JP2000120457A - ディーゼルエンジン - Google Patents
ディーゼルエンジンInfo
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- JP2000120457A JP2000120457A JP10292689A JP29268998A JP2000120457A JP 2000120457 A JP2000120457 A JP 2000120457A JP 10292689 A JP10292689 A JP 10292689A JP 29268998 A JP29268998 A JP 29268998A JP 2000120457 A JP2000120457 A JP 2000120457A
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- combustion chamber
- compression
- engine
- injection
- valve
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＮＯｘの生成を抑制しつつ黒煙の排出量を低
減して燃費を改善することができるディーゼルエンジン
を提供する。 【解決手段】 少なくとも吸入行程初期から圧縮行程中
期までの間に燃焼室に燃料を噴射する予備噴射および圧
縮上死点の近傍で燃焼室１に燃料を噴射する主噴射を行
なう噴射ノズル２を設けるとともに、エンジンの運転状
態に応答して吸気弁３および排気弁４の閉弁時期を可変
制御するコントローラ７を設けたことにより、エンジン
の実圧縮比および内部ＥＧＲ量を制御し、燃焼室の温度
を最適制御して過早着火および失火を回避するようにし
た。
減して燃費を改善することができるディーゼルエンジン
を提供する。 【解決手段】 少なくとも吸入行程初期から圧縮行程中
期までの間に燃焼室に燃料を噴射する予備噴射および圧
縮上死点の近傍で燃焼室１に燃料を噴射する主噴射を行
なう噴射ノズル２を設けるとともに、エンジンの運転状
態に応答して吸気弁３および排気弁４の閉弁時期を可変
制御するコントローラ７を設けたことにより、エンジン
の実圧縮比および内部ＥＧＲ量を制御し、燃焼室の温度
を最適制御して過早着火および失火を回避するようにし
た。
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
に係り、特に、圧縮状態の希薄混合気中に燃料を噴射し
て着火燃焼させる希薄予混合圧縮着火方式のディーゼル
エンジンに関するものである。
に係り、特に、圧縮状態の希薄混合気中に燃料を噴射し
て着火燃焼させる希薄予混合圧縮着火方式のディーゼル
エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの排気中に含まれる
ＮＯｘを低減するためには、燃料の噴射時期を遅らせる
タイミングリタードを行なうことが有効であり、黒煙の
排出量を減少させるためには燃料の噴射圧力を高くし、
あるいは、リエントラント型の燃焼室を採用することが
有効であるとされてきた。
ＮＯｘを低減するためには、燃料の噴射時期を遅らせる
タイミングリタードを行なうことが有効であり、黒煙の
排出量を減少させるためには燃料の噴射圧力を高くし、
あるいは、リエントラント型の燃焼室を採用することが
有効であるとされてきた。
【０００３】ところが、排気中のＮＯｘを低減させるべ
くタイミングリタードを行なうと、黒煙の排出量が増加
するとともに燃費が悪化する懸念がある。また、高圧噴
射においては燃料の微粒化が促進されるために黒煙の排
出量を改善することができるものの、燃焼温度が高くな
ってＮＯｘの排出量が増加してしまう。このために、デ
ィーゼルエンジンにおいてはＮＯｘの生成を抑制しつつ
黒煙の排出量を減少させて燃費を改善することはきわめ
て困難であるとされてきた。
くタイミングリタードを行なうと、黒煙の排出量が増加
するとともに燃費が悪化する懸念がある。また、高圧噴
射においては燃料の微粒化が促進されるために黒煙の排
出量を改善することができるものの、燃焼温度が高くな
ってＮＯｘの排出量が増加してしまう。このために、デ
ィーゼルエンジンにおいてはＮＯｘの生成を抑制しつつ
黒煙の排出量を減少させて燃費を改善することはきわめ
て困難であるとされてきた。
【０００４】かかる事態を解決する手段として、予混合
圧縮着火方式のディーゼルエンジンが提案されている。
この予混合圧縮着火方式のディーゼルエンジンは、圧縮
行程の初期に燃焼室に燃料を噴射し、圧縮行程で気化混
合させて圧縮行程の終りに自然発火により着火燃焼させ
るものであり、均一な希薄混合気を形成することでＮＯ
ｘの生成を抑制しつつ黒煙の排出を防止することができ
る利点がある。
圧縮着火方式のディーゼルエンジンが提案されている。
この予混合圧縮着火方式のディーゼルエンジンは、圧縮
行程の初期に燃焼室に燃料を噴射し、圧縮行程で気化混
合させて圧縮行程の終りに自然発火により着火燃焼させ
るものであり、均一な希薄混合気を形成することでＮＯ
ｘの生成を抑制しつつ黒煙の排出を防止することができ
る利点がある。
【０００５】しかしながら、圧縮行程の初期に燃料の全
量を噴射するようにしたこれまでの予混合圧縮着火方式
のディーゼルエンジンにおいては、着火性の悪い特殊な
燃料を特殊な構成の噴射装置を用いて供給する必要性が
あるにも拘らず、制限された負荷・回転域でしかエンジ
ンの運転を行なうことができない。従って、負荷および
回転領域が広い車両用のディーゼルエンジンにかかる予
混合圧縮着火方式を適用することは実質的に不可能であ
るとされていた。
量を噴射するようにしたこれまでの予混合圧縮着火方式
のディーゼルエンジンにおいては、着火性の悪い特殊な
燃料を特殊な構成の噴射装置を用いて供給する必要性が
あるにも拘らず、制限された負荷・回転域でしかエンジ
ンの運転を行なうことができない。従って、負荷および
回転領域が広い車両用のディーゼルエンジンにかかる予
混合圧縮着火方式を適用することは実質的に不可能であ
るとされていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであって、ＮＯｘの生成を抑制しつつ
黒煙の排出量を低減して燃費を改善することができるデ
ィーゼルエンジンを提供することを課題としている。
みてなされたものであって、ＮＯｘの生成を抑制しつつ
黒煙の排出量を低減して燃費を改善することができるデ
ィーゼルエンジンを提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、少なくとも吸入行程初期から圧縮行程中期
までの間に燃焼室に燃料を噴射する予備噴射および圧縮
上死点の近傍で燃焼室に燃料を噴射する主噴射を行なう
噴射ノズルを設けるとともに、エンジンの運転状態に応
答して吸気弁および排気弁の閉弁時期を可変制御するコ
ントローラを設けたことを特徴としている。
に本発明は、少なくとも吸入行程初期から圧縮行程中期
までの間に燃焼室に燃料を噴射する予備噴射および圧縮
上死点の近傍で燃焼室に燃料を噴射する主噴射を行なう
噴射ノズルを設けるとともに、エンジンの運転状態に応
答して吸気弁および排気弁の閉弁時期を可変制御するコ
ントローラを設けたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るディーゼル
エンジンの一実施形態を示す概略構成図、図２は図１に
示した噴射ノズルの開閉特性図である。
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るディーゼル
エンジンの一実施形態を示す概略構成図、図２は図１に
示した噴射ノズルの開閉特性図である。
【０００９】これらの図において、燃焼室１に設けた噴
射ノズル２は図示しないコントロールユニットにより制
御されて予備噴射と主噴射を行なう。予備噴射は、例え
ば図２に示したように、圧縮行程の初期に微量（総噴射
量の５〜２０％）の燃料を噴射して当量比１を下回る希
薄混合気を燃焼室１に形成するものであり、主噴射は圧
縮上死点の近傍で残りの燃料を噴射することにより実行
される。
射ノズル２は図示しないコントロールユニットにより制
御されて予備噴射と主噴射を行なう。予備噴射は、例え
ば図２に示したように、圧縮行程の初期に微量（総噴射
量の５〜２０％）の燃料を噴射して当量比１を下回る希
薄混合気を燃焼室１に形成するものであり、主噴射は圧
縮上死点の近傍で残りの燃料を噴射することにより実行
される。
【００１０】なお、予備噴射および主噴射における各噴
射量およびその比率は、エンジンの運転状態に応答して
最適制御されるが、いずれにしても予備噴射により形成
される混合気の当量比は１を下回ることが望まれる。ま
た、予備噴射は圧縮行程のみに限定されるものではな
く、吸入行程の初期から圧縮行程の中期までの間に行な
われるものであればよい。
射量およびその比率は、エンジンの運転状態に応答して
最適制御されるが、いずれにしても予備噴射により形成
される混合気の当量比は１を下回ることが望まれる。ま
た、予備噴射は圧縮行程のみに限定されるものではな
く、吸入行程の初期から圧縮行程の中期までの間に行な
われるものであればよい。
【００１１】前記燃焼室１に設けた吸気弁３および排気
弁４は、動弁機構５、６により開閉駆動される。動弁機
構５、６は、それぞれ電気式のアクチュエータにより構
成されており、コントローラ７から出力される制御信号
に基づいて吸気弁３および排気弁４の閉弁時期を独自に
可変制御する。なお、コントローラ７は図示しないセン
サから出力されたエンジンの回転数、負荷、冷却水温、
外気温などで代表される各種の運転情報を入力してその
時のエンジンの運転状態を判断し、各運転状態に応答し
て吸気弁３および排気弁４の閉弁時期を最適制御する。
弁４は、動弁機構５、６により開閉駆動される。動弁機
構５、６は、それぞれ電気式のアクチュエータにより構
成されており、コントローラ７から出力される制御信号
に基づいて吸気弁３および排気弁４の閉弁時期を独自に
可変制御する。なお、コントローラ７は図示しないセン
サから出力されたエンジンの回転数、負荷、冷却水温、
外気温などで代表される各種の運転情報を入力してその
時のエンジンの運転状態を判断し、各運転状態に応答し
て吸気弁３および排気弁４の閉弁時期を最適制御する。
【００１２】上記のような構成になるディーゼルエンジ
ンにおいて、エンジンが運転されると噴射ノズル２から
圧縮行程の初期に予備噴射が行なわれる。予備噴射され
た燃料は、吸気流れの影響を受けて燃焼室に広く拡散し
つつ、圧縮により温度上昇した吸気を熱源として気化し
て当量比１を下回る希薄混合気を形成する。
ンにおいて、エンジンが運転されると噴射ノズル２から
圧縮行程の初期に予備噴射が行なわれる。予備噴射され
た燃料は、吸気流れの影響を受けて燃焼室に広く拡散し
つつ、圧縮により温度上昇した吸気を熱源として気化し
て当量比１を下回る希薄混合気を形成する。
【００１３】また、上記のようにして形成される希薄混
合気は、余剰の酸素を有しているためにすすの発生がな
く、しかも、空気のみに対比して熱容量が大きいために
圧縮による温度上昇の度合が低い。このために、圧縮が
進行して温度が上昇しても希薄混合気が不用意に着火す
ることはない。
合気は、余剰の酸素を有しているためにすすの発生がな
く、しかも、空気のみに対比して熱容量が大きいために
圧縮による温度上昇の度合が低い。このために、圧縮が
進行して温度が上昇しても希薄混合気が不用意に着火す
ることはない。
【００１４】そして、ピストンが圧縮上死点の近傍に達
すると、噴射ノズル２から主噴射が行なわれる。する
と、主噴射燃料が希薄混合気との接触で加熱されて速や
かに自己着火し、予備噴射燃料による希薄混合気を一気
に燃焼させるとともに、主噴射燃料を燃焼させる。な
お、希薄混合気は余剰の酸素を含むものであるために、
希薄混合気が一気に燃焼した場合にも黒煙が発生するこ
とはない。
すると、噴射ノズル２から主噴射が行なわれる。する
と、主噴射燃料が希薄混合気との接触で加熱されて速や
かに自己着火し、予備噴射燃料による希薄混合気を一気
に燃焼させるとともに、主噴射燃料を燃焼させる。な
お、希薄混合気は余剰の酸素を含むものであるために、
希薄混合気が一気に燃焼した場合にも黒煙が発生するこ
とはない。
【００１５】ところで、エンジンが例えば高速・高負荷
域で運転されると、圧縮上死点での温度が高くなり過ぎ
て主噴射が行なわれる前に希薄混合気が着火して燃費お
よび排気特性が悪化することが懸念される。しかしなが
ら、各種センサから供給された運転情報に基づいて主噴
射より前の段階での燃焼室１の温度が希薄混合気の着火
温度より高くなることが予測される場合は、コントロー
ラ７が動弁機構５に閉弁時期を進角させる旨の信号を出
力する。
域で運転されると、圧縮上死点での温度が高くなり過ぎ
て主噴射が行なわれる前に希薄混合気が着火して燃費お
よび排気特性が悪化することが懸念される。しかしなが
ら、各種センサから供給された運転情報に基づいて主噴
射より前の段階での燃焼室１の温度が希薄混合気の着火
温度より高くなることが予測される場合は、コントロー
ラ７が動弁機構５に閉弁時期を進角させる旨の信号を出
力する。
【００１６】すると、通常は図３に実線で示したように
従来と同様の時期に行なわれていた吸気弁３の閉弁が同
図に破線で示したように進角して吸気量を減少補正す
る。従って、例えば高負荷域においては見かけ上の圧縮
比は変化しないものの、実圧縮比が低くなって圧縮上死
点での温度上昇が抑制されるために、希薄混合気の不用
意な着火が防止される。
従来と同様の時期に行なわれていた吸気弁３の閉弁が同
図に破線で示したように進角して吸気量を減少補正す
る。従って、例えば高負荷域においては見かけ上の圧縮
比は変化しないものの、実圧縮比が低くなって圧縮上死
点での温度上昇が抑制されるために、希薄混合気の不用
意な着火が防止される。
【００１７】一方、圧縮上死点での希薄混合気の温度が
所定値より低い場合は、主噴射を行なっても直ちに着火
せず、着火遅れの期間が必要以上に長期化して燃費およ
び排気特性が悪化することが懸念される。しかしなが
ら、このように圧縮上死点での希薄混合気の温度が低過
ぎることが推測される領域においては、コントローラ７
が動弁機構６に閉弁進角信号を供給する。
所定値より低い場合は、主噴射を行なっても直ちに着火
せず、着火遅れの期間が必要以上に長期化して燃費およ
び排気特性が悪化することが懸念される。しかしなが
ら、このように圧縮上死点での希薄混合気の温度が低過
ぎることが推測される領域においては、コントローラ７
が動弁機構６に閉弁進角信号を供給する。
【００１８】すると、図３に実線で示す通常の状態に対
比して同図に一点鎖線で示したように排気弁４の閉弁時
期が進角されて燃焼室に残される高温の燃焼ガスの量を
増加させる。このために、燃焼室１の温度が上昇して着
火遅れ期間が適正化されるとともに、燃焼ガスの残留に
よる内部ＥＧＲ効果が得られてＮＯｘの生成が抑制され
る。
比して同図に一点鎖線で示したように排気弁４の閉弁時
期が進角されて燃焼室に残される高温の燃焼ガスの量を
増加させる。このために、燃焼室１の温度が上昇して着
火遅れ期間が適正化されるとともに、燃焼ガスの残留に
よる内部ＥＧＲ効果が得られてＮＯｘの生成が抑制され
る。
【００１９】すなわち、希薄予混合圧縮着火方式のディ
ーゼルエンジンにおいて、燃費をより高くするためには
着火をコントロールすることが必要である。また、軽負
荷域での着火性能を重視してエンジンの圧縮比を高くす
ると、高負荷域で過早着火が起って燃費が悪化し、高負
荷域での過早着火を防止すべく低圧縮比化すると、軽負
荷域では失火により燃費および排気特性が悪化するとい
うように、全運転域に亘って燃費ならびに排気特性を良
好に保持させることはきわめて困難であるとされてい
た。
ーゼルエンジンにおいて、燃費をより高くするためには
着火をコントロールすることが必要である。また、軽負
荷域での着火性能を重視してエンジンの圧縮比を高くす
ると、高負荷域で過早着火が起って燃費が悪化し、高負
荷域での過早着火を防止すべく低圧縮比化すると、軽負
荷域では失火により燃費および排気特性が悪化するとい
うように、全運転域に亘って燃費ならびに排気特性を良
好に保持させることはきわめて困難であるとされてい
た。
【００２０】しかしながら、本実施形態のようにエンジ
ンの運転状態に応答して吸気弁および排気弁の閉弁時期
を可変制御するようにした場合は、エンジンの実圧縮比
および内部ＥＧＲ量を最適制御して過早着火および失火
を回避することができるために、自動車用エンジンのよ
うに運転域が広いエンジンの場合にも全運転域にわたっ
て着火時期を最適化して燃費および排気特性をともに改
善することができる。
ンの運転状態に応答して吸気弁および排気弁の閉弁時期
を可変制御するようにした場合は、エンジンの実圧縮比
および内部ＥＧＲ量を最適制御して過早着火および失火
を回避することができるために、自動車用エンジンのよ
うに運転域が広いエンジンの場合にも全運転域にわたっ
て着火時期を最適化して燃費および排気特性をともに改
善することができる。
【００２１】なお、エンジンの運転状態を判断する運転
情報としては、エンジンの回転数、負荷、冷却水温、外
気温の他に、空気充填率に寄与する吸気圧あるいは大気
圧などを採用することができるものであり、排気の温度
あるいは成分特性などを監視して吸気弁および排気弁の
閉弁時期を段階的あるいは連続的に補正することによ
り、より高度な制御を行なうことができる。また、動弁
機構５、６は電気式のアクチュエータに限定されるもの
ではなく、例えば油圧アクチュエータのように閉弁時期
を可変制御することができる公知のあらゆる動弁機構を
採用することができるものであり、その具体的な構成は
任意である。
情報としては、エンジンの回転数、負荷、冷却水温、外
気温の他に、空気充填率に寄与する吸気圧あるいは大気
圧などを採用することができるものであり、排気の温度
あるいは成分特性などを監視して吸気弁および排気弁の
閉弁時期を段階的あるいは連続的に補正することによ
り、より高度な制御を行なうことができる。また、動弁
機構５、６は電気式のアクチュエータに限定されるもの
ではなく、例えば油圧アクチュエータのように閉弁時期
を可変制御することができる公知のあらゆる動弁機構を
採用することができるものであり、その具体的な構成は
任意である。
【００２２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、エンジンの運転状態に応じて吸気弁および排気弁の
閉弁時期を可変制御することにより、エンジンの実圧縮
比および内部ＥＧＲ量を制御し、燃焼室の温度を最適制
御して過早着火および失火を回避して全運転域にわたっ
て燃費を改善するようにしたものである。従って、自動
車用エンジンのように運転域が広いディーゼルエンジン
にも希薄予混合圧縮着火方式を適用して全運転域で燃費
および排気特性を改善することができる。
は、エンジンの運転状態に応じて吸気弁および排気弁の
閉弁時期を可変制御することにより、エンジンの実圧縮
比および内部ＥＧＲ量を制御し、燃焼室の温度を最適制
御して過早着火および失火を回避して全運転域にわたっ
て燃費を改善するようにしたものである。従って、自動
車用エンジンのように運転域が広いディーゼルエンジン
にも希薄予混合圧縮着火方式を適用して全運転域で燃費
および排気特性を改善することができる。
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの一実施形態
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した噴射ノズルの開閉特性図である。
【図３】図１に示した吸気弁および排気弁の開閉特性図
である。
である。
１ 燃焼室 ２ 噴射ノズル ３ 吸気弁 ４ 排気弁 ５、６ 動弁機構 ７ コントローラ
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくとも吸入行程初期から圧縮行程中
期までの間に燃焼室に燃料を噴射する予備噴射および圧
縮上死点の近傍で燃焼室に燃料を噴射する主噴射を行な
う噴射ノズルと、エンジンの運転状態に応答して吸気弁
および排気弁の閉弁時期を可変制御するコントローラを
備えてなるディーゼルエンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10292689A JP2000120457A (ja) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | ディーゼルエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10292689A JP2000120457A (ja) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | ディーゼルエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000120457A true JP2000120457A (ja) | 2000-04-25 |
Family
ID=17785037
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10292689A Pending JP2000120457A (ja) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | ディーゼルエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000120457A (ja) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-10-15 JP JP10292689A patent/JP2000120457A/ja active Pending
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