JP3572435B2 - Control unit for diesel engine - 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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device that switches a fuel injection pattern according to operating conditions of a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been an increasing demand for lower pollution and higher output of diesel engines, and various proposals have been made for combustion techniques.
[0003]
As a conventional combustion technology for a diesel engine, there is one in which most of the fuel is subjected to low-temperature premix combustion by extending the ignition delay period. This is because the decrease in the oxygen concentration due to an increase in the amount of EGR in which the exhaust gas is recirculated to the combustion chamber and the delay in the fuel injection timing prolong the ignition delay period from the start of fuel injection to ignition. This is a method in which evaporation and mixing of fuel are sufficiently promoted during the period, and the proportion of premixed combustion of fuel is increased rather than diffusion combustion. When the proportion of premixed combustion increases, combustion noise tends to increase due to rapid combustion, but the oxygen concentration decreases due to an increase in the amount of EGR, and the fuel injection timing is retarded and the ignition delay period is extended. Due to the temperature drop at the start of combustion, the combustion speed is reduced, so the combustion noise is greatly reduced, and at the same time, the diffusion combustion ratio is low, and the combustion at low temperature suppresses the emission of NOx, smoke and particulate matter. (Reference material: Preprints, 96, 1996-5, 85 tribute).
[0004]
Further, as a conventional combustion technique for a diesel engine, there is a technique for performing pilot injection of fuel prior to main injection of fuel. By performing the pilot injection, it is possible to suppress a sudden increase in pressure due to premixed combustion in the initial stage of combustion, significantly reduce combustion noise, and suppress NOx emissions.
[0005]
In this injection system, for example, as shown in FIG. 11, fuel pressurized by a
[0006]
Further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-212662 discloses an injection system in which a flow passage area of a high-pressure fuel passage in a nozzle is adjusted to suppress an initial injection rate.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the low-temperature premixed combustion system, it is necessary to increase the EGR amount in order to suppress the combustion speed, and if the EGR amount is increased, the intake fresh air amount is reduced. On the contrary, there is a problem that smoke and particulate matter increase. In addition, when the EGR amount is increased in a high load range, the temperature of the intake gas rises, so that the compression end temperature rises, so that the ignition delay period cannot be sufficiently lengthened and the emission deteriorates.
[0008]
In order to realize low-temperature premixed combustion, it is necessary to inject fuel as much as possible during the ignition delay period, and it is desirable not to perform pilot injection prior to main injection.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to achieve both low emission and low noise by switching a fuel injection pattern according to operating conditions in a diesel engine control device. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The control apparatus for a diesel engine according to the first aspect controls an injection unit that enables pilot injection of fuel prior to main injection of fuel, and controls an EGR amount in which exhaust gas is recirculated to a combustion chamber according to operating conditions. In a diesel engine including EGR control means, compression end temperature judgment means for judging the compression end temperature of the combustion chamber, and pilot injection of fuel prior to the main injection is not performed as the compression end temperature decreases, or Injection control means for reducing the pilot injection amount or shortening the interval between the pilot injection and the main injection is provided.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for a diesel engine, which controls an injection means enabling pilot injection of fuel prior to main injection of fuel, and an EGR amount in which exhaust gas is recirculated to a combustion chamber according to operating conditions. In a diesel engine provided with EGR control means, means for determining the oxygen concentration DO2int of the intake gas, and not performing pilot injection of fuel prior to the main injection as the oxygen concentration DO2int decreases, or reducing the pilot injection amount Injection control means for reducing or shortening the interval between the pilot injection and the main injection is provided.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the control apparatus for a diesel engine according to the second aspect, the pilot injection of the fuel prior to the main injection is not performed., Or reduce the pilot injection amount, or shorten the interval between pilot injection and main injectionThe maximum value of the oxygen concentration DO2int of the intake gas, which limits the operation range, is increased as the engine speed Ne decreases, and is increased as the fuel injection amount decreases.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a diesel engine control device that controls an injection unit that enables pilot injection of fuel prior to main injection of fuel, and an EGR amount of exhaust gas recirculated to a combustion chamber according to an operating condition. Means for detecting, as a EGR rate REGR, a ratio of an EGR amount to an intake fresh air amount in a diesel engine having an EGR control means.When,Injection control means for not performing pilot injection of fuel prior to the main injection as the EGR rate REGR increases, reducing the pilot injection amount, or shortening the interval between pilot injection and main injection.The minimum value of the EGR rate REGR for limiting the operation range in which the pilot injection of fuel prior to the main injection is not performed, or the pilot injection amount is reduced, or the interval between the pilot injection and the main injection is shortened, is set as the engine speed Ne. The configuration is changed based on the fuel injection amount.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the control apparatus for a diesel engine according to the fourth aspect of the present invention, the pilot injection of the fuel prior to the main injection is not performed., Or reduce the pilot injection amount, or shorten the interval between pilot injection and main injectionThe minimum value of the EGR rate REGR, which limits the operation range, is reduced as the engine speed Ne decreases, and is increased as the fuel injection amount decreases.
[0015]
The control device for a diesel engine according to
[0016]
The control device for a diesel engine according to claim 7 is, BurningA diesel engine comprising: injection means for enabling pilot injection of fuel prior to fuel main injection; and EGR control means for controlling the amount of EGR in which exhaust gas is returned to the combustion chamber in accordance with operating conditions.Means for detecting a ratio of the EGR amount to the fresh intake air amount as an EGR rate REGR;Means for detecting an excess air ratio of the engine;As the EGR rate REGR increases, the pilot injection of fuel prior to the main injection is not performed, or the pilot injection amount is reduced, or the interval between the pilot injection and the main injection is shortened,A fuel injection control means which does not execute pilot injection of fuel prior to the main injection as the excess air ratio of the engine decreases, or reduces the pilot injection amount, or shortens the interval between the pilot injection and the main injection. And
[0017]
The control device for a diesel engine according to
[0018]
The control device for a diesel engine according to
Claim10The diesel engine control device described in 1 above includes a diesel injection rate varying means for varying the fuel injection rate, and an EGR control means for controlling the amount of EGR in which the exhaust gas is recirculated to the combustion chamber in accordance with the operating conditions. The engine includes a means for determining the oxygen concentration DO2int of the intake gas and an injection control means for increasing the initial fuel injection rate as the oxygen concentration DO2int decreases.
[0019]
Claim11Diesel engine control device according to claim10In the invention described in the above, the maximum value of the oxygen concentration DO2int of the intake gas, which limits the operation region in which the initial fuel injection rate is increased, is increased as the engine speed Ne decreases, and the fuel injection amount is reduced. It was designed to be higher as it became.
[0020]
Claim12The diesel engine control device described in 1 above includes a diesel injection rate varying means for varying the fuel injection rate, and an EGR control means for controlling the amount of EGR in which the exhaust gas is recirculated to the combustion chamber in accordance with the operating conditions. The engine includes means for detecting the ratio of the EGR amount to the fresh intake air amount as the EGR rate REGR, and injection control means for increasing the initial fuel injection rate as the EGR rate REGR increases. .
[0021]
ClaimThirteenDiesel engine control device according to claim12In the invention described in the above, the minimum value of the EGR rate REGR that limits the operation range in which the initial fuel injection rate is increased is reduced as the engine speed Ne is reduced, and the fuel injection amount is reduced. The height was increased accordingly.
[0022]
Claim14The diesel engine control device described in 1 above includes a diesel injection rate varying means for varying the fuel injection rate, and an EGR control means for controlling the amount of EGR in which the exhaust gas is recirculated to the combustion chamber in accordance with the operating conditions. In the engine,Compression end temperature determining means for determining a compression end temperature of the combustion chamber;Means for detecting engine load;As the compression end temperature decreases, the initial fuel injection rate increases,Injection control means for increasing the initial fuel injection rate as the engine load increases.
[0023]
ClaimFifteenThe diesel engine control device described in 1 above includes a diesel injection rate varying means for varying the fuel injection rate, and an EGR control means for controlling the amount of EGR in which the exhaust gas is recirculated to the combustion chamber in accordance with the operating conditions. In the engine,Compression end temperature determining means for determining a compression end temperature of the combustion chamber;Means for detecting an excess air ratio of the engine;As the compression end temperature decreases, the initial fuel injection rate increases,Injection control means for increasing the initial fuel injection rate as the excess air ratio of the engine decreases.
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided the diesel engine control device according to any one of the tenth to thirteenth aspects, wherein the injection rate variable means for varying the fuel injection rate and the exhaust gas according to the operating conditions. In a diesel engine having EGR control means for controlling the amount of EGR returned to the combustion chamber, means for detecting the engine load, and injection control means for increasing the initial fuel injection rate as the engine load increases It was provided with.
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided the diesel engine control device according to any one of the tenth to thirteenth aspects, wherein the injection rate variable means for varying the fuel injection rate and the exhaust gas according to the operating conditions. In a diesel engine having EGR control means for controlling the amount of EGR returned to the combustion chamber, a means for detecting an excess air ratio of the engine, and an initial fuel injection rate as the excess air ratio of the engine decreases And an injection control means for increasing the pressure.
[0024]
Function and Effect of the Invention
2. The control device for a diesel engine according to
[0025]
With the configuration in which the execution of the pilot injection is restricted as the compression end temperature decreases, the region where the low-temperature premix combustion is performed is expanded, and the emission is reduced.
[0026]
3. The control apparatus for a diesel engine according to
[0027]
With the configuration in which the execution of the pilot injection is restricted as the oxygen concentration DO2int of the intake gas decreases, the region where the low-temperature premixed combustion is performed is expanded, and the emission is reduced.
[0028]
4. The control device for a diesel engine according to
[0029]
The control apparatus for a diesel engine according to claim 4, wherein pilot injection of fuel is performed as the EGR rate REGR, which is a ratio of the EGR amount to the fresh intake air amount, decreases, or the pilot injection amount is increased. By increasing the interval between the pilot injection and the main injection, a sharp increase in pressure at the beginning of combustion is suppressed, and the combustion noise is reduced.
[0030]
With the configuration in which the execution of the pilot injection is restricted as the EGR rate REGR increases, the region where low-temperature premix combustion is performed is expanded, and the emission is reduced.
Further, the minimum value of the EGR rate REGR that limits the operation region in which the pilot injection is not performed, or the pilot injection amount is reduced, or the interval between the pilot injection and the main injection is shortened is determined based on the engine speed Ne and the fuel injection amount. With the configuration that changes, it is possible to maximize the region where low-temperature premix combustion is possible in accordance with the engine speed Ne and the fuel injection amount.
[0031]
In the diesel engine control device according to claim 5, the pilot injection is not performed., Or reduce the pilot injection amount, or shorten the interval between pilot injection and main injectionSince the minimum value of the EGR rate REGR that limits the operation region is reduced as the engine speed Ne decreases, the temperature of the EGR gas increases as the engine speed Ne increases, and the engine speed increases. In response to the rise of the intake gas temperature, the rise of the compression end temperature, and the shortening of the ignition delay period, it is possible to maximize the region where low-temperature premix combustion is possible.
[0032]
Since the minimum value of the EGR rate REGR, which limits the operation range in which the pilot injection is not performed, is increased with the decrease in the fuel injection amount, it is possible to cope with the decrease in the oxygen concentration due to the increase in the fuel injection amount. Thus, the region where low-temperature premix combustion can be performed can be maximized.
[0033]
The control device for a diesel engine according to
[0034]
The control device for a diesel engine according to claim 7,By performing the pilot injection of the fuel as the EGR rate REGR, which is the ratio of the EGR amount to the intake fresh air amount, decreases, or by increasing the pilot injection amount, or by increasing the interval between the pilot injection and the main injection, A sudden increase in pressure at the beginning of combustion is suppressed, and combustion noise is reduced. Further, the configuration in which the execution of the pilot injection is restricted as the EGR rate REGR increases increases the range in which low-temperature premix combustion is performed, thereby reducing emissions. further,Suppress diffusion combustion and reduce the generation of smoke by not performing pilot injection or reducing the pilot injection amount or shortening the interval between pilot injection and main injection as the excess air ratio of the engine decreases. it can.
[0035]
The control device for a diesel engine according to
[0036]
The control apparatus for a diesel engine according to
[0037]
Claim10In the control device for a diesel engine described in (1), by reducing the initial injection rate with an increase in the oxygen concentration DO2int of the intake gas, a sudden increase in pressure at the beginning of combustion is suppressed, and the combustion noise is reduced.
[0038]
With the configuration in which the suppression of the initial injection rate is restricted as the oxygen concentration DO2int of the intake gas decreases, the region where low-temperature premix combustion is performed is expanded, and the emission is reduced.
[0039]
Claim11In the control device for a diesel engine described in the above, the maximum value of the oxygen concentration DO2int of the intake gas that limits the operation region where the initial injection rate is increased is increased as the engine speed Ne decreases, and the fuel injection amount is increased. As the engine speed Ne increases, the temperature of the EGR gas increases, the temperature of the intake gas of the engine increases, the compression end temperature increases, and the ignition delay period decreases as the engine speed Ne increases. Accordingly, it is possible to accurately determine a region where low-temperature premix combustion can be performed, and to secure a maximum region where low-temperature premix combustion can be performed.
[0040]
Claim12In the diesel engine control device described in the above, the initial injection rate is reduced along with the decrease in the EGR rate REGR, which is the ratio of the EGR amount to the intake fresh air amount, thereby suppressing a rapid pressure increase at the beginning of combustion. In addition, combustion noise can be reduced.
[0041]
With the configuration in which the suppression of the initial injection rate is limited as the EGR rate REGR increases, the region where low-temperature premixed combustion is performed is expanded, and low emission is achieved.
[0042]
ClaimThirteenIn the diesel engine control device described in (1), the minimum value of the EGR rate REGR that limits the operation range in which the initial injection rate is increased is reduced as the engine speed Ne decreases, so that the engine speed Ne is reduced. As the temperature increases, the temperature of the EGR gas increases, the temperature of the intake gas of the engine increases, the compression end temperature increases, and the low-temperature premix combustion can be performed in response to the shortened ignition delay period. The area can be maximized.
[0043]
Since the minimum value of the EGR rate REGR, which limits the operation range in which the initial injection rate is increased, is increased as the fuel injection quantity is reduced, it is possible to cope with a decrease in the oxygen concentration due to an increase in the fuel injection quantity. As a result, the region where low-temperature premix combustion can be performed can be secured to the maximum.
[0044]
Claim14In the diesel engine control device described in the above,By reducing the initial injection rate as the compression end temperature increases, a sharp pressure increase at the beginning of combustion is suppressed, and the combustion noise is reduced. In addition, the configuration in which the suppression of the initial injection rate is limited as the compression end temperature decreases reduces the area where low-temperature premixed combustion is performed, thereby reducing emissions. further,By suppressing the initial injection rate as the engine load increases, the diffusion combustion ratio can be suppressed, and the generation of smoke can be suppressed.
[0045]
ClaimFifteenIn the diesel engine control device described in the above,By reducing the initial injection rate as the compression end temperature increases, a sharp pressure increase at the beginning of combustion is suppressed, and the combustion noise is reduced. In addition, the configuration in which the suppression of the initial injection rate is limited as the compression end temperature decreases reduces the area where low-temperature premixed combustion is performed, thereby reducing emissions. further,By increasing the initial injection rate as the excess air rate of the engine decreases, the diffusion combustion rate can be suppressed, and the generation of smoke can be suppressed.Furthermore, the configuration in which the suppression of the initial injection rate is limited as the excess air rate increases increases the range in which low-temperature premixed combustion is performed, thereby reducing emissions.
[0046]
In the diesel engine control device according to the fifteenth aspect, by suppressing the initial injection rate as the engine load increases, the diffusion combustion ratio can be suppressed, and the generation of smoke can be suppressed.
In the diesel engine control device according to the sixteenth aspect, by increasing the initial injection rate as the excess air rate of the engine decreases, the diffusion combustion ratio can be suppressed, and the generation of smoke can be suppressed. In addition, the configuration in which the suppression of the initial injection rate is restricted as the excess air rate increases increases the range in which low-temperature premix combustion is performed, thereby reducing emissions.
[0047]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0048]
In FIG. 1, 1 is a diesel engine main body, 2 is an exhaust passage, 3 is an intake passage, and 18 is a turbocharger that supercharges intake air by using pressure energy of exhaust gas of the
[0049]
In FIG. 1,
[0050]
The
[0051]
In FIG. 1, reference numeral 4 denotes an EGR passage that connects the
[0052]
By the way, when the EGR rate REGR is increased, the generation of NOx is suppressed, but on the other hand, the generation amount of particulate matter tends to increase.
[0053]
In response to this, the
[0054]
By lengthening the ignition delay period from the start of fuel injection to ignition, and by sufficiently evaporating and mixing the fuel during the ignition delay period, the rate of premix combustion of fuel rather than diffusion combustion increases. When the proportion of premixed combustion increases, combustion noise tends to increase due to rapid combustion, but the oxygen concentration decreases due to an increase in the amount of EGR, and the fuel injection timing is retarded and the ignition delay period is extended. By lowering the temperature at the start of combustion, the combustion speed is reduced, so that the combustion noise is greatly reduced.At the same time, the diffusion combustion ratio is low, and by burning at low temperature, NOx, smoke and particulate matter It is also possible to suppress emissions.
[0055]
However, in the above-described low-temperature premixed combustion, it is necessary to increase the EGR amount in order to suppress the combustion speed, and if the EGR amount is increased, the intake fresh air amount is reduced. On the contrary, there is a problem that smoke and particulate matter increase. In addition, when the EGR amount is increased in a high load range, the temperature of the intake gas rises, so that the compression end temperature rises, so that the ignition delay period cannot be sufficiently lengthened and the emission deteriorates. Therefore, it is necessary to lower the EGR rate REGR in a high load region.
[0056]
To cope with this, in this embodiment, there are provided means for determining the compression end temperature of the combustion chamber and means for determining the oxygen concentration DO2int of the intake gas. The
[0057]
By setting a region where low-temperature premixed combustion is possible according to the compression end temperature and oxygen concentration of the combustion chamber in this way, it is possible to accurately determine whether low-temperature premixed combustion is possible, and achieve both low emission and low noise. it can. By performing pilot injection in a region where low-temperature premixed combustion is not possible, a sudden increase in pressure due to premixed combustion at the beginning of combustion is suppressed, and noise is reduced.
[0058]
As the data for calculating the oxygen concentration DO2int of the intake gas of the
[0059]
Further, as data for calculating the compression end temperature, the
[0060]
The flowchart of FIG. 2 shows a routine for performing pilot injection according to operating conditions, and is executed by the
[0061]
First, at
[0062]
Subsequently, the process proceeds to
[0063]
QEGR = f (L) × (Pexh-Pint)1/2 … (1)
In calculating the EGR amount QEGR, the volume efficiency of fresh air is calculated according to the intake fresh air amount Qair and the engine speed Ne, the intake pressure Pint is calculated from the volume efficiency, and the volume efficiency and the fuel injection amount are calculated. The exhaust pressure Pexh may be calculated from the engine speed Ne. Further, the intake air temperature Tint may be calculated from the volumetric efficiency, the EGR amount QEGR, and the fuel injection amount.
[0064]
Subsequently, the process proceeds to
[0065]
DO2EGR = 0.21−C1 × Qf / (Qair / Ne) (2)
However, C1 is a constant.
[0066]
Subsequently, the process proceeds to Step 4, and the oxygen concentration DO2int of the intake gas of the
[0067]
DO2int = (0.21 × Qair + DO2EGR × QEGR) / (Qair + QEGR) (3)
Subsequently, the program proceeds to Step 5, in which the compression end temperature is searched based on the preset map shown in FIG. 3 according to the temperature Tint in the intake manifold of the
[0068]
In FIG. 3, the compression end temperature decreases as the temperature Tint in the intake manifold decreases. This is because the compression start temperature decreases as the temperature Tint in the intake manifold decreases.
[0069]
In FIG. 3, the compression end temperature decreases as the oxygen concentration DO2int of the intake gas decreases. This is because the oxygen concentration DO2int of the intake gas decreases and the CO2, H2This is because the specific heat ratio of the suction gas decreases due to the high concentration of O.
[0070]
Subsequently, the process proceeds to
[0071]
When it is determined that the current operation state is in the region where low-temperature premix combustion is possible, the process proceeds to Step 7, where fuel injection without pilot injection is performed, and low-temperature premix combustion is performed. As a result, the combustion speed is reduced, so that the combustion noise is greatly reduced, and at the same time, the emission of NOx, smoke and particulate matter can be suppressed by burning at a low diffusion combustion rate and at a low temperature.
[0072]
If it is determined that the current operating state is in a region where low-temperature premix combustion is not possible, the process proceeds to
[0073]
In FIG. 4, the region where low-temperature premix combustion is possible is set to a region where the compression end temperature is lower than the region where low-temperature premix combustion is not possible. Further, as the oxygen concentration DO2int of the intake gas increases, the combustion is switched from low-temperature premixed combustion without pilot injection to combustion with pilot injection. As a result, the lower the compression end temperature, the longer the ignition delay period, the lower the combustion speed, and the lower the oxygen concentration, the lower the combustion speed. As much as possible.
[0074]
Next, as another embodiment, the
[0075]
The flowchart of FIG. 5 shows a routine for performing the pilot injection according to the operating conditions, and is executed by the
[0076]
First, in
[0077]
Subsequently, the process proceeds to
[0078]
QEGR = f (L) × (Pexh-Pint)1/2 … (1)
Subsequently, the process proceeds to
[0079]
DO2EGR = 0.21−C1 × Qf / (Qair / Ne) (2)
However, C1 is a constant.
[0080]
Subsequently, the process proceeds to Step 4, and the oxygen concentration DO2int of the intake gas of the
[0081]
DO2int = (0.21 × Qair + DO2EGR × QEGR) / (Qair + QEGR) (3)
Subsequently, the process proceeds to Step 5, in which the maximum value of the oxygen concentration DO2int of the intake gas at which low-temperature premix combustion can be performed in accordance with the engine speed Ne and the fuel injection amount is searched based on the map shown in FIG. A low-temperature premixed combustion where the oxygen concentration DO2int of the current intake gas is lower than the searched maximum value or a low-temperature premixed combustion where the oxygen concentration DO2int of the current intake gas is higher than the searched maximum value is impossible. Area is determined.
[0082]
When it is determined that the current operation state is in the region where low-temperature premix combustion is possible, the process proceeds to Step 7, where fuel injection without pilot injection is performed, and low-temperature premix combustion is performed. As a result, the combustion speed is reduced, so that the combustion noise is significantly reduced, and at the same time, the diffusion combustion ratio is small and the combustion is performed at a low temperature, whereby the emission of NOx, smoke and particulate matter can be suppressed.
[0083]
If it is determined that the current operating state is in the region where low-temperature premixed combustion is not possible, the process proceeds to
[0084]
In FIG. 6, the maximum value of the oxygen concentration DO2int of the intake gas at which low-temperature premix combustion can be performed increases as the engine speed Ne decreases and increases as the fuel injection amount decreases. It is set as follows. As a result, as the engine speed Ne increases or the fuel injection amount increases, the temperature of the EGR gas increases and the temperature of the intake gas of the
[0085]
Next, as still another embodiment, means for detecting the ratio of the EGR amount to the intake fresh air amount as the EGR rate REGR is provided, and a low temperature premix combustion in which the EGR rate REGR is lower than a predetermined value is impossible. Alternatively, in this region, the fuel may be pilot-injected by opening the
[0086]
The flowchart of FIG. 7 shows a routine for performing pilot injection according to operating conditions, and is executed by the
[0087]
First, in
[0088]
Subsequently, the process proceeds to
[0089]
QEGR = f (L) × (Pexh-Pint)1/2 … (1)
Subsequently, the process proceeds to
[0090]
REGR = QEGR / Qair (4)
Subsequently, the process proceeds to Step 4, in which the minimum value of the EGR rate REGR of the intake gas at which the low-temperature premix combustion can be performed in accordance with the engine speed Ne and the target fuel injection amount Qf is searched based on the map shown in FIG. Then, the low-temperature premixed combustion in which the low-temperature premixed combustion in which the current intake gas EGR rate REGR is larger than the searched minimum value is possible or the low-temperature premixed combustion in which the current intake gas EGR rate REGR is equal to or less than the searched minimum value is performed. It is determined whether the area is impossible.
[0091]
When it is determined that the current operation state is in the region where low-temperature premix combustion is possible, the process proceeds to Step 5, where fuel injection without pilot injection is performed, and low-temperature premix combustion is performed. As a result, the combustion speed is reduced, so that the combustion noise is significantly reduced, and at the same time, the diffusion combustion ratio is small and the combustion is performed at a low temperature, whereby the emission of NOx, smoke and particulate matter can be suppressed.
[0092]
If it is determined that the current operating state is in the region where low-temperature premix combustion is not possible, the process proceeds to
[0093]
In FIG. 8, the minimum value of the EGR rate REGR at which low-temperature premix combustion can be performed decreases as the engine speed Ne decreases and increases as the target fuel injection amount Qf decreases. Accordingly, when the target fuel injection amount Qf increases, the effect of reducing the oxygen concentration in the EGR gas is large, and as the engine speed Ne increases, the temperature of the EGR gas increases. Corresponding to the fact that the intake gas temperature of the
[0094]
Next, as still another embodiment, a high load region in which pilot injection is prohibited may be set. In this high load region, smoke emission is suppressed by shortening the fuel injection period without performing pilot injection.
[0095]
The flowchart of FIG. 9 shows a routine for performing pilot injection according to operating conditions, and is executed by the
[0096]
First, in
[0097]
Subsequently, the process proceeds to
[0098]
QEGR = f (L) × (Pexh-Pint)1/2 … (1)
Subsequently, the process proceeds to
[0099]
DO2EGR = 0.21−C1 × Qf / (Qair / Ne) (2)
However, C1 is a constant.
[0100]
Subsequently, the process proceeds to Step 4, and the oxygen concentration DO2int of the intake gas of the
[0101]
DO2int = (0.21 × Qair + DO2EGR × QEGR) / (Qair + QEGR) (3)
Subsequently, the program proceeds to Step 5, in which the compression end temperature is searched based on the preset map shown in FIG. 3 according to the temperature Tint in the intake manifold of the
[0102]
Subsequently, the process proceeds to
[0103]
If it is determined that the current operation state is in the region where low-temperature premix combustion is possible, the process proceeds to
[0104]
If it is determined that the current operation state is in the region where low-temperature premix combustion is not possible, the process proceeds to Step 7, and the current operation is performed according to the engine speed Ne and the target fuel injection amount Qf based on a preset map. It is determined whether the state is a high load region where pilot injection is prohibited or a region where pilot injection is possible.
[0105]
Here, if it is determined that the current operating state is in a region where pilot injection is possible, the process proceeds to
[0106]
On the other hand, if it is determined that the region is where the pilot injection is prohibited, the process proceeds to
[0107]
Next, as still another embodiment, the high load region where the pilot injection is prohibited may be set to a region where the excess air ratio λ with respect to the engine speed is smaller than a predetermined value. In this high load region, smoke emission is suppressed by shortening the fuel injection period without performing pilot injection.
[0108]
The flowchart of FIG. 10 shows a routine for performing the pilot injection according to the operating conditions, and is executed by the
[0109]
To explain this, first, in the routine of
[0110]
When it is determined that the current operating state is in the region where low-temperature premix combustion is possible, the process proceeds to Step 10, where fuel injection without pilot injection is performed, and low-temperature premix combustion is performed. As a result, the combustion speed is reduced, so that the combustion noise is significantly reduced, and at the same time, the diffusion combustion ratio is small and the combustion is performed at a low temperature, whereby the emission of NOx, smoke and particulate matter can be suppressed.
[0111]
If it is determined that the current operating state is in a region where low-temperature premix combustion is not possible, the process proceeds to Step 7, and the excess air ratio λ is calculated by the following equation.
[0112]
λ = C2 × (Qair + QEGR) × DO2int / Qf (5)
Here, C2 is a constant.
[0113]
Subsequently, the process proceeds to Step 8 to determine whether the current operation state is a high load region in which pilot injection is prohibited or a region in which pilot injection is possible according to the engine speed Ne and the excess air ratio λ based on a preset map. judge.
[0114]
Here, if it is determined that the current excess air ratio λ is greater than or equal to the predetermined value, the process proceeds to Step 9 where pilot injection is performed and low-temperature premix combustion is not performed. As a result, a sudden increase in pressure due to premixed combustion at the beginning of combustion is suppressed, and combustion noise is reduced.
[0115]
On the other hand, if it is determined that the current excess air ratio λ is smaller than the predetermined value, the process proceeds to Step 10, where fuel injection without pilot injection is performed. Thus, the emission of smoke is suppressed by shortening the fuel injection period and advancing the fuel injection timing from the compression top dead center. In addition, when the
[0116]
In this manner, the pilot injection is prohibited as the excess air ratio λ becomes smaller, so that the pilot injection causes an increase in the amount of smoke emission and the like, even during transient operation or when the air pressure is low at high altitude. It is possible to accurately determine a high-load region and suppress an increase in smoke due to pilot injection.
[0117]
In each of the above embodiments, the pilot injection may be performed by reducing the pilot injection amount or narrowing the interval between the pilot injection and the main injection even in the operation region where the pilot injection is not performed.
[0118]
As still another embodiment, a configuration may be employed in which a nozzle for changing the fuel injection rate is provided, and a single fuel injection is performed in one cycle in a region where low-temperature premixed combustion is not possible to reduce the initial fuel injection rate. Good. As a result, a sudden increase in pressure due to premixed combustion in the initial stage of combustion is suppressed to reduce emissions, and a sharp increase in pressure due to premixed combustion in the initial stage of combustion is suppressed, thereby reducing noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of an engine showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing control contents.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a compression end temperature and an intake gas oxygen concentration and an intake air temperature.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a region where low-temperature premixed combustion is possible and a region where low-temperature premixed combustion is not possible with respect to the intake gas oxygen concentration and the compression end temperature.
FIG. 5 is a flowchart showing control contents according to another embodiment.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a maximum oxygen concentration at which low-temperature premix combustion is possible with respect to an engine speed and a fuel injection amount.
FIG. 7 is a flowchart showing control contents of still another embodiment.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between a minimum EGR rate at which low-temperature premix combustion is possible with respect to an engine speed and a fuel injection amount.
FIG. 9 is a flowchart showing control contents according to still another embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing control contents according to still another embodiment.
FIG. 11 is an injection system diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 Exhaust passage
3 Intake passage
4 EGR passage
5 EGR valve
6 Intake pressure sensor
7 Exhaust pressure sensor
8 Intake air temperature sensor
9 Air flow meter
10 Engine speed sensor
13 nozzle
20 control unit
Claims (17)
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。Injection means for enabling pilot injection of fuel prior to main injection of fuel,
A diesel engine comprising: an EGR control unit configured to control an amount of EGR in which exhaust gas is recirculated to the combustion chamber in accordance with an operating condition.
Compression end temperature determining means for determining a compression end temperature of the combustion chamber;
The fuel injection control means for not performing the pilot injection of the fuel prior to the main injection as the compression end temperature decreases, or reducing the pilot injection amount, or shortening the interval between the pilot injection and the main injection. Diesel engine control device.
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。Injection means for enabling pilot injection of fuel prior to main injection of fuel,
A diesel engine comprising: an EGR control unit configured to control an amount of EGR in which exhaust gas is recirculated to the combustion chamber in accordance with an operating condition.
Means for determining the oxygen concentration DO2int of the intake gas;
The fuel injection control means for not performing pilot injection of fuel prior to the main injection as the oxygen concentration DO2int decreases, reducing the pilot injection amount, or shortening the interval between the pilot injection and the main injection. Diesel engine control device.
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。Injection means for enabling pilot injection of fuel prior to main injection of fuel,
A diesel engine comprising: an EGR control unit configured to control an amount of EGR in which exhaust gas is recirculated to the combustion chamber in accordance with an operating condition.
Means for detecting a ratio of the EGR amount to the fresh intake air amount as an EGR rate REGR ;
Injection control means for not performing pilot injection of fuel prior to the main injection as the EGR rate REGR increases, or reducing the pilot injection amount, or shortening the interval between pilot injection and main injection ,
The minimum value of the EGR rate REGR that limits the operation range in which the pilot injection of the fuel prior to the main injection is not performed, or the pilot injection amount is reduced, or the interval between the pilot injection and the main injection is shortened, is set to the engine speed Ne and the fuel injection. A control device for a diesel engine, wherein the control device is configured to change based on the amount .
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。Injection means for enabling pilot injection of fuel prior to main injection of fuel,
A diesel engine comprising: an EGR control unit configured to control an amount of EGR in which exhaust gas is recirculated to the combustion chamber in accordance with an operating condition.
Means for detecting a ratio of the EGR amount to the fresh intake air amount as an EGR rate REGR;
Means for detecting engine load;
As the EGR rate REGR increases, the pilot injection of fuel prior to the main injection is not performed, or the pilot injection amount is reduced, or the interval between the pilot injection and the main injection is shortened, and the engine load increases. And a fuel injection control means for reducing the pilot injection amount prior to the main injection, reducing the pilot injection amount, or shortening the interval between the pilot injection and the main injection.
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。Injection means for enabling pilot injection of fuel prior to main injection of fuel,
A diesel engine comprising: an EGR control unit configured to control an amount of EGR in which exhaust gas is recirculated to the combustion chamber in accordance with an operating condition.
Means for detecting a ratio of the EGR amount to the fresh intake air amount as an EGR rate REGR;
Means for detecting an excess air ratio of the engine;
As the EGR rate REGR increases, the pilot injection of fuel prior to the main injection is not performed, or the pilot injection amount is reduced, or the interval between the pilot injection and the main injection is shortened, and the excess air ratio of the engine is reduced. The diesel engine according to claim 1, further comprising: injection control means for not performing pilot injection of fuel prior to the main injection, reducing the pilot injection amount, or shortening the interval between the pilot injection and the main injection. Control device.
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、 A diesel engine comprising:
エンジン負荷を検出する手段と、 Means for detecting engine load;
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。 Injection control means for not performing pilot injection of fuel prior to the main injection as the engine load increases, reducing the pilot injection amount, or shortening the interval between the pilot injection and the main injection is provided. The control device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 5, wherein
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、 A diesel engine comprising:
エンジンの空気過剰率を検出する手段と、 Means for detecting an excess air ratio of the engine;
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。 Injection control means for not performing pilot injection of fuel prior to the main injection as the excess air ratio of the engine decreases, reducing the pilot injection amount, or shortening the interval between the pilot injection and the main injection. The control device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
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、 A diesel engine comprising:
吸入ガスの酸素濃度DO2intを判定する手段と、 Means for determining the oxygen concentration DO2int of the intake gas;
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。 A control system for a diesel engine, comprising: injection control means for increasing an initial fuel injection rate as the oxygen concentration DO2int decreases.
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、 A diesel engine comprising:
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、 Means for detecting a ratio of the EGR amount to the intake fresh air amount as an EGR rate REGR,
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。 A control system for a diesel engine, comprising: injection control means for increasing an initial fuel injection rate as the EGR rate REGR increases.
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、 A diesel engine comprising:
燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、 Compression end temperature determining means for determining a compression end temperature of the combustion chamber;
エンジン負荷を検出する手段と、 Means for detecting engine load;
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。 A diesel engine comprising: injection control means for increasing the initial fuel injection rate as the compression end temperature decreases and increasing the initial fuel injection rate as the engine load increases. Control device.
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、 A diesel engine comprising:
燃焼室の圧縮端温度を判定する圧縮端温度判定手段と、 Compression end temperature determining means for determining a compression end temperature of the combustion chamber;
エンジンの空気過剰率を検出する手段と、 Means for detecting an excess air ratio of the engine;
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。 Injection control means for increasing the initial injection rate of the fuel as the compression end temperature decreases and increasing the initial injection rate of the fuel as the excess air ratio of the engine decreases. Diesel engine control device.
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、 A diesel engine comprising:
エンジン負荷を検出する手段と、 Means for detecting engine load;
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。 14. The diesel engine control device according to claim 10, further comprising: an injection control unit configured to increase an initial fuel injection rate as the engine load increases.
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、 A diesel engine comprising:
エンジンの空気過剰率を検出する手段と、 Means for detecting an excess air ratio of the engine;
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。 14. The control apparatus for a diesel engine according to claim 10, further comprising: an injection control unit configured to increase an initial fuel injection rate as the excess air ratio of the engine decreases. .
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