JP3743195B2 - 予混合圧縮着火内燃機関 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は予混合圧縮着火内燃機関に関し、ディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）におけるＮＯX 排出濃度の低減と高出力化とを図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は通常のディーゼル機関と予混合圧縮着火内燃機関との燃料噴射時期の比較を示すタイムチャート、図７は上記通常のディーゼル機関と上記予混合圧縮着火内燃機関とのＮＯX 排出濃度の比較を示すグラフである。
【０００３】
図６（ａ）に示すように、通常のディーゼル機関では、圧縮上死点ＴＤＣ付近で燃焼室頂部の針弁が開いて燃焼室内に燃料が噴射される（通常噴射）。このような通常のディーゼル機関においては、次のような理由から比較的高い濃度のＮＯX が排出される。
【０００４】
ＮＯX 排出濃度は燃料と空気とが共に過不足なく反応する条件、即ち、空気過剰率λが１となる付近で最も高くなる。そして、上記通常のディーゼル機関では、圧縮上死点ＴＤＣ付近において燃焼室内に燃料が噴射されると、この燃料が周囲の空気と混ざり合って燃焼室内に拡散しながら燃焼していく（拡散燃焼）。従って、この場合には燃料と空気とが混合する過程において必ず空気過剰率λが１となる領域があり、この領域より高濃度のＮＯX が排出されることになる。しかも、図７に示すように燃焼室内へ供給される燃料量を増やしてエンジン出力を増大させると、この燃料量の増加に応じてＮＯX 排出濃度も増加する。
【０００５】
そこで、現在、このような通常のディーゼル機関に比べてＮＯX 排出濃度を大幅に低減することができる予混合圧縮着火内燃機関が研究開発されている。この予混合圧縮着火内燃機関とは、図６（ｂ）に例示するように燃焼室内に燃料を早期噴射（図示例では圧縮下死点ＢＤＣ近傍で噴射）して、少なくとも圧縮上死点ＴＤＣ前までに燃焼室内への燃料の供給を終了させるものである。燃焼室内に早期噴射された燃料は、ピストンが当該燃料噴射時点から圧縮上死点ＴＤＣに達するまでの間に燃焼室内の空気と十分に混ざり合って希薄混合状態（リーン状態）となる。
【０００６】
つまり、予混合圧縮着火内燃機関では、ピストンの圧縮作用により圧縮上死点ＴＤＣ付近において燃料が自己着火する前に、予め燃料と空気とを燃焼室内において十分に混合させて希薄混合状態とし、この希薄混合状態の混合気をピストンにより圧縮して、圧縮上死点ＴＤＣ付近において燃焼室内の多点で同時期に自己着火させる（多点同時圧縮自己着火燃焼）。なお、予混合圧縮着火内燃機関としては、燃料を吸気管内に噴射して混合気とし、この混合気を吸気行程において燃焼室内に取り込む方式のものもある。
【０００７】
何れにしても、予混合圧縮着火内燃機関では、燃料と空気を予め混合させて空気過剰率λが１よりも十分に大きな希薄混合状態とした後に燃焼（希薄燃焼）させるため、空気過剰率λが１の状態で燃焼することはない。このため、予混合圧縮着火内燃機関では、図７に示すように上記通常のディーゼル機関に比べてＮＯX 排出濃度が大幅に低減し、超低ＮＯX 燃焼となる。
【０００８】
なお、予混合圧縮着火内燃機関では、特に燃料として軽油を用いる場合には圧縮比を通常のディーゼル機関よりも低くすることにより、希薄混合気の自己着火時期が圧縮上死点ＴＤＣ付近となるように調整される。圧縮比が高くて温度が高いと、希薄混合気が圧縮上死点ＴＤＣ付近よりも前に自己着火してしまう虞があるからである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の予混合圧縮着火内燃機関では、ＮＯX 排出濃度の低減を希薄燃焼により達成しているため、高負荷での運転（高出力運転）ができない。
【００１０】
具体的には、図７に示すように、予混合圧縮着火内燃機関の場合、予混合圧縮着火燃焼によってＮＯX 排出濃度の低減を図るにあたり、低・中負荷では燃焼室内に供給される燃料量に対して燃焼室内に供給される空気量の割合は十分であるが、燃焼室内へ供給する燃料量を増やしてエンジン出力を増大させていくと、ある出力Ｐ以上の領域（高負荷領域）ではノッキングが生じて運転が困難となる。これは、ある出力Ｐ以上では燃料量の増加に見合った空気量が得られずに空気過剰率λが１に近づくためである。ノッキングが生じると、ＮＯX 排出濃度が通常のディーゼル機関以上のレベルにまで増大し、また、振動も大きくなり、エンジン故障にもつながる。
【００１１】
なお、予混合圧縮着火内燃機関では燃料量の増加に応じて燃料噴射時期を早めることにより、出力（負荷）が増加しても希薄混合状態を維持することができるように制御されるが、エンジンの吸気行程において燃焼室の負圧により吸入される空気量はほぼ一定であるため、結局、ある出力Ｐ以上では燃料量の増加に見合った空気量が得られずに空気過剰率λが１に近づいてしまう。
【００１２】
通常のディーゼル機関においては、空気過剰率λが例えば１．４程度になるまで燃料量を増やしてもノッキングを起こすことなく運転をすることができるが、予混合圧縮着火内燃機関においては、ＮＯX 排出濃度を低減させるために希薄燃焼を行うため、例えば単気筒エンジンを用いた基礎試験では、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation ；排気ガス再循環）装置なしの場合、空気過剰率λが２．０〜２．３程度において運転の限界が存在した。よって、予混合圧縮着火内燃機関は同一排気量の通常のディーゼル機関に比べて出力が劣る。
【００１３】
従って本発明は上記従来技術に鑑み、高負荷時においても燃焼室内に供給される燃料量に見合った（ノッキングが生じない）空気量を確保して希薄混合状態を保持することができ、超低ＮＯX 燃焼を維持したまま出力範囲の拡大を図ることができる予混合圧縮着火内燃機関を提供することを課題とする。
【００１４】
なお、特許第２８１２２３６号の特許公報には予混合圧縮着火内燃機関に関する技術が開示されているが、この予混合圧縮着火内燃機関には本発明のような過給機が存在しないため、空気量が燃料量に対して不足する運転域（例えば高負荷領域）が存在し、この運転域ではノッキングが発生することがある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の予混合圧縮着火内燃機関は、エンジンの吸気行程において燃焼室の負圧により吸入される吸気と過給機により供給される過給気とからなる給気が上記燃焼室に取り込まれるとともに、少なくとも圧縮上死点前までに上記燃焼室内への燃料の供給が終了され、ピストンの圧縮作用により圧縮上死点付近にて予混合圧縮自己着火燃焼を行う内燃機関において、
上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
上記燃焼室内に供給される上記燃料の量を検出する燃料量検出手段と、
上記燃焼室内に供給される上記給気の温度を検出する給気温度検出手段と、
上記燃焼室内に供給される上記給気の圧力を検出する給気圧力検出手段と、
上記エンジン回転数検出手段、上記燃料量検出手段、上記給気温度検出手段及び上記給気圧力検出手段によって検出された上記エンジン回転数、上記燃料量、上記給気温度及び上記給気圧力に基づいて上記燃焼室内の平均空気過剰率を算出し、当該平均空気過剰率と、エンジンの運転状態に応じて決定される判定値との比較結果に応じて上記過給機による過給を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
従って、この第１発明の予混合圧縮着火内燃機関によれば、過給機の過給作用により、高出力時においても燃焼室内に供給される空気量を十分に確保することができる。
【００１７】
また、第２発明の予混合圧縮着火内燃機関は、上記第１発明の予混合圧縮着火内燃機関において、上記判定値が、エンジンの冷却水温度、潤滑油温度、ＥＧＲ率及びエンジンの負荷状態の履歴に応じて決定されることを特徴とする。
【００１９】
また、第３発明の予混合圧縮着火内燃機関は、上記第１又は第２発明の予混合圧縮着火内燃機関において、上記平均空気過剰率が上記判定値よりも大きく且つエンジンの運転状態が無過給状態であるとき、当該無過給状態を維持することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関のシステム構成図、図２は上記予混合圧縮着火内燃機関の早期噴射時期を示すタイムチャート、図３は上記予混合圧縮着火内燃機関のＥＣＵの処理内容を示すフローチャート、図４は上記予混合圧縮着火内燃機関と通常のディーゼル機関とのＮＯX 排出濃度の比較を示すグラフである。
【００２３】
図１において、１はシリンダの燃焼室であり、この燃焼室１内にはピストン２が上下に往復運動可能に設けられている。ピストン２はコンロッド３を介して図示しないクランクシャフトに連結されている。
【００２４】
一方、燃焼室頂部の中央部には、燃料噴射弁４が設けられている。燃料噴射ポンプ２１から燃料が送給されてくると、燃料噴射弁４が開弁して燃焼室１内に燃料が噴射される。この燃料噴射弁４の開弁時期、即ち、燃焼室１内に燃料が早期噴射される時期は、制御手段としてのコントローラ（以下ＥＣＵと称す）がエンジン負荷状態に基づいて上記燃料噴射装置を制御することにより、エンジン負荷状態に応じた時期に調節されるようになっている。
【００２５】
つまり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に早期噴射時期の具体例を示すように、エンジン低負荷時には圧縮上死点ＴＤＣ付近で燃料噴射弁４が開弁して燃料が噴射され、エンジン中負荷時には圧縮上死点ＴＤＣ前９０度付近で燃料噴射弁４が開弁して燃料が噴射され、エンジン高負荷時には圧縮下死点ＢＤＣ付近で燃料噴射弁４が開弁して燃料が噴射されるようになっている。そして、何れのエンジン負荷状態においても、少なくとも圧縮上死点ＴＤＣ前までには燃焼室１内への燃料の供給が終了されるようになっている。また、ＥＣＵ３０は燃料噴射ポンプ２１を制御して、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにエンジン負荷が大きいとき程、燃料噴射弁４の開いている時間を長くして燃焼室１内に供給される燃料量を増加している。
【００２６】
また、燃焼室頂部の左右両側部には、吸気ポート５と排気ポート６とが設けられている。吸気ポート５と排気ポート６には吸気弁７と排気弁８とがそれぞれ設けられている。吸気弁７と排気弁８は図示しないカムシャフトのカムにより駆動されて、吸気ポート５と排気ポート６とをそれぞれ開閉する。
【００２７】
そして、吸排気系には過給圧力の調節が可能な過給機としてＶＧ（Variable Geometry;可変ノズルベーン付）ターボチャージャ９が設けられている。即ち、吸気ポート５に通じる吸気管１０にはＶＧターボチャージャ９の圧縮機９ａが配置され、排気ポート６に通じる排気管１１にはＶＧターボチャージャ９の排気タービン９ｂが配置されており、この排気タービン９ｂ側には可変ノズルベーン９ｃが設けられている。
【００２８】
また、吸気管１０にはＶＧターボチャージャ９の圧縮機９ａをバイパスするバイパス管１０ａが設けられており、このバイパス管１０ａには給気バイパス用のコントロールバルブ１２が設けられている。排気管１１にはＶＧターボチャージャ９の排気タービン９ｂをバイパスするバイパス管１１ａが設けられており、このバイパス管１１ａには排気バイパス用のコントロールバルブ１３が設けられている。
【００２９】
従って、燃焼室１から排気ポート６を介して排出された排気ガスによって排気タービン９ｂが回転駆動されると圧縮機９ａも回り、これによって圧縮された空気（過給気）が燃焼室１内に供給される。即ち、燃焼室１にはエンジンの吸気行程において燃焼室１内の負圧により吸入される吸気とＶＧターボチャージャ９により供給される過給気とからなる給気が取り込まれるようになっている。そして、過給時の過給圧力は、ＥＣＵ３０によってＶＧターボチャージャ９の可変ノズルベーン９ｃやコントロールバルブ１２，１３を制御することにより、所望の圧力になるよう制御される（詳細後述）。
【００３０】
また、吸排気系にはＥＧＲ装置１４が設けられている。ＥＧＲ装置１４は吸気管１０と排気管１１とをつなぐ配管１４ａと、配管１４ａの途中に設けられたＥＧＲクーラ１４ｃと、配管１４ａの下流側に設けられたコントロールバルブ１４ｂとから構成されている。
【００３１】
従って、ＥＧＲ装置１４では、排気管１１を流れる排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を、配管１４ａを介し且つＥＧＲクーラ１４ｃで冷却して吸気管１０へと再循環させる。この再循環されたＥＧＲガスは燃焼室１に供給される給気に混合される。また、このときのＥＧＲ率（給気のうちのＥＧＲガスの占める割合）は、図示しないＥＧＲ制御装置でコントロールバルブ１４ｂを制御してＥＧＲガス流量を変えることにより、適宜調節することができるようになっている。
【００３２】
また、吸排気系にはインタークーラ１５が設けられている。このインタークーラ１５は、ＶＧターボチャージャ９の圧縮機９ａの下流側に位置するように吸気管１０に設けられている。従って、ＶＧターボチャージャ９によって圧縮された空気（過給気）はインタークーラ１５によって冷却された後に燃焼室１内へ供給される。ＶＧターボチャージャ９によって圧縮された空気（過給気）は温度が上昇するため、このまま過給気が燃焼室１内に供給された場合には燃料の着火時期に影響し、着火時期を早めることになる。その結果、燃料と空気との混合が不十分な時点で燃焼することになり、燃費の悪化等を招くことになる。このため、インタークーラ１５によって過給気の冷却を行う。
【００３３】
そして、本実施の形態ではＥＣＵ３０によりＶＧターボチャージャ９とコントロールバルブ１２，１３とを制御して、エンジン負荷状態にかかわらず空気過剰率λを所定値以上に保持するようになっている。
【００３４】
即ち、ＥＣＵ３０には過給圧力を調整して空気過剰率λを所定値以上に維持するために、図１に示すようにアクセル開度ａ、エンジン回転数ｂ、給気温度ｃ、給気圧力ｄ、水温ｅ、油温ｆ、運転履歴ｇ及びＥＧＲ率ｈが入力される。
【００３５】
燃料量はアクセル開度ａ、エンジン回転数ｂに基づきＥＣＵ３０の図示しないマップにより算出される。アクセル開度ａはアクセル開度センサ２７によって検出され、更に、エンジン回転数ｂは図示しないクランクシャフト部に設けられたクランク角センサ２２によって検出される。給気温度ｃと給気圧力ｄは吸気管１０に設けられた給気温度センサ２３と給気圧力センサ２４とによってそれぞれ検出される。
【００３６】
水温ｅはエンジン冷却水の温度であり、図示しないエンジン冷却水系統に設けられた水温センサ２５によって検出される。油温ｆはエンジン潤滑油の温度であり、図示しないエンジン潤滑油系統に設けられた油温センサ２６によって検出される。
【００３７】
運転履歴ｇは現時点までのエンジン負荷状態の履歴、つまり、今までアイドリング状態（無負荷運転状態）であったのか、高速走行状態（高負荷運転状態）であったのか等の履歴であり、図示しない運転履歴監視装置によって監視され、この運転履歴監視装置からＥＣＵ３０へ出力される。ＥＧＲ率ｈは図示しないＥＧＲ制御装置からＥＣＵ３０へ出力される。
【００３８】
ＥＣＵ３０の処理内容は図３のフローチャートに示す通りである。即ち、同フローチャートに示すように、ＥＣＵ３０では、まず、アクセル開度センサ２７、クランク角センサ２２、給気温度センサ２３及び給気圧力センサ２４からアクセル開度ａ、エンジン回転数ｂ、給気温度ｃ及び給気圧力ｄを入力し（Ｓ１）、これらの情報に基づいて筒内（燃焼室１内）の平均空気過剰率λを計算する（Ｓ２）。
【００３９】
続いて、上記エンジン回転数ｂの他、水温センサ２５と油温センサ２６とからは水温ｅと油温ｆを入力し、また、運転履歴監視装置からは運転履歴ｇを入力し、ＥＧＲ制御装置からはＥＧＲ率ｈを入力する（Ｓ３）。そして、これらの情報に基づき、筒内平均空気過剰率λがノッキングの発生する虞のない値であるか否かを判定するための判定値Ａを決定する（Ｓ４）。
【００４０】
このとき、例えば、運転履歴ｇなどからエンジンが高負荷運転状態であってエンジンの筒内温度が高いと判断された場合には、ノッキングが起こりやすい状態にあるため、燃料量に対する空気量の割合が多めになるように判定値Ａは大きめに設定される。逆に、運転履歴ｇなどからエンジンが低負荷運転状態であってエンジンの筒内温度が低いと判断された場合には、判定値Ａは小さめに設定される。なお、運転履歴ｇは判定値Ａの決定にはあまり影響せず、判定値Ａを多少補正する程度であると考えられる。
【００４１】
また、ＥＧＲ装置１４によってＥＧＲ（排気ガス再循環）が行われている場合には、ＥＧＲ率ｈに応じて判定値Ａは小さめに設定される。ＥＧＲが行われているときには、燃焼室１内での燃焼が比較的緩慢になってノッキングが起こりにくい状態になり、空気過剰率λが比較的小さくてもノッキングが生じないためである。なお、ＥＧＲ率ｈは判定値Ａの決定に非常に影響すると考えられる。
【００４２】
判定値Ａが決定されたら（Ｓ４）、この判定値Ａと筒内平均空気過剰率λとを比較する（Ｓ５）。その結果、筒内平均空気過剰率λが判定値Ａよりも大きいと判断された場合、即ち、燃焼室１内に供給される燃料量に対して十分な空気量があるためノッキングが生じる状態ではないと判断された場合には、まず、現在、ＶＧターボチャージャ９によって過給中であるか否かを判定する（Ｓ８）。
【００４３】
この判定の結果、現在、過給中ではないと判断された場合には、無過給状態のままとする（Ｓ９）。即ち、コントロールバルブ１２，１３は開き、ＶＧターボチャージャ９をバイパスする。
【００４４】
一方、判定値Ａと筒内平均空気過剰率λとの比較（Ｓ５）の結果、筒内平均空気過剰率λが判定値Ａ以下であると判断された場合、即ち、空気量が不足してノッキングが生じやすい状態であると判断された場合には、判定値Ａに応じた（燃料量に応じた）過給圧力を決定し、この過給圧力になるようにＶＧターボチャージャ９の可変ノズルベーン９ｃやコントロールバルブ１２，１３を制御することにより、空気過剰率λを判定値Ａ以上（λ＞Ａ）に保持する（Ｓ６，Ｓ７）。つまり、過給によって、燃焼室１内に供給される燃料量に見合った（ノッキングが生じない）空気量を確保する。
【００４５】
例えば、ＥＧＲを行わない場合には空気過剰率λを２．０＜λ＜２．５の範囲に保持するように過給圧力を制御する。つまり、判定値Ａ及びλ制御の値はＥＧＲ無しの条件では約２．５であるが、エンジン回転数ｂ等のエンジン諸条件により、２．０〜２．５の間で変動する。ＥＧＲ有りの条件では、これらの値よりも小さめの値となる。なお、ノッキングの発生を防止するという観点からは燃料量に対して十分な空気量があればよいが、空気過剰率λの上限を２．５に設定しているのは無駄な過給を無くし、且つ、空気量の過剰による失火を防止するためである。
【００４６】
また、上記判定（Ｓ８）の結果、過給中であると判断された場合にも、このときには過給を行うことによって空気過剰率λがノッキングの生じない所定の範囲内に保持されているので、そのまま過給状態を継続する（Ｓ６，Ｓ７）。
【００４７】
なお、このとき燃料量に対して空気量が多過ぎて空気過剰率λが２．５を超えていれば、ＶＧターボチャージャ９の可変ノズルベーン９ｃを制御して或いはコントロールバルブ１２，１３を開方向に動かして過給を弱めることにより、空気過剰率λが２．０〜２．５の範囲内になるように調整される。従って、エンジン負荷が低負荷となって燃料量に対する空気量の割合が非常に大きくなれば、ＶＧターボチャージャ９の可変ノズルベーン９ｃが全開し、コントロールバルブ１２，１３が開いて無過給状態となる。こうして無過給状態となった後に上記判定（Ｓ８）が行われた場合には、この判定結果はＹｅｓとなり、無過給状態が維持される（Ｓ９）。
【００４８】
以上のように、本実施の形態の予混合圧縮着火内燃機関によれば、ＶＧターボチャージャ９の過給作用により、エンジン運転状態に左右されずに燃焼室１内に供給される空気量を十分に確保することができるので同空気量が燃焼室１内に供給される燃料量に対して不足することはなく、燃焼室１内の希薄燃焼が保たれてノッキングの発生が防止される。このためエンジン全運転域においてＮＯX 排出濃度の低い予混合圧縮着火燃焼を行うことができる。
【００４９】
即ち、従来の予混合圧縮着火内燃機関では、図６に例示するように出力Ｐ以上のエンジン出力領域においては燃料量に対する空気量の不足からノッキングが生じて運転が不可能になり、また、ＮＯX 排出濃度の増加も招いていたが、本実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関では、図４に例示するように従来ノッキングの発生により運転ができなかった出力Ｐ以上の高出力（高燃料量）領域においても、ＶＧターボチャージャ９の過給作用により、燃料量に対して十分な（ノッキングの生じない）空気量を確保する（空気過剰率λを高く保つ）ことができるため、超低ＮＯX 燃焼を維持したまま燃料量の増大が可能となり、予混合圧縮着火内燃機関の出力範囲が拡大する。
【００５０】
基礎試験の結果では、約８０ｋＰａの過給（燃焼室内に通常の１．８倍程度の量の空気を供給できる過給）により、空気過剰率λが２．３に保たれて通常の無過給ディーゼル機関の全負荷相当の出力を確保することができた。しかも、より高過給とすることで更なる高出力化も可能である。
【００５１】
また、本実施の形態の予混合圧縮着火内燃機関では、筒内平均空気過剰率λに応じてＶＧターボチャージャ９による過給を制御するため、過給気が不要な間は燃焼室１内に過給気を供給せず、過給気が必要な状況でのみ燃焼室１内に過給気を供給することができる。このため、効率のよい過給を行うことができる。本発明に用いる過給機はＶＧターボチャージャに限らず、どのような過給機であってもよいが、特に、エンジン動力で駆動される過給機（スーパーチャージャ）を用いるような場合には、この過給機を過給気が不要な運転状態では不作動とすることにより、エンジン出力ロスの抑制や燃費の低減を図ることができる。
【００５２】
言い換えると、ＥＣＵ３０はエンジン負荷状態に応じてＶＧターボチャージャ９と燃料噴射ポンプ２１とを制御することができ、低負荷運転域においてはコントロールバルブ１２，１３を開方向に動かして過給を弱め、燃料噴射のタイミングをより圧縮上死点ＴＤＣに近づける制御を行い、高負荷運転域においてはコントロールバルブ１２，１３を閉方向に動かして過給を強め、燃料噴射のタイミングをより圧縮下死点ＢＤＣに近づける制御を行うことで、エンジンの運転状態における燃料噴射タイミングと過給とを融合した制御が行え、エンジン負荷状態にかかわらず、低ＮＯX を図ることができる。
【００５３】
なお、その他の過給機として、吸気管１０にポンプ等で空気を供給するものや、燃焼室１内に直接空気を供給するために燃焼室１内にエアノズルを配設してもよい。
【００５４】
ところで、上記では筒内平均空気過剰率λに応じてＶＧターボチャージャ９による過給を制御する場合について説明したが、これに限らず、エンジン負荷状態に応じてＶＧターボチャージャ９による過給を制御してもよい。
【００５５】
即ち、図５に示すように、ＥＣＵ３０にはクランク角センサ２２によって検出されるエンジン回転数ｂと、アクセル状態ｉとを入力するようにする。アクセル状態ｉはアクセル２８の踏み込み量であり、アクセルペダル２８に設けられたアクセル開度センサ２７によって検出される。
【００５６】
そして、図示は省略するが、ＥＣＵ３０では、まず、クランク角センサ２２とアクセル開度センサ２７とからエンジン回転数ｂとアクセル状態ｉとを入力し、これらの情報に基づいてエンジンの負荷状態を検出する。続いて、このエンジン負荷状態と、ノッキングの発生が予想される所定の負荷（出力）値（例えば図４に示す出力Ｐ）とを比較する。
【００５７】
その結果、エンジン負荷状態が所定値よりも小さくて低負荷状態であると判断された場合には、ＶＧターボチャージャ９による過給は行わず無過給状態とする。一方、エンジン負荷状態が所定値以上であって高負荷状態であると判断された場合には、ＶＧターボチャージャ９による過給を実施して空気過剰率λを高い状態に保持する。
【００５８】
従って、このＥＣＵ３０ではエンジン負荷状態に応じてＶＧターボチャージャ９による過給を制御するため、大きなエンジン出力が必要で燃焼室１内に供給される燃料量の多い高負荷運転時にのみＶＧターボチャージャ９により過給気を燃焼室１内に供給することができ、高負荷運転時においてもノッキングを起こさず、燃料量の増大に応じた高出力の予混合圧縮着火燃焼（超低ＮＯX 燃焼）が得られ、且つ、低負荷運転時には無駄な過給を行わずにエンジン出力ロスの抑制や燃費の低減を図ることができる。
【００５９】
なお、本発明は、上記のような燃料を燃焼室内に直接早期噴射する方式の予混合圧縮着火内燃機関に限らず、燃料を吸気管内に噴射して混合気とし、この混合気を吸気行程において燃焼室内に取り込む方式の予混合圧縮着火内燃機関にも適用することができる。後者の場合にも、当然、圧縮上死点ＴＤＣ前までに燃料の供給が終了することになる。
【００６０】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、第１発明の予混合圧縮着火内燃機関によれば、エンジンの吸気行程において燃焼室の負圧により吸入される吸気と過給機により供給される過給気とからなる給気が上記燃焼室に取り込まれるため、過給機の過給作用により、エンジン運転状態に左右されずに燃焼室内に供給される空気量を十分に確保することができるので同空気量が燃焼室内に供給される燃料量に対して不足することはなく、燃焼室内の希薄燃焼が保たれてノッキングの発生が防止される。このためエンジン全運転域においてＮＯX 排出濃度の低い予混合圧縮着火燃焼を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関のシステム構成図である。
【図２】上記予混合圧縮着火内燃機関の早期噴射時期を示すタイムチャートである。
【図３】上記予混合圧縮着火内燃機関のＥＣＵの処理内容を示すフローチャートである。
【図４】上記予混合圧縮着火内燃機関と通常のディーゼル機関とのＮＯX 排出濃度の比較を示すグラフである。
【図５】上記ＥＣＵの他の構成を示すブロック図である。
【図６】通常のディーゼル機関と予混合圧縮着火内燃機関との燃料噴射時期の比較を示すタイムチャートである。
【図７】上記通常のディーゼル機関と上記予混合圧縮着火内燃機関とのＮＯX 排出濃度の比較を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 燃焼室
２ ピストン
３ コンロッド
４ 燃料噴射弁
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
７ 吸気弁
８ 排気弁
９ ＶＧターボチャージャ
９ａ 圧縮機
９ｂ 排気タービン
９ｃ 可変ノズルベーン
１０ 吸気管
１０ａ，１１ａ バイパス管
１１ 排気管
１２，１３，１４ｂ コントロールバルブ
１４ ＥＧＲ装置
１４ａ 配管
１４ｃ ＥＧＲクーラ
１５ インタークーラ
２１ 燃料噴射ポンプ
２２ クランク角センサ
２３ 給気温度センサ
２４ 給気圧力センサ
２５ 水温センサ
２６ 油温センサ
２７ アクセル開度センサ
２８ アクセルペダル
３０ ＥＣＵ
ａ アクセル開度
ｂ エンジン回転数
ｃ 給気温度
ｄ 給気圧力
ｅ 水温
ｆ 油温
ｇ 運転履歴
ｈ ＥＧＲ率
ｉ アクセル状態

Claims (3)

  1. エンジンの吸気行程において燃焼室の負圧により吸入される吸気と過給機により供給される過給気とからなる給気が上記燃焼室に取り込まれるとともに、少なくとも圧縮上死点前までに上記燃焼室内への燃料の供給が終了され、ピストンの圧縮作用により圧縮上死点付近にて予混合圧縮自己着火燃焼を行う内燃機関において、
    上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
    上記燃焼室内に供給される上記燃料の量を検出する燃料量検出手段と、
    上記燃焼室内に供給される上記給気の温度を検出する給気温度検出手段と、
    上記燃焼室内に供給される上記給気の圧力を検出する給気圧力検出手段と、
    上記エンジン回転数検出手段、上記燃料量検出手段、上記給気温度検出手段及び上記給気圧力検出手段によって検出された上記エンジン回転数、上記燃料量、上記給気温度及び上記給気圧力に基づいて上記燃焼室内の平均空気過剰率を算出し、当該平均空気過剰率と、エンジンの運転状態に応じて決定される判定値との比較結果に応じて上記過給機による過給を制御する制御手段とを有することを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
  2. 上記判定値が、エンジンの冷却水温度、潤滑油温度、ＥＧＲ率及びエンジンの負荷状態の履歴に応じて決定されることを特徴とする請求項１に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
  3. 上記平均空気過剰率が上記判定値よりも大きく且つエンジンの運転状態が無過給状態であるとき、当該無過給状態を維持することを特徴とする請求項１又は２に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
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