JP3405221B2

JP3405221B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP3405221B2
Application number: JP24722098A
Authority: JP
Inventors: 雅人後藤; 静夫佐々木; 康二吉▲崎▼; 丈和伊藤; 宏樹村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2003-05-12
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: JP2000073821A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より内燃機関、例えばディーゼル機
関においてはＮＯ_Xの発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと
称す）通路により連結し、このＥＧＲ通路を介して排気
ガス、即ちＥＧＲガスを機関吸気通路内に再循環させる
ようにしている。この場合、ＥＧＲガスは比較的比熱が
高く、従って多量の熱を吸収することができるので、Ｅ
ＧＲガス量を増大するほど、即ちＥＧＲ率（ＥＧＲガス
量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大するほど燃
焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとＮＯ_Xの発生量が低下し、従ってＥＧＲ率を増大す
ればするほどＮＯ_Xの発生量は低下することになる。

【０００３】このように従来よりＥＧＲ率を増大すれば
ＮＯ_Xの発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらＥＧＲ率を増大させていくとＥＧＲ率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上ＥＧＲ率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるＥ
ＧＲ率がＥＧＲ率の最大許容限界であると考えられてい
る。

【０００４】従って従来よりＥＧＲ率はこの最大許容限
界を越えない範囲内に定められている。このＥＧＲ率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ３０パーセントから５０パーセントである。
従って従来のディーゼル機関ではＥＧＲ率は最大でも３
０パーセントから５０パーセント程度に抑えられてい
る。

【０００５】このように従来ではＥＧＲ率に対して最大
許容限界が存在すると考えられていたので従来よりＥＧ
Ｒ率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてＮＯ
_Xおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるよう
に定められていた。しかしながらこのようにしてＥＧＲ
率をＮＯ_Xおよびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもＮＯ_Xおよびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のＮ
Ｏ_Xおよびスモークが発生してしまうのが現状である。

【０００６】ところがディーゼル機関の燃焼の研究の過
程においてＥＧＲ率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてＥＧＲ
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてＥＧＲ率を７０パー
セント以上にすると、またＥＧＲガスを強力に冷却した
場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはＮ
Ｏ_Xの発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびＮＯ
_Xの同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。

【０００７】即ち、実験研究を重ねた結果判明したこと
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。

【０００８】従って、燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭
化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。この新たな燃焼システムを採用した内燃
機関については本出願人により既に出願されている（特
願平９−３０５８５０号）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの新たな燃
焼システムではＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にす
る必要があり、ＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にす
ることが可能なのは吸入空気量が比較的少ないときであ
る。即ち、吸入空気量が一定量を越えるとこの新たな燃
焼を行うことはできず、従って吸入空気量が一定量を越
えたときには従来より行われている燃焼に切換えられ
る。

【００１０】ところで新たな燃焼は従来より行われてい
る燃焼に比べて若干熱効率が低く、従って同一の機関出
力トルクを発生させるために必要な燃料噴射量は新たな
燃焼の方が従来より行われている燃焼に比べて若干多く
なる。従って新たな燃焼から従来より行われている燃焼
に切換えられるときには燃料噴射量が減少せしめられ
る。

【００１１】一方、圧縮着火式内燃機関では従来よりア
クセルペダルの踏込み量と機関回転数から燃料噴射量を
算出している。具体的には燃料噴射量をアクセルペダル
の踏込み量および機関回転数の関数としてマップの形で
予め記憶しておき、このマップから燃料噴射量を算出す
るようにしている。しかしながらこのようなマップを用
いて燃料噴射量を算出すると上述の如く新たな燃焼から
従来より行われている燃焼への切換時のように燃料噴射
量を減少させる必要があるときには問題を生ずる。次に
このことについて図１９を参照しつつ説明する。

【００１２】図１９においてＬはアクセルペダルの踏込
み量、Ｎは機関回転数、Ｘは新たな燃焼の行われる運転
領域Ｉと従来より行われている燃焼が行われる運転領域
IIとの境界を夫々示している。この場合、図１９に示さ
れるように運転領域Ｉに対する燃料噴射量Ｑ１をアクセ
ルペダルの踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として
マップの形で記憶するようにし、運転領域IIに対する燃
料噴射量Ｑ２もアクセルペダルの踏込み量Ｌおよび機関
回転数Ｎの関数としてマップの形で記憶するようにする
と境界Ｘ付近における燃料噴射量を設定するのに相当な
困難を伴なう。

【００１３】即ち、最も重要なことは要求負荷Ｌが境界
Ｘを越えたときにトルク段差が生じないようにすること
であり、そのためには境界Ｘ上の全ての点における燃料
噴射量Ｑ１と燃料噴射量Ｑ２とを境界Ｘ上の全ての点に
おいて同一トルクが発生するように設定しなければなら
ない。しかしながら境界Ｘ上の各点においてトルクが同
一となる燃料噴射量Ｑ１、Ｑ２を求めるには境界Ｘ上の
各点について実験に基づき燃料噴射量Ｑ１、Ｑ２を定め
なければならず、斯くして境界Ｘ上の燃料噴射量Ｑ１、
Ｑ２を求めるのに相当な困難を伴なうことになる。

【００１４】

【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内
燃機関において、煤の発生量がピークとなる不活性ガス
量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発
生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活
性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の
燃焼とを選択的に切換える切換手段と、機関の要求トル
クを算出する算出手段と具備し、第１の燃焼および第２
の燃焼のいずれの燃焼が行われているときでも算出され
た要求トルクおよび機関回転数に基づいて燃料噴射量を
算出するようにしている。即ち、まず初めに要求トルク
が求められ、この要求トルクと機関回転数から燃料噴射
量が算出される。

【００１５】２番目の発明では１番目の発明において、
算出手段はアクセルペダルの踏込み量および機関回転数
に基づいて要求トルクを算出するようにしている。３番
目の発明では２番目の発明において、要求トルクがアク
セルペダルの踏込み量および機関回転数の関数としてマ
ップの形で予め記憶されており、算出手段はこのマップ
から要求トルクを算出するようにしている。

【００１６】４番目の発明では３番目の発明において、
機関負荷がほぼ零である運転状態であるか否かを判断す
る判断手段を具備し、機関負荷がほぼ零である運転状態
であると判断されたときにマップから算出された要求ト
ルクが零に対して正側にずれているときにはマップから
算出された要求トルクから零に対する要求トルクのずれ
量を減算した値を実際の要求トルクとし、機関負荷がほ
ぼ零である運転状態であると判断されたときにマップか
ら算出された要求トルクが零に対して負側にずれている
ときにはマップから算出された要求トルクに零に対する
要求トルクのずれ量を加算した値を実際の要求トルクと
するようにしている。

【００１７】５番目の発明では１番目の発明において、
第１の燃焼および第２の燃焼のいずれの燃焼が行われて
いるときであっても算出された要求トルクおよび機関回
転数に基づいて燃料噴射時期が算出される。６番目の発
明では１番目の発明において、第１の燃焼および第２の
燃焼のいずれの燃焼が行われているときであっても算出
された要求トルクおよび機関回転数に基づいて燃料噴射
圧が算出される。

【００１８】７番目の発明では１番目の発明において、
機関吸気通路内にスロットル弁が配置され、第１の燃焼
および第２の燃焼のいずれの燃焼が行われているときで
あっても算出された要求トルクおよび機関回転数に基づ
いてスロットル弁の開度が算出される。８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。

【００１９】９番目の発明では８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。１０番目の発明では８番目の発明
において、排気ガス再循環装置が排気ガスの再循環量を
制御する排気ガス再循環制御弁を具備し、第１の燃焼お
よび第２の燃焼のいずれの燃焼が行われているときであ
っても算出された要求トルクおよび機関回転数に基づい
て排気ガス再循環制御弁の開度が算出される。

【００２０】１１番目の発明では１番目の発明におい
て、機関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置して
いる。１２番目の発明では１１番目の発明において、触
媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯ_X吸収剤の少くとも一
つからなる。１３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。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明を４ストローク圧縮
着火式内燃機関に適用した場合を示している。図１を参
照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３は
シリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気
制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は
排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は
対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結
され、サージタンク１２は吸気ダクト１３およびインタ
ークーラ１４を介して過給機、例えば排気ターボチャー
ジャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コ
ンプレッサ１６の入口部は空気吸込管１７を介してエア
クリーナ１８に連結され、空気吸込管１７内にはステッ
プモータ１９により駆動されるスロットル弁２０が配置
される。

【００２２】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
１および排気管２２を介して排気ターボチャージャ１５
の排気タービン２３の入口部に連結され、排気タービン
２３の出口部は排気管２４を介して酸化機能を有する触
媒２５を内蔵した触媒コンバータ２６に連結される。排
気マニホルド２１内には空燃比センサ２７が配置され
る。

【００２３】触媒コンバータ２６の出口部に連結された
排気管２８とスロットル弁２０下流の空気吸込管１７と
はＥＧＲ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。

【００２４】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。

【００２５】また、図１に示されるようにクランクシャ
フト３７は自動変速機３８に連結される。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）４
３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４
５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。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。更に入力ポート４５には車速センサ５３
の車速を表す出力パルスが入力され、また自動変速機３
８がニュートラル位置にあるか否かを検出するためのニ
ュートラルセンサ５４の出力信号が入力ポート４５に入
力される。また、スロットル弁２０がアイドリング開度
であるか否かを検出するためのアイドルスイッチ５５の
出力信号も入力ポート４５に入力される。一方、出力ポ
ート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁
６、スロットル弁制御用ステップモータ１９、ＥＧＲ制
御弁制御用ステップモータ３０および燃料ポンプ３５に
接続される。

【００２６】図２は機関低負荷運転時にスロットル弁２
０の開度およびＥＧＲ率を変化させることにより空燃比
Ａ／Ｆ（図２の横軸）を変化させたときの出力トルクの
変化、およびスモーク、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xの排出量の
変化を示す実験例を表している。図２からわかるように
この実験例では空燃比Ａ／Ｆが小さくなるほどＥＧＲ率
が大きくなり、理論空燃比（≒１４．６）以下のときに
はＥＧＲ率は６５パーセント以上となっている。

【００２７】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。

【００２８】図３（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３（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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】図６は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なＥＧＲガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のＥＧＲガス
の割合を示している。なお、図６において縦軸は燃焼室
５内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Ｙは
過給が行われないときに燃焼室５内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してい
る。

【００４２】図６を参照すると空気の割合、即ち混合ガ
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図６に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図６においてＥＧＲガスの割合、即ち混合
ガス中のＥＧＲガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のＥＧＲガス量
を示している。このＥＧＲガス量はＥＧＲ率で表すとほ
ぼ５５パーセント以上であり、図６に示す実施例では７
０パーセント以上である。即ち、燃焼室５内に吸入され
た全吸入ガス量を図６において実線Ｘとし、この全吸入
ガス量Ｘのうちの空気量とＥＧＲガス量との割合を図６
に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス温
度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くし
て煤が全く発生しなくなる。また、このときのＮＯ_X発
生量は１０p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってＮ
Ｏ_Xの発生量は極めて少量となる。

【００４３】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。

【００４４】ところで過給が行われていない場合には燃
焼室５内に吸入される全吸入ガス量Ｘの上限はＹであ
り、従って図６において要求負荷がＬ₀よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてＥＧＲガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がＬ₀よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてＥＧＲ率が低下し、斯くして要求負荷がＬ ₀より
も大きい領域では燃料およびその周囲のガス温度を煤が
生成される温度よりも低い温度に維持しえなくなる。

【００４５】ところが図１に示されるようにＥＧＲ通路
２９を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
１５の空気吸込管１７内にＥＧＲガスを再循環させると
要求負荷がＬ₀よりも大きい領域においてＥＧＲ率を５
５パーセント以上、例えば７０パーセントに維持するこ
とができ、斯くして燃料およびその周囲のガス温度を煤
が生成される温度よりも低い温度に維持することができ
る。即ち、空気吸込管１７内におけるＥＧＲ率が例えば
７０パーセントになるようにＥＧＲガスを再循環させれ
ば排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６により
昇圧された吸入ガスのＥＧＲ率も７０パーセントとな
り、斯くしてコンプレッサ１６により昇圧しうる限度ま
で燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度
よりも低い温度に維持することができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。

【００４６】なお、この場合、要求負荷がＬ₀よりも大
きい領域でＥＧＲ率を５５パーセント以上にする際には
ＥＧＲ制御弁３１が全開せしめられ、スロットル弁２０
が若干閉弁せしめられる。前述したように図６は燃料を
理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが空気
量を図６に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃
比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつＮＯ_Xの発生
量を１０p.p.m 前後又はそれ以下にすることができ、ま
た空気量を図６に示される空気量よりも多くしても、即
ち空燃比の平均値を１７から１８のリーンにしても煤の
発生を阻止しつつＮＯ_Xの発生量を１０p.p.m 前後又は
それ以下にすることができる。

【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、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。

【００４９】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施例では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃料
およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停
止する温度以下に抑制して第１の燃焼、即ち低温燃焼を
行うようにし、機関高負荷運転時には第２の燃焼、即ち
従来より普通に行われている燃焼を行うようにしてい
る。なお、ここで第１の燃焼、即ち低温燃焼とはこれま
での説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第２の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が少い燃焼のことを言う。図７は第１の燃焼、即ち低温
燃焼が行われる第１の運転領域Ｉと、第２の燃焼、即ち
従来の燃焼方法による燃焼が行われる第２の運転領域II
とを示している。なお、図７において縦軸ＴＱは要求ト
ルクを示しており、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トルクＴＱ
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。次いで要求トル
クＴＱ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】このように第１の境界Ｘ（Ｎ）と第１の境
界Ｘ（Ｎ）よりも低トルク側の第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の高トルク側では比較的燃焼
温度が高く、このとき要求トルクＴＱ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、要求トルクＴＱ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。

【００５２】ところで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酸化機能を
有する触媒２５により良好に酸化せしめられる。触媒２
５としては酸化触媒、三元触媒、又はＮＯ_X吸収剤を用
いることができる。ＮＯ_X吸収剤は燃焼室５内における
平均空燃比がリーンのときにＮＯ_Xを吸収し、燃焼室５
内における平均空燃比がリッチになるとＮＯ_Xを放出す
る機能を有する。

【００５３】このＮＯ_X吸収剤は例えばアルミナを担体
とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮ
ａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金
属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土
類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から
選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが
担持されている。

【００５４】酸化触媒はもとより、三元触媒およびＮＯ
_X吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびＮＯ_X吸収剤を触媒２５として用いるこ
とができる。図８は空燃比センサ２７の出力を示してい
る。図８に示された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。

【００５５】次に図９を参照しつつ第１の運転領域Ｉお
よび第２の運転領域IIにおける運転制御について概略的
に説明する。図９は要求トルクＴＱ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９に示さ
れるように要求トルクＴＱ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９に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧ
Ｒ率がほぼ７０パーセントとされており、空燃比はわず
かばかりリーンなリーン空燃比とされている。

【００５６】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。

【００５７】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁２０は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁
３１も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁２
０を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室５内の圧
力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が
小さくなるとピストン４による圧縮仕事が小さくなるた
めに機関本体１の振動が小さくなる。即ち、アイドリン
グ運転時には機関本体１の振動を抑制するためにスロッ
トル弁２０が全閉近くまで閉弁せしめられる。

【００５８】一方、機関の運転領域が第１の運転領域Ｉ
から第２の運転領域IIに変わるとスロットル弁２０の開
度が２／３開度程度から全開方向へステップ状に増大せ
しめられる。このとき図９に示す例ではＥＧＲ率がほぼ
７０パーセントから４０パーセント以下までステップ状
に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされ
る。即ち、ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ
率範囲（図５）を飛び越えるので機関の運転領域が第１
の運転領域Ｉから第２の運転領域IIに変わるときに多量
のスモークが発生することがない。

【００５９】第２の運転領域IIでは第２の燃焼、即ち従
来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では
煤およびＮＯ_Xが若干発生するが低温燃焼に比べて熱効
率は高く、従って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に変わると図９に示されるように噴
射量がステップ状に低減せしめられる。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の開度は要求トルクＴＱ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率は要求トルクＴＱが高くなるほど低くな
り、空燃比は要求トルクＴＱが高くなるほど小さくな
る。ただし、空燃比は要求トルクＴＱ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。

【００６０】図１０（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセ
ルペダル５０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を
示している。なお、図１０（Ａ）において各曲線は等ト
ルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトル
クが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝
ａ、ＴＱ＝ｂ、ＴＱ＝ｃ、ＴＱ＝ｄの順に次第に要求ト
ルクが高くなる。図１０（Ａ）に示される要求トルクＴ
Ｑは図１０（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル５０
の踏込み量Ｌと機関回転数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。本発明では図１０
（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル５０の踏込み量
Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初
めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射
量等が算出される。

【００６１】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では要求トルクＴＱが低くなるほど空燃比Ａ／
Ｆがリーンとされる。

【００６２】即ち、要求トルクＴＱが低くなるほど燃焼
による発熱量が少くなる。従って要求トルクＴＱ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トルクＴＱ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
要求トルクＴＱが低くなるにつれて空燃比Ａ／Ｆが大き
くされる。

【００６３】図１２（Ａ）は第１の運転領域Ｉにおける
噴射量Ｑを示しており、図１２（Ｂ）は第１の運転領域
Ｉにおける噴射開始時期θＳを示している。図１２
（Ａ）に示されるように第１の運転領域Ｉにおける噴射
量Ｑは要求トルクＴＱ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、図１
２（Ｂ）に示されるように第１の運転領域Ｉにおける噴
射開始時期θＳも要求トルクＴＱ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。

【００６４】また、空燃比を図１１に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図１
３（Ａ）に示されるように要求トルクＴＱ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１３
（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱ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。

【００６５】更に本発明による実施例では第１の運転領
域Ｉにおける燃料噴射圧、即ちコモンレール３４内の目
標燃料圧Ｐが図１３（Ｃ）に示されるように要求トルク
ＴＱ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。図１４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１４においてＡ／Ｆ
＝２４、Ａ／Ｆ＝３５、Ａ／Ｆ＝４５、Ａ／Ｆ＝６０で
示される各曲線は夫々目標空燃比２４、３５、４５、６
０を示している。

【００６６】図１５（Ａ）は第２の運転領域IIにおける
噴射量Ｑを示しており、図１５（Ｂ）は第２の運転領域
IIにおける噴射開始時期θＳを示している。図１５
（Ａ）に示されるように第２の運転領域IIにおける噴射
量Ｑは要求トルクＴＱ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、図１
５（Ｂ）に示されるように第２の運転領域IIにおける噴
射開始時期θＳも要求トルクＴＱ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。

【００６７】また、空燃比を図１４に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図１
６（Ａ）に示されるように要求トルクＴＱ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１４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１６
（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱ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。

【００６８】更に本発明による実施例では第２の運転領
域IIにおける燃料噴射圧、即ちコモンレール３４内の目
標燃料圧Ｐが図１６（Ｃ）に示されるように要求トルク
ＴＱ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。本発明による実施例で
は第１の運転領域Ｉにおいては図１２（Ａ）に示すマッ
プから噴射量Ｑが算出され、第２の運転領域IIにおいて
は図１５（Ａ）に示すマップから噴射量Ｑが算出され
る。図１２（Ａ）および図１５（Ａ）のいずれに示すマ
ップも要求トルクＴＱと機関回転数Ｎの関数であり、従
って第１の境界Ｘ（Ｎ）又は第２の境界Ｙ（Ｎ）におい
て第１の燃焼から第２の燃焼へ又は第２の燃焼から第１
の燃焼へ切換えられても切換時に要求トルクが変化せ
ず、斯くして切換時にトルク変動が生ずる危険性がな
い。

【００６９】なお、図１２（Ａ）に示す第１の燃焼用の
噴射量Ｑも図１５（Ａ）に示す第２の燃焼用の噴射量Ｑ
も実験により求められる。この場合、第１の燃焼用の噴
射量Ｑおよび第２の燃焼用の噴射量Ｑは各境界Ｘ
（Ｎ）、Ｙ（Ｎ）におけるトルク段差を何ら考えること
なく夫々個別に実験により求めればよいので図１２
（Ａ）および図１５（Ａ）に示すマップを極めて容易に
作成することができる。

【００７０】一方、図１０（Ａ）において曲線で示され
る各要求トルクは車両の良好な運転性を確保しうるよう
に経験的に定められる。従って図１０（Ａ）のＴＱ＝０
で示される曲線上において実際の機関出力トルクが零に
ならない場合がある。そこで本発明による実施例では機
関負荷がほぼ零である運転状態であるか否かを判断し、
機関負荷がほぼ零である運転状態であると判断されたと
きに図１０（Ａ）に示すマップから算出された要求トル
クＴＱが零に対して正側にずれているときには図１０
（Ａ）に示すマップから算出された要求トルクＴＱから
零に対する要求トルクＴＱのずれ量を減算した値を実際
の要求トルクとし、機関負荷がほぼ零である運転状態で
あると判断されたときに図１０（Ａ）に示すマップから
算出された要求トルクＴＱが零に対して負側にずれてい
るときには図１０（Ａ）に示すマップから算出された要
求トルクＴＱに零に対する要求トルクＴＱのずれ量を加
算した値を実際の要求トルクとするようにしている。

【００７１】具体的に云うと、例えば図１０（Ａ）にお
いて実際の機関の出力トルクが零であるときにアクセル
ペダル５０の踏込み量がＬ₀ で機関回転数がＮ₀ のＦ点
で示される運転状態であったとするとこのとき図１０
（Ｂ）に示されるマップ上の要求トルクＴＱは零になら
ず、マップ上の要求トルクＴＱは零に対してΔＫＧだけ
正側にずれることになる。この場合、本発明による実施
例では図１０（Ｂ）に示されるマップから算出された要
求トルクＴＱから要求トルクのずれ量ΔＫＧを減算した
値（ＴＱ−ΔＫＧ）が実際の要求トルクとされる。その
結果、各アクセルペダル５０の踏込み量Ｌおよび各機関
回転数Ｎに対してもともと意図した機関出力トルクを得
ることができることになる。

【００７２】次に図１７を参照しつつ運転制御について
説明する。図１７を参照すると、まず初めにステップ１
００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉである
ことを示すフラグＩがセットされているか否かが判別さ
れる。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運
転状態が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ１０
１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１０３に進んで低温燃焼が行われる。

【００７３】即ち、ステップ１０３では図１０（Ｂ）に
示すマップから要求トルクＴＱが算出される。次いでス
テップ１０４ではマップから算出された要求トルクＴＱ
から要求トルクのずれ量ΔＫＧを減算した値（＝ＴＱ−
ΔＫＧ）が最終的な要求トルクＴＱとされる。次いでス
テップ１０５からステップ１０９ではこの最終的な要求
トルクを用いてスロットル弁開度ＳＴ、ＥＧＲ制御弁開
度ＳＥ、噴射量Ｑ、噴射開始時期θＳ、燃料噴射圧Ｐが
算出される。

【００７４】即ち、ステップ１０５では図１３（Ａ）に
示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出
され、スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとさ
れる。次いでステップ１０６では図１３（Ｂ）に示すマ
ップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、
ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。
次いでステップ１０７では図１２（Ａ）に示すマップか
ら噴射量Ｑが算出される。次いでステップ１０８では図
１２（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出さ
れる。次いでステップ１０９では図１３（Ｃ）に示すマ
ップからコモンレール３４内の目標燃料圧、即ち噴射圧
Ｐが算出される。

【００７５】次いでステップ１１０ではアイドルスイッ
チ５５の出力信号からスロットル弁２０がアイドリング
開度であるか否かが判別される。スロットル弁２０がア
イドリング開度であるときにはステップ１１１に進んで
車速センサ５３の出力パルスから車速が零であるか否か
が判別される。車速が零のときにはステップ１１２に進
んでニュートラルスイッチ５４の出力信号から自動変速
機３８がニュートラル位置にあるか否かが判別される。
自動変速機３８がニュートラル位置にあるときにはステ
ップ１１３に進んで自動変速機３８がニュートラル位置
となってから一定時間経過したか否かが判別され、一定
時間が経過したときには機関負荷がほぼ零である運転状
態であると判断される。

【００７６】機関負荷がほぼ零である運転状態であると
判断されたときにはステップ１１４に進んで図１０
（Ｂ）に示すマップから要求トルクＴＱが算出され、次
いでステップ１１５ではこの要求トルクＴＱがずれ量Δ
ＫＧとされる。一方、ステップ１０１においてＬ＞Ｘ
（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０２に
進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ１１８
に進んで第２の燃焼が行われる。

【００７７】即ち、ステップ１１８では図１０（Ｂ）に
示すマップから要求トルクＴＱが算出される。次いでス
テップ１１９ではマップから算出された要求トルクＴＱ
から要求トルクのずれ量ΔＫＧを減算した値（＝ＴＱ−
ΔＫＧ）が最終的な要求トルクＴＱとされる。次いでス
テップ１２０からステップ１２４ではこの最終的な要求
トルクを用いてスロットル弁開度ＳＴ、ＥＧＲ制御弁体
開度ＳＥ、噴射量Ｑ、噴射開始時期θＳ、燃料噴射圧Ｐ
が算出される。

【００７８】即ち、ステップ１２０では図１６（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１２１では図１６（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１２２では図１５（Ａ）に示すマップか
ら噴射量Ｑが算出される。次いでステップ１２３では図
１５（Ｂ）に示すマップから噴射開始時期θＳが算出さ
れる。次いでステップ１２４では図１６（Ｃ）に示すマ
ップからコモンレール３４内の目標燃料圧、即ち噴射圧
Ｐが算出される。

【００７９】フラグＩがリセットされると次の処理サイ
クルではステップ１００からステップ１１６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１１８
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１１６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１１７に進んでフラグＩが
セットされ、次いでステップ１０３に進んで低温燃焼が
行われる。

【００８０】

【発明の効果】煩雑な作業を必要とすることなく第１の
燃焼と第２の燃焼の切換時に出力トルクが変動するのを
阻止することができる。

【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】要求トルクを示す図である。

【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】噴射量等のマップを示す図である。

【図１３】スロットル弁の目標開度等のマップを示す図
である。

【図１４】第２の燃焼における空燃比を示す図である。

【図１５】噴射量等のマップを示す図である。

【図１６】スロットル弁の目標開度等のマップを示す図
である。

【図１７】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【図１８】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【図１９】噴射量のマップを示す図である。

【符号の説明】

６…燃料噴射弁２０…スロットル弁２９…ＥＧＲ通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＳＦ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｄ 41/02 ３８０ 41/02 ３８０Ｅ 41/40 41/40 Ｆ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ３０１ＮＦ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｄ (72)発明者伊藤丈和愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者村田宏樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開平７−4287（ＪＰ，Ａ) 特開平８−177654（ＪＰ，Ａ) 特開平８−86251（ＪＰ，Ａ) 特開平９−287527（ＪＰ，Ａ) 特開平９−287528（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 1/00 - 23/06 F02D 41/00 - 45/00 F02M 25/07 570

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内の不活性ガス量を増大していく
と煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内
の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における
燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よ
りも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関に
おいて、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも
燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない
第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量
よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼とを
選択的に切換える切換手段と、機関の要求トルクを算出
する算出手段とを具備し、第１の燃焼および第２の燃焼
のいずれの燃焼が行われているときでも算出された要求
トルクおよび機関回転数に基づいて燃料噴射量を算出す
るようにした内燃機関。
【請求項２】該算出手段はアクセルペダルの踏込み量
および機関回転数に基づいて要求トルクを算出する請求
項１に記載の内燃機関。
【請求項３】要求トルクがアクセルペダルの踏込み量
および機関回転数の関数としてマップの形で予め記憶さ
れており、該算出手段は該マップから要求トルクを算出
する請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】機関負荷がほぼ零である運転状態である
か否かを判断する判断手段を具備し、機関負荷がほぼ零
である運転状態であると判断されたときに上記マップか
ら算出された要求トルクが零に対して正側にずれている
ときにはマップから算出された要求トルクから零に対す
る要求トルクのずれ量を減算した値を実際の要求トルク
とし、機関負荷がほぼ零である運転状態であると判断さ
れたときに上記マップから算出された要求トルクが零に
対して負側にずれているときにはマップから算出された
要求トルクに零に対する要求トルクのずれ量を加算した
値を実際の要求トルクとする請求項３に記載の内燃機
関。
【請求項５】第１の燃焼および第２の燃焼のいずれの
燃焼が行われているときであっても算出された要求トル
クおよび機関回転数に基づいて燃料噴射時期が算出され
る請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】第１の燃焼および第２の燃焼のいずれの
燃焼が行われているときであっても算出された要求トル
クおよび機関回転数に基づいて燃料噴射圧が算出される
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項７】機関吸気通路内にスロットル弁が配置さ
れ、第１の燃焼および第２の燃焼のいずれの燃焼が行わ
れているときであっても算出された要求トルクおよび機
関回転数に基づいて該スロットル弁の開度が算出される
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項８】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
載の内燃機関。
【請求項９】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８に記載
の内燃機関。
【請求項１０】該排気ガス再循環装置が排気ガスの再
循環量を制御する排気ガス再循環制御弁を具備し、第１
の燃焼および第２の燃焼のいずれの燃焼が行われている
ときであっても算出された要求トルクおよび機関回転数
に基づいて排気ガス再循環制御弁の開度が算出される請
求項８に記載の内燃機関。
【請求項１１】機関排気通路内に酸化機能を有する触
媒を配置した請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１２】該触媒が酸化触媒、三元触媒又はＮＯ
_X吸収剤の少くとも一つからなる請求項１１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１に記載の内燃機関。