(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に供給される不活性ガスの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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの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の量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り換えられる内燃機関において、前記第１の燃焼が行われるときには常に、圧縮上死点付近における主噴射に加え、前記主噴射と異なるタイミングで更なる噴射を行うようにした内燃機関。
【請求項２】
前記更なる噴射を行うことにより排気空燃比を筒内空燃比よりも濃くするようにした請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
触媒を備えた排気ガス再循環通路を有する内燃機関において前記第１の燃焼時に前記更なる噴射を行うようにした請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
燃焼室内に供給される不活性ガスの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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの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の量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り換えられる内燃機関において、前記第１の燃焼が行われるときに、圧縮上死点付近における主噴射に加え、前記主噴射と異なるタイミングで更なる噴射を行うようにした内燃機関であって、
前記第１の燃焼が行われるときに、空燃比が濃くなるほど主噴射量を減少させると共に前記更なる噴射の噴射量を増加させるようにした内燃機関。
【請求項５】
燃焼室内に供給される不活性ガスの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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの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の量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り換えられる内燃機関において、前記第１の燃焼が行われるときに、圧縮上死点付近における主噴射に加え、前記主噴射と異なるタイミングで更なる噴射を行うようにした内燃機関であって、
負荷が低いほど前記更なる噴射の噴射量を増加させるようにした内燃機関。
【請求項６】
燃焼室内に供給される不活性ガスの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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの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の量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り換えられる内燃機関において、前記第１の燃焼が行われるときに、圧縮上死点付近における主噴射に加え、前記主噴射と異なるタイミングで更なる噴射を行うようにした内燃機関であって、
前記第１の燃焼時に前記更なる噴射を前記主噴射直前の圧縮行程末期に行うと共に、前記第２の燃焼時にも前記主噴射直前の圧縮行程末期に更なる噴射を行い、前記第１の燃焼時の更なる噴射を前記第２の燃焼時の更なる噴射よりも進角させるようにした内燃機関。
【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、燃焼室内に供給される不活性ガスの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不活性ガスの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り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの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の量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り換えられる内燃機関が知られている。この種の内燃機関の例としては、例えば特開平１１−９３７４８号公報に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼が行われるときの空燃比は、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼が行われるときの空燃比よりも濃くなっている。つまり、第１の燃焼時には、第２の燃焼時に比べて酸素濃度が不足している。そのため、第１の燃焼時には、第２の燃焼時に比べて燃焼が不安定になっている。ところが、特開平１１−１０７８６１号公報には、第１の燃焼時に第２の燃焼時に比べて燃焼が不安定になってしまうのを抑制する方法について開示されていない。従って、特開平１１−１０７８６１号公報に記載された内燃機関では、第１の燃焼時に第２の燃焼時に比べて燃焼が不安定になってしまうのを抑制することができない。
【０００４】
前記問題点に鑑み、本発明は第１の燃焼時に第２の燃焼時に比べて燃焼が不安定になってしまうのを抑制することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼室内に供給される不活性ガスの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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの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の量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り換えられる内燃機関において、前記第１の燃焼が行われるときには常に、圧縮上死点付近における主噴射に加え、前記主噴射と異なるタイミングで更なる噴射を行うようにした内燃機関が提供される。
【０００６】
請求項１に記載の内燃機関では、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼が行われるときには常に、圧縮上死点付近における主噴射に加え、主噴射と異なるタイミングで更なる噴射が行われる。第１の燃焼時には、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼時に比べて酸素濃度が不足しているものの、主噴射と異なるタイミングで更なる噴射が行われることにより、過酸化物が生成される。そのため、その過酸化物により酸素濃度不足が補われる。それゆえ、第１の燃焼時に、酸素濃度不足に伴って第２の燃焼時に比べて燃焼が不安定になってしまうのを抑制することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、前記更なる噴射を行うことにより排気空燃比を筒内空燃比よりも濃くするようにした請求項１に記載の内燃機関が提供される。
【０００８】
請求項２に記載の内燃機関では、更なる噴射を行うことにより排気空燃比が筒内空燃比よりも濃くされる。そのため、筒内空燃比を比較的薄くすることにより燃焼を安定させると共に、排気空燃比を比較的濃くすることにより、排気通路内に配置されている触媒の昇温を促進することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、触媒を備えた排気ガス再循環通路を有する内燃機関において前記第１の燃焼時に前記更なる噴射を行うようにした請求項１に記載の内燃機関が提供される。
【００１０】
請求項３に記載の内燃機関では、触媒を備えた排気ガス再循環通路を有する内燃機関において第１の燃焼時に更なる噴射が行われる。第１の燃焼時には、第２の燃焼時に比べて排気ガス再循環通路内に流入する燃料量が多くなる。排気ガス再循環通路内に流入した燃料は排気ガス再循環通路内の触媒により浄化されるが、その触媒が活性していない場合には、排気ガス再循環通路内に流入した燃料がそのまま燃焼室内に供給されてしまう。そこで、上述したように第１の燃焼時に更なる噴射が行われることにより、主噴射前に燃焼室内に供給される燃料のうち、再循環された燃料が占める割合を低下せしめることができる。その結果、排気ガス再循環通路内の触媒が活性しているか否かに応じて主噴射前に燃焼室内に供給される燃料量が大きく変動してしまうのを抑制することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、燃焼室内に供給される不活性ガスの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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの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の量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り換えられる内燃機関において、前記第１の燃焼が行われるときに、圧縮上死点付近における主噴射に加え、前記主噴射と異なるタイミングで更なる噴射を行うようにした内燃機関であって、前記第１の燃焼が行われるときに、空燃比が濃くなるほど主噴射量を減少させると共に前記更なる噴射の噴射量を増加させるようにした内燃機関が提供される。
【００１２】
請求項４に記載の内燃機関では、第１の燃焼時に、空燃比が濃くなるほど主噴射量が減少されると共に更なる噴射の噴射量が増加される。そのため、筒内空燃比が濃くなるのに伴って燃焼が不安定になってしまうのを抑制しつつ、総噴射量を一定に維持することにより出力の変動を抑制することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼室内に供給される不活性ガスの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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの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の量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り換えられる内燃機関において、前記第１の燃焼が行われるときに、圧縮上死点付近における主噴射に加え、前記主噴射と異なるタイミングで更なる噴射を行うようにした内燃機関であって、負荷が低いほど前記更なる噴射の噴射量を増加させるようにした内燃機関が提供される。
【００１４】
請求項５に記載の内燃機関では、負荷が低いほど更なる噴射の噴射量が増加される。つまり、負荷が低いほど主噴射量が少なくされると共に更なる噴射の噴射量が多くされる。そのため、燃焼が不安定になり易い低負荷時に、筒内空燃比が濃くなるのに伴って燃焼が不安定になってしまうのを抑制しつつ、総噴射量を一定に維持することにより出力の変動を抑制することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、燃焼室内に供給される不活性ガスの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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記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り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの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の量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とが選択的に切り換えられる内燃機関において、前記第１の燃焼が行われるときに、圧縮上死点付近における主噴射に加え、前記主噴射と異なるタイミングで更なる噴射を行うようにした内燃機関であって、前記第１の燃焼時に前記更なる噴射を前記主噴射直前の圧縮行程末期に行うと共に、前記第２の燃焼時にも前記主噴射直前の圧縮行程末期に更なる噴射を行い、前記第１の燃焼時の更なる噴射を前記第２の燃焼時の更なる噴射よりも進角させるようにした内燃機関が提供される。
【００１６】
請求項６に記載の内燃機関では、第１の燃焼時の主噴射直前の圧縮行程末期に行われる更なる噴射が、第２の燃焼時の主噴射直前の圧縮行程末期に行われる更なる噴射よりも進角せしめられる。主噴射の他に更なる噴射が行われることにより、更なる噴射時に生成される過酸化物によって燃焼が安定化される。一方、主噴射直前の圧縮行程末期に更なる噴射が行われると、その際に酸素が消費されるため、主噴射が行われるときに酸素が不足する傾向がある。従って、上述したように第１の燃焼時の主噴射直前の圧縮行程末期に行われる更なる噴射が、第２の燃焼時の主噴射直前の圧縮行程末期に行われる更なる噴射よりも進角せしめられることにより、つまり、第１の燃焼時に第２の燃焼時に比べて更なる噴射の噴射時期を進角させることにより、第１の燃焼時に主噴射が行われるときの酸素不足を抑制すると共に、第１の燃焼時に、更なる噴射を行うことにより、更なる噴射により生成される過酸化物によって燃焼を安定化させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
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第一の実施形態を示している。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及びインタークーラ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。また、スロットル弁２０上流の空気吸込管１７内には、吸入空気の質量流量を検出するための質量流量検出器２１が配置される。
【００１９】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド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２２内には空燃比センサ２７が配置される。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とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２９内にはステップモータ３０により駆動されるＥＧＲ制御弁３１が配置される。また、ＥＧＲ通路２９内にはＥＧＲ通路２９内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３２が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がＥＧＲ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。更に、ＥＧＲ通路２９内にはＥＧＲ通路２９内を流れるＥＧＲガスを浄化するための触媒５３が配置される。
【００２０】
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。
【００２１】
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及び出力ポート４６を具備する。質量流量検出器２１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、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の出力信号は対応するＡＤ変換器（図示せず）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。機関回転数は入力されたクランク角センサ５２からの出力信号に基づいて算出される。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、及び燃料ポンプ３５に接続される。
【００２２】
図２は機関低負荷運転時にスロットル弁２０の開度及び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、及びスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ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。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ＮＯｘ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。
【００２３】
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。尚、図示しないが図３と同様の実験結果から、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼（低温燃焼）時の燃焼圧の極大値（ピーク）は、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が少ない第２の燃焼（従来の燃焼方法による燃焼）時の燃焼圧の極大値（ピーク）よりも低いことが判っている。そのことから、第１の燃焼時の爆発に伴う機関回転むらは第２の燃焼時の爆発に伴う機関回転むらよりも小さいと言える。
【００２４】
図２及び図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１５．０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ＮＯｘの発生量がかなり低下する。ＮＯｘ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。
【００２５】
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及び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及び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。
【００２６】
図２及び図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内における燃料及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内における燃料及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。
【００２７】
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及びその周囲の温度、即ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の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ＮＯｘ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ＮＯｘ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及びその周囲のガス温度は低下し、ＮＯｘの発生量が低下する。このときＮＯｘ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ＮＯｘ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。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。
【００２８】
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及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、燃料及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。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。
【００２９】
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。この場合、燃料及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が強力となり、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。
【００３０】
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９０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示している。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。
【００３１】
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。また、図５の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。なお、図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。
【００３２】
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及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、及びこの混合ガス量中の空気の割合、及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。
【００３３】
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及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に示す実施形態では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及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ＮＯｘ発生量は１０ｐ．ｐ．ｍ  前後、又はそれ以下であり、従ってＮＯｘの発生量は極めて少量となる。
【００３４】
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及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。
【００３５】
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Ｌｏ  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Ｌｏ  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Ｌｏ  よりも大きい領域では燃料及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。
【００３６】
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Ｌo よりも大きい領域においてＥＧＲ率を５５パーセント以上、例えば７０パーセントに維持することができ、斯くして燃料及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及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。要求負荷がＬo 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。
【００３７】
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ＮＯｘ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ＮＯｘ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。
【００３８】
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ＮＯｘ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、ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。
【００３９】
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、ＮＯｘ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。
【００４０】
ところで燃焼室内における燃焼時の燃料及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形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃料及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、即ち低温燃焼を行い得るようにし、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。但し、機関中低負荷運転時であっても、機関運転状態によっては第２の燃焼が行われる。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。
【００４１】
図７は第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われ得る第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。
【００４２】
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得る。
【００４３】
このように第１の境界Ｘ（Ｎ）と第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも低負荷側の第２の境界Ｙ（Ｎ）との二つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第１の理由は、第２の運転領域ＩＩの高負荷側では比較的燃焼温度が高く、このとき要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）より低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからである。即ち、要求負荷Ｌがかなり低くなったとき、即ち第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったときでなければただちに低温燃焼が開始されないからである。第２の理由は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩ間の運転領域の変化に対してヒステリシスを設けるためである。
【００４４】
ところで機関の運転領域が第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２５としては酸化触媒を用いることができる。
【００４５】
図８は空燃比センサ２７の出力を示している。図８に示されるように空燃比センサ２７の出力電流Ｉは空燃比Ａ／Ｆに応じて変化する。従って空燃比センサ２７の出力電流Ｉから空燃比を知ることができる。
【００４６】
図９（Ａ）は第１の運転領域Ｉにおける目標空燃比Ａ／Ｆを示している。図９（Ａ）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目標空燃比が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９（Ａ）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が低くなるほど目標空燃比Ａ／Ｆがリーンとされる。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９（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれて目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。目標空燃比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形態では要求負荷Ｌが低くなるにつれて目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。
【００４７】
なお、図９（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図９（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。また、空燃比を図９（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図１０（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数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９（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが図１０（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数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。
【００４８】
更に、第１の燃焼が行われているとき、主噴射の燃料噴射量Ｑｍは要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎに基づいて算出される。この主噴射の燃料噴射量Ｑｍは図１１（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。また、主噴射の燃料噴射開始時期θＳは、圧縮上死点ＴＤＣ付近に設定されており、要求負荷Ｌが高くなるにつれて遅くなるように図１１（Ｂ）に示す要求負荷Ｌ及び機関回転数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。
【００４９】
図１２（Ａ）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Ａ／Ｆを示している。なお、図１２（Ａ）においてＡ／Ｆ＝２４，Ａ／Ｆ＝３５，Ａ／Ｆ＝４５，Ａ／Ｆ＝６０で示される各曲線は夫々目標空燃比２４，３５，４５，６０を示している。図１２（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図１２（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。また、空燃比を図１２（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図１３（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数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１２（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆ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負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。また、第２の燃焼が行われているとき、燃料噴射量Ｑは要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎに基づいて算出される。この燃料噴射量Ｑは図１４に示されるように要求負荷Ｌ及び機関回転数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。
【００５０】
次に図１５及び図１６を参照しつつ本実施形態の運転制御について説明する。図１５及び図１６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１０１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に進み、第１の燃焼（低温燃焼）が行われる。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に進み、第２の燃焼（通常燃焼、つまり、従来の燃焼方法による燃焼）が行われる。
【００５１】
ステップ１００において、フラグＩがセットされていないとき、即ち機関の運転状態が第２の運転領域ＩＩにあるときにはステップ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、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に進み、第１の燃焼が行われる。
【００５２】
ステップ１０３では図１０（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１０４では図１０（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１０５では図１１（Ａ）に示されるマップから主噴射の目標燃料噴射量Ｑｍが算出され、主噴射の燃料噴射量がこの目標燃料噴射量Ｑｍとされる。次いでステップ１０６では図１１（Ｂ）に示されるマップから主噴射の目標燃料噴射開始時期θＳが算出され、主噴射の燃料噴射開始時期がこの目標燃料噴射開始時期θＳとされる。
【００５３】
次いでステップ１０７では、排気ガスのリッチ化要求があるか否かが判断される。ＮＯのときにはステップ１０８に進み、圧縮上死点ＴＤＣ付近における主噴射の直前の圧縮行程末期の補助燃料噴射、いわゆる、パイロット噴射が行われる。一方、ＹＥＳのときにはステップ１１３に進み、圧縮上死点ＴＤＣ付近における主噴射よりも後の膨張行程中の補助燃料噴射が行われる。
【００５４】
ステップ１０８では、パイロット噴射の基本噴射量Ｑｐｂａｓｅが、要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ４２内に記憶されている図１７（Ａ）に示すマップに基づいて算出される。詳細には、パイロット噴射の基本噴射量Ｑｐｂａｓｅは、要求負荷Ｌが低くなるほど多くなり、機関回転数Ｎが高くなるほど多くなるように設定されている。次いでステップ１０９では、空燃比センサ２７の出力値に基づいてＡ／Ｆが算出される。次いでステップ１１０では、ステップ１０９において算出されたＡ／Ｆと、Ａ／Ｆと基本噴射量の補正量Ｑｐａｄｊとの関係を示した図１７（Ｂ）に示すマップとに基づき、基本噴射量の補正量Ｑｐａｄｊが算出される。詳細には、補正量Ｑｐａｄｊは空燃比が濃くなるほど多くなるように設定されている。次いでステップ１１１では、基本噴射量Ｑｐｂａｓｅとその補正量Ｑｐａｄｊとに基づいてパイロット噴射の最終噴射量Ｑｐｆｉｎが算出される（Ｑｐｆｉｎ←Ｑｐｂａｓｅ＋Ｑｐａｄｊ）。つまり、空燃比が濃くなるほどパイロット噴射の最終噴射量Ｑｐｆｉｎは多くなる。次いでステップ１１２では、図１７（Ｃ）に示されるマップからパイロット噴射の目標燃料噴射開始時期θＳｐが算出され、パイロット噴射の燃料噴射開始時期がこの目標燃料噴射開始時期θＳｐとされる。詳細には、パイロット噴射の燃料噴射開始時期θＳｐは、要求負荷Ｌが低くなるほど早くなり、機関回転数Ｎが高くなるほど早くなるように設定されている。
【００５５】
ステップ１１３では、パイロット噴射の最終噴射量Ｑｐｆｉｎが零とされる。次いでステップ１１４では、質量流量検出器２１により検出された吸入空気量Ｇａが取込まれる。次いでステップ１１５では、膨張行程噴射の噴射量Ｑａが算出される（Ｑａ←Ｇａ／１２−Ｑｍ）。
【００５６】
上述したように本実施形態では、第１の燃焼が行われるときに、圧縮上死点ＴＤＣ付近における主噴射に加え、主噴射と異なるタイミングでパイロット噴射又は膨張行程噴射が行われる。詳細には、第１の燃焼が行われるときであって排気ガスのリッチ化要求がないときには、図１８（Ａ）に示すように、まず圧縮行程末期のパイロット噴射（Ｑｐ）が行われ、次いで圧縮上死点ＴＤＣ付近の主噴射（Ｑｍ）が行われる。一方、第１の燃焼が行われるときであって排気ガスのリッチ化要求があるときには、図１８（Ｂ）に示すように、まず圧縮上死点ＴＤＣ付近の主噴射（Ｑｍ）が行われ、次いで膨張行程中の膨張行程噴射（Ｑａ）が行われる。
【００５７】
一方、ステップ１１８では図１４に示されるマップから目標燃料噴射量Ｑが算出され、燃料噴射量がこの目標燃料噴射量Ｑとされる。次いでステップ１１９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が算出される。次いでステップ１２０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１２１では質量流量検出器２１により検出された吸入空気量Ｇａが取込まれる。
【００５８】
次いでステップ１２２では燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａから実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が算出される。次いでステップ１２３では図１２（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１２４では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆよりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）Ｒ  ＞Ａ／Ｆのときにはステップ１２５に進んでスロットル開度の補正値ΔＳＴが一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ１２７へ進む。これに対して（Ａ／Ｆ）Ｒ  ≦Ａ／Ｆのときにはステップ１２６に進んで補正値ΔＳＴが一定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ１２７に進む。ステップ１２７ではスロットル弁２０の目標開度ＳＴに補正値ΔＳＴを加算することにより最終的な目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこの最終的な目標開度ＳＴとされる。即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。
【００５９】
このように第２の燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料噴射量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、燃料噴射量Ｑが増大せしめられて空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆからずれると空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。即ち、燃料噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化せしめられることになる。
【００６０】
本実施形態によれば、図１８（Ａ）又は図１８（Ｂ）に示すように、第１の燃焼が行われるとき、ステップ１０５で算出された噴射量Ｑｍの燃料が圧縮上死点付近において主噴射として噴射されるのに加え、ステップ１１１で算出された噴射量Ｑｐｆｉｎ又はステップ１１５で算出された噴射量Ｑａの燃料が主噴射と異なるタイミングでパイロット噴射又は膨張行程噴射として噴射される。そのため、第１の燃焼時には、第２の燃焼時に比べて酸素濃度が不足しているものの、パイロット噴射又は膨張行程噴射が行われることによって過酸化物が生成され、その過酸化物により酸素濃度不足が補われる。それゆえ、第１の燃焼時に、酸素濃度不足に伴って第２の燃焼時に比べて燃焼が不安定になってしまうのを抑制することができる。
【００６１】
更に本実施形態によれば、排気ガスのリッチ化要求があるとき、ステップ１１５において膨張行程噴射を行うことにより排気空燃比が筒内空燃比よりも濃くされる。そのため、筒内空燃比を比較的薄くすることにより燃焼を安定させると共に、排気空燃比を比較的濃くすることにより、排気通路内に配置されている触媒２５の昇温を促進することができる。
【００６２】
また本実施形態によれば、第１の燃焼時に、空燃比が濃くなるほど、主噴射の噴射量Ｑｍが減少されると共に、ステップ１１０及びステップ１１１においてパイロット噴射の噴射量Ｑｐｆｉｎが増加される。そのため、筒内空燃比が濃くなるのに伴って燃焼が不安定になってしまうのを抑制しつつ、総噴射量（Ｑｍ＋Ｑｐｆｉｎ）を一定に維持することにより出力の変動を抑制することができる。
【００６３】
また本実施形態によれば、図１７（Ａ）について説明したように、要求負荷Ｌが低いほどパイロット噴射の基本噴射量Ｑｐｂａｓｅが増加される。つまり、要求負荷が低いほど主噴射の噴射量Ｑｍが少なくされると共にパイロット噴射の噴射量Ｑｐｆｉｎが多くされる。そのため、燃焼が不安定になり易い低負荷時に、筒内空燃比が濃くなるのに伴って燃焼が不安定になってしまうのを抑制しつつ、総噴射量（Ｑｍ＋Ｑｐｆｉｎ）を一定に維持することにより出力の変動を抑制することができる。
【００６４】
また、第１の燃焼時には、第２の燃焼時に比べてＥＧＲ通路２９内に流入する燃料量が多くなる。一方、ＥＧＲ通路２９内に流入した燃料はＥＧＲ通路２９内に配置された触媒５３により浄化されるが、その触媒５３が活性していない場合には、ＥＧＲ通路２９内に流入した燃料がそのまま燃焼室５内に供給されてしまう。そこで本実施形態では、第１の燃焼時にパイロット噴射が行われることにより、主噴射前に燃焼室５内に供給されるすべての燃料のうち、再循環された燃料が占める割合を低下せしめることができる。その結果、ＥＧＲ通路２９内の触媒５３が活性しているか否かに応じて主噴射前に燃焼室５内に供給される総燃料量が大きく変動してしまうのを抑制することができる。
【００６５】
以下、本発明の内燃機関の第二の実施形態について説明する。本実施形態の構成は図１に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。従って、本実施形態によれば第一の実施形態とほぼ同様の効果を奏することができる。更に本実施形態では、図示しないが、第１の燃焼時のみならず第２の燃焼時にも主噴射直前の圧縮行程末期にパイロット噴射が行われる。その上、第１の燃焼時の主噴射直前の圧縮行程末期に行われるパイロット噴射の燃料噴射開始時期が、第２の燃焼時の主噴射直前の圧縮行程末期に行われるパイロット噴射の燃料噴射開始時期よりも進角せしめられる。本実施形態によれば、第一の実施形態と同様に、主噴射の他にパイロット噴射が行われることにより、パイロット噴射時に生成される過酸化物によって燃焼を安定化させることができる。一方、主噴射直前の圧縮行程末期にパイロット噴射が行われると、その際に酸素が消費されるため、主噴射が行われるときに酸素が不足する傾向がある。従って、上述したように第１の燃焼時の主噴射直前の圧縮行程末期に行われるパイロット噴射の燃料噴射開始時期が、第２の燃焼時の主噴射直前の圧縮行程末期に行われるパイロット噴射の燃料噴射開始時期よりも進角せしめられることにより、つまり、第１の燃焼時に第２の燃焼時に比べてパイロット噴射の燃料噴射開始時期を進角させることにより、第１の燃焼時に主噴射が行われるときの酸素不足を抑制すると共に、第１の燃焼時に、パイロット噴射を行うことにより、パイロット噴射により生成される過酸化物によって燃焼を安定化させることができる。
【００６６】
以下、本発明の内燃機関の第三の実施形態について説明する。本実施形態の構成は図１に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。図１９は本実施形態の燃料噴射タイミングを示した図１８と同様の図である。図１９に示すように本実施形態では、第１の燃焼が行われるときに、圧縮上死点ＴＤＣ付近における主噴射に加え、主噴射と異なるタイミングでＶＩＧＯＭ噴射又は膨張行程噴射が行われる。詳細には、第１の燃焼が行われるときであって排気ガスのリッチ化要求がないときには、図１９（Ａ）に示すように、まず排気行程と吸気行程との間でＶＩＧＯＭ噴射（Ｑｖ）が行われ、次いで圧縮上死点ＴＤＣ付近の主噴射（Ｑｍ）が行われる。一方、第１の燃焼が行われるときであって排気ガスのリッチ化要求があるときには、図１９（Ｂ）に示すように、まず圧縮上死点ＴＤＣ付近の主噴射（Ｑｍ）が行われ、次いで膨張行程中の膨張行程噴射（Ｑａ）が行われる。本実施形態によっても第一の実施形態とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００６７】
上述した実施形態において、主噴射と異なるタイミングで行われる更なる噴射の噴射時期が特定の噴射時期に限定されているが、本発明の内燃機関の更なる噴射の噴射時期は、上述した特定の噴射時期に限定されるものではなく、主噴射のタイミングと異なるものであればどのタイミングでもよい。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、主噴射と異なるタイミングで更なる噴射が行われることによって生成される過酸化物により、酸素濃度不足を補い、それゆえ、第１の燃焼時に、酸素濃度不足に伴って第２の燃焼時に比べて燃焼が不安定になってしまうのを抑制することができる。
【００６９】
請求項２に記載の発明によれば、筒内空燃比を比較的薄くすることにより燃焼を安定させると共に、排気空燃比を比較的濃くすることにより、排気通路内に配置されている触媒の昇温を促進することができる。
【００７０】
請求項３に記載の発明によれば、主噴射前に燃焼室内に供給される燃料のうち、再循環された燃料が占める割合を低下せしめることができる。その結果、排気ガス再循環通路内の触媒が活性しているか否かに応じて主噴射前に燃焼室内に供給される燃料量が大きく変動してしまうのを抑制することができる。
【００７１】
請求項４に記載の発明によれば、筒内空燃比が濃くなるのに伴って燃焼が不安定になってしまうのを抑制しつつ、総噴射量を一定に維持することにより出力の変動を抑制することができる。
【００７２】
請求項５に記載の発明によれば、燃焼が不安定になり易い低負荷時に、筒内空燃比が濃くなるのに伴って燃焼が不安定になってしまうのを抑制しつつ、総噴射量を一定に維持することにより出力の変動を抑制することができる。
【００７３】
請求項６に記載の発明によれば、第１の燃焼時に第２の燃焼時に比べて更なる噴射の噴射時期を進角させることにより、第１の燃焼時に主噴射が行われるときの酸素不足を抑制すると共に、第１の燃焼時に、更なる噴射を行うことにより、更なる噴射により生成される過酸化物によって燃焼を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態の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ＮＯｘ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】第１の運転領域Ｉにおける空燃比等を示す図である。
【図１０】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図１１】燃料噴射量等のマップを示す図である。
【図１２】第２の燃焼における空燃比等を示す図である。
【図１３】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図１４】燃料噴射量のマップを示す図である。
【図１５】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１６】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１７】パイロット噴射の基本噴射量等のマップを示す図である。
【図１８】第一の実施形態の燃料噴射タイミングを示した図である。
【図１９】第三の実施形態の燃料噴射タイミングを示した図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２０…スロットル弁
２４…排気管
２５，５３…触媒
２９…ＥＧＲ通路
３１…ＥＧＲ制御弁
【図１】
0003578049.tif 000002
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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