JP3572435B2 - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの運転条件に応じて燃料噴射パターンを切換える制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの低公害化および高出力化の要求が強まっており、燃焼技術について種々の提案がなされている。
【０００３】
従来のディーゼルエンジンの燃焼技術として、着火遅れ期間を長くして、燃料のほとんどを低温予混合燃焼させるものがある。これは、排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を増やすことによる酸素濃度の低下と、燃料噴射時期の遅角化により、燃料の噴射開始から着火までの着火遅れ期間が長期化し、着火遅れ期間中に燃料の蒸発、混合が十分に促され、燃料が拡散燃焼より予混合燃焼する割合を増加させる方法である。予混合燃焼の割合が増えると、急激な燃焼により燃焼騒音が増大する傾向にあるが、ＥＧＲ量の増大により酸素濃度が低下することと、燃料噴射時期の遅角化と着火遅れ期間の長期化による燃焼開始時の温度低下により、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することも可能となる（参考資料…自動車技術会学術講演会前刷り集９６ １９９６−５、８５貢）。
【０００４】
また、従来のディーゼルエンジンの燃焼技術として、燃料の主噴射に先立って燃料のパイロット噴射を行うものがある。パイロット噴射を行うことにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音を大幅に低減させるとともに、ＮＯｘの排出を抑制することが可能となる。
【０００５】
この噴射システムは、例えば図１１に示すように、燃料サプライポンプ２１により加圧された燃料は蓄圧室２２に蓄えられ、蓄圧室２２から各気筒に臨むノズル２３に導かれる。ノズル２３の閉弁時、ノズル２３内の通路２４と２５は連通しており、油圧ピストン２６の上部とノズル室２７に高圧燃料が導かれており、油圧ピストン２６の受圧面積が針弁２８の受圧面積より大きいことにより、針弁２８は着座状態となり、燃料は噴射されない。ノズル２３の開弁時、電磁弁２９を開弁させ、通路２４と２５の間を遮断するとともに、通路２５と３０の間を連通させることにより、油圧ピストン２６にかかる圧力が低下し、針弁２８がリフトし、燃料の噴射が行われる。再び、電磁弁２９が閉弁することにより、油圧ピストン２６に高圧燃料が導かれ、針弁２８は着座状態となり、燃料の噴射は停止される（参考資料…第１３回内燃機関シンポジウム講演論文集、７３貢）。
【０００６】
また、例えば特開昭６１−２１２６６２号公報として、ノズル内の高圧燃料通路の流路面積を調節して、初期噴射率を抑制する噴射システムが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低温予混合燃焼方式は、燃焼速度抑制のためにＥＧＲ量を増やすことが必要であり、ＥＧＲ量を増やすと吸入新気量が低下するため、高負荷域で空気過剰率が低下し、逆にスモークや粒子状物質が増加するという問題点がある。また、高負荷域でＥＧＲ量を増やすと、吸入ガス温度が上昇するため、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間の長期化が十分に行われなくなり、エミッションが悪化するという問題点がある。
【０００８】
なお、低温予混合燃焼を実現するためには、着火遅れ期間中に可能なかぎり燃料を噴射しきる必要があり、主噴射に先立ってパイロット噴射を行わないことが望ましい。
【０００９】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ディーゼルエンジンの制御装置において、運転条件に応じて燃料噴射パターンを切換えて低エミッション化と低騒音化の両立をはかることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、圧縮端温度が低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１１】
請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを判定する手段と、酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１２】
請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項２に記載の発明において、前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成とした。
【００１３】
請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段と、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備え、前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量とに基づいて変化する構成とした。
【００１４】
請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項４に記載の発明において、前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成とした。
【００１５】
請求項６に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くし、エンジン負荷が上昇するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１６】
請求項７に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段と、エンジンの空気過剰率を検出する手段と、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くし、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１７】
請求項８に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１から５のいずれか一つに記載の発明において、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジン負荷を検出する手段と、エンジン負荷が上昇するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１８】
請求項９に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１から５のいずれか一つに記載の発明において、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジンの空気過剰率を検出する手段と、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
請求項１０に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを判定する手段と、酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１９】
請求項１１に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１０に記載の発明において、前記燃料の初期噴射率を大きくする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成とした。
【００２０】
請求項１２に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段を備え、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００２１】
請求項１３に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１２に記載の発明において、前記燃料の初期噴射率を大きくする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成とした。
【００２２】
請求項１４に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、エンジン負荷を検出する手段と、圧縮端温度が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくし、エンジン負荷が上昇するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００２３】
請求項１５に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、エンジンの空気過剰率を検出する手段と、圧縮端温度が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくし、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
請求項１６に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１０から１３のいずれか一つに記載の発明において、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジン負荷を検出する手段と、エンジン負荷が上昇するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
請求項１７に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１０から１３のいずれか一つに記載の発明において、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジンの空気過剰率を検出する手段と、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００２４】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、圧縮端温度が上昇するのに伴って主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００２５】
圧縮端温度が低下するの伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００２６】
請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが高くなるのに伴ってパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００２７】
吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するの伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００２８】
請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、パイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたため、エンジン回転数Ｎｅが高くなるほど、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジンの吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を精度よく判定し、低温予混合燃焼が行われる領域を最大限に確保することができる。
【００２９】
請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比であるＥＧＲ率ＲＥＧＲが低くなるのに伴って燃料のパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００３０】
ＥＧＲ率ＲＥＧＲが増加するのに伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
また、パイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量とに基づいて変化する構成により、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量とに応じて低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００３１】
請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、パイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くする構成としたため、エンジン回転数Ｎｅが高くなるのに伴って、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジンの吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００３２】
パイロット噴射を実施しない運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値を燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたため、燃料噴射量が増えることにより酸素濃度が低くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００３３】
請求項６に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比であるＥＧＲ率ＲＥＧＲが低くなるのに伴って燃料のパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。また、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが増加するのに伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。さらに、エンジン負荷が上昇するのに伴ってパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くすることにより、拡散燃焼割合を削減し、スモークの発生が抑制される。
【００３４】
請求項７に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比であるＥＧＲ率ＲＥＧＲが低くなるのに伴って燃料のパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。また、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが増加するのに伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。さらに、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴ってパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くすることにより、拡散燃焼を抑制し、スモークの発生を抑制できる。
【００３５】
請求項８に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エンジン負荷が上昇するのに伴ってパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くすることにより、拡散燃焼割合を削減し、スモークの発生が抑制される。
【００３６】
請求項９に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴ってパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くすることにより、拡散燃焼を抑制し、スモークの発生を抑制できる。
【００３７】
請求項１０に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが高くなるのに伴って初期噴射率を小さくすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００３８】
吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するの伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００３９】
請求項１１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、初期噴射率を大きくする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたため、エンジン回転数Ｎｅが高くなるほど、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジンの吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を精度よく判定し、低温予混合燃焼を行わせる領域を最大限に確保することができる。
【００４０】
請求項１２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比であるＥＧＲ率ＲＥＧＲが低くなるのに伴って初期噴射率を小さくすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００４１】
ＥＧＲ率ＲＥＧＲが増加するの伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００４２】
請求項１３に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、初期噴射率を大きくする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くする構成としたため、エンジン回転数Ｎｅが高くなるのに伴って、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジンの吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００４３】
初期噴射率を大きくする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値を燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたため、燃料噴射量が増えることにより酸素濃度が低くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００４４】
請求項１４に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、圧縮端温度が上昇するのに伴って初期噴射率を小さくすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。また、圧縮端温度が低下するのに伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。さらに、エンジン負荷が上昇するのに伴って初期噴射率を抑制することにより、拡散燃焼割合を抑制し、スモーク発生が抑制できる。
【００４５】
請求項１５に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、圧縮端温度が上昇するのに伴って初期噴射率を小さくすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。また、圧縮端温度が低下するのに伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。さらに、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って初期噴射率を大きくすることにより、拡散燃焼割合を抑制し、スモークの発生が抑制できる。さらにまた、空気過剰率が上昇するのに伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００４６】
請求項１５に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エンジン負荷が上昇するのに伴って初期噴射率を抑制することにより、拡散燃焼割合を抑制し、スモーク発生が抑制できる。
請求項１６に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って初期噴射率を大きくすることにより、拡散燃焼割合を抑制し、スモークの発生が抑制できる。また、空気過剰率が上昇するのに伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４８】
図１において、１はディーゼルエンジン本体、２は排気通路、３は吸気通路、１８はエンジン１の排気ガスの圧力エネルギーを利用して吸気を過給するターボチャージャである。
【００４９】
図１において、１１は燃料サプライポンプである。サプライポンプ１１によって加圧された燃料はプレッシャレギュレータ１５を介して蓄圧室１２に蓄えられる。蓄圧室１２の高圧燃料はエンジン１の各気筒に臨むノズル１３に導かれる。プレッシャレギュレータ１５によって調節される蓄圧室１２の燃料圧力はコントロールユニット２０により運転状態に応じて制御される。コントロールユニット２０はエンジン回転数センサ１０の各検出値Ｎｅと蓄圧室１２に設けられる圧力センサ１４の検出値Ｐｆを入力し、目標燃料噴射量Ｑｆおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて予め設定された目標圧力に近づけるようにフィードバック制御する。
【００５０】
燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段として設けられるノズル１３は、電磁弁を介して開閉され、その開弁時期（燃料噴射時期）と開弁期間（燃料噴射量）がコントロールユニット２０により運転状態に応じて制御される。コントロールユニット２０はエンジン回転数センサ１０とアクセル開度センサ１９の各検出値Ｎｅ，Ａｃｃに応じて目標燃料噴射量Ｑｆを算出し、目標燃料噴射量Ｑｆにノズル１３の燃料噴射量を近づけるようにノズル１３の開弁期間を制御する。
【００５１】
図１において、４は排気通路２と吸気通路３とを連通するＥＧＲ通路、５はＥＧＲ通路４を開閉するＥＧＲ弁である。ＥＧＲ弁５が開弁してＥＧＲガスを吸気通路３に還流することにより、気筒内の酸素濃度を下げ、燃料の燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑えるようになっている。ＥＧＲ弁５のリフトＬ（開度）はコントロールユニット２０により運転状態に応じて制御される。
【００５２】
ところで、ＥＧＲ率ＲＥＧＲを大きくするとＮＯｘの発生が抑えられるものの、その一方で粒子状物質の発生量が上昇する傾向がある。
【００５３】
これに対処して、コントロールユニット２０は、運転条件に応じてＥＧＲ量を増やして酸素濃度を低下させるとともに、燃料噴射時期を上死点の前後付近まで遅せて、低温予混合燃焼をさせる。
【００５４】
燃料の噴射開始から着火までの着火遅れ期間を長期化し、着火遅れ期間中に燃料を十分に蒸発、混合させることにより、燃料が拡散燃焼より予混合燃焼する割合が増加する。予混合燃焼の割合が増えると、急激な燃焼により燃焼騒音が増大する傾向にあるが、ＥＧＲ量の増大により酸素濃度が低下することと、燃料噴射時期の遅角化と着火遅れ期間の長期化による燃焼開始時の温度が低下することにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減され、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することも可能となる。
【００５５】
しかしながら、上記した低温予混合燃焼は、燃焼速度抑制のためにＥＧＲ量を増やすことが必要であり、ＥＧＲ量を増やすと吸入新気量が減少するため、高負荷域で空気過剰率が低下し、逆にスモークや粒子状物質が増加するという問題点がある。また、高負荷域でＥＧＲ量を増やすと、吸入ガス温度が上昇するため、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間の長期化が十分に行われなくなり、エミッションが悪化するという問題点がある。よって、高負荷域ではＥＧＲ率ＲＥＧＲを低くする必要がある。
【００５６】
これに対処して本実施形態では、燃焼室の圧縮端温度を判定する手段と、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを判定する手段とが設けられる。コントロールユニット２０は、圧縮端温度が所定値より高いか、もしくは吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが所定値より高い低温予混合燃焼が不可能な領域を判定し、この領域で燃料の主噴射に先立ちノズル１３を短時間だけ開弁させて、燃料をパイロット噴射（先行噴射）する。
【００５７】
こうして燃焼室の圧縮端温度と酸素濃度に応じて低温予混合燃焼が可能な領域を設定することにより、低温予混合燃焼が可能かどうかを精度よく判定し、低エミッション化と低騒音化を両立できる。そして低温予混合燃焼が不可能な領域にパイロット噴射を行うことにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、低騒音化がはかれる。
【００５８】
新気とＥＧＲガスが混合したエンジン１の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔをを算出するデータとして、コントロールユニット２０はエアフロメータ９により検出される吸入新気量Ｑａｉｒと、エンジン回転数センサ１０により検出されるエンジン回転数Ｎｅと、吸気マニホールドに設けられた圧力センサ６によって検出される吸気圧力Ｐｉｎｔと、排気マニホールドに設けられた圧力センサ７によって検出される排気圧力Ｐｅｘｈと、ＥＧＲ弁５のリフトＬおよび目標燃料噴射量Ｑｆを入力する。
【００５９】
さらに、圧縮端温度を算出するデータとして、コントロールユニット２０は、吸気マニホールドに設けられた温度センサ８によって検出される吸気温度Ｔｉｎｔを入力する。
【００６０】
図２のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００６１】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆ、吸気圧力Ｐｉｎｔ、排気圧力Ｐｅｘｈ、吸気温度Ｔｉｎｔ、吸入新気量Ｑａｉｒ、ＥＧＲ弁５のリフトＬをそれぞれ読込む。
【００６２】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気圧力Ｐｉｎｔと排気圧力Ｐｅｘｈの差、およびＥＧＲ弁５のリフトＬによりＥＧＲ量ＱＥＧＲを次式で算出する。
【００６３】
ＱＥＧＲ＝ｆ（Ｌ）×（Ｐｅｘｈ−Ｐｉｎｔ）１／２ …（１）
なお、ＥＧＲ量ＱＥＧＲを計算するのにあたって、吸入新気量Ｑａｉｒとエンジン回転数Ｎｅに応じて新気の体積効率を求め、体積効率から吸気圧力Ｐｉｎｔを算出するとともに、体積効率と燃料噴射量およびエンジン回転数Ｎｅから排気圧力Ｐｅｘｈを算出してもよい。また、吸気温度Ｔｉｎｔを体積効率とＥＧＲ量ＱＥＧＲおよび燃料噴射量から算出してもよい。
【００６４】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸入新気量Ｑａｉｒと目標燃料噴射量Ｑｆとエンジン回転数ＮｅによりＥＧＲガスの酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲを次式で算出する。
【００６５】
ＤＯ２ＥＧＲ＝０．２１−Ｃ１×Ｑｆ／（Ｑａｉｒ／Ｎｅ） …（２）
ただしＣ１は定数とする。
【００６６】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、ＥＧＲ量ＱＥＧＲ、ＥＧＲガス酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲ、吸入新気量Ｑａｉｒにより、新気とＥＧＲガスが混合したエンジン１の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを次式で算出する。
【００６７】
ＤＯ２ｉｎｔ＝（０．２１×Ｑａｉｒ＋ＤＯ２ＥＧＲ×ＱＥＧＲ）／（Ｑａｉｒ＋ＱＥＧＲ） …（３）
続いてＳｔｅｐ５に進んで、圧縮端温度を予め設定された図３に示すマップに基づき吸気通路３の吸気マニホールド内の温度Ｔｉｎｔと算出された吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて検索する。
【００６８】
図３において、圧縮端温度は吸気マニホールド内の温度Ｔｉｎｔが低いほど低くなる。これは、吸気マニホールド内の温度Ｔｉｎｔが低いほど圧縮開始温度が低くなるためである。
【００６９】
図３において、圧縮端温度は吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低いほど低くなる。これは、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低くなるのに伴って、ＥＧＲガスの還流によるＣＯ２、Ｈ２Ｏの濃度が高いことにより、吸入ガスの比熱比が低下するためである。
【００７０】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、予め設定された図４に示すマップに基づき圧縮端温度と吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域か、低温予混合燃焼が不可能となる領域かを判定する。
【００７１】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ７に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないことと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【００７２】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射を行う。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００７３】
図４において、低温予混合燃焼が可能な領域は低温予混合燃焼が不可能な領域より圧縮端温度が低い領域に設定されている。また、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが高くなるのに伴ってパイロット噴射の無い低温予混合燃焼から、パイロット噴射を行う燃焼に切換わる。これにより、圧縮端温度が低いほど、着火遅れ期間が長くなるとともに、燃焼速度が低くなることおよび酸素濃度が低いほど燃焼速度が低くなることに対応して低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００７４】
次に、他の実施形態として、コントロールユニット２０は、低温予混合燃焼が可能な領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが上昇するほど高くするともに、燃料噴射量が増えるほど高く設定してもよい。これにより、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかられる。
【００７５】
図５のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００７６】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆ、吸気圧力Ｐｉｎｔ、排気圧力Ｐｅｘｈ、吸入新気量Ｑａｉｒ、ＥＧＲ弁５のリフトＬをそれぞれ読込む。
【００７７】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気圧力Ｐｉｎｔと排気圧力Ｐｅｘｈの差、およびＥＧＲ弁５のリフトＬによりＥＧＲ量ＱＥＧＲを次式で算出する。
【００７８】
ＱＥＧＲ＝ｆ（Ｌ）×（Ｐｅｘｈ−Ｐｉｎｔ）１／２ …（１）
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸入新気量Ｑａｉｒと目標燃料噴射量Ｑｆとエンジン回転数ＮｅによりＥＧＲガスの酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲを次式で算出する。
【００７９】
ＤＯ２ＥＧＲ＝０．２１−Ｃ１×Ｑｆ／（Ｑａｉｒ／Ｎｅ） …（２）
ただしＣ１は定数とする。
【００８０】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、ＥＧＲ量ＱＥＧＲ、ＥＧＲガス酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲ、吸入新気量Ｑａｉｒにより、新気とＥＧＲガスが混合したエンジン１の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを次式で算出する。
【００８１】
ＤＯ２ｉｎｔ＝（０．２１×Ｑａｉｒ＋ＤＯ２ＥＧＲ×ＱＥＧＲ）／（Ｑａｉｒ＋ＱＥＧＲ） …（３）
続いてＳｔｅｐ５に進んで、予め設定された図６に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量に応じた低温予混合燃焼が可能となる吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値を検索し、現在の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが検索された最大値より低い低温予混合燃焼が可能な領域か、現在の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが検索された最大値以上となる低温予混合燃焼が不可能な領域かを判定する。
【００８２】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ７に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【００８３】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射を行い、低温予混合燃焼が行われない。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００８４】
図６において、低温予混合燃焼が可能となる吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値は、エンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くなるとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くなるように設定されている。これにより、エンジン回転数Ｎｅが高くなるか、燃料噴射量が増大するほど、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジン１の吸入ガス温度が高くなるため、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して低温予混合燃焼が可能な領域を精度よく判定し、低温予混合燃焼を行わせる領域を最大限に確保することができる。
【００８５】
次に、さらに他の実施形態として、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段を設け、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが所定値より低い低温予混合燃焼が不可能な領域を判定し、この領域で燃料の主噴射に先立ちノズル１３を短時間だけ開弁させて、燃料をパイロット噴射する構成としてもよい。これにより、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかられる。
【００８６】
図７のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００８７】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆ、吸気圧力Ｐｉｎｔ、排気圧力Ｐｅｘｈ、吸入新気量Ｑａｉｒ、ＥＧＲ弁５のリフトＬをそれぞれ読込む。
【００８８】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気圧力Ｐｉｎｔと排気圧力Ｐｅｘｈの差、およびＥＧＲ弁５のリフトＬによりＥＧＲ量ＱＥＧＲを次式で算出する。
【００８９】
ＱＥＧＲ＝ｆ（Ｌ）×（Ｐｅｘｈ−Ｐｉｎｔ）１／２ …（１）
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸入新気量ＱａｉｒとＥＧＲ量ＱＥＧＲによりＥＧＲ率ＲＥＧＲを次式で算出する。
【００９０】
ＲＥＧＲ＝ＱＥＧＲ／Ｑａｉｒ …（４）
続いてＳｔｅｐ４に進んで、予め設定された図８に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｑｆに応じた低温予混合燃焼が可能となる吸入ガスのＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値を検索し、現在の吸入ガスのＥＧＲ率ＲＥＧＲが検索された最小値より大きい低温予混合燃焼が可能な領域か、現在の吸入ガスのＥＧＲ率ＲＥＧＲが検索された最小値以下となる低温予混合燃焼が不可能な領域かを判定する。
【００９１】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ５に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【００９２】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ６に進んで、パイロット噴射を行い、低温予混合燃焼が行われない。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００９３】
図８において、低温予混合燃焼が可能となるＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値は、エンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くなるとともに、目標燃料噴射量Ｑｆが少なくなるのに伴って高くなる。これにより、目標燃料噴射量Ｑｆが増えた場合、ＥＧＲガス中の酸素濃度が減る効果が大きいことに対応するとともに、エンジン回転数Ｎｅが高くなるのに伴って、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジン１の吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を精度よく判定し、低温予混合燃焼を行わせる領域を最大限に確保することができる。
【００９４】
次に、さらに他の実施形態として、パイロット噴射を禁止する高負荷領域を設定してもよい。この高負荷領域では、パイロット噴射をしないで燃料噴射期間を短縮することにより、スモークの排出を抑制する。
【００９５】
図９のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００９６】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆ、吸気圧力Ｐｉｎｔ、排気圧力Ｐｅｘｈ、吸気温度Ｔｉｎｔ、吸入新気量Ｑａｉｒ、ＥＧＲ弁５のリフトＬをそれぞれ読込む。
【００９７】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気圧力Ｐｉｎｔと排気圧力Ｐｅｘｈの差、およびＥＧＲ弁５のリフトＬによりＥＧＲ量ＱＥＧＲを次式で算出する。
【００９８】
ＱＥＧＲ＝ｆ（Ｌ）×（Ｐｅｘｈ−Ｐｉｎｔ）１／２ …（１）
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸入新気量Ｑａｉｒと目標燃料噴射量Ｑｆとエンジン回転数ＮｅによりＥＧＲガスの酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲを次式で算出する。
【００９９】
ＤＯ２ＥＧＲ＝０．２１−Ｃ１×Ｑｆ／（Ｑａｉｒ／Ｎｅ） …（２）
ただしＣ１は定数とする。
【０１００】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、ＥＧＲ量ＱＥＧＲ、ＥＧＲガス酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲ、吸入新気量Ｑａｉｒにより、新気とＥＧＲガスが混合したエンジン１の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを次式で算出する。
【０１０１】
ＤＯ２ｉｎｔ＝（０．２１×Ｑａｉｒ＋ＤＯ２ＥＧＲ×ＱＥＧＲ）／（Ｑａｉｒ＋ＱＥＧＲ） …（３）
続いてＳｔｅｐ５に進んで、圧縮端温度を予め設定された図３に示すマップに基づき吸気通路３の吸気マニホールド内の温度Ｔｉｎｔと算出された吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて検索する。
【０１０２】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、予め設定された図４に示すマップに基づき圧縮端温度と吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域か、低温予混合燃焼が不可能となる領域かを判定する。
【０１０３】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【０１０４】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能となる領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ７に進んで、予め設定されたマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｑｆに応じて現在の運転状態がパイロット噴射を禁止する高負荷領域か、パイロット噴射が可能となる領域かを判定する。
【０１０５】
ここで、現在の運転状態がパイロット噴射が可能となる領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射を行い、低温予混合燃焼が行われない。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【０１０６】
一方、パイロット噴射が禁止される領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われる。こうして、燃料噴射期間を短縮するとともに、燃料噴射時期を圧縮上死点より進めることにより、スモークの排出を抑制する。また、ターボチャージャ１８を備える場合、高負荷時に過給圧が上昇するとともに、吸気温度が上昇することにより、圧縮端温度が上昇して、着火遅れ期間が短くなり、パイロット噴射をしなくても燃焼騒音が大きくなることを抑えられる。
【０１０７】
次に、さらに他の実施形態として、パイロット噴射を禁止する高負荷領域をエンジン回転数に対する空気過剰率λが所定値より小さい領域に設定してもよい。この高負荷領域では、パイロット噴射をしないで燃料噴射期間を短縮することにより、スモークの排出を抑制する。
【０１０８】
図１０のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【０１０９】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１からＳｔｅｐ６のルーチンにて、前記実施形態と同様に、予め設定された図４に示すマップに基づき圧縮端温度と吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域か、低温予混合燃焼が不可能となる領域かを判定する。
【０１１０】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ１０に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【０１１１】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能となる領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ７に進んで、空気過剰率λを次式で算出する。
【０１１２】
λ＝Ｃ２×（Ｑａｉｒ＋ＱＥＧＲ）×ＤＯ２ｉｎｔ／Ｑｆ …（５）
ただし、Ｃ２は定数である。
【０１１３】
続いてＳｔｅｐ８に進んで、予め設定されたマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと空気過剰率λに応じて現在の運転状態がパイロット噴射を禁止する高負荷領域か、パイロット噴射が可能となる領域かを判定する。
【０１１４】
ここで、現在の空気過剰率λが所定値以上に大きいと判定された場合は、Ｓｔｅｐ９に進んで、パイロット噴射を行い、低温予混合燃焼が行われない。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【０１１５】
一方、現在の空気過剰率λが所定値より小さいと判定された場合は、Ｓｔｅｐ１０に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われる。こうして、燃料噴射期間を短縮するとともに、燃料噴射時期を圧縮上死点より進めることにより、スモークの排出を抑制する。また、ターボチャージャ１８を備える場合、高負荷時に過給圧が上昇するとともに、吸気温度が上昇することにより、圧縮端温度が上昇して、着火遅れ期間が短くなり、パイロット噴射をしなくても燃焼騒音が大きくなることを抑えられる。
【０１１６】
このようにして、空気過剰率λが小さくなるのに伴ってパイロット噴射を禁止する構成としたため、過渡運転時や高地で気圧が低い場合等も含め、パイロット噴射によってスモーク排出量の増加等を招く高負荷域を的確に判定し、パイロット噴射によるスモーク増加を抑制することができる。
【０１１７】
なお、前記各実施形態において、パイロット噴射を実施しない運転領域でも、パイロット噴射量を低減するか、パイロット噴射と主噴射の間隔を狭めてパイロット噴射を行う構成としてもよい。
【０１１８】
さらに他の実施形態として、燃料噴射率を可変とするノズルを備え、低温予混合燃焼が不可能な領域で１サイクルで１回の燃料噴射を行い、燃料の初期噴射率を小さくする構成としてもよい。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、低エミッション化をはかるとともに、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、低騒音化をはかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すエンジンのシステム図。
【図２】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図３】同じく吸入ガス酸素濃度と吸気温度に対する圧縮端温度の関係を示す特性図。
【図４】同じく吸入ガス酸素濃度と圧縮端温度に対する低温予混合燃焼が可能な領域と低温予混合燃焼が不可能な領域の関係を示す特性図。
【図５】他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図６】同じくエンジン回転数と燃料噴射量に対する低温予混合燃焼が可能な最大酸素濃度の関係を示す特性図。
【図７】さらに他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図８】同じくエンジン回転数と燃料噴射量に対する低温予混合燃焼が可能な最小ＥＧＲ率の関係を示す特性図。
【図９】さらに他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図１０】さらに他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図１１】従来例を示す噴射システム図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 排気通路
３ 吸気通路
４ ＥＧＲ通路
５ ＥＧＲ弁
６ 吸気圧力センサ
７ 排気圧力センサ
８ 吸気温度センサ
９ エアフロメータ
１０ エンジン回転数センサ
１３ ノズル
２０ コントロールユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの運転条件に応じて燃料噴射パターンを切換える制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの低公害化および高出力化の要求が強まっており、燃焼技術について種々の提案がなされている。
【０００３】
従来のディーゼルエンジンの燃焼技術として、着火遅れ期間を長くして、燃料のほとんどを低温予混合燃焼させるものがある。これは、排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を増やすことによる酸素濃度の低下と、燃料噴射時期の遅角化により、燃料の噴射開始から着火までの着火遅れ期間が長期化し、着火遅れ期間中に燃料の蒸発、混合が十分に促され、燃料が拡散燃焼より予混合燃焼する割合を増加させる方法である。予混合燃焼の割合が増えると、急激な燃焼により燃焼騒音が増大する傾向にあるが、ＥＧＲ量の増大により酸素濃度が低下することと、燃料噴射時期の遅角化と着火遅れ期間の長期化による燃焼開始時の温度低下により、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することも可能となる（参考資料…自動車技術会学術講演会前刷り集９６ １９９６−５、８５貢）。
【０００４】
また、従来のディーゼルエンジンの燃焼技術として、燃料の主噴射に先立って燃料のパイロット噴射を行うものがある。パイロット噴射を行うことにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音を大幅に低減させるとともに、ＮＯｘの排出を抑制することが可能となる。
【０００５】
この噴射システムは、例えば図１１に示すように、燃料サプライポンプ２１により加圧された燃料は蓄圧室２２に蓄えられ、蓄圧室２２から各気筒に臨むノズル２３に導かれる。ノズル２３の閉弁時、ノズル２３内の通路２４と２５は連通しており、油圧ピストン２６の上部とノズル室２７に高圧燃料が導かれており、油圧ピストン２６の受圧面積が針弁２８の受圧面積より大きいことにより、針弁２８は着座状態となり、燃料は噴射されない。ノズル２３の開弁時、電磁弁２９を開弁させ、通路２４と２５の間を遮断するとともに、通路２５と３０の間を連通させることにより、油圧ピストン２６にかかる圧力が低下し、針弁２８がリフトし、燃料の噴射が行われる。再び、電磁弁２９が閉弁することにより、油圧ピストン２６に高圧燃料が導かれ、針弁２８は着座状態となり、燃料の噴射は停止される（参考資料…第１３回内燃機関シンポジウム講演論文集、７３貢）。
【０００６】
また、例えば特開昭６１−２１２６６２号公報として、ノズル内の高圧燃料通路の流路面積を調節して、初期噴射率を抑制する噴射システムが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低温予混合燃焼方式は、燃焼速度抑制のためにＥＧＲ量を増やすことが必要であり、ＥＧＲ量を増やすと吸入新気量が低下するため、高負荷域で空気過剰率が低下し、逆にスモークや粒子状物質が増加するという問題点がある。また、高負荷域でＥＧＲ量を増やすと、吸入ガス温度が上昇するため、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間の長期化が十分に行われなくなり、エミッションが悪化するという問題点がある。
【０００８】
なお、低温予混合燃焼を実現するためには、着火遅れ期間中に可能なかぎり燃料を噴射しきる必要があり、主噴射に先立ってパイロット噴射を行わないことが望ましい。
【０００９】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ディーゼルエンジンの制御装置において、運転条件に応じて燃料噴射パターンを切換えて低エミッション化と低騒音化の両立をはかることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、圧縮端温度が低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１１】
請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを判定する手段と、酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１２】
請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項２に記載の発明において、前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成とした。
【００１３】
請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段と、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備え、前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量とに基づいて変化する構成とした。
【００１４】
請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項４に記載の発明において、前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成とした。
【００１５】
請求項６に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くし、エンジン負荷が上昇するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１６】
請求項７に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段と、エンジンの空気過剰率を検出する手段と、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くし、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１７】
請求項８に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１から５のいずれか一つに記載の発明において、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジン負荷を検出する手段と、エンジン負荷が上昇するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１８】
請求項９に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１から５のいずれか一つに記載の発明において、燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジンの空気過剰率を検出する手段と、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えるものとした。
請求項１０に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを判定する手段と、酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００１９】
請求項１１に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１０に記載の発明において、前記燃料の初期噴射率を大きくする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成とした。
【００２０】
請求項１２に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段を備え、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００２１】
請求項１３に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１２に記載の発明において、前記燃料の初期噴射率を大きくする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成とした。
【００２２】
請求項１４に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、エンジン負荷を検出する手段と、圧縮端温度が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくし、エンジン負荷が上昇するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００２３】
請求項１５に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、エンジンの空気過剰率を検出する手段と、圧縮端温度が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくし、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
請求項１６に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１０から１３のいずれか一つに記載の発明において、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジン負荷を検出する手段と、エンジン負荷が上昇するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
請求項１７に記載のディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１０から１３のいずれか一つに記載の発明において、燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、エンジンの空気過剰率を検出する手段と、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えるものとした。
【００２４】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、圧縮端温度が上昇するのに伴って主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００２５】
圧縮端温度が低下するの伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００２６】
請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが高くなるのに伴ってパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００２７】
吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するの伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００２８】
請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、パイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたため、エンジン回転数Ｎｅが高くなるほど、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジンの吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を精度よく判定し、低温予混合燃焼が行われる領域を最大限に確保することができる。
【００２９】
請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比であるＥＧＲ率ＲＥＧＲが低くなるのに伴って燃料のパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００３０】
ＥＧＲ率ＲＥＧＲが増加するのに伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
また、パイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量とに基づいて変化する構成により、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量とに応じて低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００３１】
請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、パイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くする構成としたため、エンジン回転数Ｎｅが高くなるのに伴って、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジンの吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００３２】
パイロット噴射を実施しない運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値を燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたため、燃料噴射量が増えることにより酸素濃度が低くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００３３】
請求項６に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比であるＥＧＲ率ＲＥＧＲが低くなるのに伴って燃料のパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。また、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが増加するのに伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。さらに、エンジン負荷が上昇するのに伴ってパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くすることにより、拡散燃焼割合を削減し、スモークの発生が抑制される。
【００３４】
請求項７に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比であるＥＧＲ率ＲＥＧＲが低くなるのに伴って燃料のパイロット噴射を実施する、もしくはパイロット噴射量を増やす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を長くすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。また、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが増加するのに伴ってパイロット噴射の実施を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。さらに、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴ってパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くすることにより、拡散燃焼を抑制し、スモークの発生を抑制できる。
【００３５】
請求項８に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エンジン負荷が上昇するのに伴ってパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くすることにより、拡散燃焼割合を削減し、スモークの発生が抑制される。
【００３６】
請求項９に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴ってパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くすることにより、拡散燃焼を抑制し、スモークの発生を抑制できる。
【００３７】
請求項１０に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが高くなるのに伴って初期噴射率を小さくすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００３８】
吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するの伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００３９】
請求項１１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、初期噴射率を大きくする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたため、エンジン回転数Ｎｅが高くなるほど、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジンの吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を精度よく判定し、低温予混合燃焼を行わせる領域を最大限に確保することができる。
【００４０】
請求項１２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比であるＥＧＲ率ＲＥＧＲが低くなるのに伴って初期噴射率を小さくすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００４１】
ＥＧＲ率ＲＥＧＲが増加するの伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００４２】
請求項１３に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、初期噴射率を大きくする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くする構成としたため、エンジン回転数Ｎｅが高くなるのに伴って、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジンの吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００４３】
初期噴射率を大きくする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値を燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたため、燃料噴射量が増えることにより酸素濃度が低くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００４４】
請求項１４に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、圧縮端温度が上昇するのに伴って初期噴射率を小さくすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。また、圧縮端温度が低下するのに伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。さらに、エンジン負荷が上昇するのに伴って初期噴射率を抑制することにより、拡散燃焼割合を抑制し、スモーク発生が抑制できる。
【００４５】
請求項１５に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、圧縮端温度が上昇するのに伴って初期噴射率を小さくすることにより、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。また、圧縮端温度が低下するのに伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。さらに、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って初期噴射率を大きくすることにより、拡散燃焼割合を抑制し、スモークの発生が抑制できる。さらにまた、空気過剰率が上昇するのに伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００４６】
請求項１５に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エンジン負荷が上昇するのに伴って初期噴射率を抑制することにより、拡散燃焼割合を抑制し、スモーク発生が抑制できる。
請求項１６に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って初期噴射率を大きくすることにより、拡散燃焼割合を抑制し、スモークの発生が抑制できる。また、空気過剰率が上昇するのに伴って初期噴射率の抑制を制限する構成により、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかれる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４８】
図１において、１はディーゼルエンジン本体、２は排気通路、３は吸気通路、１８はエンジン１の排気ガスの圧力エネルギーを利用して吸気を過給するターボチャージャである。
【００４９】
図１において、１１は燃料サプライポンプである。サプライポンプ１１によって加圧された燃料はプレッシャレギュレータ１５を介して蓄圧室１２に蓄えられる。蓄圧室１２の高圧燃料はエンジン１の各気筒に臨むノズル１３に導かれる。プレッシャレギュレータ１５によって調節される蓄圧室１２の燃料圧力はコントロールユニット２０により運転状態に応じて制御される。コントロールユニット２０はエンジン回転数センサ１０の各検出値Ｎｅと蓄圧室１２に設けられる圧力センサ１４の検出値Ｐｆを入力し、目標燃料噴射量Ｑｆおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて予め設定された目標圧力に近づけるようにフィードバック制御する。
【００５０】
燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段として設けられるノズル１３は、電磁弁を介して開閉され、その開弁時期（燃料噴射時期）と開弁期間（燃料噴射量）がコントロールユニット２０により運転状態に応じて制御される。コントロールユニット２０はエンジン回転数センサ１０とアクセル開度センサ１９の各検出値Ｎｅ，Ａｃｃに応じて目標燃料噴射量Ｑｆを算出し、目標燃料噴射量Ｑｆにノズル１３の燃料噴射量を近づけるようにノズル１３の開弁期間を制御する。
【００５１】
図１において、４は排気通路２と吸気通路３とを連通するＥＧＲ通路、５はＥＧＲ通路４を開閉するＥＧＲ弁である。ＥＧＲ弁５が開弁してＥＧＲガスを吸気通路３に還流することにより、気筒内の酸素濃度を下げ、燃料の燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑えるようになっている。ＥＧＲ弁５のリフトＬ（開度）はコントロールユニット２０により運転状態に応じて制御される。
【００５２】
ところで、ＥＧＲ率ＲＥＧＲを大きくするとＮＯｘの発生が抑えられるものの、その一方で粒子状物質の発生量が上昇する傾向がある。
【００５３】
これに対処して、コントロールユニット２０は、運転条件に応じてＥＧＲ量を増やして酸素濃度を低下させるとともに、燃料噴射時期を上死点の前後付近まで遅せて、低温予混合燃焼をさせる。
【００５４】
燃料の噴射開始から着火までの着火遅れ期間を長期化し、着火遅れ期間中に燃料を十分に蒸発、混合させることにより、燃料が拡散燃焼より予混合燃焼する割合が増加する。予混合燃焼の割合が増えると、急激な燃焼により燃焼騒音が増大する傾向にあるが、ＥＧＲ量の増大により酸素濃度が低下することと、燃料噴射時期の遅角化と着火遅れ期間の長期化による燃焼開始時の温度が低下することにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減され、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することも可能となる。
【００５５】
しかしながら、上記した低温予混合燃焼は、燃焼速度抑制のためにＥＧＲ量を増やすことが必要であり、ＥＧＲ量を増やすと吸入新気量が減少するため、高負荷域で空気過剰率が低下し、逆にスモークや粒子状物質が増加するという問題点がある。また、高負荷域でＥＧＲ量を増やすと、吸入ガス温度が上昇するため、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間の長期化が十分に行われなくなり、エミッションが悪化するという問題点がある。よって、高負荷域ではＥＧＲ率ＲＥＧＲを低くする必要がある。
【００５６】
これに対処して本実施形態では、燃焼室の圧縮端温度を判定する手段と、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを判定する手段とが設けられる。コントロールユニット２０は、圧縮端温度が所定値より高いか、もしくは吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが所定値より高い低温予混合燃焼が不可能な領域を判定し、この領域で燃料の主噴射に先立ちノズル１３を短時間だけ開弁させて、燃料をパイロット噴射（先行噴射）する。
【００５７】
こうして燃焼室の圧縮端温度と酸素濃度に応じて低温予混合燃焼が可能な領域を設定することにより、低温予混合燃焼が可能かどうかを精度よく判定し、低エミッション化と低騒音化を両立できる。そして低温予混合燃焼が不可能な領域にパイロット噴射を行うことにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、低騒音化がはかれる。
【００５８】
新気とＥＧＲガスが混合したエンジン１の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔをを算出するデータとして、コントロールユニット２０はエアフロメータ９により検出される吸入新気量Ｑａｉｒと、エンジン回転数センサ１０により検出されるエンジン回転数Ｎｅと、吸気マニホールドに設けられた圧力センサ６によって検出される吸気圧力Ｐｉｎｔと、排気マニホールドに設けられた圧力センサ７によって検出される排気圧力Ｐｅｘｈと、ＥＧＲ弁５のリフトＬおよび目標燃料噴射量Ｑｆを入力する。
【００５９】
さらに、圧縮端温度を算出するデータとして、コントロールユニット２０は、吸気マニホールドに設けられた温度センサ８によって検出される吸気温度Ｔｉｎｔを入力する。
【００６０】
図２のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００６１】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆ、吸気圧力Ｐｉｎｔ、排気圧力Ｐｅｘｈ、吸気温度Ｔｉｎｔ、吸入新気量Ｑａｉｒ、ＥＧＲ弁５のリフトＬをそれぞれ読込む。
【００６２】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気圧力Ｐｉｎｔと排気圧力Ｐｅｘｈの差、およびＥＧＲ弁５のリフトＬによりＥＧＲ量ＱＥＧＲを次式で算出する。
【００６３】
ＱＥＧＲ＝ｆ（Ｌ）×（Ｐｅｘｈ−Ｐｉｎｔ）１／２ …（１）
なお、ＥＧＲ量ＱＥＧＲを計算するのにあたって、吸入新気量Ｑａｉｒとエンジン回転数Ｎｅに応じて新気の体積効率を求め、体積効率から吸気圧力Ｐｉｎｔを算出するとともに、体積効率と燃料噴射量およびエンジン回転数Ｎｅから排気圧力Ｐｅｘｈを算出してもよい。また、吸気温度Ｔｉｎｔを体積効率とＥＧＲ量ＱＥＧＲおよび燃料噴射量から算出してもよい。
【００６４】
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸入新気量Ｑａｉｒと目標燃料噴射量Ｑｆとエンジン回転数ＮｅによりＥＧＲガスの酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲを次式で算出する。
【００６５】
ＤＯ２ＥＧＲ＝０．２１−Ｃ１×Ｑｆ／（Ｑａｉｒ／Ｎｅ） …（２）
ただしＣ１は定数とする。
【００６６】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、ＥＧＲ量ＱＥＧＲ、ＥＧＲガス酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲ、吸入新気量Ｑａｉｒにより、新気とＥＧＲガスが混合したエンジン１の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを次式で算出する。
【００６７】
ＤＯ２ｉｎｔ＝（０．２１×Ｑａｉｒ＋ＤＯ２ＥＧＲ×ＱＥＧＲ）／（Ｑａｉｒ＋ＱＥＧＲ） …（３）
続いてＳｔｅｐ５に進んで、圧縮端温度を予め設定された図３に示すマップに基づき吸気通路３の吸気マニホールド内の温度Ｔｉｎｔと算出された吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて検索する。
【００６８】
図３において、圧縮端温度は吸気マニホールド内の温度Ｔｉｎｔが低いほど低くなる。これは、吸気マニホールド内の温度Ｔｉｎｔが低いほど圧縮開始温度が低くなるためである。
【００６９】
図３において、圧縮端温度は吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低いほど低くなる。これは、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低くなるのに伴って、ＥＧＲガスの還流によるＣＯ２、Ｈ２Ｏの濃度が高いことにより、吸入ガスの比熱比が低下するためである。
【００７０】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、予め設定された図４に示すマップに基づき圧縮端温度と吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域か、低温予混合燃焼が不可能となる領域かを判定する。
【００７１】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ７に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないことと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【００７２】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射を行う。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００７３】
図４において、低温予混合燃焼が可能な領域は低温予混合燃焼が不可能な領域より圧縮端温度が低い領域に設定されている。また、吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが高くなるのに伴ってパイロット噴射の無い低温予混合燃焼から、パイロット噴射を行う燃焼に切換わる。これにより、圧縮端温度が低いほど、着火遅れ期間が長くなるとともに、燃焼速度が低くなることおよび酸素濃度が低いほど燃焼速度が低くなることに対応して低温予混合燃焼が可能な領域を最大限に確保することができる。
【００７４】
次に、他の実施形態として、コントロールユニット２０は、低温予混合燃焼が可能な領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが上昇するほど高くするともに、燃料噴射量が増えるほど高く設定してもよい。これにより、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかられる。
【００７５】
図５のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００７６】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆ、吸気圧力Ｐｉｎｔ、排気圧力Ｐｅｘｈ、吸入新気量Ｑａｉｒ、ＥＧＲ弁５のリフトＬをそれぞれ読込む。
【００７７】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気圧力Ｐｉｎｔと排気圧力Ｐｅｘｈの差、およびＥＧＲ弁５のリフトＬによりＥＧＲ量ＱＥＧＲを次式で算出する。
【００７８】
ＱＥＧＲ＝ｆ（Ｌ）×（Ｐｅｘｈ−Ｐｉｎｔ）１／２ …（１）
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸入新気量Ｑａｉｒと目標燃料噴射量Ｑｆとエンジン回転数ＮｅによりＥＧＲガスの酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲを次式で算出する。
【００７９】
ＤＯ２ＥＧＲ＝０．２１−Ｃ１×Ｑｆ／（Ｑａｉｒ／Ｎｅ） …（２）
ただしＣ１は定数とする。
【００８０】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、ＥＧＲ量ＱＥＧＲ、ＥＧＲガス酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲ、吸入新気量Ｑａｉｒにより、新気とＥＧＲガスが混合したエンジン１の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを次式で算出する。
【００８１】
ＤＯ２ｉｎｔ＝（０．２１×Ｑａｉｒ＋ＤＯ２ＥＧＲ×ＱＥＧＲ）／（Ｑａｉｒ＋ＱＥＧＲ） …（３）
続いてＳｔｅｐ５に進んで、予め設定された図６に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量に応じた低温予混合燃焼が可能となる吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値を検索し、現在の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが検索された最大値より低い低温予混合燃焼が可能な領域か、現在の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが検索された最大値以上となる低温予混合燃焼が不可能な領域かを判定する。
【００８２】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ７に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【００８３】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射を行い、低温予混合燃焼が行われない。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００８４】
図６において、低温予混合燃焼が可能となる吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値は、エンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くなるとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くなるように設定されている。これにより、エンジン回転数Ｎｅが高くなるか、燃料噴射量が増大するほど、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジン１の吸入ガス温度が高くなるため、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して低温予混合燃焼が可能な領域を精度よく判定し、低温予混合燃焼を行わせる領域を最大限に確保することができる。
【００８５】
次に、さらに他の実施形態として、吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段を設け、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが所定値より低い低温予混合燃焼が不可能な領域を判定し、この領域で燃料の主噴射に先立ちノズル１３を短時間だけ開弁させて、燃料をパイロット噴射する構成としてもよい。これにより、低温予混合燃焼が行われる領域を拡大し、低エミッション化がはかられる。
【００８６】
図７のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００８７】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆ、吸気圧力Ｐｉｎｔ、排気圧力Ｐｅｘｈ、吸入新気量Ｑａｉｒ、ＥＧＲ弁５のリフトＬをそれぞれ読込む。
【００８８】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気圧力Ｐｉｎｔと排気圧力Ｐｅｘｈの差、およびＥＧＲ弁５のリフトＬによりＥＧＲ量ＱＥＧＲを次式で算出する。
【００８９】
ＱＥＧＲ＝ｆ（Ｌ）×（Ｐｅｘｈ−Ｐｉｎｔ）１／２ …（１）
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸入新気量ＱａｉｒとＥＧＲ量ＱＥＧＲによりＥＧＲ率ＲＥＧＲを次式で算出する。
【００９０】
ＲＥＧＲ＝ＱＥＧＲ／Ｑａｉｒ …（４）
続いてＳｔｅｐ４に進んで、予め設定された図８に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｑｆに応じた低温予混合燃焼が可能となる吸入ガスのＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値を検索し、現在の吸入ガスのＥＧＲ率ＲＥＧＲが検索された最小値より大きい低温予混合燃焼が可能な領域か、現在の吸入ガスのＥＧＲ率ＲＥＧＲが検索された最小値以下となる低温予混合燃焼が不可能な領域かを判定する。
【００９１】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ５に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【００９２】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ６に進んで、パイロット噴射を行い、低温予混合燃焼が行われない。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【００９３】
図８において、低温予混合燃焼が可能となるＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値は、エンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くなるとともに、目標燃料噴射量Ｑｆが少なくなるのに伴って高くなる。これにより、目標燃料噴射量Ｑｆが増えた場合、ＥＧＲガス中の酸素濃度が減る効果が大きいことに対応するとともに、エンジン回転数Ｎｅが高くなるのに伴って、ＥＧＲガスの温度が高くなり、エンジン１の吸入ガス温度が高くなり、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなることに対応して、低温予混合燃焼が可能な領域を精度よく判定し、低温予混合燃焼を行わせる領域を最大限に確保することができる。
【００９４】
次に、さらに他の実施形態として、パイロット噴射を禁止する高負荷領域を設定してもよい。この高負荷領域では、パイロット噴射をしないで燃料噴射期間を短縮することにより、スモークの排出を抑制する。
【００９５】
図９のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【００９６】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１にて、エンジン回転数Ｎｅ、目標燃料噴射量Ｑｆ、吸気圧力Ｐｉｎｔ、排気圧力Ｐｅｘｈ、吸気温度Ｔｉｎｔ、吸入新気量Ｑａｉｒ、ＥＧＲ弁５のリフトＬをそれぞれ読込む。
【００９７】
続いてＳｔｅｐ２に進んで、吸気圧力Ｐｉｎｔと排気圧力Ｐｅｘｈの差、およびＥＧＲ弁５のリフトＬによりＥＧＲ量ＱＥＧＲを次式で算出する。
【００９８】
ＱＥＧＲ＝ｆ（Ｌ）×（Ｐｅｘｈ−Ｐｉｎｔ）１／２ …（１）
続いてＳｔｅｐ３に進んで、吸入新気量Ｑａｉｒと目標燃料噴射量Ｑｆとエンジン回転数ＮｅによりＥＧＲガスの酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲを次式で算出する。
【００９９】
ＤＯ２ＥＧＲ＝０．２１−Ｃ１×Ｑｆ／（Ｑａｉｒ／Ｎｅ） …（２）
ただしＣ１は定数とする。
【０１００】
続いてＳｔｅｐ４に進んで、ＥＧＲ量ＱＥＧＲ、ＥＧＲガス酸素濃度ＤＯ２ＥＧＲ、吸入新気量Ｑａｉｒにより、新気とＥＧＲガスが混合したエンジン１の吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを次式で算出する。
【０１０１】
ＤＯ２ｉｎｔ＝（０．２１×Ｑａｉｒ＋ＤＯ２ＥＧＲ×ＱＥＧＲ）／（Ｑａｉｒ＋ＱＥＧＲ） …（３）
続いてＳｔｅｐ５に進んで、圧縮端温度を予め設定された図３に示すマップに基づき吸気通路３の吸気マニホールド内の温度Ｔｉｎｔと算出された吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて検索する。
【０１０２】
続いてＳｔｅｐ６に進んで、予め設定された図４に示すマップに基づき圧縮端温度と吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域か、低温予混合燃焼が不可能となる領域かを判定する。
【０１０３】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【０１０４】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能となる領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ７に進んで、予め設定されたマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｑｆに応じて現在の運転状態がパイロット噴射を禁止する高負荷領域か、パイロット噴射が可能となる領域かを判定する。
【０１０５】
ここで、現在の運転状態がパイロット噴射が可能となる領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射を行い、低温予混合燃焼が行われない。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【０１０６】
一方、パイロット噴射が禁止される領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ８に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われる。こうして、燃料噴射期間を短縮するとともに、燃料噴射時期を圧縮上死点より進めることにより、スモークの排出を抑制する。また、ターボチャージャ１８を備える場合、高負荷時に過給圧が上昇するとともに、吸気温度が上昇することにより、圧縮端温度が上昇して、着火遅れ期間が短くなり、パイロット噴射をしなくても燃焼騒音が大きくなることを抑えられる。
【０１０７】
次に、さらに他の実施形態として、パイロット噴射を禁止する高負荷領域をエンジン回転数に対する空気過剰率λが所定値より小さい領域に設定してもよい。この高負荷領域では、パイロット噴射をしないで燃料噴射期間を短縮することにより、スモークの排出を抑制する。
【０１０８】
図１０のフローチャートは運転条件に応じてパイロット噴射を実施するルーチンを示しており、コントロールユニット２０において一定周期毎に実行される。
【０１０９】
これについて説明すると、まずＳｔｅｐ１からＳｔｅｐ６のルーチンにて、前記実施形態と同様に、予め設定された図４に示すマップに基づき圧縮端温度と吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔに応じて現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域か、低温予混合燃焼が不可能となる領域かを判定する。
【０１１０】
そして、現在の運転状態が低温予混合燃焼が可能な領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ１０に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われ、低温予混合燃焼が行われる。これにより、燃焼速度が低下するため、燃焼騒音が大幅に低減し、同時に拡散燃焼割合が少ないこと、低温で燃焼することにより、ＮＯｘ、スモークや粒子状物質の排出を抑制することができる。
【０１１１】
現在の運転状態が低温予混合燃焼が不可能となる領域と判定された場合は、Ｓｔｅｐ７に進んで、空気過剰率λを次式で算出する。
【０１１２】
λ＝Ｃ２×（Ｑａｉｒ＋ＱＥＧＲ）×ＤＯ２ｉｎｔ／Ｑｆ …（５）
ただし、Ｃ２は定数である。
【０１１３】
続いてＳｔｅｐ８に進んで、予め設定されたマップに基づきエンジン回転数Ｎｅと空気過剰率λに応じて現在の運転状態がパイロット噴射を禁止する高負荷領域か、パイロット噴射が可能となる領域かを判定する。
【０１１４】
ここで、現在の空気過剰率λが所定値以上に大きいと判定された場合は、Ｓｔｅｐ９に進んで、パイロット噴射を行い、低温予混合燃焼が行われない。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、燃焼騒音の低減がはかれる。
【０１１５】
一方、現在の空気過剰率λが所定値より小さいと判定された場合は、Ｓｔｅｐ１０に進んで、パイロット噴射の無い燃料噴射が行われる。こうして、燃料噴射期間を短縮するとともに、燃料噴射時期を圧縮上死点より進めることにより、スモークの排出を抑制する。また、ターボチャージャ１８を備える場合、高負荷時に過給圧が上昇するとともに、吸気温度が上昇することにより、圧縮端温度が上昇して、着火遅れ期間が短くなり、パイロット噴射をしなくても燃焼騒音が大きくなることを抑えられる。
【０１１６】
このようにして、空気過剰率λが小さくなるのに伴ってパイロット噴射を禁止する構成としたため、過渡運転時や高地で気圧が低い場合等も含め、パイロット噴射によってスモーク排出量の増加等を招く高負荷域を的確に判定し、パイロット噴射によるスモーク増加を抑制することができる。
【０１１７】
なお、前記各実施形態において、パイロット噴射を実施しない運転領域でも、パイロット噴射量を低減するか、パイロット噴射と主噴射の間隔を狭めてパイロット噴射を行う構成としてもよい。
【０１１８】
さらに他の実施形態として、燃料噴射率を可変とするノズルを備え、低温予混合燃焼が不可能な領域で１サイクルで１回の燃料噴射を行い、燃料の初期噴射率を小さくする構成としてもよい。これにより、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、低エミッション化をはかるとともに、燃焼初期の予混合燃焼による急激な圧力上昇を抑制し、低騒音化をはかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すエンジンのシステム図。
【図２】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図３】同じく吸入ガス酸素濃度と吸気温度に対する圧縮端温度の関係を示す特性図。
【図４】同じく吸入ガス酸素濃度と圧縮端温度に対する低温予混合燃焼が可能な領域と低温予混合燃焼が不可能な領域の関係を示す特性図。
【図５】他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図６】同じくエンジン回転数と燃料噴射量に対する低温予混合燃焼が可能な最大酸素濃度の関係を示す特性図。
【図７】さらに他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図８】同じくエンジン回転数と燃料噴射量に対する低温予混合燃焼が可能な最小ＥＧＲ率の関係を示す特性図。
【図９】さらに他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図１０】さらに他の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図１１】従来例を示す噴射システム図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 排気通路
３ 吸気通路
４ ＥＧＲ通路
５ ＥＧＲ弁
６ 吸気圧力センサ
７ 排気圧力センサ
８ 吸気温度センサ
９ エアフロメータ
１０ エンジン回転数センサ
１３ ノズル
２０ コントロールユニット
Claims (17)
- 燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、
圧縮端温度が低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを判定する手段と、
酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたことを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段と、
ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備え、
前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量とに基づいて変化する構成としたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたことを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段と、
エンジン負荷を検出する手段と、
ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔 を短くし、エンジン負荷が上昇するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段と、
エンジンの空気過剰率を検出する手段と、
ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くし、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
エンジン負荷を検出する手段と、
エンジン負荷が上昇するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。 - 燃料の主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を可能とする噴射手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
エンジンの空気過剰率を検出する手段と、
エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って前記主噴射に先立つ燃料のパイロット噴射を実施しない、もしくはパイロット噴射量を減らす、もしくはパイロット噴射と主噴射の間隔を短くする噴射制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。 - 燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔを判定する手段と、
酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔが低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記燃料の初期噴射率を大きくする運転領域を限定する吸入ガスの酸素濃度ＤＯ２ｉｎｔの最大値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って高くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたことを特徴とする請求項１０に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
吸入新気量に対するＥＧＲ量の比をＥＧＲ率ＲＥＧＲとして検知する手段を備え、
ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高くなるのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記燃料の初期噴射率を大きくする運転領域を限定するＥＧＲ率ＲＥＧＲの最小値をエンジン回転数Ｎｅが低くなるのに伴って低くするとともに、燃料噴射量が少なくなるのに伴って高くする構成としたことを特徴とする請求項１２に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、
エンジン負荷を検出する手段と、
圧縮端温度が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくし、エンジン負荷が上昇するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、
エンジンの空気過剰率を検出する手段と、
圧縮端温度が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくし、エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
エンジン負荷を検出する手段と、
エンジン負荷が上昇するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。 - 燃料の噴射率を可変とする噴射率可変手段と、
運転条件に応じて排気ガスが燃焼室に還流されるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段とを備えるディーゼルエンジンにおいて、
エンジンの空気過剰率を検出する手段と、
エンジンの空気過剰率が低下するのに伴って燃料の初期噴射率を大きくする噴射制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
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