JP2002322927A - 自己着火式内燃機関 - Google Patents
自己着火式内燃機関Info
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Abstract
料の少なくとも一部を自己着火燃焼させることで主燃焼
を行わせる自己着火式内燃機関において、膨張行程又は
排気行程にて筒内に追加燃料を噴射することで、排気ガ
スの空燃比をリッチ化し、排気通路に配置されたNOx
トラップ20にトラップされているNOxを脱離浄化す
る場合に、追加燃料噴射を行った次のサイクルでの着火
時期の早期化を抑制する。 【解決手段】 追加燃料噴射を行った次のサイクルで
は、主燃焼時の着火時期を制御するパラメータを通常運
転条件時と比較して着火時期遅角方向に変化させる。具
体的には、燃料噴射量の減少、燃料噴射時期の進角など
により、主燃焼領域内の空燃比をリーン化したりする。
Description
燃料の少なくとも一部を自己着火燃焼させることで主燃
焼を行わせる自己着火式内燃機関に関する。
ら同時に燃焼が開始されるため、燃焼速度が速く、通常
の火花点火燃焼に比べて空燃比がリーンな状態でも安定
した燃焼を実現することができるので、燃料消費率の向
上が可能である。また、空燃比がリーンなため燃焼温度
が低下することから、排気ガス中のNOxを大幅に低減
することも可能である(特開平7−332141参
照)。
スの空燃比がリーンのときにNOxをトラップし、流入
する排気ガスの空燃比がストイキ(理論空燃比)又はリ
ッチになるとトラップしているNOxを脱離浄化する排
気浄化装置として知られている(特開平6−10882
4参照)。当該NOxトラップでは、リーン燃焼を行っ
た際に発生するNOxをトラップし、そのNOxトラッ
プ能力が飽和する前に、膨張行程又は排気行程にて筒内
に追加燃料を噴射することで、NOxトラップヘ流入す
る排気ガスの空燃比を一時的にリッチ化し、これによっ
てNOxトラップからNOxを脱離浄化処理するように
している(以下、このような制御をリッチスパイク制御
という)。
着火式内燃機関は、リーン燃焼を実現するために燃焼温
度が非常に低く、排気中のNOxは低濃度である。しか
し、当該機関からのNOx排出量はゼロではなく、更な
るNOx排出量の低減を実現するためには排気通路にN
Oxトラップを装備する必要がある。
ば膨張行程にて追加燃料噴射を行った次のサイクルにお
いて、筒内残留燃料濃度が増加する。当該残留燃料は膨
張行程中の高温状態に曝されているため、部分酸化反応
等により非常に高い活性状態、つまり着火性の良い状態
にある。一般に自己着火燃焼は多点同時着火による急激
な圧力上昇を伴うため、着火時期の制御は非常に重要で
あり、そのため、リッチスパイク制御を行った次のサイ
クルにおいて、主燃焼時の着火時期を制御するパラメー
タを通常運転条件時と比較して同様に行うと、筒内の燃
料活性状態が両者で異なるために、リッチスパイク制御
を行った次のサイクルの方が早期に着火が起こり、過早
着火による運転性の悪化を生じるという問題点がある。
み、自己着火式内燃機関において、膨張行程又は排気行
程にて筒内に追加燃料を噴射する場合に、この追加燃料
噴射を行った次のサイクルでの燃焼性能を改善すること
を目的とする。
明では、筒内に噴射された燃料の少なくとも一部を自己
着火燃焼させることで主燃焼を行わせる自己着火式内燃
機関であって、所定の運転条件のときに膨張行程又は排
気行程にて筒内に追加燃料を噴射するものにおいて、前
記追加燃料の噴射を行った次のサイクルでは、主燃焼時
の着火時期を制御するパラメータを通常運転条件時と比
較して着火時期遅角方向に変化させる着火時期制御手段
を設けたことを特徴とする。
提とし、前記着火時期制御手段は、主燃焼時の着火時期
を制御するパラメータとして、主燃焼時の着火開始領域
である主燃焼領域内における残留燃料及び新たに噴射さ
れた燃料を含む空燃比を、通常運転条件時の空燃比より
もリーン化する手段であることを特徴とする。請求項3
の発明では、請求項2の発明を前提とし、吸気行程から
圧縮行程中に、主燃焼のための燃料噴射を少なくとも1
度は行う場合、前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化す
る手段は、主燃焼のための燃料噴射量を減少させるもの
であることを特徴とする。
提とし、吸気行程から圧縮行程中に、主燃焼のための燃
料噴射を少なくとも1度は行う場合、前記主燃焼領域内
の空燃比をリーン化する手段は、主燃焼のための燃料噴
射時期を進角させるものであることを特徴とする。請求
項5の発明では、請求項2の発明を前提とし、圧縮行程
中噴射を1度、それに先立つ排気行程後期から前記圧縮
行程中噴射に至るまでの間に1度、少なくとも合計2度
の主燃焼のための燃料噴射を行う場合、前記主燃焼領域
内の空燃比をリーン化する手段は、1度目の燃料噴射量
を減少させるものであることを特徴とする。
提とし、圧縮行程中噴射を1度、それに先立つ排気行程
後期から前記圧縮行程中噴射に至るまでの間に1度、少
なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行う場
合、前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化する手段は、
1度目の燃料噴射時期を進角させるものであることを特
徴とする。
提とし、圧縮行程中噴射を1度、それに先立つ排気行程
後期から前記圧縮行程中噴射に至るまでの間に1度、少
なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行う場
合、前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化する手段は、
2度目の燃料噴射量を減少させるものであることを特徴
とする。
提とし、圧縮行程中噴射を1度、それに先立つ排気行程
後期から前記圧縮行程中噴射に至るまでの間に1度、少
なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行う場
合、前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化する手段は、
2度目の燃料噴射時期を進角させるものであることを特
徴とする。
提とし、圧縮行程中噴射を1度、それに先立つ排気行程
後期から前記圧縮行程中噴射に至るまでの間に1度、少
なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行い、1
段目を火花点火燃焼、2段目を自己着火燃焼とする2段
燃焼を行う場合、前記着火時期制御手段は、主燃焼時の
着火時期を制御するパラメータとして、火花点火時期
を、通常運転条件時の火花点火時期よりも遅角させる手
段であることを特徴とする。
前提とし、前記着火時期制御手段は、主燃焼時の着火時
期を制御するパラメータとして、主燃焼時の着火開始領
域である主燃焼領域内の温度を、通常運転条件時の温度
よりも低下させる手段であることを特徴とする。請求項
11の発明では、請求項10の発明を前提とし、排気弁
の可変バルブタイミング機構を備え、通常運転条件時に
おいて排気弁の閉時期を排気上死点前に設定する場合、
前記温度を低下させる手段は、排気行程における排気弁
の閉時期を遅角させるものであることを特徴とする。
前提とし、排気上死点付近で吸気弁及び排気弁が共に閉
となる密閉期間(マイナスオーバーラップ期間)を有
し、圧縮行程中に1度、それに先立つ前記密閉期間中に
1度、少なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を
行う場合、前記着火時期制御手段は、主燃焼時の着火時
期を制御するパラメータとして、前記密閉期間中の燃料
噴射量を、通常運転条件時の燃料噴射量よりも減少させ
る手段であることを特徴とする。
前提とし、前記着火時期制御手段は、主燃焼時の着火時
期を制御するパラメータとして、主燃焼時の着火開始領
域である主燃焼領域内の燃料の密度を、通常運転条件時
の燃料の密度よりも低下させる手段であることを特徴と
する。尚、主燃焼領域内の燃料の密度は、内燃機関の圧
縮比や過給圧などの変更により制御可能である。
発明を前提とし、排気通路に、流入する排気ガスの空燃
比がリーンの時にNOxをトラップし、空燃比がストイ
キ又はリッチの時にトラップしているNOxを脱離浄化
するNOxトラップを備え、前記追加燃料の噴射は、前
記NOxトラップからNOxを脱離浄化すべく、排気ガ
スの空燃比をリッチ化(ストイキ又はリッチに)するた
めに行うことを特徴とする。
しくは全部を自己着火燃焼させることで主燃焼を行わせ
るサイクルにおいて、膨張行程以降にて追加燃料噴射を
行った次のサイクルでは、主燃焼時の着火時期を制御す
るパラメータを通常運転条件時と比較して着火時期遅角
方向に変化させるため、過早着火を抑制し、着火時期を
適切に制御することが可能となる。
時期を制御するパラメータとして、主燃焼領域内の空燃
比を、通常運転条件時の空燃比よりもリーン化するた
め、過早着火を抑制し、着火時期を適切に制御すること
ができる。請求項3の発明によれば、主燃焼のための燃
料噴射を少なくとも1度は行う場合、この燃料噴射量を
減少させるため、筒内残留燃料と噴射燃料とを含む主燃
焼領域内の空燃比をリーン化することができる。
燃料噴射を少なくとも1度は行う場合、この燃料噴射時
期を進角させるため、この噴射燃料の拡散により、筒内
残留燃料と噴射燃料とを含む主燃焼領域内の空燃比をリ
ーン化することができる。請求項5の発明によれば、少
なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行う場
合、1度目(排気行程後期から圧縮行程中噴射に至るま
での間)の燃料噴射量を減少させるため、筒内残留燃料
と1度目の噴射燃料及び2度目の噴射燃料とを含む主燃
焼領域内の空燃比をリーン化することができる。
2度の主燃焼のための燃料噴射を行う場合、1度目(排
気行程後期から圧縮行程中噴射に至るまでの間)の燃料
噴射時期を進角させるため、この1度目の噴射燃料の拡
散により、筒内残留燃料と1度目の噴射燃料及び2度目
の噴射燃料とを含む主燃焼領域内の空燃比をリーン化す
ることができる。
2度の主燃焼のための燃料噴射を行う場合、2度目(圧
縮行程中噴射)の燃料噴射量を減少させるため、筒内残
留燃料と1度目の噴射燃料及び2度目の噴射燃料とを含
む主燃焼領域内の空燃比をリーン化することができる。
請求項8の発明によれば、少なくとも合計2度の主燃焼
のための燃料噴射を行う場合、2度目(圧縮行程中噴
射)の燃料噴射時期を進角させるため、この2度目の噴
射燃料の拡散により、筒内残留燃料と1度目の噴射燃料
及び2度目の噴射燃料とを含む主燃焼領域内の空燃比を
リーン化することができる。
2度の主燃焼のための燃料噴射を行い、1段目を火花点
火燃焼、2段目を自己着火燃焼とする2段燃焼を行う場
合、主燃焼時の着火時期を制御するパラメータとして、
火花点火時期を、通常運転条件時の火花点火時期よりも
遅角させるため、過早着火を抑制し、着火時期を適切に
制御することができる。
火時期を制御するパラメータとして、主燃焼領域内の温
度を、通常運転条件時の温度よりも低下させるため、過
早着火を抑制し、着火時期を適切に制御することができ
る。請求項11の発明によれば、排気弁の可変バルブタ
イミング機構を備え、通常運転条件時において排気弁の
閉時期を排気上死点前に設定する場合、排気行程におけ
る排気弁の閉時期を遅角させるため、主燃焼領域内の温
度を、通常運転条件時の温度よりも低下させることがで
きる。
近で吸気弁及び排気弁が共に閉となる密閉期間中の燃料
噴射量を、通常運転条件時の燃料噴射量よりも減少させ
るため、過早着火を抑制し、着火時期を適切に制御する
ことができる。尚、前記密閉期間中の燃料噴射は、これ
により噴射された燃料が筒内の高温、高圧により燃焼し
やすく改質されるように行っており、この燃料噴射量を
減少させることで、着火時期を遅角方向に変化させるこ
とができるのである。
火時期を制御するパラメータとして、主燃焼領域内の燃
料の密度を、通常運転条件時の燃料の密度よりも低下さ
せるため、燃料と酸素分子との衝突確率を低下させるこ
とができ、これにより過早着火を抑制し、着火時期を適
切に制御することができる。請求項14の発明によれ
ば、排気通路にNOxトラップを備え、前記追加燃料の
噴射は、前記NOxトラップからNOxを脱離浄化すべ
く、排気ガスの空燃比をリッチ化にするために行うの
で、かかるリッチスパイク制御を行った次のサイクルで
の着火時期を適切に制御して、NOxの脱離浄化を運転
性の悪化なく行うことができる。
に基づいて説明する。先ず本発明の第1実施形態につい
て説明する。図1は本発明の第1実施形態を示す内燃機
関(以下エンジンという)のシステム図である。
ーナ2を通過後、エアフローメータ3で計量され、電制
スロットル弁4に導かれる。ここで吸入空気量の制御が
行われる。吸入空気はその後、コレクタ5、吸気マニホ
ールド6、吸気ポート7を経て、シリンダ8へと導かれ
る。シリンダ8では、吸気カムシャフト9により吸気弁
10を開き、ピストン11の下降と共に空気を吸入す
る。
装置12により行い、この燃料噴射装置12では、排気
行程後期から吸気行程を経て圧縮行程前期までの間に混
合気形成用の燃料噴射を1度、圧縮行程後期に着火用の
燃料噴射を1度、合計2度の燃料噴射を行う。一方、ピ
ストン11の上昇により混合気を圧縮し、火花点火装置
13により2度目の噴射燃料である着火用燃料に着火を
行う(火花点火による1段目の燃焼)。これによりシリ
ンダ8内の圧力及び温度を上昇させることにより、1度
目の噴射燃料を自己着火燃焼(2段目の燃焼)させて、
ピストン11を押し下げる。
弁15を開き、ピストン11の上昇と共に、排気を排気
ポート16、更に排気マニホールド17へ排出する。排
気マニホールド17には空燃比(以下A/Fという)の
検出のためA/Fセンサ18が設けられ、ここで排気中
のA/Fを計測し、エンジン1を任意のA/Fで運転す
る際はこの信号に基づきフィードバック制御を行う。
その下流に設けられた三元触媒19、更にその下流に設
けられたNOxトラップ20で浄化され、排出される。
三元触媒19は、特に排気のA/Fがストイキのときに
排気中のHC、CO、NOxを効率良く浄化する特性を
有するものである。NOxトラップ20は、排気のA/
Fがリーンのときに排気中のNOxをトラップし、排気
のA/Fがストイキ又はリッチのときにトラップしてい
たNOxを脱離浄化する特性を有するものである。ま
た、NOxトラップ20の下流にはNOxセンサ21が
設けられ、NOxトラップ20から流出するNOxを計
測することが可能となっている。
ル弁4のスロットル開度の制御、燃料噴射装置12の燃
料噴射時期及び燃料噴射量の制御、火花点火装置13の
火花点火時期の制御は、エンジンコントロールユニット
(以下ECUという)22にて行う。ECU22には、
エアフローメータ3の信号、A/Fセンサ18の信号、
NOxセンサ21の信号の他、図示しないクランク角及
びエンジン回転数検出用のクランク角センサの信号、ア
クセル開度(アクセルペダル踏込み量)検出用のアクセ
ルセンサの信号、エンジン冷却水温度又はエンジン潤滑
油温度検出用の油水温度センサの信号など入力され、こ
れらの信号を基に上記の各制御を行う。
は、通常リーン燃焼を行っているため、排気通路に装備
された三元触媒19によるNOxの還元は期待できな
い。そのため、下流に設けられたNOxトラップ20に
よりエンジンから排出されるNOxをトラップする。し
かし、NOxトラップ20によるNOxトラップ量には
限界があるため、限界値に達した時もしくはそれ以前
に、リッチスパイク制御を行い、NOxトラップ20よ
りNOxを脱離浄化しなければならない。
ッチスパイク制御を行う時期の判断は、例えば図2に示
すように、エンジン回転数とアクセル開度とから予め実
験によりNOx排出量を求めておいたマップを用い、こ
のマップから検索したNOx排出量を積算し、その積算
値がNOxトラップ量の限界値に達したか否かにより行
ってもよいし、NOxトラップ20の下流に設けられた
NOxセンサ21を用い、NOxトラップ20の下流に
NOxが流出したことを検知することで行ってもよい。
もちろん、これ以外の従来の手法を用いてもよく、限定
するものではない。
程又は排気行程において燃料噴射装置12より追加燃料
噴射を行い、排気のA/Fがストイキもしくはリッチと
なるように制御を行うこととする。更に、当該噴射時期
としては、噴射された燃料の酸化反応が十分に進行しな
い時期、且つ部分酸化反応が起こる程度の時期とし、当
該噴射時期の決定方法としては、例えば図3に示すよう
に、エンジン回転数とアクセル開度とから予め実験によ
り追加燃料噴射開始時期のマップを作成し、これから検
索すればよいが、その他の従来の手法を用いてもよく、
限定するものではない。
御形態について説明する。リッチスパイク制御を行った
次のサイクルでは、筒内残留燃料濃度が通常の運転条件
の場合と比較して増加する。また、当該残留燃料は高温
場に曝されるため、部分酸化反応等により高い活性状態
にある。そのため、リッチスパイク制御を行った次のサ
イクルでは、当該制御を行わない通常運転条件時と同様
の制御を行うと、図4に示す通常運転条件及びリッチス
パイク後の主燃焼領域内A/Fに対する自己着火時期の
特性から明らかなように、早期に着火が起こり、エンジ
ンの運転性能が悪化する。そのため、適切な着火時期
(通常運転条件時と同等の着火時期)を得るために、リ
ッチスパイク制御を行った次のサイクルでは、着火時期
制御手段により、着火時期を遅角させる(着火時期の早
期化を抑制する)必要がある。
った次のサイクルにて、着火時期を遅角させる手段とし
て、1度目の燃料噴射量を通常運転条件時よりも減少さ
せ、主燃焼領域内のA/Fを通常運転条件時よりもリー
ン化する手段を用いることにより、着火時期の適正化を
図る。この場合、リッチスパイク制御を行った次のサイ
クルでは、筒内残留燃料量が増加し、当該残留燃料は新
たに噴射する燃料と比較して高活性状態にあるため、燃
料噴射量は、残留燃料量の増加分以上に減少させる必要
がある。
た際の制御フローを図5に、当該制御を実施した際の主
燃焼領域内A/Fの時間履歴を図6に、筒内A/Fの変
化を図7に示す。尚、図6には、リッチスパイク制御期
間において、膨張行程における追加燃料噴射量を徐々に
減少させた条件での結果を示しているが、当該追加燃料
噴射量の制御手法としてはこれに限定するものでない。
する。S1では、各制御パラメータ(アクセル開度、エ
ンジン回転数、追加燃料噴射量、油水温度)から、通常
運転条件時の1度目の燃料噴射量Fwに対する補正値α
を算出する(但し、α≦1)。S2では、リッチスパイ
ク制御を行った次のサイクルでの1度目の燃料噴射量F
w1を次式より算出する。
燃焼領域内のA/Fを通常運転条件時よりもリーン化す
ることで、自己着火時期の適正化を図ることが可能とな
る。S3では、リッチスパイク制御の終了判断を行う。
当該終了判断は、例えば図8に示すように、エンジン回
転数と追加燃料噴射量とから予め実験によりNOx脱離
還元量を求めておいたマップを用い、このマップから検
索したNOx脱離還元量を積算し、その積算値がリッチ
スパイク制御開始前のNOxトラップ量に達したか否か
により行ってもよいし、その他の従来の手法を用いても
よく限定するものではない。
御の終了と判断された場合に、通常運転制御を再開す
る。本実施形態は請求項1、2、3、5、14の発明に
該当するが、上記と同様の制御手法を用いて、前記αの
値を2度目の燃料噴射量に対する補正値とすることによ
り、2度目の燃料噴射量を通常運転条件時よりも減少さ
せ、主燃焼領域内のA/Fを通常運転条件時よりもリー
ン化することにより、着火時期の適正化を図ることも可
能である。これは特に請求項7の発明に該当する。
に、ピストンによる圧縮自己着火を行った場合(例えば
特願2000−143850に記載の内燃機関)におい
ても、αを最適値に変化させることにより、同様の制御
手法を用いることが可能である。次に、本発明の第2実
施形態について説明する。
った次のサイクルにて、着火時期を遅角させる手段とし
て、1度目の燃料噴射時期を進角させ、この1度目の噴
射燃料の拡散により、主燃焼領域内のA/Fを通常運転
条件時よりもリーン化する手段を用いることで、着火時
期の適正化を図る。本実施形態でのリッチスパイク制御
を行った際の制御フローを図9に、当該制御を実施した
際の筒内A/Fの変化を図10に示す。
する。S11では、各制御パラメータ(アクセル開度、
エンジン回転数、追加燃料噴射量、油水温度)から、通
常運転条件時の1度目の燃料噴射時期I/Tに対する補
正値βを算出する(但し、β≧0)。S12では、リッ
チスパイク制御を行った次のサイクルでの1度目の燃料
噴射時期I/T1を次式より算出する。
せ、主燃焼領域内のA/Fを通常運転条件時よりもリー
ン化することで、自己着火時期の適正化を図ることが可
能となる。S13、S14での処理については、第1実
施形態(S3、S4)と同様である。
当するが、上記と同様の制御手法を用いて、前記βの値
を2度目の燃料噴射時期に対する補正値とすることによ
り、2度目の燃料噴射時期を通常運転条件時よりも進角
させ、この2度目の噴射燃料の拡散により、主燃焼領域
内のA/Fを通常走行条件時よりもリーン化すること
で、着火時期の適正化を図ることも可能である。これは
特に請求項8の発明に該当する。
に、ピストンによる圧縮自己着火を行った場合(例えば
特願2000−143850に記載の内燃機関)におい
ても、βを最適値に変化させることにより、同様の制御
手法を用いることが可能である。次に、本発明の第3実
施形態について説明する。
った次のサイクルにて、着火時期を遅角させる手段とし
て、火花点火時期を通常運転条件時よりも遅角させる手
段を用いることで、着火時期の適正化を図る。本実施形
態でのリッチスパイク制御を行った際の制御フローを図
11に示す。以下に図11に示す制御フローについて説
明する。
開度、エンジン回転数、追加燃料噴射量、油水温度)か
ら、通常運転条件時の火花点火時期S/Tに対する補正
値χを算出する(但し、χ≧0)。S22では、リッチ
スパイク制御を行った次のサイクルでの火花点火時期S
/T1を次式より算出する。
角させることで、自己着火時期の適正化を図ることが可
能となる。S23、S24での処理については、第1実
施形態(S3、S4)と同様である。尚、本実施形態は
特に請求項9の発明に該当する。
する。本実施形態では、図1に示す排気弁15の排気カ
ムシャフト14が、例えば特開平5−18216に示さ
れるような、位相を任意に変化させることのできる可変
バルブタイミング機構を具備し、通常運転条件時におい
て、筒内残留ガス濃度を増加させるために、排気弁15
の閉時期を排気上死点前に制御している場合、リッチス
パイク制御を行った次のサイクルにて、着火時期を遅角
させる手段として、排気行程における排気弁15の閉時
期を遅角させ、主燃焼領域内の温度を通常運転条件時よ
りも低下させる手段を用いることで、着火時期の適正化
を図る。但し、バルブタイミングを変化させることがで
きれば、前記公報に記載の機構に限定するものではな
い。
た際の制御フローを図12に示す。以下に図12に示す
制御フローについて説明する。S31では、各制御パラ
メータ(アクセル開度、エンジン回転数、追加燃料噴射
量、油水温度)から、通常運転条件時の排気弁の閉時期
C/Tに対する補正値δを算出する(但し、δ≧0)。
次のサイクルでの排気弁の閉時期C/T1を次式より算
出する。 C/T1=C/T+δ (但し、δ≧0) これにより、排気弁の閉時期C/T1を遅角させ、主燃
焼領域内の温度を通常運転条件時よりも低下させること
で、自己着火時期の適正化を図ることが可能となる。S
33、S34での処理については、第1実施形態(S
3、S4)と同様である。尚、本実施形態は特に請求項
10、11の発明に該当する。
する。本実施形態では、排気上死点付近で吸気弁及び排
気弁が共に閉となる密閉期間(マイナスオーバーラップ
期間)を有し、圧縮行程中に1度、それに先立つ前記密
閉期間中に1度、少なくとも合計2度の燃料噴射を行う
場合(例えば特開平2000−320333に記載の装
置)、リッチスパイク制御を行った次のサイクルにて、
着火時期を遅角させる手段として、前記密閉期間中の燃
料噴射量を通常運転条件時よりも減少させる手段を用い
ることで、着火時期の適正化を図る。
れにより噴射された燃料が筒内の高温、高圧により燃焼
しやすく改質されるように行っており、この燃料噴射量
を減少させることで、着火時期を遅角方向に変化させる
ことができる。本実施形態でのリッチスパイク制御を行
った際の制御フローを図13に示す。以下に図13に示
す制御フローについて説明する。
開度、エンジン回転数、追加燃料噴射量、油水温度)か
ら、通常運転条件時の前記密閉期間中の燃料噴射量FC
wに対する補正値ηを算出する(但し、η≦1)。S4
2では、リッチスパイク制御を行った次のサイクルでの
前記密閉期間中の燃料噴射量FCw1を次式より算出す
る。
少させることで、自己着火時期の適正化を図ることが可
能となる。S43、S44での処理については、第1実
施形態(S3、S4)と同様である。尚、本実施形態は
特に請求項12の発明に該当する。
する。本実施形態では、例えば実開平5−66238に
示されるように、ピストンストロークを変更すること
で、圧縮比を任意に変化させることのできる装置を具備
したエンジンにおいて、リッチスパイク制御を行った次
のサイクルにて、着火時期を遅角させる手段として、エ
ンジンの圧縮比を低下させ、主燃焼領域内の燃料の密度
を通常運転条件時よりも低下させる手段を用いることに
より、つまり、燃料の密度を低下させて、分子間距離を
増大させ、燃料と酸素分子との衝突確率を減少させるこ
とにより、着火時期の適正化を図る。但し、圧縮比の変
更方法は前記公報に記載の方法に限るものではなく、ま
た、燃料の密度を変化させることができれば、圧縮比の
変更に限定するものでもなく、例えば過給圧などを変更
するようにしてもよい。
た際の制御フローを図14に示す。以下に図14に示す
制御フローについて説明する。S51では、各制御パラ
メータ(アクセル開度、エンジン回転数、追加燃料噴射
量、油水温度)から、通常運転条件時のエンジンの圧縮
比εに対する補正値γを算出する(但し、γ≦1)。
次のサイクルでのエンジンの圧縮比ε1を次式より算出
する。 ε1=ε×γ (但し、γ≦1) これにより、エンジンの圧縮比ε1を減少させ、主燃焼
領域内の燃料の密度を通常運転条件時よりも低下させる
ことで、自己着火時期の適正化を図ることが可能とな
る。S53、S54での処理については、第1実施形態
(S3、S4)と同様である。尚、本実施形態は特に請
求項13の発明に該当する。
ているNOxを脱離浄化するために、膨張行程又は排気
行程にて追加燃料噴射を行う場合について説明したが、
排気浄化触媒の早期活性化などのために、排気温度を上
昇させる目的で、膨張行程又は排気行程にて追加燃料噴
射を行う場合もあり、この場合にも、本発明を適用可能
である。
テム図
領域内A/Fに対する自己着火時期の特性図
た際の主燃焼領域内A/Fの時間履歴を示す図
パイク後の筒内A/Fの変化を示す図
スパイク後の筒内A/Fの変化を示す図
Claims (14)
- 【請求項1】筒内に噴射された燃料の少なくとも一部を
自己着火燃焼させることで主燃焼を行わせる自己着火式
内燃機関であって、所定の運転条件のときに膨張行程又
は排気行程にて筒内に追加燃料を噴射するものにおい
て、 前記追加燃料の噴射を行った次のサイクルでは、主燃焼
時の着火時期を制御するパラメータを通常運転条件時と
比較して着火時期遅角方向に変化させる着火時期制御手
段を設けたことを特徴とする自己着火式内燃機関。 - 【請求項2】前記着火時期制御手段は、主燃焼時の着火
時期を制御するパラメータとして、主燃焼時の着火開始
領域である主燃焼領域内における残留燃料及び新たに噴
射された燃料を含む空燃比を、通常運転条件時の空燃比
よりもリーン化する手段であることを特徴とする請求項
1記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項3】吸気行程から圧縮行程中に、主燃焼のため
の燃料噴射を少なくとも1度は行う自己着火式内燃機関
において、 前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化する手段は、主燃
焼のための燃料噴射量を減少させるものであることを特
徴とする請求項2記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項4】吸気行程から圧縮行程中に、主燃焼のため
の燃料噴射を少なくとも1度は行う自己着火式内燃機関
において、 前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化する手段は、主燃
焼のための燃料噴射時期を進角させるものであることを
特徴とする請求項2記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項5】圧縮行程中噴射を1度、それに先立つ排気
行程後期から前記圧縮行程中噴射に至るまでの間に1
度、少なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行
う自己着火式内燃機関において、 前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化する手段は、1度
目の燃料噴射量を減少させるものであることを特徴とす
る請求項2記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項6】圧縮行程中噴射を1度、それに先立つ排気
行程後期から前記圧縮行程中噴射に至るまでの間に1
度、少なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行
う自己着火式内燃機関において、 前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化する手段は、1度
目の燃料噴射時期を進角させるものであることを特徴と
する請求項2記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項7】圧縮行程中噴射を1度、それに先立つ排気
行程後期から前記圧縮行程中噴射に至るまでの間に1
度、少なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行
う自己着火式内燃機関において、 前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化する手段は、2度
目の燃料噴射量を減少させるものであることを特徴とす
る請求項2記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項8】圧縮行程中噴射を1度、それに先立つ排気
行程後期から前記圧縮行程中噴射に至るまでの間に1
度、少なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行
う自己着火式内燃機関において、 前記主燃焼領域内の空燃比をリーン化する手段は、2度
目の燃料噴射時期を進角させるものであることを特徴と
する請求項2記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項9】圧縮行程中噴射を1度、それに先立つ排気
行程後期から前記圧縮行程中噴射に至るまでの間に1
度、少なくとも合計2度の主燃焼のための燃料噴射を行
い、1段目を火花点火燃焼、2段目を自己着火燃焼とす
る2段燃焼を行う自己着火式内燃機関において、 前記着火時期制御手段は、主燃焼時の着火時期を制御す
るパラメータとして、火花点火時期を、通常運転条件時
の火花点火時期よりも遅角させる手段であることを特徴
とする請求項1記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項10】前記着火時期制御手段は、主燃焼時の着
火時期を制御するパラメータとして、主燃焼時の着火開
始領域である主燃焼領域内の温度を、通常運転条件時の
温度よりも低下させる手段であることを特徴とする請求
項1記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項11】排気弁の可変バルブタイミング機構を備
え、通常運転条件時において排気弁の閉時期を排気上死
点前に設定する自己着火式内燃機関において、 前記温度を低下させる手段は、排気行程における排気弁
の閉時期を遅角させるものであることを特徴とする請求
項10記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項12】排気上死点付近で吸気弁及び排気弁が共
に閉となる密閉期間を有し、圧縮行程中に1度、それに
先立つ前記密閉期間中に1度、少なくとも合計2度の主
燃焼のための燃料噴射を行う自己着火式内燃機関におい
て、 前記着火時期制御手段は、主燃焼時の着火時期を制御す
るパラメータとして、前記密閉期間中の燃料噴射量を、
通常運転条件時の燃料噴射量よりも減少させる手段であ
ることを特徴とする請求項1記載の自己着火式内燃機
関。 - 【請求項13】前記着火時期制御手段は、主燃焼時の着
火時期を制御するパラメータとして、主燃焼時の着火開
始領域である主燃焼領域内の燃料の密度を、通常運転条
件時の燃料の密度よりも低下させる手段であることを特
徴とする請求項1記載の自己着火式内燃機関。 - 【請求項14】排気通路に、流入する排気ガスの空燃比
がリーンの時にNOxをトラップし、空燃比がストイキ
又はリッチの時にトラップしているNOxを脱離浄化す
るNOxトラップを備え、 前記追加燃料の噴射は、前記NOxトラップからNOx
を脱離浄化すべく、排気ガスの空燃比をリッチ化するた
めに行うことを特徴とする請求項1〜請求項13のいず
れか1つに記載の自己着火式内燃機関。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2001-04-26 JP JP2001128830A patent/JP3912027B2/ja not_active Expired - Fee Related
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