JP3358554B2 - 内燃機関 - Google Patents
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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)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Description
関においてはNOx の発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環(以下、EGRと
称す)通路により連結し、このEGR通路を介して排気
ガス、即ちEGRガスを機関吸気通路内に再循環させる
ようにしている。この場合、EGRガスは比較的比熱が
高く、従って多量の熱を吸収することができるので、E
GRガス量を増大するほど、即ちEGR率(EGRガス
量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大するほど燃
焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとNOx の発生量が低下し、従ってEGR率を増大す
ればするほどNOx の発生量は低下することになる。
NOx の発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらEGR率を増大させていくとEGR率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上EGR率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるE
GR率がEGR率の最大許容限界であると考えられてい
る。
界を越えない範囲内に定められている。このEGR率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ30パーセントから50パーセントである。
従って従来のディーゼル機関ではEGR率は最大でも3
0パーセントから50パーセント程度に抑えられてい
る。
許容限界が存在すると考えられていたので従来よりEG
R率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてNO
x およびスモークの発生量ができるだけ少なくなるよう
に定められていた。しかしながらこのようにしてEGR
率をNOx およびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもNOx およびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のN
Ox およびスモークが発生してしまうのが現状である。
程においてEGR率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてEGR
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてEGR率を70パー
セント以上にすると、またEGRガスを強力に冷却した
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはN
Ox の発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびNO
x の同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭
化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。この新たな燃焼システムを採用した内燃
機関については本出願人により既に出願されている(特
願平9−305850号)。
焼では安定した燃焼の得られる燃料噴射時期が比較的狭
いクランク角範囲内に限られている。即ち、燃料噴射時
期を早くすると噴射燃料は長時間に亘って圧縮高温ガス
により加熱されるために燃焼時に燃料およびその周囲の
ガス温は高くなり、その結果炭化水素が煤まで成長して
しまうのでスモークが発生することになる。これに対し
て燃料噴射時期を遅くすると噴射燃料の温度があまり上
昇しないために大部分の燃料は燃焼せず、斯くして失火
を生ずることになる。
対してスモークが発生せずかつ失火を生じない安定した
燃焼の得られる最適なクランク角範囲が存在し、従って
この新たな燃焼を行う場合にはこの最適なクランク角範
囲において燃料噴射を行う必要がある。しかしながらこ
の安定した燃焼の得られる最適なクランク角範囲は、燃
焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
に影響を与える機関の運転パラメータの値、例えば空燃
比や、EGR率や、吸入空気温や、EGRガス温や、機
関の冷却水温や、吸入空気中の湿度等により変化する。
燃焼室内のガス温は高くなり、その結果噴射燃料の温度
も高くなる。この場合、スモークが発生しないようにす
るためには吸入空気温が高くなるほど燃焼室内のガスに
よる噴射燃料の加熱時間を短かくする必要があり、その
ためには吸入空気温が高くなるほど燃料噴射時期を遅く
する必要がある。
るほど燃焼室内のガス温は低くなり、その結果噴射燃料
の温度も低くなる。この場合、失火が生じないようにす
るためには吸入空気温が低くなるほど燃焼室内のガスに
よる噴射燃料の加熱時間を長くする必要があり、そのた
めには吸入空気温が低くなるほど燃料噴射時期を早くす
る必要がある。
角範囲は、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周
囲のガス温度に影響を与える機関の運転パラメータの値
によって変化する。この場合、機関の運転パラメータの
値の変化が激しいと燃焼室内における燃焼時の燃料およ
びその周囲のガス温度が変化しても検出遅れ等によって
その変化に追従させて噴射時期を変化させることができ
ず、斯くして噴射時期が最適なクランク角範囲からずれ
てしまうためにスモークが発生するが、或いは失火が発
生することになる。
よびその周囲のガス温度に影響を与える機関の運転パメ
ラータのうちで吸入空気温や、機関の冷却水温や、吸入
空気の湿度は急変することがなく、従ってこれらのパラ
メータが変化してもその変化に追従させて噴射時期を最
適なクランク角範囲内に制御することができる。また、
新たな燃焼が行われているときには運転状態が変化して
も空燃比やEGR率はさほど変化せず、従ってこれらの
パラメータが変化してもその変化に追従させて噴射時期
を最適なクランク角範囲内に制御することができる。
よびその周囲のガス温度に影響を与える機関の運転パラ
メータのうちでEGRガス温は機関の運転状態が変化す
ると激しく変化する。従ってEGRガス温が変化したと
きにEGRガス温の変化に応じて噴射時期を制御しても
EGRガス温の変化に追従させて噴射時期を変化させる
ことができず、斯くして噴射時期が最適なクランク角範
囲からずれてしまうためにスモークが発生するか、或い
は失火が発生するという問題を生ずる。
めに1番目の発明では、機関から排出された排気ガスを
機関吸気通路内に再循環させるための排気ガス再循環装
置を具備し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を
増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達
し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大
していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周
囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとん
ど発生しなくなる内燃機関において、煤の発生量がピー
クとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される
再循環排気ガス量を多くし、機関排気通路と機関吸気通
路とを連結する排気ガス再循環通路内に冷却装置を配置
すると共にこの冷却装置に対し、冷却装置から流出した
再循環排気ガスの温度をほぼ予め定められた設定温度に
維持するのに必要な冷却能力を持たせ、冷却装置から流
出した再循環排気ガスの温度が設定温度のときに最適と
なる噴射時期が予め記憶されており、記憶されている噴
射時期に基づいて噴射時期を定めるようにしている。
室内に再循環せしめられる再循環排気ガス温は設定温度
に維持され、再循環排気ガスの温度が設定温度のときに
最適となる噴射時期が予め記憶されており、この記憶さ
れている噴射時期に基づいて噴射時期が定められる。従
って排気ガス温が激しく変動しても噴射時期は常時最適
な噴射時期となる。
機関冷却水が冷却装置に導びかれ、機関冷却水により再
循環排気ガスが冷却される。3番目の発明では2番目の
発明において、機関本体内の冷却水温がほぼ一定に維持
されており、設定温度がほぼ一定に維持されている機関
本体内の冷却水温とほぼ等しい。
燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温
度に影響を与える機関の運転パラメータの値を検出する
検出手段を具備し、噴射時期を運転パラメータの値に基
づいてスモークの発生する噴射時期と失火が生ずる噴射
時期との間に制御するようにしている。5番目の発明で
は4番目の発明において、運転パラメータが空燃比であ
り、空燃比が大きくなるほど噴射時期を遅らすようにし
ている。
運転パラメータが排気ガス再循環率であり、排気ガス再
循環率が高くなるほど噴射時期を早くするようにしてい
る。7番目の発明では4番目の発明において、運転パラ
メータが吸入空気温であり、吸入空気温が高くなるほど
噴射時期を遅らすようにしている。8番目の発明では4
番目の発明において、運転パラメータが機関の冷却水温
であり、機関の冷却水温が高くなるほど噴射時期を遅ら
すようにしている。
運転パラメータが吸入空気の湿度であり、吸入空気の湿
度が高くなるほど噴射開始時期を早くするようにしてい
る。10番目の発明では1番目の発明において、冷却装
置内における再循環排気ガスの流れ方向を逆方向に切換
えるための切換手段を具備し、予め定められた期間が経
過する毎に冷却装置内における再循環排気ガスの流れ方
向をそれまでとは逆方向に切換えるようにしている。
て、排気ガス再循環率がほぼ55パーセント以上であ
る。12番目の発明では1番目の発明において、機関排
気通路内に酸化機能を有する触媒を配置している。13
番目の発明では12番目の発明において、触媒が酸化触
媒、三元触媒又はNOx 吸収剤の少くとも一つからな
る。
て、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも
燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が多く煤がほと
んど発生しない第1の燃焼と、煤の発生量がピークとな
る再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気
ガス量が少ない第2の燃焼とを選択的に切換える切換手
段を具備している。
て、機関の運転領域を低負荷側の第1の運転領域と高負
荷側の第2の運転領域に分割し、第1の運転領域では第
1の燃焼を行い、第2の運転領域では第2の燃焼を行う
ようにしている。
着火式内燃機関に適用した場合を示している。図1を参
照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3は
シリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気
制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は
排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は
対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結
され、サージタンク12は吸気ダクト13を介してエア
クリーナ14に連結される。吸気ダクト13内にはステ
ップモータ15により駆動されるスロットル弁16が配
置される。一方、排気ポート10は排気マニホルド17
および排気管18を介して酸化機能を有する触媒19を
内蔵した触媒コンバータ20に連結される。
はEGR通路21を介して互いに連結され、EGR通路
21内には電気制御式EGR制御弁22が配置される。
また、EGR通路21内にはEGRガスを冷却するため
の冷却装置23が配置される。図1に示される実施例で
は機関冷却水が冷却水導入口24から冷却装置23内に
導入され、この冷却水によってEGRガスが冷却され
る。EGRガスを冷却した冷却水は冷却水排出口25か
ら排出されて機関本体1に返戻される。
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール27に連結さ
れる。このコモンレール27内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ28から燃料が供給され、コモンレー
ル28内に供給された燃料は各燃料供給管26を介して
燃料噴射弁6に供給される。コモンレール27にはコモ
ンレール27内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
29が取付けられ、燃料圧センサ29の出力信号に基づ
いてコモンレール27内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ28の吐出量が制御される。
ータからなり、双方向性バス41によって互いに接続さ
れたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ラン
ダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッ
サ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備
する。図1に示されるように燃料圧センサ29の出力信
号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に
入力される。機関本体1には機関冷却水温を検出するた
めの水温センサ30が配置され、この水温センサ30の
出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート
45に入力される。スロットル弁16上流の吸気ダクト
13内には吸入空気の質量流量を検出するための質量流
量検出器31と、吸入空気温を検出するための温度セン
サ32と、吸入空気の湿度を検出するための湿度センサ
33とが配置され、これら質量流量検出器31、温度セ
ンサ32および湿度センサ33の出力信号は夫々対応す
るAD変換器47を介して入力ポート45に入力され
る。
0の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷セン
サ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応す
るAD変換器47を介して入力ポート45に入力され
る。また、入力ポート45にはクランクシャフトが例え
ば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角
センサ52が接続される。一方、出力ポート46は対応
する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、スロットル弁
制御用ステップモータ15、EGR制御弁22および燃
料ポンプ28に接続される。
6の開度およびEGR率を変化させることにより空燃比
A/F(図2の横軸)を変化させたときの出力トルクの
変化、およびスモーク、HC,CO,NOx の排出量の
変化を示す実験例を表している。図2からわかるように
この実験例では空燃比A/Fが小さくなるほどEGR率
が大きくなり、理論空燃比(≒14.6)以下のときに
はEGR率は65パーセント以上となっている。
ことにより空燃比A/Fを小さくしていくとEGR率が
40パーセント付近となり空燃比A/Fが30程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、EGR率を65パーセ
ント以上とし、空燃比A/Fが15.0付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またN
Ox の発生量がかなり低くなる。一方、このときHC,
COの発生量は増大し始める。
モークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧変
化を示しており、図3(B)は空燃比A/Fが13付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の燃焼
圧の変化を示している。図3(A)と図3(B)とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図3(B)に示す場合はスモークの発生量が多い図3
(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
のことが言える。即ち、まず第1に空燃比A/Fが1
5.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図2
に示されるようにNOx の発生量がかなり低下する。N
Ox の発生量が低下したということは燃焼室5内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室5内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図3からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図3(B)に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室5
内の燃焼温度は低くなっていることになる。
がほぼ零になると図2に示されるようにHCおよびCO
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図4に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図4に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図2に示される如くHCおよびCOの排出
量が増大するがこのときのHCは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。
くこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度が低
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排出さ
れることになる。このことについて更に詳細に実験研究
を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその周囲
のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程
が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼
室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以
上になると煤が生成されることが判明したのである。
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はNOx の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はNOx の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、NOx の発生量が低下する。このときNOx の発
生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はNO
x の発生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室5から排出させるか、或いは
煤の形で燃焼室5から排出させるかについては極めて大
きな差がある。本発明において採用されている新たな燃
焼システムは燃焼室5内において煤を生成させることな
く炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって
燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有す
る触媒により酸化せしめることを核としている。
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
が強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用
いることは好ましいと言える。
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。即ち、図5において曲線
AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ9
0℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷却
装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線C
はEGRガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。
を強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図5の曲線Bで示さ
れるようにEGRガスを少し冷却した場合にはEGR率
が50パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ65パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
Rガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が5
5パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図5は機関負荷が比
較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負
荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるEGR率は
若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるEGR率の下
限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなく
なるEGR率の下限はEGRガスの冷却度合や機関負荷
に応じて変化する。
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なEGRガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のEGRガス
の割合を示している。なお、図6において縦軸は燃焼室
5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Yは
過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してお
り、Z1は低負荷運転領域を示している。
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図6に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図6においてEGRガスの割合、即ち混合
ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGRガス量
を示している。このEGRガス量はEGR率で表すとほ
ぼ55パーセント以上であり、図6に示す実施例では7
0パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸入され
た全吸入ガス量を図6において実線Xとし、この全吸入
ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との割合を図6
に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス温
度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くし
て煤が全く発生しなくなる。また、このときのNOx 発
生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってN
Ox の発生量は極めて少量となる。
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はEGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図6に示されるようにEGRガス量は噴射燃
料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。
即ち、EGRガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大
する必要がある。
阻止するのに必要な全吸入ガス量Xが吸入しうる全吸入
ガス量Yを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生を
阻止するのに必要な全吸入ガス量Xを燃焼室5内に供給
するにはEGRガスおよび吸入空気の双方、或いはEG
Rガスを過給又は加圧する必要がある。EGRガス等を
過給又は加圧しない場合には負荷領域Z2では全吸入ガ
ス量Xは吸入しうる全吸入ガス量Yに一致する。従って
この場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干減
少させてEGRガス量を増大すると共に空燃比がリッチ
のもとで燃料を燃焼せしめることになる。
もとで燃焼させる場合を示しているが図6に示される低
負荷運転領域Z1において空気量を図6に示される空気
量よりも少なくても、即ち空燃比をリッチにしても煤の
発生を阻止しつつNOx の発生量を10p.p.m 前後又は
それ以下にすることができ、また図6に示される低負荷
領域Z1において空気量を図6に示される空気量よりも
多くしても、即ち空燃比の平均値を17から18のリー
ンにしても煤の発生を阻止しつつNOx の発生量を10
p.p.m 前後又はそれ以下にすることができる。
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときNOx も極めて少量しか発
生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空
燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、NOx
も極めて少量しか発生しない。
空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろう
と、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリーン
であろうと煤が発生されず、NOx の発生量が極めて少
量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのとき
平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。と
ころで燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲の
ガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に
抑制しうるのは燃焼による発熱量が少ない比較的機関負
荷が低いときに限られる。従って本発明では機関負荷が
比較的低いときには燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制
して第1の燃焼、即ち低温燃焼を行うようにし、機関負
荷が比較的高いときには第2の燃焼、即ち従来より普通
に行われている燃焼を行うようにしている。なお、ここ
で第1の燃焼、即ち低温燃焼とはこれまでの説明から明
らかなように煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よ
りも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生し
ない燃焼のことを云い、第2の燃焼、即ち従来より普通
に行われている燃焼とは煤の発生量がピークとなる不活
性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない燃焼の
ことを云う。
る第1の運転領域Iと、第2の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる第2の燃焼領域IIとを示してい
る。なお、図7において縦軸Lはアクセルペダル50の
踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Nは機関回
転数を示している。また、図7においてX(N)は第1
の運転領域Iと第2の運転領域IIとの第1の境界を示し
ており、Y(N)は第1の運転領域Iと第2の運転領域
IIとの第2の境界を示している。第1の運転領域Iから
第2の運転領域IIへの運転領域の変化判断は第1の境界
X(N)に基づいて行われ、第2の運転領域IIから第1
の運転領域Iへの運転領域の変化判断は第2の境界Y
(N)に基づいて行われる。即ち、機関の運転状態が第
1の運転領域Iにあって低温燃焼が行われているときに
要求負荷Lが機関回転数Nの関数である第1の境界X
(N)を越えると運転領域が第2の運転領域IIに移った
と判断され、従来の燃焼方法による燃焼が行われる。次
いで要求負荷Lが機関回転数Nの関数である第2の境界
Y(N)よりも低くなると運転領域が第1の運転領域I
に移ったと判断され、再び低温燃焼が行われる。
界X(N)よりも低負荷側の第2の境界Y(N)との二
つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第1の理
由は、第2の運転領域IIの高負荷側では比較的燃焼温度
が高く、このとき要求負荷Lが第1の境界X(N)より
低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからで
ある。即ち、要求負荷Lがかなり低くなったとき、即ち
第2の境界Y(N)よりも低くなったときでなければた
だちに低温燃焼が開始されないからである。第2の理由
は第1の運転領域Iと第2の運転領域II間の運転領域の
変化に対してヒステリシスを設けるためである。
Iにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとん
ど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前記体又はそ
の前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。この
とき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は酸化機能を
有する触媒19により良好に酸化せしめられる。触媒1
9としては酸化触媒、三元還元、又はNOx 吸収剤を用
いることができる。NOx 吸収剤は燃焼室5内における
平均空燃比がリーンのときにNOx を吸収し、燃焼室5
内における平均空燃比がリッチになるとNOx を放出す
る機能を有する。
とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムN
a、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金
属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土
類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から
選ばれた少くとも一つと、白金Ptのような貴金属とが
担持されている。
x 吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびNOx 吸収剤を触媒19として用いるこ
とができる。次に図8を参照しつつ第1の運転領域Iお
よび第2の運転領域IIにおける運転制御について概略的
に説明する。
6の開度、EGR制御弁22の開度、EGR率、空燃
比、噴射時期および噴射量を示している。図8に示され
るように要求負荷Lの低い第1の運転領域Iではスロッ
トル弁16の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉
近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、EGR制
御弁22の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉近
くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、図8に
示される例では第1の運転領域IではEGR率がほぼ7
0パーセントとされており、空燃比はわずかばかりリー
ンなリーン空燃比とされている。
率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁16の
開度およびEGR制御弁22の開度が制御される。ま
た、第1の運転領域Iでは圧縮上死点TDC前に燃料噴
射が行われる。この場合、噴射開始時期θSは要求負荷
Lが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θEも噴
射開始時期θSが遅くなるにつれて遅くなる。
弁16は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁
22も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁1
6を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室5内の圧
力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が
小さくなるとピストン4による圧縮仕事が小さくなるた
めに機関本体1の振動が小さくなる。即ち、アイドリン
グ運転時には機関本体1の振動を抑制するためにスロッ
トル弁16が全閉近くまで閉弁せしめられる。
から第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁16の開
度が半開程度から全開方向へステップ状に増大せしめら
れる。このとき図8に示す例ではEGR率がほぼ70パ
ーセントから40パーセント以下までステップ状に減少
せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされる。即
ち、EGR率が多量のスモークを発生するEGR率範囲
(図5)を飛び越えるので機関の運転領域が第1の運転
領域Iから第2の運転領域IIに変わるときに多量のスモ
ークが発生することがない。
来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では
煤およびNOx が若干発生するが低温燃焼に比べて熱効
率は高く、従って機関の運転領域が第1の運転領域Iか
ら第2の運転領域IIに変わると図8に示されるように噴
射量がステップ状に低減せしめられる。この第2の運転
領域IIではスロットル弁16は一部を除いて全開状態に
保持され、EGR制御弁22の開度は要求負荷Lが高く
なると次第に小さくされる。また、この運転領域IIでは
EGR率は要求負荷Lが高くなるほど低くなり、空燃比
は要求負荷Lが高くなるほど小さくなる。ただし、空燃
比は要求負荷Lが高くなってもリーン空燃比とされる。
また、第2の運転領域IIでは噴射開始時期θSは圧縮上
死点TDC付近とされる。
/Fを示している。図9において、A/F=15.5,
A/F=16,A/F=17,A/F=18で示される
各曲線は夫々空燃比が15.5,16,17,18であ
るときを示しており、各曲線間の空燃比は比例配分によ
り定められる。図9に示されるように第1の運転領域I
では空燃比がリーンとなっており、更に第1の運転領域
Iでは要求負荷Lが低くなるほど空燃比A/Fがリーン
とされる。
る発熱量が少くなる。従って要求負荷Lが低くなるほど
EGR率を低下させても低温燃焼を行うことができる。
EGR率を低下させると空燃比は大きくなり、従って図
9に示されるように要求負荷Lが低くなるにつれて空燃
比A/Fが大きくされる。空燃比A/Fが大きくなるほ
ど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比をリー
ンにするために本発明による実施例では要求負荷Lが低
くなるにつれて空燃比A/Fが大きくされる。
関の運転領域に応じた最適のEGR率とされる。このE
GR率EGは図10に示されるように要求負荷Lおよび
機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM42
内に記憶されている。なお、空燃比を図9に示される目
標空燃比A/Fとし、EGR率を図10に示される目標
EGR率EGとするのに必要なスロットル弁16の目標
開度STが図11(A)に示されるように要求負荷Lお
よび機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM
42内に記憶されており、空燃比を図9に示す目標空燃
比A/Fとし、EGR率を図10に示される目標EGR
率EGとするのに必要なEGR制御弁22の目標開度S
Eが図11(B)に示されるように要求負荷Lおよび機
関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内
に記憶されている。
は図8に示されるように要求負荷Lが高くなるにつれて
増大する。この噴射量Qは機関回転数の関数でもあり、
この噴射量Qは図12に示されるように要求負荷Lおよ
び機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM4
2内に記憶されている。一方、第1の燃焼が行われてい
るときには冒頭で述べたように燃料噴射時期に対してス
モークが発生せずかつ失火を生じない安定した燃焼の得
られる最適なクランク角範囲が存在し、従って第1の燃
焼を行う場合にはこの最適なクランク角範囲において燃
料噴射を行う必要がある。しかしながらこの安定した燃
焼の得られる最適なクランク角範囲は、燃焼室5内にお
ける燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度に影響を与
える機関の運転パラメータの値、例えば空燃比や、EG
R率や、吸入空気温や、EGRガス温や、機関の冷却水
温や、吸入空気中の湿度等により変化する。
化が激しいと燃焼室5内における燃焼時の燃料およびそ
の周囲のガス温度が変化しても検出遅れ等によってその
変化に追従させて噴射時期を変化させることができず、
斯くして噴射時期が最適なクランク角範囲からずれてし
まうためにスモークが発生するか、或いは失火が発生す
ることになる。
およびその周囲のガス温度に影響を与える機関の運転パ
ラメータのうちで吸入空気温や、機関の冷却水温や、吸
入空気の湿度は急変することがなく、従ってこれらのパ
ラメータが変化してもその変化に追従させて噴射時期を
最適なクランク角範囲内に制御することができる。ま
た、第1の燃焼が行われているときには図9からわかる
ように運転状態が変化しても空燃比A/Fはさほど変化
せず、同様に第1の燃焼が行われているときには運転状
態が変化してもEGR率はさほど変化しない。従ってこ
れらのパラメータが変化してもその変化に追従させて噴
射時期を最適なクランク角範囲内に制御することができ
る。
およびその周囲のガス温度に影響を与える機関の運転パ
ラメータのうちでEGRガス温は機関の運転状態が変化
すると激しく変化する。従ってEGRガス温が変化した
ときにEGRガス温の変化に応じて噴射時期を制御して
もEGRガス温の変化に追従させて噴射時期を変化させ
ることができず、斯くして噴射時期が最適なクランク角
範囲からずれてしまうためにスモークが発生するか、或
いは失火が発生するという問題を生ずることになる。
された冷却装置23に対し、冷却装置23から流出した
EGRガスの温度をほぼ予め定められた設定温度に維持
するのに必要な冷却能力を持たせるようにしている。云
い換えると冷却装置23に大量の機関冷却水を供給し、
それによって冷却装置23の出口におけるEGRガス温
を予め定められた設定温度に維持するようにしている。
るEGRガス温Tの変化を示している。図13に示され
るように図1に示す冷却装置23を用いると冷却装置2
3の入口におけるEGRガス温Tが150℃であっても
300℃であっても500℃であっても、即ち機関から
排出された排気ガス温が激しく変動しても冷却装置23
の出口におけるEGRガス温Tは一定温度に維持するこ
とができる。
却装置13の出口における機関の冷却水温とほぼ等しく
なる。機関の冷却水温はサーモスタット等により一定温
度に維持されており、図1に示す内燃機関では機関の冷
却水温がほぼ120℃に維持されている。従って図1に
示される冷却装置13の出口におけるEGRガス温Tは
ほぼ120℃に維持されている。機関の冷却水温は12
0℃よりも低い温度、例えば80℃に維持することもで
き、このときには冷却装置13の出口におけるEGRガ
ス温Tは80℃となる。
3に供給すれば特別な温度制御を行わなくても冷却装置
23の出口におけるEGRガス温Tを一定に維持するこ
とができる。図8に示されるように第1の燃焼が行われ
ているときの噴射開始時期θS1、即ち第1の運転領域
Iにおける噴射開始時期θS1は要求負荷Lが高くなる
につれて遅くされる。即ち、噴射開始時期θS1を進角
量で表わすと噴射開始時期の進角量θS1は図14
(A)に示されるように要求負荷Lが高くなるにつれて
小さくなる。また、噴射開始時期の進角量θS1は図1
4(B)に示されるように機関回転数Nが高くなるにつ
れて大きくなる。本発明では冷却装置23から流出した
EGRガス温が一定温度、例えば120℃のときに最適
となる噴射開始時期の進角量θS1が実験により求めら
れ、この進角量θS1に基づいて噴射開始時期が定めら
れる。
冷却装置23の出口におけるEGRガス温を予め定めら
れた設定温度、例えば120℃に維持した状態で、空燃
比A/Fが基準空燃比(A/F0 )であり、EGR率E
Gが基準EGR率EG0 であり、吸入空気温GTが基準
温度GT0 であり、機関冷却水温TWが基準温度TW0
であり、吸入空気の湿度DFが基準湿度DF0 であると
きの噴射開始時期の基準進角量θS1が実験により求め
られ、この基準進角量θS1が図14(C)に示される
ように要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマッ
プの形で予めROM42内に記憶されている。
による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比を示して
いる。なお、図15においてA/F=24,A/F=3
5,A/F=45,A/F=60で示される各曲線は夫
々目標空燃比24,35,45,60を示している。空
燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁1
6の目標開度STが図16(A)に示されるように要求
負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予
めROM42内に記憶されており、空燃比をこの目標空
燃比とするのに必要なEGR制御弁22の目標開度SE
が図16(B)に示されるように要求負荷Lおよび機関
回転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に
記憶されている。
Qは図17に示されるように要求負荷Lおよび機関回転
数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記憶
されており、第2の燃焼が行われるときの噴射開始時期
θS2は図18に示されるように要求負荷Lおよび機関
回転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に
記憶されている。
空燃比A/Fが基準空燃比(A/F 0 )であり、EGR
率EGが基準EGR率EG0 であり、吸入空気温GTが
基準温度GT0 であり、機関冷却水温TWが基準温度T
W0 であり、吸入空気の湿度DFが基準湿度DF0 であ
るときには噴射開始時期の進角量を図14(C)のマッ
プで示される基準進角量θS1とすればスモークが発生
せず、失火することのない安定した燃焼を得ることがで
きる。
気温GTが基準温度GT0 よりも大巾に高くなったとき
に噴射開始時期の進角量を基準進角量Sθ1にしておく
と燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が過度に高くな
り、その結果スモークが発生することになる。従ってこ
の場合には噴射開始時期の進角量を基準進角量Sθ1よ
りも小さくするように、即ち噴射開始時期を遅らせるよ
うに補正する必要がある。
気温GTが基準温度GT0 よりも大巾に低くなったとき
に噴射開始時期の進角量を基準進角量Sθ1にしておく
と燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が低くなり、そ
の結果失火を生ずることになる。従ってこの場合には噴
射開始時期の進角量を基準進角量Sθ1よりも大きくす
るように、即ち噴射開始時期を早めるように補正する必
要がある。
角量Sθ1の補正量について説明する。図19(A)は
空燃比A/Fと噴射開始時期の進角量Sθ1に対する補
正量Δθ1との関係を示している。空燃比A/Fが大き
くなると燃焼室5内における燃焼が活発となるために燃
焼時の燃料およびその周囲のガス温度が高くなり、空燃
比A/Fが小さくなると燃焼が次第に活発でなくなるた
めに燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低くな
る。従って空燃比A/Fが基準値(A/F)0 よりも大
きくなると補正量Δθ1は次第に大きな負の値となり、
空燃比A/Fが基準値(A/F)0 よりも小さくなると
補正量Δθ1は次第に大きな正の値となる。
期の進角量Sθ1に対する補正量Δθ2との関係を示し
ている。EGR率EGが大きくなると燃焼室5内におけ
る燃焼が次第に活発でなくなるために燃焼時の燃料およ
びその周囲のガス温度が低くなり、EGR率EGが小さ
くなると燃焼が活発になるために燃焼時の燃料およびそ
の周囲のガス温度は高くなる。従ってEGR率EGが基
準値EG0 よりも大きくなると補正量Δθ2は次第に大
きな正の値となり、EGR率EGが基準値EG 0 よりも
小さくなると補正量Δθ2は次第に大きな負の値とな
る。
空気温GTと噴射開始時期の進角量Sθ1に対する補正
量Δθ3との関係を示している。吸入空気温GTが高く
なると燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度が高くな
り、吸入ガス温GTが低くなると燃焼時の燃料およびそ
の周囲のガス温度は低くなる。従って吸入空気温GTが
基準値GT0 よりも高くなると補正量Δθ3は次第に大
きな負の値となり、吸入ガス温GTが基準値GT0 より
も低くなると補正量Δθ3は次第に大きな正の値とな
る。
始時期の進角量Sθ1に対する補正量Δθ4との関係を
示している。機関冷却水温WTが高くなると燃焼室5内
のガス温が高くなるために燃焼時の燃料およびその周囲
のガス温度が高くなり、機関冷却水温WTが低くなると
燃焼室5内のガス温が低くなるために燃焼時の燃料およ
びその周囲のガス温度は低くなる。従って機関冷却水温
WTが基準値WT0 よりも高くなると補正量Δθ4は次
第に大きな負の値となり、機関冷却水温WTが基準値W
T0 よりも低くなると補正量Δθ4は次第に大きな正の
値となる。
開始時期の進角量Sθ1に対する補正量Δθ5との関係
を示している。吸入空気の湿度DFが高くなると吸入空
気に含まれる水分の吸熱作用によって燃焼時の燃料およ
びその周囲のガス温度が低くなり、吸入空気の湿度DF
が低くなると吸入空気に含まれる水分による吸熱作用が
低下するために燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
は高くなる。従って吸入空気の湿度DFが基準値DF0
よりも大きくなると補正量Δθ5は次第に大きな正の値
となり、吸入空気の湿度DFが基準値DF0 よりも小さ
くなると補正量Δθ5は次第に大きな負の値となる。
各関係は予めROM42内に記憶されている。次に図2
0および図21を参照しつつ運転制御について説明す
る。図20および図21を参照すると、まず初めにステ
ップ100において機関の運転状態が第1の運転領域I
であることを示すフラグIがセットされているか否かが
判別される。フラグIがセットされているとき、即ち機
関の運転状態が第1の運転領域Iであるときにはステッ
プ101に進んで要求負荷Lが第1の境界X1(N)よ
りも大きくなったか否かが判別される。L≦X1(N)
のときにはステップ103に進んで低温燃焼が行われ
る。
示すマップからスロットル弁16の目標開度STが算出
され、スロットル弁16の開度がこの目標開度STとさ
れる。次いでステップ104では図11(B)に示すマ
ップからEGR制御弁22の目標開度SEが算出され、
EGR制御弁22の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ105では図12に示すマップから噴射
量Qが算出される。次いでステップ106では図14
(C)に示すマップから噴射開始時期の基本進角量θS
1が算出される。
31により検出された吸入空気の質量流量Gaが取込ま
れる。次いでステップ108では燃料噴射量Qと吸入空
気の質量流量Gaから空燃比A/Fが算出される。次い
でステップ109ではこの空燃比A/Fに基づいて図1
9(A)に示す関係から補正量Δθ1が算出される。次
いでステップ110では図10に示されるマップから算
出されたEGR率EGに基づいて図19(B)に示す関
係から補正値Δθ2が算出される。次いでステップ11
1では温度センサ32により検出された吸入空気温GT
に基づいて図19(C)に示す関係から補正量Δθ3が
算出される。次いでステップ112では水温センサ30
により検出された機関冷却水温WTに基づいて図19
(D)に示す関係から補正値Δθ4が算出される。次い
でステップ113では湿度センサ33により検出された
吸入空気の湿度に基づいて図19(E)に示す関係から
補正値Δθ5が算出される。
1に各補正値Δθ1からΔθ5を加算することによって
最終的な噴射開始時期の進角量θS1(=θS1+Δθ
1+Δθ2+Δθ3+Δθ4+Δθ5)が算出される。
次いでステップ115ではこの最終的な進角量θS1、
噴射量Qおよび燃料圧センサ29により検出されたコモ
ンレール27内の燃料圧に基づいて噴射完了時期θE1
が算出される。
(N)になったと判別されたときにはステップ102に
進んでフラグIがリセットされ、次いでステップ118
に進んで第2の燃焼が行われる。即ち、ステップ118
では図16(A)に示すマップからスロットル弁16の
目標開度STが算出され、スロットル弁16の開度がこ
の目標開度STとされる。次いでステップ119では図
16(B)に示すマップからEGR制御弁22の目標開
度SEが算出され、EGR制御弁22の開度がこの目標
開度SEとされる。次いでステップ120では図17に
示すマップから噴射量Qが算出され、次いでステップ1
21では図18に示すマップから噴射開始時期θS2が
算出される。次いでステップ122では噴射開始時期θ
S2、噴射量Qおよびコモンレール27内の燃料圧から
噴射完了時期θE2が算出される。
クルではステップ100からステップ116に進んで要
求負荷Lが第2の境界Y(N)よりも低くなったか否か
が判別される。L≧Y(N)のときにはステップ118
に進み、リーン空燃比のもとで第2の燃焼が行われる。
一方、ステップ116においてL<Y(N)になったと
判別されたときにはステップ117に進んでフラグIが
セットされ、次いでステップ103に進んで低温燃焼が
行われる。
は冷却装置23内におけるEGRガスの流れ方向を逆方
向に切換えるための切換装置60が設けられている。即
ち、排気マニホルド17に連結されているEGR通路部
分21aは二又に分岐されて一方では冷却装置23の一
端Aに連結され、他方では冷却装置23の他端Bに連結
される。EGR通路部分21aの分岐部にはアクチュエ
ータ61により作動せしめられる切換弁62が配置さ
れ、この切換弁62によってEGR通路部分21aは冷
却装置23の一端A又は他端Bに選択的に連結される。
EGR通路部分21bも二又に分岐されて一方では冷却
装置23の一端Aに連結され、他方では冷却装置23の
他端Bに連結される。EGR通路部分21bの分岐部に
はアクチュエータ61により作動せしめられる切換弁6
3が配置され、この切換弁63によってEGR通路部分
21bは冷却装置23の一端A又は他端Bに選択的に連
結される。
ーチンを示している。図23を参照するとステップ20
0では機関回転数NがΣNに加算される。従ってこのΣ
Nは機関回転数Nの累積値を表している。次いでステッ
プ201では機関回転数の累積値ΣNが予め定められた
設定値N0 を越えたか否かが判別される。ΣN≦N0 の
ときには処理サイクルを完了する。
線で示す位置にあったとすると各切換弁62,63は図
22の実線で示す位置に保持される。このときEGRガ
スは実線の矢印で示す如く流れ、EGRガスは冷却装置
23内に一端Aから流入し、他端Bから排出される。一
方、図23のステップ201においてΣN>N0 になっ
たと判断されたときにはステップ202に進んで各切換
弁62,63が図22の破線で示す位置に切換えられ
る。次いでステップ203に進んでΣNが零とされる。
このときにはEGRガスは破線の矢印で示す如く流れ、
EGRガスは冷却装置23内に他端Bから流入し、一端
Aから排出される。
>N0 になったと判断されたときにはステップ202に
進んで各切換弁62,63が図22の実線で示す位置に
切換えられる。従ってEGRガスは冷却装置23内を予
め定められた期間を経過する毎にそれまでとは逆方向に
流通せしめられることになる。即ち、第1の燃焼が行わ
れているときには機関から多量の未燃炭化水素が排出さ
れ、従ってEGRガス中には多量の未燃炭化水素が含ま
れている。このEGRガスは冷却装置23により冷却さ
れ、冷却装置23の流出口付近ではかなりの低温とな
る。EGRガス温が低下するとEGRガス中に含まれる
未燃炭化水素がデポジットとして堆積しやすくなり、斯
くして冷却装置23の流出口付近にはデポジットが堆積
することになる。
が経過したときに冷却装置13内においてEGRガスを
それまでとは逆方向に流し、高温のEGRガスによって
堆積しているデポジットを燃焼させ、除去するようにし
ている。
定した燃焼を得ることができる。
る。
である。
る。
す図である。
る。
を示す図である。
である。
ある。
である。
である。
である。
ある。
る。
Claims (15)
- 【請求項1】 機関から排出された排気ガスを機関吸気
通路内に再循環させるための排気ガス再循環装置を具備
し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大して
いくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼
室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大していく
と燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生し
なくなる内燃機関において、煤の発生量がピークとなる
再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排
気ガス量を多くし、機関排気通路と機関吸気通路とを連
結する排気ガス再循環通路内に冷却装置を配置すると共
に該冷却装置に対し、冷却装置から流出した再循環排気
ガスの温度をほぼ予め定められた設定温度に維持するの
に必要な冷却能力を持たせ、冷却装置から流出した再循
環排気ガスの温度が該設定温度のときに最適となる噴射
時期が予め記憶されており、記憶されている噴射時期に
基づいて噴射時期を定めるようにした内燃機関。 - 【請求項2】 機関冷却水が上記冷却装置に導びかれ、
機関冷却水により再循環排気ガスが冷却される請求項1
に記載の内燃機関。 - 【請求項3】 機関本体内の冷却水温がほぼ一定に維持
されており、上記設定温度がほぼ一定に維持されている
機関本体内の冷却水温とほぼ等しい請求項2に記載の内
燃機関。 - 【請求項4】 燃焼室内における燃焼時の燃料およびそ
の周囲のガス温度に影響を与える機関の運転パラメータ
の値を検出する検出手段を具備し、上記噴射時期を該運
転パラメータの値に基づいてスモークの発生する噴射時
期と失火が生ずる噴射時期との間に制御するようにした
請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項5】 上記運転パラメータが空燃比であり、空
燃比が大きくなるほど噴射時期を遅らすようにした請求
項4に記載の内燃機関。 - 【請求項6】 上記運転パラメータが排気ガス再循環率
であり、排気ガス再循環率が高くなるほど噴射時期を早
くするようにした請求項4に記載の内燃機関。 - 【請求項7】 上記運転パラメータが吸入空気温であ
り、該吸入空気温が高くなるほど噴射時期を遅らすよう
にした請求項4に記載の内燃機関。 - 【請求項8】 上記運転パラメータが機関の冷却水温で
あり、機関の冷却水温が高くなるほど噴射時期を遅らす
ようにした請求項4に記載の内燃機関。 - 【請求項9】 上記運転パラメータが吸入空気の湿度で
あり、吸入空気の湿度が高くなるほど噴射時期を早くす
るようにした請求項4に記載の内燃機関。 - 【請求項10】 冷却装置内における再循環排気ガスの
流れ方向を逆方向に切換えるための切換手段を具備し、
予め定められた期間が経過する毎に冷却装置内における
再循環排気ガスの流れ方向をそれまでとは逆方向に切換
えるようにした請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項11】 排気ガス再循環率がほぼ55パーセン
ト以上である請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項12】 機関排気通路内に酸化機能を有する触
媒を配置した請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項13】 該触媒が酸化触媒、三元触媒又はNO
x 吸収剤の少くとも一つからなる請求項12に記載の内
燃機関。 - 【請求項14】 煤の発生量がピークとなる再循環排気
ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が
多く煤がほとんど発生しない第1の燃焼と、煤の発生量
がピークとなる再循環ガス量よりも燃焼室内に供給され
る再循環排気ガス量が少ない第2の燃焼とを選択的に切
換える切換手段を具備した請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項15】 機関の運転領域を低負荷側の第1の運
転領域と高負荷側の第2の運転領域に分割し、第1の運
転領域では第1の燃焼を行い、第2の運転領域では第2
の燃焼を行うようにした請求項14に記載の内燃機関。
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