JP2936673B2 - 直噴ディーゼルエンジンの排気還流制御装置 - Google Patents

直噴ディーゼルエンジンの排気還流制御装置

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は直接噴射式のディーゼルエンジンの排気還
流制御装置の改良に関する。
(従来の技術) ディーゼルエンジンにおいてもガソリンエンジンと同
様に、排気中の有害成分であるNOXの発生を抑制するた
めに、燃焼室に不活性の排気を再循環させるようにした
排気還流(以下、EGRという。)制御装置が、たとえば
特開昭57−26252号公報を始めとして、多く提案されて
いる。
これらの装置では、排気管と吸気管とを連通するEGR
通路にEGR弁を装着し、EGR弁の作動室に一定負圧または
待機圧を選択的に導くことにより、EGR弁を開閉し、ま
た、吸気管に絞り弁を設け、この絞り弁駆動用のダイア
フラム装置にも一定負圧か大気圧のいずれか一方を導い
て、吸気絞り弁を開閉する。
これらEGR弁と吸気絞り弁を上表のように3つの負荷
域に応じて段階的に制御することにより、EGRがカット
される高負荷域で、EGRをした場合の出力の低下と多量
のスモークの発生を防止することができ、その一方で少
量のEGRが行なわれる中負荷域や比較的多量のEGRが行な
われる低負荷域には、スモークの発生を抑えつつ燃焼温
度を低下させてNOXの発生を抑えることができる。
(発明が解決しようとする課題) ところで、燃焼着火遅れを少なくして円滑な燃焼を実
現するため、燃焼噴射を段階的に行う燃料噴射制御装置
では、初期リフトのみで噴射が終了する運転域(たとえ
ばアイドル時やごく低負荷時等)と、初期リフトに続い
てメインリフトによっても噴射が行なわれる運転域と
で、要求されるEGR量が異なる。
にもかかわらず、従来装置においてこれら2つの運転
域を含んだ低負荷域で一律に大量のEGRが行なわれる
と、微小な噴射量しか供給されないために初期リフトの
みで噴射が終了する運転域にとってEGR量が多すぎ、ス
モーク、パーティキュレート、HC等が増大してしまう。
そこでこの発明は、初期リフトのみによる噴射である
のか、メインリフトによっても噴射しているかどうかと
いった実際の噴射状態に対応して低負荷域でのEGR量を
適切に制御することにより、排気特性の改善を可能とし
たディーゼルエンジンの燃料噴射装置を提供することを
目的とする。
(課題を解決するための手段) この発明は、第1図に示すように、エンジンと同期回
転するカムに駆動されて高圧燃料を圧送する燃料噴射ポ
ンプ51と、この圧送燃料の圧力に応じニードルが初期と
メインで段階的にリフトして燃料を多段噴射する噴射ノ
ズル52と、EGR量を可変とする装置53とを備えた直噴デ
ィーゼルエンジンの排気還流制御装置において、前記噴
射ノズル52のニードルのリフト量を検出するセンサ54
と、この検出値に基づいて低負荷域での噴射が前記初期
リフトのみによる場合であるのかそれともメインリフト
にもよる場合であるのかどうかを判定する手段55と、こ
の判定結果より初期リフトのみによる噴射である場合に
は前記EGR量を小さく、またメインリフトによる噴射も
行われている場合には前記EGR量を大きくそれぞれ設定
する手段56と、この設定されたEGR量となるように前記E
GR量可変装置53を制御する手段57とを設けた。
(作用) 噴射ノズル52のメインリフトによる噴射も行なわれて
いる場合には、燃料ガス温度が上昇してNOXが増すので
あるが、設定手段56によりEGR量が大きく設定され、大
量のEGRが行なわれると、NOXの発生が抑えられる。
一方、多段噴射ノズル52の特性上、初期リフトのみで
噴射が終了する場合には、微小な噴射量しか供給される
ことがない。
この場合にも大量のEGRを行うとスモーク、パーティ
キュレート、HC等が増大するのであるが、この場合つま
り微小な噴射量しか供給されることがない場合には、こ
れに対応して設定手段56によりEGR量を小さな値に設定
すると、スモーク等の増大を防止して排気特性を改善す
ることができる。
(実施例) まず第2図に燃料噴射ポンプ1の一例を示すが、これ
はいわゆる列型の燃料噴射ポンプ(特開昭61−218769号
公報参照)であり、カム11の回転によりプランジャ12が
上下し、加圧室13の燃料を燃料弁14を介して、燃料噴射
ノズル20に圧送する。
プランジャ12の周囲には制御スリーブ15が装着され、
このスリーブ15の位置により燃料圧送の開始時期が決ま
る。スリーブ15は燃料が送り込まれる燃料室16と加圧室
13との間を連通するプランジャ12に設けた通路17の燃料
室側への開口部分を開閉し、プランジャ12が上昇する過
程で、スリーブ15の下端により通路17の開口が閉じられ
ると、燃料室16との連通が遮断され、加圧室13の圧力が
高まり始める。
また、プランジャ12の上昇により、通路17から分岐す
るポート17aがスリーブ15の途中に設けた通口15aに連通
すると、加圧室13が再び燃料室16と連通して、燃料の圧
送が終了する。
そして位置制御機構18によりスリーブ15の位置を上下
させることにより、燃料の圧送開始時期を進めたり、遅
らせたりすることができる。
また、分岐ポート17aはプランジャ周囲に傾斜溝とし
て開口しているので、プランジャ12の軸線まわりの回転
位置を回転制御機構19によって変化させることにより、
通口15aに対する連通時期が変化し、燃料の圧送終了時
期、すなわち燃料噴射量を変化させることができる。
次に第3図に燃料噴射ノズル(シリンダ中央に垂直に
配置される)20の一例を示すが(特開平1−190460号明
細書参照)、ノズルホルダ21の内部にはニードル22が配
置され、このニードル22は第1および第2のスプリング
23,24によって、シート部25に着座する。
燃料圧力室27に導入される燃料噴射ポンプ10からの燃
料圧力により、ニードル22にかかる圧力が所定値以上に
高まると、プッシュロッド26を介して第1のスプリング
23を圧縮しながら、ニードル22は一定値(初期リフト
量)だけ上方にリフトする。
これが初期噴射であり、燃料圧力が第2のスプリング
24の設定圧力を越えるまではこの状態を維持する。つい
でスプリングシート28を介して第2のスプリング24を圧
縮しながら、ニードル22が大きくリフトし、大量の燃料
を供給する主噴射が始まる。
このようにして、初期リフト(初期噴射)期間に少量
の燃料を噴射し、ついでメインリフト(主噴射)期間に
大量の燃料を噴射するという、段階的な燃料噴射が行な
われるのである。
ニードル22の実際のリフト量を測定するために、ノズ
ルホルダ21の上部にはニードルリフトセンサ29が取り付
けられる。このリフトセンサ29としてはたとえば磁歪型
センサ等を用い、測定部の高周波コイルによる磁界内
に、ニードル22と連動する磁性体からなるプッシュロッ
ド26が近付いてきたときに、磁性体の内部に発生する渦
電流または導磁率変化に応じて生じる、高周波コイルの
インダクタンスの変化から、ニードル22のリフト量を検
出する。
次にEGR装置の一例を第4図に示すと、排気管31と吸
気管32を連通するEGR通路33にEGR弁34が装着され、この
弁34に三方弁35を介して、バキュームポンプ39からの一
定負圧が選択的に導入されると、開かれる。
また、EGR通路33よりも上流の吸気管32にバタフライ
型の絞り弁36が装着され、デューティー制御弁38によ
り、吸気絞り弁駆動用のダイアフラム装置37に導かれる
制御負圧に応じて吸気絞り弁36が閉じられる。つまり、
吸気絞り弁36の閉じ角を大きくするほどEGR量が大きく
なっていくのであり、制御弁38へのデューティー値を制
御することによって、EGR量を無段階に変化させること
ができる。
そして、低負荷域で大量のEGRが行なわれるように、
第5図で示すコントローラ45によって制御することによ
り、燃焼ガス温度を下げてNOXを低減するのであるが、
低負荷域の中でもアイドル時やごく低負荷時のように、
初期リフトのみによって噴射の終了する運転域には、微
小な燃料量しか噴射されないため、その場合のEGR量で
は多すぎる。
そこで、この発明では初期リフトのみによって噴射の
終了する場合には、微小な噴射量に対応させてEGR量を
小さくするようになっている。
コントローラ45は演算部分としてのCPU、記憶部分と
してのROM,RAM、入出力部分としてのI/Oからなるマイコ
ン等で構成される。
コントローラ45にはニードルリフトセンサ29からの検
出信号のほか、エンジン回転数センサ41、アクセル開度
センサ(エンジン負荷センサ)42等からの検出信号が入
力し、これらに基づいて、噴射量、噴射時期、EGR量を
適正に制御するように、それぞれ前記スリーブ15の位置
制御機構18とプランジャ12の回転制御機構(噴射量調整
機構)19に駆動信号を出力し、かつ三方弁35にはON,OFF
信号を、制御弁38にはデューティー信号を出力する。
ここでコントローラ45におけるEGR制御動作を第6図
のフローチャートを参照しながら説明する。
まずステップ1でエンジン回転数Ne、アクセル開度Ac
c、ニードルリフト量の各データを読み込む。
ステップ2ではニードルリフト量が初期リフト量(あ
らかじめ定まる値で一定値)よりも大きいかどうかをみ
て、大きければメインリフトによる噴射も行なわれてい
ると(第7図(A)参照)、この逆に小さければ初期リ
フトのみで噴射が終了していると(第7図(B)参照)
判定し、この判定結果に応じて以下のようにEGR量を設
定する(ステップ3,4)。
メインリフトによる噴射も行なわれる場合のEGR量は
第8図に示すように、エンジン回転数Neとアクセル開度
Accに基づいて4段階に定められ、高負荷域では、EGRを
カットすることによって、EGRをした場合の出力の低下
と多量のスモークの発生を防止することができ、その一
方で低負荷域になるほどEGR量を大きくすることによっ
て、スモークの発生を抑えつつ燃焼温度を低下させてNO
Xの発生を抑えることができる。
一方、初期リフトのみで噴射が終了する場合には、微
小な噴射量しか供給されることがないとして、EGR量が
小さな値に設定される(ステップ4)。この小さな値が
設定される運転域を第8図のマックに重ねてみると、第
9図のように、EGR量を大とする低負荷域の中に、EGR量
を小とする領域(斜線部)が新たに生じることになる。
つまり、斜線部においては、多段噴射ノズルの特性上
微小な噴射量しか供給されないのであるから、燃焼ガス
温度も上昇しないためにNOXの発生もわずかでしかな
く、したがって要求されるEGR量は小さくて足りるので
ある。
このようにして、実際の燃料噴射の状態(初期リフト
のみによる噴射であるのかメインリフトによる噴射も行
なわれているのかということ)をみて、その噴射状態
(燃焼状態)に対応させてきめ細かくEGR量を制御する
ことにより、微小な噴射量に対して大量のEGRを行うこ
とによるスモーク、パーティキュレート、HC等の増大を
防止して排気特性を改善することができるのである。
なお、ステップ5では、この設定されたEGR量を所定
のアドレスに格納して、一連のルーチンを終了する。
前述のニードルリフトセンサについては、第3図にお
いてスプリングシート28の下に圧電素子を設置しておく
と、メインリフトによりスプリングシート28が圧電素子
から離れることになって、圧電素子に付勢していたスプ
リング力がなくなるので、圧電素子からの出力電圧が変
化する。この電圧変化からメインリフトも行なわれてい
るかどうかを判断するようにしてもかまわない。
(発明の効果) この発明では、燃料噴射ノズルの初期リフトのみによ
る噴射であるのか、それともメインリフトによる噴射も
行なわれているのかどうかをみて、初期リフトのみによ
る噴射の場合はEGR量を小さくし、またメインリフトに
よる噴射も行なわれている場合にはEGR量を大きくする
構成としたため、アイドル時やごく低負荷時等での噴射
状態とEGR量のミスマッチを防いで、排気特性を改善す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のクレーム対応図、第2図は一実施例
を示す燃料噴射ポンプの断面図、第3図は燃料噴射ノズ
ルの断面図、第4図はEGR装置の構成図、第5図はコン
トローラのブロック図、第6図は同じく制御動作のフロ
ーチャート、第7図(A)と第7図(B)はリフトセン
サの出力特性図、第8図はEGR量のマップ特性図、第9
図は実施例の作用を説明するための特性図である。 10……燃料噴射ポンプ、18……スリーブ位置制御機構、
19……プランジャ回転制御機構(噴射量調整機構)、20
……燃料噴射ノズル、29……ニードルリフトセンサ、31
……排気管、32……吸気管、33……EGR通路、34……EGR
弁、35……三方弁、36……吸気絞り弁、37……ダイアフ
ラム装置、38……デューティー制御弁、41……エンジン
回転数センサ、42……アクセル開度センサ(エンジン負
荷センサ)、45……コントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02M 25/07 550 F02M 25/07 550K 550R 570 570G

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンと同期回転するカムに駆動されて
    高圧燃料を圧送する燃料噴射ポンプと、この圧送燃料の
    圧力に応じニードルが初期とメインで段階的にリフトし
    て燃料を多段噴射する噴射ノズルと、EGR量を可変とす
    る装置とを備えた直噴ディーゼルエンジンの排気還流制
    御装置において、前記噴射ノズルのニードルのリフト量
    を検出するセンサと、この検出値に基づいて低負荷域で
    の噴射が前記初期リフトのみによる場合であるのかそれ
    ともメインリフトにもよる場合であるのかどうかを判定
    する手段と、この判定結果より初期リフトのみによる噴
    射である場合には前記EGR量を小さく、またメインリフ
    トによる噴射も行われている場合には前記EGR量を大き
    くそれぞれ設定する手段と、この設定されたEGR量とな
    るように前記EGR量可変装置を制御する手段とを設けた
    ことを特徴とする直噴ディーゼルエンジンの排気還流制
    御装置。
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