(57)【要約】【課題】  スロットル弁又はＥＧＲ制御弁の開弁時における応答性を高める。【解決手段】  低温燃焼と通常燃焼とを切換える切換え手段と、機関吸気通路に設けられた吸気ガスコンプレッサ（１６）を機関排気通路に設けられたタービン（２３）によって駆動するターボチャージャ（１５）とを具備していて、排気ガス循環装置が、排気ガス再循環通路（６１）と、該排気ガス再循環通路を流れる再循環排気ガスの量を制御可能な再循環排気ガス制御弁（６４）と、排気ガス再循環通路内において再循環排気ガスを昇圧するためにタービン（２３）によって駆動される再循環排気ガスコンプレッサ（６５）とを具備しており、再循環排気ガス制御弁が再循環排気ガスコンプレッサ（６５）の下流に設けられると共に、機関吸気通路内におけるスロットル弁（２０）が内燃機関の吸気通路に設けられたインタークーラ（１４）の下流に配置されるようにした内燃機関が提供される。【選択図】      図１
2005076502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記燃焼室内に供給される再循環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、前記燃焼室内に供給される再循環排気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る低温燃焼と、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通常燃焼とを切換える切換え手段と、機関吸気通路に設けられた吸気ガスコンプレッサを機関排気通路に設けられたタービンによって駆動するターボチャージャとを具備する内燃機関において、
前記排気ガス循環装置が、排気ガス再循環通路と、該排気ガス再循環通路を流れる再循環排気ガスの量を制御可能な再循環排気ガス制御弁と、前記排気ガス再循環通路内において前記再循環排気ガスを昇圧するための再循環排気ガスコンプレッサとを具備しており、
前記再循環排気ガス制御弁が前記再循環排気ガスコンプレッサの下流に設けられると共に、前記機関吸気通路内におけるスロットル弁が前記内燃機関の前記吸気通路に設けられたインタークーラの下流に配置され、かつ前記排気ガス再循環通路の出口部が前記スロットル弁下流の吸気通路に接続されるようにした内燃機関。
【請求項２】
前記再循環排気ガスコンプレッサが前記ターボチャージャの前記タービンによって駆動される請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
さらに、前記排気ガス循環装置が、前記排気ガス再循環通路内の再循環排気ガスを冷却する冷却装置を具備し、該冷却装置が前記排気ガス再循環通路の入口部と前記再循環排気ガスコンプレッサとの間に設けられている請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記排気ガス再循環通路の入口部が前記機関排気通路における前記タービンの下流に設けられたフィルタの下流に位置している請求項１から３のいずれか一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、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より内燃機関、例えばディーゼル機関においてはＮＯｘ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、ＥＧＲ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ＮＯｘの発生量が低下し、従ってＥＧＲ率を増大すればするほどＮＯｘ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ＮＯｘ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ＥＧＲ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３０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ＥＧＲ率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてＮＯｘ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ＮＯｘ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ＮＯｘ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ＮＯｘ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ＮＯｘ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ＮＯｘ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。（例えば、特許文献１から特許文献４参照。）
【特許文献１】特開２０００−００８８３５号公報
【特許文献２】特開平５−１８００８９号公報
【特許文献３】特開平１１−１１７７５１号公報
【特許文献４】特開２００２−０８９３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、排気ターボチャージャを備えた内燃機関に設けられるＥＧＲ通路の一つとして、ロープレッシャループと呼ばれる形式のものが存在している。この場合、排気ターボチャージャの排気タービンの下流に排気ガス用フィルタが設けられており、通常はＥＧＲ通路は排気ガス用フィルタの下流から、排気ターボチャージャの吸気ガスコンプレッサの上流でかつスロットル弁の下流までを接続している。そして、ＥＧＲ通路には再循環排気ガスの流量を調整するための再循環排気ガス制御弁が設けられている。この場合、内燃機関の排気通路から排出されて排気タービンを経由した排気ガスの一部が再循環排気ガスとして使用される。このため、この場合には排気タービンを経由してＥＧＲ通路に流入した再循環排気ガスの圧力は排気通路から排出された直後の排気ガスの圧力と比べると小さい。従って、このような低圧の再循環排気ガスを流すようにしたＥＧＲ通路はロープレッシャループと呼ばれている。
【００１０】
このようなロープレッシャループとしてのＥＧＲ通路を備えた内燃機関において、例えば加速のために機関要求負荷を高くする場合には、スロットル弁を全開付近まで開弁し、これと前後して再循環排気ガス制御弁を閉弁する。これにより、新規の空気が内燃機関の燃焼室内に供給される。
【００１１】
しかしながら、通常はインタークーラが排気ターボチャージャのコンプレッサの下流に設けられているので、スロットル弁の開弁により取り込まれた新規の空気は、排気ターボチャージャのコンプレッサおよびインタークーラの両方を通った後で燃焼室に到達する。つまり、スロットル弁を開弁した後の新規の空気が燃焼室に到達するためには、コンプレッサおよびインタークーラ内に存在している再循環排気ガスを燃焼室まで押し入れる必要がある。このために、新規の空気が実際に燃焼室に到達するまでにタイムラグが生じ、スロットル弁の開弁時における応答性が優れなくなる。特に、再循環排気ガスを燃焼室に多量に供給する場合には、タイムラグの問題が顕著である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１番目に記載の発明によれば、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、前記燃焼室内に供給される再循環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、前記燃焼室内に供給される再循環排気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る低温燃焼と、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通常燃焼とを切換える切換え手段と、機関吸気通路に設けられた吸気ガスコンプレッサを機関排気通路に設けられたタービンによって駆動するターボチャージャとを具備する内燃機関において、前記排気ガス循環装置が、排気ガス再循環通路と、該排気ガス再循環通路を流れる再循環排気ガスの量を制御可能な再循環排気ガス制御弁と、前記排気ガス再循環通路内において前記再循環排気ガスを昇圧するための再循環排気ガスコンプレッサとを具備しており、前記再循環排気ガス制御弁が前記再循環排気ガスコンプレッサの下流に設けられると共に、前記機関吸気通路内におけるスロットル弁が前記内燃機関の前記吸気通路に設けられたインタークーラの下流に配置され、かつ前記排気ガス再循環通路の出口部が前記スロットル弁下流の吸気通路に接続されるようにした内燃機関が提供される。
【００１３】
すなわち１番目の発明によって、スロットル弁を吸気ガスコンプレッサおよびインタークーラの下流に設けると共に再循環排気ガス制御弁を再循環排気ガスコンプレッサの下流に設け、かつ排気ガス再循環通路の出口部をスロットル弁下流の吸気通路に接続したので、再循環排気ガス制御弁の開弁時に再循環排気ガス制御弁を流れる再循環排気ガスがコンプレッサおよびインタークーラを通過する必要がなくなる。従って、コンプレッサおよびインタークーラ内には再循環排気ガスが存在していない（残存していない）ので、加速時に新規の吸気を燃焼室に迅速に供給できるため、内燃機関のレスポンスを向上させられる。また、再循環排気ガス量を増大させるときの内燃機関のレスポンスも向上させられる。特に、１番目の発明においては再循環排気ガスコンプレッサにより再循環排気ガスを供給するようにしているので、再循環排気ガスを燃焼室内に供給することを望む場合には、これを迅速に行うことができ、また、機関要求負荷が高い場合であっても大量の再循環排気ガスを供給できるので、低温燃焼領域およびリッチ燃焼領域の拡大が可能となる。
【００１４】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記再循環排気ガスコンプレッサが前記ターボチャージャの前記タービンによって駆動される。
すなわち２番目の発明によって、排気ターボチャージャのタービンを駆動源とすることによって、別の駆動源を用いることなしに再循環排気ガスコンプレッサを駆動させられる。
【００１５】
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、さらに、前記排気ガス循環装置が、前記排気ガス再循環通路内の再循環排気ガスを冷却する冷却装置を具備し、該冷却装置が前記排気ガス再循環通路の入口部と前記再循環排気ガスコンプレッサとの間に設けられている。
すなわち３番目の発明によって、再循環排気ガスが冷却装置において冷却された後に再循環排気ガスコンプレッサに流入するようになる。排気ターボチャージャのタービンの材料に比べると耐熱性の小さい材料から再循環排気ガスコンプレッサを形成した場合であっても、再循環排気ガスコンプレッサに流入する再循環排気ガスの温度を下げることができるので、再循環排気ガスコンプレッサが熱により破損するのを避けることができる。
【００１６】
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記排気ガス再循環通路の入口部が前記機関排気通路における前記タービンの下流に設けられたフィルタの下流に位置している。
すなわち４番目の発明によって、フィルタ、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したフィルタ、酸化触媒を担持したフィルタにより再循環排気ガスとして使用する排気ガスを清浄化できる。このようなフィルタを備えた場合にはフィルタ通過後の排気ガスの温度が上昇する可能性があるものの、３番目の発明に記載の冷却部によって再循環排気ガスを冷却することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
各発明によれば、ガスを燃焼室に迅速に供給できるので、内燃機関のレスポンスを向上させられるという共通の効果を奏しうる。
さらに、１番目の発明によれば、低温燃焼領域およびリッチ燃焼領域の拡大が可能になるという効果を奏しうる。
さらに、２番目の発明によれば、排気ガスを利用して再循環排気ガスコンプレッサを効率的に駆動させられるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、再循環排気ガスコンプレッサが熱により破損するのを避けることができるという効果を奏しうる。
さらに、４番目の発明によれば、再循環排気ガスとして使用する排気ガスを清浄化できるという効果を奏しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
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に連結されている。吸気ダクト１３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、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を担持したフィルタ２５を内蔵した触媒コンバータ２６に連結される。この実施形態においては吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したフィルタが用いられる。排気マニホルド２２内には空燃比センサ２７が配置される。なお、フィルタ２５に代えて、酸化機能を有するハニカム構造（ストレートフロータイプ）の触媒でもよい。
【００２０】
図１に示されるように、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路６１が触媒コンバータ２６の出口部に連結された排気管２８からサージタンク１２まで延びている。再循環排気ガスが内部を流れるＥＧＲ通路６１には、ＥＧＲガスを昇圧するためのＥＧＲガスコンプレッサ６５が設けられている。図１においてはＥＧＲガスコンプレッサ６５は排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６および排気タービン２３と同軸に設けられている。従って、排気タービン２３が排気ガスにより駆動する際には、ＥＧＲガスコンプレッサ６５は排気ターボチャージャ１５と共に回転して駆動される。またＥＧＲガスコンプレッサ６５の下流には、ステップモータ６３により駆動されるＥＧＲ制御弁６４が配置される。また、ＥＧＲ通路６１内にはＥＧＲ通路６１内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ６２がＥＧＲガスコンプレッサ６５の上流に配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がＥＧＲクーラ６２内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２１】
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。
【００２２】
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。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および燃料圧センサ３６の出力信号も夫々対応する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。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６３、並びに燃料ポンプ３５に接続される。図２は、燃料噴射時期を固定した状態で機関低負荷運転時にスロットル弁２０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，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。
【００２３】
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。
【００２４】
図２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。
【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。
【００２６】
図２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、即ち煤がほとんど発生せず、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。
【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およ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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
図３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３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。
【００３４】
図３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。
【００３５】
一方、図３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。
【００３６】
また、図３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。
【００３７】
なお、図３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。
【００３８】
図４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４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。
【００３９】
図４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４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４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４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４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４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、斯くして煤がほとんど発生しなくなる。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。
【００４０】
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４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。
【００４１】
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４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ガス割合が低下し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。
【００４２】
ところが図１に示されるようにＥＧＲ通路２９を介して過給機の上流側即ち排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６上流の空気吸込管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。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が全開せしめられる、スロットル弁２０が若干閉弁せしめられる。
【００４３】
前述したように図４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４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４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。
【００４４】
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ほとんど生成されない。更に、ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。
【００４５】
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ほとんど発生されず、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。
【００４６】
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形態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低温燃焼を行うようにし、機関高負荷運転時には従来より普通に行われている通常燃焼を行うようにしている。なお、ここで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、従来より普通に行われている通常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。
【００４７】
図５は特定の運転状態におけるスモーク濃度ＦＳＮと、低温燃焼領域および通常燃焼領域とを示す図であり、図６は低温燃焼領域と通常燃焼領域を示す概念図である。図５および図６などを用いて、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燃焼である低温燃焼と、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通常燃焼とを説明する。図５に示されるように煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率の高ＥＧＲ率側と低ＥＧＲ率側に夫々低温燃焼領域と普通の燃焼領域とが存在している。また低温燃焼が行われるときには通常燃焼が行われるときに比べて噴射時期が進角側になるので、図５に示されるように低温燃焼領域は通常燃焼領域に比べて進角側になる。
【００４８】
図６においては破線ＰはＥＧＲ率を増大したときに煤の発生量がピークになるところを示しており、実線ＱはＥＧＲ率をさらに増大したときに煤の発生量がほぼ零になるところを示している。図２および図６から分かるように通常燃焼と通常燃焼よりも進角側の低温燃焼とを切り替えるべくＥＧＲ率を増減させるとその間に煤の発生量がピークとなるところを通過する。また図２のように噴射時期を一定にした状態でＥＧＲ率を増大させた場合には図６において破線Ｐで示されるようにスモークの発生量にピークが発生する。そして、図６において通常燃焼領域から通常燃焼領域よりも進角側の低温燃焼領域に切り替えるべくＥＧＲ率を増大させると破線Ｐ上を通過するので、ＥＧＲ率の増大中にスモークの発生量にピークが生じることとなる。
【００４９】
図７は低温燃焼が行われる第１の運転領域Ｉと、従来の燃焼方法による通常燃焼が行われる第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。
【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、通常燃焼が行われる。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。
【００５２】
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フィルタ２５に担持された酸化機能を有する触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）により良好に酸化せしめられる。同時に排気微粒子はフィルタ２５によって捕集される。
【００５３】
このＮＯｘ触媒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】
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。
【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。
【００５６】
図９は要求負荷Ｌ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負荷Ｌ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ＥＧＲ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。
【００５７】
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の開度および第２のＥＧＲ制御弁３１の開度が制御される。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。
【００５８】
なお、アイドル運転時にはスロットル弁２０は全閉近くまで閉弁され、このとき第２の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２０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、アイドル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。
【００５９】
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。
【００６０】
第２の運転領域IIでは通常燃焼が行われる。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、第２のＥＧＲ制御弁３１の開度は要求負荷Ｌ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率は要求負荷Ｌが高くなるほど低くなり、空燃比は要求負荷Ｌが高くなるほど小さくなる。ただし、空燃比は要求負荷Ｌ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。
【００６１】
図１０（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１０（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１０（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。
【００６２】
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１０（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。
【００６３】
なお、図１０（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図１０（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌ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。また、空燃比を図１０（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１１（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌ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１０（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要な第１のＥＧＲ制御弁６４の開度ＳＥＬと第２のＥＧＲ制御弁３１の開度ＳＥＨとの合計である目標合計開度ＳＥが図１１（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌ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。第１のＥＧＲ制御弁６４の開度ＳＥＬと第２のＥＧＲ制御弁３１の開度ＳＥＨとの比については、後で詳細に説明する。
【００６４】
図１２（Ａ）は通常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。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１２（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要な第１のＥＧＲ制御弁６４の開度ＳＥＬとなる目標開度ＳＥが図１３（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌ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】
また、通常燃焼が行われているときには燃料噴射量Ｑは要求負荷Ｌおよび機関回転数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。
【００６６】
次に図１５を参照しつつ運転制御について説明する。図１５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Ｘ１（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ１（Ｎ）のときにはステップ１０３に進んで低温燃焼が行われる。
【００６７】
即ち、ステップ１０３では図１１（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１１（Ｂ）に示すマップから第２の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１０に示される空燃比となるように燃料噴射が行われる。このとき低温燃焼が行われる。
【００６８】
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１０８に進んで第２の燃焼が行われる。即ち、ステップ１０８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１０９では図１３（Ｂ）に示すマップから第２の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１１０では図１２に示されるリーン空燃比となるように燃料噴射が行われる。
【００６９】
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１０６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１０８に進み、リーン空燃比のもとで通常燃焼が行われる。一方、ステップ１０６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１０７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。
【００７０】
ところで、前述した内燃機関の運転制御においては、ステップ１０３およびステップ１０８においてスロットル弁２０の開度を設定すると共に、ステップ１０４およびステップ１０９においては第１のＥＧＲ制御弁６４の開度を設定している。このように弁の開度を設定すると、吸気ガスおよび再循環排気ガスがそれぞれ設定された開度に応じた流量で流れるようになる。ここで、従来技術の内燃機関においてはスロットル弁により流量調整された吸気ガスはターボチャージャのコンプレッサおよびインタークーラを通過して燃焼室に到達しており、ＥＧＲ制御弁により流量調整されたＥＧＲガスも同様にターボチャージャのコンプレッサおよびインタークーラを通過して燃焼室に到達していた。このため、従来技術の内燃機関においては前述したインタークーラ等の残存ＥＧＲガスを押し出した後に新規のガスが燃焼室に到達するのでレスポンスに欠けていた。しかしながら、図１に示すような本発明の内燃機関においては第１のＥＧＲ制御弁６４はＥＧＲガスコンプレッサ６５の下流に設けられ、かつＥＧＲ通路６１はインタークーラ１４の下流に位置するサージタンク１２に接続しているので、ＥＧＲガスがＥＧＲガスコンプレッサ６５を通過することがない。さらに、図１においてはＥＧＲ通路６１はインタークーラ１４の下流に位置するサージタンク１２に接続しているので、ＥＧＲガスがインタークーラ１４を通過することもない。このため、ＥＧＲ制御弁６４を開弁してＥＧＲガス量を増大させるときの内燃機関のレスポンスを高めることができる。
【００７１】
同様に、図１におけるスロットル弁２０はコンプレッサ１６およびインタークーラ１４の下流に設けられており、かつＥＧＲ通路６１がスロットル弁２０の下流に位置するサージタンクに接続されている。加速時にスロットル弁２０を開弁した際、コンプレッサ１６およびインタークーラ１４内にＥＧＲガスが存在しない（残存しない）ので、新規の吸気が直ちに燃焼室５に供給される。このため、スロットル弁２０を開弁して吸気ガス量を増大させるときの内燃機関のレスポンスを高めることが可能となる。
【００７２】
さらに図１に示される実施形態においては排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３により駆動されるＥＧＲガスコンプレッサ６５がＥＧＲ通路６１に設けられており、これにより、大量のＥＧＲガスを燃焼室に迅速に供給することができる。従来技術においてはＥＧＲガスと吸気ガスとの両方を単一のコンプレッサによって燃焼室に供給していたので、機関要求負荷が高い場合には大量のＥＧＲガスを供給するのが困難であるが、本発明においてはＥＧＲガスを昇圧するためのＥＧＲガスコンプレッサ６５を設けているので、機関要求負荷が高い場合であっても大量のＥＧＲガスを供給することができ、これにより、機関要求負荷が高い場合であっても低温燃焼を行うことが可能である。
【００７３】
また、前述したＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた内燃機関のリーン制御運転時に、触媒のＮＯｘ吸収量が飽和する前に、そのＮＯｘを浄化するため、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を一時的にリッチにすることにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させ、ＮＯｘを放出・還元させるリッチスパイク制御が行われている。空燃比を一時的にリッチにする際にはＥＧＲガス量を増大するようにしているが、機関要求負荷が高い場合には大量のＥＧＲガスを燃焼室５に供給するのが困難である。しかしながら、前述したように本発明においてはＥＧＲガスコンプレッサ６５を使用することにより、機関要求負荷が高い場合であっても大量のＥＧＲガスを供給することができ、これにより、リッチスパイク制御可能領域の拡大も可能となる。
【００７４】
ところで、内燃機関における排気ターボチャージャ１５の吸気ガス用のコンプレッサ１６は排気タービン２３によって駆動されるようになっている。コンプレッサ１６により圧縮されるエアクリーナ１８からの空気はほぼ常温であるので、コンプレッサ１６の材料には耐熱性は要求されないが、排気タービン２３を通る排気ガスは高温であるので排気タービン２３の材料には耐熱性が要求される。図１から分かるように、本発明においては排気通路を流れる排気ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲガスコンプレッサ６５を通過するようになっている。つまり、ＥＧＲガス自体は元々排気ガスであるので高温である上に、この排気ガスは触媒コンバータ２６を通過する際の酸化反応によってさらに高温になっているのでＥＧＲガスの温度はかなり高くなる。このため、コンプレッサ１６の製造に使用されるような耐熱性の低い材料からＥＧＲガスコンプレッサ６５を形成した場合には、高温のＥＧＲガスによってＥＧＲガスコンプレッサ６５が破損する可能性があるが、本発明においては図１に示されるようなＥＧＲクーラ６２がＥＧＲガスコンプレッサ６５の上流に設けられている。従って、ＥＧＲガスコンプレッサ６５を通過する前にＥＧＲクーラ６２によってＥＧＲガスを冷却することができる。つまり、ＥＧＲガスコンプレッサ６５内に進入するＥＧＲガスの温度が低くなっているので、耐熱性の低い材料からＥＧＲガスコンプレッサ６５形成したとしても、ＥＧＲガスコンプレッサ６５が熱により破損するのを回避できる。
【００７５】
なお、第一の実施形態においては排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３により駆動するＥＧＲガスコンプレッサ６５が示されているが、このＥＧＲガスコンプレッサ６５は必ずしも排気タービン２３により駆動される必要はなく、他の駆動源、例えば別途設けられたモータによって駆動されるようにしてもよい。
【００７６】
前述した実施形態においてはＥＧＲ通路６１はサージタンク１２に直結するように示されているが、ＥＧＲ通路６１がインタークーラ１４下流に位置する吸気ダクト１３に接続されている場合であっても本発明の範囲に含まれるのは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図である。
【図４】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図である。
【図５】特定の運転状態におけるスモーク濃度ＦＳＮと、低温燃焼領域および通常燃料領域とを示す図である。
【図６】低温燃焼領域と通常燃焼領域を示す概念図である。
【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】第１の運転領域Ｉにおける空燃比等を示す図である。
【図１１】第一の実施形態のスロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図１２】通常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。
【符号の説明】
【００７８】
１…内燃機関
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
１４…インタークーラ
１５…ターボチャージャ
１６…コンプレッサ（吸気ガスコンプレッサ）
２０…スロットル弁
２３…排気タービン
２５…酸化機能を有する触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）を担持したフィルタ
６１…ＥＧＲ通路（排気ガス再循環通路）
６２…ＥＧＲクーラ（冷却装置）
６４…ＥＧＲ制御弁（再循環排気ガス制御弁）
６５…ＥＧＲガスコンプレッサ（再循環排気ガスコンプレッサ）
【図１】
2005076502.tif 000003
【図２】
2005076502.tif 000004
【図３】
2005076502.tif 000005
【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】
2005076502.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2005076502.tif 000017