JP2001152853A - Control device for pre-mixed combustion compression ignition engine - Google Patents

Control device for pre-mixed combustion compression ignition engine

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JP2001152853A
JP2001152853A JP33822299A JP33822299A JP2001152853A JP 2001152853 A JP2001152853 A JP 2001152853A JP 33822299 A JP33822299 A JP 33822299A JP 33822299 A JP33822299 A JP 33822299A JP 2001152853 A JP2001152853 A JP 2001152853A
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combustion
engine
fuel injection
premixed
concentration
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Yasuhiko Otsubo
康彦 大坪
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Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent pre-ignition of a pre-mixed combustion compression ignition engine. SOLUTION: Fuel is injected in each cylinder of an engine 1 at an intake stroke or a compression stroke, to form pre-mixed fuel gas. The pre-mixed fuel gas is ignited and burned by compression. Excessive increase in burning velocity of the pre-mixed fuel gas causes pre-ignition, resulting in increasing vibrations and a NOX exhaust amount. An electronic control unit(ECU) 30 controls the opening degree of an EGR valve 23 of the engine, so that actual exhaust NOX concentration, detected by an NOX sensor 71 which is arranged in an exhaust passage 3, becomes a target NOX concentration, which is pre- mixed and proper, at a time of pre-mixed combustion. By adjusting an EGR amount according to the actual exhaust NOX concentration, the burning velocity of the pre-mixed fuel gas is controlled to be within a proper range, resulting in preventing the occurrence of pre-ignition.

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、予混合圧縮着火内
燃機関の制御装置に関する。
The present invention relates to a control device for a homogeneous charge compression ignition internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的なディーゼル機関等の圧縮着火内
燃機関では、燃焼室内で拡散燃焼主体の燃焼が行われて
いる。すなわち、拡散燃焼を行うディーゼル機関では燃
料はピストンが圧縮上死点付近にあり高温になった気筒
内に噴射される。噴射された燃料は微細な液滴を形成
し、高温の空気中で液滴表面から蒸発し液滴周囲に可燃
混合気を形成するとともに、周囲温度が着火温度以上に
なると着火して火炎を形成する。液滴周囲の混合気層に
着火が生じると液滴からの燃料蒸発が促進され、液滴周
囲の火炎が維持されるようになる。このように、拡散燃
焼では火炎面を挟んで一方に燃料、他方に空気が分離し
て存在し、これらの境界面に火炎が形成されるようにな
る。
2. Description of the Related Art In a compression ignition internal combustion engine such as a general diesel engine, combustion mainly comprising diffusion combustion is performed in a combustion chamber. That is, in a diesel engine that performs diffusion combustion, fuel is injected into a high-temperature cylinder whose piston is near compression top dead center. The injected fuel forms fine droplets and evaporates from the droplet surface in high-temperature air to form a combustible mixture around the droplets, and ignites when the ambient temperature exceeds the ignition temperature to form a flame I do. When ignition occurs in the mixture layer around the droplet, fuel evaporation from the droplet is promoted, and the flame around the droplet is maintained. As described above, in the diffusion combustion, the fuel is present on one side and the air is present on the other side with the flame surface interposed therebetween, and a flame is formed at the boundary between these.

【0003】ところが、拡散燃焼では液滴周囲に形成さ
れる可燃混合気層は液滴側が最も空燃比か低く外側に向
かうにつれて空燃比が高くなる連続的な空燃比勾配を有
しており、混合気の燃焼時に必ずNOX が生成しやすい
空燃比での燃焼が生じるため、比較的燃焼により発生す
るNOX 量が多くなる。また、拡散燃焼は燃料噴射弁か
ら噴射された燃料の周囲に火炎が生じるため、燃焼室内
に局所的に大きな火炎面が形成されるようになり、燃焼
温度が高くなり更にNOX の生成が促進されてしまう問
題がある。更に、拡散燃焼では、液状の燃料と空気とが
火炎面を境界として分離されることになるため、液状燃
料が酸素が不足した状態で加熱され、一種の「蒸し焼
き」状態となりカーボン粒子を主成分とする排気スモー
クを発生しやすくなる問題がある。
However, in the diffusion combustion, the combustible mixture layer formed around the droplet has a continuous air-fuel ratio gradient in which the air-fuel ratio is lowest on the droplet side and becomes higher toward the outside, resulting in a mixed air-fuel ratio. Since combustion occurs at the air-fuel ratio where NO X is easily generated at the time of combustion of air, the amount of NO X generated by the combustion is relatively large. Further, since the diffusion combustion flame is generated around the fuel injected from the fuel injection valve, become locally larger flame front in the combustion chamber is formed, the generation of higher becomes more NO X combustion temperature promote There is a problem that is done. Furthermore, in diffusion combustion, the liquid fuel and air are separated at the flame surface as a boundary, so the liquid fuel is heated in a state where oxygen is insufficient, and it becomes a kind of "steaming" state, and carbon particles are the main component Exhaust smoke is likely to occur.

【0004】これらの拡散燃焼の問題を解決するため
に、圧縮着火内燃機関においても予混合燃焼を行うよう
にした予混合圧縮着火内燃機関が提案されている。予混
合圧縮着火機関では、燃料は気筒内に吸気工程または圧
縮行程中に噴射され、気筒内の空気と混合して均一な混
合気を形成する。この均一混合気はピストンの上昇とと
もに圧縮され温度が上昇し、圧縮行程上死点付近で混合
気全体に着火が生じ燃焼が進行するようになる。このよ
うに、予混合燃焼では気筒内混合気の全体にわたって火
炎が生じるが、微視的にみるとこの火炎は微細な火炎粒
が気筒内全体に分散し、個々の火炎粒の周囲を空気が囲
んだ形になっている。このため、予混合燃焼では火炎温
度は拡散燃焼に較べて低くなりNOX の生成が抑制され
る。また、予混合燃焼では燃料は空気と均一に混合した
状態で充分な量の酸素の存在下で燃焼するため、酸素の
不足によるスモークの発生が生じにくい。
[0004] In order to solve these diffusion combustion problems, a premixed compression ignition internal combustion engine has also been proposed which performs premixed combustion even in a compression ignition internal combustion engine. In a premixed compression ignition engine, fuel is injected into a cylinder during an intake process or a compression stroke, and mixes with air in the cylinder to form a uniform mixture. This homogeneous air-fuel mixture is compressed with the rise of the piston and the temperature rises, and the entire air-fuel mixture is ignited near the top dead center of the compression stroke, and the combustion proceeds. As described above, in premixed combustion, a flame is generated over the entire air-fuel mixture in the cylinder.However, when viewed microscopically, fine flame particles are dispersed throughout the cylinder, and air flows around the individual flame particles. It has an enclosed shape. Therefore, the flame temperature in the premix combustion is generated in the lower becomes NO X compared to the diffusion combustion can be suppressed. Further, in premixed combustion, fuel is burned in the presence of a sufficient amount of oxygen in a state of being uniformly mixed with air, so that smoke is less likely to be generated due to lack of oxygen.

【0005】このような予混合圧縮着火内燃機関の例と
しては、例えば特開平10−331690号公報に記載
されたものがある。同公報ではディーゼル機関の吸気行
程中または圧縮行程中に燃料噴射弁から微細な燃料を噴
射して気筒内に予混合気を形成し、圧縮行程上死点近傍
でこの予混合気に着火が生じるようにしている。
An example of such a homogeneous charge compression ignition internal combustion engine is disclosed in, for example, JP-A-10-331690. According to the publication, fine fuel is injected from a fuel injection valve during an intake stroke or a compression stroke of a diesel engine to form a premixed gas in a cylinder, and the premixed gas is ignited near a top dead center in a compression stroke. Like that.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、圧縮着火機
関で予混合燃焼を行うようにした場合には、気筒内混合
気の燃焼速度によっては、過早着火や失火が生じる問題
がある。例えば、理想的な予混合燃焼では吸気または圧
縮行程に噴射された燃料により形成された気筒内混合気
が圧縮行程上死点前に着火して、比較的緩やかに燃焼を
続け気筒内圧力が上死点直後付近で最大圧力に到達する
ことが好ましい。ところが、気筒内混合気の燃焼速度が
予混合燃焼に適切な範囲より大きいと、上死点前に着火
した混合気は一挙に燃焼してしまい、上死点到達前に急
激に気筒内圧力が上昇するようになる。このように、上
死点到達前に急激な圧力上昇が生じるとガソリンエンジ
ンのノックと同様に機関には大きな振動や騒音が生じ
る、いわゆる過早着火が発生する。一方、気筒内混合気
の燃焼速度が適切な範囲より小さくなると過早着火は生
じないものの、上死点後に混合気の燃焼が完了する前に
ピストンの下降により気筒内温度が低下するようになり
混合気の燃焼状態が悪化し、ついには失火を生じる問題
がある。
However, when premixed combustion is performed in a compression ignition engine, there is a problem that premature ignition or misfire may occur depending on the combustion speed of the air-fuel mixture in the cylinder. For example, in ideal premixed combustion, the in-cylinder mixture formed by the fuel injected in the intake or compression stroke ignites before the top dead center of the compression stroke, continues combustion relatively slowly, and increases the cylinder pressure. It is preferable to reach the maximum pressure immediately after the dead center. However, if the combustion rate of the air-fuel mixture in the cylinder is greater than the range suitable for premixed combustion, the air-fuel mixture ignited before top dead center will burn at once, and the cylinder pressure will rapidly increase before reaching top dead center. It will rise. As described above, if a sudden increase in pressure occurs before the top dead center is reached, so-called premature ignition occurs, as in the case of knocking of a gasoline engine, in which large vibration and noise are generated in the engine. On the other hand, if the combustion speed of the air-fuel mixture in the cylinder becomes lower than the appropriate range, premature ignition does not occur, but the temperature in the cylinder decreases due to the lowering of the piston before the combustion of the air-fuel mixture is completed after the top dead center. There is a problem in that the combustion state of the air-fuel mixture deteriorates, and eventually misfires occur.

【0007】上記特開平10−331690号公報の機
関では、予混合燃焼を生じさせるために吸気行程または
圧縮行程中に微細化した燃料を噴射するようにしている
が、混合気の燃焼速度を制御することはできない。一般
に圧縮着火機関で予混合燃焼が成立する燃焼速度範囲は
過早着火が生じる燃焼速度に極めて近い狭い範囲となっ
ている。また、予混合燃焼時の機関の振動や騒音は燃焼
速度の増大につれて徐々に増大するのではなく、燃焼速
度がある程度以上になると突然過早着火が生じ振動と騒
音とが急激に増大する。このため、たとえ機関の振動や
騒音を監視していても過早着火の発生の有無を予測する
ことはできず、過早着火の発生を有効に防止することは
困難である。従って、同公報では機関低負荷運転時には
上記の予混合燃焼を行うものの、気筒内温度が高くなり
混合気燃焼速度が増大して過早着火が生じやすくなる中
高負荷運転では予混合燃焼をおこなわず、通常のディー
ゼル機関と同じ拡散燃焼に運転を切り換えるようにして
いる。このため、同公報の機関では予混合燃焼を行う機
関運転領域が狭くなり、機関のNOX やスモークの排出
量を充分に低減することができない問題がある。
In the engine disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 10-331690, fine fuel is injected during the intake stroke or the compression stroke in order to generate premixed combustion. However, the combustion speed of the air-fuel mixture is controlled. I can't. Generally, the combustion speed range in which premixed combustion is established in a compression ignition engine is a narrow range extremely close to the combustion speed at which premature ignition occurs. Further, the vibration and noise of the engine during premixed combustion do not gradually increase as the combustion speed increases, but when the combustion speed exceeds a certain level, premature ignition occurs suddenly and the vibration and noise increase rapidly. For this reason, even if the vibration and noise of the engine are monitored, it is not possible to predict the occurrence of premature ignition, and it is difficult to effectively prevent the occurrence of premature ignition. Therefore, in the same publication, although the above-described premixed combustion is performed at the time of engine low-load operation, premixed combustion is not performed in a medium-high load operation in which the temperature in the cylinder increases, the mixture combustion speed increases, and premature ignition easily occurs. The operation is switched to the same diffusion combustion as a normal diesel engine. Therefore, in the engine of the publication narrows the engine operating region for performing premixed combustion, there is a problem that it is impossible to sufficiently reduce the emissions of the NO X and smoke in the engine.

【0008】本発明は上記従来技術の問題に鑑み、混合
気燃焼速度を適切な範囲に制御することにより過早着火
の発生等の問題を解決し、広い運転範囲で予混合燃焼を
行うことにより、排気スモークの発生やNOX の排出量
の増大を抑制することが可能な予混合燃焼圧縮着火内燃
機関を提供することを目的としている。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention solves the problem of the occurrence of premature ignition by controlling the air-fuel mixture combustion speed within an appropriate range, and performs premixed combustion over a wide operating range. , and its object is to provide a premixed combustion compression ignition internal combustion engine capable of suppressing the increase in the emissions generated and NO X in the exhaust smoke.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射して燃焼
室内に燃料と空気の予混合気を形成し、該予混合気を圧
縮により着火させる予混合圧縮着火内燃機関の制御装置
であって、前記予混合圧縮着火内燃機関は、燃焼室内予
混合気の燃焼速度が適切な範囲にある場合には燃焼によ
るNOX 発生量が減少し、燃焼室内予混合気の燃焼速度
が前記適切な範囲より大きくなるにつれてNOX 発生量
が増大するとともに燃焼振動が増大しノックが発生する
ようになり、予混合気燃焼速度が前記適切な範囲より小
さくなるにつれてNOX が更に減少するとともに燃焼状
態が悪化して失火が生じるようになり、前記制御装置
は、前記機関の排気通路に配置され排気中のNOX を検
出するNOX センサと、燃焼室内予混合気の燃焼速度を
変化させる燃焼制御手段と、前記機関が適切な予混合気
燃焼速度で運転されているときの排気中のNOX 濃度で
ある適正NOX 濃度を記憶する記憶手段と、を備えると
ともに、前記NOX センサで検出した排気中のNOX
度が前記記憶した適正NOX 濃度に一致するように前記
燃焼制御手段を制御することにより、予混合気燃焼速度
が前記適切な範囲内になるように制御する予混合圧縮着
火内燃機関の制御装置が提供される。
According to the first aspect of the present invention, fuel is injected from a fuel injection valve into a combustion chamber to form a premixed mixture of fuel and air in the combustion chamber. the a control apparatus for premixed compression ignition internal combustion engine for igniting the compressed, the premixed compression ignition internal combustion engine, NO X generation amount by combustion if the combustion rate in the combustion chamber premixture is in the appropriate range There decreased, now the combustion vibration is increased knock with NO X generation amount as the combustion speed becomes higher than the proper range the combustion chamber premixture is increased occurs, premixed gas combustion speed the proper now misfire occurs such a range as from smaller combustion state with NO X is reduced further deteriorated, the control device, NO X sensor for detecting the NO X in the disposed in the exhaust passage of the engine exhaust When, A combustion control means for changing a burn rate in the combustion chamber premixture, storage means for storing the proper NO X concentration is concentration of NO X in the exhaust gas when the engine is operated in a suitable premixture combustion rate And controlling the combustion control means so that the NO X concentration in the exhaust gas detected by the NO X sensor matches the stored appropriate NO X concentration, whereby the premixed gas combustion speed is adjusted to the appropriate level. And a control device for the homogeneous charge compression ignition internal combustion engine that controls the internal combustion engine to fall within the range.

【0010】すなわち、請求項1の発明では排気中のN
X 濃度を検出することにより混合気燃焼速度を制御す
る。混合気燃焼速度が増大するとそれにつれて燃焼時の
火炎温度が上昇するため排気中のNOX 濃度は増大する
とともに、ある程度以上に燃焼速度が増大すると混合気
の急激な燃焼が生じ過早着火が発生する。一方、逆に混
合気燃焼速度が低下すると燃焼時の火炎温度は全体とし
て低下するため排気中のNOX 濃度は低下し、ある程度
以上に燃焼速度が低下すると燃焼の悪化により失火が生
じるようになる。また、排気中のNOX 濃度は、例えば
NOX センサを機関排気通路に配置することなどにより
直接検出可能である。そこで、本発明では燃焼速度と排
気中のNOX との相関に着目し、排気中のNOX 濃度を
検出し、このNOX 濃度に基づいて燃焼速度を増大また
は低下させることにより、過早着火や失火を生じること
なく適正な予混合燃焼を行うようにしている。すなわ
ち、予め適正な予混合燃焼が行われているときの排気N
X 濃度の範囲を実際の機関を用いた実験等により測定
して記憶手段に記憶しておけば、この適正NOX 濃度範
囲よりも排気中のNOX 濃度が高くなった場合には燃焼
速度が増大しており、過早着火が生じやすい状態になっ
ていることが判る。そこで、この場合には燃焼制御手段
は燃焼速度を低下させる操作を行い、NOX 濃度(すな
わち燃焼速度)が適正な範囲になるようにする。また、
同様に排気中のNOX 濃度が記憶した適正範囲より低く
なった場合には燃焼速度が低下しており燃焼の悪化や失
火が生じやすい状態になっていることが判る。この場合
には、燃焼制御手段は燃焼速度を増大させる操作を行
い、NOX 濃度が適正な範囲になるようにする。これに
より、混合気燃焼速度は常に適正な予混合燃焼を生じさ
せる範囲に制御され、過早着火や燃焼の悪化が生じるこ
とが防止される。
That is, in the first aspect of the present invention, the N
The combustion rate of the air-fuel mixture is controlled by detecting the OX concentration. With the mixture combustion speed increases concentration of NO X in the exhaust gas for the flame temperature rises during combustion as it increases, the pre-ignition occurs result in rapid combustion of the mixture and the combustion rate beyond a certain increases I do. On the other hand, NO X concentration in the exhaust gas for mixture combustion rate conversely decreases overall flame temperature during combustion to be reduced is reduced, so that misfire occurs due to deterioration of the combustion and the combustion rate decreases beyond a certain . Further, NO X concentration in the exhaust gas is, for example, can be detected directly, such as by placing the NO X sensor to the engine exhaust passage. Therefore, the present invention focuses on the correlation between the combustion speed and the NO X in the exhaust gas, detects the NO X concentration in the exhaust gas, and increases or decreases the combustion speed based on the NO X concentration, thereby premature ignition. Premixed combustion is performed without causing fire or misfire. That is, the exhaust gas N when the proper premix combustion is performed in advance.
If O X a range of concentrations measured in the experiments using the actual engine by storing in the storage means, burn rate when the concentration of NO X in the exhaust gas than the proper NO X concentration range was higher It can be seen that premature ignition is likely to occur. Therefore, combustion control means in this case performs an operation of lowering the combustion speed, NO X concentration (i.e. combustion rate) is set to be in a proper range. Also,
Similarly, when the NO X concentration in the exhaust gas becomes lower than the stored proper range, the combustion speed is reduced, and it is understood that the combustion is likely to deteriorate and misfire is likely to occur. In this case, the combustion control means performs an operation to increase the combustion speed, NO X concentration is set to be in a proper range. As a result, the air-fuel mixture combustion speed is always controlled to a range in which an appropriate premixed combustion is generated, thereby preventing premature ignition and deterioration of combustion.

【0011】なお、燃焼制御手段は混合気の燃焼速度に
影響を与える条件を変化させることにより燃焼速度を増
減する。燃焼速度に影響を与える条件としては、例えば
機関燃焼室に還流させる排気の量(EGRガス量)、気
筒内に吸入される吸入空気量(新気の量)、機関の過給
圧、燃料噴射時期、回数、噴射量、圧縮比等がある。
The combustion control means increases or decreases the combustion speed by changing conditions that affect the combustion speed of the air-fuel mixture. Conditions that affect the combustion speed include, for example, the amount of exhaust gas recirculated to the engine combustion chamber (EGR gas amount), the amount of intake air drawn into the cylinder (the amount of fresh air), the supercharging pressure of the engine, and the fuel injection. There are timing, number of times, injection amount, compression ratio and the like.

【0012】請求項2に記載の発明によれば、前記記憶
手段は、機関運転状態に応じた前記適正NOX 濃度を記
憶しており、前記制御装置は更に、機関運転状態を検出
する運転状態手段を備え、前記NOX センサで検出した
排気中のNOX 濃度が、運転状態検出手段で検出した運
転状態に対応した適正NOX 濃度になるように前記燃焼
制御手段を制御する、請求項1に記載の予混合圧縮着火
内燃機関の制御装置が提供される。
According to the invention described in claim 2, wherein the storage unit stores the proper NO X concentration in accordance with the engine operating state, the control apparatus further operating condition for detecting the engine operating state comprising means, NO X concentration in the detected exhaust gas by the NO X sensor controls the combustion control means so that the proper NO X density corresponding to the driving state detected in the operation state detection means, according to claim 1 A control device for a premixed compression ignition internal combustion engine according to the first aspect is provided.

【0013】すなわち、請求項2の発明では予め機関運
転状態に応じた適正NOX 濃度が記憶されており、燃焼
制御手段は排気中のNOX 濃度が、実際に検出した現在
の機関運転状態に対応する適正NOX 濃度になるように
燃焼制御手段を制御する。適正な予混合燃焼が行われて
いるときの排気NOX 濃度は、例えば機関回転数、燃料
噴射量等の運転状態が変化すればそれに応じて変化す
る。本発明では、各運転状態に応じた適正NOX 濃度を
予め記憶しておき、運転中実際の運転状態に対応した適
正NOX 濃度に基づいて燃焼制御手段を制御するように
しているため、機関負荷等の運転状態が変化した場合に
も常に適正な予混合燃焼が行われる。
That is, in the invention of claim 2, an appropriate NO X concentration according to the engine operating state is stored in advance, and the combustion control means changes the NO X concentration in the exhaust gas to the current engine operating state actually detected. The combustion control means is controlled so as to have a corresponding appropriate NO X concentration. Proper exhaust concentration of NO X when the premix combustion is being performed, for example, the engine speed varies accordingly if changes the operating state of the fuel injection amount and the like. In the present invention, the appropriate NO X concentration corresponding to each operation state is stored in advance, and the combustion control means is controlled based on the appropriate NO X concentration corresponding to the actual operation state during operation. Even when the operating state such as the load changes, proper premixed combustion is always performed.

【0014】請求項3に記載の発明によれば、前記燃焼
制御手段は、機関排気の一部を機関燃焼室に還流させる
EGR手段を備え、該EGR手段により燃焼室に還流す
る排気流量を制御することにより予混合気燃焼速度を制
御する、請求項2に記載の予混合圧縮着火内燃機関の制
御装置が提供される。
According to the third aspect of the present invention, the combustion control means includes EGR means for recirculating a part of the engine exhaust gas to the engine combustion chamber, and controls the flow rate of the exhaust gas recirculated to the combustion chamber by the EGR means. A control device for a premixed compression ignition internal combustion engine according to claim 2, wherein the control device controls the premixed gas combustion speed.

【0015】すなわち、請求項3の発明では、燃焼制御
手段は燃焼室に還流する排気流量(EGRガス量)を制
御することにより、混合気燃焼速度を制御する。気筒内
混合気の燃焼速度は、気筒内の酸素濃度が低いほど低下
する。一方、EGRガスは燃焼室で燃焼した後の排気で
あるため酸素濃度が低くなっている。従って、EGRガ
スを燃焼室に多く供給するほど気筒内混合気の燃焼速度
は低下する。そこで、本発明では燃焼制御手段は、排気
NOX 濃度が適正範囲より増大した場合にはEGRガス
量を増大し、低下した場合にはEGRガス量を低下す
る。これにより、気筒内混合気の燃焼速度は常に適正範
囲に維持されるようになる。
That is, according to the third aspect of the invention, the combustion control means controls the air-fuel mixture combustion speed by controlling the flow rate of the exhaust gas (the amount of EGR gas) flowing back to the combustion chamber. The combustion speed of the air-fuel mixture in the cylinder decreases as the oxygen concentration in the cylinder decreases. On the other hand, since the EGR gas is exhaust gas after combustion in the combustion chamber, the oxygen concentration is low. Therefore, the more the EGR gas is supplied to the combustion chamber, the lower the combustion speed of the air-fuel mixture in the cylinder. Therefore, in the present invention, the combustion control means increases the EGR gas amount when the exhaust NO X concentration increases from an appropriate range, and decreases the EGR gas amount when the exhaust NO X concentration decreases. As a result, the combustion speed of the air-fuel mixture in the cylinder is always maintained in an appropriate range.

【0016】請求項4に記載の発明によれば、前記燃焼
制御手段は、機関吸入空気量を変化させる吸気絞り手段
を備え、該吸気絞り手段により機関吸入空気量を変化さ
せることにより予混合気燃焼速度を制御する、請求項2
に記載の予混合圧縮着火内燃機関の制御装置が提供され
る。
According to a fourth aspect of the present invention, the combustion control means includes intake throttle means for changing an engine intake air amount, and the premixed air is controlled by changing the engine intake air amount by the intake throttle means. 3. The combustion rate is controlled.
A control device for a premixed compression ignition internal combustion engine according to the first aspect is provided.

【0017】すなわち、請求項4の発明では、燃焼制御
手段は吸気絞り手段を用いて機関吸入空気量(新気の
量)を変化させることにより燃焼室内予混合気の燃焼速
度を制御する。機関に吸入される新気の量が変化すると
気筒内に吸入される酸素の量が変化する。このため、機
関吸入空気量を低下させて燃焼室内酸素濃度を減少させ
ることにより燃焼速度を低下させ、逆に機関吸入空気量
を増大して燃焼室内酸素濃度を増大することにより燃焼
速度を増大することが可能である。このように、機関吸
入空気量を排気NOX 濃度に応じて変化させることによ
り、燃焼室内混合気の燃焼速度は常に適正範囲に維持さ
れるようになる。
That is, in the invention of claim 4, the combustion control means controls the combustion speed of the premixed air in the combustion chamber by changing the amount of engine intake air (the amount of fresh air) using the intake throttle means. When the amount of fresh air taken into the engine changes, the amount of oxygen drawn into the cylinder changes. Therefore, the combustion speed is reduced by decreasing the engine intake air amount to decrease the oxygen concentration in the combustion chamber, and conversely, the combustion speed is increased by increasing the engine intake air amount and increasing the oxygen concentration in the combustion chamber. It is possible. Thus, by changing in accordance with the engine intake air quantity to the exhaust NO X concentration, so burn rate in the combustion chamber mixture is always maintained in a proper range.

【0018】請求項5に記載の発明によれば、前記燃焼
制御手段は、機関吸気圧力を変化させる過給圧制御手段
を備え、該過給圧制御手段により機関吸気圧力を変化さ
せることにより予混合気燃焼速度を制御する、請求項2
に記載の予混合圧縮着火内燃機関の制御装置が提供され
る。
According to the fifth aspect of the present invention, the combustion control means includes a supercharging pressure control means for changing an engine intake pressure, and the precharge is performed by changing the engine intake pressure by the supercharging pressure control means. 3. The method according to claim 2, wherein the air-fuel mixture burning rate is controlled.
A control device for a premixed compression ignition internal combustion engine according to the first aspect is provided.

【0019】すなわち、請求項5の発明では、燃焼制御
手段は機関吸気圧力を変化させることにより燃焼室内予
混合気の燃焼速度を制御する。例えば、過給機を有する
機関では、過給圧力を変化させることにより機関吸気圧
力を調節することができる。機関吸気圧力が変化する
と、それに応じて圧縮時の燃焼室内圧力も変化する。例
えば、燃焼室内予混合気の燃焼速度は燃焼時の圧力が高
いほど増大する。このため、機関吸気圧力を増大させる
ことにより燃焼速度を増大し、低下させることにより燃
焼速度を低下させることが可能である。このように、機
関吸気圧力を排気NOX 濃度に応じて変化させることに
より、燃焼室内混合気の燃焼速度は常に適正範囲に維持
されるようになる。
That is, in the invention of claim 5, the combustion control means controls the combustion speed of the premixed air in the combustion chamber by changing the engine intake pressure. For example, in an engine having a supercharger, the engine intake pressure can be adjusted by changing the supercharging pressure. When the engine intake pressure changes, the pressure in the combustion chamber during compression also changes accordingly. For example, the combustion speed of the premixture in the combustion chamber increases as the pressure during combustion increases. Therefore, it is possible to increase the combustion speed by increasing the engine intake pressure and decrease the combustion speed by decreasing the combustion speed. Thus, by changing in accordance with the engine intake pressure in the exhaust NO X concentration, so burn rate in the combustion chamber mixture it is always maintained in a proper range.

【0020】請求項6に記載の発明によれば、前記燃焼
制御手段は、前記燃料噴射弁からの燃料噴射時期を制御
する燃料噴射制御手段を備え、該燃料噴射制御手段によ
り燃焼室内の燃料噴射時期を変化させることにより予混
合気燃焼速度を制御する、請求項2に記載の予混合圧縮
着火内燃機関の制御装置が提供される。
According to the present invention, the combustion control means includes a fuel injection control means for controlling a fuel injection timing from the fuel injection valve, and the fuel injection control means controls the fuel injection in the combustion chamber. A control device for a premixed compression ignition internal combustion engine according to claim 2, wherein the premixed gas combustion speed is controlled by changing a timing.

【0021】すなわち、請求項6の発明では、燃料噴射
時期を変化させることにより予混合気燃焼速度を変化さ
せる。例えば、燃料噴射時期を早めると燃料が噴射され
てから圧縮行程で気筒内温度が燃料の着火温度まで上昇
するまでの時間が長くなり、噴射された燃料が燃焼室内
に拡散し、燃料が均一に分散した予混合気が形成され
る。一方、燃料噴射時期を遅延させると噴射された燃料
が燃焼室内に拡散する時間が短くなり、燃焼室温度が着
火温度まで上昇したときに予混合気に局所的に高濃度の
燃料を含む部分が存在するようになる。予混合気に着火
が生じると、この高濃度部分では比較的多量の燃料が燃
焼するため火炎温度が高くなり、この高濃度部分の近傍
では圧力が上昇する。この圧力上昇は圧力波として燃焼
室の他の部分に伝播し、周囲の予混合気を断熱圧縮す
る。このため、高濃度部分で着火が生じると、周囲の予
混合気も連鎖的に燃焼を開始するようになる。すなわ
ち、燃焼室内に形成された混合気の濃度が不均一である
と、混合気燃焼速度が速くなる。逆に、混合気が均一に
形成され、局所的な高燃料濃度部分が存在しない場合に
は、上記のような連鎖的な燃焼は発生せず燃料着火後の
燃焼は比較的緩やかになる。このため、燃料噴射時期を
早めて燃焼室内に形成される混合気の濃度が均一になる
ようにするほど、混合気の燃焼速度は低下し、燃料噴射
時期を遅延させて混合気濃度を不均一にするほど燃焼速
度は増大するようになる。本発明では、排気NOX 濃度
に応じて燃料噴射時期を変化させることにより、燃焼室
内混合気の燃焼速度を常に適正範囲に維持するようにし
ている。
That is, in the invention of claim 6, the premixed gas combustion speed is changed by changing the fuel injection timing. For example, if the fuel injection timing is advanced, the time from when the fuel is injected to when the temperature in the cylinder rises to the ignition temperature of the fuel in the compression stroke becomes longer, the injected fuel diffuses into the combustion chamber, and the fuel becomes uniform. A dispersed premix is formed. On the other hand, if the fuel injection timing is delayed, the time during which the injected fuel diffuses into the combustion chamber is shortened, and when the combustion chamber temperature rises to the ignition temperature, a portion containing locally high-concentration fuel in the premixture may be reduced. Will be present. When the premixed gas is ignited, a relatively large amount of fuel is burned in the high-concentration portion, so that the flame temperature increases, and the pressure increases near the high-concentration portion. This pressure rise propagates as a pressure wave to the rest of the combustion chamber and adiabatically compresses the surrounding premix. For this reason, when ignition occurs in the high concentration portion, the surrounding premixed gas also starts burning in a chain. That is, if the concentration of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber is not uniform, the air-fuel mixture burning speed increases. Conversely, when the air-fuel mixture is formed uniformly and there is no locally high fuel concentration portion, the above-described chain combustion does not occur, and the combustion after fuel ignition becomes relatively slow. Therefore, as the fuel injection timing is advanced and the concentration of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber is made uniform, the combustion speed of the air-fuel mixture decreases, and the fuel injection timing is delayed to make the air-fuel mixture concentration uneven. , The combustion speed increases. In the present invention, the combustion speed of the air-fuel mixture in the combustion chamber is always maintained in an appropriate range by changing the fuel injection timing according to the exhaust NO X concentration.

【0022】請求項7に記載の発明によれば、前記燃料
噴射制御手段は、1燃焼サイクル中に複数回の燃料噴射
を行うとともに、それぞれの燃料噴射時期と燃料噴射量
とを制御し、前記燃焼制御手段は、前記燃料噴射制御手
段により各燃料噴射の噴射時期と燃料噴射量とを変化さ
せることにより予混合気燃焼速度を制御する、請求項6
に記載の予混合圧縮着火内燃機関の制御装置が提供され
る。
According to the present invention, the fuel injection control means performs a plurality of fuel injections during one combustion cycle and controls each fuel injection timing and fuel injection amount. 7. The combustion control unit controls the premixed gas combustion speed by changing an injection timing and a fuel injection amount of each fuel injection by the fuel injection control unit.
A control device for a premixed compression ignition internal combustion engine according to the first aspect is provided.

【0023】すなわち、請求項7の発明では燃料噴射は
複数回に分割して行うとともに、排気NOX 濃度に応じ
て各燃料噴射の噴射時期と噴射量とが調節される。前述
のように、混合気の燃焼速度は燃料が噴射される時期に
よって変化する。このため、燃料噴射を1燃焼サイクル
中に複数回行い、各燃料噴射の燃料噴射時期と燃料噴射
量とを変化させると、それぞれの燃料噴射が全体として
の混合気燃焼速度に与える影響をより効果的に制御でき
るようになる。
[0023] That is, with the invention of claim 7 performs fuel injection is divided into a plurality of times, the injection amount and is adjusted in accordance with the exhaust NO X concentration and injection timing of each fuel injection. As described above, the combustion speed of the air-fuel mixture changes depending on the timing at which fuel is injected. Therefore, when the fuel injection is performed a plurality of times during one combustion cycle and the fuel injection timing and the fuel injection amount of each fuel injection are changed, the effect of each fuel injection on the overall mixture combustion speed is more effectively affected. It becomes possible to control it.

【0024】請求項8に記載の発明によれば、前記燃焼
制御手段は、気筒圧縮比を変化させる圧縮制御手段を備
え、該圧縮制御手段により気筒圧縮比を変化させること
により予混合気燃焼速度を制御する、請求項2に記載の
予混合圧縮着火内燃機関の制御装置が提供される。
According to an eighth aspect of the present invention, the combustion control means includes a compression control means for changing a cylinder compression ratio, and the compression control means changes the cylinder compression ratio to change the premixed gas combustion speed. And a control device for the homogeneous charge compression ignition internal combustion engine according to claim 2 for controlling the internal combustion engine.

【0025】すなわち、請求項8の発明では、気筒圧縮
比を変化させることにより予混合気燃焼速度を変化させ
る。気筒圧縮比は、例えば機関バルブタイミングを変更
することにより変化させることができる。気筒圧縮比が
変化すると圧縮行程における気筒内圧力と温度との両方
が変化するようになる。例えば圧縮比が低下すると、燃
焼室内温度と圧力との両方の上昇が遅くなり、予混合気
が燃焼しにくくなるため燃焼速度は低下する。また、圧
縮比を上昇させると燃焼室内温度と圧力とが早く上昇す
るようになり、予混合気の燃焼速度は増大する。従っ
て、気筒圧縮比を排気NOX 濃度に応じて変化させるこ
とにより、燃焼室内混合気の燃焼速度は常に適正範囲に
維持されるようになる。
That is, in the invention of claim 8, the premixed gas combustion speed is changed by changing the cylinder compression ratio. The cylinder compression ratio can be changed, for example, by changing the engine valve timing. When the cylinder compression ratio changes, both the in-cylinder pressure and the temperature during the compression stroke change. For example, when the compression ratio decreases, the rise in both the temperature and the pressure in the combustion chamber becomes slow, and the premixed gas becomes difficult to burn, so that the combustion speed decreases. Further, when the compression ratio is increased, the temperature and the pressure in the combustion chamber are quickly increased, and the combustion speed of the premixed gas is increased. Therefore, by changing depending cylinder compression ratio in the exhaust NO X concentration, so burn rate in the combustion chamber mixture is always maintained in a proper range.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図1は、本発明を自動車用
ディーゼルに適用した実施形態の概略構成を説明する図
である。図1において、1はディーゼル機関本体、2は
1の吸気通路、20は吸気通路2に設けられたサージタ
ンク、21はサージタンク20と各気筒の吸気ポートと
を接続する吸気枝管である。本実施形態では、吸気通路
2には吸気通路2を流れる吸入空気の流量を絞る吸気絞
り弁27、および吸気を冷却するインタクーラ26が設
けられている。吸気絞り弁27はステッパモータ、バキ
ュームアクチュエータ等の適宜な形式のアクチュエータ
27aを備え、後述する電子制御ユニット(ECU)3
0からの制御信号に応じた開度をとる。吸気絞り弁27
は、後述するように機関1の燃焼室内予混合気の燃焼速
度が過大であるときに吸気通路2を流れる機関吸気(新
気)流量を低下させて燃焼速度を適正な範囲に調節する
のに使用することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an embodiment in which the present invention is applied to an automobile diesel. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a diesel engine main body, 2 denotes an intake passage, 20 denotes a surge tank provided in the intake passage 2, and 21 denotes an intake branch pipe connecting the surge tank 20 and an intake port of each cylinder. In the present embodiment, the intake passage 2 is provided with an intake throttle valve 27 for reducing the flow rate of intake air flowing through the intake passage 2 and an intercooler 26 for cooling intake air. The intake throttle valve 27 includes an actuator 27a of an appropriate type such as a stepper motor, a vacuum actuator, and the like, and an electronic control unit (ECU) 3 described later.
The opening is determined according to the control signal from 0. Intake throttle valve 27
As described later, when the combustion velocity of the premixed air in the combustion chamber of the engine 1 is excessive, the flow rate of the engine intake air (fresh air) flowing through the intake passage 2 is reduced to adjust the combustion velocity to an appropriate range. Can be used.

【0027】図1に25で示すのは、吸気通路2の吸気
入口近傍に設けられたエアフローメータである。本実施
形態では、エアフローメータ25は熱線式流量計等のよ
うに、吸気通路2を流れる吸入空気の重量流量を直接測
定可能な形式のものが使用されている。吸気通路2に流
入した大気は、エアフローメータ25を通過した後、排
気過給機(ターボチャージャ)35の圧縮機により昇圧
され、吸気通路2に設けたインタクーラ26により冷却
された後サージタンク20、枝管21を経て各気筒に吸
入される。
In FIG. 1, reference numeral 25 denotes an air flow meter provided near the intake port of the intake passage 2. In the present embodiment, an air flow meter 25 such as a hot wire flow meter that can directly measure the weight flow rate of the intake air flowing through the intake passage 2 is used. The air flowing into the intake passage 2 passes through an air flow meter 25, is pressurized by a compressor of an exhaust supercharger (turbocharger) 35, is cooled by an intercooler 26 provided in the intake passage 2, and It is sucked into each cylinder via the branch pipe 21.

【0028】図1に111で示すのは、各気筒内に直接
燃料を噴射する燃料噴射弁である。各燃料噴射弁111
は、高圧燃料を貯留する共通の蓄圧室(コモンレール)
115に接続されている。機関1の燃料は高圧燃料ポン
プ113により昇圧されてコモンレール115に供給さ
れ、コモンレール115から各燃料噴射弁111を介し
て直接各気筒内に噴射される。本実施形態のディーゼル
機関1は、通常のディーゼル機関とは異なり予混合燃焼
を行う。このため、燃料噴射弁111は通常のディーゼ
ル機関より早い時期(吸気行程中または圧縮行程中)に
機関1の燃焼室内に燃料を噴射する。
Reference numeral 111 in FIG. 1 denotes a fuel injection valve for directly injecting fuel into each cylinder. Each fuel injection valve 111
Is a common accumulator (common rail) for storing high-pressure fuel
115. The fuel of the engine 1 is pressurized by the high-pressure fuel pump 113 and supplied to the common rail 115, and is directly injected from the common rail 115 into each cylinder via each fuel injection valve 111. The diesel engine 1 of the present embodiment performs premix combustion, unlike a normal diesel engine. Therefore, the fuel injection valve 111 injects fuel into the combustion chamber of the engine 1 earlier than during a normal diesel engine (during an intake stroke or a compression stroke).

【0029】図1に31で示すのは各気筒の排気ポート
と排気通路3とを接続する排気マニホルド、35で示す
のはターボチャージャである。ターボチャージャ35は
排気通路3の排気により駆動される排気タービンと、こ
の排気タービンにより駆動される吸気圧縮機とを備えて
いる。また、本実施形態では、排気タービンの排気入口
には可変ノズル35aが設けられている。可変ノズル3
5aは、開口面積を変更可能なノズルであり、例えば排
気流量が低い低負荷時等にノズル開口面積を絞ることに
より排気タービンに流入する排気の流速を増大させるた
めのものである。機関低負荷運転時に可変ノズル35a
を絞ることにより、排気タービンの回転数は高く維持さ
れるため、圧縮機吐出圧力(過給圧)の低下が防止され
る。可変ノズル35aは、後述するように機関1の過給
圧を変化させて機関1の予混合気燃焼速度を制御するの
に使用することができる。可変ノズル35aは、図示し
ないステッパモータ、バキュームアクチュエータ等のア
クチュエータを備え、ECU30からの制御信号に応じ
た開度をとる。
In FIG. 1, reference numeral 31 denotes an exhaust manifold for connecting an exhaust port of each cylinder to the exhaust passage 3, and reference numeral 35 denotes a turbocharger. The turbocharger 35 includes an exhaust turbine driven by exhaust gas in the exhaust passage 3 and an intake compressor driven by the exhaust turbine. In this embodiment, a variable nozzle 35a is provided at the exhaust inlet of the exhaust turbine. Variable nozzle 3
Reference numeral 5a denotes a nozzle whose opening area can be changed. The nozzle 5a is used to increase the flow velocity of the exhaust gas flowing into the exhaust turbine by narrowing the nozzle opening area when the exhaust flow rate is low and the load is low. Variable nozzle 35a at low engine load operation
, The rotation speed of the exhaust turbine is kept high, so that a decrease in compressor discharge pressure (supercharging pressure) is prevented. The variable nozzle 35a can be used to control the premixed gas combustion speed of the engine 1 by changing the supercharging pressure of the engine 1 as described later. The variable nozzle 35a includes an actuator (not shown) such as a stepper motor and a vacuum actuator, and takes an opening according to a control signal from the ECU 30.

【0030】更に、本実施形態では排気の一部を吸気系
に還流させるEGR装置が設けられている。EGR装置
は、排気マニホルド31と吸気サージタンク20とを連
通するEGR通路33、およびEGR通路33上に配置
されたEGR弁23、およびEGR弁23上流側のEG
R通路に設けられたEGRクーラ45を備えている。E
GR弁23は図示しないステッパモータ、バキュームア
クチュエータ等の適宜な形式のアクチュエータを備え、
ECU30からの制御信号に応じた開度をとり、EGR
通路33を通って吸気サージタンク20に還流するEG
Rガス流量を制御する。本実施形態では、低負荷領域か
ら高負荷領域までの広い運転領域で比較的多量のEGR
ガスを還流させるようにEGR弁23が制御される。こ
のため、本実施形態では各気筒に吸入される吸気には比
較的多量のEGRガスが含まれるようになる。EGRガ
スは気筒から排出された高温の排気であるため、多量の
EGRガスを吸気に還流させると吸気温度が上昇してし
まい、機関1の吸気体積効率が低下することになる。本
実施形態では、これを防止するために、EGR弁23上
流側のEGR通路33には水冷または空冷のEGRクー
ラ45が設けられている。本実施形態では、EGRクー
ラ45を用いて吸気系に還流するEGRガス温度を低下
させることにより、機関1の吸気体積効率を低下させる
ことなく多量のEGRガスを還流させることが可能とな
っている。
Further, in this embodiment, an EGR device for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system is provided. The EGR device includes an EGR passage 33 that connects the exhaust manifold 31 and the intake surge tank 20, an EGR valve 23 disposed on the EGR passage 33, and an EGR valve 23 upstream of the EGR valve 23.
An EGR cooler 45 provided in the R passage is provided. E
The GR valve 23 includes an appropriate type of actuator such as a stepper motor and a vacuum actuator (not shown).
The opening is determined according to the control signal from the ECU 30, and the EGR
EG returning to the intake surge tank 20 through the passage 33
Control the R gas flow rate. In the present embodiment, a relatively large amount of EGR is used in a wide operating range from a low load range to a high load range.
The EGR valve 23 is controlled so that the gas is recirculated. For this reason, in this embodiment, the intake air drawn into each cylinder contains a relatively large amount of EGR gas. Since the EGR gas is high-temperature exhaust gas discharged from the cylinder, if a large amount of the EGR gas is recirculated to the intake air, the intake air temperature rises, and the intake volume efficiency of the engine 1 decreases. In the present embodiment, in order to prevent this, a water-cooled or air-cooled EGR cooler 45 is provided in the EGR passage 33 upstream of the EGR valve 23. In the present embodiment, by using the EGR cooler 45 to lower the temperature of the EGR gas recirculated to the intake system, a large amount of EGR gas can be recirculated without lowering the intake volume efficiency of the engine 1. .

【0031】また、本実施形態では、排気通路3の排気
絞り弁下流側には、三元触媒等の公知の形式の排気浄化
触媒41および排気中のパティキュレートを捕集するた
めのパティキュレートフィルタ(DPF)43が配置さ
れている。DPF43は、例えば金属メッシュ、セラミ
ック多孔質フィルタからなり、排気中のパティキュレー
トを捕集する。本実施形態では、DPF43としては、
適宜な形式の公知のパティキュレートフィルタを使用可
能である。
In this embodiment, a well-known type of exhaust purification catalyst 41 such as a three-way catalyst and a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas are provided downstream of the exhaust throttle valve in the exhaust passage 3. (DPF) 43 is arranged. The DPF 43 is made of, for example, a metal mesh or a ceramic porous filter, and collects particulates in exhaust gas. In the present embodiment, as the DPF 43,
Any suitable type of known particulate filter can be used.

【0032】更に、本実施形態では、ターボチャージャ
35下流側の排気通路には排気中のNOX 濃度を検出す
るNOX センサ71が設けられている。NOX センサ7
1については後に詳述する。また、本実施形態では機関
1には各気筒の吸気弁または排気弁のうち少なくとも一
方の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装
置80が設けられている。可変バルブタイミング措置8
0は、例えば機関1の吸気カムシャフトのクランク軸に
対する回転位相を変化させることによりバルブタイミン
グを変化させる公知の形式のものが用いられている。後
述するように、カムシャフトの回転位相を変化させて吸
気弁の開閉時期を変化させることにより、各気筒の有効
圧縮比を変化させることができる。このため、本実施形
態の可変バルブタイミング装置80は、各気筒の圧縮比
を変化させて燃焼室内予混合気の燃焼速度を制御するた
めに使用することができる。
Furthermore, in the present embodiment, in the exhaust passage of the turbocharger 35 downstream NO X sensor 71 for detecting the concentration of NO X in the exhaust gas are provided. NO X sensor 7
1 will be described in detail later. Further, in this embodiment, the engine 1 is provided with a variable valve timing device 80 that changes the opening / closing timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve of each cylinder. Variable valve timing measure 8
For 0, a known type that changes the valve timing by changing the rotation phase of the intake camshaft of the engine 1 with respect to the crankshaft is used, for example. As will be described later, the effective compression ratio of each cylinder can be changed by changing the rotational phase of the camshaft to change the opening / closing timing of the intake valve. Therefore, the variable valve timing device 80 of the present embodiment can be used to change the compression ratio of each cylinder to control the combustion speed of the premixed air in the combustion chamber.

【0033】図1に30で示すのは、1の電子制御ユニ
ット(ECU)である。本実施形態のECU30は、公
知の構成のマイクロコンピュータとして構成され、CP
U、RAM、ROM、入力ポート、出力ポートを双方向
性バスで相互に接続した構成とされている。ECU30
は機関1の燃料噴射制御、回転数制御等の基本制御を行
うほか、本実施形態では後述するNOX センサ71の出
力に応じて燃焼室内の予混合気の燃焼速度を制御する燃
焼制御を行っている。燃焼制御については後に記述す
る。
In FIG. 1, reference numeral 30 denotes one electronic control unit (ECU). The ECU 30 of the present embodiment is configured as a microcomputer having a known configuration,
U, RAM, ROM, input port, and output port are connected to each other by a bidirectional bus. ECU 30
Done fuel injection control of the engine 1, besides performing basic control of the rotational speed control or the like, a combustion control for controlling the burn rate in the combustion chamber of the pre-mixture in accordance with the output of the NO X sensor 71 to be described later in this embodiment ing. The combustion control will be described later.

【0034】これらの制御を行うため、ECU30の入
力ポートには、機関1のクランク軸近傍に配置された回
転数センサ55から機関回転数NEに対応する信号が入
力されている他、エアフローメータ25から機関吸入空
気量Gnに相当する信号が、また、機関アクセルペダル
近傍に配置されたアクセル開度センサ57から運転者の
アクセルペダル踏み込み量(アクセル開度)ACCPに
対応する信号が、それぞれ入力されている。更に、本実
施形態では排気通路のNOX センサ71から排気NOX
濃度に対応する信号がECU30の入力ポートに入力さ
れている。
In order to perform these controls, a signal corresponding to the engine speed NE is input to an input port of the ECU 30 from a speed sensor 55 disposed near the crankshaft of the engine 1, and an air flow meter 25 is provided. And a signal corresponding to the driver's accelerator pedal depression amount (accelerator opening amount) ACCP from the accelerator opening sensor 57 disposed near the engine accelerator pedal. ing. Further, in this embodiment, the exhaust NO X sensor 71 in the exhaust passage detects the exhaust NO X
A signal corresponding to the concentration is input to an input port of the ECU 30.

【0035】また、ECU30の出力ポートは、図示し
ない燃料噴射回路を介して機関1の燃料噴射弁111に
接続され、燃料噴射弁111からの燃料噴射量と燃料噴
射時期を制御している。更に、ECU30の出力ポート
は図示しない駆動回路を介してEGR弁23、吸気絞り
弁27およびターボチャージャ35の可変ノズル35a
のアクチュエータとに接続され、それぞれの弁開度を制
御している。また、ECU30の出力ポートは図示しな
い駆動回路を介して可変バルブタイミング装置80に接
続され、機関1のバルブタイミングを制御している。
An output port of the ECU 30 is connected to a fuel injection valve 111 of the engine 1 via a fuel injection circuit (not shown), and controls the fuel injection amount and the fuel injection timing from the fuel injection valve 111. Further, the output port of the ECU 30 is connected to the EGR valve 23, the intake throttle valve 27, and the variable nozzle 35a of the turbocharger 35 via a drive circuit (not shown).
The actuators are connected to other actuators to control the respective valve openings. The output port of the ECU 30 is connected to a variable valve timing device 80 via a drive circuit (not shown), and controls the valve timing of the engine 1.

【0036】図2は、本実施形態のNOX センサ71の
構成を模式的に示す図である。図2において、NOX
ンサ71は、ジルコニア(ZrO2 )等の固体電界質3
31からなり、固体電解質内には、拡散律速部335を
介して排気通路に連通する第1反応室340、第1反応
室340と拡散律速部337を介して連通する第2反応
室350及び、標準気体としての大気が導入される大気
室360を備えている。拡散律速部335、337はそ
れぞれ第1反応室340、第2反応室350への酸素成
分の拡散による流入を抑制し、排気通路内の排気と第1
反応室、第1反応室と第2反応室との間の酸素濃度差を
維持可能とするものである。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the NO X sensor 71 of the present embodiment. In FIG. 2, the NO x sensor 71 is a solid electrolyte 3 such as zirconia (ZrO 2 ).
And a first reaction chamber 340 communicating with the exhaust passage through the diffusion control part 335, a second reaction chamber 350 communicating with the first reaction chamber 340 through the diffusion control part 337, and a solid electrolyte. An atmosphere chamber 360 into which the atmosphere as a standard gas is introduced is provided. The diffusion control sections 335 and 337 suppress the inflow of the oxygen component into the first reaction chamber 340 and the second reaction chamber 350 due to the diffusion, respectively.
The reaction chamber can maintain the oxygen concentration difference between the first reaction chamber and the second reaction chamber.

【0037】図2に341で示すのは第1反応室340
内に配置された白金電極(陰極)、342で示すのは陰
極341と固体電解質331を挟んでセンサ71外部に
設けられた同様な白金電極(陽極)である。また、第2
反応室350内には同様な白金電極350とNOX 検出
用のロジウム(Rh)電極353が、大気室360内に
は参照用の白金電極361が、それぞれ配置されてい
る。図に370で示すのは固体電解質加熱用の電気ヒー
タである。
In FIG. 2, reference numeral 341 denotes a first reaction chamber 340.
Reference numeral 342 denotes a platinum electrode (cathode) disposed in the inside, and a similar platinum electrode (anode) provided outside the sensor 71 with the cathode 341 and the solid electrolyte 331 interposed therebetween. Also, the second
The reaction chamber similar platinum electrode 350 is within 350 and NO X detecting rhodium (Rh) electrode 353, platinum electrode 361 for reference to the air chamber 360 are disposed respectively. An electric heater 370 for heating the solid electrolyte is shown in the figure.

【0038】第1反応室340の電極341と外部電極
342、及び第2反応室の電極351と外部電極342
とは、それぞれ第1反応室340と第2反応室350内
の排気中の酸素を外部に排出する酸素ポンプとして機能
する。固体電解質331が一定の温度以上のときに電極
341と342、及び電極351と342との間に電圧
を印加すると陰極341、351上では排気中の酸素分
子がイオン化され、イオン化した酸素分子が固体電解質
331内を陽極342に向かって移動して陽極342上
で再び酸素分子になる。このため、第1反応室340、
第2反応室350内の排気中の酸素が外部に排出され
る。また、酸素イオンの移動に伴って、電極342と3
41及び351との間には単位時間に移動した酸素分子
の量に比例する電流が流れる。このため、この電流を制
御することにより各反応室から排出される酸素量を制御
することができる。
The electrode 341 and the external electrode 342 of the first reaction chamber 340, and the electrode 351 and the external electrode 342 of the second reaction chamber 340.
Function as oxygen pumps for exhausting oxygen in the exhaust gas in the first reaction chamber 340 and the second reaction chamber 350, respectively. When a voltage is applied between the electrodes 341 and 342 and the electrodes 351 and 342 when the solid electrolyte 331 is at a certain temperature or higher, oxygen molecules in the exhaust gas are ionized on the cathodes 341 and 351 and the ionized oxygen molecules are solidified. It moves inside the electrolyte 331 toward the anode 342 and becomes an oxygen molecule again on the anode 342. Therefore, the first reaction chamber 340,
Oxygen in the exhaust gas in the second reaction chamber 350 is exhausted to the outside. In addition, the electrodes 342 and 3
A current proportional to the amount of oxygen molecules moved per unit time flows between 41 and 351. Therefore, by controlling this current, the amount of oxygen discharged from each reaction chamber can be controlled.

【0039】また、本実施形態では大気室360の電極
361と各反応室内の電極341、351との間には酸
素電池が形成される。第1と第2反応室内の排気は酸素
濃度が大気に較べて低いため、大気室360内の大気と
各反応室内の排気との間には酸素の濃度差が生じてい
る。大気室360と各反応室340、350とを隔てる
固体電解質の温度がある温度以上になると、外部から電
極間に電圧を印加しない状態では酸素濃度差により大気
室360内から固体電解質331を通って反応室34
0、350に酸素が移動するようになる。すなわち、大
気室360内の大気中の酸素分子は電極361上でイオ
ン化し、固体電解質331内を移動して酸素濃度の低い
反応室340、350の電極341、351上で再び酸
素分子になる。このため、電極361と各電極341、
351との間には大気の酸素濃度と各反応室内の酸素濃
度との差に応じた電圧が発生する。大気の酸素濃度は一
定であるため、電極361と各電極341、351との
電位差V0、V1(図2)はそれぞれ第1反応室340
と第2反応室351内の排気の酸素濃度を表すようにな
る。本実施形態では、前述したように、各反応室から酸
素を外部に排出する酸素ポンプ(電極341と342、
電極351と342)が備えられており、それぞれの酸
素ポンプの酸素排出速度はそれぞれの電極間のポンプ電
流Ip0、Ip1(図2)を調節することにより、各反
応室内の排気の酸素濃度(すなわち、電圧V0、V1)
が所定の一定値になるように制御される。本実施形態で
は第1反応室340内の酸素濃度は例えば1ppm程度
に、また、第2の反応室350内の酸素濃度は例えば
0.01ppm程度になるようにポンプ電流Ip0、I
p1が制御されている。このため、第2反応室350内
は極めて酸素濃度の低い還元雰囲気に維持される。一
方、排気中のNOX (NO、NO2 )は酸素ポンプによ
っては外部に排出されないため第1、第2反応室中の排
気のNOX 濃度は外部の排気と同一に維持される。とこ
ろが、第2反応室のNOX 検出電極353はロジウム
(Rh)であるため還元触媒として機能し、還元雰囲気
下でNOX (NO、NO 2 )を還元する。また、大気室
360の参照電極361とNOX 検出用電極353との
間には電圧が印加されているため、NOX 検出用電極3
53上では、NO→(1 /2)N2 +(1/2) O2 、またはN
2 →(1 /2)N2 +O2 の反応が生じNO X の還元によ
り酸素が発生するようになる。この酸素は、電極353
上でイオン化して大気室360の参照電極361に向か
って固体電解質331中を移動し、参照電極361上で
酸素分子を形成する。第2反応室350内の酸素濃度は
極めて低いため、参照電極361に向かって固体電解質
中を流れる酸素イオンはその全量が排気中のNOX の還
元により生じたことになる。すなわち、固体電解質中を
単位時間あたりに流れる酸素イオンの量は、第2反応室
内のNOX 濃度(排気通路内の排気のNOX 濃度)に応
じた量になる。従って、この酸素イオンの移動に伴って
発生する電流値(図2、Ip2)を計測することにより
排気通路内の排気のNOX 濃度を検出することができ
る。本実施形態のNOX センサ71は、上記電流値Ip
2を電圧信号に変換し、排気中のNOX 濃度に応じた電
圧信号を出力するものである。
In this embodiment, the electrodes of the atmosphere chamber 360 are used.
Between the electrode 341 and the electrodes 341 and 351 in each reaction chamber.
A unit cell is formed. The exhaust in the first and second reaction chambers is oxygen
Because the concentration is lower than the atmosphere, the air in the atmosphere chamber 360
There is a difference in oxygen concentration between exhaust gas in each reaction chamber.
You. Separates the atmosphere chamber 360 from the reaction chambers 340 and 350
If the temperature of the solid electrolyte rises above a certain temperature,
When no voltage is applied between the electrodes, the air
The reaction chamber 34 passes through the solid electrolyte 331 from inside the chamber 360.
Oxygen moves to 0,350. That is, large
The oxygen molecules in the air in the air chamber 360 are ionized on the electrode 361.
And move in the solid electrolyte 331 to reduce the oxygen concentration.
The acid is again applied on the electrodes 341 and 351 of the reaction chambers 340 and 350.
Become elementary molecules. For this reason, the electrode 361 and each electrode 341,
351 between the atmospheric oxygen concentration and the oxygen concentration in each reaction chamber.
A voltage corresponding to the difference is generated. Atmospheric oxygen concentration is one
Is constant, the electrode 361 and each of the electrodes 341 and 351 are
The potential differences V0 and V1 (FIG. 2) are respectively set in the first reaction chamber 340.
And the oxygen concentration of the exhaust gas in the second reaction chamber 351.
You. In the present embodiment, as described above, acid is supplied from each reaction chamber.
Oxygen pump (electrodes 341 and 342,
Electrodes 351 and 342) are provided.
The oxygen pumping rate of the elementary pump depends on the pump voltage between each electrode.
By adjusting the flows Ip0 and Ip1 (FIG. 2),
Oxygen concentration of exhaust gas in the room (that is, voltage V0, V1)
Is controlled to be a predetermined constant value. In this embodiment
Means that the oxygen concentration in the first reaction chamber 340 is, for example, about 1 ppm.
The oxygen concentration in the second reaction chamber 350 is, for example,
The pump currents Ip0, Ip0, Ip0,
p1 is controlled. Therefore, the inside of the second reaction chamber 350
Is maintained in a reducing atmosphere with an extremely low oxygen concentration. one
NO in exhaustX(NO, NOTwo) By oxygen pump
Is not discharged to the outside, so the discharge in the first and second reaction chambers
Qi NOXThe concentration is kept the same as the external exhaust. Toko
NO in the second reaction chamberXThe detection electrode 353 is rhodium
(Rh), so it functions as a reduction catalyst and reduces the atmosphere
NO belowX(NO, NO Two) To reduce. The atmosphere chamber
360 reference electrode 361 and NOXWith the detection electrode 353
Since a voltage is applied between them, NOXDetection electrode 3
On 53, NO → (1/2) NTwo+ (1/2) OTwo, Or N
OTwo→ (1/2) NTwo+ OTwoReaction occurs and NO XBy the reduction of
Oxygen is generated. This oxygen is supplied to the electrode 353
Ionized above and headed for the reference electrode 361 of the atmosphere chamber 360
Move through the solid electrolyte 331 and move on the reference electrode 361
Form oxygen molecules. The oxygen concentration in the second reaction chamber 350 is
Because it is extremely low, the solid electrolyte
The total amount of oxygen ions flowing throughXReturn of
It was caused by the cause. That is, in the solid electrolyte
The amount of oxygen ions flowing per unit time is measured in the second reaction chamber.
NO withinXConcentration (NO of exhaust gas in exhaust passage)XConcentration)
Amount. Therefore, with the movement of oxygen ions,
By measuring the generated current value (Fig. 2, Ip2)
NO of exhaust gas in exhaust passageXConcentration can be detected
You. NO of this embodimentXThe sensor 71 detects the current value Ip
2 is converted to a voltage signal, and NO in the exhaustXDepending on the concentration
It outputs a pressure signal.

【0040】本実施形態では、上記NOX センサ71で
検出した排気NOX 濃度に基づいて機関1の予混合気燃
焼速度が適切な範囲にあるか否かを判定する。次に、混
合気燃焼速度とNOX 発生量との関係について説明す
る。図3は、ディーゼル機関の1燃焼サイクルにおける
筒内圧力変化を示す圧力線図である。図3縦軸は筒内圧
力を、横軸はクランク角を、それぞれ示している。図3
において、カーブNは燃料噴射を行わなかった場合の筒
内圧力変化を示し、カーブCは従来の拡散燃焼を行った
場合の筒内圧力変化を示し、カーブMは予混合燃焼を行
った場合の、カーブPは予混合燃焼において燃焼速度が
過大になり過早着火が発生した場合の筒内圧力変化をそ
れぞれ示している。
[0040] In the present embodiment determines whether pre-mixture combustion speed of the engine 1 based on the exhaust gas NO X concentration detected by the NO X sensor 71 is in the appropriate range. Next, a description will be given of the relationship between mixture combustion rate and NO X generation amount. FIG. 3 is a pressure diagram showing a cylinder pressure change in one combustion cycle of a diesel engine. In FIG. 3, the vertical axis represents the in-cylinder pressure, and the horizontal axis represents the crank angle. FIG.
, Curve N shows the in-cylinder pressure change when fuel injection was not performed, curve C shows the in-cylinder pressure change when conventional diffusion combustion was performed, and curve M shows the case when premixed combustion was performed. , Curve P indicates the in-cylinder pressure change when the combustion speed becomes excessive in premixed combustion and premature ignition occurs.

【0041】燃料噴射を行わない場合の筒内圧力は、単
にピストンの上昇下降にともなう圧縮と膨張であるた
め、筒内圧力変化はカーブNに示すように圧縮上死点
(図3横軸にTDCで示す)に対して左右対称の形にな
る。また、通常の拡散燃焼の場合(カーブC)には、圧
縮上死点前に筒内に噴射された燃料が直ちに着火するた
め、筒内圧力は上死点直前から上昇を始め上死点後に噴
射された燃料が燃焼を完了するまで比較的高い値を維持
する。
Since the in-cylinder pressure when fuel injection is not performed is simply compression and expansion associated with the rise and fall of the piston, the in-cylinder pressure change is determined by the compression top dead center (shown by the horizontal axis in FIG. (Shown by TDC). Further, in the case of normal diffusion combustion (curve C), the fuel injected into the cylinder immediately before the compression top dead center ignites, so that the in-cylinder pressure starts increasing immediately before the top dead center and starts after the top dead center. A relatively high value is maintained until the injected fuel has completed combustion.

【0042】一方、適切な予混合燃焼が行われた場合
(カーブM)には、予め筒内に形成された予混合気が上
死点前に着火するため筒内圧力は上昇を開始するが、燃
焼速度が比較的低いため圧力の上昇は拡散燃焼の場合に
較べて緩やかであり、燃焼が完了するまでの時間も比較
的長くなる。すなわち、予混合燃焼の場合には筒内圧力
は比較的低い値まで緩やかに上昇し、比較的長い時間こ
の圧力が維持されるようになる。
On the other hand, when the appropriate premixed combustion is performed (curve M), the premixed gas formed in the cylinder ignites before the top dead center, so that the in-cylinder pressure starts to increase. Since the combustion rate is relatively low, the pressure rise is more gradual than in the case of diffusion combustion, and the time until the completion of combustion is relatively long. That is, in the case of premix combustion, the in-cylinder pressure gradually rises to a relatively low value, and this pressure is maintained for a relatively long time.

【0043】ところが、予混合燃焼において何らかの原
因で燃焼速度が増大すると、図3カーブPに示すよう
に、上死点前に着火した予混合気が一挙に燃焼してしま
い筒内圧力は上死点に到達する前に急激に上昇するよう
になる。このため、燃焼による振動、騒音等が急激に増
大する過早着火が生じる。図4は、図3の場合と同様に
従来の拡散燃焼(カーブC)、適正な予混合燃焼(カー
ブM)、過早着火(カーブP)の場合のクランク軸単位
回転角当たりの筒内熱発生量(J/CA)(以下「熱発
生率」という)を示す図である。図4に示すように、拡
散燃焼(カーブC)では、上死点付近で噴射された燃料
が比較的大きな燃焼速度で燃焼するため、上死点近傍で
熱発生率が高くなっている。また、予混合燃焼(カーブ
M)では混合気の燃焼速度は比較的緩やかであるため、
熱発生率曲線も拡散燃焼に較べて低いなだらかなカーブ
になる。熱発生率は単位時間当たりに発生する熱量と見
なすことができるため、この場合、拡散燃焼は予混合燃
焼より短時間で比較的多量の熱が生じているため、筒内
温度は予混合燃焼より高くなる。このため、拡散燃焼で
は燃焼によりNOX が発生しやすくなる。
However, if the combustion speed increases for some reason in the premixed combustion, the premixed gas ignited before the top dead center burns at once as shown in the curve P in FIG. Before it reaches the point, it rises sharply. For this reason, premature ignition in which vibration, noise, and the like due to combustion rapidly increase occurs. FIG. 4 shows in-cylinder heat per unit rotation angle of the crankshaft in the case of conventional diffusion combustion (curve C), appropriate premixed combustion (curve M), and premature ignition (curve P) as in FIG. It is a figure which shows generation | occurrence | production amount (J / CA) (henceforth "heat generation rate"). As shown in FIG. 4, in the diffusion combustion (curve C), the fuel injected near the top dead center burns at a relatively high combustion speed, so that the heat generation rate is high near the top dead center. Further, in premixed combustion (curve M), since the combustion speed of the air-fuel mixture is relatively slow,
The heat release rate curve is also a gentle curve that is lower than that of diffusion combustion. Since the heat release rate can be regarded as the amount of heat generated per unit time, in this case, the diffusion combustion generates a relatively large amount of heat in a shorter time than the premixed combustion. Get higher. For this reason, in the diffusion combustion, NO X is easily generated by the combustion.

【0044】一方、過早着火が生じた場合には、予混合
気の急激な燃焼のために極めて短時間で多量の熱が発生
する。このため、上死点(TDC)前に熱発生率は極め
て大きなピークを生じるようになる。このように、過早
着火が生じると極めて短時間に多量の熱が発生するため
筒内温度、圧力は大きな値になる。このため燃焼により
発生するNOX 量が急増するようになるのである。
On the other hand, when premature ignition occurs, a large amount of heat is generated in a very short time due to rapid combustion of the premixed gas. For this reason, the heat release rate has an extremely large peak before the top dead center (TDC). As described above, when premature ignition occurs, a large amount of heat is generated in a very short time, so that the in-cylinder temperature and pressure become large values. For this reason, the amount of NO X generated by combustion suddenly increases.

【0045】一般に適正な予混合燃焼が生じる適正燃焼
速度の範囲は比較的狭く、この範囲をはずれて燃焼速度
が増大すると過早着火が生じる。また、燃焼速度が適正
燃焼速度をはずれて低下すると、燃焼時の筒内温度は低
下してNOX 量は減少するものの、失火が生じやすくな
る。このため、予混合燃焼を行うには燃焼速度を適正な
範囲に維持する必要がある。しかし、燃焼速度は直接検
出することはできず燃焼速度を適正な範囲に制御するこ
とは従来困難とされていた。ところが、上述したよう
に、予混合気燃焼速度が増大すると筒内温度の上昇によ
りNOX 発生量が増大し、燃焼速度が低下するとNOX
発生量は低下することが判明している。
Generally, the range of the appropriate combustion speed in which proper premixed combustion occurs is relatively narrow. If the combustion speed increases outside this range, premature ignition occurs. Further, when the combustion speed deviates from the proper combustion speed, the in-cylinder temperature during combustion decreases and the NO X amount decreases, but misfire easily occurs. For this reason, in order to perform premix combustion, it is necessary to maintain the combustion speed in an appropriate range. However, the combustion rate cannot be directly detected, and it has conventionally been difficult to control the combustion rate in an appropriate range. However, as described above, when the combustion speed of the premixed gas increases, the amount of NO X generated increases due to an increase in cylinder temperature, and when the combustion speed decreases, NO X
It has been found that the amount generated is reduced.

【0046】そこで、本実施形態ではこのNOX 発生量
と燃焼速度との相関を利用して、燃焼速度を直接検出す
ることなく効果的に燃焼室内予混合気の燃焼速度を制御
している。以下、本実施形態の燃焼制御について説明す
る。上述したように、予混合気燃焼速度とNOX 発生量
との間には相関がある。このため、例えば機関が適正な
予混合燃焼で運転されている時のNOX 発生量を予め実
測しておき、実際の運転では機関NOX 発生量がこの適
正な予混合燃焼時のNOX 発生量になるように燃焼速度
に影響を与える条件を制御すれば、常に燃焼速度を予混
合燃焼に適切な値に設定することができる。本実施形態
では、予め機関を機関回転数と燃料噴射量との条件を変
えて運転し、適正な予混合燃焼が行われた時のNOX
生量を排気中のNOX 濃度の形で実測してある。この実
測結果は、機関回転数NEと燃料噴射量Qfin とを用い
た2次元数値マップの形でECU30のROMに格納さ
れている。実際の運転では、ECU30はNOX センサ
71で排気NOX 濃度を検出し、このNOX 濃度が現在
の運転状態における適正な排気NOX 濃度に一致するよ
うに燃焼速度を変化させる燃焼制御操作を行う。
[0046] Therefore, in this embodiment by using the correlation between the NO X generation amount and the combustion speed, and controls the burn rate of effectively combustion chamber premixture without detecting the combustion rate directly. Hereinafter, the combustion control of the present embodiment will be described. As described above, there is a correlation between the premixed gas combustion speed and the NO X generation amount. Thus, for example, the engine is advance measuring the NO X generation amount when being operated in a proper premix combustion, engine NO X generation amount in actual operation the proper premix combustion at the time of the NO X generation If the conditions that affect the combustion rate are controlled so as to obtain the amount, the combustion rate can always be set to an appropriate value for the premixed combustion. In this embodiment, the engine is operated in advance by changing the conditions of the engine speed and the fuel injection amount, and the amount of NO X generated when proper premixed combustion is performed is measured in the form of the NO X concentration in the exhaust gas. I have. The actual measurement result is stored in the ROM of the ECU 30 in the form of a two-dimensional numerical map using the engine speed NE and the fuel injection amount Qfin . In actual operation, ECU 30 detects the exhaust NO X concentration NO X sensor 71, the combustion control operation of changing the combustion rate as the NO X concentration matches the proper exhaust NO X concentration in the current operating state Do.

【0047】図5は、上述した燃焼制御操作を具体的に
説明するフローチャートである。本操作は、ECU30
により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われ
る。図5の操作では、まずステップ501で回転数セン
サ55から現在の機関回転数NEが読み込まれるととも
に、別途ECU30により実行される燃料噴射量演算操
作(図示せず)により算出された現在の機関燃料噴射量
fin の値が読み込まれる。本実施形態では、ECU3
0は、別途アクセル開度センサ57で読み込んだ機関1
のアクセルペダル踏み込み量(アクセル開度)ACCP
と機関回転数NEとに基づいて、予めROMに記憶した
関係から燃料噴射量Qfin を算出している。
FIG. 5 is a flowchart specifically illustrating the above-described combustion control operation. This operation is performed by the ECU 30
Is performed by a routine executed at regular intervals. In the operation of FIG. 5, first, in step 501, the current engine speed NE is read from the speed sensor 55, and the current engine fuel calculated by a fuel injection amount calculation operation (not shown) separately executed by the ECU 30. The value of the injection amount Qfin is read. In the present embodiment, the ECU 3
0 is the engine 1 read by the accelerator opening sensor 57 separately.
Accelerator pedal depression amount (accelerator opening) ACCP
The fuel injection amount Qfin is calculated from the relationship previously stored in the ROM based on the engine speed NE and the engine speed NE.

【0048】次いで、ステップ503では、排気通路3
に配置したNOX センサ71から現在の排気NOX 濃度
ANOXが読み込まれる。また、ステップ505ではス
テップ701で読み込んだNEとQfin との値を用い
て、予めROMに記憶した数値マップから現在のNEと
fin との運転条件で適正な予混合燃焼を行った場合の
排気NOX 濃度(目標NOX 濃度)TNOXが読み出さ
れる。
Next, at step 503, the exhaust passage 3
Current exhaust NO X concentration ANOX from NO X sensor 71 disposed in is loaded. Further, in step 505, using the values of NE and Qfin read in step 701, the appropriate premixed combustion is performed under the current operating conditions of NE and Qfin from the numerical map stored in advance in the ROM. The exhaust NO X concentration (target NO X concentration) TNOX is read.

【0049】そして、ステップ507から513では現
在の実際のNOX 濃度ANOXが、TNOX±αの範囲
にあるか否かが判定される(ステップ507、51
1)。αは、目標NOX 濃度TNOXに対する実際のN
X 濃度ANOXの許容偏差であり、正の一定値であ
る。実際のNOX 濃度ANOXが上記範囲より大きい場
合、すなわち、ステップ507でANOX≧TNOX+
αであった場合には、燃焼速度が適正範囲より増大して
いるためNOX 濃度が増大していると考えられるため、
ステップ509に進み予混合気燃焼速度を減少させる燃
焼速度減少操作を行う。これにより、燃焼速度は適正範
囲内に制御され、燃焼速度増大により過早着火が生じる
ことが防止される。燃焼速度減少操作については後述す
る。
[0049] Then, the actual of the NO X concentration ANOX from step 507 of the 513 currently, whether it is in the range of TNOX ± alpha is determined (Step 507,51
1). α is the actual N with respect to the target NO X concentration TNOX
A tolerance of O X concentration ANOX, is a positive constant value. If the actual NO X concentration ANOX is larger than the above range, that is, at step 507, ANOX ≧ TNOX +
Since when was α is believed that NO X concentration because the combustion rate is increased from the appropriate range is increased,
Proceeding to step 509, a combustion speed reduction operation for reducing the premixed gas combustion speed is performed. As a result, the combustion speed is controlled within an appropriate range, and premature ignition due to an increase in the combustion speed is prevented. The operation of reducing the combustion speed will be described later.

【0050】また、実際のNOX 濃度ANOXが適正範
囲より低い場合、すなわちステップ511でANOX≦
TNOX−αであった場合には、現在燃焼速度は適正範
囲より低下しているためにNOX 濃度が低下したと考え
られる。そこで、この場合にはステップ513で予混合
気燃焼速度を増大させる燃焼速度増大操作を行い、燃焼
速度低下により燃焼の悪化や失火が生じることを防止す
る。燃焼速度増大操作については後述する。
When the actual NO X concentration ANOX is lower than the appropriate range, that is, at step 511,
If there was a TNOX-alpha is now burning rate is NO X concentration to have lower than the appropriate range is believed to have decreased. Therefore, in this case, a combustion speed increasing operation for increasing the premixed gas combustion speed is performed in step 513 to prevent deterioration of the combustion or misfire due to a decrease in the combustion speed. The combustion speed increasing operation will be described later.

【0051】上記操作により、本実施形態では予混合気
燃焼速度はは常に適正な予混合燃焼を生じさせる範囲に
制御されるようになり、過早着火や燃焼の悪化が生じる
ことが防止される。次に、本実施形態の燃焼速度制御操
作、すなわち図5の燃焼速度減少操作(ステップ50
9)と燃焼速度増大操作(ステップ513)とについて
説明する。
By the above operation, in this embodiment, the premixed gas combustion speed is always controlled to a range in which an appropriate premixed combustion is generated, and the occurrence of premature ignition or deterioration of combustion is prevented. . Next, the combustion speed control operation of the present embodiment, that is, the combustion speed reduction operation of FIG.
9) and the combustion speed increasing operation (step 513) will be described.

【0052】燃焼室内予混合気の燃焼速度に影響を与え
る因子としては、例えば燃焼室内温度、圧力、酸素濃
度、燃料噴射時期及び噴射量、燃料の性状(燃焼しやす
さ)などがある。本実施形態では、これらの燃焼速度に
影響を与える因子を変化させることにより燃焼速度制御
操作を行っている。以下、図5ステップ509と513
で行われる燃焼速度減少及び増大操作の例について説明
する。 (1)EGR量制御 EGR通路を通ってサージタンク20に還流するEGR
ガスは燃焼後の排気であるため、酸素濃度が低くなって
いる。このため、燃焼室に供給するEGRガス量を増大
すると燃焼室内の酸素濃度は低下し、EGRガス量を低
減すると燃焼室内の酸素濃度は増大する。また、燃焼室
内の酸素濃度が増大すると予混合気燃焼速度は増大し、
酸素濃度が低下すると予混合気燃焼速度は低下するよう
になる。そこで、排気NOX 濃度ANOXに応じてEG
R弁23開度を制御することにより、予混合気燃焼速度
を変化させることが可能である。
Factors that affect the combustion speed of the premixed air in the combustion chamber include, for example, the temperature, pressure, oxygen concentration, fuel injection timing and injection amount of the combustion chamber, and the properties of the fuel (ease of combustion). In this embodiment, the combustion speed control operation is performed by changing these factors that affect the combustion speed. Hereinafter, steps 509 and 513 in FIG.
An example of the operation of decreasing and increasing the combustion speed performed in the above will be described. (1) EGR amount control EGR returning to the surge tank 20 through the EGR passage
Since the gas is exhaust gas after combustion, the oxygen concentration is low. For this reason, when the amount of EGR gas supplied to the combustion chamber is increased, the oxygen concentration in the combustion chamber decreases, and when the amount of EGR gas is reduced, the oxygen concentration in the combustion chamber increases. Also, when the oxygen concentration in the combustion chamber increases, the premixed gas combustion speed increases,
When the oxygen concentration decreases, the premixed gas combustion speed decreases. Therefore, EG in accordance with the exhaust NO X concentration ANOX
By controlling the opening degree of the R valve 23, it is possible to change the premixed gas combustion speed.

【0053】すなわち、この場合には図5ステップ50
9の燃焼速度減少操作ではEGR弁23の開度を一定量
だけ増大し燃焼室に還流するEGRガス量を増大させ、
図5ステップ513の燃焼速度増大操作では、EGR弁
23の開度を一定量だけ低減し燃焼室に還流するEGR
ガス量を低減するようにする。これにより、燃焼速度は
適正な範囲に維持されるようになる。 (2)吸入空気量制御 機関に吸入される新気の量(吸入空気量)が低下する
と、気筒内の酸素濃度は低下する。また、全体として気
筒内に吸入される吸気の量が低下すると圧縮時の気筒内
圧力も低下する。このため、吸入空気量を低下させると
燃焼速度は低下するようになる。そこで、排気NOX
度ANOXに応じて吸気絞り弁27開度を制御すること
により、予混合気燃焼速度を変化させることが可能であ
る。
That is, in this case, step 50 in FIG.
In the combustion speed decreasing operation of No. 9, the opening of the EGR valve 23 is increased by a certain amount to increase the amount of EGR gas recirculated to the combustion chamber,
In the combustion speed increasing operation in step 513 of FIG. 5, the EGR valve 23 reduces the opening of the EGR valve 23 by a fixed amount and returns the EGR to the combustion chamber.
Try to reduce the gas volume. As a result, the combustion speed is maintained in an appropriate range. (2) Intake air amount control When the amount of fresh air (intake air amount) taken into the engine decreases, the oxygen concentration in the cylinder decreases. Further, when the amount of intake air drawn into the cylinder as a whole decreases, the in-cylinder pressure during compression also decreases. For this reason, when the intake air amount is reduced, the combustion speed is reduced. Therefore, by controlling the intake throttle valve 27 opening in accordance with the exhaust NO X concentration ANOX, it is possible to change the pre-mixture combustion rate.

【0054】すなわち、この場合には図5ステップ50
9の燃焼速度減少操作では吸気絞り弁27の開度を一定
量だけ減少させ、気筒内に流入する新気量を減少させ、
図5ステップ513の燃焼速度増大操作では、吸気絞り
弁27の開度を一定量だけ増大させ、気筒内に流入する
新気量が増大するようにする。これにより、燃焼速度は
適正な範囲に維持されるようになる。吸入空気量制御
は、上述のEGR制御と併用すると、気筒内酸素濃度の
制御幅が更に広くなるため燃焼速度変化の調整が容易に
なる。 (3)吸気圧力制御 機関吸気圧力が低下すると、吸気行程終期における気筒
内圧力が低下するため、圧縮比が同一であっても圧縮行
程での気筒内圧力は低下する。また、予混合気燃焼速度
は、燃焼時の圧力が低いほど低下する。このため、吸気
圧力を変化させることにより燃焼速度を制御することが
可能である。本実施形態ではターボチャージャ35が設
けられており、ターボチャージャの吐出空気圧(過給
圧)を変化させることにより吸気圧力を変化させること
ができる。また、過給圧はターボチャージャ35の可変
ノズル35aの開度を変化させることにより変化させる
ことができる。そこで、排気NOX 濃度ANOXに応じ
て可変ノズル35a開度を制御することにより、予混合
気燃焼速度を変化させることが可能である。
That is, in this case, step 50 in FIG.
In the combustion speed decreasing operation of No. 9, the opening degree of the intake throttle valve 27 is reduced by a certain amount to reduce the amount of fresh air flowing into the cylinder,
In the combustion speed increasing operation in step 513 in FIG. 5, the opening degree of the intake throttle valve 27 is increased by a certain amount so that the amount of fresh air flowing into the cylinder increases. As a result, the combustion speed is maintained in an appropriate range. When the intake air amount control is used together with the above-described EGR control, the control range of the in-cylinder oxygen concentration is further widened, so that adjustment of the combustion speed change becomes easy. (3) Intake pressure control When the engine intake pressure decreases, the in-cylinder pressure at the end of the intake stroke decreases. Therefore, even if the compression ratio is the same, the in-cylinder pressure during the compression stroke decreases. Further, the premixed gas combustion speed decreases as the pressure during combustion decreases. For this reason, it is possible to control the combustion speed by changing the intake pressure. In this embodiment, a turbocharger 35 is provided, and the intake air pressure can be changed by changing the discharge air pressure (supercharging pressure) of the turbocharger. Further, the supercharging pressure can be changed by changing the opening of the variable nozzle 35a of the turbocharger 35. Therefore, by controlling the variable nozzle 35a opening in accordance with the exhaust NO X concentration ANOX, it is possible to change the pre-mixture combustion rate.

【0055】すなわち、この場合には図5ステップ50
9の燃焼速度減少操作では可変ノズル35aの開度を一
定量だけ増大させて過給圧を低下させ、図5ステップ5
13の燃焼速度増大操作では、可変ノズル35aの開度
を一定量だけ減少させて過給圧を増大させる。これによ
り、燃焼速度は適正な範囲に維持されるようになる。 (4)燃料噴射時期制御 前述したように、燃料噴射時期を進角させると燃焼時の
予混合気の燃料濃度が均一になるため燃焼速度は緩やか
になる。また、燃料噴射時期を遅角させると燃焼時の予
混合気の燃料濃度は不均一になり、燃焼速度は増大する
ようになる。
That is, in this case, step 50 in FIG.
In the combustion speed decreasing operation of No. 9, the opening degree of the variable nozzle 35a is increased by a certain amount to reduce the supercharging pressure, and FIG.
In the combustion speed increasing operation of No. 13, the supercharging pressure is increased by reducing the opening of the variable nozzle 35a by a certain amount. As a result, the combustion speed is maintained in an appropriate range. (4) Fuel Injection Timing Control As described above, when the fuel injection timing is advanced, the fuel concentration of the premixture during combustion becomes uniform, so that the combustion speed becomes slow. Further, when the fuel injection timing is retarded, the fuel concentration of the premixture during combustion becomes non-uniform, and the combustion speed increases.

【0056】そこで、排気NOX 濃度ANOXに応じて
燃料噴射弁111からの燃料噴射時期を制御することに
より、予混合気燃焼速度を変化させることが可能であ
る。すなわち、この場合には図5ステップ509の燃焼
速度減少操作では燃料噴射弁111からの燃料噴射時期
を一定量だけ進角させ、気筒内に形成される予混合気の
燃料濃度をより均一にし、図5ステップ513の燃焼速
度増大操作では、燃料噴射弁111からの燃料噴射時期
を一定量だけ遅角させ、気筒内に形成される予混合気に
局所的な高燃料濃度部分が増大するようにする。これに
より、燃焼速度は適正な範囲に維持されるようになる。 (5)燃料噴射時期、燃料噴射量制御 上述したように、燃料噴射時期を変化させることにより
予混合気の燃焼速度を変化させることが可能である。こ
れにより、1燃焼サイクルに1回のみ燃料噴射を行う場
合にも予混合気燃焼速度を適正範囲に制御することが可
能となる。しかし、この場合には燃料噴射量の合計は機
関回転数とアクセル開度とから定まる値に保持する必要
があるため、燃料噴射時期のみで燃焼速度を充分に適正
範囲に制御できない場合が生じるおそれがある。そこ
で、本実施形態では燃料噴射を1燃焼サイクル中に複数
回に分割して行うとともに、各燃料噴射の噴射時期と噴
射量とを変化させることにより燃焼速度を制御するよう
にしている。このように、各燃料噴射の噴射時期と噴射
量とを変化させることにより、それぞれの燃料噴射の燃
焼速度に与える影響を自由に組み合わせることができる
ようになるため、燃焼速度制御における自由度が向上す
るようになる。
[0056] Therefore, by controlling the fuel injection timing of the fuel injection valve 111 in accordance with the exhaust NO X concentration ANOX, it is possible to change the pre-mixture combustion rate. That is, in this case, in the combustion speed decreasing operation of step 509 in FIG. 5, the fuel injection timing from the fuel injection valve 111 is advanced by a fixed amount to make the fuel concentration of the premixed gas formed in the cylinder more uniform. In the combustion speed increasing operation of step 513 in FIG. 5, the fuel injection timing from the fuel injection valve 111 is retarded by a fixed amount so that the high fuel concentration portion locally increases in the premixed gas formed in the cylinder. I do. As a result, the combustion speed is maintained in an appropriate range. (5) Fuel injection timing and fuel injection amount control As described above, it is possible to change the combustion speed of the premixed gas by changing the fuel injection timing. As a result, even when fuel injection is performed only once in one combustion cycle, it is possible to control the premixed gas combustion speed in an appropriate range. However, in this case, since the total fuel injection amount needs to be maintained at a value determined from the engine speed and the accelerator opening, there is a possibility that the combustion speed cannot be controlled sufficiently within an appropriate range only by the fuel injection timing. There is. Therefore, in the present embodiment, the fuel injection is performed a plurality of times during one combustion cycle, and the combustion speed is controlled by changing the injection timing and the injection amount of each fuel injection. As described above, by changing the injection timing and the injection amount of each fuel injection, it is possible to freely combine the effects of the respective fuel injections on the combustion speed, so that the degree of freedom in the combustion speed control is improved. I will be.

【0057】例えば、図6のように1燃焼サイクル中に
3回の燃料噴射を行う場合について考える。図6は図3
の予混合燃焼時の筒内圧(カーブM)変化と燃料噴射と
の関係を示している。この場合、図6に示すように第1
燃料噴射は吸気行程中に、第2燃料噴射は圧縮行程の比
較的早い時期に、第3燃料噴射は圧縮行程の上死点付近
に行うものとする。
For example, consider the case where fuel is injected three times during one combustion cycle as shown in FIG. FIG. 6 shows FIG.
Shows the relationship between the in-cylinder pressure (curve M) change during premix combustion and fuel injection. In this case, as shown in FIG.
The fuel injection is performed during the intake stroke, the second fuel injection is performed relatively early in the compression stroke, and the third fuel injection is performed near the top dead center of the compression stroke.

【0058】この場合には、第1燃料噴射は噴射時期を
進角させるほど最終的に気筒内に形成される混合気の燃
料濃度が均一化するため、燃焼速度は低下する。また、
同様に第1燃料噴射により噴射される燃料量が多い程均
一に気筒内に分散する燃料量が増大するため最終的に形
成される混合気の燃料濃度が全体として均一化して燃焼
速度は低下する。すなわち第1燃料噴射は、噴射時期を
進角するほど、また、噴射量を増大するほど燃焼速度を
低下させることができる。
In this case, in the first fuel injection, as the injection timing is advanced, the fuel concentration of the air-fuel mixture finally formed in the cylinder becomes uniform, so that the combustion speed decreases. Also,
Similarly, as the amount of fuel injected by the first fuel injection increases, the amount of fuel dispersed uniformly in the cylinder increases, so that the fuel concentration of the finally formed air-fuel mixture becomes uniform as a whole and the combustion speed decreases. . That is, in the first fuel injection, the combustion speed can be reduced as the injection timing is advanced and the injection amount is increased.

【0059】また、第2燃料噴射は比較的遅い時期に行
われるため、噴射された燃料は充分に気筒内に拡散しな
いまま燃焼することになる。このため、第2燃料噴射の
噴射量を増大すると混合気の燃料濃度の不均一さが増
し、燃焼速度が増大する。また、第2燃料噴射は噴射時
期を遅くするほど混合気の燃料濃度の不均一さが増すた
め燃焼速度が増大する。
Since the second fuel injection is performed at a relatively late time, the injected fuel burns without sufficiently diffusing into the cylinder. Therefore, when the injection amount of the second fuel injection is increased, the non-uniformity of the fuel concentration of the air-fuel mixture is increased, and the combustion speed is increased. In the second fuel injection, as the injection timing is delayed, the non-uniformity of the fuel concentration of the mixture increases, so that the combustion speed increases.

【0060】第3燃料噴射は、第1と第2の燃料噴射の
残りの燃料を噴射し、合計燃料噴射量が機関回転数とア
クセル開度とから定まる燃料噴射量になるようにするも
のであるため、燃料噴射量を自由に設定できない。ま
た、第3燃料噴射は上死点付近の既に燃焼室内予混合気
が燃焼を開始した後に噴射されるため、燃焼速度には大
きな影響を生じないが、この燃料噴射の噴射時期を進角
させると噴射時期が第2燃料噴射に近づくため、第2燃
料噴射を遅角させた場合と同様に燃焼速度が増大する。
In the third fuel injection, the remaining fuel of the first and second fuel injections is injected so that the total fuel injection amount becomes a fuel injection amount determined from the engine speed and the accelerator opening. Therefore, the fuel injection amount cannot be set freely. Further, since the third fuel injection is injected after the premixed gas in the combustion chamber near the top dead center has already started combustion, it has no significant effect on the combustion speed, but the fuel injection timing is advanced. Since the fuel injection timing approaches the second fuel injection, the combustion speed increases as in the case where the second fuel injection is retarded.

【0061】このように1燃焼サイクルに3回の燃料噴
射を行う場合には、例えば第3燃料噴射時期は上死点に
固定し、実際の排気NOX 濃度ANOXに応じて第1と
第2の燃料噴射の噴射時期と噴射量とを調節するように
する。例えば、図5ステップ509の燃焼速度減少操作
では、第1燃料噴射の噴射時期を進角させ噴射量を増大
させるとともに、第2燃料噴射の噴射時期を進角させ噴
射量を減少させる。これにより、第1燃料噴射、第2燃
料噴射ともに燃焼速度を低下させる方向に作用するよう
になる。また、図5ステップ513の燃焼速度増大操作
では、上記とは逆に第1燃料噴射の噴射時期を遅角させ
噴射量を低減し、第2燃料噴射の噴射時期を遅角させ噴
射量を増大する。これにより、第1、第2燃料噴射とも
に燃焼速度を増大させる方向に作用するようになる。 (6)圧縮比制御 気筒圧縮比が低下すると、圧縮行程における筒内圧力と
温度とが低下する。このため、圧縮比の低下とともに燃
焼室内予混合気の燃焼速度は低下するようになる。従っ
て、気筒圧縮比を変化させることにより燃焼速度を制御
することができる。
[0061] Thus 1 when performing three fuel injected into the combustion cycle, for example, the third fuel injection timing is fixed at the top dead center, the first in accordance with the actual exhaust NO X concentration ANOX and second The fuel injection timing and the fuel injection amount are adjusted. For example, in the combustion speed decreasing operation of step 509 in FIG. 5, the injection timing of the first fuel injection is advanced to increase the injection amount, and the injection timing of the second fuel injection is advanced to decrease the injection amount. As a result, both the first fuel injection and the second fuel injection act in the direction of decreasing the combustion speed. In the operation of increasing the combustion speed in step 513 in FIG. 5, the injection timing of the first fuel injection is retarded to decrease the injection amount, and the injection timing of the second fuel injection is retarded to increase the injection amount. I do. As a result, both the first and second fuel injections act in a direction to increase the combustion speed. (6) Compression ratio control When the cylinder compression ratio decreases, the in-cylinder pressure and temperature during the compression stroke decrease. For this reason, the combustion speed of the premixed gas in the combustion chamber decreases as the compression ratio decreases. Therefore, the combustion speed can be controlled by changing the cylinder compression ratio.

【0062】本実施形態の機関1は機関バルブタイミン
グを変化させる可変バルブタイミング装置80を備えて
いる。バルブタイミングが変化すると気筒圧縮比もバル
ブタイミングに応じて変化する。例えば気筒吸気弁の閉
弁時期を遅延させて圧縮行程中途まで吸気弁が開弁して
いるようにすると、吸気行程中に機関に吸入された吸気
は圧縮行程中に吸気ポートに排出される。従って、実質
的な圧縮行程は吸気弁が閉弁した時から開始されること
になるため、吸気弁閉弁時期を遅延させるにつれて気筒
圧縮比は低下するようになる。このため、排気NOX
度ANOXに応じて可変バルブタイミング装置80を制
御することにより、予混合気燃焼速度を変化させること
が可能である。
The engine 1 of this embodiment has a variable valve timing device 80 for changing the engine valve timing. When the valve timing changes, the cylinder compression ratio also changes according to the valve timing. For example, if the closing timing of the cylinder intake valve is delayed so that the intake valve is opened halfway through the compression stroke, the intake air sucked into the engine during the intake stroke is discharged to the intake port during the compression stroke. Accordingly, since the substantial compression stroke is started from the time when the intake valve is closed, the cylinder compression ratio is reduced as the intake valve closing timing is delayed. Thus, by controlling the variable valve timing device 80 in accordance with the exhaust NO X concentration ANOX, it is possible to change the pre-mixture combustion rate.

【0063】すなわち、この場合には図5ステップ50
9の燃焼速度減少操作では可変バルブタイミング装置8
0を用いて機関吸気弁バルブタイミングを一定量だけ遅
角させる。これにより、吸気弁閉弁時期も遅角されるた
め気筒圧縮比が低下して燃焼速度は減少する。また、図
5ステップ513の燃焼速度増大操作では、吸気弁バル
ブタイミングを一定量だけ進角させる。これにより、気
筒圧縮比は増大し燃焼速度は増大するようになる。
That is, in this case, step 50 in FIG.
The variable valve timing device 8
Using 0, the engine intake valve timing is retarded by a fixed amount. As a result, the intake valve closing timing is also retarded, so that the cylinder compression ratio decreases and the combustion speed decreases. In the combustion speed increasing operation of step 513 in FIG. 5, the intake valve timing is advanced by a fixed amount. As a result, the cylinder compression ratio increases and the combustion speed increases.

【0064】なお、気筒圧縮比を変化させる他の方法と
しては、例えば機関シリンダヘッドに各気筒燃焼室に連
通する可変容積室を気筒毎に設ける方法がある。可変容
積室内には、容積室内を移動可能に配置されたピストン
が設けられており、外部からピストン位置を変更するこ
とにより容積室の容積を可変にすることが可能となって
いる。この場合には、排気NOX 濃度に応じて可変容積
室のピストン位置を変更することにより燃焼室内予混合
気の燃焼速度を制御することが可能となる。 (7)燃料性状制御 燃料性状が変化すると予混合気燃焼速度も変化する。例
えば、セタン等のように着火しやすい燃料成分を多量に
含む燃料では混合気の燃焼速度が早くなる。そこで、例
えば通常の燃料系統とは別にセタン等の燃焼速度を早め
る燃料成分を燃料系統(例えば図1のコモンレール11
5)に供給する手段を設け、燃料噴射弁111から噴射
される燃料の性状(成分)を変化させることにより予混
合気燃焼速度を制御することが可能となる。
As another method of changing the cylinder compression ratio, for example, there is a method in which a variable volume chamber communicating with each cylinder combustion chamber is provided in an engine cylinder head for each cylinder. A piston is provided in the variable volume chamber so as to be movable in the volume chamber, and the volume of the volume chamber can be made variable by changing the piston position from outside. In this case, it is possible to control the burn rate in the combustion chamber premixture by changing the piston position of the variable volume chamber in accordance with the exhaust NO X concentration. (7) Fuel property control When the fuel property changes, the premixed gas combustion speed also changes. For example, in the case of a fuel containing a large amount of easily ignitable fuel components, such as cetane, the combustion rate of the air-fuel mixture increases. Therefore, for example, separately from the normal fuel system, a fuel component such as cetane that increases the burning rate is added to the fuel system (for example, the common rail 11 in FIG. 1).
By providing a means for supplying the fuel in 5), it is possible to control the premixed gas combustion speed by changing the property (component) of the fuel injected from the fuel injection valve 111.

【0065】この場合には図5ステップ509の燃焼速
度減少操作では、コモンレール115内の燃料に混合す
るセタン等の燃焼速度増大成分供給量を一定割合減少さ
せ、図5ステップ513の燃焼速度増大操作では、燃焼
速度増大成分供給量を一定割合増大させる操作を行えば
良い。以上、燃焼速度制御操作の実際について説明した
が、上記(1)から(7)の各操作は単独でおこなうこ
とによっても燃焼速度を適正な予混合燃焼を与える範囲
に制御することが可能であるが、上記(1)から(7)
の操作の2つ以上を組み合わせて用いることにより、更
に効果的に燃焼速度を制御することが可能となる。
In this case, in the combustion speed decreasing operation in step 509 in FIG. 5, the supply rate of the combustion speed increasing component such as cetane mixed with the fuel in the common rail 115 is reduced by a fixed ratio, and the combustion speed increasing operation in step 513 in FIG. Then, an operation may be performed to increase the supply rate of the combustion speed increasing component by a certain ratio. Although the actual operation of the combustion speed control operation has been described above, it is also possible to control the combustion speed to a range in which appropriate premixed combustion can be performed by performing the operations (1) to (7) alone. Is the above (1) to (7)
By using two or more of the above operations in combination, it is possible to more effectively control the combustion rate.

【0066】なお、上記の実施形態では機関の全気筒の
燃焼速度を一律に増大または減少しているが、実際には
適正な予混合燃焼を与える燃焼速度の範囲は気筒毎にば
らつく場合がある。そこで、以下に説明する方法により
各気筒毎に燃焼速度を適正範囲に調節する操作を行うよ
うにすることも可能である。各気筒毎に燃焼速度を制御
する場合には、例えば燃料噴射時期制御、または可変容
積室を用いた気筒毎の圧縮比制御の方法により各気筒毎
に個別に燃焼速度を調節する。
In the above embodiment, the combustion speed of all the cylinders of the engine is uniformly increased or decreased. However, in practice, the range of the combustion speed at which the appropriate premixed combustion is performed may vary from cylinder to cylinder. . Therefore, it is also possible to perform an operation for adjusting the combustion speed to an appropriate range for each cylinder by the method described below. When controlling the combustion speed for each cylinder, the combustion speed is individually adjusted for each cylinder by, for example, a fuel injection timing control or a compression ratio control for each cylinder using a variable volume chamber.

【0067】この場合、ECU30は運転中に、他の気
筒の燃料噴射時期、圧縮比は一定に維持したまま1つの
気筒の燃料噴射時期を一定量ずつ遅角(または気筒圧縮
比を一定量ずつ増大)させる。これにより、この気筒の
予混合気燃焼速度は徐々に増大し、この気筒からの排気
NOX 濃度も増大する。しかし、この場合には上記気筒
でNOX 排出量が増大しても、増大したNOX は他の気
筒からの排気に希釈されるため排気全体のNOX 濃度は
大幅には増大せず、NOX センサの出力から上記気筒の
NOX 濃度の漸増を検出するのは困難である。ところ
が、上記のように1つの気筒の予混合気燃焼速度を徐々
に増大していくと、あるところでこの気筒では過早着火
が生じるようになり、この気筒からの排気中のNOX
度が大幅に増大するようになる。過早着火が生じると、
この気筒からの排気のNOX 濃度は急激に増大するた
め、他の気筒からの排気で希釈された後の排気全体とし
てのNOX 濃度も急激に増大する。この、1つの気筒に
おける過早着火発生によるNO X 発生量の増大は極めて
大きいため、NOX センサで充分に検出可能となる。
In this case, the ECU 30 operates while the other
While keeping the fuel injection timing and compression ratio of the cylinder constant,
The fuel injection timing of the cylinder is retarded by a certain amount (or cylinder compression
The ratio is increased by a fixed amount). As a result, this cylinder
The premixed gas combustion speed gradually increases, and the exhaust gas from this cylinder
NOXThe concentration also increases. However, in this case, the cylinder
NOXIncreased NO even if emissions increaseXIs the other ki
Diluted to exhaust from cylinders, NO in overall exhaustXThe concentration is
No significant increase, NOXFrom the output of the sensor,
NOXIt is difficult to detect a gradual increase in concentration. Place
However, as described above, the premixed gas combustion speed of one cylinder is gradually increased.
Premature ignition in this cylinder at some point
Is generated, and the NO in the exhaust gas from this cylinderXDark
The degree will be greatly increased. If premature ignition occurs,
NO of exhaust from this cylinderXConcentrations increase rapidly
Therefore, the overall exhaust after dilution with exhaust from other cylinders
NOXThe concentration also increases sharply. This one cylinder
Caused by premature ignition XThe amount of generation is extremely high
NO because it is largeXThe detection can be sufficiently performed by the sensor.

【0068】ECU30は、上記のように1つの気筒の
予混合気燃焼速度を徐々に増大していき、NOX センサ
71で検出した排気NOX 濃度が急増した時に、この気
筒で過早着火が発生したと判定するとともに、この気筒
の燃料噴射時期または圧縮比を予め定めた量だけ燃焼速
度が低下する方向に戻すようにする。この燃料噴射時期
または圧縮比の戻し量は、過早着火が生じる燃料噴射時
期(または圧縮比)と適正な予混合燃焼が生じる燃料噴
射時期(または圧縮比)との差であり、予め実験により
求められる。このように、一旦過早着火が生じる燃焼速
度を確認した後、この燃焼速度を一定量低下させる操作
を行うことにより、この気筒では適正な予混合燃焼が行
われるようになる。
The ECU 30 gradually increases the premixed gas combustion speed of one cylinder as described above, and when the exhaust NO X concentration detected by the NO X sensor 71 suddenly increases, the pre-ignition occurs in this cylinder. In addition to determining that the combustion has occurred, the fuel injection timing or the compression ratio of the cylinder is returned to a direction in which the combustion speed decreases by a predetermined amount. The amount of return of the fuel injection timing or the compression ratio is the difference between the fuel injection timing (or the compression ratio) at which premature ignition occurs and the fuel injection timing (or the compression ratio) at which appropriate premixed combustion occurs. Desired. As described above, once the combustion speed at which premature ignition occurs is confirmed, and then the operation of reducing the combustion speed by a certain amount is performed, so that appropriate premixed combustion is performed in this cylinder.

【0069】上記により1つの気筒の燃焼速度を適正な
値に調節した後、ECU30は他の気筒についても気筒
毎に順に同様な操作を繰り返し、燃焼速度を適正な値に
設定する。これにより、全部の気筒がそれぞれ適正な燃
焼速度に調節されるようになる。
After adjusting the combustion speed of one cylinder to an appropriate value as described above, the ECU 30 repeats the same operation for each of the other cylinders in order for each cylinder to set the combustion speed to an appropriate value. As a result, all the cylinders are adjusted to the appropriate combustion speeds.

【0070】[0070]

【発明の効果】各請求項に記載の発明は、予混合燃焼圧
縮着火内燃機関において予混合気燃焼速度を適切な範囲
に制御することにより過早着火の発生や燃焼の悪化が生
じることを防止し、広い運転範囲で適正な予混合燃焼を
行うことを可能とすることにより、排気スモークの発生
やNOX の排出量の増大を抑制することを可能とする共
通の効果を奏する。
The invention described in each of the claims prevents the occurrence of premature ignition or deterioration of combustion by controlling the premixed gas combustion speed in an appropriate range in a premixed combustion compression ignition internal combustion engine. However, by making it possible to perform appropriate premixed combustion in a wide operating range, a common effect is achieved in which it is possible to suppress the generation of exhaust smoke and the increase in NO X emission.

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

【図1】本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した場
合の実施形態の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment when the present invention is applied to an automobile diesel engine.

【図2】NOX センサの概略構成と作動原理とを説明す
る図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration and an operation principle of a NO X sensor.

【図3】予混合燃焼と拡散燃焼とにおける筒内圧力変化
を説明する図である。
FIG. 3 is a view for explaining changes in in-cylinder pressure during premixed combustion and diffusion combustion.

【図4】予混合燃焼と拡散燃焼とにおける筒内熱発生率
変化を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a change in in-cylinder heat generation rate between premixed combustion and diffusion combustion.

【図5】燃焼制御操作を説明するフローチャートであ
る。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a combustion control operation.

【図6】燃焼制御操作の一実施形態における燃料噴射時
期を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing fuel injection timing in one embodiment of a combustion control operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ディーゼル機関本体 2…吸気通路 3…排気通路 23…EGR弁 27…吸気絞り弁 30…電子制御ユニット(ECU) 35…ターボチャージャ 35a…可変ノズル 71…NOX センサ 80…可変バルブタイミング装置 111…燃料噴射弁1 ... diesel engine body 2 ... intake passage 3 ... an exhaust passage 23 ... EGR valve 27 ... throttle valve 30 ... electronic control unit (ECU) 35 ... turbocharger 35a ... variable nozzle 71 ... NO X sensor 80 ... variable valve timing device 111 ... Fuel injection 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 301E 3G092 23/02 23/02 C 3G301 41/02 351 41/02 351 41/04 385 41/04 385Z 41/14 310 41/14 310N 310J 41/38 41/38 B 41/40 41/40 C 45/00 320 45/00 320Z F02M 25/07 550 F02M 25/07 550F 570 570B Fターム(参考) 3G005 DA02 EA04 EA14 EA16 FA35 GA04 GC05 GC08 GE01 GE09 JA39 JA41 JA42 JB02 3G023 AA05 AB05 AF03 AG03 3G062 AA01 AA05 CA07 CA08 DA01 DA02 EA04 EA11 ED08 FA05 FA12 GA04 GA06 GA15 GA17 3G065 AA01 AA03 CA12 FA11 GA00 GA10 GA18 GA46 3G084 AA01 BA05 BA08 BA13 BA15 BA20 BA22 BA23 DA10 EB08 EB12 EC03 FA10 FA13 FA28 FA33 3G092 AA02 AA11 AA12 AA17 AA18 BA02 BB01 BB06 DA08 DB03 DC03 DC09 DD03 DD08 EA01 EA02 EA03 EA04 HA01Z HB01Z HD04Z HE01Z HF08Z 3G301 HA02 HA11 HA13 HA19 JA25 LA03 MA11 MA18 MA26 NE01 NE06 NE11 NE12 PB03Z PD01Z PE01Z PF03Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme court ゛ (Reference) F02D 21/08 301 F02D 21/08 301E 3G092 23/02 23/02 C 3G301 41/02 351 41/02 351 41/04 385 41/04 385Z 41/14 310 41/14 310N 310J 41/38 41/38 B 41/40 41/40 C 45/00 320 45/00 320Z F02M 25/07 550 F02M 25/07 550F 570 570B F-term (reference) 3G005 DA02 EA04 EA14 EA16 FA35 GA04 GC05 GC08 GE01 GE09 JA39 JA41 JA42 JB02 3G023 AA05 AB05 AF03 AG03 3G062 AA01 AA05 CA07 CA08 DA01 DA02 EA04 EA11 ED08 FA05 FA12 GA04 GA06 GA15 GA01 GA01 GA46 3G084 AA01 BA05 BA08 BA13 BA15 BA20 BA22 BA23 DA10 EB08 EB12 EC03 FA10 FA13 FA28 FA33 3G092 AA02 AA11 AA12 AA17 AA18 BA02 BB01 BB06 DA08 DB03 DC03 DC09 DD03 DD08 EA01 EA02 EA03 EA04 HA01Z HB01Z HD04Z HE01Z HF08Z 3G301 HA02 HA11 HA13 HA19 JA25 LA03 MA11 MA18 MA26 NE01 NE06 NE11 NE12 PB03Z PD01Z PE01Z PF03Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射し
て燃焼室内に燃料と空気の予混合気を形成し、該予混合
気を圧縮により着火させる予混合圧縮着火内燃機関の制
御装置であって、 前記予混合圧縮着火内燃機関は、燃焼室内予混合気の燃
焼速度が適切な範囲にある場合には燃焼によるNOX
生量が減少し、燃焼室内予混合気の燃焼速度が前記適切
な範囲より大きくなるにつれてNOX 発生量が増大する
とともに燃焼振動が増大しノックが発生するようにな
り、予混合気燃焼速度が前記適切な範囲より小さくなる
につれてNOX が更に減少するとともに燃焼状態が悪化
して失火が生じるようになり、 前記制御装置は、前記機関の排気通路に配置され排気中
のNOX を検出するNOX センサと、燃焼室内予混合気
の燃焼速度を変化させる燃焼制御手段と、前記機関が適
切な予混合気燃焼速度で運転されているときの排気中の
NOX 濃度である適正NOX 濃度を記憶する記憶手段
と、を備えるとともに、前記NOX センサで検出した排
気中のNOX 濃度が前記記憶した適正NOX 濃度に一致
するように前記燃焼制御手段を制御することにより、予
混合気燃焼速度が前記適切な範囲内になるように制御す
る予混合圧縮着火内燃機関の制御装置。
A control device for a premixed compression ignition internal combustion engine which injects fuel from a fuel injection valve into a combustion chamber to form a premixed mixture of fuel and air in the combustion chamber and ignites the premixed gas by compression. there, the premixed compression ignition internal combustion engine, the combustion speed in the combustion chamber premixture is NO X generation amount due to combustion is reduced in the case in the appropriate range, appropriate the combustion speed in the combustion chamber premixture combustion state with NO X generation amount as from increased range is the combustion vibration as well as increasing now knock increases occurs, NO X is reduced further as the pre-mixture combustion rate becomes smaller than the appropriate range the There now misfire deteriorated occurs, the control device includes a NO X sensor arranged in an exhaust passage of the engine for detecting the NO X in the exhaust gas, a combustion system for changing the burn rate in the combustion chamber premixture Control means, and storage means for storing an appropriate NO X concentration that is the NO X concentration in the exhaust gas when the engine is operated at an appropriate premixed gas combustion speed, and is detected by the NO X sensor. by the concentration of NO X in the exhaust gas that controls the combustion control means so as to match the proper NO X concentrations the storage, the premixed compression be controlled so that pre-mixture combustion rate is within the appropriate range the Control device for ignition internal combustion engine.
【請求項2】 前記記憶手段は、機関運転状態に応じた
前記適正NOX 濃度を記憶しており、前記制御装置は更
に、機関運転状態を検出する運転状態手段を備え、前記
NOX センサで検出した排気中のNOX 濃度が、運転状
態検出手段で検出した運転状態に対応した適正NOX
度になるように前記燃焼制御手段を制御する、請求項1
に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
Wherein said storage unit stores the proper NO X concentration in accordance with the engine operating state, the control device further includes an operation state means for detecting engine operating conditions, by the NO X sensor The combustion control means is controlled so that the detected NO X concentration in the exhaust gas becomes an appropriate NO X concentration corresponding to the operating state detected by the operating state detecting means.
A homogeneous charge compression ignition internal combustion engine according to claim 1.
【請求項3】 前記燃焼制御手段は、機関排気の一部を
機関燃焼室に還流させるEGR手段を備え、該EGR手
段により燃焼室に還流する排気流量を制御することによ
り予混合気燃焼速度を制御する、請求項2に記載の予混
合圧縮着火内燃機関の制御装置。
3. The combustion control means includes EGR means for recirculating a part of the engine exhaust gas to the engine combustion chamber, and controlling the flow rate of the exhaust gas recirculated to the combustion chamber by the EGR means to reduce the premixed gas combustion speed. 3. The control device for a homogeneous charge compression ignition internal combustion engine according to claim 2, which controls.
【請求項4】 前記燃焼制御手段は、機関吸入空気量を
変化させる吸気絞り手段を備え、該吸気絞り手段により
機関吸入空気量を変化させることにより予混合気燃焼速
度を制御する、請求項2に記載の予混合圧縮着火内燃機
関の制御装置。
4. The combustion control means includes intake throttle means for changing an engine intake air amount, and controls the combustion speed of the premixed gas by changing the engine intake air amount by the intake throttle means. 3. The control device for a homogeneous charge compression ignition internal combustion engine according to claim 1.
【請求項5】 前記燃焼制御手段は、機関吸気圧力を変
化させる過給圧制御手段を備え、該過給圧制御手段によ
り機関吸気圧力を変化させることにより予混合気燃焼速
度を制御する、請求項2に記載の予混合圧縮着火内燃機
関の制御装置。
5. The combustion control means includes a supercharging pressure control means for changing an engine intake pressure, and controls the premixed gas combustion speed by changing the engine intake pressure by the supercharging pressure control means. Item 3. A control device for a premixed compression ignition internal combustion engine according to item 2.
【請求項6】 前記燃焼制御手段は、前記燃料噴射弁か
らの燃料噴射時期を制御する燃料噴射制御手段を備え、
該燃料噴射制御手段により燃焼室内の燃料噴射時期を変
化させることにより予混合気燃焼速度を制御する、請求
項2に記載の予混合圧縮着火内燃機関の制御装置。
6. The combustion control means includes a fuel injection control means for controlling fuel injection timing from the fuel injection valve,
3. The control device for a premixed compression ignition internal combustion engine according to claim 2, wherein the premixed gas combustion speed is controlled by changing a fuel injection timing in a combustion chamber by the fuel injection control means.
【請求項7】 前記燃料噴射制御手段は、1燃焼サイク
ル中に複数回の燃料噴射を行うとともに、それぞれの燃
料噴射時期と燃料噴射量とを制御し、前記燃焼制御手段
は、前記燃料噴射制御手段により各燃料噴射の噴射時期
と燃料噴射量とを変化させることにより予混合気燃焼速
度を制御する、請求項6に記載の予混合圧縮着火内燃機
関の制御装置。
7. The fuel injection control means performs a plurality of fuel injections during one combustion cycle, controls each fuel injection timing and fuel injection amount, and the combustion control means controls the fuel injection control. The control device for a premixed compression ignition internal combustion engine according to claim 6, wherein the premixed gas combustion speed is controlled by changing an injection timing and a fuel injection amount of each fuel injection by means.
【請求項8】 前記燃焼制御手段は、気筒圧縮比を変化
させる圧縮制御手段を備え、該圧縮制御手段により気筒
圧縮比を変化させることにより予混合気燃焼速度を制御
する、請求項2に記載の予混合圧縮着火内燃機関の制御
装置。
8. The combustion control device according to claim 2, wherein the combustion control means includes compression control means for changing a cylinder compression ratio, and controls the combustion speed of the premixed gas by changing the cylinder compression ratio by the compression control means. Control device for a homogeneous charge compression ignition internal combustion engine.
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