(57)【要約】【課題】要求負荷が小さいときに混合気の平均空燃比をリッチとする場合に燃焼室内において燃料を安定して燃焼させる。【解決手段】低温燃焼と通常燃焼とを選択的に行わせることができ、且つ、主に内燃機関を駆動するための燃料を噴射するための主噴射Ｑｍと、主に主噴射によって噴射される燃料の燃焼を促進するための燃料を噴射するための補助噴射Ｑｖとを実行することができる。要求負荷が予め定められた値よりも小さいときに燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリッチとすることが要求されたときには、始めに、通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射のみを実行する噴射パターンでもってリーン空燃比での第１の燃焼を行わせ、次いで、主噴射の噴射タイミングよりも早い噴射タイミングで補助噴射を実行すると共に通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリッチ空燃比での第１の燃焼を行わせる。【選択図】　　　図４
2004027909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に供給される排気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排気ガスの量をさらに増大していくと燃焼室内における燃料燃焼時の燃料およびその周囲の温度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排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が多い状態で燃料を燃焼させる第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が少ない状態で燃料を燃焼させる第２の燃焼とを選択的に行わせることができ、且つ、主に内燃機関を駆動するための燃料を噴射するための主噴射と、主に主噴射によって噴射される燃料の燃焼を促進するための燃料を噴射するための補助噴射とを実行することができる内燃機関において、内燃機関に対する要求負荷が予め定められた値よりも小さいときに燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリッチとすることが要求されたときには、始めに、通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射のみを実行する噴射パターンでもってリーン空燃比での第１の燃焼を行わせ、次いで、主噴射の噴射タイミングよりも早い噴射タイミングで補助噴射を実行すると共に通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリッチ空燃比での第１の燃焼を行わせることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
燃焼室内に供給される排気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排気ガスの量をさらに増大していくと燃焼室内における燃料燃焼時の燃料およびその周囲の温度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排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が多い状態で燃料を燃焼させる第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が少ない状態で燃料を燃焼させる第２の燃焼とを選択的に行わせることができ、且つ、主に内燃機関を駆動するための燃料を噴射するための主噴射と、主に主噴射によって噴射される燃料の燃焼を促進するための補助噴射とを実行することができる内燃機関において、第２の燃焼が行われているときに燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリッチとすることが要求されたときには、始めに、主噴射の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点直前のタイミングで補助噴射を実行すると共に圧縮上死点近傍の主噴射の通常の噴射タイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリーン空燃比での第２の燃焼を行わせ、次いで、通常の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミングで主噴射のみを実行する噴射パターンでもってリーン空燃比での第１の燃焼を行わせ、次いで、主噴射の噴射タイミングよりも早い排気上死点近傍のタイミングで補助噴射を実行すると共に通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリッチ空燃比での第１の燃焼を行わせることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
燃焼室内に供給される排気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排気ガスの量をさらに増大していくと燃焼室内における燃料燃焼時の燃料およびその周囲の温度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排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が多い状態で燃料を燃焼させる第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が少ない状態で燃料を燃焼させる第２の燃焼とを選択的に行わせることができ、且つ、主に内燃機関を駆動するための燃料を噴射するための主噴射と、主に主噴射によって噴射される燃料の燃焼を促進するための補助噴射とを実行することができる内燃機関において、第２の燃焼が行われているときに排気ガスの温度を上昇させ且つ燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリッチとすることが要求されたときには、始めに、主噴射の噴射タイミングよりも早い排気上死点直後のタイミングで補助噴射を実行すると共に圧縮上死点近傍の通常の噴射タイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリーン空燃比での第２の燃焼を行わせ、次いで、通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射のみを実行する噴射パターンでもってリッチ空燃比での第１の燃焼を行わせ、次いで、主噴射の噴射タイミングよりも早い排気上死点直前のタイミングで補助噴射を実行すると共に通常の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリッチ空燃比での第１の燃焼を行わせることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯＸを保持し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているＮＯＸを還元剤によって還元浄化することができるＮＯＸ触媒を排気通路に備え、ＮＯＸ触媒が排気ガス中の硫黄成分をも保持することができ、ＮＯＸ触媒が硫黄成分を保持することによってＮＯＸ触媒が保持可能なＮＯＸの量が予め定められた量よりも少なくなったときに、排気ガスの温度を上昇させ且つ燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
主噴射の通常の噴射タイミングが圧縮上死点直後のタイミングであり、通常の噴射タイミングよりも早い主噴射の噴射タイミングが圧縮上死点直前のタイミングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項６】
内燃機関に対する要求負荷が予め定められた値よりも小さいときに第２の燃焼が行われるようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項７】
流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯＸを保持し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているＮＯＸを還元剤によって還元浄化することができるＮＯＸ触媒を排気通路に備え、ＮＯＸ触媒に保持されているＮＯＸの量が予め定められた量に達したときに、燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関。
【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】
特開２００１−３２９９００号公報に、燃焼室内に供給される排気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排気ガスの量をさらに増大していくと燃焼室内における燃料燃焼時の燃料およびその周囲の温度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い内燃機関が開示されている。
【０００３】
当該公報に記載の内燃機関は、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が多い状態で燃料を燃焼させる第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が少ない状態で燃料を燃焼させる第２の燃焼とを選択的に行わせることができるようになっている。そして、当該公報に記載の内燃機関では、要求負荷が小さいときに第１の燃焼を行わせ、要求負荷が大きいときに第２の燃焼を行わせるようにしている。
【０００４】
ところで、上記公報に記載の内燃機関では、排気通路にＮＯＸ触媒が配置されている。このＮＯＸ触媒は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を保持しておき、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると、保持しているＮＯＸを排気ガス中の還元剤、具体的には、未燃炭化水素（ＨＣ）によって還元浄化することができる。
【０００５】
ところが、ＮＯＸ触媒が保持可能なＮＯＸの量には限界があり、ＮＯＸ触媒が保持しているＮＯＸの量（以下、ＮＯＸ保持量と称す）がその上限値に達してしまうと、もはや、ＮＯＸ触媒はＮＯＸを保持することができず、したがって、ＮＯＸがＮＯＸ触媒下流へと流出してしまう。このことは、排気エミッションが悪化するので好ましくない。
【０００６】
そこで、上記公報に記載の内燃機関では、ＮＯＸ触媒のＮＯＸ保持量がその上限値に達する前に、燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとすることによって燃焼室からリッチ空燃比の排気ガスを排出させ、この排気ガスをＮＯＸ触媒に流入させることによってＮＯＸ触媒が保持しているＮＯＸを還元浄化するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の内燃機関では、第１の燃焼が行われているときに燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとするほうが、第２の燃焼が行われているときにそうするよりも、燃費が良いことから、第１の燃焼が行われているときに燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとするようにしている。しかしながら、上記公報に記載の内燃機関では、第１の燃焼は要求負荷が小さいときに行われるようになっているので、この場合に、燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとすると、燃焼室内における燃料の燃焼が不安定となる。
【０００８】
そこで、上記公報に記載の内燃機関では、燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとするときには、内燃機関を駆動するための燃料噴射とは別に少量の燃料を燃焼室内に噴射するようにしている。このように、要求負荷が小さいときに燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとする場合、燃焼室内において燃料を安定して燃焼させるという要請がある。そこで、本発明の目的は、要求負荷が小さいときに燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとする場合に、従来とは異なる方法によって、燃焼室内において燃料を安定して燃焼させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、燃焼室内に供給される排気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排気ガスの量をさらに増大していくと燃焼室内における燃料燃焼時の燃料およびその周囲の温度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排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が多い状態で燃料を燃焼させる第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が少ない状態で燃料を燃焼させる第２の燃焼とを選択的に行わせることができ、且つ、主に内燃機関を駆動するための燃料を噴射するための主噴射と、主に主噴射によって噴射される燃料の燃焼を促進するための燃料を噴射するための補助噴射とを実行することができる内燃機関において、内燃機関に対する要求負荷が予め定められた値よりも小さいときに燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリッチとすることが要求されたときには、始めに、通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射のみを実行する噴射パターンでもってリーン空燃比での第１の燃焼を行わせ、次いで、主噴射の噴射タイミングよりも早い噴射タイミングで補助噴射を実行すると共に通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリッチ空燃比での第１の燃焼を行わせる。ここで、第１の燃焼、および、第２の燃焼は、後述する実施形態において、それぞれ、低温燃焼、および、通常燃焼に相当する。
【００１０】
上記課題を解決するために、２番目の発明では、燃焼室内に供給される排気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排気ガスの量をさらに増大していくと燃焼室内における燃料燃焼時の燃料およびその周囲の温度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排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が多い状態で燃料を燃焼させる第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が少ない状態で燃料を燃焼させる第２の燃焼とを選択的に行わせることができ、且つ、主に内燃機関を駆動するための燃料を噴射するための主噴射と、主に主噴射によって噴射される燃料の燃焼を促進するための補助噴射とを実行することができる内燃機関において、第２の燃焼が行われているときに燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリッチとすることが要求されたときには、始めに、主噴射の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点直前のタイミングで補助噴射を実行すると共に圧縮上死点近傍の主噴射の通常の噴射タイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリーン空燃比での第２の燃焼を行わせ、次いで、通常の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミングで主噴射のみを実行する噴射パターンでもってリーン空燃比での第１の燃焼を行わせ、次いで、主噴射の噴射タイミングよりも早い排気上死点近傍のタイミングで補助噴射を実行すると共に通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリッチ空燃比での第１の燃焼を行わせる。ここで、第１の燃焼、および、第２の燃焼は、後述する実施形態において、それぞれ、低温燃焼、および、通常燃焼に相当する。
【００１１】
上記課題を解決するために、３番目の発明では、燃焼室内に供給される排気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排気ガスの量をさらに増大していくと燃焼室内における燃料燃焼時の燃料およびその周囲の温度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排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が多い状態で燃料を燃焼させる第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも燃焼室内に供給される排気ガス量が少ない状態で燃料を燃焼させる第２の燃焼とを選択的に行わせることができ、且つ、主に内燃機関を駆動するための燃料を噴射するための主噴射と、主に主噴射によって噴射される燃料の燃焼を促進するための補助噴射とを実行することができる内燃機関において、第２の燃焼が行われているときに排気ガスの温度を上昇させ且つ燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリッチとすることが要求されたときには、始めに、主噴射の噴射タイミングよりも早い排気上死点直後のタイミングで補助噴射を実行すると共に圧縮上死点近傍の通常の噴射タイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリーン空燃比での第２の燃焼を行わせ、次いで、通常の噴射タイミングよりも早いタイミングで主噴射のみを実行する噴射パターンでもってリッチ空燃比での第１の燃焼を行わせ、次いで、主噴射の噴射タイミングよりも早い排気上死点直前のタイミングで補助噴射を実行すると共に通常の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもってリッチ空燃比での第１の燃焼を行わせる。ここで、第１の燃焼、および、第２の燃焼は、後述する実施形態において、それぞれ、低温燃焼、および、通常燃焼に相当する。
【００１２】
４番目の発明では、３番目の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯＸを保持し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているＮＯＸを還元剤によって還元浄化することができるＮＯＸ触媒を排気通路に備え、ＮＯＸ触媒が排気ガス中の硫黄成分をも保持することができ、ＮＯＸ触媒が硫黄成分を保持することによってＮＯＸ触媒が保持可能なＮＯＸの量が予め定められた量よりも少なくなったときに、排気ガスの温度を上昇させ且つ燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求される。
【００１３】
５番目の発明では、１〜３番目のいずれか１つの発明において、主噴射の通常の噴射タイミングが圧縮上死点直後のタイミングであり、通常の噴射タイミングよりも早い主噴射の噴射タイミングが圧縮上死点直前のタイミングである。
【００１４】
６番目の発明では、１〜３番目のいずれか１つの発明において、内燃機関に対する要求負荷が予め定められた値よりも小さいときに第２の燃焼が行われるようになっている。
【００１５】
７番目の発明では、１〜３番目のいずれか１つの発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯＸを保持し且つ流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているＮＯＸを還元剤によって還元浄化することができるＮＯＸ触媒を排気通路に備え、ＮＯＸ触媒に保持されているＮＯＸの量が予め定められた量に達したときに、燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明について説明する。図１は本発明の内燃機関の全体図である。本発明の内燃機関は、いわゆる、圧縮着火式の内燃機関である。図１において、１は機関本体、２は燃焼室、３は燃料噴射弁である。燃料噴射弁３は燃料タンク（図示せず）から供給される燃料を一時的に溜めておくためのいわゆるコモンレール４に接続されており、各燃料噴射弁３には、このコモンレール４から燃料が供給される。また、燃焼室２は吸気ポート５を介して吸気枝管６に接続されている。これら吸気枝管６はサージタンク７に接続されている。サージタンク７は吸気管８を介して排気ターボチャージャ９のコンプレッサ１０に接続されている。吸気管８には、燃焼室２に吸入される空気を冷却するための冷却装置１１が取り付けられている。また、吸気管８内には、燃焼室２に吸入される空気の量を制御するためのスロットル弁１２が配置されている。以下、吸気ポート５、吸気枝管６、サージタンク７、および、吸気管８を総称して吸気通路と称す。
【００１７】
一方、燃焼室２は排気ポート１３を介して排気枝管１４に接続されている。これら排気枝管１４は共通の排気管１５に接続されている。排気管１５は排気ターボチャージャ９のタービン１６に接続されている。また、タービン１６下流の排気管１５はＮＯＸ触媒１７を収容したケーシング１８に接続されている。さらに、タービン１６下流であってＮＯＸ触媒１７上流の排気管１５には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ１９が取り付けられている。空燃比センサ１９は燃焼室２内の混合気の空燃比を目標空燃比とすべきときに用いられる。以下、排気ポート１３、排気枝管１４、および、排気管１５を総称して排気通路と称す。
【００１８】
また、燃焼室２から排出された排気ガスを燃焼室２へと再び循環させることができるように、排気枝管１４とサージタンク７とが排気循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２０によって連結されている。また、ＥＧＲ通路２０内には酸化触媒２１が配置されている。また、この酸化触媒２１下流のＥＧＲ通路２０には、その中を流れる排気ガスを冷却するための冷却装置２２が取り付けられている。さらに、この冷却装置２２下流のＥＧＲ通路２０には、サージタンク７内へ排出される排気ガスの量を制御するためのＥＧＲ制御弁２３が配置されている。第１実施形態では、このＥＧＲ制御弁２３によって、後述するように機関運転状態に応じて燃焼室２に再び循環せしめられる排気ガスの量が制御される。
【００１９】
図２は本発明の内燃機関の断面図である。図２において、１は機関本体、２は燃焼室、３は燃料噴射弁、５は吸気ポート、１３は排気ポート、２４はシリンダブロック、２５はシリンダヘッド、２６はピストン、２７は吸気弁、２８は排気弁である。第１実施形態では、燃料噴射弁３は燃焼室２内に燃料を直接噴射するように配置されている。
【００２０】
ところで、燃焼室２に供給される燃料の量に対する燃焼室２に吸入される空気の量の比を排気ガスの空燃比と称した場合、第１実施形態のＮＯＸ触媒１７は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸収することによって、或いは、吸着させることによってＮＯＸを保持する。一方、ＮＯＸ触媒１７は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると、保持しているＮＯＸを放出すると共に排気ガス中の還元剤、特に、未燃炭化水素（ＨＣ）によってＮＯＸを還元浄化する。
【００２１】
ここで、ＮＯＸ触媒１７が保持可能なＮＯＸの量には限界があるので、ＮＯＸ触媒１７が保持しているＮＯＸの量（以下、ＮＯＸ保持量と称す）がその上限値に達してしまうと、もはや、ＮＯＸ触媒１７は排気ガス中のＮＯＸを保持することができず、ＮＯＸ触媒１７下流にＮＯＸが流出してしまうことになる。したがって、ＮＯＸ触媒１７下流にＮＯＸが流出してしまうことを抑制するためには、ＮＯＸ保持量がその上限値に達する前に、ＮＯＸ触媒１７に保持されているＮＯＸを還元浄化すべきである。
【００２２】
そこで、本発明では、ＮＯＸ触媒１７に保持されているＮＯＸを還元浄化することが要求されたときには、燃焼室２内の混合気の平均空燃比をリッチとすることによって燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスを排出させ、これにより、ＮＯＸ触媒１７にリッチ空燃比の排気ガスが供給されるようにしている。すなわち、本発明では、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスを排出することが要求されたとき（以下、リッチ要求時と称す）に、燃焼室２内の混合気の平均空燃比をリッチとするようにしている。これによれば、ＮＯＸ触媒１７にリッチ空燃比の排気ガスが流入するので、ＮＯＸ触媒１７に保持されているＮＯＸが排気ガス中の未燃ＨＣによって還元浄化されることとなる。
【００２３】
ところで、本発明の内燃機関では、ＥＧＲ制御弁２３の開度を制御することによって、ＥＧＲ通路２０を介して燃焼室２内に供給された排気ガスの量、すなわち、混合気中の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する。そして、混合気中の排気ガスの量をさらに増大していくと燃焼室２内における燃料燃焼時の燃料およびその周囲の温度が煤の生成温度よりも低くなり、したがって、煤がほとんど発生しなくなる。
【００２４】
こうした煤の発生メカニズムを考慮して、本発明の内燃機関は、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも混合気中の排気ガス量が多い状態で、燃料を燃焼させるいわゆる低温燃焼と、煤の発生量がピークとなる排気ガス量よりも混合気中の排気ガス量が少ない状態で、燃料を燃焼させるいわゆる通常燃焼とを選択的に行わせることができるようになっている。
【００２５】
そして、本発明では、図４に示したように、機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関係に基づいて機関運転領域を３つの領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩに分割し、機関運転状態が第１の領域Ｉにあるときには低温燃焼でもって燃料を燃焼させ、一方、機関運転状態が第２の領域ＩＩおよび第３の領域ＩＩＩにあるときには通常燃焼でもって燃料を燃焼させるようにしている。ここで、第１の領域Ｉは、機関回転数Ｎが比較的小さく且つ要求負荷Ｌが比較的小さいが予め定められた値よりも大きい機関運転領域であり、第２の領域ＩＩは機関回転数Ｎが比較的小さく且つ要求負荷Ｌが上記予め定められた値よりも小さい機関運転領域であり、第３の領域ＩＩＩは機関回転数Ｎが比較的大きいか、或いは、要求負荷が比較的大きい機関運転領域である。
【００２６】
第２の領域ＩＩでは、要求負荷が極めて小さいことから、低温燃焼でもって燃料を燃焼せしめたほうが、通常燃焼でもって燃料を燃焼せしめるよりも、排気エミッションや燃費の点で好ましいのであるが、低温燃焼では燃焼室内の排気ガスの量が多く且つ要求負荷が極めて小さい領域では燃料噴射量が少ないことから、燃料の燃焼が安定しない。こうした理由から、本発明では、第２の領域ＩＩでは、通常燃焼を行わせるようになっている。
【００２７】
ところで、低温燃焼でもって燃料が燃焼せしめられるときに燃焼室内に循環せしめられる排気ガスの量は、通常燃焼でもって燃料が燃焼せしめられているときに燃焼室内に循環せしめられる排気ガスの量よりも多いので、燃焼室内の混合気の平均空燃比をリッチとするために必要な燃料の量が少ない。このことは燃費の観点から好ましい。
【００２８】
ところが、例えば、ＮＯＸ触媒に保持されているＮＯＸを還元浄化するために、混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されたとき（リッチ要求時）に機関運転状態が第２の領域ＩＩにあると、通常燃焼が行われており、この場合に、混合気の平均空燃比をリッチとすることは、燃費の観点から好ましくない。しかしながら、上述したように、機関運転状態が第２の領域ＩＩにあるときに低温燃焼が行われるようにすると、燃費は良くなるが、燃料の燃焼が安定しない。
【００２９】
そこで、本発明の第１実施形態では、リッチ要求時に、以下の制御を実行することによって、低温燃焼を行わせつつ混合気の平均空燃比をリッチとしたとしても、燃料を安定して燃焼させるようにしている。
【００３０】
すなわち、第１実施形態では、機関運転状態が第２の領域ＩＩにあるときに混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されたときには、第１ステップとして、通常の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミングで、主に内燃機関を駆動するための駆動用の燃料噴射（以下、主噴射と称す）のみを実行する噴射パターンでもって、リーン空燃比での低温燃焼を行わせる。そして、第２ステップとして、主噴射の噴射タイミングよりも早い噴射タイミングで、主に主噴射によって噴射される燃料の燃焼を促進させるために補助的に少量の燃料を噴射するための補助噴射を実行すると共に圧縮上死点近傍の通常の噴射タイミングで主噴射を実行する噴射パターンでもって、リッチ空燃比での低温燃焼を行わせる。これによって、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスを排出させる。
【００３１】
詳細には、第１実施形態では、混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されていない通常運転時において、機関運転状態が第２の領域ＩＩにあるときには、図４（Ａ）に符号Ｑｍで示したように、圧縮上死点ＴＤＣ直後の通常の噴射タイミングで主噴射が実行されて、リーン空燃比での通常燃焼が行われている。
【００３２】
ここで、混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されると、第１ステップとして、図４（Ｂ）に符号Ｑｍで示したように、圧縮上死点ＴＤＣ直前のタイミングで主噴射が実行されて、ここでは、リーン空燃比での低温燃焼が行われる。そして、第２ステップとして、図４（Ｃ）に符号Ｑｖで示したように、排気上死点ＴＤＣ直後のタイミングで補助噴射（いわゆる、ビゴム噴射）が実行され、次いで、図４（Ｃ）に符号Ｑｍで示したように、圧縮上死点ＴＤＣ直前のタイミングで主噴射が実行されて、ここでは、リッチ空燃比での低温燃焼が行われる。
【００３３】
第１実施形態によれば、リッチ要求時において低温燃焼が行われるときに、いったん、混合気の平均空燃比をリーンに維持したままで主噴射が早められたタイミングでもって実行されることから、燃焼室内の燃料は十分に着火しやすく、その後、混合気の平均空燃比がリッチとされたとしても、同じく主噴射が早められたタイミングでもって実行されるので、このときにも燃焼室内の燃料は十分に着火しやすい。また、補助噴射によって噴射された燃料は主噴射が実行されるまでに燃料の着火性を向上させる活性種となっているので、混合気の平均空燃比がリッチとなっていたとしても、燃焼室内において燃料は安定して燃焼する。
【００３４】
なお、第１実施形態において、第１ステップにおける主噴射の噴射タイミングと第２ステップにおける主噴射の噴射タイミングとは同じタイミングであるが、当然のことながら、異なるタイミングでもよい。また、第２ステップにおける補助噴射の噴射タイミングは、主噴射の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミング（いわゆる、パイロット噴射タイミング）であってもよい。
【００３５】
また、第２ステップにおいては、主噴射によって噴射される燃料の量を通常運転時の燃料量と等しくしておき、補助噴射によって噴射される燃料によってのみ混合気の平均空燃比をリッチとしてもよいし、或いは、主噴射によって噴射される燃料の量を通常運転時の燃料量よりも多くすることによって混合気の平均空燃比をリッチとしてもよい。
【００３６】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、リッチ要求時に、以下の制御を実行することによって、低温燃焼を行わせつつ混合気の平均空燃比をリッチとしたとしても、燃料を安定して燃焼させるようにする。
【００３７】
すなわち、第２実施形態では、機関運転状態が第２の領域ＩＩにあるときに混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されたときには、第１ステップとして、主噴射の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点直前のタイミングで補助噴射（いわゆる、パイロット噴射）を実行すると共に主噴射を通常の噴射タイミングで実行する噴射パターンでもって、リーン空燃比での通常燃焼を行わせる。そして、第２ステップとして、主噴射を通常の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミングで実行する噴射パターンでもって、リーン空燃比での低温燃焼を行わせる。さらに、第３ステップとして、主噴射の噴射タイミングよりも早い排気上死点近傍のタイミングで補助噴射（ビゴム噴射）を実行すると共に主噴射を通常の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミングで実行する噴射パターンでもって、リッチ空燃比での低温燃焼を行わせる。
【００３８】
詳細には、第２実施形態では、通常運転時において、機関運転状態が第２の領域ＩＩにあるときには、図５（Ａ）に符号Ｑｍで示したように、圧縮上死点ＴＤＣ直後の通常の噴射タイミングで主噴射が実行されて、リーン空燃比での通常燃焼が行われている。
【００３９】
ここで、混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されると、第１ステップとして、図５（Ｂ）に符号Ｑｐで示したように、圧縮上死点ＴＤＣ直前のタイミングで補助噴射（パイロット噴射）が実行され、次いで、図５（Ｂ）に符号Ｑｍで示したように、主噴射が通常の噴射タイミングで実行されて、ここでも、リーン空燃比での通常燃焼が行われる。そして、第２ステップとして、図５（Ｃ）に符号Ｑｍで示したように、主噴射が圧縮上死点ＴＤＣ直前のタイミングで実行されて、ここでは、リーン空燃比での低温燃焼が行われる。さらに、第３ステップとして、図５（Ｄ）に符号Ｑｖで示したように、排気上死点ＴＤＣ直後のタイミングで補助噴射（ビゴム噴射）が実行され、次いで、図５（Ｄ）に符号Ｑｍで示したように、圧縮上死点ＴＤＣ直前のタイミングで主噴射が実行されて、ここでは、リッチ空燃比での低温燃焼が行われる。
【００４０】
第２実施形態によれば、第１ステップにおいて、パイロット噴射が実行されることによって、燃焼室内における燃料が安定して燃焼する。また、第２ステップにおいて、タイミングを早めて主噴射を実行することによって、燃焼形態が低温燃焼となっていても、燃焼室内において燃料が安定して燃焼する。また、燃焼形態が通常燃焼から低温燃焼に切り換えられる前に、パイロット噴射が実行されていたことから、燃焼形態が通常燃焼から低温燃焼へ切り換えられる間においても、燃焼室内において燃料が安定して燃焼している。
【００４１】
また、第３ステップにおいて、ビゴム噴射が実行されることによって、混合気の平均空燃比がリッチとなっていたとしても、燃焼室内において燃料は安定して燃焼する。さらに、第１ステップから第３ステップまでを経ることによって、燃焼形態がリーン空燃比での通常燃焼からリッチ空燃比での低温燃焼に切り替わるまでの間においても、燃焼室内において燃料は安定して燃焼している。
【００４２】
なお、第２実施形態において、第２ステップにおける主噴射の噴射タイミングと第３ステップにおける主噴射の噴射タイミングとは同じタイミングであるが、当然のことながら、異なるタイミングでもよい。また、第３ステップにおいては、主噴射によって噴射される燃料の量を通常運転時の燃料量と等しくしておき、補助噴射によって噴射される燃料によってのみ混合気の平均空燃比をリッチとしても、或いは、主噴射によって噴射される燃料の量を通常運転時の燃料量よりも多くすることによって混合気の平均空燃比をリッチとしてもよい。
【００４３】
ところで、ＮＯＸ触媒は、そこの流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯＸ）をも保持してしまう。ここで、ＮＯＸ触媒が保持しているＳＯＸの量（以下、ＳＯＸ保持量と称す）が多いほど、ＮＯＸ触媒が保持可能なＮＯＸの量（以下、最大ＮＯＸ保持可能量と称す）が少なくなってしまう。したがって、最大ＮＯＸ保持可能量をできるだけ多く維持するためには、ＮＯＸ触媒に保持されているＳＯＸを何らかの方法によって除去すべきである。ここで、ＳＯＸは、ＮＯＸ触媒の温度が比較的高くなり且つＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると、ＮＯＸ触媒から除去されることが分かっている。
【００４４】
そこで、本発明では、ＮＯＸ触媒にＳＯＸが保持されていることによってＮＯＸ触媒の最大ＮＯＸ保持可能量が、ＮＯＸ触媒が保持することが最低限必要とされるＮＯＸの量（下限値）に達したときに、排気ガスの温度を上昇させることによってＮＯＸ触媒の温度を上昇させると共に、混合気の平均空燃比をリッチとすることによって燃焼室からリッチ空燃比の排気ガスを排出させ、これにより、ＮＯＸ触媒にリッチ空燃比の排気ガスが供給されるようにしている。これによれば、ＮＯＸ触媒の温度が高くなった状態でＮＯＸ触媒にリッチ空燃比の排気ガスが流入するので、ＳＯＸがＮＯＸ触媒から除去されることとなる。
【００４５】
ところで、ＳＯＸをＮＯＸ触媒から除去するために、混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されたとき（リッチ要求時）に機関運転状態が第２の領域ＩＩにあると、通常燃焼が行われており、この場合に、混合気の平均空燃比をリッチとすることは、燃費の観点から好ましくない。しかしながら、上述したように、機関運転状態が第２の領域ＩＩにあるときに低温燃焼が行われるようにすると、燃費は良くなるが、燃料の燃焼が安定しない。
【００４６】
そこで、本発明の第３実施形態では、ＳＯＸをＮＯＸ触媒から除去することが要求されたとき、すなわち、排気ガスの温度を上昇させ且つ混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されたときに、以下の制御を実行することによって、低温燃焼を行わせつつ混合気の平均空燃比をリーンとしたとしても、燃料を安定して燃焼させるようにしている。
【００４７】
すなわち、第３実施形態では、機関運転状態が第２の領域ＩＩにあるときに排気ガスの温度を上昇させ且つ混合気の平均空燃比をリーンとすることが要求されたときには、第１ステップとして、主噴射の噴射タイミングよりも早い排気上死点直前のタイミングで補助噴射（ビゴム噴射）を実行すると共に主噴射を通常の噴射タイミングで実行する噴射パターンでもって、リーン空燃比での通常燃焼を行わせる。そして、第２ステップとして、主噴射を通常の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミングで実行する噴射パターンでもって、リーン空燃比での低温燃焼を行わせる。さらに、第３ステップとして、主噴射の噴射タイミングよりも早い排気上死点直後のタイミングで補助噴射（ビゴム噴射）を実行すると共に主噴射を通常の噴射タイミングよりも早い圧縮上死点近傍のタイミングで実行する噴射パターンでもって、リッチ空燃比での低温燃焼を行わせる。
【００４８】
詳細には、第３実施形態では、通常運転時において、機関運転状態が第２の領域ＩＩにあるときには、図６（Ａ）に符号Ｑｍで示したように、圧縮上死点ＴＤＣ直後の通常の噴射タイミングで主噴射が実行されて、リーン空燃比での通常燃焼が行われている。
【００４９】
ここで、排気ガスの温度を上昇させ且つ混合気の平均空燃比をリッチとすることが要求されると、第１ステップとして、図６（Ｂ）に符号Ｑｖで示したように、排気上死点ＴＤＣ直前のタイミングで補助噴射（ビゴム噴射）が実行され、次いで、図６（Ｂ）に符号Ｑｍで示したように、主噴射が通常の噴射タイミングで実行されて、ここでも、リーン空燃比の通常燃焼が行われる。そして、第２ステップとして、図６（Ｃ）に符号Ｑｍで示したように、主噴射が圧縮上死点ＴＤＣ直前のタイミングで実行されて、ここでは、リーン空燃比での低温燃焼が行われる。さらに、第３ステップとして、図６（Ｄ）に符号Ｑｖで示したように、排気上死点ＴＤＣ直後のタイミングで補助噴射（ビゴム噴射）が実行され、次いで、図６（Ｄ）に符号Ｑｍで示したように、圧縮上死点ＴＤＣ直前のタイミングで主噴射が実行され、ここでは、リッチ空燃比の低温燃焼が行われる。
【００５０】
第３実施形態によれば、第１ステップにおいて、ビゴム噴射が実行されることによって、排気ガスの温度が上昇せしめられる。また、第２ステップにおいて、タイミングを早めて主噴射を実行することによって、燃焼形態が低温燃焼となっていても、燃焼室内において燃料が安定して燃焼する。
【００５１】
また、第３ステップにおいて、ビゴム噴射が実行されることによって、混合気の平均空燃比がリッチとなっていたとしても、燃焼室内において燃料は安定して燃焼する。さらに、第１ステップから第３ステップまでを経ることによって、燃焼形態がリーン空燃比での通常燃焼からリッチ空燃比での低温燃焼に切り替わるまでの間においても、燃焼室内において燃料は安定して燃焼している。
【００５２】
なお、第３実施形態において、第２ステップにおける主噴射の噴射タイミングと第３ステップにおける主噴射の噴射タイミングとは同じタイミングであるが、当然のことながら、異なるタイミングでもよい。また、第３ステップにおいては、主噴射によって噴射される燃料の量を通常運転時の燃料量と等しくしておき、補助噴射によって噴射される燃料によってのみ混合気の平均空燃比をリッチとしても、或いは、主噴射によって噴射される燃料の量を通常運転時の燃料量よりも多くすることによって混合気の平均空燃比をリッチとしてもよい。
【００５３】
また、第３実施形態は、ＮＯＸ触媒に保持されているＮＯＸを還元浄化するために排気ガスの温度を上昇させ且つ燃焼室からリッチ空燃比の排気ガスを排出させることが要求されたときにも適用可能であるし、また、後述するパティキュレートフィルタの温度を上昇させ且つパティキュレートフィルタにリッチ空燃比の排気ガスを供給するために排気ガスの温度を上昇させ且つ燃焼室からリッチ空燃比の排気ガスを排出させることが要求されたときにも適用可能である。
【００５４】
次に、低温燃焼について詳しく説明する。図７は、要求負荷が小さいときにスロットル弁１２の開度および燃焼室２内の混合気中の排気ガスの量（以下、ＥＧＲ率と称す）を変化させることによって、空燃比Ａ／Ｆ（図７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，ＮＯＸ　の排出量の変化を示した実験例を表している。
【００５５】
図７から分かるように、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。
【００５６】
図７に示したように、ＥＧＲ率を増大することによって空燃比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且つ空燃比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。さらにＥＧＲ率を高めて空燃比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。さらにＥＧＲ率を高めて空燃比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て空燃比Ａ／Ｆを１５．０付近とすると、スモークがほぼ零となる。すなわち、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　の発生量がかなり少なくなる。一方、このとき、ＨＣ，ＣＯの発生量は増大し始める。
【００５７】
すなわち、上述した実施形態において、ＥＧＲ率が６５パーセント以上となるように燃焼室２内に排気ガスを循環させた状態にて、燃料を燃焼させる燃焼形態が低温燃焼であり、ＥＧＲ率が６５パーセント以下となるように燃焼室２内に排気ガスを循環させた状態にて、燃料を燃焼させる燃焼形態が通常燃焼である。
【００５８】
また、上述した実施形態におけるＮＯＸ触媒１７の代わりに、ＮＯＸ触媒を担持したパティキュレートフィルタを排気通路に備えた内燃機関にも本発明は適用可能である。最後に、このＮＯＸ触媒を担持したパティキュレートフィルタについて説明する。
【００５９】
図８（Ａ）はパティキュレートフィルタの端面図であり、図８（Ｂ）はパティキュレートフィルタの縦断面図である。図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示したように、パティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称す）３２はハニカム構造をなす隔壁５４を具備する。
【００６０】
これら隔壁５４によって互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１が形成される。これら排気流通路のうち略半数の排気流通路５０がその下流端開口を栓５２で閉鎖されている。以下、これら排気流通路５０を排気ガス流入通路と称す。一方、残りの半数の排気流通路５１はその上流端開口を栓５３で閉鎖されている。以下、これら排気流通路５１を排気流出通路５１と称す。排気ガス流入通路５０には４つの排気ガス流出通路５１が隣接する。一方、排気ガス流出通路５１には４つの排気ガス流入通路５０が隣接する。
【００６１】
排気ガスは排気ガス流入通路５０に流入する。隔壁５４はコージェライトのような多孔質材料からなるので、図８（Ｂ）において矢印で示したように、排気ガス流入通路５０内の排気ガスは、隔壁５４の細孔を通って、隣接する排気ガス流出通路５１内に流れ込む。
【００６２】
フィルタ３２内には、隔壁５４の両壁面上、および、隔壁５４の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体層上に、貴金属触媒と、活性酸素生成剤とが担持されている。貴金属触媒としては、白金（Ｐｔ）が用いられる。一方、活性酸素生成剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）のような希土類、鉄（Ｆｅ）のような遷移金属、およびスズ（Ｓｎ）のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【００６３】
活性酸素生成剤は、周囲に過剰な酸素が存在すると酸素を吸収によって保持し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で解放することによって活性酸素を生成する。次に、活性酸素生成剤の活性酸素生成作用について、担体上に白金およびカリウム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、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な活性酸素生成作用が行われる。
【００６４】
圧縮着火式内燃機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンである。したがって、フィルタ３２に流入する排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、圧縮着火式内燃機関の燃焼室２内ではＮＯが発生する。したがって、排気ガス中にはＮＯが含まれている。このため過剰酸素、および、ＮＯを含んだ排気ガスがフィルタ３２の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００６５】
図９（Ａ）および（Ｂ）は、隔壁５４上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図９（Ａ）および（Ｂ）において、６０は白金の粒子を示し、６１はカリウムを含んでいる活性酸素生成剤を示している。
【００６６】
排気ガスがフィルタ３２の排気ガス流入通路５０内に流入すると、図９（Ａ）に示したように、排気ガス中の酸素（Ｏ２）がＯ２−またはＯ２−の形で白金の表面に付着する。排気ガス中のＮＯはこれらＯ２−またはＯ２−と反応し、ＮＯ２となる。斯くして生成されたＮＯ２の一部は、白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤６１内に吸収によって保持され、図９（Ａ）に示したように、カリウム（Ｋ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ３−）の形で活性酸素生成剤６１内に拡散し、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム（ＫＮＯ３）の形で活性酸素生成剤６１内に吸収によって保持される。
【００６７】
ここで、燃焼室２内においては主にカーボン（Ｃ）からなる微粒子（煤）が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスが排気ガス流入通路５０内を流れているとき、或いは、隔壁５４の細孔内を通過するときに、図９（Ｂ）において６２で示したように、活性酸素生成剤６１の表面上に接触して付着する。
【００６８】
このように微粒子６２が活性酸素生成剤６１の表面上に付着すると、微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、活性酸素生成剤６１の周囲の酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素生成剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤６１内の酸素が微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤６１内に形成されている硝酸カリウム（ＫＮＯ３）がカリウム（Ｋ）と酸素（Ｏ）とＮＯとに分解され、酸素（Ｏ）が微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向かい、その一方で、ＮＯが活性酸素生成剤６１から外部に放出される。
【００６９】
ここで、微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向かう酸素は、硝酸カリウムといった化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、したがって、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。こうして活性酸素生成剤６１は活性酸素を生成する。なお、外部に放出されたＮＯは下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤６１内に保持される。
【００７０】
活性酸素生成剤６１によって生成される活性酸素はそこに付着した微粒子を酸化除去するために消費される。すなわち、フィルタ３２に捕集された微粒子は活性酸素生成剤６１によって生成される活性酸素によって酸化除去される。
【００７１】
このように、フィルタ３２に捕集されている微粒子は、反応性の高い活性酸素によって、輝炎を発することなく酸化除去される。このように輝炎を発することのない酸化によって微粒子を除去すれば、フィルタ３２の温度が過剰に高くなることがなく、したがって、フィルタ３２が熱劣化することがない。
【００７２】
さらに、微粒子を酸化除去するために利用される活性酸素は反応性が高いので、フィルタ３２の温度が比較的低くても、微粒子は酸化除去される。すなわち、圧縮点火式内燃機関から排出される排気ガスの温度が比較的低く、このため、フィルタ３２の温度も比較的低いことが多いが、このフィルタ３２では、フィルタ３２の温度を上昇させるための特別な処理を実行しなくても、フィルタ３２に捕集された微粒子は酸化除去され続ける。
【００７３】
なお、活性酸素生成剤６１は周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯＸを硝酸イオンの形で保持することによって結果的に酸素を保持する。すなわち、活性酸素生成剤６１は周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯＸを吸収によって保持する。一方、活性酸素生成剤６１は周囲の酸素濃度が低下すると硝酸イオンの形で保持されているＮＯＸを解放することによって活性酸素を生成する。すなわち、活性酸素生成剤６１は周囲の酸素濃度が低下するとＮＯＸを解放する。したがって、本発明の活性酸素生成剤６１はＮＯＸ保持剤としても機能する。
【００７４】
ここで、活性酸素生成剤６１周りの酸素濃度が低下する場合とは、上述したように、周囲の雰囲気はリーン雰囲気であるが活性酸素生成剤６１に微粒子が付着した場合の他に、フィルタ３２に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気となった場合がある。
【００７５】
周囲の雰囲気はリッチ雰囲気であるが活性酸素生成剤６１に微粒子が付着することで活性酸素生成剤６１周りの酸素濃度が低下した場合に解放されたＮＯＸは、上述したように、再び活性酸素生成剤６１に吸収によって保持される。一方、フィルタ３２に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気となった場合に解放されたＮＯＸは、白金の作用によって排気ガス中の炭化水素で還元浄化される。云い換えれば、内燃機関からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように内燃機関の運転を制御すれば、活性酸素生成剤６１に保持されているＮＯＸを還元浄化することができる。したがって、フィルタ３２は、活性酸素生成剤６１と白金とからなるＮＯＸ触媒を具備するものである。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、リッチ空燃比での第１の燃焼を行わせるようにするまで、ならびに、リッチ空燃比での第１の燃焼を行わせているときにおいて、燃焼室内において燃料が安定して燃焼する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の全体図である。
【図２】本発明の内燃機関の断面図である。
【図３】低温燃焼を行わせる領域と通常燃焼を行わせる領域とを示す図である。
【図４】第１実施形態の制御を説明するための図である。
【図５】第２実施形態の制御を説明するための図である。
【図６】第３実施形態の制御を説明するための図である。
【図７】低温燃焼を説明するための図である。
【図８】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図９】パティキュレートフィルタの微粒子酸化作用を説明するための図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２…燃焼室
３…燃料噴射弁
１３，１４，１５…排気通路
１７…ＮＯＸ触媒
２０…ＥＧＲ通路
Ｑｍ…主噴射
Ｑｖ…補助噴射
【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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