(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを、筒内に追加噴射した燃料で筒内で還元すると共に、追加噴射の燃料の燃焼を促進することで、筒内より排出される排気ガス中のＮＯｘを煤の発生を抑制しながら低減できる内燃機関のＮＯｘ低減方法及び内燃機関を提供する。【解決手段】燃焼室１２をリエントランス型に形成し、燃焼室１２に燃料Ｆｊを噴射する際の燃料噴射率Ｒｊを変化できる燃料噴射ノズル１３を備えると共に、燃焼室１２の内部への主噴射をしているときのピストンの上死点ＴＤＣから、その後のピストンの上死点ＴＤＣからクランク角度で６０度に至る間で、主噴射の噴射完了後に予め設定された噴射停止時間Δｔｓをおいて追加噴射を行い、この追加噴射における燃料噴射率Ｒｊａを主噴射における燃料噴射率Ｒｊｍよりも高くする【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス中のＮＯｘを低減する内燃機関のＮＯｘ低減方法において、燃焼室をリエントランス型に形成し、前記燃焼室に燃料を噴射する際の燃料噴射率を変化できる前記燃料噴射ノズルを備えると共に、前記燃焼室の内部への主噴射をしているときのピストンの上死点から、その後のピストンの上死点からクランク角度で６０度に至る間で、主噴射の噴射完了後に予め設定された噴射停止期間をおいて追加噴射を行い、この追加噴射における燃料噴射率を主噴射における燃料噴射率よりも高くすることを特徴とする内燃機関のＮＯｘ低減方法。
【請求項２】
主噴射の後で、クランク角度で１度以上２０度以下の範囲内の噴射停止期間をおいて追加噴射を開始することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＮＯｘ低減方法。
【請求項３】
前記燃焼室の内部に向かって、中心近傍から放射状に空気を噴射する空気噴射ノズルを設けると共に、追加噴射を開始した後で前記燃焼室の内部に向かって前記空気噴射ノズルより空気噴射を開始し、この空気噴射をピストンの上死点からクランク角度で６０度を経過するまでの間で終了することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のＮＯｘ低減方法。
【請求項４】
前記燃料噴射ノズルに供給する燃料の圧力を２０ＭＰａ〜３００ＭＰａ（ゲージ圧）の範囲内に設定すると共に前記燃料噴射ノズルのニードルのリフト量の変更で燃料噴射率を変更するように構成し、前記燃料噴射ノズルのニードルのリフト量を、追加噴射時では主噴射時よりも大きくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関のＮＯｘ低減方法。
【請求項５】
燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、該燃料噴射ノズルを制御する制御装置を備えた内燃機関において、
前記燃焼室をリエントランス型に形成し、前記燃焼室に燃料を噴射する際の燃料噴射率を変化できるように前記燃料噴射ノズルを構成すると共に、
前記制御装置が、前記燃焼室の内部への主噴射をしているときのピストンの上死点から、その後のピストンの上死点からクランク角度で６０度に至る間で、主噴射の噴射完了後に予め設定された噴射停止期間をおいて追加噴射を行い、かつ、この追加噴射における燃料噴射率を主噴射における燃料噴射率よりも高くする制御を行うように構成されたことを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
前記制御装置が、主噴射の後で、クランク角度で１度以上２０度以下の範囲内の噴射停止期間をおいて追加噴射を開始する制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記燃焼室の内部に向かって、中心近傍から放射状に空気を噴射する空気噴射ノズルを設けると共に、前記制御装置が、追加噴射を開始した後で前記燃焼室の内部に向かって前記空気噴射ノズルより空気噴射を開始し、この空気噴射をピストンの上死点からクランク角度で６０度を経過するまでの間で終了する制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記燃料噴射ノズルに供給する燃料の圧力を２０ＭＰａ〜３００ＭＰａ（ゲージ圧）の範囲内に設定すると共に前記燃料噴射ノズルのニードルのリフト量の変更で燃料噴射率を変更するように前記燃料噴射ノズルを構成し、前記制御装置が、前記燃料噴射ノズルのニードルのリフト量を、追加噴射時では主噴射時よりも大きくする制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の筒内より排出される排気ガス中のＮＯｘを煤の発生を抑制しながら低減できる内燃機関のＮＯｘ低減方法及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関においては、大気中に放出される排気ガスに含有されるＮＯｘが問題となっており、このＮＯｘの低減方法として、排気通路に配設した排気ガス後処理装置にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を組み込んで、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒により、ＮＯｘを低減する方法が使用されている。
【０００３】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒では、排気ガスの空燃比がリーン空燃比のときに、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒によりＮＯｘを吸蔵し、大気中へ排出される排気ガスを浄化している。しかしながら、ＮＯｘの吸蔵量に限界があるため、ＮＯｘの吸蔵量が限界近くになると、排気ガスを昇温すると共に、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で吸蔵したＮＯｘを放出させると共にこの放出されたＮＯｘをＮ2（窒素）に還元して、大気中へ排出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力の再生のためには、筒内（シリンダ内）への燃料噴射においてポスト噴射したり、排気管内に直接燃料噴射したりして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒より上流側に未燃の燃料を供給して、排気ガスの熱により部分分解した炭化水素（ＨＣ）をＮＯｘ吸蔵還元型触媒へ導き、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の反応場を還元雰囲気にする必要があるが、この再生処理のために、内燃機関の仕事には利用されない余分な燃料を消費することになり、燃費が悪化するという問題がある。これは、ＮＯｘの還元反応が内燃機関の気筒の外の触媒上で起こることに起因している。
【０００５】
この問題に関連して、筒内噴射型内燃機関の排気ガスの浄化に関連して、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程の繰り返しで１サイクルを構成し、第２膨張行程の後半と第１圧縮行程の前半との間の所定期間において排気及び吸気を行い、第１圧縮行程中に噴射された燃料を、第１圧縮行程から第１膨張行程にかけて燃焼させる第１燃焼過程と、ピストンの上死点（ＴＤＣ）を経過した後に、第１燃焼過程において発生した既燃ガス中に追加燃料を噴射し、ピストンの下死点（ＢＤＣ）を経過した後に、この追加燃料を第２圧縮行程から第２膨張行程にかけて燃焼させる第２燃焼過程を備えた筒内噴射型内燃機関が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
この筒内噴射型内燃機関においては、第２燃焼過程で、第１燃焼過程で発生した高温の既燃ガスに噴射された追加燃料を高温の雰囲気下で気化／分解を経て活性化して燃焼し、その後の第１燃焼過程は、第２燃焼過程で発生した排気ガス（既燃ガス）を比較的多く含んだ雰囲気で行うことにより、第２燃焼過程では、第１燃焼過程からのＨＣやＮＯｘを含んだ反応途中の活性の高い大量の未燃物も同時に再反応するので、極めて高効率な運転となって、排ガス中の浄化すべき成分（エミッション）は極めて低レベルになるとされている。また、ＮＯｘの一部は、再圧縮時（第２圧縮行程）に燃料から離脱したＨと効果的に反応してこの圧縮中に還元されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３３２０５号公報
【特許文献２】特開２００１−３４９２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、本発明者は、ＮＯｘの低減に関して、次の知見を得た。つまり、炭化水素燃料は燃焼過程において様々なラジカル種を生成しながら、二酸化炭素（ＣＯ2）、水（Ｈ2Ｏ）へと変化していき、一酸化窒素（ＮＯ）は、これらの炭化水素ラジカル（ＣＨ3、ＨＣＣＯ等）との反応により、図５に示すような還元反応経路で窒素（Ｎ2）に還元される。
【０００９】
これらの反応は、内燃機関の筒内（シリンダ内）のような高温で高圧力の場においては、比較的高い反応速度で進行し、また、反応の進行に触媒を必要としない。
【００１０】
そのため、図６の上の比較例で示すように、主噴射に加えて追加噴射をすることにより、追加噴射の炭化水素燃料Ｆａを筒内において主噴射の燃料Ｆｍが燃焼して生成された燃焼ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）と混合して燃焼させることにより、触媒を用いることなく一酸化窒素（ＮＯ）を還元することができる。
【００１１】
また、このとき、図７の比較例に示すように、炭化水素燃料Ｆａは一酸化窒素（ＮＯ）を還元しながら、二酸化炭素（ＣＯ2）、水（Ｈ2Ｏ）に変化し、この反応過程で発熱するので、図８の比較例に示すように、筒内(シリンダ内)から排出される排気ガス中の熱出力量が増加しているので、この反応熱をピストン仕事として利用することができる。つまり、筒内にて一酸化窒素（ＮＯ）の浄化に使用し、燃焼させる燃料の熱量は内燃機関の出力増加にも使用できるので、燃費の悪化を防止しながら、筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減できる。
【００１２】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを、筒内に追加噴射した燃料で筒内で還元すると共に、追加噴射の燃料の燃焼を促進することで、筒内より排出される排気ガス中のＮＯｘを煤の発生を抑制しながら低減できる内燃機関のＮＯｘ低減方法及び内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＮＯｘ低減方法は、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘを低減する内燃機関のＮＯｘ低減方法において、燃焼室をリエントランス型に形成し、前記燃焼室に燃料を噴射する際の燃料噴射率を変化できる前記燃料噴射ノズルを備えると共に、前記燃焼室の内部への主噴射をしているときのピストンの上死点から、その後のピストンの上死点からクランク角度で６０度に至る間で、主噴射の噴射完了後に予め設定された噴射停止期間をおいて追加噴射を行い、この追加噴射における燃料噴射率を主噴射における燃料噴射率よりも高くすることを特徴とする方法である。
【００１４】
この方法によれば、主噴射された燃料の燃焼により生成された一酸化窒素（ＮＯ）を含む燃焼ガスを、噴射停止期間に、燃焼室の内壁の上部が内側に傾斜しているリエントランス型の燃焼室の壁面に沿ってリターンさせて燃焼室の中心の燃料噴射ノズルの近傍に導き、この戻りつつある燃焼ガスに向かって追加噴射を行うことで、この追加噴射した燃料を、主噴射された燃料の燃焼で生じた高温及び高圧の雰囲気下で、分解反応させてラジカル種を生成し、このラジカル種と一酸化窒素（ＮＯ）とを混合することにより、一酸化窒素（ＮＯ）の還元反応を起こして、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することができる。
【００１５】
更に、追加噴射における燃料噴射率を主噴射における燃料噴射率よりも高くすることで、短時間に追加燃料を燃焼室内に噴射でき、排気行程までの時間を長く取れるので、追加燃料が燃焼する時間を長くすることができて追加燃料を十分に燃焼でき、これにより、追加燃料の未燃で生じる煤の発生を抑制できる。なお、この追加噴射における燃料噴射率は、高い程よいが、装置的に限度があるので、主噴射における燃料噴射率の１．２倍以上２．０倍以下が好ましい。
【００１６】
上記の内燃機関のＮＯｘ低減方法において、主噴射の後で、クランク角度で１度以上２０度以下の範囲内の噴射停止期間をおいて追加噴射を開始すると、次のような効果が得られる。
【００１７】
つまり、追加噴射を燃料噴射ノズルの近傍に戻ってくる燃焼ガスに対して最適なタイミングで噴射できるので、ＮＯｘ低減効果と煤減少効果を効率よく発揮できる。また、追加燃料を下降中のピストンの頂部の燃焼室の内部に確実に噴射できるので、ＮＯｘ低減用の燃料が、燃焼室外に噴射されてＮＯｘ低減に役立たないで無駄になることを防止できる。
【００１８】
上記の内燃機関のＮＯｘ低減方法において、前記燃焼室の内部に向かって、中心近傍から放射状に空気を噴射する空気噴射ノズルを設けると共に、追加噴射を開始した後で前記燃焼室の内部に向かって前記空気噴射ノズルより空気噴射を開始し、この空気噴射をピストンの上死点からクランク角度で６０度を経過するまでの間で終了すると、次のような効果が得られる。なお、この空気噴射は、追加噴射とほぼ同時、又は、追加噴射中、又は、追加噴射後に開始される。
【００１９】
この空気噴射により、追加燃料を後押しして、追加燃料と主噴射された燃料の燃焼により生成された燃焼ガスをより良く混合できるので、ラジカル種による一酸化窒素の還元反応をより促進させることができる。また、この噴射された空気により、追加燃料中に酸素を供給できるので、追加燃料の燃焼をより促進することができ、追加燃料の未燃で生じる煤の発生をさらに抑制できる。
【００２０】
上記の内燃機関のＮＯｘ低減方法において、前記燃料噴射ノズルに供給する燃料の圧力を２０ＭＰａ〜３００ＭＰａ（ゲージ圧）の範囲内に設定すると共に前記燃料噴射ノズルのニードルのリフト量の変更で燃料噴射率を変更するように構成し、前記燃料噴射ノズルのニードルのリフト量を、追加噴射時では主噴射時よりも大きくすると、次の効果が得られる。
【００２１】
この供給する燃料の圧力は、従来技術の燃料の供給圧力（例えば、２０ＭＰａ〜２００ＭＰａ（ゲージ圧）程度）よりも高く設定されることになるので、燃料噴射ノズルのニードルのリフト量の主噴射時の設定を主噴射時の燃料噴射率が従来技術の主噴射時の燃料噴射率と同じになるように設定することで、小さいほうのリフト量であっても従来技術と同じ燃料噴射率で主噴射することができる。
【００２２】
また、この主噴射時のリフト量よりも大きいリフト量で追加噴射することで、容易に、追加噴射時の燃料噴射率を主噴射時の燃料噴射率よりも大きくすることができる。なお、コモンレールシステムを使用して燃料を燃料噴射ノズルに供給する場合は、この供給される燃料圧力をコモンレールの圧力とすることができる。
【００２３】
そして、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、該燃料噴射ノズルを制御する制御装置を備えた内燃機関において、前記燃焼室をリエントランス型に形成し、前記燃焼室に燃料を噴射する際の燃料噴射率を変化できるように前記燃料噴射ノズルを構成すると共に、前記制御装置が、前記燃焼室の内部への主噴射をしているときのピストンの上死点から、その後のピストンの上死点からクランク角度で６０度に至る間で、主噴射の噴射完了後に予め設定された噴射停止期間をおいて追加噴射を行い、かつ、この追加噴射における燃料噴射率を主噴射における燃料噴射率よりも高くする制御を行うように構成される。
【００２４】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、主噴射の後で、クランク角度で１度以上２０度以下の範囲内の噴射停止期間をおいて追加噴射を開始するように構成される。
【００２５】
また、上記の内燃機関において、前記燃焼室の内部に向かって、中心近傍から放射状に空気を噴射する空気噴射ノズルを設けると共に、前記制御装置が、追加噴射を開始した後で前記燃焼室の内部に向かって前記空気噴射ノズルより空気噴射を開始し、この空気噴射をピストンの上死点からクランク角度で６０度を経過するまでの間で終了する制御を行うように構成される。
【００２６】
また、上記の内燃機関において、前記燃料噴射ノズルに供給する燃料の圧力を２０ＭＰａ〜３００ＭＰａ（ゲージ圧）の範囲内に設定すると共に前記燃料噴射ノズルのニードルのリフト量の変更で燃料噴射率を変更するように前記燃料噴射ノズルを構成し、前記制御装置が、前記燃料噴射ノズルのニードルのリフト量を、追加噴射時では主噴射時よりも大きくする制御を行うように構成される。
【００２７】
これらの構成の内燃機関によれば、上記の内燃機関のＮＯｘ低減方法と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の内燃機関のＮＯｘ低減方法及び内燃機関によれば、主噴射された燃料の燃焼により生成された一酸化窒素（ＮＯ）を含む燃焼ガスを、噴射停止期間に、燃焼室の内壁の上部が内側に傾斜しているリエントランス型の燃焼室の壁面に沿ってリターンさせて燃焼室の中心の燃料噴射ノズルの近傍に導き、この戻りつつある燃焼ガスに向かって燃料を追加噴射を行うことで、この追加噴射した燃料を、主噴射された燃料の燃焼で生じた高温及び高圧の雰囲気下で、分解反応させてラジカル種を生成し、このラジカル種と一酸化窒素（ＮＯ）とを混合することにより、一酸化窒素（ＮＯ）の還元反応を起こして、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することができる。
【００２９】
更に、追加噴射における燃料噴射率を主噴射における燃料噴射率よりも高くすることで、短時間に追加燃料を燃焼室内に噴射でき、排気行程までの時間を長く取れるので、追加燃料が燃焼する時間を長くすることができて追加燃料を十分に燃焼でき、これにより、追加燃料の未燃で生じる煤の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃焼室近傍の構成を示す模式図で、主噴射の様子を示す図である。
【図２】図１の内燃機関の燃焼室近傍の構成を示す模式図で、主噴射の燃料が燃焼して生成する燃焼ガスの様子を示す図である。
【図３】図１の内燃機関の燃焼室近傍の構成を示す模式図で、追加噴射の様子を示す図である。
【図４】図１の内燃機関の燃焼室近傍の構成を示す模式図で、空気噴射の様子を示す図である。
【図５】ＮＯｘの還元反応経路の一例を示す図である。
【図６】比較例と本発明の実施例における主噴射の燃料噴射率と追加噴射の燃料噴射率の比較を模式的に示した図である。
【図７】従来例と比較例のＮＯｘ量を示す図である。
【図８】従来例と比較例の熱出力量の増加を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＮＯｘ低減方法及び内燃機関について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、この実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、シリンダ（気筒）１０にピストン１１が挿入され、このピストン１１の頂部に設けられた凹部形状の燃焼室１２は、凹部の周囲の内壁１２ａの上部が内側に傾斜したリエントランス型の燃焼室で形成される。なお、ここでは、エンジン１として、ディーゼルエンジンを例示しているが、本願発明は、これに限定されることなく、直噴式の圧縮着火内燃機関等に適用できる。
【００３２】
この燃焼室１２の中心１２ｃに対向する位置に燃料Ｆｊを噴射する燃料噴射ノズル１３を配置し、また、この燃料噴射ノズル１３の周囲に、空気Ａｊを噴射する空気噴射ノズル１４を備えて構成する。この燃料噴射ノズル１３は、燃焼室１２に燃料Ｆｊを噴射する際の燃料噴射率Ｒｊを変化できるように構成する。
【００３３】
また、空気噴射ノズル１４は、燃焼室１２の内部に向かって、中心近傍から放射状に空気Ａｊを噴射するように構成する。この空気Ａｊとして、ブレーキシステム等の他システムで用いられるエアコンプレッサによる圧縮空気を燃焼室１２に噴射するように構成すると、既存の空気供給システムを利用することができるため、コスト低減を図ることができる。なお、この空気噴射に用いる空気Ａｊの圧力Ｐａｊは、数ＭＰａ〜数十ＭＰａ（ゲージ圧）程度とする。
【００３４】
この燃料噴射率Ｒｊの変化は、燃料噴射ノズル１３に供給する燃料の圧力Ｐｆ、例えば、コモンレール（図示しない）の圧力Ｐｃｆを、従来技術の燃料の供給圧力Ｐｃｆｎ（例えば、２０ＭＰａ〜２００ＭＰａ（ゲージ圧）程度）よりも高い２０ＭＰａ〜３００ＭＰａ（ゲージ圧）の範囲内の設定圧力Ｐｃｆｓに設定し、燃料噴射ノズル１３のニードルのリフト量Ｌｎの変更で燃料噴射率Ｒｊを変更するように構成することで容易に行うことができる。
【００３５】
そして、ニードルのリフト量Ｌｎを低いリフト量Ｌｎｍにした場合には、燃料噴射率Ｒｊが従来技術の主噴射の燃料噴射率Ｒｊｍと同じになるように設定する。つまり、小さいほうのリフト量Ｌｎｍであっても従来技術と同じ燃料噴射率Ｒｊｍで主噴射できるように構成する。この主噴射の燃料噴射率Ｒｊｍは、エンジン１の種類にもよるが、トラック等の大型の車両用のディーゼルエンジンでは、例えば、数ｍｍ3／ｍｓ〜１００ｍｍ3／ｍｓ程度である。
【００３６】
一方、ニードルのリフト量Ｌｎを高いリフト量Ｌｎｈにした場合には、燃料噴射率Ｒｊが、この燃料噴射率Ｒｊｍの１．２倍以上２．０倍以下になるように設定する。これにより、主噴射時のリフト量Ｌｎｍよりも大きいリフト量Ｌｎｈで追加噴射することで、容易に、追加噴射時の燃料噴射率Ｒｊａを主噴射時の燃料噴射率Ｒｊｍよりも大きくすることができる。なお、この追加噴射における燃料噴射率Ｒｊａは、高い程よいが、装置的に限度があるので、主噴射における燃料噴射率Ｒｊｍの１．２倍以上２．０倍以下が好ましい。
【００３７】
そして、ニードルのリフト量Ｌｎの制御を含めた燃料噴射ノズル１３の制御と、空気噴射ノズル１４の制御を行う制御装置４１を備えて構成する。この制御装置４１は、通常は、エンジン１を制御する全体システム制御装置４０に組み込まれて構成される。
【００３８】
そして、本発明においては、この制御装置４１は、図６の下の実施例で示すように、燃焼室１２の内部への主噴射をしているときのピストンの上死点ＴＤＣから、その後のピストンの上死点ＴＤＣからクランク角度で６０度に至る間で、主噴射の噴射完了後に予め設定された噴射停止期間Δｔｓをおいて追加噴射を行い、かつ、この追加噴射における燃料噴射率Ｒｊａを主噴射における燃料噴射率Ｒｊｍよりも高くする制御を行うように構成される。
【００３９】
この制御により、図１に示すように、主噴射の燃料Ｆｍが、燃焼室１２の中央に対向して配置された燃料噴射ノズル１３から噴射され、この噴射完了後に、予め設定された噴射停止期間Δｔｓをおくと、図２に示すように、主噴射の燃料Ｆｍの燃焼により生成された燃焼ガスＧｍが、リエントランス型の燃焼室１２の内壁１２ａに沿って発達しながら方向を変えて燃料噴射ノズル１３の近傍へもどる。すなわち、主噴射で生じた燃焼ガスＧｍ内の一酸化窒素（ＮＯ）を燃料噴射ノズル１３の近傍へ導く。
【００４０】
言い換えれば、燃焼ガスＧｍが燃料噴射ノズル１３の近傍に戻ってくるタイミングになるように、実験や計算シミュレーションなどにより、噴射停止期間Δｔｓを予め設定する。この噴射停止期間Δｔｓは、クランク角度で１度以上２０度以下の範囲内となる。
【００４１】
そして、図３に示すように、主噴射の噴射完了後、この噴射停止期間Δｔｓを経過した後で、追加噴射を行い、この追加噴射をピストンの上死点からクランク角度で６０度を経過するまでの間で終了する。この追加噴射においては、燃料噴射ノズル１３のニードルのリフト量Ｌｎを、主噴射時のニードルのリフト量Ｌｎｍよりも大きいリフト量Ｌｎｈにして、この追加噴射における燃料噴射率Ｒｊａを主噴射における燃料噴射率Ｒｊｍよりも高くする。
【００４２】
これにより、図３に示すように、この高い燃料噴射率Ｒｊａの追加噴射による燃料Ｆａを、主噴射で生成した燃焼ガスＧｍに混合させて、この追加噴射した燃料Ｆａを、主噴射された燃料Ｆｍの燃焼で生じた高温及び高圧の雰囲気下で、分解反応させてラジカル種を生成し、このラジカル種と燃焼ガスＧｍ内の一酸化窒素（ＮＯ）とを混合する。これにより、一酸化窒素（ＮＯ）の還元反応を起こして窒素（Ｎ2）にして、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する。
【００４３】
なお、追加噴射した燃料Ｆａは、ピストンの上死点ＴＤＣからクランク角度が４５度以上になってからは、ピストン１１の低下量が大きくなって燃焼室１２の内部に入らなくなり、そのため、主噴射で生成した燃焼ガスＧｍと混合しなくなるので、ＮＯｘ低減効果や煤減少効果に役立たなくなる。そのため、追加噴射はピストンの上死点ＴＤＣからクランク角度が４５度に至るまでの間に完了させる。
【００４４】
また、追加噴射を行うときに、主噴射の燃料噴射率Ｒｊｍより大きい燃料噴射率Ｒｊａで噴射することで、主噴射の燃料Ｆｍが燃焼して生成した燃焼ガスＧｍと追加噴射の燃料Ｆａの混合を、より促進させることができる。これにより、良好な一酸化窒素（ＮＯ）の還元反応と追加噴射の燃料Ｆａの良好な燃焼を得ることができ、ＮＯｘ及び煤を低減することができる。
【００４５】
また、追加噴射の燃料噴射率Ｒｊａを高くすると、短時間の間で追加燃料Ｆａを燃焼室１２内に噴射でき、排気行程までの時間を長く取れるので、追加燃料Ｆａが燃焼に使用できる時間を長くすることができて、追加燃料Ｆａを十分に燃焼できるようになる。これにより、追加燃料Ｆａの未燃で生じる煤の発生を十分に抑制できるようになる。
【００４６】
更に、図４に示すように、追加噴射を開始した後に、空気噴射ノズル１４から、燃焼室１２の内部に向かって、中心近傍から放射状に空気噴射を開始し、この空気噴射をピストンの上死点からクランク角度で６０度を経過するまでの間で終了する。
【００４７】
この空気噴射により、追加燃料Ｆａを後押しして、追加燃料Ｆａと主噴射された燃料Ｆｍの燃焼により生成された燃焼ガスＧｍをより良く混合できるので、ラジカル種による一酸化窒素（ＮＯ）の還元反応をより促進させることができる。また、この噴射された空気Ａｊにより、追加燃料Ｆａ中に酸素を供給できるので、追加燃料Ｆａの燃焼をより促進することができ、追加燃料Ｆａの未燃で生じる煤の発生をさらに抑制できる。
【００４８】
なお、この空気噴射を、追加噴射とほぼ同時に開始すると、追加噴射された燃料Ｆａを勢いよく燃焼ガスＧｍ内に送り込めるので、燃料Ｆａと燃焼ガスＧｍの混合を推進でき、煤の発生を低減できる。この場合は、主噴射の期間、噴射停止期間Δｔｓ、追加噴射の期間、空気噴射の期間の総和の期間を短くすることができるので、この空気噴射を追加噴射の開始とほぼ同時に開始する方法は、燃料噴射量の多い高負荷運転の場合に向いている。なお、空気Ａｊ中酸素（Ｏ2）も同時に燃焼ガスＧｍ中に送り込まれて、還元雰囲気が薄れるが、高負荷運転の場合には噴射される燃料Ｆｊも多いので、その影響は小さくなる。
【００４９】
一方、空気噴射を追加噴射の完了後に開始すると、燃焼ガスＧｍ内の一酸化窒素（ＮＯ）が十分に還元された後に、酸素（Ｏ2）が供給されて煤の発生を抑制できるが、主噴射の期間、噴射停止期間Δｔｓ、追加噴射の期間、空気噴射の期間の総和の期間が長くなり、燃料噴射率Ｒｊｍ、Ｒｊａと空気噴射の噴射率Ｒａを高める必要が生じる。そのため、この空気噴射を追加噴射の完了後に開始する方法は、燃料噴射量の少ない低負荷運転の場合に適している。
【００５０】
また、空気噴射を追加噴射の中途から開始すると、ある程度、燃焼ガスＧｍ内の一酸化窒素（ＮＯ）が還元された後に、酸素（Ｏ2）が供給されるので、ＮＯｘの低減と煤の発生の減少を同時に図ることができる。従って、この空気噴射を追加噴射の中途から開始する方法は、中負荷運転に適している。
【００５１】
次に、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＮＯｘ低減方法について説明する。この内燃機関のＮＯｘ低減方法は、上記の構成のエンジン１で実施でき、燃焼室１２をリエントランス型に形成し、この燃焼室１２に燃料Ｆｊを噴射する際の燃料噴射率Ｒｊを変化できる燃料噴射ノズル１３を備えると共に、燃焼室１２の内部への主噴射をしているときのピストンの上死点ＴＤＣから、その後のピストンの上死点ＴＤＣからクランク角度で６０度に至る間で、主噴射の噴射完了後に予め設定された噴射停止期間Δｔｓをおいて追加噴射を行い、この追加噴射における燃料噴射率Ｒｊａを主噴射における燃料噴射率Ｒｊｍよりも高くする。
【００５２】
この追加噴射の開始に関しては、主噴射の後で、クランク角度で１度以上２０度以下の範囲内の噴射停止期間Δｔｓをおいて追加噴射を開始することが好ましい。
【００５３】
また、この燃料噴射率Ｒｊの変更においては、燃料噴射ノズル１３に供給する燃料の圧力Ｐｆを２０ＭＰａ〜３００ＭＰａ（ゲージ圧）の範囲内の圧力に設定すると共に、燃料噴射ノズル１３のニードルのリフト量Ｌｎの変更で燃料噴射率Ｒｊを変更するように構成し、燃料噴射ノズルのニードルのリフト量Ｌｎを、追加噴射時では主噴射時よりも大きくする。
【００５４】
さらに、燃焼室１２の内部に向かって、燃焼室１２の中心１２ｃの近傍から放射状に空気Ａｊを噴射する空気噴射ノズル１４を設けると共に、追加噴射を開始した後で燃焼室１２の内部に向かって空気噴射ノズル１４より空気噴射を開始し、この空気噴射をピストンの上死点ＴＤＣからクランク角度で６０度を経過するまでの間で終了する。
【００５５】
この内燃機関のＮＯｘ低減方法によれば、主噴射された燃料Ｆｍの燃焼により生成された一酸化窒素（ＮＯ）を含む燃焼ガスＧｍを、噴射停止期間Δｔｓの間に、燃焼室１２の内壁１２ａの上部が内側に傾斜しているリエントランス型の燃焼室１２の内壁１２ａに沿ってリターンさせて燃焼室１２の中心１２ｃに対向して設けられた燃料噴射ノズル１３の近傍に導き、この戻りつつある燃焼ガスＧｍに向かって燃料Ｆａを追加噴射を行うことができる。
【００５６】
そして、この追加噴射した燃料Ｆａを、主噴射された燃料Ｆｍの燃焼で生じた高温及び高圧の雰囲気下で、分解反応させてラジカル種を生成し、このラジカル種と燃焼ガスＧｍ中の一酸化窒素（ＮＯ）とを混合することにより、一酸化窒素（ＮＯ）の還元反応を起こして、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することができる。
【００５７】
更に、追加噴射における燃料噴射率Ｒｊａを主噴射における燃料噴射率Ｒｊｍよりも高くすることで、短時間に追加燃料Ｆａを燃焼室１２内に噴射でき、排気行程までの時間を長く取れるので、追加燃料Ｆａが燃焼する時間を長くすることができて追加燃料Ｆａを十分に燃焼でき、これにより、追加燃料Ｆａの未燃で生じる煤の発生を抑制できる。
【００５８】
また、主噴射の後で噴射停止期間Δｔｓをおいて追加噴射を開始することにより、追加噴射を燃料噴射ノズル１３の近傍に戻ってくる燃焼ガスＧｍに対して最適なタイミングで噴射できるので、ＮＯｘ低減効果と煤減少効果を効率よく発揮できる。また、噴射停止期間Δｔｓの経過後から追加噴射するので、ピストン１１が下降し過ぎない内に追加噴射して、追加燃料Ｆａを下降中のピストン１１の頂部の燃焼室１２の内部に確実に噴射できる。従って、ＮＯｘ低減用の追加燃料Ｆａが、燃焼室１２外に噴射されてＮＯｘ低減に役立たないで無駄になることを防止できる。
【００５９】
また、供給する燃料Ｆｊの圧力Ｐｆを、従来技術の燃料の供給圧力Ｐｆｎ（例えば、２０ＭＰａ〜２００ＭＰａ（ゲージ圧）程度）よりも高く設定して、燃料噴射ノズル１３のニードルの主噴射時のリフト量Ｌｎｍの設定を主噴射時の燃料噴射率Ｒｊｍが従来技術の主噴射時の燃料噴射率Ｒｊｎと同じになるように設定することで、小さい方のこのリフト量Ｌｎｍであっても従来技術と同じ燃料噴射率Ｒｊｎで主噴射することができる。
【００６０】
また、この主噴射時のリフト量Ｌｎｍよりも大きいリフト量Ｌｎｈで追加噴射することで、容易に、追加噴射時の燃料噴射率Ｒｊａを主噴射時の燃料噴射率Ｒｊｍよりも大きくすることができる。
【００６１】
さらに、空気噴射ノズル１４から、追加噴射を開始した後で、燃焼室１２の内部に向かって、燃焼室１２の中心１２ｃの近傍から放射状に空気Ａｊを噴射する空気噴射を開始すると、この空気噴射により、追加燃料Ｆａを後押しして、追加燃料Ｆａと主噴射された燃料Ｆｍの燃焼により生成された燃焼ガスＧｍをより良く混合できるので、ラジカル種による一酸化窒素（ＮＯ）の還元反応をより促進させることができる。また、この噴射された空気Ａｊにより、追加燃料Ｆａ中に酸素（Ｏ2）を供給できるので、追加燃料Ｆａの燃焼をより促進することができ、追加燃料Ｆａの未燃で生じる煤の発生をさらに抑制できる。
【００６２】
なお、参考までに、追加噴射をしない従来例と追加噴射をした比較例における、ＮＯｘ量と排気ガスへの熱出力量について図７と図８を用いて説明する。なお、この図７と図８では、追加噴射の燃料噴射率Ｒｊａは主噴射の燃料噴射率Ｒｉｍと同じである。
【００６３】
図７では、横軸にクランク角を、縦軸にＮＯｘ量（単位：ｋｇ）を設定し、追加噴射を行わない従来例のＮＯｘ量（細線）Ａと追加噴射を行った比較例のＮＯｘ量（太線）Ｂを比較し、図８では、横軸にクランク角を、縦軸に熱出力量（単位：Ｊ）を設定し、追加噴射を行わない従来例の熱出力量（細線）Ｃと追加噴射を行った比較例の熱出力量（太線）Ｄとを比較して示してある。
【００６４】
図７及び図８では、クランク角がピストンの上死点（ＴＤＣ）の前の約８度からピストンの上死点（ＴＤＣ）の後の約２３度の期間でメイン噴射され、クランク角で約２度の噴射停止期間Δｔｓをおいて、クランク角がピストンの上死点（ＴＤＣ）の後の約２５度〜約３５度の期間で追加噴射されている。
【００６５】
図７に示すように、追加噴射有りのＮＯｘ量（太線）Ｂは、追加噴射無しのＮＯｘ量（細線）Ａよりも低く推移しており、追加噴射により燃料Ｆａと燃焼ガスＧｍの混合が促進されて、一酸化窒素（ＮＯ）の還元反応が十分に進行して、追加噴射によるＮＯｘ低減効果が表れていることが分かる。
【００６６】
また、図８に示すように、追加噴射有りの熱出力量（太線）Ｄは、追加噴射を行わない時の熱出力量（細線）Ｃよりも高く推移しており、追加噴射による燃料Ｆａが筒内で十分に燃焼してから、燃焼ガスが排ガスとして排出されていることが分かる。すなわち、この追加燃料Ｆａの燃焼熱がシリンダ１０内のピストンの仕事として利用され、燃費を向上させていることが分かる。
【００６７】
上記の構成の内燃機関のＮＯｘ低減方法及び内燃機関１によれば、主噴射された燃料Ｆｍの燃焼により生成された一酸化窒素（ＮＯ）を含む燃焼ガスＧｍを、噴射停止期間Δｔｓに、燃焼室１２の内壁１２ａの上部が内側に傾斜しているリエントランス型の燃焼室１２の内壁１２ａに沿ってリターンさせて燃焼室１２の中心の燃料噴射ノズル１３の近傍に導き、この戻りつつある燃焼ガスＧｍに向かって燃料Ｆａを追加噴射を行うことで、この追加噴射した燃料Ｆａを、主噴射された燃料Ｆｍの燃焼で生じた高温及び高圧の雰囲気下で、分解反応させてラジカル種を生成し、このラジカル種と一酸化窒素（ＮＯ）とを混合することにより、一酸化窒素（ＮＯ）の還元反応を起こして、窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減することができる。
【００６８】
更に、追加噴射における燃料噴射率Ｒｊａを主噴射における燃料噴射率Ｒｊｍよりも高くすることで、短時間に追加燃料Ｆａを燃焼室１２内に噴射でき、排気行程までの時間を長く取れるので、追加燃料Ｆａが燃焼する時間を長くすることができて追加燃料Ｆａを十分に燃焼でき、これにより、追加燃料Ｆａの未燃で生じる煤の発生を抑制できる。
【符号の説明】
【００６９】
１  エンジン（内燃機関）
１０  シリンダ（気筒）
１１  ピストン
１２  燃焼室
１２ａ  燃焼室の内壁
１３  燃料噴射ノズル
１４  空気噴射ノズル
４０  全体システム制御装置
４１  制御装置
Ａｊ  空気
Ｆｊ  燃料
Ｆｍ  主噴射の燃料
Ｆａ  追加噴射の燃料
Ｇｍ  主噴射の燃料の燃焼ガス
Ｒｊ  燃料の噴射率
Ｒｊｍ  主噴射の燃料噴射率
Ｒｊａ  追加噴射の燃料噴射率
Δｔｓ  噴射停止期間
【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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