JPH0988691A - 圧縮着火内燃機関 - Google Patents

圧縮着火内燃機関

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JPH0988691A
JPH0988691A JP7241769A JP24176995A JPH0988691A JP H0988691 A JPH0988691 A JP H0988691A JP 7241769 A JP7241769 A JP 7241769A JP 24176995 A JP24176995 A JP 24176995A JP H0988691 A JPH0988691 A JP H0988691A
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fuel ratio
air
fuel
combustion chamber
exhaust gas
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Hiromichi Yanagihara
弘道 柳原
Kiyoshi Obata
喜代志 小端
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘ放出時に多量のす
すが発生するのを阻止しつつ燃焼室内における平均空燃
比をリッチにする。 【解決手段】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きにはＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリ
ッチのときには吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤
１７を機関排気通路内に配置する。ＮＯｘ吸収剤１７か
らＮＯｘを放出すべきときには燃焼室３内における平均
空燃比をリーンからリッチに切換え、少くともこのとき
には噴射燃料として酸素を含有した燃料を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮着火内燃機関に
関する。
【０００２】
【従来の技術】流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きにはＮＯx を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理
論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯx を放出す
るＮＯ x 吸収剤を機関排気通路内に配置し、通常は燃焼
室内における平均空燃比をリーンに維持して燃焼室内で
発生したＮＯx をＮＯx 吸収剤に吸収させ、ＮＯx 吸収
剤からＮＯx を放出すべきときには燃焼室内における平
均空燃比をリーンからリッチに切換えるようにした圧縮
着火内燃機関が公知である（国際公開ＷＯ９３／０７３
６３号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら圧縮着火
内燃機関において燃焼室内における平均空燃比をリーン
からリッチに切換えると実際には燃料噴霧が極度に過濃
となって多量のすすが発生し、従って燃焼室内における
平均空燃比をリッチとすることは実際には不可能である
という問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに１番目の発明によれば、流入する排気ガスの空燃比
がリーンのときにはＮＯx を吸収し、流入する排気ガス
の空燃比が理論空燃比又はリッチのときには吸収したＮ
Ｏx を放出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置
し、通常は燃焼室内における平均空燃比をリーンに維持
して燃焼室内で発生したＮＯx をＮＯx 吸収剤に吸収さ
せ、ＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出すべきときには燃焼
室内における平均空燃比をリーンから理論空燃比又はリ
ッチに切換えるようにした圧縮着火内燃機関において、
少くとも燃焼室内における平均空燃比をリーンから理論
空燃比又はリッチに切換えたときには噴射燃料として酸
素を含有した燃料を用いるようにしている。即ち、燃焼
室内における平均空燃比が理論空燃比又はリッチにされ
ても燃料内に酸素が含まれているのでこの酸素が燃料噴
霧内に分散され、斯くして燃料は多量のすすを発生する
ことなく燃焼せしめられる。
【０００５】２番目の発明では１番目の発明において、
燃焼室内における平均空燃比がリーンであるときにも噴
射燃料として酸素を含有した燃料が用いられる。即ち、
燃焼室内における平均空燃比がリーンであると云っても
機関高出力を得るためにはこの平均空燃比をできるだけ
理論空燃比に近づけることが好ましい。この場合、噴射
燃料として酸素を含有した燃料を用いると燃焼室内にお
ける平均空燃比を理論空燃比に近づけてもすすが発生せ
ず、従って燃焼室内における平均空燃比がリーンのとき
に噴射燃料として酸素を含有した燃料を用いることによ
って燃焼室内における平均空燃比を理論空燃比に近づけ
うる。
【０００６】３番目の発明では１番目の発明において、
機関排気通路から機関吸気通路内へ再循環される再循環
排気ガス量を制御する再循環排気ガス量制御手段を具備
し、燃焼室内における平均空燃比をリーンから理論空燃
比又はリッチに切換えるときに再循環排気ガス量を増大
させるようにしている。即ち、再循環排気ガス量を増大
させることによって燃焼室内における平均空燃比が小さ
くされる。
【０００７】４番目の発明では１番目の発明において、
機関吸気通路内にスロットル弁を配置し、燃焼室内にお
ける平均空燃比をリーンから理論空燃比又はリッチに切
換えるときにスロットル弁の開度を小さくするようにし
ている。即ち、スロットル弁開度を小さくして燃焼室内
に供給される吸入空気量を減少させることにより燃焼室
内における平均空燃比が小さくされる。
【０００８】５番目の発明では１番目の発明において、
燃焼室内における平均空燃比をリーンから理論空燃比又
はリッチに切換えるときに燃料噴射量を増量するように
している。６番目の発明では１番目の発明において、Ｎ
Ｏx 吸収剤からＮＯx を放出すべきときには燃焼室内に
おける平均空燃比がスパイク状にリッチにされる。即
ち、ＮＯx 吸収剤からのＮＯx 放出時には極めて短時間
だけ燃焼室内における空燃比がリッチとされる。
【０００９】７番目の発明では１番目の発明において、
機関排気通路から機関吸気通路内へ再循環される再循環
排気ガス量を制御する再循環排気ガス量制御手段を具備
し、機関負荷が低くなるほど再循環排気ガス量を増大さ
せるようにしている。８番目の発明では７番目の発明に
おいて、機関吸気通路内にスロットル弁を配置し、機関
負荷が低くなるほどスロットル弁開度を小さくするよう
にしている。即ち、機関負荷が低くなるほどスロットル
弁開度が小さくされ、再循環排気ガス量が増大せしめら
れる。
【００１０】９番目の発明では１番目の発明において、
機関排気通路内に空燃比センサを配置し、空燃比センサ
の出力信号に基づいて燃焼室内における空燃比を目標リ
ーン空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバ
ック制御手段を具備している。即ち、燃焼室内における
空燃比は通常リーンに維持されており、このとき空燃比
センサの出力信号に基づいて燃焼室内における空燃比が
目標リーン空燃比にフィードバック制御される。
【００１１】１０番目の発明では９番目の発明におい
て、空燃比フィードバック制御手段は燃料噴射量を制御
することによって燃焼室内における空燃比を目標リーン
空燃比にフィードバック制御するようにしている。１１
番目の発明では９番目の発明において、機関排気通路か
ら機関吸気通路内へ再循環される再循環排気ガス量を制
御する再循環排気ガス量制御手段を具備し、空燃比フィ
ードバック制御手段は再循環排気ガス量を制御すること
によって燃焼室内における空燃比を目標リーン空燃比に
フィードバック制御するようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、１は筒内噴射
式圧縮着火内燃機関本体、２はピストン、３は燃焼室、
４は燃焼室３内に向けて燃料を直接噴射するための燃料
噴射弁、５は吸気弁、６は吸気ポート、７は排気弁、８
は排気ポートを夫々示す。吸気ポート６は対応する吸気
枝管９を介してサージタンク１０に連結され、サージタ
ンク１０は吸気ダクト１１を介してエアクリーナ１２に
連結される。吸気ダクト１１内には駆動モータ１３によ
って開閉制御されるスロットル弁１４が配置される。一
方、排気ポート８は排気マニホルド１５および排気管１
６を介してＮＯx 吸収剤１７を内蔵したケーシング１８
に連結される。
【００１３】排気マニホルド１５とサージタンク１０と
は再循環排気ガス（以下、ＥＧＲと称す）通路１９によ
って互いに連結され、このＥＧＲ通路１９内に排気マニ
ホルド１５からサージタンク１０内に再循環されるＥＧ
Ｒガス量を制御するためのＥＧＲ制御弁２０が配置され
る。一方、燃料噴射弁４は機関駆動の燃料噴射ポンプ２
１に連結され、燃料噴射ポンプ２１から吐出された燃料
が燃料噴射弁４に供給される。この燃料噴射ポンプ２１
は電子制御ユニット３０の出力信号に基づいて吐出量が
制御され、従って電子制御ユニット３０の出力信号に基
づいて燃料噴射弁４からの噴射量が制御される。
【００１４】電子制御ユニット３０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス３１によって相互に接続
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。排気マニホルド１５内には燃焼室３内の平均空
燃比を検出するための空燃比センサ２２が配置され、こ
の空燃比センサ２２の出力信号は対応するＡＤ変換器３
７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２３はアクセルペダル２３の踏込み量に比例し
た出力電圧を発生する負荷センサ２４に接続され、この
負荷センサ２４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３
５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数セ
ンサ２５が接続される。一方、出力ポート３６は対応す
る駆動回路３８を介して夫々駆動モータ１３、ＥＧＲ制
御弁２０および燃料噴射ポンプ２１に接続される。
【００１５】ところで圧縮着火内燃機関は通常空気過剰
率がかなり大きい状態、即ち燃焼室内における平均空燃
比がかなりリーンの状態で運転せしめられる。しかしな
がらこのように燃焼室内における平均空燃比がかなりリ
ーンとされている限り十分に高い機関出力は得られず、
機関出力を高めるには燃焼室内における平均空燃比をで
きるだけ理論空燃比に近づけることが必要となる。とこ
ろが燃焼室内に直接燃料を噴射するようにした圧縮着火
内燃機関において燃焼室内における平均空燃比を理論空
燃比に近づけると燃料噴霧が極度に過濃となり、多量の
すすが発生してしまう。従って従来より圧縮着火内燃機
関においては燃焼室内における空燃比は理論空燃比に近
づけることができず、燃焼室内における平均空燃比をか
なりリーンした状態で運転せざるを得ないのが現状であ
る。
【００１６】なお、吸気通路内に燃料を噴射した場合に
は噴射燃料が燃焼室内に均一に分散するので燃焼室内に
おける平均空燃比を理論空燃比にしてもすすを発生する
ことはないがこの場合には爆発的な燃焼を生ずることに
なるのでこのような方法を採用することはできない。そ
こで本発明では燃焼室内における平均空燃比を理論空燃
比に近づけてもすすが発生しない良好な燃焼が得られる
ように燃焼噴射弁４から燃焼室３内に噴射される燃料と
して酸素を含有した燃料を用いるようにしている。この
場合、酸素を含有した燃料としては分子自体が酸素原子
を含んでいる燃料、或いは酸素を含んだ添加剤を添加す
ることによって得られた燃料のいずれの燃料も使用する
ことができる。いずれの燃料を用いた場合であっても燃
料噴射弁４から噴射される燃料内に酸素が含まれている
ことになる。
【００１７】図２（Ａ）は機関回転数を一定としたとき
の酸素を含有した燃料の噴射量Ｑとアクセルペダル２３
の踏込み量Ｌとの関係を示している。図２（Ａ）に示さ
れるように燃料噴射量Ｑはアクセルペダル２３の踏込み
量Ｌが増大するほど、即ち機関負荷が高くなるほど増大
する。なお、実際には燃料噴射量Ｑはアクセルペダル２
３の踏込み量Ｌばかりではなく機関回転数Ｎの関数でも
あり、従ってこの燃料噴射量Ｑは図２（Ｂ）に示すよう
なマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００１８】図３はアクセルペダル２３の踏込み量Ｌと
燃料室３内における平均空燃比の目標値、即ち目標空燃
比（Ａ／Ｆ）0 との関係を示している。この目標空燃比
（Ａ／Ｆ）0 は酸素を含有した燃料を用いた場合にほと
んどすすの発生することのない空燃比の下限値を表わし
ている。この目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 は機関負荷が低く
なると若干リーン側となるが機関負荷が或る程度高くな
れば理論空燃比にかなり近づくことがわかる。
【００１９】一方、燃焼室３内における平均空燃比を図
３に示す目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 に維持するには機関負
荷が低くなるほどＥＧＲガスの再循環量を増大して燃焼
室３内に供給される吸入空気量を減少させる方法があ
り、また機関負荷が低くなるほどスロットル弁１４の開
度を小さくして燃焼室３内に供給される吸入空気量を減
少させる方法がある。更に、これらの方法を同時に行う
方法もある。図４の実線はこれらの方法を同時に行った
場合を示している。この場合には図４の実線に示される
ようにアクセルペダル２３の踏込み量Ｌが小さくなるに
つれてＥＧＲ制御弁２０の開度が増大せしめられ、即ち
ＥＧＲガス量が増大せしめられ、同時にスロットル弁１
４の開度が小さくされる。なお、実際にはＥＧＲ制御弁
２０の開度およびスロットル弁１４の開度はアクセルペ
ダル２３の踏込み量Ｌばかりではなく機関回転数Ｎの関
数でもあり、従って、これらＥＧＲ制御弁１４の開度Ｇ
およびスロットル弁１４の開度θは夫々図５（Ａ）およ
び（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に
記憶されている。
【００２０】従ってアクセルペダル２３の踏込み量Ｌお
よび機関回転数Ｎに基づいて図２（Ｂ）に示す値を燃料
噴射量Ｑとし、図５（Ａ）に示す値をＥＧＲ制御弁２０
の開度Ｇとし、図５（Ｂ）に示す値をスロットル弁１４
の開度θとすると燃焼室３内の平均空燃比は図３に示さ
れる目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 となる。この場合、もし燃
料内に酸素が含まれていないとすると燃料噴射弁４から
噴射された燃料の噴霧領域内は極度に過濃となり、斯く
して多量のすすが発生することになる。しかしながら本
発明では燃料内に酸素が含まれているので燃料噴霧内に
は酸素が均一に分散しており、斯くして各燃料粒子は十
分な酸素の存在下で燃焼せしめられるのですすの発生を
伴わない良好な燃焼を得ることができる。なお、図５
（Ａ）に示すＥＧＲ制御弁２０の開度Ｇおよび図５
（Ｂ）に示すスロットル弁１４の開度θは無論のこと燃
料内に含まれている酸素量を考慮した上で燃焼室３内に
おける空燃比が目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 となるように定
められている。
【００２１】このように本発明によれば燃焼室３内にお
ける平均空燃比を理論空燃比にかなり近づけることがで
きるので機関高出力を得ることができることになる。と
ころで、燃料内に含まれている酸素の含有量が予め目標
としている含有量と異なっている場合には図２（Ｂ）お
よび図５（Ａ），（Ｂ）に示すマップからＱ，Ｇ，θを
定めると燃焼室３内における平均空燃比が目標空燃比
（Ａ／Ｆ）0 に対してずれてしまうことになる。そこで
本発明による実施例では燃焼室３内における平均空燃比
が目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 となるように燃料噴射量Ｑ又
はＥＧＲガス量を空燃比センサ２２の出力信号に基づい
てフィードバック制御するようにしている。
【００２２】次にこのフィードバック制御について簡単
に説明する。図６は空燃比センサ２２の出力電圧Ｖと燃
焼室３内における平均空燃比Ａ／Ｆとの関係を示してお
り、従って空燃比センサ２２により燃焼室３内における
平均空燃比Ａ／Ｆを検出できることがわかる。平均空燃
比Ａ／Ｆを燃料噴射量Ｑにより制御するようにした場合
には空燃比センサ２２により検出された平均空燃比Ａ／
Ｆが目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 よりも大きいときには燃料
噴射量Ｑが増量され、空燃比センサ２２により検出され
た平均空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 よりも小
さいときには燃料噴射量Ｑが減量される。一方、平均空
燃比Ａ／ＦをＥＧＲガス量により制御するようにした場
合には空燃比センサ２２により検出された平均空燃比Ａ
／Ｆが目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 よりも大きいときにはＥ
ＧＲガス量が増量され、空燃比センサ２２により検出さ
れた平均空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 よりも
小さいときにはＥＧＲガス量が減量される。
【００２３】このように本発明では燃焼室３内における
平均空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 に維持さ
れ、この間燃焼室３から排気マニホルド１５内に排出さ
れた排気ガス中に含まれるＮＯx はＮＯx 吸収剤１７に
吸収される。そこで次にこのＮＯx 吸収剤１７について
説明する。ケーシング１８内に収容されているＮＯx 吸
収剤１７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。機関吸気
通路、燃焼室３およびＮＯx 吸収剤１７上流の排気通路
内に供給された空気および燃料の比をＮＯx吸収剤１７
への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯx 吸収剤
１７は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯx
を吸収し、流入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。な
お、ＮＯ x 吸収剤１７上流の排気通路内に燃料或いは空
気が供給されない場合には流入排気ガスの空燃比は燃焼
室３内における平均空燃比に一致し、従ってこの場合に
はＮＯx 吸収剤１７は燃焼室３内における平均空燃比が
リーンのときにはＮＯx を吸収し、燃焼室３内における
酸素濃度が低下すると吸収したＮＯx を放出することに
なる。
【００２４】上述のＮＯx 吸収剤１７を機関排気通路内
に配置すればこのＮＯx 吸収剤１７は実際にＮＯx の吸
放出作用を行うが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。しかしながらこの吸
放出作用は図７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。
【００２５】燃焼室３内における平均空燃比Ａ／Ｆが目
標空燃比（Ａ／Ｆ）0 に維持されているときには、即ち
リーンに維持されているときには流入排気ガス中の酸素
濃度が高く、従ってこのとき図１７（Ａ）に示されるよ
うにこれら酸素Ｏ2 がＯ2 -又はＯ2-の形で白金Ｐｔの
表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐ
ｔの表面上でＯ2 - 又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる
（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ 2 ）。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７（Ａ）に示さ
れるように硝酸イオン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１７内に吸収
される。
【００２６】流入排気ガス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。これに対して流入排気ガ
ス中の酸素濃度が低下してＮＯ2 の生成量が低下すると
反応が逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）に進み、斯くして吸
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。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下す
るとＮＯx 吸収剤１７からＮＯx が放出されることにな
る。流入排気ガスのリーンの度合が低くなれば流入排気
ガス中の酸素濃度が低下し、従って流入排気ガスのリー
ンの度合を低くすればたとえ流入排気ガスの空燃比がリ
ーンであってもＮＯx 吸収剤１７からＮＯx が放出され
ることになる。
【００２７】一方、このとき燃焼室３内における平均空
燃比がリッチにされて流入排気ガスの空燃比がリッチに
なると機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、こ
れら未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 - 又はＯ2-
と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガスの空
燃比がリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度
に低下するために吸収剤からＮＯ2 が放出され、このＮ
Ｏ2 は図７（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ，ＣＯと反
応して還元せしめられる。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。従って流入排気ガスの空燃比を
リッチにすると短時間のうちにＮＯx 吸収剤１７からＮ
Ｏx が放出されることになる。
【００２８】即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにす
るとまず始めに未燃ＨＣ，ＣＯが白金Ｐｔ上のＯ2 - 又
はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金
Ｐｔ上のＯ2 - 又はＯ2-が消費されてもまだ未燃ＨＣ，
ＣＯが残っていればこの未燃ＨＣ，ＣＯによって吸収剤
から放出されたＮＯx および機関から排出されたＮＯ x
が還元せしめられる。従って流入排気ガスの空燃比をリ
ッチにすれば短時間のうちにＮＯx 吸収剤１７に吸収さ
れているＮＯx が放出され、しかもこの放出されたＮＯ
x が還元されるために大気中にＮＯx が排出されるのを
阻止することができることになる。また、ＮＯx 吸収剤
１７は還元触媒の機能を有しているので流入排気ガスの
空燃比を理論空燃比にしてもＮＯx 吸収剤１７から放出
されたＮＯx が還元せしめられる。しかしながら流入排
気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはＮＯx 吸収
剤１７からＮＯx が徐々にしか放出されないためにＮＯ
x吸収剤１７に吸収されている全ＮＯx を放出させるに
は若干長い時間を要する。
【００２９】上述したように燃焼室３内における平均空
燃比Ａ／Ｆがリーンに維持されているとＮＯx がＮＯx
吸収剤１７に吸収され続ける。しかしながらＮＯx 吸収
剤１７のＮＯx 吸収能力には限度があり、ＮＯx 吸収剤
１７のＮＯx 吸収能力が飽和すればＮＯx 吸収剤１７は
もはやＮＯx を吸収しえなくなる。従ってＮＯx 吸収剤
１７のＮＯx 吸収能力が飽和する前にＮＯx 吸収剤１７
からＮＯx を放出させる必要があり、そのためにはＮＯ
x 吸収剤１７にどの程度のＮＯx が吸収されているかを
推定する必要がある。次にこのＮＯx 吸収量の推定方法
について簡単に説明する。
【００３０】燃焼室３内における平均空燃比がリーンに
維持せしめられているときには機関負荷が高くなるほど
単位時間当り機関から排出されるＮＯx 量が増大するた
めに単位時間当りＮＯx 吸収剤１７に吸収されるＮＯx
量が増大し、また機関回転数が高くなるほど単位時間当
り機関から排出されるＮＯx 量が増大するために単位時
間当りＮＯx 吸収剤１７に吸収されるＮＯx が増大す
る。従って単位時間当りＮＯx 吸収剤１７に吸収される
ＮＯx 量は機関負荷と機関回転数の関数となる。従って
本発明による実施例では単位時間当りＮＯx 吸収剤１７
に吸収されるＮＯ x 量Ａをアクセルペダル２３の踏込み
量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として予め実験により求
め、このＮＯx 量ＡがＬおよびＮの関数として図８に示
すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。こ
のように単位時間当りのＮＯx 吸収量がＡで表されるの
でＮＯx 吸収剤１７に吸収されていると推定されるＮＯ
x 量ΣＮＯx は次式で表わされることになる。
【００３１】ΣＮＯx ＝ΣＮＯx ＋Ａ 本発明による実施例ではこの推定吸収ＮＯx 量ΣＮＯx
が予め定められた上限値ＭＡＸを越えたときに燃焼室３
内における平均空燃比Ａ／Ｆを一時的にスパイク状にリ
ッチにし、それによってＮＯx 吸収剤１７からＮＯx を
放出させるようにしている。無論このとき燃焼室３内に
おける平均空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比にすることもでき
るがこの場合にはＮＯx 吸収剤１７から全ＮＯx を放出
させるのに長時間を要する。
【００３２】このように本発明による実施例ではＮＯx
吸収剤１７からＮＯx を放出させるべきときには燃焼室
３内における平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。しか
しながら本発明では燃料内に酸素が含まれているので燃
料噴霧内には酸素が均一に分散しており、従って各燃料
粒子は多量な酸素の存在下で燃焼せしめられるので少量
のすすしか発生しないことになる。即ち、このように酸
素を含有した燃料を用いることによって燃焼室３内にお
ける平均空燃比をリッチにすることが初めて可能とな
る。従って本発明ではＮＯx 吸収剤１７からＮＯx を放
出すべきときだけ燃料として酸素を含有した燃料を使用
することもできる。
【００３３】ところで燃焼室３内における平均空燃比を
リッチにするのに燃料噴射量だけを制御して平均空燃比
をリッチにすると、即ち燃料噴射量を増量することによ
って平均空燃比をリッチにすると出力トルクが急激に増
大してショックが発生する。従ってできるだけ燃料噴射
量を変化させないで平均空燃比をリッチにすることが好
ましい。そこで本発明による第１の実施例ではＥＧＲ制
御弁２０の開度を大きくすることによってＥＧＲガス量
を増大させ、燃焼室３内に供給される吸入空気量を減少
させることにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされる。
また、本発明による第２の実施例ではスロットル弁１４
の開度を小さくすることによって燃焼室３内に供給され
る吸入空気量を減少させ、それによって平均空燃比Ａ／
Ｆがリッチにされる。
【００３４】一方、本発明による第３の実施例ではＥＧ
Ｒ制御弁２０の開度を大きくし、同時にスロットル弁１
４の開度を小さくすることによって平均空燃比Ａ／Ｆが
リッチにされる。図４の鎖線はＥＧＲ制御弁２０とスロ
ットル弁１４を同時に制御することによって平均空燃比
Ａ／ＦをリッチにするときのＥＧＲ制御弁２０の開度
Ｇ′とスロットル弁１４の開度θ′を示しており、図９
はこのときの平均空燃比Ａ／Ｆ等の変化を示している。
【００３５】本発明による第４の実施例ではＥＧＲ制御
弁２０の開度を大きくすると共にスロットル弁１４の開
度を小さくし、更に燃料噴射量を増量することによって
平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされる。図１０はこのとき
の平均空燃比Ａ／Ｆ等の変化を示している。本発明によ
る第５の実施例では燃料噴射量を増量せしめることによ
って平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされる。ただし、この
場合には前述したようにショックが発生するという欠点
がある。
【００３６】図１１は燃焼室３内における平均空燃比Ａ
／Ｆがリーンに維持されているときに燃料噴射量Ｑを制
御することによって平均空燃比Ａ／Ｆを目標空燃比（Ａ
／Ｆ）0 にフィードバック制御するようにした運転制御
ルーチンを示しており、このルーチンは例えば一定時間
毎の割込みによって実行される。図１１を参照すると、
まず初めにステップ１００において図２（Ｂ）に示すマ
ップから燃料噴射量Ｑが算出される。次いでステップ１
０１ではＮＯx 吸収剤１７からＮＯx を放出すべきとき
にセットされるＮＯx 放出フラグがセットされているか
否かが判別される。ＮＯx 放出フラグがセットされてい
ないときにはステップ１０２に進んで図５（Ａ）に示す
マップからＥＧＲ制御弁２０の開度Ｇが算出され、次い
でステップ１０３において図５（Ｂ）に示すマップから
スロットル弁１４の開度θが算出される。
【００３７】次いでステップ１０４では空燃比センサ２
２により検出された燃焼室３内における平均空燃比Ａ／
Ｆが目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 よりも大きいか否かが判別
される。Ａ／Ｆ＞（Ａ／Ｆ）0 のときにはステップ１０
５に進んでフィードバック補正係数ＦＡＦに一定値Ｋが
加算され、次いでステップ１０７に進む。これに対して
Ａ／Ｆ≦（Ａ／Ｆ）0 のときにはステップ１０６に進ん
でフィードバック補正係数ＦＡＦから一定値Ｋが減算さ
れ、次いでステップ１０７に進む。ステップ１０７では
燃料噴射量Ｑにフィードバック補正係数ＦＡＦを乗算す
ることによって最終的な燃料噴射量Ｑ（＝ＦＡＦ・Ｑ）
が算出される。即ち、Ａ／Ｆ＞（Ａ／Ｆ）0 になれば燃
料噴射量Ｑが増量せしめられ、Ａ／Ｆ≦（Ａ／Ｆ）0 に
なれば燃料噴射量Ｑが減量せしめられ、それによって平
均空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 に維持され
る。なお、ＦＡＦは１．０を中心として上下動してい
る。
【００３８】次いでステップ１０８では図８のマップに
示されるＮＯx 吸収量Ａが推定吸収ＮＯx 量ΣＮＯx に
加算され、次いでステップ１０９では推定吸収ＮＯx 量
ΣＮＯx が上限値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。
ΣＮＯx ≦ＭＡＸのときには処理サイクルを完了する。
これに対してΣＮＯx ＞ＭＡＸになるとステップ１１０
に進んでＮＯx 放出フラグがセットされる。ＮＯx 放出
フラグがセットされると次の処理サイクルにおいてステ
ップ１０１からステップ１１１に進み、ＮＯx吸収剤１
７からのＮＯx 放出制御が行われる。
【００３９】図１２は図１１のステップ１１１において
行われるＮＯx 放出制御の第１実施例を示している。こ
の第１実施例では図９に示される制御が行われる。即
ち、図１２を参照すると、まず初めにステップ２００に
おいて図４に示されるＥＧＲ制御弁２０の開度Ｇ′が算
出され、ＥＧＲ制御弁２０がこの開度Ｇ′まで開弁せし
められる。次いでステップ２０１では図４に示されるス
ロットル弁１４の開度θ′が算出され、スロットル弁１
４がこの開度θ′まで閉弁せしめられる。次いでステッ
プ２０２ではＮＯx 吸収剤１７から全ＮＯx を放出させ
るのに必要な一定時間が経過したか否かが判別される。
一定時間が経過すると、即ちＮＯx 吸収剤１７から全Ｎ
Ｏx が放出されるとステップ２０３に進んで推定吸収量
ΣＮＯx が零とされ、次いでステップ２０４に進んでＮ
Ｏx 放出フラグがリセットされる。ＮＯx 放出フラグが
リセットされると次の処理サイクルにおいてＥＧＲ制御
弁２０は開度Ｇまで閉弁せしめられ、スロットル弁１４
は開度θまで開弁せしめられる。
【００４０】図１３は図１１のステップ１１１において
行われるＮＯx 放出制御の第２実施例を示している。こ
の第２実施例では図１０に示される制御が行われる。即
ち、図１３を参照すると、まず初めにステップ３００に
おいて図４に示されるようなＥＧＲ制御弁２０の開度
Ｇ′が算出され、ＥＧＲ制御弁２０がこの開度Ｇ′まで
開弁せしめられる。次いでステップ３０１では図４に示
されるようなスロットル弁１４の開度θ′が算出され、
スロットル弁１４がこの開度θ′まで閉弁せしめられ
る。次いでステップ３０２ではＥＧＲ制御弁２０の開弁
動作およびスロットル弁１４の閉弁動作が開始されてか
ら一定時間経過したか否かが判別される。一定時間経過
したときにはステップ３０３に進む。
【００４１】ステップ３０３では燃料噴射量Ｑが△Ｑだ
け増量せしめられ、それによって平均空燃比Ａ／Ｆがリ
ッチにされる。次いでステップ３０４ではＮＯx 吸収剤
１７から全ＮＯx を放出させるのに必要な一定時間が経
過したか否かが判別される。一定時間が経過すると、即
ちＮＯx 吸収剤１７から全ＮＯx が放出されるとステッ
プ３０５に進んで推定吸収量ΣＮＯx が零とされ、次い
でステップ３０６に進んでＮＯx 放出フラグがリセット
される。ＮＯx 放出フラグがリセットされると次の処理
サイクルにおいてＥＧＲ制御弁２０は開度Ｇまで閉弁せ
しめられ、スロットル弁１４は開度θまで開弁せしめら
れる。
【００４２】図１４は燃焼室３内における平均空燃比Ａ
／Ｆがリーンに維持されているときにＥＧＲガス量を制
御することによって平均空燃比Ａ／Ｆを目標空燃比（Ａ
／Ｆ）0 にフィードバック制御するようにした運転制御
ルーチンを示しており、このルーチンは例えば一定時間
毎の割込みによって実行される。図１４を参照すると、
まず初めにステップ４００において図２（Ｂ）に示すマ
ップから燃料噴射量Ｑが算出される。次いでステップ４
０１ではＮＯx 吸収剤１７からＮＯx を放出すべきとき
にセットされるＮＯx 放出フラグがセットされているか
否かが判別される。ＮＯx 放出フラグがセットされてい
ないときにはステップ４０２に進んで図５（Ａ）に示す
マップからＥＧＲ制御弁２０の開度Ｇが算出され、次い
でステップ４０３において図５（Ｂ）に示すマップから
スロットル弁１４の開度θが算出される。次いでステッ
プ４０４では空燃比センサ２２により検出された燃焼室
３内における平均空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比（Ａ／Ｆ）
0 よりも大きいか否かが判別される。Ａ／Ｆ＞（Ａ／
Ｆ）0 のときにはステップ４０５に進んでフィードバッ
ク補正係数ＦＡＦに一定値Ｋが加算され、次いでステッ
プ４０７に進む。これに対してＡ／Ｆ≦（Ａ／Ｆ）0 の
ときにはステップ４０６に進んでフィードバック補正係
数ＦＡＦから一定値Ｋが減算され、次いでステップ４０
７に進む。ステップ４０７ではＥＧＲ制御弁２０の開度
Ｇにフィードバック補正係数ＦＡＦを乗算することによ
って最終的なＥＧＲ制御弁開度Ｇ（＝ＦＡＦ・Ｇ）が算
出される。即ち、Ａ／Ｆ＞（Ａ／Ｆ）0 になればＥＧＲ
ガス量が増量せしめられ、Ａ／Ｆ≦（Ａ／Ｆ）0 になれ
ばＥＧＲガス量が減量せしめられ、それによって平均空
燃比Ａ／Ｆが目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 に維持される。
【００４３】次いでステップ４０８では図８のマップに
示されるＮＯx 吸収量Ａが推定吸収ＮＯx 量ΣＮＯx に
加算され、次いでステップ４０９では推定吸収ＮＯx 量
ΣＮＯx が上限値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。
ΣＮＯx ≦ＭＡＸのときには処理サイクルを完了する。
これに対してΣＮＯx ＞ＭＡＸになるとステップ４１０
に進んでＮＯx 放出フラグがセットされる。ＮＯx 放出
フラグがセットされると次の処理サイクルにおいてステ
ップ４０１からステップ４１１に進み、ＮＯx吸収剤１
７からのＮＯx 放出制御が行われる。ステップ４１１で
は図１２に示されるＮＯx 放出制御ルーチン、或いは図
１３に示されるＮＯx 放出制御ルーチンのいずれかのル
ーチンが実行される。
【００４４】
【発明の効果】圧縮着火内燃機関において機関排気通路
内に配置したＮＯx 吸収剤からＮＯxを放出させる際に
多量のすすが発生するのを阻止しつつ燃焼室内における
平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮着火内燃機関の全体図である。
【図２】燃料噴射量Ｑを示す図である。
【図３】目標空燃比（Ａ／Ｆ）0 を示す図である。
【図４】ＥＧＲ制御弁とスロットル弁の開度を示す線図
である。
【図５】ＥＧＲ制御弁の開度Ｇとスロットル弁の開度θ
のマップを示す図である。
【図６】空燃比センサの出力を示す線図である。
【図７】ＮＯx 吸収剤の吸放出作用を説明するための図
である。
【図８】ＮＯx 吸収量Ａのマップを示す図である。
【図９】ＮＯx 放出制御の第１実施例を示すタイムチャ
ートである。
【図１０】ＮＯx 放出制御の第２実施例を示すタイムチ
ャートである。
【図１１】運転制御を行うためのフローチャートであ
る。
【図１２】ＮＯx 放出制御を行うためのフローチャート
である。
【図１３】ＮＯx 放出制御を行うための別の実施例を示
すフローチャートである。
【図１４】運転制御を行うための別の実施例を示すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
４…燃料噴射弁 １４…スロットル弁 １７…ＮＯx 吸収剤 ２０…ＥＧＲ制御弁 ２２…空燃比センサ
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 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１Ｋ // Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
    きにはＮＯx を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理
    論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ x を放出す
    るＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置し、通常は燃焼
    室内における平均空燃比をリーンに維持して燃焼室内で
    発生したＮＯx をＮＯx 吸収剤に吸収させ、ＮＯx 吸収
    剤からＮＯx を放出すべきときには燃焼室内における平
    均空燃比をリーンから理論空燃比又はリッチに切換える
    ようにした圧縮着火内燃機関において、少くとも燃焼室
    内における平均空燃比をリーンから理論空燃比又はリッ
    チに切換えたときには噴射燃料として酸素を含有した燃
    料を用いるようにした圧縮着火内燃機関。
  2. 【請求項２】 燃焼室内における平均空燃比がリーンで
    あるときにも噴射燃料として酸素を含有した燃料を用い
    る請求項１に記載の圧縮着火内燃機関。
  3. 【請求項３】 機関排気通路から機関吸気通路内へ再循
    環される再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス量
    制御手段を具備し、燃焼室内における平均空燃比をリー
    ンから理論空燃比又はリッチに切換えるときに再循環排
    気ガス量を増大させる請求項１に記載の圧縮着火内燃機
    関。
  4. 【請求項４】 機関吸気通路内にスロットル弁を配置
    し、燃焼室内における平均空燃比をリーンから理論空燃
    比又はリッチに切換えるときにスロットル弁の開度を小
    さくする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関。
  5. 【請求項５】 燃焼室内における平均空燃比をリーンか
    ら理論空燃比又はリッチに切換えるときに燃料噴射量を
    増量する請求項１に記載の圧縮着火内燃機関。
  6. 【請求項６】 ＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出すべきと
    きには燃焼室内における平均空燃比がスパイク状にリッ
    チにされる請求項１に記載の圧縮着火内燃機関。
  7. 【請求項７】 機関排気通路から機関吸気通路内へ再循
    環される再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス量
    制御手段を具備し、機関負荷が低くなるほど再循環排気
    ガス量を増大させるようにした請求項１に記載の圧縮着
    火内燃機関。
  8. 【請求項８】 機関吸気通路内にスロットル弁を配置
    し、機関負荷が低くなるほどスロットル弁開度を小さく
    するようにした請求項７に記載の圧縮着火内燃機関。
  9. 【請求項９】 機関排気通路内に空燃比センサを配置
    し、空燃比センサの出力信号に基づいて燃焼室内におけ
    る空燃比を目標リーン空燃比にフィードバック制御する
    空燃比フィードバック制御手段を具備した請求項１に記
    載の圧縮着火内燃機関。
  10. 【請求項１０】 上記空燃比フィードバック制御手段は
    燃料噴射量を制御することによって燃焼室内における空
    燃比を目標リーン空燃比にフィードバック制御する請求
    項９に記載の圧縮着火内燃機関。
  11. 【請求項１１】 機関排気通路から機関吸気通路内へ再
    循環される再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス
    量制御手段を具備し、上記空燃比フィードバック制御手
    段は再循環排気ガス量を制御することによって燃焼室内
    における空燃比を目標リーン空燃比にフィードバック制
    御する請求項９に記載の圧縮着火内燃機関。
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