JP2002180881A

JP2002180881A - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置

Info

Publication number: JP2002180881A
Application number: JP2000374601A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Watanabe; 友巳渡辺; Yasuyuki Terasawa; 保幸寺沢; Naoyuki Yamagata; 直之山形; Ichiji Kataoka; 一司片岡
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】予混合の程度が高い圧縮着火燃焼形態を採ると
きの予混合気の均一化を図る。【解決手段】気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁５
と、所定のエンジンの運転状態において予混合の程度を
高めるべく燃料噴射弁５に早期噴射を実行させる噴射制
御手段３９とを備えたディーゼルエンジンの燃焼制御装
置において、早期噴射すべき燃料を複数回に分割して所
定の噴射休止間隔をおいて間欠的に噴射させることによ
り、燃料の微粒化、空気との混合を良好なものにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
の燃焼制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にエンジンの燃焼形態は、予混合燃
焼と拡散燃焼に大別されるが、従来は火花点火式エンジ
ンでは前者の予混合燃焼が主であり、ディーゼルエンジ
ンでは後者の拡散燃焼が主となっている。これに対し
て、近年、ディーゼルエンジンにおいても、黒煙とＮＯ
ｘ（窒素酸化物）とを同時に低減すべく予混合圧縮着火
燃焼方式の研究が進められている。

【０００３】例えば、特開平９−１５８８１０号公報に
は、気筒内に、吸気行程の初期に燃料の総供給量の５０
％を予備噴射し、圧縮行程上死点付近で残りの燃料を主
噴射することが記載されている。すなわち、予備噴射に
よって気筒内に形成される希薄混合気は余剰酸素を含む
から黒煙の発生が少なくなり、また、その混合気の一部
が着火することによって発生する燃焼ガスが内部ＥＧＲ
効果をもたらすために主噴射によるＮＯｘの生成が少な
くなることが述べられている。また、燃料の予備噴射又
は主噴射の噴射量、噴射時期、又は噴射回数をコントロ
ールすることによってエンジンの運転状態に応じた制御
が可能になることが述べられている。

【０００４】特開平１０−１４１１２４号公報には、気
筒内に、吸気行程の初期に燃料の総供給量の５％以下を
予備噴射し、圧縮行程の中期又は後期に２〜１５％量の
燃料をパイロット噴射した後、圧縮行程上死点付近で残
りの燃料を主噴射することにより、部分的な希薄予混合
圧縮着火燃焼を行なわせてＮＯｘの生成を抑制しつつ、
黒煙の排出量を低減させることが記載されている。ま
た、予混合圧縮着火燃焼方式のみを採用すると、限られ
た負荷・回転領域でしかエンジンを運転することができ
ないが、燃料の予備噴射量及びパイロット噴射量をコン
トロールすることによって全負荷領域でエンジンを運転
することができることが述べられている。

【０００５】また、特開平１１−９３６７２号公報に
は、ピストン頂部中央に中央凹型燃焼室を形成するとと
もに、その周囲に環状の外側凹型燃焼室を形成し、圧縮
行程の途中で燃料の第１次噴射を行ない、上死点手前で
第２次噴射を行なうことにより、第１次噴射で希薄予混
合気を形成し、この予混合気内に第２次噴射によって濃
混合気を形成するようにした予混合圧縮着火燃焼につい
て記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の予混合
圧縮着火燃焼方式は、黒煙及びＮＯｘの同時低減に有効
であるものの、予混合気の均一性が低いと、筒内温度が
不均一になって黒煙の低減効果が十分に得られなくな
り、また、薄過ぎる混合気の形成によってＨＣ（炭化水
素）が発生し易くなる。また、予混合気形成のために早
期噴射した燃料が気筒壁面に付着し、ＨＣ排出量が多く
なるという問題もある。本発明はこのような問題を解決
することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、予混
合気形成のための燃料噴射に多段噴射方式を採用するこ
とにより、予混合気の均一化を高めることができるよう
にしたものである。また。本発明は、燃料噴射弁の噴射
コーン角度を調節して早期噴射燃料の気筒壁面への付着
を少なくしたものである。

【０００８】請求項１に係る発明は、気筒内に燃料を噴
射する燃料噴射弁と、所定のエンジンの運転状態におい
て、圧縮着火前の燃料と空気との予混合化の程度を高め
るべく吸気行程初めから圧縮行程上死点付近までの所定
時期に燃料の少なくとも一部が気筒内に供給されるよう
に上記燃料噴射弁に早期噴射を実行させる噴射制御手段
とを備えたディーゼルエンジンの燃焼制御装置におい
て、上記噴射制御手段は、上記早期噴射すべき燃料が複
数回に分割して噴射されるように上記燃料噴射弁を作動
させることを特徴とする。

【０００９】このように早期噴射燃料を複数回に分割し
て噴射すると、各回の噴射燃料が少なくなるため、その
微粒化、空気と混合に有利になり、均一性の高い希薄予
混合気を形成することができる。これにより、黒煙発生
量の低減及びＨＣ発生量の低減を図ることができる。上
記早期噴射は圧縮行程上死点前６０゜ＣＡまでに行なう
ことが希薄予混合気の形成に有利である。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
ディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、エンジン
の機械的圧縮比が１８以下であることを特徴とする。

【００１１】従って、圧縮行程における気筒内温度の上
昇度合が低くなり、希薄予混合気の早期着火を避ける上
で有利になる。このような圧縮比の低減のためには、ピ
ストン頂面に比較的深い凹部（容積の大きな燃焼室）を
形成すればよい。好ましい機械的圧縮比は１０〜１８で
あり、さらに好ましい機械的圧縮比は１２〜１６であ
る。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項１又は請求
項２に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置におい
て、上記燃料噴射弁の噴射コーン角度が１２０度以下に
設定されていることを特徴とする。

【００１３】予混合気形成のために早期噴射を実行する
と、従来のディーゼルエンジンで一般的に採用されてい
るコーン角度（１５０度程度）であれば、噴射された燃
料が気筒壁面に直接吹き付けられてそこに付着し易くな
る。これに対して、本発明のように、コーン角度を１２
０度以下に設定すると、早期噴射燃料の気筒壁面への付
着量が少なくなり、ＨＣ発生量の低減に有利になる。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項３に記載の
ディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、上記燃料
噴射弁の噴射コーン角度は、上記早期噴射された燃料の
全量がピストン頂面の凹部内に供給されるように設定さ
れていることを特徴とする。

【００１５】このように早期噴射燃料の全量がピストン
頂面の凹部（燃焼室）に供給されるのであれば、この凹
部内で空気との混合が進むため、燃料が気筒壁面に付着
せずに気化し易くなり、ＨＣ発生量の低減に有利にな
る。

【００１６】請求項５に係る発明は、請求項１に記載の
ディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、上記噴射
制御手段は、エンジン温度が低くなるほど上記早期噴射
の分割回数が多くなるように上記燃料噴射弁を作動させ
ることを特徴とする。

【００１７】従って、エンジン温度が低いときの燃料の
微粒化、空気との混合が促進されるため、エンジン低温
時の圧縮着火性を改善する上で有利になる。

【００１８】請求項６に係る発明は、請求項１に記載の
ディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、上記噴射
制御手段は、早期噴射燃料が多くなるほどその分割回数
が多くなるように上記燃料噴射弁を作動させることを特
徴とする。

【００１９】早期噴射燃料が多くなっても、その分割回
数が多くなるから、各回の燃料噴射量が多くならず、燃
料の微粒化、空気との混合に有利になる。

【００２０】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、圧縮着火
前の燃料と空気との予混合化の程度を高めるべく燃料の
早期噴射を実行するとき、その燃料を複数回に分割して
噴射させるから、燃料の微粒化、空気と混合に有利にな
り、均一性の高い希薄予混合気を形成して、黒煙発生量
及びＨＣ発生量を低減することができる。

【００２１】請求項２に係る発明によれば、エンジンの
機械的圧縮比が１８以下としたから、圧縮行程における
気筒内温度の上昇度合が低くなり、希薄予混合気の早期
着火を防止し、サイクル効率が低くなること、燃料消費
率が増大することを避けることができる。

【００２２】請求項３に係る発明によれば、燃料噴射弁
の噴射コーン角度が１２０度以下に設定されているか
ら、早期噴射燃料の気筒壁面への付着量が少なくなり、
ＨＣ発生量の低減に有利になる。

【００２３】請求項４に係る発明によれば、上記燃料噴
射弁の噴射コーン角度は、上記早期噴射された燃料の全
量がピストン頂面の凹部内に供給されるように設定され
ているから、ピストン頂面の凹部（燃焼室）内で空気と
の混合が進み、燃料が気筒壁面に付着せずに気化し易く
なってＨＣ発生量の低減に有利になる。

【００２４】請求項５に係る発明によれば、エンジン温
度が低くなるほど上記早期噴射の分割回数が多くなるよ
うにしたから、燃料の微粒化、空気との混合が促進さ
れ、エンジン低温時の圧縮着火性を改善する上で有利に
なる。

【００２５】請求項６に係る発明によれば、早期噴射燃
料が多くなるほどその分割回数が多くなるようにしたか
ら、早期噴射燃料が多くなっても、その微粒化、空気と
の混合性の向上が図れ、均一性の高い希薄予混合気を形
成して、黒煙発生量及びＨＣ発生量を低減することがで
きる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２７】図１は本発明の実施形態に係るディーゼル
エンジンの燃料制御装置の全体構成を示し、１は車両に
搭載された多気筒ディーゼルエンジンのエンジン本体で
ある。このエンジン本体１は複数の気筒２（１つのみ図
示する）を有し、その各気筒２内にピストン３が往復動
可能に嵌挿されている。また、気筒２の頂部略中央に
は、インジェクタ（燃料噴射弁）５が先端部の噴孔を気
筒２内に臨ませて配設され、各気筒毎に所定の噴射タイ
ミングで噴孔が開閉作動されて、気筒２内に燃料を直接
噴射するようになっている。

【００２８】上記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄え
る共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、
そのコモンレール６にはクランク軸７により駆動される
高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポン
プ８は、圧力センサ６ａによって検出されるコモンレー
ル６内の燃圧が所定値以上に保持されるように作動す
る。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク
角センサ９が設けられており、このクランク角センサ９
は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図
示省略）と、その外周に相対向するように配置され電磁
ピックアップとからなり、その電磁ピックアップが被検
出用プレートの外周部全周に所定角度おきに形成された
突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようにな
っている。

【００２９】１０はエンジン本体１の気筒２内にエアク
リーナ（図示省略）で濾過した吸気（空気）を供給する
吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部には、図
示しないがサージタンクが設けられ、このサージタンク
から分岐した各通路が吸気ポートにより各気筒２に接続
されている。また、吸気ポートは比較的強いスワールを
生ずるようにされている。例えばヘリカルポートとさ
れ、又は吸気が気筒壁面に沿って流入するように吸気ポ
ートが気筒に対して偏心して設けられ（タンジェンシャ
ルポート）、あるいはシュラウド弁が設けられる。ま
た、サージタンクには各気筒２に供給される過給圧力を
検出する吸気圧センサ１０ａが設けられている。

【００３０】上記吸気通路１０には上流側から下流側に
向かって順に、エンジン本体１に吸入される吸気流量を
検出するホットフィルム式エアフローセンサ１１と、後
述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロ
ワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却す
るインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る
吸気絞り弁（吸入空気量調節手段）１４とがそれぞれ設
けられている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸
気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライ
バルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフ
ラム１５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁
１６により調節されることで、弁の開度が制御されるよ
うになっている。また、上記吸気絞り弁１４にはその開
度を検出するセンサ（図示省略）が設けられている。

【００３１】２０は各気筒２から排気ガスを排出する排
気通路で、排気マニホールドを介して各気筒２に接続さ
れている。この排気通路２０には、上流側から下流側に
向かって順に、排気流により回転されるタービン２１
と、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化可能な触
媒２２とが配設されている。

【００３２】上記排気通路２０のタービン２１よりも上
流側の部位からは、排気ガスの一部を吸気側に還流させ
る排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３が分岐
し、このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４より
も下流側の吸気通路１０に接続されている。ＥＧＲ通路
２３の途中には還流排気ガスを冷却するクーラー２３ａ
が設けられている。ＥＧＲ通路２３のクーラー２３ａよ
りも下流端寄りには、開度調節可能な排気還流量調節弁
（吸入空気量調節手段：以下ＥＧＲ弁という）２４が配
置されていて、排気通路２０の排気ガスの一部をＥＧＲ
弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に還流させ
るようになっている。

【００３３】上記ＥＧＲ弁２４は、負圧応動式のもので
あって、その弁箱の負圧室に負圧通路２７が接続されて
いる。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を
介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されてお
り、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号（電
流）によって負圧通路２７を連通・遮断することによっ
て、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調節され、それによっ
て、ＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるように
なっている。

【００３４】上記ターボ過給機２５は、ＶＧＴ（バリア
ブルジオメトリーターボ）であって、これにはダイヤフ
ラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３
１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節される
ことで、排気ガス流路の断面積が調節されるようになっ
ている。

【００３５】上記ディーゼルエンジンのピストン３には
図２に示すようにその頂面中央部を深く凹ませて燃焼室
４が形成されており、これにより、当該エンジンの機械
的圧縮比は１８以下になされている。また、インジェク
タ５の噴射コーン角度αは１２０度以下に、特に本実施
形態では上記噴射コーン角度αは、上記早期噴射された
燃料の全量がピストン頂面の燃焼室４内に供給されるよ
うに９０度以下に設定されている。

【００３６】また、上記ディーゼルエンジンは吸気バル
ブの開閉タイミング又は開度量を変えるバルブ調節手段
（可変バルブタイミング手段（ＶＶＴ）又は可変バルブ
リフト手段（ＶＶＬ））３６を備えている。すなわち、
図２に示すように、上記エンジン燃焼室４の吸気口を開
閉する吸気バルブ３３には、エンジンの運転状態に応じ
て該エンジンの実圧縮比が変化するようにバルブの開閉
タイミング又は開度量を変えるためのソレノイド式のバ
ルブ調節手段３６が設けられている。燃焼室４の排気口
を開閉する排気バルブ３４にはこのバルブを一定のタイ
ミングで開閉させる動弁機構（図示省略）が設けられて
いる。

【００３７】なお、ここでいう実圧縮比とは、圧縮行程
上死点での気筒内容積に対する、圧縮行程において実際
に圧縮される吸気量（標準状態での体積）と圧縮行程上
死点での気筒内容積との和の比をいう。

【００３８】上記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ
８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２
５、バルブ調節手段３６等はコントロールユニット（En
gine Contorol Unit：以下ＥＣＵという）３５からの制
御信号によって作動するように構成されている。一方、
このＥＣＵ３５には、エンジン運転状態を検出するため
のクランク角センサ９からの出力信号と、エアフローセ
ンサ１１からの出力信号と、車両の運転者による図示し
ないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出す
るアクセル開度センサ３２からの出力信号と、エンジン
水温を検出するセンサ１８からの出力信号とが入力さ
れ、さらに上記圧力センサ６ａからの出力信号と、圧力
センサ１０ａからの出力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフト
センサ２６からの出力信号等も入力されている。

【００３９】そして、燃料噴射制御手段３９によりイン
ジェクタ５による燃料噴射量（燃料供給量）及び燃料噴
射時期がエンジンの運転状態に応じて制御されるととも
に、圧縮比制御手段３８によりバルブ調節手段３６によ
るエンジンの実圧縮比がエンジンの運転状態に応じて制
御され、また、高圧供給ポンプ８の作動によるコモンレ
ール圧力、即ち燃料噴射圧の制御が行なわれ、これに加
えて、ＥＧＲ弁２４の作動による排気還流量（吸入空気
量）の制御と、ターボ過給機２５の作動制御（ＶＧＴ制
御）とが行なわれるようになっている。

【００４０】（燃料噴射制御）この実施形態における燃
料噴射制御の特徴とするところは、エンジンの運転状態
に応じて、燃料を空気との予混合化の程度が高い状態で
燃焼させる燃焼形態と予混合化の程度が低い状態で燃焼
させる燃焼形態とに切り換わるように上記インジェクタ
５の作動を制御し、希薄予混合気形成のための早期噴射
に多段噴射を採用する、というものである。

【００４１】すなわち、上記ＥＣＵ３５には、アクセル
開度（エンジン負荷）とエンジン回転数の変化に対して
目標トルクの最適値を実験的に決定して記録した目標ト
ルクマップ、並びにこの目標トルク、吸入空気量及び回
転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量
Ｑｂを記録した燃料噴射量マップが、メモリ上に電子的
に格納して備えられている。通常は、アクセル開度とエ
ンジン回転数とに基づいて目標トルクを求め、この目標
トルクとエンジン回転数とエアフローセンサ１１の出力
信号による吸入空気量とに基づいて燃料噴射量Ｑｂを求
め、燃料噴射量Ｑと圧力センサ６ａにより検出されたコ
モンレール圧力とに基づいて、各インジェクタ５の励磁
時間（開弁時間）が決定されるようになっている。尚、
前記のようにして求めた燃料噴射量をエンジン水温や大
気圧等に応じて補正した上で、この補正後の燃料噴射量
を燃料噴射量Ｑｂとしてもよい。

【００４２】上記のような基本的な燃料噴射制御によっ
て、エンジン１の目標トルク（エンジン１への要求出
力）に対応する分量の燃料が供給され、エンジン１は燃
焼室４における平均的空燃比がかなりリーン（Ａ/Ｆ≧
１８，酸素濃度４％以上）な状態で運転される。上記ア
クセル開度センサ３２及びクランク角センサ９がエンジ
ン１への要求出力を検出する要求出力検出手段を構成し
ている。

【００４３】上記ＥＣＵ３５のメモリには、上記燃料噴
射量マップと同様に目標トルク（又はアクセル開度）と
エンジン回転数とに応じてエンジンの燃焼形態（換言す
れば燃料の噴射形態）を設定したマップが電子的に格納
されており、エンジン１の目標トルクとエンジン回転数
とに基づいて当該マップからエンジンの運転状態に応じ
た燃焼形態が選択される。

【００４４】すなわち、図３（ａ）は、予混合化の程度
が高い状態で燃料を燃焼させる燃焼形態をとるときの噴
射形態を示し、吸気行程の初期に燃料を噴射する吸気行
程噴射と、圧縮行程の後半部に且つ上死点前６０゜ＣＡ
までに燃料を噴射する圧縮行程噴射と、圧縮行程上死点
付近で燃料を噴射するトップ噴射とが行なわれる。この
場合、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射が希薄予混合気を
形成するための早期噴射であり、各々には多段噴射を採
用している。すなわち、この例では吸気行程噴射は３分
割噴射であり、圧縮行程噴射は２分割噴射である。

【００４５】この予混合化の程度が高い燃焼形態は、エ
ンジン温度が所定値以下、エンジン回転数が所定値以
下、又は目標トルク（エンジン負荷）が所定値以下のと
きにとられる。具体的には、図４に一例を示すように、
予混合化の程度が高い燃焼形態をとるべき運転領域がエ
ンジン回転数と目標トルクとの関係で定められていて、
エンジン温度が低くなるほど当該運転領域、すなわち、
予混合ゾーンがエンジン回転数が高い側に、また目標ト
ルクが高い側に拡大される。

【００４６】なお、早期噴射としては、上記吸気行程噴
射又は上記圧縮行程噴射のいずれか一方を採用するよう
にしてもよい。また、早期噴射量は総噴射量Ｑｂの例え
ば５０％程度とすることができ、あるいは数％であって
も、１００％（つまり、トップ噴射量零）としてもよ
い。

【００４７】図３（ｂ）は、上記予混合ゾーン以外の領
域で実行される予混合化の程度が低い燃焼形態をとると
きの噴射形態を示し、早期噴射は行なわず、圧縮行程上
死点付近で燃料の全量を噴射するトップ噴射が行なわれ
る。

【００４８】図５は燃料噴射制御の流れを示す。この制
御は気筒毎にクランク角信号に同期して実行される。

【００４９】スタート後のステップＡ１において、クラ
ンク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度など
必要なデータを読み込む。続くステップＡ２において、
アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて目標トルク
を求め、この目標トルクとエンジン回転数と吸入空気量
とに基づいて、燃料噴射量マップから燃料噴射量Ｑｂを
読み込む。

【００５０】続くステップＡ３では、エンジン温度に応
じて予混合ゾーンを設定する。エンジン温度は、吸気圧
センサ１０ａによって検出される過給圧に基づいて推定
する。すなわち、この実施形態では吸気圧センサ１０ａ
がエンジン温度検出手段を構成している。もちろん、吸
気通路に吸入空気の温度を検出する温度センサを設け
て、上記過給圧に基づくエンジン温度の推定値を補正
し、さらにはエアフローセンサ１１によって検出される
吸入空気量やエンジン水温を加味して当該推定値を補正
するようにすることができる。

【００５１】続くステップＡ４では、目標トルクとエン
ジン回転数とに基づいてエンジンの運転状態がステップ
Ａ３で設定された予混合ゾーンに存するか否かを判定す
る。予混合ゾーンであれば、ステップＡ５に進んで上記
燃料噴射量Ｑｂを分割して早期噴射量（吸気行程噴射量
ＱL1及び圧縮行程噴射量ＱL2）とトップ噴射量ＱT とを
設定するとともに、早期噴射時期（吸気行程噴射時期Ｉ
L1及び圧縮行程噴射時期ＩL2）とトップ噴射時期ＩT と
を設定する。

【００５２】また、上記吸気行程噴射及び圧縮行程噴射
では多段噴射を採用しているから、上記ステップＡ５で
は、吸気行程噴射に関しては、噴射量ＱL1をを分割回数
ｎで等分割して各段の噴射量ＱL1/nを設定するととも
に、噴射休止間隔Δt1を設定する。また、圧縮行程噴射
に関しても、噴射量ＱL2を分割回数ｍで等分割して各段
の噴射量ＱL2/mを設定するとともに、噴射休止間隔Δt2
を設定する。その際、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の
各々は、エンジン温度が低いほど噴射量の分割回数ｎ，
ｍを多くし、また、噴射休止間隔Δt1，Δt2を長くす
る。また、各々の噴射量が多くなるほど噴射量の分割回
数ｎ，ｍを多くするが、噴射休止間隔は変更しない。も
ちろん、噴射量ＱL1，ＱL2が多くなるほどその分割回数
ｎ，ｍを多くするとともに、噴射休止間隔Δt1，Δt2を
長くするようにしてもよい。

【００５３】続くステップＡ６では、時期ＩL1を起点と
する噴射休止間隔Δt1での多段の吸気行程噴射、時期Ｉ
L2を起点とする噴射休止間隔Δt2での多段の圧縮行程噴
射、並びに時期ＩT での噴射量ＱT のトップ噴射を実行
する。

【００５４】エンジンの運転状態が予混合ゾーンになけ
れば、トップ噴射のみを行なうべきステップＡ７に進
み、トップ噴射量ＱT 及び噴射時期ＩT を設定し、ステ
ップＡ６に進んでトップ噴射を実行する。この場合、Ｑ
T ＝Ｑｂである。

【００５５】なお、予混合ゾーン及び他のゾーンでのト
ップ噴射にも多段噴射を採用するようにしてよい。その
場合、噴射休止間隔は例えば５０〜１０００μ秒とする
ことが好ましい。

【００５６】従って、早期噴射に多段噴射を採用してい
るため、各回に噴射される燃料の量が少なくなり、燃料
の微粒化し易くなり、また、燃料が空気と混合し易くな
り、希薄混合気の均一化、黒煙及びＮＯｘの生成抑制、
並びにＨＣの生成抑制に有利になる。また、燃料の気
化、霧化に吸気行程噴射が有効に働く。また、吸気ポー
トのスワール生成手段によって気筒内に比較的強いスワ
ールが生成されるため混合の均一化がより進み易くな
る。

【００５７】また、早期噴射を吸気行程噴射と圧縮行程
噴射との２回に分けて実施しているから、吸気行程噴射
量が少なくなり、この吸気行程で噴射した燃料を気筒内
に均一に分散させることができる。また、吸気行程に多
量の燃料を噴射すると、空燃比が比較的低い希薄混合気
が形成されて、圧縮行程後半で早期着火を生じ易くなる
とともに、全混合気が一時に燃焼してエンジン破損を引
き起こす懸念があるが、吸気行程での燃料噴射量が少な
いから、そのような早期着火・全混合気の一気燃焼を防
止する上で有利になる。また、圧縮行程後半での燃料の
噴射によって気筒内温度の過度上昇が防止され、早期着
火を避けることができる。

【００５８】また、エンジン温度が低いときは早期噴射
の分割回数ｎ，ｍが多くなり、また噴射休止間隔Δt1，
Δt2が長くなるから、燃料の微粒化、空気との混合が促
進され、エンジン低温時の圧縮着火性が改善される。ま
た、噴射量ＱL1，ＱL2が多くなるほどその分割回数ｎ，
ｍを多くなるから、燃料の微粒化、空気との混合性の向
上が図れ、均一性の高い希薄予混合気を形成して、黒煙
発生量及びＨＣ発生量を低減することができる。

【００５９】また、噴射コーン角度αを９０度以下にし
ているから、吸気行程噴射燃料及び圧縮行程噴射燃料
は、その全量がピストン頂面の燃焼室４に供給されるこ
とになり、この燃焼室４内で空気との混合が進むため、
燃料が気筒壁面に付着せずに気化し易くなり、ＨＣ発生
量の低減に有利になる。

【００６０】（圧縮比変更制御）エンジンの実圧縮比の
変更は、圧縮比制御手段３８により、エンジン温度とエ
ンジンの運転ゾーンとに基づいて、バルブ調節手段３６
を利用して行なわれる。すなわち、上記ＥＣＵ３５のメ
モリには、吸気バルブ３３の開閉タイミングに関して、
上記予混合ゾーンか否か並びにエンジン運転状態に応じ
た最適なタイミングが予め設定されて記憶されており、
これに基づいて吸気バルブ３３の開閉タイミングが制御
される。

【００６１】図６（ａ）はエンジンの運転状態が非予混
合ゾーンにあるとき（拡散燃焼を主体とする低予混合燃
焼時）の吸気バルブ３３及び排気バルブ３４の開閉タイ
ミングを示す。吸気バルブ３３の開時期は、空気が実質
的に吸入されない無効角を考慮して排気行程上死点より
も少し進角させた時点とされ、閉弁時期は吸気通路の動
的効果による空気の充填効率を高めるために吸気行程下
死点よりも少し遅角させた時期とされる。その遅角度
は、エンジン回転数が高くなるほど大きくなされる。

【００６２】図６（ｂ）はエンジン運転状態が予混合ゾ
ーンにあるとき（高予混合燃焼時）の吸気バルブ３３及
び排気バルブ３４の開閉タイミングを示す。吸気バルブ
３３の開弁時期は、実線で示すようにその閉弁時期が吸
気行程下死点よりも進角される（早閉じ）。これによ
り、気筒に吸入される空気量が少なくなり、エンジンの
実圧縮比が低下する。従って、圧縮行程での気筒内温度
の上昇が低予混合燃焼時よりも抑えられるため、早期着
火が防がれ、黒煙及びＮＯｘの発生量を少なくすること
ができる。

【００６３】また、吸気バルブ３３の閉弁時期は、図６
（ｂ）に１点鎖線で示すようにエンジン回転数が高くな
るほど遅角される。これにより、吸気通路の動的効果の
利用度が高まり、気筒への空気の充填効率が高まって、
エンジン出力の向上に有利になる。また、吸気バルブ３
３のバルブリフト量（バルブ開度量）は、図６（ｂ）に
２点鎖線で示すようにエンジン負荷が高くなるほど小さ
くされる。従って、燃料噴射量が多くなっても、実圧縮
比の低下が大きくなるから、早期着火を防ぐ上で有利に
なる。

【００６４】なお、高予混合化燃焼形態にするための早
期噴射の時期を圧縮行程にする場合は、上記早閉じでは
なく、破断線で示すように当該閉弁時期を低予混合燃焼
時よりも遅角させるようにしてもよい（遅閉じ）。吸気
行程噴射の場合は遅閉じによって希薄混合気が吸気通路
１０に吹き返される懸念があるが、圧縮行程噴射であれ
ば、その懸念がない。但し、吸気バルブ３３が閉じた後
に燃料を噴射する必要がある。

【００６５】また、上記高予混合燃焼時の吸気バルブ３
３の開時期は低予混合燃焼時の場合よりも少し進角され
る。これにより、前回燃焼時の排気ガスが気筒内に残り
（内部ＥＧＲ）、気筒の酸素濃度が低下するため、早期
着火防止に有利になるとともに、ＮＯｘの低減にも有利
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの
燃焼制御装置の全体構成図。

【図２】同エンジンの燃料噴射制御系の構成図。

【図３】同実施形態の燃料噴射形態の説明図。

【図４】同実施形態の予混合ゾーンの説明図。

【図５】同実施形態の燃料噴射制御のフロー図。

【図６】同実施形態のバルブタイミングの説明図。

【符号の説明】

１ディーゼルエンジン２気筒４燃焼室５インジェクタ（燃料噴射弁）１０吸気通路（吸気系）１１エアフローセンサ（吸入空気量検出手段）２０排気通路（排気系）２３ＥＧＲ通路（排気還流通路）２４ＥＧＲ弁（排気還流量調節手段）３３吸気バルブ３５ＥＣＵ（コントロールユニット）３９燃料噴射制御手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０Ｊ (72)発明者山形直之広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者片岡一司広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA02 BA24 BA26 DA04 DA09 DC01 DC04 DC09 DC18 3G084 AA01 AA04 BA07 BA13 BA15 BA20 BA23 DA02 DA10 EA11 FA08 FA12 FA20 FA29 FA33 FA37 FA38 3G301 HA02 HA11 HA13 HA15 HA17 HA19 JA02 JA24 JA26 MA19 MA26 MA27 MA29 NA08 NC02 NE12 NE15 PA04Z PA07Z PA16Z PA17Z PD03A PD15Z PE01Z PE03Z PE06A PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
所定のエンジンの運転状態において、圧縮着火前の燃料
と空気との予混合化の程度を高めるべく吸気行程初めか
ら圧縮行程上死点付近までの所定時期に燃料の少なくと
も一部が気筒内に供給されるように上記燃料噴射弁に早
期噴射を実行させる噴射制御手段とを備えたディーゼル
エンジンの燃焼制御装置において、上記噴射制御手段は、上記早期噴射すべき燃料が複数回
に分割して噴射されるように上記燃料噴射弁を作動させ
ることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装
置。
【請求項２】請求項１に記載のディーゼルエンジンの
燃焼制御装置において、エンジンの機械的圧縮比が１８以下であることを特徴と
するディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載のディーゼ
ルエンジンの燃焼制御装置において、上記燃料噴射弁の噴射コーン角度が１２０度以下に設定
されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼
制御装置。
【請求項４】請求項３に記載のディーゼルエンジンの
燃焼制御装置において、上記燃料噴射弁の噴射コーン角度は、上記早期噴射され
た燃料の全量がピストン頂面の凹部内に供給されるよう
に設定されていることを特徴とするディーゼルエンジン
の燃焼制御装置。
【請求項５】請求項１に記載のディーゼルエンジンの
燃焼制御装置において、上記噴射制御手段は、エンジン温度が低くなるほど上記
早期噴射の分割回数が多くなるように上記燃料噴射弁を
作動させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼
制御装置。
【請求項６】請求項１に記載のディーゼルエンジンの
燃焼制御装置において、上記噴射制御手段は、早期噴射燃料が多くなるほどその
分割回数が多くなるように上記燃料噴射弁を作動させる
ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。