JP2583895Y2 - ディーゼルエンジン - Google Patents

ディーゼルエンジン

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JP2583895Y2 JP1991013723U JP1372391U JP2583895Y2 JP 2583895 Y2 JP2583895 Y2 JP 2583895Y2 JP 1991013723 U JP1991013723 U JP 1991013723U JP 1372391 U JP1372391 U JP 1372391U JP 2583895 Y2 JP2583895 Y2 JP 2583895Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この考案は、ディーゼルエンジン
具体的には排出ガスをクリーンできてしかもエンジン性
能を確保したディーゼルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンから排出されるガス
の規制レベルを低くすることが要求されるようになって
いて、従前の規制に比べてよりクリーンな排出ガスとす
る対策が必要とされている。排出ガス中の窒素酸化物
（ＮＯｘ），炭化水素（ＨＣ）を含むパティキュレート
及び黒煙に対しては、個々に対処する各種コントロール
システムが提案されまた実用化されている。
【０００３】可変スワールシステムは、エンジンの運転
状況に応じて、燃焼室内に吸気のスワールを発生させて
空気と燃料の混合気生成の効率化を図って黒煙を減少さ
せたり、パティキュレートの減少を図るものである。Ｅ
ＧＲコントロールシステムは、エンジンの運転状況に合
わせて排出ガスの一部を燃焼室に再循環させて酸素濃
度，燃焼温度を下げ、ＮＯｘの発生を抑止するものであ
る。燃料噴射時期をコントロールする進角時期コントロ
ールシステムは、ＮＯｘやパティキュレート対策に寄与
するものである。また、燃料噴射装置や燃焼室形状に工
夫を凝らすことも行なわれている。更に、上記各種可変
コントロールシステムを実行されたのちエンジンから排
出されたガスは、排出ガス通路に配設された排出ガス処
理装置を通過するときに更に浄化処理を施される。
【０００４】
【考案が解決しようとする課題】上記各種可変コントロ
ールシステムは、黒煙，パティキュレート，ＮＯｘ等の
排ガス全般に対して対処出来ず、それぞれ一長一短があ
り、単独のシステムで排出ガスをクリーンにしようとす
ると、きめ細かな制御系の構築が必要となり膨大なコス
トがかかる、という問題がある。特に、運転状況が一定
しない車両の場合、全ての運転状態に対処できる排出ガ
ス処理を単一のシステムで実行することは到底無理であ
る。従来の排出ガス処理対策は、或る程度の処理成果が
得られる段階で妥協しているのが実状である。しかも、
その結果、エンジンの性能を犠牲にすることが少なくな
かった。例えば、ＮＯｘの発生を抑えようとすると、排
煙濃度やＨＣ濃度が悪くなり、エンジンの出力性能を犠
牲にしている。従来は、これらの妥協点を見つけて実用
に供していたが、新たなレベルの大気汚染に対処するに
は、満足できないものである。
【０００５】そこで、本考案の目的は、その性能を確保
しつつ排出ガスをクリーンにできるディーゼルエンジン
の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本考案のディーゼルエエ
ンジンは、エンジンが低速回転・高負荷域で運転されて
いるときに燃焼室内において給気の強スワールを発生さ
せ、エンジンが低負荷全域及び中速回転・高負荷域で運
転されているときに中位の中スワールを発生させ、エン
ジンが高速回転・高負荷域で運転されているときに弱ス
ワールを発生させる可変スワール機構と、エンジンが低
・中速回転及び低負荷域で運転されているときに排出ガ
スを燃焼室に循環させるＥＧＲコントロール機構と、エ
ンジンが極低負荷域で運転されているときに燃料噴射時
期を進角させ、中・高負荷域で運転されているときに遅
角させる特性を有する進角時期コントロール機構とを備
えたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】進角時機コントロール機構は、極低負荷域で進
角させてＨＣとパティキュレートを低減し、中・高負荷
域で遅角させてＮＯｘを低減させる。
【０００８】可変スワール機構は、エンジンが低速・高
負荷域で運転されているとき、強スワールを発生させて
燃料と空気の混合を促進して黒煙の低減を図り、エンジ
ンが中速・高負荷域及び低負荷全域で運転されていると
き、中位のスワールを発生させてＨＣの低減と高負荷域
での黒煙低減を図り、エンジンが高速・高負荷域で運転
されているとき、弱スワールを発生させて空気量増大で
黒煙低減を図る。
【０００９】ＥＧＲコントロール機構は、エンジンが低
・中速回転及び低負荷域で運転されているとき、排出ガ
スの一部を吸気に循環させて、空気量を減じ、火炎温度
を低下させてＮＯｘを低減させる。
【００１０】
【実施例】以下、図示の実施例に基づいて本考案を詳細
に説明する。
【００１１】図１において符号１はシリンダ２，ピスト
ン３，シリンダヘッド４からなる燃焼室を示している。
シリンダヘッド４には、吸気ポート５を開閉する吸気バ
ルブ６と、適期に燃料を噴射する燃料噴射ノズル７が設
けられている。燃料噴射ノズル７は、燃料噴射ポンプ８
に接続されている。
【００１２】燃料噴射ポンプ８は、コントローラ９に含
まれる進角時機コントロール機構によって制御させられ
て、エンジンの回転数Ｎｅと負荷Ｌに応じて燃料噴射ノ
ズル７が適時に燃料を噴射するように作動させられる。
【００１３】吸気ポート５は、図示されないエアクリー
ナに連通された吸気通路１０に接続されていて、大きな
断面積からなる主ポート５ａと、小さな断面積からなる
副ポート５ｂとからなっている。副ポート５ｂには、該
ポートの開口面積を変える可変スワール補助バルブ５ｃ
が設けられている。可変スワール補助バルブ５ｃは、エ
ンジンの回転数Ｎｅと負荷Ｌに応じたコントローラ９か
らの制御信号によって回動される。可変スワール補助バ
ルブ５ｃが副ポート５ｂを全閉すると、空気は主ポート
５ａからのみ吸入されて強いスワールを燃焼室１に発生
させる。可変スワール補助バルブ５ｃが副ポート５ｂを
全開すると、空気は主ポート５ａと副ポート５ｂの双方
から吸入されて弱いスワールを燃焼室１に発生させる。
副ポート５ｂが例えば半分だけ閉じられると、燃焼室１
には、中位の中スワールが発生させられる。可変スワー
ル補助バルブ５ｃは、コントローラ９の信号を受けて作
動させられる例えばソレノイドバルブ（図示せず）によ
ってその回動位置を選択される。
【００１４】排気ガス通路１１から分岐されたＥＧＲ通
路１２は、 吸気通路１０に接続されていて、その途中
にはＥＧＲバルブ１３が設けられている。このＥＧＲバ
ルブ１３は、エンジンの運転状況に応じて作動させられ
る流路切換ソレノイドバルブ１４，デユーティソレノイ
ドバルブ１５，バキュームポンプ１６によって作動させ
られて、排気ガスの一部を燃焼室１に再循環させるよう
に作用する。デユーティソレノイドバルブ１５は、コン
トローラ９からの信号によってデユーティ制御されてバ
キュームポンプ１６の負圧をバルブ１４を介してＥＧＲ
バルブ１３に伝達し、流路切換ソレノイドバルブ１４
は、コントローラ９からのＥＧＲコントロール信号によ
ってＥＧＲバルブ１３を開いたり閉じたりして排気ガス
の循環を制御する。
【００１５】コントローラ９は、マイクロコンピュータ
からなっていて、エンジンの回転数を検知する回転数セ
ンサ（Ｎｅセンサ）からのエンジン回転数信号と、例え
ばアクセル開度を検知してエンジンの負荷とする負荷セ
ンサ（Ｌセンサ）からのエンジン負荷信号を入力されて
いる。
【００１６】コントローラ９には、可変スワール機構を
適時に作動させるスワールコントロールマップが設けら
れている。スワールコントロールマップは、図２に示す
ように、縦軸に負荷Ｌを、横軸に回転数Ｎｅをとり、強
スワール領域Ａ，中スワール領域Ｂ，弱スワール領域Ｃ
にマッピングされている。図２において、符号Ｌｍａｘ
は最大負荷を、符号Ｎｅｍａｘは最大回転数をそれぞれ
示していて、Ｌ0＝（０．６〜０．７）Ｌｍａｘ，Ｎｅ1
＝（０．４５〜０．５５）Ｎｅｍａｘ，Ｎｅ2＝（０．
６５〜０．７５）を指している。
【００１７】強スワール領域Ａは、エンジン回転数Ｎｅ
がＮｅ＜Ｎｅ1、負荷ＬがＬ≧Ｌ0となる低速回転で高負
荷の運転領域である。この強スワール領域Ａでは、可変
スワール補助バルブ５ｃが副ポート５ｂを閉塞して主ポ
ート５ａからのみ空気を取り入れることにより、燃焼室
１内に強いスワールを発生させ、燃料と空気の混合気生
成を促進する。
【００１８】弱スワール領域Ｃは、エンジン回転数Ｎｅ
がＮｅ≧Ｎｅ2、負荷ＬがＬ≧Ｌ0となる高速回転で高負
荷の運転領域である。弱スワール領域Ｃでは、可変スワ
ール補助バルブ５ｃが副ポート５ｂを全開して空気を案
内することにより、弱いスワールを発生させる。
【００１９】中スワール領域Ｂは、 Ｎｅ＜Ｎｅ1，Ｌ＜
Ｌ0及びＮｅ1≦Ｎｅ≦Ｎｅ2及びＮｅ＞Ｎｅ2，Ｌ＜Ｌ0
からなる低負荷全域と中速・高負荷の運転領域である。
中スワール領域Ｂは、副ポート５ｂを半開して中位のス
ワールを発生させる。
【００２０】コントローラ９に含まれるＥＧＲコントロ
ールマップは、図３に示すように、ＥＧＲ補助バルブ１
３を開いて排出ガスを循環させるＥＧＲ実施領域Ｄと、
バルブ１３を閉じるＥＧＲ非実施領域Ｅとからなってい
る。ＥＧＲ実施領域Ｄは、Ｌ1＝（０．４５〜０．５
５）Ｌｍａｘ以下の低負荷であって、Ｎｅ3＝（０．８
〜０．８５）Ｎｅｍａｘ以下の低・中速度の領域であ
る。
【００２１】燃料噴射ポンプ８は、図４に示すような全
負荷進角特性を有する進角時機コントロールマップによ
って、その作動を制御されて燃料噴射ノズル７から燃料
を噴射する。エンジン回転数ＮｅがＮｅ＝Ｎｅ＊のとき
の進角時期θｉｎｊは、図７に示すように、負荷の値に
応じて進角・遅角される。負荷Ｌが極低負荷であると、
実線または鎖線で示すように大きく進角させ、中・高負
荷域では、遅角させる。
【００２２】以上のように構成された実施例の作用を説
明する。
【００２３】始めに、図８において、このディーゼルエ
ンジンの排出ガス対策のメインルーチンを説明する。イ
グニッションキーをオンにしてエンジンを始動すると、
全てのデータがイニシャライズされたのち、エンジン回
転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌ等の各種情報を読み込む。エ
ンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌが異常な値でないと
リターンし、異常な値であると回転数センサ、負荷セン
サが故障しているとして、警報用ランプを点灯させる。
【００２４】図９において、可変スワールコントロール
を説明する。所定周期のタイマ割込みで、読み込まれて
いるエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌの値から現在のエンジ
ンの作動領域を可変スワールコントロールマップ（図２
参照）で判断する。
【００２５】エンジンが低回転で高負荷の状態で運転さ
れているとき、燃料噴射ノズル７から燃焼室１に供給さ
れている燃料の噴霧の粒径は大きく、吸入される空気量
は少ないので未燃部分が多い黒煙を発生し易い。そこ
で、エンジン回転数Ｎｅが回転数Ｎｅ1より低く、負荷
Ｌが負荷Ｌ0より高いと、コントローラ９は、可変スワ
ールコントロールマップから強スワール領域Ａと判断
し、副ポート５ｂを最小開度に絞る向きに可変スワール
補助バルブ５ｃを作動させる。図１において、副ポート
５ｂを絞られた吸気ポート５は、主ポート５ａのみから
の吸気となり、燃焼室１には、強いスワールが発生し、
タイミングをとって噴射された燃料との混合気生成を促
進される。よって、かかる運転状態におけるエンジンか
らの黒煙発生を抑止する。
【００２６】エンジンが高回転・高負荷で運転されてい
ると、供給される噴霧の粒径は小さく、吸入空気量は多
い。エンジン回転数Ｎｅが回転数Ｎｅ2より高く、負荷
Ｌが負荷Ｌ0より高いと弱スワール領域Ｃと判断して可
変スワール補助バルブ５ｃを最大開度になるように開い
て、空気を主・副ポート５ａ，５ｂを通じて多く吸入さ
せて弱いスワールを発生させる。吸入空気量を増大させ
ることにより、黒煙の発生を抑える。
【００２７】可変スワールコントロールマップにおい
て、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌが、ＮＥ＜Ｎｅ1，Ｌ
＜Ｌ0及びＮｅ1≦Ｎｅ≦Ｎｅ2及びＮｅ＞Ｎｅ2，Ｌ＜Ｌ
0の領域Ｂにある場合には、負荷が低い領域では、回転
数に拘らず、燃料噴射量が少なく相対的に空気量が多い
ので、強いスワールは必要なく、中位の強さの中スワー
ルを発生させるように、副ポート５ｂを半分位開くよう
に可変スワール補助バルブ５ｃを作動させる。これによ
り、火炎温度の不要な上昇を回避してＨＣの低減を図
る。また、中速・高負荷域では燃料噴射ノズル７の噴射
圧が高くて噴霧の粒径も比較的小さく、吸入される空気
量も中位であるから、中スワールを発生させてＨＣと黒
煙の発生を抑止する。
【００２８】ＥＧＲコントロール機構は、図１０に示す
ように作動する。所定周期のタイマ割込みで、読み込ま
れているエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌの値から現在のエ
ンジンの作動領域を図３のＥＧＲコントロールマップか
ら判断する。エンジン作動領域がＬ＝Ｌ1，Ｎｅ＝Ｎｅ3
のＥＧＲ実施領域Ｄであると、コントローラ９は、図１
に示すデユーティソレノイドバルブ１５と流路切換ソレ
ノイドバルブ１４を作動させて、バキュームポンプ１６
の負圧をＥＧＲバルブ１３に伝達してＥＧＲ通路１２を
開き、排出ガスの一部を吸気通路１０に導き入れる。低
負荷で低・中速度の運転状態であるところの、Ｌ1＝
（０．４５〜０．５５）Ｌｍａｘ，Ｎｅ＝（０．８〜
０．８５）ＮｅｍａｘのＥＧＲ実施領域Ｄでは、排出ガ
スの再循環により空気量を減じ、火炎温度を下げること
でＮＯｘを低減する。
【００２９】図３におけるエンジン回転数ＮｅがＮｅ＝
Ｎｅ＊＊のとき、ＥＧＲ率と負荷Ｌの関係を図５に示し
ている。低負荷Ｌ＊では高いＥＧＲ率を維持し、しきい
値Ｌ1に向かうに連れて率を低下させるようにデユーテ
ィソレノイドバルブ１５をデユーティ制御して排出ガス
の循環量をコントロールする。負荷が高くなればなるほ
ど空気の利用率が要求されるので、この領域ではＥＧＲ
を行なわずに黒煙とＮＯｘの悪化を回避するのである。
また、図３における負荷ＬがＬ＝Ｌ＊のとき、ＥＧＲ率
とエンジン回転数Ｎｅとの関係を図６に示している。エ
ンジンの回転数Ｎｅが極低い領域とＮｅ3（０．８〜
０．８５）Ｎｅｍａｘに近い領域とでＥＧＲ量を少なく
して、空気の利用率を高めるようにコントロールする。
【００３０】図１０において、エンジンの作動領域がＥ
ＧＲ非実施領域Ｅ（図３参照）であると、黒煙の悪化が
少ないので、ＥＧＲバルブ１３を閉じて排出ガスを循環
させないように制御する。
【００３１】図１１において、燃料噴射進角制御を説明
する。所定周期のタイマ割込みで、読み込まれているエ
ンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌの値に基づいて進角時機コン
トロールマップから進角時機を判断する。 このマップ
は、図４に示すように、エンジン回転数Ｎｅが高くなる
と進角させて燃焼時間を稼ぐ全負荷進角特性を持たせて
いて、エンジンの性能を確保している。そして、エンジ
ン回転数ＮｅがＮｅ＝Ｎｅ＊のときの進角時期θｉｎｊ
と負荷Ｌの関係は、図７に示すように、中・高負荷域に
おいては、進角時期θｉｎｊ＊より遅角させ、極低負荷
の場合には、大きく進角させて燃料を噴射させるように
制御する。
【００３２】負荷が高い領域は、ＮＯｘが出易い領域で
あり、この領域で進角時期を遅らせることによりＮＯｘ
を低減する。負荷がそれほど高くない領域では、火炎温
度が上がらないので、それほど多くのＮＯｘは発生しな
い。負荷が低くなるに連れて燃料噴射量が少なくなる。
これを噴霧で見てみるとその粒径が大きくなる傾向にあ
り、未燃部分が増えてＨＣを含むパティキュレートの増
大につながることになる。これに対処するために、図７
に示すように、極低負荷では、噴射時期を大きく進角さ
せて燃料と空気のミキシング時間を確保して燃焼を向上
させる。これにより、燃料の未燃部分を少なくして、パ
ティキュレート中のＨＣやＳＯＦ分を低減する。
【００３３】以上は、可変スワールコントロール，ＥＧ
Ｒコントロール，進角時期コントロールをそれぞれ独立
して説明したが、これらは、エンジンの回転数や負荷か
らなる運転状況に応じて並行して実行される。
【００３４】
【考案の効果】以上のように、可変スワール機構，ＥＧ
Ｒコントロール機構，進角時期コントロール機構を互い
に組み合わせた本考案のディーゼルエンジンによれば、
排出ガス中のＮＯｘやＨＣを含むパティキュレートの低
減にきめ細かく対処できてクリーンな排出ガスにでき
る。また、各機構の不充分な点を互いに補い合うことに
よって、エンジンの出力低下を抑えることができ、高い
エンジン性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案の一実施例を示すディーゼルエンジンの
概略構成図である。
【図２】可変スワールコントロールマップの一例を示す
図である。
【図３】ＥＧＲコントロールマップの一例を示す図であ
る。
【図４】進角時期コントロールマップの一例を示す図で
ある。
【図５】ＥＧＲ率と負荷の関係を示す線図である。
【図６】ＥＧＲ率とエンジン回転数の関係を示す線図で
ある。
【図７】進角時期と負荷の関係を示す線図である。
【図８】排出ガス対策の作用のメインルーチンを示すフ
ローチャートである。
【図９】可変スワールコントロールの流れを示すフロー
チャートである。
【図１０】ＥＧＲコントロールの流れを示すフローチャ
ートである。
【図１１】燃料噴射の進角時期制御の流れを示すフロー
チャートである。
【符号の説明】
１・・・燃焼室 ２・・・シリンダ ３・・・ピストン ４・・・シリンダブロック ５・・・吸気ポート，５ａ・・・主ポート，５ｂ・・・
副ポート， ５ｃ・・・可変スワール補助バルブ ７・・・燃料噴射ノズル ８・・・燃料噴射ポンプ ９・・・コントローラ １０・・・吸気通路 １１・・・排気通路 １２・・・ＥＧＲ通路 １３・・・ＥＧＲバルブ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｄ 41/40 41/40 Ｄ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｄ ５７０Ｊ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02D 21/08 F02B 31/00 F02M 25/02

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンが低速回転・高負荷域で運転され
    ているときに燃焼室内において吸気の強スワールを発生
    させ、エンジンが低負荷全域及び中速回転・高負荷域で
    運転されているときに中位の中スワールを発生させ、エ
    ンジンが高速回転・高負荷域で運転されているときに弱
    スワールを発生させる可変スワール機構と、 エンジンが低・中速回転及び低負荷域で運転されている
    ときに排出ガスを燃焼室に循環させるＥＧＲコントロー
    ル機構と、 エンジンが極低負荷域で運転されているときに燃料噴射
    時期を進角させ、中・高負荷域で運転されているときに
    遅角させる特性を有する進角時期コントロール機構とを
    備えたことを特徴とするディーゼルエンジン。
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