JP2003201899A - Compression ignition type internal combustion engine - Google Patents
Compression ignition type internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮着火式内燃機関
に係り、特に、燃焼形態の改善により排ガスの清浄化を
図ると共に、ＤＰＦとの両立を可能とした圧縮着火式内
燃機関に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compression ignition type internal combustion engine, and more particularly to a compression ignition type internal combustion engine capable of purifying exhaust gas by improving a combustion mode and being compatible with a DPF. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】内燃機関、特にディーゼルエンジンに対
する環境対応の要請が近年益々高まっており、その排ガ
スの改善が急務となっている。このため、黒煙などの煤
を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰ
Ｆ）や、ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒等種
々の後処理技術が目覚ましい発展を遂げているが、やは
り燃焼形態そのものを改善する方が抜本的対策に繋がり
望ましい。2. Description of the Related Art Environmental demands for internal combustion engines, especially diesel engines, have been increasing more and more in recent years, and there is an urgent need to improve the exhaust gas. Therefore, a diesel particulate filter (DP) that collects soot such as black smoke
Although various post-treatment technologies such as F) and NOx storage reduction catalyst for reducing and purifying NOx have made remarkable progress, it is still desirable to improve the combustion form itself because it leads to drastic measures.
【０００３】通常のディーゼル燃焼は、筒内圧力及び温
度が十分高まっている圧縮上死点付近（一般的には１０
°ＢＴＤＣ〜１０°ＡＴＤＣ程度）で単段（１回）の燃
料噴射を行い、その燃料を所定の着火遅れ期間を経た後
一部着火させ、その後燃料の拡散に応じて燃料の蒸発、
空気との混合及び燃焼を進行させ、火炎を順次乱流状態
で拡散させながら燃焼を行うという拡散燃焼の形態を採
る。In ordinary diesel combustion, near compression top dead center (generally 10
° BTDC to 10 ° ATDC)), single-stage (one-time) fuel injection is performed, the fuel is partially ignited after a predetermined ignition delay period, and then the fuel evaporates according to diffusion of the fuel.
It takes the form of diffusion combustion in which mixing with air and combustion proceed to perform combustion while sequentially diffusing the flame in a turbulent state.
【０００４】一方、近年の排ガスに対するスモークやＮ
Ｏｘ低減要求の高まりに対しては、様々な改良がなされ
てきている。ＮＯｘの低減にはＥＧＲ（Ｅｘｔｈａｕｓ
ｔＧａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）
が有効であることが従来から知られており、広く実現さ
れている。しかし、ＥＧＲは排ガスを環流するため、ス
モークの悪化を回避できない。On the other hand, smoke and N
Various improvements have been made to meet the increasing demand for Ox reduction. To reduce NOx, EGR (Exhausus
tGas Recirculation: Exhaust gas recirculation)
Has been conventionally known to be effective and has been widely realized. However, since the EGR recirculates the exhaust gas, it is impossible to avoid the deterioration of smoke.
【０００５】また、通常燃焼では急激な初期燃焼による
筒内圧力の急増が生じ、大きな燃焼騒音が発生する場合
がある。そこでこれを防止するため、通常のタイミング
で行われるメイン噴射（主噴射）の前に、少量のパイロ
ット噴射を実行するという２段噴射を行うことがある。
この場合、パイロット噴射による燃料が着火して火種が
作られた後、この火種を基にメイン噴射による燃料が燃
焼されるため、急激な初期燃焼及び筒内圧力の急増が抑
えられ、燃焼騒音が防止される。なおこのときの燃焼形
態は基本的に拡散燃焼と同様である。Further, in the normal combustion, the in-cylinder pressure may be rapidly increased due to the rapid initial combustion, and a large combustion noise may be generated. Therefore, in order to prevent this, a two-stage injection may be performed in which a small amount of pilot injection is executed before the main injection (main injection) that is performed at normal timing.
In this case, after the fuel injected by the pilot injection is ignited and the fire is created, the fuel injected by the main injection is burned based on this fire, so that the rapid initial combustion and the rapid increase in the cylinder pressure are suppressed, and the combustion noise is reduced. To be prevented. The combustion mode at this time is basically the same as that of diffusion combustion.
【０００６】しかしこのような通常のパイロット・メイ
ン噴射では、パイロット噴射を行うことでスモークが悪
化してしまうという問題がある。However, in such a normal pilot-main injection, there is a problem that smoke is deteriorated by performing the pilot injection.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで近年、これら
の技術に対して新たな燃焼システムが提唱されている。
一つは、ＮＯｘとスモークとの同時低減を目的としたＭ
Ｋ（Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ）燃焼と称
するものである。これは低温予混合燃焼とも表現できる
もので、その概略は以下の通りである。即ち、ＮＯｘ低
減には燃焼温度の低下が有効であるため、これを比較的
大量のＥＧＲによって行う。するとスモークの増加が懸
念されるが、これは燃料の予混合化で対処する。予混合
化には、通常より早期に燃料噴射を行う早期噴射と、通
常より遅い時期に燃料噴射を行うリタード噴射との二つ
の方法があるが、早期噴射は着火時期制御の困難性等問
題を抱えていることから、リタード噴射を採用する。ま
とめていえば、大量ＥＧＲとリタード噴射との組み合せ
によりＮＯｘとスモークとの同時低減を図るのがＭＫ燃
焼である。なお参考文献としては「自動車技術会論文集
ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１，１９９７−１，ｐ．４１」、
「同ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．２，１９９７−４，ｐ．２
９」等がある。By the way, in recent years, new combustion systems have been proposed for these technologies.
One is M for the purpose of simultaneous reduction of NOx and smoke.
This is referred to as K (Modulated Kinetics) combustion. This can also be expressed as low temperature premixed combustion, and its outline is as follows. That is, since reduction of the combustion temperature is effective for reducing NOx, this is performed by a relatively large amount of EGR. There is concern that smoke will increase, but this will be addressed by premixing the fuel. There are two methods for premixing: early injection, in which fuel is injected earlier than usual, and retard injection, in which fuel is injected later than usual. Retard injection is adopted because it is held. In summary, MK combustion aims to reduce NOx and smoke simultaneously by combining a large amount of EGR and retard injection. In addition, as a reference document, “Vehicle Engineering Society Papers Vol. 28, No. 1, 1997-1, p. 41”,
"Vol. 28, No. 2, 1997-4, p. 2
9 ”etc.
【０００８】しかしながら、ＭＫ燃焼では、圧縮上死点
以降で単段噴射を行い、比較的長期の予混合化期間を経
て緩やかに着火、燃焼させるため、燃費の悪化を招き易
く、また筒内温度が低いため燃焼が不安定であり、失火
や白煙を生じやすい。また大量のＥＧＲを実行すること
が前提となるため、スモークの低減効果も大きく期待で
きない。However, in MK combustion, single-stage injection is performed after the compression top dead center, and the ignition and combustion are performed slowly after a relatively long premixing period. Is low, combustion is unstable, and misfires and white smoke are likely to occur. Further, since it is premised that a large amount of EGR is executed, a large smoke reducing effect cannot be expected.
【０００９】一方、特開２０００−３１０１５０に示さ
れるように、パイロット噴射を通常より早期のタイミン
グで行い、メイン噴射を、パイロット噴射無しでは失火
するようなタイミングで行うようにするものがある。こ
れはＮＯｘのさらなる低減を狙いとしている。On the other hand, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-310150, there is one in which pilot injection is performed at an earlier timing than usual, and main injection is performed at a timing at which misfire occurs without pilot injection. This aims at further reduction of NOx.
【００１０】しかし、これはＮＯｘ低減には有効である
ものの、パイロット噴射による連続的な燃焼がやはりメ
イン噴射の前に発生し、パイロット噴射による燃焼によ
りスモークが発生するため、スモークの悪化要因とな
る。However, although this is effective in reducing NOx, continuous combustion by pilot injection still occurs before the main injection, and smoke is generated by combustion by pilot injection, which is a cause of worsening smoke. .
【００１１】従って、これらの技術では特にスモークの
改善が困難であり、今後の厳しい排ガス規制に対処する
には必ずしも十分でない。Therefore, it is difficult to improve smoke with these techniques, and it is not always sufficient to cope with strict exhaust gas regulations in the future.
【００１２】そこでこの解決策として、本発明者らは、
低発熱率パイロット・メイン燃焼（噴射）なる燃焼（噴
射）形態を新たに発明し、先に出願を行った（特願２０
０１−３１５２８９）。低発熱率パイロット噴射は、パ
イロット噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下に
抑えられるようにパイロット噴射の量とタイミングとを
制御することで、パイロット噴射によるスートの発生を
低減するものである。更に本発明者らは、排気中のパテ
ィキュレート（以下、ＰＭとする）を削減するために上
述したＤＰＦをディーゼルエンジンに装備させることを
義務づける動きが本格化してきていることから、この新
たな燃焼（噴射）形態とＤＰＦとを組み合わせて試験を
行った。Therefore, as a solution to this problem, the present inventors have
We newly invented a combustion (injection) mode with low heat generation rate pilot main combustion (injection) and filed an application for it before (Japanese Patent Application No. 20).
01-315289). The low heat generation rate pilot injection reduces the soot generation due to the pilot injection by controlling the amount and timing of the pilot injection so that the maximum heat generation rate due to the pilot injection is suppressed to 60 kJ / s or less. Further, since the present inventors are in full swing to obligate the diesel engine to be equipped with the above-mentioned DPF in order to reduce particulate matter (hereinafter referred to as PM) in exhaust gas, this new combustion The test was performed by combining the (injection) mode and the DPF.
【００１３】その結果、以下の問題があることが判明し
た。As a result, the following problems have been found.
【００１４】ＤＰＦは燃料がリーンな空燃比で燃焼され
る通常運転中に、排ガス中のＰＭを捕集しつつ、そのＰ
Ｍを燃焼させてＤＰＦの再生を図るものであるが、ＰＭ
を燃焼させるためには排気ガスが所定温度（２５０°程
度）以上である必要がある。そのため、エンジンがアイ
ドリング運転状態であるときや低負荷運転状態であると
きなど、排気ガス温度が低いときにはＰＭを燃焼させる
ことができない。そこで、このように排気ガス温度が低
いときには、ＰＭがある程度捕集されたならば、例え
ば、一定期間だけ燃料噴射量を増量することなどにより
排気温度を高めてＰＭ燃焼およびＤＰＦ再生を行うよう
にしている。During normal operation in which fuel is burned at a lean air-fuel ratio, the DPF collects PM in exhaust gas and
Although it is intended to regenerate the DPF by burning M, PM
In order to burn the exhaust gas, it is necessary that the exhaust gas has a predetermined temperature (about 250 °) or higher. Therefore, PM cannot be burned when the exhaust gas temperature is low, such as when the engine is in the idling operation state or in the low load operation state. Therefore, when the PM is trapped to some extent when the exhaust gas temperature is low as described above, the PM temperature and the DPF regeneration are performed by increasing the exhaust temperature by, for example, increasing the fuel injection amount for a certain period. ing.
【００１５】ところが、上述した新しい燃焼形態で燃料
噴射量を増量すると、スモークの発生量が増加してしま
う場合があることが分かった。However, it has been found that when the fuel injection amount is increased in the above-described new combustion mode, the smoke generation amount may increase.
【００１６】また、上記新しい燃焼形態と排気ガス低温
時におけるＤＰＦ再生（運転状態リッチ化）は両者とも
燃焼を制御するものであるので、エンジンの種々の運転
条件において両者を両立させることは困難である。Further, both the new combustion mode and the DPF regeneration (enrichment of operating condition) at low exhaust gas temperature control combustion, so it is difficult to make both compatible under various operating conditions of the engine. is there.
【００１７】そこで、以上の問題に鑑みて本発明は創案
され、その目的は、低発熱率パイロット・メイン燃焼
（噴射）形態を実現する場合において、ＤＰＦと組み合
わせて使用することを可能にすることにある。Therefore, in view of the above problems, the present invention was devised, and an object thereof is to enable the use in combination with a DPF in the case of realizing a low heat generation rate pilot main combustion (injection) mode. It is in.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、筒内の燃焼室
に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置と、
燃料噴射弁から噴射される燃料の量とタイミングとをエ
ンジンの運転状態に基づき制御するエンジン制御装置
と、排気通路に排気ガス中のパティキュレートを捕集し
つつこれを燃焼させるＤＰＦを備えた圧縮着火式内燃機
関において、少なくともパイロット噴射が、その噴射さ
れた燃料による最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になる
ような量とタイミングとで実行される低発熱率パイロッ
ト・メイン噴射モードを有しており、排気ガス温度の低
いときに上記ＤＰＦに捕集されたパティキュレートを燃
焼すべく、運転状態を排気ガス温度を上昇させる運転状
態になるように燃料の噴射が制御される場合には、上記
低発熱率パイロット・メイン噴射モードが禁止されるも
のである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a fuel injection device having a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber in a cylinder,
The engine control device that controls the amount and timing of the fuel injected from the fuel injection valve based on the operating state of the engine, and the compression that includes the DPF that collects the particulates in the exhaust gas and burns them in the exhaust passage In the ignition type internal combustion engine, at least the pilot injection has a low heat generation rate pilot main injection mode that is executed with an amount and timing such that the maximum heat release rate due to the injected fuel is 60 kJ / s or less. Therefore, when the fuel injection is controlled so that the operating state becomes the operating state in which the exhaust gas temperature is raised in order to burn the particulate matter trapped in the DPF when the exhaust gas temperature is low, The low heat generation pilot / main injection mode is prohibited.
【００１９】これによれば、排気温度が低いときであっ
て、ＤＰＦに捕集されたパティキュレートを燃焼するた
めに排気ガス温度を上昇させる運転状態とするときには
低発熱率パイロット・メイン噴射モードが禁止されるた
め、燃料噴射量を増量に伴うスモークの増加などの問題
を回避できる。従って、ＤＰＦとの両立が可能となる。According to this, when the exhaust temperature is low and the operating state is such that the exhaust gas temperature is raised to burn the particulates trapped in the DPF, the low heat generation rate pilot / main injection mode is set. Since it is prohibited, it is possible to avoid a problem such as an increase in smoke caused by increasing the fuel injection amount. Therefore, compatibility with the DPF is possible.
【００２０】ここで、上記排気ガス温度の低いときに上
記ＤＰＦに捕集されたパティキュレートを燃焼すべく、
運転状態を排気ガス温度を上昇させる運転状態になるよ
うに燃料の噴射が制御される場合には、運転状態を排気
ガス温度を上昇させる運転状態になるように燃料の噴射
が制御される前に上記低発熱率パイロット・メイン噴射
モードが禁止され、上記排気ガス温度を上昇させる運転
状態が終了した後、上記低発熱率パイロット・メイン噴
射モードの禁止が解除されるのが好ましい。Here, in order to burn the particulates collected in the DPF when the exhaust gas temperature is low,
If the fuel injection is controlled so that the operating state becomes the operating state that raises the exhaust gas temperature, before the fuel injection is controlled so that the operating state becomes the operating state that raises the exhaust gas temperature. It is preferable that the prohibition of the low heat generation rate pilot / main injection mode is released after the low heat generation rate pilot / main injection mode is prohibited and the operating state for increasing the exhaust gas temperature is completed.
【００２１】また、上記燃料噴射制御モードの切り換え
時に、燃料噴射量の目標値の変化量に対して所定のなま
し制御が実行されるのが好ましい。Further, when the fuel injection control mode is switched, it is preferable that a predetermined smoothing control is executed with respect to the amount of change in the target value of the fuel injection amount.
【００２２】また、上記低発熱率パイロット・メイン噴
射モードにおいて、ＥＧＲ装置によるＥＧＲが実行され
るのが好ましい。Further, it is preferable that the EGR is executed by the EGR device in the low heating rate pilot main injection mode.
【００２３】また本発明は、筒内の燃焼室に燃料を噴射
する燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置と、燃料噴射弁に
高圧燃料を常時供給するコモンレールと、燃料噴射弁か
ら実際に噴射される燃料の量とタイミングとがエンジン
運転状態に基づいて予め決定された目標燃料噴射量と目
標燃料噴射タイミングとになるように燃料噴射弁を制御
するエンジン制御手段と、排気通路に排気ガス中のパテ
ィキュレートを捕集しつつこれを燃焼させるＤＰＦを備
えたコモンレール式ディーゼルエンジンにおいて、少な
くともパイロット噴射が、その噴射された燃料による最
大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるような量とタイミ
ングとで実行される低発熱率パイロット・メイン噴射モ
ードを有しており、排気ガス温度の低いときに上記ＤＰ
Ｆに捕集されたパティキュレートを燃焼すべく、運転状
態を排気ガス温度を上昇させる運転状態になるように燃
料の噴射が制御される場合には、上記低発熱率パイロッ
ト・メイン噴射モードが禁止されるものである。Further, according to the present invention, a fuel injection device having a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber in a cylinder, a common rail for constantly supplying high-pressure fuel to the fuel injection valve, and an actual injection from the fuel injection valve Engine control means for controlling the fuel injection valve so that the amount and timing of the fuel to be supplied are the target fuel injection amount and the target fuel injection timing that are predetermined based on the engine operating state, and the exhaust gas in the exhaust gas in the exhaust passage. In a common rail diesel engine equipped with a DPF that collects particulates and burns them, at least the pilot injection is performed with such an amount and timing that the maximum heat release rate of the injected fuel is 60 kJ / s or less. It has a low heat generation rate pilot / main injection mode that is executed, and when the exhaust gas temperature is low, the above DP
When the fuel injection is controlled so as to raise the exhaust gas temperature so that the particulates collected in F are burned, the low heat generation rate pilot / main injection mode is prohibited. It is what is done.
【００２４】また本発明は、燃料噴射弁から筒内の燃焼
室に噴射される燃料の量とタイミングとをエンジン運転
状態に基づき制御すると共に、排気通路にＤＰＦを備
え、排気ガス中のパティキュレートを捕集しつつこれを
燃焼させる圧縮着火式内燃機関の制御方法において、少
なくともパイロット噴射が、その噴射された燃料による
最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるような量とタイ
ミングとで実行される低発熱率パイロット・メイン噴射
モードを有しており、排気ガス温度の低いときに上記Ｄ
ＰＦに捕集されたパティキュレートを燃焼すべく、運転
状態を排気ガス温度を上昇させる運転状態になるように
燃料の噴射が制御される場合には、上記低発熱率パイロ
ット・メイン噴射モードを禁止するようにした方法であ
る。Further, according to the present invention, the amount and timing of the fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber in the cylinder are controlled based on the operating state of the engine, and the exhaust passage is provided with a DPF, and particulates in the exhaust gas are provided. In a control method for a compression ignition type internal combustion engine that captures and combusts the fuel, at least pilot injection is performed with an amount and timing such that the maximum heat release rate of the injected fuel is 60 kJ / s or less. It has a low heat generation rate pilot / main injection mode, and when the exhaust gas temperature is low, the above D
When the fuel injection is controlled so as to raise the exhaust gas temperature to burn the particulates collected in the PF, the low heat generation rate pilot / main injection mode is prohibited. This is the method of doing so.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
【００２６】図１に本実施形態に係る圧縮着火式内燃機
関を示す。ここでいう圧縮着火式内燃機関とは、筒内の
燃焼室に噴射された燃料を筒内の圧縮により自己着火さ
せる形式のエンジンをいい、代表的にはディーゼルエン
ジン、特に本実施形態ではコモンレール式燃料噴射装置
を備えたコモンレール式ディーゼルエンジンである。図
は便宜上単気筒で示すが、当然多気筒であってもよい。
このエンジンは車両に搭載されるものである。FIG. 1 shows a compression ignition type internal combustion engine according to this embodiment. The compression ignition type internal combustion engine referred to here is an engine of a type in which fuel injected into a combustion chamber in a cylinder is self-ignited by compression in the cylinder, typically a diesel engine, particularly a common rail type in this embodiment. It is a common rail diesel engine equipped with a fuel injection device. Although the figure shows a single cylinder for convenience, it is of course possible to have multiple cylinders.
This engine is mounted on the vehicle.
【００２７】１がエンジン本体で、これはシリンダ
（筒）２、シリンダヘッド３、ピストン４、吸気ポート
５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、及び燃料噴射
弁としてのインジェクタ９を備えた燃料噴射装置等から
構成される。シリンダ２内に燃焼室１０が形成され、燃
焼室１０内にインジェクタ９から燃料が噴射される。ピ
ストン４の頂部にキャビティ１１が形成され、キャビテ
ィ１１は燃焼室１０の一部をなす。キャビティ１１は底
部中央が***したリエントラント型燃焼室の形態をな
す。インジェクタ９から噴射される燃料は常にキャビテ
ィ１１内に到達する。これは燃料がシリンダ２側壁等に
付着すると未燃ＨＣ排出等の問題が生じるからである。Reference numeral 1 denotes an engine body, which includes a cylinder (cylinder) 2, a cylinder head 3, a piston 4, an intake port 5, an exhaust port 6, an intake valve 7, an exhaust valve 8 and an injector 9 as a fuel injection valve. It is composed of a fuel injection device and the like. A combustion chamber 10 is formed in the cylinder 2, and fuel is injected from the injector 9 into the combustion chamber 10. A cavity 11 is formed at the top of the piston 4, and the cavity 11 forms a part of the combustion chamber 10. The cavity 11 is in the form of a reentrant type combustion chamber with a raised bottom center. The fuel injected from the injector 9 always reaches the inside of the cavity 11. This is because if fuel adheres to the side wall of the cylinder 2 or the like, problems such as unburned HC discharge occur.
【００２８】吸気ポート５は吸気管１２に、排気ポート
６は排気管１３にそれぞれ接続される。またこのエンジ
ンにはターボチャージャ１４が設けられ、排気エネルギ
を利用して吸気を過給するようになっている。１５がタ
ービン、１６がコンプレッサである。コンプレッサ１６
の上流側に吸気量を検出するための吸気量センサ１７が
設けられ、コンプレッサ１６の下流側に吸気を冷却する
ためのインタクーラ１８が設けられる。ただし、本発明
はターボチャージャーのない自然吸気エンジンにも有効
であることは勿論である、排気管（排気通路）１３の下
流側には、連続再生式ＤＰＦ３２が設けられている。こ
の連続再生式ＤＰＦは、排気ガス中のＮＯをＮＯ2 に酸
化させる酸化触媒３０と、排気中のＰＭを捕集するＤＰ
Ｆ３１とからなり、エンジンの運転中に排気ガス中のＰ
ＭをＤＰＦ３１にて捕集すると共に、酸化触媒３０から
流入するＮＯ2 によってこの捕集したＰＭを燃焼させて
ＤＰＦ３１の再生を行うものである。The intake port 5 is connected to the intake pipe 12, and the exhaust port 6 is connected to the exhaust pipe 13. In addition, a turbocharger 14 is provided in this engine to supercharge intake air by utilizing exhaust energy. Reference numeral 15 is a turbine, and 16 is a compressor. Compressor 16
An intake air amount sensor 17 for detecting the intake air amount is provided on the upstream side, and an intercooler 18 for cooling the intake air is provided on the downstream side of the compressor 16. However, it goes without saying that the present invention is also effective for a naturally aspirated engine without a turbocharger, and a continuous regeneration DPF 32 is provided on the downstream side of the exhaust pipe (exhaust passage) 13. This continuous regeneration DPF includes an oxidation catalyst 30 that oxidizes NO in exhaust gas to NO 2 and a DP that collects PM in exhaust gas.
It consists of F31 and P in exhaust gas during engine operation.
The MPF is collected by the DPF 31, and the collected PM is burned by NO 2 flowing from the oxidation catalyst 30 to regenerate the DPF 31.
【００２９】酸化触媒３０は例えば、ハニカム状のコー
ディエライト、あるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、
活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成
し、このコート層に白金、パラジウム、あるいはロジウ
ム等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させたものが
使用される。The oxidation catalyst 30 is formed, for example, on the surface of a carrier made of honeycomb cordierite or heat-resistant steel,
What is used is one in which a wash coat layer is formed by coating with activated alumina or the like, and a catalytically active component made of a noble metal such as platinum, palladium, or rhodium is supported on this coat layer.
【００３０】ＤＰＦ３１は、例えば多孔質のコーディエ
ライト、あるいは炭化珪素によって多数のセルが平行に
形成され、セルの入口と出口が交互に閉鎖された、所謂
ウォールフロー型と呼ばれるハニカムフィルタや、セラ
ミック繊維をステンレス多孔管に何層にも巻き付けた繊
維型フィルタが使用される。The DPF 31 is a so-called wall flow type honeycomb filter in which a large number of cells are formed in parallel by, for example, porous cordierite or silicon carbide, and the cell inlets and outlets are alternately closed, and a ceramic. A fiber type filter is used in which fibers are wound around a stainless perforated tube in multiple layers.
【００３１】このような連続再生式ＤＰＦ３２におい
て、上述したようにＤＰＦ３１に捕集されたＰＭを燃焼
させてＤＰＦ３１の再生を行うためには、排気ガスの温
度が約２５０°以上である必要がある。このため、エン
ジンがアイドリング状態であるときや低負荷運転状態で
あるときなど排気ガスの温度が低い（２５０°以下）と
きにはＰＭを燃焼させることができない。そこで、排気
ガスの温度が低いときには、ＰＭの捕集量が一定量に達
したと思われる時期がきたら、運転状態を排気ガス温度
を上昇させる運転状態に切り換えてＰＭの燃焼、ＤＰＦ
の再生を行うようにしている。In such a continuous regeneration type DPF 32, in order to regenerate the DPF 31 by burning the PM collected in the DPF 31 as described above, the temperature of the exhaust gas needs to be about 250 ° or higher. . Therefore, PM cannot be burned when the temperature of the exhaust gas is low (250 ° or less), such as when the engine is in the idling state or in the low load operation state. Therefore, when the temperature of the exhaust gas is low, and when it is considered that the amount of trapped PM has reached a certain amount, the operating state is switched to an operating state in which the temperature of the exhaust gas is raised to burn PM, and DPF.
I'm trying to play.
【００３２】さらにこのエンジンはＥＧＲ装置１９も具
備している。ＥＧＲ装置１９は、吸気管１２と排気管１
３とを結ぶＥＧＲ管２０と、ＥＧＲ量を調節するための
ＥＧＲ弁２１と、ＥＧＲ弁２１の上流側にてＥＧＲガス
を冷却するＥＧＲクーラ２２とを備える。吸気管１２に
おいては、ＥＧＲ管２０との接続部の上流側にて吸気を
適宜絞るための吸気絞り弁２３が設けられる。Further, this engine is also equipped with an EGR device 19. The EGR device 19 includes an intake pipe 12 and an exhaust pipe 1.
An EGR pipe 20 that connects the EGR valve 3 and the EGR pipe 21, an EGR valve 21 for adjusting the EGR amount, and an EGR cooler 22 that cools the EGR gas upstream of the EGR valve 21. The intake pipe 12 is provided with an intake throttle valve 23 for appropriately restricting intake air on the upstream side of the connection portion with the EGR pipe 20.
【００３３】インジェクタ９はコモンレール２４に接続
され、そのコモンレール２４に貯留された噴射圧力相当
の高圧燃料（２０〜２００ＭＰａ）がインジェクタ９に
常時供給されている。コモンレール２４には高圧ポンプ
２５により加圧圧送された燃料が随時供給される。The injector 9 is connected to the common rail 24, and high-pressure fuel (20 to 200 MPa) corresponding to the injection pressure stored in the common rail 24 is constantly supplied to the injector 9. The fuel pressurized and fed by the high-pressure pump 25 is supplied to the common rail 24 at any time.
【００３４】このエンジンを電子制御するため電子制御
ユニット（エンジン制御装置、以下ＥＣＵという）２６
が設けられる。ＥＣＵ２６は各種センサ類から実際のエ
ンジン運転状態を検出し、このエンジン運転状態に基づ
きインジェクタ９、ＥＧＲ弁２１、吸気絞り弁２３、及
び高圧ポンプ２５からの燃料圧送量を調節する調量弁
（図示せず）等を制御する。前記センサ類としては前記
吸気量センサ１７の他、アクセル開度センサ、エンジン
回転センサ、コモンレール圧センサ（いずれも図示せ
ず）等が含まれ、実際の吸気量、アクセル開度、エンジ
ン回転速度（回転数）、エンジンのクランク角、コモン
レール圧等がＥＣＵ２６により検知されるようになって
いる。An electronic control unit (engine control unit, hereinafter referred to as ECU) 26 for electronically controlling this engine 26
Is provided. The ECU 26 detects an actual engine operating state from various sensors, and based on the engine operating state, a metering valve that adjusts the fuel pressure feed amount from the injector 9, the EGR valve 21, the intake throttle valve 23, and the high-pressure pump 25 (see FIG. (Not shown) etc. In addition to the intake air amount sensor 17, the sensors include an accelerator opening sensor, an engine rotation sensor, a common rail pressure sensor (none of which is shown), and the like. The actual intake air amount, accelerator opening, engine rotation speed ( The rotational speed), the crank angle of the engine, the common rail pressure, etc. are detected by the ECU 26.
【００３５】インジェクタ９は、ＥＣＵ２６によりＯＮ
／ＯＦＦされる電磁ソレノイドを有し、電磁ソレノイド
がＯＮのとき開状態となって燃料を噴射すると共に、電
磁ソレノイドがＯＦＦのとき閉状態となって燃料噴射を
停止する。ＥＣＵ２６は、主にエンジン回転速度とアク
セル開度とから目標燃料噴射量と目標燃料噴射タイミン
グ（時期）とを決定し、実際にそのタイミングが到来し
たと同時に、目標燃料噴射量に応じた時間だけ電磁ソレ
ノイドをＯＮする。目標燃料噴射量が多いほどＯＮ時間
は長期である。The injector 9 is turned on by the ECU 26.
It has an electromagnetic solenoid that is turned on / off, and opens the fuel when the electromagnetic solenoid is on to inject fuel, and closes the electromagnetic solenoid when it is off to stop fuel injection. The ECU 26 mainly determines the target fuel injection amount and the target fuel injection timing (timing) from the engine rotation speed and the accelerator opening degree, and at the same time when the timing actually arrives, only for a time corresponding to the target fuel injection amount. Turn on the electromagnetic solenoid. The larger the target fuel injection amount, the longer the ON time.
【００３６】より詳しく述べると、ＥＣＵ２６は、比較
的少量のパイロット噴射と比較的多量のメイン噴射とに
よる２段噴射を実行する。具体的には、ＥＣＵ２６によ
り、エンジン運転状態に基づく目標燃料噴射タイミング
と目標燃料噴射量とを、予め定められたマップ等に従っ
てパイロット噴射及びメイン噴射各々について決定し、
それぞれの目標燃料噴射タイミングが到来したら、それ
ぞれの目標燃料噴射量に応じた時間だけインジェクタ９
をＯＮし、それぞれの目標燃料噴射タイミングと目標燃
料噴射量とに見合ったパイロット噴射とメイン噴射とを
実行する。More specifically, the ECU 26 executes a two-stage injection with a relatively small amount of pilot injection and a relatively large amount of main injection. Specifically, the ECU 26 determines the target fuel injection timing and the target fuel injection amount based on the engine operating state for each of the pilot injection and the main injection according to a predetermined map or the like,
When each target fuel injection timing arrives, the injector 9 is operated for a time corresponding to each target fuel injection amount.
Is turned on, and the pilot injection and the main injection corresponding to each target fuel injection timing and target fuel injection amount are executed.
【００３７】またＥＣＵ２６は、エンジンの運転状態に
応じて目標コモンレール圧を決定し、実際のコモンレー
ル圧が目標コモンレール圧に近づくようコモンレール圧
をフィードバック制御する。Further, the ECU 26 determines the target common rail pressure according to the operating state of the engine, and feedback-controls the common rail pressure so that the actual common rail pressure approaches the target common rail pressure.
【００３８】インジェクタ９はシリンダ２と略同軸に位
置され、複数の噴孔から同時に放射状に燃料を噴射す
る。各燃料噴霧とシリンダ中心Ｃとのなす角は常に一定
である。The injector 9 is located substantially coaxially with the cylinder 2 and injects fuel radially from a plurality of injection holes at the same time. The angle between each fuel spray and the cylinder center C is always constant.
【００３９】次に、このエンジンにおける燃料噴射制御
の内容を説明する。Next, the content of the fuel injection control in this engine will be described.
【００４０】このエンジンないしＥＣＵ２６は二つの燃
料噴射制御モードを備えている。一つは低発熱率パイロ
ット・メイン噴射モード（第一噴射モード）と称するも
のであり、もう一つは通常噴射モード（第二噴射モー
ド）と称するものである。The engine or ECU 26 has two fuel injection control modes. One is called a low heat generation rate pilot / main injection mode (first injection mode), and the other is called a normal injection mode (second injection mode).
【００４１】通常噴射モードとは、通常のパイロット噴
射及びメイン噴射を実行するモードで、それら燃料噴射
タイミング及び燃料噴射量は後述する第一噴射モードの
条件を満たさない全ての噴射を含むものである。この燃
焼形態についてはパイロット噴射により作られた火種を
基にメイン噴射による燃料が着火して燃焼され、基本的
に拡散燃焼の形態を採る。このような２段噴射により急
激な初期燃焼及び筒内圧力の急増が防止され、燃焼騒音
が抑制される。The normal injection mode is a mode for executing normal pilot injection and main injection, and includes all injections whose fuel injection timing and fuel injection amount do not satisfy the conditions of the first injection mode described later. Regarding this combustion mode, the fuel injected by the main injection is ignited and burned based on the ignition type created by the pilot injection, and basically, a diffusion combustion mode is adopted. By such two-stage injection, abrupt initial combustion and abrupt increase of in-cylinder pressure are prevented, and combustion noise is suppressed.
【００４２】次に、低発熱率パイロット・メイン噴射モ
ードについて説明する。Next, the low heat generation rate pilot / main injection mode will be described.
【００４３】このモードは、スートの発生を抑えるた
め、パイロット噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ
以下に抑えられるようにパイロット噴射の量とタイミン
グとを制御することを特徴とする。パイロット噴射によ
る最大熱発生率を抑えることで、パイロット噴射によっ
て気筒内に噴射された燃料がメイン噴射が行われるまで
の間、連続的な燃焼とならず、パイロット噴射によるス
ートの発生を抑制することでエンジンから排出されるス
ートの量を低減することができる。この燃焼（噴射）形
態を低発熱率パイロット・メイン燃焼（噴射）と称し、
この燃焼（噴射）形態が実現されるような燃料噴射制御
モードが低発熱率パイロット・メイン噴射モードであ
る。In this mode, in order to suppress the generation of soot, the maximum heat generation rate by pilot injection is 60 kJ / s.
It is characterized in that the amount and timing of pilot injection are controlled so as to be suppressed below. By suppressing the maximum heat generation rate due to pilot injection, the fuel injected into the cylinder due to pilot injection does not continue to burn until the main injection is performed, and soot generation due to pilot injection is suppressed. Can reduce the amount of soot discharged from the engine. This combustion (injection) form is called low heat release rate pilot main combustion (injection),
The fuel injection control mode that realizes this combustion (injection) form is the low heat generation rate pilot main injection mode.
【００４４】図２は、パイロット噴射タイミングの変化
に対するシリンダ内の熱発生状況を調べた実機試験結果
である。横軸がクランク角である。縦軸については、最
下段の（ａ）図がインジェクタ９の電磁ソレノイドに流
れるソレノイド電流、（ｂ）図が熱発生率（秒間当たり
の熱発生量；ｋＪ／ｓ）である。なお、（ｂ）図の熱発
生率は筒内圧力の実測値から求めた計算結果である。FIG. 2 shows the results of an actual machine test in which the state of heat generation in the cylinder with respect to changes in pilot injection timing was investigated. The horizontal axis is the crank angle. On the vertical axis, (a) at the bottom is the solenoid current flowing through the electromagnetic solenoid of the injector 9, and (b) is the heat generation rate (heat generation amount per second; kJ / s). Note that the heat release rate in FIG. 7B is a calculation result obtained from the actually measured value of the cylinder internal pressure.
【００４５】図は、メイン噴射のタイミング及び量と、
パイロット噴射の量とを一定とし、パイロット噴射のタ
イミングのみを変化させた四つの噴射形態〜を併記
している。、、、のパイロット噴射タイミング
はそれぞれ４８°ＢＴＤＣ（−４８°ＡＴＤＣ、以下同
様）、３８°ＢＴＤＣ、２８°ＢＴＤＣ、１８°ＢＴＤ
Ｃである。メイン噴射タイミングは５°ＡＴＤＣであ
る。なおこれらタイミングは全てインジェクタ９のＯＮ
開始時刻で規定している。The figure shows the timing and amount of main injection,
The four injection forms (1), in which the amount of pilot injection is constant and only the timing of pilot injection is changed, are also shown. Pilot injection timings of 48 ° BTDC (-48 ° ATDC, the same applies below), 38 ° BTDC, 28 ° BTDC, and 18 ° BTD, respectively.
It is C. The main injection timing is 5 ° ATDC. Note that all of these timings are when the injector 9 is ON.
It is specified by the start time.
【００４６】一般的なパイロット噴射タイミングはなる
べくメイン噴射に近づけるように設定される。現在広く
使われているハードウェアの制約下では２５００ｒｐｍ
以下の中低速回転において１５〜２０°ＢＴＤＣ程度で
あるので、は一般的なパイロット噴射タイミングとい
える。これに対して、、、という順でパイロット
噴射タイミングが順次早期化ないし進角（アドバンス）
されている。The general pilot injection timing is set so as to approach the main injection as much as possible. 2500 rpm under the constraints of the currently widely used hardware
Since it is about 15 to 20 ° BTDC in the following medium and low speed rotations, can be said to be a general pilot injection timing. On the other hand, the pilot injection timing is advanced earlier or advanced in the order of
Has been done.
【００４７】一方、本実施形態のメイン噴射タイミング
は圧縮上死点ＴＤＣ以降に設定され、同一の運転条件に
おける一般的なメイン噴射タイミングに比較して遅角側
に設定される。即ちメインリタード噴射が実行されるの
である。これは筒内温度が低下した領域で、燃料の希薄
化、予混合化を促進してスモークの低減を図るためであ
る。On the other hand, the main injection timing of this embodiment is set after the compression top dead center TDC, and is set on the retard side as compared with the general main injection timing under the same operating conditions. That is, the main retard injection is executed. This is because in the region where the in-cylinder temperature is lowered, fuel is diluted and premixing is promoted to reduce smoke.
【００４８】（ｂ）図から理解されるように、、の
場合、パイロット噴射による熱発生率の顕著なピークが
見られ、、の場合このような顕著なピークは見られ
ない。そしてからへとパイロット噴射タイミングが
遅角化されるにつれ、熱発生率のピーク値（極大値）は
大きくなる傾向にある。、の場合、ピーク発生時期
でパイロット噴射による燃料（軽油）が連続的な着火或
いは燃焼を生じ、そのためスートが発生しているものと
予測される。従って、のパイロット噴射タイミング
はあまり好ましいものではない。As can be seen from FIG. 7B, in the case of, a remarkable peak of the heat generation rate due to the pilot injection is observed, and in the case of, such a remarkable peak is not observed. The peak value (maximum value) of the heat release rate tends to increase as the pilot injection timing is retarded. In the case of, the fuel (light oil) by the pilot injection is continuously ignited or burned at the peak generation timing, and it is therefore predicted that soot is generated. Therefore, the pilot injection timing of is not so preferable.
【００４９】逆に、、の場合のように、パイロット
噴射タイミングが早いほど、筒内圧力及び筒内温度が低
い状態で燃料が噴射されるので、着火可能な筒内圧力及
び筒内温度に達するまでに十分な予混合化が可能にな
り、熱発生率の顕著なピークは生じず、スートの発生も
ないと考えられる。On the contrary, as in the case of and, as the pilot injection timing is earlier, the fuel is injected in a state where the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature are lower, so that the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature at which ignition is possible are reached. By this time, sufficient premixing is possible, no remarkable peak of heat generation rate occurs, and no soot is generated.
【００５０】この結果から、本発明者らは、パイロット
噴射による熱発生率に着目し、後述の試験を行ったとこ
ろ、パイロット噴射による熱発生率ピークと、メイン噴
射を合わせて実施した場合のスートの発生との間に強い
相関関係があることを新たに見出した。そこでパイロッ
ト噴射における燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを後
述のように最適に定めることとした。From these results, the inventors of the present invention paid attention to the heat generation rate by pilot injection and conducted a test described later. As a result, the soot when the heat generation rate peak by pilot injection and the main injection were combined was carried out. It was newly found that there is a strong correlation with the occurrence of. Therefore, the fuel injection amount and the fuel injection timing in the pilot injection are determined to be optimum as described later.
【００５１】ところで、図示されるように、、では
、に比較して熱発生率のピークが生じなかった分、
パイロット噴射燃料が上死点後に実行されるメイン噴射
燃料と共に燃焼する傾向が強くなり、メイン噴射燃料の
燃焼時に熱発生率のピーク値が高くなる傾向にある。メ
イン噴射後に生じる熱発生率のピーク値は、で最も高
く、以下、、となるにつれ低くなっていく。つま
りパイロット噴射が早期に行われる程着火おくれ期間が
長くなり、メイン噴射燃料と一緒に一気に燃焼する傾向
が強くなる。By the way, as shown in the figure, compared with, there was no peak of the heat release rate,
The pilot injected fuel tends to burn with the main injected fuel executed after the top dead center, and the peak value of the heat release rate tends to increase when the main injected fuel burns. The peak value of the heat release rate generated after the main injection is highest at, and becomes lower as follows. That is, the earlier the pilot injection is performed, the longer the ignition delay period becomes, and the stronger the tendency is to burn the fuel together with the main injection fuel at once.
【００５２】このように早期パイロット噴射では、通常
のパイロット噴射に比べ、上死点後に実行されるメイン
噴射後に高い熱発生率のピーク値が得られるので、燃焼
が比較的急激に行われ、出力の向上及び燃費低減が見込
まれる。As described above, in the early pilot injection, a higher peak value of the heat release rate is obtained after the main injection executed after the top dead center as compared with the normal pilot injection. And improved fuel economy are expected.
【００５３】前述したように、パイロット噴射タイミン
グは早期の方が良いということがいえるが、あまりに早
期だとピストンがかなり下方に位置するためインジェク
タから噴射された燃料がキャビティに入らなくなってし
まう。そうなるとシリンダ側壁等に噴射燃料が付着し、
オイル希釈化、未燃ＨＣ増大等の問題を生じてしまう。
従って、パイロット噴射タイミングの進角側の限界は、
インジェクタから噴射された燃料がぎりぎりキャビティ
に入るようなタイミングが好ましい。言い換えれば、図
１に示されるように、インジェクタ９から噴射された燃
料がキャビティ１１の入口端縁２７を通過するようなク
ランク角になった時である。このクランク角は通常約５
０°ＢＴＤＣ程度である。As described above, it can be said that the pilot injection timing should be earlier, but if it is too early, the fuel injected from the injector will not enter the cavity because the piston is located considerably below. If this happens, the injected fuel will adhere to the side walls of the cylinder,
This causes problems such as oil dilution and increase in unburned HC.
Therefore, the limit of the pilot injection timing on the advance side is
The timing is preferably such that the fuel injected from the injector just barely enters the cavity. In other words, as shown in FIG. 1, it is when the crank angle is such that the fuel injected from the injector 9 passes through the inlet end edge 27 of the cavity 11. This crank angle is usually about 5
It is about 0 ° BTDC.
【００５４】一方、パイロット噴射タイミングの遅角側
の限界と、パイロット噴射量とは、上記のような熱発生
率及びスートの相関関係を考慮して最適に定めるべきで
ある。即ち、パイロット噴射タイミングをあまりに遅角
させたり、パイロット噴射量をあまりに多く設定してし
まうと、顕著な熱発生率のピークが生じ、スートが発生
してしまう。On the other hand, the limit of the pilot injection timing on the retard side and the pilot injection amount should be optimally determined in consideration of the above-mentioned heat release rate and soot correlation. That is, if the pilot injection timing is retarded too much or the pilot injection amount is set too large, a remarkable heat generation rate peak occurs and soot occurs.
【００５５】そこでこれらを決定するために行った試験
の結果が図５及び図６である。The results of the tests conducted to determine these are shown in FIGS. 5 and 6.
【００５６】図５は、パイロット噴射タイミングとパイ
ロット噴射による最大熱発生率との関係を調べたもの
で、横軸がパイロット噴射タイミング（°ＡＴＤＣ）、
縦軸が最大熱発生率（ｋＪ／ｓ；キロジュール毎秒）で
ある。また図６は、パイロット噴射による最大熱発生率
とスート（煤）との関係を調べたもので、横軸がスート
（ｇ／ｋＷｈ）、縦軸が最大熱発生率（ｋＪ／ｓ）であ
る。ここでいう最大熱発生率とは、図２の熱発生率の線
図において上死点前に生じている、パイロット噴射によ
る熱発生率のピーク値（最大値）のことである。FIG. 5 shows the relationship between the pilot injection timing and the maximum heat generation rate due to the pilot injection. The horizontal axis indicates the pilot injection timing (° ATDC),
The vertical axis is the maximum heat generation rate (kJ / s; kilojoule per second). Further, FIG. 6 shows the relationship between the maximum heat release rate due to pilot injection and the soot (soot). The horizontal axis is the soot (g / kWh) and the vertical axis is the maximum heat release rate (kJ / s). . The maximum heat release rate referred to here is the peak value (maximum value) of the heat release rate due to pilot injection that occurs before top dead center in the heat release rate diagram of FIG.
【００５７】試験は、気筒当たりの排気量約８００ｃｃ
の多気筒エンジンにおける２種類のパイロット噴射量
（Ａ；３ｍｍ3／ｓｔ、Ｂ；６ｍｍ3／ｓｔ）と、気筒当
たりの排気量約４００ｃｃの多気筒エンジンにおける１
種類のパイロット噴射量（Ｃ；１．２ｍｍ3 ／ｓｔ）と
に対して行った。Ａ〜Ｃそれぞれについて、パイロット
噴射タイミングを−１０〜−５０°ＡＴＤＣの範囲で変
化させてグラフ中の三本の線図Ａ，Ｂ，Ｃを得ている。
共通の試験条件としては、エンジンの出力トルクがＡ〜
Ｃ各条件で一定になるようにトータルの燃料噴射量が設
定され、総噴射量が中負荷程度に設定され、メイン噴射
タイミングが圧縮上死点以降に設定される。ここでメイ
ン噴射は、圧縮上死点以降であってパイロット噴射無し
でも緩やかに燃焼が進行する程度のタイミングで行わ
れ、且つ、メイン噴射が完了するまでに着火しない程度
のタイミングと量とで行われる。ちなみに、メイン噴射
を上死点前及び上死点付近で行ったのでは即座に着火が
始まり、スモーク及びＮＯｘを低減することはできな
い。The test shows that the displacement per cylinder is about 800 cc.
Of two types of pilot injections (A; 3 mm 3 / st, B; 6 mm 3 / st) in the multi-cylinder engine of No. 1 and in the multi-cylinder engine of the displacement per cylinder of about 400 cc
It carried out with respect to the kind of pilot injection amount (C; 1.2 mm 3 / st). For each of A to C, the pilot injection timing is changed in the range of −10 to −50 ° ATDC, and three diagrams A, B, and C in the graph are obtained.
As a common test condition, the output torque of the engine is from A to
C. The total fuel injection amount is set so as to be constant under each condition, the total injection amount is set to about a medium load, and the main injection timing is set after the compression top dead center. Here, the main injection is performed after the compression top dead center at a timing at which combustion gradually progresses even without pilot injection, and at a timing and amount at which ignition does not occur until the main injection is completed. Be seen. By the way, if the main injection is performed before and near the top dead center, ignition will start immediately, and smoke and NOx cannot be reduced.
【００５８】なお、これらＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ対応す
るのが図２，図３，図４のグラフである。言い換えれ
ば、Ａ，Ｂ，Ｃの各条件における試験の結果に基づき図
２，図３，図４のグラフが作成され、さらに図５，図６
のグラフが作成される。The graphs in FIGS. 2, 3 and 4 correspond to A, B and C, respectively. In other words, the graphs of FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 are created based on the results of the tests under the respective conditions of A, B, and C.
Graph is created.
【００５９】図５から分かるように、パイロット噴射タ
イミングが早期化（アドバンス）されるほど最大熱発生
率が小さくなる傾向にある。また、パイロット噴射量が
少ないほど最大熱発生率が小さくなり、タイミングの遅
角化に対する最大熱発生率の上昇率（つまり線図の傾
き）も小さくなる傾向にある。As can be seen from FIG. 5, the maximum heat release rate tends to decrease as the pilot injection timing is advanced (advanced). Further, the smaller the pilot injection amount, the smaller the maximum heat generation rate, and the increase rate of the maximum heat generation rate with respect to the retardation of the timing (that is, the inclination of the diagram) tends to decrease.
【００６０】次に、図６においては、線図が左側に向か
うにつれパイロット噴射タイミングが早期化され、最大
熱発生率が減少し、スートも減少する。そして最大熱発
生率が６０ｋＪ／ｓ以下であれば、Ａ，Ｂ，Ｃいずれの
条件においても良好なスートレベルを得られる。Next, in FIG. 6, the pilot injection timing is advanced as the diagram moves toward the left side, the maximum heat generation rate is reduced, and soot is also reduced. If the maximum heat generation rate is 60 kJ / s or less, a good soot level can be obtained under any of A, B, and C conditions.
【００６１】そこで、この結果から、パイロット噴射に
おける燃料噴射量と燃料噴射タイミングとは、燃焼室内
における最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下となるような
燃料噴射量と燃料噴射タイミングとに設定するものとす
る。このような燃料噴射量と燃料噴射タイミングとで行
われるパイロット噴射を低発熱率パイロット噴射と称
す。言い換えれば、最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓとなる
パイロット噴射量及びタイミングが、噴射量の上限値及
びタイミングの遅角側限界値である。これにより、パイ
ロット噴射燃料単独での燃焼が防止され、結果的に上死
点以降に実施されるメイン噴射と合わせてスモークが抑
制できる。From this result, therefore, the fuel injection amount and the fuel injection timing in the pilot injection are set so that the maximum heat generation rate in the combustion chamber is 60 kJ / s or less. And The pilot injection performed with such a fuel injection amount and fuel injection timing is referred to as a low heat generation rate pilot injection. In other words, the pilot injection amount and timing at which the maximum heat generation rate is 60 kJ / s are the upper limit value of the injection amount and the retard side limit value of the timing. As a result, the combustion of the pilot injection fuel alone is prevented, and as a result, the smoke can be suppressed together with the main injection performed after the top dead center.
【００６２】図５に戻って、最大熱発生率が６０ｋＪ／
ｓ以下となるのは、条件Ａ（３ｍｍ 3／ｓｔ）では約−
３９°ＡＴＤＣ（３９°ＢＴＤＣ）以前、条件Ｂ（６ｍ
ｍ3／ｓｔ）では約−４０°ＡＴＤＣ（４０°ＢＴＤ
Ｃ）以前、条件Ｃ（１．２ｍｍ3／ｓｔ）では約−２７
°ＡＴＤＣ（２７°ＢＴＤＣ）以前である。そこでこれ
らＡ，Ｂ，Ｃの条件では各々に対応するパイロット噴射
タイミングに設定するものとする。Returning to FIG. 5, the maximum heat release rate is 60 kJ /
Condition A (3 mm 3/ St) is about −
Before 39 ° ATDC (39 ° BTDC), Condition B (6m
m3/ St) about -40 ° ATDC (40 ° BTD
Before C), condition C (1.2 mm3/ St) is about -27
Before ° ATDC (27 ° BTDC). So this
The pilot injection corresponding to each of A, B, and C conditions
The timing shall be set.
【００６３】以上のような、最大熱発生率が６０ｋＪ／
ｓ以下となるようなパイロット噴射を伴う本実施形態の
燃焼（噴射）形態を低発熱率パイロット・メイン燃焼
（噴射）と称する。この燃焼形態をまとめていうと以下
のようになる。まず、上記のような最適量、最適タイミ
ングでパイロット噴射を行うと、この噴射燃料は燃焼室
内に十分拡散して希薄化、予混合化し、シリンダ内での
燃料が連続的に着火、燃焼することが抑制される。そし
てこの状態は圧縮上死点ＴＤＣを越えてメイン噴射の燃
焼時期まで持続される。上死点以降に設定されたメイン
噴射時期においてメイン噴射が実行されると、通常より
筒内圧力及び温度が低いため、通常より長期の着火遅れ
期間を経て、メイン噴射燃料がパイロット噴射による希
薄予混合気と一緒に着火、燃焼する。このとき既にメイ
ン噴射燃料の予混合化も十分進んでいるため、燃焼によ
るスートの発生は抑えられる。As described above, the maximum heat release rate is 60 kJ /
The combustion (injection) mode of the present embodiment accompanied by the pilot injection that is s or less is referred to as low heat generation rate pilot main combustion (injection). The combustion modes are summarized below. First, when pilot injection is performed with the optimum amount and timing as described above, this injected fuel is sufficiently diffused in the combustion chamber to be diluted and premixed, and the fuel in the cylinder is continuously ignited and burned. Is suppressed. This state is maintained beyond the compression top dead center TDC until the combustion timing of the main injection. When the main injection is executed at the main injection timing set after the top dead center, the cylinder pressure and temperature are lower than usual, so after a longer ignition delay period than usual, the main injection fuel is diluted with the pilot injection. Ignite and burn with the mixture. At this time, the premixing of the main injected fuel has already progressed sufficiently, so that the generation of soot due to combustion is suppressed.
【００６４】低発熱率パイロット・メイン燃焼（以下
「本燃焼方式」ともいう）によれば、リタードメイン噴
射に併せて低発熱率パイロット噴射を行うため、単段噴
射のリタード燃焼に比べメイン噴射後の予混合化期間を
短縮でき、例えば図２のに示されるようにメイン噴射
後の燃焼をシリンダ内が低温である状態で急激に行うこ
とができる。これにより燃費の悪化を防止できる。また
パイロット噴射燃料の予混合化によりメイン噴射燃料燃
焼時の筒内温度を高くすることができ、燃焼を安定化さ
せることができる。According to the low heat generation rate pilot / main combustion (hereinafter also referred to as "main combustion method"), since the low heat generation rate pilot injection is performed together with the retard domain injection, after the main injection as compared with the single stage injection retarded combustion. The premixing period can be shortened, and combustion after the main injection can be rapidly performed in a state where the temperature in the cylinder is low as shown in FIG. This can prevent deterioration of fuel efficiency. Further, by premixing the pilot injected fuel, the in-cylinder temperature at the time of combustion of the main injected fuel can be increased, and the combustion can be stabilized.
【００６５】一方、本燃焼方式は上記のような最適量、
最適タイミングでパイロット噴射を行うため、メイン噴
射前におけるパイロット噴射燃料の燃焼は発生せず、特
開２０００−３１０１５０の技術に比較してスモークを
改善できる。On the other hand, the main combustion system has the above optimum amount,
Since the pilot injection is performed at the optimum timing, the combustion of the pilot injection fuel does not occur before the main injection, and the smoke can be improved as compared with the technique of JP 2000-310150 A.
【００６６】このように、パイロット噴射を行い且つ圧
縮上死点以降にリタードメイン噴射を行う圧縮着火式内
燃機関において、パイロット噴射の量とタイミングとを
適正化することができ、パイロット噴射によるスモーク
を抑制することができる。As described above, in the compression ignition type internal combustion engine in which the pilot injection is performed and the retard domain injection is performed after the compression top dead center, the amount and timing of the pilot injection can be optimized, and the smoke caused by the pilot injection can be suppressed. Can be suppressed.
【００６７】なお、低発熱率パイロット・メイン噴射モ
ード（第一噴射モード）においてはＥＧＲ装置１９によ
るＥＧＲが実行され、ＮＯｘが抑制される。In the low heating rate pilot main injection mode (first injection mode), the EGR device 19 executes EGR to suppress NOx.
【００６８】さて、以上のような利点を有した本燃焼方
式ではあるが、エンジンの運転状態が低負荷領域のとき
に、燃料の着火性の悪化により燃焼が不安定になるとい
う問題がある。Although the main combustion system has the above-mentioned advantages, there is a problem that combustion becomes unstable due to deterioration of fuel ignitability when the engine is operating in a low load region.
【００６９】そこで、本実施形態のエンジンは、低負荷
領域では燃料噴射制御モードを通常噴射モード（第二噴
射モード）に切り換えて燃料噴射制御を実行する。以下
これについて詳しく説明する。Therefore, the engine of this embodiment switches the fuel injection control mode to the normal injection mode (second injection mode) in the low load region to execute the fuel injection control. This will be described in detail below.
【００７０】図７はＥＣＵ２６に予め記憶された燃料噴
射制御モードの切換えマップで、ＥＣＵ２６はこのマッ
プと、実際のエンジン回転数及び負荷とを比較して、第
一噴射モード又は第二噴射モードのいずれか一方を選択
して燃料噴射制御を実行する。このマップから分かるよ
うに、低負荷且つ低回転側の領域IIでは第二噴射モード
による燃料噴射制御を実行し、高負荷となる（低負荷を
越える）か又は高回転側となる領域I では第一噴射モー
ドによる燃料噴射制御を実行する。ここで、低負荷領域
において一律第二噴射モードとしてもよいが、低負荷で
あっても高回転側の領域では燃焼着火性悪化の問題が発
生しないので、低負荷であっても高回転側の領域では第
一噴射モードによる燃料噴射制御を実行し、本燃焼方式
による利益を得るようにしている。なお、全運転領域の
中で第一噴射モードを使用する領域I は第二噴射モード
を使用する領域IIより格段に広いので、広範な運転領域
で本燃焼方式による利益を得ることができる。FIG. 7 is a fuel injection control mode switching map stored in advance in the ECU 26. The ECU 26 compares the map with the actual engine speed and load to determine whether the fuel injection control mode is the first injection mode or the second injection mode. Either one of them is selected to execute the fuel injection control. As can be seen from this map, in the region II on the low load and low rotation side, the fuel injection control by the second injection mode is executed, and in the region I on the high load (exceeding the low load) or the high rotation side, The fuel injection control in the single injection mode is executed. Here, the second injection mode may be uniformly set in the low load region, but since the problem of deterioration of combustion ignitability does not occur in the high rotation side region even when the load is low, even when the load is low, In the region, the fuel injection control in the first injection mode is executed to obtain the benefit of this combustion method. Since the region I in which the first injection mode is used in the entire operation region is significantly wider than the region II in which the second injection mode is used, the benefits of the main combustion system can be obtained in a wide operation region.
【００７１】このように、低回転側のみではあるが、低
負荷領域では燃料噴射制御モードを第二噴射モードに切
り換えるので、燃焼の不安定を抑制することができる。As described above, the fuel injection control mode is switched to the second injection mode in the low load region, but only on the low rotation side, so that the instability of combustion can be suppressed.
【００７２】さて、以上のような利点を有した本実施形
態ではあるが、第一噴射モード（低発熱率パイロット・
メイン噴射モード）で運転時であって排気ガスの温度が
所定温度（約２５０°）以下であるときに、排気ガス温
度を上昇させてＰＭの燃焼、ＤＰＦの再生を行うべく運
転状態を排気ガス温度を上昇させる運転状態とすると、
スモークの発生量が増加する場合もあることが試験で確
認された。In the present embodiment having the above advantages, the first injection mode (low heat generation rate pilot
When operating in the main injection mode) and the temperature of the exhaust gas is below a predetermined temperature (about 250 °), the operating state is set to raise the exhaust gas temperature to burn PM and regenerate the DPF. If you set the operating state to raise the temperature,
It was confirmed in the test that the amount of smoke generated may increase.
【００７３】そこで、本実施形態のエンジンは、第一噴
射モードで運転中であり、かつ排気温度が所定温度に達
していないときに、ＤＰＦ再生を行うべく運転状態を排
気ガス温度を上昇させる運転状態になるように燃料の噴
射が制御される場合、第一噴射モード（低発熱率パイロ
ット・メイン噴射モード）を禁止して、第二噴射モード
（通常噴射モード）による燃料噴射制御を実行する。以
下これについて詳しく説明する。Therefore, when the engine of this embodiment is operating in the first injection mode and the exhaust gas temperature has not reached the predetermined temperature, the engine is operated to raise the exhaust gas temperature in order to perform the DPF regeneration. When the fuel injection is controlled to be in the state, the first injection mode (low heat generation rate pilot / main injection mode) is prohibited, and the fuel injection control in the second injection mode (normal injection mode) is executed. This will be described in detail below.
【００７４】ＤＰＦ３１によるＰＭの捕集量は、エンジ
ン運転状態に基づいて予め推定されたマップ等に従って
算出され、排気ガス温度が低い場合、ＰＭ捕集量が一定
量に達したならば、運転状態を一定期間（例えば、数分
間あるいは走行距離で数ｋｍ）排気ガス温度を上昇させ
る運転状態にして排気ガスの温度を高めてＰＭ燃焼・Ｄ
ＰＦ再生を行う。The amount of PM trapped by the DPF 31 is calculated according to a map or the like which is estimated in advance based on the engine operating state. When the exhaust gas temperature is low, if the PM trapping amount reaches a certain amount, the operating state is reached. PM combustion D for a certain period of time (for example, for several minutes or several kilometers in the mileage) by raising the temperature of exhaust gas to raise the temperature of exhaust gas.
Perform PF playback.
【００７５】排気ガス温度が低い領域においてＤＰＦを
再生する（排気ガス温度を上昇させる）方法としては、
燃料の噴射量を増加させる（インジェクタ９の電磁ソレ
ノイドをＯＮとする時間を長くする）燃料系制御と、吸
気を絞る、および／又はＥＧＲ量を増加させる吸気系制
御による方法があり、燃料噴射制御モード（第一噴射モ
ード、第二噴射モード）の切換タイミングは、これら実
行方法によって異なる。As a method of regenerating the DPF (raising the exhaust gas temperature) in the region where the exhaust gas temperature is low,
There are methods of fuel system control for increasing the fuel injection amount (longing the time when the electromagnetic solenoid of the injector 9 is turned on) and intake system control for restricting the intake air and / or increasing the EGR amount. The switching timing of the modes (first injection mode, second injection mode) differs depending on these execution methods.
【００７６】まず、図８は燃料系制御によりＤＰＦ再生
を実行する場合を示しており、上段がＤＰＦ再生タイミ
ング、下段が燃料噴射制御モードの切換タイミングを示
している。First, FIG. 8 shows the case where the DPF regeneration is executed by the fuel system control, the upper stage shows the DPF regeneration timing, and the lower stage shows the fuel injection control mode switching timing.
【００７７】まず、時間Ｔ１において運転状態を排気ガ
ス温度を上昇させる運転状態へ切換えるための信号が発
生し、それと同時に燃料噴射制御モードの第一噴射モー
ドから第二噴射モードへの切換信号が発生する。First, at time T1, a signal for switching the operating state to an operating state for raising the exhaust gas temperature is generated, and at the same time, a signal for switching the fuel injection control mode from the first injection mode to the second injection mode is generated. To do.
【００７８】燃料系制御による排気ガス温度の低い領域
におけるＤＰＦ再生を実行する場合、切換信号が発生し
てから実際に燃料噴射量を増量させるまでの間に０．１
〜０．５ｓ程度の遅延時間ｔ１を設けている。従って、
実際の運転状態は、Ｔ１から遅延時間ｔ１が経過した時
間Ｔ２において排気ガス温度を上昇させる運転状態へと
切り換わる。When the DPF regeneration in the region where the exhaust gas temperature is low by the fuel system control is executed, it is 0.1 after the switching signal is generated until the fuel injection amount is actually increased.
A delay time t1 of about 0.5 s is provided. Therefore,
The actual operating state switches to an operating state in which the exhaust gas temperature is raised at time T2 when the delay time t1 has elapsed from T1.
【００７９】一方、燃料噴射制御モードは切換信号の発
生と同時に第二噴射モードへ切り換えられる。これによ
って、燃料噴射制御モードは、運転状態が排気ガス温度
を上昇させる運転状態になるように燃料の噴射が制御さ
れる前に確実に第二噴射モードへと切り換えられる。即
ち、運転状態が排気ガス温度を上昇させる運転状態にな
るように燃料の噴射が制御される前に第一噴射モードが
禁止されるのである。On the other hand, the fuel injection control mode is switched to the second injection mode at the same time when the switching signal is generated. As a result, the fuel injection control mode is reliably switched to the second injection mode before the fuel injection is controlled so that the operating state becomes the operating state in which the exhaust gas temperature rises. That is, the first injection mode is prohibited before the fuel injection is controlled so that the operating state becomes the operating state in which the exhaust gas temperature rises.
【００８０】次に、Ｔ２から一定期間が経過してＰＭ燃
焼・ＤＰＦ再生が終了した時間Ｔ３において、運転状態
を排気ガス温度を上昇させる運転状態から通常の運転状
態（リーン運転状態）へ切り換える信号が発生する。こ
の場合、上記のような遅延時間は設けておらず、切換信
号の発生と同時に運転状態を切り換える。Next, at a time T3 when the PM combustion / DPF regeneration is completed after a certain period has elapsed from T2, a signal for switching the operating state from the operating state of raising the exhaust gas temperature to the normal operating state (lean operating state). Occurs. In this case, the delay time as described above is not provided, and the operating state is switched at the same time when the switching signal is generated.
【００８１】一方、燃料噴射制御モードは、時間Ｔ３か
ら遅延時間ｔ２＝０．１〜０．５ｓ経過した時間Ｔ４に
て切換信号が発生して第二噴射モードから第一噴射モー
ドへと切り換えられる（第一噴射モードの禁止が解除さ
れる）。従って、燃料噴射制御モードは、排気ガス温度
を上昇させる運転状態が終了して運転状態が通常の運転
状態へと戻った後に確実に第一噴射モードへ切り換えら
れる。On the other hand, the fuel injection control mode is switched from the second injection mode to the first injection mode by generating a switching signal at the time T4 when the delay time t2 = 0.1 to 0.5 s has elapsed from the time T3. (The prohibition of the first injection mode is released). Therefore, the fuel injection control mode can be reliably switched to the first injection mode after the operating state in which the exhaust gas temperature is raised ends and the operating state returns to the normal operating state.
【００８２】次に、図９は吸気系制御によりＤＰＦ再生
を実行する場合を示しており、図８と同様に、上段がＤ
ＰＦ再生タイミング、下段が燃料噴射制御モードの切換
タイミングを示している。Next, FIG. 9 shows the case where the DPF regeneration is executed by the intake system control, and similarly to FIG. 8, the upper stage is D
The PF regeneration timing and the lower part show the fuel injection control mode switching timing.
【００８３】まず、時間Ｔ１においてＤＰＦ再生、即ち
運転状態を排気ガス温度を上昇させる運転状態へ切換る
ための信号が発生し、それと同時に燃料噴射制御モード
の第一噴射モードから第二噴射モードへの切換信号が発
生する。First, at time T1, a signal is generated for DPF regeneration, that is, for switching the operating state to the operating state in which the exhaust gas temperature is raised, and at the same time, the first injection mode of the fuel injection control mode is changed to the second injection mode. Switching signal is generated.
【００８４】吸気系制御によるＤＰＦ再生を実行する場
合、切換信号が発生すると同時に、吸気絞り弁２３の絞
り作動あるいはＥＧＲ弁２１の開放作動が行われる。When the DPF regeneration by the intake system control is executed, at the same time when the switching signal is generated, the throttle operation of the intake throttle valve 23 or the opening operation of the EGR valve 21 is performed.
【００８５】一方、燃料噴射制御モードもＴ１にて切換
信号の発生と同時に第二噴射モードへ切り換えられる。On the other hand, the fuel injection control mode is also switched to the second injection mode at the same time when the switching signal is generated at T1.
【００８６】吸気系制御によるＤＰＦ再生を実行する場
合、吸気絞り弁２３及び／又はＥＧＲ弁２１の作動に時
間を要すること、吸気絞り弁２３及び／又はＥＧＲ弁２
１から燃焼室１０までにある程度の距離があることから
切換動作を行ってから実際に空燃比が切り換わるまでに
作動遅れ時間ｔ３＝２〜５ｓ程度かかるため、燃料系制
御で説明したような遅延時間ｔ１は設定していない。即
ち、切換信号の発生と同時に吸気絞り弁２３及び／又は
ＥＧＲ弁２１の作動を行っても、燃料噴射制御モードは
運転状態が排気ガス温度を上昇させる運転状態となる前
に確実に第二噴射モードへ切り換えられる（第一噴射モ
ードが禁止される）。When the DPF regeneration by the intake system control is executed, it takes time to operate the intake throttle valve 23 and / or the EGR valve 21, and the intake throttle valve 23 and / or the EGR valve 2
Since there is a certain distance from 1 to the combustion chamber 10, it takes an operation delay time t3 = 2 to 5 s between the switching operation and the actual switching of the air-fuel ratio. The time t1 is not set. That is, even if the intake throttle valve 23 and / or the EGR valve 21 are operated at the same time when the switching signal is generated, the fuel injection control mode ensures that the second injection is performed before the operating state becomes the operating state in which the exhaust gas temperature is raised. The mode is switched to (the first injection mode is prohibited).
【００８７】次に、Ｔ２から一定期間が経過してＰＭ燃
焼・ＤＰＦ再生が終了した時間Ｔ３において排気ガス温
度を上昇させる運転状態から通常の運転状態へ切り換え
る信号が発生し、それと同時に吸気絞り弁２３及び／又
はＥＧＲ弁２１が作動される。Next, at a time T3 when PM combustion / DPF regeneration is completed after a lapse of a certain period from T2, a signal for switching from an operating state in which the exhaust gas temperature is raised to a normal operating state is generated, and at the same time, an intake throttle valve 23 and / or the EGR valve 21 is activated.
【００８８】一方、燃料噴射制御モードは、実際に運転
状態が通常の運転状態（リーン運転状態）へと切り換わ
るまでの作動遅れ時間ｔ４＝２〜５ｓを考慮して、Ｔ３
から２〜５ｓが経過したＴ４にて切換信号が発生して第
二噴射モードから第一噴射モードへと切り換えられる。
従って、燃料噴射制御モードは、排気ガス温度を上昇さ
せる運転状態が終了して運転状態が通常の運転状態へと
戻った後に確実に第一噴射モードへと切り換えられる
（第一噴射モードの禁止が解除される）。On the other hand, in the fuel injection control mode, in consideration of the operation delay time t4 = 2 to 5 s until the operating state actually switches to the normal operating state (lean operating state), T3
After 2 to 5 s have elapsed, a switching signal is generated at T4 and the second injection mode is switched to the first injection mode.
Therefore, the fuel injection control mode can be reliably switched to the first injection mode after the operation state for raising the exhaust gas temperature ends and the operation state returns to the normal operation state (the prohibition of the first injection mode is prohibited). Will be released).
【００８９】このように、第一噴射モードで運転中であ
り、かつ排気ガス温度の低い時に、ＰＭ燃焼・ＤＰＦ再
生を行うべく運転状態を排気ガス温度を上昇させる運転
状態とするときには、第一噴射モードを禁止し、燃料噴
射制御モードを第二噴射モードへと切り換えることによ
って、排気ガス温度を上昇させる運転状態と第一噴射モ
ードとの組合せに伴うスモークの増加という問題を回避
することができる。従って、第一噴射モードとＤＰＦと
を組み合わせて使用することが可能となる。As described above, when operating in the first injection mode and when the exhaust gas temperature is low, when the operating state is raised to raise the exhaust gas temperature in order to perform PM combustion and DPF regeneration, By prohibiting the injection mode and switching the fuel injection control mode to the second injection mode, it is possible to avoid the problem of increased smoke due to the combination of the operating state in which the exhaust gas temperature is raised and the first injection mode. . Therefore, it is possible to use the first injection mode and the DPF in combination.
【００９０】ところで、燃料噴射制御モードの切換えに
は次のような問題がある。即ち、第二噴射モードと第一
噴射モードとでは、それぞれ異なる目標燃料噴射タイミ
ング及び目標燃料噴射量のマップが予め用意され、ＥＣ
Ｕ２６に記憶されている。そして、切換えが行われると
き、燃料噴射タイミング及び量が変化することがあり、
車両に搭載されたエンジンの場合だとその変化に基づく
切換えショック（トルク変動）が乗員に認識されてしま
う。The switching of the fuel injection control mode has the following problems. That is, different maps of the target fuel injection timing and the target fuel injection amount are prepared in advance for the second injection mode and the first injection mode.
It is stored in U26. Then, when switching is performed, the fuel injection timing and amount may change,
In the case of the engine mounted on the vehicle, the occupant recognizes the switching shock (torque fluctuation) based on the change.
【００９１】そこで、この切換えショックを防止するた
め、以下に示す如きなまし制御を実行するのが好まし
い。Therefore, in order to prevent this switching shock, it is preferable to execute the following smoothing control.
【００９２】図１０はなまし制御の内容を示し、上段に
燃料噴射制御モードを、下段にメイン噴射タイミングを
示す。下段に示されるように、モード切換点付近におけ
るメイン噴射タイミングの値（より具体的にはメイン噴
射の目標燃料噴射タイミングの値）は両モードでそれぞ
れ異なる。第二噴射モードの値をｔ１、第一噴射モード
の値をｔ２とする。FIG. 10 shows the contents of the smoothing control, the upper part shows the fuel injection control mode, and the lower part shows the main injection timing. As shown in the lower part, the value of the main injection timing near the mode switching point (more specifically, the value of the target fuel injection timing of the main injection) is different in both modes. The value of the second injection mode is t1, and the value of the first injection mode is t2.
【００９３】まず、ＤＰＦ再生が終了して燃料噴射制御
モードが第二噴射モードから第一噴射モードに切り換わ
ったとき（ａ１）、メイン噴射タイミングは即座に第二
噴射モードの値ｔ１から第一噴射モードの値ｔ２へと切
り換えず、第二噴射モードの値ｔ１から徐々に第一噴射
モードの値ｔ２へと移行させる（ｂ１）。なお図示例は
移行に関してのランプ関数を設定した場合で、そのラン
プ定数は切換えショックが出ない範囲の値に設定され
る。First, when the DPF regeneration is completed and the fuel injection control mode is switched from the second injection mode to the first injection mode (a1), the main injection timing immediately changes from the value t1 of the second injection mode to the first injection mode. The value t1 of the second injection mode is gradually changed to the value t2 of the first injection mode without switching to the value t2 of the injection mode (b1). In the illustrated example, a ramp function for transition is set, and the ramp constant is set to a value in a range where switching shock does not occur.
【００９４】次に、ＤＰＦ再生を行う時期に到達して燃
料噴射制御モードが第一噴射モードから第二噴射モード
に切り換わったとき（ａ２）にも、メイン噴射タイミン
グは即座に第一噴射モードの値ｔ２から第二噴射モード
の値ｔ１へと切り換えず、第一噴射モードの値ｔ２から
徐々に第二噴射モードの値ｔ１へと移行させる（ｂ
２）。このときの移行も前記同様にランプ関数に従って
行われる。Next, even when the time to perform the DPF regeneration is reached and the fuel injection control mode is switched from the first injection mode to the second injection mode (a2), the main injection timing is immediately changed to the first injection mode. Value t2 of the second injection mode is not switched to the value t1 of the second injection mode, and the value t2 of the first injection mode is gradually changed to the value t1 of the second injection mode (b
2). The transition at this time is also performed according to the ramp function as described above.
【００９５】このようななまし制御を実行することによ
り、メイン噴射タイミングの急変が防止され、燃料噴射
制御モードの切換え時における切換えショックを防止で
きる。By executing such smoothing control, a sudden change in the main injection timing can be prevented, and a switching shock at the time of switching the fuel injection control mode can be prevented.
【００９６】なお、図示例はメイン噴射タイミングにつ
いてのものであったが、このようななまし制御はメイン
噴射量、パイロット噴射タイミング及びパイロット噴射
量についても必要に応じて行うのが好ましい。Although the illustrated example is for the main injection timing, such smoothing control is preferably performed for the main injection amount, pilot injection timing and pilot injection amount as necessary.
【００９７】また、本実施形態のエンジンでは、ターボ
チャージャ１４のタービン１５に設けられた可変ベーン
をエンジン運転状態に応じて制御すると共に、吸気絞り
弁２３をエンジン運転状態に応じて制御し、吸気量を制
御可能としてある。そして可変ベーン開度、吸気絞り弁
開度、吸気量については、エンジン運転状態に応じた目
標値をそれぞれ各燃料噴射制御モード別にマップ形式で
ＥＣＵ２６に予め記憶させておき、実際のエンジン運転
状態とマップとを比較して各目標値を決定するようにし
ている。Further, in the engine of the present embodiment, the variable vanes provided in the turbine 15 of the turbocharger 14 are controlled according to the engine operating state, and the intake throttle valve 23 is controlled according to the engine operating state. The amount can be controlled. With regard to the variable vane opening, the intake throttle valve opening, and the intake amount, the target values according to the engine operating state are stored in advance in the ECU 26 in a map format for each fuel injection control mode, and the actual engine operating state and Each target value is decided by comparing with the map.
【００９８】この場合において、燃料噴射制御モードの
切換え時に、各モード間で可変ベーン開度、吸気絞り弁
開度又は吸気量の目標値が変化するようなときは、これ
らについても上述のなまし制御を実行するのが好まし
い。In this case, when the variable vane opening, the intake throttle valve opening, or the target value of the intake amount changes between the modes when the fuel injection control mode is switched, these are also annealed as described above. It is preferable to exercise control.
【００９９】以上、燃料噴射制御モードの切換に際し、
上記のようななまし制御を実行することで、モード切換
に伴うドライバビリティへの影響を抑えることが可能と
なり、切換えショック等の発生を抑えることができる。
そして乗員に切換えの事実を認識されるのも防止でき、
商品性能上も切換えを行うことが可能になって、エンジ
ンの全運転領域に亘って排ガスを改善することができ
る。上記各切換制御は適宜組み合わせることが可能であ
る。As described above, when switching the fuel injection control mode,
By executing the moderating control as described above, it is possible to suppress the influence on the drivability due to the mode switching, and it is possible to suppress the occurrence of switching shock or the like.
And it is possible to prevent the occupant from recognizing the fact of the change,
It is also possible to perform switching in terms of product performance, and exhaust gas can be improved over the entire operating region of the engine. The above switching controls can be combined appropriately.
【０１００】更に、このようななまし制御は、燃料噴射
制御モードの切換についてのみでなく、上述したＤＰＦ
再生時にも実行することが好ましい。即ち、ＤＰＦ再生
を行うべく運転状態の切換を行うときに、空燃比を瞬時
に切り換えるのではなく、除々に変更するように制御す
ることで、ＤＰＦ再生に伴う運転状態の切換時のショッ
クがある場合にはこれを防止できる。Further, such smoothing control is not limited to the switching of the fuel injection control mode, but also the above-mentioned DPF.
It is preferable to execute it also during reproduction. That is, when the operating state is switched to perform the DPF regeneration, the air-fuel ratio is controlled not to be switched instantaneously but to be gradually changed, so that there is a shock at the time of switching the operating state associated with the DPF regeneration. In some cases this can be prevented.
【０１０１】なお、本実施形態では、ＤＰＦを酸化触媒
を前段に配置したものとして説明したが、本発明が対象
とするＤＰＦはこれに限られるものでなく、例えば、Ｐ
Ｍを捕集するフィルターに白金族金属類及びアルカリ土
類金属酸化物を直接担持させることによりＰＭを良好に
燃焼させるようにしたもの等、排気温度が低い領域でそ
の浄化率が低下してしまうＤＰＦに好適である。In the present embodiment, the DPF is described as the one in which the oxidation catalyst is arranged in the preceding stage, but the DPF targeted by the present invention is not limited to this.
For example, a filter that traps M to directly carry platinum group metals and alkaline earth metal oxides to burn PM satisfactorily will have a reduced purification rate in a region where the exhaust temperature is low. Suitable for DPF.
【０１０２】[0102]
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、低発熱率
パイロット・メイン燃焼方式により排ガス中のスモーク
を防止でき、かつＤＰＦと組み合わせて使用できるとい
う、優れた効果を発揮するものである。In summary, according to the present invention, it is possible to prevent the smoke in the exhaust gas by the low heat release rate pilot main combustion system and to use it in combination with the DPF.
【図１】本発明の一実施形態に係る圧縮着火式内燃機関
を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a compression ignition type internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
【図２】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係
を示したグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between pilot injection timing and heat release rate.
【図３】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係
を示したグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between pilot injection timing and heat release rate.
【図４】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係
を示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between pilot injection timing and heat release rate.
【図５】パイロット噴射タイミングと最大熱発生率との
関係を示したグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between pilot injection timing and maximum heat release rate.
【図６】スートと最大熱発生率との関係を示したグラフ
である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between soot and maximum heat release rate.
【図７】燃料噴射制御モードの切換マップである。FIG. 7 is a fuel injection control mode switching map.
【図８】燃料系制御によりＤＰＦ再生を実行する場合に
おける、ＤＰＦ再生および燃料噴射制御モードの切換タ
イミングを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a switching timing of DPF regeneration and a fuel injection control mode when DPF regeneration is executed by fuel system control.
【図９】吸気系制御によりＤＰＦ再生を実行する場合に
おける、ＤＰＦ再生および燃料噴射制御モードの切換タ
イミングを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a switching timing of DPF regeneration and a fuel injection control mode when DPF regeneration is executed by intake system control.
【図１０】なまし制御の内容を示すタイムチャートであ
る。FIG. 10 is a time chart showing the content of smoothing control.
１ エンジン本体 ２ シリンダ ４ ピストン ９ インジェクタ １０ 燃焼室 １１ キャビティ １９ ＥＧＲ装置 ２４ コモンレール ２６ 電子制御ユニット（制御手段） ３０ 酸化触媒 ３１ ＤＰＦ ３２ 連続再生式ＤＰＦ 1 engine body 2 cylinders 4 pistons 9 injectors 10 Combustion chamber 11 cavities 19 EGR device 24 common rail 26 Electronic control unit (control means) 30 Oxidation catalyst 31 DPF 32 Continuous regeneration type DPF
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｈ ４Ｄ０５８ ３０１Ｎ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｒ ３５８ ３５８Ｃ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｊ // Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ Ｆターム(参考） 3G062 AA01 AA05 BA04 BA05 BA06 CA03 CA06 DA01 DA02 EA04 EA10 ED01 ED04 ED08 ED10 FA02 FA05 FA06 FA19 FA23 GA01 GA04 GA06 GA15 3G084 AA01 BA13 BA15 BA20 CA03 CA09 DA10 DA11 DA39 EA11 EB12 EB25 FA07 FA10 FA27 FA33 FA38 3G090 AA03 AA04 BA01 CA01 DA09 DA18 DA20 EA01 EA05 EA06 EA07 3G092 AA02 AA17 AA18 BB01 BB06 BB13 EA01 EA08 EA14 EA16 EB01 EC01 EC03 FA04 FA14 FA17 FA18 GA05 GA17 GA18 HA01Z HB03X HB03Z HD01Z HE01Z HE03Z HF08Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA04 JA24 JA25 JA37 KA06 KA08 KA24 KA25 MA11 MA18 MA23 NA01 NA08 NB11 ND02 NE01 NE22 PA01Z PB08A PB08Z PD11Z PE01Z PE03Z PF03Z 4D058 JA32 JA42 JB02 JB06 JB22 MA44 SA08 TA06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F02D 43/00 301 F02D 43/00 301H 4D058 301N 45/00 312 512/00 312R 358 358C F02M 25/07 570 F02M 25/07 570J // B01D 46/42 B01D 46/42 B F term (reference) 3G062 AA01 AA05 BA04 BA05 BA06 CA03 CA06 DA01 DA02 EA04 EA10 ED01 ED04 ED08 ED10 FA02 FA05 FA06 FA19 FA23 GA01 GA04 GA15 GA01 BA01 3 BA20 CA03 CA09 DA10 DA11 DA39 EA11 EB12 EB25 FA07 FA10 FA27 FA33 FA38 3G090 AA03 AA04 BA01 CA01 DA09 DA18 DA20 EA01 EA05 EA06 EA07 3G092 AA02 AA17 AA18 BB01 BB06 BB13 EA01 EA08 EA14 EA16 EB01 EC01 EC03 FA04 FA14 FA17 FA18 GA05 GA17 GA18 HA01Z HB03X HB03Z HD01Z HE01Z HE03Z HF08Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA04 JA24 JA25 JA37 KA06 KA08 KA24 KA25 MA11 MA18 MA23 NA01 NA08 NB11 ND02 NE01 NE22 PA01Z PB08A PB08Z PD11Z PE01Z PE03Z PF03Z 4D058 JA32 JA42 JB02 JB06 JB22 MA44 SA08 TA06
Claims (6)
弁を備えた燃料噴射装置と、該燃料噴射弁から噴射され
る燃料の量とタイミングとをエンジンの運転状態に基づ
き制御するエンジン制御装置と、排気通路に排気ガス中
のパティキュレートを捕集しつつこれを燃焼させるＤＰ
Ｆを備えた圧縮着火式内燃機関において、 少なくともパイロット噴射が、その噴射された燃料によ
る最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるような量とタ
イミングとで実行される低発熱率パイロット・メイン噴
射モードを有しており、 排気ガス温度の低いときに上記ＤＰＦに捕集されたパテ
ィキュレートを燃焼すべく、運転状態を排気ガス温度を
上昇させる運転状態になるように燃料の噴射が制御され
る場合には、上記低発熱率パイロット・メイン噴射モー
ドが禁止されることを特徴とする圧縮着火式内燃機関。1. A fuel injection device having a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber in a cylinder, and an engine for controlling an amount and timing of fuel injected from the fuel injection valve based on an operating state of the engine. Control device and DP for collecting particulate matter in exhaust gas and combusting it in the exhaust passage
In a compression ignition type internal combustion engine equipped with F, at least pilot injection is performed with an amount and timing such that the maximum heat release rate of the injected fuel is 60 kJ / s or less. Mode, the fuel injection is controlled so that the particulate matter trapped in the DPF is burned when the exhaust gas temperature is low so that the operating state becomes the operating state in which the exhaust gas temperature is raised. In this case, the compression ignition internal combustion engine is characterized in that the low heating rate pilot main injection mode is prohibited.
Ｆに捕集されたパティキュレートを燃焼すべく、運転状
態を排気ガス温度を上昇させる運転状態になるように燃
料の噴射が制御される場合には、運転状態を排気ガス温
度を上昇させる運転状態になるように燃料の噴射が制御
される前に上記低発熱率パイロット・メイン噴射モード
が禁止され、上記排気ガス温度を上昇させる運転状態が
終了した後、上記低発熱率パイロット・メイン噴射モー
ドの禁止が解除される請求項１記載の圧縮着火式内燃機
関。2. The DP when the exhaust gas temperature is low
In order to burn the particulate matter collected in F, when the fuel injection is controlled so that the operating state becomes the operating state in which the exhaust gas temperature is raised, the operating state is set in the operating state in which the exhaust gas temperature is raised. The low heat generation rate pilot / main injection mode is prohibited before the fuel injection is controlled so that the low heat generation rate pilot / main injection mode The compression ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein the prohibition is released.
に、燃料噴射量の目標値の変化量に対して所定のなまし
制御が実行される請求項１又は２いずれかに記載の圧縮
着火式内燃機関。3. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein a predetermined smoothing control is executed with respect to the amount of change in the target value of the fuel injection amount when the fuel injection control mode is switched. .
ードにおいて、ＥＧＲ装置によるＥＧＲが実行される請
求項１乃至３いずれかに記載の圧縮着火式内燃機関。4. The compression ignition type internal combustion engine according to claim 1, wherein an EGR is executed by an EGR device in the low heat release rate pilot main injection mode.
弁を備えた燃料噴射装置と、該燃料噴射弁に高圧燃料を
常時供給するコモンレールと、燃料噴射弁から実際に噴
射される燃料の量とタイミングとがエンジン運転状態に
基づいて予め決定された目標燃料噴射量と目標燃料噴射
タイミングとになるように燃料噴射弁を制御するエンジ
ン制御手段と、排気通路に排気ガス中のパティキュレー
トを捕集しつつこれを燃焼させるＤＰＦを備えたコモン
レール式ディーゼルエンジンにおいて、 少なくともパイロット噴射が、その噴射された燃料によ
る最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるような量とタ
イミングとで実行される低発熱率パイロット・メイン噴
射モードを有しており、 排気ガス温度の低いときに上記ＤＰＦに捕集されたパテ
ィキュレートを燃焼すべく、運転状態を排気ガス温度を
上昇させる運転状態になるように燃料の噴射が制御され
る場合には、上記低発熱率パイロット・メイン噴射モー
ドが禁止されることを特徴とするコモンレール式ディー
ゼルエンジン。5. A fuel injection device equipped with a fuel injection valve for injecting fuel into a combustion chamber in a cylinder, a common rail for constantly supplying high-pressure fuel to the fuel injection valve, and fuel actually injected from the fuel injection valve. Control means for controlling the fuel injection valve so that the amount and the timing of the fuel injection amount and the target fuel injection timing are predetermined on the basis of the engine operating state, and particulates in the exhaust gas in the exhaust passage. In a common rail type diesel engine equipped with a DPF that captures and burns the fuel, at least pilot injection is performed with an amount and timing such that the maximum heat release rate of the injected fuel is 60 kJ / s or less. It has a low heat generation rate pilot / main injection mode, and the particulate matter trapped in the DPF when the exhaust gas temperature is low. In the case where the fuel injection is controlled so that the operating state becomes the operating state in which the exhaust gas temperature is raised to burn the engine, the low heat generation rate pilot / main injection mode is prohibited. Common rail diesel engine.
る燃料の量とタイミングとをエンジン運転状態に基づき
制御すると共に、排気通路にＤＰＦを備え、排気ガス中
のパティキュレートを捕集しつつこれを燃焼させる圧縮
着火式内燃機関の制御方法において、 少なくともパイロット噴射が、その噴射された燃料によ
る最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるような量とタ
イミングとで実行される低発熱率パイロット・メイン噴
射モードを有しており、 排気ガス温度の低いときに上記ＤＰＦに捕集されたパテ
ィキュレートを燃焼すべく、運転状態を排気ガス温度を
上昇させる運転状態になるように燃料の噴射が制御され
る場合には、上記低発熱率パイロット・メイン噴射モー
ドを禁止することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制
御方法。6. The amount and timing of fuel injected from a fuel injection valve into a combustion chamber in a cylinder are controlled based on an engine operating state, and a DPF is provided in an exhaust passage to collect particulates in exhaust gas. In a control method for a compression ignition type internal combustion engine that burns the same while at the same time, at least pilot injection is performed with an amount and timing such that the maximum heat release rate of the injected fuel is 60 kJ / s or less. It has a rate pilot / main injection mode, and when the exhaust gas temperature is low, in order to burn the particulates trapped in the DPF, the operating state is increased to raise the exhaust gas temperature. A method for controlling a compression ignition type internal combustion engine, characterized in that when the injection is controlled, the low heating rate pilot main injection mode is prohibited.
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|---|---|---|---|
| JP2001400940A JP2003201899A (en) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | Compression ignition type internal combustion engine |
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| Publication Number | Publication Date |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050607 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051018 |