JPH11107821A - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents
ディーゼルエンジンの燃焼制御装置Info
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Abstract
で拡大する。 【解決手段】 高負荷域において酸素濃度を所定値未満
にまで小さくするようにEGR率を算出し、かつ噴射期
間が着火遅れ期間と同じかまたは短くなるように噴射圧
を制御する。この結果、高負荷域にまで低温予混合燃焼
が可能になると、低温予混合燃焼では燃焼温度が低く抑
えられ、初期の燃焼速度が抑制されることから、従来よ
り燃焼騒音が低くなるとともに、酸素濃度の低下により
NOxも大きく低減する。
Description
ンの燃焼制御装置に関する。
ことなどによって着火遅れ期間を長期化し、EGRによ
る酸素濃度の低減および燃焼室内のガス流動制御によっ
てこの着火遅れ期間中に予混合気を形成する、いわゆる
低温予混合燃焼を行わせるものが提案されている(特開
平8−86251号公報参照)。
も予混合燃焼を行わせることができないかと、高負荷時
に大量EGRを行ったところ、大量の高温のEGRガス
によって吸気温度が上昇するため、着火遅れ期間が噴射
期間よりも短くなり、このため、低温予混合燃焼となら
ず、スモークが増大したり、燃費が悪化することがわか
った。つまり、低温予混合燃焼では、着火開始までに酸
素の周りにできるだけ燃料を分散させておくことを狙い
としているため、低温予混合燃焼の実現には、ガス流動
制御による燃料の分散促進のほか、着火遅れ期間中に燃
料噴射を終了することが最大の条件となることが最新の
実験により判明したのである。
を行うことなどにより酸素濃度を所定値にまで小さくす
るとともに、噴射期間を着火遅れ期間と同じかそれより
も短縮するように制御することにより、低温予混合燃焼
が可能な領域を高負荷域にまで拡大することを目的とす
る。
において酸素濃度を所定値(たとえば18パーセント)
未満にまで小さくしかつ噴射期間が着火遅れ期間と同じ
かまたは短くなるように噴射期間を制御する。
が増すほど前記噴射期間を短くする。
おいて噴射圧により前記噴射期間を制御する。
濃度が前記所定値以上となったときまたは噴射期間が着
火遅れ期間より長くなったとき、前記噴射圧を低下させ
る。
おいて噴孔面積または噴孔数を制御可能なノズルを備え
ている場合に、そのノズルの噴孔径または噴孔数により
前記噴射期間を制御する。
おいて一気筒当たり複数のノズルを備え、噴射を担当す
るノズルの数を制御可能である場合に、噴射を担当する
ノズルの数により前記噴射期間を制御する。
れか一つの発明においてEGR率を大きくすることによ
り前記酸素濃度を小さくする。
予混合燃焼が可能になると、低温予混合燃焼では燃焼温
度が低く抑えられ、初期の燃焼速度が抑制されることか
ら、従来より燃焼騒音が低くなるとともに、酸素濃度の
低下によりNOxも大きく低減する。この結果、実験結
果によれば低温予混合燃焼が可能となった運転域の全体
で比較してみると、燃焼騒音、NOxとも従来より半分
以下にすることができた。
不可能な領域になってまで噴射圧を高くしていると、燃
焼騒音が大きくなるのであるが、第4の発明では、低温
予混合燃焼が不可能な領域になったとき噴射圧を下げる
ので、燃焼騒音の悪化を防止できる。
ための構成を示すと、この構成そのものは特開平8−8
6251号公報などにより公知である。
その低減には燃焼温度の低温化が有効である。低温予混
合燃焼では、EGRによる酸素濃度の低減で、低温燃焼
を実現するため、排気通路2と吸気通路3とを結ぶEG
R通路4に、負圧制御弁5からの制御負圧に応動するダ
イヤフラム式のEGR弁6を備えている。
1からのデューティ制御信号により駆動されるもので、
これによって運転条件に応じた所定のEGR率を得るよ
うにしている。たとえば、図3に示したように、低回転
低負荷域でEGR率を最大の100パーセントとし、回
転数、負荷が高くなるに従い、EGR率を減少させる。
高負荷側では排気温度が上昇するため、多量のEGRガ
スを還流すると、吸気温度の上昇によってNOx低減の
効果が減少したり、噴射燃料の着火遅れ期間が短くなっ
て予混合燃焼が実現できなくなる等のため、EGR率を
段階的に減少させているわけである。
却装置7を備える。これは、EGR通路4の周りに形成
されエンジン冷却水の一部が循環されるウォータジャケ
ット8と、冷却水の導入口7aに設けられ冷却水の循環
量を調整可能な流量制御弁9とからなり、コントロール
ユニット41からの指令により、制御弁9を介して循環
量を増やすほどEGRガスの冷却度が増す。
に所定の切欠を有するスワールバルブ(図示しない)を
備える。コントロールユニット41により、このスワー
ルバルブが低回転低負荷域で閉じられると、燃焼室に吸
入される吸気の流速が高まり燃焼室にスワールが生成さ
れる。
い)である。これは、ピストンキャビティ部の入口を絞
らずピストンの冠面から底部まで円筒状に形成したもの
で、その底部中央には、圧縮行程後期にピストンキャビ
ティの外部から旋回しながら流れ込むスワールに抵抗を
与えないように、さらに空気と燃料の混合を良好にする
ため、円錐部が形成されている。この入口を絞らない円
筒状のピストンキャビティにより、前述のスワールバル
ブ等によって生成されたスワールは、燃焼過程でピスト
ンが下降していくのに伴い、ピストンキャビティ内から
キャビティ外に拡散され、キャビティ外でもスワールが
持続される。
置10を備える。コモンレール式の燃料噴射装置10の
構成も公知(第13回内燃機関シンポジウム講演論文集
第73頁〜第77頁参照)であり、図2により概説す
る。
11、燃料供給通路12、サプライポンプ14、コモン
レール(蓄圧室)16、気筒毎に設けられるノズル17
からなり、サプライポンプ14により加圧された燃料は
燃料供給通路15を介して蓄圧室16にいったん蓄えら
れたあと、蓄圧室16の高圧燃料が気筒数分のノズル1
7に分配される。
ノズル室19への燃料供給通路20、リテーナ21、油
圧ピストン22、針弁18を閉弁方向(図で下方)に付
勢するリターンスプリング23、油圧ピストン22への
燃料供給通路24、この通路24に介装される三方弁
(電磁弁)25などからなり、ノズル内の通路20と2
4が連通して油圧ピストン22上部とノズル室19にと
もに高圧燃料が導かれる三方弁25のOFF時(ポート
AとBが連通、ポートBとCが遮断)には、油圧ピスト
ン22の受圧面積が針弁18の受圧面積より大きいこと
から、針弁18が着座状態にあるが、三方弁25がON
状態(ポートAとBが遮断、ポートBとCが連通)にな
ると、油圧ピストン22上部の燃料が戻し通路28を介
して燃料タンク11に戻され、油圧ピストン22に作用
する燃料圧力が低下する。これによって針弁18が上昇
してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。三方弁2
5をふたたびOFF状態に戻せば、油圧ピストン22に
蓄圧室16の高圧燃料が導びかれて燃料噴射が終了す
る。つまり、三方弁25のOFFからONへの切換時期
により燃料の噴射開始時期が、またON時間により燃料
噴射量が調整され、蓄圧室16の圧力が同じであれば、
ON時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。26は
逆止弁、27はオリフィスである。
圧力を調整するため、サプライポンプ14から吐出され
た燃料を戻す通路13に圧力調整弁31を備える。この
調整弁31は通路13の流路を開閉するもので、蓄圧室
16への燃料吐出量を調整することにより蓄圧室圧力を
調整する。蓄圧室16の燃料圧力(噴射圧)によって燃
料噴射率が変化し、蓄圧室16の燃料圧力が高くなるほ
ど燃料噴射率が高くなる。
とクランク角度を検出するセンサ34、気筒判別のため
のセンサ35、水温センサ36からの信号が入力される
コントロールユニット41では、エンジン回転数とアク
セル開度に応じて目標燃料噴射量と蓄圧室16の目標圧
力を演算し、圧力センサ32により検出される蓄圧室圧
力がこの目標圧力と一致するように圧力調整弁31を介
して蓄圧室16の燃料圧力をフィードバック制御する。
三方弁25のON時間を制御するほか、三方弁25のO
Nへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所
定の噴射開始時期を得るようにしている。たとえば、図
4に示したように、高EGR率の低回転低負荷側で噴射
燃料の着火遅れ期間が長くなるように燃料の噴射時期
(噴射開始時期)をピストン上死点(TDC)にまで遅
延している。この遅延により、着火時期の燃焼室内の温
度を低温状態にし、予混合燃焼比率を増大させることに
より、高EGR率域でのスモークの発生を抑える。これ
に対して、回転数、負荷が高くなるにしたがい、噴射時
期を進めている。これは、着火遅れの時間が一定であっ
ても、着火遅れクランク角度(着火遅れの時間をクラン
ク角度に換算した値)がエンジン回転数の増加に比例し
て大きくなり、低EGR率時に所定の着火時期を得るた
めに、噴射時期を進めるのである。
排気通路2にターボ過給機を備える。これは、排気ター
ビン52のスクロール入口に、ステップモータ54によ
り駆動される可変ベーン53を設けたもので、コントロ
ールユニット41により、可変ベーン53は低回転域か
ら所定の過給圧が得られるように、低回転側では排気タ
ービン52に導入される排気の流速を高めるベーン角度
(傾動状態)に、高回転側では排気を抵抗なく排気ター
ビン52に導入させるベーン角度(全開状態)に制御す
る。また、所定の条件にあるときは、可変ベーン53
は、過給圧を下げるベーン角度に制御される。
ことができないかと、高負荷時に大量EGRを行ったと
ころ、大量の高温のEGRガスによって吸気温度が上昇
するため、着火遅れ期間が噴射期間よりも短くなり、こ
のため低温予混合燃焼とならず、スモークが増大した
り、燃費が悪化することがわかった。つまり、低温予混
合燃焼では、着火開始までに酸素の周りにできるだけ燃
料を分散させておくことを狙いとしているため、低温予
混合燃焼の実現には、ガス流動制御による燃料の分散促
進のほか、着火遅れ期間中に燃料噴射を終了することが
最大の条件となることが最新の実験により判明した。
を18パーセント未満にまで小さくしかつ噴射期間が着
火遅れ期間と同じかまたは短くなるように噴射期間を制
御すると、高負荷域にまで低温予混合燃焼を行わせるこ
とが可能となることがわかったのである。
A、B、CはEGR領域で、AよりもB、BよりもCの
ほうが負荷が増大する。つまり、負荷が増大するほどE
GRガス温度が上昇し、着火遅れ期間が短くなっていく
ので、この着火遅れ期間の短縮に合わせて、噴射圧を高
める(同時に三方弁25による噴射終了時期を早める)
ことにより、噴射期間が着火遅れ期間と同じかそれとも
短くなるように制御する(図6の最下段参照)。なお、
図6において横軸にとったA、B、C、D、Eが図5の
A、B、C、D、Eに対応する。
て燃焼騒音とNOxをともに低減できることになった
(図6の最上段と第2段目参照)。このことは、図5に
示したように、低温予混合燃焼域が従来よりも高負荷側
に拡大することを意味するのである。
で低温予混合燃焼を可能にすることで、低温予混合燃焼
では燃焼温度が低く抑えられ、初期の燃焼速度が抑制さ
れることから、従来より燃焼騒音が低くなるとともに、
大量のEGRによりNOxも大きく低減することになっ
た。本発明による低温予混合燃焼域の全体で比較してみ
ると、図7に示したように、燃焼騒音、NOxとも従来
より半分以下になったのである(実験結果)。なお、P
M(スモーク)についてはあまり変化がみられていない
(図7においてPMの減少分はEGRの差に相当す
る)。
GRをカットする領域であるが、このDでも、aのよう
に噴射圧をCと同じに高くしていると、燃焼騒音、NO
xとも大きくなるので、Dの負荷では噴射圧を黒丸で示
したようにCでの値よりもいったん大きく下げること
で、燃焼騒音、NOxの悪化を防止している。
れない従来例においても、C、D、Eと負荷が増すにつ
れて燃焼騒音が小さくなっているのは(図6最上段参
照)、過給圧による効果である。
ニットにより行われる酸素濃度と噴射圧の制御内容を具
体化したもので、一定時間毎に実行する。
8パーセント以下にするEGR率Qegrを回転数と負荷
から算出する。図3において酸素濃度を18パーセント
以下にするEGR領域は、EGR率が40パーセント以
上の領域のことである。
予混合燃焼が可能な領域とこの領域よりも高負荷側に
あり本発明により低温予混合燃焼が可能となった領域と
を含むものである(図5参照)。ただし、簡単のため、
EGR領域と予混合燃焼域(との両方の領域)とが
一致するものとして説明する。
は、実験に用いたエンジンに最適な値であって、エンジ
ンが相違すれば異なる値になることはいうまでもない。
ば図9に示すマップを検索すること等により噴射圧Pを
算出する。
最下段でもみたように、EGR領域において負荷が大き
くなるほど高くなり、さらに負荷が大きくなってEGR
カット領域に移ると、いったん低くなり、全負荷時にふ
たたび高くなる値である。
GR率Qegrをステップ3において所定のアドレスに格
納して、今回の処理を終了する。
レール式燃料噴射装置を用い、噴射圧により噴射期間を
制御する場合で説明したが、これに限られない。たとえ
ば、噴孔面積(噴孔径)または噴孔数を制御可能なノズ
ルを備えている場合に(1996年10月発行の自動車
技術会学術講演会前刷集964「噴孔面積可変機構を持
つ直噴用ディーゼル燃料噴射ノズルの特性」参照)、そ
のノズルの噴孔面積または噴孔数により噴射期間を制御
したり、一気筒当たり複数のノズルを備え、噴射を担当
するノズルの数を制御可能である場合に、噴射を担当す
るノズルの数により噴射期間を制御してもかまわない。
る。
である。
射圧の各特性図である。
例と比較したときのNOx、PM、燃焼騒音の各特性図
である。
するためのフローチャートである。
Claims (7)
- 【請求項1】高負荷域において酸素濃度を所定値未満に
まで小さくしかつ噴射期間が着火遅れ期間と同じかまた
は短くなるように噴射期間を制御することを特徴とする
ディーゼルエンジンの燃焼制御装置。 - 【請求項2】負荷が増すほど前記噴射期間を短くするこ
とを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの
燃焼制御装置。 - 【請求項3】噴射圧により前記噴射期間を制御すること
を特徴とする請求項1または2に記載のディーゼルエン
ジンの燃焼制御装置。 - 【請求項4】酸素濃度が前記所定値以上となったときま
たは噴射期間が着火遅れ期間より長くなったとき、前記
噴射圧を低下させることを特徴とする請求項3に記載の
ディーゼルエンジンの燃焼制御装置。 - 【請求項5】噴孔面積または噴孔数を制御可能なノズル
を備えている場合に、そのノズルの噴孔径または噴孔数
により前記噴射期間を制御することを特徴とする請求項
1または2に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装
置。 - 【請求項6】一気筒当たり複数のノズルを備え、噴射を
担当するノズルの数を制御可能である場合に、噴射を担
当するノズルの数により前記噴射期間を制御することを
特徴とする請求項1または2に記載のディーゼルエンジ
ンの燃焼制御装置。 - 【請求項7】EGR率を大きくすることにより前記酸素
濃度を小さくすることを特徴とする請求項1から6まで
のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26637597A JP3514086B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26637597A JP3514086B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11107821A true JPH11107821A (ja) | 1999-04-20 |
JP3514086B2 JP3514086B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=17430074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26637597A Expired - Fee Related JP3514086B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3514086B2 (ja) |
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-
1997
- 1997-09-30 JP JP26637597A patent/JP3514086B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3514086B2 (ja) | 2004-03-31 |
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