JP2003020974A - エンジンの排気浄化装置および排気ガス浄化方法 - Google Patents

エンジンの排気浄化装置および排気ガス浄化方法

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JP2003020974A
JP2003020974A JP2001206975A JP2001206975A JP2003020974A JP 2003020974 A JP2003020974 A JP 2003020974A JP 2001206975 A JP2001206975 A JP 2001206975A JP 2001206975 A JP2001206975 A JP 2001206975A JP 2003020974 A JP2003020974 A JP 2003020974A
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combustion
fuel
ignition
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Muneyuki Oota
統之 太田
Mitsunori Kondo
光徳 近藤
Akihiro Kobayashi
明宏 小林
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Mazda Motor Corp
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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの燃焼室内において発生した煤が大
気中に排出されるのを効果的に抑制できるようにする。 【解決手段】 エンジンの燃焼室4内で成層燃焼が行わ
れるように吸気行程または圧縮行程の所定時期に燃料を
主噴射する主噴射手段(インジェクタ)7と、この主噴
射された燃料に主点火して主燃焼させる主点火手段(点
火プラグ)6と、主点火後の膨張行程の所定時期に燃料
を後噴射させる後噴射手段(インジェクタ)6と、上記
主点火された燃料の主燃焼状態に基づいて上記後噴射さ
れた燃料の後燃焼時期を制御する後燃焼制御手段43と
を備え、この後燃焼制御手段43において、上記主点火
された燃料の主燃焼が終了する時期に基づき、上記後燃
焼の開始時期を設定するように構成したエンジンの排気
ガス浄化装置および排気ガス浄化方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の排気ガ
スを浄化するエンジンの排気浄化装置および排気ガス浄
化方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば特開平11−264333
号公報に示されるように、燃焼室内に望む燃料噴射弁よ
り圧縮行程以前に燃料を噴射させる筒内燃焼用燃料噴射
手段を備えるとともに、排気通路に排気浄化用触媒を備
える筒内直接噴射式内燃機関において、少なくとも始動
後で触媒活性前であることを制御条件として判定する制
御条件判定手段と、上記制御条件にて、上記筒内燃焼用
燃料噴射手段による圧縮行程以前の燃焼噴射量を減少さ
せて燃焼空燃比を理論空燃比よりリーン化するリーン化
手段と、上記制御条件にて、上記燃料噴射弁より膨張行
程以降に燃料を後噴射させる触媒活性化用燃料噴射手段
と、上記触媒活性化用燃料噴射手段による膨張行程以降
の燃料噴射量を排気中の酸素濃度に応じて変化させる噴
射量可変手段とを設けた筒内直接燃料噴射式内燃機関の
制御装置が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように所定の制
御条件下で圧縮行程以前の燃焼噴射量を減少させて燃焼
空燃比を理論空燃比よりもリーン化して成層燃焼させる
とともに、排気ガス浄化触媒を活性化させるために膨張
行程以降に燃料を後噴射するように構成した場合、上記
後噴射の時期が適切でないと、エンジンの燃焼室で発生
した煤が排気通路に導出され、大気中に排出される煤量
が増えるという問題がある。すなわち、上記主噴射され
た燃料は、着火して予混合燃焼した後に拡散燃焼し、こ
の拡散燃焼時に煤が発生する傾向があり、この拡散燃焼
が継続している状態で燃料が後噴射されると、煤の発生
量がより増大して多量の煤が大気中に放出されるという
問題がある。
【0004】本発明は、このような事情に鑑み、エンジ
ンの燃焼室内において発生した煤が大気中に排出される
のを効果的に抑制することができるエンジンの排気浄化
装置および排気浄化方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
エンジンの燃焼室内で成層燃焼が行われるように吸気行
程または圧縮行程の所定時期に燃料を主噴射する主噴射
手段と、この主噴射された燃料に主点火して主燃焼させ
る主点火手段と、主点火後の膨張行程の所定時期に燃料
を後噴射させる後噴射手段と、上記主点火された燃料の
主燃焼状態に基づいて上記後噴射された燃料の後燃焼時
期を制御する後燃焼制御手段とを備え、この後燃焼制御
手段は、上記主点火された燃料の主燃焼が終了する時期
に基づいて上記後燃焼の開始時期を設定するように構成
されたものである。
【0006】上記構成によれば、主噴射手段から主噴射
された燃料が主点火されることにより燃焼室内で発生し
た主燃焼の終了時期に基づき、燃焼室内に存在する炭素
と酸素とが充分に混合された状態で、上記後噴射された
燃料が後燃焼するように後燃焼の開始時期が設定される
ことにより、炭素の凝縮体からなる煤の排出が効果的に
抑制されることになる。
【0007】請求項2に係る発明は、上記請求項1記載
のエンジンの排気ガス浄化装置において、上記後燃焼制
御手段は、主点火された燃料の主燃焼が終了した直後に
上記後燃焼を開始させるように後燃焼の開始時期を制御
するものである。
【0008】上記構成によれば、主噴射手段から主噴射
された燃料が主点火されることにより燃焼室内で発生し
た主燃焼が終了した直後に、上記後噴射された燃料が後
燃焼するように後燃焼の開始時期が設定されることによ
り、燃焼室内に残存した酸素の燃焼が促進されるため、
炭素の凝縮体からなる煤の排出が、さらに効果的に抑制
されることになる。
【0009】請求項3に係る発明は、上記請求項1また
は2記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、排気
ガスにより駆動されて吸気を過給するターボ過給機を備
え、このターボ過給機の過給作用により変化する主燃焼
の終了時点を基準にして上記燃料の後燃焼開始時期を補
正するものである。
【0010】上記構成によれば、主点火後の所定時期に
燃料が後噴射されることにより、排気ガスの圧力が上昇
し、ターボ過給機の過給作用に応じて吸入空気量が増大
されるため、燃焼室内に残存する炭素の燃焼が促進され
て煤の発生が効果的に抑制されるとともに、上記ターボ
過給機の過給作用により吸入空気量が増大するのに応
じ、上記主燃焼の終了時期が早くなった場合に、上記主
燃焼の終了時期を基準にして後燃焼が行われるように後
燃焼の開始時期が補正されることにより、上記煤の排出
が、さらに効果的に抑制されることになる。
【0011】請求項4に係る発明は、上記請求項1〜3
の何れかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置におい
て、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス還流
手段とを備えたものである。
【0012】上記構成によれば、主点火後の所定時期に
後噴射された燃料が後燃焼して排気通路に導出される排
気ガス量が増大するとともに、これに対応して吸気系に
還流される排気ガス量が増大することにより、燃焼室内
から排気通路に導出されるRawNOx量が効果的に低
減されることになる。
【0013】請求項5に係る発明は、上記請求項4記載
のエンジンの排気ガス浄化装置において、上記排気ガス
により駆動されて吸気を過給するターボ過給機と、上記
排気ガス還流手段によって吸気系に還流される排気ガス
の環流率が目標値となるようにフィードバック制御する
排気還流制御手段とを備えたものである。
【0014】上記構成によれば、主点火後の所定時期に
燃料が後噴射されることにより、排気ガスの圧力が上昇
し、ターボ過給機の過給作用に応じて吸入空気量が増大
されるとともに、これに対応して吸気系に還流される排
気ガスを増量する制御が上記排気還流制御手段により実
行されるため、燃焼室内から排気通路に導出されるRa
wNOx量が、さらに効果的に低減されることになる。
【0015】請求項6に係る発明は、エンジンの燃焼室
内で成層燃焼が行われるように吸気行程または圧縮行程
の所定時期に燃料を主噴射する主噴射手段と、この主噴
射された燃料に主点火して主燃焼させる主点火手段と、
主点火後の膨張行程の所定時期に燃料を後噴射させる後
噴射手段と、この後噴射された燃料に後点火する後点火
手段と、上記主点火された燃料の主燃焼状態に基づいて
上記後噴射された燃料の後点火時期を設定して後燃焼さ
せる後燃焼制御手段とを備え、この後燃焼制御手段は、
上記主点火された燃料の主燃焼が終了する時期に基づい
て燃料の後点火時期を設定するように構成されたもので
ある。
【0016】上記構成によれば、主噴射手段から噴射さ
れた燃料が主点火されることにより燃焼室内で発生した
主燃焼の終了時期に基づき、燃焼室内に存在する炭素と
酸素とが充分に混合された状態で、上記後噴射された燃
料が後燃焼するように後噴射された燃料の後点火時期が
設定されることにより、炭素の凝縮体からなる煤の排出
が効果的に抑制されることになる。
【0017】請求項7に係る発明は、エンジンの燃焼室
内で成層燃焼が行われるように吸気行程または圧縮行程
の所定時期に燃料を主噴射する主噴射手段と、この主噴
射された燃料に主点火して主燃焼させる主点火手段と、
主点火後の膨張行程の所定時期に燃料を後噴射させる後
噴射手段とを備え、上記主点火された燃料の主燃焼状態
に基づいて上記後噴射された燃料の後燃焼時期を制御す
るものである。
【0018】上記構成によれば、主噴射手段から噴射さ
れた燃料が主点火されることにより燃焼室内で発生した
主燃焼の終了時期に基づき、燃焼室内に存在する炭素と
酸素とが充分に混合された状態で、上記後噴射された燃
料が後燃焼するように後燃焼の開始時期を設定して、炭
素の凝縮体からなる煤の排出を効果的に抑制する制御が
適正に実行されることになる。
【0019】請求項8に係る発明は、エンジンの燃焼室
内で成層燃焼が行われるように吸気行程または圧縮行程
の所定時期に燃料を主噴射する主噴射手段と、この主噴
射された燃料に主点火して主燃焼させる主点火手段と、
主点火後の膨張行程の所定時期に燃料を後噴射させる後
噴射手段と、後噴射された燃料に後点火する後点火手段
とを備えたエンジンにおいて、上記主点火された燃料の
主燃焼状態に基づいて上記後噴射された燃料の後点火時
期を制御するものである。
【0020】上記構成によれば、主噴射手段から噴射さ
れた燃料が主点火されることにより燃焼室内で発生した
主燃焼の終了時期に基づき、燃焼室内に存在する炭素と
酸素とが充分に混合された状態で、上記後噴射された燃
料が後燃焼するように上記燃料の後点火時期を設定し
て、炭素の凝縮体からなる煤の排出を効果的に抑制する
制御が適正に実行されることになる。
【0021】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
排気浄化装置を有する筒内噴射式のガソリンエンジンの
一例を示し、そのエンジン本体1には、複数の気筒2
と、各気筒2内において往復動可能に嵌挿されたピスト
ン3とが設けられ、このピストン3によって上記気筒2
の上部に燃焼室4が区画されている。この燃焼室4の上
部所定位置には、点火回路5に接続された点火プラグ6
からなる点火手段が燃焼室4内に臨むように取り付けら
れている。
【0022】上記燃焼室4の周辺部には、この燃焼室4
内に燃料を直接噴射するインジェクタ7からなる噴射手
段が取り付けられている。このインジェクタ7には、図
示を省略した高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ
等を有する燃料供給回路が接続され、この燃料供給回路
によって燃料タンクからの燃料が適正な圧力に調整され
てインジェクタ7に供給されるように構成されている。
また、上記燃料供給回路には、燃料圧力を検出する燃圧
センサ8が設けられている。
【0023】上記燃焼室4は、吸気弁9が設けられた吸
気ポートを介して吸気通路10に連通している。この吸
気通路10には、その上流側から順に、吸気を濾過する
エアクリーナ11と、吸入空気量を検出するエアフロー
センサ12と、排気通路22に配設されたタービン(図
示せず)により駆動されるブロアを備えたターボ過給機
37と、吸気通路10を絞る電気式スロットル弁13
と、サージタンク14とが配設されている。上記電気ス
ロットル弁13は、図外のアクセルペダルに連動するこ
となく、モータ15により開閉駆動されるように構成さ
れている。さらに、上記電気スロットル弁13の設置部
には、その弁開度を検出するスロットル開度センサ16
が設けられ、上記サージタンク14の設置部には、吸気
圧を検出する吸気圧センサ17が設けられている。
【0024】上記サージタンク14よりも下流側の吸気
通路10は、気筒2毎に分岐する独立通路とされ、各独
立通路の下流端部が二つに分岐してそれぞれ吸気ポート
に連通するとともに、その一方にスワール弁18が設け
られている。このスワール弁18がアクチュエータ19
により駆動されて閉弁状態となると、吸気が他方の分岐
通路のみから燃焼室4内に供給されるため、この燃焼室
4内に強い吸気スワールが生成される。一方、スワール
弁18が開弁するのに応じて上記吸気スワールは弱めら
れることになる。また、上記スワール弁18の設置部に
は、その弁開度を検出するスワール弁開度センサ20が
設けられている。なお、上記スワール弁18に代え、タ
ンブル流を生成させるためのタンブル弁を吸気通路10
に設置した構造としてもよい。
【0025】上記燃焼室4には、排気弁21が設けられ
た排気ポートを介して排気通路22が接続され、この排
気通路22の上流端が気筒2毎に分岐している。また、
上記排気通路22には、排気ガス中の酸素濃度を検出す
る第1酸素濃度検出手段24と、排気ガスを浄化する触
媒体25と、その下流側における排気ガス中の酸素濃度
を検出する第2酸素濃度検出手段26とが配設されてい
る。
【0026】上記第1,第2酸素濃度検出手段24,2
6は、排気ガス中の酸素濃度に基づいて排気ガスの空燃
比を検出するものであり、その出力が理論空燃比を境に
してリーンとリッチとで、その出力が大きく反転(変
化)するλセンサからなっている。例えば、排気ガス中
の酸素濃度と還元剤濃度の割合に関するが、燃焼室4内
における平均空燃比を理論空燃比(A/F=14.7)
に設定して燃焼させた場合の排気ガス雰囲気に相当する
値の場合には、上記第1,第2酸素濃度検出手段24,
26の出力値が0.45Vとなり、排気ガス中の酸素濃
度が、上記理論空燃比の燃焼状態に相当する値よりもリ
ーンの場合、つまり酸素濃度が低いときには、出力値が
上記0.45Vよりも高くなることにより、理論空燃比
の近傍で優れた検出精度が得られるようになっている。
なお、上記λセンサに代え、排気ガス中の酸素濃度に応
じて出力値がリニアに変化するリニアO2センサを用い
てもよい。
【0027】また、上記触媒体25は、コージュライト
製のハニカム構造体からなる担体と、この担体に形成さ
れた貫通孔の壁面に担持されたNOx吸着材層と、その
表面にコーティングされる等により担持された触媒材層
とにより構成されている。上記NOX吸着材層は、例え
ば活性アルミナ等に、Rh成分からなる貴金属と、NO
x吸着材として機能を有するK等のアルカリ金属もしく
はBa等のアルカリ土類または希土類等とを担持させて
なり、上記NOx吸着材がNOxを化学吸着または化学
結合により吸着するように構成されている。また、上記
触媒材層は、ゼオライト等からなる担持母材に、Pt成
分またはRh成分等からなる貴金属を担持させてなり、
この貴金属の触媒作用により上記NOx吸着材から脱離
したNOxおよび排気ガス中のNOxを還元して浄化す
るように構成されている。
【0028】なお、上記NOx吸着材を有するNOx吸
着触媒に代え、所定の温度域で排気ガス中のNOxを還
元して浄化するNOx還元触媒からなる触媒体25を排
気通路22に設けた構造としてもよい。
【0029】上記排気通路22には、排気ガスの一部を
吸気系に還流させるEGR通路26の上流端が、上記第
1酸素濃度検出手段24の上流側部に接続され、上記E
GR通路26の下流端は、上記スロットル弁13と、サ
ージタンク14との間において吸気通路10に接続され
ている。また、上記EGR通路26には、開度が電気的
に調節可能に構成されたEGR弁27と、このEGR弁
27のリフト量を検出するリフトセンサ28とが配設さ
れ、上記EGR通路26及びEGR弁27等により排気
ガス還流手段が構成されている。
【0030】上記エンジンの制御を行なうECU(コン
トロールユニット)39には、上記エアフローセンサ1
2、スロットル開度センサ16、吸気圧センサ17、ス
ワール制御弁開度センサ20、第1,第2酸素濃度検出
手段24,26及びEGR弁30のリフトセンサ31か
らの出力信号が入力されるとともに、エンジンの冷却水
温度を検出する水温センサ30、吸気温度を検出する吸
気温度センサ31、大気圧を検出する大気圧センサ3
2、エンジン回転数を検出する回転数センサ33及びア
クセルペダルの開度(アクセル操作量)を検出するアク
セル開度センサ34等から出力される検出信号が入力さ
れるようになっている。
【0031】上記ECU39には、エンジンの運転状態
を判定する運転状態判定手段40と、エンジンの運転状
態に応じて上記インジェクタ7から噴射される燃料の噴
射量および噴射時期を調節する燃料噴射制御手段41
と、上記点火プラグ6による燃料の点火時期を制御する
点火時期制御手段42と、膨張行程の所定時期に後噴射
された燃料の後燃焼時期を制御する後燃焼制御手段43
と、上記EGR通路26を介して吸気系に還流される排
気ガスの環流量を制御する排気還流制御手段44とが設
けられている。
【0032】上記運転状態判別手段40は、水温センサ
30により検出された冷却水温度に応じてエンジンが冷
間運転状態にあるか温間運転状態あるかを判別し、例え
ばエンジンが温間運転状態にある場合に、上記アクセル
開度センサ34により検出されたアクセル開度と、上記
回転数センサ33により検出されたエンジン回転数とに
基づいてエンジン負荷に対応するエンジンの目標トルク
を求めるとともに、この目標トルクと上記エンジン回転
数とに基づき、エンジンが低負荷低回転の成層燃焼領域
にあるか、高負荷高回転の均一燃焼領域にあるかを判別
するように構成されている。
【0033】上記燃料噴射制御手段41は、上記運転状
態判別手段40によりエンジンが温間運転状態で成層燃
焼領域にあると判別された場合に、上記インジェクタ7
から圧縮行程の所定時期に燃料を一括して主噴射させる
ことにより、点火プラグ6の近傍に混合気を偏在させた
状態で燃焼させるとともに、燃焼室4内における混合気
の空燃比を、例えばA/F=30程度のリーン状態とす
る成層燃焼モードの燃焼制御を実行するように構成され
ている。
【0034】一方、上記運転状態判別手段40によりエ
ンジンが温間運転状態で均一燃料燃焼領域にあると判定
された場合には、上記インジェクタ7から吸気行程で燃
焼を一括して主噴射させるとともに、燃焼室全体の平均
空燃比を略理論空燃比(A/F=14.7)とし、ある
いは理論空燃比よりもややリッチ状態とする均一燃焼モ
ードの燃焼制御が実行される。なお、エンジンの中負荷
中回転領域で、吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を
主噴射させるようにしてもよい。
【0035】上記点火時期制御手段42は、点火回路5
に制御信号を出力して上記主噴射された燃料の主点火時
期を制御するものであり、基本的には主点火時期をMB
Tに制御するように構成されている。
【0036】上記後燃焼制御手段43は、運転状態判定
手段37において煤の発生量が多い運転時、例えばエン
ジンの目標トルクTrfと、エンジン回転数Neとをパ
ラメータとした図2に示すマップのハッチングで示す領
域(上記成層燃料モード運転領域のうち比較的高負荷高
回転の運転領域)αの運転時、またはエンジンの始動後
に冷間時において均一燃焼領域の運転状態から成層燃焼
領域の運転状態への移行時等に、上記インジェクタ7か
ら燃料を後噴射させて後燃焼させる制御を実行して煤の
排出量を低減するように構成されている。
【0037】すなわち、図3に示すように、圧縮上死点
前(BTDC)の90°〜50°の時点tmで主噴射さ
れた燃料が、MBT付近の時点t1で点火された後、所
定の着火遅れ時間Tmが経過した時点t2で上記主噴射
された燃料の主燃焼が開始する。この主燃焼は、予混合
燃焼と、その後の拡散燃焼とからなり、この拡散燃焼時
に煤の発生量が増大する傾向がある。このため、上記拡
散燃焼の終了時点t3から0.1〜15°(CA)が経
過した時点t4で上記後噴射された燃料が自然着火して
後燃焼するように、上記燃料の後噴射時期tfが設定さ
れることにより、燃焼室4内に存在する煤と酸素との混
合が促進され、着火し易い状態で上記後燃焼が行われて
燃焼室4内に存在する煤の燃焼が促進されて煤の発生量
が効果的に低減されることになる。
【0038】上記拡散燃焼の終了時点t3について詳細
に説明する。この拡散燃焼は、熱発生率に基づいて求め
られ、「内燃機関講義」(出版社株式会社養賢堂、著者
長尾不二夫)によれば、上記熱発生率は下記式(8)に
示すように表される。
【0039】 dQ/dθ=A/(K(θ)−1)×[V(θ)・(dP(θ)/dθ)+K(θ)・ P(θ)・(dV(θ)/dθ)]…(8) ただし、Aは熱の仕事当量、K(θ)は比熱比、V(θ)
行程容積、P(θ)は筒内圧力、θはクランク角である。
【0040】小野測器株式会社製の燃焼解析装置CB5
66のマニュアルによれば、上記比熱比K(θ)は、下記
式(9)〜(12)に基づいて表される。
【0041】 K(θ)=Cp/Cv…(9) Cp=ap+b(T(θ)/100)+c(T(θ)/100)2+d(100/ T(θ))…(10) Cv=Cp−(A・Ro)/M…(11) T(θ)=(P(θ)・V(θ))/29.27・G…(12) なお、Cpは定圧比熱、Cvは定容比熱、Roはガス定
数、Mは空気の分子量、T(θ)はガス温度、Gはガス重
量、ap,b,c,dはその他の定数である。
【0042】上記式(9)〜(12)より、式(8)で
示す熱発生率dQ/dθは、筒内圧力P(θ)と、行程容
積V(θ)との関数f(P(θ),V(θ))になる。また、
上記行程容積V(θ)を、ボア径BおよびストロークSに
基づいて表すと、下記式(13)に示すようになるた
め、上記熱発生率dQ/dθは、下記式(14)に示す
ようになる。
【0043】 V(θ)=(π・B2S/8)・(1−cosθ)…(13) dQ/dθ=[f(P(θ+Δθ),V(θ+Δθ))−f(P(θ),V(θ))]/Δ θ…(14) したがって、クランク角毎の筒内圧力データがあれば、
これに基づいて上記熱発生率を計算することができる。
このようにして求めた熱発生率を図示すると、図3に示
すようになり、燃料の主噴射による燃焼に応じて熱発生
率が正の方向に大きな値を示した後、上記拡散燃焼の終
了に応じて熱発生率が0となるため、この熱発生率が略
0となる時点に基づき、上記拡散燃焼の終了時点t3が
求められる。
【0044】本実施形態では、上記のようにして予め求
められた主燃焼による熱発生率が略0となる時点t3の
直後の時点、つまり拡散燃焼の終了後、0.1°〜15
°(CA)の時点で、図3に示すように、上記後噴射に
よる燃焼が開始されるように、運転状態に基づいて予め
設定された着火遅れ時間Tf(例えば0.4ms〜0.
7ms程度の時間)を考慮して、後噴射の開始時点tf
を設定している。
【0045】なお、上記着火遅れ時間Tfは、エンジン
の排気量および燃料の噴射圧力に応じて変化するが、1
000cc〜3000ccクラスのエンジンで、噴射圧
力が50MPa〜200MPaの場合には、0.4ms
〜0.7ms程度となる。また、圧縮行程上死点付近で
開始される主噴射の着火遅れ時間Tm(0.1ms〜
0.3ms)よりも長く、これは圧縮行程上死点後の筒
内温度が比較的低いときに、上記後噴射が行われるため
である。また、インジェクタ5に対する噴射駆動信号の
出力タイミングとしては、上記の着火遅れ時間Tf,T
mに、さらに噴射弁開閉信号の出力時点から実際に燃料
の噴射が開始される間の無効時間(駆動遅れ時間)も考
慮されたものがECU39に記憶されている。
【0046】また、上記後燃焼制御手段43は、ターボ
過給機37の過給作用により変化する主燃焼の終了時点
を基準にして上記燃料の後燃焼開始時期を補正するよう
に構成されている。すなわち、上記ターボ過給機37の
過給作用により吸入空気量が増大すると、上記主噴射さ
れた燃料の拡散燃焼の終了時期が早くなる傾向があるの
で、この拡散燃焼の終了時期に対応させて上記燃料の後
噴射時期を補正することにより、煤の発生を抑制して排
気通路22に排出される煤の排出量を効果的に低減する
ことができる。
【0047】さらに、上記後燃焼制御手段43は、NO
x還元触媒からなる触媒体25が活性温度領域にあって
NOxの浄化を行う場合、またはNOx吸着触媒からな
る触媒体25のNOx吸着材からNOxが脱離する運転
状態にある場合に、上記燃料の主噴射後で圧縮行程上死
点後の所定時期に燃料を後噴射することにより、上記燃
料の主噴射による主燃焼が終了した時点以後の5°〜1
5°(CA)の時点t4で、上記後噴射された燃料を自
然着火させて後燃焼させるように構成されている。この
ように、主燃焼の終了時点t3と、後燃焼の開始時点t
4との間に、5°(CA)以上の間隔を開けることで、
排気通路22に導出されるHC等からなる還元剤量が増
大することになる。
【0048】上記排気還流制御手段44は、基本的にエ
ンジンの低負荷側で排気還流率の目標値を相対的に大き
な値に設定し、燃焼室4への排気還流量を確保すること
により、NOxの生成量を低減するとともに、エンジン
負荷が増大するに従い、排気還流率の目標値を徐々に小
さな値に設定して新気の吸入量を多くすることにより、
負荷状態に対応した十分な出力が得られるようにするフ
ィードバック制御を実行するものである。
【0049】上記燃料噴射制御手段40および点火時期
制御手段41および後燃料制御手段43等において実行
される制御制御を、図4に示すフローチャートに基づい
て説明する。上記制御動作がスタートすると、まず各セ
ンサによって検出されたデータを入力した後(ステップ
S1)、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータ
としたマップから目標トルクTrefを読み出すととも
に(ステップS2)、エンジンの運転状態に対応した燃
料の主噴射量Qm、主噴射時期Imおよび点火時期θm
を読み出して設定する(ステップS3)。
【0050】次いで、上記目標トルクTrefと、エン
ジン回転数とをパラメータとした運転領域のマップ等に
基づいて燃料の後噴射を実行条件から成立したか否かを
判定し(ステップS4)、YESと判定された場合に
は、エンジンの運転状態に対応した燃料の後噴射量Qf
をマップから読み出して設定するとともに、上記主噴射
された燃料の主燃焼が終了する時期に基づいて燃料の後
噴射時期Ifをマップから読み出して設定する(ステッ
プS5)。
【0051】そして、燃料の噴射時期となった時点で、
設定量Qm,Qpの燃料の主噴射および後噴射する噴射
制御と、点火時期θmとなった時点で主噴射された燃料
の点火する点火制御とを実行する(ステップS6)。
【0052】上記のようにエンジンの燃焼室4内で成層
燃焼が行われるように吸気行程または圧縮行程の所定時
期に燃料を主噴射するインジェクタ7からなる主噴射手
段と、この主噴射された燃料に主点火して主燃焼させる
点火プラグ6からなる主点火手段と、主点火後の膨張行
程の所定時期に燃料を後噴射させるインジェクタ7から
なる後噴射手段と、上記主点火された燃料の主燃焼状態
に基づいて上記後噴射された燃料の後燃焼時期を制御す
る後燃焼制御手段43とを設け、この後燃焼制御手段4
3により、上記主燃焼が終了する時期に基づいて上記後
燃焼の開始時期を設定するように構成したため、燃焼室
4内に存在する炭素と酸素とを充分に混合した状態で、
上記後噴射された燃料を後燃焼させることにより、炭素
の凝縮体からなる煤の排出を効果的に抑制することがで
きる。しかも、上記燃料の後噴射時期が遅くなることに
起因して燃費が悪化するのを防止しつつ、上記煤の排出
を抑制する制御する実行できるという利点がある。
【0053】上記実施形態では、主点火された燃料の主
燃焼が終了した直後、つまり主燃焼の終了後の0.1°
〜15°(CA)に、上記後燃焼を開始させる制御を上
記後燃焼制御手段43により実行するように構成したた
め、上記のように煤の発生し易い運転状態で、燃費が悪
化するのを防止しつつ、煤の排出を抑制することができ
るとともに、上記触媒体25によってNOxを浄化する
運転状態で、排気通路22に導出されるHC等からなる
還元剤の導出量を増大させて、上記NOxの浄化を促進
することができる。
【0054】また、上記実施形態に示すように、排気ガ
スにより駆動されて吸気を過給するターボ過給機37を
備えたエンジンにおいて、このターボ過給機37の過給
作用により変化する主燃焼の終了時点を基準にして上記
燃料の後燃焼開始時期を補正するように構成した場合に
は、主点火後の所定時期に燃料を後噴射することによ
り、排気ガスの圧力を上昇させ、上記ターボ過給機37
の過給作用に応じて吸入空気量を増大させことができ
る。
【0055】したがって、上記過給作用により燃焼室4
内に残存する炭素の燃焼を促進して煤の発生を、より効
果的に抑制することができるとともに、上記ターボ過給
機37の過給作用により吸入空気量が増大するのに応
じ、上記主燃焼の終了時期が早くなった場合に、この主
燃焼の終了時期を基準にして後燃焼が行われるように後
燃焼の開始時期を補正することにより、上記煤の排出
を、より効果的に抑制することができる。
【0056】さらに、排気ガスの一部を吸気系に還流さ
せる排気ガス還流手段を備えた上記エンジンの排気ガス
浄化装置によれば、主点火後の所定時期に後噴射された
燃料が後燃焼して、排気通路22に導出される排気ガス
量が増大するとともに、これに対応して吸気系に還流さ
れる排気ガス量が増大するため、燃焼室4内から排気通
路22に導出されるRawNOx量を効果的に低減する
ことができる。
【0057】また、上記実施形態に示すように、排気ガ
スにより駆動されて吸気を過給するターボ過給機37
と、上記排気ガス還流手段によって吸気系に還流される
排気ガスの環流率が目標値となるようにフィードバック
制御する排気還流制御手段44とを設けた場合には、主
点火後の所定時期に燃料を後噴射して後燃焼させること
により、排気ガスの圧力を上昇させ、上記ターボ過給機
37の過給作用に応じて吸入空気量を増大させるととも
に、これに対応して吸気系に還流される排気ガスを増量
する制御が上記排気還流制御手段44により実行するこ
とができる。したがって、燃焼室4内から排気通路22
に導出されるRawNOx量を、さらに効果的に低減す
ることができる。
【0058】なお、上記実施形態では、エンジンの要求
トルクに応じた主燃焼を行わせるための燃料の主噴射を
行う主噴射手段と、この主噴射された燃料の主点火が行
われた後の膨張行程の所定時期に上記燃料の後噴射を行
う後噴射手段とを、同一のインジェクタ7により構成し
た例について説明したが、このインジェクタ7からなる
主噴射手段とは別体のインジェクタからなる後噴射手段
をエンジンに設けた構造としてもよい。
【0059】また、高温状態にある燃焼室4内に燃料を
後噴射することにより、この燃料を自然着火させて後燃
焼させるように構成された上記実施形態に代え、上記点
火プラグ5、またはこれとは別体に設けられた点火プラ
グからなる後点火手段により、後噴射された燃料に後点
火させるとともに、この後点火時期を、上記主点火され
た燃料の主燃焼状態に基づいて後燃焼制御手段43に設
定するように構成してもよい。
【0060】すなわち、エンジンの燃焼室4内で成層燃
焼が行われるように吸気行程または圧縮行程の所定時期
に燃料を主噴射するインジェクタ7からなる主噴射手段
と、この主噴射された燃料に主点火して主燃焼させる点
火プラグ6からなる主点火手段と、主点火後の膨張行程
の所定時期に燃料を後噴射させる上記インジェクタ7か
らなる後噴射手段と、この後噴射された燃料に後点火す
る上記点火プラグ6からなる後点火手段とを備えたエン
ジンにおいて、図5に示すように、上記主点火された燃
料の主燃焼が終了する時点t3の直後に、後噴射された
燃料の後点火時期t4を設定して後燃焼させる後燃焼制
御手段43を設け、この後燃焼制御手段43により、上
記主点火された燃料の主燃焼が終了する時点t3から後
噴射を開始し、この後噴射が終了した直後の時点t4′
で、上記後噴射された燃料に後点火するように構成して
もよい。これにより、上記後点火時点t4′から所定の
着火遅れ時間Tfが経過した時点t4で、後燃焼が開始
することになる。なお、このとき、後噴射の開始、終了
時期および点火時期は、上記後燃焼が主燃焼の終了後の
0.〜15°(CA)に開始されるように、着火遅れ時
間Tf等を考慮しながら設定される。
【0061】上記のように構成した場合には、燃焼室4
内に存在する炭素と酸素とを充分に混合した状態で、上
記後噴射された燃料を後点火して後燃焼させることによ
り、炭素の凝縮体からなる煤の排出を効果的に抑制する
ことができるとともに、上記NOx浄化触媒またはNO
x吸着触媒等からなる触媒体25を備えたエンジンにお
いて、排気ガス中のNOxを浄化する運転状態で、排気
通路22に導出されるHC等からなる還元剤の導出量を
増大させて、上記NOxの浄化を促進することができる
という利点がある。
【0062】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、エンジ
ンの燃焼室内で成層燃焼が行われるように吸気行程また
は圧縮行程の所定時期に燃料を主噴射する主噴射手段
と、この主噴射された燃料に主点火して主燃焼させる主
点火手段と、主点火後の膨張行程の所定時期に燃料を後
噴射させる後噴射手段と、上記主点火された燃料の主燃
焼状態に基づいて上記後噴射された燃料の後燃焼時期を
制御する後燃焼制御手段とを備え、この後燃焼制御手段
において、上記主点火された燃料の主燃焼が終了する時
期に基づき、上記後燃焼の開始時期を設定するように構
成したため、エンジンの燃焼室内において発生した煤が
大気中に排出されるのを効果的に抑制できるという利点
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るエンジンの排気浄化装置の実施形
態を示す説明図である。
【図2】エンジンの運転領域を示すマップである。
【図3】燃焼室内の熱発生率の変化状態を示すタイムチ
ャートである。
【図4】排気ガスの浄化方法を示すフローチャートであ
る。
【図5】エンジンの排気浄化装置の別の実施形態におけ
る燃焼室内の熱発生率の変化状態を示すタイムチャート
である。
【符号の説明】
4 燃焼室 6 点火手段(点火プラグ) 7 噴射手段(インジェクタ) 26 排気還流通路(排気ガス還流手段) 37 ターボ過給機 43 後燃焼制御手段 44 排気還流制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/02 F01N 3/02 301Z 3G301 F02B 37/00 302 F02B 37/00 302F 302G F02D 21/08 301 F02D 21/08 301C 311 311B 23/00 23/00 H J P 43/00 301 43/00 301A 301H 301J 301N 301R F02M 25/07 550 F02M 25/07 550C 550F 570 570A 570J (72)発明者 小林 明宏 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 Fターム(参考) 3G005 EA16 FA35 GD11 GD16 HA02 HA04 HA05 HA12 JA13 JA39 JA42 JA52 JB02 JB05 3G062 AA03 AA05 AA07 BA02 BA04 BA05 BA06 BA08 CA06 EA10 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA09 FA24 GA00 3G084 AA03 AA04 BA05 BA09 BA13 BA15 BA17 BA20 BA21 CA03 CA04 DA10 EA04 EA11 EB08 EB12 EC01 EC03 FA01 FA02 FA07 FA10 FA11 FA20 FA26 FA30 FA32 FA33 FA37 3G090 AA06 BA01 DA01 DA06 DA09 DA10 DA11 DA18 DA20 EA02 EA05 EA06 EA07 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 AA13 AA17 AA18 BA01 BA05 BA06 BA09 BB01 BB06 BB11 DB03 DC03 DC06 DC09 DE03S DG06 DG08 EA06 EA07 EA11 EA16 EB05 EB09 EC01 EC09 FA18 GA05 GA06 GA17 GA18 HA00Z HA01Z HA04Z HA05Z HA06X HA06Z HB03Z HD06X HD06Z HD07X HD07Z HE01Z HE08Z HF08Z HG08Z 3G301 HA01 HA04 HA06 HA09 HA11 HA13 HA16 HA17 JA24 KA08 KA09 KA24 KA25 LA03 LA05 LB04 LC03 MA01 MA03 MA11 MA18 NA08 NB03 NB13 NC02 ND02 NE14 NE15 NE21 PA00Z PA01Z PA07Z PA10Z PA11A PA11Z PB08Z PD09A PD09Z PD15A PD15Z PE01Z PE08Z PE09Z PF03Z

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの燃焼室内で成層燃焼が行われ
    るように吸気行程または圧縮行程の所定時期に燃料を主
    噴射する主噴射手段と、この主噴射された燃料に主点火
    して主燃焼させる主点火手段と、主点火後の膨張行程の
    所定時期に燃料を後噴射させる後噴射手段と、上記主点
    火された燃料の主燃焼状態に基づいて上記後噴射された
    燃料の後燃焼時期を制御する後燃焼制御手段とを備え、
    この後燃焼制御手段は、上記主点火された燃料の主燃焼
    が終了する時期に基づいて上記後燃焼の開始時期を設定
    するように構成されたことを特徴とするエンジンの排気
    浄化装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエンジンの排気ガス浄化
    装置において、上記後燃焼制御手段は、主点火された燃
    料の主燃焼が終了した直後に上記後燃焼を開始させるよ
    うに後燃焼の開始時期を制御することを特徴とするエン
    ジンの排気浄化装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のエンジンの排気
    ガス浄化装置において、排気ガスにより駆動されて吸気
    を過給するターボ過給機を備え、このターボ過給機の過
    給作用により変化する主燃焼の終了時点を基準にして上
    記燃料の後燃焼開始時期を補正することを特徴とするエ
    ンジンの排気浄化装置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3の何れかに記載のエンジン
    の排気ガス浄化装置において、排気ガスの一部を吸気系
    に還流させる排気ガス還流手段とを備えたことを特徴と
    するエンジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のエンジンの排気ガス浄化
    装置において、上記排気ガスにより駆動されて吸気を過
    給するターボ過給機と、上記排気ガス還流手段によって
    吸気系に還流される排気ガスの環流率が目標値となるよ
    うにフィードバック制御する排気還流制御手段とを備え
    たことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  6. 【請求項6】 エンジンの燃焼室内で成層燃焼が行われ
    るように吸気行程または圧縮行程の所定時期に燃料を主
    噴射する主噴射手段と、この主噴射された燃料に主点火
    して主燃焼させる主点火手段と、主点火後の膨張行程の
    所定時期に燃料を後噴射させる後噴射手段と、この後噴
    射された燃料に後点火する後点火手段と、上記主点火さ
    れた燃料の主燃焼状態に基づいて上記後噴射された燃料
    の後点火時期を設定して後燃焼させる後燃焼制御手段と
    を備え、この後燃焼制御手段は、上記主点火された燃料
    の主燃焼が終了する時期に基づいて燃料の後点火時期を
    設定するように構成されたことを特徴とするエンジンの
    排気浄化装置。
  7. 【請求項7】 エンジンの燃焼室内で成層燃焼が行われ
    るように吸気行程または圧縮行程の所定時期に燃料を主
    噴射する主噴射手段と、この主噴射された燃料に主点火
    して主燃焼させる主点火手段と、主点火後の膨張行程の
    所定時期に燃料を後噴射させる後噴射手段とを備え、上
    記主点火された燃料の主燃焼状態に基づいて上記後噴射
    された燃料の後燃焼時期を制御することを特徴とするエ
    ンジンの排気浄化方法。
  8. 【請求項8】 エンジンの燃焼室内で成層燃焼が行われ
    るように吸気行程または圧縮行程の所定時期に燃料を主
    噴射する主噴射手段と、この主噴射された燃料に主点火
    して主燃焼させる主点火手段と、主点火後の膨張行程の
    所定時期に燃料を後噴射させる後噴射手段と、後噴射さ
    れた燃料に後点火する後点火手段とを備えたエンジンに
    おいて、上記主点火された燃料の主燃焼状態に基づいて
    上記後噴射された燃料の後点火時期を制御することを特
    徴とするエンジンの排気浄化方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007120309A (ja) * 2005-10-25 2007-05-17 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2015124622A (ja) * 2013-12-25 2015-07-06 株式会社デンソー すす排出量推定装置

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