JP2000145461A - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

Info

Publication number
JP2000145461A
JP2000145461A JP10317748A JP31774898A JP2000145461A JP 2000145461 A JP2000145461 A JP 2000145461A JP 10317748 A JP10317748 A JP 10317748A JP 31774898 A JP31774898 A JP 31774898A JP 2000145461 A JP2000145461 A JP 2000145461A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
cavity
combustion
amount
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10317748A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3405231B2 (en
Inventor
Shizuo Sasaki
静夫 佐々木
Takekazu Ito
丈和 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP31774898A priority Critical patent/JP3405231B2/en
Publication of JP2000145461A publication Critical patent/JP2000145461A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3405231B2 publication Critical patent/JP3405231B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0057Specific combustion modes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0648Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition
    • F02B23/0651Means or methods to improve the spray dispersion, evaporation or ignition the fuel spray impinging on reflecting surfaces or being specially guided throughout the combustion space
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0672Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0621Squish flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F2001/244Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/247Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated in parallel with the cylinder axis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent most of unburnt HC and a malodor from being released even when injection fuel is made to collide against a cavity internal wall of a piston during low-load operation. SOLUTION: In this internal combustion engine, either the first combustion wherein quantity of EGR gas in a combustion chamber 5 is more than that of EGR gas which produces maximum soot and thereby very little soot is generated, or the second combustion wherein quantity of EGR gas in the combustion chamber 5s is less than that of EGR gas which produces maximum soot is selected. Fuel is injected from a fuel injection valve 6 toward the inside of a cavity formed in a piston 4. When either the first or the second combustion is done, the fuel injected from the fuel injection valve 6 is made to collide against a cavity internal wall.

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】ところで従来よりピス
トン頂面上にキャビティを形成し、燃料噴射弁からキャ
ビティ内に燃料を噴射し、噴射燃料をキャビティ内壁面
上に衝突させるようにした圧縮着火式内燃機関が知られ
ている。このような圧縮着火式内燃機関の代表的なもの
では燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面
上に接線状に衝突させることによりピストン内壁面上に
燃料薄膜を形成し、この燃料薄膜から順次燃料を蒸発さ
せるようにしている。
Conventionally, a compression ignition type in which a cavity is formed on the top surface of a piston, fuel is injected into the cavity from a fuel injection valve, and the injected fuel collides with the inner wall surface of the cavity. Internal combustion engines are known. In a typical example of such a compression ignition type internal combustion engine, a fuel thin film is formed on an inner wall surface of a piston by tangentially colliding fuel injected from a fuel injector on an inner wall surface of a cavity. The fuel is sequentially evaporated.

【0010】このように燃料薄膜から順次燃料を蒸発さ
せると燃焼音が低くなると共にスモークおよびNOx
発生量が少なくなり、従ってこのような方法によって燃
料を燃焼させる方法は優れた燃焼方法であると言える。
しかしながらこのような方法によって燃料を燃焼させる
と特に部分負荷運転時に多量の未燃HCや白煙が発生す
るばかりでなく液状のHCや悪臭を発するアルデヒドが
多量に発生する。従ってこのような方法によって燃料を
燃焼させる場合には機関排気通路内にHCやアルデヒド
を酸化させるための触媒を設ける必要がある。
[0010] Thus sequentially the less the amount of smoke produced and NO x with the combustion noise and the fuel evaporation is lowered from the fuel film and thus a method of burning fuel by such method are excellent combustion method It can be said.
However, when fuel is burned by such a method, a large amount of unburned HC and white smoke is generated, particularly during partial load operation, and a large amount of liquid HC and aldehyde emitting a bad smell are generated. Therefore, when burning fuel by such a method, it is necessary to provide a catalyst for oxidizing HC and aldehyde in the engine exhaust passage.

【0011】ところでこの場合、排気ガス温が触媒を活
性化するのに十分な高い温度となる機関の運転領域にお
いてはHCおよびアルデヒドが触媒により比較的良好に
酸化せしめられる。しかしながら機関低負荷運転時には
排気ガス温が低いために触媒が活性化せず、斯くしてH
Cやアルデヒド等を良好に浄化することができない。従
ってこの燃焼方法は優れた燃焼方法であるにもかかわら
ずに実用に供されていないのが現状である。
In this case, in the engine operating region where the exhaust gas temperature is high enough to activate the catalyst, HC and aldehyde are relatively well oxidized by the catalyst. However, during low engine load operation, the catalyst is not activated due to the low exhaust gas temperature.
C and aldehydes cannot be satisfactorily purified. Therefore, although this combustion method is an excellent combustion method, it has not been put to practical use at present.

【0012】ところが新たな燃焼を行うと後述するよう
に低負荷運転時であっても排気ガス温が高くなり、従っ
て機関排気通路内に酸化触媒を配置すると酸化触媒を活
性した状態に維持することができる。従って新たな燃焼
のもとでは燃料薄膜から順次燃料を蒸発させるような燃
焼方法を用いることが可能となる。
However, when new combustion is performed, the exhaust gas temperature increases even during low load operation, as described later. Therefore, when an oxidation catalyst is disposed in the engine exhaust passage, the oxidation catalyst must be maintained in an active state. Can be. Therefore, under a new combustion, it is possible to use a combustion method in which the fuel is sequentially evaporated from the fuel thin film.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】従って1番目の発明で
は、燃焼室内の不活性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し、燃焼室内の不活性ガ
ス量を更に増大していくと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が煤の生成温度よりも低くな
って煤がほとんど発生しなくなる内燃機関において、機
関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置し、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第1の燃焼と、
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、ピストン頂面上にキャビティを形
成すると共に該キャビティ内に向けて燃料噴射弁から燃
料を噴射し、少くとも第1の燃焼が行われているときに
燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面上に
衝突させるようにした内燃機関。
Therefore, in the first invention, when the amount of inert gas in the combustion chamber is increased, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and the amount of inert gas in the combustion chamber is reduced. As the temperature increases further, the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the temperature of the surrounding gas become lower than the temperature at which the soot is generated, and soot is hardly generated. A first combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the amount of inert gas at which the amount of generated soot is at a peak, and soot is hardly generated;
Switching means for selectively switching between the second 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 generated soot becomes a peak, forming a cavity on the piston top surface, An internal combustion engine in which fuel is injected from a fuel injection valve into a cavity, and at least during the first combustion, the fuel injected from the fuel injection valve collides against an inner wall surface of the cavity.

【0014】2番目の発明では1番目の発明において、
燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面上に
接線状に衝突させることによりピストン内壁面上に燃料
薄膜を形成し、この燃料薄膜から順次燃料を蒸発させる
ようにしている。3番目の発明では1番目の発明におい
て、燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面
上にほぼ垂直に衝突させるようにしている。
In the second invention, in the first invention,
The fuel injected from the fuel injection valve tangentially collides with the inner wall surface of the cavity to form a thin fuel film on the inner wall surface of the piston, and the fuel is evaporated from the thin fuel film sequentially. According to a third aspect, in the first aspect, the fuel injected from the fuel injection valve is caused to collide almost vertically with the inner wall surface of the cavity.

【0015】4番目の発明では1番目の発明において、
キャビティの中央部に隆起部を形成すると共に隆起部の
頂部に衝突面を形成し、燃料噴射弁から噴射された燃料
を衝突面に衝突させて衝突した燃料をキャビティの半径
方向に飛散させるようにしている。5番目の発明では1
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 a fourth aspect, in the first aspect,
A raised portion is formed at the center of the cavity, and a collision surface is formed at the top of the raised portion, so that the fuel injected from the fuel injector collides with the collision surface so that the colliding fuel is scattered in the radial direction of the cavity. ing. In the fifth invention, 1
In the second invention, the operating range of the engine is set to the first load on the low load side.
Is divided into a first operating region and a second operating region on the high load side.
The first combustion is performed in the operation region, and the second combustion is performed in the second operation region.

【0016】6番目の発明では5番目の発明において、
第2の運転領域の低負荷側では燃料噴射弁から噴射され
た燃料をキャビティ内壁面上に接線状に衝突させること
によりピストン内壁面上に燃料薄膜を形成してこの燃料
薄膜から順次燃料を蒸発させるようにし、第2の運転領
域の高負荷側では燃料噴射弁から噴射された燃料をキャ
ビティ内壁面上にほぼ垂直に衝突させるようにしてい
る。
In the sixth invention, in the fifth invention,
On the low load side of the second operation region, the fuel injected from the fuel injector tangentially collides with the inner wall surface of the cavity to form a thin fuel film on the inner wall surface of the piston, and the fuel is sequentially evaporated from the thin fuel film. On the high load side of the second operating region, the fuel injected from the fuel injector collides with the inner wall surface of the cavity almost vertically.

【0017】7番目の発明では5番目の発明において、
キャビティの中央部に隆起部を形成すると共に隆起部の
頂部に衝突面を形成し、第2の運転領域の低負荷側では
燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面上に
ほぼ垂直に衝突させるようにし、第2の運転領域の高負
荷側では燃料噴射弁から噴射された燃料を衝突面に衝突
させて衝突した燃料をキャビティの半径方向に飛散させ
るようにしている。
In the seventh invention, in the fifth invention,
A ridge is formed at the center of the cavity, and a collision surface is formed at the top of the ridge. At the low load side of the second operation area, fuel injected from the fuel injector collides almost perpendicularly to the inner wall surface of the cavity. On the high load side of the second operating region, the fuel injected from the fuel injection valve collides with the collision surface, and the colliding fuel is scattered in the radial direction of the cavity.

【0018】8番目の発明では5番目の発明において、
キャビティの中央部に隆起部を形成すると共に隆起部の
頂部に衝突面を形成し、第2の運転領域の低負荷側では
燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面上に
接線状に衝突させることによりピストン内壁面上に燃料
薄膜を形成してこの燃料薄膜から順次燃料を蒸発させる
ようにし、第2の運転領域の高負荷側では燃料噴射弁か
ら噴射された燃料を衝突面に衝突させて衝突した燃料を
キャビティの半径方向に飛散させるようにしている。
In the eighth invention, in the fifth invention,
A ridge is formed at the center of the cavity and a collision surface is formed at the top of the ridge, and the fuel injected from the fuel injection valve tangentially collides with the inner wall surface of the cavity on the low load side of the second operation region. As a result, a fuel thin film is formed on the inner wall surface of the piston, and the fuel is sequentially evaporated from the fuel thin film. On the high load side of the second operation region, the fuel injected from the fuel injector collides with the collision surface. The collision fuel is scattered in the radial direction of the cavity.

【0019】9番目の発明では5番目の発明において、
第2の運転領域では主噴射に先立ってパイロット噴射が
行われ、パイロット噴射時に燃料噴射弁から噴射された
燃料をキャビティ内壁面上に接線状に衝突させることに
よりピストン内壁面上に燃料薄膜を形成してこの燃料薄
膜から順次燃料を蒸発させるようにし、主噴射時に燃料
噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面上にほぼ
垂直に衝突させるようにしている。
In the ninth invention, in the fifth invention,
In the second operation region, pilot injection is performed prior to the main injection, and fuel injected from the fuel injection valve tangentially collides with the inner wall surface of the cavity during the pilot injection to form a fuel thin film on the inner wall surface of the piston. Then, the fuel is sequentially evaporated from the fuel thin film, and the fuel injected from the fuel injection valve at the time of the main injection is caused to collide almost vertically with the inner wall surface of the cavity.

【0020】10番目の発明では5番目の発明におい
て、キャビティの中央部に隆起部を形成すると共に隆起
部の頂部に衝突面を形成し、第2の運転領域では主噴射
に先立ってパイロット噴射が行われ、パイロット噴射時
に燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面上
にほぼ垂直に衝突させるようにし、主噴射時に燃料噴射
弁から噴射された燃料を衝突面に衝突させて衝突した燃
料をキャビティの半径方向に飛散させるようにしてい
る。
According to a tenth aspect, in the fifth aspect, a raised portion is formed at the center of the cavity and a collision surface is formed at the top of the raised portion. In the second operation region, the pilot injection is performed prior to the main injection. The fuel injected from the fuel injection valve at the time of the pilot injection is caused to collide with the inner wall surface of the cavity almost vertically, and the fuel injected from the fuel injection valve at the time of the main injection collides with the collision surface to remove the colliding fuel. It is made to scatter in the radial direction of the cavity.

【0021】11番目の発明では5番目の発明におい
て、キャビティの中央部に隆起部を形成すると共に隆起
部の頂部に衝突面を形成し、第2の運転領域では主噴射
に先立ってパイロット噴射が行われ、パイロット噴射時
に燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面上
に接線状に衝突させることによりピストン内壁面上に燃
料薄膜を形成してこの燃料薄膜から順次燃料を蒸発させ
るようにし、主噴射時に燃料噴射弁から噴射された燃料
を衝突面に衝突させて衝突した燃料をキャビティの半径
方向に飛散させるようにしている。
According to an eleventh aspect, in the fifth aspect, a ridge is formed at the center of the cavity and a collision surface is formed at the top of the ridge. In the second operation region, pilot injection is performed prior to main injection. The fuel is injected from the fuel injection valve at the time of pilot injection to tangentially collide with the inner wall surface of the cavity to form a fuel thin film on the inner wall surface of the piston so that the fuel is sequentially evaporated from the fuel thin film, The fuel injected from the fuel injection valve at the time of the main injection is caused to collide with the collision surface so that the collided fuel is scattered in the radial direction of the cavity.

【0022】12番目の発明では1番目の発明におい
て、燃焼室から排出された排気ガスを機関吸気通路内に
再循環させる排気ガス再循環装置を具備し、不活性ガス
が再循環排気ガスからなる。13番目の発明では12番
目の発明において、第1の燃焼が行われているときの排
気ガス再循環率がほぼ55パーセント以上であり、第2
の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ5
0パーセント以下である。
In a twelfth aspect based on the first aspect, there is provided an exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas discharged from the combustion chamber into the engine intake passage, wherein the inert gas comprises recirculated exhaust gas. . According to a thirteenth aspect, in the twelfth aspect, the exhaust gas recirculation rate during the first combustion is approximately 55% or more,
The exhaust gas recirculation rate when the combustion of
0% or less.

【0023】14番目の発明では1番目の発明におい
て、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。15番目の発明では1番目の発明に
おいて、触媒がNOx 吸収剤からなり、NOx 吸収剤か
らNOx を放出すべきときに第1の燃焼のもとで空燃比
をリッチにするようにしている。
[0023] In the first invention in the 14th invention, the catalyst is an oxidation catalyst, consisting of one at least of the three-way catalyst or the NO x absorbent. In the first invention in the 15 th invention, the catalyst consists of the NO x absorbent, and air-fuel ratio under the first combustion when releasing the NO x from the NO x absorbent to be rich I have.

【0024】16番目の発明では1番目の発明におい
て、触媒がNOx 吸収剤からなり、NOx 吸収剤からN
x を放出すべきときに燃料噴射弁から追加の燃料を排
気行程中に噴射するようにしている。17番目の発明で
は1番目の発明において、触媒がNOx 吸収剤からな
り、NOx 吸収剤からNOx を放出すべきときに燃料噴
射弁から追加の燃料を膨張行程中に噴射するようにして
いる。
According to a sixteenth aspect, in the first aspect, the catalyst comprises a NO x absorbent, and the catalyst comprises a NO x absorbent.
Additional fuel is injected from the fuel injection valve during the exhaust stroke when O x is to be released. In the first invention in the 17 th invention, the catalyst consists of the NO x absorbent, and the fuel injection valve when releasing the NO x from the NO x absorbent so as to inject additional fuel during the expansion stroke I have.

【0025】[0025]

【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.

【0026】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。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2
9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。
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. 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 the EGR passage 2.
An EGR control valve 31 which is connected to each other via a motor 9 and driven by a step motor 30 is disposed in the EGR passage 29. Further, the EGR passage 29 is provided in the EGR passage 29.
An intercooler 32 for cooling the EGR gas flowing therein is arranged. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the intercooler 32, and the engine cooling water cools the EGR gas.

【0027】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.

【0028】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。燃料圧センサ36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50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4
5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、EGR制御弁制御用ステップモータ30および燃
料ポンプ35に接続される。
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and has 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 fuel pressure sensor 36 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. A load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the amount of depression L of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. . Also, input port 4
5 is connected to a crank angle sensor 52 that generates an output pulse each 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 EGR control valve control step motor 30, and the fuel pump 35 via a corresponding drive circuit 48.

【0029】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 operating at a low load.
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.

【0030】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.

【0031】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. 3 (A) shows the change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 21 and the amount of generated smoke is the largest, and FIG. 3 (B) 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).

【0032】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.

【0033】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. .

【0034】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。
Summarizing these considerations based on the experimental results shown in FIGS. 2 and 3, 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.

【0035】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。
Incidentally, 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.

【0036】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 is 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.

【0037】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 are 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.

【0038】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.

【0039】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, when fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air, the situation is slightly different.
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.

【0040】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 gas around it to a temperature lower than the temperature at which soot is generated, 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.

【0041】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 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.

【0042】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 amount of 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.

【0043】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.

【0044】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 a mixture of EGR gas and air necessary to make the temperature of fuel during combustion and its surrounding gas 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.

【0045】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.

【0046】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。
When 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.

【0047】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。
When supercharging is not performed, fuel
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.

【0048】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
55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。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。
[0048] However through the EGR passage 29 as shown in Figure 1 of the supercharger inlet side, i.e. the required load and recirculate the EGR gas into the air intake pipe 17 of an exhaust turbocharger 15 than L 0 In large areas, the EGR rate can be maintained at or above 55 percent, for example, 70 percent, and thus the temperature of the fuel and its surrounding gas can be maintained 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. 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 closed slightly.

【0049】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。
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. 6, that is, the air-fuel ratio is made rich. 10p.p. the generation amount of the NO x even while preventing generation of soot by
m or less, and even if the air amount is larger than the air amount shown in FIG. 6, that is, even if the average value of the air-fuel ratio is 17 to 18 lean, soot generation is prevented. while the generation amount of the NO x can be around or less 10 ppm.

【0050】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 to 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.

【0051】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.

【0052】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 fuel during combustion in the combustion chamber and its surrounding gas can be suppressed to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, only during low load operation in the engine, which generates a relatively small amount of heat by combustion. 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.

【0053】図7(A)の実線は第1の燃焼が行われた
ときの燃焼室5内の平均ガス温Tgとクランク角との関
係を示しており、図7(A)の破線は第2の燃焼が行わ
れたときの燃焼室5内の平均ガス温Tgとクランク角と
の関係を示している。また、図7(B)の実線は第1の
燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温Tf
とクランク角との関係を示しており、図7(B)の破線
は第2の燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガ
ス温Tfとクランク角との関係を示している。
The solid line in FIG. 7A shows the relationship between the average gas temperature Tg in the combustion chamber 5 and the crank angle when the first combustion is performed, and the broken line in FIG. 2 shows the relationship between the average gas temperature Tg in the combustion chamber 5 and the crank angle when the combustion of No. 2 is performed. The solid line in FIG. 7 (B) represents the fuel and gas temperature Tf around the fuel when the first combustion is performed.
7B shows the relationship between the fuel and the surrounding gas temperature Tf and the crank angle when the second combustion is performed.

【0054】第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われている
ときには第2の燃焼、即ち従来の普通の燃焼が行われて
いるときに比べてEGRガス量が多く、従って図7
(A)に示されるように圧縮上死点前は、即ち圧縮工程
中は実線で示す第1の燃焼時における平均ガス温Tgの
ほうが破線で示す第2の燃焼時における平均ガス温Tg
よりも高くなっている。なお、このとき図7(B)に示
されるように燃料およびその周囲のガス温Tfは平均ガ
ス温Tgとほぼ同じ温度になっている。
When the first combustion, that is, the low-temperature combustion is being performed, the amount of the EGR gas is larger than when the second combustion, that is, the conventional ordinary combustion is being performed.
As shown in (A), before the compression top dead center, that is, during the compression process, the average gas temperature Tg during the first combustion shown by the solid line is better than the average gas temperature Tg during the second combustion shown by the broken line.
Is higher than. At this time, as shown in FIG. 7 (B), the temperature of the fuel and its surrounding gas Tf is substantially the same as the average gas temperature Tg.

【0055】次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始
されるがこの場合、第1の燃焼が行われているときには
図7(B)の実線が示されるように燃料およびその周囲
のガス温Tfはさほど高くならない。これに対して第2
の燃焼が行われている場合には図7(B)の破線で示さ
れるように燃料およびその周囲のガス温Tfは極めて高
くなる。このように第2の燃焼が行われた場合には燃料
およびその周囲のガス温Tfは第1の燃焼が行われてい
る場合に比べてかなり高くなるが大部分を占めるそれ以
外のガスの温度は第1の燃焼が行われている場合に比べ
て第2の燃焼が行われている場合の方が低くなってお
り、従って図7(A)に示されるように圧縮上死点付近
における燃焼室5内の平均ガス温Tgは第1の燃焼が行
われている場合の方が第2の燃焼が行われている場合に
比べて高くなる。その結果、図7(A)に示されるよう
に燃焼が完了した後の、即ち膨張行程の後半における燃
焼室5内の平均ガス温Tgは、言い換えると燃焼室5内
の既燃ガス温は第1の燃焼が行われた場合の方が第2の
燃焼が行われた場合に比べて高くなる。
Next, combustion is started near the compression top dead center. In this case, when the first combustion is being performed, the temperature of the fuel and the gas Tf around the fuel and its surroundings are reduced as shown by the solid line in FIG. 7B. Not so high. The second
When the combustion is performed, the fuel and the surrounding gas temperature Tf become extremely high as shown by the broken line in FIG. 7B. When the second combustion is performed as described above, the temperature Tf of the fuel and the surrounding gas becomes considerably higher than that of the case where the first combustion is performed, but the temperature of the other gas that occupies most of the temperature Tf. Is lower in the case where the second combustion is performed than in the case where the first combustion is performed. Therefore, as shown in FIG. The average gas temperature Tg in the chamber 5 is higher when the first combustion is being performed than when the second combustion is being performed. As a result, as shown in FIG. 7A, the average gas temperature Tg in the combustion chamber 5 after the combustion is completed, that is, in the latter half of the expansion stroke, in other words, the temperature of the burned gas in the combustion chamber 5 becomes the second temperature. The case where the first combustion is performed is higher than the case where the second combustion is performed.

【0056】このように第1の燃焼、即ち低温燃焼が行
われた場合には第2の燃焼が行われた場合に比べて燃焼
時における燃料およびその周囲のガス温Tfはかなり低
くなるが燃焼室5内の既燃ガスは第2の燃焼が行われた
場合に比べて逆に高くなり、従って燃焼室5から排出さ
れる排気ガスの温度も第2の燃焼が行われている場合に
比べて高くなる。
As described above, when the first combustion, that is, the low-temperature combustion is performed, the temperature of the fuel and the surrounding gas Tf during the combustion is considerably lower than that in the case where the second combustion is performed. The burned gas in the chamber 5 is higher than that in the case where the second combustion is performed. Therefore, the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is also lower than that in the case where the second combustion is performed. Get higher.

【0057】図8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8において縦軸Lはアルセルペダル50の
踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Nは機関回
転数を示している。また、図8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. 8 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. 8, the vertical axis L indicates the depression amount of the Alcel pedal 50, that is, the required load, and the horizontal axis N indicates the engine speed. In FIG. 8, X (N) is the first
Shows the first boundary between the operating region I and the second operating region II, and Y (N) represents the first operating region I and the second operating region.
2 shows a second boundary with II. The determination of the change of the operating range from the first operating range I to the second operating range II is made based on the first boundary X (N), and the determination of the change from the second operating range II to the first
The determination of the change of the operation region to the operation region I of the second boundary Y
(N).

【0058】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負荷L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。次いで要求負荷L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
When the required load L exceeds a first boundary X (N), which is a function of the engine speed N, during low-temperature combustion, it is determined that the operation region has shifted to the second operation region II, Combustion is performed by a conventional combustion method. Next, when the required load L becomes lower than a second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operation region has shifted to the first operation region I, and low-temperature combustion is performed again.

【0059】このように第1の境界X(N)と第1の境
界X(N)よりも低負荷側の第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の高負荷側では比較的燃焼温度
が高く、このとき要求負荷L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、要求負荷L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) on the lower load 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 load side of the second operation region II, and even if the required load L becomes lower than the first boundary X (N), low-temperature combustion cannot be performed immediately. Because. That is, the low-temperature combustion does not immediately start unless the required load L becomes considerably low, that is, when the required load L becomes lower than the second boundary Y (N). The second reason is that hysteresis is provided for a change in the operation range between the first operation range I and the second operation range II.

【0060】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は要求負荷Lに対するスロットル弁2
0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
るように要求負荷L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、E
GR制御弁31の開度は要求負荷L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, the 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 throttle valve 2 with respect to the required load L.
0 indicates the opening degree, the opening degree of the EGR control valve 31, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing, and the injection amount. As shown in FIG. 9, in the first operating region I where the required load L is low, the opening of the throttle valve 20 is gradually increased from almost fully closed to about 2/3 opening as the required load L increases. E
The degree of opening of the GR control valve 31 is gradually increased from almost fully closed to fully open as the required load L increases. Also,
In the example shown in FIG. 9, in the first operation region I, the EGR rate is set to approximately 70%, and the air-fuel ratio is set to a slightly lean air-fuel ratio.

【0061】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。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は要求負荷
L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. 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 load L is increased, and the injection completion timing θE is delayed as the injection start timing θS is delayed.

【0062】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。
When the engine is idling, 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.

【0063】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 region of the engine is the first operating region 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.

【0064】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の開度は要求負荷L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率は要求負荷Lが高くなるほど低くなり、空燃比
は要求負荷Lが高くなるほど小さくなる。ただし、空燃
比は要求負荷Lが高くなってもリーン空燃比とされる。
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 operating 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 load L increases. In this operating region II, the EGR rate decreases as the required load L increases, and the air-fuel ratio decreases as the required load L increases. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even when the required load L increases.

【0065】一方、本発明による実施例では第2の運転
領域IIが更に低負荷側の領域Pと高負荷側の領域Wとに
分けられている。図9に示されるように第2の運転領域
IIの低負荷側領域Pにおいては噴射開始時期θSが圧縮
上死点TDCよりも前とされており、第2の運転領域II
の高負荷側領域Wでは噴射開始時期θSが圧縮上死点T
DC付近とされている。
On the other hand, in the embodiment according to the present invention, the second operating region II is further divided into a region P on the low load side and a region W on the high load side. As shown in FIG. 9, the second operation area
In the low load side region P of II, the injection start timing θS is set before the compression top dead center TDC, and the second operation region II
In the high-load side region W of FIG.
It is near DC.

【0066】図10は第1の運転領域Iにおける空燃比
A/Fを示している。図10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10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では要求負荷Lが低くなるほど空燃比A/Fが
リーンとされる。
FIG. 10 shows the air-fuel ratio A / F in the first operating region I. In FIG. 10, A / F = 15.
The curves indicated by 5, A / F = 16, A / F = 17, and A / F = 18 have air-fuel ratios of 15.5, 16, 17, and 18, respectively.
And the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. As shown in FIG. 10, the air-fuel ratio is lean in the first operating region I, and in the first operating region I, the air-fuel ratio A / F becomes leaner as the required load L decreases.

【0067】即ち、要求負荷Lが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少くなる。従って要求負荷L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
10に示されるように要求負荷L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負荷L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 load L, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, low-temperature combustion can be performed even if the EGR rate is reduced as the required load L decreases.
When the EGR rate is reduced, the air-fuel ratio increases. Therefore, as shown in FIG. 10, as the required load L decreases, the air-fuel ratio A / F increases. As the air-fuel ratio A / F increases, the fuel consumption rate increases. Accordingly, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio A / F increases as the required load L decreases.

【0068】なお、空燃比を図10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
1(A)に示されるように要求負荷L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10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11(B)
に示されるように要求負荷L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. 1A, the EGR is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N, and is necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG. The target opening SE of the control valve 31 is as shown in FIG.
As shown in (1), a map is previously stored in the ROM 42 as a function of the required load L and the engine speed N.

【0069】図12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12においてA/F=24,A/F=3
5,A/F=45,A/F=60で示される各曲線は夫
々目標空燃比24,35,45,60を示している。空
燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁2
0の目標開度STが図13(A)に示されるように要求
負荷L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、空燃比をこの目標空
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負荷L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. 12 shows the target air-fuel ratio when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed. In FIG. 12, A / F = 24 and A / F = 3.
Curves indicated by 5, A / F = 45 and A / F = 60 indicate target air-fuel ratios 24, 35, 45, and 60, respectively. Throttle valve 2 required to set air-fuel ratio to this target air-fuel ratio
As shown in FIG. 13A, a target opening degree ST of 0 is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N, and the air-fuel ratio is set as the target air-fuel ratio. Opening SE of EGR control valve 31 necessary for
Are stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.

【0070】次に図14(A),(B)を参照しつつ本
発明において用いられている燃焼室構造と噴射方法の第
1実施例について説明する。図14(A),(B)を参
照するとピストン4の頂面中央部にキャビティ60が形
成される。キャビティ60の底壁面中央部には上方に向
けて突出する隆起部61が形成されており、キャビティ
60の内周面の上端部には内方に向けて突出するリップ
部62が形成されている。燃料噴射弁6からは小さな噴
射角の複数個の燃料噴霧Fがキャビティ60内に向けて
噴射される。なお、図14(A)は第1の運転領域I、
および第2の運転領域IIの低負荷側領域Pにおける燃料
噴射を示しており、図14(B)は第2の運転領域IIの
高負荷側領域Wにおける燃料噴射を示している。
Next, a first embodiment of the combustion chamber structure and the injection method used in the present invention will be described with reference to FIGS. 14 (A) and 14 (B). Referring to FIGS. 14A and 14B, a cavity 60 is formed at the center of the top surface of the piston 4. A raised portion 61 projecting upward is formed at the center of the bottom wall surface of the cavity 60, and a lip portion 62 projecting inward is formed at the upper end of the inner peripheral surface of the cavity 60. . A plurality of fuel sprays F having a small injection angle are injected from the fuel injection valve 6 into the cavity 60. FIG. 14A shows the first operation region I,
FIG. 14B shows fuel injection in the low load side region P of the second operation region II, and FIG. 14B shows fuel injection in the high load side region W of the second operation region II.

【0071】図9からわかるように第1の運転領域I、
および第2の運転領域IIの低負荷側領域Pでは噴射開始
時期θSが圧縮上死点TDCよりも前とされる。従って
このときには図14(A)に示されるようにピストン4
が低い位置にあるときに燃料噴射弁6から燃料Fが噴射
され、このとき噴射燃料Fはキャビティ60の内壁面上
に接線状に衝突せしめられる。衝突した燃料は次いで
F′で示すようにキャビティ60の内壁面上に燃料薄膜
の形で広がる。次いでこの燃料薄膜F′から燃料が徐々
に蒸発し、この蒸発燃料が順次燃焼せしめられる。
As can be seen from FIG. 9, the first operating region I,
In the low-load region P of the second operation region II, the injection start timing θS is set before the compression top dead center TDC. Therefore, at this time, as shown in FIG.
Is at a low position, the fuel F is injected from the fuel injection valve 6, and at this time, the injected fuel F collides tangentially on the inner wall surface of the cavity 60. The impinging fuel then spreads in the form of a fuel film on the inner wall of the cavity 60, as indicated by F '. Next, the fuel gradually evaporates from the fuel thin film F ', and the evaporated fuel is sequentially burned.

【0072】今、第1の燃焼が行われているとするとこ
のとき燃焼時における燃料およびその周囲のガス温度は
低く抑えられており、従ってこのとき煤およびNOx
ほとんど発生しない。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。一方、このとき燃料薄膜からは未燃HCや液状のH
Cやアルデヒドが発生し、これら未燃HCや液状のHC
やアルデヒドも燃焼室5から排出される。
[0072] Now, when the first combustion is assumed to take place the gas temperature of the fuel and its surroundings at the time of combustion at this time is kept low, thus the time of soot and NO x are hardly generated. Instead, unburned hydrocarbons are discharged from the combustion chamber 5 in the form of a soot precursor or previous state. On the other hand, at this time, unburned HC or liquid H
C and aldehydes are generated, and these unburned HC and liquid HC
Aldehydes and aldehydes are also discharged from the combustion chamber 5.

【0073】しかしながら前述したように第1の燃焼が
行われているときには排気ガス温が高くなり、従ってこ
のとき酸化機能を有する触媒25は活性化した状態に維
持されている。従ってこのとき燃焼室5から排出される
未燃HCや液状のHCやアルデヒド等は触媒25によっ
て良好に浄化せしめられる。従って大気中に有害成分が
排出されるのを抑制することができ、悪臭が発生するの
を抑制することができる。
However, as described above, when the first combustion is being performed, the temperature of the exhaust gas is high, and therefore, at this time, the catalyst 25 having an oxidizing function is maintained in an activated state. Therefore, at this time, unburned HC, liquid HC, aldehyde, and the like discharged from the combustion chamber 5 are satisfactorily purified by the catalyst 25. Therefore, emission of harmful components into the atmosphere can be suppressed, and generation of offensive odor can be suppressed.

【0074】一方、このとき第2の燃焼が行われている
とすると機関低負荷運転時に比べて燃焼温が高くなるた
めに機関低負荷運転時に比べて燃料薄膜F′からの未燃
HCや液状のHCやアルデヒドの発生量は少なくなる。
とは言ってもこのときキャビティ60の内壁面の温度は
それほど高くならないために薄膜F′を形成している一
部の燃料は燃焼せずに残り、この残った燃料から未燃H
Cやアルデヒドが発生するので依然として未燃HCや液
状のHCやアルデヒドが燃焼室60内から排出される。
しかしながら第2の燃焼が行われているときには発熱量
が多いために排気ガス温は高くなっている。従ってこの
ときには触媒25は活性化状態に維持されており、従っ
て機関から排出された未燃HCや液状のHCやアルデヒ
ドは触媒25によって良好に浄化せしめられる。なお、
このとき燃料薄膜F′から蒸発した燃料は徐々に燃焼せ
しめられるので燃焼が穏やかとなり、燃焼騒音がかなり
低くなる。またこのときNOx およびスモークの発生量
も少なくなる。
On the other hand, if the second combustion is performed at this time, since the combustion temperature is higher than during the low engine load operation, the unburned HC and liquid The amount of HC and aldehydes generated is reduced.
However, at this time, since the temperature of the inner wall surface of the cavity 60 does not rise so much, a part of the fuel forming the thin film F 'remains without burning, and the unburned H
Since C and aldehyde are generated, unburned HC, liquid HC and aldehyde are still discharged from the combustion chamber 60.
However, when the second combustion is being performed, the exhaust gas temperature is high due to the large amount of heat generated. Accordingly, at this time, the catalyst 25 is maintained in the activated state, and therefore, the unburned HC, liquid HC, and aldehyde discharged from the engine are satisfactorily purified by the catalyst 25. In addition,
At this time, the fuel evaporated from the fuel thin film F 'is gradually burned, so that the combustion becomes gentle and the combustion noise is considerably reduced. The generation amount of the NO x and smoke at this time is also reduced.

【0075】図9からわかるように第2の運転領域IIの
高負荷側領域Wでは圧縮上死点TDC付近において燃料
噴射弁6から燃料Fが噴射される。このときには燃焼室
5内の圧力が高くなっており、噴射燃料の一部はキャビ
ティ60の内壁面に到達する前に分裂し、拡散する。ま
た、このときには図14(B)に示されるようにピスト
ン4の位置が高いために一部の噴射燃料Fはキャビティ
60の内壁面上にほぼ垂直に衝突する。衝突した燃料は
次いで反射し、速やかにキャビティ60内に拡散する。
このように第2の運転領域IIの高負荷側領域Wではキャ
ビティ60内全体に燃料が拡散するのでスモークの発生
しない良好な燃焼が得られる。
As can be seen from FIG. 9, in the high load side region W of the second operation region II, fuel F is injected from the fuel injection valve 6 near the compression top dead center TDC. At this time, the pressure in the combustion chamber 5 is high, and part of the injected fuel is split and diffused before reaching the inner wall surface of the cavity 60. Further, at this time, as shown in FIG. 14B, since the position of the piston 4 is high, part of the injected fuel F collides with the inner wall surface of the cavity 60 almost vertically. The impinging fuel then reflects and quickly diffuses into cavity 60.
As described above, in the high-load-side region W of the second operation region II, the fuel is diffused throughout the cavity 60, so that good combustion without smoke is obtained.

【0076】なお、第2の運転領域IIの低負荷側領域P
又は高負荷側領域Wにおいて主噴射に先立ってパイロッ
ト噴射を行うようにし、このときパイロット噴射時にお
ける噴射燃料Fを図14(A)に示されるようにキャビ
ティ60の内壁面上に接線状に衝突せしめ、主噴射時に
おける噴射燃料Fを図14(B)に示されるようにキャ
ビティ60の内壁面上にほぼ垂直に衝突せしめるように
することもできる。
The low load side region P of the second operation region II
Alternatively, pilot injection is performed prior to main injection in the high load side region W, and at this time, the injected fuel F at the time of pilot injection tangentially collides with the inner wall surface of the cavity 60 as shown in FIG. In other words, the injected fuel F at the time of the main injection may be caused to collide almost vertically with the inner wall surface of the cavity 60 as shown in FIG.

【0077】図15(A),(B)に本発明において用
いられている燃焼室構造と噴射方法の第2実施例を示
す。図15(A),(B)を参照するとこの第2実施例
ではキャビティ60の隆起部61の頂面上にほぼ平坦を
なす環状の衝突面63が形成されている。なお、この実
施例においても図15(A)は第1の運転領域I、およ
び第2の運転領域IIの低負荷側領域Pにおける燃料噴射
を示しており、図15(B)は第2の運転領域IIの高負
荷側領域Wにおける燃料噴射を示している。
FIGS. 15A and 15B show a second embodiment of the combustion chamber structure and injection method used in the present invention. Referring to FIGS. 15A and 15B, in the second embodiment, a substantially flat annular collision surface 63 is formed on the top surface of the raised portion 61 of the cavity 60. Note that, also in this embodiment, FIG. 15A shows fuel injection in the low load side region P of the first operation region I and the second operation region II, and FIG. The fuel injection in the high load side region W of the operation region II is shown.

【0078】この実施例では第1の運転領域I、又は第
2の運転領域IIの低負荷側領域Pでは図15(A)に示
されるように燃料噴射弁6から燃料Fがキャビティ60
の内壁面上にほぼ垂直をなして衝突せしめられる。この
ときには燃焼室5内の圧力はまだそれほど高くないので
かなりの量の噴射燃料Fがキャビティ60の内壁面上に
衝突せしめられる。この衝突作用によってキャビティ6
0内に混合気が形成される。
In this embodiment, in the low load side region P of the first operation region I or the second operation region II, as shown in FIG.
Is almost perpendicular to the inner wall of the car. At this time, since the pressure in the combustion chamber 5 is not so high yet, a considerable amount of the injected fuel F collides with the inner wall surface of the cavity 60. Due to this collision action, the cavity 6
An air-fuel mixture is formed in zero.

【0079】一方、第2の運転領域IIの高負荷領域Wで
は図15(B)に示されるように圧縮上死点TDC付近
において燃料噴射弁6から燃料Fが噴射される。このと
き噴射燃料Fは衝突面63に衝突し、衝突した燃料Fは
キャビティ60内においてキャビティ60の半径方向に
飛散し、その結果燃料はキャビティ60内の全体に亘っ
て分散せしめられる。
On the other hand, in the high load region W of the second operation region II, the fuel F is injected from the fuel injection valve 6 near the compression top dead center TDC as shown in FIG. At this time, the injected fuel F collides with the collision surface 63, and the colliding fuel F is scattered in the cavity 60 in the radial direction of the cavity 60. As a result, the fuel is dispersed throughout the cavity 60.

【0080】なお、この場合も第2の運転領域IIの低負
荷側領域P又は高負荷側領域Wにおいて主噴射に先立っ
てパイロット噴射を行うようにし、このときパイロット
噴射時における噴射燃料Fを図15(A)に示されるよ
うにキャビティ60の内壁面上にほぼ垂直に衝突せし
め、主噴射時における噴射燃料Fを図15(B)に示さ
れるようにキャビティ60の衝突面63に衝突せしめる
ようにすることもできる。
In this case, pilot injection is performed prior to main injection in the low load side region P or the high load side region W of the second operation region II. As shown in FIG. 15 (A), the fuel is caused to collide almost vertically on the inner wall surface of the cavity 60, and the injected fuel F at the time of the main injection is made to collide with the collision surface 63 of the cavity 60 as shown in FIG. 15 (B). You can also

【0081】図16(A),(B)に本発明において用
いられている燃焼室構造と噴射方法の第3実施例を示
す。図15(A),(B)を参照するとこの第3実施例
でもキャビティ60の隆起部61の頂面上にほぼ平坦を
なす環状の衝突面63が形成されている。また、この実
施例においても図16(A)は第1の運転領域I、およ
び第2の運転領域IIの低負荷側領域Pにおける燃料噴射
を示しており、図16(B)は第2の運転領域IIの高負
荷側領域Wにおける燃料噴射を示している。
FIGS. 16A and 16B show a third embodiment of the combustion chamber structure and injection method used in the present invention. Referring to FIGS. 15A and 15B, the third embodiment also has a substantially flat annular collision surface 63 formed on the top surface of the raised portion 61 of the cavity 60. Also in this embodiment, FIG. 16A shows the fuel injection in the low load side region P of the first operation region I and the second operation region II, and FIG. The fuel injection in the high load side region W of the operation region II is shown.

【0082】この実施例では第1の運転領域I、又は第
2の運転領域IIの低負荷側領域Pでは図16(A)に示
されるように燃料噴射弁6から燃料Fがキャビティ60
の内壁面上に接線状に衝突せしめられる。従って衝突し
た燃料は燃料薄膜F′の形でキャビティ60の内壁面上
に広がり、この燃料薄膜F′から徐々に燃料が蒸発せし
められる。
In this embodiment, in the low load side region P of the first operation region I or the second operation region II, as shown in FIG.
Tangentially collide with the inner wall surface. Therefore, the colliding fuel spreads on the inner wall surface of the cavity 60 in the form of the fuel thin film F ', and the fuel is gradually evaporated from the fuel thin film F'.

【0083】一方、第2の運転領域IIの高負荷領域Wで
は図16(B)に示されるように圧縮上死点TDC付近
において燃料噴射弁6から燃料Fが噴射される。このと
き噴射燃料Fは衝突面63に衝突し、衝突した燃料Fは
キャビティ60内においてキャビティ60の半径方向に
飛散する。その結果、燃料はキャビティ60内の全体に
亘って分散せしめられる。
On the other hand, in the high load region W of the second operation region II, the fuel F is injected from the fuel injection valve 6 near the compression top dead center TDC as shown in FIG. At this time, the injected fuel F collides with the collision surface 63, and the colliding fuel F scatters in the cavity 60 in the radial direction of the cavity 60. As a result, the fuel is dispersed throughout the cavity 60.

【0084】なお、この場合も第2の運転領域IIの低負
荷側領域P又は高負荷側領域Wにおいて主噴射に先立っ
てパイロット噴射を行うようにし、このときパイロット
噴射時における噴射燃料Fを図16(A)に示されるよ
うにキャビティ60の内壁面上に接線状に衝突せしめ、
主噴射時における噴射燃料Fを図16(B)に示される
ようにキャビティ60の衝突面63に衝突せしめるよう
にすることもできる。
In this case as well, pilot injection is performed prior to main injection in the low load side region P or the high load side region W of the second operation region II. As shown in FIG. 16 (A), it collides with the inner wall surface of the cavity 60 tangentially,
The injected fuel F during the main injection may be caused to collide with the collision surface 63 of the cavity 60 as shown in FIG.

【0085】ところで触媒25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。このNO
x 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Na、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。
[0085] By the way as a catalyst 25 may be an oxide catalyst, three-way catalyst, or the NO x absorbent. NO x
Absorber has the function of releasing the average air-fuel ratio is absorbed NO x when the lean, the average air-fuel ratio becomes rich in the combustion chamber 5 NO x in the combustion chamber 5. This NO
The x absorbent is, for example, alumina as a carrier. On this carrier, for example, potassium K, sodium Na, lithium Li, alkali metal such as cesium Cs, barium Ba, alkaline earth such as calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y At least one selected from such rare earths,
A noble metal such as platinum Pt is supported.

【0086】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。次に図17を参照しつつ運転制御について
説明する。図17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に進んで要求負荷L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。L≦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。
The oxidation catalyst, 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. Next, the operation control will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 17, 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 load L has become larger than the first boundary X1 (N). When L ≦ X1 (N), the routine proceeds to step 103, where low-temperature combustion is performed.

【0087】即ち、ステップ103では図11(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、スロットル弁20の開度がこの目標開度STとさ
れる。次いでステップ104では図11(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、
EGR制御弁31の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ105では図14(A)又は図15
(A)又は図16(A)に示されるように燃料噴射が行
われる。このとき低温燃焼が行われる。
That is, in step 103, the target opening ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. 11A, and the opening of the throttle valve 20 is set to the target opening ST. Next, at step 104, the target opening SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG.
The opening of the EGR control valve 31 is set as the target opening SE.
Next, in step 105, FIG.
(A) or fuel injection is performed as shown in FIG. At this time, low-temperature combustion is performed.

【0088】一方、ステップ101においてL>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108
に進んで第2の燃焼が行われる。即ち、ステップ108
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、スロットル弁20の開度がこ
の目標開度STとされる。次いでステップ109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、EGR制御弁31の開度がこの目標
開度SEとされる。次いでステップ110では図14
(A),(B)又は図15(A),(B)又は図16
(A),(B)に示されるように燃料噴射が行われる。
On the other hand, in step 101, L> 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 108
In FIG. 13A, the target opening ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. 13A, and the opening of the throttle valve 20 is set as the target opening ST. Next, at step 109, the target opening SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG. 13B, and the opening of the EGR control valve 31 is set to the target opening SE. Next, at step 110, FIG.
(A), (B) or FIG. 15 (A), (B) or FIG.
Fuel injection is performed as shown in (A) and (B).

【0089】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106に進んで要
求負荷L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108
に進み、第2の燃焼が行われる。一方、ステップ106
においてL<Y(N)になったと判別されたときにはス
テップ107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 process proceeds from step 100 to step 106, where it is determined whether the required load L has become lower than the second boundary Y (N). When L ≧ Y (N), step 108
And the second combustion is performed. On the other hand, step 106
When it is determined that L <Y (N), the routine proceeds to step 107, where the flag I is set. Then, the routine proceeds to step 103, where low-temperature combustion is performed.

【0090】次に触媒25としてNOx 吸収剤を用いた
場合について説明する。前述したようにこのNOx 吸収
剤25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。もう少し
厳密な言い方をすれば、機関吸気通路、燃焼室5および
NOx 吸収剤25上流の排気通路内に供給された空気お
よび燃料(炭化水素)の比をNOx 吸収剤25への流入
排気ガスの空燃比と称するとこのNOx 吸収剤25は流
入排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOx を吸収
し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチにな
ると吸収したNOx を放出するNOx の吸放出作用を行
う。
Next, the case where a NO x absorbent is used as the catalyst 25 will be described. This the NO x absorbent 25 as described above has a function average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 absorbs NO x when the lean, the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is to release the NO x becomes rich . To put it more precisely, the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied to the engine intake passage, the combustion chamber 5 and the exhaust passage upstream of the NO x absorbent 25 is determined by the ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent 25. Toko of the NO x absorbent 25 is referred to as the air-fuel ratio is the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas absorbs NO x when the lean air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to release NO x absorbed to become stoichiometric or rich carry out the absorption and release action of NO x.

【0091】このNOx 吸収剤25を機関排気通路内に
配置すればNOx 吸収剤25は実際にNOx の吸放出作
用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについて
は明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作
用は図18に示すようなメカニズムで行われているもの
と考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白
金PtおよびバリウムBaを担持させた場合を例にとっ
て説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
If this NO x absorbent 25 is disposed in the exhaust passage of the engine, the NO x absorbent 25 actually performs the absorption and release of NO x , but the detailed mechanism of this absorption and release is not clear. . However, it is considered that this absorption / release action is performed by a mechanism as shown in FIG. Next, this mechanism will be described by taking as an example a case where platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths and rare earths.

【0092】図1に示される圧縮着火式内燃機関では通
常燃焼室5における空燃比がリーンの状態で燃焼が行わ
れる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われ
ている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、このとき
には図18(A)に示されるようにこれら酸素O2 がO
2 - 又はO2-の形で白金Ptの表面に付着する。一方、
流入排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO2 - 又は
2-と反応し、NO2となる(2NO+O2 →2N
2 )。次いで生成されたNO2 の一部は白金Pt上で
酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムBaO
と結合しながら図18(A)に示されるように硝酸イオ
ンNO3 - の形で吸収剤内に拡散する。このようにして
NOx がNOx 吸収剤25内に吸収される。流入排気ガ
ス中の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面でNO2 が生
成され、吸収剤のNOx 吸収能力が飽和しない限りNO
2 が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンNO3 - が生成さ
れる。
In the compression ignition type internal combustion engine shown in FIG. 1, combustion is performed with the air-fuel ratio in the normal combustion chamber 5 being lean. Thus the oxygen concentration in the exhaust gas when the air-fuel ratio is performed is combusted in a lean state is high, these oxygen O 2 as is shown in FIG. 18 (A) at this time O
2 - or O 2- shape is deposited on the surface of the platinum Pt. on the other hand,
NO in the inflowing exhaust gas reacts with O 2 or O 2− on the surface of the platinum Pt to become NO 2 (2NO + O 2 → 2N).
O 2 ). Next, a part of the generated NO 2 is absorbed in the absorbent while being oxidized on the platinum Pt, and the barium oxide BaO
As shown in FIG. 18 (A), it diffuses into the absorbent in the form of nitrate ions NO 3 while being combined. In this way, NO x is absorbed in the NO x absorbent 25. NO 2 is produced on the surface of the platinum Pt so long as the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, NO unless absorption of NO x capacity of the absorbent is not saturated
2 is absorbed in the absorbent and nitrate ions NO 3 - are produced.

【0093】一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにさ
れると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白
金Ptの表面でのNO2 の生成量が低下する。NO2
生成量が低下すると反応が逆方向(NO3 - →NO2
に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンNO3 - がNO
2 の形で吸収剤から放出される。このときNOx 吸収剤
25から放出されたNOx は図18(B)に示されるよ
うに流入排気ガス中に含まれる多量の未燃HC,COと
反応して還元せしめられる。このようにして白金Ptの
表面上にNO2 が存在しなくなると吸収剤から次から次
へとNO2 が放出される。従って流入排気ガスの空燃比
がリッチにされると短時間のうちにNO x 吸収剤25か
らNOx が放出され、しかもこの放出されたNOx が還
元されるために大気中にNOx が排出されることはな
い。
On the other hand, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich.
The concentration of oxygen in the incoming exhaust gas decreases,
NO on the surface of gold PtTwoIs reduced. NOTwoof
When the amount of production decreases, the reaction reverses (NOThree -→ NOTwo)
And thus nitrate ion NO in the absorbentThree -Is NO
TwoReleased from the absorbent in the form of NO at this timexAbsorbent
NO released from 25xIs shown in FIG. 18 (B).
A large amount of unburned HC and CO contained in the inflow exhaust gas
It is reduced by reaction. In this way, platinum Pt
NO on surfaceTwoWhen no longer exists, the next
NOTwoIs released. Therefore, the air-fuel ratio of the incoming exhaust gas
Is enriched in a short time, NO xAbsorbent 25?
NOxIs released, and the released NOxIs returned
NO in the atmosphere to be removedxWill not be released
No.

【0094】なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を
理論空燃比にしてもNOx 吸収剤25からNOx が放出
される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃
比にした場合にはNOx 吸収剤25からNOx が徐々に
しか放出されないためにNO x 吸収剤25に吸収されて
いる全NOx を放出させるには若干長い時間を要する。
In this case, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is
NO even at stoichiometric air-fuel ratioxNO from absorbent 25xIs released
Is done. However, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is
NO if ratioxNO from absorbent 25xGradually
NO because only xAbsorbed by the absorbent 25
All NOxIt takes a slightly longer time to release.

【0095】ところでNOx 吸収剤25のNOx 吸収能
力には限度があり、NOx 吸収剤25のNOx 吸収能力
が飽和する前にNOx 吸収剤25からNOx を放出させ
る必要がある。そのためにはNOx 吸収剤25に吸収さ
れているNOx 量を推定する必要がある。そこで本発明
による実施例では第1の燃焼が行われているときの単位
時間当りのNOx 吸収量Aを要求負荷Lおよび機関回転
数Nの関数として図19(A)に示すようなマップの形
で予め求めておき、第2の燃焼が行われているときの単
位時間当りのNOx 吸収量Bを要求負荷Lおよび機関回
転数Nの関数として図19(B)に示すようなマップの
形で予め求めておき、これら単位時間当りのNOx 吸収
量A,Bを積算することによってNOx 吸収剤25に吸
収されているNOx 量ΣNOXを推定するようにしてい
る。
[0095] Incidentally there is a limit to the absorption of NO x capacity of the NO x absorbent 25, absorption of NO x capacity of the NO x absorbent 25 needs to release the NO x from the NO x absorbent 25 before saturation. For this purpose it is necessary to estimate the amount of NO x is absorbed in the NO x absorbent 25. Therefore, in this embodiment of the present invention of a map as shown in FIG. 19 (A) as a function of the NO x absorption amount A of the required load L and engine speed N per unit time when it is performed first combustion is previously obtained in the form of a map as shown in FIG. 19 (B) the absorption of NO x amount B per unit time as a function of the required load L and engine speed N when the second combustion is being performed It is previously obtained in the form, per these unit time of absorption of NO x amount a, so that to estimate the amount of NO x ΣNOX being absorbed in the NO x absorbent 25 by integrating the B.

【0096】本発明による実施例ではこのNOx 吸収量
ΣNOXが予め定められた許容最大値を越えたときにN
x 吸収剤25からNOx を放出させるようにしてい
る。次にこのことについて図20を参照しつつ説明す
る。図20を参照すると本発明による実施例では二つの
許容最大値、即ち許容最大値MAX1と許容最大値MA
X2とが設定されている。許容最大値MAX1はNOx
吸収剤25が吸収しうる最大NOx 吸収量の30パーセ
ント程度とされており、許容最大値MAX2はNOx
収剤25が吸収しうる最大吸収量の80パーセント程度
とされている。第1の燃焼が行われているときにNOx
吸収量ΣNOXが許容最大値MAX1を越えたときには
NOx 吸収剤25からNOx を放出すべく空燃比がリッ
チとされ、第2の燃焼が行われているときにNOx 吸収
量ΣNOXが許容最大値MAX1を越えたときには第2
の燃焼から第1の燃焼に切換えられたときにNOx 吸収
剤25からNOx を放出すべく空燃比がリッチとされ、
第2の燃焼が行われているときにNOx 吸収量ΣNOX
が許容最大値MAX2を越えたときにはNOx 吸収剤2
5からNOx を放出すべく膨張行程中又は排気行程中に
追加の燃料が噴射される。
[0096] In the embodiment according to the present invention N when exceeding the allowable maximum value that this absorption of NO x amount ΣNOX reaches a predetermined
NO x is released from the O x absorbent 25. Next, this will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 20, in the embodiment according to the present invention, there are two allowable maximum values, namely, an allowable maximum value MAX1 and an allowable maximum value MA.
X2 is set. The maximum allowable value MAX1 is NO x
The maximum absorption amount MAX2 is about 30% of the maximum NO x absorption amount that the absorbent 25 can absorb, and the allowable maximum value MAX2 is about 80% of the maximum absorption amount that the NO x absorbent 25 can absorb. NO x during the first combustion
NO fuel ratio in order to release the NO x from x absorbent 25 is made rich, NO x absorption amount ΣNOX permissible maximum when the second combustion is being performed when the absorption amount ΣNOX has exceeded the allowable maximum value MAX1 When the value exceeds MAX1, the second
Air-fuel ratio in order to release the NO x from the NO x absorbent 25 when it is switched from the combustion to the first combustion is made rich,
Absorption of NO x amount when the second combustion is being performed ΣNOX
The NO x absorbent 2 when but exceeding the maximum allowable value MAX2
5 additional fuel during the expansion stroke or during the exhaust stroke so as to release the NO x is ejected from.

【0097】即ち、図20において期間Xは要求負荷L
が第1の境界X(N)よりも低く、第1の燃焼が行われ
ている場合を示しており、このとき空燃比は理論空燃比
よりもわずかばかりリーンなリーン空燃比となってい
る。第1の燃焼が行われているときにはNOx の発生量
が極めて少く、従ってこのときには図20に示されるよ
うにNOx 吸収量ΣNOXは極めてゆっくりと上昇す
る。第1の燃焼が行われているときにNOx 吸収量ΣN
OXが許容最大値MAX1を越えると空燃比A/Fは一
時的にリッチとされ、それによってNOx 吸収剤25か
らNOx が放出される。このときNOx 吸収量ΣNOX
は零とされる。
That is, in FIG. 20, the period X is the required load L
Is lower than the first boundary X (N), indicating that the first combustion is being performed. At this time, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. First when combustion is being performed extremely small generation amount of the NO x is therefore of absorption of NO x amount ΣNOX as is shown in Figure 20 at this time rises very slowly. Absorption of NO x amount ΣN when first combustion is being performed
OX is an air-fuel ratio A / F exceeds the allowable maximum value MAX1 is temporarily rich, whereby NO x from the NO x absorbent 25 is released. At this time, NO x absorption amount ΣNOX
Is set to zero.

【0098】前述したように第1の燃焼が行われている
ときには空燃比がリーンであろうと、理論空燃比であろ
うと、リッチであろうと煤は発生せず、従って第1の燃
焼が行われているときにNOx 吸収剤25からNOx
放出すべく空燃比A/Fがリッチとされてもこのとき煤
が発生することはない。次いで時刻t1 において要求負
荷Lが第1の境界X(N)を越えると第1の燃焼から第
2の燃焼に切換えられる。図20に示されるように第2
の燃焼が行われているときには空燃比A/Fはかなりリ
ーンとなる。第2の燃焼が行われているときには第1の
燃焼が行われている場合に比べてNOx の発生量が多
く、従って第2の燃焼が行われているときにはNOx
ΣNOXは比較的急速に上昇する。
As described above, when the first combustion is being performed, no soot is generated regardless of whether the air-fuel ratio is lean, the stoichiometric air-fuel ratio, or rich, so that the first combustion is performed. and does not soot generated at this time is also the air-fuel ratio a / F in order to release the nO x from the nO x absorbent 25 is made rich when being. Then the required load L at time t 1 is switched from the first combustion exceeds the first boundary X (N) to the second combustion. As shown in FIG.
When the combustion is performed, the air-fuel ratio A / F becomes considerably lean. When the second combustion is being performed the amount of NO x ΣNOX when the generation amount of the NO x as compared with the case where the first combustion is being performed is large and therefore the second combustion is being performed relatively quickly To rise.

【0099】第2の燃焼が行われているときに空燃比A
/Fをリッチにすると多量の煤が発生し、従って第2の
燃焼が行われているときに空燃比A/Fをリッチにする
ことはできない。従って図20に示されるように第2の
燃焼が行われているときにNOx 吸収量ΣNOXが許容
最大値MAX1を越えたとしてもNOx 吸収剤25から
NOx を放出すべく空燃比A/Fがリッチとされない。
この場合には図20の時刻t2 におけるように要求負荷
Lが第2の境界Y(N)よりも低くなって第2の燃焼か
ら第1の燃焼に切換えられたときにNOx 吸収剤25か
らNOx を放出すべく空燃比A/Fが一時的にリッチに
される。
When the second combustion is being performed, the air-fuel ratio A
When / F is made rich, a large amount of soot is generated, and therefore, the air-fuel ratio A / F cannot be made rich during the second combustion. Thus the air-fuel ratio in order to release the NO x from the NO x absorbent 25 even absorption of NO x amount ΣNOX has exceeded the allowable maximum value MAX1 when the second combustion is being performed as shown in FIG. 20 A / F is not made rich.
The required load L as at time t 2 in FIG. 20 when the the NO x absorbent when is switched from the second combustion is lower in the first combustion than the second boundary Y (N) 25 air-fuel ratio a / F in order to release the NO x is rich temporarily from.

【0100】次いで図20の時刻t3 において第1の燃
焼から第2の燃焼に切換えられ、暫らくの間第2の燃焼
が継続したとする。このときNOx 吸収量ΣNOXが許
容最大値MAX1を越え、次いで時刻t4 において許容
最大値MAX2を越えたとするとこのときにはNOx
収剤25からNOx を放出すべく膨張行程中又は排気行
程中に追加の燃料が噴射され、NOx 吸収剤25に流入
する排気ガスの空燃比がリッチとされる。
Next, it is assumed that the first combustion is switched to the second combustion at time t 3 in FIG. 20, and the second combustion is continued for a while. The time of absorption of NO x amount ΣNOX has exceeded the allowable maximum value MAX1, then during the expansion stroke so as to release the NO x from the NO x absorbent 25 at this time assuming that exceeds the allowable maximum value MAX2 at time t 4 or during the exhaust stroke Additional fuel is injected, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent 25 is made rich.

【0101】膨張行程中又は排気行程中に噴射される追
加の燃料は機関出力の発生には寄与せず、従って追加の
燃料を噴射する機会はできるだけ少くすることが好まし
い。従って第2の燃焼が行われたときにNOx 吸収量Σ
NOXが許容最大値MAX1を越えたときには第2の燃
焼から第1の燃焼に切換えられたときに空燃比A/Fを
一時的にリッチにし、NOx 吸収量ΣNOXが許容最大
値MAX2を越えた特別の場合に限って追加の燃料を噴
射するようにしている。
The additional fuel injected during the expansion or exhaust stroke does not contribute to the generation of engine power, and therefore it is preferable to inject the additional fuel as little as possible. Therefore, when the second combustion is performed, the NO x absorption amount Σ
When the NOX exceeds the allowable maximum value MAX1 is temporarily rich air-fuel ratio A / F when it is switched to the first combustion from the second combustion, NO x absorption amount ΣNOX has exceeded the allowable maximum value MAX2 Additional fuel is injected only in special cases.

【0102】なお、図14から図16に示されるように
本発明による実施例では噴射燃料Fの噴霧角は小さく、
従って排気行程末期に燃料噴射弁6からキャビティ60
内に向けて燃料Fを噴射するとこの噴射燃料は拡散する
ことなくキャビティ60内に留まり、キャビティ60内
で霧化する。従って、NOx 吸収剤25からNOx を放
出すべく排気行程中に燃料噴射弁6から燃料噴射を行っ
ても噴射燃料がシリンダ内壁面に付着することがなく、
斯くして潤滑油が燃料によって希釈される危険性はな
い。
As shown in FIGS. 14 to 16, in the embodiment according to the present invention, the spray angle of the injected fuel F is small.
Therefore, at the end of the exhaust stroke, the fuel injection valve 6 moves the cavity 60
When the fuel F is injected inward, the injected fuel stays in the cavity 60 without being diffused and atomizes in the cavity 60. Therefore, without NO x also NO x from the absorbent 25 from the fuel injection valve 6 during the exhaust stroke in order to release performs fuel injection injected fuel adheres to the inner wall surface of the cylinder,
Thus, there is no danger of lubricating oil being diluted by the fuel.

【0103】また、膨張行程前半に燃料噴射弁6からキ
ャビティ60内に向けて燃料Fを噴射してもこの噴射燃
料は拡散することなくキャビティ60内に留まる。従っ
て、NOx 吸収剤25からNOx を放出すべく膨張行程
中に燃料噴射弁6から燃料噴射を行っても噴射燃料がシ
リンダ内壁面に付着することがなく、斯くして潤滑油が
燃料によって希釈される危険性はない。また、膨張行程
の前半では燃焼室5内の温度が次第に低くなっていくの
でこのとき燃料噴射を行っても炭化水素が煤まで成長せ
ず、従ってスモークが発生することがない。とは言って
も燃焼室5内の温度はかなり高いので炭化水素はクラッ
キングされ、分子量の小さな炭化水素或いはラジカルと
なる。その結果、還元剤としての活性が高められるため
にNOx吸収剤25から良好にNOx を放出させること
ができ、放出されたNOx を良好に還元できることにな
る。
Further, even if the fuel F is injected from the fuel injection valve 6 into the cavity 60 in the first half of the expansion stroke, the injected fuel remains in the cavity 60 without being diffused. Therefore, without the NO x absorbent 25 injected fuel even if the fuel injected from the fuel injection valve 6 during the expansion stroke so as to release the NO x from adheres to the inner wall surface of the cylinder, lubricating oil by the fuel and thus There is no danger of dilution. Further, in the first half of the expansion stroke, the temperature in the combustion chamber 5 gradually decreases, so that even if fuel injection is performed at this time, the hydrocarbon does not grow to soot, and therefore no smoke is generated. However, since the temperature in the combustion chamber 5 is considerably high, the hydrocarbons are cracked and become hydrocarbons or radicals having a small molecular weight. As a result, good can be released NO x from the NO x absorbent 25 to be active as a reducing agent is increased, so that can be favorably reduced the released NO x.

【0104】次に図21を参照しつつNOx 吸収剤25
からNOx を放出すべきときにセットされるNOx 放出
フラグの処理ルーチンについて説明する。なお、このル
ーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。図2
1を参照するとまず初めにステップ200において機関
の運転領域が第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、即ち機関の運転領域が第1の運
転領域Iであるときにはステップ201に進んで図19
(A)に示すマップから単位時間当りのNOx 吸収量A
が算出される。次いでステップ202ではNOx 吸収量
ΣNOXにAが加算される。次いでステップ203では
NOx 吸収量ΣNOXが許容最大値MAX1を越えたか
否かが判別される。ΣNOX>MAX1になるとステッ
プ204に進み、第1の燃焼が行われているときにNO
x を放出すべきことを示すNOx 放出フラグ1がセット
される。一方、ステップ200においてフラグIがリセ
ットされていると判断されたとき、即ち機関の運転領域
が第2の運転領域IIであるときにはステップ205に進
んで図19(B)に示すマップから単位時間当りのNO
x 吸収量Bが算出される。次いでステップ206ではN
x 吸収量ΣNOXにBが加算される。次いでステップ
207ではNOx 吸収量ΣNOXが許容最大値MAX1
を越えたか否かが判別される。ΣNOX>MAX1にな
るとステップ208に進み、第1の燃焼が行われている
ときにNOx を放出すべきことを示すNOx 放出フラグ
1がセットされる。
Next, the NO x absorbent 25 will be described with reference to FIG.
The processing routine of the NO x release flag that is set when NO x should be released from will be described. This routine is executed by interruption every predetermined time. FIG.
Referring to FIG. 1, first, at step 200, it is determined whether or not a flag I indicating that the operation region of the engine is the first operation region I is set. When the flag I is set, that is, when the operation region of the engine is the first operation region I, the routine proceeds to step 201, and FIG.
From the map shown in (A) per unit time of absorption of NO x amount A
Is calculated. Then A is added to the absorption of NO x amount ΣNOX step 202. Next, at step 203 NO x absorption amount ΣNOX whether exceeds the allowable maximum value MAX1 is determined. If ΣNOX> MAX1, the routine proceeds to step 204, where NO is set during the first combustion.
A NO x release flag 1 indicating that x should be released is set. On the other hand, when it is determined in step 200 that the flag I has been reset, that is, when the operating region of the engine is in the second operating region II, the routine proceeds to step 205, where the map per unit time is obtained from the map shown in FIG. NO
x Absorption amount B is calculated. Next, at step 206, N
B is added to the O x absorption amount .SIGMA.NOX. Next, at step 207 NO x absorption amount ΣNOX allowable maximum value MAX1
Is determined. Becomes the .SIGMA.NOX> MAX1 proceeds to step 208, NO x releasing flag 1 indicating that it should release the NO x is set when the first combustion is being performed.

【0105】一方、ステップ209では、NOx 吸収量
ΣNOXが許容最大値MAX2を越えたか否かが判別さ
れる。ΣNOX>MAX2になるとステップ210に進
み、膨張行程中又は排気行程中に追加の燃料を噴射すべ
きことを示すNOx 放出フラグ2がセットされる。次に
図22を参照しつつ運転制御について説明する。
[0105] On the other hand, in step 209, whether absorption of NO x amount ΣNOX has exceeded the allowable maximum value MAX2 is determined. Becomes a .SIGMA.NOX> MAX2 proceeds to step 210, NO x releasing flag 2 which indicates that it should inject additional fuel during the expansion stroke or the exhaust stroke is set. Next, the operation control will be described with reference to FIG.

【0106】図22を参照すると、まず初めにステップ
300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3
01に進んで要求負荷L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。L≦X1(N)のと
きにはステップ303に進んで低温燃焼が行われる。
Referring to FIG. 22, first, in step 300, 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. If the flag I is set, that is, if the operating state of the engine is in the first operating region I, step 3
In step 01, it is determined whether the required load L has become larger than the first boundary X1 (N). When L ≦ X1 (N), the routine proceeds to step 303, where low-temperature combustion is performed.

【0107】即ち、ステップ303では図11(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、スロットル弁20の開度がこの目標開度STとさ
れる。次いでステップ304では図11(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、
EGR制御弁31の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ305ではNOx 放出フラグ1がセット
されているか否かが判別される。NOx 放出フラグ1が
セットされていないときにはステップ306に進んで図
14(A)又は図15(A)又は図16(A)に示され
るように燃料噴射が行われる。
That is, in step 303, the target opening ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. 11A, and the opening of the throttle valve 20 is set to the target opening ST. Next, at step 304, the target opening degree SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG.
The opening of the EGR control valve 31 is set as the target opening SE.
Next, at step 305 NO x releasing flag 1 is whether it is set or not. When the NO x release flag 1 is not set, the routine proceeds to step 306, where fuel injection is performed as shown in FIG. 14 (A), FIG. 15 (A) or FIG. 16 (A).

【0108】一方、ステップ305においてNOx 放出
フラグ1がセットされていると判別されたときにはステ
ップ307に進んで噴射制御Iが行われる。この噴射制
御Iでは予め定められた期間、空燃比がリッチとされ、
その後ΣNOXが零とされ、NOx 放出フラグ1がリセ
ットされる。一方、ステップ301においてL>X
(N)になったと判別されたときにはステップ302に
進んでフラグIがリセットされ、次いでステップ310
に進んで第2の燃焼が行われる。
[0108] On the other hand, the injection control I is performed proceeds to step 307 when the NO x releasing flag 1 is judged as being set in step 305. In this injection control I, the air-fuel ratio is made rich for a predetermined period,
Then ΣNOX is made zero, NO x releasing flag 1 is reset. On the other hand, in step 301, L> X
When it is determined that (N) has been reached, the routine proceeds to step 302, where the flag I is reset.
And the second combustion is performed.

【0109】即ち、ステップ310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、スロットル弁20の開度がこの目標開度STとさ
れる。次いでステップ311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、
EGR制御弁31の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ312ではNOx 放出フラグ2がセット
されているか否かが判別される。NOx 放出フラグ2が
セットされていないときにはステップ313に進んで図
14(A),(B)又は図15(A),(B)又は図1
6(A),(B)に示されるように燃料噴射が行われ
る。
That is, in step 310, the target opening ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. 13A, and the opening of the throttle valve 20 is set to the target opening ST. Next, at step 311, the target opening SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG.
The opening of the EGR control valve 31 is set as the target opening SE.
Then whether the NO x releasing flag 2 in step 312 is set or not. When the NO x release flag 2 is not set, the routine proceeds to step 313, and FIG. 14 (A), (B) or FIG. 15 (A), (B) or FIG.
Fuel injection is performed as shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B).

【0110】一方、ステップ312においてNOx 放出
フラグ2がセットされていると判別されたときにはステ
ップ314に進んで噴射制御IIが行われる。この噴射制
御IIではNOx 吸収剤25に流入する排気ガスの空燃比
をリッチにするのに必要な追加の燃料が膨張行程初期又
は排気行程末期に予め定められた期間、燃料噴射弁6か
らキャビティ60内に噴射され、その後ΣNOXが零と
され、NOx 放出フラグIおよびNOx 放出フラグIIが
リセットされる。
[0110] On the other hand, the injection control II is performed proceeds to step 314 when the NO x releasing flag 2 has been determined to have been set in step 312. Period additional fuel required to bring the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the injection control II, the NO x absorbent 25 rich is predetermined for the expansion stroke initial or exhaust stroke end, the cavity from the fuel injection valve 6 injected into the 60, then ΣNOX is made zero, the NO x releasing flag I and the NO x releasing flag II is reset.

【0111】[0111]

【発明の効果】ピストン頂面に形成したキャビティ内壁
面上に噴射燃料を衝突させるようにしても機関負荷にか
かわらずに有害成分が大気に放出されるのを抑制すると
共に悪臭が発生するのを抑制することができる。
Even if the injected fuel is caused to collide with the inner wall surface of the cavity formed on the top surface of the piston, the release of harmful components to the atmosphere and the generation of offensive odors are suppressed regardless of the engine load. Can be suppressed.

【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】燃焼室内における平均ガス温Tgと、燃料およ
びその周囲のガス温Tfの変化を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing changes in an average gas temperature Tg in a combustion chamber, and changes in fuel and a gas temperature Tf around the fuel.

【図8】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. 8 is a diagram showing a first operation region I and a second operation region II.

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

【図10】第1の運転領域Iにおける空燃比を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing an air-fuel ratio in a first operation region I.

【図11】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.

【図12】第2の燃焼における空燃比を示す図である。FIG. 12 is a view showing an air-fuel ratio in a second combustion.

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

【図14】第1の実施例を示す燃焼室の側面断面図であ
る。
FIG. 14 is a side cross-sectional view of the combustion chamber showing the first embodiment.

【図15】第2の実施例を示す燃焼室の側面断面図であ
る。
FIG. 15 is a side sectional view of a combustion chamber showing a second embodiment.

【図16】第3の実施例を示す燃焼室の側面断面図であ
る。
FIG. 16 is a side sectional view of a combustion chamber according to a third embodiment.

【図17】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
FIG. 17 is a flowchart for controlling operation of the engine.

【図18】NOx の放出作用を説明するための図であ
る。
FIG. 18 is a view for explaining a NO x releasing action.

【図19】単位時間当りのNOx 吸収量のマップを示す
図である。
FIG. 19 is a diagram showing a map of the NO x absorption amount per unit time.

【図20】NOx 放出制御を説明するための図である。FIG. 20 is a diagram for explaining NO x release control.

【図21】NOx 放出フラグを処理するためのフローチ
ャートである。
FIG. 21 is a flowchart for processing a NO x release flag.

【図22】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
FIG. 22 is a flowchart for controlling the 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 31…EGR制御弁 6. Fuel injection valve 20 Throttle valve 31 EGR control valve

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) F02D 21/08 301 F02D 21/08 301D 3G301 301H 41/04 355 41/04 355 385 385C 41/38 41/38 B 41/40 41/40 C F02M 25/07 570 F02M 25/07 570D 45/08 45/08 Z 61/14 310 61/14 310D Fターム(参考) 3G023 AA04 AA05 AA18 AB05 AC05 AD02 AD09 AD14 AE05 AF03 AG03 3G062 AA01 AA05 BA02 BA05 BA06 CA06 ED08 GA04 GA05 GA06 GA15 GA21 3G066 AA07 AA11 AA13 AB02 AC09 AD12 BA22 BA24 BA25 BA26 CC34 DA09 DB08 DB09 DC18 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB02 AB03 AB06 BA14 BA15 BA19 BA20 CA18 CB02 CB03 CB07 CB08 DA02 DB06 DB10 EA00 EA01 EA07 EA30 FA07 FA11 FA13 FA14 FB10 FB11 FB12 HB05 HB06 3G092 AA02 AA17 AA18 BA04 BB01 BB06 BB13 BB19 DC03 DC09 DG08 EA07 EA11 FA17 FA18 GA05 GA06 HA11Z HB01X HB01Z HB02X HB02Z HC03X HC03Z HD03X HD03Z HD07X HD07Z HE03Z HF08Z 3G301 HA02 HA13 JA21 JA26 KA08 KA09 LA00 LB11 MA01 MA19 MA23 MA26 NE13 PE03Z PF03Z Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) F02D 21/08 301 F02D 21/08 301D 3G301 301H 41/04 355 41/04 355 385 385C 41/38 41/38 B 41 / 40 41/40 C F02M 25/07 570 F02M 25/07 570D 45/08 45/08 Z 61/14 310 61/14 310D F term (reference) 3G023 AA04 AA05 AA18 AB05 AC05 AD02 AD09 AD14 AE05 AF03 AG03 3G062 AA01 AA05 BA02 BA05 BA06 CA06 ED08 GA04 GA05 GA06 GA15 GA21 3G066 AA07 AA11 AA13 AB02 AC09 AD12 BA22 BA24 BA25 BA26 CC34 DA09 DB08 DB09 DC18 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB02 AB03 AB06 BA14 BA15 BA19 BA20 CA02 CB02 CB02 CB02 CB02 CB02 CB02 CB02 CB02 EA30 FA07 FA11 FA13 FA14 FB10 FB11 FB12 HB05 HB06 3G092 AA02 AA17 AA18 BA04 BB01 BB06 BB13 BB19 DC03 DC09 DG08 EA07 EA11 FA17 FA18 GA05 GA06 HA11Z HB01X HB01Z HB02X H03Z HD03 HD03 HC03 HD03 HC03 HD03 HC03 HD03 HC03X03 MA0 1 MA19 MA23 MA26 NE13 PE03Z PF03Z

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼室内の不活性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し、燃焼室内
の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における
燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よ
りも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関に
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、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第1
の燃焼と、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、ピストン頂面上にキャ
ビティを形成すると共に該キャビティ内に向けて燃料噴
射弁から燃料を噴射し、少くとも第1の燃焼が行われて
いるときに燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ
内壁面上に衝突させるようにした内燃機関。
When the amount of inert gas in the combustion chamber increases, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and when the amount of inert gas in the combustion chamber further increases, the amount of soot generated during combustion in the combustion chamber increases. In an internal combustion engine where the temperature of the fuel and its surrounding gas is lower than the soot generation temperature and soot is hardly generated, a catalyst having an oxidizing function is arranged in the engine exhaust passage, and the amount of soot generation peaks The first where the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the amount of inert gas and soot is hardly generated
And the second 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 generated soot becomes a peak. The fuel is injected from the fuel injection valve toward the inside of the cavity, and the fuel injected from the fuel injection valve collides with the inner wall surface of the cavity at least during the first combustion. Internal combustion engine.
【請求項2】 燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビ
ティ内壁面上に接線状に衝突させることによりピストン
内壁面上に燃料薄膜を形成し、該燃料薄膜から順次燃料
を蒸発させるようにした請求項1に記載の内燃機関。
2. A fuel thin film is formed on an inner wall surface of a piston by tangentially colliding fuel injected from a fuel injection valve on an inner wall surface of a cavity, and the fuel is sequentially evaporated from the fuel thin film. Item 2. The internal combustion engine according to Item 1.
【請求項3】 燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビ
ティ内壁面上にほぼ垂直に衝突させるようにした請求項
1に記載の内燃機関。
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injected from the fuel injector collides with the inner wall surface of the cavity almost vertically.
【請求項4】 キャビティの中央部に隆起部を形成する
と共に隆起部の頂部に衝突面を形成し、燃料噴射弁から
噴射された燃料を衝突面に衝突させて衝突した燃料をキ
ャビティの半径方向に飛散させるようにした請求項1に
記載の内燃機関。
4. A raised portion is formed at the center of the cavity, and a collision surface is formed at the top of the raised portion. The fuel injected from the fuel injection valve collides with the collision surface, and the colliding fuel is moved in the radial direction of the cavity. 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is scattered.
【請求項5】 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1に記載の内燃機関。
5. An operation region of the engine is divided into a first operation region on a low load side and a second operation region on a high load side, and a first combustion is performed in the first operation region. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the second combustion is performed in the region.
【請求項6】 第2の運転領域の低負荷側では燃料噴射
弁から噴射された燃料をキャビティ内壁面上に接線状に
衝突させることによりピストン内壁面上に燃料薄膜を形
成して燃料薄膜から順次燃料を蒸発させるようにし、第
2の運転領域の高負荷側では燃料噴射弁から噴射された
燃料をキャビティ内壁面上にほぼ垂直に衝突させるよう
にした請求項5に記載の内燃機関。
6. On the low load side of the second operating region, a fuel thin film is formed on the inner wall surface of the piston by tangentially colliding the fuel injected from the fuel injection valve on the inner wall surface of the cavity. 6. The internal combustion engine according to claim 5, wherein the fuel is sequentially evaporated, and the fuel injected from the fuel injection valve collides with the inner wall surface of the cavity almost vertically on the high load side of the second operation region.
【請求項7】 キャビティの中央部に隆起部を形成する
と共に隆起部の頂部に衝突面を形成し、第2の運転領域
の低負荷側では燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビ
ティ内壁面上にほぼ垂直に衝突させるようにし、第2の
運転領域の高負荷側では燃料噴射弁から噴射された燃料
を衝突面に衝突させて衝突した燃料をキャビティの半径
方向に飛散させるようにした請求項5に記載の内燃機
関。
7. A raised portion is formed at the center of the cavity and a collision surface is formed at the top of the raised portion. On the low load side of the second operating region, fuel injected from the fuel injection valve is transferred onto the inner wall surface of the cavity. Wherein the fuel injected from the fuel injector collides with a collision surface on the high load side of the second operating region to scatter the colliding fuel in the radial direction of the cavity. 6. The internal combustion engine according to 5.
【請求項8】 キャビティの中央部に隆起部を形成する
と共に隆起部の頂部に衝突面を形成し、第2の運転領域
の低負荷側では燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビ
ティ内壁面上に接線状に衝突させることによりピストン
内壁面上に燃料薄膜を形成して燃料薄膜から順次燃料を
蒸発させるようにし、第2の運転領域の高負荷側では燃
料噴射弁から噴射された燃料を衝突面に衝突させて衝突
した燃料をキャビティの半径方向に飛散させるようにし
た請求項5に記載の内燃機関。
8. A raised portion is formed at the center of the cavity, and a collision surface is formed at the top of the raised portion. On the low load side of the second operation region, fuel injected from the fuel injection valve is transferred onto the inner wall surface of the cavity. A fuel thin film is formed on the inner wall surface of the piston by tangentially colliding with the fuel, and the fuel is sequentially evaporated from the fuel thin film. On the high load side of the second operation region, the fuel injected from the fuel injection valve collides. 6. The internal combustion engine according to claim 5, wherein the fuel is caused to collide with the surface and the collided fuel is scattered in a radial direction of the cavity.
【請求項9】 第2の運転領域では主噴射に先立ってパ
イロット噴射が行われ、パイロット噴射時に燃料噴射弁
から噴射された燃料をキャビティ内壁面上に接線状に衝
突させることによりピストン内壁面上に燃料薄膜を形成
して燃料薄膜から順次燃料を蒸発させるようにし、主噴
射時に燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビティ内壁
面上にほぼ垂直に衝突させるようにした請求項5に記載
の内燃機関。
9. In the second operation region, pilot injection is performed prior to main injection, and fuel injected from a fuel injection valve at the time of pilot injection tangentially collides with the inner wall surface of the cavity to thereby reduce the inner wall surface of the piston. 6. The internal combustion engine according to claim 5, wherein a fuel thin film is formed on the internal combustion engine, and the fuel is sequentially evaporated from the fuel thin film, so that the fuel injected from the fuel injection valve at the time of the main injection collides with the inner wall surface of the cavity almost vertically. organ.
【請求項10】 キャビティの中央部に隆起部を形成す
ると共に隆起部の頂部に衝突面を形成し、第2の運転領
域では主噴射に先立ってパイロット噴射が行われ、パイ
ロット噴射時に燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビ
ティ内壁面上にほぼ垂直に衝突させるようにし、主噴射
時に燃料噴射弁から噴射された燃料を衝突面に衝突させ
て衝突した燃料をキャビティの半径方向に飛散させるよ
うにした請求項5に記載の内燃機関。
10. A raised portion is formed at the center of the cavity, and a collision surface is formed at the top of the raised portion. In the second operation region, pilot injection is performed prior to main injection, and during the pilot injection, a fuel injection valve is provided. So that the fuel injected from the fuel injector collides almost vertically on the inner wall surface of the cavity, and the fuel injected from the fuel injection valve at the time of main injection collides with the collision surface so that the colliding fuel is scattered in the radial direction of the cavity. The internal combustion engine according to claim 5, wherein
【請求項11】 キャビティの中央部に隆起部を形成す
ると共に隆起部の頂部に衝突面を形成し、第2の運転領
域では主噴射に先立ってパイロット噴射が行われ、パイ
ロット噴射時に燃料噴射弁から噴射された燃料をキャビ
ティ内壁面上に接線状に衝突させることによりピストン
内壁面上に燃料薄膜を形成して燃料薄膜から順次燃料を
蒸発させるようにし、主噴射時に燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料を衝突面に衝突させて衝突した燃料をキャビテ
ィの半径方向に飛散させるようにした請求項5に記載の
内燃機関。
11. A raised portion is formed at the center of the cavity, and a collision surface is formed at the top of the raised portion. In the second operation region, pilot injection is performed prior to main injection, and the fuel injection valve is used during pilot injection. The fuel injected from the cylinder collides tangentially on the inner wall surface of the cavity to form a thin fuel film on the inner wall surface of the piston so that the fuel is sequentially evaporated from the thin fuel film. 6. The internal combustion engine according to claim 5, wherein the fuel collides with the collision surface, and the colliding fuel is scattered in a radial direction of the cavity.
【請求項12】 燃焼室から排出された排気ガスを機関
吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備
し、上記不活性ガスが再循環排気ガスからなる請求項1
に記載の内燃機関。
12. An exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas discharged from a combustion chamber into an engine intake passage, wherein the inert gas comprises recirculated exhaust gas.
An internal combustion engine according to claim 1.
【請求項13】 第1の燃焼が行われているときの排気
ガス再循環率がほぼ55パーセント以上であり、第2の
燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ50
パーセント以下である請求項12に記載の内燃機関。
13. The exhaust gas recirculation rate during the first combustion is substantially 55% or more, and the exhaust gas recirculation rate during the second combustion is substantially 50%.
The internal combustion engine of claim 12, which is less than or equal to percent.
【請求項14】 該触媒が酸化触媒、三元触媒又はNO
x 吸収剤の少くとも一つからなる請求項1に記載の内燃
機関。
14. The catalyst according to claim 1, wherein said catalyst is an oxidation catalyst, a three-way catalyst or NO.
2. The internal combustion engine of claim 1, comprising at least one of an x absorbent.
【請求項15】 該触媒がNOx 吸収剤からなり、NO
x 吸収剤からNOxを放出すべきときに第1の燃焼のも
とで空燃比をリッチにするようにした請求項1に記載の
内燃機関。
15. The catalyst according to claim 15, wherein said catalyst comprises a NO x absorbent.
internal combustion engine according to claim 1 in which the air-fuel ratio under the first combustion to the rich when releasing the NO x from x absorbent.
【請求項16】 該触媒がNOx 吸収剤からなり、NO
x 吸収剤からNOxを放出すべきときに燃料噴射弁から
追加の燃料を排気行程中に噴射するようにした請求項1
に記載の内燃機関。
16. The catalyst comprises the NO x absorbent, NO
claim and from the fuel injection valve when releasing the NO x from x absorbent so as to inject additional fuel during the exhaust stroke 1
An internal combustion engine according to claim 1.
【請求項17】 該触媒がNOx 吸収剤からなり、NO
x 吸収剤からNOxを放出すべきときに燃料噴射弁から
追加の燃料を膨張行程中に噴射するようにした請求項1
に記載の内燃機関。
17. The catalyst comprising a NO x absorbent, wherein the NO
claim to the additional fuel from the fuel injection valve so that injection during the expansion stroke when releasing the NO x from x absorbent 1
An internal combustion engine according to claim 1.
JP31774898A 1998-11-09 1998-11-09 Internal combustion engine Expired - Fee Related JP3405231B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31774898A JP3405231B2 (en) 1998-11-09 1998-11-09 Internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31774898A JP3405231B2 (en) 1998-11-09 1998-11-09 Internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000145461A true JP2000145461A (en) 2000-05-26
JP3405231B2 JP3405231B2 (en) 2003-05-12

Family

ID=18091605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31774898A Expired - Fee Related JP3405231B2 (en) 1998-11-09 1998-11-09 Internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3405231B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004057167A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-08 Avl List Gmbh Method for operating a direct-injection diesel engine
JP2006118427A (en) * 2004-10-21 2006-05-11 Toyota Motor Corp Compression ignition internal combustion engine
EP2204560A1 (en) * 2008-12-17 2010-07-07 Honda Motor Co., Ltd Direct fuel-injection engine
EP2221463A1 (en) * 2007-12-21 2010-08-25 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
DE102009025404A1 (en) 2009-06-16 2011-01-20 Mtu Friedrichshafen Gmbh Reciprocating piston for valve-controlled lifting cylinder diesel internal-combustion engine, has slope provided in transition from ring wall to piston head, where slope runs out against piston head and edge-laterally encloses ring wall
JP2020112058A (en) * 2019-01-09 2020-07-27 株式会社豊田自動織機 diesel engine

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004057167A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-08 Avl List Gmbh Method for operating a direct-injection diesel engine
CN100404814C (en) * 2002-12-19 2008-07-23 Avl里斯脱有限公司 Method of operating directly injecting diesel engine
JP2006118427A (en) * 2004-10-21 2006-05-11 Toyota Motor Corp Compression ignition internal combustion engine
EP2221463A1 (en) * 2007-12-21 2010-08-25 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
EP2221463A4 (en) * 2007-12-21 2011-10-05 Honda Motor Co Ltd Direct fuel-injection engine
US8714136B2 (en) 2007-12-21 2014-05-06 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
EP2204560A1 (en) * 2008-12-17 2010-07-07 Honda Motor Co., Ltd Direct fuel-injection engine
US8627798B2 (en) 2008-12-17 2014-01-14 Honda Motor Co., Ltd. Direct fuel-injection engine
DE102009025404A1 (en) 2009-06-16 2011-01-20 Mtu Friedrichshafen Gmbh Reciprocating piston for valve-controlled lifting cylinder diesel internal-combustion engine, has slope provided in transition from ring wall to piston head, where slope runs out against piston head and edge-laterally encloses ring wall
DE102009025404B4 (en) * 2009-06-16 2018-01-25 Mtu Friedrichshafen Gmbh Piston for valve-controlled reciprocating piston diesel engine
JP2020112058A (en) * 2019-01-09 2020-07-27 株式会社豊田自動織機 diesel engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP3405231B2 (en) 2003-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3116876B2 (en) Internal combustion engine
JP3225957B2 (en) Internal combustion engine
JP3092604B2 (en) Internal combustion engine
JP3405231B2 (en) Internal combustion engine
JP3304929B2 (en) Internal combustion engine
JP3551789B2 (en) Internal combustion engine
JP3551771B2 (en) Internal combustion engine
JP3555439B2 (en) Compression ignition type internal combustion engine
JP3344334B2 (en) Internal combustion engine
JP3551794B2 (en) Internal combustion engine
JP3551797B2 (en) Internal combustion engine
JP2000130154A (en) Internal combustion engine
JP3427754B2 (en) Internal combustion engine
JP3551785B2 (en) Internal combustion engine
JP3331974B2 (en) Internal combustion engine
JP3092597B2 (en) Internal combustion engine
JP3424561B2 (en) Internal combustion engine
JP2000135939A (en) Internal combustion engine
JP2000080954A (en) Compression ignition internal combustion engine
JP3341683B2 (en) Internal combustion engine
JP2000008835A (en) Internal combustion engine
JP3061035B2 (en) Internal combustion engine
JP3336968B2 (en) Internal combustion engine
JP3331980B2 (en) Internal combustion engine
JP3331984B2 (en) Internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090307

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100307

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110307

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees