子を示す図である。
【図６】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図
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】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９】空燃比センサの出力を示す図である。
【図１０】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図１１】第１の運転領域Ｉにおける空燃比を示す図で
ある。
【図１２】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図１３】第２の燃料における空燃比を示す図である。
【図１４】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
【図１５】ＮＯX の放出作用を説明するための図であ
る。
【図１６】単位時間当りのＮＯX 吸収量のマップを示す
図である。
【図１７】ＮＯX 放出制御を説明するための図である。
【図１８】噴射量を説明するための図である。
【図１９】ＮＯX 放出フラグを処理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】リッチ処理Ｉを実行するためのフローチャー
トである。
【図２２】リッチ処理IIを実行するためのフローチャー
トである。
【図２３】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す平面
図である。
【図２４】リッチ処理IIを実行するためのフローチャー
トである。
【図２５】ＳＯX 放出フラグを処理するためのフローチ
ャートである。
【図２６】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図２７】リッチ処理III の第１実施例を実行するため
のフローチャートである。
【図２８】リッチ処理III の第２実施例を実行するため
のフローチャートである。
【図２９】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す平面
図である。
【図３０】リッチ処理III の第３実施例を実行するため
のフローチャートである。
【図３１】フィードバック補正係数の変化を示すタイム
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 テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/04 ３５５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３５５ 41/40 41/40 Ｎ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｎ ３０１Ｔ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｊ ５７０Ｄ (72)発明者 後藤 雅人 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 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

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流入する排気ガスの空燃比がリーンであ
    るときにはＮＯX を吸収し、流入する排気の空燃比が理
    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た圧縮着火式内
    燃機関において、ＮＯX 吸収剤からＮＯX 又はＳＯX を
    放出すべきときにはＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの
    空燃比がリッチとなるように一部の気筒の空燃比をリッ
    チにすると共に残りの気筒の空燃比をリーンにするよう
    にした圧縮着火式内燃機関。
  2. 【請求項２】 圧縮着火式内燃機関が燃焼室内の不活性
    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２の燃焼が行われているときにＮＯX 吸収剤から
    ＮＯX を放出すべきときにはＮＯX 吸収剤に流入する排
    気ガスの空燃比がリッチとなるように一部の気筒の空燃
    比をリッチとすると共に残りの気筒の空燃比をリーンに
    するようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
  3. 【請求項３】 上記一部の気筒では第２の燃焼のもとで
    空燃比がリッチとされる請求項２に記載の圧縮着火式内
    燃機関。
  4. 【請求項４】 上記一部の気筒では第２燃焼から第１の
    燃焼に切換えられた後第１の燃焼のもとで空燃比がリッ
    チとされる請求項２に記載の圧縮着火式内燃機関。
  5. 【請求項５】 上記第１の燃焼が行われているときにＮ
    ＯX 吸収剤からＮＯ X を放出すべきときには全気筒の燃
    焼室内における空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチ
    にするようにした請求項２に記載の圧縮着火式内燃機
    関。
  6. 【請求項６】 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、
    上記不活性ガスが再循環排気ガスからなる請求項２に記
    載の圧縮着火式内燃機関。
  7. 【請求項７】 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６に記載
    の圧縮着火式内燃機関。
  8. 【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２に記載の圧縮着火式内燃
    機関。
  9. 【請求項９】 圧縮着火式内燃機関が燃焼室内の不活性
    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
    少い第２の燃焼とを選択的に切換える切換手段を具備
    し、ＮＯX 吸収剤からＳＯX を放出すべきときには第１
    の燃焼が行われているときにＮＯX 吸収剤に流入する排
    気ガスの空燃比がリッチとなるように一部の気筒の空燃
    比をリッチとすると共に残りの気筒の空燃比をリーンに
    するようにした請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
  10. 【請求項１０】 ＮＯX 吸収剤からＳＯX を放出すべき
    ときにＮＯX 吸収剤の温度が予め定められた温度よりも
    低いときにはＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比
    がリーンとなるように一部の気筒の空燃比をリッチとす
    ると共に残りの気筒の空燃比をリーンにし、ＮＯX 吸収
    剤の温度が予め定められた温度よりも高くなったときに
    ＮＯX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチとな
    るように一部の気筒の空燃比をリッチとすると共に残り
    の気筒の空燃比をリーンにするようにした請求項９に記
    載の圧縮着火式内燃機関。
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JP2007285211A (ja) * 2006-04-18 2007-11-01 Mazda Motor Corp エンジンの排気ガス還流制御装置
JP2008223685A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Honda Motor Co Ltd 内燃機関及び内燃機関の制御装置

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