KR20010099778A - 내연기관 - Google Patents

Abstract

내연기관에 있어서, 매연의 발생량이 피크가 되는 EGR 가스량보다도 연소실 (5) 내의 EGR 가스량이 많아 매연이 거의 발생하지 않는 제 1 연소와, 매연의 발생량이 피크가 되는 EGR 가스량보다도 연소실 (5) 내의 EGR 가스량이 적은 제 2 연소가 선택적으로 행해진다. 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에는 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰진다.

Description

내연기관{Internal Combustion Engine}

종래부터 내연기관 예를 들면, 디젤기관에 있어서는 NO_x의 발생을 억제하기 위하여 기관배기통로와 기관흡기통로를 배기가스 재순환 (이하, EGR 이라 한다) 통로에 의하여 연결하고, 이 EGR 통로를 통하여 배기가스, 즉 EGR 가스를 기관흡기통로내에 재순환시키도록 하고 있다. 이 경우, EGR 가스는 비교적 비열이 높고, 따라서 다량의 열을 흡수할 수 있으므로 EGR 가스량을 증대시킬수록, 즉 EGR 율 (EGR 가스량/(EGR 가스량 + 흡입공기량)) 을 증대시킬수록 연소실내에 있어서의 연소온도가 저하된다. 연소온도가 저하되면 NO_x의 발생량이 저하되어, 따라서 EGR 율을 증대시키면 시킬수록 NO_x의 발생량은 저하되게 된다.

이와 같이 종래부터 EGR 율을 증대시키면 NO_x의 발생량을 저하시킬 수 있음은 공지의 사실이다. 그러나 EGR 율을 증대시켜 가면 EGR 율이 어느 한계를 초과하였을 때에 매연의 발생량, 즉 스모크가 급격히 증대하기 시작한다. 이 점에 관하여 종래부터, 그 이상 EGR 율을 증대시키면 스모크가 무제한으로 증대해 가는 것으로 여겨지고 있으며, 따라서 스모크가 급격히 증대하기 시작하는 EGR 율이EGR 율의 최대 허용한계인 것으로 여겨지고 있다.

따라서 종래부터 EGR 율은 이 최대 허용한계를 초과하지 않는 범위내에 정해져 있다. 이 EGR 율의 최대 허용한계는 기관의 형식이나 연료에 따라 매우 다른데, 대략 30 퍼센트에서 50 퍼센트이다. 따라서 종래의 디젤기관에서는 EGR 율은 최대라도 30 퍼센트에서 50 퍼센트 정도로 억제되어 있다.

이와 같이 종래에는 EGR 율에 대하여 최대 허용한계가 존재하는 것으로 여겨지고 있었으므로, 종래부터 EGR 율은 이 최대 허용한계를 초과하지 않는 범위내에 있어서 NO_x및 스모크의 발생량이 가능한 한 적게 되도록 정해져 있었다. 그러나 이와 같이 하여 EGR 율을 NO_x및 스모크의 발생량이 가능한 한 적게 되도록 정해도 NO_x및 스모크의 발생량의 저하에는 한계가 있어, 실제로는 여전히 상당한 양의 NO_x및 스모크가 발생해 버리는 것이 현상황이다.

그런데 디젤기관의 연소의 연구과정에 있어서 EGR 율을 최대 허용한계보다도 크게 하면 상술한 바와 같이 스모크가 급격히 증대하는데, 이 스모크의 발생량에는 피크(peak)가 존재하여 이 피크를 초과하여 EGR 율을 더 크게 하면 이번에는 스모크가 급격히 감소하기 시작하고, 아이들링 운전시에 있어서 EGR 율을 70 퍼센트 이상으로 하면, 또한 EGR 가스를 강력히 냉각한 경우에는 EGR 율을 거의 55 퍼센트 이상으로 하면 스모크가 거의 제로가 된다. 즉 매연이 거의 발생하지 않음이 발견된 것이다. 또한 이 때에는 NO_x의 발생량이 극히 소량이 되는 것도 판명되어 있다. 그 후, 이 지견에 기초하여 매연이 발생하지 않는 이유에 관하여 검토가 진행되어, 그 결과 지금까지 없었던 매연 및 NO_x의 동시감소가 가능한 새로운 연소시스템이 구축되기에 이른 것이다. 이 새로운 연소시스템에 관해서는 나중에 상세히 설명하겠지만, 간단히 말하면 탄화수소가 매연으로 성장하기까지의 도중의 단계에 있어서 탄화수소의 성장을 정지시키는 것을 기본으로 하고 있다.

즉, 실험연구를 거듭한 결과 판명된 것은, 연소실내에 있어서의 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도가 어느 온도 이하일 때는 탄화수소의 성장이 매연에 이르기 전의 도중단계에서 정지하고, 연료 및 그 주위의 가스온도가 어느 온도 이상이 되면 탄화수소는 한번에 매연까지 성장해 버린다는 것이다. 이 경우, 연료 및 그 주위의 가스온도는 연료가 연소하였을 때의 연료 주위의 가스의 흡열작용이 크게 영향을 미치고 있어, 연료연소시의 발열량에 따라 연료 주위의 가스의 흡열량을 조정함으로써 연료 및 그 주위의 가스온도를 제어할 수 있다.

따라서, 연소실내에 있어서의 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도를 탄화수소의 성장이 도중에 정지하는 온도 이하로 제어하면 매연이 발생하지 않게 되어, 연소실내에 있어서의 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도를 탄화수소의 성장이 도중에 정지하는 온도 이하로 제어하는 것은 연료 주위의 가스의 흡열량을 조정함으로써 가능해 진다. 한편, 매연에 이르기 전에 성장이 도중에 정지한 탄화수소는 산화촉매 등을 이용한 후처리에 의하여 용이하게 정화할 수 있다. 이것이 새로운 연소 시스템의 기본적인 사고방식이다. 이 새로운 연소 시스템을 채용한 내연기관에 관해서는 본 출원인에 의하여 이미 출원되어 있다 (일본 특허출원 평9-305850 호).

그런데 이 새로운 연소 시스템에서는 EGR 율을 거의 55 퍼센트 이상으로 할 필요가 있으며, EGR 율을 거의 55 퍼센트 이상으로 하는 것이 가능한 것은 흡입공기량이 비교적 적을 때이다. 즉, 흡입공기량이 일정량을 초과하면 이 새로운 연소를 행하는 것은 불가능하며, 따라서 흡입공기량이 일정량을 초과하였을 때에는 종래부터 행해지고 있는 연소로 전환할 필요가 있다. 이 경우, 종래부터 행해지고 있는 연소로 전환하기 위하여 EGR 율을 저하시키면 EGR 율은 스모크의 발생량이 피크가 되는 EGR 율 범위를 통과하므로 다량의 스모크가 발생하게 된다.

그런데 새로운 연소하에서 압축상사점후까지 분사시기를 늦추면 분사가 행해질 즈음에는 연소실내의 온도가 저하되어 있기 때문에, 연소시에 있어서의 연료 및 그 주위의 가스온도는 그다지 상승하지 않고, 따라서 이 때에는 스모크의 발생량의 피크값이 작아지게 됨이 판명되어 있다. 따라서 새로운 연소에서 종래부터 행해지고 있는 연소로 전환할 때에 분사시기를 압축상사점후까지 늦추면 전환시에 있어서의 스모크의 발생량을 제어할 수 있게 된다.

본 발명은 내연기관에 관한 것이다.

도 1 은 압축착화식 내연기관의 전체도이다.

도 2 는 스모크 및 NO_x의 발생량 등을 나타내는 도이다.

도 3a 및 도 3b 는 연소압을 나타내는 도이다.

도 4 는 연료분자를 나타내는 도이다.

도 5 는 스모크의 발생량과 EGR 율의 관계를 나타내는 도이다.

도 6 은 분사연소량과 혼합가스량의 관계를 나타내는 도이다.

도 7 은 제 1 운전영역 (Ⅰ) 및 제 2 운전영역 (Ⅱ) 을 나타내는 도이다.

도 8 은 스모크의 발생량과 EGR 율의 관계를 나타내는 도이다.

도 9 은 스로틀 밸브의 개도(開度) 등을 나타내는 도이다.

도 10a 및 도 10b 는 요구 토크를 나타내는 도이다.

도 11 은 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 공연비를 나타내는 도이다.

도 12a 및 도 12b 는 분사량 등의 맵을 나타내는 도이다.

도 13a 및 도 13b 는 스로틀 밸브의 목표개도 등의 맵을 나타내는 도이다.

도 14 는 제 2 연소에 있어서의 공연비를 나타내는 도이다.

도 15a 및 도 15b 는 분사량 등의 맵을 나타내는 도이다.

도 16a 및 도 16B 는 스로틀 밸브의 목표개도 등의 맵을 나타내는 도이다.

도 17 은 기관의 운전을 제어하기 위한 흐름도이다.

도 18 은 스로틀 밸브의 개도 등을 나타내는 도이다.

도 19 는 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 공연비를 나타내는 도이다.

도 20 은 분사량의 맵을 나타내는 도이다.

도 21a 및 도 21b 는 NO_x의 흡방출작용을 설명하기 위한 도이다.

도 22a 및 도 22b 는 단위시간당 NO_x흡수량의 맵을 나타내는 도이다.

도 23 은 NO_x방출 플래그를 처리하기 위한 흐름도이다.

도 24 는 기관의 운전을 제어하기 위한 흐름도이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

도 1 은 본 발명을 4 행정 압축착화식 내연기관에 적용한 경우를 나타내고 있다.

도 1 을 참조하면, (1) 은 기관본체, (2) 는 실린더블럭, (3) 은 실린더헤드, (4) 는 피스톤, (5) 는 연소실, (6) 은 전기제어식 연료분사 밸브, (7) 은 흡기 밸브, (8) 은 흡기포트, (9) 는 배기 밸브, (10) 은 배기포트를 각각 나타낸다. 흡기포트 (8) 는 대응하는 흡기지관(枝管) (11) 을 통하여 서지탱크 (12) 에 연결되며, 서지탱크 (12) 는 흡기덕트 (13) 및 인터쿨러 (14) 를 통하여 과급기, 예를들면 배기 터보 과급기 (15) 의 컴플렉서 (16) 의 출구부로 연결된다. 컴플렉서 (16) 의 입구부는 공기흡입관 (17) 을 통하여 에어클리너 (18) 에 연결되며, 공기흡입관 (17) 내에는 스텝모터 (19) 에 의하여 구동되는 스로틀 밸브 (20) 가 배치된다.

한편, 배기포트 (10) 는 배기 매니폴드 (21) 및 배기관 (22) 을 통하여 배기 터보 과급기 (15) 의 배기 터빈 (23) 의 입구부에 연결되며, 배기 터빈 (23) 의 출구부는 배기관 (24) 을 통하여 산화기능을 갖는 촉매 (25) 를 내장한 촉매 컨버터 (26) 에 연결된다.

촉매 컨버터 (26) 의 출구부에 연결된 배기관 (28) 과 스로틀 밸브 (20) 하류의 공기흡입관 (17) 은 EGR 통로 (29) 를 통하여 상호 연결되며, EGR 통로 (29) 내에는 스텝모터 (30) 에 의하여 구동되는 EGR 제어 밸브 (31) 가 배치된다. 또한 EGR 통로 (29) 내에는 EGR 통로 (29) 내를 흐르는 EGR 가스를 냉각하기 위한 인터쿨러 (32) 가 배치된다. 도 1 에 나타낸 실시예에서는 기관냉각수가 인터쿨러 (32) 내로 유도되어, 기관냉각수에 의하여 EGR 가스가 냉각된다.

한편, 연료분사 밸브 (6) 는 연료공급관 (33) 을 통하여 연료 저장소, 이른바 커먼레일 (34) 에 연결된다. 이 커먼레일 (34) 내로는 전기제어식 토출량 가변 연료펌프 (35) 로부터 연료가 공급되며, 커먼레일 (34) 내에 공급된 연료는 각 연료공급관 (33) 을 통하여 연료분사 밸브 (6) 에 공급된다. 커먼레일 (34) 에는 커먼레일 (34) 내의 연료압을 검출하기 위한 연료압 센서 (36) 가 장착되어, 연료압 센서 (36) 의 출력신호에 기초하여 커먼레일 (34) 내의 연료압이 목표연료압이 되도록 연료펌프 (35) 의 토출량이 제어된다.

전자제어 유닛 (40) 은 디지털 컴퓨터로 구성되며, 쌍방향성 버스 (41) 에 의하여 상호 접속된 ROM (Read Only Memory)(42), RAM (Random Access Memory) (43), CPU (마이크로 프로세서) (44), 입력포트 (45) 및 출력포트 (46) 를 구비한다. 연료압 센서 (36) 의 출력신호는 대응하는 AD 변환기 (47) 를 통하여 입력포트 (45) 에 입력된다. 가속페달 (50) 에는 가속페달 (50) 의 밟기량 (L) 에 비례한 출력전압을 발생하는 부하센서 (51) 가 접속되어, 부하센서 (51) 의 출력전압은 대응하는 AD 변환기 (47) 를 통하여 입력포트 (45) 에 입력된다. 또한, 입력포트 (45) 에는 크랭크 샤프트가 예를 들면 30°회전할 때마다 출력 펄스를 발생하는 크랭크각 센서 (52) 가 접속된다. 한편, 출력포트 (46) 는 대응하는 구동회로 (48) 를 통하여 연료분사 밸브 (6), 스로틀 밸브 제어용 스텝모터 (19), EGR 제어 밸브 제어용 스텝모터 (30) 및 연료펌프 (35) 에 접속된다.

도 2 는 기관 저부하 운전시에 스로틀 밸브 (20) 의 개도 및 EGR 율을 변화시킴으로써, 공연비 (A/F) (도 2 의 횡축) 를 변화시켰을 때의 출력 토크의 변화, 및 스모크, HC, CO, NO_x의 배출량의 변화를 나타내는 실험예를 나타내고 있다. 도 2 에서 알 수 있듯이, 이 실험예에서는 공연비 (A/F) 가 작아질수록 EGR 율이 커지며, 이론공연비 (≒14.6) 이하일 때에는 EGR 율은 63 퍼센트 이상이 되어 있다.

도 2 에 나타나는 바와 같이, EGR 율을 증대시킴으로써 공연비 (A/F) 를 작게 해 가면 EGR 율이 40 퍼센트 부근이 되어 공연비 (A/F) 가 30 정도가 되었을 때에 스모크의 발생량이 증대를 개시한다. 이어서, EGR 율을 더 높이고, 공연비 (A/F) 를 작게 하면 스모크의 발생량이 급격히 증대하여 피크에 달한다. 이어서 EGR 율을 더욱 높이고, 공연비 (A/F) 를 작게 하면 이번에는 스모크가 급격히 저하되며, EGR 율을 65 퍼센트 이상으로 하여 공연비 (A/F) 가 15.0 부근이 되면 스모크가 거의 제로가 된다. 즉, 매연이 거의 발생하지 않게 된다. 이 때 기관의 출력토크는 약간 저하되고, 또한 NO_x의 발생량이 매우 낮아진다. 한편, 이 때 HC, CO 의 발생량은 증대하기 시작한다.

도 3a 는 공연비 (A/F) 가 21 부근에서 스모크의 발생량이 가장 많을 때의 연소실 (5) 내의 연소압 변화를 나타내고 있으며, 도 3b 는 공연비 (A/F) 가 18 부근에서 스모크의 발생량이 거의 제로일 때의 연소실 (5) 내의 연소압의 변화를 나타내고 있다. 도 3a 와 도 3b 를 비교하면 알 수 있듯이, 스모크의 발생량이 거의 제로인 도 3b 에 나타내는 경우는 스모크의 발생량이 많은 도 3a 에 나타내는 경우에 비하여 연소압이 낮음을 알 수 있다.

도 2 및 도 3a, 3b 에 나타나는 실험결과를 통해 다름과 같이 말할 수 있다. 즉, 첫째, 공연비 (A/F) 가 15.0 이하에서 스모크의 발생량이 거의 제로일 때에는 도 2 에 나타나는 바와 같이 NO_x의 발생량이 상당히 저하된다. NO_x의 발생량이 저하되었다는 것은 연소실 (5) 내의 연소온도가 저하되고 있음을 의미하고 있으며, 따라서 매연이 거의 발생하지 않을 때는 연소실 (5) 내의 연소온도가 낮아져 있다고 할 수 있다. 동일한 것을 도 3 에서도 말할 수 있다. 즉, 매연이거의 발생하지 않은 도 3b 에 나타내는 상태에서는 연소압이 낮아져 있으며, 따라서 이 때 연소실 (5) 내의 연소온도는 낮아져 있게 된다.

둘째, 스모크의 발생량, 즉 매연의 발생량이 거의 제로가 되면 도 2 에 나타나는 바와 같이 HC 및 CO 의 배출량이 증대한다. 이것은 탄화수소가 매연으로까지 성장하지 않고 배출되는 것을 의미하고 있다. 즉, 연료중에 포함되는 도 4 에 나타나는 바와 같은 직쇄형 탄화수소나 방향족 탄화수소는 산소부족 상태에서 온도상승시키면 열분해하여 매연의 전구체가 형성되며, 이어서 주로 탄소원자가 집합한 고체로 이루어지는 매연이 생성된다. 이 경우, 실제의 매연의 생성과정은 복잡하여 매연의 전구체가 어떠한 형태를 취하는가는 명확하지 않으나, 어느 것이라도 도 4 에 나타나는 바와 같은 탄화수소는 매연의 전구체를 거쳐 매연까지 성장하게 된다. 따라서, 상술한 바와 같이 매연의 발생량이 거의 제로가 되면 도 2 에 나타나는 바와 같이 HC 및 CO 의 배출량이 증대하는데, 이 때의 HC 는 매연의 전구체 또는 그 전 상태의 탄화수소이다.

도 2 및 도 3a, 3b 에 나타나는 실험결과에 기초하는 이들 고찰을 요약하면, 연소실 (5) 내의 연소온도가 낮을 때에는 매연의 발생량이 거의 제로가 되며, 이 때 매연의 전구체 또는 그 전 상태의 탄화수소가 연소실 (5) 에서 배출되게 된다. 이것에 관하여 더욱 상세히 실험연구를 거듭한 결과, 연소실 (5) 내에 있어서의 연료 및 그 주위의 가스온도가 어느 온도 이하인 경우에는 매연의 성장과정이 도중에 정지해 버려, 즉 매연이 전혀 발생하지 않고, 연소실 (5) 내에 있어서의 연료 및 그 주위의 온도가 어느 온도 이상이 되면 매연이 생성됨이 판명되었다.

그런데 매연의 전구체의 상태에서 탄화수소의 생성과정이 정지할 때의 연료 및 그 주위의 온도, 즉 상술한 어느 온도는 연료의 종류나 공연비나 압축비 등의 여러가지 요인에 의하여 변화하므로 몇 도라고 말할 수 없으나, 이 어느 온도는 NO_x의 발생량과 깊은 관계를 가지고 있어, 따라서 이 어느 온도는 NO_x의 발생량으로부터 어느 정도 규정할 수 있다. 즉, EGR 율이 증대할수록 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도는 저하되어 NO_x의 발생량이 저하된다. 이 때 NO_x의 발생량이 10 p.p.m 전후 또는 그 이하가 되었을 때, 매연이 거의 발생하지 않게 된다. 따라서 상술한 어느 온도는 NO_x의 발생량이 10 p.p.m 전후 또는 그 이하로 되었을 때의 온도와 거의 일치한다.

일단, 매연이 생성되면 이 매연은 산화기능을 갖는 촉매를 이용한 후처리로 정화할 수는 없다. 이에 대하여 매연의 전구체 또는 그 전 상태의 탄화수소는 산화기능을 갖는 촉매를 이용한 후처리로 용이하게 정화할 수 있다. 이와 같이 산화기능을 갖는 촉매에 의한 후처리를 고려하면, 탄화수소를 매연의 전구체 또는 그 전 상태에서 연소실 (5) 에서 배출시키는지 아니면 매연의 형태로 연소실 (5) 에서 배출시키는지에 관해서는 매우 큰 차가 있다. 본 발명에서 채용되고 있는 새로운 연소 시스템은 연소실 (5) 내에 있어서 매연을 생성시키는 일 없이 탄화수소를 매연의 전구체 또는 그 전 상태의 형태로 연소실 (5) 에서 배출시켜, 이 탄화수소를 산화기능을 갖는 촉매에 의하여 산화시키는 것을 핵심으로 하고 있다.

그런데, 매연이 생성되기 전의 상태에서 탄화수소의 성장을 정지시키려면 연소실 (5) 내에 있어서의 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도를 매연이 생성되는 온도보다도 낮은 온도로 억제할 필요가 있다. 이 경우, 연료 및 그 주위의 가스온도를 억제하려면 연료가 연소하였을 때의 연료 주위의 가스의 흡열작용이 매우 크게 영향을 미침이 판명되어 있다.

즉, 연료 주위에 공기밖에 존재하지 않으면, 증발한 연료는 즉시 공기중의 산소와 반응하여 연소한다. 이 경우, 연료에서 떨어져 있는 공기의 온도는 그다지 상승하지 않고 연료주위의 온도만이 국소적으로 매우 높아진다. 즉, 이 때는 연료에서 떨어져 있는 공기는 연료의 연소열의 흡열작용을 거의 하지 않는다. 이 경우에는 연소온도가 국소적으로 매우 높아지므로, 이 연소열을 받은 미연탄화수소는 매연을 생성하게 된다.

한편, 다량의 불활성 가스와 소량의 공기의 혼합가스중에 연료가 존재하는 경우에는 약간 상황이 다르다. 이 경우에는, 증발연료는 주위로 확산되어 불활성 가스중에 혼재하는 산소와 반응하여 연소하게 된다. 이 경우에는, 연소열은 주위의 불활성 가스에 흡수되므로 연소온도는 그다지 상승하지 않게 된다. 즉, 연소온도를 낮게 억제 할 수 있게 된다. 즉, 연소온도를 억제하려면 불활성 가스의 존재가 중요한 역할을 하고 있어, 불활성 가스의 흡열작용에 의하여 연소온도를 낮게 억제할 수 있게 된다.

이 경우, 연료 및 그 주위의 가스온도를 매연이 생성되는 온도보다도 낮은 온도로 억제하려면 그러기에 충분한 열량을 흡수할 수 있을 만큼의 불활성 가스량이 필요하게 된다. 따라서, 연료량이 증대하면 필요로 하는 불활성 가스량은그에 수반하여 증대하게 된다. 또한 이 경우, 불활성 가스의 비열이 클수록 흡열작용이 강력해지며, 따라서 불활성 가스는 비열이 큰 가스가 바람직하다. 이 점, 즉 CO₂나 EGR 가스는 비교적 비열이 크므로 불활성 가스로서 EGR 가스를 이용하는 것은 바람직하다고 할 수 있다.

도 5 는 불활성 가스로서 EGR 가스를 이용하여, 분사시기를 압축상사점전으로 하여, EGR 가스의 냉각정도를 변화시켰을 때의 EGR 율과 스모크의 관계를 나타내고 있다. 즉, 도 5 에 있어서 곡선 (A) 은 EGR 가스를 강력히 냉각하여 EGR 가스온도를 거의 90 ℃ 로 유지한 경우를 나타내고 있으며, 곡선 (B) 은 소형의 냉각장치로 EGR 가스를 냉각한 경우를 나타내고 있으며, 곡선 (C) 은 EGR 가스를 강제적으로 냉각하지 않은 경우를 나타내고 있다.

도 5 의 곡선 (A) 으로 나타내어지는 바와 같이, EGR 가스를 강력히 냉각한 경우에는 EGR 율이 50 퍼센트보다도 약간 낮은 지점에서 매연의 발생량이 피크가 되며, 이 경우에는 EGR 율을 거의 55 퍼센트 이상으로 하면 매연이 거의 발생하지 않게 된다.

한편, 도 5 의 곡선 (B) 으로 나타내어지는 바와 같이, EGR 가스를 약간 냉각한 경우에는 EGR 율이 50 퍼센트보다도 약간 높은 지점에서 매연의 발생량이 피크가 되며, 이 경우에는 EGR 율을 거의 65 퍼센트 이상으로 하면 매연이 거의 발생하지 않게 된다.

또한 도 5 의 곡선 (C) 으로 나타내어지는 바와 같이, EGR 가스를 강제적으로 냉각하지 않은 경우에는 EGR 율이 55 퍼센트인 부근에서 매연의 발생량이 피크가 되며, 이 경우에는 EGR 율을 거의 70 퍼센트 이상으로 하면 매연이 거의 발생하지 않게 된다.

또한 도 5 는 기관부하가 비교적 높을 때의 스모크의 발생량을 나타내고 있으며, 기관부하가 작아지면 매연의 발생량이 피크가 되는 EGR 율은 약간 저하되고, 매연이 거의 발생하지 않게 되는 EGR 율의 하한도 약간 저하된다. 이와 같이 매연이 거의 발생하지 않게 되는 EGR 율의 하한은 EGR 가스의 냉각정도나 기관부하에 따라 변화한다.

도 6 은 불활성 가스로서 EGR 가스를 이용한 경우에 있어서, 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도를 매연이 생성되는 온도보다도 낮은 온도로 하기 위하여 필한 EGR 가스와 공기의 혼합가스량, 및 이 혼합가스량중의 공기의 비율, 및 이 혼합가스중의 EGR 가스의 비율을 나타내고 있다. 또한 도 6 에 있어서도 종축은 연소실 (5) 내로 흡입되는 전흡입 가스량을 나타내고 있으며, 쇄선 (Y) 은 과급이 행해지지 않을 때에 연소실 (5) 내로 흡입할 수 있는 전흡입 가스량을 나타내고 있다. 또한 횡축은 요구부하를 나타내고 있다.

도 6 을 참조하면 공기의 비율, 즉 혼합가스중의 공기량은 분사된 연료를 완전히 연소시키는데 필요한 공기량을 나타내고 있다. 즉, 도 6 에 나타나는 경우에서는, 공기량과 분사연료량의 비는 이론공연비로 되어 있다. 한편, 도 6 에 있어서 EGR 가스의 비율, 즉 혼합가스중의 EGR 가스량은 분사연료가 연소되었을 때에 연료 및 그 주위의 가스온도를 매연이 형성되는 온도보다도 낮은 온도로 하는데 필요최저한인 EGR 가스량을 나타내고 있다. 이 EGR 가스량은 EGR 율로 나타내면 거의 55 퍼센트 이상이며, 도 6 에 나타내는 실시예에서는 70 퍼센트 이상이다. 즉, 연소실 (5) 내로 흡입된 전흡입 가스량을 도 6 에 있어서 실선 (X) 으로 하여, 이 전흡입 가스량 (X) 중의 공기량과 EGR 가스량의 비율을 도 6 에 나타내는 바와 같은 비율로 하면, 연료 및 그 주위의 가스온도는 매연이 생성되는 온도보다도 낮은 온도가 되어, 이렇게 하여 매연이 전혀 발생하지 않게 된다. 또한 이 때의 NO_x발생량은 10 p.p.m. 전후 또는 그 이하이며, 따라서 NO_x의 발생량은 매우 소량이 된다.

연료분사량이 증대하면 연료가 연소하였을 때의 발열량이 증대하므로 연료 및 그 주위의 가스온도를 매연이 생성되는 온도보다도 낮은 온도로 유지하기 위해서는 EGR 가스에 의한 열의 흡수량을 증대시키지 않으면 안된다. 따라서 도 6 에 나타나는 바와 같이, EGR 가스량은 분사연료량이 증대함에 따라 증대시키지 않으면 안된다. 즉, EGR 가스량은 요구부하가 높아짐에 따라 증대할 필요가 있다.

그러나 과급이 행해지지 않은 경우에는, 연소실 (5) 내로 흡입되는 전흡입 가스량 (X) 의 상한은 (Y) 이며, 따라서 도 6 에 있어서 요구부하가 L₀보다도 큰 영역에서는 요구부하가 커짐에 따라 EGR 가스비율을 저하시키지 않는 한 공연비를 이론공연비로 유지할 수 없다. 바꿔 말하면, 과급이 행해지지 않은 경우에 요구부하가 L₀보다도 큰 영역에 있어서 공연비를 이론공연비로 유지하려고 한 경우에는 요구부하가 높아짐에 따라 EGR 율이 저하되며, 이렇게 하여 요구부하가 L₀보다도 큰 영역에서는 연료 및 그 주위의 가스온도를 매연이 생성되는 온도보다도 낮은 온도로 유지할 수 없게 된다.

그러나 도 1 에 나타나는 바와 같이, EGR 통로 (29) 를 통하여 과급기의 입구측, 즉 배기 터보 과급기 (15) 의 공기흡입관 (17) 내로 EGR 가스를 재순환시키면 요구부하가 L₀보다도 큰 영역에 있어서 EGR 율을 55 퍼센트 이상, 예를 들면 70 퍼센트로 유지할 수 있어, 이렇게 하여 연료 및 그 주위의 가스온도를 매연이 생성되는 온도보다도 낮은 온도로 유지할 수 있다. 즉, 공기흡입관 (17) 내에 있어서의 EGR 율이 예를 들면, 70 퍼센트가 되도록 EGR 가스를 재순환시키면 배기 터보 과급기 (15) 의 압축기 (16) 에 의하여 승압된 흡입가스의 EGR 율도 70 퍼센트가 되며, 이렇게 하여 압축기 (16) 에 의하여 승압될 수 있는 한도까지 연료 및 그 주위의 가스온도를 매연이 생성되는 온도보다도 낮은 온도로 유지할 수 있다. 따라서, 저온연소를 발생시킬 수 있는 기관의 운전영역을 확대할 수 있게 된다.

또한 이 경우, 요구부하가 L₀보다도 큰 영역에서 EGR 율을 55 퍼센트 이상으로 할 때에는 EGR 제어 밸브 (31) 가 완전히 열려 스로틀 밸브 (20) 가 약간 닫혀진다.

전술한 바와 같이, 도 6 은 연료를 이론공연비하에서 연소시키는 경우를 나타내고 있는데, 공기량을 도 6 에 나타나는 공기량보다도 적게 해도, 즉 공연비를 리치(rich)로 해도 매연의 발생을 계속 저지하여 NO_x의 발생량을 10 p.p.m. 전후 또는 그 이하로 할 수 있으며, 또한 공기량을 도 6 에 나타나는 공기량보다도 많게해도, 즉 공연비의 평균값을 17 에서 18 의 린(lean)으로 해도 매연의 발생을 계속 저지하여 NO_x의 발생량을 10 p.p.m. 전후 또는 그 이하로 할 수 있다.

즉, 공연비가 리치로 되면 연료가 과잉이 되는데 연소온도가 낮은 온도로 억제되어 있으므로 과잉한 연료는 매연까지 성장하지 않고, 이렇게 하여 매연이 생성되는 일이 없다. 또한 이 때, NO_x도 극히 소량밖에 발생하지 않는다. 한편, 평균공연비가 린일 때 또는 공연비가 이론공연비일 때도 연소온도가 높아지면 소량의 매연이 생성되는데, 본 발명에서는 연소온도가 낮은 온도로 억제되어 있으므로 매연은 전혀 생성되지 않는다. 또한 NO_x도 극히 소량밖에 발생하지 않는다.

이와 같이, 저온연소가 행해지고 있을 때에는 공연비에 관계없이, 즉 공연비가 리치이건 이론공연비이건, 혹은 평균 공연비가 린이건 매연이 발생되지 않으며, NO_x의 발생량이 극히 소량이 된다. 따라서, 연료소비율의 향상을 고려하면 이 때 평균공연비를 린으로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

하지만 연소실내에 있어서의 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도를 탄화수소의 성장이 도중에 정지하는 온도 이하로 억제할 수 있는 것은, 연소에 의한 발열량이 비교적 적은 기관중 저부하운전시로 제한된다. 따라서, 본 발명에 의한 실시예에서는 기관중 저부하운전시에는 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도를 탄화수소의 성장이 도중에 정지하는 온도 이하로 억제하여 제 1 연소, 즉 저온연소를 행하도록 하고, 기관고부하운전시에는 제 2 연소, 즉 종래부터 보통 행해지고 있는연소를 행하도록 하고 있다. 또한 여기서 제 1 연소, 즉 저온연소란, 지금까지의 설명으로부터 명백하듯이, 매연의 발생량이 피크가 되는 불활성 가스량보다도 연소실내의 불활성 가스량이 많아 매연이 거의 발생하지 않는 연소를 말하며, 제 2 연소, 즉 종래부터 보통 행해지고 있는 연소란, 매연의 발생량이 피크가 되는 불활성 가스량보다도 연소실내의 불활성 가스량이 적은 연소를 말한다.

도 7 은 제 1 연소, 즉 저온연소가 행해지는 제 1 운전영역 (Ⅰ) 과 제 2 연소, 즉 종래의 연소방법에 의한 연소가 행해지는 제 2 운전영역 (Ⅱ) 을 나타내고 있다. 또한 도 7 에 있어서 종축 (TQ) 은 요구 토크를 나타내고 있으며, 횡축 (N) 은 기관회전수를 나타내고 있다. 또한 도 7 에 있어서 X (N) 는 제 1 운전영역 (Ⅰ) 과 제 2 운전영역 (Ⅱ) 의 제 1 경계를 나타내고 있으며, Y (N) 는 제 1 운전영역 (Ⅰ) 과 제 2 운전영역 (Ⅱ) 의 제 2 경계를 나타내고 있다. 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서 제 2 운전영역 (Ⅱ) 으로의 운전영역의 변화판단은 제 1 경계 X (N) 에 기초하여 행해지며, 제 2 운전영역 (Ⅱ) 에서 제 1 운전영역 (Ⅰ) 으로의 운전영역의 변화판단은 제 2 경계 Y (N) 에 기초하여 행해진다.

즉, 기관의 운전상태가 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서 저온연소가 행해지고 있을 때에 요구 토크 (TQ) 가 기관회전수 (N) 의 함수인 제 1 경계 X (N) 를 초과하면 운전영역이 제 2 운전영역 (Ⅱ) 으로 이동한 것으로 판단되어, 종래의 연소방법에 의한 연소가 행해진다. 이어서, 요구 토크 (TQ) 가 기관회전수 (N) 의 함수인 제 2 경계 Y (N) 보다도 낮아지면 운전영역이 제 1 운전영역 (Ⅰ) 으로 이동한 것으로 판단되어, 다시 저온연소가 행해진다.

이와 같이, 제 1 경계 X (N) 와 제 1 경계 X (N) 보다도 저(低)토크측의 제 2 경계 Y (N) 두 경계를 설치한 것은 다음 두 가지 이유로 인한 것이다. 첫째 이유는, 제 2 운전영역 (Ⅱ) 의 고(高)토크측에서는 비교적 연소온도가 높고, 이 때 요구 토크 (TQ) 가 제 1 경계 X (N) 보다 낮아졌다 해도 즉시 저온연소를 행할 수 없기 때문이다. 즉, 요구 토크 (TQ) 가 매우 낮아졌을 때, 즉 제 2 경계 Y (N) 보다도 낮아졌을 때가 아니면 즉시 저온연소가 개시되지 않기 때문이다. 둘째 이유는, 제 1 운전영역 (Ⅰ) 과 제 2 운전영역 (Ⅱ) 간의 운전영역의 변화에 대하여 히스테리시스를 설치하기 때문이다.

한편, 도 7 에 있어서 빗금친 영역 (RR), 즉 제 1 운전영역 (Ⅰ) 내의 가장 부하가 높은 영역 (RR) 에서는 공연비가 린 또는 이론공연비가 되어, 분사시기가 압축상사점후까지 늦추어진다. 기관의 운전상태가 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서 제 2 운전영역 (Ⅱ) 으로 이동할 때에는 반드시 이 영역 (RR) 을 통과하며, 기관의 운전상태가 제 2 운전영역 (Ⅱ) 에서 제 1 운전영역 (Ⅰ) 으로 이동하였을 때에도 반드시 이 영역 (RR) 을 통과한다.

그런데 요구 토크 (TQ) 가 높아졌을 때, 즉 분사량이 증대하였을 때에 압축상사점전에 있어서 연료분사가 행해지면 발열량이 증대하므로, 연소시에 있어서의 연료 및 그 주위의 가스온도가 높아진다. 그 결과, 스모크가 발생하게 된다.

한편, 연료분사가 행해지지 않고 압축상사점을 넘으면 연소실 (5) 내의 압력은 점차 저하되고, 연소실 (5) 내의 온도도 점차 저하된다. 따라서, 압축상사점후에 연료분사를 행하면, 설령 분사량이 많은 경우라도 연소시에 있어서의 연료및 그 주위의 가스온도는 상당히 낮아져, 그 결과 도 8 에 있어서 D 로 나타나는 바와 같이 스모크의 발생량의 피크값이 낮아지며 또한 스모크가 발생하는 EGR 범위가 좁아진다. 또한 도 8 에 있어서 곡선 (B) 은 도 5 에 나타내는 곡선과 동일한 곡선을 나타내고 있다.

따라서 도 7 의 영역 (RR) 에 있어서 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰지면 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에 스모크가 발생하는 것을 억제할 수 있게 된다. 또한 이 경우에는 EGR 율을 55 퍼센트 이하로 해도 스모크가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

그러나 기관의 운전상태가 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서 저온연소가 행해지고 있을 때는 매연은 거의 발생하지 않고, 그 대신 미연탄화수소가 매연의 전구체 또는 그 전 상태의 형태로 연소실 (5) 에서 배출된다. 이 때 연소실 (5) 에서 배출된 미연탄화수소는 탄화기능을 갖는 촉매 (25) 에 의하여 양호하게 산화된다.

촉매 (25) 로는 산화촉매, 삼원촉매 또는 NO_x흡수제를 이용할 수 있다. NO_x흡수제는 연소실 (5) 내에 있어서의 평균공연비가 린일 때에 NO_x를 흡수하고, 연소실 (5) 에 있어서의 평균공연비가 리치가 되면 NO_x를 방출하는 기능을 갖고 있다.

이 NO_x흡수제는 예를 들면 알루미나를 담체로 하고, 이 담체상에 예를 들면 칼륨 (K), 나트륨 (Na), 리튬 (Li), 세슘 (Cs) 과 같은 알칼리금속, 바륨 (Ba), 칼슘 (Ca) 과 같은 알칼리토류, 랜턴 (La), 이트륨 (Y) 과 같은 희토류에서 선택된적어도 하나와 백금 (Pt) 과 같은 귀금속이 담지되어 있다.

산화촉매는 원래부터 삼원촉매 및 NO_x흡수제도 산화기능을 갖고 있으며, 따라서 상술한 바와 같이 삼원촉매 및 NO_x흡수제를 촉매 (25) 로서 이용할 수 있다.

다음으로 도 9 를 참조하면서 제 1 운전영역 (Ⅰ) 및 제 2 운전영역 (Ⅱ) 에 있어서의 운전제어에 관하여 개략적으로 설명한다.

도 9 는 요구 토크 (TQ) 에 대한 스로틀 밸브 (20) 의 개도, EGR 제어 밸브 (31) 의 개도, EGR 율, 공연비, 분사시기 및 분사량을 나타내고 있다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 요구 토크 (TQ) 가 낮은 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서는 스로틀 밸브 (20) 의 개도는 요구 토크 (TQ) 가 높아짐에 따라 거의 완전폐쇄에서 2/3 개도 정도까지 서서히 증대되고, EGR 제어 밸브 (31) 의 개도는 요구 토크 (TQ) 가 높아짐에 따라 거의 완전폐쇄에서 완전개방까지 서서히 증대된다. 또한 도 9 에 나타나는 예에서는, 영역 (RR) 을 제외한 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서는 EGR 율이 거의 55 퍼센트 이상으로 되어 있으며, 공연비는 약간만 린같은 린공연비가 되어 있다.

바꿔 말하면, 영역 (RR) 을 제외한 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서는 EGR 율이 거의 55 퍼센트 이상이 되어, 공연비가 약간만 린같은 린공연비가 되도록 스로틀 밸브 (20) 의 개도 및 EGR 제어 밸브 (31) 의 개도가 제어된다. 또한 영역 (RR) 을 제외한 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서는 압축상사점 (TDC) 전에 연료분사가 개시된다. 이 경우, 분사개시시기 (θS) 는 요구 토크 (TQ) 가 높아짐에 따라 늦어지며, 분사완료시기 (θE) 도 분사개시시기 (θS) 가 늦어짐에 따라 늦어진다.

또한 아이들링 운전시에는 스로틀 밸브 (20) 는 거의 완전폐쇄까지 밸브가 닫혀지며, 이 때 EGR 제어 밸브 (31) 도 거의 완전폐쇄까지 밸브가 닫힌다. 스로틀 밸브 (20) 를 거의 완전폐쇄까지 밸브를 닫으면 압축개시의 연소실 (5) 내의 압력이 낮아지므로 압축압력이 작아진다. 압축압력이 작아지면 피스톤 (4) 에 의한 압축작업이 작아지므로 기관본체 (1) 의 진동이 작아진다. 즉, 아이들링 운전시에는 기관본체 (1) 의 진동을 억제하기 위하여 스로틀 밸브 (20) 가 거의 완전폐쇄까지 밸브가 닫힌다.

영역 (RR) 에서는 요구 토크 (TQ) 가 커질수록 분사개시시기 (θS) 는 늦어지며, 영역 (RR) 의 요구 토크측에서는 분사개시시기 (θS) 가 상사점후가 된다. 또한 이 영역 (RR) 에서는 요구 토크 (TQ) 가 커짐에 따라 공연비가 린공연비에서 이론공연비까지 서서히 작아지며, 요구 토크 (TQ) 가 커짐에 따라 EGR 율이 저하된다. 또한 이 영역 (RR) 에서는 요구 토크 (TQ) 가 커짐에 따라 공연비를 작게하므로 분사량이 증량된다.

한편, 기관의 운전영역이 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서 제 2 운전영역 (Ⅱ) 으로 변하면 스로틀 밸브 (20) 의 개도가 2/3 개도 정도에서 완전개방 방향으로 단계적으로 증대된다. 이 때 도 9 에 나타내는 예에서는 EGR 율이 거의 40 퍼센트에서 20 퍼센트 이하까지 단계적으로 감소되며, 공연비가 단계적으로 커진다.

제 2 운전영역 (Ⅱ) 에서는 제 2 연소, 즉 종래부터 행해지고 있는 연소가 행해진다. 이 제 2 운전영역 (Ⅱ) 에서는, 스로틀 밸브 (20) 는 일부를 제외하고 완전개방 상태로 유지되며, EGR 제어 밸브 (31) 의 개도는 요구 토크 (TQ) 가 높아지면 점차 작아진다. 또한, 이 운전영역 (Ⅱ) 에서는 EGR 율은 요구 토크 (TQ) 가 높아질수록 낮아지며, 공연비는 요구 토크 (TQ) 가 높아질수록 작아진다. 단, 공연비는 요구 토크 (TQ) 가 높아져도 린공연비가 된다. 또한 제 2 운전영역 (Ⅱ) 에서는 분사개시시기 (θS) 는 압축상사점 (TDC) 부근이 된다.

도 10a 는 요구 토크 (TQ) 와 가속페탈 (50) 의 밟기량 (L) 과 기관회전수 (N) 의 관계를 나타내고 있다. 또한 도 10a 에 있어서 각 곡선은 등(等)토크곡선을 나타내고 있으며, TQ=0 으로 표시되는 곡선은 토크가 제로임을 나타내고 있으며, 나머지 곡선은 TQ=a, TQ=b, TQ=c, TQ=d 의 순으로 점차 요구 토크 (TQ) 가 높아진다. 도 10a 에 나타나는 요구 토크 (TQ) 는 도 10b 에 나타나는 바와 같이, 가속페탈 (50) 의 밟기량 (L) 과 기관회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있다. 본 발명에서는 도 10b 에 나타내는 맵에서 가속페탈 (50) 의 밟기량 (L) 및 기관회전수 (N) 에 따른 요구 토크 (TQ) 가 먼저 처음으로 산출되고, 이 요구 토크 (TQ) 에 기초하여 연료분사량 등이 산출된다.

도 11 은 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 공연비 (A/F) 를 나타내고 있다. 도 11 에 있어서, A/F=14.6, A/F=15, A/F=16, A/F=18, A/F=20 으로 표시되는 각 곡선은 각각 공연비가 14.6 (이론공연비), 15, 16, 18, 20 일 때를 나타내고 있으며, 각 곡선간의 공연비는 비례배분에 의하여 정해진다. 도 11 에 나타나는 바와 같이, 영역 (RR) 의 일부를 제외한 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서는 공연비가 린으로 되어 있으며, 또한 이 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서는 요구 토크 (TQ) 가 낮아질수록 공연비 (A/F) 가 린이 된다.

즉, 요구 토크 (TQ) 가 낮아질수록 연소에 의한 발열량이 적어진다. 따라서, 요구 토크 (TQ) 가 낮아질수록 EGR 율을 저하시켜도 저온연소를 행할 수 있다. EGR 율을 저하시키면 공연비는 커지며, 따라서 도 11 에 나타나는 바와 같이 요구 토크 (TQ) 가 낮아짐에 따라 공연비 (A/F) 가 커진다. 공연비 (A/F) 가 커질수록 연료소비율은 향상하며, 따라서 가능한 한 공연비를 린으로 하기 위하여 본 발명에 의한 실시예에서는 요구 토크 (TQ) 가 낮아짐에 따라 공연비 (A/F) 가 커진다.

도 12a 는 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 분사량 (Q) 을 나타내고 있으며, 도 12b 는 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 분사개시시기 (θS) 를 나타내고 있다. 도 12a 에 나타나는 바와 같이 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 분사량 (Q) 은 요구 토크 (TQ) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있으며, 도 12b 에 나타나는 바와 같이 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 분사개시시기 (θS) 도 요구 토크 (TQ) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있다.

또한, 공연비를 도 11 에 나타내는 목표공연비로 하는데 필요한 스로틀 밸브 (20) 의 목표개도 (ST) 가 도 13a 에 나타나는 바와 같이 요구 토크 (TQ) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있으며, 공연비를 도 11 에 나타내는 목표공연비로 하는데 필요한 EGR 제어 밸브 (31) 의 목표개도 (SE) 가 도 13b 에 나타나는 바와 같이, 요구 토크 (TQ) 및 기관회전수 (N) 의함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있다.

도 14 는 제 2 연소, 즉 종래의 연소방법에 의한 보통 연소가 행해질 때의 목표공연비를 나타내고 있다. 또한 도 14 에 있어서 A/F=24, A/F=35, A/F=45, A/F=60 으로 표시되는 각 곡선은 각각 목표공연비 (24, 35, 45, 60) 를 나타내고 있다.

도 15a 는 제 2 운전영역 (Ⅱ) 에 있어서의 분사량 (Q) 을 나타내고 있으며, 도 15b 는 제 2 운전영역 (Ⅱ) 에 있어서의 분사개시시기 (θS) 를 나타내고 있다. 도 15a 에 나타나는 바와 같이 제 2 운전영역 (Ⅱ) 에 있어서의 분사량 (Q) 은 요구 토크 (TQ) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있으며, 도 15b 에 나타나는 바와 같이 제 2 운전영역 (Ⅱ) 에 있어서의 분사개시시기 (θS) 도 요구 토크 (TQ) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있다.

또한 공연비를 도 14 에 나타내는 목표공연비로 하는데 필요한 스로틀 밸브 (20) 의 목표개도 (ST) 가 도 16a 에 나타나는 바와 같이 요구 토크 (TQ) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있으며, 공연비를 도 14 에 나타내는 목표공연비로 하는데 필요한 EGR 제어 밸브 (31) 의 목표개도 (SE) 가 도 16b 에 나타나는 바와 같이, 요구 토크 (TQ) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있다.

다음으로, 도 17 을 참조하면서 운전제어에 관하여 설명한다.

도 17 을 참조하면, 먼저 첫번째로 스텝 (100) 에 있어서 기관의 운전상태가제 1 운전영역 (Ⅰ) 임을 나타내는 플래그 (Ⅰ) 가 설정되어 있는지 아닌지가 판별된다. 플래그 (Ⅰ) 가 설정되어 있을 때, 즉 기관의 운전상태가 제 1 운전영역 (Ⅰ) 일 때는 스텝 (101) 으로 진행하여 요구 토크 (TQ) 가 제 1 경계 X1 (N) 보다도 커졌는지 아닌지가 판별된다. TQ≤X1 (N) 일 때에는 스텝 (103) 으로 진행하여 저온연소가 행해진다.

즉, 스텝 (103) 에서는 도 10b 에 나타내는 맵으로부터 요구 토크 (TQ) 가 산출된다. 이어서, 스텝 (104) 에서는 도 13a 에 나타내는 맵으로부터 스로틀 밸브 (20) 의 목표개도 (ST) 가 산출되어, 스로틀 밸브 (20) 의 개도가 이 목표개도 (ST) 가 된다. 이어서 스텝 (105) 에서는 도 13b 에 나타내는 맵으로부터 EGR 제어 밸브 (31) 의 목표개도 (SE) 가 산출되어, EGR 제어 밸브 (31) 의 개도가 이 목표개도 (SE) 가 된다. 이어서 스텝 (106) 에서는 도 12a 에 나타내는 맵으로부터 분사량 (Q) 이 산출된다. 이어서 스텝 (107) 에서는 도 12b 에 나타내는 맵으로부터 분사개시시기 (θS) 가 산출된다.

한편, 스텝 (101) 에 있어서 TQ > X (N) 인 것으로 판별되었을 때는 스텝 (102) 으로 진행하여 플래그 (Ⅰ) 가 재설정되고, 이어서 스텝 (110) 으로 진행하여 제 2 연소가 행해진다.

즉, 스텝 (110) 에서는 도 10b 에 나타내는 맵으로부터 요구 토크 (TQ) 가 산출된다. 이어서 스텝 (111) 에서는 도 16a 에 나타내는 맵으로부터 스로틀 밸브 (20) 의 목표개도 (ST) 가 산출되어, 스로틀 밸브 (20) 의 개도가 이 목표개도 (ST) 가 된다. 이어서 스텝 (112) 에서는 도 16B 에 나타내는 맵으로부터EGR 제어 밸브 (31) 의 목표개도 (SE) 가 산출되어, EGR 제어 밸브 (31) 의 개도가 이 목표개도 (SE) 가 된다. 이어서 스텝 (113) 에서는 도 15a 에 나타내는 맵으로부터 분사량 (Q) 이 산출된다. 이어서 스텝 (114) 에서는 도 15b 에 나타내는 맵으로부터 분사개시시기 (θS) 가 산출된다.

플래그 (Ⅰ) 가 재설정되면 다음의 처리 사이클에서는 스텝 (100) 에서 스텝 (108) 으로 진행하여 요구 토크 (TQ) 가 제 2 경계 Y (N) 보다도 낮아졌는지 아닌지가 판별된다. TQ≥Y (N) 일 때에는 스텝 (110) 으로 진행하여 제 2 연소가 행해진다. 한편, 스텝 (108) 에 있어서 TQ < Y (N) 인 것으로 판별되었을 때는 스텝 (109) 으로 진행하여 플래그 (Ⅰ) 가 설정되고, 이어서 스텝 (103) 으로 진행하여 제 1 연소가 행해진다.

다음으로 도 18 에서 도 20 을 참조하면서 제 2 실시예에 관하여 설명한다.

도 18 에 나타나는 바와 같이, 이 실시예에 있어서도 영역 (RR) 에서는 요구 토크 (TQ) 가 커질수록 분사개시시기 (θS) 는 늦어지며, 영역 (RR) 의 고(高)요구 토크 (TQ) 측에서는 분사개시시기 (θS) 가 상사점후가 된다. 또한 이 실시예에 있어서도, 영역 (RR) 에서는 요구 토크 (TQ) 가 커짐에 따라 EGR 율이 저하되고, 또한 영역 (RR) 에서는 요구 토크 (TQ) 가 커짐에 따라 공연비를 작게 하므로 분사량이 증량된다. 단 이 실시예에서는, 영역 (RR) 에서는 요구 토크 (TQ) 가 커짐에 따라 공연비가 린 공연비에서 리치 공연비까지 서서히 작아진다. 따라서, 영역 (RR) 에 있어서의 분사량의 증량비율은 도 18 에 나타내는 제 2 실시예의 경우쪽이 도 9 에 나타내는 실시예에 비하여 커진다.

도 19 는 제 2 실시예의 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 공연비 (A/F) 를 나타내고 있다. 도 19 에 있어서, A/F=13, A/F=14, A/F=16, A/F=18, A/F=20 으로 표시되는 각 곡선은 각각 공연비가 13, 14, 16, 18, 20 일 때를 나타내고 있으며, 각 곡선간의 공연비는 비례배분에 의하여 정해진다. 이 실시예에 있어서도 도 19 에 타나나는 바와 같이, 영역 (RR) 의 일부를 제외한 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서는 공연비가 린이 되어 있으며, 또한 이 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에서는 요구 토크 (TQ) 가 낮아질수록 공연비 (A/F) 가 린이 된다.

도 20 은 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 분사량 (Q) 을 나타내고 있다. 도 20 에 나타나는 바와 같이, 제 1 운전영역 (Ⅰ) 에 있어서의 분사량 (Q) 은 요구 토크 (TQ) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서 맵의 형태로 미리 ROM (42) 내에 기억되어 있다. 또한 제 2 실시예에 있어서, 분사개시시기 (θS), 스로틀 밸브 (20) 의 목표개도 (ST) 및 EGR 제어 밸브 (31) 의 목표개도 (SE) 는 각각 도 12b, 도 13a, 도 13b 에 나타내는 맵으로부터 산출된다.

이 실시예에서는 제 1 연소에서 제 2 연소로, 또는 제 2 연소에서 제 1 연소로 전환될 때에 공연비가 리치가 되며, 분사개시시기 (θS) 가 상사점후까지 늦춰진다. 이와 같이 공연비가 리치가 되면 연료소비량이 약간 증대하지만 스모크가 전혀 발생하지 않게 된다는 이점이 있다.

또한 이와 같이 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에 공연비를 리치로 하는 것은, 촉매 (25) 로서 NO_x흡수제를 이용한 경우에 별개의 작용을 초래한다. 다음으로 이것에 관하여 설명한다.

전술한 바와 같이, 이 NO_x흡수제 (25) 는 연소실 (5) 내에 있어서의 평균공연비가 린일 때에 NO_x를 흡수하고, 연소실 (5) 내에 있어서의 평균공연비가 리치가 되면 NO_x을 방출하는 기능을 갖는다. 좀 더 엄밀하게 말하자면, 기관흡수통로, 연소실 (5) 및 NO_x흡수제 (25) 상류의 배기통로내에 공급된 공기 및 연료 (탄화수소) 의 비를 NO_x흡수제 (25) 로의 유입배기가스의 공연비라 칭하면, 이 NO_x흡수제 (25) 는 유입배기가스의 공연비가 린일 때에는 NO_x를 흡수하고, 유입배기가스의 공연비가 이론공연비 또는 리치가 되면 흡수한 NO_x를 방출하는 NO_x의 흡방출 작용을 한다.

이 NO_x흡수제 (25) 를 기관배기통로내에 배치하면 NO_x흡수제 (25) 는 실제로 NO_x의 흡방출 작용을 하는데, 이 흡방출 작용의 상세한 메카니즘에 관해서는 분명하지 않은 부분도 있다. 그러나, 이 흡방출 작용은 도 21a 및 도 21b 에 나타내는 바와 같은 메카니즘으로 행해지고 있는 것으로 여겨진다. 다음으로 이 메카니즘에 관하여 담체상에 백금 (Pt) 및 바륨 (Ba) 을 담지시킨 경우를 예로서 설명하는데, 다른 귀금속, 알칼리금속, 알칼리토류, 희토류를 이용해도 동일한 메카니즘이 된다.

도 1 에 나타나는 압축착화식 내연기관에서는 통상 연소실 (5) 에 있어서의 공연비가 린 상태에서 연소가 행해진다. 이와 같이 공연비가 린 상태에서 연소가 행해지고 있는 경우에는 배기가스중의 산소농도는 높고, 이 때에는 도 21a 에나타나는 바와 같이 이들 산소 (O₂) 가 (O₂ ^-) 또는 (O^2-) 의 형태로 백금 (Pt) 의 표면에 부착된다. 한편, 유입배기가스중의 NO 는 백금 (Pt) 의 표면상에서 (O₂ ^-) 또는 (O^2-) 와 반응하여, NO₂가 된다 (2NO+O₂→2NO₂). 이어서 생성된 NO₂의 일부는 백금 (Pt) 상에서 계속 산화되어 흡수제내로 흡수되어 산화바륨 (BaO) 과 결합하면서 도 21a 에 나타나는 바와 같이 초산이온 (NO₃ ^-) 의 형태로 흡수제내로 확산된다. 이와 같이 하여 NO_X가 NO_X흡수제 (25) 내에서 흡수된다. 유입배기가스중의 산소농도가 높은 한 백금 (Pt) 의 표면에서 NO₂가 생성되어, 흡수제의 NO_X흡수성능이 포화되지 않는 한 NO₂가 흡수제내로 흡수되어 초산이온 (NO₃ ^-) 이 생성된다.

한편, 유입배기가스의 공연비가 리치가 되면 유입배기가스중의 산소농도가 저하되고, 그 결과 백금 (Pt) 의 표면에서의 NO₂의 생성량이 저하된다. NO₂의 생성량이 저하되면 반응이 역방향 (NO₃ ^-→NO₂) 으로 진행하고, 이렇게 하여 흡수제내의 초산이온 (NO₃ ^-) 이 NO₂의 형태로 흡수제로부터 방출된다. 이 때, NO_X흡수제 (25) 에서 방출된 NO_X는 도 21b 에 나타나는 바와 같이 유입배기가스중에 포함되는 다량의 미연 HC, CO 와 반응하여 환원된다. 이렇게 하여 백금 (Pt) 의 표면상에 NO₂가 존재하지 않게 되면 흡수제로부터 차례차례 NO₂가 방출된다. 따라서 유입배기가스의 공연비가 리치가 되면 단시간내에 NO_X흡수제 (25) 에서 NO_X가 방출되며, 게다가 이 방출된 NO_X가 환원되기 때문에 대기중으로 NO_X가 배출되는 일은 없다.

또한 이 경우, 유입배기가스의 공연비를 이론공연비로 해도 NO_X흡수제 (25) 에서 NO_X가 방출된다. 그러나 유입배기가스의 공연비를 이론공연비로 한 경우에는 NO_X흡수제 (25) 에서 NO_X가 서서히 밖에 방출되지 않기 때문에 NO_X흡수제 (25) 에 흡수되어 있는 모든 NO_X를 방출시키려면 약간 긴 시간을 요한다.

그러나 NO_X흡수제 (25) 의 NO_X흡수능력에는 한도가 있어, NO_X흡수제 (25) 의 NO_X흡수능력이 포화되기 전에 NO_X흡수제 (25) 에서 NO_X를 방출시킬 필요가 있다. 그러기 위해서는 NO_X흡수제 (25) 에 흡수되어 있는 NO_X량을 추정할 필요가 있다. 그래서 본 발명에 의한 실시예에서는 제 1 연소가 행해지고 있을 때의 단위시간당 NO_X흡수량 (A) 을 요구부하 (L) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서도 도 22a 에 나타내는 바와 같은 맵의 형태로 미리 구해 두고, 제 2 연소가 행해지고 있을 때의 단위시간당 NO_X흡수량 (B) 을 요구부하 (L) 및 기관회전수 (N) 의 함수로서 도 22b 에 나타내는 바와 같은 맵의 형태로 미리 구해 두고, 이들 단위시간당NO_X흡수량 (A, B) 을 적산함으로써 NO_X흡수제 (25) 에 흡수되어 있는 NO_X량 (ΣNOX) 을 추정하도록 하고 있다.

본 발명에 의한 실시예에서는 이 NO_X흡수량 (ΣNOX) 이 미리 정해진 허용 최대값 (MAX) 을 초과한 후에 NO_X흡수제 (25) 에서 NO_X를 방출시키도록 하고 있다. 즉 구체적으로 말하면, (ΣNOX≤MAX) 일 때에는 공연비 및 분사개시시기 (θS) 등이 도 9 에 나타나는 바와 같이 제어된다. 이에 대하여 ΣNOX > MAX 가 되면 공연비 및 분사개시시기 (θS) 등이 도 18 에 나타나는 바와 같이 제어된다. 따라서 이 때 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에 있어서 공연비가 리치가 되었을 때에 NO_X흡수제 (25) 에서 NO_X가 방출된다.

다음으로 도 23 을 참조하면서 NO_X흡수제 (25) 에서 NO_X를 방출해야 할 때에 설정되는 NO_X방출 플래그의 처리경로에 관하여 설명한다. 또한 이 경로는 일정시간마다의 개입에 의하여 실행된다.

도 23 을 참조하면 먼저 첫째로, 스텝 (200) 에 있어서 기관의 운전영역이 제 1 운전영역 (Ⅰ) 임을 나타내는 플래그 (Ⅰ) 가 설정되어 있는지 아닌지가 판별된다. 플래그 (Ⅰ) 가 설정되어 있을 때, 즉 기관의 운전영역이 제 1 운전영역 (Ⅰ) 일 때는 스텝 (201) 으로 진행하여 도 22a 에 나타내는 맵으로부터 단위시간당 NO_X흡수량 (A) 이 산출된다. 이어서 스텝 (202) 에서는 NO_X흡수량 (ΣNOX) 에 A 가 가산된다. 이어서 스텝 (203) 에서는 NO_X흡수량 (ΣNOX) 이 허용 최대값 (MAX) 을 초과하였는지 아닌지가 판별된다. ΣNOX > MAX 가 되면 스텝 (204) 으로 진행하여 NO_X를 방출해야 함을 나타내는 NO_X방출 플래그가 설정된다.

한편, 스텝 (200) 에 있어서 플래그 (Ⅰ) 가 재설정되어 있는 것으로 판단되었을 때, 즉 기관의 운전영역이 제 2 운전영역 (Ⅱ) 일 때는 스텝 (205) 으로 진행하여 도 22b 에 나타내는 맵으로부터 단위시간당 NO_X흡수량 (B) 이 산출된다. 이어서 스텝 (206) 에서는 NO_X흡수량 (ΣNOX) 에 B 가 가산된다. 이어서 스텝 (207) 에서는 NO_X흡수량 (ΣNOX) 이 허용 최대값 (MAX) 을 초과하였는지 아닌지가 판별된다. ΣNOX > MAX 가 되면 스텝 (208) 으로 진행하여 NO_X을 방출해야 함을 나타내는 NO_X방출 플래그가 설정된다.

다음으로 도 24 를 참조하면서 운전제어에 관하여 설명한다.

도 24 를 참조하면 먼저 첫번째로, 스텝 (300) 에 있어서 기관의 운전상태가 제 1 운전영역 (Ⅰ) 임을 나타내는 플래그 (Ⅰ) 가 설정되어 있는지 아닌지가 판별된다. 플래그 (Ⅰ) 가 설정되어 있을 때, 즉 기관의 운전상태가 제 1 운전영역 (Ⅰ) 일 때에는 스텝 (301) 으로 진행하여 요구 토크 (TQ) 가 제 1 경계 X1 (N) 보다도 커졌는지 아닌지가 판별된다. TQ≤X1 (N) 일 때에는 스텝 (303) 으로 진행하여 저온연소가 행해진다.

즉, 스텝 (303) 에서는 도 10b 에 나타내는 맵으로부터 요구 토크 (TQ) 가 산출된다. 이어서 스텝 (304) 에서는 도 13a 에 나타내는 맵으로부터 스로틀밸브 (20) 의 목표개도 (ST) 가 산출되어, 스로틀 밸브 (20) 의 개도가 이 목표개도 (ST) 가 된다. 이어서 스텝 (305) 에서는 도 13b 에 나타내는 맵으로부터 EGR 제어 밸브 (31) 의 목표개도 (SE) 가 산출되어, EGR 제어 밸브 (31) 의 개도가 이 목표개도 (SE) 가 된다. 이어서 스텝 (306) 에서는 도 12b 에 나타내는 맵으로부터 분사개시시기 (θS) 가 산출된다.

이어스 스텝 (307) 에서는 NO_x방출 플래그가 설정되어 있는지 아닌지가 판별된다. NO_x방출 플래그가 설정되어 있지 않을 때에는 스텝 (308) 으로 진행하여 도 12a 에 나타내는 맵으로부터 분사량 (Q) 이 산출된다. 이에 대하여 NO_x방출 플래그가 설정되어 있을 때에는 스텝 (309) 으로 진행하여 NO_x흡수제 (25) 로부터 NO_x를 방출하기 위한 처리가 행해진다.

즉, 스텝 (309) 에서는 먼저 첫번째로, 도 20 에 나타내는 맵으로부터 분사량 (Q) 이 산출된다. 이어서 공연비가 미리 정해진 시간 이상 리치가 되었는지 아닌지가 판별되어, 공연비가 미리 정해진 시간 이상 리치가 되었을 때에는 NO_x방출 플래그가 재설정된다.

한편, 스텝 (301) 에 있어서 TQ > X (N) 인 것으로 판별되었을 때에는 스텝 (302) 으로 진행하여 플래그 (Ⅰ) 가 재설정되고, 이어서 스텝 (312) 으로 진행하여 제 2 연소가 행해진다.

즉, 스텝 (312) 에서는 도 10b 에 나타내는 맵으로부터 요구 토크 (TQ) 가산출된다. 이어서 스텝 (313) 에서는 도 16a 에 나타내는 맵으로부터 스로틀 밸브 (20) 의 목표개도 (ST) 가 산출되어, 스로틀 밸브 (20) 의 개도가 이 목표개도 (ST) 가 된다. 이어서 스텝 (314) 에서는 도 16b 에 나타내는 맵으로부터 EGR 제어 밸브 (31) 의 목표개도 (SE) 가 산출되어, EGR 제어 밸브 (31) 의 개도가 이 목표개도 (SE) 가 된다. 이어서 스텝 (315) 에서는 도 15a 에서 나타내는 맵으로부터 분사량 (Q) 이 산출된다. 이어서 스텝 (316) 에서는 도 15b 에 나타내는 맵으로부터 분사개시시기 (θS) 가 산출된다.

플래그 (Ⅰ) 가 설정되면 다음의 처리 사이클에서는 스텝 (300) 에서 스텝 (310) 으로 진행하여 요구 토크 (TQ) 가 제 2 경계 Y (N) 보다도 낮아졌는지 아닌지가 판별된다. TQ≥Y (N) 일 때에는 스텝 (312) 으로 진행하여 제 2 연소가 행해진다. 한편, 스텝 (310) 에 있어서 TQ < Y (N) 인 것으로 판별되었을 때는 스텝 (311) 으로 진행하여 플래그 (Ⅰ) 가 설정되고, 이어서 스텝 (303) 으로 진행하여 제 1 연소가 행해진다.

본 발명에 의하면, 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에 스모크가 발생하는 것을 저지할 수 있다.

발명의 개시

본 발명의 목적은, 새로운 연소와 종래부터 행해지고 있는 연소를 전환할 때에 스모크가 발생하는 것을 억제할 수 있는 내연기관을 제공하는 데 있다.

본 발명에 의하면, 연소실내의 불활성 가스량을 증대해 가면 매연의 발생량이 점차 증대하여 피크에 달하고, 연소실내의 불활성 가스량을 더욱 증대해 가면 연소실내에 있어서의 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도가 매연의 생성온도보다도 낮아져 매연이 거의 발생하지 않게 되는 내연기관에 있어서, 매연의 발생량이 피크가 되는 불활성 가스량보다도 연소실내의 불활성 가스량이 많아 매연이 거의 발생하지 않는 제 1 연소와, 매연의 발생량이 피크가 되는 불활성 가스량보다도 연소실내의 불활성 가스량이 적은 제 2 연소를 선택적으로 전환하는 전환수단을 구비하고, 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에는 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰지는 내연기관이 제공된다.

Claims (13)

1. 연소실내의 불활성 가스량을 증대해 가면 매연의 발생량이 점차 증대하여 피크에 달하고, 연소실내의 불활성 가스량을 더욱 증대해 가면 연소실내에 있어서의 연소시의 연료 및 그 주위의 가스온도가 매연의 생성온도보다도 낮아져 매연이 거의 발생하지 않게 되는 내연기관에 있어서, 매연의 발생량이 피크가 되는 불활성 가스량보다도 연소실내의 불활성 가스량이 많아 매연이 거의 발생하지 않는 제 1 연소와, 매연의 발생량이 피크가 되는 불활성 가스량보다도 연소실내의 불활성 가스량이 적은 제 2 연소를 선택적으로 전환하는 전환수단을 구비하고, 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에는 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰지는 내연기관.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에는 제 1 연소하에서 공연비가 린(lean) 또는 이론공연비가 되며 또한 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰지는 내연기관.
3. 제 1 항에 있어서, 기관의 운전영역이 저부하측의 제 1 운전영역과 고부하측의 제 2 운전영역으로 분할되어, 제 1 운전영역에서는 제 1 연소가 행해지고 제 2 운전영역에서는 제 2 연소가 행해지는 내연기관.
4. 제 3 항에 있어서, 제 1 운전영역내의 가장 부하가 높은 영역에 있어서 공연비가 린 또는 이론공연비가 되어, 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰지는 내연기관.
5. 제 4 항에 있어서, 연소실에서 배출된 배기가스를 기관흡기통로내로 재순환시키기 위한 배기가스 재순환장치를 구비하고, 상기 불활성 가스가 재순환 배기가스로 이루어지며, 상기 가장 부하가 높은 영역 이외의 제 1 운전영역에서는 배기가스 재순환율이 거의 55 퍼센트 이상이 되고, 상기 가장 부하가 높은 영역내에 있어서는 배기가스 재순환율이 55 퍼센트 이하가 되는 내연기관.
6. 제 1 항에 있어서, 기관배기통로내에 산화기능을 갖는 촉매가 배치되어 있는 내연기관.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 촉매가 산화촉매, 삼원촉매 또는 NO_x흡수제 중의 적어도 하나로 이루어지는 내연기관.
8. 제 1 항에 있어서, 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에는 제 1 연소하에서 공연비가 리치(rich)가 되며 또한 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰지는 내연기관.
9. 제 8 항에 있어서, 기관의 운전영역이 저부하측의 제 1 운전영역과 고부하측의 제 2 운전영역으로 분할되어, 제 1 운전영역에서는 제 1 연소가 행해지고 제 2운전영역에서는 제 2 연소가 행해지는 내연기관.
10. 제 9 항에 있어서, 제 1 운전영역내의 가장 부하가 높은 영역에 있어서 공연비가 리치가 되어, 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰지는 내연기관.
11. 제 10 항에 있어서, 연소실에서 배출된 배기가스를 기관흡기통로내로 재순환시키기 위한 배기가스 재순환장치를 구비하고, 상기 불활성 가스가 재순환 배기가스로 이루어지며, 상기 가장 부하가 높은 영역 이외의 제 1 운전영역에서는 배기가스 재순환율이 거의 55 퍼센트 이상이 되고, 상기 가장 부하가 높은 영역내에 있어서는 배기가스 재순환율이 55 퍼센트 이하가 되는 내연기관.
12. 제 8 항에 있어서, 기관배기통로내에 NO_x흡수제가 배치되어 있는 내연기관.
13. 제 1 항에 있어서, 기관배기통로내에 NO_x흡수제가 배치되고, 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에는 통상 제 1 연소하에서 공연비가 린 또는 이론공연비가 되며 또한 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰지고, NO_x흡수제에서 NO_x를 방출해야 할 때에는 제 1 연소와 제 2 연소의 전환시에 제 1 연소하에서 공연비가 리치가 되며 또한 분사시기가 압축상사점후까지 늦춰지는 내연기관