JP3551788B2

JP3551788B2 - 圧縮着火式内燃機関

Info

Publication number: JP3551788B2
Application number: JP29568898A
Authority: JP
Inventors: 康二吉▲崎▼; 静夫佐々木; 雅人後藤; 丈和伊藤; 宏樹村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: JP2000080954A

Description

【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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ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ＮＯ_ＸをＮＯ_Ｘ吸収剤により吸収し、ＮＯ_Ｘ吸収剤のＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘを放出させると共に放出されたＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘも含まれており、このＳＯ_ＸもＮＯ_Ｘ吸収剤に吸収される。このＳＯ_ＸをＮＯ_Ｘ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、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圧縮着火式内燃機関において、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ _Ｘを吸収し、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ＮＯ _Ｘを放出するＮＯ _Ｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少い第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ＮＯ _Ｘ吸収剤からＮＯ _Ｘを放出すべきときにはＮＯ _Ｘ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。
【０００７】
２番目の発明では１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。
３番目の発明では１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。
４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ＮＯ_Ｘ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ている。
【０００８】
５番目の発明では１番目の発明において、燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循環させる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。
６番目の発明では５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】
７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。
８番目の発明では、燃焼室内の不活性ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる圧縮着火式内燃機関において、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ _Ｘを吸収し、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ＮＯ _Ｘを放出するＮＯ _Ｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少い第２の燃焼とを選択的に切換える切換手段を具備し、ＮＯ_Ｘ吸収剤からＳＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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】
９番目の発明では８番目の発明において、ＮＯ_Ｘ吸収剤からＳＯ_Ｘを放出すべきときにＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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、ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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。
【００１２】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド２１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ＮＯ_Ｘ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、ＮＯ_Ｘ吸収剤２５にはＮＯ_Ｘ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。
【００１６】
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ＥＧＲ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ＥＧＲ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_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。
【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ＥＧＲ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，ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_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。
【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１５．０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ＮＯ_Ｘの発生量がかなり低下する。ＮＯ_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。
【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、ＣＯ_２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９０℃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ＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５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ＮＯ_Ｘ発生量は１０ｐ．ｐ．ｍ前後、又はそれ以下であり、従ってＮＯ_Ｘ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Ｌ_０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Ｌ_０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Ｌ_０よりも大きい領域においてＥＧＲ率を５５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Ｌ_０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。
【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。
【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、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。
【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。
【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２０を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室５内の圧力が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１２（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＝３５，Ａ／Ｆ＝４５，Ａ／Ｆ＝６０で示される各曲線は夫々目標空燃比２４，３５，４５，６０を示している。空燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_Ｘ吸収剤２５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ＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘの吸放出作用を行う。
【００５９】
このＮＯ_Ｘ吸収剤２５を機関排気通路内に配置すればＮＯ_Ｘ吸収剤２５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Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−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Ｏ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２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ＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ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ＮＯ_２が生成され、吸収剤のＮＯ_Ｘ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ＮＯ_３ ⁻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ＮＯ_２の生成量が低下する。ＮＯ_２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。このときＮＯ_Ｘ吸収剤２５から放出されたＮＯ_Ｘ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ＮＯ_２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ_２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ＮＯ_Ｘが放出され、しかもこの放出されたＮＯ_Ｘが還元されるために大気中にＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５は白金Ｐｔのような貴金属を含んでおり、従ってＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５のＮＯ_Ｘ吸収能力には限度があり、ＮＯ_Ｘ吸収剤２５のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和する前にＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘを放出させる必要がある。そのためにはＮＯ_Ｘ吸収剤２５に吸収されているＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収量Ａ，Ｂを積算することによってＮＯ_Ｘ吸収剤２５に吸収されているＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが予め定められた許容最大値を越えたときのＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ＭＡＸ２とが設定されている。許容最大値ＭＡＸ１はＮＯ_Ｘ吸収剤２５が吸収しうる最大ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたときにはＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ２を越えたときにはＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘが放出される。このときＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ｔ_１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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたとしてもＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ｔ_２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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ｔ_３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ＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越え、次いで時刻ｔ_４において許容最大値ＭＡＸ２を越えたとするとこのときにＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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Ｑ_１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Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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３６０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Ｑ_１，Ｑ_４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Ｑ_２，Ｑ_３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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘを放出すべきときの図１８（Ａ）又は図１８（Ｂ）に示す各噴射量Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４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Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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１８（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ＮＯ_Ｘ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、ＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ２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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘを放出すべきときにセットされるＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収量Ａが算出される。次いでステップ１０２ではＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸにＡが加算される。次いでステップ１０３ではＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞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ＮＯ_Ｘを放出すべきことを示すＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収量Ｂが算出される。次いでステップ１０７ではＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸがＢに加算される。次いでステップ１０８ではＮＯ_Ｘ吸収量ΣＮＯＸが許容最大値ＭＡＸ１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ＮＯ_Ｘを放出すべきことを示すＮＯ_Ｘ放出フラグＩがセットされる。
【００７８】
一方、ステップ１１０では、ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを放出すべきことを示すＮＯ_Ｘ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２０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ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ＮＯ_Ｘ放出フラグＩがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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２０７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ＮＯ_Ｘ放出フラグＩＩがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５に吸収されていると推定される全ＮＯ_ＸΣＮＯＸを放出させるのに必要なリッチ時間ｔ_ｒ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ｔ_ｒを越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔ_ｒのときにはステップ３０２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＞ｔ_ｒになったと判断されたときにはステップ３０３に進んでＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５に吸収されていると推定される全ＮＯ_ＸΣＮＯＸを放出させるのに必要なリッチ時間ｔ_ｒ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ｔ_ｒを越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔ_ｒのときにはステップ４０２に進んで機関の運転状態から図１８（Ａ）又は図１８（Ｂ）において破線で示される各噴射量Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４が算出される。一方、ステップ４０１においてｔ＞ｔ_ｒになったと判断されたときにはステップ４０３に進んでＮＯ_Ｘ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３１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ＮＯ_Ｘ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、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、ＮＯ_Ｘ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Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４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ＮＯ_Ｘ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Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４、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ＲＯＭ４２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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５に吸収されていると推定される全ＮＯ_ＸΣＮＯＸを放出させるのに必要なリッチ時間ｔ_ｒ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ｔ_ｒを越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔ_ｒ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Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４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＞ｔ_ｒになったと判断されたときにはステップ５０５に進んでＮＯ_Ｘ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ΣＮＯＸが零とされる。
【００８９】
ところで排気ガス中にはＳＯ_Ｘが含まれており、ＮＯ_Ｘ吸収剤２５にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも吸収される。このＮＯ_Ｘ吸収剤２５へのＳＯ_Ｘの吸収メカニズムはＮＯ_Ｘの吸収メカニズムと同じであると考えられる。
即ち、ＮＯ_Ｘ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Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯ_２は白金Ｐｔの表面でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応してＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３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ＢａＳＯ_４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ＢａＳＯ_４は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯ_Ｘ吸収剤２５内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ_４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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５が吸収しうるＮＯ_Ｘ量が低下することになる。
【００９１】
ところがこの硫酸塩ＢａＳＯ_４はＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５への流入排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯ_Ｘの形でＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＳＯ_Ｘを放出すべきときには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，ＣＯはＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５の温度は急速に高温となる。その結果、ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＳＯ_Ｘが放出されることになる。
なお、ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＳＯ_Ｘを放出させるにはＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からのＳＯ_Ｘ放出制御が行われる。
【００９３】
次に図２５を参照しつつＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＳＯ_Ｘを放出すべきときにセットされるＳＯ_Ｘ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。ΣＱ＞ＱＭＡＸのときにはステップ６０２に進んでＳＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５に一定量以上のＳＯ_Ｘが吸収されていると判断でき、斯くしてこのときＳＯ_Ｘ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７００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７０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ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ＳＯ_Ｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＳＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ放出フラグＩがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ放出フラグＩＩがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５に吸収されていると推定される全ＳＯ_Ｘ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８０１ではリッチ処理ＩＩＩ開始後の経過時間ｔがリッチ時間ｔ_ｓを越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔ_ｓのときにはステップ８０２に進んで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Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５の温度が急速に上昇し、斯くしてＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＳＯ_Ｘが放出されることになる。
【００９９】
一方、ステップ８０１においてｔ＞ｔ_ｓになったと判断されたときにはステップ８０３に進んでＳＯ_Ｘ放出フラグがリセットされ、次いでステップ８０４においてＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５の温度Ｔ_ｃが予め定められた温度Ｔ_ｏ、例えば６００℃よりも低いときにはＮＯ_Ｘ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、ＮＯ_Ｘ吸収剤２５の温度Ｔ_ｃが予め定められた温度Ｔ_Ｃを越えたときにＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＳＯ_Ｘ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Ｔ_ｃ＞Ｔ_ｏのときのＮＯ_Ｘ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、ＮＯ_Ｘ吸収剤２５の温度を一層急速に上昇させることができ、短時間でＴ_ｃ＞Ｔ_ｏ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５の温度Ｔ_ｃが予め定められた温度Ｔ_ｏよりも高いか否かが判別される。Ｔ_ｃ≦Ｔ_ｏのときにはステップ９０１に進んでＮＯ_Ｘ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Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４が算出される。
【０１０３】
次いでＴ_ｃ≦Ｔ_ｃになるとステップ９０２に進んでＮＯ_Ｘ吸収剤２５に吸収されていると推定される全ＳＯ_Ｘ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９０３ではリッチ処理ＩＩＩ開始後の経過時間ｔがリッチ時間ｔ_ｓを越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔ_ｓのときにはステップ９０４に進んで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Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４が算出される。
【０１０４】
一方、ステップ９０３においてｔ＞ｔ_ｓになったと判断されたときにはステップ９０５に進んでＳＯ_Ｘ放出フラグがリセットされ、次いでステップ９０６においてＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５に連結される。
【０１０６】
即ち、ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＳＯ_Ｘ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、ＮＯ_Ｘ吸収剤２５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、ＮＯ_Ｘ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ＨＣ，ＣＯは第２の触媒コンバータ３８ｂ内を素通りしてＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤２５内に流入する。その結果、ＮＯ_Ｘ吸収剤２５内において未燃ＨＣ，ＣＯの酸化反応が行われるのでＮＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘ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ＳＯ_Ｘを除去するためにＮＯ_Ｘ吸収剤２５からＳＯ_Ｘ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１０００においてＮＯ_Ｘ吸収剤２５に吸収されていると推定される全ＳＯ_Ｘ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ｔ_ｓを越えたか否かが判別される。ｔ≦ｔ_ｓのときにはステップ１００２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Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４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＃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Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４が算出される。
【０１１０】
一方、ステップ１００１においてｔ＞ｔ_ｓになったと判断されたときにはステップ１００５に進んでＳＯ_Ｘ放出フラグがリセットされ、次いでステップ１００６においてＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４を制御することができる。即ち、各噴射量Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４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Ｑ_１・ＦＡＦ，Ｑ_２・ＦＡＦ，Ｑ_３・ＦＡＦ，Ｑ_４・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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＦＡＦ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収剤からＮＯ_Ｘ又はＳＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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】ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ吸収量のマップを示す図である。
【図１７】ＮＯ_Ｘ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】ＮＯ_Ｘ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】ＳＯ_Ｘ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

Claims

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圧縮着火式内燃機関において、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ _Ｘを吸収し、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ＮＯ _Ｘを放出するＮＯ _Ｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少い第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ＮＯ _Ｘ吸収剤からＮＯ _Ｘを放出すべきときにはＮＯ _Ｘ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圧縮着火式内燃機関。
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１に記載の圧縮着火式内燃機関。
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１に記載の圧縮着火式内燃機関。
上記第１の燃焼が行われているときにＮＯ _Ｘ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１に記載の圧縮着火式内燃機関。
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１に記載の圧縮着火式内燃機関。
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５に記載の圧縮着火式内燃機関。
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に記載の圧縮着火式内燃機関。
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圧縮着火式内燃機関において、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＮＯ _Ｘを吸収し、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ＮＯ _Ｘを放出するＮＯ _Ｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少い第２の燃焼とを選択的に切換える切換手段を具備し、ＮＯ _Ｘ吸収剤からＳＯ _Ｘ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ＮＯ _Ｘ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圧縮着火式内燃機関。
ＮＯ _Ｘ吸収剤からＳＯ _Ｘを放出すべきときにＮＯ _Ｘ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ＮＯ _Ｘ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、ＮＯ _Ｘ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ＮＯ _Ｘ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８に記載の圧縮着火式内燃機関。