JP2000130218A - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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JP2000130218A
JP2000130218A JP10308646A JP30864698A JP2000130218A JP 2000130218 A JP2000130218 A JP 2000130218A JP 10308646 A JP10308646 A JP 10308646A JP 30864698 A JP30864698 A JP 30864698A JP 2000130218 A JP2000130218 A JP 2000130218A
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丈和 伊藤
Koji Yoshizaki
康二 吉▲崎▼
Hiroki Murata
宏樹 村田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out the stable combustion without the generation of a smoke and an accidental fire at the warming up time of an engine. SOLUTION: A first combustion in which EGR gas amount in a combustion chamber 5 is much more than EGR gas amount in which the generation amount of a soot becomes peek and the soot is scarcely generated and a second combustion in which EGR gas amount in the combustion chamber 5 is less than EGR gas amount in which the generation amount of the soot becomes peek are carried out selectively. At the warming up time of an engine, the fuel injection timing is quickened, the fuel injection pressure is increased, the re-circulation exhaust gas ratio is dropped or the air fuel ratio is enlarged in comparison with after finishing the engine warming up.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。[0001] The present invention relates to an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より内燃機関、例えばディーゼル機
関においてはNOx の発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環(以下、EGRと
称す)通路により連結し、このEGR通路を介して排気
ガス、即ちEGRガスを機関吸気通路内に再循環させる
ようにしている。この場合、EGRガスは比較的比熱が
高く、従って多量の熱を吸収することができるので、E
GRガス量を増大するほど、即ちEGR率(EGRガス
量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大するほど燃
焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとNOx の発生量が低下し、従ってEGR率を増大す
ればするほどNOx の発生量は低下することになる。
Conventionally than internal combustion engines, for example exhaust gas recirculation and engine exhaust passage and the engine intake passage in order to suppress the generation of the NO x in the diesel engine (hereinafter, referred to as EGR) connected by passages, the Exhaust gas, that is, EGR gas, is recirculated through the EGR passage into the engine intake passage. In this case, the EGR gas has a relatively high specific heat, and therefore can absorb a large amount of heat.
The combustion temperature in the combustion chamber decreases as the GR gas amount increases, that is, as the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) increases. When the combustion temperature is lowered to decrease the generated amount of NO x, thus the generation amount of the more NO x to be increased EGR rate is lowered.

【0003】このように従来よりEGR率を増大すれば
NOx の発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらEGR率を増大させていくとEGR率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上EGR率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるE
GR率がEGR率の最大許容限界であると考えられてい
る。
[0003] It has been found that can reduce the generation amount of the NO x Thus conventionally increasing the EGR rate. However, when the EGR rate is increased, the soot generation amount, that is, smoke, starts to increase rapidly when the EGR rate exceeds a certain limit. In this regard, it has conventionally been considered that if the EGR rate is further increased, the smoke will increase indefinitely. Therefore, the smoke starts to increase rapidly.
The GR rate is considered to be the maximum allowable limit of the EGR rate.

【0004】従って従来よりEGR率はこの最大許容限
界を越えない範囲内に定められている。このEGR率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ30パーセントから50パーセントである。
従って従来のディーゼル機関ではEGR率は最大でも3
0パーセントから50パーセント程度に抑えられてい
る。
Therefore, conventionally, the EGR rate is set within a range not exceeding the maximum allowable limit. The maximum allowable EGR rate varies considerably depending on the type of engine and fuel, but is approximately 30 to 50%.
Therefore, in a conventional diesel engine, the EGR rate is at most 3
It is reduced from 0% to about 50%.

【0005】このように従来ではEGR率に対して最大
許容限界が存在すると考えられていたので従来よりEG
R率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてNO
x およびスモークの発生量ができるだけ少なくなるよう
に定められていた。しかしながらこのようにしてEGR
率をNOx およびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもNOx およびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のN
x およびスモークが発生してしまうのが現状である。
As described above, conventionally, it has been considered that the maximum allowable limit exists for the EGR rate.
If the R rate is within the range not exceeding this maximum allowable limit, NO
It was set so that the amount of x and smoke generated was as small as possible. However, in this way EGR
Rate that there is a limit to the reduction of the NO x and the amount of generated NO x and the amount of smoke produced also defined to be as small as possible of smoke, in fact still a significant amount of N
At present, O x and smoke are generated.

【0006】ところがディーゼル機関の燃焼の研究の過
程においてEGR率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてEGR
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてEGR率を70パー
セント以上にすると、またEGRガスを強力に冷却した
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはN
x の発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびNO
x の同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。
However, if the EGR rate is made larger than the maximum allowable limit in the course of research on the combustion of a diesel engine, the smoke rapidly increases as described above. However, the amount of generated smoke has a peak, and the peak exceeds this peak. EGR
When the rate is further increased, the smoke starts to decrease rapidly, and when the EGR rate is increased to 70% or more during idling operation, and when the EGR gas is cooled strongly, the smoke is reduced to about 55% or more. It was found that it was almost zero, that is, almost no soot was generated. In this case, N
Generation amount of O x is also found that a very small amount.
After that, the reason why no soot was generated was examined based on this finding, and as a result, unprecedented soot and NO
This has led to the construction of a new combustion system capable of simultaneously reducing x . This new combustion system will be described in detail later, but in short, it is basically based on stopping the growth of hydrocarbons in the middle stage until the hydrocarbons grow into soot.

【0007】即ち、実験研究を重ねた結果判明したこと
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。
That is, as a result of repeated experimental studies, it has been found that when the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber is lower than a certain temperature, the growth of hydrocarbons is stopped at a halfway stage before reaching soot. However, when the temperature of the fuel and the gas around it rises above a certain temperature, the hydrocarbons grow into soot at a stretch. In this case, the temperature of the fuel and the surrounding gas is greatly affected by the heat absorbing action of the gas around the fuel when the fuel is burned, and the amount of heat absorbed by the gas around the fuel is adjusted according to the calorific value at the time of burning the fuel. As a result, the temperature of the fuel and the surrounding gas can be controlled.

【0008】従って、燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭
化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。この新たな燃焼システムを採用した内燃
機関については本出願人により既に出願されている(特
願平9−305850号)。
Accordingly, if the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber is suppressed to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, soot will not be generated, and the fuel during combustion in the combustion chamber and its surroundings will not be generated. Can be suppressed to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, by adjusting the amount of heat absorbed by the gas around the fuel. On the other hand, hydrocarbons whose growth has stopped halfway before reaching soot can be easily purified by post-treatment using an oxidation catalyst or the like. This is the basic idea of a new combustion system. An internal combustion engine employing this new combustion system has already been filed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 9-305850).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところでこの新たな燃
焼を行うには前述したように燃焼時における燃料および
その周囲のガス温度を或る温度以下の低温に維持する必
要があり、このガス温度が高くなりすぎるとスモークが
発生し、低くなりすぎると燃焼不良を生ずる。即ち、こ
の新たな燃焼を行うには燃焼時における燃料およびその
周囲のガス温度を最適な温度範囲内に維持する必要があ
り、そのためには噴射時期、EGR率、空燃比等につい
て最適値が存在する。従って新たな燃焼を行う場合には
噴射時期、EGR率、空燃比等をこの最適値に制御する
必要がある。
However, in order to perform this new combustion, it is necessary to maintain the temperature of the fuel and the surrounding gas at the time of combustion at a low temperature below a certain temperature as described above. If it is too high, smoke is generated, and if it is too low, poor combustion occurs. That is, in order to perform this new combustion, it is necessary to maintain the temperature of the fuel and the surrounding gas during the combustion within the optimum temperature range. For this purpose, there are optimum values for the injection timing, the EGR rate, the air-fuel ratio, and the like. I do. Therefore, when performing new combustion, it is necessary to control the injection timing, the EGR rate, the air-fuel ratio, and the like to these optimum values.

【0010】ところが燃焼時における燃料およびその周
囲のガス温度を最適な温度範囲内に維持するのに必要な
噴射時期、EGR率、空燃比等の最適値は機関温度の影
響を大きく受け、これら最適値は暖機運転時と暖機完了
後で異なる値となる。従って新たな燃焼を行う場合には
このことを考慮して噴射時期、EGR率、空燃比等を制
御する必要がある。
However, the optimum values such as the injection timing, the EGR rate, and the air-fuel ratio necessary for maintaining the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion within the optimum temperature range are greatly affected by the engine temperature. The value differs during the warm-up operation and after the warm-up is completed. Therefore, when performing new combustion, it is necessary to control the injection timing, the EGR rate, the air-fuel ratio, etc. in consideration of this.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】従って1番の発明では、
燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大していく
と煤の発生量が次第に増大してピークに達する内燃機関
において、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量
よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を多く
し、機関暖機運転時であるか否かを判断する手段を具備
し、機関暖機運転時には機関暖機完了後に比べて燃料噴
射時期を早めるか、又は燃料噴射圧を高めるか、又は再
循環排気ガス率を低下させるか、又は空燃比を大きくす
るようにしている。
Therefore, in the first invention,
As the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber increases, the amount of soot generation gradually increases and reaches a peak in an internal combustion engine. Increasing the amount of recirculated exhaust gas supplied to the engine, comprising means for judging whether or not the engine is warming up. Alternatively, the fuel injection pressure is increased, the recirculated exhaust gas rate is reduced, or the air-fuel ratio is increased.

【0012】2番目の発明では1番目の発明において、
機関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置してい
る。3番目の発明では2番目の発明において、触媒が酸
化触媒、三元触媒又はNO x 吸収剤の少くとも一つから
なる。4番目の発明では1番目の発明において、排気ガ
ス再循環率がほぼ55パーセント以上である。
In the second invention, in the first invention,
A catalyst having an oxidation function is placed in the engine exhaust passage.
You. In a third aspect, in the second aspect, the catalyst is an acid.
Catalyst, three-way catalyst or NO xFrom at least one of the absorbents
Become. In the fourth invention, the exhaust gas is provided in the first invention.
The recirculation rate is approximately 55% or more.

【0013】5番目の発明では1番目の発明において、
煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼
室内に供給される再循環排気ガス量が多く煤がほとんど
発生しない第1の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再
循環ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス
量が少ない第2の燃焼とを選択的に切換える切換手段を
具備している。
In a fifth aspect, in the first aspect,
First combustion in which the amount of recirculated exhaust gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount of recirculated exhaust gas at which the amount of soot is peaked and little soot is generated, and the recirculated gas at which the amount of soot is peaked There is provided switching means for selectively switching between the second combustion in which the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is smaller than the amount in the second combustion.

【0014】6番目の発明では5番目の発明において、
機関の運転領域を低負荷側の第1の運転領域と高負荷側
の第2の運転領域に分割し、第1の運転領域では第1の
燃焼を行い、第2の運転領域では第2の燃焼を行うよう
にしている。
In the sixth invention, in the fifth invention,
The operating region of the engine is divided into a first operating region on the low load side and a second operating region on the high load side, and a first combustion is performed in the first operating region, and a second combustion is performed in the second operating region. Combustion is performed.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1は本発明を4ストローク圧縮
着火式内燃機関に適用した場合を示している。図1を参
照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3は
シリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気
制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は
排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は
対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結
され、サージタンク12は吸気ダクト13およびインタ
ークーラ14を介して過給機、例えば排気ターボチャー
ジャ15のコンプレッサ16の出口部に連結される。コ
ンプレッサ16の入口部は空気吸込管17を介してエア
クリーナ18に連結され、空気吸込管17内にはステッ
プモータ19により駆動されるスロットル弁20が配置
される。
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a four-stroke compression ignition type internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Denotes an exhaust valve, and 10 denotes an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a supercharger, for example, an outlet of a compressor 16 of an exhaust turbocharger 15 via an intake duct 13 and an intercooler 14. Be linked. An inlet of the compressor 16 is connected to an air cleaner 18 via an air suction pipe 17, and a throttle valve 20 driven by a step motor 19 is arranged in the air suction pipe 17.

【0016】一方、排気ポート10は排気マニホルド2
1および排気管22を介して排気ターボチャージャ15
の排気タービン23の入口部に連結され、排気タービン
23の出口部は排気管24を介して酸化機能を有する触
媒25を内蔵した触媒コンバータ26に連結される。排
気マニホルド21内には空燃比センサ27が配置され
る。
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to the exhaust manifold 2.
1 and the exhaust turbocharger 15 via the exhaust pipe 22
The exhaust gas turbine 23 is connected to a catalytic converter 26 having a built-in catalyst 25 having an oxidizing function via an exhaust pipe 24. An air-fuel ratio sensor 27 is arranged in the exhaust manifold 21.

【0017】触媒コンバータ26の出口部に連結された
排気管28とスロットル弁20下流の空気吸込管17と
はEGR通路29を介して互いに連結され、EGR通路
29内にはステップモータ30により駆動されるEGR
制御弁31が配置される。また、EGR通路29内には
EGR通路29内を流れるEGRガスを冷却するための
インタークーラ32が配置される。図1に示される実施
例では機関冷却水がインタークーラ32内に導びかれ、
機関冷却水によってEGRガスが冷却される。
The exhaust pipe 28 connected to the outlet of the catalytic converter 26 and the air suction pipe 17 downstream of the throttle valve 20 are connected to each other via an EGR passage 29. The EGR passage 29 is driven by a step motor 30. EGR
A control valve 31 is arranged. In the EGR passage 29, an intercooler 32 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 29 is arranged. In the embodiment shown in FIG. 1, engine cooling water is guided into the intercooler 32,
The EGR gas is cooled by the engine cooling water.

【0018】一方、燃料噴射弁6は燃料供給管33を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール34に連結さ
れる。このコモンレール34内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ35から燃料が供給され、コモンレー
ル34内に供給された燃料は各燃料供給管33を介して
燃料噴射弁6に供給される。コモンレール34にはコモ
ンレール34内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
36が取付けられ、燃料圧センサ36の出力信号に基づ
いてコモンレール34内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ35の吐出量が制御される。
On the other hand, the fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 34, via a fuel supply pipe 33. Fuel is supplied into the common rail 34 from an electric control type variable discharge fuel pump 35, and the fuel supplied into the common rail 34 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 33. A fuel pressure sensor 36 for detecting the fuel pressure in the common rail 34 is attached to the common rail 34, and the fuel pump 35 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 34 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 36. Is controlled.

【0019】電子制御ユニット40はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス41によって互いに接続さ
れたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ラン
ダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッ
サ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備
する。空燃比センサ27の出力信号は対応するAD変換
器47を介して入力ポート45に入力され、燃料圧セン
サ36の出力信号も対応するAD変換器47を介して入
力ポート45に入力される。機関本体1には機関冷却水
温を検出するための温度センサ37が取付けられ、この
温度センサ37の出力信号は対応するAD変換器47を
介して入力ポート45に入力される。アクセルペダル5
0にはアクセルペダル50の踏込み量Lに比例した出力
電圧を発生する負荷センサ51が接続され、負荷センサ
51の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力
ポート45に入力される。また、入力ポート45にはク
ランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルス
を発生するクランク角センサ52が接続される。一方、
出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴
射弁6、スロットル弁制御用ステップモータ19、EG
R制御弁制御用ステップモータ30および燃料ポンプ3
5に接続される。
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and a ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45, An output port 46 is provided. The output signal of the air-fuel ratio sensor 27 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47, and the output signal of the fuel pressure sensor 36 is also input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. A temperature sensor 37 for detecting an engine cooling water temperature is attached to the engine main body 1, and an output signal of the temperature sensor 37 is input to an input port 45 via a corresponding AD converter 47. Accelerator pedal 5
To 0, a load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the amount of depression L of the accelerator pedal 50 is connected, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The input port 45 is connected to a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, by 30 °. on the other hand,
The output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve control step motor 19, the EG via a corresponding drive circuit 48.
Step motor 30 for controlling R control valve and fuel pump 3
5 is connected.

【0020】図2は機関低負荷運転時にスロットル弁2
0の開度およびEGR率を変化させることにより空燃比
A/F(図2の横軸)を変化させたときの出力トルクの
変化、およびスモーク、HC,CO,NOx の排出量の
変化を示す実験例を表している。図2からわかるように
この実験例では空燃比A/Fが小さくなるほどEGR率
が大きくなり、理論空燃比(≒14.6)以下のときに
はEGR率は65パーセント以上となっている。
FIG. 2 shows the throttle valve 2 when the engine is under low load operation.
Change in the output torque when changing the air-fuel ratio A / F (abscissa in FIG. 2) by changing the opening and the EGR rate of 0, and smoke, HC, CO, a change in emission of the NO x It shows the experimental example shown. As can be seen from FIG. 2, in this experimental example, the smaller the air-fuel ratio A / F, the higher the EGR rate. When the air-fuel ratio A / F is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (≒ 14.6), the EGR rate is 65% or more.

【0021】図2に示されるようにEGR率を増大する
ことにより空燃比A/Fを小さくしていくとEGR率が
40パーセント付近となり空燃比A/Fが30程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、EGR率を65パーセ
ント以上とし、空燃比A/Fが15.0付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またN
x の発生量がかなり低くなる。一方、このときHC,
COの発生量は増大し始める。
As shown in FIG. 2, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the smoke is reduced when the EGR rate becomes close to 40% and the air-fuel ratio A / F becomes about 30. The generation starts to increase. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the amount of smoke generated sharply increases and reaches a peak. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the smoke is sharply reduced. When the EGR rate is increased to 65% or more and the air-fuel ratio A / F is around 15.0, the smoke becomes almost zero. . That is, almost no soot is generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and N
The generation amount of O x is considerably reduced. On the other hand, at this time, HC,
The amount of generated CO starts to increase.

【0022】図3(A)は空燃比A/Fが21付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧変
化を示しており、図3(B)は空燃比A/Fが18付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の燃焼
圧の変化を示している。図3(A)と図3(B)とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図3(B)に示す場合はスモークの発生量が多い図3
(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
FIG. 3A shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the amount of generated smoke is the largest when the air-fuel ratio A / F is around 21, and FIG. 3B shows the air-fuel ratio A / F. The graph shows the change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the smoke generation amount is substantially zero when F is around 18. As can be seen by comparing FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B), in the case of FIG. 3 (B) where the amount of smoke generation is almost zero, FIG.
It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case shown in (A).

【0023】図2および図3に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第1に空燃比A/Fが1
5.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図2
に示されるようにNOx の発生量がかなり低下する。N
x の発生量が低下したということは燃焼室5内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室5内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図3からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図3(B)に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室5
内の燃焼温度は低くなっていることになる。
The following can be said from the experimental results shown in FIGS. That is, first, the air-fuel ratio A / F is 1
FIG. 2 when the smoke generation amount is almost zero at 5.0 or less.
As shown in (1) , the generation amount of NOx is considerably reduced. N
That the generation amount of O x produced falls means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is reduced, thus the combustion temperature in the combustion chamber 5 becomes low when the soot is hardly generated I can say. The same can be said from FIG. That is, in the state shown in FIG. 3B where almost no soot is generated, the combustion pressure is low.
The combustion temperature inside is low.

【0024】第2にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図2に示されるようにHCおよびCO
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図4に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図4に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図2に示される如くHCおよびCOの排出
量が増大するがこのときのHCは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。
Second, when the amount of generated smoke, that is, the amount of generated soot becomes almost zero, as shown in FIG.
Emissions increase. This means that hydrocarbons are emitted without growing to soot. That is, the linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons contained in the fuel as shown in FIG. 4 are thermally decomposed when the temperature is increased in a state of lack of oxygen, soot precursors are formed, and then mainly, Soot consisting of a solid aggregate of carbon atoms is produced. In this case, the actual soot production process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. It will grow to soot. Therefore, as described above, when the amount of generated soot becomes substantially zero, the emission amounts of HC and CO increase as shown in FIG. 2, but HC at this time is a precursor of soot or a hydrocarbon in a state before it. .

【0025】図2および図3に示される実験結果に基づ
くこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度が低
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排出さ
れることになる。このことについて更に詳細に実験研究
を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその周囲
のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程
が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼
室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以
上になると煤が生成されることが判明したのである。
The above considerations based on the experimental results shown in FIGS. 2 and 3 can be summarized as follows. When the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the amount of soot generation becomes almost zero. Is discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental study on this, if the temperature of the fuel and the surrounding gas in the combustion chamber 5 is lower than a certain temperature, the growth process of the soot is stopped halfway, that is, the soot is It was found that no soot was generated, and soot was generated when the temperature of the fuel and its surroundings in the combustion chamber 5 exceeded a certain temperature.

【0026】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はNOx の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はNOx の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、NOx の発生量が低下する。このときNOx の発
生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はNO
x の発生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
The temperature of the fuel and its surroundings when the process of producing hydrocarbons is stopped in the state of the soot precursor, that is, the above-mentioned certain temperature, depends on various factors such as the type of fuel, the air-fuel ratio and the compression ratio. Although the change can not be said that how many times since this certain temperature has a generation amount and the closely related of the nO x, therefore this certain temperature is defined to a certain degree from the generation amount of the nO x be able to. That is, the fuel and the gas temperature surrounding it at the time of combustion and the greater the EGR rate, decreases, the amount of the NO x is reduced. Generation amount at this time NO x is soot is hardly generated when it is around or less 10 ppm. Therefore, the above certain temperature is NO
It almost coincides with the temperature when the amount of generated x is about 10 p.pm or less.

【0027】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室5から排出させるか、或いは
煤の形で燃焼室5から排出させるかについては極めて大
きな差がある。本発明において採用されている新たな燃
焼システムは燃焼室5内において煤を生成させることな
く炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって
燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有す
る触媒により酸化せしめることを核としている。
Once soot has been produced, it cannot be purified by post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in a state before the soot can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidation function. Considering the post-treatment with a catalyst having an oxidation function as described above, it is extremely difficult to discharge hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the state of a precursor of soot or in the state before the soot or in the form of soot from the combustion chamber 5. There is a big difference. The new combustion system employed in the present invention discharges hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the form of a soot precursor or previous state without producing soot in the combustion chamber 5 and removes the hydrocarbons. The core is to oxidize with a catalyst having an oxidation function.

【0028】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。
Now, in order to stop the growth of hydrocarbons before the soot is generated, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 is set to a temperature lower than the temperature at which the soot is generated. It needs to be suppressed. In this case, it has been found that the endothermic effect of the gas around the fuel when the fuel burns has an extremely large effect on suppressing the temperature of the fuel and the gas around the fuel.

【0029】即ち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
That is, if there is only air around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air separated from the fuel does not rise so much, and only the temperature around the fuel becomes extremely high locally. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the heat of combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature becomes extremely high locally, the unburned hydrocarbons that have received the heat of combustion will generate soot.

【0030】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
On the other hand, the situation is slightly different when fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air.
In this case, the fuel vapor diffuses to the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, the combustion temperature is not increased so much because the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas. That is, the combustion temperature can be kept low. That is, the presence of the inert gas plays an important role in suppressing the combustion temperature, and the combustion temperature can be kept low by the endothermic effect of the inert gas.

【0031】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
は強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用
いることは好ましいと言える。
In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and the surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which the soot is formed, an amount of the inert gas that can absorb a sufficient amount of heat to do so is required. . Therefore, if the fuel amount increases, the required amount of inert gas increases accordingly. In this case, the endothermic effect becomes stronger as the specific heat of the inert gas increases, and therefore, the inert gas preferably has a higher specific heat. In this regard, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas since CO 2 and EGR gas have relatively large specific heats.

【0032】図5は不活性ガスとしてEGRガスを用
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。即ち、図5において曲線
AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ9
0℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷却
装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線C
はEGRガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。
FIG. 5 shows the relationship between the EGR rate and smoke when the EGR gas is used as the inert gas and the degree of cooling of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 5, a curve A indicates that the EGR gas temperature is substantially 9
Curve B shows the case where the EGR gas is cooled by a small cooling device, and curve C shows the case where the temperature is maintained at 0 ° C.
Indicates a case where the EGR gas is not forcibly cooled.

【0033】図5の曲線Aで示されるようにEGRガス
を強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図5の曲線Bで示さ
れるようにEGRガスを少し冷却した場合にはEGR率
が50パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ65パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
As shown by the curve A in FIG. 5, when the EGR gas is cooled strongly, the soot generation peaks at a point where the EGR rate is slightly lower than 50%. Above a percentage, little soot is generated. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 5, when the EGR gas is slightly cooled, the soot generation amount reaches a peak at a point where the EGR rate is slightly higher than 50%. In this case, the EGR rate is increased to about 65% or more. If so, almost no soot is generated.

【0034】また、図5の曲線Cで示されるようにEG
Rガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が5
5パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図5は機関負荷が比
較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負
荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるEGR率は
若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるEGR率の下
限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなく
なるEGR率の下限はEGRガスの冷却度合や機関負荷
に応じて変化する。
As shown by the curve C in FIG.
When the R gas is not forcibly cooled, the EGR rate becomes 5
The soot generation amount peaks near 5%, and in this case, if the EGR rate is set to approximately 70% or more, soot is hardly generated. FIG. 5 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high. When the engine load decreases, the EGR rate at which the amount of soot peaks slightly decreases, and the EGR rate at which soot is hardly generated is reduced. Also lowers slightly. As described above, the lower limit of the EGR rate at which almost no soot is generated varies depending on the degree of cooling of the EGR gas and the engine load.

【0035】図6は不活性ガスとしてEGRガスを用い
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なEGRガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のEGRガス
の割合を示している。なお、図6において縦軸は燃焼室
5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Yは
過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してい
る。
FIG. 6 shows the mixing of EGR gas and air necessary to make the temperature of fuel during combustion and the surrounding gas temperature lower than the temperature at which soot is generated when EGR gas is used as the inert gas. It shows the gas amount, the ratio of air in the mixed gas amount, and the ratio of EGR gas in the mixed gas. In FIG. 6, the vertical axis indicates the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5, and the dashed line Y indicates the total intake gas amount that can be sucked into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. ing. The horizontal axis indicates the required load.

【0036】図6を参照すると空気の割合、即ち混合ガ
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図6に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図6においてEGRガスの割合、即ち混合
ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGRガス量
を示している。このEGRガス量はEGR率で表すとほ
ぼ55パーセント以上であり、図6に示す実施例では7
0パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸入され
た全吸入ガス量を図6において実線Xとし、この全吸入
ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との割合を図6
に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス温
度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くし
て煤が全く発生しなくなる。また、このときのNOx
生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってN
x の発生量は極めて少量となる。
Referring to FIG. 6, the proportion of air, that is, the amount of air in the mixed gas, indicates the amount of air necessary to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 6, the ratio between the air amount and the injected fuel amount is the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 6, the ratio of the EGR gas, that is, the amount of the EGR gas in the mixed gas, is set so that when the injected fuel is burned, the temperature of the fuel and the surrounding gas is lower than the temperature at which soot is formed. The required minimum EGR gas amount is shown. This EGR gas amount is approximately 55% or more in terms of the EGR rate. In the embodiment shown in FIG.
0% or more. That is, the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 is indicated by a solid line X in FIG. 6, and the ratio of the air amount to the EGR gas amount in the total intake gas amount X is shown in FIG.
When the ratio is as shown in the following, the temperature of the fuel and the surrounding gas is lower than the temperature at which soot is generated, and thus no soot is generated. Further, the NO x generation amount at this time is around 10 p.pm or less.
The amount of O x generated is extremely small.

【0037】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はEGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図6に示されるようにEGRガス量は噴射燃
料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。
即ち、EGRガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大
する必要がある。
If the fuel injection amount increases, the amount of heat generated when the fuel burns increases. Therefore, in order to maintain the temperature of the fuel and the surrounding gas at a temperature lower than the temperature at which the soot is generated, the heat generated by the EGR gas is required. Must be increased. Therefore, as shown in FIG. 6, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount increases.
That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases.

【0038】ところで過給が行われていない場合には燃
焼室5内に吸入される全吸入ガス量Xの上限はYであ
り、従って図6において要求負荷がL0 よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてEGRガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がL0 よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてEGR率が低下し、斯くして要求負荷がL 0 より
も大きい領域では燃料およびその周囲のガス温度を煤が
生成される温度よりも低い温度に維持しえなくなる。
By the way, when supercharging is not performed,
The upper limit of the total intake gas amount X sucked into the firing chamber 5 is Y.
Therefore, in FIG.0Territory larger than
In the region, the EGR gas ratio increases as the required load increases.
The air-fuel ratio can be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio unless reduced.
Can not. In other words, it is necessary when there is no supercharging.
Load demand is L0Air-fuel ratio in the larger area than theoretical
When trying to maintain the fuel ratio, the required load increases.
As a result, the EGR rate decreases, and thus the required load becomes L 0Than
In areas where the fuel and the surrounding gas temperature are
It will not be possible to maintain a temperature lower than the temperature produced.

【0039】ところが図1に示されるようにEGR通路
29を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
15の空気吸込管17内にEGRガスを再循環させると
要求負荷がL0 よりも大きい領域においてEGR率を5
5パーセント以上、例えば70パーセントに維持するこ
とができ、斯くして燃料およびその周囲のガス温度を煤
が生成される温度よりも低い温度に維持することができ
る。即ち、空気吸込管17内におけるEGR率が例えば
70パーセントになるようにEGRガスを再循環させれ
ば排気ターボチャージャ15のコンプレッサ16により
昇圧された吸入ガスのEGR率も70パーセントとな
り、斯くしてコンプレッサ16により昇圧しうる限度ま
で燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度
よりも低い温度に維持することができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。
[0039] However recirculating the required load is larger than L 0 of the EGR gas into the air intake pipe 17 on the inlet side i.e. the exhaust turbocharger 15 via the EGR passage 29 supercharger as shown in FIG. 1 EGR rate of 5 in the region
It can be maintained at 5% or more, for example 70%, so that the temperature of the fuel and its surrounding gas can be kept below the temperature at which soot is produced. That is, if the EGR gas is recirculated so that the EGR rate in the air suction pipe 17 becomes, for example, 70%, the EGR rate of the suction gas boosted by the compressor 16 of the exhaust turbocharger 15 also becomes 70%. The temperature of the fuel and the surrounding gas can be maintained at a temperature lower than the temperature at which soot is generated, to the extent that the pressure can be increased by the compressor 16. Therefore, the operating range of the engine that can generate low-temperature combustion can be expanded.

【0040】なお、この場合、要求負荷がL0 よりも大
きい領域でEGR率を55パーセント以上にする際には
EGR制御弁31が全開せしめられ、スロットル弁20
が若干閉弁せしめられる。前述したように図6は燃料を
理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが空気
量を図6に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃
比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつNOx の発生
量を10p.p.m 前後又はそれ以下にすることができ、ま
た空気量を図6に示される空気量よりも多くしても、即
ち空燃比の平均値を17から18のリーンにしても煤の
発生を阻止しつつNOx の発生量を10p.p.m 前後又は
それ以下にすることができる。
[0040] In this case, the required load is EGR control valve 31 is fully opened is when the EGR rate more than 55 percent in the region larger than L 0, the throttle valve 20
Is slightly closed. As described above, FIG. 6 shows the case where the fuel is burned under the stoichiometric air-fuel ratio. However, even if the air amount is smaller than the air amount shown in FIG. 10p.pm the generation amount of the NO x while preventing the occurrence of longitudinal or can below, also be more than the amount of air shown the amount of air in FIG. 6, that is, the average of the air-fuel ratio Even when leaning from 17 to 18, the amount of generated NO x can be reduced to around 10 ppm or less while preventing the generation of soot.

【0041】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときNOx も極めて少量しか発
生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空
燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、NOx
も極めて少量しか発生しない。
That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excess fuel does not grow into soot, and soot is generated. There is no. Further, at this time NO x even only an extremely small amount of generated. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated if the combustion temperature increases, but in the present invention, the soot is suppressed to a low temperature, so that the soot is reduced. Not generated at all. Furthermore, NO x
Only very small amounts are generated.

【0042】このように、低温燃焼が行われているとき
には空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろ
うと、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリー
ンであろうと煤が発生されず、NOx の発生量が極めて
少量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのと
き平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
As described above, when low-temperature combustion is performed, soot is generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean. Sarezu, the amount of the NO x becomes extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio lean at this time.

【0043】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施例では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃料
およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停
止する温度以下に抑制して第1の燃焼、即ち低温燃焼を
行うようにし、機関高負荷運転時には第2の燃焼、即ち
従来より普通に行われている燃焼を行うようにしてい
る。なお、ここで第1の燃焼、即ち低温燃焼とはこれま
での説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が少い燃焼のことを言う。
By the way, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber can be suppressed to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, only when the engine is operating at low load and the calorific value due to combustion is relatively small. Can be Therefore, in the embodiment according to the present invention, the first combustion, that is, the low-temperature combustion is performed by suppressing the temperature of the fuel during combustion and the gas temperature around the same at or below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway during the low load operation in the engine. In addition, the second combustion, that is, the combustion that is usually performed conventionally, is performed during the high load operation of the engine. Here, the first combustion, that is, the low-temperature combustion, has a larger amount of the inert gas in the combustion chamber than the amount of the inert gas at which the soot generation amount is at a peak, as is clear from the description so far. The second combustion, that is, the combustion that has been performed normally in the past, is a combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas at which the amount of soot is peaked. Say that.

【0044】図7は第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第1の運転領域Iと、第2の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる第2の運転領域IIとを示してい
る。なお、図7において縦軸TQは要求トルクを示して
おり、横軸Nは機関回転数を示している。また、図7に
おいてX(N)は第1の運転領域Iと第2の運転領域II
との第1の境界を示しており、Y(N)は第1の運転領
域Iと第2の運転領域IIとの第2の境界を示している。
第1の運転領域Iから第2の運転領域IIへの運転領域の
変化判断は第1の境界X(N)に基づいて行われ、第2
の運転領域IIから第1の運転領域Iへの運転領域の変化
判断は第2の境界Y(N)に基づいて行われる。
FIG. 7 shows a first operation region I in which the first combustion, that is, low-temperature combustion is performed, and a second operation region II in which the second combustion, that is, combustion by the conventional combustion method, is performed. I have. In FIG. 7, the vertical axis TQ indicates the required torque, and the horizontal axis N indicates the engine speed. In FIG. 7, X (N) represents a first operation region I and a second operation region II.
, And Y (N) indicates a second boundary between the first operation region I and the second operation region II.
The determination of the change of the operating region from the first operating region I to the second operating region II is made based on the first boundary X (N),
Of the operating range from the operating range II to the first operating range I is determined based on the second boundary Y (N).

【0045】即ち、機関の運転状態が第1の運転領域I
にあって低温燃焼が行われているときに要求トルクTQ
が機関回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越え
ると運転領域が第2の運転領域IIに移ったと判断され、
従来の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求トル
クTQが機関回転数Nの関数である第2の境界Y(N)
よりも低くなると運転領域が第1の運転領域Iに移った
と判断され、再び低温燃焼が行われる。
That is, when the operating state of the engine is in the first operating region I
The required torque TQ when low-temperature combustion is being performed
Exceeds the first boundary X (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operating region has shifted to the second operating region II,
Combustion is performed by a conventional combustion method. Next, a second boundary Y (N) in which the required torque TQ is a function of the engine speed N
If it becomes lower than this, it is determined that the operation region has shifted to the first operation region I, and low-temperature combustion is performed again.

【0046】このように第1の境界X(N)と第1の境
界X(N)よりも低トルク側の第2の境界Y(N)との
二つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第1の
理由は、第2の運転領域IIの高トルク側では比較的燃焼
温度が高く、このとき要求トルクTQが第1の境界X
(N)より低くなったとしてもただちに低温燃焼を行え
ないからである。即ち、要求トルクTQがかなり低くな
ったとき、即ち第2の境界Y(N)よりも低くなったと
きでなければただちに低温燃焼が開始されないからであ
る。第2の理由は第1の運転領域Iと第2の運転領域II
間の運転領域の変化に対してヒステリシスを設けるため
である。
The two boundaries of the first boundary X (N) and the second boundary Y (N) having a lower torque side than the first boundary X (N) are provided as follows. For three reasons. The first reason is that the combustion temperature is relatively high on the high torque side of the second operating region II, and at this time, the required torque TQ
This is because even if the temperature becomes lower than (N), low-temperature combustion cannot be performed immediately. That is, the low-temperature combustion does not immediately start unless the required torque TQ becomes considerably low, that is, when the required torque TQ becomes lower than the second boundary Y (N). The second reason is that the first operating region I and the second operating region II
This is because hysteresis is provided for a change in the operating region during the period.

【0047】ところで機関の運転状態が第1の運転領域
Iにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとん
ど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はそ
の前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。この
とき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は酸化機能を
有する触媒25により良好に酸化せしめられる。触媒2
5としては酸化触媒、三元触媒、又はNOx 吸収剤を用
いることができる。NOx 吸収剤は燃焼室5内における
平均空燃比がリーンのときにNOx を吸収し、燃焼室5
内における平均空燃比がリッチになるとNOx を放出す
る機能を有する。
By the way, when the operating state of the engine is in the first operating region I and low-temperature combustion is being performed, soot is hardly generated, and the unburned hydrocarbon is replaced by the precursor of soot or the state before the soot. It is discharged from the combustion chamber 5 in the form. At this time, the unburned hydrocarbon discharged from the combustion chamber 5 is oxidized well by the catalyst 25 having an oxidizing function. Catalyst 2
As 5, an oxidation catalyst, a three-way catalyst, or a NO x absorbent can be used. The NO x absorbent absorbs NO x when the mean air-fuel ratio in the combustion chamber 5 of the lean, the combustion chamber 5
The average air-fuel ratio in the internal has a function of releasing NO x becomes rich.

【0048】このNOx 吸収剤は例えばアルミナを担体
とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムN
a、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金
属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土
類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から
選ばれた少くとも一つと、白金Ptのような貴金属とが
担持されている。
The NO x absorbent uses, for example, alumina as a carrier and, for example, potassium K, sodium N
a, lithium Li, at least one selected from alkali metals such as cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, rare earths such as lanthanum La and yttrium Y, and noble metals such as platinum Pt. Is carried.

【0049】酸化触媒はもとより、三元触媒およびNO
x 吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびNOx 吸収剤を触媒25として用いるこ
とができる。図8は空燃比センサ27の出力を示してい
る。図8に示されるように空燃比センサ27の出力電流
Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空燃比セン
サ27の出力電流Iから空燃比を知ることができる。
Not only the oxidation catalyst but also the three-way catalyst and the NO
The x absorbent also has an oxidizing function, so that a three-way catalyst and a NO x absorbent can be used as the catalyst 25 as described above. FIG. 8 shows the output of the air-fuel ratio sensor 27. As shown in FIG. 8, the output current I of the air-fuel ratio sensor 27 changes according to the air-fuel ratio A / F. Therefore, the air-fuel ratio can be known from the output current I of the air-fuel ratio sensor 27.

【0050】次に図9を参照しつつ第1の運転領域Iお
よび第2の運転領域IIにおける運転制御について概略的
に説明する。図9は要求トルクTQに対するスロットル
弁20の開度、EGR制御弁31の開度、EGR率、空
燃比、噴射時期および噴射量を示している。図9に示さ
れるように要求トルクTQの低い第1の運転領域Iでは
スロットル弁20の開度は要求負荷Lが高くなるにつれ
て全閉近くから2/3開度程度まで徐々に増大せしめら
れ、EGR制御弁31の開度は要求トルクTQが高くな
るにつれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられ
る。また、図9に示される例では第1の運転領域Iでは
EGR率がほぼ70パーセントとされており、空燃比は
わずかばかりリーンなリーン空燃比とされている。
Next, operation control in the first operation region I and the second operation region II will be schematically described with reference to FIG. FIG. 9 shows the opening degree of the throttle valve 20, the opening degree of the EGR control valve 31, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing, and the injection amount with respect to the required torque TQ. As shown in FIG. 9, in the first operating region I where the required torque TQ is low, the opening of the throttle valve 20 is gradually increased from almost fully closed to about 2/3 as the required load L increases. The degree of opening of the EGR control valve 31 is gradually increased from almost fully closed to fully open as the required torque TQ increases. In the example shown in FIG. 9, in the first operation region I, the EGR rate is approximately 70%, and the air-fuel ratio is a slightly lean air-fuel ratio.

【0051】言い換えると第1の運転領域IではEGR
率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁20の
開度およびEGR制御弁31の開度が制御される。な
お、このとき空燃比は空燃比センサ27の出力信号に基
づいてEGR制御弁31の開度を補正することによって
目標リーン空燃比に制御される。また、第1の運転領域
Iでは圧縮上死点TDC前に燃料噴射が行われる。この
場合、噴射開始時期θSは要求トルクTQが高くなるに
つれて遅くなり、噴射完了時期θEも噴射開始時期θS
が遅くなるにつれて遅くなる。
In other words, in the first operating region I, the EGR
The opening of the throttle valve 20 and the opening of the EGR control valve 31 are controlled such that the rate becomes approximately 70% and the air-fuel ratio becomes a slightly lean air-fuel ratio. At this time, the air-fuel ratio is controlled to the target lean air-fuel ratio by correcting the opening of the EGR control valve 31 based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 27. In the first operation region I, fuel injection is performed before the compression top dead center TDC. In this case, the injection start timing θS is delayed as the required torque TQ is increased, and the injection completion timing θE is also changed to the injection start timing θS
Slows down as it slows down.

【0052】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁20は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁
31も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁2
0を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室5内の圧
力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が
小さくなるとピストン4による圧縮仕事が小さくなるた
めに機関本体1の振動が小さくなる。即ち、アイドリン
グ運転時には機関本体1の振動を抑制するためにスロッ
トル弁20が全閉近くまで閉弁せしめられる。
During the idling operation, the throttle valve 20 is closed until the valve is almost fully closed. At this time, the EGR control valve 31 is also closed almost completely. Throttle valve 2
If the valve is closed close to 0, the pressure in the combustion chamber 5 at the start of compression decreases, so that the compression pressure decreases. When the compression pressure decreases, the compression work by the piston 4 decreases, so that the vibration of the engine body 1 decreases. That is, at the time of idling operation, the throttle valve 20 is closed to almost fully closed in order to suppress the vibration of the engine body 1.

【0053】一方、機関の運転領域が第1の運転領域I
から第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁20の開
度が2/3開度程度から全開方向へステップ状に増大せ
しめられる。このとき図9に示す例ではEGR率がほぼ
70パーセントから40パーセント以下までステップ状
に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされ
る。即ち、EGR率が多量のスモークを発生するEGR
率範囲(図5)を飛び越えるので機関の運転領域が第1
の運転領域Iから第2の運転領域IIに変わるときに多量
のスモークが発生することがない。
On the other hand, the operating range of the engine is the first operating range I.
From the second operating region II to the second operating region II, the opening of the throttle valve 20 is increased stepwise from about 2/3 opening toward the full opening direction. At this time, in the example shown in FIG. 9, the EGR rate is reduced stepwise from approximately 70% to 40% or less, and the air-fuel ratio is increased stepwise. That is, the EGR rate at which the EGR rate generates a large amount of smoke
The engine operating range is the first because it jumps over the rate range (Fig. 5).
A large amount of smoke does not occur when changing from the operating region I to the second operating region II.

【0054】第2の運転領域IIでは第2の燃焼、即ち従
来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では
煤およびNOx が若干発生するが低温燃焼に比べて熱効
率は高く、従って機関の運転領域が第1の運転領域Iか
ら第2の運転領域IIに変わると図9に示されるように噴
射量がステップ状に低減せしめられる。この第2の運転
領域IIではスロットル弁20は一部を除いて全開状態に
保持され、EGR制御弁31の開度は要求トルクTQが
高くなると次第に小さくされる。また、この運転領域II
ではEGR率は要求トルクTQが高くなるほど低くな
り、空燃比は要求トルクTQが高くなるほど小さくな
る。ただし、空燃比は要求トルクTQが高くなってもリ
ーン空燃比とされる。また、第2の運転領域IIでは噴射
開始時期θSは圧縮上死点TDC付近とされる。図10
(A)は要求トルクTQと、アクセルペダル50の踏込
み量Lと、機関回転数Nとの関係を示している。なお、
図10(A)において各曲線は等トルク曲線を表してお
り、TQ=0で示される曲線はトルクが零であることを
示しており、残りの曲線はTQ=a,TQ=b,TQ=
c,TQ=dの順に次第に要求トルクが高くなる。図1
0(A)に示される要求トルクTQは図10(B)に示
されるようにアクセルペダル50の踏込み量Lと機関回
転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記
憶されている。本発明では図10(B)に示すマップか
らアクセルペダル50の踏込み量Lおよび機関回転数N
に応じた要求トルクTQがまず初めに算出され、この要
求トルクTQに基づいて燃料噴射量等が算出される。
In the second operation region II, the second combustion, that is, the conventional combustion is performed. In this combustion method generates little soot and NO x, but the heat efficiency is higher than the low temperature combustion, thus as the operating region of the engine is shown in Figure 9 from the first operation area I changes to the second operating region II Thus, the injection amount is reduced stepwise. In the second operation region II, the throttle valve 20 is held in a fully open state except for a part, and the opening of the EGR control valve 31 is gradually reduced as the required torque TQ increases. In addition, this operation area II
In this case, the EGR rate decreases as the required torque TQ increases, and the air-fuel ratio decreases as the required torque TQ increases. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even when the required torque TQ increases. In the second operation region II, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC. FIG.
(A) shows the relationship between the required torque TQ, the depression amount L of the accelerator pedal 50, and the engine speed N. In addition,
In FIG. 10A, each curve represents an equal torque curve, a curve indicated by TQ = 0 indicates that the torque is zero, and the remaining curves are TQ = a, TQ = b, and TQ =
The required torque gradually increases in the order of c and TQ = d. FIG.
The required torque TQ shown at 0 (A) is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 50 and the engine speed N as shown in FIG. According to the present invention, the depression amount L of the accelerator pedal 50 and the engine speed N are obtained from the map shown in FIG.
Is calculated first, and the fuel injection amount and the like are calculated based on the required torque TQ.

【0055】図11は暖機完了後第1の運転領域Iにお
ける空燃比A/Fを示している。図11において、A/
F=15.5,A/F=16,A/F=17,A/F=
18で示される各曲線は夫々空燃比が15.5,16,
17,18であるときを示しており、各曲線間の空燃比
は比例配分により定められる。図11に示されるように
第1の運転領域Iでは空燃比がリーンとなっており、更
に第1の運転領域Iでは要求トルクTQが低くなるほど
空燃比A/Fがリーンとされる。
FIG. 11 shows the air-fuel ratio A / F in the first operating region I after the completion of warm-up. In FIG. 11, A /
F = 15.5, A / F = 16, A / F = 17, A / F =
Each curve shown by 18 has an air-fuel ratio of 15.5, 16,
17 and 18, and the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. As shown in FIG. 11, the air-fuel ratio is lean in the first operating region I, and the air-fuel ratio A / F is leaner in the first operating region I as the required torque TQ decreases.

【0056】即ち、要求トルクTQが低くなるほど燃焼
による発熱量が少くなる。従って要求トルクTQが低く
なるほどEGR率を低下させても低温燃焼を行うことが
できる。EGR率を低下させると空燃比は大きくなり、
従って図11に示されるように要求トルクTQが低くな
るにつれて空燃比A/Fが大きくされる。空燃比A/F
が大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限
り空燃比をリーンにするために本発明による実施例では
要求トルクTQが低くなるにつれて空燃比A/Fが大き
くされる。
That is, the lower the required torque TQ, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, as the required torque TQ decreases, low-temperature combustion can be performed even if the EGR rate is reduced. As the EGR rate decreases, the air-fuel ratio increases,
Therefore, as shown in FIG. 11, as the required torque TQ decreases, the air-fuel ratio A / F increases. Air / fuel ratio A / F
As the fuel torque increases, the air-fuel ratio A / F increases as the required torque TQ decreases in order to make the air-fuel ratio as lean as possible.

【0057】図12(A)は第1の運転領域Iにおける
噴射量Qを示しており、図12(B)は暖機完了後の第
1の運転領域Iにおける噴射開始時期θSを示してい
る。図12(A)に示されるように第1の運転領域Iに
おける噴射量Qは要求トルクTQおよび機関回転数Nの
関数としてマップの形で予めROM42内に記憶されて
おり、図12(B)に示されるように第1の運転領域I
における噴射開始時期θSも要求トルクTQおよび機関
回転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に
記憶されている。
FIG. 12A shows the injection amount Q in the first operation region I, and FIG. 12B shows the injection start timing θS in the first operation region I after the completion of the warm-up. . As shown in FIG. 12A, the injection amount Q in the first operating region I is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N, and FIG. As shown in FIG.
Is also stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.

【0058】また、空燃比を図11に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁20の目標開度STが図1
3(A)に示されるように要求トルクTQおよび機関回
転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記
憶されており、空燃比を図11に示す目標空燃比とする
のに必要なEGR制御弁31の目標開度SEが図13
(B)に示されるように要求トルクTQおよび機関回転
数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記憶
されている。
The target opening ST of the throttle valve 20 required for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG.
As shown in FIG. 3 (A), EGR is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N, and is necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG. FIG. 13 shows the target opening SE of the control valve 31.
As shown in (B), it is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.

【0059】更に本発明による実施例では暖機完了後の
第1の運転領域Iにおける燃料噴射圧、即ちコモンレー
ル34内の目標燃料圧Pが図13(C)に示されるよう
に要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数としてマッ
プの形で予めROM42内に記憶されている。図14は
第2の燃焼、即ち従来の燃焼方法による普通の燃焼が行
われるときの目標空燃比を示している。なお、図14に
おいてA/F=24,A/F=35,A/F=45,A
/F=60で示される各曲線は夫々目標空燃比24,3
5,45,60を示している。
Further, in the embodiment according to the present invention, the fuel injection pressure in the first operating region I after the completion of the warm-up, that is, the target fuel pressure P in the common rail 34, as shown in FIG. It is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the engine speed N. FIG. 14 shows the target air-fuel ratio when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed. In FIG. 14, A / F = 24, A / F = 35, A / F = 45, A
/ F = 60 indicate target air-fuel ratios of 24 and 3 respectively.
5, 45, and 60 are shown.

【0060】図15(A)は第2の運転領域IIにおける
噴射量Qを示しており、図15(B)は第2の運転領域
IIにおける噴射開始時期θSを示している。図15
(A)に示されるように第2の運転領域IIにおける噴射
量Qは要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として
マップの形で予めROM42内に記憶されており、図1
5(B)に示されるように第2の運転領域IIにおける噴
射開始時期θSも要求トルクTQおよび機関回転数Nの
関数としてマップの形で予めROM42内に記憶されて
いる。
FIG. 15A shows the injection amount Q in the second operation region II, and FIG. 15B shows the second operation region.
The injection start timing θS in II is shown. FIG.
As shown in FIG. 1A, the injection amount Q in the second operating region II is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.
As shown in FIG. 5 (B), the injection start timing θS in the second operation region II is also stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.

【0061】また、空燃比を図14に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁20の目標開度STが図1
6(A)に示されるように要求トルクTQおよび機関回
転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記
憶されており、空燃比を図14に示す目標空燃比とする
のに必要なEGR制御弁31の目標開度SEが図16
(B)に示されるように要求トルクTQおよび機関回転
数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記憶
されている。
The target opening degree ST of the throttle valve 20 required for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG.
As shown in FIG. 6 (A), the EGR necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG. 14 is stored in the ROM 42 in advance as a function of the required torque TQ and the engine speed N. FIG. 16 shows the target opening SE of the control valve 31.
As shown in (B), it is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.

【0062】更に本発明による実施例では第2の運転領
域IIにおける燃料噴射圧、即ちコモンレール34内の目
標燃料圧Pが図16(C)に示されるように要求トルク
TQおよび機関回転数Nの関数しとてマップの形で予め
ROM42内に記憶されている。図17は良好な低温燃
焼を行いうる噴射進角とEGR率との関係を示してい
る。即ち図17において曲線X1よりも下の領域は暖機
完了後において失火を生ずる失火領域を示しており、曲
線X2よりも上の領域は暖機完了後においてスモークの
発生するスモーク領域を示しており、曲線X1と曲線X
2により囲まれた領域は暖機完了後において良好な低温
燃焼を行いうる適合領域を示している。
Further, in the embodiment according to the present invention, the fuel injection pressure in the second operating region II, that is, the target fuel pressure P in the common rail 34 is changed to the required torque TQ and the engine speed N as shown in FIG. The function is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map. FIG. 17 shows the relationship between the injection advance angle and the EGR rate at which good low-temperature combustion can be performed. That is, in FIG. 17, the area below the curve X1 indicates a misfire area in which misfire occurs after the completion of warm-up, and the area above the curve X2 indicates a smoke area in which smoke occurs after the completion of warm-up. , Curve X1 and curve X
The area surrounded by 2 indicates an appropriate area where good low-temperature combustion can be performed after the completion of warm-up.

【0063】また、図17において曲線Y1よりも下の
領域は暖機完了前において失火を生ずる失火領域を示し
ており、曲線Y2よりも上の領域は暖機完了前において
スモークの発生するスモーク領域を示しており、曲線Y
1と曲線Y2により囲まれた領域は暖機完了前において
良好な低温燃焼を行いうる適合領域を示している。暖機
完了前は暖機完了後に比べて機関温度が低く、従って燃
焼室5内において圧縮された圧縮空気の温度が低くなる
ので燃焼しずらくなる。このときEGR率を低下させて
燃料周りの空気量を多くすれば良好な燃焼が得られる。
従って図17からわかるように暖機完了前における適合
領域Yは暖機完了後における適合領域Xよりも低EGR
率側となる。
In FIG. 17, the area below the curve Y1 indicates a misfire area where misfire occurs before the completion of warm-up, and the area above the curve Y2 indicates a smoke area where smoke occurs before the completion of warm-up. And the curve Y
The area surrounded by 1 and the curve Y2 indicates an appropriate area where good low-temperature combustion can be performed before the completion of warm-up. Before the completion of the warm-up, the engine temperature is lower than after the completion of the warm-up, and therefore, the temperature of the compressed air compressed in the combustion chamber 5 becomes lower, so that combustion becomes difficult. At this time, good combustion can be obtained by reducing the EGR rate and increasing the amount of air around the fuel.
Therefore, as can be seen from FIG. 17, the adaptation region Y before the completion of warm-up is lower than the adaptation region X after the completion of warm-up.
Become the rate side.

【0064】また、圧縮空気の温度が低いほど早く噴射
しないと噴射燃料の蒸発が十分に促進されず、従って図
17からわかるように暖機完了前における適合領域Yは
暖機完了後における適合領域Xよりも噴射時期の進角側
となる。従って本発明では図18(A)に示されるよう
に機関冷却水温TWが低いほど噴射時期が早められる
か、又は図18(C)に示されるように機関冷却水温T
Wが低いほどEGR率が低下せしめられるか、又は機関
冷却水温TWが低いほど噴射時期が早められかつEGR
率が低下せしめられる。なお、図18においてT0は機
関の暖機が完了したと判断される機関冷却水温を表して
いる。
If the temperature of the compressed air is lower, the evaporation of the injected fuel will not be sufficiently promoted unless the fuel is injected earlier. Therefore, as can be seen from FIG. It is on the more advanced side of the injection timing than X. Therefore, in the present invention, the injection timing is advanced as the engine cooling water temperature TW is lower, as shown in FIG. 18A, or the engine cooling water temperature T, as shown in FIG.
The lower the W, the lower the EGR rate, or the lower the engine coolant temperature TW, the earlier the injection timing and the EGR
The rate is reduced. Incidentally, T 0 represents the engine cooling water temperature is judged that warm-up of the engine has been completed in FIG. 18.

【0065】具体的に云うとT0 よりも低いいくつかの
機関冷却水温TWにおける噴射開始時期θSの最適値が
要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として図12
(B)に示すようなマップの形で予めROM42内に記
憶されており、暖機完了前には機関冷却水温TWに基づ
いてこれら複数のマップから補間計算により噴射開始時
期θSの最適値が算出される。
More specifically, the optimum value of the injection start timing θS at several engine cooling water temperatures TW lower than T 0 is determined as a function of the required torque TQ and the engine speed N in FIG.
Before the warm-up is completed, the optimum value of the injection start timing θS is calculated from the plurality of maps by interpolation calculation based on the engine cooling water temperature TW before the warm-up is completed. Is done.

【0066】同様に、T0 よりも低いいくつかの機関冷
却水温TWにおいてEGR率を最適値とするのに必要な
スロットル弁20の目標開度STおよびEGR制御弁3
1の目標開度SEが要求トルクTQおよび機関回転数N
の関数として図13(A)および図13(B)に示すよ
うなマップの形で予めROM42内に記憶されており、
暖機完了前には機関冷却水温TWに基づいてこれら複数
のマップから補間計算により最適のEGR率となるスロ
ットル弁20およびEGR制御弁31の目標開度が算出
される。
Similarly, at some engine cooling water temperatures TW lower than T 0 , the target opening ST of the throttle valve 20 and the EGR control valve 3 required to make the EGR rate the optimum value are obtained.
1 target opening degree SE is required torque TQ and engine speed N
Is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as shown in FIGS.
Before the completion of the warming-up, the target opening of the throttle valve 20 and the EGR control valve 31 that provide the optimum EGR rate is calculated from the plurality of maps by interpolation based on the engine cooling water temperature TW.

【0067】また、コモンレール34内の燃料圧、即ち
燃料噴射圧を高くすると噴射期間が短かくなるので噴射
時期を早めた場合と同様の効果を生ずる。従って噴射時
期を早める代りに図18(B)に示されるように機関冷
却水温TWが低いほどコモンレール34内の目標燃料圧
を高くすることもできる。この場合には、T0 よりも低
いいくつかの機関冷却水温TWにおけるコモンレール3
4内の目標燃料圧Pが要求トルクTQおよび機関回転数
Nの関数として図13(C)に示すようなマップの形で
予めROM42内に記憶されており、暖機完了前には機
関冷却水温TWに基づいてこれら複数のマップから補間
計算によりコモンレール34内の目標燃料圧が算出され
る。
When the fuel pressure in the common rail 34, that is, the fuel injection pressure is increased, the injection period is shortened, so that the same effect as when the injection timing is advanced is produced. Therefore, the target fuel pressure in the common rail 34 can be increased as the engine cooling water temperature TW decreases, as shown in FIG. In this case, the common rail 3 at some engine cooling water temperatures TW lower than T 0
4 is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as shown in FIG. 13C as a function of the required torque TQ and the engine speed N. Based on the TW, a target fuel pressure in the common rail 34 is calculated from the plurality of maps by interpolation calculation.

【0068】また、空燃比を大きくすると燃料周りの空
気量が増大するので燃焼しやすくなる。従って図18
(D)に示されるように機関冷却水温TWが低いほど空
燃比A/Fを大きくすることもできる。この場合には、
0 よりも低いいくつかの機関冷却水温TWにおいて空
燃比を最適値とするのに必要なスロットル弁20の目標
開度STおよびEGR制御弁31の目標開度SEが要求
トルクTQおよび機関回転数Nの関数として図13
(A)および図13(B)に示すようなマップの形で予
めROM42内に記憶されており、暖機完了前には機関
冷却水温TWに基づいてこれら複数のマップから補間計
算により最適な空燃比となるスロットル弁20およびE
GR制御弁31の目標開度が算出される。
When the air-fuel ratio is increased, the amount of air around the fuel increases, so that the fuel is easily burned. Therefore, FIG.
As shown in (D), the lower the engine cooling water temperature TW, the larger the air-fuel ratio A / F can be. In this case,
The target opening ST of the throttle valve 20 and the target opening SE of the EGR control valve 31 necessary for setting the air-fuel ratio to the optimum value at several engine cooling water temperatures TW lower than T 0 are equal to the required torque TQ and the engine speed. FIG. 13 as a function of N
(A) and a map as shown in FIG. 13 (B) are stored in the ROM 42 in advance. Before the completion of the warm-up, the optimum empty space is calculated by interpolation from the plurality of maps based on the engine cooling water temperature TW. Throttle valve 20 and E to be fuel ratio
The target opening of the GR control valve 31 is calculated.

【0069】次に図19を参照しつつ運転制御について
説明する。図19を参照すると、まず初めにステップ1
00において機関の運転状態が第1の運転領域Iである
ことを示すフラグIがセットされているか否かが判別さ
れる。フラグIがセットされているとき、即ち機関の運
転状態が第1の運転領域Iであるときにはステップ10
1に進んで要求トルクTQが第1の境界X1(N)より
も大きくなったか否かが判別される。TQ≦X1(N)
のときにはステップ103に進んで低温燃焼が行われ
る。
Next, the operation control will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 19, first, step 1
At 00, it is determined whether or not a flag I indicating that the operating state of the engine is in the first operating region I is set. When the flag I is set, that is, when the operating state of the engine is in the first operating region I, step 10
The program proceeds to 1 to determine whether the required torque TQ has become larger than the first boundary X1 (N). TQ ≦ X1 (N)
In the case of, the routine proceeds to step 103, where low-temperature combustion is performed.

【0070】即ち、ステップ103では図13(A)に
示すマップからスロットル弁20の目標開度STが算出
される。次いでステップ104では図13(B)に示す
マップからEGR制御弁31の目標開度SEが算出され
る。次いでステップ105では図12(A)に示すマッ
プから噴射量Qが算出される。次いでステップ106で
は図12(B)に示すマップから噴射開始時期θSが算
出される。次いでステップ107では図13(C)に示
すマップからコモンレール34内の目標燃料圧、即ち噴
射圧Pが算出される。
That is, in step 103, the target opening ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 104, the target opening SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 105, the injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 106, the injection start timing θS is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 107, the target fuel pressure in the common rail 34, that is, the injection pressure P is calculated from the map shown in FIG.

【0071】次いでステップ108では温度センサ37
により検出された機関冷却水温TWがT0 よりも低いか
否かが判別される。TW>T0 のときには処理サイクル
を完了する。これに対してTW≦T0 のときにはステッ
プ109に進んで前に説明した方法により機関冷却水温
TWに基づいて噴射開始時期が早められるか、又は燃料
噴射圧が高められるか、又はEGR率が小さくされる
か、又は空燃比が大きくされる。
Next, at step 108, the temperature sensor 37
The detected engine coolant temperature TW is whether lower than T 0 is determined by. When TW> T 0 , the processing cycle is completed. On the other hand, when TW ≦ T 0 , the routine proceeds to step 109, in which the injection start timing is advanced based on the engine cooling water temperature TW, the fuel injection pressure is increased, or the EGR rate is reduced by the method described above. Or the air-fuel ratio is increased.

【0072】一方、ステップ101においてTQ>X
(N)になったと判別されたときにはステップ102に
進んでフラグIがリセットされ、次いでステップ112
に進んで第2の燃焼が行われる。即ち、ステップ112
では図16(A)に示すマップからスロットル弁20の
目標開度STが算出される。次いでステップ113では
図16(B)に示すマップからEGR制御弁31の目標
開度SEが算出される。次いでステップ114では図1
5(A)に示すマップから噴射量Qが算出される。次い
でステップ115では図15(B)に示すマップから噴
射開始時期θSが算出される。次いでステップ116で
は図16(C)に示すマップからコモンレール34内の
目標燃料圧、即ち噴射圧Pが算出される。
On the other hand, in step 101, TQ> X
When it is determined that (N) has been reached, the routine proceeds to step 102, where the flag I is reset.
And the second combustion is performed. That is, step 112
Then, the target opening ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 113, the target opening SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 114, FIG.
The injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 115, the injection start timing θS is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 116, the target fuel pressure in the common rail 34, that is, the injection pressure P is calculated from the map shown in FIG.

【0073】フラグIがリセットされると次の処理サイ
クルではステップ100からステップ110に進んで要
求トルクTQが第2の境界Y(N)よりも低くなったか
否かが判別される。L≧Y(N)のときにはステップ1
12に進み、リーン空燃比のもとで第2の燃焼が行われ
る。一方、ステップ110においてTQ<Y(N)にな
ったと判別されたときにはステップ111に進んでフラ
グIがセットされ、次いでステップ103に進んで低温
燃焼が行われる。
When the flag I is reset, in the next processing cycle, the routine proceeds from step 100 to step 110, where it is determined whether or not the required torque TQ has become lower than the second boundary Y (N). Step 1 when L ≧ Y (N)
Proceeding to 12, the second combustion is performed under the lean air-fuel ratio. On the other hand, if it is determined in step 110 that TQ <Y (N), the routine proceeds to step 111, where the flag I is set, and then proceeds to step 103 to perform low-temperature combustion.

【0074】[0074]

【発明の効果】暖機運転時であっても良好な低温燃焼を
得ることができる。
As described above, good low-temperature combustion can be obtained even during warm-up operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】圧縮着火式内燃機関の全体図である。FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.

【図2】スモークおよびNOx の発生量等を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing amounts of smoke and NO x generated, and the like.

【図3】燃焼圧を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a combustion pressure.

【図4】燃料分子を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing fuel molecules.

【図5】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a generation amount of smoke and an EGR rate.

【図6】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.

【図7】第1の運転領域Iおよび第2の運転領域IIを示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a first operation region I and a second operation region II.

【図8】空燃比センサの出力を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an output of an air-fuel ratio sensor.

【図9】スロットル弁の開度等を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an opening degree of a throttle valve and the like.

【図10】要求トルクを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a required torque.

【図11】第1の運転領域Iにおける空燃比を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram showing an air-fuel ratio in a first operation region I.

【図12】噴射量等のマップを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a map of an injection amount and the like.

【図13】スロットル弁の目標開度等のマップを示す図
である。
FIG. 13 is a diagram showing a map of a target opening of the throttle valve and the like.

【図14】第2の燃焼における空燃比を示す図である。FIG. 14 is a view showing an air-fuel ratio in a second combustion.

【図15】噴射量等のマップを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a map of an injection amount and the like.

【図16】スロットル弁の目標開度等のマップを示す図
である。
FIG. 16 is a view showing a map of a target opening of a throttle valve and the like.

【図17】良好な低温燃焼を行いうる適合領域を示す図
である。
FIG. 17 is a diagram showing an adaptation region in which good low-temperature combustion can be performed.

【図18】噴射進角等を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an injection advance angle and the like.

【図19】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
FIG. 19 is a flowchart for controlling operation of the engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6…燃料噴射弁 20…スロットル弁 29…EGR通路 6 Fuel injection valve 20 Throttle valve 29 EGR passage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/24 F01N 3/24 R S Z F02D 21/08 301 F02D 21/08 301D 311 311B 41/02 380 41/02 380E 43/00 301 43/00 301J 301G 301N F02M 25/07 550 F02M 25/07 550H (72)発明者 伊藤 丈和 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 吉▲崎▼ 康二 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 村田 宏樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G062 AA01 AA05 BA02 BA05 BA06 CA02 CA06 EB05 ED08 FA09 FA10 GA04 GA05 GA06 GA08 GA15 GA21 3G084 AA01 BA09 BA14 BA15 BA20 CA02 DA10 DA28 EB08 EC03 FA10 FA38 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB03 AB06 BA15 BA17 BA19 CB00 CB02 CB03 CB07 CB08 DA02 DA05 DB10 EA00 EA02 EA07 EA16 EA30 EA31 EA34 FA02 FA04 FB10 FB11 FB12 FC07 GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB16X HA36 HB05 3G092 AA02 AA17 AA18 BB06 BB08 DC09 EA03 EA07 EA11 EA21 FA17 FA18 GA02 GA05 GA06 HA11Z HB03X HB03Z HC03X HC03Z HD05Z HD07X HD07Z HE03Z HE08Z HF08Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA23 JA24 JA25 JA26 KA08 KA09 KA24 KA25 LA00 LA03 LB13 LC04 MA01 MA18 NA08 NB11 NC02 ND15 NE01 NE13 NE15 PA11A PA17Z PD03A PD15A PE01Z PE03Z PE04Z PF03Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F01N 3/24 F01N 3/24 R S Z F02D 21/08 301 F02D 21/08 301D 311 311B 41/02 380 41/02 380E 43/00 301 43/00 301J 301G 301N F02M 25/07 550 F02M 25/07 550H (72) Inventor Takekazu Ito 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Invention Person Yoshi ▲ Saki ▼ Koji 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Hiroki Murata 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F term (reference) 3G062 AA01 AA05 BA02 BA05 BA06 CA02 CA06 EB05 ED08 FA09 FA10 GA04 GA05 GA06 GA08 GA15 GA21 3G084 AA01 BA09 BA14 BA15 BA20 CA02 DA10 DA28 EB08 EC03 FA10 FA38 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB03 AB06 BA15 BA17 BA19 CB00 CB02 CB03 CB07 CB08 DA02 DA05 DB10 EA00 EA02 EA07 EA16 EA30 EA31 EA34 FA02 GB04 GB03W12 GB04 GB03W12 GB AA17 AA18 BB06 BB08 DC09 EA03 EA07 EA11 EA21 FA17 FA18 GA02 GA05 GA06 HA11Z HB03X HB03Z HC03X HC03Z HD05Z HD07X HD07Z HE03Z HE08Z HF08Z 3G301 NE02 JA11 JA25 JA26 KA08 KA09 KA08 KA09 KA08 KA09 KA09 KA09 KA08 KA09 PA11A PA17Z PD03A PD15A PE01Z PE03Z PE04Z PF03Z

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼室内に供給される再循環排気ガス量
を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに
達する内燃機関において、煤の発生量がピークとなる再
循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気
ガス量を多くし、機関暖機運転時であるか否かを判断す
る手段を具備し、機関暖機運転時には機関暖機完了後に
比べて燃料噴射時期を早めるか、又は燃料噴射圧を高め
るか、又は再循環排気ガス率を低下させるか、又は空燃
比を大きくするようにした内燃機関。
1. An internal combustion engine in which the amount of soot generated gradually increases as the amount of recirculated exhaust gas supplied into a combustion chamber increases and reaches a peak, the amount of recirculated exhaust gas having a peak soot generation. Means for increasing the amount of recirculated exhaust gas supplied into the combustion chamber than the amount of fuel and for determining whether or not the engine is warming up. An internal combustion engine that has advanced timing, increased fuel injection pressure, reduced recirculated exhaust gas rate, or increased air-fuel ratio.
【請求項2】 機関排気通路内に酸化機能を有する触媒
を配置した請求項1に記載の内燃機関。
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein a catalyst having an oxidation function is disposed in the engine exhaust passage.
【請求項3】 該触媒が酸化触媒、三元触媒又はNOx
吸収剤の少くとも一つからなる請求項2に記載の内燃機
関。
3. The catalyst according to claim 1, wherein said catalyst is an oxidation catalyst, a three-way catalyst or NO x.
3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the internal combustion engine comprises at least one absorbent.
【請求項4】 排気ガス再循環率がほぼ55パーセント
以上である請求項11に記載の内燃機関。
4. The internal combustion engine according to claim 11, wherein the exhaust gas recirculation rate is approximately 55% or more.
【請求項5】 煤の発生量がピークとなる再循環排気ガ
ス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が多
く煤がほとんど発生しない第1の燃焼と、煤の発生量が
ピークとなる再循環ガス量よりも燃焼室内に供給される
再循環排気ガス量が少ない第2の燃焼とを選択的に切換
える切換手段を具備した請求項1に記載の内燃機関。
5. The first combustion in which the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is larger than the amount of recirculated exhaust gas at which the amount of generated soot is at a peak and little soot is generated, and the amount of generated soot is at a peak. 2. The internal combustion engine according to claim 1, further comprising a switching unit that selectively switches between a second combustion in which an amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is smaller than an amount of recirculated gas that becomes the second combustion.
【請求項6】 機関の運転領域を低負荷側の第1の運転
領域と高負荷側の第2の運転領域に分割し、第1の運転
領域では第1の燃焼を行い、第2の運転領域では第2の
燃焼を行うようにした請求項5に記載の内燃機関。
6. The engine operating region is divided into a first operating region on a low load side and a second operating region on a high load side, and a first combustion is performed in the first operating region. The internal combustion engine according to claim 5, wherein the second combustion is performed in the region.
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