JP3405197B2

JP3405197B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP3405197B2
Application number: JP15746898A
Authority: JP
Inventors: 康二吉▲崎▼; 静夫佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 2003-05-12
Anticipated expiration: 2018-06-05
Also published as: JPH11351024A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】リーン混合気を燃焼せしめるようにした
内燃機関において、流入する排気ガスの空燃比がリーン
のときには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、リーン混合気を燃
焼せしめた際に発生する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燃
焼室に供給される混合気の空燃比を一時的にリッチ又は
理論空燃比にして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を還元ガス、即ち排気ガス中に
含まれる未燃ＨＣ，ＣＯにより還元するようにした内燃
機関が公知である（特開平６−２９４３１９号公報参
照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが内燃機関が排
気ガスを機関吸気通路内に再循環するための排気ガス再
循環装置を具備しており、排気ガスの再循環中にＮＯ_x
吸収剤からＮＯ_xを放出すべく空燃比をリーン空燃比か
らリッチ空燃比に切換えるようにした場合には、空燃比
切換作用開始直前のリーン空燃比のリーンの度合によっ
てＮＯ_x吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がかなり変
化する。

【０００４】即ち、リーン空燃比のもとで燃焼が行われ
ている場合には機関から排出される排気ガス中に過剰の
空気が含まれており、従ってこのとき機関吸気通路内に
再循環せしめられる排気ガス中にも過剰の空気が含まれ
ている。再循環排気ガス中に含まれる過剰空気は再び燃
焼室内に供給され、斯くして燃焼室内の空燃比は再循環
排気ガス中の過剰空気の影響を受けることになる。

【０００５】ＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xを放出すべく空燃
比の切換作用が開始される直前のリーン空燃比のリーン
の度合が小さい場合には再循環排気ガス中に含まれる過
剰空気の量が少く、従ってこの場合には燃焼室内の空燃
比は再循環排気ガス中の過剰酸素の影響をほとんど受け
ない。従ってこの場合にはリーン空燃比を予め定められ
たリッチ空燃比とするのに必要な量だけ燃料噴射量を増
大させれば排気ガスの空燃比はただちに予め定められた
リッチ空燃比となり、斯くしてＮＯ_x吸収剤からただち
にＮＯ_xが放出されることになる。

【０００６】これに対し、ＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xを放
出すべく空燃比の切換作用が開始される直前のリーン空
燃比のリーンの度合が大きい場合には再循環排気ガス中
に含まれる過剰空気の量が多く、従ってこの場合、リー
ン空燃比を予め定められたリッチ空燃比とするのに必要
な量だけ燃料噴射量を増大しても排気ガスの空燃比はた
だちに予め定められたリッチ空燃比とはならず、燃料噴
射量の増大後暫らくの間はリーン空燃比に維持されるの
でＮＯ_x吸収剤からはただちにＮＯ_xが放出されない。

【０００７】従って、空燃比の切換作用直前のリーン空
燃比が大きいときと、空燃比の切換作用直前のリーン空
燃比が小さいときでは同一の機関負荷および機関回転数
において空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切換
えるときであってもＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xを放出させ
るのに必要な予め定められた量の還元ガスをＮＯ_x吸収
剤に送り込むようにするには噴射燃料の増大量又は噴射
燃料の増大作用を続行する時間等を変えなければならな
いことになる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従って、１番目の発明で
は、機関排気通路内に排出された排気ガスを機関吸気通
路内に再循環するための排気ガス再循環装置を具備し、
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス
中に含まれるＮＯ_xを吸収しかつ流入する排気ガスの空
燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収した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
ン空燃比のもとで燃焼が行われているときにＮＯ_x吸収
剤からＮＯ_xを放出させるときには燃料噴射量を増大し
て空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯ_x吸
収剤からＮＯ_xを放出させるのに必要な予め定められた
量の還元ガスをＮＯ_x吸収剤に送り込むようにした内燃
機関において、排気ガスの再循環中にＮＯ_x吸収剤から
ＮＯ_xを放出すべく空燃比をリーン空燃比からリッチ空
燃比に切換えるときに空燃比切換作用開始直前のリーン
空燃比に基づいて噴射燃料の増大量、噴射燃料の増大作
用を続行する時間又は噴射燃料の増大作用の開始時期の
少くともいずれか一つを制御する噴射制御手段を具備
し、或る機関負荷および機関回転数における空燃比切換
作用開始直前のリーン空燃比が予め定められた空燃比よ
りも大きいときには、空燃比切換作用開始直後における
排気ガスの空燃比の低下速度が遅くても予め定められた
量の還元ガスをＮＯ_x吸収剤に送り込めるように、上述
の或る機関負荷および機関回転数と同一の機関負荷およ
び機関回転数における空燃比切換作用開始直前のリーン
空燃比が予め定められた空燃比よりも小さい場合に対
し、噴射燃料の増大量、噴射燃料の増大作用を続行する
時間、又は噴射燃料の増大作用の開始時期の少くともい
ずれか一つを変えるようにしている。

【０００９】２番目の発明では１番目の発明において、
空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められ
た空燃比よりも小さいときには、空燃比切換作用開始後
ただちに空燃比を予め定められたリッチ空燃比に維持す
るのに必要な量だけ燃料噴射量が増大せしめられると共
に予め定められた量の還元ガスをＮＯ_x吸収剤に送り込
むのに必要な期間に亘って燃料噴射量の増大作用が続行
せしめられる。

【００１０】３番目の発明では１番目の発明において、
或る機関負荷および機関回転数における空燃比切換作用
開始直前のリーン空燃比が予め定められた空燃比よりも
大きいときには、上述の或る機関負荷および機関回転数
と同一の機関負荷および機関回転数における空燃比切換
作用開始直前のリーン空燃比が予め定められた空燃比よ
りも小さい場合と比べて噴射燃料の増大量が増大せしめ
られる。

【００１１】４番目の発明では３番目の発明において、
空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められ
た空燃比よりも大きいときには、空燃比切換作用開始直
前のリーン空燃比が大きいほど噴射燃料の増大量が増大
せしめられる。５番目の発明では１番目の発明におい
て、或る機関負荷および機関回転数における空燃比切換
作用開始直前のリーン空燃比が予め定められた空燃比よ
りも大きいときには、上述の或る機関負荷および機関回
転数と同一の機関負荷および機関回転数における空燃比
切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められた空燃
比よりも小さい場合と比べて噴射燃料の増大作用を続行
する時間が長くされる。

【００１２】６番目の発明では５番目の発明において、
空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められ
た空燃比よりも大きいときには、空燃比切換作用開始直
前のリーン空燃比が大きいほど噴射燃料の増大作用を続
行する時間が長くされる。７番目の発明では１番目の発
明において、或る機関負荷および機関回転数における空
燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められた
空燃比よりも大きいときには、空燃比が予め定められた
期間、予め定められた空燃比よりも小さいリーン空燃比
とされ、次いで空燃比がリッチに切換えられる。

【００１３】８番目の発明では７番目の発明において、
空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められ
た空燃比よりも大きいときには、空燃比切換作用開始直
前のリーン空燃比が大きいほど予め定められた期間が長
くされる。９番目の発明では１番目の発明において、内
燃機関が燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大
していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、
燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大して
いくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲の
ガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発
生しなくなる圧縮着火式内燃機関からなり、煤の発生量
がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給
される再循環排気ガス量が多くかつ空燃比が予め定めら
れた空燃比よりも小さい第１の燃焼と、煤の発生量がピ
ークとなる再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される再
循環排気ガス量が少くかつ空燃比が予め定められた空燃
比よりも大きい第２の燃焼とを選択的に切換える切換手
段と、ＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xを放出すべきか否かを判
断する判断手段とを具備し、第２の燃焼が行われている
ときにＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xを放出すべきであると判
断されたときには第２の燃焼から第１の燃焼に切換えら
れたときに空燃比が一時的にリッチにされ、このとき空
燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められた
空燃比よりも大きくなっている。

【００１４】１０番目の発明では９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を放出すべきであると判断されたときには燃料噴
射量が増大せしめられて空燃比が一時的にリッチとされ
る。１１番目の発明では９番目の発明において、ＮＯ_x
吸収剤に吸収されているＮＯ_x量を推定する推定手段を
具備し、第２の燃焼が行われているときに推定手段によ
り推定されたＮＯ_x量が予め定められた第１の許容最大
値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が一時的にリッチとされ、第２の燃
焼が行われているときに推定手段により推定されたＮＯ
_x量が第１の許容最大値よりも大きい予め定められた第
２の許容最大値を越えたときには膨張行程の後半又は排
気行程中に追加の燃料を噴射してＮＯ_x吸収剤に流入す
る排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするよう
にしている。

【００１５】１２番目の発明では９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５
５パーセント以上である。１３番目の発明では９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。

【００１６】１４番目の発明では９番目の発明におい
て、ＮＯ_x吸収剤上流の機関排気通路内に酸化機能を有
する触媒を配置している。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明を４ストローク圧縮
着火式内燃機関に適用した場合を示している。図１を参
照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３は
シリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気
制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は
排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は
対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結
され、サージタンク１２は吸気ダクト１３およびインタ
ークーラ１４を介して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
連結される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１
９を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２
０の入口部に連結され、排気タービン２０の出口部は排
気管２１を介してＮＯ_x吸収剤２２を内蔵したケーシン
グ２３に連結される。

【００１８】吸気ダクト１３内にはステップモータ２４
により駆動されるスロットル弁２５が配置され、排気マ
ニホルド１９内には空燃比センサ２６が配置される。排
気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循
環（以下、ＥＧＲと称す）通路２７を介して互いに連結
され、ＥＧＲ通路２７内にはステップモータ２８により
駆動されるＥＧＲ制御弁２９が配置される。また、ＥＧ
Ｒ通路２７周りにはＥＧＲ通路２７内を流れるＥＧＲガ
スを冷却するための冷却装置３０が配置される。図１に
示される実施例では機関冷却水が冷却装置３０内に導び
かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

【００１９】一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管３１を
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３２に連結
される。このコモンレール３２内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ３３から燃料が供給され、コモンレ
ール３２内に供給された燃料は各燃料供給管３１を介し
て燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３２にはコ
モンレール３２内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ３４が取付けられ、燃料圧センサ３４の出力信号に基
づいてコモンレール３２内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ３３の吐出量が制御される。

【００２０】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２６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３４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。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４
５に入力される。また、入力ポート４５にはクランクシ
ャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生す
るクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポー
ト４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、
スロットル弁制御用ステップモータ２４、ＥＧＲ制御弁
制御用ステップモータ２８および燃料ポンプ３３に接続
される。

【００２１】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。

【００２２】このように従来よりＥＧＲ率を増大すれば
ＮＯ_xの発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらＥＧＲ率を増大させていくとＥＧＲ率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上ＥＧＲ率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるＥ
ＧＲ率がＥＧＲ率の最大許容限界であると考えられてい
る。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】ところが圧縮着火式機関の燃焼の研究の過
程においてＥＧＲ率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてＥＧＲ
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてＥＧＲ率を７０パー
セント以上にすると、またＥＧＲガスを強力に冷却した
場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはＮ
Ｏ_xの発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびＮＯ
_xの同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】図１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２は図１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２５の開度およびＥＧＲ率を変化させること
により空燃比Ａ／Ｆ（図２の横軸）を変化させたときの
出力トルクの変化、およびスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ
_xの排出量の変化を示す実験例を表している。図２から
わかるようにこの実験例では空燃比Ａ／Ｆが小さくなる
ほどＥＧＲ率が大きくなり、理論空燃比（≒１４．６）
以下のときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上となって
いる。

【００２９】図２に示されるようにＥＧＲ率を増大する
ことにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率が
４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセ
ント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮ
Ｏ_xの発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，
ＣＯの発生量は増大し始める。

【００３０】図３（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室５内の燃焼圧変
化を示しており、図３（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１３付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室５内の燃焼
圧の変化を示している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図３
（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。

【００３１】図２および図３に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第１に空燃比Ａ／Ｆが１
５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図２
に示されるようにＮＯ_xの発生量がかなり低下する。Ｎ
Ｏ_xの発生量が低下したということは燃焼室５内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室５内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図３からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図３（Ｂ）に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室５
内の燃焼温度は低くなっていることになる。

【００３２】第２にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図２に示されるようにＨＣおよびＣＯ
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図４に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図４に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図２に示される如くＨＣおよびＣＯの排出
量が増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。

【００３３】図２および図３に示される実験結果に基づ
くこれらの考察をまとめると燃焼室５内の燃焼温度が低
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室５から排出さ
れることになる。このことについて更に詳細に実験研究
を重ねた結果、燃焼室５内における燃料およびその周囲
のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程
が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼
室５内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以
上になると煤が生成されることが判明したのである。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】図５は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用
い、ＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とス
モークとの関係を示している。即ち、図５において曲線
ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９
０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却
装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線Ｃ
はＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。

【００４１】図５の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガス
を強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図５の曲線Ｂで示さ
れるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率
が５０パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。

【００４２】また、図５の曲線Ｃで示されるようにＥＧ
Ｒガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５
５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図５は機関負荷が比
較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負
荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率は
若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下
限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなく
なるＥＧＲ率の下限はＥＧＲガスの冷却度合や機関負荷
に応じて変化する。

【００４３】図６は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なＥＧＲガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のＥＧＲガス
の割合を示している。なお、図６において縦軸は燃焼室
５内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Ｙは
過給が行われないときに燃焼室５内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してお
り、Ｚ１は低負荷運転領域を示している。図６を参照す
ると空気の割合、即ち混合ガス中の空気量は噴射された
燃料を完全に燃焼せしめるのに必要な空気量を示してい
る。即ち、図６に示される場合では空気量と噴射燃料量
との比は理論空燃比となっている。一方、図６において
ＥＧＲガスの割合、即ち混合ガス中のＥＧＲガス量は噴
射燃料が燃焼せしめられたときに燃料およびその周囲の
ガス温度を煤が形成される温度よりも低い温度にするの
に必要最低限のＥＧＲガス量を示している。このＥＧＲ
ガス量はＥＧＲ率で表すとほぼ５５パーセント以上であ
り、図６に示す実施例では７０パーセント以上である。
即ち、燃焼室５内に吸入された全吸入ガス量を図６にお
いて実線Ｘとし、この全吸入ガス量Ｘのうちの空気量と
ＥＧＲガス量との割合を図６に示すような割合にすると
燃料およびその周囲のガス温度は煤が生成される温度よ
りも低い温度となり、斯くして煤が全く発生しなくな
る。また、このときの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。

【００４４】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はＥＧＲガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図６に示されるようにＥＧＲガス量は噴射燃
料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。
即ち、ＥＧＲガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大
する必要がある。

【００４５】一方、図６の負荷領域Ｚ２では煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘが吸入しうる全吸入
ガス量Ｙを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Ｘを燃焼室５内に供給
するにはＥＧＲガスおよび吸入空気の双方、或いはＥＧ
Ｒガスを過給又は加圧する必要がある。ＥＧＲガス等を
過給又は加圧しない場合には負荷領域Ｚ２では全吸入ガ
ス量Ｘは吸入しうる全吸入ガス量Ｙに一致する。従って
この場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干減
少させてＥＧＲガス量を増大すると共に空燃比がリッチ
のもとで燃料を燃焼せしめることになる。

【００４６】前述したように図６は燃料を理論空燃比の
もとで燃焼させる場合を示しているが図６に示される低
負荷運転領域Ｚ１において空気量を図６に示される空気
量よりも少くても、即ち空燃比をリッチにしても煤の発
生を阻止しつつ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、また図６に示される低負荷領
域Ｚ１において空気量を図６に示される空気量よりも多
くしても、即ち空燃比の平均値を１７から１８のリーン
にしても煤の発生を阻止しつつ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。

【００４７】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。

【００４８】このように、機関低負荷運転領域Ｚ１では
空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろう
と、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリーン
であろうと煤が発生されず、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。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少い比較的機関負荷
が低いときに限られる。従って本発明による実施例では
機関負荷が比較的低いとき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、機関負荷が比較的高いときには第２の燃焼、即ち従
来より普通に行われている燃焼を行うようにしている。
なお、ここで第１の燃焼、即ち低温燃焼とはこれまでの
説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる不活
性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほと
んど発生しない燃焼のことを言い、第２の燃焼、即ち従
来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピーク
となる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少
い燃焼のことを言う。

【００４９】図７は第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第１の運転領域Ｉと、第２の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる第２の燃焼領域IIとを示してい
る。なお、図７において縦軸Ｌはアクセルペダル５０の
踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Ｎは機関回
転数を示している。また、図７においてＸ（Ｎ）は第１
の運転領域Ｉと第２の運転領域IIとの第１の境界を示し
ており、Ｙ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域
IIとの第２の境界を示している。第１の運転領域Ｉから
第２の運転領域IIへの運転領域の変化判断は第１の境界
Ｘ（Ｎ）に基づいて行われ、第２の運転領域IIから第１
の運転領域Ｉへの運転領域の変化判断は第２の境界Ｙ
（Ｎ）に基づいて行われる。

【００５０】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。

【００５１】図８は空燃比センサ２４の出力を示してい
る。図８に示されるように空燃比センサ２４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２４の出力電流Ｉから空燃比を知ることができる。次
に図９を参照しつつ第１の運転領域Ｉおよび第２の運転
領域IIにおける運転制御について概略的に説明する。

【００５２】図９は要求負荷Ｌに対するスロットル弁２
５の開度、ＥＧＲ制御弁２９の開度、ＥＧＲ率、空燃
比、噴射時期および噴射量を示している。図９に示され
るように要求負荷Ｌの低い第１の運転領域Ｉではスロッ
トル弁２５の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉
近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ制
御弁２９の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近
くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、図９に
示される例では第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほぼ７
０パーセントとされており、空燃比はわずかばかりリー
ンなリーン空燃比とされている。

【００５３】言い換えると第１の運転領域ＩではＥＧＲ
率がほぼ７０パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁２５の
開度およびＥＧＲ制御弁２９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２４の出力信号に基
づいてＥＧＲ制御弁２９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、噴射開始時期θＳは要求負荷Ｌが高くなるにつれ
て遅くなり、噴射完了時期θＥも噴射開始時期θＳが遅
くなるにつれて遅くなる。

【００５４】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁２５は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁
２９も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁２
５を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室５内の圧
力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が
小さくなるとピストン４による圧縮仕事が小さくなるた
めに機関本体１の振動が小さくなる。即ち、アイドリン
グ運転時には機関本体１の振動を抑制するためにスロッ
トル弁２５が全閉近くまで閉弁せしめられる。

【００５５】一方、機関の運転領域が第１の運転領域Ｉ
から第２の運転領域IIに変わるとスロットル弁２５の開
度が半開状態から全開方向へステップ状に増大せしめら
れる。このとき図９に示す例ではＥＧＲ率がほぼ７０パ
ーセントから４０パーセント以下までステップ状に減少
せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされる。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２５は一部
を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁２９の開度
は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さくされる。また、
この運転領域IIではＥＧＲ率は要求負荷Ｌが高くなるほ
ど低くなり、空燃比は要求負荷Ｌが高くなるほど小さく
なる。ただし、空燃比は要求負荷Ｌが高くなってもリー
ン空燃比とされる。また、第２の運転領域IIでは噴射開
始時期θＳは圧縮上死点ＴＤＣ付近とされる。

【００５６】図９に示されるように噴射量は要求負荷Ｌ
が高くなるにつれて増大する。この噴射量Ｑは図１０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
して予めＲＯＭ４２内に記憶されている。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１
１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。

【００５７】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。

【００５８】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２５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２９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。

【００５９】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
５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２９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
記載されている。

【００６０】一方、ケーシング２３内に内蔵されている
ＮＯ_x吸収剤２２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Ｌ
ｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢ
ａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬ
ａ、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２２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２２への流入排気ガスの空燃比
と称するとこのＮＯ_x吸収剤２２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。

【００６１】このＮＯ_x吸収剤２２を機関排気通路内に
配置すればＮＯ_x吸収剤２２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。

【００６２】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Ｏ₂ ^-又は
Ｏ^2-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
ＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤２２内に吸収される。流入排気ガ
ス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ₂が生
成され、吸収剤のＮＯ_x吸収能力が飽和しない限り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。

【００６３】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ＮＯ_x吸収剤
２２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２２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。

【００６４】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２２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２２からＮＯ_xが徐々に
しか放出されないためにＮＯ _x吸収剤２２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。

【００６５】上述したようにＮＯ_x吸収剤２２は白金Ｐ
ｔのような貴金属を含んでおり、従ってＮＯ_x吸収剤２
２は酸化機能を有している。一方、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。ところが上述した如くＮＯ_x吸
収剤２２は酸化機能を有しており、従ってこのとき燃焼
室５から排出された未燃炭化水素はＮＯ_x吸収剤２２に
より良好に酸化せしめられることになる。

【００６６】ところでＮＯ_x吸収剤２２のＮＯ_x吸収能
力には限度があり、ＮＯ_x吸収剤２２のＮＯ_x吸収能力
が飽和する前にＮＯ_x吸収剤２２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２２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２２に吸
収されているＮＯ_x量ΣＮＯＸを推定するようにしてい
る。

【００６７】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にＮ
Ｏ_x吸収剤２２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ＭＡ
Ｘ２とが設定されている。許容最大値ＭＡＸ１はＮＯ_x
吸収剤２２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２２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２２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２２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２
２からＮＯ_xを放出すべく膨張行程の後半又は排気行程
中に追加の燃料が噴射される。

【００６８】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は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ΣＮ
ＯＸが許容最大値ＭＡＸ１を越えると空燃比Ａ／Ｆは一
時的にリッチとされ、それによってＮＯ_x吸収剤２２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。

【００６９】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２２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。

【００７０】第２の燃焼が行われているときに空燃比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に空燃比Ａ／Ｆをリッチにする
ことはできない。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２２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ＮＯ_x吸収剤２２か
らＮＯ_xを放出すべく空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチに
される。

【００７１】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ＮＯ_x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はＮＯ_x吸
収剤２２からＮＯ_xを放出すべく膨張行程の後半又は排
気行程中に追加の燃料が噴射され、ＮＯ_x吸収剤２２に
流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。

【００７２】膨張行程の後半又は排気行程中に噴射され
る追加の燃料は機関出力の発生には寄与せず、従って追
加の燃料を噴射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追加の燃料
を噴射するようにしている。

【００７３】次に図１８を参照しつつ第１の燃焼が行わ
れているときにＮＯ_x吸収剤２２からＮＯ_xを放出すべ
くＮＯ_x吸収剤２２に流入する排気ガスの空燃比をリッ
チにする場合の噴射制御について説明する。図１８に示
されるように第１の燃焼が行われているときにＮＯ_x吸
収剤２２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする場
合にはスロットル開度およびＥＧＲ率を変化させず、燃
料噴射量を、機関の運転状態により定まる図１０に示さ
れる噴射量Ｑに対し増大することによって燃焼室５内に
おける空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。即ち、空燃比が
（Ａ／Ｆ）_Lで運転されているときに空燃比を目標リッ
チ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rとすべきときには噴射量が〔（Ａ
／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ） _R〕・Ｑとされる。図１８に示さ
れる場合には噴射量が（１７／１２）・Ｑとされる。

【００７４】一方、第１の燃焼が行われているときには
ΣＮＯＸ＞ＭＡＸ１となったとき、即ちＮＯ_x吸収剤２
２に吸収されているＮＯ_x量がＮＯ_x吸収剤２２の最大
ＮＯ _x吸収量の３０パーセントになったときに空燃比が
リッチとされる。このときＮＯ_x吸収剤２２から全ＮＯ
_xを放出させるのに必要な還元ガス量は予め求められて
おり、この還元ガス量をＱ_NOXとすると噴射量の増大作
用を続行すべき時間ｔ _rは次式で表わされる。

【００７５】ｔ_r＝Ｃ・Ｑ_NOX／（ΔＱ・Ｎ） ΔＱ＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑ−〔（Ａ／
Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_ST〕・ＱここでＣは定数、Ｎは機関回転数、（Ａ／Ｆ）_STは理論
空燃比を表わしている。即ち、ΔＱは過剰な燃料量が表
わしており、この過剰な燃料量が多くなるほど時間ｔ_r
が短かくなる。また機関回転数Ｎが高くなるほど単位時
間当り供給される過剰な燃料量が増大するので時間ｔ_r
が短かくなる。斯くして噴射量の増大作用を続行すべき
時間ｔ_rは上式の如く表わされることになる。

【００７６】一方、前述したように第２の燃焼が行われ
ているときにΣＮＯＸ＞ＭＡＸ１になると第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２２か
らＮＯ_xを放出すべく空燃比がリッチとされる。図１９
は、このとき図１８に示される場合と同じ方法で噴射量
の増大量ΔＱおよび噴射量の増大時間の続行時間ｔ_rを
算出した場合の空燃比Ａ／Ｆの変化を示している。

【００７７】もう少し具体的に言うと、例えば機関回転
数がＮ_oのときに要求負荷Ｌが図１１に示される第２の
境界Ｙ（Ｎ）よりも低いＬ_oになったとすると空燃比Ａ
／Ｆ、スロットル開度ＳＴおよびＥＧＲ制御弁開度ＳＥ
は夫々図１１、図１２（Ａ），（Ｂ）において要求負荷
Ｌ_oおよび機関回転数Ｎ_oから定まる値とされる。この
ときの目標空燃比が（Ａ／Ｆ）_Lであったとすると図１
９はこの目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Lに基づいて前述した式
と同じ次式を用いて空燃比を目標リッチ空燃比（Ａ／
Ｆ）_Rとするのに必要な噴射量Ｑおよび噴射量の増大作
用を続行すべき時間ｔ_rを求めた場合を示している。

【００７８】噴射量＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑｔ_r＝Ｃ・Ｑ_NOX／（ΔＱ・Ｎ）この場合には図１９に示されるように空燃比Ａ／Ｆがな
かなか低下せず、噴射量が増大せしめられてから暫らく
しないと空燃比Ａ／Ｆがリッチとはならない。即ち、リ
ーン空燃比のもとで燃焼が行われている場合には機関か
ら排出される排気ガス中に過剰の空気が含まれており、
従ってこのとき機関吸気通路内に再循環せしめられるＥ
ＧＲガス中にも過剰の空気が含まれている。ＥＧＲガス
中に含まれる過剰空気は再び燃焼室５内に供給され、斯
くして燃焼室５内の空燃比はＥＧＲガス中の過剰空気の
影響を受けることになる。

【００７９】図１８に示されるように第１の燃焼が行わ
れているときにＮＯ_x吸収剤２２からＮＯ_xを放出すべ
き場合、即ちＮＯ_x吸収剤２２からＮＯ_xを放出すべく
空燃比の切換作用が開始される直前のリーン空燃比のリ
ーンの度合が小さい場合にはＥＧＲガス中に含まれる過
剰空気の量が少く、従ってこの場合には燃焼室５内の空
燃比はＥＧＲガス中の過剰酸素の影響をほとんど受けな
い。従ってこの場合には図１８に示されるようにリーン
空燃比を予め定められたリッチ空燃比とするのに必要な
量だけ噴射量を増大させれば排気ガスの空燃比はただち
に予め定められたリッチ空燃比となり、斯くしてＮＯ_x
吸収剤２２からただちにＮＯ_xが放出されることにな
る。

【００８０】これに対し、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２２からＮＯ_xを放出
すべき場合、即ちＮＯ_x吸収剤２２からＮＯ_xを放出す
べく空燃比の切換作用が開始される直前のリーン空燃比
のリーンの度合が大きい場合にはＥＧＲガス中に含まれ
る過剰空気の量が多く、従ってこの場合、リーン空燃比
を予め定められたリッチ空燃比とするのに必要な量だけ
噴射量を増大しても図１９に示されるように空燃比Ａ／
Ｆはただちに予め定められたリッチ空燃比とはならず、
暫らくしないと空燃比Ａ／Ｆはリッチとはならない。

【００８１】図１８および図１９においてハッチングで
示される領域はＮＯ_x吸収剤２２に送り込まれる還元ガ
ス量を表わしており、図１９に示される場合にはこの還
元ガス量は、図１８に示されるＮＯ_x吸収剤２２から全
ＮＯ_xを放出するのに必要な還元ガス量に比べてかなり
少くなることがわかる。そこで本発明による第１実施例
では、例えば機関回転数がＮ_oのときに要求負荷がＬ_o
となって第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられ、この
ときＮＯ_x吸収剤２２からＮＯ_xを放出すべく空燃比Ａ
／Ｆを一時的にリッチにするときには、図１８において
ハッチングで示される還元ガス量とほぼ同じ量の還元ガ
スをＮＯ _x吸収剤２２に送り込めるように、図２０に示
される如く機関回転数がＮ_oでかつ要求負荷がＬ_oでも
って第１の燃焼が行われているときの噴射量の増大量に
比べて、噴射量の増大量が増大せしめられる。

【００８２】具体的に言うと、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切換作用直前のリーン空
燃比（Ａ／Ｆ）_Lと目標リッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Rとの
比に基づいて次式により噴射量が算出される。噴射量＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑ次いでリッチ空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）_Rとできる
だけ一致するように噴射量が徐々に減少せしめられる。

【００８３】一方、前述したように第２の燃焼が行われ
ているときにΣＮＯＸ＞ＭＡＸ２となったときには膨張
行程の後半又は排気行程中に追加の燃料が噴射される。
このときの追加の燃料量および追加の燃料の噴射期間は
ＮＯ_x吸収剤２２に吸収されている全ＮＯ_xを放出する
のに必要な還元ガスをＮＯ_x吸収剤２２に送り込めるよ
うに設定されている。

【００８４】図２１はＮＯ_x吸収剤２２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２１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。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ＮＯ_xを放出すべきことを示
すＮＯ_x放出フラグ１がセットされる。

【００８５】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ＭＡ
Ｘ１を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２がセットされる。

【００８６】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、膨張行程の後半又は排気行程中にＮＯ_xを放出すべ
きことを示すＮＯ_x放出フラグ３がセットされる。次に
図２２を参照しつつ運転制御について説明する。

【００８７】図２２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。

【００８８】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２５の目標開度ＳＴが算出
され、スロットル弁２５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２９の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁２９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１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１が
セットされていないときにはステップ２０６に進んでＮ
Ｏ_x放出フラグ２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２がセットされていないときには
ステップ２０７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。

【００８９】一方、ステップ２０５においてＮＯ_x放出
フラグ１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２３に示される噴射制御Ｉが行わ
れる。これに対し、ステップ２０６においてＮＯ_x放出
フラグ２がセットされていると判別されたときにはステ
ップ２０９に進んで図２４に示される噴射制御IIが行わ
れる。

【００９０】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２１２
に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ２１２
では図１４（Ａ）に示すマップからスロットル弁２５の
目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２５の開度がこ
の目標開度ＳＴとされる。次いでステップ２１３では図
１４（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２９の目標開
度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁２９の開度がこの目標
開度ＳＥとされる。次いでステップ２１４ではＮＯ_x放
出フラグ３がセットされているか否かが判別される。Ｎ
Ｏ_x放出フラグ３がセットされていないときにはステッ
プ２１５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。

【００９１】一方、ステップ２１４においてＮＯ_x放出
フラグ３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２５に示される噴射制御III が行
われる。次に図２３を参照しつつ噴射制御１について説
明する。図２３を参照するとまず初めにステップ３００
においてリッチフラグがセットされているか否かが判別
される。リッチフラグがセットされていないときにはス
テップ３０１に進んで次式に基づき噴射量Ｑ_oが算出さ
れる。

【００９２】Ｑ_o＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_Lは現在のリーン空燃比を示してお
り、（Ａ／Ｆ）_Rは目標リッチ空燃比を示しており、Ｑ
は機関の運転状態に応じた図１０に示される噴射量を示
している。次いでステップ３０２では次式に基づいて過
剰噴射量ΔＱが算出される。

【００９３】ΔＱ＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・
Ｑ−〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_ST〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_STは理論空燃比を示している。次いで
ステップ３０３では次式に基づいて噴射量の増大作用を
続行すべき時間ｔ_rが算出される。

【００９４】ｔ_r＝Ｃ・Ｑ_NOX／（ΔＱ・Ｎ）ここでＣは定数を示しており、Ｑ_NOXはＮＯ_x吸収剤２
２の最大ＮＯ_x吸収量の３０パーセントのＮＯ_x量示し
ており、Ｎは機関回転数を示している。次いでステップ
３０４ではリッチフラグがセットされる。リッチフラグ
がセットされるとステップ３００からステップ３０５に
進んで噴射制御Ｉ開始後の経過時間ｔが時間ｔ_rを越え
たか否かが判別される。ｔ＞ｔ_rになるとステップ３０
６に進んでリッチフラグがリセットされ、次いでステッ
プ３０７においてＮＯ_x放出フラグ１がリセットされ、
次いでステップ３０８においてΣＮＯＸが零とされる。
従ってＮＯ_x放出フラグ１がセットされると図１８に示
されるように噴射量が時間ｔ_rに亘って増大せしめら
れ、この間にＮＯ_x吸収剤２２に吸収されていた全ＮＯ
_xが放出される。

【００９５】次に図２４を参照しつつ噴射制御II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４
００においてリッチフラグがセットされているか否かが
判別される。リッチフラグがセットされていないときに
はステップ４０１に進んで次式に基づき噴射量Ｑ_oが算
出される。Ｑ_o＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_Lは第２の燃焼から第１の燃焼に切換
えられる直前のリーン空燃比を示しており、（Ａ／Ｆ）
_Rは目標リッチ空燃比を示しており、Ｑは機関の運転状
態に応じた図１０に示される噴射量を示している。

【００９６】次いでステップ４０２では次式に基づいて
過剰噴射量ΔＱが算出される。 ΔＱ＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑ−〔（Ａ／
Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_ST〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_STは理論空燃比を示している。

【００９７】次いでステップ４０３では次式に基づいて
噴射量の増大作用を続行すべき時間ｔ_rが算出される。ｔ_r＝Ｃ・Ｑ_NOX／（ΔＱ・Ｎ）ここでＣは定数を示しており、Ｑ_NOXはＮＯ_x吸収剤２
２の最大ＮＯ_x吸収量の３０パーセントのＮＯ_x量示し
ており、Ｎは機関回転数を示している。

【００９８】次いでステップ４０４ではリッチフラグが
セットされる。次いでステップ４０５では次式に基づい
て図２０に示す増大作用後半の一定・噴射量Ｑ_bが算出
される。Ｑ_b＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_Lは第２の燃焼から第１の燃焼に切換
えられた後のリーン空燃比を示している。

【００９９】リッチフラグがセットされるとステップ４
００からステップ４０６に進んで噴射量Ｑ_oから一定値
αが減算される。次いでステップ４０７では噴射量Ｑ_o
がＱ _bよりも小さくなったか否かが判別される。Ｑ_o＜
Ｑ_bとなったときにはステップ４０８に進んでＱ_bがＱ
_oとされる。次いでステップ４０９では噴射制御II開始
後の経過時間ｔが時間ｔ_rを越えたか否かが判別され
る。ｔ＞ｔ_rになるとステップ４１０に進んでリッチフ
ラグがリセットされ、次いでステップ４１１においてＮ
Ｏ_x放出フラグ２がリセットされ、次いでステップ４１
２においてΣＮＯＸが零とされる。従ってＮＯ_x放出フ
ラグ２がセットされると図２０に示されるように噴射量
が急激に増大せしめられた後、徐々に減少せしめられ、
次いで増大された一定の噴射量Ｑ_bに保持される。噴射
量が増大せしめられている間にＮＯ_x吸収剤２２に吸収
されていた全ＮＯ _xが放出される。

【０１００】次に図２５を参照しつつ噴射制御III 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
５００において図１０に示される噴射量Ｑが算出され、
このとき図１３に示されるリーン空燃比でもって燃焼が
行われる。次いでステップ５０１ではリッチフラグがセ
ットされているか否かが判別される。リッチフラグがセ
ットされていないときにはステップ５０２に進んで次式
に基づき追加の噴射量Ｑ_addが算出される。

【０１０１】Ｑ_add＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_Lは現在のリーン空燃比を示してお
り、（Ａ／Ｆ）_Rは目標リッチ空燃比を示しており、Ｑ
は機関の運転状態に応じた図１０に示される噴射量を示
している。次いでステップ５０３では次式に基づいて過
剰噴射量ΔＱが算出される。

【０１０２】ΔＱ＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・
Ｑ−〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_ST〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_STは理論空燃比を示している。次いで
ステップ５０４では次式に基づいて噴射量の増大作用を
続行すべき時間ｔ_rが算出される。

【０１０３】ｔ_r＝Ｃ・Ｑ_NOX／（ΔＱ・Ｎ）ここでＣは定数を示しており、Ｑ_NOXはＮＯ_x吸収剤２
２の最大ＮＯ_x吸収量の８０パーセントのＮＯ_x量示し
ており、Ｎは機関回転数を示している。次いでステップ
５０５ではリッチフラグがセットされる。リッチフラグ
がセットされるとステップ５０１からステップ５０６に
進んで噴射制御III 開始後の経過時間ｔが時間ｔ_rを越
えたか否かが判別される。ｔ＞ｔ _rになるとステップ５
０７に進んでリッチフラグがリセットされ、次いでステ
ップ５０８においてＮＯ_x放出フラグ２およびＮＯ_x放
出フラグ３がリセットされ、次いでステップ５０９にお
いてΣＮＯＸが零とされる。従ってＮＯ_x放出フラグ３
がセットされると時間ｔ_rに亘って追加の燃料Ｑ_addが
噴射され、この間にＮＯ_x吸収剤２２に吸収されていた
全ＮＯ_xが放出される。

【０１０４】図２６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の放出作用を行うための図２４
に示される噴射制御IIの別の実施例を示している。この
第２実施例では、例えば機関回転数がＮ_oのときに要求
負荷がＬ_oとなって第２の燃焼から第１の燃焼に切換え
られ、このときＮＯ_x吸収剤２２からＮＯ _xを放出すべ
く空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするときには、図１
８においてハッチングで示される還元ガス量とほぼ同じ
量の還元ガスをＮＯ_x吸収剤２２に送り込めるように、
機関回転数がＮ_oでかつ要求負荷がＬ_oでもって第１の
燃焼が行われているときの噴射量の増大作用の続行時間
ｔ_rがΔｔ_rだけ増大せしめられる。

【０１０５】このΔｔ_rは第２の燃焼から第１の燃焼に
切換えられた後、空燃比が目標リッチ空燃比と理論空燃
比の中間の値になるまでの時間を表わしており、この時
間Δｔ_rは図２７に示されるように空燃比が切換えられ
る直前のリーン空燃比のリーンの度合が大きくなるほど
大きくなる。次に図２８を参照しつつ噴射制御IIの第２
実施例について説明する。

【０１０６】図２８を参照するとまず初めにステップ６
００においてリッチフラグがセットされているか否かが
判別される。リッチフラグがセットされていないときに
はステップ６０１に進んで次式に基づき噴射量Ｑ_oが算
出される。Ｑ_o＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_Lは第２の燃焼から第１の燃焼に切換
えられる直前のリーン空燃比を示しており、（Ａ／Ｆ）
_Rは目標リッチ空燃比を示しており、Ｑは機関の運転状
態に応じた図１０に示される噴射量を示している。

【０１０７】次いでステップ６０２では次式に基づいて
過剰噴射量ΔＱが算出される。 ΔＱ＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑ−〔（Ａ／
Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_ST〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_STは理論空燃比を示している。次いで
ステップ６０３では次式に基づいて噴射量の増大作用の
続行時間ｔ_rが算出される。

【０１０８】ｔ_r＝Ｃ・Ｑ_NOX／（ΔＱ・Ｎ）ここでＣは定数を示しており、Ｑ_NOXはＮＯ_x吸収剤２
２の最大ＮＯ_x吸収量の３０パーセントのＮＯ_x量示し
ており、Ｎは機関回転数を示している。次いでステップ
６０４では図２７に示す関係から噴射量の増大作用の続
行時間ｔ_rの延長時間Δｔ_rが算出される。次いでステ
ップ６０５では続行時間ｔ_rに延長時間Δｔ_rを加算す
ることによって最終的な続行時間ｔ_rが算出される。次
いでステップ６０６ではリッチフラグがセットされる。

【０１０９】リッチフラグがセットされるステップ６０
０からステップ６０７に進んで噴射制御II開始後の経過
時間ｔが続行時間ｔ_rを越えたか否かが判別される。ｔ
＞ｔ _rになるとステップ６０８に進んでリッチフラグが
リセットされ、次いでステップ６０９においてＮＯ_x放
出フラグ２がリセットされ、次いでステップ６１０にお
いてΣＮＯＸが零とされる。従ってＮＯ_x放出フラグ２
がセットされると図２６に示されるように噴射量が図１
８に示される場合よりも長い期間に亘って増大せしめら
れ、噴射量が増大せしめられている間にＮＯ_x吸収剤２
２に吸収されていた全ＮＯ_xが放出される。

【０１１０】図２９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の放出作用を行うための図２４
に示される噴射制御IIの更に別の実施例を示している。
この第３実施例では第２の燃焼から第１の燃焼に切換え
られたときに一旦第１の燃焼を行い、第１の燃焼に切換
えられてから時間Δｔ_rを越えた後に空燃比をリッチに
するようにしている。この時間Δｔ_rは図２６に示され
るΔｔ_rとほぼ同じであり、従って図２９に示される時
間Δｔ_rも図２７に示されるように空燃比が切換えられ
る直前のリーン空燃比のリーンの度合が大きくなるほど
大きくなる。

【０１１１】次に図３０を参照しつつ噴射制御IIの第３
実施例について説明する。図３０を参照するとまず初め
にステップ７００においてリッチフラグがセットされて
いるか否かが判別される。リッチフラグがセットされて
いないときにはステップ７０１に進んで図２７に示す関
係からΔｔ_rが算出される。次いでステップ７０２では
噴射制御II開始後の経過時間ｔがΔｔ_rよりも大きくな
ったか否かが判別される。ｔ≦Δｔのときにはステップ
７０３に進んで図１０に基づき噴射量Ｑが算出される。
このとき第１の燃焼が行われる。

【０１１２】ステップ７０２においてｔ＞Δｔ_rになっ
たと判断されるとステップ７０４に進んで次式に基づき
噴射量Ｑ_oが算出される。Ｑ_o＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_Lは現在のリーン空燃比を示してお
り、（Ａ／Ｆ）_Rは目標リッチ空燃比を示しており、Ｑ
は機関の運転状態に応じた図１０に示される噴射量を示
している。

【０１１３】次いでステップ７０５では次式に基づいて
過剰噴射量ΔＱが算出される。 ΔＱ＝〔（Ａ／Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_R〕・Ｑ−〔（Ａ／
Ｆ）_L／（Ａ／Ｆ）_ST〕・Ｑここで（Ａ／Ｆ）_STは理論空燃比を示している。次いで
ステップ７０６では次式に基づいて噴射量の増大作用を
続行すべき時間ｔ_rが算出される。

【０１１４】ｔ_r＝Ｃ・Ｑ_NOX／（ΔＱ・Ｎ）ここでＣは定数を示しており、Ｑ_NOXはＮＯ_x吸収剤２
２の最大ＮＯ_x吸収量の３０パーセントのＮＯ_x量示し
ており、Ｎは機関回転数を示している。次いでステップ
７０７ではリッチフラグがセットされる。リッチフラグ
がセットされるとステップ７００からステップ７０８に
進んで噴射制御II開始後の経過時間ｔが時間ｔ_rを越え
たか否かが判別される。ｔ＞ｔ_rになるとステップ７０
９に進んでリッチフラグがリセットされ、次いでステッ
プ７１０においてＮＯ_x放出フラグ２がリセットされ、
次いでステップ７１１においてΣＮＯＸが零とされる。
従ってＮＯ_x放出フラグ２がセットされると図２９に示
されるように第２の燃焼から第１の燃焼に切換えられた
ときに暫らくの間、第１の燃焼が行われ、次いで空燃比
をリッチにすべく噴射量が増大せしめられる。噴射量が
増大せしめられている間にＮＯ_x吸収剤２２に吸収され
ていた全ＮＯ _xが放出される。

【０１１５】図３１に圧縮着火式内燃機関の別の実施例
を示す。この実施例では未燃炭化水素を一層良好に酸化
せしめるために排気マニホルド１９の出口に、即ちＮＯ
_x吸収剤２２上流の排気通路内に三元触媒又は酸化触媒
のような酸化機能を有する触媒３５を内蔵した触媒コン
バータ３６が配置される。

【０１１６】

【発明の効果】ＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xを放出すべく空
燃比がリッチに切換えられる直前のリーン空燃比のリー
ンの度合にかかわらずにＮＯ_x吸収剤から良好にＮＯ_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】スモークおよびＮＯ_xの発生量等を示す図であ
る。

【図３】燃焼圧を示す図である。

【図４】燃料分子を示す図である。

【図５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図
である。

【図６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。

【図７】第１の運転領域Ｉおよび第２の運転領域IIを示
す図である。

【図８】空燃比センサの出力を示す図である。

【図９】スロットル弁の開度等を示す図である。

【図１０】噴射量のマップを示す図である。

【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の燃焼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】リーン空燃比からリッチ空燃比へ切換えると
きの噴射量変化と空燃比変化とを示す図である。

【図１９】リーン空燃比からリッチ空燃比へ切換えると
きの噴射量変化と空燃比変化とを示す図である。

【図２０】リーン空燃比からリッチ空燃比へ切換えると
きの噴射量変化と空燃比変化とを示す図である。

【図２１】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２２】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【図２３】噴射制御Ｉを実行するためのフローチャート
である。

【図２４】噴射制御IIを実行するためのフローチャート
である。

【図２５】噴射制御III を実行するためのフローチャー
トである。

【図２６】リーン空燃比からリッチ空燃比へ切換えると
きの噴射量変化と空燃比変化とを示す図である。

【図２７】リッチ空燃比に切換えられる直前のリーン空
燃比（Ａ／Ｆ）_Lと時間Δｔ_rとの関係を示す図であ
る。

【図２８】噴射制御II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】リーン空燃比からリッチ空燃比へ切換えると
きの噴射量変化と空燃比変化とを示す図である。

【図３０】噴射制御II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】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体
図である。

【符号の説明】

６…燃料噴射弁２２…ＮＯ_x吸収剤２５…スロットル弁２９…ＥＧＲ制御弁

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/08 Ｆ０１Ｎ 3/08 Ｂ 3/24 3/24 ＣＥＲＳ 3/36 3/36 ＢＦ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｄ 41/02 ３８０ 41/02 ３８０ＥＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ (56)参考文献特開平８−218918（ＪＰ，Ａ) 特開平６−294319（ＪＰ，Ａ) 特開平７−145725（ＪＰ，Ａ) 特開平９−287527（ＪＰ，Ａ) 特開平９−287528（ＪＰ，Ａ) 特開平８−226332（ＪＰ，Ａ) 特開平８−86251（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 1/00 - 23/06 F02D 41/00 - 45/00 F01N 3/00 - 3/36 F02M 25/07

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機関排気通路内に排出された排気ガスを
機関吸気通路内に再循環するための排気ガス再循環装置
を具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに
は排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸収しかつ流入する排
気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収し
たＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸収剤を機関排気通路内に配
置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに
ＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xを放出させるときには燃料噴射
量を増大して空燃比を一時的にリッチにし、それによっ
てＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xを放出させるのに必要な予め
定められた量の還元ガスをＮＯ_x吸収剤に送り込むよう
にした内燃機関において、排気ガスの再循環中にＮＯ_x
吸収剤からＮＯ_xを放出すべく空燃比をリーン空燃比か
らリッチ空燃比に切換えるときに空燃比切換作用開始直
前のリーン空燃比に基づいて噴射燃料の増大量、噴射燃
料の増大作用を続行する時間又は噴射燃料の増大作用の
開始時期の少くともいずれか一つを制御する噴射制御手
段を具備し、或る機関負荷および機関回転数における空
燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められた
空燃比よりも大きいときには、空燃比切換作用開始直後
における排気ガスの空燃比の低下速度が遅くても上記予
め定められた量の還元ガスをＮＯ_x吸収剤に送り込める
ように、上記或る機関負荷および機関回転数と同一の機
関負荷および機関回転数における空燃比切換作用開始直
前のリーン空燃比が上記予め定められた空燃比よりも小
さい場合に対し、噴射燃料の増大量、噴射燃料の増大作
用を続行する時間、又は噴射燃料の増大作用の開始時期
の少くともいずれか一つを変えるようにした内燃機関。
【請求項２】空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比
が上記予め定められた空燃比よりも小さいときには、空
燃比切換作用開始後ただちに空燃比を予め定められたリ
ッチ空燃比に維持するのに必要な量だけ燃料噴射量が増
大せしめられると共に上記予め定められた量の還元ガス
をＮＯ_x吸収剤に送り込むのに必要な期間に亘って該燃
料噴射量の増大作用が続行せしめられる請求項１に記載
の内燃機関。
【請求項３】或る機関負荷および機関回転数における
空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められ
た空燃比よりも大きいときには、上記或る機関負荷およ
び機関回転数と同一の機関負荷および機関回転数におけ
る空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が上記予め定
められた空燃比よりも小さい場合と比べて噴射燃料の増
大量が増大せしめられる請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比
が上記予め定められた空燃比よりも大きいときには、空
燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が大きいほど噴射
燃料の増大量が増大せしめられる請求項３に記載の内燃
機関。
【請求項５】或る機関負荷および機関回転数における
空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められ
た空燃比よりも大きいときには、上記或る機関負荷およ
び機関回転数と同一の機関負荷および機関回転数におけ
る空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が上記予め定
められた空燃比よりも小さい場合と比べて噴射燃料の増
大作用を続行する時間が長くされる請求項１に記載の内
燃機関。
【請求項６】空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比
が上記予め定められた空燃比よりも大きいときには、空
燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が大きいほど噴射
燃料の増大作用を続行する時間が長くされる請求項５に
記載の内燃機関。
【請求項７】或る機関負荷および機関回転数における
空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が予め定められ
た空燃比よりも大きいときには、空燃比が予め定められ
た期間、予め定められた空燃比よりも小さいリーン空燃
比とされ、次いで空燃比がリッチに切換えられる請求項
１に記載の内燃機関。
【請求項８】空燃比切換作用開始直前のリーン空燃比
が上記予め定められた空燃比よりも大きいときには、空
燃比切換作用開始直前のリーン空燃比が大きいほど上記
予め定められた期間が長くされる請求項７に記載の内燃
機関。
【請求項９】内燃機関が燃焼室内に供給される再循環
排気ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大し
てピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス
量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料
およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなっ
て煤がほとんど発生しなくなる圧縮着火式内燃機関から
なり、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量より
も燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が多くかつ空
燃比が上記予め定められた空燃比よりも小さい第１の燃
焼と、煤の発生量がピークとなる再循環ガス量よりも燃
焼室内に供給される再循環排気ガス量が少くかつ空燃比
が上記予め定められた空燃比よりも大きい第２の燃焼と
を選択的に切換える切換手段と、ＮＯ_x吸収剤からＮＯ
_xを放出すべきか否かを判断する判断手段とを具備し、
第２の燃焼が行われているときにＮＯ_x吸収剤からＮＯ
_xを放出すべきであると判別されたときには第２の燃焼
から第１の燃焼に切換えられたときに空燃比が一時的に
リッチにされ、このとき空燃比切換作用開始直前のリー
ン空燃比が予め定められた空燃比よりも大きくなってい
る請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１０】第１の燃焼が行われているときにＮＯ
_x吸収剤からＮＯ_xを放出すべきであると判断されたと
きには燃料噴射量が増大せしめられて空燃比が一時的に
リッチとされる請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】ＮＯ_x吸収剤に吸収されているＮＯ_x
量を推定する推定手段を具備し、第２の燃焼が行われて
いるときに該推定手段により推定されたＮＯ _x量が予め
定められた第１の許容最大値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が一時的
にリッチとされ、第２の燃焼が行われているときに該推
定手段により推定されたＮＯ_x量が該第１の許容最大値
よりも大きい予め定められた第２の許容最大値を越えた
ときには膨張行程の後半又は排気行程中に追加の燃料を
噴射してＮＯ_x吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を理
論空燃比又はリッチになるようにした請求項９に記載の
内燃機関。
【請求項１２】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９に記
載の内燃機関。
【請求項１３】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９に記載の内燃機関。
【請求項１４】ＮＯ_x吸収剤上流の機関排気通路内に
酸化機能を有する触媒を配置した請求項９に記載の内燃
機関。