(57)【要約】【課題】高負荷運転時に煤およびＮＯxの排出を抑制する。【解決手段】機関排気通路内に三元触媒２１を配置する。高負荷運転時に燃焼室５内における平均空燃比をほぼ理論空燃比に維持し、主噴射燃料を拡散燃焼させると共に燃焼室５内の平均ガス温を燃焼中に生成されたほぼ全部の煤が燃焼して消滅する高温領域まで上昇させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に三元触媒を配置すると共に機関負荷が予め定められた高負荷領域内にあるときには燃焼室内における平均空燃比をほぼ理論空燃比に維持し、更に機関負荷が該予め定められた高負荷領域内にあるときには主噴射燃料を拡散燃焼させると共に燃焼室内の平均ガス温を燃焼中に生成されたほぼ全部の煤が燃焼して消滅する高温領域まで上昇させるようにした内燃機関。
【請求項２】
機関負荷が上記予め定められた高負荷領域よりも低負荷側であるときには燃焼室内の平均ガス温は上記高温領域まで達しない請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
機関排気通路内に空燃比センサを配置し、該空燃比センサの出力信号に基づいて燃焼室内における平均空燃比を理論空燃比にフィードバック制御するようにした請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
機関負荷が上記予め定められた高負荷領域内にあるときには燃焼室内の平均ガス温を上記高温領域まで上昇させるために燃焼室内の不活性ガス量が低減せしめられる請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
排気ガスを機関吸気通路内に再循環するための排気ガス再循環装置を具備しており、機関負荷が上記予め定められた高負荷領域内にあるときには燃焼室内の平均ガス温を上記高温領域まで上昇させるために排気ガスの再循環作用が停止される請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
吸気弁および排気弁の一方又は双方の開閉弁時期を制御可能なバルブタイミング装置を具備しており、機関負荷が上記予め定められた高負荷領域内にあるときには燃焼室内の平均ガス温を上記高温領域まで上昇させるために吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ期間を零にするようにした請求項４に記載の内燃機関。
【請求項７】
機関負荷が上記予め定められた高負荷領域内にあるときには燃焼室内の平均ガス温を上記高温領域まで上昇させるために燃焼室内の酸素濃度を高めるようにした請求項１に記載の内燃機関。
【請求項８】
機関負荷が上記予め定められた高負荷領域内にあるときには燃焼室内の平均ガス温を上記高温領域まで上昇させるために、燃焼室内の平均ガス温が該高温領域に達しない通常燃焼時の同一負荷における主噴射燃料の噴射時期に比べて、主噴射燃料の噴射時期を早めるようにした請求項１に記載の内燃機関。
【請求項９】
機関負荷が上記予め定められた高負荷領域内において高くなるほど主噴射燃料の噴射時期が遅らされる請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
機関負荷が上記予め定められた高負荷領域内にあるときに主噴射燃料の噴射前に補助燃料が噴射され、機関負荷が低いほど該補助燃料の噴射量が増大せしめられる請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１１】
上記主噴射燃料が軽油又は軽油を主成分とする燃料からなる請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１２】
上記主噴射燃料がガソリン又はガソリンを主成分とする燃料からなる請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
燃焼室内に点火栓が配置されており、機関負荷が上記予め定められた高負荷領域にあるときに該点火栓のスパークによって主噴射燃料の着火をアシストするようにした請求項１２に記載の内燃機関。
【請求項１４】
機関排気通路内に空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵し空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したたＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を配置し、機関負荷が上記予め定められた高負荷領域にあるときにＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出すべきときには燃焼室内における空燃比をリッチにするようにした請求項１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】
ディーゼル機関では煤の発生とＮＯxの発生が常に問題となる。即ち、ディーゼル機関では空気過剰のもとで燃焼が行われるが燃焼室内に噴射燃料の過濃な領域が形成されると酸素不足のために煤が発生する。特に高負荷運転になると燃料噴射量が増大するために噴射燃料が過濃になりやすく、従って煤が発生しやすくなる。
【０００３】
一方、ディーゼル機関では上述したように空気過剰のもとで、即ち平均空燃比がリーンのもとで燃焼が行われるのでＮＯxが発生する。このＮＯxは燃焼温度が高くなると発生しやすくなるので燃料噴射量が多くなるほど、即ち機関負荷が高くなるほどＮＯxが発生しやすくなる。従ってディーゼル機関では通常機関高負荷運転時にはＮＯxの発生量を抑制するために燃焼温がそれほど高くならないようにしている。
【０００４】
これに対し、排気ガス再循環率（＝再循環排気ガス量／（吸入空気量＋再循環排気ガス量）、以下ＥＧＲ率と称する）をほぼ５５パーセント以上とすることにより燃焼温度を低下させ、即ち低温燃焼を行いそれによって煤およびＮＯxの発生量を同時に低減するようにしたディーゼル機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。このディーゼル機関では機関負荷が低いときにＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にして燃焼室内の温度を煤の生成される温度およびＮＯxの生成される温度よりも低い温度に制御し、それによって煤およびＮＯxの同時低減を図っている。
【特許文献１】特開平１１−３６９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら高負荷運転時にはこのようにＥＧＲ率を高めることができず、従って高負荷運転時にはこのような低温燃焼を生じさせることによって煤およびＮＯxを同時に低減することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に三元触媒を配置すると共に機関負荷が予め定められた高負荷領域内にあるときには燃焼室内における平均空燃比をほぼ理論空燃比に維持し、更に機関負荷がこの予め定められた高負荷領域内にあるときには主噴射燃料を拡散燃焼させると共に燃焼室内の平均ガス温を燃焼中に生成されたほぼ全部の煤が燃焼して消滅する高温領域まで上昇させるようにしている。
【発明の効果】
【０００７】
平均空燃比をほぼ理論空燃比に維持することによって三元触媒によりＮＯxが低減され、燃焼室内の平均ガス温を上昇させることによって煤の発生が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１および図２を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関本体、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は燃焼室５の頂面中央部に配置された電子制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気弁７の開閉制御を行うバルブタイミング制御用アクチュエータ、９は吸気ポート、１０は排気弁、１１は排気弁１０の開閉制御を行うバルブタイミング制御用アクチュエータ、１２は排気ポートを夫々示す。
【０００９】
吸気ポート９は吸気マニホルド１３および吸気ダクト１４を介して排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａの出口に連結され、コンプレッサ１５ａの入口は吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１６を介してエアクリーナ１７に連結される。吸気ダクト１４内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１８が配置され、更に吸気ダクト１４周りには吸気ダクト１４内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１９が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１９内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１０】
一方、排気ポート１２は排気マニホルド２０を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン１５ｂの入口に連結され、排気タービン１５ｂの出口は三元触媒２１に連結される。三元触媒２１の入口部には空燃比センサ２２が配置される。
【００１１】
排気マニホルド２０と吸気マニホルド１３とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２３を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２３内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２４が配置される。また、ＥＧＲ通路２３周りにはＥＧＲ通路２３内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２５が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２５内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２６を介してコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管２６を介して燃料噴射弁６に供給される。
【００１２】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。図１に示されるように空燃比センサ２２の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０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４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁１８駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁２４および燃料ポンプ２８に接続される。
【００１３】
図３は燃焼室５内におけるガス温Ｔ（°Ｋ）と当量比から定まる煤の発生量および発生領域とＮＯxの発生量および発生領域を示している。煤の発生量を示す各曲線は煤の等発生量曲線を示しており、最も外側の曲線上では最も煤の発生量が少なく、内側の曲線となるほど煤の発生量が多くなる。一方、ＮＯxの発生量を示す各曲線はＮＯxの等発生量曲線を示しており、最も等量比の高い側の曲線上では最もＮＯxの発生量が少なく、当量比の小さい側の曲線ほどＮＯxの発生量が多くなる。なお、図３における当量比は完全燃焼するときの燃料量に対する実際の燃料量を表わしており、従って当量比が大きくなるほど燃料が過濃となる。
【００１４】
図３において曲線Ａで囲まれた領域は燃焼室５内の平均空燃比がリーンのもとで高負荷運転が行われたときの、即ち高負荷運転時において通常の燃焼が行われたときの燃焼中の或る瞬間における当量比とガス温の分布範囲を示している。図３から通常の燃焼が行われているときには温度Ｔが比較的低く、当量比の大きなガスから温度Ｔが比較的高く、当量比の小さなガスまで広範囲に分布していることがわかる。燃焼が進行していくと噴射燃料は燃焼室５内に分散するために当量比は小さくなり、また燃焼室５内全体のガス温が一様に高温になってくるので燃焼末期における大部分のガスのガス温Ｔと当量比との関係はハッチングＡｏで示される領域内に収束していく。
【００１５】
さて、図３の曲線Ａで囲まれた領域の中央部は煤の発生領域に重なっており、従って曲線Ａで囲まれた領域の中央部では煤が発生することになる。次いで燃焼末期になると燃焼室５内の大部分のガスの状態はハッチング領域Ａｏに収束するがハッチング領域Ａｏ内におけるガス温は発生した煤を燃焼させるほど高くはなく、従ってこのときには燃焼室５から排気ポート１２内に多量の煤が排出されることになる。即ち、通常燃焼の高負荷運転時には燃焼室５から多量の煤が排出されることになる。
【００１６】
一方、図３において曲線Ｂで囲まれた領域は低負荷運転時においてＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にして低温燃焼を行ったときの燃焼中の或る瞬間における当量比とガス温の分布範囲を示している。この場合にも燃焼末期になると燃焼室５内の大部分のガス状態はハッチング領域Ｂｏに収束する。図３からわかるように曲線Ｂで囲まれた領域は煤の発生領域にほとんど重なっておらず、従って低温燃焼が行われたときには煤はほとんど発生しない。
【００１７】
なお、前述したようにこの低温燃焼は機関負荷が低いときにしか行うことができず、機関負荷が高いときには図３において領域Ａで示される通常燃焼に切換えられる。即ち、低温燃焼を行うようにした圧縮着火式内燃機関においても高負荷運転時には通常燃焼が行われる。
【００１８】
一方、図３において曲線Ｃで囲まれた領域は高負荷運転時に行われる本発明による燃焼の燃焼中における或る瞬間の当量比とガス温の分布範囲を示している。曲線Ｃで囲まれた領域からわかるように本発明による燃焼は通常燃焼よりも高温で行われており、従って以下本発明による燃焼を高温燃焼と称する。なお、高負荷運転時にこの高温燃焼が行われたときでも燃焼末期になると燃焼室５内の大部分のガスの状態はハッチング領域Ｃｏ内に収束する。
【００１９】
さて、図３のハッチング領域Ｃｏを除く領域Ｃ内のかなりの部分は煤の発生領域に重なっており、従って高温燃焼が行われるとこの部分において煤が生成されることになる。ところが燃焼末期になって燃焼室５内の大部分のガスの状態がハッチング領域Ｃｏ内に収束するとこのハッチング領域Ｃｏ内は極めて温度Ｔが高いために生成された煤が燃焼して消滅し、斯くして燃焼室５内から煤がほとんど排出されなくなる。
【００２０】
即ち、このハッチング領域Ｃｏ内の平均ガス温はほぼ２３００°Ｋ以上であって通常燃焼時のハッチング領域Ｂｏにおける平均ガス温であるほぼ２１００°Ｋよりもかなり高く、このように平均ガス温がほぼ２３００°Ｋ以上になると生成された煤が燃焼して消滅せしめられる。このように本発明による高温燃焼は、燃焼室５内の平均ガス温を燃焼中に生成されたほぼ全部の煤が燃焼して消滅する高温領域Ｃｏまで上昇させるようにする燃焼であると言うことができる。
【００２１】
この高温燃焼は高負荷運転時にのみ可能であり、機関負荷が低くなると本発明による高温燃焼を行うことができない。即ち、燃焼室５から逃げる熱量は負荷の大きさによってはほとんど変化しない。従って負荷が低く発熱量が低いときには冷却損失が大きくなり、斯くして燃焼室５内のガス温は高温にならなくなる。また、負荷が低くなると通常はスロットル弁１８の開度が小さくされる。その結果、燃焼室５内の残留ガス量が増大し、斯くして燃焼室５内のガス温が昇温しずらくなる。斯くして、機関負荷が低くなると本発明による高温燃焼を行うことはできなくなる。
【００２２】
さて、高負荷運転時に本発明による高温燃焼を行うための一つの方法は、通常燃焼時に比べて同一負荷における主噴射燃料の噴射時期を早めるようにすることである。図４はこの方法により高温燃焼を生じさせたときの燃料噴射時期、燃焼室４内の圧力の変化、熱発生率の変化および燃焼室５内の平均ガス温の変化を示している。なお、図４において実線は高負荷時に通常燃焼が行われている場合を示しており、破線は同一高負荷時に本発明による高温燃焼が行われている場合を示している。
【００２３】
図４において実線で示されるように通常燃焼時には圧縮上死点ＴＤＣ付近で燃料噴射が行われ、このとき噴射燃料は拡散燃焼せしめられる。一方、図４において破線で示されるように本発明による高温燃焼時には通常燃焼時に比べてかなり燃料噴射時期が早められ、このときにも拡散燃焼せしめられる。このときには熱発生率の変化パターンからわかるようにかなりの部分の燃焼が圧縮上死点ＴＤＣ前に行われ、燃焼室５内の平均ガス温が２３００°Ｋ以上となる。
【００２４】
図５に機関負荷を変化させたときの噴射時期の変化と、ＥＧＲ率の変化と、等量比の変化と、スモーク濃度の変化と、ＮＯx発生量の変化を示している。更にこの図５には低温燃焼を行いうる負荷領域と、本発明による高温燃焼を行いうる領域とが示されている。なお、図５において実線は通常燃焼時における噴射時期等の変化を示しており、鎖線は低温燃焼時における噴射時期等の変化を示しており、破線は高温燃焼時における噴射時期等の変化を示している。
【００２５】
図５の高温燃焼領域において実線で示される通常燃焼時と破線で示される高温燃焼時とを比較すると、高温燃焼時における噴射時期は通常燃焼時に比べて早められる。また、通常燃焼時には負荷が高くなるにつれて噴射時期が早められるのに対して、高温燃焼時には負荷が高くなるにつれて噴射時期が遅角される。即ち、負荷が高くなるにつれて冷却損失が相対的に減少するために燃焼室５内の平均ガス温は十分に高くなり、従って噴射時期を遅角しても生成された煤を燃焼し消滅させることができる。一方、噴射時期を遅角することにより熱効率を高めることができる。従って上述したように高温燃焼時には負荷が高くなるにつれて噴射時期が遅角される。
【００２６】
また、高温燃焼時には通常燃焼時と同様にＥＧＲ率が零とされる。即ち、高温燃焼時には不活性ガスであるＥＧＲガスの供給が停止される。このようにＥＧＲガスの供給を停止すると不活性ガスの温度上昇のために使用される熱量が減少するので燃焼室５内のガス温を高温まで上昇させることができる。
【００２７】
また、通常燃焼時には等量比が１．０以下であり、即ち燃焼室５内における平均空燃比がリーンであり、スモーク濃度が高く、即ち煤の発生量が多く、ＮＯxの発生量も多い。一方、高温燃焼時には等量比が１．０とされ、即ち、燃焼室５内における平均空燃比が理論空燃比とされる。このときスモーク濃度はほとんど零となる、即ち煤がほとんど排出されない。
【００２８】
一方、図３からもわかるようにハッチング領域ＣｏはＮＯx発生領域に重なっており、従って高温燃焼時には多量のＮＯxが発生する。しかしながら本発明では燃焼室５内における平均空燃比は理論空燃比に維持されている。一方、機関排気通路内には燃焼室５内の平均空燃比が理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯおよびＮＯxを同時に浄化しうる三元触媒２１が配置されている。従って高温燃焼時に燃焼室５内において多量のＮＯxが発生してもこのＮＯxは三元触媒２１において浄化されるので大気中にはほとんどＮＯxが排出されることがない。
【００２９】
図６は高負荷運転時には高温燃焼を行い、低中負荷運転時には通常燃焼を行うようにしたときの噴射開始時期θＳと噴射完了時期θＥとを示している。図６から機関負荷が高くなって通常燃焼から高温燃焼に切換えられると噴射開始時期θＳが早められることがわかる。
【００３０】
図７（Ａ）は空燃比センサ２２の出力電圧Ｅの変化を示している。空燃比センサ２２の出力電圧Ｅは理論空燃比を境にして急変し、従ってこの出力電圧Ｅから空燃比がリッチであるかリーンであるかを判断できる。図７（Ｂ）は空燃比の変化に応じて制御されるフィードバック補正係数ＦＡＦの変化を示している。本発明ではこのフィードバック補正係数ＦＡＦを用いて空燃比が理論空燃比となるように制御される。
【００３１】
図８に燃焼制御ルーチンを示す。
図８を参照するとまず初めにステップ１００において機関負荷Ｌが予め定められた負荷Ｌｏよりも高いか否かが、即ち本発明による高温燃焼を行うべき高負荷領域であるか否かが判別される。Ｌ≦Ｌｏのとき、即ち高温燃焼を行うべき高負荷領域でないときにはステップ１０１に進んで通常燃焼が行われる。これに対し、ステップ１００においてＬ＞Ｌｏであると判断されたとき、即ち高温燃焼を行うべき高負荷領域であるときにはステップ１０２に進む。
【００３２】
ステップ１０２ではＥＧＲ制御弁２４が閉弁せしめられ、ＥＧＲガスの供給が停止される。次いでステップ１０３では高温燃焼を行うための制御が実行される。このときこの実施例では高温燃焼を行うために図６に示されるように燃料噴射開始時期θＳが早められる。次いでステップ１０４ではエアフローメータ１６により検出された吸入空気量に基づいて空燃比を理論空燃比とするのに必要な基本燃料噴射量Ｑｏが算出される。次いでステップ１０５では空燃比センサ２２の出力電圧Ｅから燃焼室５内における平均空燃比がリッチであるか否かが判別される。
【００３３】
空燃比がリッチであるときにはステップ１０６に進んで前回の処理サイクルではリーンであったか否か、即ちリーンからリッチに変化したか否かが判別される。リーンからリッチに変化したときにはステップ１０７に進んで図７（Ｂ）に示されるようにフィードバック補正係数ＦＡＦからスキップ値Ｓが減算される。次いでステップ１１２に進む。これに対し、ステップ１０６において空燃比がリーンからリッチに変化したときではないと判断されたときにはステップ１０８に進んでフィードバック補正係数ＦＡＦから積分値ｋ（ｋ<<Ｓ）が減算される。次いでステップ１１２に進む。
【００３４】
一方、ステップ１０５において空燃比がリーンであると判断されたときにはステップ１０９に進んで前回の処理サイクルではリッチであったか否か、即ちリッチからリーンに変化したか否かが判別される。リッチからリーンに変化したときにはステップ１１０に進んで図７（Ｂ）に示されるようにフィードバック補正係数ＦＡＦにスキップ値Ｓが加算される。次いでステップ１１２に進む。これに対し、ステップ１０９において空燃比がリッチからリーンに変化したときではないと判断されたときにはステップ１１１に進んでフィードバック補正係数ＦＡＦに積分値ｋ（ｋ<<Ｓ）が加算される。次いでステップ１１２に進む。
【００３５】
ステップ１１２では基本燃料噴射量Ｑｏにフィードバック補正係数ＦＡＦを乗算することによって燃料噴射量Ｑが算出される。燃料噴射量Ｑは空燃比がリッチになると減少せしめられ、空燃比がリーンになると増大せしめられ、それによって空燃比が理論空燃比に維持される。
【００３６】
図９（Ａ）および（Ｂ）は高温燃焼時に主燃料Ｑｍの噴射が行われる前に補助燃料Ｑｐを噴射するようにした場合を示している。図９（Ａ）に示される例では圧縮行程の中期に補助燃料Ｑｐが噴射され、図９（Ｂ）に示される例では吸気行程中に補助燃料Ｑｐが噴射される。また、機関吸気通路内に燃料を噴射するための燃料噴射弁を更に設け、この燃料噴射弁から補助燃料を噴射することもできる。なお、図９（Ａ）および（Ｂ）においてθＳｐ，θＳｍは夫々噴射開始時期を示しており、θＥｐ，θＥｍは夫々噴射完了時期を示している。
【００３７】
このように補助燃料Ｑｐを噴射すると補助燃料Ｑｐの反応熱により主燃料Ｑｍの噴射時における燃焼室５内のガス温が上昇し、斯くして主燃料Ｑｍの着火性が向上するために燃焼騒音を悪化させることなく主燃料Ｑｍの噴射時期を早めることができる。その結果、燃焼室５内のガス温を容易に高温にすることができるようになる。なお、機関負荷が低くなるほど主燃料Ｑｍの着火性は低下するので機関負荷が低くなるほど補助燃料Ｑｐの噴射量が増大せしめられる。
【００３８】
なお、前述したように燃焼室５内の不活性ガス量を減少させると不活性ガスの温度上昇のために使用される熱量が減少するので燃焼室５内のガス温を高温まで上昇させることができる。この場合、吸気弁７と排気弁１０とが共に開弁しているバルブオーバーラップ期間を零にすると燃焼室５内に残留する既燃ガス量、即ち不活性ガス量を減少させることができる。従って本発明による一実施例では通常燃焼時には吸気弁７および排気弁１０の開弁期間は図１０（Ａ）に示されるようにバルブオーバーラップ期間が存在するタイミングとされ、高温燃焼時には吸気弁７および排気弁１０の開弁時期は図１０（Ｂ）に示されるようにバルブオーバーラップ期間が零となるタイミングとされる。
【００３９】
一方、燃焼室５内の酸素濃度を高めると燃焼室５内のガス温は高温となり、高温燃焼を生じやすくなる。従って本発明による一実施例では図１１に示されるように酸素を貯蔵したボンベ或いは酸素製造装置５０を備えており、酸素供給ポンプ５１によって酸素ボンベ又は酸素製造装置５０から酸素を吸気マニホルド１３内に供給するようにしている。
【００４０】
図１２に別の実施例を示す。この実施例では三元触媒２１の下流にＮＯx吸蔵触媒５３が配置されている。このＮＯx吸蔵触媒５３は図１３（Ａ）および（Ｂ）に示されるように触媒担体５４上に例えば白金Ｐｔからなる貴金属と、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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なるＮＯx吸収剤５６とが担持されている。このＮＯx吸収剤５６は空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮＯxの吸放出作用を行う。
【００４１】
即ち、ＮＯx吸収剤５６を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図１３（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯx吸収剤５６内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯx吸収剤５６内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx吸収剤５６内に吸収される。一方、空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くして図１３（Ｂ）に示されるようにＮＯx吸収剤５６内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯx吸収剤５６から放出される。次いで放出されたＮＯxは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００４２】
この実施例では通常燃焼時には即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸収剤５６内に吸収される。一方、本発明による高温燃焼時には空燃比をリッチにすることができ、このとき理論空燃比に維持されているときと同様に、生成された煤は燃焼され消滅される。従ってこの実施例ではＮＯx吸収剤５６のＮＯx吸収能力が飽和に近づくと燃焼室５内における平均空燃比を高温燃焼時に一時的に理論空燃比又はリッチにし、それによってＮＯx吸収剤５６からＮＯxを放出させるようにしている。
【００４３】
これまで述べた実施例では噴射燃料として軽油又は軽油を主成分とする燃料を用いている。しかしながらこれらの実施例において噴射燃料としてガソリンを用いることもできる。一方、図１４および図１５は噴射燃料としてガソリン又はガソリンを主成分とする燃料を用いている実施例を示している。しかしながら図１４および図１５に示される実施例においても噴射燃料として軽油を用いることもできる。
【００４４】
図１４および図１５を参照すると、この実施例では燃焼室５の周辺部に燃料噴射弁６が配置されており、燃焼室５の頂面中央部に点火栓６０が配置されている。一方、図１６は燃料噴射時期を示している。なお、図１６においてθＳ，θＳ1，θＳ2は夫々噴射開始時期を示しており、θＥ，θＥ1，θＥ2は夫々噴射完了時期を示している。また、図１６においてＩｇは点火時期を示している。
【００４５】
図１４および図１５に示される内燃機関では図１６に示されるように機関負荷が高いときには本発明による高温燃焼が行われ、機関低中負荷運転時には通常燃焼が行われる。図１６に示されるように通常燃焼の行われる低負荷運転時には圧縮行程中期に燃料噴射弁６から燃料Ｑが噴射される。この噴射燃料により点火栓６０の周りに可燃混合気が形成され、この可燃混合気が点火栓６０によって着火される。このときには可燃混合気は火炎伝播によって燃焼せしめられる。
【００４６】
一方、通常燃焼の行われる中負荷運転時には吸気行程中に主燃料Ｑｍが噴射され、この主燃料Ｑｍによって燃焼室５内には均一混合気が形成される。次いで圧縮行程中期に燃料噴射弁６から火種を形成するための補助燃料Ｑｐが噴射される。この補助燃料Ｑｐにより点火栓６０の周りに可燃混合気が形成され、この可燃混合気が点火栓６０によって着火される。このときにも混合気は火炎伝播によって燃焼せしめられる。
【００４７】
一方、図１６に示されるように高温燃焼時には圧縮行程末期に燃料Ｑが噴射される。図１７（Ａ）はこのときの或る負荷における噴射時期を示している。このときには噴射燃料Ｑは拡散燃焼せしめられ、従って点火栓６０による点火作用は停止せしめられている。
【００４８】
ところでガソリンは軽油に比べて圧縮自己着火を生じずらい。従って高温燃焼を行うべきときに噴射燃料Ｑが適切に拡散燃焼を行いうるように、点火栓６０のスパークによって噴射燃料Ｑの着火をアシストすることが好ましい。図１７（Ｂ）に示される例では燃料Ｑの噴射が開始されたときに点火栓６０のスパークが発生せしめられ、このスパークによって拡散燃焼が開始される。一方、図１７（Ｃ）に示される例では主燃料Ｑｍが噴射される前に補助燃料Ｑｐが噴射され、補助燃料Ｑｐが噴射されているときに点火栓６０のスパークが発生せしめられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】内燃機関の側面断面図である。
【図３】高温燃焼領域を説明するための図である。
【図４】燃焼室内の平均ガス温等の変化を示す図である。
【図５】噴射時期等を示す図である。
【図６】噴射時期を示す図である。
【図７】空燃比の制御を説明するための図である。
【図８】燃焼制御を行うためのフローチャートである。
【図９】噴射時期を示す図である。
【図１０】吸気弁および排気弁のリフトを示す図である。
【図１１】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図１２】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図１３】ＮＯxの吸放出作用を説明するための図である。
【図１４】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図１５】内燃機関の側面断面図である。
【図１６】噴射時期を示す図である。
【図１７】スパークアシストを説明するための図である。
【符号の説明】
【００５０】
５    燃焼室
６    燃料噴射弁
７    吸気弁
１０    排気弁
２１    三元触媒
２４    ＥＧＲ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】
2007285174.tif 000007
【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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