(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マニホルドの各枝管を夫々対応する機関排気ポートの出口に接続し、排気マニホルドの出口に接続された排気通路内に排気制御弁を配置し、大気中への未燃ＨＣの排出量を低減すべきであると判断されたときには排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、機関排気ポートおよび排気マニホルド内において発生する排気脈動を低減するために排気マニホルドの隣接する各枝管を夫々連通管によって互いに連通させ、各連通管内に排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときに開弁し、排気制御弁が全開せしめられたときに閉弁する開閉弁を配置した内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
排気マニホルドの各枝管内に夫々触媒が配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気マニホルドの出口に接続された排気通路内に触媒が配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関においては機関の低速低負荷運転時、特に機関の暖機運転時には燃焼室内の温度が低くなり、その結果多量の未燃ＨＣが発生する。そこで機関排気通路内に排気制御弁を配置し、機関低速低負荷運転時に排気制御弁を閉弁すると共に燃料噴射量を大巾を増量することにより燃焼室内の温度を高めて噴射燃料を燃焼室内で完全燃焼させ、それによって未燃ＨＣの発生量を抑制するようにしたディーゼル機関が公知である（特開昭４９−８０４１４号公報参照）。
【０００３】
また、機関排気通路内に排気浄化用触媒を配置した場合には触媒温度が十分に高くならないと触媒による良好な排気浄化作用は行われない。そこで機関の出力を発生させるための主燃料の噴射に加え副燃料を膨張行程中に噴射し、副燃料を燃焼させることにより排気ガス温を上昇させ、それによって触媒の温度を上昇させるようにした内燃機関が公知である（特開平８−３０３２９０号公報および特開平１０−２１２９９５号公報参照）。
【０００４】
また、従来より未燃ＨＣを吸着しうる触媒が知られている。この触媒は周囲の圧力が高くなればなるほど未燃ＨＣの吸着量が増大し、周囲の圧力が低くなると吸着した未燃ＨＣを放出する性質を有する。そこでこの性質を利用して触媒から放出された未燃ＨＣによりＮＯｘ  を還元するために、機関排気通路内にこの触媒を配置すると共に触媒下流の機関排気通路内に排気制御弁を配置し、ＮＯｘ  の発生量の少ない機関低速低負荷運転時には機関出力の発生のための主燃料に加え少量の副燃料を膨張行程中又は排気行程中に噴射して多量の未燃ＨＣを燃焼室から排出させ、更にこのとき機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁を比較的に小さな開度まで閉弁することにより排気通路内の圧力を高めて燃焼室から排出される多量の未燃ＨＣを触媒内に吸着させ、ＮＯｘ  の発生量の多い機関高速又は高負荷運転時には排気制御弁を全開にして排気通路内の圧力を低下させ、このとき触媒から放出される未燃ＨＣによってＮＯｘ  を還元するようにした内燃機関が公知である（特開平１０−２３８３３６号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、現在ディーゼル機関はもとより火花点火式内燃機関においても機関低負荷運転時、特に機関の暖機運転時に発生する未燃ＨＣの量をいかにして低減するかが大きな問題となっている。そこで本発明者はこの問題を解決すべく実験研究を行い、その結果機関の暖機運転時等において大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減するためには燃焼室内における未燃ＨＣの発生量を低減しかつ同時に排気通路内における未燃ＨＣの低減量を増大しなければならないことが判明したのである。
【０００６】
具体的に言うと、膨張行程中又は排気行程中に燃焼室内に副燃料を追加噴射してこの副燃料を燃焼させ、機関排気ポートの出口から距離を隔てた機関排気通路内に排気制御弁を設けてこの排気制御弁をほぼ全閉させると、これら副燃料の燃焼と排気制御弁による排気絞り作用との相乗効果によって燃焼室内における未燃ＨＣの発生量が低減すると共に排気通路内における未燃ＨＣの低減量が増大し、斯くして大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減しうることが判明したのである。
【０００７】
もう少し詳しく言うと、副燃料が噴射されると副燃料自身が燃焼せしめられるばかりでなく主燃料の燃え残りである未燃ＨＣが燃焼室内で燃焼せしめられる。従って燃焼室内で発生する未燃ＨＣの量が大巾に低減するばかりでなく、主燃料の燃え残りである未燃ＨＣおよび副燃料が燃焼せしめられるので既燃ガス温がかなり高温となる。
【０００８】
一方、排気制御弁がほぼ全閉せしめられると機関の排気ポートから排気制御弁に到る排気通路内の圧力、即ち背圧がかなり高くなる。背圧が高いということは燃焼室内から排出された排気ガス温がさほど低下しないことを意味しており、従って排気ポート内における排気ガス温はかなり高温となっている。一方、背圧が高いということは排気ポート内に排出された排気ガスの流速が遅いことを意味しており、従って排気ガスは高温の状態で排気制御弁上流の排気通路内に長時間に亘って滞留することになる。この間に排気ガス中に含まれる未燃ＨＣが酸化せしめられ、斯くして大気中に排出される未燃ＨＣの量が大巾に低減されることになる。
【０００９】
この場合、もし副燃料を噴射しなかった場合には主燃料の燃え残りの未燃ＨＣがそのまま残存するために燃焼室内において多量の未燃ＨＣが発生する。また副燃料を噴射しなかった場合には燃焼室内の既燃ガス温がさほど高くならないためにこのときたとえ排気制御弁をほぼ全閉させても排気制御弁上流の排気通路内での未燃ＨＣの十分な酸化作用は期待できない。従ってこのときには多量の未燃ＨＣが大気中に排出されることになる。
【００１０】
一方、排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合でも副燃料を噴射すれば燃焼室内で発生する未燃ＨＣの発生量は低減し、燃焼室内の既燃ガス温は高くなる。しかしながら排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合には燃焼室から排気ガスが排出されるや否や排気ガス圧はただちに低下し、斯くして排気ガス温もただちに低下する。従ってこの場合には排気通路内における未燃ＨＣの酸化作用はほとんど期待できず、斯くしてこのときにも多量の未燃ＨＣが大気中に排出されることになる。
【００１１】
即ち、大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減するためには副燃料を噴射しかつ同時に排気制御弁をほぼ全閉にしなければならないことになる。
前述の特開昭４９−８０４１４号公報に記載されたディーゼル機関では副燃料が噴射されず、主燃料の噴射量が大巾に増大せしめられるので排気ガス温は上昇するが極めて多量の未燃ＨＣが燃焼室内で発生する。このように燃焼室内において極めて多量の未燃ＨＣが発生するとたとえ排気通路内において未燃ＨＣの酸化作用が行われたとしても一部の未燃ＨＣしか酸化されないので多量の未燃ＨＣが大気中に排出されることになる。
【００１２】
一方、前述の特開平８−３０３２９０号公報又は特開平１０−２１２９９５号公報に記載された内燃機関では排気制御弁による排気絞り作用が行われていないので排気通路内における未燃ＨＣの酸化作用はほとんど期待できない。従ってこの内燃機関においても多量の未燃ＨＣが大気中に排出されることになる。
また前述の特開平１０−２３８３３６号公報に記載された内燃機関では機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁が比較的小さな開度まで閉弁せしめられる。しかしながら機関の出力低下が許容範囲内に納まる程度の排気制御弁の閉弁量では背圧はそれほど高くなっていない。
【００１３】
また、この内燃機関では触媒に吸着すべき未燃ＨＣを発生させるために少量の副燃料が膨張行程中又は排気行程中に噴射される。この場合、副燃料が良好に燃焼せしめられれば未燃ＨＣが発生しなくなるのでこの内燃機関では副燃料が良好に燃焼しないように副燃料の噴射制御を行っているものと考えられる。従ってこの内燃機関では少量の副燃料が既燃ガス温の温度上昇にはさほど寄与していないものと考えられる。
【００１４】
このようにこの内燃機関では多量の未燃ＨＣが燃焼室内において発生せしめられ、しかも背圧はそれほど高くならず既燃ガス温もさほど温度上昇しないと考えられるので排気通路内においても未燃ＨＣはさほど酸化されないものと考えられる。この内燃機関ではできるだけ多量の未燃ＨＣを触媒に吸着させることを目的としており、従ってこのように考えるのが理にかなっていると言える。
【００１５】
本発明の目的は機関の安定した運転を確保しつつ大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために１番目の発明では、排気マニホルドの各枝管を夫々対応する機関排気ポートの出口に接続し、排気マニホルドの出口に接続された排気通路内に排気制御弁を配置し、大気中への未燃ＨＣの排出量を低減すべきであると判断されたときには排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、機関排気ポートおよび排気マニホルド内において発生する排気脈動を低減するために排気マニホルドの隣接する各枝管を夫々連通管によって互いに連通させ、各連通管内に排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときに開弁し、排気制御弁が全開せしめられたときに閉弁する開閉弁を配置されている。
【００１８】
２番目の発明では１番目の発明において、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにしている。
３番目の発明では１番目の発明において、排気マニホルドの各枝管内に夫々触媒が配置されている。
【００１９】
４番目の発明では１番目の発明において、排気マニホルドの出口に接続された排気通路内に触媒が配置されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明を成層燃焼式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明は均一リーン空燃比のもとで燃焼が行われる火花点火式内燃機関、および空気過剰のもとで燃焼が行われるディーゼル機関にも適用することができる。
【００２１】
図１を参照すると、１は機関本体を示し、機関本体１は１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３および４番気筒＃４からなる４つの気筒を有する。図２は各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の側面断面図を示している。図２を参照すると、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はシリンダヘッド３の内壁面周縁部に配置された燃料噴射弁、７はシリンダヘッド３の内壁面中央部に配置された点火栓、８は吸気弁、９は吸気ポート、１０は排気弁、１１は排気ポートを夫々示す。
【００２２】
図１および図２を参照すると、吸気ポート９は対応する吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結され、サージタンク１３は吸気ダクト１４およびエアフローメータ１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ダクト１４内にはステップモータ１７により駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の排気ポート１１は夫々対応する排気マニホルド１９の枝管１９ａに連結され、互いに隣接する各枝管１９ａの上流端は連通管２０により互いに連通せしめられている。これら連通管２０は排気脈動低減手段を形成している。一方、排気マニホルド１９は排気管２１を介して触媒２２を収容した触媒コンバータ２２ａに連結され、触媒コンバータ２２ａには排気管２３が連結される。排気管２３内にはアクチュエータ２５によって制御される排気制御弁２４が配置される。
【００２３】
図１に示されるように排気マニホルド１９とサージタンク１３とは排気ガス再循環（以下ＥＧＲと称す）通路２６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２６内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２７が配置される。燃料噴射弁６は共通の燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２８に連結される。このコモンレール２８内へは燃料タンク２９内の燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３０を介して供給され、コモンレール２８内に供給された燃料が各燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２８にはコモンレール２８内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３１が取付けられ、燃料圧センサ３１の出力信号に基づいてコモンレール２８内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３０の吐出量が制御される。
【００２４】
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。エアフローメータ１５は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、こ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。機関本体１には機関冷却水温を検出するための水温センサ３２が取付けられ、この水温センサ３２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。更に入力ポート４５には燃料圧センサ３１の出力信号が対応するＡＤ変換器４７を介して入力される。
【００２５】
また、排気管２１内には排気マニホルド１９および排気管２１内の排気ガスの圧力、即ち背圧を検出するための出力センサ３３が配置され、この圧力センサ３３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。触媒コンバータ２２ａには触媒２２の温度を検出するための温度センサ３４が取付けられ、この温度センサ３４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。
【００２６】
また、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、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、点火栓７、スロットル弁制御用ステップモータ１７、排気制御弁制御用アクチュエータ２５、ＥＧＲ制御弁２７および燃料ポンプ３０に接続される。
【００２７】
図３は燃料噴射量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ（＝Ｑ１  ＋Ｑ２  ）、噴射開始時期θＳ１，θＳ２、噴射完了時期θＥ１，θＥ２および燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆを示している。なお、図３において横軸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いる。
図３からわかるように要求負荷ＬがＬ１  よりも低いときには圧縮行程末期のθＳ２からθＥ２の間において燃料噴射Ｑ２が行われる。このときには平均空燃比Ａ／Ｆはかなりリーンとなっている。要求負荷ＬがＬ１  とＬ２  の間のときには吸気行程初期のθＳ１からθＥ１の間において第１回目の燃料噴射Ｑ１が行われ、次いで圧縮行程末期のθＳ２からθＥ２の間において第２回目の燃料噴射Ｑ２が行われる。このときにも空燃比Ａ／Ｆはリーンとなっている。要求負荷ＬがＬ２  よりも大きいときには吸気行程初期のθＳ１からθＥ１の間において燃料噴射Ｑ１が行われる。このときには要求負荷Ｌが低い領域では平均空燃比Ａ／Ｆがリーンとされており、要求負荷Ｌが高くなると平均空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比とされ、要求負荷Ｌが更に高くなると平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。なお、圧縮行程末期にのみ燃料噴射Ｑ２が行われる運転領域、二回に亘って燃料噴射Ｑ１およびＱ２が行われる運転領域および吸気行程初期にのみ燃料噴射Ｑ１が行われる運転領域は要求負荷Ｌのみにより定まるのではなく、実際には要求負荷Ｌおよび機関回転数により定まる。
【００２８】
図２は要求負荷ＬがＬ１  （図３）よりも小さいとき、即ち圧縮行程末期においてのみ燃料噴射Ｑ２が行われる場合を示している。図２に示されるようにピストン４の頂面上にはキャビティ４ａが形成されており、要求負荷ＬがＬ１  よりも低いときには燃料噴射弁６からキャビティ４ａの底壁面に向けて圧縮行程末期に燃料が噴射される。この燃料はキャビティ４ａの周壁面により案内されて点火栓７に向かい、それによって点火栓７の周りに混合気Ｇが形成される。次いでこの混合気Ｇは点火栓７により着火せしめられる。
【００２９】
一方、前述したように要求負荷ＬがＬ１  とＬ２  との間にあるときには二回に分けて燃料噴射が行われる。この場合、吸気行程初期に行われる第１回目の燃料噴射Ｑ１によって燃焼室５内に稀薄混合気が形成される。次いで圧縮行程末期に行われる第２回目の燃料噴射Ｑ２によって点火栓７周りに最適な濃度の混合気が形成される。この混合気が点火栓７により着火せしめられ、この着火火炎によって稀薄混合気が燃焼せしめられる。
【００３０】
一方、要求負荷ＬがＬ２  よりも大きいときには図３に示されるように燃焼室５内にはリーン又は理論空燃比又はリッチ空燃比の均一混合気が形成され、この均一混合気が点火栓７により着火せしめられる。
次に図４を参照しつつまず初めに本発明による未燃ＨＣの低減方法について概略的に説明する。なお、図４において横軸はクランク角を示しており、ＢＴＤＣおよびＡＴＤＣは夫々上死点前および上死点後を示している。
【００３１】
図４（Ａ）は本発明による方法によって特に未燃ＨＣを低減する必要のない場合であって要求負荷ＬがＬ１  よりも小さいときの燃料噴射時期を示している。図４（Ａ）に示されるようにこのときには圧縮行程末期に主燃料Ｑｍのみが噴射され、このとき排気制御弁２４は全開状態に保持されている。
これに対し、本発明による方法によって未燃ＨＣを低減する必要がある場合には排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、更に図４（Ｂ）に示されるように機関出力を発生させるための主燃料Ｑｍの噴射に加え、膨張行程中に、図４（Ｂ）に示される例では圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°付近において副燃料Ｑａが追加噴射される。なおこの場合、主燃料Ｑｍの燃焼後、副燃料Ｑａを完全に燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室５内に残存するように主燃料Ｑｍは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図４（Ａ）と図４（Ｂ）とは機関負荷と機関回転数が同一であるときの燃料噴射期間を示しており、従って機関負荷と機関回転数が同一である場合には図４（Ｂ）に示される場合の主燃料Ｑｍの噴射量の方が図４（Ａ）に示される場合の主燃料Ｑｍの噴射量に比べて増量せしめられている。
【００３２】
図５は機関排気通路の各位置における排気ガス中の未燃ＨＣの濃度（ｐｐｍ  ）の一例を示している。図５に示す例において黒三角は排気制御弁２４を全開にした状態で図４（Ａ）に示す如く圧縮行程末期において主燃料Ｑｍを噴射した場合の排気ポート１１出口における排気ガス中の未燃ＨＣの濃度（ｐｐｍ  ）を示している。この場合には排気ポート１１出口における排気ガス中の未燃ＨＣの濃度は６０００ｐｐｍ  以上の極めて高い値となる。
【００３３】
一方、図５に示す例において黒丸および実線は排気制御弁２４をほぼ全閉とし、図４（Ｂ）に示されるように主燃料Ｑｍおよび副燃料Ｑａを噴射した場合の排気ガス中の未燃ＨＣの濃度（ｐｐｍ  ）を示している。この場合には排気ポート１１出口における排気ガス中の未燃ＨＣの濃度は２０００ｐｐｍ  以下となり、排気制御弁２４の付近においては排気ガス中の未燃ＨＣの濃度は１５０ｐｐｍ  程度まで減少する。従ってこの場合には大気中に排出される未燃ＨＣの量が大巾に低減せしめられることがわかる。
【００３４】
このように排気制御弁２４上流の排気通路内において未燃ＨＣが減少するのは未燃ＨＣの酸化反応が促進されているからである。しかしながら図５の黒三角で示されるように排気ポート１１出口における未燃ＨＣの量が多い場合、即ち燃焼室５内での未燃ＨＣの発生量が多い場合にはたとえ排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進しても大気中に排出される未燃ＨＣの量はさほど低減しない。即ち、排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進することによって大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減しうるのは図５の黒丸で示されるように排気ポート１１出口における未燃ＨＣの濃度が低いとき、即ち燃焼室５内での未燃ＨＣの発生量が少ないときである。
【００３５】
このように大気中に排出される未燃ＨＣの量を低減させるためには燃焼室５内での未燃ＨＣの発生量を低下させかつ排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進させるという二つの要求を同時に満たす必要がある。そこでまず初めに２番目の要求、即ち排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進させることから説明する。
【００３６】
本発明によれば大気中に排出される未燃ＨＣの量を低減すべきときには排気制御弁２４がほぼ全閉とされる。このように排気制御弁２４がほぼ全閉にされると排気ポート１１内、排気マニホルド１９内および排気制御弁２４上流の排気管２１内の圧力、即ち背圧はかなり高くなる。
背圧が高くなるということは燃焼室５内から排気ポート１１内に排気ガスが排出されたときに排気ガスの圧力がさほど低下せず、従って燃焼室５から排出された排気ガス温もさほど低下しないことを意味している。従って排気ポート１１内に排出された排気ガス温はかなり高温に維持されている。一方、背圧が高いということは排気ガスの密度が高いことを意味しており、排気ガスの密度が高いということは排気ポート１１から排気制御弁２４に至る排気通路内における排気ガスの流速が遅いことを意味している。従って排気ポート１１内に排出された排気ガスは高温のもとで長時間に亘り排気制御弁２４上流の排気通路内に滞留することになる。
【００３７】
このように排気ガスが高温のもとで長時間に亘り排気制御弁２４上流の排気通路内に滞留せしめられるとその間に未燃ＨＣの酸化反応が促進される。この場合、本発明者による実験によると排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進するためには排気ポート１１出口における排気ガス温をほぼ７５０℃以上、好ましくは８００℃以上にする必要があることが判明している。
【００３８】
また、高温の排気ガスが排気制御弁２４上流の排気通路内に滞留している時間が長くなればなるほど未燃ＨＣの低減量は増大する。この滞留時間は排気制御弁２４の位置が排気ポート１１出口から離れれば離れるほど長くなり、従って排気制御弁２４は排気ポート１１出口から未燃ＨＣを十分に低減するのに必要な距離を隔てて配置する必要がある。本発明者による実験によると未燃ＨＣを十分に低減するためには排気ポート１１出口から排気制御弁２４までの距離を１メートル以上とすることが好ましいことが判明している。
【００３９】
ところで未燃ＨＣの酸化作用は排気ガス温が高いほど促進され、従って排気ガスは排気ガス温が高い領域にできるだけ滞留させておくことが好ましい。そのために本発明では排気マニホルド枝管１９ａを連通管２０により互いに連通せしめるようにしている。
即ち、通常の内燃機関では排気弁１０が開弁したときに燃焼室５内の既燃ガスをできるだけ早く燃焼室５内から排出させるために排気脈動を利用している。即ち、内燃機関では排気弁１０が開弁すると排気ポート１１内に一時的に大きな正圧が発生し、この正圧は排気マニホルド１９の集合部で反射し、今度は負圧の形で排気ポート１１内に戻ってくる。排気ポート１１内が負圧になると燃焼室５内から既燃ガスが急速に排出される。従って通常の内燃機関では最適な時期に負圧が排気ポート１１内に発生するように排気マニホルド枝管１９ａの寸法が設定されている。この場合、もし図１に示すような連通管２０を設けると排気ポート１１内に発生する負圧が弱くなり、即ち排気脈動が低減し、斯くして燃焼室５内から急速に既燃ガスを排出しえなくなる。そこで通常内燃機関ではこのような連通管２０を設けていない。
【００４０】
ところが本発明では未燃ＨＣの酸化反応の促進を目的としており、従って燃焼室５から排出された排気ガスは排気ガス温が高い状態に維持されている排気ポート１１内および排気マニホルド１９内においてできるだけ長い時間滞留することが好ましい。そのために本発明による実施例では各排気マニホルド１９ａを連通管１９ａにより互いに連通せしめるようにしている。即ち、各排気マニホルド１９ａを連通管１９ａにより互いに連通すると排気ガスは高温状態で排気ポート１１内および排気マニホルド１９内を比較的ゆっくりと流れる。その結果、排気ガスは長い時間に亘って高温状態に維持され、斯くして未燃ＨＣの酸化反応が促進されることになる。
【００４１】
一方、前述したように排気通路内における未燃ＨＣの酸化反応を促進するためには排気ポート１１出口における排気ガス温をほぼ７５０℃以上、好ましくは８００℃以上にする必要がある。また、大気中に排出される未燃ＨＣの量を低減するためには前述した１番目の要求を満たさなければならない。即ち燃焼室５内での未燃ＨＣの発生量を低下させる必要がある。そのために本発明では機関出力を発生するための主燃料Ｑｍに加え、主燃料Ｑｍの噴射後に副燃料Ｑａを追加噴射して副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せしめるようにしている。
【００４２】
即ち、副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せしめると副燃料Ｑａの燃焼時に主燃料Ｑｍの燃え残りである多量の未燃ＨＣが燃焼せしめられる。また、この副燃料Ｑａは高温ガス中に噴射されるので副燃料Ｑａは良好に燃焼せしめられ、従って副燃料Ｑａの燃え残りである未燃ＨＣはさほど発生しなくなる。斯くして最終的に燃焼室５内で発生する未燃ＨＣの量はかなり少なくなる。
【００４３】
また、副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せしめると主燃料Ｑｍ自身および副燃料Ｑａ自身の燃焼による発熱に加え、主燃料Ｑｍの燃え残りである未燃ＨＣの燃焼熱が追加的に発生するので燃焼室５内の既燃ガス温はかなり高くなる。このように主燃料Ｑｍに加え副燃料Ｑａを追加噴射して副燃料Ｑａを燃焼させることにより燃焼室５内で発生する未燃ＨＣの量を低減しかつ排気ポート１１出口における排気ガス温を７５０℃以上、好ましくは８００℃以上にすることができる。
【００４４】
このように本発明では副燃料Ｑａを燃焼室５内で燃焼せしめる必要があり、そのためには副燃料Ｑａの燃焼時に燃焼室５内に十分な酸素が残存していることが必要であり、しかも噴射された副燃料Ｑａが燃焼室５内で良好に燃焼せしめられる時期に副燃料Ｑａを噴射する必要がある。
そこで本発明では副燃料Ｑａの燃焼時に燃焼室５内に十分な酸素が残存しうるように主燃料Ｑｍは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図２に示される成層燃焼式内燃機関において噴射された副燃料Ｑａが燃焼室５において良好に燃焼せしめられる噴射時期は図４において矢印Ｚで示される圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）ほぼ５０°からほぼ９０°の膨張行程であり、従って図２に示される成層燃焼式内燃機関においては副燃料Ｑａは圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）ほぼ５０°からほぼ９０°の膨張行程において噴射される。なお、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）ほぼ５０°からほぼ９０°の膨張行程において噴射された副燃料Ｑａは機関の出力の発生には寄与しない。
【００４５】
ところで本発明者による実験によると図２に示される成層燃焼式内燃機関では副燃料Ｑａが圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°付近において噴射されたときに大気中に排出される未燃ＨＣの量は最も少なくなる。従って本発明による実施例では図４（Ｂ）に示されるように副燃料Ｑａの噴射時期はほぼ圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°付近とされる。
【００４６】
副燃料Ｑａの最適な噴射時期は機関の型式によって異なり、例えばディーゼル機関では副燃料Ｑａの最適な噴射時期は膨張行程中か又は排気行程中となる。従って本発明では副燃料Ｑａの燃料噴射は膨張行程中又は排気行程中に行われる。一方、燃焼室５内の既燃ガス温は主燃料Ｑｍの燃焼熱と副燃料Ｑａの燃焼熱の双方の影響を受ける。即ち、燃焼室５内の既燃ガス温は主燃料Ｑｍの噴射量が増大するほど高くなり、副燃料Ｑａの噴射量が増大するほど高くなる。更に、燃焼室５内の既燃ガス温は背圧の影響を受ける。即ち、背圧が高くなるほど燃焼室５から既燃ガスが流出しにくくなるために燃焼室５内に残留する既燃ガス量が多くなり、斯くして排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられると燃焼室５内の既燃ガス温が上昇せしめられる。
【００４７】
ところで排気制御弁２４がほぼ閉弁せしめられ、それによって背圧が高くなると機関の発生トルクが最適な要求発生トルクに対して減少する。そこで本発明による実施例では図４（Ｂ）に示されるように排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられたときには図４（Ａ）に示されるように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場合に比べて主燃料Ｑｍの噴射量が増量せしめられる。なお、本発明による実施例では排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられたときにはそのときの機関の発生トルクが同一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに一致するように主燃料Ｑｍが増量される。
【００４８】
図６は要求負荷Ｌに対して機関の要求発生トルクを得るのに必要な主燃料Ｑｍの変化を示している。なお、図６において実線は排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられた場合を示しており、破線は排気制御弁２４が全開せしめられた場合を示している。
一方、図７は排気制御弁２４をほぼ全閉せしめた場合において排気ポート１１出口における排気ガス温をほぼ７５０℃からほぼ８００℃にするのに必要な主燃料Ｑｍと副燃料Ｑａの関係を示している。前述したように主燃料Ｑｍを増量しても燃焼室５内の既燃ガス温は高くなり、副燃料Ｑａを増量しても燃焼室５内の既燃ガス温は高くなる。従って排気ポート１１出口における排気ガス温をほぼ７５０℃からほぼ８００℃にするのに必要な主燃料Ｑｍと副燃料Ｑａとの関係は図７に示されるように主燃料Ｑｍを増大すれば副燃料Ｑａは減少し、主燃料Ｑｍを減少すれば副燃料Ｑａは増大する関係となる。
【００４９】
ただし、主燃料Ｑｍおよび副燃料Ｑａを同一量増大した場合には副燃料Ｑａを増量した場合の方が主燃料Ｑｍを増量した場合に比べて燃焼室５内の温度上昇量がはるかに大きくなる。従って燃料消費量の低減という観点からみると副燃料Ｑａを増大させることによって燃焼室５内の既燃ガス温を上昇させることが好ましいと言える。
【００５０】
従って本発明による実施例では排気制御弁２４をほぼ全閉せしめたときに機関の発生トルクを要求発生トルクまで上昇させるのに必要な分だけ主燃料Ｑｍを増量し、主として副燃料Ｑａの燃焼熱によって燃焼室５内の既燃ガス温を上昇させるようにしている。
このように排気制御弁２４をほぼ全閉せしめ、排気ポート１１出口における排気ガスをほぼ７５０℃以上、好ましくはほぼ８００℃以上とするのに必要な量の副燃料Ｑａを噴射すると排気ポート１１から排気制御弁２４に至る排気通路内において未燃ＨＣの濃度を大巾に減少することができる。このとき排気ポート１１から排気制御弁２４に至る排気通路内において図５に示されるように未燃ＨＣの濃度をほぼ１５０ｐ．ｐ．ｍ  程度まで低下させるには排気制御弁２４上流の排気通路内の圧力をゲージ圧でもってほぼ８０ＫＰａ  以上にする必要がある。このときの排気制御弁２４による排気通路断面積の閉鎖割合はほぼ９５パーセント以上である。従って図１に示される実施例では大気中への未燃ガスの排出量を大巾に低減すべきときには背圧がほぼ８０ＫＰａ  となるように排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられる。
【００５１】
内燃機関において多量の未燃ＨＣが発生するのは燃焼室５内の温度が低いときである。燃焼室５内の温度が低いときは機関の始動および暖機運転時であり、従って機関の始動および暖機運転時に多量の未燃ＨＣが発生することになる。このように燃焼室５内の温度が低いときにはたとえ排気通路内に酸化機能を有する触媒２２を配置しておいても触媒温度が低く触媒２２が活性化していないのでこのときに発生する多量の未燃ＨＣを触媒２２により酸化させることは困難である。
【００５２】
そこで本発明による実施例では機関の始動および暖機運転時には触媒２２が活性化するまで排気制御弁２４をほぼ全閉せしめ、主燃料Ｑｍを増量すると共に副燃料Ｑａを追加噴射し、それによって大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減せしめるようにしている。
図８は機関始動および暖機運転時における主燃料Ｑｍの変化の一例および排気制御弁２４の開度を示している。なお、図８において実線Ｘは排気制御弁２４をほぼ全閉にした場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射量を示しており、破線Ｙは排気制御弁２４を全開にした場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射量を示している。図８からわかるように機関始動および暖機運転時には排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁２４が全開せしめられた場合の最適な主燃料Ｑｍの噴射量Ｙよりも主燃料Ｑｍの噴射量Ｘが増量せしめられ、更に副燃料Ｑａが追加噴射される。
【００５３】
図９は運転制御ルーチンを示している。
図９を参照するとまず初めにステップ１００において触媒２２が活性化したことを示す暖機完了フラグがセットされているか否かが判別される。暖機完了フラグがセットされていないとき、即ち触媒２２が活性化していないときにはステップ１０１に進んで排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられる。このとき排気制御弁２４の開度は圧力センサ３３の出力信号に基づいて背圧が８０ＫＰａ  となるようにフィードバック制御される。次いでステップ１０２では主燃料Ｑｍの噴射量が図８に示されるＸとなるように制御される。次いでステップ１０３では副燃料Ｑａの噴射制御が行われる。次いでステップ１０４では温度センサ３４の出力信号に基づいて触媒２２の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｏ、例えば２５０℃を越えたか否かが判別され、Ｔｃ＞Ｔｏとなったときにはステップ１０５に進んで暖機完了フラグがセットされる。
【００５４】
暖機完了フラグがセットされると、即ち触媒２２が活性化するとステップ１００からステップ１０６に進んで排気制御弁２４が全開せしめられ、次いでステップ１０７に進んで主燃料Ｑｍの噴射制御が行われる。このとき副燃料Ｑａの噴射は行われない。
図１０に別の実施例を示す。
【００５５】
この実施例では各連通管２０内にアクチュエータ６１によって制御される開閉弁６０が配置される。この開閉弁６０は排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられたときに全開せしめられ、排気制御弁２４が全開したときに全閉せしめられる。従って排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられたときには排気脈動が弱められるために未燃ＨＣの酸化作用が促進され、排気制御弁２４が全開せしめられたときには排気脈動により燃焼室５内の既燃ガスが急速に排出される。
【００５６】
次に触媒２２の上流に更に別の触媒６２を配置した場合について説明する。
即ち、図１１に示す例では各排気マニホルド枝管１９ａ内に夫々触媒６２が配置されている。
一方、図１２（Ａ）に示す例では点火順序が１−３−４−２とされており、図１２（Ａ）に示されるように点火順序が一つおきの気筒＃１，＃４の排気ポート１１は共通の第１の排気マニホルド６３に連結され、点火順序が一つおきの残りの気筒＃２，＃３の排気ポート１１は共通の第２の排気マニホルド６４に連結される。第１の排気マニホルド６３の集合部は触媒６２を収容した第１の触媒コンバータ６５に連結され、第２の排気マニホルド６４の集合部は触媒６２を収容した第２の触媒コンバータ６６に連結される。第１の触媒コンバータ６５および第２の触媒コンバータ６６は共通の排気管６７を介して排気管２１に連結される。
【００５７】
図１２（Ｂ）に示される例では全気筒＃１，＃２，＃３，＃４に対し共通の排気マニホルド１９の出口に触媒６２を収容した触媒コンバータ６８が連結され、この触媒コンバータ６８は排気管２１に連結される。
これらの例では触媒６２として酸化触媒又は三元触媒が用いられており、触媒２２として酸化触媒、三元触媒又はＮＯｘ  吸収剤が用いられている。ＮＯｘ  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ＮＯｘ  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ＮＯｘ  を放出する機能を有する。
【００５８】
このＮＯｘ  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なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。
【００５９】
このように触媒２２の上流に触媒６２を配置すると、触媒２２が活性化するまでの間、即ち排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられている間、未燃ＨＣの酸化反応を触媒６２によって更に促進することができ、触媒２２が活性化して排気制御弁２４が全開せしめられると未燃ＨＣの大部分が触媒６２によって酸化されることなく触媒２２に送り込まれ、触媒２２における未燃ＨＣの酸化作用によって触媒２２を活性化状態に維持することができるようになる。次にこのことについて図１３から図１５を参照しつつ説明する。
【００６０】
図１３は図１１および図１２（Ａ），（Ｂ）に示される触媒２２の触媒反応活性化状態を表している。なお、図１３において縦軸Ｔｃは触媒２２の温度を示しており、横軸ＳＶは空間速度（＝単位時間当りの排気ガスの体積流量／触媒の体積）を示している。また、Ｔｏは触媒２２の活性化温度を示しており、曲線Ｋは触媒２２の触媒反応が活性化する触媒反応活性化限界を示している。即ち、触媒反応活性化限界Ｋよりも上方の領域Ｉは触媒反応が活性化する触媒反応活性化領域を示しており、触媒反応活性化限界Ｋよりも下方の領域ＩＩは触媒反応が行われない触媒反応不活性領域を示している。また、Ｒ３０，Ｒ５０，Ｒ９０は触媒２２による排気ガス中の還元成分の浄化率が夫々３０％，５０％，９０％である場合を示している。
【００６１】
空間速度ＳＶが大きくなるということは触媒２２内を流れる排気ガスの流速が速くなることを意味しており、従って空間速度ＳＶが大きくなるほど触媒２２に対する排気ガスの接触時間が短かくなる。一方、触媒２２は空間速度ＳＶとは無関係に活性化温度Ｔｏに達すれば活性化する。しかしながら触媒２２が活性化温度Ｔｏになっても空間速度ＳＶが大きくなると触媒２２に対する排気ガスの接触時間が短かくなるために触媒反応は行われなくなる。この場合、触媒２２の温度Ｔｃが高くなれば触媒反応が行われる。従って触媒反応活性化限界Ｋは図１３に示されるようになる。
【００６２】
一方、触媒２２の温度Ｔｃが触媒反応活性化温度限界Ｋに対して高くなればなるほど触媒反応は活発となり、従って触媒２２の温度Ｔｃが高くなればなるほど排気ガス中の還元成分の浄化率が高くなる。従って排気ガス中の還元成分の各浄化率Ｒ３０，Ｒ５０，Ｒ９０は図１３に示されるようになる。
ところで図１３からわかるように排気ガス温が低い運転状態においても、即ち触媒２２の温度Ｔｃが低いときであっても触媒２２を触媒反応活性化領域Ｉ内に維持しておくためには触媒２２内を流れる排気ガスの空間速度ＳＶを小さくしなければならず、そのためには触媒２２を大きくしなければならない。ところが触媒２２を大きくすると触媒２２をエンジンルーム内に配置するのが困難となり、斯くして触媒２２はエンジンから離れた車両本体の床下に配置せざるを得なくなる。しかしながら触媒２２をエンジンから離れた位置に配置すると触媒２２内を流れる排気ガス温が低くなり、その結果触媒２２を触媒反応活性化領域Ｉ内に維持するのが困難となる。
【００６３】
この場合、触媒２２を触媒反応活性化領域Ｉ内に維持するためには触媒２２の温度Ｔｃを上昇させる必要があり、そのための最も適切な方法は排気ガス中の還元成分を触媒２２において酸化せしめ、そのとき発生する酸化反応熱によって触媒２２を高温に保持する方法である。
一方、機関始動後暫らくの間は触媒２２の温度Ｔｃはかなり低く、このときには触媒２２における排気ガス中の還元成分の酸化作用は期待できない。そこでこの実施例では図１１および図１２（Ａ），（Ｂ）に示されるようにエンジンの近くに触媒６２を配置し、機関始動後暫らくの間はこの触媒６２において未燃ＨＣ，ＣＯのような排気ガス中の還元成分を酸化させるようにしている。
【００６４】
しかしながら機関の運転中、触媒６２において排気ガス中の還元成分を酸化させ続けると触媒２２内に流入する排気ガス中の還元成分の量が減少し、その結果触媒２２において十分な酸化反応熱が発生しなくなるために触媒２２を触媒反応活性化領域Ｉ内に維持しておくのが困難となる。即ち、触媒２２が多量の還元成分を必要とするときには触媒６２における還元成分の酸化作用を抑制する必要がある。
【００６５】
また、前述したように触媒２２としてＮＯｘ  吸収剤を用いた場合にはＮＯｘ  吸収剤からＮＯｘ  を放出すべきときに燃焼室５内における空燃比がリッチとされ、多量の未燃ＨＣ，ＣＯ、即ち多量の還元成分が燃焼室５から排出される。この場合、この多量の還元成分が触媒６２によって酸化せしめられるとＮＯｘ  吸収剤からＮＯｘ  を放出しえなくなる。即ち、この場合にも触媒２２が多量の還元成分を必要とするときには触媒６２における還元成分の酸化作用を抑制する必要がある。
【００６６】
そこでこの実施例では、排気ガス中の還元成分を触媒６２で主に酸化させるべきときには触媒６２における排気ガス中の還元成分の酸化割合を増大させ、排気ガス中の還元成分を触媒２２で主に酸化させるべきときには触媒６２における排気ガス中の還元成分の酸化割合を減少させるようにしている。
即ち、図１４において（１）は機関低負荷運転時における排気ポート１１出口付近での排気ガスの流速の変化を示しており、（２）は機関高負荷運転時における排気ポート１１出口付近での排気ガスの流速の変化を示している。また、図１４において（３）は機関低負荷運転時における触媒２２内での排気ガスの流速の変化を示しており、（４）は機関高負荷運転時における触媒２２内での排気ガスの流速の変化を示している。
【００６７】
排気弁１０が開弁すると燃焼室５内から排気ポート１１内に排気ガスが一気に噴出し、従って図１４（１），（２）に示されるように排気ポート１１出口付近における排気ガスの流速は排気弁１０が開弁する毎に一時的に高くなる。この場合、機関負荷が高くなるほど燃焼室５内の既燃ガスの圧力が高くなるので排気ポート１１出口付近における排気ガスの流速は図１４（２）に示される高負荷運転時のほうが図１４（１）に示される低負荷運転時よりもかなり速くなる。一方、排気通路内を流れる間に排気ガスのピーク値は次第に低くなり、また各排気ポート１１から流出した排気ガスは互いに合流して触媒２２内に流入するので触媒２２内における排気ガスの流速は図１４（３），（４）に示されるようになる。
【００６８】
一方、図１４（３），（４）においてＫは図１３に示される触媒反応活性化限界を示している。排気ガスの流速がこの触媒反応活性化限界Ｋよりも高くなると図１３に示される触媒反応不活性領域ＩＩとなり、従って触媒２２における排気ガス中の還元成分の酸化作用が中断される。図１４（３），（４）では排気ガスの流速は常に触媒反応活性化限界Ｋよりも低く、従って常に排気ガス中の還元成分の酸化作用が行われている。本発明による実施例では暖機が完了すると通常、触媒反応活性化限界Ｋは図１４（３），（４）に示されるような位置となる。
【００６９】
一方、触媒２２と寸法および構造が全く同一の触媒を触媒６２として用い、この触媒６２を図１１に示す例と同じ様に夫々排気マニホルド１９の各枝管１９ａ内に配置したとすると、この場合には各触媒６２に対する触媒反応活性化限界Ｋが図１４（１），（２）に示されるようになる。即ち、この場合には触媒６２の方が触媒２２よりもはるかに高温となるので触媒反応活性化限界Ｋは図１４（３）に示す場合に比べて図１４（１）に示す場合の方が高くなり、図１４（４）に示す場合に比べて図１４（２）に示す場合の方が高くなる。
【００７０】
本発明による実施例では図１１に示されるように触媒６２の体積を触媒２２の体積よりもかなり小さくすることによって図１４（１），（２）に示されるように触媒反応活性化限界ＫをΔＫ，ΔＫ′だけ大巾に低下させるようにしている。即ち、触媒６２の体積を小さくすると触媒６２に対する排気ガスの接触時間が短かくなる。触媒６２に対する排気ガスの接触時間が短かくなると排気ガスの流速が遅くならなければ触媒６２における触媒反応が行われず、斯くして触媒６２の体積を小さくすると図１４（１），（２）に示されるように触媒反応活性化限界Ｋが低下することになる。
【００７１】
図１５（１）および（２）に示す実線は触媒６２の体積を触媒２２の体積よりもかなり小さくした場合の図１４（１）および（２）の拡大図を夫々示している。この場合には前述したように触媒反応活性化限界Ｋが低下する。また、図１５（１）および（２）には排気ガス中の還元成分の浄化率が５０％となるラインも示されている。
【００７２】
図１５（１），（２）において排気ガスの流速が触媒反応活性化限界Ｋを越えたときには排気ガス中の還元成分の酸化作用は行われず、従ってこのときには排気ガス中の還元成分は触媒６２を素通りする。一方、排気ガスの流速が触媒反応活性化限界Ｋよりも低くなると排気ガス中の還元成分の酸化作用が行われる。ただしこの場合、排気ガスの流速が低くなるほど排気ガス中の還元成分の酸化作用が促進され、従って排気ガスの流速が低くなるほど排気ガス中の還元成分の浄化率が高くなる。
【００７３】
このように触媒２２に比べてかなり体積の小さな触媒６２を図１１に示されるように排気マニホルド１９の各枝管１９ａ内に配置するとかなりの量の排気ガス中の還元成分が触媒６２を素通りし、従ってかなりの量の排気ガス中の還元成分が触媒２２内に送り込まれることになる。なお、図１５（１）および（２）を比較するとわかるように図１５（２）に示される機関高負荷運転時の方が図１５（１）に示される機関低負荷運転時に比べて触媒６２を素通りする還元成分の量が増大する。
【００７４】
一方、本発明による実施例では触媒６２による排気ガス中の還元成分の浄化率を高くすべきときには排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、開閉弁６０が全開せしめられる。具体的に云うと本発明による実施例ではこのとき排気制御弁２４によって排気管２３の流路面積のほぼ９５％が閉鎖され、このとき排気マニホルド１９内および排気管２１内の圧力、即ち背圧はほぼ８０ＫＰａ  となる。即ち、このとき背圧は大気圧のほぼ２倍となる。
【００７５】
このように背圧が大気圧のほぼ２倍になると燃焼室５内から排気ポート１１内への排気ガスの流出速度が低下する。また背圧が大気圧のほぼ２倍になると排気ガスの密度が高くなり、従って排気通路内を流れる排気ガスの流速も低下する。更にこのとき開閉弁６０が全開しているので排気脈動が弱められ、排気ポート１１および排気マニホルド枝管１９ａ内を流れる排気ガスの流速が低下せしめられる。従ってこのときには触媒６２を通過する排気ガスの流速は図１５（１）において破線で示されるように常に触媒反応活性化限界Ｋよりも低くなる。その結果、このときには排気ガス中の還元成分の大部分が触媒６２において酸化せしめられ、少量の還元成分が触媒６２を通り過ぎて触媒２２内に流入する。
【００７６】
このように排気制御弁２４を全開にし、開閉弁６０を全閉にすると図１５（１）において実線で示されるように排気ガスの流速が速くなり、排気ガス中に含まれるかなりの量の還元成分が触媒６２を素通りして触媒２２内に送り込まれ、排気制御弁２４をほぼ全閉せしめ、開閉弁６０を全開せしめると図１５（１）において破線で示されるように排気ガス中に含まれる大部分の還元成分が触媒６２において酸化せしめられる。
【００７７】
ところで機関の運転が開始されてから暫らくの期間は通常、低負荷運転が行われ、このとき触媒２２の温度は低くなっている。従ってこのときには触媒２２による排気ガス中の還元成分の酸化作用、即ち未燃ＨＣ，ＣＯの浄化作用はほとんど期待できない。従って本発明による実施例では機関の運転が開始されてから触媒２２が活性化するまでの間において低負荷運転が行われたときには排気制御弁２４がほぼ全閉せしめられ、開閉弁６０が全開せしめられる。このとき触媒６２内を流れる排気ガスの流速は図１５（１）において破線で示されるように遅くなり、斯くして排気ガス中に含まれるかなりの量の未燃ＨＣ，ＣＯが触媒６２において浄化せしめられる。
【００７８】
次いで触媒２２が活性化すると排気制御弁２４は全閉せしめられ、開閉弁６０は全閉せしめられる。このときには図１５（１），（２）の実線からわかるように排気ガス中に含まれるかなりの量の未燃ＨＣ，ＣＯが触媒６２を素通りして触媒２２内に流入する。その結果、触媒２２において多量の未燃ＨＣ，ＣＯが酸化せしめられるために触媒２２内において多量の酸化反応熱が発生し、斯くして触媒２２は触媒反応活性化状態に保持される。図１３において鎖線で囲まれた領域Ｍは、本発明による実施例において触媒２２が通常とりうる範囲、即ち触媒２２の使用領域を示している。
【００７９】
【発明の効果】
大気中に排出される未燃ＨＣの量を大巾に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃焼室の側面断面図である。
【図３】噴射量、噴射時期および空燃比を示す図である。
【図４】噴射時期を示す図である。
【図５】未燃ＨＣの濃度を示す図である。
【図６】主燃料の噴射量を示す図である。
【図７】主燃料の噴射量と副燃料の噴射量との関係を示す図である。
【図８】主燃料の噴射量と排気制御弁の開度を示す図である。
【図９】運転制御を行うためのフローチャートである。
【図１０】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図１１】触媒の配置の一例を示す内燃機関の全体図である。
【図１２】触媒の配置の他の例を示す内燃機関の全体図である。
【図１３】触媒反応活性化領域を示す図である。
【図１４】排気ガスの流速変化を示す図である。
【図１５】排気ガスの流速変化を示す図である。
【符号の説明】
１９…排気マニホルド
２０…連通管
２２…触媒
２４…排気制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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