JP5589673B2

JP5589673B2 - diesel engine

Info

Publication number: JP5589673B2
Application number: JP2010185456A
Authority: JP
Inventors: 雅之鐵野; 大輔志茂; 英二中井; 慶士丸山
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: JP2012041892A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに関するものである。 The present invention relates to a diesel engine.

従来より、ディーゼルエンジンの燃焼形態としては、燃料と空気とが拡散及び混合しながら燃焼が進行していく拡散燃焼と、燃料と空気とを混合させた後に着火及び燃焼させる予混合着火燃焼（ＰＣＩ（Premixed Charge compression Ignition）燃焼、以下においては、単に予混合燃焼という）とが知られている。一般に拡散燃焼の方が燃焼騒音の抑制に有利であると共に、燃焼の開始タイミングを制御し易いため、多くの場合、ディーゼルエンジンの主燃焼としては拡散燃焼が用いられている（特許文献１参照）。 Conventionally, the combustion mode of a diesel engine includes diffusion combustion in which combustion proceeds while fuel and air are diffused and mixed, and premixed ignition combustion (PCI) in which fuel and air are mixed and then ignited and burned. (Premixed Charge Compression Ignition) combustion is known as “premixed combustion”. In general, diffusion combustion is more advantageous for suppressing combustion noise, and the start timing of combustion is easier to control. Therefore, in many cases, diffusion combustion is used as the main combustion of a diesel engine (see Patent Document 1). .

特開２００５−２４０７０９号公報JP 2005-240709 A

しかしながら、予混合燃焼は、燃費やＮＯｘ及び煤等のエミッションの点で優れており、燃費の向上やエミッション性能の向上を図るためには予混合燃焼を用いることが好ましい。 However, premixed combustion is excellent in terms of fuel consumption and emissions such as NOx and soot, and it is preferable to use premixed combustion in order to improve fuel consumption and emission performance.

その一方で、予混合燃焼は、燃焼が短期間で起こるため燃焼騒音の点では不利であると共に、着火遅れが長いため燃焼の発生タイミングを制御し難く、燃焼が不安定になるという問題がある。 On the other hand, premixed combustion is disadvantageous in terms of combustion noise because combustion occurs in a short period of time, and there is a problem that combustion is difficult to control because of a long ignition delay and combustion becomes unstable. .

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃費及びエミッション性能の向上を図りつつ、燃焼騒音の抑制及び燃焼の安定化を図ることにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to suppress combustion noise and stabilize combustion while improving fuel consumption and emission performance.

ここに開示された技術は、軽油を主成分とする燃料が供給される、幾何学的圧縮比が１５以下のエンジン本体と、該エンジン本体の燃焼状態を制御する制御部とを備えたディーゼルエンジンを対象とする。そして、ディーゼルエンジンは、上記エンジン本体の気筒内に導入するＥＧＲガス量を調整するためのＥＧＲ弁をさらに備え、上記制御部は、上記エンジン本体の負荷が所定の低負荷側であって且つ定常状態でＥＧＲが実行されるＥＧＲ運転領域内の所定の運転領域では、上記エンジン本体に予混合燃焼を行わせる予混合燃焼モードとなる一方、該ＥＧＲ運転領域内の、該予混合燃焼モードの運転領域よりも低負荷側の所定の運転領域と該予混合燃焼モードの運転領域よりも高負荷側の所定の運転領域とでは、上記エンジン本体に拡散燃焼を行わせる拡散燃焼モードとなり、上記ＥＧＲ弁を制御することによって上記気筒内の酸素濃度を調整するように構成されており、上記予混合領域では、上記低負荷側拡散領域及び高負荷側拡散領域よりも該気筒内の酸素濃度が低くなると共に、エンジン負荷の増大に伴って該気筒内の酸素濃度が減少して極小となった後に増加するように該ＥＧＲ弁を制御するものとする。 The technology disclosed herein is a diesel engine including an engine body having a geometric compression ratio of 15 or less, to which fuel mainly composed of light oil is supplied, and a control unit that controls the combustion state of the engine body. Is targeted. The diesel engine further includes an EGR valve for adjusting the amount of EGR gas introduced into the cylinder of the engine body, and the control unit is configured so that the load of the engine body is a predetermined low load side and is steady In a predetermined operation region in the EGR operation region where EGR is executed in the state, the premixed combustion mode in which the engine body performs premix combustion is set, while the premixed combustion mode operation in the EGR operation region is performed. in the high-load side of the predetermined operating region than the operation region of the predetermined operating region and the premix combustion mode even lower load than the region, Ri Do and the diffusion combustion mode to perform the diffusion combustion to the engine body, the The oxygen concentration in the cylinder is adjusted by controlling an EGR valve. In the premix region, the low load side diffusion region and the high load side diffusion region are used. With the oxygen concentration in the gas cylinder decreases, and controls the EGR valve as with increasing engine load the oxygen concentration in the gas cylinder is increased after reaching the minimum to decrease.

上記の構成の場合、エンジン本体の負荷が相対的に低負荷側の運転領域には、ＥＧＲが実行されている（ＥＧＲガスが導入されている）。このようにＥＧＲを実行することによって、燃焼温度が抑制されるため、エミッション性能の点で有利になり得る。そして、このＥＧＲ運転領域には、少なくとも、制御部が予混合燃焼モードとなる１つの予混合領域と制御部が拡散燃焼モードとなる２つの拡散領域とが含まれている。２つの拡散領域は、予混合領域の低負荷側に設けられた低負荷側拡散領域と、予混合領域の高負荷側に設けられた高負荷側領域である。つまり、ＥＧＲ領域では、予混合領域が低負荷側拡散領域と高負荷側拡散領域とによって低負荷側と高負荷側とから挟まれた状態になっている。 In the case of the above configuration, EGR is performed in an operation region where the load on the engine body is relatively low (EGR gas is introduced). By executing EGR in this way, the combustion temperature is suppressed, which can be advantageous in terms of emission performance. The EGR operation region includes at least one premix region where the control unit is in the premixed combustion mode and two diffusion regions where the control unit is in the diffusion combustion mode. The two diffusion regions are a low load side diffusion region provided on the low load side of the premixing region and a high load side region provided on the high load side of the premixing region. That is, in the EGR region, the premixed region is sandwiched between the low load side and the high load side by the low load side diffusion region and the high load side diffusion region.

このような構成においては、予混合領域を設けることによって、燃費を向上させると共にエミッション性能を向上させることができる。また、ＥＧＲ運転領域は、ＥＧＲガスを導入することで筒内酸素濃度を低下させているため、急加速時には筒内酸素濃度が不足してスモークが生じ易い環境となる。それに対して、予混合領域を設けることによって、スモークの発生を抑制することができる。すなわち、予混合燃焼では、燃料と空気とが十分に混合されるため、筒内の酸素をできる限り有効に使って燃焼を生じさせることができる。こうして、酸素不足に陥ることを防止して、スモークの発生を抑制することができる。 In such a configuration, by providing the premix region, it is possible to improve the fuel efficiency and the emission performance. Further, in the EGR operation region, since the in-cylinder oxygen concentration is reduced by introducing EGR gas, the in-cylinder oxygen concentration becomes insufficient during sudden acceleration, resulting in an environment in which smoke is likely to occur. On the other hand, the generation of smoke can be suppressed by providing the premixing region. That is, in the premixed combustion, the fuel and air are sufficiently mixed, so that combustion can be caused by using oxygen in the cylinder as effectively as possible. Thus, it is possible to prevent the occurrence of smoke by preventing the oxygen from being deficient.

一方、低負荷側拡散領域は、相対的に低負荷の運転領域であるＥＧＲ運転領域の中のさらに低負荷側の運転領域であるため、非常に負荷が小さい運転領域である。このような運転領域は、本来的に燃焼安定性が悪く、この状態でＥＧＲガスを多量に導入して筒内酸素濃度を低下させると、燃焼安定性がさらに悪化してしまう。筒内のＥＧＲガス量が少ないと、筒内酸素濃度を高くなって燃焼の着火遅れが短くなるため、予混合燃焼は生じ難く、拡散燃焼が生じ易い環境となる。そもそも、予混合燃焼は、拡散燃焼に比べて着火遅れが長く、燃焼の開始タイミングを制御し難いため、このような燃焼安定性が悪い運転領域では、燃焼タイミングの制御性がさらに悪化する。そこで、ＥＧＲ運転領域の低負荷側の運転領域では拡散燃焼モードとすることによって、これらの問題を解消することができる。つまり、拡散燃焼モードとすることによって、ＥＧＲガスが少なくても、安定した燃焼を実現することができる。また、拡散燃焼モードとすることによって、燃焼安定性が悪い運転領域であっても、燃焼開始タイミングの制御性を向上させて、所望のタイミングで燃焼を発生させることができる。これにより、所望のタイミングでトルクを発生させることができることになり、燃費の向上に寄与し得る。 On the other hand, the low load side diffusion region is an operation region on the lower load side in the EGR operation region which is a relatively low load operation region, and is therefore an operation region with a very small load. Such an operation region is inherently poor in combustion stability. If a large amount of EGR gas is introduced in this state to lower the in-cylinder oxygen concentration, the combustion stability is further deteriorated. If the amount of EGR gas in the cylinder is small, the in-cylinder oxygen concentration is increased and the ignition delay of combustion is shortened, so that premixed combustion is unlikely to occur and diffusion combustion is likely to occur. In the first place, since premixed combustion has a longer ignition delay than diffusion combustion and it is difficult to control the start timing of combustion, the controllability of combustion timing is further deteriorated in such an operation region where combustion stability is poor. Therefore, these problems can be solved by setting the diffusion combustion mode in the operation region on the low load side of the EGR operation region. That is, by adopting the diffusion combustion mode, stable combustion can be realized even with a small amount of EGR gas. Further, by adopting the diffusion combustion mode, it is possible to improve the controllability of the combustion start timing and generate combustion at a desired timing even in an operation region where the combustion stability is poor. Thereby, torque can be generated at a desired timing, which can contribute to improvement in fuel consumption.

また、ＥＧＲ運転領域のうち高負荷側の運転領域では、高いトルク要求に応えるために燃料噴射量が増加する。予混合燃焼は、拡散燃焼に比べて、燃焼が短期間で起こるため、燃焼圧が大きくなって騒音が大きくなる。燃料が少ないうちは、この騒音もあまり問題にならないが、燃料が増加すると、燃焼圧が大きくなるため、騒音の問題も大きくなる。それに加えて、燃料噴射量が多くなると、ＥＧＲガス量を抑えて、筒内酸素濃度を向上させる必要がある。筒内酸素濃度が高くなると、上述の如く、燃焼の着火遅れが短くなるため、予混合燃焼は生じ難く、拡散燃焼が生じ易い環境となる。そこで、ＥＧＲ運転領域の高負荷側の運転領域では拡散燃焼モードとすることによって、これらの問題を解消することができる。つまり、拡散燃焼モードとすることによって、ＥＧＲガスの必要量を抑制することができるため、筒内酸素濃度を上昇させて、燃料噴射量の増加を可能にすることができる。また、拡散燃焼モードにすることによって、予混合燃焼に比べて、燃焼を緩慢にして、燃焼圧を抑制することができる。その結果、騒音を抑制することができる。 Further, in the operation region on the high load side in the EGR operation region, the fuel injection amount increases in order to meet a high torque demand. In premixed combustion, combustion occurs in a shorter period of time than in diffusion combustion, so that the combustion pressure increases and noise increases. While the amount of fuel is small, this noise is not a problem. However, when the amount of fuel is increased, the combustion pressure increases, so the problem of noise increases. In addition, when the fuel injection amount increases, it is necessary to suppress the EGR gas amount and improve the in-cylinder oxygen concentration. When the in-cylinder oxygen concentration is high, the ignition delay of combustion is shortened as described above, so that premixed combustion is unlikely to occur and diffusion combustion is likely to occur. Therefore, these problems can be solved by setting the diffusion combustion mode in the operation region on the high load side of the EGR operation region. In other words, since the required amount of EGR gas can be suppressed by using the diffusion combustion mode, the in-cylinder oxygen concentration can be increased and the fuel injection amount can be increased. Also, by setting the diffusion combustion mode, it is possible to slow down the combustion and suppress the combustion pressure as compared with the premixed combustion. As a result, noise can be suppressed.

さらに、ＥＧＲ弁を制御して、予混合領域では筒内酸素濃度を低下させることによって、着火遅れが長い環境を作り出し、予混合燃焼を実現することができる。一方、低負荷側及び高負荷側拡散領域では筒内酸素濃度を上昇させることによって、着火遅れが短い環境を作り出して、拡散燃焼を実現することができる。また、高負荷側拡散領域については筒内酸素濃度を上昇させることによって、高負荷に対応した燃料供給量に対応することができる。Furthermore, by controlling the EGR valve and reducing the in-cylinder oxygen concentration in the premixing region, it is possible to create an environment with a long ignition delay and realize premixed combustion. On the other hand, by increasing the in-cylinder oxygen concentration in the low load side and high load side diffusion regions, it is possible to create an environment with a short ignition delay and realize diffusion combustion. Further, by increasing the in-cylinder oxygen concentration in the high load side diffusion region, it is possible to cope with the fuel supply amount corresponding to the high load.

また、上記予混合領域は、上記エンジン本体の回転数が所定の低回転側の運転領域に設けられていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the premixing region is provided in an operating region on the low rotation side where the rotational speed of the engine body is predetermined.

つまり、予混合燃焼は、着火遅れが長いため、燃料噴射を早めに行わなければならない。燃料噴射は、噴射される燃料がピストンのキャビティ内に到達することが好ましいが、燃料噴射のタイミングが早すぎると、燃料がキャビティから外れる場合もあり得る。燃料がキャビティから外れると、燃料の有効に活用できないだけでなく、燃料がシリンダ内壁に付着してオイル希釈を引き起こし得る。そして、エンジン本体の回転数が高回転のときには、ピストンの動きが速いため、燃料をキャビティ内に到達させ得る噴射期間が短くなる。つまり、燃料をキャビティ内に到達させつつ、予混合燃焼を所望のタイミングで生じさせることは、エンジン本体の回転数が高回転になるほど難しくなる。そこで、予混合領域をエンジン本体の回転数が相対的に低回転側に設けることによって、予混合燃焼を適切に行える領域のみで予混合燃焼モードとすることができる。 That is, in the premixed combustion, since the ignition delay is long, the fuel injection must be performed early. In the fuel injection, it is preferable that the fuel to be injected reaches the cavity of the piston. However, if the timing of the fuel injection is too early, the fuel may come out of the cavity. When the fuel comes out of the cavity, not only can the fuel not be used effectively, but the fuel can adhere to the inner wall of the cylinder and cause oil dilution. When the rotational speed of the engine body is high, the piston moves fast, and the injection period during which fuel can reach the cavity is shortened. That is, it becomes more difficult to cause the premixed combustion to occur at a desired timing while the fuel reaches the cavity, as the rotational speed of the engine body becomes higher. Therefore, the premixed combustion mode can be set only in the region where the premixed combustion can be appropriately performed by providing the premixed region on the relatively low rotation side of the engine body.

さらに、上記制御部は、上記エンジン本体が上記予混合領域内の運転状態であって且つ該エンジン本体の温度が所定温度以上のときに上記予混合燃焼モードとなることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the control unit enters the premixed combustion mode when the engine body is in an operating state in the premixed region and the temperature of the engine body is equal to or higher than a predetermined temperature.

例えば、冷間時等のエンジン本体の温度が低いときには、エンジン本体の温度を早急に上昇させることが好ましく、燃焼温度を可及的に高めることが求められる。予混合燃焼は、着火遅れを確保する必要があり、つまりは、燃焼温度が高すぎないことが好ましいため、エンジン本体を早急に昇温したい場合には好ましくない。そこで、エンジン本体の温度が所定温度以上のときには、エンジン本体の運転状態が上記予混合領域内であっても、予混合燃焼モードとならないようにしている。これにより、予混合燃焼に拘束されない、適切な燃焼形態で燃焼制御を行うことができる。 For example, when the temperature of the engine body is low, such as during cold weather, it is preferable to raise the temperature of the engine body as quickly as possible, and it is required to raise the combustion temperature as much as possible. Premixed combustion needs to ensure an ignition delay, that is, it is preferable that the combustion temperature is not too high, and is not preferable when it is desired to quickly raise the temperature of the engine body. Therefore, when the temperature of the engine body is equal to or higher than a predetermined temperature, the premix combustion mode is not set even if the operating state of the engine body is within the premix region. Thereby, combustion control can be performed in an appropriate combustion mode that is not restricted by premixed combustion.

また、上記ディーゼルエンジンは、上記エンジン本体の気筒内に臨んで配設され且つ該気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁をさらに備え、上記制御部は、上記燃料噴射弁を通じた、上記気筒内への上記燃料の噴射形態を制御するように構成されており、上記予混合領域では、噴射される燃料が上記気筒に嵌挿したピストン頂面のキャビティ内に至るようなタイミングで、該燃料噴射弁に燃料を噴射させることが好ましい。 The diesel engine further includes a fuel injection valve that faces the cylinder of the engine body and directly injects fuel into the cylinder, and the control unit passes the fuel injection valve through the cylinder. In the premixing region, the fuel is injected at a timing such that the injected fuel reaches the cavity of the piston top surface inserted into the cylinder. It is preferable to inject fuel into the injection valve.

上記の構成によれば、噴射される燃料をキャビティ内に到達させることによって、燃料を有効に活用して予混合燃焼を行うことができる。また、キャビティから外れた燃料は、シリンダ内壁に付着してオイル希釈を引き起こし得る。それに対して、噴射される燃料をキャビティ内に到達させることによって、オイル希釈を抑制することができる。 According to said structure, by making the fuel injected in a cavity reach | attain, fuel can be utilized effectively and premixed combustion can be performed. Further, the fuel that is out of the cavity can adhere to the inner wall of the cylinder and cause oil dilution. On the other hand, oil dilution can be suppressed by causing the injected fuel to reach the cavity.

さらに、上記ディーゼルエンジンは、上記エンジン本体の気筒内に臨んで配設され且つ該気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁をさらに備え、上記制御部は、上記燃料噴射弁を通じた、上記気筒内への上記燃料の噴射形態を制御するように構成されており、上記低負荷側拡散領域及び高負荷側拡散領域では、拡散燃焼を主体とした主燃焼を行うために圧縮上死点付近において燃料を噴射する主噴射と、該主燃焼よりも前に前段燃焼を行うために当該主噴射よりも前のタイミングで燃料を噴射する前段噴射と、燃料の少なくとも一部が圧縮上死点後で下降している、上記気筒に嵌挿したピストン頂面のキャビティ内に至るように該主燃焼の最中に燃料を噴射するアフタ噴射とを該燃料噴射弁に行わせることが好ましい。 Furthermore, the diesel engine further includes a fuel injection valve that faces the cylinder of the engine body and directly injects fuel into the cylinder, and the control unit passes the fuel injection valve through the cylinder. In the low load side diffusion region and the high load side diffusion region, in order to perform main combustion mainly consisting of diffusion combustion, in the vicinity of the compression top dead center Main injection for injecting fuel, pre-injection for injecting fuel at a timing before the main injection to perform pre-stage combustion before the main combustion, and at least a part of the fuel after compression top dead center It is preferable to cause the fuel injection valve to perform after-injection in which fuel is injected during the main combustion so as to reach the cavity of the piston top surface inserted into the cylinder, which is descending .

上記の構成によれば、前段噴射を行うことによって、主噴射を開始する時点での気筒内の温度及び圧力を高めておくことができるため、着火遅れを短くして、拡散燃焼の制御性を向上させることができる。 According to the above configuration, since the temperature and pressure in the cylinder at the time of starting the main injection can be increased by performing the pre-stage injection, the ignition delay is shortened and the controllability of the diffusion combustion is improved. Can be improved .

本発明によれば、予混合燃焼を用いることによって、燃費及びエミッション性能を向上させることができる。また、低負荷側では拡散燃焼とすることによって、燃焼安定性を向上させることができる。さらに、高負荷側では拡散燃焼とすることによって、高負荷に応じた燃焼供給量に応え得る筒内酸素濃度とすることができると共に燃焼騒音を抑制することができる。 According to the present invention, fuel consumption and emission performance can be improved by using premixed combustion. In addition, combustion stability can be improved by performing diffusion combustion on the low load side. Furthermore, by performing diffusion combustion on the high load side, it is possible to obtain an in-cylinder oxygen concentration that can respond to the combustion supply amount corresponding to the high load and to suppress combustion noise.

ディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a diesel engine. ディーゼルエンジンの制御に係るブロック図である。It is a block diagram concerning control of a diesel engine. エンジンの状態に応じた燃焼モードを示すマップである。It is a map which shows the combustion mode according to the state of the engine. 低負荷側拡散領域における拡散燃焼モードにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。It is a figure which shows an example of the fuel injection form in the diffusion combustion mode in a low load side spreading | diffusion area | region, and an example of the log | history of the heat release rate accompanying it. 予混合燃焼モードにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。It is a figure which shows an example of the fuel injection form in a premix combustion mode, and an example of the log | history of the heat release rate in connection with it. 高負荷側拡散領域における拡散燃焼モードにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。It is a figure which shows an example of the fuel injection form in the diffusion combustion mode in a high load side diffusion area | region, and an example of the log | history of the heat release rate in connection with it. エンジン負荷及び回転数に対する筒内酸素濃度の変化特性図の一例である。It is an example of the change characteristic figure of cylinder oxygen concentration with respect to engine load and rotation speed.

以下、実施形態に係るディーゼルエンジンを図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１，２は、実施形態に係るエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の頂面にはリエントラント形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。このピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。 Hereinafter, the diesel engine which concerns on embodiment is demonstrated based on drawing. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature. 1 and 2 show a schematic configuration of an engine (engine body) 1 according to the embodiment. The engine 1 is a diesel engine that is mounted on a vehicle and is supplied with fuel mainly composed of light oil. The cylinder block 11 is provided with a plurality of cylinders 11a (only one is shown), and the cylinder A cylinder head 12 disposed on the block 11 and an oil pan 13 disposed on the lower side of the cylinder block 11 and storing lubricating oil are provided. In each cylinder 11a of the engine 1, a piston 14 is fitted and removably fitted. A top surface of the piston 14 is formed with a cavity defining a reentrant combustion chamber 14a. The piston 14 is connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 14b.

そうして、このエンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１５以下（例えば１４）とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによって排気エミッション性能の向上及び熱効率の向上を図るようにしている。 Thus, the engine 1 is configured to have a relatively low compression ratio with a geometric compression ratio of 12 or more and 15 or less (for example, 14), thereby improving exhaust emission performance and thermal efficiency. It is trying to improve.

上記シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。 In the cylinder head 12, an intake port 16 and an exhaust port 17 are formed for each cylinder 11a, and an intake valve 21 and an exhaust valve that open and close the opening of the intake port 16 and the exhaust port 17 on the combustion chamber 14a side. 22 are arranged respectively.

これら吸排気弁２１，２２をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁側には、当該排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称する）が設けられている。このＶＶＭ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を１つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。 In the valve systems that drive these intake and exhaust valves 21 and 22, respectively, a hydraulically operated variable mechanism that switches the operation mode of the exhaust valve 22 between a normal mode and a special mode on the exhaust valve side (see FIG. 2 below). VVM (Variable Valve Motion). Although detailed illustration of the configuration of the VVM 71 is omitted, two types of cams having different cam profiles, a first cam having one cam peak and a second cam having two cam peaks, and the first cam When a lost motion mechanism that selectively transmits the operating state of one of the first and second cams to the exhaust valve is included, and the operating state of the first cam is transmitted to the exhaust valve 22 The exhaust valve 22 operates in a normal mode in which the valve is opened only once during the exhaust stroke, whereas when the operating state of the second cam is transmitted to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22 is in the exhaust stroke. In addition, the valve operates in a special mode in which the exhaust is opened twice so that the valve is opened during the intake stroke.

ＶＶＭ７１の通常モードと特殊モードとの切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ（図示省略）から供給される油圧によって行われ、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用され得る。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行としては、排気の二度開きに限定されるものではなく、例えば吸気弁２１を２回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。尚、ＶＶＭ７１による内部ＥＧＲ制御は、主に燃料の着火性が低いエンジン１の冷間時に行われる。 Switching between the normal mode and the special mode of the VVM 71 is performed by hydraulic pressure supplied from an engine-driven hydraulic pump (not shown), and the special mode can be used in the control related to the internal EGR. In order to enable switching between the normal mode and the special mode, an electromagnetically driven valve system that drives the exhaust valve 22 by an electromagnetic actuator may be employed. The execution of the internal EGR is not limited to the double opening of the exhaust. For example, the internal EGR control may be performed by opening the intake valve 21 twice, or by opening the intake twice. An internal EGR control may be performed in which the burned gas remains by providing a negative overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are closed in the intake stroke. The internal EGR control by the VVM 71 is performed mainly when the engine 1 with low fuel ignitability is cold.

上記シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に各気筒１１ａ内の吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。上記インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されていて、基本的には圧縮行程上死点付近で、燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。このインジェクタ１８が燃料噴射弁を構成する。 The cylinder head 12 is provided with an injector 18 for injecting fuel, and a glow plug 19 for warming the intake air in each cylinder 11a and improving the ignitability of the fuel when the engine 1 is cold. The injector 18 is disposed such that its fuel injection port faces the combustion chamber 14a from the ceiling surface of the combustion chamber 14a. Basically, fuel is directly supplied to the combustion chamber 14a near the top dead center of the compression stroke. The injection is supplied. This injector 18 constitutes a fuel injection valve.

上記エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、上記エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。 An intake passage 30 is connected to one side of the engine 1 so as to communicate with the intake port 16 of each cylinder 11a. On the other hand, an exhaust passage 40 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 14a of each cylinder 11a is connected to the other side of the engine 1. In the intake passage 30 and the exhaust passage 40, as will be described in detail later, a large turbocharger 61 and a small turbocharger 62 for supercharging intake air are disposed.

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。 An air cleaner 31 that filters intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 30. On the other hand, a surge tank 33 is disposed near the downstream end of the intake passage 30. The intake passage 30 downstream of the surge tank 33 is an independent passage branched for each cylinder 11a, and the downstream end of each independent passage is connected to the intake port 16 of each cylinder 11a.

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、大型及び小型ターボ過給機６１，６２のコンプレッサ６１ａ，６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、上記各気筒１１ａの燃焼室１４ａへの吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。このスロットル弁３６は、基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。 Between the air cleaner 31 and the surge tank 33 in the intake passage 30, compressors 61a and 62a of the large and small turbochargers 61 and 62, and an intercooler 35 for cooling the air compressed by the compressors 61a and 62a, A throttle valve 36 for adjusting the amount of intake air into the combustion chamber 14a of each cylinder 11a is provided. The throttle valve 36 is basically fully opened, but is fully closed when the engine 1 is stopped so that no shock is generated.

上記排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。 The upstream portion of the exhaust passage 40 is constituted by an exhaust manifold having an independent passage branched for each cylinder 11a and connected to the outer end of the exhaust port 17 and a collecting portion where the independent passages gather. Yes.

この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂ、大型ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。 On the downstream side of the exhaust manifold in the exhaust passage 40, the turbine 62b of the small turbocharger 62, the turbine 61b of the large turbocharger 61, and exhaust for purifying harmful components in the exhaust gas in order from the upstream side. A purification device 41 and a silencer 42 are provided.

この排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａ及びフィルタ４１ｂは１つのケース内に収容されている。上記酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促すものである。また、上記フィルタ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。尚、フィルタ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。 The exhaust purification device 41 includes an oxidation catalyst 41a and a diesel particulate filter (hereinafter referred to as a filter) 41b, which are arranged in this order from the upstream side. The oxidation catalyst 41a and the filter 41b are accommodated in one case. The oxidation catalyst 41a has an oxidation catalyst supporting platinum or platinum added with palladium or the like, and promotes a reaction in which CO and HC in the exhaust gas are oxidized to produce CO ₂ and H ₂ O. Is. The filter 41b collects particulates such as soot contained in the exhaust gas of the engine 1. The filter 41b may be coated with an oxidation catalyst.

上記吸気通路３０における上記サージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型コンプレッサ６２ａよりも下流側部分）と、上記排気通路４０における上記排気マニホールドと小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５１によって接続されている（高圧ＥＧＲ手段）。この排気ガス還流通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための排気ガス還流弁５１ａと、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設されている。この排気ガス還流弁５１ａがＥＧＲ弁を構成する。 A portion of the intake passage 30 between the surge tank 33 and the throttle valve 36 (that is, a portion downstream of the small compressor 62a of the small turbocharger 62), the exhaust manifold and the small turbocharger in the exhaust passage 40. The portion between the turbocharger 62 and the small turbine 62 b (that is, the upstream portion of the small turbocharger 62 from the small turbine 62 b) is an exhaust gas recirculation for recirculating a part of the exhaust gas to the intake passage 30. They are connected by a passage 51 (high pressure EGR means). The exhaust gas recirculation passage 51 is provided with an exhaust gas recirculation valve 51a for adjusting the recirculation amount of the exhaust gas to the intake passage 30, and an EGR cooler 52 for cooling the exhaust gas with engine cooling water. ing. This exhaust gas recirculation valve 51a constitutes an EGR valve.

大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間に配設されている。一方、大型タービン６１ｂは、排気通路４０における排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。 The large turbocharger 61 has a large compressor 61 a disposed in the intake passage 30 and a large turbine 61 b disposed in the exhaust passage 40. The large compressor 61 a is disposed between the air cleaner 31 and the intercooler 35 in the intake passage 30. On the other hand, the large turbine 61b is disposed between the exhaust manifold and the oxidation catalyst 41a in the exhaust passage 40.

小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０における大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。 The small turbocharger 62 has a small compressor 62 a disposed in the intake passage 30 and a small turbine 62 b disposed in the exhaust passage 40. The small compressor 62 a is disposed on the downstream side of the large compressor 61 a in the intake passage 30. On the other hand, the small turbine 62 b is disposed on the upstream side of the large turbine 61 b in the exhaust passage 40.

すなわち、吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された上記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。 That is, in the intake passage 30, a large compressor 61a and a small compressor 62a are arranged in series from the upstream side, and in the exhaust passage 40, a small turbine 62b and a large turbine 61b are arranged in series from the upstream side. Has been. The large and small turbines 61b and 62b are rotated by the exhaust gas flow, and the large and small compressors 61a and 62a connected to the large and small turbines 61b and 62b are rotated by the rotation of the large and small turbines 61b and 62b, respectively. Each operates.

小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。 The small turbocharger 62 is relatively small, and the large turbocharger 61 is relatively large. That is, the large turbine 61 b of the large turbocharger 61 has a larger inertia than the small turbine 62 b of the small turbocharger 62.

吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする小型吸気バイパス通路６３が接続されている。この小型吸気バイパス通路６３には、該小型吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この小型吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（ノーマルクローズ）となるように構成されている。 A small intake bypass passage 63 that bypasses the small compressor 62 a is connected to the intake passage 30. The small intake bypass passage 63 is provided with a small intake bypass valve 63 a for adjusting the amount of air flowing to the small intake bypass passage 63. The small intake bypass valve 63a is configured to be in a fully closed state (normally closed) when no power is supplied.

一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ６５ａが配設されている。レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａは共に、無通電時には全開状態（ノーマルオープン）となるように構成されている。 On the other hand, the exhaust passage 40 is connected to a small exhaust bypass passage 64 that bypasses the small turbine 62b and a large exhaust bypass passage 65 that bypasses the large turbine 61b. The small exhaust bypass passage 64 is provided with a regulating valve 64a for adjusting the exhaust amount flowing to the small exhaust bypass passage 64, and the large exhaust bypass passage 65 has an exhaust amount flowing to the large exhaust bypass passage 65. A wastegate valve 65a for adjusting the pressure is provided. Both the regulating valve 64a and the waste gate valve 65a are configured to be in a fully open state (normally open) when no power is supplied.

これら大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２は、それらが配設された吸気通路３０及び排気通路４０の部分も含めて、一体的にユニット化されて、過給機ユニット６０を構成している。この過給機ユニット６０がエンジン１に取り付けられている。 The large turbocharger 61 and the small turbocharger 62 are integrated into a single unit including the intake passage 30 and the exhaust passage 40 in which the large turbocharger 61 and the small turbocharger 62 are arranged, thereby forming a supercharger unit 60. doing. The supercharger unit 60 is attached to the engine 1.

このように構成されたディーゼルエンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御部を構成する。ＰＣＭ１０には、図２に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、サージタンク３３に取り付けられて、燃焼室１４ａに供給される空気の圧力を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ４、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ５、吸気中の二酸化炭素濃度を検出する吸気ＣＯ_２センサＳＷ６、及び、排気中の二酸化炭素濃度を検出する排気ＣＯ_２センサＳＷ７の検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ１８、グロープラグ１９，動弁系のＶＶＭ７１、各種の弁３６、５１ａ、５３ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａのアクチュエータへ制御信号を出力する。 The diesel engine 1 configured as described above is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as PCM) 10. The PCM 10 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units. The PCM 10 constitutes a control unit. As shown in FIG. 2, the PCM 10 includes a water temperature sensor SW1 that detects the temperature of the engine cooling water, a supercharging pressure sensor SW2 that is attached to the surge tank 33 and detects the pressure of the air supplied to the combustion chamber 14a, An intake air temperature sensor SW3 that detects the temperature of the intake air, a crank angle sensor SW4 that detects the rotation angle of the crankshaft 15, and an accelerator opening sensor that detects an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle. Detection signals of SW5, an intake CO ₂ sensor SW6 for detecting the carbon dioxide concentration in the intake air, and an exhaust CO ₂ sensor SW7 for detecting the carbon dioxide concentration in the exhaust gas are input, and various calculations are performed based on these detection signals. To determine the state of the engine 1 and the vehicle, and according to this, the injector 18, the glow plug 19, and the valve train VVM71, various valves 36,51a, 53a, and outputs 63a, 64a, the actuator to control signals 65a.

（エンジンの燃焼制御の概要）
上記ＰＣＭ１０によるエンジン１の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて目標トルク（目標となるエンジン負荷）を決定し、これに対応する燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ１８の作動制御によって実現するものである。目標トルクは、アクセル開度が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど、大きくなるように設定され、目標トルクとエンジン回転数とに基づいて燃料の噴射量が設定される。噴射量は、目標トルクが高くなるほど、また、エンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。また、スロットル弁３６や排気ガス還流弁５１ａの開度の制御（外部ＥＧＲ制御）や、ＶＶＭ７１の制御（内部ＥＧＲ制御）によって、気筒１１ａ内への排気の還流割合（ＥＧＲ率）を制御する。 (Outline of engine combustion control)
The basic control of the engine 1 by the PCM 10 mainly determines a target torque (target engine load) based on the accelerator opening, and the fuel injection amount and injection timing corresponding to the target torque are determined by the operation of the injector 18. It is realized by control. The target torque is set so as to increase as the accelerator opening increases and the engine speed increases, and the fuel injection amount is set based on the target torque and the engine speed. The injection amount is set to increase as the target torque increases and as the engine speed increases. Further, the recirculation ratio (EGR rate) of the exhaust gas into the cylinder 11a is controlled by controlling the opening degree of the throttle valve 36 and the exhaust gas recirculation valve 51a (external EGR control) and by controlling the VVM 71 (internal EGR control).

図３は、エンジン１の半暖機及び温間時の、エンジンの状態に応じた燃焼モードを示すマップである。図３に示すように、エンジン１は、半暖機及び温間時には、エンジン回転数とエンジン負荷（燃料の実総噴射量）とに応じて、複数の運転領域が設定され、各運転領域毎に燃焼モードが設定されている。運転領域Ａは、定常状態においてＥＧＲが実行されると共に、燃焼モードが予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとで切り替えられる運転領域である。運転領域Ａは、相対的に低回転でかつ低負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域Ａは、エンジンの回転数を低回転側と高回転側との２つに分けた場合の低回転側であって、エンジンの負荷を低負荷側と高負荷側との２つに分けた場合の低負荷側の領域である。 FIG. 3 is a map showing the combustion mode according to the state of the engine when the engine 1 is half warmed up and warm. As shown in FIG. 3, when the engine 1 is semi-warm and warm, a plurality of operation areas are set according to the engine speed and the engine load (actual total fuel injection amount). Is set to combustion mode. The operation region A is an operation region in which EGR is executed in a steady state and the combustion mode is switched between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode. The operation area A is an operation area with a relatively low rotation and a low load. Specifically, the operation region A is a low rotation side when the engine speed is divided into a low rotation side and a high rotation side, and the engine load is 2 between the low load side and the high load side. This is the area on the low load side when divided into two.

以下、各運転領域の燃料噴射形態について、図４〜６を参照しながら説明する。尚、図４〜図６に示す燃料噴射量や熱発生率は、これらの図を相互に比較したときに、必ずしも、相対的な燃料噴射量の大小や熱発生率の大小を示してはいない。 Hereinafter, the fuel injection mode in each operation region will be described with reference to FIGS. The fuel injection amount and heat generation rate shown in FIGS. 4 to 6 do not necessarily indicate the relative fuel injection amount or the heat generation rate when these figures are compared with each other. .

図４は、運転領域ａ１における燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域ａ１は、運転領域Ａ内の領域であって、アイドル領域を含む、相対的に低負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域ａ１は、運転領域Ａを、エンジンの負荷の低負荷と中負荷と高負荷との３つに分けた場合の低負荷の領域である。この運転領域ａ１では、ＰＣＭ１０は、拡散燃焼モードとなり、エンジン１に拡散燃焼を生じさせる。拡散燃焼とは、燃料と空気とが拡散及び混合しながら燃焼が進行していく燃焼であって、換言すれば、燃料噴射と燃焼とが時間的に一部重なる燃焼である。この拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、着火遅れが短いため、燃焼の開始タイミングを制御し易い。また、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼が緩慢であるため、燃焼圧が低く燃焼騒音が小さくなる。 FIG. 4 shows an example (lower diagram) of the history of fuel injection in the operating region a1 (upper diagram) and the associated heat release rate in the cylinder 11a. The operation region a1 is a region in the operation region A, and is a relatively low load operation region including an idle region. Specifically, the operation area a1 is an area of low load when the operation area A is divided into three, low load, medium load, and high load of the engine. In this operation region a1, the PCM 10 is in the diffusion combustion mode and causes the engine 1 to perform diffusion combustion. Diffusion combustion is combustion in which combustion proceeds while fuel and air are diffused and mixed, in other words, fuel injection and combustion partially overlap in time. Since this diffusion combustion has a shorter ignition delay than premixed combustion, it is easy to control the start timing of combustion. In addition, since diffusion combustion is slower than premixed combustion, combustion pressure is low and combustion noise is reduced.

運転領域ａ１における燃料噴射形態は、圧縮上死点前の圧縮行程中において、比較的噴射量の多い燃料噴射（プレ噴射）を、所定の時間間隔を空けて２回実行すると共に、圧縮上死点付近において、比較的パルス幅の短い主噴射を実行し、さらにその後に、１回の燃料噴射（アフタ噴射）を実行する。従って、この運転領域ａ１では、合計４回の燃料噴射を実行する。プレ噴射は、十分な熱発生率を有するプレ燃焼を、その熱発生率のピークが圧縮上死点前の所定の時期に発生するように、生起させる。換言すれば、主燃焼の開始前にプレ燃焼を生起させ、それにより主噴射を開始する時点での気筒１１ａ内の温度及び圧力を高めておく。このことは主噴射により噴射された燃料の着火遅れ時間を短くする。主噴射は、図例で示すように圧縮上死点前の所定のタイミング、又は、圧縮上死点で噴射を開始するが、着火遅れ時間が短いことで、その主噴射に伴う主燃焼は圧縮上死点付近において開始するようになる。このことは、熱効率の向上、ひいては燃費の向上に有利になり得る。また、上記の燃焼は、その後の主燃焼の熱発生率の上昇を緩慢にさせる。このことは燃焼騒音を低減させて、ＮＶＨ（Noise Vibration Harshness)性能を高める上で有利になり得る。つまり、プレ噴射及びそれに伴うプレ燃焼は、主燃焼の制御性を高めて主燃焼を所望のタイミングで発生させ、それにより、燃費の向上及びＮＶＨ性能の向上に有利になり得る。アフタ噴射は、主燃焼の最中、言い換えると主燃焼によって熱発生している最中に実行される燃料噴射であり、アフタ噴射によって噴射された燃料噴霧の少なくとも一部は、圧縮上死点後で下降しているピストン１４のキャビティ内に至る。好ましくは、アフタ噴射によって噴射された燃料噴霧の大部分がキャビティ内に至る。このアフタ噴射は、主燃焼を促進して後燃え期間を短縮させる。すなわち、アフタ噴射の実行は、主燃焼の立ち上がりに対しては何の影響を与えることなく、その燃焼期間を短くすることを可能にする。このことは、トルク向上に有利になり、ひいては燃費の向上に寄与し得る。 In the fuel injection mode in the operation region a1, during the compression stroke before the compression top dead center, fuel injection with a relatively large injection amount (pre-injection) is executed twice with a predetermined time interval, and compression top dead In the vicinity of the point, main injection with a relatively short pulse width is executed, and then one fuel injection (after injection) is executed. Accordingly, a total of four fuel injections are executed in this operation region a1. The pre-injection causes pre-combustion having a sufficient heat generation rate so that the peak of the heat generation rate occurs at a predetermined time before compression top dead center. In other words, pre-combustion occurs before the start of main combustion, thereby increasing the temperature and pressure in the cylinder 11a at the time of starting main injection. This shortens the ignition delay time of the fuel injected by the main injection. Main injection starts injection at a predetermined timing before compression top dead center or at compression top dead center as shown in the figure, but the main combustion associated with the main injection is compressed because the ignition delay time is short. Starts near top dead center. This can be advantageous for improving thermal efficiency and thus fuel economy. Moreover, said combustion makes the rise in the heat release rate of the subsequent main combustion slow. This can be advantageous in reducing combustion noise and improving NVH (Noise Vibration Harshness) performance. That is, the pre-injection and the accompanying pre-combustion can increase the controllability of the main combustion to generate the main combustion at a desired timing, which can be advantageous for improving fuel efficiency and NVH performance. After-injection is fuel injection that is performed during main combustion, in other words, during heat generation by main combustion, and at least part of the fuel spray injected by after-injection is after compression top dead center. It reaches in the cavity of the piston 14 descending. Preferably, most of the fuel spray injected by after injection reaches the cavity. This after injection accelerates the main combustion and shortens the afterburn period. That is, the execution of the after injection makes it possible to shorten the combustion period without affecting the rising of the main combustion. This is advantageous for improving the torque and can contribute to improving the fuel efficiency.

図５は、運転領域ａ２における燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域ａ２は、運転領域Ａ内の領域であって、相対的に中負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域ａ２は、運転領域Ａを、エンジンの負荷の低負荷と中負荷と高負荷との３つに分けた場合の中負荷の領域である。この運転領域ａ２では、ＰＣＭ１０は、予混合燃焼モードとなり、エンジン１に予混合燃焼を生じさせる。予混合燃焼とは、燃料と空気とを混合させた後に着火させる燃焼であって、換言すれば、燃料噴射後に燃焼が開始する燃焼である。この予混合燃焼は、燃料と空気とがある程度混合された上での燃焼であるため、気筒１１ａ内の酸素を有効に使うことができ、筒内酸素濃度が低い場合でもスモークの発生を抑制することができる。 FIG. 5 shows an example (lower diagram) of the history of fuel injection in the operating region a2 (upper diagram) and the associated heat release rate in the cylinder 11a. The operation region a2 is a region in the operation region A, and is a relatively medium load operation region. Specifically, the operation region a2 is a medium load region in the case where the operation region A is divided into three of a low load, a medium load, and a high load of the engine. In this operation region a2, the PCM 10 enters the premixed combustion mode and causes the engine 1 to perform premixed combustion. The premixed combustion is combustion that is ignited after mixing fuel and air, in other words, combustion in which combustion starts after fuel injection. Since this premixed combustion is combustion after fuel and air are mixed to some extent, oxygen in the cylinder 11a can be used effectively, and even when the in-cylinder oxygen concentration is low, the generation of smoke is suppressed. be able to.

運転領域ａ２における燃料噴射形態は、圧縮行程中（圧縮上死点前）において、所定の時間間隔を空けて３回の燃料噴射を実行すると共に、相対的に早いタイミングで噴射する燃料噴射量を相対的に多く、相対的に遅いタイミングで噴射する燃料噴射量を相対的に少なくしている。これは、可及的に多くの燃料を早期に噴射することで、燃料の予混合性を高めるためである。また、３回の燃料噴射は、その各回の噴射によって噴射された燃料の全てが、キャビティ内に至るタイミングで実行される。こうして噴射した燃料は、空気と十分に混合された状態で圧縮上死点付近において自着火により燃焼する。このような予混合燃焼モードは、燃費及び排気エミッションの点で有利になる。すなわち、予混合燃焼（図中の実線）は、破線で示す拡散燃焼に比べて燃焼期間が短いため、所望の時期にまとまったトルクを発生することができ、燃費を向上させることができる。 The fuel injection mode in the operation region a2 is that during the compression stroke (before compression top dead center), fuel injection is performed three times with a predetermined time interval, and the fuel injection amount to be injected at a relatively early timing is set. The amount of fuel injection injected at relatively late timing is relatively small. This is because fuel premixability is improved by injecting as much fuel as possible as early as possible. Further, the three fuel injections are executed at the timing when all of the fuel injected by each injection reaches the cavity. The fuel injected in this way is burned by self-ignition near the compression top dead center while being sufficiently mixed with air. Such a premixed combustion mode is advantageous in terms of fuel consumption and exhaust emission. That is, since the premixed combustion (solid line in the figure) has a shorter combustion period than the diffusion combustion shown by the broken line, it is possible to generate a torque that is gathered at a desired time and improve fuel efficiency.

図６は、運転領域ａ３における燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域ａ３は、運転領域Ａ内の領域であって、相対的に高負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域ａ３は、運転領域Ａを、エンジンの負荷の低負荷と中負荷と高負荷との３つに分けた場合の高負荷の領域である。この運転領域ａ３では、ＰＣＭ１０は、拡散燃焼モードとなり、エンジン１に拡散燃焼を生じさせる。運転領域ａ３における燃料噴射形態は、圧縮上死点前の圧縮行程中において、比較的噴射量の多い燃料噴射（プレ噴射）を１回実行すると共に、圧縮上死点付近において、比較的パルス幅の短い主噴射を実行し、さらにその後に、１回の燃料噴射（アフタ噴射）を実行する。従って、この運転領域ａ３では、合計３回の燃料噴射を実行する。運転領域ａ３の拡散燃焼モードにおいても、プレ噴射及びそれに伴うプレ燃焼によって、主燃焼の制御性を高めて主燃焼を所望のタイミングで発生させ、それにより、燃費の向上及びＮＶＨ性能の向上させることができる。すなわち、拡散燃焼（図中の実線）は、破線で示す予混合燃焼に比べて熱発生率の上昇が緩慢になるため、熱発生率の最大値を抑制することができ、燃焼騒音を抑制することができる。運転領域ａ３では、低負荷側の運転領域ａ１に比べて、燃料噴射量が多いため、この燃焼騒音の抑制が特に有効となる。 FIG. 6 shows an example (lower diagram) of the history of fuel injection in the operating region a3 (upper diagram) and the associated heat release rate in the cylinder 11a. The operation region a3 is a region within the operation region A and is a relatively high load operation region. Specifically, the operation area a3 is a high-load area when the operation area A is divided into three engine loads, a low load, an intermediate load, and a high load. In this operation region a3, the PCM 10 enters the diffusion combustion mode, and causes the engine 1 to perform diffusion combustion. In the fuel injection mode in the operation region a3, fuel injection (pre-injection) with a relatively large injection amount is performed once during the compression stroke before the compression top dead center, and the pulse width is relatively close to the compression top dead center. The short main injection is executed, and thereafter, one fuel injection (after injection) is executed. Accordingly, in this operation region a3, a total of three fuel injections are executed. Even in the diffusion combustion mode of the operation region a3, the pre-injection and the accompanying pre-combustion increase the controllability of the main combustion to generate the main combustion at a desired timing, thereby improving the fuel consumption and the NVH performance. Can do. That is, in diffusion combustion (solid line in the figure), since the increase in the heat generation rate is slower than in the premixed combustion indicated by the broken line, the maximum value of the heat generation rate can be suppressed and combustion noise is suppressed. be able to. Since the fuel injection amount is larger in the operation region a3 than in the operation region a1 on the low load side, this suppression of combustion noise is particularly effective.

運転領域Ｂでは、ＰＣＭ１０は、予混合燃焼モードとなることはなく、常に拡散燃焼モードとなり、エンジン１に拡散燃焼を生じさせる。運転領域Ｂにおける燃料噴射形態は、エンジン１の負荷及び回転数に応じて、プレ噴射の有無、回数及びタイミング、主噴射の回数及びタイミング、並びにアフタ噴射の有無、回数及びタイミングが様々に設定される。 In the operation region B, the PCM 10 does not enter the premixed combustion mode, always enters the diffusion combustion mode, and causes the engine 1 to perform diffusion combustion. As for the fuel injection mode in the operation region B, the presence / absence, number and timing of pre-injection, the number and timing of main injection, and the presence / absence, number and timing of after-injection are set in accordance with the load and rotation speed of the engine 1. The

また、ＰＣＭ１０は、各運転領域で所望の燃焼を実行させるために、エンジン１の運転状態に応じて排気ガス還流弁５１ａを制御することによって気筒１１ａ内の酸素濃度を調整している。図７は、エンジン負荷及び回転数に対する筒内酸素濃度の変化特性図の一例を示している。図７に示すように、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷の増大に伴って、筒内酸素濃度が一旦減少して極小となった後、増加するように、排気ガス還流弁５１ａの開度を制御する。 Further, the PCM 10 adjusts the oxygen concentration in the cylinder 11a by controlling the exhaust gas recirculation valve 51a in accordance with the operation state of the engine 1 in order to execute desired combustion in each operation region. FIG. 7 shows an example of a change characteristic chart of the in-cylinder oxygen concentration with respect to the engine load and the rotational speed. As shown in FIG. 7, the PCM 10 increases the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51 a so that the in-cylinder oxygen concentration once decreases and becomes minimum as the required load of the engine 1 increases and then increases. Control.

詳しくは、上記低負荷側拡散領域ａ１では、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が増大するにつれて、排気ガス還流弁５１ａを、筒内酸素濃度が減少するように、即ち、開度が大きくなるように制御する。ＰＣＭ１０は、筒内酸素濃度が所定値となるまでは、拡散燃焼モードとなる。この所定値は、予混合燃焼が可能な筒内酸素濃度である。 More specifically, in the low load side diffusion region a1, the PCM 10 causes the exhaust gas recirculation valve 51a to decrease the in-cylinder oxygen concentration, that is, to increase the opening as the required load of the engine 1 increases. To control. The PCM 10 is in the diffusion combustion mode until the in-cylinder oxygen concentration reaches a predetermined value. This predetermined value is the in-cylinder oxygen concentration capable of premixed combustion.

そして、筒内酸素濃度が所定値以上となると、ＰＣＭ１０は、予混合燃焼モードとなる。換言すれば、エンジン１の運転状態が予混合領域ａ２となるときには、ＰＣＭ１０は、筒内酸素濃度が所定値以上となるように、排気ガス還流弁５１ａを制御する。尚、図中のハッチング部分が予混合領域ａ２を示している。予混合領域では、ＰＣＭ１は、エンジン１の要求負荷が増大するにつれて、排気ガス還流弁５１ａを、筒内酸素濃度が一旦減少した後上昇に転じるように、即ち、低負荷側では開度が大きくなるものの、やがて極大となり、高負荷側では開度が小さくなるように制御する。 When the in-cylinder oxygen concentration becomes a predetermined value or more, the PCM 10 enters the premixed combustion mode. In other words, when the operating state of the engine 1 is in the premixing region a2, the PCM 10 controls the exhaust gas recirculation valve 51a so that the in-cylinder oxygen concentration becomes equal to or higher than a predetermined value. In addition, the hatching part in a figure has shown the premixing area | region a2. In the premixing region, the PCM 1 causes the exhaust gas recirculation valve 51a to turn upward after the in-cylinder oxygen concentration once decreases as the required load of the engine 1 increases, that is, the opening degree increases on the low load side. However, the maximum value is eventually reached and the opening degree is controlled to be smaller on the high load side.

予混合領域ａ２よりも高負荷側の領域である高負荷側拡散領域ａ３では、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が増大するにつれて、排気ガス還流弁５１ａを、筒内酸素濃度が上昇するように、即ち、開度が小さくなるように制御する。つまり、エンジン１の負荷が大きくなるにつれて、気筒１１ａ内からＥＧＲガスが減少していく。 In the high load side diffusion region a3, which is a region on the higher load side than the premixing region a2, the PCM 10 causes the exhaust gas recirculation valve 51a to increase the in-cylinder oxygen concentration as the required load of the engine 1 increases. That is, control is performed so that the opening degree becomes small. That is, as the load on the engine 1 increases, the EGR gas decreases from the cylinder 11a.

このように、予混合領域ａ２では、低負荷側及び高負荷側拡散領域ａ１，ａ３よりも筒内酸素濃度が低くなるように調整される。つまり、予混合燃焼を行うためには、気筒１１ａ内に燃料を噴射した後、着火するまでの間に燃料と空気とを十分に混合する必要があるため、ある程度の着火遅れが必要である。そこで、予混合領域ａ２では、排気ガス還流弁５１ａの開度を大きくして筒内酸素濃度を低くしている。このように、予混合領域ａ２では、筒内酸素濃度を抑えることによって着火遅れを確保して、予混合燃焼を実現可能な環境を作り出している。 As described above, in the premixing region a2, the in-cylinder oxygen concentration is adjusted to be lower than that in the low load side and high load side diffusion regions a1 and a3. That is, in order to perform the premixed combustion, it is necessary to sufficiently mix the fuel and the air before the ignition is performed after the fuel is injected into the cylinder 11a. Therefore, a certain ignition delay is required. Therefore, in the premix region a2, the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a is increased to reduce the in-cylinder oxygen concentration. Thus, in the premixing region a2, an ignition delay is ensured by suppressing the in-cylinder oxygen concentration, thereby creating an environment in which premixed combustion can be realized.

一方、エンジン１の要求負荷が低い領域では、気筒１１ａ内に供給される燃料が少ないため、燃焼が不安定となる傾向にある。そのため、ＥＧＲガスを気筒１１ａ内に大量に導入することは好ましくなく、筒内酸素濃度を可及的に高めて、燃焼が安定する環境を作る必要がある。そこで、低負荷側拡散領域ａ１では、排気ガス還流弁５１ａの開度を小さくすることによって、筒内酸素濃度を高めている。そして、筒内酸素濃度が高い場合には、着火遅れを十分に確保できないため、気筒１１ａ内に燃焼を噴射すると、燃料と空気とが混合される前に燃焼が開始してしまい、予混合燃焼を行うことが難しい。そこで、この領域ａ１における燃焼形態を拡散燃焼としている。そもそも、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼の開始タイミングの制御が容易であるため、このような燃焼が不安定な環境においては拡散燃焼の方が燃焼の安定化の観点からは好ましい。 On the other hand, in a region where the required load of the engine 1 is low, the amount of fuel supplied into the cylinder 11a is small, so that combustion tends to become unstable. For this reason, it is not preferable to introduce a large amount of EGR gas into the cylinder 11a, and it is necessary to increase the in-cylinder oxygen concentration as much as possible to create an environment in which combustion is stable. Therefore, in the low load side diffusion region a1, the in-cylinder oxygen concentration is increased by reducing the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a. When the in-cylinder oxygen concentration is high, the ignition delay cannot be sufficiently secured. Therefore, when the combustion is injected into the cylinder 11a, the combustion starts before the fuel and air are mixed, and the premixed combustion is performed. Difficult to do. Therefore, the combustion mode in this region a1 is diffusion combustion. In the first place, diffusion combustion is easier to control the start timing of combustion than premixed combustion, and therefore diffusion combustion is preferable from the viewpoint of stabilization of combustion in an environment where such combustion is unstable. .

また、エンジン１の要求負荷が高い領域では、燃料供給量（即ち、燃料噴射量）が多くなる。燃料供給量が多くなると、その供給量に応えるべく、筒内酸素濃度を高める必要がある。そこで、高負荷側拡散領域ａ３では、排気ガス還流弁５１ａの開度を小さくすることによって、筒内酸素濃度を高めている。そして、筒内酸素濃度が高くなると、着火遅れを十分に確保できなくなり、予混合燃焼を行うことが難しくなる。そのため、この領域ａ３における燃焼形態を拡散燃焼としている。また、高負荷側拡散領域ａ３では、燃料供給量が多いため、燃焼騒音が大きくなる。それに対して、高負荷側拡散領域ａ３では、燃焼形態を拡散燃焼とすることによって、燃焼騒音を小さくして、ＮＶＨ性能を向上させている。つまり、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼圧が低いため、燃焼騒音が小さい点で有利である。 Further, in a region where the required load of the engine 1 is high, the fuel supply amount (that is, the fuel injection amount) increases. When the fuel supply amount increases, it is necessary to increase the in-cylinder oxygen concentration in order to meet the supply amount. Therefore, in the high load side diffusion region a3, the in-cylinder oxygen concentration is increased by reducing the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a. When the in-cylinder oxygen concentration becomes high, it becomes impossible to ensure a sufficient ignition delay, and it becomes difficult to perform premixed combustion. Therefore, the combustion mode in this region a3 is diffusion combustion. Moreover, in the high load side diffusion region a3, the amount of fuel supply is large, so that combustion noise increases. On the other hand, in the high load side diffusion region a3, the combustion noise is reduced and the NVH performance is improved by setting the combustion form to diffusion combustion. That is, diffusion combustion is advantageous in that the combustion noise is low because the combustion pressure is lower than that of premixed combustion.

一方、エンジン１の回転数が相対的に高回転（例えば、２２００ｒｐｍ以上）であるときには、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷の増大に伴って、筒内酸素濃度が一旦減少して極小となった後、上昇するように、排気ガス還流弁５１ａの開度を制御するものの、筒内酸素濃度が極小となっても予混合燃焼を実現可能な値までは減少しない（図７の一点鎖線参照）。つまり、エンジン１の回転数が高回転の場合は、ピストン１４の動きが速いため、噴射された燃料の全てをキャビティ内に到達させることが可能な噴射期間は短くなる。そのため、予混合燃焼に適したタイミングで燃焼噴射を実行することが難しい。そこで、エンジン１の回転数が相対的に高回転の領域では、エンジン１の燃焼を拡散燃焼とし、それに合わせて、筒内酸素濃度を低下させ過ぎないようにし、その極小値を拡散燃焼を実行し得る範囲に収めている。こうして、エンジン１の高回転領域では拡散燃焼とすることによって燃焼を安定させることができる。それに加えて、拡散燃焼を実行し得る範囲内で筒内酸素濃度を低下させることによって、エミッション性能を向上させることができる。 On the other hand, when the rotational speed of the engine 1 is relatively high (for example, 2200 rpm or more), the in-cylinder oxygen concentration temporarily decreases with the increase in the required load of the engine 1 and becomes minimum. Thereafter, the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a is controlled so as to rise, but even if the in-cylinder oxygen concentration becomes minimum, it does not decrease to a value at which premixed combustion can be realized (see the one-dot chain line in FIG. 7). . That is, when the rotational speed of the engine 1 is high, the piston 14 moves fast, so the injection period during which all of the injected fuel can reach the cavity is shortened. Therefore, it is difficult to execute combustion injection at a timing suitable for premixed combustion. Therefore, in a region where the rotational speed of the engine 1 is relatively high, the combustion of the engine 1 is diffused combustion, and accordingly, the in-cylinder oxygen concentration is not excessively lowered, and the diffusive combustion is executed with the minimum value. It is within the possible range. Thus, combustion can be stabilized by performing diffusion combustion in the high rotation region of the engine 1. In addition, the emission performance can be improved by reducing the in-cylinder oxygen concentration within a range where diffusion combustion can be performed.

つまり、ＰＣＭ１０は、上記の燃料噴射形態の切替に加えて、排気ガス還流弁５１ａを制御することによって、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとを切り替えている。詳しくは、ＰＣＭ１０は、排気ガス還流弁５１ａを上述のように制御すると共に、各センサのの出力から筒内酸素濃度を算出して、算出された筒内酸素濃度が予混合燃焼に対応する範囲（図７のハッチング領域）内であれば予混合燃焼モードとなり、算出された筒内酸素濃度が拡散燃焼に対応する範囲内であれば拡散燃焼モードとなる。筒内酸素濃度の算出は、例えば、エアフローセンサ（図示省略）、過給圧センサＳＷ２、排気流量センサ（図示省略）及び排気酸素濃度センサ（図示省略）等の出力に基づいて算出される。ただし、筒内酸素濃度の算出方法は、これに限られるものではない。 That is, the PCM 10 switches between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode by controlling the exhaust gas recirculation valve 51a in addition to the switching of the fuel injection mode. Specifically, the PCM 10 controls the exhaust gas recirculation valve 51a as described above, calculates the in-cylinder oxygen concentration from the output of each sensor, and the calculated in-cylinder oxygen concentration corresponds to the premixed combustion range. If it is within the hatched region (FIG. 7), the premixed combustion mode is set, and if the calculated in-cylinder oxygen concentration is within a range corresponding to diffusion combustion, the diffusion combustion mode is set. The in-cylinder oxygen concentration is calculated, for example, based on outputs from an air flow sensor (not shown), a supercharging pressure sensor SW2, an exhaust flow rate sensor (not shown), an exhaust oxygen concentration sensor (not shown), and the like. However, the method for calculating the in-cylinder oxygen concentration is not limited to this.

尚、エンジン１が半暖機（例えば、エンジン水温が４０℃）となる前、即ち、冷間時には、排気浄化装置４１を活性化させるべく、内部ＥＧＲにより筒内温度を高めたり、グロープラグ１９がＯＮ状態となっており、予混合燃焼を行うことができない。そのため、エンジン１が半暖機となる前は、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードの切替は実行されず、拡散燃焼を基本とした冷間時特有の燃焼制御が行われる。 In addition, before the engine 1 becomes semi-warm (for example, when the engine water temperature is 40 ° C.), that is, when it is cold, the in-cylinder temperature is increased by the internal EGR or the glow plug 19 to activate the exhaust purification device 41. Is in an ON state, and premixed combustion cannot be performed. Therefore, before the engine 1 is semi-warm up, switching between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode is not executed, and combustion control peculiar to cold time based on diffusion combustion is performed.

したがって、本実施形態によれば、予混合燃焼を行う予混合領域ａ２を設けることによって、燃費を向上させることができると共にエミッション性能を向上させることができる。特に、上記エンジン１は低圧縮比のエンジンであるため、圧縮端温度が低く、着火遅れを確保し易い。そのため、予混合領域を拡大することができる。また、予混合領域ａ２では、ＥＧＲガスを増量しているため、エミッション性能をさらに向上させることができる。 Therefore, according to the present embodiment, by providing the premixed region a2 in which the premixed combustion is performed, the fuel consumption can be improved and the emission performance can be improved. In particular, since the engine 1 is an engine having a low compression ratio, the compression end temperature is low and it is easy to ensure an ignition delay. Therefore, the premixing area can be expanded. In addition, in the premixing region a2, since the amount of EGR gas is increased, the emission performance can be further improved.

また、エンジン負荷が低い領域では、筒内酸素濃度を高めて拡散燃焼とすることによって、燃焼安定性を向上させることができる。 In a region where the engine load is low, combustion stability can be improved by increasing the in-cylinder oxygen concentration and performing diffusion combustion.

さらに、エンジン負荷が高い領域では、予混合燃焼ではなく拡散燃焼とすることによって、筒内酸素濃度を高めることでき、これにより、エンジン負荷の増大に応じた燃料噴射量の増加に対応することができる。また、燃料噴射量が増大すると燃焼騒音が大きくなるが、拡散燃焼とすることによって、燃焼を緩慢にさせて燃焼圧を抑制することができ、ひいては、燃焼騒音を抑制することができる。 Further, in a region where the engine load is high, the in-cylinder oxygen concentration can be increased by using diffusion combustion instead of premixed combustion, which can cope with an increase in fuel injection amount in accordance with an increase in engine load. it can. Further, although the combustion noise increases as the fuel injection amount increases, by using diffusion combustion, the combustion pressure can be suppressed by slowing down the combustion, and thus the combustion noise can be suppressed.

このように、エンジン１の負荷が相対的に低負荷の運転領域Ａにおいて、低負荷側から拡散燃焼モード、予混合燃焼モード、拡散燃焼モードと切り替えることによって、燃焼安定性を向上させつつ、燃費及びエミッション性能を向上させつつ、さらには、燃焼騒音を抑制することができる。 As described above, in the operation region A where the load of the engine 1 is relatively low, switching from the low load side to the diffusion combustion mode, the premixed combustion mode, and the diffusion combustion mode can improve the combustion stability and improve the fuel efficiency. Further, combustion noise can be suppressed while improving the emission performance.

また、予混合領域ａ２をエンジン１の回転数が相対的に低回転の領域とすることによって、予混合燃焼を容易に実現することができる。つまり、予混合燃焼を行うには、燃焼を開始させる所望のタイミングよりも前のタイミングで気筒１１ａ内に燃料を噴射する必要がある。燃料噴射は、噴射される燃料がピストン１４のキャビティ内に到達することが好ましいが、燃料噴射のタイミングが早すぎると、燃料がキャビティから外れる場合もあり得る。燃料がキャビティから外れると、燃料の有効に活用できないだけでなく、燃料がシリンダ内壁に付着してオイル希釈引き起こし得る。そして、エンジン１の回転数が高回転になると、ピストン１４の動きが速くなり、燃料をキャビティ内に到達させつつ、予混合燃焼を所望のタイミングで生じさせることが難しくなる。そこで、予混合領域ａ２をエンジン１の回転数が相対的に低回転の領域とすることによって、予混合燃焼を容易に実現することができる。それに加えて、噴射された燃料の全てがキャビティ内に到達するようなタイミングで燃料を噴射することによって、燃料を有効に利用し且つオイル希釈を防止することができる。 Further, by making the premixing region a2 a region where the rotational speed of the engine 1 is relatively low, premixed combustion can be easily realized. That is, in order to perform premixed combustion, it is necessary to inject fuel into the cylinder 11a at a timing before a desired timing at which combustion is started. In the fuel injection, it is preferable that the injected fuel reaches the cavity of the piston 14, but if the fuel injection timing is too early, the fuel may come out of the cavity. When the fuel comes out of the cavity, not only can the fuel not be used effectively, but the fuel can adhere to the inner wall of the cylinder and cause oil dilution. When the rotational speed of the engine 1 becomes high, the movement of the piston 14 becomes faster, and it becomes difficult to cause premixed combustion at a desired timing while allowing the fuel to reach the cavity. Therefore, by making the premixing region a2 a region where the rotational speed of the engine 1 is relatively low, premixed combustion can be easily realized. In addition, by injecting the fuel at a timing such that all of the injected fuel reaches the cavity, it is possible to effectively use the fuel and prevent oil dilution.

さらに、触媒の活性化が完了するまで予混合燃焼モードとしないことによって、触媒の活性化を促進することができる。さらに、グローＯＦＦとなるまで予混合燃焼モードとしないことによって、燃焼を安定させることができる。すなわち、グロープラグ１９の使用中は噴射された燃料がグロープラグ１９に到達することで着火してしまい、予混合燃焼を適切に実行することが困難である。そのため、グロープラグ１９の使用中は拡散燃焼モードとすることによって、燃焼を安定させることができる。 Furthermore, the activation of the catalyst can be promoted by not setting the premixed combustion mode until the activation of the catalyst is completed. Furthermore, the combustion can be stabilized by not using the premixed combustion mode until the glow is turned off. That is, while the glow plug 19 is in use, the injected fuel reaches the glow plug 19 and ignites, making it difficult to properly perform premixed combustion. Therefore, combustion can be stabilized by using the diffusion combustion mode while the glow plug 19 is used.

また、拡散燃焼モードにおいては、プレ噴射を行うことによって、エンジン１が低圧縮比であっても、着火遅れを短くして、拡散燃焼の制御性を向上させることができる。特に、低負荷側拡散領域では、プレ噴射を行うことで燃焼安定性を向上させることができる。 In the diffusion combustion mode, by performing pre-injection, even if the engine 1 has a low compression ratio, the ignition delay can be shortened and the controllability of diffusion combustion can be improved. In particular, in the low load side diffusion region, combustion stability can be improved by performing pre-injection.

《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。 << Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.

例えば、拡散燃焼モードにおけるプレ噴射、主噴射及びポスト噴射の回数は上記の回数に限定されるものではなく適宜設定すればよい。また、予混合燃焼モードにおける燃料噴射の回数は上記の回数に限定されるものではなく適宜設定すればよい。また、各燃料噴射における噴射量も上記の態様に限定されるものではなく適宜設定すればよい。さらに、各燃料噴射のタイミングも上記の態様に限定されるものではなく適宜設定すればよい。 For example, the number of pre-injections, main injections, and post-injections in the diffusion combustion mode is not limited to the above-mentioned number, and may be set as appropriate. Further, the number of fuel injections in the premixed combustion mode is not limited to the above number and may be set as appropriate. Further, the injection amount in each fuel injection is not limited to the above-described aspect, and may be set as appropriate. Furthermore, the timing of each fuel injection is not limited to the above aspect, and may be set as appropriate.

また、エンジン１が半暖機及び温間時に予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの切替制御を行うようにしているが、これに限られるものではない。すなわち、排気浄化装置４１、特に、酸化触媒４１ａの活性化が完了し且つグロープラグ１９がＯＦＦ状態であれば、予混合燃焼を行うことができる。つまり、酸化触媒４１ａの活性化が完了し且つグロープラグ１９がＯＦＦ状態のときに、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの切替制御を行うようにしてもよい。 Further, although the engine 1 is controlled to switch between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode when the engine 1 is warmed up and warm, the present invention is not limited to this. That is, if the activation of the exhaust purification device 41, particularly the oxidation catalyst 41a is completed and the glow plug 19 is in the OFF state, premixed combustion can be performed. That is, the switching control between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode may be performed when the activation of the oxidation catalyst 41a is completed and the glow plug 19 is in the OFF state.

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.

以上説明したように、本発明は、軽油を主成分とする燃料が供給される、幾何学的圧縮比が１５以下のエンジン本体と、該エンジン本体の燃焼状態を制御する制御部とを備えたディーゼルエンジンについて有用である。 As described above, the present invention includes an engine body having a geometric compression ratio of 15 or less, to which fuel mainly composed of light oil is supplied, and a control unit that controls the combustion state of the engine body. Useful for diesel engines.

１エンジン（エンジン本体）
１０ＰＣＭ（制御部）
１１ａ気筒
１４ピストン
１８インジェクタ（燃料噴射弁）
５１ａ排気ガス還流弁（ＥＧＲ弁） 1 Engine (Engine body)
10 PCM (control unit)
11a Cylinder 14 Piston 18 Injector (fuel injection valve)
51a Exhaust gas recirculation valve (EGR valve)

Claims

A diesel engine comprising an engine body having a geometric compression ratio of 15 or less, to which fuel mainly composed of light oil is supplied, and a control unit that controls a combustion state of the engine body,
An EGR valve for adjusting the amount of EGR gas introduced into the cylinder of the engine body,
The control unit includes a premixed combustion mode for causing the engine body to perform premixed combustion in an EGR operation region where the load on the engine body is a predetermined low load side and EGR is performed in a steady state, and the engine It is configured to switch between the diffusion combustion mode that causes the body to perform diffusion combustion,
The EGR operation region includes a premixing region that is in the premixed combustion mode, a low load side diffusion region that is provided on a lower load side of the engine load than the premixed region and is in the diffusion combustion mode, and the premixed combustion mode. than mixed region provided on the high load side of the engine load, includes a high-load side diffusion region serving as the diffusion combustion mode,
The control unit
The oxygen concentration in the cylinder is adjusted by controlling the EGR valve,
In the premixing region, the oxygen concentration in the cylinder is lower than that in the low load side diffusion region and the high load side diffusion region, and the oxygen concentration in the cylinder decreases as the engine load increases. A diesel engine that controls the EGR valve to increase after becoming .

The diesel engine according to claim 1,
The premixing region is a diesel engine provided in an operation region on the low-rotation side where the rotation speed of the engine body is predetermined.

The diesel engine according to claim 1,
The control unit is a diesel engine that enters the premixed combustion mode when the engine body is in an operating state within the premixed region and the temperature of the engine body is equal to or higher than a predetermined temperature.

The diesel engine according to claim 1,
A fuel injection valve disposed facing the cylinder of the engine body and directly injecting fuel into the cylinder;
The control unit is configured to control an injection mode of the fuel into the cylinder through the fuel injection valve, and in the premixing region, a piston in which the injected fuel is inserted into the cylinder A diesel engine in which fuel is injected into the fuel injection valve at a timing that reaches the inside of the cavity on the top surface.

The diesel engine according to claim 1,
A fuel injection valve disposed facing the cylinder of the engine body and directly injecting fuel into the cylinder;
The control unit is configured to control an injection mode of the fuel into the cylinder through the fuel injection valve, and mainly performs diffusion combustion in the low load side diffusion region and the high load side diffusion region. Main injection for injecting fuel in the vicinity of compression top dead center to perform main combustion, and pre-injection for injecting fuel at a timing before the main injection to perform pre-stage combustion before the main combustion And after-injection in which fuel is injected during the main combustion so that at least a part of the fuel descends after compression top dead center and reaches the cavity of the top surface of the piston inserted into the cylinder. A diesel engine for causing the fuel injection valve to perform.