JP5086071B2 - Ｈｃｃｉ燃焼の範囲を拡張するために燃料供給マップを選択的に使用することによりディーゼルエンジンに燃料供給する方式 - Google Patents

Ｈｃｃｉ燃焼の範囲を拡張するために燃料供給マップを選択的に使用することによりディーゼルエンジンに燃料供給する方式 Download PDF

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Description

本発明は、概略的には、内燃エンジンに関する。本発明は、詳細には、可変バルブタイミングを有するエンジンの作動の種々のモード中、ＨＣＣＩの属性を種々の仕方で利用するやり方で均質チャージ圧縮着火（ＨＣＣＩ）を選択的に利用する制御方式に関する。
ＨＣＣＩは、エンジンサイクルの圧縮上昇行程中、エンジンシリンダ内部に実質的に均質の空気と燃料のチャージ（供給混合気）を作る仕方でディーゼルエンジンに燃料補給する公知のプロセスである。チャージについて所望量の燃料をシリンダ内へ噴射して実質的に均質の空気と燃料の混合気を作った後、上昇行程中のピストンによるチャージの圧縮の増大により、チャージの自己着火を生じさせるのに十分大きな圧力が生じる。換言すると、ディーゼルエンジンのＨＣＣＩ作動モードは、１）圧縮上昇行程中、所望量の燃料を適当な時期にシリンダ内へ噴射して噴射された燃料が先の吸気下降行程及び圧縮上昇行程の初期の部分中にシリンダに流入した給気と、シリンダ内に実質的に均質の混合気を形成するような仕方で混ざり合うようにするステップと、次に、２）上死点（ＴＤＣ）の近く又はそのところで自己着火といってもよい程度まで混合気をますます圧縮するステップとを有するものであるということができる。自己着火は、混合気内の種々の場所で気化燃料の実質的に同時の瞬時燃焼として生じることができる。自己着火後、追加の燃料が噴射されることはない。
ＨＣＣＩの属性のうちの１つは、比較的リーン又は希薄混合気を燃焼させることができ、それにより燃焼温度が比較的低く保たれるということにある。比較的高い燃焼温度が生じるのを避けることにより、ＨＣＣＩは、エンジン排気ガスの望ましくない成分であるＮＯXの顕著な減少をもたらすことができる。
ＨＣＣＩのもう１つの属性は、実質的に均質の空気と燃料のチャージの自己着火が、より完全な燃焼を生じさせ、その結果エンジン廃棄物中のスート（すす状物質）が比較的少ないということにある。
したがって、テールパイプ（尾筒）放出物の減少に対するＨＣＣＩの潜在的な利益は、かなり顕著であり、したがって、ＨＣＣＩは、エンジンリサーチ及びデザイン業界における科学者及び技術者による活発な研究及び開発の主題である。
ＨＣＣＩの一問題は、これがスート及びＮＯXのテールパイプ放出物の劇的な減少をもたらすことができる度合いに制約を課すことにあるように思われる。高いエンジン速度及び高いエンジン負荷では、燃焼速度は、制御が困難である。したがって、公知のエンジン制御方式は、ＨＣＣＩを比較的低い速度及び比較的低いエンジン負荷でしか利用しない場合がある。高い速度及び（又は）高い負荷では、燃料が燃料を噴射しながら燃料を燃焼させるのに十分に高い圧力までシリンダ内で圧縮された給気中へ噴射されたとき、燃料が従来型ディーゼル（ＣＤ）燃焼方式によって燃焼するようにエンジンの燃料補給が行われる。
エンジン作動の全範囲にわたりエンジンサイクル中、燃料を互いに異なる噴射圧力で、互いに異なる時期に、そして互いに異なる期間にわたり噴射できる高精度で燃料噴射を制御できるプロセッサ制御型燃料噴射システムの出現により、ディーゼルエンジンは、ＣＤ燃焼とＨＣＣＩ燃焼の両方を行うことができるようになっている。
以下に説明するように、本発明は、これら燃料噴射の機能及びエンジン作動の或る特定の観点に応じて燃料噴射を種々の仕方で制御する処理システムを利用する。より正確に言えば、特定の燃料噴射システムを任意所与のエンジンにおいて関連の処理システムによりどのように制御するかは、エンジン、燃料噴射システム及び処理システムの詳細で決まることになる。
自動車に動力を供給するディーゼルエンジンは、エンジン作動に影響を及ぼす自動車及びエンジンへの種々の入力に応じて種々の速度及び種々の負荷で作動するので、燃料補給に関する要件は、速度及び負荷の変更として変化する。関連の処理システムは、例えばエンジン速度及びエンジン負荷のようなパラメータを表すデータを処理してエンジン速度とエンジン負荷の種々の組合せについて燃料噴射システムの適正な制御を保証する特定の作動条件について所望のエンジン燃料補給を設定する制御データを生じさせる。
２００４年３月２５日に出願された米国特許出願第１０／８０９，２５４号明細書は、ディーゼルエンジン及び或る特定のデータを処理してエンジンを作動させるための複数の燃料供給モードのうちの１つを選択する関連のプロセッサ制御型燃料噴射システムを開示している。処理の結果により第１の燃料供給モード（ＨＣＣＩモード）が選択された場合、エンジンサイクル中、エンジンに燃料補給して１つ又は２つ以上の燃焼室内に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせる。このチャージは、自己着火により燃焼するよう圧縮され、自己着火後にそれ以上燃料は導入されない。処理結果により第２の燃料供給モード（ＨＣＣＩ−ＣＤモード）が選択された場合、エンジンサイクル中、エンジンに燃料補給して１つ又は２つ以上の燃焼室内に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせる。このチャージは、自己着火（ＨＣＣＩ）により燃焼するよう圧縮され、その後、燃料を更に１つ又は２つ以上の燃焼室内に導入して追加の燃焼（ＣＤ）を生じさせる。エンジンは、比較的低負荷及び比較的低速度でＨＣＣＩ燃焼を利用し、比較的高負荷及び比較的高速度でＨＣＣＩ−ＣＤ燃焼と呼ばれる状態を利用する。
本発明は、エンジン廃棄物中の望ましくない成分、特にスート及びＮＯXの生成の一段の減少を含む目的の達成のため、ディーゼルエンジンにおいてＨＣＣＩ燃焼の使用を促進し、熱効率を向上させるエンジン、システム及び方法に関する。本発明は、関連の処理システムにプログラムされた方式である燃料噴射制御方式に具体化される。
本発明の原理によれば、ＨＣＣＩ燃焼の利用は、米国特許出願第１０／８０９，２５４号明細書に記載されている仕方とは異なる仕方で行われる。本発明の第１の開示した実施形態は、３つの別々のエンジン作動モード、即ち、１）ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモード、２）ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモード、３）ＣＤ＋ＲＶＴモードを有する。これらモードの各々について以下に詳細に説明する。ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードは、比較的低負荷及び比較的低速で利用される。ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードは、ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードの負荷よりも比較的高い負荷及びＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードの速度よりも比較的高い速度で利用される。ＣＤ＋ＲＶＴモードは、ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードの負荷よりも更に比較的高い負荷及びＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードの速度よりも更に比較的高い速度で利用される。
ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードにより、ＨＣＣＩモードの利点を、ＨＣＣＩ＋ＲＶＴがもっぱら用いられる範囲の部分とＣＤ＋ＲＶＴがもっぱら用いられる範囲の部分との間のエンジン作動範囲の部分で得ることができる。
ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードでは、吸気弁の閉鎖は、ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードの吸気弁閉鎖に対して遅延される。
本発明の第２の実施形態は、ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードの改良と考えることができる手段を提供する。改良手段を考慮する一手法は、ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードをこれが単一のモードではなく２つのモードから成るものとして定義することによる。かかる定義は、ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードの限度又は境界が不変のままであることを意味するものと必ずしも解釈されない。これとは対照的に、単一のモードではなく２つの別々のモードを提供することにより、特に高い速度及び高い負荷の方向でＨＣＣＩ燃焼の有効範囲を一段と拡張することができると考えられる。
それ故、本発明の第２の実施形態を定義する別の手法は、４つの別々のモード、即ち、１）ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモード、２）ＨＣＣＩ＋ＩＶＣモード、３）ＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣモード、４）ＣＤ＋ＲＶＴモードによる。ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードでは、エンジンに燃料供給し、弁を同じそのモードに関し第１の実施形態の場合と同様に動作させる。ＨＣＣＩ＋ＩＶＣモードでは、エンジンに燃料供給し、弁を第１の実施形態のＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードに合わせて動作させ、この場合、吸気弁閉鎖ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードの吸気弁閉鎖から見て遅延させて有効圧縮比を減少させる。ＣＤ＋ＲＶＴモードでは、エンジンに燃料供給し、弁を同じそのモードについて第１の実施形態の場合と同様に動作させる。
第２の実施形態は、ＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣモードを有している点において第１の実施形態とは異なっている。エンジンがＨＣＣＩ＋ＩＶＣモードで動作するエンジン速度及びエンジン負荷より高いが、エンジンがＣＤ＋ＲＶＴモードで動作するエンジン速度及びエンジン負荷よりも低いエンジン速度及びエンジン負荷の範囲にわたり、可変バルブタイミングシステムは、ＨＣＣＩ＋ＩＶＣモード中の排気弁の閉鎖時期と比較して排気弁の閉鎖時期を遅延させるよう動作する。排気弁閉鎖時期を遅らせることにより、シリンダ内の残留高温ガスの割合を減少させ、それによりシリンダ内温度及び圧力を減少させ、その結果、ＮＯXのような或る特定のエンジン放出物を減少させる利点が得られる。
本発明の一般的な一特徴は、圧縮着火エンジンを作動させる方法であって、ａ）或る特定のデータを処理してエンジンを作動させる複数の燃料供給モードのうちの１つを選択するステップと、ｂ）第１のモードを選択した場合、１つ又は２つ以上の燃焼室に燃料供給して対応のエンジンサイクル中、燃焼室の各々の中に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入しないようにするステップと、ｃ）第２のモードを選択した場合、第１のモードに関する有効圧縮比に対して燃焼室の各々の有効圧縮比を減少させ、第１のモードに関する燃料供給に対して燃焼室の各々に増量した燃料を供給して対応のエンジンサイクル中、燃焼室の各々の中に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入しないようにするステップを有する方法に関する。
より具体的な特徴は、方法を記載した従属形式の請求項に記載されている。
別の一般的な特徴は、圧縮着火エンジンであって、データを処理する制御システムと、１つ又は２つ以上の燃焼室と、燃料を１つ又は２つ以上の燃焼室内に噴射する燃料供給システムとを有し、制御システムは、ａ）或る特定のデータを処理してエンジンを作動させる複数の燃料供給モードのうちの１つを選択し、ｂ）第１のモードを選択した場合、１つ又は２つ以上の燃焼室に燃料供給して対応のエンジンサイクル中、燃焼室の各々の中に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入しないようにし、ｃ）第２のモードを選択した場合、第１のモードに関する有効圧縮比に対して燃焼室の各々の有効圧縮比を減少させ、第１のモードに関する燃料供給に対して燃焼室の各々に増量した燃料を供給して対応のエンジンサイクル中、燃焼室の各々の中に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入しないようにすることによって、燃料供給システムを制御するエンジンに関する。
より具体的な特徴は、エンジンについて記載した従属形式の請求項に記載されている。
本発明の開示した実施形態では、特定のモードを選択するよう処理されるデータは、エンジン速度及びエンジン負荷データから成る。噴射圧力、噴射期間及び噴射時期は、モード毎に異なる場合がある。種々のモードに関するデータは、エンジン制御システム中のマップに格納されている。
上記内容は、本発明の別の特徴及び利点と共に、この時点において本発明を実施する最適実施対応を記載した本発明の現時点において好ましい実施形態についての以下の説明で理解されよう。本願は、後で概要説明する図面を含んでいる。
図１は、縦軸がエンジン負荷を表し、横軸がエンジン速度を表すグラフ図である。グラフの原点のところでは、エンジン負荷は０であり、エンジン速度は０である。実線５０，５２，５４は、ＨＣＣＩ＋ＲＶＴ、ＨＣＣＩ＋ＶＶＴ、ＣＤ＋ＲＶＴと表示された３つのゾーンを定めている。ＲＶＴは、エンジン吸気弁の定期的弁開閉時期を表し、ＶＶＴは、エンジン吸気弁の可変バルブタイミングを表している。
ゾーンＨＣＣＩ＋ＲＶＴは、比較的低いエンジン負荷と比較的低いエンジン速度の種々の組合せを含む領域をカバーしている。ゾーンＨＣＣＩ＋ＶＶＴは、ゾーンＨＣＣＩ＋ＲＶＴよりも比較的高いエンジン負荷と比較的高いエンジン速度の種々の組合せを含む領域をカバーしている。ゾーンＣＤ＋ＲＶＴは、ゾーンＨＣＣＩ＋ＶＶＴよりも更に比較的高いエンジン負荷と更に比較的高いエンジン速度の種々の組合せを含む領域をカバーしている。圧縮着火エンジンがゾーンＨＣＣＩ＋ＲＶＴに属する速度及び負荷で作動しているとき、燃料は、ＨＣＣＩ燃焼を生じさせるような仕方でエンジンシリンダ内に噴射される。エンジンが、ゾーンＨＣＣＩ＋ＶＶＴに属する速度及び負荷で作動しているとき、燃料は、ＨＣＣＩ燃焼を生じさせる仕方でエンジンシリンダ内に噴射される。エンジンがゾーンＣＤ＋ＲＶＴに属する速度及び負荷で作動しているとき、燃料は、ＣＤ燃焼を生じさせる仕方でエンジンシリンダ内に噴射される。
図２は、自動車に動力を与える図１に記載された本発明の方式に従って動作する例示のディーゼルエンジン６０の一部を概略的に示している。エンジン６０は、ピストンが往復動するシリンダ６２を有している。各ピストンは、対応のコネクティングロッドによりクランクシャフトのそれぞれの行程部に結合されている。各シリンダの吸気弁が開かれているとき、取り込み空気（吸気）が吸気系統（図面には特に示されていない）を通って各シリンダに送られる。
エンジンは、シリンダ６２のためのインジェクタ６４を有する燃料供給システムを有している。エンジンは、種々のソースからのデータを処理してエンジン動作に関する種々の特質を制御するための種々の制御データを生じさせるプロセッサ利用型エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）６６を更に有する。ＥＣＵ６６により処理されたデータは、外部ソース、例えば種々のセンサ６８から来るのがよく且つ（或いは）内部で生じる。処理データの例としては、エンジン速度、吸気マニホルド圧力、排気マニホルド圧力、燃料噴射圧力、燃料供給量、燃料供給時期（タイミング）、質量流量及びアクセルペダル位置が挙げられる。
ＥＣＵ６６は、インジェクタ６４の動作の制御を含む燃料供給システムの動作の制御によりシリンダ６２内への燃料の噴射を制御する。ＥＣＵ６６内に具体化された処理システムは、装置作動時期及び装置作動期間をリアルタイムで計算するのに十分迅速にデータを処理してシリンダ内への燃料の各噴射タイミングと各噴射量の両方を設定することができる。かかる制御機能は、本発明の方式を具体化するために用いられる。
エンジン６０は、ＥＣＵ６６により制御されるＶＶＴシステム７０を更に有している。ＶＶＴシステムは、種々の公知のタイプのうち任意のもの、例えば「カムレス（camless）」タイプのものであってよい。ＶＶＴシステムは、シリンダの吸気弁が動作する時期を変化させることができ、それ故、エンジンシリンダの有効圧縮比を変化させることができ、これについては以下に詳細に説明する。
エンジン速度及びエンジン負荷に関するデータ値をどのように生じさせるかとは無関係に、本発明のこの特定の実施形態は、瞬間エンジン速度及び瞬間エンジン負荷を用いてエンジンに関する特定の燃料供給モード、即ち、１）ＨＣＣＩ燃焼を生じさせるＨＣＣＩ＋ＲＶＴモード、２）ＨＣＣＩ燃焼を生じさせるＨＣＣＩ＋ＶＶＴモード、３）ＣＤ燃焼を生じさせるＣＤ＋ＲＶＴモードのいずれかを選択し、次に、選択した燃料供給モードの方式に従って燃料供給システムを作動させてエンジンに燃料供給する。変形例として、特定のモードを選択する方式が、エンジン負荷だけを用いてもよい。
図３は、ＥＣＵ６６の処理システムにより実行される本発明の方式に関する流れ図７１を示している。参照符号７２は、この方式によって実行される処理の開始を表している。ステップ７４では、エンジン速度データ及びエンジン負荷データを処理して図１の３つの燃料供給モードのうちどれを選択すべきかを決定する。モードを選択する一手法は、１つ又は２つ以上のマップを処理システムに提供して３つのゾーンを定め、マップに従って瞬間エンジン速度及びエンジン負荷に関するデータ値を比較することである。
ステップ７４がＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードを選択した場合、図３は、燃料が各シリンダ内に噴射されてレギュラーバルブタイミングＲＶＴ（参照符号７７）で全てのシリンダ（参照符号７６）内にＨＣＣＩ燃焼を生じさせることを示している。この動作は、完了するまで続き、その時点で、流れ図の処理が繰り返される。
ステップ７４がＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードを選択した場合、図３は、燃料が各シリンダ内に噴射されて全てのシリンダ（参照符号７８）内にＨＣＣＩ燃焼を生じさせ、この場合、吸気弁開閉時期は、可変バルブタイミングシステム７０によって変えられる（参照符号７９）ことを示している。この動作は、完了するまで続き、その時点で、流れ図の処理が繰り返される。
ステップ７４がＣＤ＋ＲＶＴモードを選択した場合、図３は、燃料が各シリンダ内に噴射されてレギュラーバルブタイミングＲＶＴ（参照符号８１）で全てのシリンダ（参照符号８０）内にＣＤ燃焼を生じさせることを示している。
ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードでは、燃料は、レギュラーバルブタイミング（ＲＶＴ）を用いるＨＣＣＩ燃焼を生じさせるよう噴射される。図４Ａは、ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードに関する燃料供給の一般的な例を示している。この例は、比較的高い燃料噴射圧力及び比較的短い燃料噴射期間のゾーン８２を有し、燃料がシリンダ内に入って自己着火前に空気と良好に混ざり合い、その結果として生じる燃焼生成物のＮＯX及びスート（すす）放出物が低いことを特徴としている。
ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードでは、燃料は、ＨＣＣＩ燃焼を生じさせるよう噴射される。可変バルブタイミングを用いることによりエンジンの有効圧縮比を変化させることによって、ＨＣＣＩをＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードの場合よりも高い負荷及び高い速度で実施できる。図４Ｂは、ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードに関する燃料供給の一般的な例を示している。この例は、ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードと比較して増大した負荷及び（又は）高い速度により必要とされるようにより多量の燃料をシリンダに入れて自己着火前に空気と良好に混ざり合うようにするために燃料噴射圧力がゾーン８２の燃料噴射圧力よりも比較的高いゾーン８４を有することを特徴とする。ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードでは、ＶＶＴシステム７０は、ＲＶＴの圧縮比から見て有効圧縮比を減少させるよう動作が行われる。その結果、シリンダ内圧力が減少すると共にピーク燃焼温度が減少する。したがって、しかしながら特定のエンジン負荷に応じて、燃料噴射期間は、ゾーン８２の燃料噴射期間よりも幾分長い場合がある。したがって、ＨＣＣＩ燃焼範囲は、図１の２つのゾーンを含むよう拡張され、両方のゾーンのＮＯX及びスート放出物は少量である。
ＣＤ＋ＲＶＴモードでは、エンジンは、ＣＤ燃焼を生じさせるよう燃料供給される。図４Ｃは、ＣＤ＋ＲＶＴモードに関する燃料供給の一般的な例を示している。この例は、ゾーン８２又はゾーン８４のいずれの場合よりも燃料噴射圧力が比較的低く、燃料噴射時期が進められており、燃料噴射期間が長いことを特徴とするゾーン８６を示している。ＣＤ＋ＲＶＴモードでは、エンジン６０は、高速度及び高負荷要件を満たすことができ、燃焼生成物は、典型的なＮＯX及びスート放出物を含む。
以下の関係式は、ディーゼルエンジンにおいてＶＶＴがどのように有効圧縮比を変化させることができるかを示している。定義上、次の式１が成り立つ。
有効圧縮比＝（有効押し退け量＋隙間容積）／隙間容積 式１
上式において、ディーゼルエンジンにおける隙間容積は一定である。吸気弁開閉時期をＶＶＴにより変化させた場合、エンジンの有効押し退け量は、以下に示すように変化する。
Ｖeff-dis＝πB2／４（l＋α−αcosθ−√（l2−α2sin2θ）） 式２
上の式２において、Ｖeff-disは、エンジンの有効押し退け量であり、Ｂは、シリンダボア直径であり、ｌは、コネクティングロッド長さであり、ａは、クランク半径であり、θは、吸気弁閉鎖時期、即ち、ＴＤＣ前のクランク角度である。吸気弁閉鎖時期を遅らせることにより、エンジンの有効押し退け量が減少し、又その逆の関係が成り立つことは明らかである。
ＨＣＣＩ＋ＶＶＴモード中、吸気弁開閉時期を遅らせることにより、小さな有効圧縮比が生じ、これにより、ピストンがＴＤＣの近くに来ているときに後でＨＣＣＩ燃焼により着火できる均質チャージの生成を可能にするほどシリンダ内圧力が十分に低い状態で燃料を噴射することができ、他方、燃料供給の増量により、ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモード中の場合よりも増大した負荷及び（又は）高い速度が得られるよう追加のエネルギー入力が提供される。しかしながら、吸気弁閉鎖の遅延は、空気と燃料の比が低くなり過ぎるほど長いものであってはならない。
エンジン制御システムは代表的には、速度と負荷の種々の組合せと相関関係にある多数の燃料供給マップを格納している。図１のＨＣＣＩ＋ＲＶＴゾーン内では、マップは、全体として図４Ａのゾーン８２に一致している。ＨＣＣＩ＋ＶＶＴゾーン内では、マップは、全体として図４Ｂのゾーン８４に一致している。ＣＤ＋ＲＶＴゾーン内では、マップは一般に、図４Ｃのゾーン８６に一致している。
シリンダがＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードでＨＣＣＩ燃焼を生じさせるよう燃料供給される場合、処理システムは、対応の燃料供給マップを利用し、このマップにより、特定のエンジン速度及びエンジン負荷についてゾーン８２と一致して燃料を噴射するのに適した燃料供給パラメータを提供する。
シリンダがＨＣＣＩ＋ＶＶＴモードでＨＣＣＩ燃焼を生じさせるよう燃料供給される場合、処理システムは、１つ又は複数の対応の燃料供給マップを利用し、かかるマップにより、特定のエンジン速度及びエンジン負荷についてゾーン８４と一致して燃料を噴射するのに適した燃料供給パラメータを提供する。
シリンダがＣＤ＋ＲＶＴモードでＣＤ燃焼を生じさせるよう燃料供給される場合、処理システムは、１つ又は複数の対応の燃料供給マップを利用し、かかるマップにより、特定のエンジン速度及びエンジン負荷についてゾーン８６と一致して燃料を噴射するのに適した燃料供給パラメータを提供する。
図５は、縦軸がエンジン負荷を表し、横軸がエンジン速度を表すグラフ図である。グラフの原点のところでは、エンジン負荷は０であり、エンジン速度は０である。実線１００，１０２，１０４，１０６は、ＨＣＣＩ＋ＲＶＴ、ＨＣＣＩ＋ＩＶＣ、ＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣ、ＣＤ＋ＲＶＴとそれぞれ表示された４つのゾーンの境界を定めている。ＲＶＴは、エンジン吸気弁のレギュラーバルブタイミングを表し、ＩＶＣは、エンジン吸気弁の閉鎖の遅延を表し、ＥＶＣは、排気弁の閉鎖の遅延を表している。
ゾーンＨＣＣＩ＋ＲＶＴは、比較的低いエンジン負荷及び比較的低いエンジン速度の種々の組合せを含む領域をカバーしている。ゾーンＨＣＣＩ＋ＩＶＣは、ゾーンＨＣＣＩ＋ＲＶＴのエンジン負荷及びエンジン速度よりも比較的高いエンジン負荷及び比較的高いエンジン速度の種々の組合せを含む領域をカバーしている。ゾーンＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣは、ゾーンＨＣＣＩ＋ＩＶＣのエンジン負荷及びエンジン速度よりも比較的高いエンジン負荷及び比較的高いエンジン速度の種々の組合せを含む領域をカバーしている。ゾーンＣＤ＋ＲＶＴは、ゾーンＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣのエンジン負荷及びエンジン速度よりも更に比較的高いエンジン負荷及び更に比較的高いエンジン速度の種々の領域を含む組合せを含む領域をカバーしている。
圧縮着火エンジンがゾーンＨＣＣＩ＋ＲＶＴに属する速度及び負荷で動作している場合、燃料を、ＨＣＣＩ燃焼を生じさせるような仕方でエンジンシリンダ内に噴射する。エンジンがゾーンＨＣＣＩ＋ＩＶＣかＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣかのいずれかに属する速度及び負荷で動作している場合、燃料を、ＨＣＣＩ燃焼を生じさせるような仕方でシリンダ内に噴射する。エンジンがゾーンＣＤ＋ＲＶＴに属する速度及び負荷で動作している場合、燃料を、ＣＤ燃焼を生じさせるような仕方でシリンダ内に噴射する。
ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードでは、エンジンに燃料供給し、弁を、レギュラーバルブタイミング、即ちＲＶＴと呼ばれている適当な弁開閉時期でＨＣＣＩ燃焼を生じさせるよう動作させる。
ＨＣＣＩ＋ＩＶＣモードでは、エンジンに燃料供給し、吸気弁を、吸気弁閉鎖がＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードの吸気弁閉鎖よりも遅延された状態でＨＣＣＩ燃焼を生じさせて有効圧縮比を減少させるように動作させる。排気弁閉鎖は、ＲＶＴからそれほど変化させない。
ＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣモードでは、エンジンに燃料供給し、吸気弁を、吸気弁閉鎖がＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードの吸気弁閉鎖を基準として遅らされて有効圧縮比を減少させると共に排気弁閉鎖がＨＣＣＩ＋ＩＶＣモードでの排気弁閉鎖を基準として遅らされた状態でＨＣＣＩ燃焼を生じさせるよう動作させる。エンジンがＨＣＣＩ＋ＩＶＣモードで動作するエンジン速度及びエンジン負荷よりも大きいが、エンジンがＣＤ＋ＲＶＴモードで動作するエンジン速度及びエンジン負荷よりも低いエンジン速度及びエンジン負荷の範囲にわたり、可変バルブタイミングシステムは、ＨＣＣＩ＋ＩＶＣモード中の排気弁の閉鎖時期と比較して排気弁の閉鎖時期を遅延させるよう動作する。排気弁閉鎖時期を遅らせることにより、シリンダ内の残留高温ガスの割合を減少させ、それによりシリンダ内温度及び圧力を減少させ、その結果、ＮＯXのような或る特定のエンジン放出物を減少させる利点が得られる。これにより、ＨＣＣＩ燃焼の有効範囲の拡張が実現できると考えられる。
ＣＤ＋ＲＶＴモードでは、エンジンに燃料供給し、弁を上述したように動作させる。
図６は、ＥＣＵ６６の処理システムにより実行される本発明の方式に関する流れ図１１１を示している。参照符号１１２は、この方式によって実行される処理の開始を表している。ステップ１１４では、エンジン速度データ及びエンジン負荷データを処理して図５の４つの燃料供給モードのうちどれを選択すべきかを決定する。モードを選択する一手法は、１つ又は２つ以上のマップを処理システムに提供して図５に示す４つのゾーンを定め、マップに従って瞬間エンジン速度及びエンジン負荷に関するデータ値を比較することである。
ステップ１１４がＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードを選択した場合、図６は、燃料が各シリンダ内に噴射されてレギュラーバルブタイミングＲＶＴ（参照符号１１７）で全てのシリンダ（参照符号１１６）内にＨＣＣＩ燃焼を生じさせることを示している。この動作は、完了するまで続き、その時点で、流れ図の処理が繰り返される。
ステップ１１４がＨＣＣＩ＋ＩＶＣモードを選択した場合、図６は、燃料が各シリンダ内に噴射されて全てのシリンダ（参照符号１１８）内にＨＣＣＩ燃焼を生じさせ、この場合、吸気弁開閉時期は、可変バルブタイミングシステム７０によって遅らされている（参照符号１１９）ことを示している。この動作は、完了するまで続き、その時点で、流れ図の処理が繰り返される。
ステップ１１４がＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣモードを選択した場合、図６は、燃料が各シリンダ内に噴射されて全てのシリンダ（参照符号１２０）内にＨＣＣＩ燃焼を生じさせ、この場合、吸気弁開閉時期と排気弁開閉時期の両方（参照符号１２１）は、可変バルブタイミングシステム７０によって遅らされていることを示している。この動作は、完了するまで続き、その時点で、流れ図の処理が繰り返される。
ステップ１１４がＣＤ＋ＲＶＴモードを選択した場合、図６は、燃料が各シリンダ内に噴射されてレギュラーバルブタイミングＲＶＴ（参照符号１２３）で全てのシリンダ（参照符号１２２）内にＣＤ燃焼を生じさせることを示している。この動作は、完了するまで続き、その時点で、流れ図の処理が繰り返される。
ＨＣＣＩ＋ＩＶＣモードとＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣモードの両方において、燃料供給をＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードの燃料供給に対して増量させる。ＨＣＣＩ＋ＲＶＴモードに関し、一般的な燃料供給マップは、図４Ａとほぼ同じであり、ＨＣＣＩ＋ＩＶＣモードに関し、一般的な燃料供給マップは、図４Ｂとほぼ同じであり、ＨＣＣＩ＋ＩＶＣ＋ＥＶＣモードに関し、一般的な燃料供給マップは、図４Ｂとほぼ同じであるが、ＨＣＣＩ＋ＩＶＣモードの燃料供給マップよりも僅かに高く且つ幅が広く、ＣＤ＋ＲＶＴモードに関し、一般的な燃料供給マップは、図４Ｃとほぼ同じである。
エンジンサイクル中におけるＣＤ燃料噴射は、その特定の燃料供給パルス、例えば、パイロット（先立ち）噴射パルス、主噴射パルス及び噴射後パルスにより説明される場合がある。特定の燃料噴射プロセスはどれも、代表的には常に、少なくとも１つの主燃料噴射パルスを有し、１つ又は２つ以上のパイロット及び（又は）噴射後パルスが、実施可能であるが、これを行うかどうかは任意である。
ＨＣＣＩ燃料供給は、１つ又は２つ以上の個々のパルスを有するのがよい。
本発明は、以下の利点を有する。
１）本発明は、ＮＯX及びスートを同時に減少させることができる。
２）本発明は、熱効率が高い。
３）本発明は、エンジンの作動範囲全体をカバーできる。
４）本発明は、大型、中型及び小型ディーゼルエンジンに使用できる。
５）本発明は、プロセッサが十分な容量を有していることを条件として、プロセッサだけで具体的に構成でき、これにより、本発明の費用効果が極めて高くなる。
本発明の現時点において好ましい実施例を図示すると共に説明したが、本発明の原理は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に属する全ての実施形態に当てはまることは理解されるべきである。
或る速度と負荷の条件に関するＨＣＣＩ＋ＲＶＴ燃焼モードと、別の速度と負荷の条件に関するＨＣＣＩ＋ＶＶＴ燃焼モードと、更に別のエンジン速度と負荷の条件に関するＣＤ＋ＲＶＴ燃焼モードとを有する本発明の第１の実施形態の原理による燃料供給方式の代表的なグラフ図である。 本発明の或る特定の原理に適した例示のディーゼルエンジンの部分の全体的略図である。 図２のエンジンで利用される第１の実施形態による方式を示す流れ図である。 ＨＣＣＩ＋ＲＶＴ燃焼について用いられる一般的な燃料供給マップによる一般的な燃料噴射量を示す図である。 ＨＣＣＩ＋ＶＶＴ燃焼について用いられる一般的な燃料供給マップによる一般的な燃料噴射量を示す図である。 ＣＤ＋ＲＶＴ燃焼について用いられる一般的な燃料供給マップによる一般的な燃料噴射量を示す図である。 本発明の第２の実施形態に関する図１のグラフ図と同様なグラフ図である。 エンジンで利用される第２の実施形態による方式を示す流れ図である。

Claims (10)

  1. 圧縮着火エンジンを作動させる方法であって、
    或る特定のデータを処理し前記エンジンを作動させる複数の燃料供給モードの１つを選択するステップを備え、
    ａ）前記処理結果が第１のモードを選択した場合、１つ又は２つ以上の燃焼室に燃料供給して対応のエンジンサイクル中、前記燃焼室の各々の中に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、前記チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、前記対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入せず、
    ｂ）前記処理結果が第２のモードを選択した場合、前記燃焼室の各々の有効圧縮比を前記第１のモードの間に使用された有効圧縮比から減少させ、前記燃焼室の各々に燃料を供給し、前記燃焼室の各々の中に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、前記チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入せず、
    ｃ）前記処理結果が第３のモードを選択した場合、前記燃焼室の各々の有効圧縮比を前記第１の供給モード中に用いられた有効圧縮比から減少させ、前記燃焼室の各々に燃料を供給し、前記燃焼室の各々の中に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、前記チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、前記対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入しないようにし、第２のモード中の排気弁の閉鎖時期に対して排気弁の閉鎖時期を遅らせるステップと、
    ｄ）前記処理結果が第４のモードを選択した場合、前記燃料が導入されると該燃料を燃焼させるのに十分なだけ前記対応の燃焼室内の空気が圧縮されている前記エンジンサイクル中の或る時点で、燃料を導入することにより、前記燃焼室の各々に燃料供給する、
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記或る特定のデータを処理して前記エンジンを作動させる複数の燃料供給モードの１つを選択する前記ステップは、エンジン負荷を表すデータを処理するステップを含む、
    請求項１記載の方法。
  3. 前記或る特定のデータを処理して前記エンジンを作動させる複数の燃料供給モードの１つを選択する前記ステップは、エンジン速度を表すデータを処理するステップを含む、
    請求項２記載の方法。
  4. 原点が速度０、負荷０に相当するエンジン速度とエンジン負荷の関係を表すグラフ図において、
    ステップａ）は、前記原点と境界を接する前記グラフ図の第１のゾーン内のエンジン速度及びエンジン負荷で生じ、
    ステップｂ）は、前記第１のゾーンと境界を接する第２のゾーン内のエンジン速度及びエンジン負荷で生じ、
    ステップｃ）は、前記第２のゾーンと境界を接する第３のゾーン内のエンジン速度及びエンジン負荷で生じ、および、
    ステップｄ）は、前記第３のゾーンと境界と接する第４のゾーン内のエンジン速度及びエンジン負荷で生じる、
    請求項１に記載の方法。
  5. ステップｂ）とステップｃ）の両方において、
    前記燃焼室の各々の前記有効圧縮比を前記第１の燃料供給モード中に用いられる前記有効圧縮比から減少させるステップは、吸気弁の閉鎖時期を前記第１の燃料供給モード中の吸気弁の閉鎖時期に対して遅らせるステップを含む、
    請求項１記載の方法。
  6. 圧縮着火エンジンであって、
    データを処理する制御システムと、
    １つ又は２つ以上の燃焼室と、
    燃料を前記１つ又は２つ以上の燃焼室内に噴射する燃料供給システムと、を備え、
    前記制御システムが、前記制御システムによる特定データの処理結果を使用し前記エンジンを作動させる複数の燃料供給モードの１つを選択するように、前記燃料供給システムを制御し、
    ａ）前記処理結果が第１のモードを選択した場合、１つ又は２つ以上の燃焼室に燃料供給し、対応のエンジンサイクル中、前記燃焼室の各々の中に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、前記チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、前記対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入させず、
    ｂ）前記処理結果が第２のモードを選択した場合、前記燃焼室の各々の有効圧縮比を前記第１のモード中の有効圧縮比から減少させ、前記燃焼室の各々に燃料を供給して前記燃焼室の各々内に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、前記チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入させず、
    ｃ）前記処理結果が第３のモードを選択した場合、前記燃焼室の各々の有効圧縮比を前記第１の供給モード中に用いられた有効圧縮比から減少させ、前記燃焼室の各々に燃料を供給して前記燃焼室の各々内に実質的に均質の空気と燃料のチャージを生じさせ、前記チャージの各々を圧縮して自己着火させ、この場合、前記対応のエンジンサイクル中、自己着火後に追加の燃料を導入させず、第２のモード中の排気弁の閉鎖時期に対して排気弁の閉鎖時期を遅らせ、
    ｅ）前記処理結果が第４のモードを選択した場合、前記燃料が導入されると前記燃料を燃焼させるのに十分なだけ前記対応の燃焼室内の空気が圧縮されている前記エンジンサイクル中の或る時点で燃料を導入することにより、前記燃焼室の各々に燃料供給する、
    ことを特徴とするエンジン。
  7. 前記或る特定のデータがエンジン負荷を表すデータを備えている、
    請求項６記載のエンジン。
  8. 前記或る特定のデータがエンジン速度を表すデータを備えている、
    請求項７記載のエンジン。
  9. 原点が速度０、負荷０に相当するエンジン速度とエンジン負荷の関係を表すグラフ図において、
    前記第１のモードは、前記原点と境界を接する前記グラフ図の第１のゾーンのエンジン速度および負荷で行われ、
    前記第２のモードは、前記第１のゾーンと境界を接する第２のゾーンのエンジン速度および負荷で行われ、
    前記第３のモードは、前記第２のゾーンと境界を接する第３のゾーンのエンジン速度および負荷で行われ、
    前記第４のモードは、前記第３のゾーンと境界と接する第４のゾーンのエンジン速度および負荷で行われる、
    請求項６記載のエンジン。
  10. 前記第２のモードまたは前記第３のモードにおいては、吸気弁の閉鎖時期を前記第１のモード中の吸気弁の閉鎖時期に対して遅らせるように、前記制御装置が吸気弁を制御する、
    請求項６記載のエンジン。
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