JP2003020978A - Device and method for controlling exhaust emission of engine - Google Patents

Device and method for controlling exhaust emission of engine

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JP2003020978A
JP2003020978A JP2001206976A JP2001206976A JP2003020978A JP 2003020978 A JP2003020978 A JP 2003020978A JP 2001206976 A JP2001206976 A JP 2001206976A JP 2001206976 A JP2001206976 A JP 2001206976A JP 2003020978 A JP2003020978 A JP 2003020978A
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Japan
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fuel
post
combustion
combustion chamber
engine
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JP2001206976A
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Japanese (ja)
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Tomoaki Saito
智明 齊藤
Mitsunori Kondo
光徳 近藤
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Mazda Motor Corp
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Mazda Motor Corp
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively control exhaust emission by effectively suppressing the exhaustion of soot generated in the combustion chamber of an engine into the atmosphere. SOLUTION: This exhaust emission control device comprises a fuel injection nozzle 5 for injecting fuel into the combustion chamber 4, a main combustion control means 36 for controlling the fuel mainly injected from the fuel injection nozzle 5 so that requested engine torque can be provided by mainly burning the fuel at least in the former half of an expansion stroke, a post-combustion control means 38 for controlling the fuel injected from the fuel injection nozzle after the main injection, and a distribution discrimination means 37 for discriminating the distributed state of oxygen density in the combustion chamber. Based on the distributed state of the discriminated oxygen density, the distribution discrimination means 37 sets the start time of the combustion.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載さ
れるエンジンの排気浄化装置および排気浄化方法に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust emission control device and an exhaust emission control method for an engine mounted on an automobile or the like.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、例えば特開平２０００−１７０５
８５号公報に示されるように、エンジンの気筒内燃焼室
に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼室から排
気を排出排気通路に配設され、排気中の酸素濃度が高い
酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の減
少によって吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着材とを
備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、排
気中の酸素濃度を上記酸素過剰雰囲気よりも減少させる
エンジンの運転状態で、気筒の吸気行程初期から圧縮上
死点近傍までの間に上記燃料噴射弁により燃料を少なく
とも２回に分けて噴射させる燃料噴射制御手段を設け、
上記ＮＯｘ吸着材をリフレッシュするときの燃料噴射時
期の制御に工夫を凝らして、燃費の著しい悪化やスモー
クの急増を招くことなく、ＮＯｘ吸着材によるＮＯｘの
吸着性能の安定確保を図ることが行われている。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-1705.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 85, a fuel injection valve that directly injects fuel into a combustion chamber in a cylinder of an engine, and exhaust gas from the combustion chamber is disposed in an exhaust passage, and an oxygen-rich atmosphere in which exhaust gas has a high oxygen concentration. In an exhaust purification device of a diesel engine equipped with a NOx adsorbent that releases NOx absorbed by reducing NOx concentration while absorbing NOx in the exhaust gas, operating the engine to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas to a level lower than the above oxygen excess atmosphere. In this state, fuel injection control means for injecting fuel at least twice by the fuel injection valve is provided between the beginning of the intake stroke of the cylinder and the vicinity of the compression top dead center.
The control of the fuel injection timing when refreshing the NOx adsorbent is devised to ensure stable NOx adsorption performance by the NOx adsorbent without causing a significant deterioration in fuel consumption or a sharp increase in smoke. ing.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記のようにエンジン
の運転状態に対応した燃料の主噴射以外に、後燃料噴射
を行って排気ガス中のＨＣ量を増大させることにより、
各触媒装置の加熱を抑制しつつＮＯｘの浄化率を向上さ
せるように構成したものでは、上記後噴射の時期が適切
でないと、エンジンの燃焼室で発生した煤が排気通路に
導出され、大気中に排出される煤量が増えるという問題
がある。As described above, in addition to the main injection of fuel corresponding to the operating condition of the engine, post-fuel injection is performed to increase the amount of HC in the exhaust gas,
In the structure configured to improve the NOx purification rate while suppressing the heating of each catalyst device, if the above-mentioned post-injection timing is not appropriate, the soot generated in the combustion chamber of the engine is led to the exhaust passage, and is discharged into the atmosphere. There is a problem that the amount of soot discharged into the tank increases.

【０００４】すなわち、上記主噴射された燃料は、着火
して予混合燃焼した後に拡散燃焼し、この拡散燃焼時に
煤が発生する傾向があるため、この拡散燃焼が継続して
いる状態で燃料が後噴射されると、煤の発生量がより増
大して多量の煤が大気中に放出されるという問題があ
る。なお、上記後噴射された燃料が拡散燃焼することに
起因して煤の排出量が増大するのを防止するため、燃料
の後噴射時期を極力遅らせることも考えられるが、この
場合には、燃費が悪化するという問題がある。また、燃
焼室内において上記拡散燃焼が継続している部分と、拡
散燃焼が終了したとが混在している場合に、上記拡散燃
焼が継続している部分に燃料が後噴射されると、この後
噴射された燃料が拡散燃焼することに起因して煤の排出
量が増大することが避けられないという問題がある。That is, the main injected fuel is ignited, premixed and burned, and then diffusely burned, and soot is liable to be generated during this diffused combustion. When it is post-injected, there is a problem that the amount of soot generated is further increased and a large amount of soot is released into the atmosphere. The post-injection timing of the fuel may be delayed as much as possible in order to prevent the soot emission amount from increasing due to the diffuse combustion of the post-injected fuel. There is a problem that is worse. Further, in the case where a portion where the diffusion combustion is continued and a portion where the diffusion combustion is ended are mixed in the combustion chamber, when fuel is post-injected into the portion where the diffusion combustion is continued, There is a problem that the amount of soot emission is unavoidably increased due to the diffuse combustion of the injected fuel.

【０００５】本発明は、このような事情に鑑み、エンジ
ンの燃焼室内において発生した煤が大気中に排出される
のを効果的に抑制して排気ガスを効果的に浄化すること
ができるエンジンの排気浄化装置および排気浄化方法を
提供するものである。In view of the above circumstances, the present invention is directed to an engine capable of effectively suppressing exhaust of soot generated in the combustion chamber of the engine into the atmosphere and effectively purifying exhaust gas. An exhaust purification device and an exhaust purification method are provided.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射
弁から主噴射された燃料を少なくとも膨張行程の前半で
主燃焼させてエンジンの要求トルクが得られるように制
御する主燃焼制御手段と、上記主噴射後に上記燃料噴射
弁から噴射された燃料を後燃焼させるように制御する後
燃焼制御手段と、燃焼室内における酸素濃度の分布状態
を判別する分布判別手段とを備え、上記後燃焼制御手段
は、分布判別手段により判別された酸素濃度の分布状態
に基づいて、上記後燃焼の開始時期を設定するように構
成されたものである。The invention according to claim 1 is
A fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber, and main combustion control means that controls the main injected fuel from this fuel injection valve to perform main combustion in at least the first half of the expansion stroke to obtain the required torque of the engine, The post-combustion control means is provided with a post-combustion control means for controlling the fuel injected from the fuel injection valve after the main injection so as to post-combust, and a distribution determination means for determining the distribution state of the oxygen concentration in the combustion chamber. Is configured to set the start timing of the post-combustion based on the distribution state of the oxygen concentration determined by the distribution determining means.

【０００７】上記構成によれば、主噴射された燃料が主
燃焼することにより燃焼室内で生じた酸素濃度のばらつ
きが上記分布判別手段において判別されるとともに、こ
の判別結果に応じて上記後燃焼時期が適正なタイミング
に設定されることにより、エンジンの燃焼室内に存在す
る炭素と酸素とが充分に混合された状態で、上記後噴射
された燃料とともに上記炭素が燃焼するため、炭素の凝
縮体からなる煤の排出量が効果的に低減されることにな
る。According to the above construction, the distribution discriminating means discriminates the variation of the oxygen concentration generated in the combustion chamber due to the main combustion of the main injected fuel, and the post combustion timing is determined according to the discrimination result. Is set to an appropriate timing, the carbon present in the combustion chamber of the engine and the oxygen are sufficiently mixed, the carbon is burned together with the fuel injected after the above, so that the carbon condensate The soot emissions will be effectively reduced.

【０００８】請求項２に係る発明は、上記請求項１記載
のエンジンの排気浄化装置において、分布判別手段は、
燃焼室内におけるスワールの状態に基づいて、上記酸素
濃度の分布状態を判別するように構成されたものであ
る。According to a second aspect of the present invention, in the engine exhaust emission control device according to the first aspect, the distribution determining means is
The distribution state of the oxygen concentration is determined based on the swirl state in the combustion chamber.

【０００９】上記によれば、燃焼室内におけるスワール
の状態に応じ、上記主燃焼の状態が変化して酸素濃度の
分布状態が変動するため、これに対応して上記後燃焼時
期が適正なタイミングに設定されることにより、上記炭
素の凝縮体からなる煤の排出量が、より効果的に低減さ
れることになる。According to the above, the state of the main combustion changes and the distribution state of the oxygen concentration fluctuates according to the state of the swirl in the combustion chamber, and accordingly, the post-combustion timing becomes appropriate timing. By setting, the emission amount of soot composed of the carbon condensate can be reduced more effectively.

【００１０】請求項３に係る発明は、燃焼室内に燃料を
噴射する燃料噴射弁と、圧縮行程の上死点付近でエンジ
ンの要求トルクに応じた量の燃料を上記燃料噴射弁から
主噴射させるように制御する主噴射制御手段と、この燃
焼の主噴射時点から膨張行程までの間に、上記燃料噴射
弁から燃料を後噴射させるように制御する後噴射制御手
段と、燃焼室内における酸素濃度の分布状態を判別する
分布判別手段とを備え、上記後噴射制御手段は、上記分
布判別手段により判別された酸素濃度の分布状態に基づ
いて、上記燃料の後噴射時期を設定するように構成され
たものである。According to the third aspect of the present invention, the fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber and the main injection of fuel in an amount corresponding to the required torque of the engine near the top dead center of the compression stroke. The main injection control means for controlling as described above, the post-injection control means for controlling the fuel to be post-injected from the fuel injection valve between the main injection time point of this combustion and the expansion stroke, and the oxygen concentration in the combustion chamber The post-injection control means is configured to set the post-injection timing of the fuel based on the distribution state of the oxygen concentration determined by the distribution determination means. It is a thing.

【００１１】上記構成によれば、主噴射された燃料が主
燃焼することにより燃焼室内で生じた酸素濃度の分布状
態を判別する上記分布判別手段の判別結果に応じて燃料
の後噴射時期が適正なタイミングに設定されることによ
り、エンジンの燃焼室内に存在する炭素と酸素とが充分
に混合された状態で、上記後噴射された燃料と上記炭素
とが燃焼するため、炭素の凝縮体からなる煤の排出量が
効果的に低減されることになる。According to the above construction, the post-injection timing of the fuel is appropriate according to the determination result of the distribution determining means for determining the distribution state of the oxygen concentration generated in the combustion chamber due to the main combustion of the main injected fuel. By setting such timing, the post-injected fuel and the carbon are burned in a state where the carbon and oxygen existing in the combustion chamber of the engine are sufficiently mixed, so that the carbon condensate is formed. Soot emissions will be effectively reduced.

【００１２】請求項４に係る発明は、上記請求項３記載
のエンジンの排気浄化装置において、噴射制御手段は、
分布判別手段において酸素濃度が高いと判別された燃焼
室内の部分に向けて燃料が後噴射されるように、燃料の
後噴射時期を設定するように構成されたものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the engine exhaust gas purification apparatus according to the third aspect, the injection control means is:
The distribution determining means is configured to set the post-injection timing of the fuel so that the fuel is post-injected toward the portion in the combustion chamber where the oxygen concentration is determined to be high.

【００１３】上記構成によれば、主噴射された燃料が主
燃焼することにより燃焼室内で生じた酸素濃度のばらつ
きが上記分布判別手段において判別され、この判別結果
に応じて酸素濃度が高いと判別された燃焼室内の部分に
向けて燃料が後噴射されるように上記燃料の後噴射時期
が設定されることにより、上記主燃料が継続している部
分に燃料が後噴射されることが防止されるととももに、
エンジンの燃焼室内に存在する炭素と酸素とが充分に混
合された状態で、上記後噴射された燃料と上記炭素とが
燃焼するため、炭素の凝縮体からなる煤の排出量が効果
的に低減されることになる。According to the above construction, the distribution discriminating means discriminates the variation in the oxygen concentration generated in the combustion chamber due to the main combustion of the main injected fuel, and it is discriminated that the oxygen concentration is high according to the discrimination result. The post-injection timing of the fuel is set so that the fuel is post-injected toward the portion of the combustion chamber that is maintained, so that the fuel is prevented from being post-injected into the portion where the main fuel continues. By the way,
The carbon and oxygen existing in the combustion chamber of the engine are sufficiently mixed, and the post-injected fuel and the carbon are burned, so that the soot emission amount that is a carbon condensate is effectively reduced. Will be done.

【００１４】請求項５に係る発明は、燃焼室内に燃料を
噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁から主噴射され
た燃料を少なくとも膨張行程の前半で主燃焼させてエン
ジンの要求トルクが得られるように制御する主燃焼制御
手段と、燃料の主噴射後に燃料を後噴射させて後燃焼さ
せる後燃焼制御手段とを備えたエンジンの排気ガス浄化
方法であって、燃焼室内の酸素濃度の分布状態に基づい
て、上記燃料噴射弁から後噴射された燃料の後燃焼時期
を制御するものである。According to a fifth aspect of the present invention, a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber and a main injection of fuel injected from the fuel injection valve are mainly combusted at least in the first half of the expansion stroke to obtain a required torque of the engine. And a post-combustion control means for post-combusting and post-combusting the fuel after the main injection of the fuel. The post-combustion timing of the fuel post-injected from the fuel injection valve is controlled based on the state.

【００１５】上記構成によれば、主噴射された燃料が燃
焼することにより燃焼室内で生じた酸素濃度のばらつき
が上記分布判別手段において判別されるとともに、この
判別結果に応じて上記後燃焼時期が適正なタイミングに
設定されることにより、エンジンの燃焼室内に存在する
炭素と酸素とを充分に混合した状態で、上記後噴射され
た燃料とともに上記炭素を燃焼させて、炭素の凝縮体か
らなる煤の排出量を効果的に低減する制御が実行される
ことになる。According to the above construction, the distribution discriminating means discriminates the variation of the oxygen concentration generated in the combustion chamber due to the combustion of the main injected fuel, and the post combustion timing is determined according to the discrimination result. By setting the proper timing, the carbon present in the combustion chamber of the engine is sufficiently mixed with oxygen, and the carbon is burned together with the post-injected fuel, soot composed of carbon condensate. The control for effectively reducing the emission amount of is performed.

【００１６】[0016]

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るエンジンの
排気浄化装置を自動車に搭載されるディーゼルエンジン
に適用した第１実施形態を示している。上記エンジンの
本体１は、複数の気筒（図には一つのみを示す）２を有
し、各気筒２内にはピストン３が往復動可能に嵌挿さ
れ、このピストン３により各気筒２内に燃焼室４が区画
されている。また、上記燃焼室４の上面略中央には燃料
噴射弁５が配設され、各気筒２の燃焼室４内に燃料が所
定のタイミングで直接噴射されるようになっている。さ
らに、エンジン本体１のウォータジャケット（図示せ
ず）に臨むように、エンジンの冷却水温度を検出する水
温センサ１８が設けられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a first embodiment in which an engine exhaust gas purification apparatus according to the present invention is applied to a diesel engine mounted on an automobile. The main body 1 of the engine has a plurality of cylinders (only one is shown in the figure) 2, and a piston 3 is reciprocally fitted and inserted in each cylinder 2. The combustion chamber 4 is defined in the. Further, a fuel injection valve 5 is arranged substantially in the center of the upper surface of the combustion chamber 4, and the fuel is directly injected into the combustion chamber 4 of each cylinder 2 at a predetermined timing. Further, a water temperature sensor 18 for detecting the cooling water temperature of the engine is provided so as to face the water jacket (not shown) of the engine body 1.

【００１７】上記各燃料噴射弁５は、高圧の燃料を蓄え
るコモンレール６に接続され、このコモンレール６に
は、内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する圧力セン
サ６ａが配設されるとともに、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、燃料の供給圧力を制御することにより、
上記圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール６内
の燃圧を、例えばエンジンのアイドル運転時に約２０Ｍ
Ｐａ以上に保持し、その以外の運転時には５０ＭＰａ以
上に保持するように構成されている。Each of the fuel injection valves 5 is connected to a common rail 6 that stores high-pressure fuel. The common rail 6 is provided with a pressure sensor 6a for detecting internal fuel pressure (common rail pressure) and a crankshaft. A high-pressure supply pump 8 driven by 7 is connected. The high-pressure supply pump 8 controls the fuel supply pressure to
The fuel pressure in the common rail 6 detected by the pressure sensor 6a is set to, for example, about 20M during idle operation of the engine.
It is configured to be maintained at Pa or higher and at 50 MPa or higher during other operations.

【００１８】また、上記クランク軸７には、その回転角
度を検出するクランク角センサ９が設けられている。こ
のクランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けら
れた被検出プレートと、その外周に対向するように配設
された電磁ピックアップとからなり、この電磁ピックア
ップが被検出用プレートの外周部に形成された突起部の
通過を検出してパルス信号を出力するように構成されて
いる。A crank angle sensor 9 for detecting the rotation angle of the crank shaft 7 is provided. The crank angle sensor 9 includes a plate to be detected provided at an end of the crankshaft 7 and an electromagnetic pickup arranged so as to face the outer periphery of the plate. The electromagnetic pickup is an outer peripheral portion of the plate to be detected. It is configured to detect the passage of the protrusion formed on the and output a pulse signal.

【００１９】上記エンジン本体１に接続された吸気通路
１０の下流端部は、図示を省略したサージタンクを介し
て各気筒２毎に分岐し、この分岐部がそれぞれ吸気ポー
トを介して各気筒２の燃焼室４に接続されている。ま
た、上記サージタンクには、各気筒２内に供給される吸
気の圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けられてい
る。The downstream end of the intake passage 10 connected to the engine body 1 branches into each cylinder 2 via a surge tank (not shown), and this branching portion branches into each cylinder 2 via an intake port. Is connected to the combustion chamber 4. Further, the surge tank is provided with an intake pressure sensor 10a for detecting the pressure of intake air supplied into each cylinder 2.

【００２０】上記吸気通路１０には、その上流側から順
に、エンジン本体１内に吸入される吸気流量を検出する
エアフローセンサ１１と、下記タービン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
より圧縮された空気を冷却するインタークーラ１３と、
吸気の流通面積を変化させる吸気絞り弁１４とがそれぞ
れ設けられている。In the intake passage 10, from the upstream side thereof, an air flow sensor 11 for detecting the flow rate of intake air taken into the engine body 1, a blower 12 driven by a turbine 21 for compressing intake air, An intercooler 13 that cools the air compressed by the blower 12,
An intake throttle valve 14 for changing the distribution area of intake air is provided.

【００２１】上記吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気
の流通が可能なように切欠きが設けられたバタフライバ
ルブからなり、後述するＥＧＲ弁２４と同様に、負圧制
御用の電磁弁１６によってダイヤフラム式アクチュエー
タ１５に作用する負圧の大きさが調節されるのに応じ、
弁開度が変更されるようになっている。また、上記吸気
絞り弁１４の設置部には、その弁開度を検出するセンサ
が設けられている。The intake throttle valve 14 is a butterfly valve provided with a notch so that the intake air can flow even in a fully closed state, and like the EGR valve 24 described later, a solenoid valve 16 for negative pressure control. As the magnitude of the negative pressure acting on the diaphragm type actuator 15 is adjusted by
The valve opening is changed. Further, a sensor for detecting the valve opening degree is provided at the installation portion of the intake throttle valve 14.

【００２２】上記サージタンク１４よりも下流側の吸気
通路１０は、各気筒２毎に分岐する独立通路とされ、各
独立通路の下流端部が二つに分岐するとともに、各分岐
通路が、図２に示すように、燃焼室４の一方の側に形成
された第１吸気ポート４１および第２吸気ポート４２に
それぞれ連通している。上記第１吸気ポート４１は、そ
の軸線がシリンダ２の壁面に沿う方向を指向することに
より、スワールの生成を促進するように構成されてい
る。これ対して上記第２吸気ポート４２は、シリンダ２
の内壁面に沿う方向よりも中心側を指向している。The intake passage 10 on the downstream side of the surge tank 14 is an independent passage branched for each cylinder 2. The downstream end of each independent passage is branched into two, and each branch passage is As shown in FIG. 2, the first intake port 41 and the second intake port 42 formed on one side of the combustion chamber 4 communicate with each other. The first intake port 41 is configured such that its axis is directed in the direction along the wall surface of the cylinder 2 to promote the generation of swirl. On the other hand, the second intake port 42 is connected to the cylinder 2
It is directed toward the center side rather than the direction along the inner wall surface of.

【００２３】上記第１吸気ポート４１および第２吸気ポ
ート４２には、それぞれ第１吸気弁４３および第２吸気
弁４４が設置されるとともに、この第１吸気弁４３およ
び第２吸気弁４４の駆動部には、そのリフトを調節する
リフト量調節機構４５，４６がそれぞれ設けられてい
る。なお、上記燃焼室４の一方の側には、第１排気ポー
ト４７と第２排気ポート４８とが設けられている。A first intake valve 43 and a second intake valve 44 are installed in the first intake port 41 and the second intake port 42, respectively, and the first intake valve 43 and the second intake valve 44 are driven. Lift amount adjusting mechanisms 45 and 46 for adjusting the lift are respectively provided in the section. A first exhaust port 47 and a second exhaust port 48 are provided on one side of the combustion chamber 4.

【００２４】そして、エンジンの運転状態に応じて上記
リフト量調節機構４５，４６が制御され、図３（ａ）に
示すように、第１吸気弁４３のリフト量ＩｎＬ１が、第
２吸気弁４４のリフト量ＩｎＬ２に比べて大きな値に設
定されることにより、第１吸気ポート４１から燃焼室４
内に導入される多量の吸気によって強い吸気スワールが
生成される。一方、図３（ｂ）に示すように、上記第１
吸気弁４３のリフト量ＩｎＬ１に比べて、第２吸気弁４
４のリフト量ＩｎＬ２が大きな値に設定されることによ
り、上記吸気スワールが弱められることになる。図３
（ａ），（ｂ）において、ＥｘＬは、排気弁のリフト量
である。Then, the lift amount adjusting mechanisms 45 and 46 are controlled according to the operating state of the engine, and as shown in FIG. 3A, the lift amount InL1 of the first intake valve 43 is changed to the second intake valve 44. Is set to a value larger than the lift amount InL2 of the combustion chamber 4 from the first intake port 41.
A strong intake swirl is generated by the large amount of intake air introduced into the inside. On the other hand, as shown in FIG.
Compared with the lift amount InL1 of the intake valve 43, the second intake valve 4
By setting the lift amount InL2 of 4 to a large value, the intake swirl is weakened. Figure 3
In (a) and (b), ExL is the lift amount of the exhaust valve.

【００２５】なお、上記リフト量調節機構４５，４６を
備えた上記実施形態に代え、第２吸気ポート４１に連通
する側の吸気通路に設けられたスワール弁の開度を調節
することにより、吸気スワールの強度を制御するように
してもよい。It should be noted that instead of the above-described embodiment in which the lift amount adjusting mechanisms 45 and 46 are provided, the opening degree of the swirl valve provided in the intake passage on the side communicating with the second intake port 41 is adjusted so that the intake air is increased. The strength of the swirl may be controlled.

【００２６】また、エンジン本体１に接続された排気通
路２０の上流端部は、各気筒２毎に分岐し、この分岐部
がそれぞれ排気ポートを介して各気筒２の燃焼室４に接
続されている。上記排気通路２０には、その上流側から
順に、排気流により回転駆動されるタービン２１と、排
気ガス中の少なくともＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ
浄化触媒２２と、このＮＯｘ浄化触媒２２を通過した排
気ガス中のＯ2濃度を検出するＯ2センサ１９とが配設さ
れている。The upstream end of the exhaust passage 20 connected to the engine body 1 is branched for each cylinder 2, and the branched portion is connected to the combustion chamber 4 of each cylinder 2 through the exhaust port. There is. In the exhaust passage 20, a turbine 21 that is rotationally driven by the exhaust flow and an NOx that reduces and purifies at least NOx in the exhaust gas in this order from the upstream side.
A purification catalyst 22 and an O 2 sensor 19 that detects the O 2 concentration in the exhaust gas that has passed through the NOx purification catalyst 22 are provided.

【００２７】上記ＮＯｘ浄化触媒２２は、排気の流れ方
向に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハ
ニカム構造に形成されたコージュライト製担体を備え、
その各貫通孔壁面に触媒層を２層に形成したものであ
る。具体的には、白金（Ｐｔ）と、ロジウム（Ｒｈ）と
が、多孔質材であるＭＦＩ型ゼオライト（ＺＳＭ５）等
をサポート材として担持されることにより上記触媒層が
形成されている。そして、上記ＮＯｘ浄化触媒２２は、
所定温度領域で、排気ガス中の還元剤とＮＯｘとを反応
させることにより、ＮＯｘを還元して浄化するように構
成されている。The NOx purification catalyst 22 includes a cordierite carrier formed in a honeycomb structure having a large number of through holes extending in parallel with each other in the exhaust flow direction,
Two catalyst layers are formed on the wall surface of each through hole. Specifically, the catalyst layer is formed by supporting platinum (Pt) and rhodium (Rh) with a porous material such as MFI zeolite (ZSM5) as a support material. Then, the NOx purification catalyst 22 is
By reacting the reducing agent in the exhaust gas with NOx in a predetermined temperature range, the NOx is reduced and purified.

【００２８】なお、排気ガスの酸素過剰雰囲気でＮＯｘ
を化学吸着または化学結合により吸着するとともに、酸
素濃度の低下に伴って吸着したＮＯｘを脱離するＮＯｘ
吸着材を備え、このＮＯｘ吸着材から脱離したＮＯｘを
貴金属の触媒作用により還元して浄化するように構成さ
れたＮＯｘ吸着触媒からなるＮＯｘ浄化触媒２２を排気
通路２０に設置してもよい。It should be noted that NOx is used in the oxygen excess atmosphere of the exhaust gas.
NOx that adsorbs NOx by chemisorption or chemical bonding and desorbs NOx adsorbed as the oxygen concentration decreases.
A NOx purification catalyst 22 including an adsorbent and configured to reduce and purify NOx desorbed from the NOx adsorbent by the catalytic action of a noble metal may be installed in the exhaust passage 20.

【００２９】また、吸気通路１０に配設された上記ブロ
ワ１１と、排気通路２０に配設された上記タービン２１
とにより、排気通路２０のノズル断面積が変化するバリ
アブルジオメトリーターボ（ＶＧＴ）からなるターボ過
給機２５が構成されている。このターボ過給機２５に
は、そのノズル断面積を変化させるためのダイヤフラム
式アクチュエータ３０と、このダイヤフラム式アクチュ
エータ３０の負圧を制御するための電磁弁３１とが設け
られている。The blower 11 arranged in the intake passage 10 and the turbine 21 arranged in the exhaust passage 20.
Thus, the turbocharger 25 that is a variable geometry turbo (VGT) in which the nozzle cross-sectional area of the exhaust passage 20 changes is configured. The turbocharger 25 is provided with a diaphragm type actuator 30 for changing the nozzle cross-sectional area and a solenoid valve 31 for controlling the negative pressure of the diaphragm type actuator 30.

【００３０】上記排気通路２０には、排気ガスの一部を
吸気通路１０に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通
路という）２３が、タービン２１の上流側部に接続され
ている。そして、上記ＥＧＲ通路２３の下流端は、上記
吸気絞り弁１４の下流側において吸気通路１０に接続さ
れるとともに、上記ＥＧＲ通路２３の下流側には、弁開
度が調節可能に構成された負圧作動式の排気還流量調節
弁（以下ＥＧＲ弁という）２４が配設され、このＥＧＲ
弁２４と、上記ＥＧＲ通路２３とにより排気ガス環流手
段３３が構成されている。An exhaust gas recirculation passage (hereinafter referred to as an EGR passage) 23 for recirculating a part of exhaust gas to the intake passage 10 is connected to the upstream side of the turbine 21 in the exhaust passage 20. The downstream end of the EGR passage 23 is connected to the intake passage 10 on the downstream side of the intake throttle valve 14, and the valve opening degree is adjustable on the downstream side of the EGR passage 23. A pressure-operated exhaust gas recirculation amount control valve (hereinafter referred to as an EGR valve) 24 is provided and
The valve 24 and the EGR passage 23 constitute exhaust gas recirculation means 33.

【００３１】上記ＥＧＲ弁２４は、図示を省略した弁本
体がスプリングによって閉方向に付勢されるとともに、
ダイヤフラム式アクチュエータ２４ａにより開方向に駆
動されることにより、ＥＧＲ通路２３の開度をリニアに
調節するように構成されている。すなわち、上記ダイヤ
フラム式アクチュエータ２４ａには、負圧通路２７が接
続されるとともに、この負圧通路２７が負圧制御用の電
磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接
続されている。そして、上記電磁弁２８が負圧通路２７
を連通または遮断することにより、ＥＧＲ弁駆動用の負
圧が調節されてＥＧＲ弁２４が開閉駆動されるようにな
っている。また、上記ＥＧＲ弁２４の設置部には、その
弁本体の位置を検出するリフトセンサ２６が設けられて
いる。In the EGR valve 24, a valve body (not shown) is biased in the closing direction by a spring, and
The opening degree of the EGR passage 23 is linearly adjusted by being driven in the opening direction by the diaphragm type actuator 24a. That is, a negative pressure passage 27 is connected to the diaphragm actuator 24a, and this negative pressure passage 27 is connected to a vacuum pump (negative pressure source) 29 via a solenoid valve 28 for negative pressure control. . Then, the solenoid valve 28 is connected to the negative pressure passage 27.
The negative pressure for driving the EGR valve is adjusted by opening or closing the valve so that the EGR valve 24 is opened and closed. In addition, a lift sensor 26 that detects the position of the valve body is provided at the installation portion of the EGR valve 24.

【００３２】上記燃料噴射弁５、高圧供給ポンプ８、吸
気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４およびターボ過給機２５等
は、後述するエンジンコントロールユニット（以下ＥＣ
Ｕという）３５から出力される制御信号に応じて作動状
態が制御されるように構成されている。また、上記ＥＣ
Ｕ３５には、圧力センサ６ａの出力信号と、クランク角
センサ９の出力信号と、エアフローセンサ１１の出力信
号と、水温センサ１８の出力信号と、運転者によって操
作されるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセ
ンサ３２の出力信号とが入力されるようになっている。The fuel injection valve 5, the high pressure supply pump 8, the intake throttle valve 14, the EGR valve 24, the turbocharger 25, etc. are provided in an engine control unit (hereinafter referred to as EC
The operation state is controlled in accordance with a control signal output from U) 35. Also, the above EC
U35 detects the output signal of the pressure sensor 6a, the output signal of the crank angle sensor 9, the output signal of the air flow sensor 11, the output signal of the water temperature sensor 18, and the operation amount of the accelerator pedal operated by the driver. The output signal of the accelerator sensor 32 is input.

【００３３】上記ＥＣＵ３５は、燃料噴射弁５から主噴
射された燃料を少なくとも膨張行程の前半で主燃焼させ
てエンジンの要求トルクが得られるように制御する主噴
射制御手段からなる主燃焼制御手段３６と、燃焼室４内
における酸素濃度の分布状態を判別する分布判別手段３
７と、上記燃料の主噴射後に燃料を後噴射して後燃焼さ
せるように制御する後噴射制御手段からなる後燃焼制御
手段３８とを有している。The ECU 35 controls the main injection control means 36 to control the main injection of fuel injected from the fuel injection valve 5 so that the required torque of the engine is obtained by main combustion in at least the first half of the expansion stroke. And a distribution discriminating means 3 for discriminating the distribution state of the oxygen concentration in the combustion chamber 4.
7 and a post-combustion control means 38 including a post-injection control means for controlling the post-injection and post-combustion of the fuel after the main injection of the fuel.

【００３４】上記主燃焼制御手段３６は、エンジンの運
転状態に応じて上記燃料噴射弁５から噴射される燃料の
主噴射量を設定するとともに、この燃料の主噴射時期
を、吸気行程から膨張行程までの所定時期、例えば圧縮
上死点近傍に設定して少なくとも膨張行程の前半で上記
主噴射された燃料を主燃焼させ、かつ上記高圧供給ポン
プ８によって調節されるコモンレール圧、つまり燃料の
噴射圧力を制御し、さらに上記吸気絞り弁１４によって
調節される吸気量を制御する等により、エンジンの要求
出力が得られるように制御するものである。なお、上記
燃料の主噴射を、吸気行程から圧縮工程上死点までの間
の所定時期と、圧縮行程上死点付近から膨張行程初期ま
での間の所定時期との少なくとも二回に分けて行うよう
にようにしてもよい。The main combustion control means 36 sets the main injection amount of the fuel injected from the fuel injection valve 5 in accordance with the operating state of the engine, and changes the main injection timing of this fuel from the intake stroke to the expansion stroke. Up to a predetermined time, for example, near the compression top dead center to cause main combustion of the main injected fuel at least in the first half of the expansion stroke, and the common rail pressure adjusted by the high pressure supply pump 8, that is, the fuel injection pressure. Is controlled and the amount of intake air adjusted by the intake throttle valve 14 is controlled to obtain the required output of the engine. The main injection of the fuel is performed at least twice in a predetermined time period from the intake stroke to the top dead center of the compression stroke and a predetermined time from the vicinity of the top dead center of the compression stroke to the beginning of the expansion stroke. You may do like this.

【００３５】上記分布判別手段３７は、例えば上記クラ
ンク角センサ９の出力信号に応じて検出されたエンジン
回転数と、上記アクセルセンサ３２の出力信号に応じて
検出されたエンジン負荷とに基づき、予め行われた実験
により求められたデータに応じて設定されたマップか
ら、スワール強度に関する値、例えばスワール比を読み
出すことにより、現在の運転状態に対応したスワールの
状態を推定するとともに、このスワールの状態に基づい
て燃焼室４内における酸素濃度の分布状態を判別し、こ
の判別信号を後燃焼制御手段３８に出力するように構成
されている。The distribution discriminating means 37 is based on, for example, the engine speed detected according to the output signal of the crank angle sensor 9 and the engine load detected according to the output signal of the accelerator sensor 32 in advance. From the map set according to the data obtained by the experiment conducted, by reading the value related to the swirl strength, for example, the swirl ratio, the state of the swirl corresponding to the current operating state is estimated and the state of this swirl is estimated. The distribution state of the oxygen concentration in the combustion chamber 4 is determined based on the above, and this determination signal is output to the post combustion control means 38.

【００３６】上記スワール比とは、一般的には燃焼室４
内における混合気（吸入空気）の横渦の旋回数をエンジ
ン回転数で割った値で定義される値である。The above swirl ratio generally means the combustion chamber 4
It is a value defined by a value obtained by dividing the number of lateral vortices of the air-fuel mixture (intake air) inside by the engine speed.

【００３７】そして、混合気の横渦の旋回数は、例えば
図４に示すようなボア径がＤであるエンジンにおいて
は、シリンダヘッド下面Ｆ１ から１．７５Ｄの距離だ
け下方の位置Ｆ２ にインパルススワールメータ８０を
配置し、このインパルススワールメータ８０に作用する
トルク（インパルススワールメータトルク）を検出し、
このインパルススワールメータトルクに基づいてよく知
られた手法で算出する。なお、図４において、Ｆ３ は
下死点位置にあるピストン３の頂面を示している。The number of swirling lateral vortices of the air-fuel mixture is, for example, in an engine having a bore diameter D as shown in FIG. 4, an impulse swirl at a position F2 below the cylinder head lower surface F1 by a distance of 1.75D. A meter 80 is arranged to detect the torque (impulse swirl meter torque) acting on the impulse swirl meter 80,
It is calculated by a well-known method based on this impulse swirl meter torque. In FIG. 4, F3 represents the top surface of the piston 3 at the bottom dead center position.

【００３８】インパルススワールメータトルクは、次の
ような手順で測定する。すなわち、上記Ｆ２ の位置に
インパルススワールメータ８０を配置し、ピストン頂面
に作用するスワールのエネルギーをインパルススワール
メータ８０で再現させることによって、通常時において
ピストン頂面付近にどの程度の旋回エネルギーが存在す
るかを測定する。インパルススワールメータ８０は多数
のハニカムを備えていて、インパルススワールメータ８
０にスワールが作用すると、各ハニカムにそれぞれスワ
ール流れ方向の力が作用し、各ハニカムにかかる力を積
算することによって全体に作用するインパルススワール
メータトルクＧを算出する。The impulse swirl meter torque is measured by the following procedure. That is, by arranging the impulse swirl meter 80 at the position of F2 and reproducing the energy of the swirl acting on the piston top surface with the impulse swirl meter 80, how much turning energy exists in the vicinity of the piston top surface under normal conditions. Measure what to do. The impulse swirl meter 80 is equipped with a large number of honeycombs.
When the swirl acts on 0, a force in the swirl flow direction acts on each honeycomb, and the impulse swirl meter torque G acting on the whole is calculated by integrating the forces applied to each honeycomb.

【００３９】より詳しくは、吸気弁が開いてから下死点
までの期間は燃焼室４内に混合気が吸入されていると仮
定した場合、この期間中は混合気が燃焼室４の内周面に
沿って旋回し、その旋回速度が下死点位置で最大とな
る。従って、吸気弁が開き始めてから下死点までの各ク
ランク各毎の角運動量を積算すれば、スワール比が求ま
ることになる。かかる知見に基づいて、本例において
は、スワール比Ｓｒを次の(1)式及び(2)式により算出す
るようにしている。More specifically, if it is assumed that the air-fuel mixture is being sucked into the combustion chamber 4 during the period from the opening of the intake valve to the bottom dead center, the air-fuel mixture will be in the inner circumference of the combustion chamber 4 during this period. It turns along a plane, and its turning speed becomes maximum at the bottom dead center position. Therefore, the swirl ratio can be obtained by integrating the angular momentum of each crank from the start of opening of the intake valve to the bottom dead center. Based on this knowledge, in this example, the swirl ratio Sr is calculated by the following equations (1) and (2).

【００４０】 Ｓr＝ηv・[Ｄ・Ｓ・∫(cf・Ｎr・dα)]／[ｎ・ｄ２・(∫cf・dα) ２] ……(1) Ｎr＝８・Ｇ／(Ｍ・Ｄ・Ｖ０) ……(2) ただし、Ｓrはスワール比、ηvは体積効率（ηv＝
１）、Ｄはボア径、Ｓはストローク、ｎは吸気弁数、ｄ
はスロート径、ｃｆは各バルブリフトに対する流量係
数、Ｎrは各バルブリフトに対する無次元リグスワール
値、αはクランク角、Ｇはインパルススワールメータト
ルク、Ｍは吸気行程中にシリンダ内に充填された空気の
質量、Ｖ０は速度ヘッドである。Sr = ηv ・ [D ・ S ・ ∫ (cf ・ Nr ・ dα)] / [n ・ d2 ・ (∫cf ・ dα) 2] (1) Nr = 8 ・ G / (M ・ D・ V0) (2) where Sr is the swirl ratio and ηv is the volumetric efficiency (ηv =
1), D is the bore diameter, S is the stroke, n is the number of intake valves, d
Is the throat diameter, cf is the flow coefficient for each valve lift, Nr is a dimensionless rig swirl value for each valve lift, α is the crank angle, G is the impulse swirl meter torque, and M is the air charged in the cylinder during the intake stroke. Mass, V0, is the velocity head.

【００４１】なお、上記(2)式は、次のような手順で導
き出される。The above equation (2) is derived by the following procedure.

【００４２】 Ｇ＝Ｉ・ωr ……(3) Ｉ＝Ｍ・Ｄ２／８ ……(4) (4)を(3)に代入 Ｇ＝Ｍ・Ｄ２・ωr／８ ……(5) (5)より Ｄ・ωr＝８・Ｇ／(Ｍ・Ｄ) ……(6) ところで Ｎr＝Ｄ・ωr／Ｖ０ ……(7) (6)を(7)に代入 Ｎr＝８・Ｇ／(Ｍ・Ｄ・Ｖ０) ただし、Ｉは吸気行程終期（ピストン下死点）における
シリンダ内の空気の慣性モーメント、ωrはリグスワー
ル値である。G = I · ωr …… (3) I = M · D2 / 8 …… (4) Substituting (4) into (3) G = M · D2 · ωr / 8 …… (5) (5) ) From D ・ ωr = 8 ・ G / (M ・ D) …… (6) By the way, Nr = D ・ ωr / V0 …… (7) (6) is substituted into (7) Nr = 8 ・ G / (M -D-V0) However, I is the moment of inertia of the air in the cylinder at the end of the intake stroke (bottom dead center of the piston), and ωr is the rig swirl value.

【００４３】上記後燃焼制御手段３８は、燃料噴射弁５
から主噴射された燃料の主燃焼の規模や、燃焼室４内の
酸素量とスワールとの関係に応じて上記主噴射に対応し
た燃料の主燃焼状態が変化するため、この主燃焼状態、
つまり燃焼室４内における酸素濃度の分布に基づいて、
酸素濃度が比較的に濃い空間で後噴射による後燃焼が行
われるように、上記燃料の後噴射時期を制御するもので
ある。The post-combustion control means 38 includes the fuel injection valve 5
Since the main combustion state of the fuel corresponding to the main injection changes according to the scale of the main combustion of the main injected fuel from the above and the relationship between the amount of oxygen in the combustion chamber 4 and the swirl, this main combustion state,
That is, based on the distribution of oxygen concentration in the combustion chamber 4,
The post-injection timing of the fuel is controlled so that post-combustion by post-injection is performed in a space where the oxygen concentration is relatively high.

【００４４】例えば、上記ＮＯｘ還元触媒からなるＮＯ
ｘ浄化触媒２２が活性温度領域にあってＮＯｘの浄化を
行う場合、またはＮＯｘ吸着触媒のＮＯｘ吸着材からＮ
Ｏｘが脱離する運転状態にある場合に、上記燃料の主噴
射後で圧縮行程上死点後のクランク角（ＣＡ）にして３
０°〜６０°の範囲内における所定時期に燃料を後噴射
することにより、上記燃料の主噴射による主燃焼が終了
した時点以後の５°〜１０°ＣＡの時期に、後噴射され
た燃料を後燃焼させて後燃焼排気通路２０に導出される
ＨＣ等からなる還元剤量を増量する制御が、上記後燃焼
制御手段３８において実行されるように構成されてい
る。For example, NO composed of the above NOx reduction catalyst
When the x purification catalyst 22 is in the active temperature range and purifies NOx, or when the NOx adsorbent of the NOx adsorption catalyst is changed to N
In the operating state in which Ox is desorbed, the crank angle (CA) after the top dead center of the compression stroke after the main injection of the fuel is set to 3
By post-injecting the fuel at a predetermined time within the range of 0 ° to 60 °, the post-injected fuel is injected at the time of 5 ° to 10 ° CA after the main combustion by the main injection of the fuel is completed. The post-combustion control means 38 is configured to execute the control for increasing the amount of the reducing agent such as HC that is discharged to the post-combustion exhaust passage 20 after the post-combustion.

【００４５】上記エンジンの排気浄化装置において実行
される制御動作を、図５に示すフローチャートに基づい
て説明する。上記制御動作がスタートすると、まず上記
各センサによって検出されたデータを入力した後（ステ
ップＳ１）、エンジンの要求トルクに対応した燃料の主
噴射量Ｑｍおよび主噴射時期Ｉｍを予め設定したマップ
から読み出して設定する（ステップＳ２）。The control operation executed in the engine exhaust purification system will be described with reference to the flow chart shown in FIG. When the control operation is started, first, the data detected by the sensors are input (step S1), and then the main injection amount Qm of fuel and the main injection timing Im corresponding to the required torque of the engine are read from a preset map. Are set (step S2).

【００４６】その後、上記燃料の後噴射を行う条件が成
立したか否か、つまり上記ＮＯｘ浄化触媒２２によるＮ
Ｏｘの浄化を行うために、排気通路２０に導出されるＨ
Ｃ量を増大させる運転状態にあるか否かを判定する（ス
テップＳ３）。Thereafter, it is determined whether or not the condition for performing the post-injection of the fuel is satisfied, that is, the N by the NOx purification catalyst 22 is increased.
H discharged to the exhaust passage 20 for purifying Ox
It is determined whether or not the driving state is such that the C amount is increased (step S3).

【００４７】上記ステップＳ３でＹＥＳと判定された場
合には、予め設定されたマップからエンジンの運転状態
に対応した燃料の後噴射量Ｑｐを読み出して設定すると
ともに（ステップＳ４）、上記主噴射の燃焼規模等に対
応した後噴射の基準時期Ｉｐｏを予め設定されたマップ
から読み出して設定する（ステップＳ５）。If YES is determined in step S3, the post-injection amount Qp of the fuel corresponding to the engine operating condition is read from the preset map and is set (step S4), and the main injection of the main injection is performed. The post injection reference timing Ipo corresponding to the combustion scale and the like is read out from a preset map and set (step S5).

【００４８】上記後噴射の基準時期Ｉｐｏを設定するた
めのマップは、図６に示すように、上記燃料の主噴射量
Ｑｍと、エンジン回転数Ｎｅとをパラメータとして設定
され、燃料噴射量Ｑｍが多く、かつエンジン回転数Ｎｅ
が高いほど、上記後噴射の基準時期Ｉｐｏが遅角される
ように設定されている。なお、上記基準時期Ｉｐｏを設
定するためのマップは、上記スワール強度に関する値が
一定であることを条件として作成されている。As shown in FIG. 6, the map for setting the reference time Ipo for the post-injection is set with the main injection amount Qm of the fuel and the engine speed Ne as parameters, and the fuel injection amount Qm is set as follows. Many and engine speed Ne
Is set to be higher, the reference timing Ipo of the post-injection is set to be retarded. The map for setting the reference time Ipo is created on condition that the value relating to the swirl intensity is constant.

【００４９】次いで、上記分布判別手段３７において、
エンジン回転数、エンジン負荷およびスワール生成弁開
度に基づき、燃焼室４内におけるスワール強度に関する
値であるスワール比を推定し、これにより後噴射時期と
酸素濃度部分とに関する図１１のマップから、酸素濃度
分布を推定した後（ステップＳ６）、この酸素濃度分布
に基づいて上記後噴射時期の基準時期Ｉｐｏを、後述す
るように必要に応じて補正することにより、最終的な後
噴射時期Ｉｐを設定し（ステップＳ７）、燃料の噴射時
期となった時点で、設定量Ｑｍ，Ｑｐの燃料を噴射する
燃料の噴射制御を実行する（ステップＳ８）。Then, in the distribution discriminating means 37,
The swirl ratio, which is a value related to the swirl intensity in the combustion chamber 4, is estimated based on the engine speed, the engine load, and the swirl generation valve opening degree, and the oxygen in the map of FIG. After the concentration distribution is estimated (step S6), the final post-injection timing Ip is set by correcting the reference timing Ipo of the post-injection timing based on the oxygen concentration distribution as needed as described later. Then, (step S7), at the time when the fuel injection timing comes, the fuel injection control for injecting the set amount Qm, Qp of fuel is executed (step S8).

【００５０】上記のように燃料噴射弁５から主噴射され
た燃料の主焼の規模および燃焼室４内に吸入された酸素
量等に応じて変化するとともに、燃焼室４内におけるス
ワールの状態に対応して変化する燃焼室４内の酸素濃度
の分布状態に基づいて、上記後燃焼の開始時期を適正時
期に制御することにより、煤の排出量が増大するのを効
果的に防止することができる。As described above, it changes according to the scale of the main combustion of the fuel mainly injected from the fuel injection valve 5 and the amount of oxygen sucked into the combustion chamber 4, and the swirl state in the combustion chamber 4 changes. By controlling the start timing of the post-combustion at an appropriate timing based on the distribution state of the oxygen concentration in the combustion chamber 4 which changes correspondingly, it is possible to effectively prevent the soot emission amount from increasing. it can.

【００５１】すなわち、図８に示すように、６ポートタ
イプの燃料噴射弁５から燃焼室４内の６方向に向けて燃
料Ａ０１〜Ａ０６が主噴射された場合、これ主噴射領域
に対応する燃料の主燃焼領域Ａ１〜Ａ６は、図９，図１
０に示すように、燃焼室４内において拡散するととも
に、スワールＢの影響を受けて燃焼室４内を旋回するよ
うに移動する。そして、図９に示すように、上記主燃焼
領域Ａ１〜Ａ６に対応した酸素濃度が低い部分に燃料Ｃ
が後噴射されると、燃料の拡散燃焼が継続されて煤の排
出量が増大する。これに対して図１０に示すように、上
記燃料の非燃焼領域に対応した酸素濃度が高い部分に向
けて燃料Ｃが後噴射されるように、燃料の後噴射時期を
設定すると、燃焼室４内に存在する煤と酸素とを充分に
混合した状態で、上記後噴射された燃料を後燃焼させる
ことにより、煤の排出量を効果的に減少させることがで
きる。That is, as shown in FIG. 8, when the fuels A01 to A06 are main-injected from the 6-port type fuel injection valve 5 in the six directions in the combustion chamber 4, the fuel corresponding to the main injection region is supplied. The main combustion regions A1 to A6 of FIG.
As shown by 0, while diffusing in the combustion chamber 4, it is swirled in the combustion chamber 4 under the influence of the swirl B. Then, as shown in FIG. 9, the fuel C is added to a portion having a low oxygen concentration corresponding to the main combustion regions A1 to A6.
Is post-injected, the diffusion combustion of the fuel is continued and the soot emission amount increases. On the other hand, as shown in FIG. 10, when the fuel post-injection timing is set so that the fuel C is post-injected toward the portion where the oxygen concentration is high corresponding to the non-combustion region of the fuel, the combustion chamber 4 The soot emission amount can be effectively reduced by post-combusting the post-injected fuel in a state where the soot and oxygen existing therein are sufficiently mixed.

【００５２】上記主燃焼後における酸素濃度の分布状態
に対応した後噴射時期、つまり燃料噴射弁５の噴射口か
ら後噴射された燃料が高酸素濃度の空間に噴射されてい
るか、低酸素濃度の空間に噴射されているかは、図１１
に示すように、圧縮上死点ＡＴＤＣからのクランク角度
ＣＡと、スワール強度とをパラメータとしてマップ化す
ることができるため、上記のようにエンジンの運転状態
に基づいて設定された後噴射時期の基準時期Ｉｐｏを、
スワール強度に基づいて図１１のマップ上にプロットし
たときに、後噴射タイミングが、酸素濃度の低い部分
（図１１のハッチングで示す部分）に位置することにな
る場合には、この酸素濃度の低い部分を避けるように、
上記後噴射時期Ｉｐを、例えば矢印に示すように遅らせ
る方向に補正することにより、上記主燃焼領域Ａに対応
した酸素濃度が低い部分に燃料が後噴射されるのを防止
することができる。The post-injection timing corresponding to the distribution state of the oxygen concentration after the main combustion, that is, whether the fuel post-injected from the injection port of the fuel injection valve 5 is injected into the space of high oxygen concentration or of low oxygen concentration Whether it is being injected into the space is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, since the crank angle CA from the compression top dead center ATDC and the swirl intensity can be mapped as parameters, the reference of the post-injection timing set based on the operating state of the engine as described above. When Ipo
When it is plotted on the map of FIG. 11 based on the swirl intensity, when the post-injection timing is located in a portion where the oxygen concentration is low (hatched portion in FIG. 11), this oxygen concentration is low. So as to avoid the parts
By correcting the post-injection timing Ip so as to delay it, for example, as shown by the arrow, it is possible to prevent the fuel from being post-injected into the portion having a low oxygen concentration corresponding to the main combustion region A.

【００５３】図１１に示すマップは、エンジン回転数
と、燃焼室４内に吸入される酸素量等とをパラメータと
するエンジンの運転状態に対応したものが各種のものが
予め設定され、その中から現在の運転状態に対応したマ
ップが選択されて使用されるようになっている。例え
ば、エンジン回転数が高い場合には、エンジン回転数が
低い場合に比べ、上記酸素濃度の高い部分と低い部分と
の間隔が短く設定されたマップが選択されて使用され
る。The map shown in FIG. 11 is preset with various maps corresponding to the operating state of the engine with the engine speed and the amount of oxygen sucked into the combustion chamber 4 as parameters. The map corresponding to the current driving state is selected and used. For example, when the engine speed is high, a map in which the interval between the high oxygen concentration portion and the low oxygen concentration portion is set shorter than that when the engine speed is low is selected and used.

【００５４】上記のように分布判別手段３７により推定
されたスワールの状態に基づいて燃焼室４内における酸
素濃度の分布状態を判別し、酸素濃度の高い部分に向け
て燃料を後噴射するように燃料の後噴射時期を設定する
ように構成した場合には、主噴射による拡散燃焼が継続
する部分に燃料が後噴射されることに起因して煤の排出
量が増大するのを防止するとともに、燃料の後噴射時期
を極力早めることによって燃費の悪化を防止しつつ、燃
焼室４内に存在する煤と酸素とを充分に混合した状態
で、上記後噴射された燃料を後燃焼させて煤の排出量を
効果的に減少させることができるという利点がある。The distribution state of the oxygen concentration in the combustion chamber 4 is discriminated based on the state of the swirl estimated by the distribution discriminating means 37 as described above, and the fuel is post-injected toward the portion where the oxygen concentration is high. When it is configured to set the post-injection timing of the fuel, it is possible to prevent the soot emission amount from increasing due to the post-injection of the fuel to the portion where the diffusion combustion by the main injection continues, While preventing the deterioration of fuel efficiency by advancing the post-injection timing of fuel as much as possible, the so-called post-injected fuel is post-combusted in a state where the soot and oxygen existing in the combustion chamber 4 are sufficiently mixed. There is an advantage that the emission amount can be effectively reduced.

【００５５】上記燃料の後噴射時期と、煤の発生量との
対応関係を調べるために、燃料の主噴射後で圧縮上死点
後のクランク角（ＣＡ）にして３°〜４０°の範囲内で
燃料の後噴射時期を種々に変化させて煤の発生量を測定
する実験を行ったところ、図１２に示すように、後噴射
時期に応じて煤の発生量が顕著に変動することが確認さ
れた。つまり、ａ1、ａ2の状態では図９に示すような燃
焼状態となり、ｂ1、ｂ2、ｂ3の状態では図１０に示す
ような燃焼状態となっているものと推測される。このデ
ータからも、上記燃料の後噴射時期を適正時期に設定す
ることにより、煤の発生量を効果的に低減できることが
わかる。In order to investigate the correspondence between the post injection timing of the fuel and the soot generation amount, the crank angle (CA) after the compression top dead center after the main injection of the fuel is in the range of 3 ° to 40 °. As a result of an experiment in which the soot generation amount was measured by variously changing the post-injection timing of fuel, as shown in FIG. 12, the soot generation amount remarkably fluctuates depending on the post-injection timing. confirmed. That is, it is presumed that the combustion states shown in FIG. 9 are obtained in the states a 1 and a 2 , and the combustion states shown in FIG. 10 are obtained in the states b 1 , b 2 and b 3 . From this data as well, it can be seen that the amount of soot generated can be effectively reduced by setting the post-injection timing of the fuel to an appropriate timing.

【００５６】なお、上記のようにエンジンの運転状態に
設定された後噴射時期の基準時期Ｉｐｏを、スワール強
度に基づいて補正するように構成された上記実施形態に
代え、図１２に示すように、スワールの強度と、圧縮上
死点ＡＴＤＣからのクランク角度ＣＡとをパラメータと
するマップに設けられた酸素濃度の領域αから、上記酸
素濃度分布を予め考慮した後噴射時期Ｉｐを、エンジン
の運転状態に応じて予めマップ化しておき、このマップ
から燃料の後噴射時期Ｉｐを直接読み出して設定するよ
うに構成してもよい。As shown in FIG. 12, the reference timing Ipo of the post-injection timing set to the operating state of the engine as described above is replaced with the above embodiment configured to be corrected based on the swirl intensity. , The swirl intensity and the crank angle CA from the compression top dead center ATDC are used as parameters for the oxygen concentration region α provided in the map. A map may be created in advance according to the state, and the post-injection timing Ip of the fuel may be directly read from this map and set.

【００５７】また、上記圧縮上死点ＡＴＤＣからのクラ
ンク角（ＣＡ）として燃料の後噴射時期を設定するよう
に構成された上記実施形態に代え、タイマーに基づいて
設定される時間に応じて上記燃料の後噴射時期を設定し
てもよく、この場合には、燃料の主噴射後で圧縮行程上
死点後の所定時期に上記燃料の後噴射を行うことによ
り、燃費を悪化させることなく、大気中への煤の放出を
効果的に防止することができる。Further, instead of the above-described embodiment in which the fuel post-injection timing is set as the crank angle (CA) from the compression top dead center ATDC, the above-mentioned operation is performed according to the time set based on the timer. The post-injection timing of the fuel may be set, and in this case, the post-injection of the fuel is performed at a predetermined time after the top dead center of the compression stroke after the main injection of the fuel, without deteriorating the fuel efficiency. It is possible to effectively prevent the release of soot into the atmosphere.

【００５８】なお、上記実施形態では、燃焼室４内に燃
料を直接噴射する直噴式ディーゼルエンジンについて本
発明を適用した例について説明したが、理論空燃比より
も薄い混合気を燃焼させるリーンバーン運転を行う直噴
式ガソリンエンジンについても本発明を適用可能であ
る。この場合には、燃焼室４内における酸素濃度の分布
状態に基づき、後噴射された燃料の点火時期を設定し、
燃料の主噴射によって燃焼室４内で発生した拡散燃焼の
終了時点の近傍で、上記後燃焼を生じさせる制御を、後
燃焼制御手段３８において実行することにより、煤の発
生を抑制して大気中に排出される煤の量を効果的に低減
することができる。In the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the direct injection type diesel engine in which the fuel is directly injected into the combustion chamber 4 has been described. However, the lean burn operation for burning the air-fuel mixture thinner than the stoichiometric air-fuel ratio is performed. The present invention is also applicable to a direct injection gasoline engine that performs the above. In this case, the ignition timing of the post-injected fuel is set based on the distribution state of the oxygen concentration in the combustion chamber 4,
By executing the control for causing the above-mentioned post-combustion in the post-combustion control means 38 in the vicinity of the end point of the diffusion combustion generated in the combustion chamber 4 by the main injection of the fuel, the generation of soot is suppressed to the atmosphere. It is possible to effectively reduce the amount of soot discharged to the air.

【００５９】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、燃焼室
内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁から
主噴射された燃料を少なくとも膨張行程の前半で主燃焼
させてエンジンの要求トルクが得られるように制御する
主燃焼制御手段と、上記主噴射後に上記燃料噴射弁から
噴射された燃料を後燃焼させるように制御する後燃焼制
御手段と、燃焼室内における酸素濃度の分布状態を判別
する分布判別手段とを備え、分布判別手段により判別さ
れた酸素濃度の分布状態に基づいて、上記後燃焼の開始
時期を設定するように構成したため、煤の発生を抑制し
て大気中への煤の放出量を効果的に低減して排気ガスを
浄化できるという利点がある。As described above, according to the present invention, the fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber and the main injection of fuel from the fuel injection valve are mainly burned at least in the first half of the expansion stroke. Main combustion control means for controlling so as to obtain the required torque, post-combustion control means for controlling so that the fuel injected from the fuel injection valve is post-combusted after the main injection, and the distribution state of oxygen concentration in the combustion chamber It is configured to set the start time of the above-mentioned post-combustion based on the distribution state of the oxygen concentration determined by the distribution determination means, and suppresses the generation of soot into the atmosphere. There is an advantage that the emission amount of soot can be effectively reduced and exhaust gas can be purified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係るエンジンの排気浄化装置の実施形
態を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of an engine exhaust gas purification apparatus according to the present invention.

【図２】燃焼室構造を示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing a combustion chamber structure.

【図３】バルブリフト量を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a valve lift amount.

【図４】スワール比の測定手段を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a swirl ratio measuring unit.

【図５】排気ガス浄化の制御方法を示すフローチャート
である。FIG. 5 is a flowchart showing a method for controlling exhaust gas purification.

【図６】後噴射時期を設定するためのマップである。FIG. 6 is a map for setting a post injection timing.

【図７】燃焼室内における熱発生率の変化状態を示すタ
イムチャートである。FIG. 7 is a time chart showing a change state of the heat generation rate in the combustion chamber.

【図８】燃焼室内における燃焼の主噴射状態を示す説明
図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a main injection state of combustion in a combustion chamber.

【図９】燃焼室内における主燃焼の状態と後噴射の状態
とを示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a main combustion state and a post-injection state in a combustion chamber.

【図１０】燃焼室内における主燃焼の状態と後噴射の状
態とを示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a main combustion state and a post-injection state in a combustion chamber.

【図１１】スワール強度と後噴射時期と酸素濃度の分布
状態との対応関係を示すマップである。FIG. 11 is a map showing a correspondence relationship between a swirl intensity, a post injection timing, and a distribution state of oxygen concentration.

【図１２】煤発生量と後噴射時期との対応関係を示すグ
ラフである。FIG. 12 is a graph showing a correspondence relationship between soot generation amount and post injection timing.

【図１３】スワール強度と後噴射時期と酸素濃度の分布
状態との対応関係を示すマップである。FIG. 13 is a map showing a correspondence relationship between a swirl intensity, a post injection timing, and an oxygen concentration distribution state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

４ 燃焼室 ５ 燃料噴射弁 ２０ 排気通路 ３６ 主燃焼制御手段 ３７ 分布判別手段 ３８ 後燃焼制御手段 4 Combustion chamber 5 Fuel injection valve 20 exhaust passage 36 Main combustion control means 37 Distribution discriminating means 38 Post-combustion control means

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 AA01 BA15 BA21 DA10 DA25 EB08 EC02 FA29 FA38 3G091 AA02 AA10 AA18 AB05 AB06 BA13 CB02 CB03 DC06 EA00 EA01 EA03 EA08 GB05W GB06W GB17X 3G301 HA02 HA13 HA17 JA25 LA05 LB13 MA19 MA23 MA26 MA27 NA04 NB02 NC02 PA00Z PA01Z PA07Z PA11Z PA17Z PB08Z PD02Z PE01Z PE03Z PF03Z Continued front page    F term (reference) 3G084 AA01 BA15 BA21 DA10 DA25                       EB08 EC02 FA29 FA38                 3G091 AA02 AA10 AA18 AB05 AB06                       BA13 CB02 CB03 DC06 EA00                       EA01 EA03 EA08 GB05W                       GB06W GB17X                 3G301 HA02 HA13 HA17 JA25 LA05                       LB13 MA19 MA23 MA26 MA27                       NA04 NB02 NC02 PA00Z                       PA01Z PA07Z PA11Z PA17Z                       PB08Z PD02Z PE01Z PE03Z                       PF03Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁
と、この燃料噴射弁から主噴射された燃料を少なくとも
膨張行程の前半で主燃焼させてエンジンの要求トルクが
得られるように制御する主燃焼制御手段と、上記主噴射
後に上記燃料噴射弁から噴射された燃料を後燃焼させる
ように制御する後燃焼制御手段と、燃焼室内における酸
素濃度の分布状態を判別する分布判別手段とを備え、上
記後燃焼制御手段は、分布判別手段により判別された酸
素濃度の分布状態に基づいて、上記後燃焼の開始時期を
設定するように構成されたことを特徴とするエンジンの
排気浄化装置。1. A fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber, and a main control for performing main combustion of fuel mainly injected from the fuel injection valve at least in the first half of an expansion stroke to obtain a required torque of an engine. Combustion control means, a post-combustion control means for controlling the fuel injected from the fuel injection valve after the main injection so as to post-combust, and a distribution determination means for determining the distribution state of the oxygen concentration in the combustion chamber, The exhaust gas purifying apparatus for an engine, wherein the afterburning control means is configured to set the start timing of the afterburning based on the distribution state of the oxygen concentration determined by the distribution determining means. 【請求項２】 分布判別手段は、燃焼室内におけるスワ
ールの状態に基づいて、上記酸素濃度の分布状態を判別
するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の
エンジンの排気浄化装置。2. The exhaust gas purifying apparatus for an engine according to claim 1, wherein the distribution determining means is configured to determine the distribution state of the oxygen concentration based on the swirl state in the combustion chamber. 【請求項３】 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁
と、圧縮行程の上死点付近でエンジンの要求トルクに応
じた量の燃料を上記燃料噴射弁から主噴射させるように
制御する主噴射制御手段と、この燃焼の主噴射時点から
膨張行程までの間に、上記燃料噴射弁から燃料を後噴射
させるように制御する後噴射制御手段と、燃焼室内にお
ける酸素濃度の分布状態を判別する分布判別手段とを備
えたディーゼルエンジンにおいて、上記後噴射制御手段
は、上記分布判別手段により判別された酸素濃度の分布
状態に基づいて、上記燃料の後噴射時期を設定するよう
に構成されたことを特徴とするエンジンの排気浄化装
置。3. A fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber, and a main injection for controlling main injection of fuel in an amount corresponding to the required torque of the engine near the top dead center of the compression stroke. A control means, a post-injection control means for controlling the fuel to be post-injected from the fuel injection valve between the main injection time point of the combustion and the expansion stroke, and a distribution for determining the distribution state of the oxygen concentration in the combustion chamber. In the diesel engine provided with the determination means, the post-injection control means is configured to set the post-injection timing of the fuel based on the distribution state of the oxygen concentration determined by the distribution determination means. A characteristic engine exhaust purification system. 【請求項４】 噴射制御手段は、分布判別手段において
酸素濃度が高いと判別された燃焼室内の部分に向けて燃
料が後噴射されるように、燃料の後噴射時期を設定する
ように構成されたことを特徴とする請求項３記載のエン
ジンの排気浄化装置。4. The injection control means is configured to set the post-injection timing of the fuel so that the fuel is post-injected toward the portion in the combustion chamber where the distribution determination means determines that the oxygen concentration is high. The exhaust emission control device for an engine according to claim 3, wherein 【請求項５】 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁
と、この燃料噴射弁から主噴射された燃料を少なくとも
膨張行程の前半で主燃焼させてエンジンの要求トルクが
得られるように制御する主燃焼制御手段と、燃料の主噴
射後に燃料を後噴射させて後燃焼させる後燃焼制御手段
とを備えたエンジンの排気ガス浄化方法であって、燃焼
室内の酸素濃度の分布状態に基づいて、上記燃料噴射弁
から後噴射された燃料の後燃焼時期を制御することを特
徴とするエンジンの排気浄化方法。5. A fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber, and a main control for main-injecting fuel main-injected from this fuel injection valve at least in the first half of an expansion stroke to obtain a required torque of an engine. An exhaust gas purification method for an engine, comprising: a combustion control means; and a post-combustion control means for post-injecting and post-combusting fuel after main injection of the fuel, based on a distribution state of oxygen concentration in the combustion chamber, An engine exhaust purification method characterized by controlling a post-combustion timing of fuel post-injected from a fuel injection valve.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008086095A (en) * 2006-09-27 2008-04-10 Railway Technical Res Inst Superconducting flywheel device for power storage
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