JPH08218920A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH08218920A
JPH08218920A JP7025298A JP2529895A JPH08218920A JP H08218920 A JPH08218920 A JP H08218920A JP 7025298 A JP7025298 A JP 7025298A JP 2529895 A JP2529895 A JP 2529895A JP H08218920 A JPH08218920 A JP H08218920A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディーゼルエンジンの排気中のＮＯX 成分を
浄化可能な排気浄化装置を提供する。 【構成】 ディーゼルエンジン１の排気通路３にＮＯX
吸収剤５を配置する。エンジン１の制御回路２０は、Ｎ
ＯX 吸収剤５からＮＯX を放出させるべきときに、エン
ジン１の運転空気過剰率を低下させるとともに、エンジ
ン１の燃焼を通常の拡散燃焼主体の燃焼から予混合燃焼
主体の燃焼に切り換える。これにより、ディーゼルエン
ジンにおいてもスモークを発生することなく空気過剰率
を低下させて排気の空燃比をリッチ空燃比にできるた
め、ＮＯX 吸収剤から吸収したＮＯXの放出と還元浄化
とを行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装
置に関し、詳細には、ディーゼルエンジンの排気中のＮ
ＯX を効果的に除去可能な排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気中のＮＯX を除去可能な
排気浄化装置としては、国際公開公報第ＷＯ９３−７３
６３号に記載されたものがある。上記の排気浄化装置で
は、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮ
ＯX を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下したと
きに吸収したＮＯX を放出するＮＯX 吸収剤を内燃機関
の排気通路に配置し、通常は内燃機関をリーン空燃比で
運転して上記ＮＯX 吸収剤に排気中のＮＯX を吸収させ
る。また、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量が増大するとＮ
ＯX 吸収剤のＮＯX 吸収能力が低下するため、リーン空
燃比運転が一定の時間続き、ＮＯX 吸収剤の吸収したＮ
ＯX 量が増大した場合には、内燃機関の運転空燃比を短
時間リーン空燃比からリッチ又は理論空燃比に切り換え
て排気中の酸素濃度を低下させ、ＮＯX 吸収剤から吸収
したＮＯX を放出させるとともに、この放出されたＮＯ
X を排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分により還元浄化す
るようにしている（本明細書では、上記ＮＯX 吸収剤か
らのＮＯX の放出と還元、浄化の操作を、「ＮＯX 吸収
剤の再生」と呼ぶ）。このように一定時間毎にＮＯX吸
収剤の再生を行うことにより、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸
収能力が回復してＮＯ X の浄化能力が高く維持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなＮＯX 吸
収剤を使用して排気中のＮＯX を浄化する場合には、定
期的にＮＯX 吸収剤を再生してＮＯX 吸収剤が吸収した
ＮＯX で飽和してしまうことを防止する必要がある。上
記国際公開公報第ＷＯ０９３−７３６３号公報の排気浄
化装置は、火花点火機関を対象としているため、定期的
に機関の運転空燃比をリーン空燃比からリッチまたは理
論空燃比に切り換えて短時間運転を運転を行うことによ
りＮＯX 吸収剤の再生を行っている。
【０００４】ところが、上記のようなＮＯX 吸収剤を用
いた排気浄化装置をディーゼルエンジンに適用した場合
には問題が生じる。ディーゼルエンジンは通常、拡散燃
焼を主体とした空気過剰率の大きい燃焼を行っており、
排気空燃比は大幅にリーンとなっている。このため、上
記公報のようにＮＯX 吸収剤に流入する排気がリッチま
たは理論空燃比となるようにするためには、エンジンへ
の燃料噴射量を大幅に増量し、空気過剰率を低下させる
ことが必要となる。ところが、通常の拡散燃焼を主体と
する運転において燃料噴射量を増量すると、増量された
燃料のほとんどは燃え残ってスモークを発生してしまい
排気中の酸素濃度低減には寄与しないばかりか、発生し
た大量のスモークがＮＯX 吸収剤に付着してＮＯX 吸収
剤の能力が低下してしまう問題が生じる。
【０００５】すなわち、通常のディーゼルエンジンの燃
焼は、燃焼室内の高温になった圧縮空気中に燃料を噴射
して、噴射された燃料と周囲の圧縮空気との境界部分に
生じる気化燃料と空気との可燃混合気層で燃焼を生じさ
せる拡散燃焼を主体としている。このため、燃料噴射量
が大幅に増量されると、噴射された燃料のうち気化しな
いで液滴のまま可燃混合気層での燃焼火炎に曝される燃
料の量が増大する。このように、周囲の空気と接触しな
いまま高温、高圧状態に曝された燃料液滴は、言わば蒸
し焼きにされたのと同様の状態になり、燃焼せずにカー
ボン粒子を形成してしまう。このため、拡散燃焼時に燃
料を大幅に増量すると、増量した燃料の大部分が燃焼せ
ずにカーボン粒子（スモーク）として排出されることに
なり、大量のスモークが発生するのである。
【０００６】このため従来、燃料噴射量の増量によりデ
ィーゼルエンジンの排気をリッチ空燃比または理論空燃
比にすることは困難であり、上述のようなＮＯX 吸収剤
をディーゼルエンジンに適用して排気中のＮＯX の浄化
を行う上での問題となっていた。本発明は上記問題に鑑
み、大量のスモークを発生することなくディーゼルエン
ジンを、空気過剰率を低下させた状態で運転することに
より、ＮＯX 吸収剤の再生を行うことが可能な排気浄化
装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【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、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁
を備えた圧縮着火内燃機関の排気浄化装置であって、前
記機関の排気通路に配置され、流入する排気空燃比がリ
ーンのときに排気中のＮＯX を吸収し、流入する排気の
酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯX を放出するＮ
ＯX 吸収剤と、前記ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出させ
るべきときに機関の空気過剰率を低下させ、前記ＮＯX
吸収剤に流入する排気の酸素濃度を低下させる空気過剰
率低下手段と、前記空気過剰率低下手段により機関の空
気過剰率が低下せしめられたときに、前記筒内燃料噴射
弁から噴射された燃料と空気との予混合気により燃焼室
内に生じる予混合燃焼に寄与する燃料の量を、前記筒内
燃料噴射弁から噴射された燃料により燃焼室内に生じる
拡散燃焼に寄与する燃料の量に対して増大させる燃焼制
御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置が提供され
る。
【０００８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載した排気浄化装置において、前記燃焼制御手段
は、前記空気過剰率低下手段により機関の空気過剰率が
低下せしめられたときに、燃焼開始前に前記筒内燃料噴
射弁から燃焼室に噴射される燃料量を増大させることに
より前記予混合燃焼に寄与する燃料量を増大させる排気
浄化装置が提供される。
【０００９】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
に記載した排気浄化装置において、前記燃焼制御手段
は、前記筒内燃料噴射弁から噴射された燃料の気化を促
進する気化促進手段を備え、前記空気過剰率低下手段に
より機関の空気過剰率が低下せしめられたときに、燃焼
開始前に前記筒内燃料噴射弁から噴射された燃料の気化
を促進することにより前記予混合燃焼に寄与する燃料量
を増大させる排気浄化装置が提供される。
【００１０】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
または請求項３に記載の排気浄化装置において、前記燃
焼制御手段は、燃焼室内での燃料の着火時期を制御する
着火時期制御手段を備え、前記空気過剰率低下手段によ
り機関の空気過剰率が低下せしめられたときに、燃料着
火時期を遅延させることにより予混合燃焼に寄与する燃
料量の占める割合を増大させる排気浄化装置が提供され
る。
【００１１】請求項５に記載の発明によれば、請求項２
に記載の排気浄化装置において、前記燃焼制御手段は、
前記筒内燃料噴射弁の燃料噴射時期を進角させる手段を
備え、前記空気過剰率低下手段により機関の空気過剰率
が低下せしめられたときに、燃料噴射時期を進角させる
ことにより、燃焼開始前に筒内燃料噴射弁から噴射され
る燃料量を増大させる排気浄化装置が提供される。
【００１２】請求項６に記載の発明によれば、請求項２
に記載の排気浄化装置において、前記燃焼制御手段は、
前記筒内燃料噴射弁の単位時間当たりの燃料噴射量を制
御する手段を備え、前記空気過剰率低下手段により機関
の空気過剰率が低下せしめられたときに、筒内燃料噴射
弁からの燃料噴射率の時間分布を変更することにより燃
焼開始前に筒内燃料噴射弁から噴射される燃料量を増大
させる排気浄化装置が提供される。
【００１３】請求項７に記載の発明によれば、請求項３
に記載の排気浄化装置において、前記気化促進手段は燃
焼室内のスワールを増大させる手段を備え、燃焼室内の
スワールを増大させることにより前記筒内燃料噴射弁か
ら噴射された燃料の気化を促進する排気浄化装置が提供
される。請求項８に記載の発明によれば、請求項３に記
載の排気浄化装置において、前記気化促進手段は、排気
の一部を燃焼室内に還流させるＥＧＲ手段を備え、該Ｅ
ＧＲ手段により燃焼室内に排気を還流させることにより
前記筒内燃料噴射弁から噴射された燃料の気化を促進す
る排気浄化装置が提供される。
【００１４】請求項９に記載の発明によれば、請求項４
に記載の排気浄化装置において、前記着火時期制御手段
は、圧縮行程時の燃焼室内圧力を低下させることにより
燃焼室内での燃料着火時期を遅延させる排気浄化装置が
提供される。請求項１０に記載の発明によれば、請求項
４に記載の排気浄化装置において、前記着火時期制御手
段は、圧縮行程時の燃焼室内温度を低下させることによ
り燃焼室内での燃料着火時期を遅延させる排気浄化装置
が提供される。
【００１５】請求項１１に記載の発明によれば、請求項
９に記載の排気浄化装置において、前記着火時期制御手
段は、燃焼室に吸入される空気量を低下させる手段を備
え、燃焼室に吸入される空気量を低減することにより圧
縮行程時の燃焼室内圧力を低下させる排気浄化装置が提
供される。請求項１２に記載の発明によれば、請求項９
に記載の排気浄化装置において、前記着火時期制御手段
は、筒内実圧縮比を制御する手段を備え、筒内実圧縮比
を低下させることにより圧縮行程時の燃焼室内圧力を低
下させる排気浄化装置が提供される。
【００１６】請求項１３に記載の発明によれば、請求項
１から請求項３のいずれか１項に記載の排気浄化装置に
おいて、さらに、機関燃焼室内における燃料着火に影響
を与える条件を制御する条件制御手段を備え、機関燃焼
室における燃料の着火開始時期が所定の範囲内になるよ
うに、前記予混合燃焼に寄与する燃料の量に応じて機関
燃焼室における燃料着火に影響を与える条件を制御する
排気浄化装置が提供される。
【００１７】請求項１４に記載の発明によれば、請求項
１に記載の排気浄化装置において、前記燃焼制御手段に
より予混合燃焼に寄与する燃料の量が増大されたとき
に、燃焼室内の条件を燃料の着火が容易になるように制
御する着火条件制御手段を備えた排気浄化装置が提供さ
れる。請求項１５に記載の発明によれば、請求項１４の
排気浄化装置において、前記燃焼制御手段は、筒内燃料
噴射弁からの燃料噴射時期を進角させる手段を備え、燃
料噴射時期を進角させることにより予混合燃焼に寄与す
る燃料の量を増大し、前記着火条件制御手段は、筒内燃
料噴射弁からの燃料噴射時期を制御する手段を備え、前
記燃焼制御手段により燃料噴射時期が進角されたとき
に、燃焼室内に供給されるべき燃料の一部を通常運転時
と同じ燃料噴射時期に噴射することにより燃料の着火が
容易になるように制御する排気浄化装置が提供される。
【００１８】請求項１６に記載の発明によれば、請求項
１から請求項４のいずれか１項に記載の排気浄化装置に
おいて、さらに、前記機関の現在の負荷条件を検出する
検出手段と、検出された負荷条件が、前記予混合燃焼に
寄与する燃料量の割合を増大させた場合に燃焼室内で生
じる衝撃燃焼の運転に与える影響が許容範囲内となる負
荷条件であるか否かを判定する判定手段と、現在の負荷
条件が、上記衝撃燃焼の影響が許容範囲内となる負荷条
件であると判定された場合にのみ前記空気過剰率低下手
段による空気過剰率の低下操作を許可する許可手段とを
備えた排気浄化装置が提供される。
【００１９】請求項１７に記載の発明によれば、請求項
１６に記載の排気浄化装置において、前記判定手段は、
前記検出手段により検出された現在の負荷条件が低負荷
領域の予め定めた負荷領域内に含まれる場合に、現在の
負荷条件が前記衝撃燃焼の影響が許容範囲内となる負荷
条件であると判定する排気浄化装置が提供される。請求
項１８に記載の発明によれば、請求項１から請求項４の
いずれか１項に記載の排気浄化装置において、前記燃焼
制御手段は、少なくとも通常運転時と前記空気過剰率低
下運転との運転状態切換時には、前記筒内燃料噴射弁か
ら前記予混合燃焼に寄与する燃料を噴射した後、前記拡
散燃焼に寄与する燃料を噴射する排気浄化装置が提供さ
れる。
【００２０】
【作用】請求項１の排気浄化装置では、燃焼制御手段は
空気過剰率低下手段により空気過剰率が低下せしめられ
たときに、燃焼室内における予混合燃焼に寄与する燃料
の量を拡散燃焼に寄与する燃料の量に対して増大させ
る。通常、ディーゼルエンジンでは筒内燃料噴射弁から
の燃料噴射開始から着火までの時間が短く、噴射された
燃料が予混合気を形成する時間が短いため、燃焼室内で
は拡散燃焼が主体となっている。燃焼制御手段は、空気
過剰率が低下せしめられたときに、筒内燃料噴射弁から
噴射された燃料により燃料噴射開始から着火までの時間
に予混合気を形成する燃料の量を増大させ、拡散燃焼に
寄与する燃料の量に対して予混合燃焼に寄与する燃料の
量を増大させる。これにより、空気過剰率低下運転時に
は燃焼室内の燃焼は空気と燃料との予混合気による予混
合燃焼が主体となる。
【００２１】請求項２の排気浄化装置では、請求項１の
燃焼制御手段は、空気過剰率低下運転時に、燃焼が開始
される前に筒内燃料噴射弁から噴射される燃料量を増大
する。これにより、燃焼開始前に予混合気を形成する燃
料の量が増大し、予混合燃焼主体の燃焼が行われる。請
求項３の排気浄化装置では、請求項１の燃焼制御手段
は、気化促進手段により、空気過剰率低下運転時に燃焼
開始前に筒内燃料噴射弁から噴射された燃料の気化を促
進する。これにより、気化燃料による予混合気の形成が
促進され、燃焼開始前に予混合気を形成する燃料の量が
増大し、予混合燃焼主体の燃焼が行われる。
【００２２】請求項４の排気浄化装置では、請求項１ま
たは請求項３の燃焼制御手段は、着火時期制御手段によ
り、空気過剰率低下運転時に燃料の着火時期を遅延す
る。これにより、燃焼開始前に筒内燃料噴射弁から噴射
された燃料が予混合気を形成するのに十分な時間が確保
されるため、燃焼開始前に予混合気を形成する燃料の量
が増大し、予混合燃焼主体の燃焼が行われる。
【００２３】請求項５の排気浄化装置では、請求項２の
燃焼制御手段は、空気過剰率低下運転時に筒内燃料噴射
弁からの燃料噴射時期を進角する。これにより、圧縮行
程で気筒内の温度が上昇して燃焼が開始される前に燃焼
室に供給される燃料量が増大するとともに、燃料噴射開
始から着火までの時間が長くなり、噴射された燃料が予
混合気を形成する時間が確保される。このため、燃焼開
始前に予混合気を形成する燃料の量が増大し、予混合燃
焼主体の燃焼が行われる。
【００２４】請求項６の排気浄化装置では、請求項２の
燃焼制御手段は、空気過剰率低下運転時に筒内燃料噴射
弁からの単位時間当たりの燃料噴射量の時間分布を変更
し、燃焼開始前の単位時間当たりの燃料噴射量を増大す
る。これにより、燃焼開始前に燃焼室に噴射される燃料
の量が増大する。請求項７の排気浄化装置では、請求項
３の気化促進手段は燃焼室内のスワールを増大させる。
これにより、噴射された燃料と空気との混合が良好にな
り、燃料の拡散と気化が促進される。
【００２５】請求項８の排気浄化装置では、請求項３の
気化促進手段は、ＥＧＲ手段により排気の一部を燃焼室
内に還流させる。これにより、噴射された燃料は高温の
排気と接触するため、燃料の気化が促進される。請求項
９の排気浄化装置では、請求項４の着火時期制御手段
は、圧縮行程時の筒内圧縮圧力を低下させる。これによ
り、燃焼室内の温度が燃料の着火可能な温度に到達する
時期が遅くなり、燃料の着火が遅延される。
【００２６】請求項１０の排気浄化装置では、請求項４
の着火時期制御手段は、圧縮行程時の筒内温度を低下さ
せる。これにより、燃焼室内の温度が燃料の着火可能な
温度に到達する時期が遅くなり、燃料の着火が遅延され
る。請求項１１の排気浄化装置では、請求項９の着火時
期制御手段は、例えば吸気絞り弁などにより、燃焼室に
吸入される空気量を低下させる。これにより、燃焼室内
で圧縮される空気量が低減され圧縮行程時の燃焼室圧力
が低下する。
【００２７】請求項１２の排気浄化装置では、請求項９
の着火時期制御手段は、例えば吸排気弁の開閉タイミン
グを変更することにより筒内実圧縮比を低減する。これ
により、圧縮行程時の燃焼室内圧力が低下する。請求項
１３の排気浄化装置では、請求項１から請求項３におい
て更に条件制御手段が設けられ、この条件制御手段は予
混合燃焼に燃料の着火開始時期が所定範囲になるよう
に、燃焼室における燃料着火に影響を与える条件を、予
混合燃焼に寄与する燃料の割合に応じて燃料の着火時期
を制御する。これにより、過早着火や着火ミス等の発生
が防止される。
【００２８】請求項１４の排気浄化装置では、請求項１
において更に着火条件制御手段が設けられ、この着火条
件制御手段は、予混合燃焼に寄与する燃料の量が増大さ
れたときに、予混合燃焼主体の燃焼では、燃料と空気と
の混合が進みすぎて予混合気内の燃料が燃焼室内に均一
に分散するが、この分散が進みすぎると予混合気内の燃
料濃度が低下して着火が生じ難くなり、着火ミス等の問
題が生じる場合がある。着火条件制御手段は、予混合燃
焼主体の燃焼において燃焼室内の条件を予混合気の着火
が生じやすくなる方向に制御することにより、予混合気
燃焼主体の燃焼が行われた場合の着火ミスを防止する。
【００２９】請求項１５の排気浄化装置では、請求項１
４の燃焼手段は、予混合気燃焼主体の燃焼をおこなう場
合に、予混合気形成のために燃料噴射時期を進角させ
る。また、着火条件制御手段は、燃焼制御手段により燃
料噴射時期が進角されたときに、通常の運転の場合と同
じ時期にも燃料の一部を筒内燃料噴射弁から噴射させ
る。これにより、通常の燃料噴射時期に噴射された燃料
により拡散燃焼が生じ、燃焼室内に形成された予混合気
の着火が確実に行われる。
【００３０】請求項１６の排気浄化装置では、請求項１
から４のいずれかにおいて判定手段が設けられ、この判
定手段は予混合燃焼の割合を増大させた場合に生じる衝
撃燃焼の大きさが運転上許容できる範囲内となる負荷条
件でのみ空気過剰率低下運転を許可する。予混合燃焼で
は燃焼に適した混合気が形成されているため、一旦燃焼
が開始されると燃焼室全体に急激に火炎が伝播して衝撃
燃焼が生じ、燃焼室内の圧力が急激に上昇し、１サイク
ル当たりのトルク変動が増大し、また振動や騒音が増大
する問題があるが、判定手段はこのような衝撃燃焼によ
る運転上の問題が発生する負荷条件で機関が運転されて
いる場合には、空気過剰率低下運転を禁止する。
【００３１】請求項１７の排気浄化装置では、請求項１
６の判定手段は、機関に供給される燃料量が全体として
低下する低負荷領域で運転されているときにのみ空気過
剰率低下運転を許可する。低負荷領域では機関に供給さ
れる燃料量の総量が低下するため、予混合燃焼による衝
撃燃焼が生じても燃焼室内圧力の上昇は比較的小さくな
り運転上大きな問題になることはない。
【００３２】請求項１８の排気浄化装置では、請求項１
から４のいずれか１項の燃焼時期制御手段は、通常運転
と空気過剰率低下運転との切換時に、予混合燃焼のため
の予混合気を形成する燃料を噴射後に、拡散燃焼を生じ
させる燃料を筒内燃料噴射弁から噴射する。これによ
り、切換時には燃焼室内で予混合燃焼と拡散燃焼との両
方が生じることになるため、拡散燃焼から予混合燃焼へ
の急激な切換による機関の急激な出力変動が生じること
が防止される。
【００３３】
【実施例】以下本発明の実施例を添付図面を用いて説明
する。図１は、本発明の排気浄化装置を適用するディー
ゼルエンジンの概略構成を示す図である。図１におい
て、１はディーゼルエンジン（図には１気筒のみの断面
を示す）、２はエンジン１の吸気通路、３は排気通路を
それぞれ示している。また、図１において４はエンジン
１の燃焼室に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁、９は燃料
タンク、４１は燃料タンク９内の燃料油を各気筒の筒内
燃料噴射弁４に供給するフィードポンプ、４３はフィー
ドポンプ４１と各筒内燃料噴射弁とを接続する燃料配管
（コモンレール）を示している。
【００３４】本実施例では、筒内燃料噴射弁４は後述す
るエンジン制御回路２０により燃料噴射時期、噴射量を
直接制御可能な電磁弁式のものが使用される。図２は、
本実施例の筒内燃料噴射弁４の作動原理を示す図であ
る。図２において、フィードポンプ４１はエンジン１に
より機械的に駆動される高圧ダイヤフラムポンプ、プラ
ンジャポンプ等の高圧ポンプとされている。フィードポ
ンプ４１により昇圧された燃料油はフィードポンプ４１
と各筒内燃料噴射弁４とを接続するコモンレール４３に
圧送される。コモンレール４３内の燃料油は筒内燃料噴
射弁４内の燃料通路４５ａにより、逆止弁４６を介して
加圧室４７の加圧ピストン４９下側に導かれている。
【００３５】また、コモンレール４３は燃料通路４５ｂ
により筒内燃料噴射弁４の三方電磁弁５１に接続されて
いる。三方電磁弁５１はソレノイドアクチュエータ５３
を有し、ソレノイド５３に通電時はコモンレール４３を
燃料通路４５ｃを介して加圧室４７の加圧ピストン４９
上部に接続し、ソレノイド５３の非通電時は燃料通路４
５ｃをリーク配管４５ｄに接続する。
【００３６】ソレノイド５３が通電されると、三方電磁
弁５１によりコモンレール４３内の高圧燃料油が加圧ピ
ストン４９上部に導かれる。加圧ピストン４９は上部の
受圧面積が下部の面積より大きく設定されている。一
方、加圧室４７内の燃料油は逆止弁４６によりコモンレ
ール４３への逆流を阻止されているため、ピストン４９
上部に導かれた燃料油圧力によりピストン４９下部の加
圧室４７内の燃料は圧縮され、更に高圧になる。すなわ
ち、コモンレール４３から供給された燃料は加圧ピスト
ン４９により増圧される。加圧室４７は燃料通路４５ｅ
を介して燃料噴射ノズル５５に接続されており、加圧室
４７内の燃料圧力が所定の開弁圧力を越えると、加圧室
４７内の燃料は燃料噴射ノズルの弁体５７を付勢スプリ
ング５５ａの付勢力に抗して上方に移動させ、ノズル５
５から燃焼室内に噴射される。
【００３７】一方、三方電磁弁５１のソレノイド５３へ
の通電が停止されると、燃料通路４５ｃはリーク配管４
５ｄに接続され、加圧ピストン４９上部側に作用する燃
料油圧力はリーク配管４５ｄを通って燃料タンクに排出
される。このため、加圧室４７の燃料油圧力が低下して
ノズル５５からの燃料噴射が停止するとともに、コモン
レール４３から燃料通路４５ａと逆止弁４６とを通って
燃料油が流入する。
【００３８】上述のように、本実施例の筒内燃料噴射弁
４ではソレノイド５３への通電時期、通電時間を制御す
ることにより任意の噴射時期、噴射量で燃料噴射を行う
ことが可能となっている。次に再度図１に戻って説明す
ると、 図１に５で示すのは、エンジン１の排気通路３
に設けられたＮＯX 吸収剤である。ＮＯX 吸収剤５は排
気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯX を吸収し、排
気中の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯX を放出
する後述のＮＯX 吸放出作用を行う。
【００３９】図１に２０で示すのはエンジン制御回路
（ＥＣＵ）２０である。ＥＣＵ２０は、中央処理装置
（ＣＰＵ）２１、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２
２、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２３、入力ポート２
４、出力ポート２５を双方向性バス２６で接続した公知
の構成のディジタルコンピュータからなり、エンジン１
の燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御などの基本制御を
行うほか、本実施例では後述するように、ＮＯX 吸収剤
５の再生時にエンジン１の燃焼状態を拡散燃焼主体の燃
焼から予混合燃焼主体の燃焼に切り換えてエンジン１の
空気過剰率を低下させる運転を行う。
【００４０】これらの制御のために、ＥＣＵ２０の入力
ポート２４には、エンジン１のクランク軸（図示せず）
に設けられたクランク回転角センサ１０ａからクランク
軸の一定回転角毎に入力するパルス信号が、またもう一
つのクランク回転角センサ１０ｂからクランク軸が基準
回転位置（例えば第１気筒の上死点位置）に達する毎に
基準位置信号が入力されている。さらに、入力ポート２
４には、アクセル開度、冷却水温度、エンジン潤滑油温
度等の信号がそれぞれ図示しないセンサから入力されて
いる。クランク回転角センサ１０ａからのパルス信号は
エンジン回転速度の算出等に、またクランク回転角セン
サ１０ｂからのパルス信号は筒内燃料噴射弁４からの燃
料噴射時期の制御等にそれぞれ使用される。
【００４１】また、ＥＣＵ２０の出力ポート２５は図示
しない駆動回路を介して、エンジン１の各気筒の燃料噴
射弁４の三方電磁弁５１に接続され、燃料噴射弁４から
の燃料噴射量、噴射時期を制御している。次に、本発明
に使用するＮＯX 吸収剤５について説明する。ＮＯX 吸
収剤５は例えばアルミナ等の担体を使用し、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なくとも一
つと、白金Ｐt のような貴金属とが担持されている。こ
のＮＯX 吸収剤５は流入する排気の空燃比がリーンの場
合にはＮＯX を吸収し、酸素濃度が低下するとＮＯX を
放出するＮＯX の吸放出作用を行う。
【００４２】本実施例では、ディーゼルエンジンが使用
されているため、通常運転時の排気空燃比はかなりリー
ンであり、ＮＯX 吸収剤５は排気中のＮＯX の吸収を行
う。また、後述するように、エンジン１の空気過剰率が
低下して排気中の酸素濃度が低下すると、ＮＯX 吸収剤
５は吸収したＮＯX の放出を行う。この吸放出作用の詳
細なメカニズムについては明らかでない部分もある。し
かし、この吸放出作用は図３に示すようなメカニズムで
行われているものと考えられる。次にこのメカニズムに
ついて担体上に白金Ｐt およびバリウムＢa 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、希土類を用いても同様なメカニズム
となる。
【００４３】すなわち、流入排気がかなりリーンになる
と流入排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図３(A) に示
されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ2 - またはＯ2-の形で
白金Ｐt の表面に付着する。一方、流入排気中のＮＯは
白金Ｐt の表面上でこのＯ2 - またはＯ2-と反応し、Ｎ
Ｏ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ) 。次いで生成さ
れたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内
に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図３
(A) に示すように硝酸イオンＮＯ3 - の形で吸収剤内に
拡散する。このようにしてＮＯX がＮＯX 吸収剤５内に
吸収される。
【００４４】従って、流入排気中の酸素濃度が高い限り
白金Ｐt の表面でＮＯ2 が生成され、吸収剤のＮＯX 吸
収能力が飽和しない限りＮＯ2 が吸収剤内に吸収されて
硝酸イオンＮＯ3 - が生成される。これに対してエンジ
ン１の燃焼における空気過剰率が低下し、排気空燃比が
理論空燃比またはリッチ空燃比になると、流入排気中の
酸素濃度が低下してＮＯ2 の生成量が減少する。これに
より反応は逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）に進み、吸収剤
内の硝酸イオンＮＯ3 - がＮＯ2 の形で吸収剤から放出
される。すなわち、流入排気中の酸素濃度が低下すると
ＮＯX 吸収剤５からＮＯX が放出されることになる。一
方、流入排気中に未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分が存在する
と、これらの成分は白金Ｐt 上の酸素Ｏ2 - またはＯ2-
と反応して酸化され、排気中の酸素を消費して排気中の
酸素濃度を低下させる。また、排気中の酸素濃度低下に
よりＮＯX 吸収剤５から放出されたＮＯ2 は図３(B) に
示すようにＨＣ，ＣＯと反応して還元される。このよう
にして白金Ｐt の表面上にＮＯ2 が存在しなくなると吸
収剤から次から次へとＮＯ2 が放出される。
【００４５】すなわち、流入排気中のＨＣ，ＣＯは、ま
ず白金Ｐt 上のＯ2 - またはＯ2-とただちに反応して酸
化され、次いで白金Ｐt 上のＯ2 - またはＯ2-が消費さ
れてもまだＨＣ，ＣＯが残っていればこのＨＣ，ＣＯに
よって吸収剤から放出されたＮＯX 、および排気ととも
に流入するＮＯX が還元される。また、ＣＯは還元性が
強いため、排気中のＣＯ成分が多い場合には上記ＮＯX
の還元が速やかに行われる。
【００４６】本実施例では、ＮＯX 吸収剤５の再生操作
時にはエンジン１の燃焼における空気過剰率空気過剰率
（λ）を１以下まで低下させてエンジン１の運転を行
う。これにより、エンジン１はリッチ空燃比で運転され
ることになる。λ≦１の範囲の運転では、エンジン１の
排気中の酸素濃度は急激に減少するとともに、排気中の
未燃ＨＣ、ＣＯ成分が増大するため、エンジン１の通常
運転時に吸収されたＮＯ X がＮＯX 吸収剤５から放出さ
れるとともに還元浄化される。
【００４７】次に、本実施例におけるエンジン１の空気
過剰率低下運転について説明する。本実施例ではディー
ゼルエンジンが使用されているため、通常の運転時（す
なわち、ＮＯX 吸収剤５の再生を実施していない運転
時）はエンジン１における燃焼は空気過剰率の大きい拡
散燃焼が主体となっている。拡散燃焼においては、燃料
噴射は圧縮行程後半で行われ、圧縮により高温高圧とな
った燃焼室内の空気中に燃料が噴射される。また、噴射
された燃料は、燃料と周囲の空気との境界付近に形成さ
れる気化燃料と空気との可燃混合気層で燃焼を開始す
る。すなわち、拡散燃焼においては、噴射燃料と周囲の
空気とは火炎面を挟んで分離した状態で燃焼が行われる
ことになる。
【００４８】このため、拡散燃焼を維持したまま燃料噴
射量を増量してλ≦１の低い空気過剰率で運転を行う
と、噴射された燃料の大部分は気化しない状態で、空気
と接触しないまま周囲の可燃混合気層での燃焼火炎に曝
されることになり、燃焼せずにカーボン粒子を生成して
しまう。このため、拡散燃焼を維持したままλ≦１の運
転を実施すると排気中の酸素濃度があまり低下せずにス
モークが増大してしまう問題を生じる。
【００４９】本実施例では、上記問題を解決するため、
空気過剰率低下運転時にディーゼルエンジン１に予混合
燃焼主体の燃焼を行わせることにより上記問題を解決し
ている。予混合燃焼においては、筒内燃料噴射弁４から
噴射された燃料は拡散、気化して空気と混合し、可燃混
合気を形成した状態で燃焼が開始される。このため、燃
焼が開始されると燃焼火炎が燃焼室全体に伝播し、燃焼
室全体で略同時に燃焼が生じる。また、拡散燃焼の場合
と異なり、気化しないままの燃料が空気と接触せずに燃
焼火炎に曝されることがないので空気過剰率を低下した
場合でもスモークの発生が防止される。
【００５０】本実施例では、ＮＯX 吸収剤５の再生を行
う際に、ディーゼルエンジン１の燃焼の空気過剰率を低
下させるとともに、筒内燃料噴射弁４から噴射された燃
料のうち、予混合燃焼に寄与する燃料の量を拡散燃焼に
寄与する燃料の量に対して増大させて予混合燃焼主体の
燃焼を行うことにより、排気中のスモークの増大を生じ
ることなくＮＯX 吸収剤に酸素濃度の低い排気を供給し
ている。
【００５１】次に、ディーゼルエンジン１で予混合燃焼
主体の燃焼を行わせる実際の操作について説明する。デ
ィーゼルエンジン１で予混合燃焼主体の燃焼を行わせる
ためには、圧縮行程で気筒内の空気が圧縮され、燃料の
着火温度に到達する以前に気筒内に予混合気が形成され
ている必要がある。ディーゼルエンジンの通常の運転に
おいては、燃料は圧縮行程後半で燃焼室内に噴射される
ため、燃料噴射開始から燃料の着火に至る時間は極めて
短い。このため、燃料着火以前に噴射される燃料の量は
少なく、しかも、燃料着火以前に噴射された燃料は気
化、拡散して混合気を形成する時間が不十分であるため
燃料着火時には予混合気の割合は少ない。
【００５２】本実施例では、上記を考慮して、以下の方
法により筒内燃料噴射弁４から噴射された燃料により、
燃料の着火前に燃焼室内に予混合気を形成する。なお、
以下に説明する方法は、それぞれ単独でも、或いは２つ
以上を組み合わせて実施してもよい。 (1)筒内燃料噴射弁４から着火前に燃焼室内に噴射され
る燃料量を増大することによる予混合気の形成。
【００５３】燃量の着火が生じる前に燃焼室内に噴射さ
れる燃料量を増大することにより、予混合気形成に寄与
する燃料量が増大する。このため予混合燃焼を行う燃料
量が増大し、ディーゼルエンジン４は予混合燃焼を主体
とした燃焼を行うようになる。燃料着火前に燃焼室内に
噴射される燃料量を増大させる具体的な方法としては、
例えば燃料噴射時期を進角させる方法、燃料噴射率
を変えて噴射期間中の初期に噴射率を増大し、噴射期間
後期に噴射率を減少させる方法、等がある。以下、それ
ぞれの方法について説明する。
【００５４】燃料噴射時期の進角。 本実施例では、制御回路２０はクランク回転角センサ１
０ｂから入力する基準位置信号とクランク回転角センサ
１０ａから入力するクランク回転角信号とに基づいて、
各気筒の行程位置を検出し、所定の燃料噴射開始時期に
なった気筒の筒内燃料噴射弁４の三方電磁弁５１に駆動
パルスを送り、燃料噴射を開始する。
【００５５】通常、燃料噴射は燃焼室内の空気が圧縮さ
れて燃料の着火温度以上になる圧縮行程後半で行われ
る。本実施例では、ＮＯX 吸収剤の再生時には制御回路
２０は各気筒の燃料噴射開始時期を通常運転時より進角
させる。これにより、圧縮行程で燃焼室内の温度が上昇
して燃料の着火温度に到達する前に燃焼室内に噴射され
る燃料の量が増大し、燃料着火時に形成される予混合気
中の燃料量が増大する。燃料噴射開始時期の進角量は大
きいほど予混合燃焼に寄与する燃料量が増大するため、
進角量を変えることにより予混合燃焼と拡散燃焼との割
合を制御することができる。
【００５６】燃料噴射率の変更 図２で説明したように、筒内燃料噴射弁４（図２参照）
の三方電磁弁５１が、加圧室ピストン４９上部に連通す
る燃料通路４５ｃをコモンレール４３（燃料通路４５
ｂ）とを接続する位置に切り換えられると、加圧ピスト
ン４９上部にコモンレール４３の燃料油圧力が導かれ加
圧室４７内の燃料油圧力が上昇する。また、三方電磁弁
５１が、燃料通路４５ｃをリーク配管４５ｄに接続する
位置に切り換えられると、加圧ピストン４９上部の燃料
油圧力は低下し加圧室４７内の燃料油圧力は低下する。
このため、三方電磁弁５１を短い周期で交互に切り換え
て加圧ピストン４９上部がコモンレール４３に接続され
る時間とリーク配管４５ｄに接続される時間の比を調節
することにより加圧ピストン４９上部に作用する燃料油
圧力、すなわち加圧室内の燃料油圧力を調節することが
可能である。
【００５７】本実施例では、制御回路２０は三方電磁弁
５１をパルス信号で駆動しており、この駆動パルスのデ
ューティ比を変更することにより噴射開始初期には加圧
ピストン４９上部に作用する燃料油圧力を高く、噴射開
始後期には低くなるように制御する。これにより、噴射
開始初期には高い噴射圧力が得られ、燃料の噴射率（単
位時間当たりの燃料噴射量）が増大し、噴射開始後期に
は噴射率は低下するため燃料噴射時期と噴射量が同一で
あっても燃料噴射開始初期に燃焼室内に噴射される燃料
の量が増大する。
【００５８】これにより、燃料の着火が開始される前に
燃焼室内に噴射される燃料量が増大し、予混合燃焼に寄
与する燃料量が増大する。 (2)筒内燃料噴射弁４から燃料着火前に燃焼室内に噴射
された燃料の気化を促進することによる予混合気の形
成。 通常のディーゼルエンジンの運転では、燃料着火前に燃
焼室に噴射された燃料が気化せずに液状のまま存在する
ため予混合気は生成されにくく、拡散燃焼が主体の燃焼
が行われる。また、前述のように、液状のままの燃料が
燃焼火炎に曝されるとカーボン粒子を生成するため排気
スモークが増大する問題が生じる。一方、燃料着火前に
燃焼室に噴射された燃料を気化させることができれば、
気化燃料と空気との予混合気の生成が促進され、予混合
燃焼主体の燃焼が行われるとともに、液状燃料によるカ
ーボン粒子の生成を防止することができる。
【００５９】燃料の気化を促進する具体的な方法として
は、例えば、燃料噴射開始時期を進角させる、燃料
油の温度を上昇させる燃料噴射圧力を噴射時期に応じ
て変更する、燃焼室内に渦流（スワール）を生成させ
る、燃焼室内に排気ガスを還流させる、等が用いられ
る。以下それぞれについて説明する。 燃料噴射開始時期の進角。
【００６０】前述のように、燃料噴射時期を進角させる
ことにより燃料着火前に燃焼室内に噴射される燃料量を
増大させることができるが、燃料噴射開始時期を進角す
ることにより、同時に燃料の気化を促進することができ
る。すなわち、燃料噴射開始を進角させることにより、
燃料噴射から着火までの時間が長くなるため、噴射され
た燃料は着火前に高温の燃焼室内で十分に気化、拡散
し、空気との予混合気が形成される。
【００６１】燃料油の温度上昇 筒内燃料噴射弁４から噴射される燃料油の温度を上昇さ
せることより燃料油の気化を促進することが可能であ
る。このためには、例えば燃料油配管に電気ヒータなど
を設け筒内燃料噴射弁４に供給される燃料の温度を上昇
させるようにすれば良い。
【００６２】 筒内燃料噴射弁４からの燃料噴射圧力の変更 通常の運転時には、筒内燃料噴射弁４から噴射された燃
料は一部が圧縮行程で上昇した位置にあるピストンの上
面に衝突して微細化されるが、残りの部分はシリンダラ
イナに付着する。ライナに付着した燃料は、比較的大き
な液滴を形成するため、蒸発、気化しにくく予混合気を
形成しにくい。
【００６３】前述のように、本実施例では筒内燃料噴射
弁４は三方電磁弁５１の駆動パルスデューティ比を変更
することにより燃料噴射圧力を変更することができる。
このため、本実施例では、燃料噴射時期に応じて、以下
のように燃料噴射圧力を変更することによりライナに付
着する燃料を低減し、噴射された燃料の気化を促進して
いる。
【００６４】例えば、圧縮行程で燃料噴射を行う場合に
は、通常運転時より燃料噴射圧力を上昇させる。これに
より、噴射された燃料の貫徹力が増大し、直接ピストン
上面に衝突する燃料の量が増大するため、ライナに付着
する燃料の量が低減される。また、ピストン上面に衝突
した燃料は、衝突により微細化するため気化、拡散が促
進される。
【００６５】一方、例えば燃料噴射時期を進角させて吸
気行程または吸気行程時に燃料噴射を行う場合には、ピ
ストンは低い位置にあるため燃料をピストン上面に衝突
させることはできない。また、噴射時期を進角させると
気筒内圧力が低い状態で燃料が噴射されるため、通常の
燃料圧力で燃料噴射を行うと燃料の噴射速度が過大にな
り、噴射された燃料の大部分がシリンダライナに衝突、
付着してしまうことになる。このため、本実施例では燃
料噴射進角時には、逆に燃料噴射圧力を低下させるよう
にしている。これにより、噴射された燃料の大部分はシ
リンダライナまで到達せずに気筒内の空気と混合するよ
うになり、燃料の気化と予混合気の形成が促進される。
【００６６】スワールの生成 吸気スワールポートと吸気制御弁とを有するエンジンで
は、流入する吸気により気筒内に渦流（スワール）を生
成することにより、噴射された燃料の拡散、気化を促進
することができる。図４は、スワール吸気ポートと吸気
制御弁とを備えたディーゼルエンジンの気筒シリンダヘ
ッドの構成を示す概略図である。図４において１０１は
気筒のシリンダヘッド、１０３、１０５はシリンダヘッ
ドに設けられた２つの吸気ポートである。本実施例では
吸気ポート１０３は螺旋状の形状を有するヘリカルポー
トとされており、吸気ポート１０３から気筒内に流入す
る吸気はポート１０３通過時に気筒軸線に対して直角方
向の旋回速度成分を与えられる。一方、もう一つの吸気
ポート１０５は通常のストレートポートとされ、吸気ポ
ート１０５からは吸気は直線状に気筒内に流入する。吸
気ポート１０３、１０５にはそれぞれ独立した吸気通路
１０７、１０９が接続されており、ストレートポート１
０５側の吸気通路１０９には吸気通路１０９を開閉する
吸気制御弁１１１が設けられている。
【００６７】本実施例では、通常の運転時には吸気制御
弁１１１を開弁したままで運転する。これにより、吸気
の大部分は抵抗の少ないストレートポート１０５から気
筒内に流入し、気筒内にはスワールは生じない。一方、
予混合燃焼主体の燃焼を行う場合には、吸気制御弁１１
１は閉弁され、吸気通路１０９を閉鎖する。これによ
り、吸気はヘリカルポート１０３のみを通って気筒内に
流入するため、気筒内に流入する空気量が低下するとと
もに、気筒内に強い渦流（スワール）が生成される。筒
内燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料は、このスワ
ールにより空気と攪拌、混合され燃料の気化が促進され
るとともに均一な予混合気が生成される。
【００６８】排気ガス還流。 燃料着火前に気筒内に噴射された燃料の気化を促進する
ためには、気筒内温度が高いほど好ましい。ところが、
燃料噴射を進角して吸気行程で燃料噴射を行うような場
合には気筒内は吸気により比較的低温になっている。こ
のような場合、高温のエンジン排気の一部を燃焼室に還
流することにより燃焼室内の温度を上昇させることによ
り燃料の気化を促進することができる。
【００６９】図５は、エンジン排気の一部を吸気系を介
して気筒内に還流させるＥＧＲ装置を備えたディーゼル
エンジンの構成を示す図である。図５において、図１と
同一の参照符号で示した要素は、図１のものと同一の要
素であるので説明は省略する。図５において、７１はエ
ンジンの排気通路３と吸気通路２とを接続するＥＧＲ通
路、７３はＥＧＲ通路７１に設けられたＥＧＲ弁をそれ
ぞれ示している。ＥＧＲ弁７３は、例えばステップモー
タ、ソレノイドアクチュエータ等の適宜なアクチュエー
タを有する流量制御弁とされ、制御回路２０からの駆動
パルス信号に応じてＥＧＲ通路７１を通って排気通路３
から吸気通路２に還流する排気流量を制御可能となって
いる。
【００７０】本実施例では、予混合燃焼を行う場合には
制御回路２０はＥＧＲ弁７３の開度を増大し、吸気通路
２を介して気筒内に還流する排気流量を増加させる。こ
れにより、吸気とともに高温の排気が気筒内に流入する
ため、気筒内温度が上昇し、噴射された燃料の気化が促
進される。なお、図５に８１で示すのは吸気通路２に設
けられた吸気絞り弁である。吸気絞り弁８１は、ＥＧＲ
弁７１と同様適宜なアクチュエータ８１ａを備え、制御
回路２０からの駆動信号に応じた開度をとる。通常の運
転時には吸気絞り弁８１は全開とされ、吸気通路２を流
れる吸気流を妨げないが、後述するように所定の条件下
では吸気絞り弁８１は所定の開度まで閉弁し、吸気通路
２を通る吸気流量を低下させる。また、ＥＧＲ弁７３に
より排気を還流させる際に、同時に吸気絞り弁８１によ
り、吸気通路２内の吸気流量を低下させると気筒内に流
入する新気の量に対する還流排気の量を増大させること
ができ、気筒内温度を更に上昇させることができる。
【００７１】(3)燃料の着火時期を遅延させることによ
る予混合気形成。 気筒内に噴射された燃料の着火時期を遅延させることに
よっても、燃料噴射開始時期から燃料着火までの時間を
長くとることができる。このため、前述の燃料噴射時期
を進角させた場合と同様に、燃料着火時期を遅延させる
ことによっても気筒内に噴射された燃料により予混合気
を形成させることができる。
【００７２】燃料着火時期を遅延させる具体的な手段と
しては、圧縮行程における気筒内圧力を低下させる、
圧縮行程における気筒内温度を低下させる、等があ
る。以下それぞれについて説明する。 圧縮行程における気筒内圧力低下 気筒内に噴射された燃料は、圧縮行程において気筒内の
空気が圧縮されて昇温し、燃料の着火温度以上になった
場合に燃焼を開始する。ここで、圧縮行程において通常
より気筒内圧力を低下させれば、温度上昇もそれに応じ
て小さくなり気筒内の空気温度が燃料の着火温度に到達
するのが遅れるため、燃料の着火を遅延させることがで
きる。例えば、具体的には図５で説明した吸気絞り弁８
１を備えるエンジンでは吸気絞り弁８１を閉弁して、吸
気通路２から気筒内に流入する空気量を通常より低減す
ることにより、圧縮行程開始時の気筒内圧力を低下させ
て圧縮行程における気筒内圧力を低下させることができ
る。これにより、気筒内温度が燃料の着火温度に到達す
る時期が通常より遅くなり、燃焼の開始が遅延される。
【００７３】また、例えば、過給機を備えたエンジンで
は、過給機を停止して過給圧を低下させることにより圧
縮行程での気筒内圧力を低下させることができる。更
に、吸気弁の閉弁時期を変更することができる可変バル
ブタイミング機構を備えたエンジンでは、吸気弁の閉弁
時期を圧縮行程開始後まで遅延させることにより、気筒
内の実圧縮比を低下させることができるため、圧縮行程
時の気筒内圧力を低下させることが可能である。
【００７４】さらに、例えば気筒に連通する可変容積圧
縮室を設け、この可変容積圧縮室内を摺動するピストン
の位置を変えることにより、圧縮室容積を変えることが
できる可変圧縮比機構を備えたエンジンでは、可変容積
圧縮室の容積を増大させることにより、気筒の実圧縮比
を低下させて圧縮行程時の気筒内圧力を低下させること
ができる。
【００７５】圧縮行程における気筒内温度の低下 圧縮行程において、気筒内圧力を低下させる代わりに、
直接気筒内温度を低下させることによっても燃料の着火
時期を遅延させることが可能である。このための具体的
方法としては、例えば吸気通路に冷却器を設け、吸気温
度を低下させる、等の方法がある。特に過給エンジンで
は通常運転時は、過給により吸気温度が高くなるため、
過給を停止して吸気温度を低下させることも有効であ
る。
【００７６】以上、ディーゼルエンジンにおいて燃焼開
始前に気筒内に噴射された燃料と空気との予混合気を生
成する方法について説明したが、上記方法によりディー
ゼルエンジンで空気過剰率を低下させた予混合燃焼主体
の燃焼を行った場合には、スモーク発生の問題は生じな
いものの、他の問題が生じる場合がある。すなわち、予
混合燃焼においては、気筒内全体に燃料と空気との可燃
混合気が生成されるため、一旦着火が生じると燃焼が極
めて急速に進行する衝撃燃焼が生じる。このため、エン
ジンの出力トルクが急激な変化を繰り返したり、圧縮行
程上死点以前に燃焼が進行することによるノッキングな
どの問題が生じる。
【００７７】特に、エンジンの空気過剰率を低下させる
ためには燃料噴射量を増量する必要があるが、この場合
衝撃燃焼による気筒内圧力上昇も大きくなり、トルク変
動やノックが激しくなる問題がある。本実施例では、こ
のような衝撃燃焼によるトルク変動やノッキングを以下
のような方法で防止している。
【００７８】すなわち、衝撃燃焼による気筒内圧力の急
上昇は予混合気内に含まれる燃料の量が多い程、すなわ
ち機関負荷が大きいほど大きくなる。逆に、予混合気内
に含まれる燃料の量が少ない場合には、衝撃燃焼が生じ
ていてもトルク変動やノッキングは小さくなり、燃料量
が少ない領域、すなわち軽負荷領域では運転上大きな影
響が生じなくなる。本実施例では、このように衝撃燃焼
が運転上許容できる範囲でのみ、空気過剰率を低下させ
た予混合燃焼を行うようにしている。
【００７９】図６(A) は、本実施例において空気過剰率
を低下させた予混合燃焼を行う負荷領域の例を示してい
る。図６(A) において、縦軸はエンジンのアクセル開度
（すなわち、エンジン出力トルク）、横軸はエンジン回
転数を示し、図中に斜線を付した領域が予混合燃焼を行
う負荷領域である。なお、図６の実線Ｆはエンジンの全
負荷時の出力特性を示し、図中の点線は通常の部分負荷
運転におけるエンジンの空気過剰率λの変化を示してい
る。図６から判るように、通常の運転においてはエンジ
ンの空気過剰率λはエンジン負荷が低下する程大きくな
っている。図６(A) の実施例では、このように本来空気
過剰率λが大きい運転が行われる低負荷領域で、エンジ
ンの負荷状態が図に斜線で示した負荷領域になると、前
述のいずれかの方法により燃焼室内に予混合気を形成
し、同時に空気過剰率λを１．０以下に低下させた運転
を行う。
【００８０】なお、図６(A) の例では、低負荷運転時に
おいては、空気過剰率λが大きい状態から予混合燃焼が
行われる斜線部分になると急激に空気過剰率が低化され
ることになるが、図６(B) に示すように、予混合運転を
行う領域（図６Ｂの斜線領域）内においても、λが大き
い負荷領域とλ≦１の負荷領域との間に中間のλ領域を
設け、負荷の低下とともに徐々にλ≦１の状態に切り換
えるようにしてもよい。
【００８１】また、図７から図１０は、負荷に応じて通
常のディーゼル燃焼（拡散燃焼主体の燃焼）から予混合
燃焼主体の燃焼への切換を行う場合の切換の様子を示し
ている。図７は機関負荷が所定の負荷以下になった場合
にはステップ状に燃焼を切り換える場合を示しており、
図７(A) は空気過剰率λの負荷に対する変化、図７(B)
は全体の燃料のうち予混合燃焼に寄与する燃料の割合Ｐ
（パーセント）の負荷に対する変化を示している。ディ
ーゼルエンジンでは、通常運転においても、図７(A) に
点線で示したように負荷が低下するにつれてλは増大
し、同時に予混合燃焼に寄与する燃料の割合は徐々に増
加する（図７(B) 点線）。これに対して、本実施例で
は、図７に実線で示すように、ある負荷（図にＦ0 で示
す）を境に急激に予混合燃焼の割合を増大し（図７(B)
）、かつλを低下（図７(A) ）させる運転が行われ
る。
【００８２】図８は予混合燃焼とディーゼル燃焼との切
換の別の実施例を示している。本実施例では、図７と同
様所定の負荷（Ｆ0 ）を境に急激に予混合燃焼への切換
を行うが、燃焼が不安定になりやすい極低負荷運転領域
では通常のディーゼル燃焼に復帰し、燃焼を安定させる
ようにしている。また、図９は図７にと同様予混合燃焼
とディーゼル燃焼との切換はステップ状に行うが、空気
過剰率λは負荷が低下するにつれて徐々に低減し、極低
負荷運転領域では徐々に増大するように設定し、軽負荷
領域においてもλ＞１で運転される領域を設けた例を示
す。
【００８３】図１０は、図８において、図９と同様に拡
散燃焼から予混合燃焼への切換時にλを徐々に低減する
ようにした例である。なお、上記軽負荷領域で空気過剰
率λを低下させる際に、燃料噴射量のみを増量すること
により空気過剰率λを低下させると、燃料噴射量が多く
なり、上記衝撃燃焼の影響も大きくなる。このため、燃
料の増量と同時に気筒内に吸入される新気の量を低減す
ることにより空気過剰率を低下させれば、空気過剰率を
低下させた場合でも燃料の増量幅は小さくなるので、衝
撃燃焼の影響を更に小さくすることができる。
【００８４】本実施例では、図５に示したようにエンジ
ン吸気通路に吸気絞り弁８１と排気再循環用のＥＧＲ弁
７３を設け、吸気絞りによる吸気量低減、または排気再
循環による新気吸入量の低減、あるいはこれらの両方を
行って気筒に吸入される新気の量を低減し、空気過剰率
低下運転時の燃料量ができるだけ少なくなるようにして
いる。
【００８５】上記に予混合燃焼時の衝撃燃焼の問題につ
いて述べたが、予混合燃焼主体の燃焼を行った場合に
は、燃焼室内で着火条件が早く整い過ぎるために燃焼が
圧縮行程中に生じてしまう過早着火や、比較的少ない燃
料を燃焼室内全体に分散させるために生じる燃料濃度の
低下に伴う着火ミス、着火遅れ等の問題が生じる。これ
らの問題は以下の方法により解決することができる。
【００８６】例えば、過早着火や着火遅れの問題につい
ては、前述したように、圧縮行程における気筒内温度、
圧力等の燃料の着火に影響を与える条件を制御し、着火
が適正な時期に行われるようにすることにより解決でき
る。本実施例では、図５に示した吸気絞り弁８１による
吸気絞り、ＥＧＲ弁７３による燃焼室への排気再循環の
量を、予混合燃焼に寄与する燃料の量に応じて制御する
ことにより燃焼室における着火時期が適正な範囲内（例
えば圧縮上死点付近）になるように調節している。
【００８７】図１１から図１３は前述の図７のように予
混合燃焼に寄与する燃料量をステップ状に変化させる場
合に、着火時期を適正な範囲に維持するための吸気絞り
と排気再循環量の変化を示している。図１１(A) は図７
(A) と同様λの負荷による変化、図１１(B) は吸気絞り
による気筒内の新気の量と、排気再循環量（ＥＧＲ）と
の比率Ｑの負荷による変化とを示している。 エンジン
負荷が低下すると燃料噴射量も小さくなるため、空気過
剰率を低下するためには吸気絞りを行い気筒内に吸入さ
れる新気の量を低減する必要がある。一方、気筒内の新
気の量を低減すると気筒内圧力の低下により気筒内温度
が燃料の着火条件に到達するのが遅れ、着火遅れや着火
ミス等の問題が生じ易くなる。そこで、本実施例では、
図１１(B) に示すように、燃料噴射量が低下して、それ
に応じて吸気絞りが行われると、吸気量の低下を補うた
めに排気の再循環量が増大される。これにより、気筒内
圧力は適正な範囲に維持され、着火時期が所定の範囲に
制御される。
【００８８】また、図１２(A) 、(B) は、図１１におい
て負荷低下時に、気筒内に循環される排気ガスにより酸
素不足による燃焼不安定が生じることを防止するため
に、予混合運転実施時の低負荷側では新気量に対して排
気再循環の量を低減し、酸素濃度を上げるようにしたも
のである。この場合、気筒内圧力は低下することになる
が、循環する排気ガスの温度が高いため気筒内の温度が
過度に低下することはなく、圧縮行程時に着火温度への
到達が大幅に遅れることはない。
【００８９】また、図１３(A) 、(B) は、図１１におい
て高負荷側で排気の循環量が低下するために、燃焼が生
じやすくなり、過早着火が生じるような場合に、排気の
循環量を更に低下し、気筒内に供給される新気と排気と
の合計量を減らし、気筒内圧力を低下することにより圧
縮行程時の着火温度への到達を遅延させる例を示してい
る。
【００９０】ところで、予混合燃焼を行う際に、前述し
たように燃料噴射時期を進角させることにより予混合気
を形成することが可能である。この場合、燃料噴射開始
時期を進角させるほど燃料の気化と空気との混合とが良
好になる。ところが、低負荷領域において燃料と空気と
の混合を完全に行った場合には燃料の分散により、混合
気中の燃料濃度が比較的低い値となるため、着火が生じ
にくくなる問題が生じる場合がある。本実施例では、こ
のような場合に燃料の一部を通常運転時の燃料噴射時期
に噴射し、噴射燃料の着火により気筒内の混合気の点火
を行うようにしている。
【００９１】図１４は、本実施例における、燃料噴射時
期と負荷との関係を示す図である。図１４において、横
軸はエンジン負荷、縦軸は燃料噴射時期を示している。
図１４に示すように、本実施例においても所定の負荷
（図１４、Ｆ0 ）以上の負荷では拡散燃焼を主体とした
通常のディーゼル燃焼が行われる。すなわち、負荷Ｆ 0
以上の領域では、燃料噴射は圧縮行程後半に開始され、
気筒内温度が燃料の着火温度を越えると燃焼を開始す
る。図１４に線Ａで示すのは気筒内温度が上昇し、噴射
された燃料が燃焼を開始する温度である。すなわち、通
常運転時には、燃料噴射は着火温度到達の直前に開始さ
れる。
【００９２】一方、本実施例では、エンジン負荷Ｆ0 以
下の領域では燃料噴射は大幅に進角され、吸気行程初期
に開始される。これにより気筒内に均一な混合気が形成
されるが、前述のように噴射された燃料が気筒内に分散
するため圧縮行程時に燃料の着火が生じにくくなり着火
ミスが生じる可能性がある。そこで、本実施例では、必
要とされる燃料の全量を吸気行程に噴射しないで、一部
の燃料を吸気行程時の燃料噴射終了後、通常運転時と同
様、気筒内温度が燃料着火温度に到達する直前に噴射す
るようにしている。これにより、燃料着火温度到達直前
に噴射された燃料は、気筒内に分散する前の燃料濃度が
高い状態で着火温度に到達するため、確実に着火を生
じ、気筒内に形成された予混合気への点火が行われるの
で、着火ミスが防止される。
【００９３】次に、図１５を用いて通常の拡散燃焼を主
体とした燃焼と、予混合燃焼を主体とした燃焼との間の
切換について説明する。拡散燃焼主体の燃焼から予混合
燃焼主体の空気過剰率を低下させた運転に切り換えた場
合には、前述のように燃焼速度の相違や、空気過剰率低
下のための燃料増量等により切換前後でエンジン出力に
変動を生じ、燃焼状態の切換によりトルクショックが発
生する場合がある。
【００９４】図１５(A) 、(B) は、拡散燃焼と予混合燃
焼との切換を徐々に行うことにより、急激な燃焼状態の
変化を回避してトルクショックが生じることを防止する
例を示している。図１５(A) 、(B) において、図中のカ
ーブＡは全燃料噴射量に対する通常より早期（例えば吸
気行程中）に噴射される燃料（予混合気形成用燃料）の
量の割合（パーセント）を、同様にカーブＢは全燃料噴
射量に対する通常の燃料噴射時期（圧縮行程後半）に噴
射される燃料の量の割合を示している。また、図の横軸
は、拡散燃焼から予混合燃焼への移行の際の経過時間を
示し、図１５(A) 、(B) においてＴで示した期間は拡散
燃焼から予混合燃焼へ完全に移行するまでの期間を示し
ている。
【００９５】図１５(A) について説明すると、本実施例
では通常運転時には圧縮行程後半に全量（１００パーセ
ント）の燃料が噴射されており、予混合燃焼への切換時
には期間Ｔの間に圧縮行程後半における燃料噴射量は徐
々に低減され、期間Ｔ終了時にはゼロになるようにされ
る（カーブＢ）。また、早期噴射される燃料量は通常運
転時にはゼロであり、予混合燃焼への切換時には期間Ｔ
の間に０から１００パーセントまで増量される。すなわ
ち、拡散燃焼から予混合燃焼への移行期間Ｔの間には、
早期噴射と通常の圧縮行程噴射との両方が行われる。こ
のように、拡散燃焼から予混合燃焼への切換時を急激に
行うのではなく、ある移行期間Ｔを設け、この期間内に
拡散燃焼から予混合燃焼への切換を徐々に進行させるこ
とにより、拡散燃焼から予混合燃焼への切換によるトル
クショックの発生が防止される。
【００９６】図１５(B) は、図１４で説明したように予
混合気の点火ように圧縮行程後半に少量の燃料を噴射す
る場合に、拡散燃焼から予混合燃焼への切換を徐々に行
う例を示している。この場合、移行期間Ｔが終了した後
も圧縮行程に噴射される燃料量はゼロにならず、予混合
燃焼運転中も少量の燃料噴射が行われる。なお、図１５
(A) 、(B) はいずれも、拡散燃焼から予混合燃焼への移
行についてのみ示しているが、同様に予混合燃焼から拡
散燃焼に復帰する際にも移行期間を設け、燃焼の切換を
徐々に行うようにすれば、拡散燃焼と予混合燃焼との間
の切換に伴うトルクショックの発生が完全に防止され
る。
【００９７】次に、図１６から図１８を用いて、ディー
ゼルエンジン１の空気過剰率低下運転により、図１、図
５のＮＯX 吸収剤の再生を行う場合のエンジン制御につ
いて説明する。図１６は、エンジン制御回路２０により
実行されるエンジン制御フローチャートを示す。本実施
例では、エンジンの運転条件が予混合燃焼を実施可能な
条件になった場合には、常に予混合燃焼に切換を行うと
ともに、空気過剰率λを１以下に低下させてＮＯX 吸収
剤５の再生をおこなう場合を示している。
【００９８】図１６において、ステップ１６０１ではエ
ンジン冷却水温度ＴＨＷ、潤滑油温度ＴＨＯ、エンジン
回転数Ｎ、アクセル開度Ａｃｃがそれぞれ対応するセン
サから読み込まれ、次いでステップ１６０３では、予混
合燃焼実施のための前提条件が満足されているか否かが
判定される。予混合燃焼実施のためには、エンジン暖機
が十分に行われ、エンジンの状態が安定している必要が
ある。そこで、ステップ１６０３では、冷却水温度ＴＨ
Ｗと潤滑油温度ＴＨＯが所定温度以上になっていること
が予混合燃焼実施のための前提条件とされる。ステップ
１６０３で前提条件が満足されていない場合には、ステ
ップ１６１１に進み、フラグＦＬの値を０にセットした
あと本ルーチンはそのまま終了する。フラグＦＬの値が
０にセットされると、予混合燃焼は行われず、別途制御
回路２０により実行される燃料噴射制御ルーチン（図示
せず）により、燃料噴射量、噴射時期は通常運転時の制
御が行われエンジンは拡散燃焼を主体とした通常のディ
ーゼル燃焼で運転される。
【００９９】ステップ１６０３で前提条件が満足されて
いた場合には、ステップ１６０５で現在の運転状態（負
荷状態）が、予混合燃焼を実行可能な負荷領域にあるか
否かが判定される。この判定は、アクセル開度Ａｃｃと
回転数Ｎとに基づいて、図６(A) 、または図６(B) のマ
ップから判定される。ステップ１６０５で現在の負荷状
態が予混合燃焼可能な負荷領域（図６(A) または図６
(B) の斜線領域）にある場合には、ステップ１６０７で
空気過剰率λの値としてλ0 が設定され、ステップ１６
０９では前述のフラグＦＬの値が１にセットされる。フ
ラグＦＬの値か１にセットされると、別途制御回路２０
により実行されるルーチンにより、前述のいずれかの方
法により、エンジン空気過剰率λの値がλ0 に制御され
るとともにエンジンの予混合燃焼が実施される。なお、
ステップ１６０７で設定されるλ0 の値は、図６(A) の
マップを使用する場合にはλ0 ≦１．０とされ、図６
(B) のマップを使用する場合には、アクセル開度とエン
ジン回転数とを用いて図６(B) のマップから決定され
る。
【０１００】本実施例によれば、エンジン運転中、運転
状態に応じて随時空気過剰率低下運転が行われ、ＮＯX
吸収剤５に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となる
ため、ＮＯX 吸収剤５の再生が行われ、ＮＯX 吸収剤５
の飽和が防止される。次に、図１７を用いてＮＯX 吸収
剤５の再生のためのエンジン制御の別の例を説明する。
【０１０１】図１６の実施例では、エンジンが予混合燃
焼運転可能な負荷領域で運転されている場合には、常に
空気過剰率を低下させた予混合燃焼運転を行ってＮＯX
吸収剤の再生操作を実施している。しかし、このように
特定の負荷領域で常にＮＯX吸収剤５の再生操作を行う
ようにすると、ＮＯX 吸収剤５のＮＯX 吸収量が少なく
再生操作を実施する必要がない場合にもエンジンの運転
状況によってはＮＯX吸収剤５の再生操作が行われるこ
とになる。従って、図１６の実施例では、空気過剰率を
低下させた運転の頻度が増大し、エンジン燃費の悪化を
生じるおそれがある。本実施例では、この点を考慮し、
予混合燃焼運転可能な負荷領域においても、ＮＯX 吸収
剤のＮＯX 吸収量が少なく再生操作の必要がない場合に
は通常のディーゼル燃焼運転を行うようにしたものであ
る。
【０１０２】図１７において、ステップ１７０１から１
７０５では、運転状態パラメータの読み込み（ステップ
１７０１）と予混合燃焼の前提条件の判定（ステップ１
７０３）、負荷領域の判定（ステップ１７０５）が行わ
れる。これらのステップは図１６のステップ１６０１か
ら１６０５と同一であるため、ここでは説明は省略す
る。ステップ１７０３、１７０５で条件が成立していな
い場合には、図１６と同様ステップ１７１３でフラグＦ
Ｌの値を０にセットした後ルーチンは終了する。これに
より、エンジンは拡散燃焼を主体とした通常のディーゼ
ル燃焼で運転される。
【０１０３】ステップ１７０３、１７０５で予混合燃焼
運転の条件が成立した場合には、ステップ１７０７が実
行される。ステップ１７０７では、ＮＯX 吸収剤５に吸
収したＮＯX 量ＡＮが予め定めた所定量ＡＮ0 以上に増
大しているか否かが判定される。ステップ１７０７でＮ
ＯX 吸収剤５のＮＯX 吸収量ＡＮが所定量ＡＮ0 より少
ない場合には、ＮＯX 吸収剤５の再生操作は実施せずに
ステップ１７１３を実行した後ルーチンは終了する。す
なわち、ＮＯX 吸収剤５のＮＯX 吸収量が所定量以上で
あり、真に再生が必要な場合にのみ、ステップ１７０９
以降の空気過剰率を低下した予混合燃焼運転が実行され
る。
【０１０４】次に、ステップ１７０７におけるＮＯX 吸
収剤５のＮＯX 吸収量の判定について説明する。ＮＯX
吸収剤５の単位時間当たりのＮＯX 吸収量は、エンジン
１で単位時間当たりに発生するＮＯX 量に直接比例す
る。一方、エンジン１の単位時間当たりのＮＯX 発生量
はエンジン出力トルク（アクセル開度）、と吸入空気量
（エンジン回転数）とに応じて変化する。本実施例で
は、予め実際のエンジンを用いて、アクセル開度とエン
ジン回転数とを変化させ、各運転条件におけるエンジン
の単位時間当たりＮＯX 発生量を計測し、制御回路２０
のＲＯＭ２３にアクセル開度とエンジン回転数とを用い
た数値マップとして格納してある。
【０１０５】制御回路２０は、別途実行される図示しな
いルーチンで、一定時間毎にアクセル開度ＡCCと回転数
Ｎとを読み込んで上記マップに基づいてエンジンの単位
時間当たりのＮＯX 発生量を算出するとともに、このＮ
ＯX 発生量の値を積算して積算値ＡＮを算出する。この
ＮＯX 発生量の積算値ＡＮは、すなわちＮＯX 吸収剤５
に吸収されたＮＯX の量に直接比例するものである。図
１７のステップ１７０７では、上記により算出したＮＯ
X 発生量をＮＯX 吸収剤の吸収量ＡＮとして用い、この
積算値ＡＮが所定量ＡＮ0 （例えば、ＮＯX 吸収剤の吸
収可能な最大ＮＯX 量の７０パーセント程度に相当する
量）を越えたときにステップ１７０９以下を実行する。
【０１０６】なお、上記のようにエンジンのＮＯX 発生
量の積算値からＮＯX 吸収剤のＮＯ X 吸収量を算出する
代わりに、近似的に通常の空気過剰率が大きい運転が実
施された時間が所定時間以上になったときにＮＯX 吸収
剤の吸収量が所定量より増大したと判定するようにして
もよい。ステップ１７０９、ステップ１７１１では、空
気過剰率λが所定値λ1 （ここで、λ1 ≦１．０）に設
定され（ステップ１７０９）、空気過剰率を低下させた
予混合燃焼が実施される（ステップ１７１１）。なお、
この場合、空気過剰率低下運転はＮＯX 吸収剤５の再生
に必要な時間（例えば数秒から数十秒程度）の間のみ実
行され、この時間が経過するとＮＯX 吸収剤５のＮＯX
吸収量は０に設定される。これにより、図１７のルーチ
ンでは、ステップ１７０７でＮＯX 吸収量が増大してい
ないと判定されるようになり、ステップ１７１３が実行
され、エンジンでは通常のディーゼル燃焼が実施され
る。本実施例によれば、空気過剰率低下運転は、真にＮ
ＯX 吸収剤の再生操作が必要な場合にのみ実行されるた
め、エンジン燃費の悪化が防止される。
【０１０７】図１８は、図１７の変形例を示す。本実施
例は、いわば図１６の実施例と図１７の実施例との中間
の制御となっている。すなわち、本実施例でも、予混合
燃焼の条件（ステップ１８０３、１８０５）のいずれか
が成立しない場合には、通常のディーゼル燃焼による運
転が行われ（ステップ１８１５）、予混合燃焼の条件
（ステップ１８０３、１８０５）の両方が成立した場合
には、常にエンジンを予混合燃焼で運転する（ステップ
１８０７）。また、予混合燃焼を行う場合には、ＮＯX
吸収剤５のＮＯX 吸収量ＡＮが所定値ＡＮ0 より大きい
か否か（ステップ１８０９）により空気過剰率λの設定
を変える。すなわち、ＮＯX 吸収量ＡＮが所定値ＡＮ0
に達していない場合には、空気過剰率λを１．０より大
きいλ2 に設定し、空気過剰率の比較的大きい予混合燃
焼を行う（ステップ１８１１）。
【０１０８】また、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量ＡＮが
所定の値ＡＮ0 より大きくなっていると判断された場合
には、空気過剰率λをλ1 （λ1 ≦１．０）に設定して
ＮＯ X 吸収剤の再生を行うようにしている（ステップ１
８１３）。なお、本実施例では、ＮＯX 吸収剤再生時の
空気過剰率の設定値λ1 は図１６、１７の実施例の場合
より小さな値に設定し、排気の空燃比を更に小さくする
とともに、短時間（０．５秒から数秒程度）で再生操作
を終了するようにしている。また、本実施例でも再生操
作が終了すると、ＮＯX 吸収剤５のＮＯX 吸収量ＡＮの
値は０に戻される。
【０１０９】このように、所定の負荷領域では通常でも
空気過剰率λ＞１．０の運転を行っておき、必要な場合
にのみ空気過剰率λを短時間だけ１．０以下に低下させ
るようにしたことにより、ＮＯX 吸収剤５の再生時には
単にλが変化するのみで、燃焼形態（予混合燃焼かディ
ーゼル燃焼か）は大きく変化しないため、再生に伴う出
力変動が最小限に抑制される。また、本実施例において
も、図１７の実施例と同様λ≦１．０の運転頻度は短い
ため、ＮＯX 吸収剤再生操作による燃費の悪化が防止さ
れる。
【０１１０】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、ＮＯX
吸収剤の再生時にディーゼルエンジンを予混合燃焼主体
の燃焼で運転するようにしたことにより、スモークの発
生等を生じることなくエンジンの空気過剰率を低下させ
ることが可能となるため、ディーゼルエンジンにおいて
も、ＮＯX 吸収剤の再生を完全に行うことが可能となる
という共通の効果を奏する。
【０１１１】また、請求項１７と請求項１８の発明によ
れば、空気過剰率を低下させた予混合燃焼運転を、予混
合燃焼運転に伴う衝撃燃焼等の影響が運転上許容できる
負荷領域のみで行うようにしたことにより、上記共通の
効果に加えて、ＮＯX 吸収剤再生時にエンジン出力変動
が過大になることを防止することが可能となる効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を適用するディーゼルエ
ンジンの構成の一例を示す概略図である。
【図２】図１の筒内燃料噴射弁の作動原理を説明する図
である。
【図３】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸放出作用を説明する図
である。
【図４】気筒内にスワールを生成する手段を説明する図
である。
【図５】本発明の排気浄化装置を適用するディーゼルエ
ンジンの構成の他の一例を示す概略図である。
【図６】予混合燃焼を実施する負荷領域の設定例を示す
図である。
【図７】予混合燃焼を実施する場合の空気過剰率の設定
の一例を説明する図である。
【図８】予混合燃焼を実施する場合の空気過剰率の設定
の一例を説明する図である。
【図９】予混合燃焼を実施する場合の空気過剰率の設定
の一例を説明する図である。
【図１０】予混合燃焼を実施する場合の空気過剰率の設
定の一例を説明する図である。
【図１１】予混合燃焼を実施する場合の排気ガスの再循
環量の設定の一例を説明する図である。
【図１２】予混合燃焼を実施する場合の排気ガスの再循
環量の設定の一例を説明する図である。
【図１３】予混合燃焼を実施する場合の排気ガスの再循
環量の設定の一例を説明する図である。
【図１４】予混合燃焼を実施する場合の燃料噴射時期の
設定の一例を説明する図である。
【図１５】ディーゼル燃焼と予混合燃焼との切換時の燃
料噴射時期の設定例を説明する図である。
【図１６】ＮＯX 吸収剤の再生制御の一例を説明するフ
ローチャートである。
【図１７】ＮＯX 吸収剤の再生制御の一例を説明するフ
ローチャートである。
【図１８】ＮＯX 吸収剤の再生制御の一例を説明するフ
ローチャートである。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン本体 ２…吸気通路 ３…排気通路 ４…筒内燃料噴射弁 ５…ＮＯX 吸収剤 ２０…制御回路 ７３…ＥＧＲ弁 ８１…吸気絞り弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢＲ Ｆ０２Ｂ 31/02 Ｆ０２Ｂ 31/02 Ｌ Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ｄ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｐ 41/38 41/38 Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｚ ３０１Ｅ ３０１Ｊ ３０１Ｋ ３０１Ｎ ３０１Ｕ Ｆ０２Ｍ 45/00 Ｆ０２Ｍ 45/00 Ｃ 47/00 47/00 Ｅ

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内燃料
    噴射弁を備えた圧縮着火内燃機関の排気浄化装置であっ
    て、 前記機関の排気通路に配置され、流入する排気空燃比が
    リーンのときに排気中のＮＯX を吸収し、流入する排気
    の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯX を放出する
    ＮＯX 吸収剤と、 前記ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出させるべきときに機
    関の空気過剰率を低下させ、前記ＮＯX 吸収剤に流入す
    る排気の酸素濃度を低下させる空気過剰率低下手段と、 前記空気過剰率低下手段により機関の空気過剰率が低下
    せしめられたときに、前記筒内燃料噴射弁から噴射され
    た燃料と空気との予混合気により燃焼室内に生じる予混
    合燃焼に寄与する燃料の量を、前記筒内燃料噴射弁から
    噴射された燃料により燃焼室内に生じる拡散燃焼に寄与
    する燃料の量に対して増大させる燃焼制御手段とを備え
    た内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 前記燃焼制御手段は、前記空気過剰率低
    下手段により機関の空気過剰率が低下せしめられたとき
    に、燃焼開始前に前記筒内燃料噴射弁から燃焼室に噴射
    される燃料量を増大させることにより前記予混合燃焼に
    寄与する燃料量を増大させる請求項１に記載の排気浄化
    装置。
  3. 【請求項３】 前記燃焼制御手段は、前記筒内燃料噴射
    弁から噴射された燃料の気化を促進する気化促進手段を
    備え、前記空気過剰率低下手段により機関の空気過剰率
    が低下せしめられたときに、燃焼開始前に前記筒内燃料
    噴射弁から噴射された燃料の気化を促進することにより
    前記予混合燃焼に寄与する燃料量を増大させる請求項１
    に記載の排気浄化装置。
  4. 【請求項４】 前記燃焼制御手段は、燃焼室内での燃料
    の着火時期を制御する着火時期制御手段を備え、前記空
    気過剰率低下手段により機関の空気過剰率が低下せしめ
    られたときに、燃料着火時期を遅延させることにより予
    混合燃焼に寄与する燃料量の占める割合を増大させる請
    求項１または請求項３に記載の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 前記燃焼制御手段は、前記筒内燃料噴射
    弁の燃料噴射時期を進角させる手段を備え、前記空気過
    剰率低下手段により機関の空気過剰率が低下せしめられ
    たときに、燃料噴射時期を進角させることにより、燃焼
    開始前に筒内燃料噴射弁から噴射される燃料量を増大さ
    せる請求項２に記載の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】 前記燃焼制御手段は、前記筒内燃料噴射
    弁の単位時間当たりの燃料噴射量を制御する手段を備
    え、前記空気過剰率低下手段により機関の空気過剰率が
    低下せしめられたときに、筒内燃料噴射弁からの燃料噴
    射率の時間分布を変更することにより燃焼開始前に筒内
    燃料噴射弁から噴射される燃料量を増大させる請求項２
    に記載の排気浄化装置。
  7. 【請求項７】 前記気化促進手段は燃焼室内のスワール
    を増大させる手段を備え、燃焼室内のスワールを増大さ
    せることにより前記筒内燃料噴射弁から噴射された燃料
    の気化を促進する請求項３に記載の排気浄化装置。
  8. 【請求項８】 前記気化促進手段は、排気の一部を燃焼
    室内に還流させるＥＧＲ手段を備え、該ＥＧＲ手段によ
    り燃焼室内に排気を還流させることにより前記筒内燃料
    噴射弁から噴射された燃料の気化を促進する請求項３に
    記載の排気浄化装置。
  9. 【請求項９】 前記着火時期制御手段は、圧縮行程時の
    燃焼室内圧力を低下させることにより燃焼室内での燃料
    着火時期を遅延させる請求項４に記載の排気浄化装置。
  10. 【請求項１０】 前記着火時期制御手段は、圧縮行程時
    の燃焼室内温度を低下させることにより燃焼室内での燃
    料着火時期を遅延させる請求項４に記載の排気浄化装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記着火時期制御手段は、燃焼室に吸
    入される空気量を低下させる手段を備え、燃焼室に吸入
    される空気量を低減することにより圧縮行程時の燃焼室
    内圧力を低下させる請求項９に記載の排気浄化装置。
  12. 【請求項１２】 前記着火時期制御手段は、筒内実圧縮
    比を制御する手段を備え、筒内実圧縮比を低下させるこ
    とにより圧縮行程時の燃焼室内圧力を低下させる請求項
    ９に記載の排気浄化装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１から請求項３のいずれか１項
    に記載の排気浄化装置において、さらに、機関燃焼室内
    における燃料着火に影響を与える条件を制御する条件制
    御手段を備え、機関燃焼室における燃料の着火開始時期
    が所定の範囲内になるように、前記予混合燃焼に寄与す
    る燃料の量に応じて機関燃焼室における燃料着火に影響
    を与える条件を制御する排気浄化装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１に記載の排気浄化装置におい
    て、前記燃焼制御手段により予混合燃焼に寄与する燃料
    の量が増大されたときに、燃焼室内の条件を燃料の着火
    が容易になるように制御する着火条件制御手段を備えた
    排気浄化装置。
  15. 【請求項１５】 前記燃焼制御手段は、筒内燃料噴射弁
    からの燃料噴射時期を進角させる手段を備え、燃料噴射
    時期を進角させることにより予混合燃焼に寄与する燃料
    の量を増大し、前記着火条件制御手段は、筒内燃料噴射
    弁からの燃料噴射時期を制御する手段を備え、前記燃焼
    制御手段により燃料噴射時期が進角されたときに、燃焼
    室内に供給されるべき燃料の一部を通常運転時と同じ燃
    料噴射時期に噴射することにより燃料の着火が容易にな
    るように制御する請求項１４に記載の排気浄化装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１から請求項４のいずれか１項
    に記載の排気浄化装置において、さらに、前記機関の現
    在の負荷条件を検出する検出手段と、検出された負荷条
    件が、前記予混合燃焼に寄与する燃料量の割合を増大さ
    せた場合に燃焼室内で生じる衝撃燃焼の運転に与える影
    響が許容範囲内となる負荷条件であるか否かを判定する
    判定手段と、現在の負荷条件が、上記衝撃燃焼の影響が
    許容範囲内となる負荷条件であると判定された場合にの
    み前記空気過剰率低下手段による空気過剰率の低下操作
    を許可する許可手段とを備えた排気浄化装置。
  17. 【請求項１７】 前記判定手段は、前記検出手段により
    検出された現在の負荷条件が低負荷領域の予め定めた負
    荷領域内に含まれる場合に、現在の負荷条件が前記衝撃
    燃焼の影響が許容範囲内となる負荷条件であると判定す
    る請求項１６に記載の排気浄化装置。
  18. 【請求項１８】 前記燃焼制御手段は、少なくとも通常
    運転時と前記空気過剰率低下運転との運転状態切換時に
    は、前記筒内燃料噴射弁から前記予混合燃焼に寄与する
    燃料を噴射した後、前記拡散燃焼に寄与する燃料を噴射
    する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排気
    浄化装置。
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