JP3424563B2 - 内燃機関 - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (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。
うな新たな燃焼システムについてはまだ開示されていな
い。そのため、既に開示されている従来の燃焼システム
では、上述した新たな燃焼システムに基づく新たな効果
を奏することができない。
ーク)が排出されること及びNOxが排出されることを
同時に阻止すると共に、回転数の低下に伴う振動の問題
の発生を回避しつつ、アイドル運転時に無駄に消費され
る燃料を削減し、燃費を向上させることができる内燃機
関を提供することを目的とする。
ク)が排出されること及びNOxが排出されることを同
時に阻止しつつ、第1の燃焼が行われるときにもアイド
ル運転時の実際の回転数を目標回転数まで迅速に増大さ
せることができる内燃機関を提供することを目的とす
る。
よれば、燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大し
ていくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前
記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大して
いくと前記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であって、煤の発生量がピー
クとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給され
る不活性ガスの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不活性ガスの量より
も前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第
2の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備し、前
記第1の燃焼が行われるアイドル運転時の目標回転数を
前記第2の燃焼が行われるアイドル運転時の目標回転数
よりも低い回転数に設定した内燃機関が提供される。
焼が行われるアイドル運転時の目標回転数は第2の燃焼
が行われるアイドル運転時の目標回転数よりも低い回転
数に設定されている。ところで、機関低回転時の回転は
機関高回転時の回転よりも爆発に伴う回転むらが顕著に
なるために回転数を低下させると振動の問題が大きくな
るという背景がある。一方、第1の燃焼時の燃焼圧のピ
ークは第2の燃焼時の燃焼圧のピークよりも低い、つま
り、第1の燃焼時の回転むらは第2の燃焼時の回転むら
よりも小さい。そのため、第1の燃焼が行われている時
には第2の燃焼が行われている時よりも回転数を低下さ
せても振動の問題は発生しない。それゆえ、上述したよ
うに請求項1に記載の内燃機関では、第1の燃焼が行わ
れるアイドル運転時の目標回転数は第2の燃焼が行われ
るアイドル運転時の目標回転数よりも低い回転数に設定
されている。その結果、回転数の低下に伴う振動の問題
の発生を回避しつつ、アイドル運転時に無駄に消費され
る燃料を削減し、燃費を向上させることができる。
が低い時に、前記第1の燃焼が行われるアイドル運転時
の目標回転数を増大させる補正を行う請求項1に記載の
内燃機関が提供される。
が低い時に第1の燃焼が行われるアイドル運転時の目標
回転数を増大させる補正を行うため、機関温度が低いこ
とに伴って火炎の発達が阻害され、燃焼が不安定になる
ことによりエンジンが停止してしまうのを回避すること
ができる。
が低い時に、前記第1の燃焼が行われるアイドル運転時
の目標回転数を増大させる補正を行う請求項1に記載の
内燃機関が提供される。
が低い時に第1の燃焼が行われるアイドル運転時の目標
回転数を増大させる補正を行うため、吸気温度が低いこ
とに伴って火炎の発達が阻害され、燃焼が不安定になる
ことによりエンジンが停止してしまうのを回避すること
ができる。
が増大する時に、前記第1の燃焼が行われるアイドル運
転時の目標回転数を増大させる補正を行う請求項1に記
載の内燃機関が提供される。
アコンディショナ、パワーステアリング等が作動される
時等、外部負荷が増大する時に第1の燃焼が行われるア
イドル運転時の目標回転数を増大させる補正を行うた
め、エンジンにかかる外部負荷が増大することによりエ
ンジンが停止してしまうのを回避することができる。
室から排出された未燃炭化水素を酸化するために機関排
気通路内に酸化機能を有する触媒を配置すると共に、前
記触媒の温度が低い時に前記第1の燃焼が行われるアイ
ドル運転時の目標回転数を増大させる補正を行う請求項
1に記載の内燃機関が提供される。
が酸化触媒、三元触媒又はNOx吸収剤の少くとも一つ
からなる請求項5に記載の内燃機関が提供される。
焼室から排出される未燃炭化水素が機関排気通路内にて
酸化されるため、未燃炭化水素が内燃機関から排出され
るのを阻止することができると共に、例えば機関始動時
等の触媒の温度が低い時に第1の燃焼が行われるアイド
ル運転時の目標回転数を増大させる補正を行うため、触
媒の暖機性を向上させることができる。
に供給される不活性ガスの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、前記燃焼室内に供給
される不活性ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室
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
内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる不活性ガ
スの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量
が多く煤がほとんど発生しない第1の燃焼と、煤の発生
量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に
供給される不活性ガスの量が少ない第2の燃焼とを選択
的に切り換える切換手段を具備し、アイドル運転時の実
際の回転数がアイドル運転時の目標回転数よりも低くな
ったときに燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を増量
補正することによりアイドル運転時の実際の回転数を増
大させる燃料増量補正を行い、前記第1の燃焼が行われ
る燃料増量補正時の増量補正量を前記第2の燃焼が行わ
れる燃料増量補正時の増量補正量よりも大きな値に設定
した内燃機関が提供される。
焼が行われる燃料増量補正時の増量補正量は第2の燃焼
が行われる燃料増量補正時の増量補正量よりも大きな値
に設定されている。ところで、第1の燃焼時の温度は第
2の燃焼時の温度よりも低いため、第1の燃焼時の燃費
は第2の燃焼時の燃費よりも悪い。そのため、第1の燃
焼が行われる燃料増量補正時の増量補正量を第2の燃焼
が行われる燃料増量補正時の増量補正量と等しくしたの
では、第2の燃焼が行われるアイドル運転時の実際の回
転数を目標回転数まで増大させる場合よりも第1の燃焼
が行われるアイドル運転時の実際の回転数を目標回転数
まで増大させるのに長い時間を要してしまう。それゆ
え、上述したように請求項7に記載の内燃機関では、第
1の燃焼が行われる燃料増量補正時の増量補正量は第2
の燃焼が行われる燃料増量補正時の増量補正量よりも大
きな値に設定されている。その結果、第1の燃焼が行わ
れるときにもアイドル運転時の実際の回転数を目標回転
数まで迅速に増大させることができる。
室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に再循環さ
せる排気ガス再循環装置を具備し、前記不活性ガスが前
記機関吸気通路内に再循環された再循環排気ガスからな
る請求項1又は7に記載の内燃機関が提供される。
再循環装置によって機関吸気通路内に再循環される再循
環排気ガスを不活性ガスとして利用することにより、外
部から燃焼室内に不活性ガスを供給する手段を特別に設
ける必要性を回避することができる。
の燃焼から前記第2の燃焼に又は前記第2の燃焼から前
記第1の燃焼に切り換えられるときに排気ガス再循環率
をステップ状に変化させるようにした請求項8に記載の
内燃機関が提供される。
焼から第2の燃焼に又は第2の燃焼から第1の燃焼に切
り換えられるときに排気ガス再循環率をステップ状に変
化させることにより、排気ガス再循環率が、煤の発生量
がピークになる排気ガス再循環率に設定されるのを回避
することができる。
1の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ
55パーセント以上であり、前記第2の燃焼が行われて
いるときの排気ガス再循環率がほぼ50パーセント以下
である請求項9に記載の内燃機関が提供される。
燃焼が行われているときの排気ガス再循環率をほぼ55
パーセント以上にすると共に第2の燃焼が行われている
ときの排気ガス再循環率をほぼ50パーセント以下にす
ることにより、排気ガス再循環率が、煤の発生量がピー
クになる排気ガス再循環率に設定されるのを回避するこ
とができる。
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
の運転領域とに分割し、前記第1の運転領域では前記第
1の燃焼を実行し得るようにし、前記第2の運転領域で
は前記第2の燃焼を実行するようにした請求項8に記載
の内燃機関が提供される。
燃焼を実行し得る時、つまり、燃焼室内における燃焼時
の燃料及びその周囲のガス温度を煤の生成温度よりも低
く維持し得る時が、燃焼による発熱量が比較的少ない機
関中低負荷運転時に限られるという理由から、低負荷側
の第1の運転領域で第1の燃焼を実行し得るようにする
と共に高負荷側の第2の運転領域で第2の燃焼を実行す
る。それゆえ、運転領域に応じて適切な燃焼を実行する
ことができる。
実施形態について説明する。
燃機関に適用した第一の実施形態を示している。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、60は機関冷却水温を検
出するための水温センサを夫々示す。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およびインター
クーラ14を介して過給機、例えば排気ターボチャージ
ャ15のコンプレッサ16の出口部に連結される。コン
プレッサ16の入口部は空気吸込管17を介してエアク
リーナ18に連結され、空気吸込管17内にはステップ
モータ19により駆動されるスロットル弁20が配置さ
れる。また、スロットル弁20上流の空気吸込管17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21が配置されると共に、吸気温度を検出するため
の吸気温度センサ61が配置される。
2を介して排気ターボチャージャ15の排気タービン2
3の入口部に連結され、排気タービン23の出口部は排
気管24を介して酸化機能を有する触媒25を内蔵した
触媒コンバータ26に連結される。排気マニホルド22
内には空燃比センサ27が配置される。
排気管28とスロットル弁20下流の空気吸込管17と
は排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路29を介
して互いに連結され、EGR通路29内にはステップモ
ータ30により駆動されるEGR制御弁31が配置され
る。また、EGR通路29内にはEGR通路29内を流
れるEGRガスを冷却するためのインタークーラ32が
配置される。図1に示される実施形態では機関冷却水が
インタークーラ32内に導びかれ、機関冷却水によって
EGRガスが冷却される。
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール34に連結さ
れる。このコモンレール34内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ35から燃料が供給され、コモンレー
ル34内に供給された燃料は各燃料供給管33を介して
燃料噴射弁6に供給される。コモンレール34にはコモ
ンレール34内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
36が取付けられ、燃料圧センサ36の出力信号に基づ
いてコモンレール34内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ35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。質量流量検出器21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、空燃比セ
ンサ27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、燃料圧センサ36の出力信
号は対応するAD変換器(図示せず)を介して入力ポー
ト45に入力され、水温センサ60及び吸気温度センサ
61の出力信号もそれぞれ対応するAD変換器47を介
して入力ポート45に入力される。アクセルペダル50
にはアクセルペダル50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5
1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。機関回転
数は入力されたクランク角センサ52からの出力信号に
基づいて算出される。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19、EGR制御弁制御用ステップモ
ータ30および燃料ポンプ35に接続される。
0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18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。
尚、図示しないが図3と同様の実験結果から、煤の発生
量がピークとなるEGRガスの量よりも燃焼室5内に供
給されるEGRガスの量が多く煤がほとんど発生しない
第1の燃焼(低温燃焼)時の燃焼圧の極大値(ピーク)
は、煤の発生量がピークとなるEGRガスの量よりも燃
焼室5内に供給されるEGRガスの量が少ない第2の燃
焼(従来の燃焼方法による燃焼)時の燃焼圧の極大値
(ピーク)よりも低いことが判っている。そのことか
ら、第1の燃焼時の爆発に伴う機関回転むらは第2の燃
焼時の爆発に伴う機関回転むらよりも小さいと言える。
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の圧縮比等の種
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。
R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。
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に示す実施形態では
70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
NOx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。
焼室5内に吸入される全吸入ガス量Xの上限はYであ
り、従って図6において要求負荷がLo よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてEGRガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がLo よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてEGR率が低下し、斯くして要求負荷がLo より
も大きい領域では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しえなくなる。
29を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
15の空気吸込管17内にEGRガスを再循環させると
要求負荷がLo よりも大きい領域においてEGR率を5
5パーセント以上、例えば70パーセントに維持するこ
とができ、斯くして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ことができ
る。即ち、空気吸込管17内におけるEGR率が例えば
70パーセントになるようにEGRガスを再循環させれ
ば排気ターボチャージャ15のコンプレッサ16により
昇圧された吸入ガスのEGR率も70パーセントとな
り、斯くしてコンプレッサ16により昇圧しうる限度ま
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ことができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。要求負荷がLo よりも大き
い領域でEGR率を55パーセント以上にする際にはE
GR制御弁31が全開せしめられる、スロットル弁20
が若干閉弁せしめられる。
もとで燃焼させる場合を示しているが空気量を図6に示
される空気量よりも少くしても、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10p.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。
には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。
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比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃
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
を行い得るようにし、機関高負荷運転時には第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。但し、機関中低負荷運転時であっても、機関
運転状態によっては第2の燃焼が行われる。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
ない燃焼のことを言い、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い燃焼のこ
とを言う。
得る第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の運転領域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。
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得る。
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25により良好に酸化せしめられる。
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25として用いるこ
とができる。
る。図8に示されるように空燃比センサ27の出力電流
Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空燃比セン
サ27の出力電流Iから空燃比を知ることができる。
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。
0の開度、EGR制御弁31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9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20の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉
近くから2/3開度程度まで徐々に増大せしめられ、E
GR制御弁31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9に示される例では第1の運転領域IではEGR率が
ほぼ70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20の
開度およびEGR制御弁31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。
0は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁31
も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁20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、圧縮圧力を小さ
くすることにより機関本体1の振動を小さくするため
に、アイドル運転時にはスロットル弁20が全閉近くま
で閉弁せしめられる。一方、機関低回転時の回転は機関
高回転時の回転よりも爆発に伴う回転むらが大きいため
に回転数を低下させると機関本体1の振動の問題が大き
くなるという背景もある。そのため、アイドル運転時の
目標回転数は、圧縮圧力に伴う振動と機関回転むらに伴
う振動とを考慮して設定されている。
から第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁20の開
度が2/3開度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9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。
る燃焼が行われる。この第2の運転領域IIではスロット
ル弁20は一部を除いて全開状態に保持され、EGR制
御弁31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。
目標空燃比A/Fを示している。図10(A)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目標空燃比が1
5.5,16,17,18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10
(A)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が低くなるほど目標空燃比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
10(A)に示されるように要求負荷Lが低くなるにつ
れて目標空燃比A/Fが大きくされる。目標空燃比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目標空燃比A/Fが大
きくされる。
A/Fは図10(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ROM4
2内に記憶されている。また、空燃比を図10(A)に
示す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁2
0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ROM42内に記憶されており、空燃比を図10
(A)に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR
制御弁31の目標開度SE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。
焼方法による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比A
/Fを示している。なお、図12(A)においてA/F
=24,A/F=35,A/F=45,A/F=60で
示される各曲線は夫々目標空燃比24,35,45,6
0を示している。図12(A)に示される目標空燃比A
/Fは図12(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。また、空燃比を図12(A)に示
す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁20
の目標開度STが図13(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、空燃比を図12(A)
に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR制御弁
31の目標開度SEが図13(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。
燃料噴射量Qは要求負荷Lおよび機関回転数Nに基づい
て算出される。この燃料噴射量Qは図14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。
形態の運転制御について説明する。図15及び図16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X(N)よりも大きくなったか否かが判
別される。L≦X(N)のときにはステップ105に進
む。一方、ステップ101においてL>X(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107に進む。
トされていないとき、即ち機関の運転状態が第2の運転
領域IIにあるときにはステップ103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107に進
む。一方、ステップ103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104に進んでフラグ
Iがセットされ、次いでステップ105に進む。
1の運転領域Iにあるものの、実際に低温燃焼を実行し
得るか否かが判別される。低温燃焼を実行し得るときに
はステップ106に進み、アイドル運転時の目標回転数
NTRGが650rpmに設定される。一方、機関の運
転状態が第1の運転領域Iにあるものの、例えば機関始
動直後であって触媒25の温度がまだ十分な温度まで上
昇してない時等、低温燃焼を実行できないときや、機関
の運転状態が第2の運転領域IIにあるときにはステップ
107に進む。ステップ107ではアイドル運転時の目
標回転数NTRGが700rpmに設定される。
により、第1の燃焼(低温燃焼)が行われるアイドル運
転時の目標回転数NTRG(=650rpm)は第2の
燃焼(従来の燃焼方法による燃焼)が行われるアイドル
運転時の目標回転数NTRG(=700rpm)よりも
低い回転数に設定される。上述したように、機関低回転
時の回転は機関高回転時の回転よりも爆発に伴う回転む
らが大きいために回転数を低下させると振動の問題が大
きくなるという背景がある。にもかかわらず、第1の燃
焼時の燃焼圧のピークは第2の燃焼時の燃焼圧のピーク
よりも低いために、つまり、第1の燃焼時の回転むらは
第2の燃焼時の回転むらよりも小さいために、第1の燃
焼が行われている時には第2の燃焼が行われている時よ
りも回転数を低下させても振動の問題は発生しない。そ
れゆえ、上述したようにステップ106及びステップ1
07において第1の燃焼が行われるアイドル運転時の目
標回転数NTRG(=650rpm)が、第2の燃焼が
行われるアイドル運転時の目標回転数NTRG(=70
0rpm)よりも低い回転数に設定されることにより、
回転数の低下に伴う振動の問題の発生を回避しつつ、ア
イドル運転時に無駄に消費される燃料を削減し、燃費を
向上させることができる。
ョナがonされているか否かが判別され、エアコンディ
ショナがonされているときにはステップ109に進
み、エアコンディショナがonされていないときには、
そのままステップ110に進む。ステップ109では、
ステップ106又はステップ107にて設定されたアイ
ドル運転時の目標回転数NTRGに50rpmが加算さ
れる(NTRG←NTRG+50rpm)。
ングのスイッチがonされているか否かが判別され、パ
ワーステアリングのスイッチがonされているときには
ステップ111に進み、パワーステアリングのスイッチ
がonされていないときには、そのままステップ112
に進む。ステップ111では、ここまでに設定されてい
るアイドル運転時の目標回転数NTRGに更に30rp
mが加算される(NTRG←NTRG+30rpm)。
より、エアコンディショナ又はパワーステアリングが作
動される時、つまり、外部負荷が増大する時に第1の燃
焼が行われるアイドル運転時の目標回転数を増大させる
補正が行われる。そのため、エンジンにかかる外部負荷
が増大することによりエンジンが停止してしまうのを回
避することができる。
により検出された冷却水温THWが40°Cより低いか
否か、つまり、機関温度が低いか否かが判別される。機
関温度が低いときにはステップ113に進み、機関温度
が上昇したときには、そのままステップ114に進む。
ステップ113では、ここまでに設定されているアイド
ル運転時の目標回転数NTRGに更に30rpmが加算
される(NTRG←NTRG+30rpm)。
り、機関温度が低い時に第1の燃焼が行われるアイドル
運転時の目標回転数を増大させる補正が行われる。その
ため、機関温度が低いことに伴って火炎の発達が阻害さ
れ、燃焼が不安定になることによりエンジンが停止して
しまうのを回避することができる。
12の代わりに、吸気温度センサ61により検出された
吸気温度が低いか否かを判別すると共に、ステップ11
3の代わりに、吸気温度が低いときに、ここまでに設定
されているアイドル運転時の目標回転数NTRGに更に
30rpmを加算してもよい(NTRG←NTRG+3
0rpm)。本変形例によれば、吸気温度が低い時に第
1の燃焼が行われるアイドル運転時の目標回転数を増大
させる補正が行われる。そのため、吸気温度が低いこと
に伴って火炎の発達が阻害され、燃焼が不安定になるこ
とによりエンジンが停止してしまうのを回避することが
できる。
に加えて、あるいは上述したステップのいずれかの代わ
りに、機関始動後の経過時間が短いか否かを判別すると
共に、機関始動後の経過時間が短いとき、つまり、触媒
25の温度がまだ上昇していないときに、ここまでに設
定されているアイドル運転時の目標回転数NTRGに更
に30rpmを加算してもよい(NTRG←NTRG+
30rpm)。本変形例によれば、触媒25の温度が低
い時に第1の燃焼が行われるアイドル運転時の目標回転
数を増大させる補正が行われる。そのため、触媒の暖機
性を向上させることができる。
114にて、上述したステップ105と同様の判別が行
われ、低温燃焼が実行されるか否かが判別される。YE
Sの時にはステップ115に進み、ステップ115から
ステップ119にて低温燃焼(第1の燃焼)が実行され
る。NOの時にはステップ120に進み、ステップ12
0からステップ129にて従来の燃焼方法による燃焼
(第2の燃焼)が実行される。
ップからスロットル弁20の目標開度STが算出され、
スロットル弁20の開度がこの目標開度STとされる。
次いでステップ116では図11(B)に示すマップか
らEGR制御弁31の目標開度SEが算出され、EGR
制御弁31の開度がこの目標開度SEとされる。次いで
ステップ117では質量流量検出器21により検出され
た吸入空気の質量流量(以下、単に吸入空気量と称す)
Gaが取込まれ、次いでステップ118では図10
(B)に示すマップから目標空燃比A/Fが算出され
る。次いでステップ119では吸入空気量Gaと目標空
燃比A/Fに基づいて空燃比を目標空燃比A/Fとする
のに必要な燃料噴射量Qが算出される。
は要求負荷L又は機関回転数Nが変化するとスロットル
弁20の開度およびEGR制御弁31の開度がただちに
要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目標開度ST,
SEに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Lが増
大せしめられるとただちに燃焼室5内の空気量が増大せ
しめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せ
しめられる。
制御弁31の開度が変化して吸入空気量が変化するとこ
の吸入空気量Gaの変化が質量流量検出器21により検
出され、この検出された吸入空気量Gaに基づいて燃料
噴射量Qが制御される。即ち、吸入空気量Gaが実際に
変化した後に燃料噴射量Qが変化せしめられることにな
る。
るマップから目標燃料噴射量Qが算出され、燃料噴射量
がこの目標燃料噴射量Qとされる。次いでステップ12
1では図13(A)に示すマップからスロットル弁20
の目標開度STが算出される。次いでステップ122で
は図13(B)に示すマップからEGR制御弁31の目
標開度SEが算出され、EGR制御弁31の開度がこの
目標開度SEとされる。
21により検出された吸入空気量Gaが取込まれる。次
いでステップ124では燃料噴射量Qと吸入空気量Ga
から実際の空燃比(A/F)R が算出される。次いでス
テップ125では図12(B)に示すマップから目標空
燃比A/Fが算出される。次いでステップ126では実
際の空燃比(A/F)R が目標空燃比A/Fよりも大き
いか否かが判別される。(A/F)R >A/Fのときに
はステップ127に進んでスロットル開度の補正値ΔS
Tが一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ12
9へ進む。これに対して(A/F)R ≦A/Fのときに
はステップ128に進んで補正値ΔSTが一定値αだけ
増大せしめられ、次いでステップ129に進む。ステッ
プ129ではスロットル弁20の目標開度STに補正値
ΔSTを加算することにより最終的な目標開度STが算
出され、スロットル弁20の開度がこの最終的な目標開
度STとされる。即ち、実際の空燃比(A/F)R が目
標空燃比A/Fとなるようにスロットル弁20の開度が
制御される。
には要求負荷L又は機関回転数Nが変化すると燃料噴射
量がただちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目
標燃料噴射量Qに一致せしめられる。例えば要求負荷L
が増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめ
られ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめ
られる。
燃比が目標空燃比A/Fからずれると空燃比が目標空燃
比A/Fとなるようにスロットル弁20の開度が制御さ
れる。即ち、燃料噴射量Qが変化した後に空燃比が変化
せしめられることになる。
われているときに燃料噴射量Qはオープンループ制御さ
れ、第2の燃焼が行われているときに空燃比がスロット
ル弁20の開度を変化させることによって制御される。
しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量
Qを空燃比センサ27の出力信号に基づいてフィードバ
ック制御することもできるし、また第2の燃焼が行われ
ているときに空燃比をEGR制御弁31の開度を変化さ
せることによって制御することもできる。
について説明する。本実施形態の構成は図1に示した第
一の実施形態のものとほぼ同様である。図17及び図1
8を参照しつつ本実施形態の運転制御について説明す
る。
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X
(N)よりも大きくなったか否かが判別される。L≦X
(N)のときにはステップ1701に進む。一方、ステ
ップ101においてL>X(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1703に進む。
トされていないとき、即ち機関の運転状態が第2の運転
領域IIにあるときにはステップ103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1703に進
む。一方、ステップ103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104に進んでフラグ
Iがセットされ、次いでステップ1701に進む。
第1の運転領域Iにあるものの、実際に低温燃焼を実行
し得るか否かが判別される。低温燃焼を実行し得るとき
にはステップ1702に進み、ステップ1702にて、
アイドル運転時の実際の回転数がアイドル運転時の目標
回転数よりも低くなったとき、あるいは高くなったとき
に燃料噴射弁6から噴射される燃料噴射量を増量補正又
は減量補正するための増量又は減量補正量QIIDLが
0.1mm3 /stに設定される。一方、機関の運転状
態が第1の運転領域Iにあるものの、例えば機関始動直
後であって触媒25の温度がまだ十分な温度まで上昇し
てない時等、低温燃焼を実行できないときや、機関の運
転状態が第2の運転領域IIにあるときにはステップ17
03に進む。ステップ1703では、アイドル運転時の
実際の回転数がアイドル運転時の目標回転数よりも低く
なったとき、あるいは高くなったときに燃料噴射弁6か
ら噴射される燃料噴射量を増量補正又は減量補正するた
めの増量又は減量補正量QIIDLが0.08mm3 /
stに設定される。つまり、第1の燃焼が行われる燃料
増量又は減量補正時の増量又は減量補正量QIIDL
(=0.1mm3 /st)が、第2の燃焼が行われる燃
料増量又は減量補正時の増量又は減量補正量QIIDL
(=0.08mm3 /st)よりも大きな値に設定され
る。
NE+5rpmか否か、つまり、アイドル運転時の実際
の回転数NEがアイドル運転時の目標回転数NTRGか
ら5rpmを減算したものよりも低いか否かが判別され
る。YESの時には、アイドル運転時の実際の回転数N
Eがアイドル運転時の目標回転数NTRGよりも低くな
ったと判断され、ステップ1705にて、アイドルスピ
ードコントロールによる燃料噴射量補正量QIIに補正
量QIIDLが加算される(QII←QII+QIID
L)。一方、NOの時には、アイドル運転時の実際の回
転数NEがアイドル運転時の目標回転数NTRGよりも
低くなっていないと判断され、そのままステップ170
6に進む。
NE−5rpmか否か、つまり、アイドル運転時の実際
の回転数NEがアイドル運転時の目標回転数NTRGに
5rpmを加算したものよりも高いか否かが判別され
る。YESの時には、アイドル運転時の実際の回転数N
Eがアイドル運転時の目標回転数NTRGよりも高くな
ったと判断され、ステップ1707にて、アイドルスピ
ードコントロールによる燃料噴射量補正量QIIから補
正量QIIDLが減算される(QII←QII−QII
DL)。一方、NOの時には、アイドル運転時の実際の
回転数NEがアイドル運転時の目標回転数NTRGより
も高くなっていないと判断され、そのままステップ17
06に進む。
度は第2の燃焼(従来の燃焼方法による燃焼)時の温度
よりも低いため、第1の燃焼時の燃費は第2の燃焼時の
燃費よりも悪い。そのため、第1の燃焼が行われる燃料
増量補正時の増量補正量QIIDLを第2の燃焼が行わ
れる燃料増量補正時の増量補正量QIIDLと等しくし
たのでは、第2の燃焼が行われるアイドル運転時の実際
の回転数NEを目標回転数NTRGまで増大させる場合
よりも第1の燃焼が行われるアイドル運転時の実際の回
転数NEを目標回転数NTRGまで増大させるのに長い
時間を要してしまう。それゆえ、上述したように本実施
形態では、ステップ1701からステップ1707まで
により、第1の燃焼が行われる燃料増量補正時の増量補
正量QIIDLは第2の燃焼が行われる燃料増量補正時
の増量補正量QIIDLよりも大きな値に設定されてい
る。その結果、第1の燃焼が行われるときにもアイドル
運転時の実際の回転数NEを目標回転数NTRGまで迅
速に増大させることができる。
テップ1701と同様の判別が行われ、低温燃焼が実行
されるか否かが判別される。YESの時にはステップ1
15に進み、第一の実施形態と同様に、ステップ115
からステップ119にて低温燃焼(第1の燃焼)が実行
される。NOの時にはステップ120に進み、第一の実
施形態と同様に、ステップ120からステップ129に
て従来の燃焼方法による燃焼(第2の燃焼)が実行され
る。
の低下に伴う振動の問題の発生を回避しつつ、アイドル
運転時に無駄に消費される燃料を削減し、燃費を向上さ
せることができる。
関温度が低いことに伴って火炎の発達が阻害され、燃焼
が不安定になることによりエンジンが停止してしまうの
を回避することができる。
にかかる外部負荷が増大することによりエンジンが停止
してしまうのを回避することができる。
燃炭化水素が内燃機関から排出されるのを阻止すると共
に、触媒の暖機性を向上させることができる。
焼が行われるときにもアイドル運転時の実際の回転数を
目標回転数まで迅速に増大させることができる。
燃焼室内に不活性ガスを供給する手段を特別に設ける必
要性を回避することができる。
排気ガス再循環率が、煤の発生量がピークになる排気ガ
ス再循環率に設定されるのを回避することができる。
域に応じて適切な燃焼を実行することができる。
る。
である。
る。
す図である。
である。
である。
る。
である。
のフローチャートである。
のフローチャートである。
のフローチャートである。
のフローチャートである。
Claims (11)
- 【請求項1】 燃焼室内に供給される不活性ガスの量を
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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増
大していくと前記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であって、煤の発生量
がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供
給される不活性ガスの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不活性ガスの
量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少
ない第2の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備
し、前記第1の燃焼が行われるアイドル運転時の目標回
転数を前記第2の燃焼が行われるアイドル運転時の目標
回転数よりも低い回転数に設定した内燃機関。 - 【請求項2】 機関温度が低い時に、前記第1の燃焼が
行われるアイドル運転時の目標回転数を増大させる補正
を行う請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項3】 吸気温度が低い時に、前記第1の燃焼が
行われるアイドル運転時の目標回転数を増大させる補正
を行う請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項4】 外部負荷が増大する時に、前記第1の燃
焼が行われるアイドル運転時の目標回転数を増大させる
補正を行う請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項5】 前記燃焼室から排出された未燃炭化水素
を酸化するために機関排気通路内に酸化機能を有する触
媒を配置すると共に、前記触媒の温度が低い時に前記第
1の燃焼が行われるアイドル運転時の目標回転数を増大
させる補正を行う請求項1に記載の内燃機関。 - 【請求項6】 前記触媒が酸化触媒、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5に記載の内燃
機関。 - 【請求項7】 燃焼室内に供給される不活性ガスの量を
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、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増
大していくと前記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であって、煤の発生量
がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供
給される不活性ガスの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不活性ガスの
量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少
ない第2の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備
し、アイドル運転時の実際の回転数がアイドル運転時の
目標回転数よりも低くなったときに燃料噴射弁から噴射
される燃料噴射量を増量補正することによりアイドル運
転時の実際の回転数を増大させる燃料増量補正を行い、
前記第1の燃焼が行われる燃料増量補正時の増量補正量
を前記第2の燃焼が行われる燃料増量補正時の増量補正
量よりも大きな値に設定した内燃機関。 - 【請求項8】 前記燃焼室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排気ガス再循環装置を具備
し、前記不活性ガスが前記機関吸気通路内に再循環され
た再循環排気ガスからなる請求項1又は7に記載の内燃
機関。 - 【請求項9】 前記第1の燃焼から前記第2の燃焼に又
は前記第2の燃焼から前記第1の燃焼に切り換えられる
ときに排気ガス再循環率をステップ状に変化させるよう
にした請求項8に記載の内燃機関。 - 【請求項10】 前記第1の燃焼が行われているときの
排気ガス再循環率がほぼ55パーセント以上であり、前
記第2の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率が
ほぼ50パーセント以下である請求項9に記載の内燃機
関。 - 【請求項11】 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の運転領域とに分割し、前記第
1の運転領域では前記第1の燃焼を実行し得るように
し、前記第2の運転領域では前記第2の燃焼を実行する
ようにした請求項8に記載の内燃機関。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP26153998A JP3424563B2 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26153998A JP3424563B2 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 内燃機関 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000097079A JP2000097079A (ja) | 2000-04-04 |
JP3424563B2 true JP3424563B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=17363311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26153998A Expired - Fee Related JP3424563B2 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 内燃機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3424563B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
WO2019023548A1 (en) * | 2017-07-28 | 2019-01-31 | Briggs & Stratton Corporation | MOTOR WITH CONTROL UNIT FOR LOW MIXED OPERATION |
-
1998
- 1998-09-16 JP JP26153998A patent/JP3424563B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2000097079A (ja) | 2000-04-04 |
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