JP2003120391A

JP2003120391A - 圧縮着火式内燃機関

Info

Publication number: JP2003120391A
Application number: JP2001315289A
Authority: JP
Inventors: Naoya Ishikawa; 直也石川; Teruo Nakada; 輝男中田; Yutaka Uematsu; 豊上松; Masato Honda; 真人本田; Tetsuya Honma; 鉄也本間; Hitoshi Yokoyama; 仁横山; Ryu Hariyoshi; 龍張吉
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】パイロット噴射を行い且つ圧縮上死点以降に
メイン噴射を行う圧縮着火式内燃機関において、パイロ
ット噴射の量とタイミングとを適正化する。【解決手段】筒内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射
弁を備え、燃料噴射弁から噴射される燃料の量とタイミ
ングとをエンジン運転状態に基づき制御するようにした
圧縮着火式内燃機関において、圧縮上死点前にパイロッ
ト噴射を実行させ、その後圧縮上死点以降にメイン噴射
を実行させるようにし、且つ、パイロット噴射における
燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを、そのパイロット
噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるよう
に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧縮着火式内燃機関
に係り、特に、燃焼形態の改善により排ガスの清浄化を
図った圧縮着火式内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関、特にディーゼルエンジンに対
する環境対応の要請が近年益々高まっており、その排ガ
スの改善が急務となっている。このため、黒煙などの煤
を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰ
Ｆ）や、ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒等種々の後処
理技術が目覚ましい発展を遂げているが、やはり燃焼形
態そのものを改善する方が抜本的対策に繋がり望まし
い。

【０００３】通常のディーゼル燃焼は、筒内圧力及び温
度が十分高まっている圧縮上死点付近（一般的には１０
°ＢＴＤＣ〜１０°ＡＴＤＣ程度）で単段（１回）の燃
料噴射を行い、その燃料を所定の着火遅れ期間を経た後
一部着火させ、その後燃料の拡散に応じて燃料の蒸発、
空気との混合及び燃焼を進行させ、火炎を順次乱流状態
で拡散させながら燃焼を行うという拡散燃焼の形態を採
る。

【０００４】一方、近年の排ガスに対するスモークやＮ
Ｏｘ低減要求の高まりに対しては、様々な改良がなされ
てきている。ＮＯｘの低減にはＥＧＲが有効であること
が従来から知られており、広く実現されている。しか
し、ＥＧＲは排ガスを環流するため、スモークの悪化を
回避できない。

【０００５】また、通常燃焼では急激な初期燃焼による
筒内圧力の急増が生じ、大きな燃焼騒音が発生する場合
がある。そこでこれを防止するため、通常のタイミング
で行われるメイン噴射（主噴射）の前に、少量のパイロ
ット噴射を実行するという２段噴射を行うことがある。
この場合、パイロット噴射による燃料が着火して火種が
作られた後、この火種を基にメイン噴射による燃料が燃
焼されるため、急激な初期燃焼及び筒内圧力の急増が抑
えられ、燃焼騒音が防止される。なおこのときの燃焼形
態は基本的に拡散燃焼と同様である。

【０００６】しかしこのような通常のパイロット・メイ
ン噴射では、パイロット噴射を行うことでスモークが悪
化してしまうという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、これら
の技術に対して新たな燃焼システムが提唱されている。

【０００８】一つは、ＮＯｘとスモークとの同時低減を
目的としたＭＫ（ＭｏｄｕｌａｔｅｄＫｉｎｅｔｉｃ
ｓ）燃焼と称するものである。これは低温予混合燃焼と
も表現できるもので、その概略は以下の通りである。即
ち、ＮＯｘ低減には燃焼温度の低下が有効であるため、
これを比較的大量のＥＧＲ（ＥｘｔｈａｕｓｔＧａｓ
Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）によって
行う。するとスモークの増加が懸念されるが、これは燃
料の予混合化で対処する。予混合化には、通常より早期
に燃料噴射を行う早期噴射と、通常より遅い時期に燃料
噴射を行うリタード噴射との二つの方法があるが、早期
噴射は着火時期制御の困難性等問題を抱えていることか
ら、リタード噴射を採用する。まとめていえば、大量Ｅ
ＧＲとリタード噴射との組み合せによりＮＯｘとスモー
クとの同時低減を図るのがＭＫ燃焼である。なお参考文
献としては「自動車技術会論文集ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．
１，１９９７−１，ｐ．４１」、「同ｖｏｌ．２８，Ｎ
ｏ．２，１９９７−４，ｐ．２９」等がある。

【０００９】しかしながら、ＭＫ燃焼では、圧縮上死点
以降で単段噴射を行い、比較的長期の予混合化期間を経
て緩やかに着火、燃焼させるため、燃費の悪化を招き易
く、また筒内温度が低いため燃焼が不安定であり、失火
や白煙を生じやすい。また大量のＥＧＲを実行すること
が前提となるため、スモークの低減効果も大きく期待で
きない。

【００１０】一方、特開２０００−３１０１５０に示さ
れるように、パイロット噴射を通常より早期のタイミン
グで行い、メイン噴射を、パイロット噴射無しでは失火
するようなタイミングで行うようにするものがある。こ
れはＮＯｘのさらなる低減を狙いとしている。

【００１１】しかし、これはＮＯｘ低減には有効である
ものの、パイロット噴射による連続的な燃焼がやはりメ
イン噴射の前に発生し、パイロット噴射による燃焼によ
りスモークが発生するため、スモークの悪化要因とな
る。

【００１２】従って、これらの技術では特にスモークの
改善が困難であり、今後の厳しい排ガス規制に対処する
には必ずしも十分でない。

【００１３】そこで、以上の問題に鑑みて本発明は創案
され、その目的は、パイロット噴射を行い且つ圧縮上死
点以降にメイン噴射を行う圧縮着火式内燃機関におい
て、パイロット噴射の量とタイミングとを適正化するこ
とにより、スモークを抑制することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、筒内の燃焼室
に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、燃料噴射弁から噴
射される燃料の量とタイミングとをエンジン運転状態に
基づき制御するようにした圧縮着火式内燃機関におい
て、圧縮上死点前に上記燃料噴射弁から比較的少量のパ
イロット噴射を実行させ、その後圧縮上死点以降に上記
燃料噴射弁から比較的多量のメイン噴射を実行させるよ
うにし、且つ、上記パイロット噴射における燃料噴射量
と燃料噴射タイミングとを、そのパイロット噴射による
最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるように設定した
ものである。

【００１５】上記パイロット噴射の最も進角側のタイミ
ングが、上記燃料噴射弁から噴射される燃料がピストン
頂部に形成されたキャビティの入口端縁を通過するよう
なクランク角になった時であるのが好ましい。

【００１６】上記パイロット噴射及びメイン噴射に伴っ
てＥＧＲ装置によるＥＧＲを実行するのが好ましい。

【００１７】上記圧縮着火式内燃機関が、コモンレール
式ディーゼルエンジンであってもよい。

【００１８】また本発明は、筒内の燃焼室に燃料を噴射
する燃料噴射弁と、燃料噴射弁に高圧燃料を常時供給す
るコモンレールと、燃料噴射弁から噴射される燃料の量
とタイミングとがエンジン運転状態に基づいて予め決定
された量とタイミングとなるように燃料噴射弁を制御す
る制御手段とを備えたコモンレール式ディーゼルエンジ
ンにおいて、上記制御手段が、圧縮上死点前に上記燃料
噴射弁から比較的少量のパイロット噴射を実行させ、そ
の後圧縮上死点以降に上記燃料噴射弁から比較的多量の
メイン噴射を実行させるものであり、且つ、上記パイロ
ット噴射を、そのパイロット噴射による最大熱発生率が
６０ｋＪ／ｓ以下になるような燃料噴射量と燃料噴射タ
イミングとに基づき実行させるものである。

【００１９】また本発明は、燃料噴射弁から筒内の燃焼
室に噴射される燃料の量とタイミングとをエンジン運転
状態に基づき制御するようにした圧縮着火式内燃機関の
制御方法において、圧縮上死点前に上記燃料噴射弁から
比較的少量のパイロット噴射を実行させ、その後圧縮上
死点以降に上記燃料噴射弁から比較的多量のメイン噴射
を実行させるようにし、且つ、上記パイロット噴射にお
ける燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを、そのパイロ
ット噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になる
ように設定した制御方法である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００２１】図１に本実施形態に係る圧縮着火式内燃機
関を示す。ここでいう圧縮着火式内燃機関とは、筒内の
燃焼室に噴射された燃料を筒内の圧縮により自己着火さ
せる形式のエンジンをいい、代表的にはディーゼルエン
ジン、特に本実施形態ではコモンレール式燃料噴射装置
を備えたコモンレール式ディーゼルエンジンである。図
は便宜上単気筒で示すが、当然多気筒であってもよい。

【００２２】１がエンジン本体で、これはシリンダ
（筒）２、シリンダヘッド３、ピストン４、吸気ポート
５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、燃料噴射弁と
してのインジェクタ９等から構成される。シリンダ２内
に燃焼室１０が形成され、燃焼室１０内にインジェクタ
９から燃料が噴射される。ピストン４の頂部にキャビテ
ィ１１が形成され、キャビティ１１は燃焼室１０の一部
をなす。キャビティ１１は底部中央が隆起したリエント
ラント型燃焼室の形態をなす。インジェクタ９から噴射
される燃料は常にキャビティ１１内に到達する。これは
燃料がシリンダ２側壁等に付着すると未燃ＨＣ排出等の
問題が生じるからである。

【００２３】吸気ポート５は吸気管１２に、排気ポート
６は排気管１３にそれぞれ接続される。またこのエンジ
ンにはターボチャージャ１４が設けられ、排気エネルギ
を利用して吸気を過給するようになっている。１５がタ
ービン、１６がコンプレッサである。コンプレッサ１６
の上流側に吸気量を検出するための吸気量センサ１７が
設けられ、コンプレッサ１６の下流側に吸気を冷却する
ためのインタクーラ１８が設けられる。ただし、本発明
はターボチャージャの無い自然吸気エンジンにも有効で
あることはいうまでもない。

【００２４】さらにこのエンジンはＥＧＲ装置１９も具
備している。ＥＧＲ装置１９は、吸気管１２と排気管１
３とを結ぶＥＧＲ管２０と、ＥＧＲ量を調節するための
ＥＧＲ弁２１と、ＥＧＲ弁２１の上流側にてＥＧＲガス
を冷却するＥＧＲクーラ２２とを備える。吸気管１２に
おいては、ＥＧＲ管２０との接続部の上流側にて吸気を
適宜絞るための吸気絞り弁２３が設けられる。

【００２５】インジェクタ９はコモンレール２４に接続
され、そのコモンレール２４に貯留された噴射圧力相当
の高圧燃料（２０〜２００ＭＰａ）がインジェクタ９に
常時供給されている。コモンレール２４には高圧ポンプ
２５により加圧圧送された燃料が随時供給される。

【００２６】このエンジンを電子制御するため電子制御
ユニット（以下ＥＣＵという）２６が設けられる。ＥＣ
Ｕ２６は各種センサ類から実際のエンジン運転状態を検
出し、このエンジン運転状態に基づきインジェクタ９、
ＥＧＲ弁２１、吸気絞り弁２３、及び高圧ポンプ２５か
らの燃料圧送量を調節する調量弁（図示せず）等を制御
する。前記センサ類としては前記吸気量センサ１７の
他、アクセル開度センサ、エンジン回転センサ、コモン
レール圧センサ（いずれも図示せず）等が含まれ、実際
の吸気量、アクセル開度、エンジン回転速度（回転
数）、エンジンのクランク角、コモンレール圧等がＥＣ
Ｕ２６により検知されるようになっている。

【００２７】インジェクタ９は、ＥＣＵ２６によりＯＮ
／ＯＦＦされる電磁ソレノイドを有し、電磁ソレノイド
がＯＮのとき開状態となって燃料を噴射すると共に、電
磁ソレノイドがＯＦＦのとき閉状態となって燃料噴射を
停止する。ＥＣＵ２６は、主にエンジン回転速度とアク
セル開度とから目標燃料噴射量と目標燃料噴射タイミン
グ（時期）とを決定し、実際にそのタイミングが到来し
たと同時に、目標燃料噴射量に応じた時間だけ電磁ソレ
ノイドをＯＮする。目標燃料噴射量が多いほどＯＮ時間
は長期である。またＥＣＵ２６は、エンジンの運転状態
に応じて目標コモンレール圧を決定し、実際のコモンレ
ール圧が目標コモンレール圧に近づくようコモンレール
圧をフィードバック制御する。

【００２８】インジェクタ９はシリンダ２と略同軸に位
置され、複数の噴孔から同時に放射状に燃料を噴射す
る。各燃料噴霧の軸線Ｌとシリンダ中心Ｃとのなす角は
常に一定である。

【００２９】次に、このエンジンにおける燃料噴射制御
の内容を説明する。

【００３０】図２はクランク角に対しての燃料噴射の態
様及び燃焼状態を示したグラフである。横軸がクランク
角である。縦軸については、最下段の（ａ）図がインジ
ェクタ９の電磁ソレノイドに流れるソレノイド電流、
（ｂ）図が熱発生率（秒間当たりの熱発生量；ｋＪ／
ｓ）である。なお、（ｂ）図の熱発生率は筒内圧力の実
測値から求めた計算結果である。

【００３１】（ａ）図に示されるように、このエンジン
では、比較的少量のパイロット噴射と比較的多量のメイ
ン噴射とによる２段噴射を実行する。具体的には、ＥＣ
Ｕ２６により、エンジン運転状態に基づく目標燃料噴射
タイミングと目標燃料噴射量とを、予め定められたマッ
プ等に従ってパイロット噴射及びメイン噴射各々につい
て決定し、それぞれの目標燃料噴射タイミングが到来し
たら、それぞれの目標燃料噴射量に応じた時間だけイン
ジェクタ９をＯＮし、それぞれの目標燃料噴射タイミン
グと目標燃料噴射量とに見合ったパイロット噴射とメイ
ン噴射とを実行する。

【００３２】図は、メイン噴射のタイミング及び量と、
パイロット噴射の量とを一定とし、パイロット噴射のタ
イミングのみを変化させた四つの噴射形態〜を併記
している。、、、のパイロット噴射タイミング
はそれぞれ４８°ＢＴＤＣ（−４８°ＡＴＤＣ、以下同
様）、３８°ＢＴＤＣ、２８°ＢＴＤＣ、１８°ＢＴＤ
Ｃである。メイン噴射タイミングは５°ＡＴＤＣであ
る。なおこれらタイミングは全てインジェクタ９のＯＮ
開始時刻で規定している。

【００３３】一般的なパイロット噴射タイミングはなる
べくメイン噴射に近付けるように設定される。現在広く
使われているハードウェアの制約下では２５００ｒｐｍ
以下の中低速回転において１５〜２０°ＢＴＤＣ程度で
あるので、は一般的なパイロット噴射タイミングとい
える。これに対して、、、という順でパイロット
噴射タイミングが順次早期化ないし進角（アドバンス）
されている。

【００３４】一方、本実施形態のメイン噴射タイミング
は圧縮上死点ＴＤＣ以降に設定され、同一の運転条件に
おける一般的なメイン噴射タイミングに比較して遅角側
に設定される。即ちメインリタード噴射が実行されるの
である。これは筒内温度が低下した領域で燃料の希薄
化、予混合化を促進してスモークの低減を図るためであ
る。

【００３５】（ｂ）図から理解されるように、、の
場合、パイロット噴射による熱発生率の顕著なピークが
見られ、、の場合このような顕著なピークは見られ
ない。そしてからへとパイロット噴射タイミングが
遅角化されるにつれ、熱発生率のピーク値（極大値）は
大きくなる傾向にある。、の場合、ピーク発生時期
でパイロット噴射による燃料（軽油）が連続的な着火或
いは燃焼を生じ、そのためスートが発生しているものと
予測される。従って、のパイロット噴射タイミング
はあまり好ましいものではない。

【００３６】逆に、、の場合のように、パイロット
噴射タイミングが早いほど、筒内圧力及び筒内温度が低
い状態で燃料が噴射されるので、着火可能な筒内圧力及
び筒内温度に達するまでに十分な予混合化が可能にな
り、熱発生率の顕著なピークは生じず、スートの発生も
ないと考えられる。

【００３７】この結果から、本実施形態では、通常より
早期のタイミングでパイロット噴射を行うものとする。
また本発明者らは、パイロット噴射による熱発生率に着
目し、後述の試験を行ったところ、パイロット噴射によ
る熱発生率ピークと、メイン噴射を合わせて実施した場
合のスートの発生との間に強い相関関係があることを新
たに見出した。そこでパイロット噴射における燃料噴射
量と燃料噴射タイミングとを後述のように最適に定める
こととした。

【００３８】ところで、図示されるように、、では
、に比較して熱発生率のピークが生じなかった分、
パイロット噴射燃料が、上死点後に実行されるメイン噴
射の燃料と共に燃焼する傾向が強くなり、メイン噴射燃
料の燃焼時に熱発生率のピーク値が高くなる傾向にあ
る。メイン噴射後に生じる熱発生率のピーク値は、で
最も高く、以下、、となるにつれ低くなってい
く。つまりパイロット噴射が早期に行われる程着火遅れ
が長くなり、メイン噴射燃料と一緒に一気に燃焼する傾
向が強くなる。

【００３９】このように早期パイロット噴射では、通常
のパイロット噴射に比べ、上死点後に実行されるメイン
噴射後に高い熱発生率のピーク値が得られるので、燃焼
が比較的急激に行われ、出力の向上及び燃費低減が見込
まれる。

【００４０】前述したように、パイロット噴射タイミン
グは早期の方が良いということがいえるが、あまりに早
期だとピストンがかなり下方に位置するためインジェク
タから噴射された燃料がキャビティに入らなくなってし
まう。そうなるとシリンダ側壁等に噴射燃料が付着し、
オイル希釈化、未燃ＨＣ増大等の問題を生じてしまう。
従って、パイロット噴射タイミングの進角側の限界は、
インジェクタから噴射された燃料がぎりぎりキャビティ
に入るようなタイミングが好ましい。言い換えれば、図
１に示されるように、インジェクタ９から噴射された燃
料Ｌがキャビティ１１の入口端縁２７を通過するような
クランク角になった時である。このクランク角は通常約
５０°ＢＴＤＣ程度である。

【００４１】一方、パイロット噴射タイミングの遅角側
の限界と、パイロット噴射量とは、上記のような熱発生
率及びスートの相関関係を考慮して最適に定めるべきで
ある。即ち、パイロット噴射タイミングをあまりに遅角
させたり、パイロット噴射量をあまりに多く設定してし
まうと、顕著な熱発生率のピークが生じ、スートが発生
してしまう。

【００４２】そこでこれらを決定するために行った試験
の結果が図５及び図６である。

【００４３】図５は、パイロット噴射タイミングと、パ
イロット噴射による最大熱発生率との関係を調べたもの
で、横軸がパイロット噴射タイミング（°ＡＴＤＣ）、
縦軸が最大熱発生率（ｋＪ／ｓ；キロジュール毎秒）で
ある。また図６は、パイロット噴射による最大熱発生率
とスート（煤）との関係を調べたもので、横軸がスート
（ｇ／ｋＷｈ）、縦軸が最大熱発生率（ｋＪ／ｓ）であ
る。ここでいう最大熱発生率とは、図２の熱発生率の線
図において上死点前に生じているパイロット噴射による
熱発生率のピーク値（最大値）のことである。

【００４４】試験は、気筒当たりの排気量約８００ｃｃ
の多気筒エンジンにおける２種類のパイロット噴射量
（Ａ；３ｍｍ³／ｓｔ、Ｂ；６ｍｍ³／ｓｔ）と、気筒当
たりの排気量約４００ｃｃの多気筒エンジンにおける１
種類のパイロット噴射量（Ｃ；１．２ｍｍ³／ｓｔ）と
に対して行った。Ａ〜Ｃそれぞれについて、パイロット
噴射タイミングを−１０〜−５０°ＡＴＤＣの範囲で変
化させてグラフ中の三本の線図Ａ，Ｂ，Ｃを得ている。
共通の試験条件としては、エンジンの出力トルクがＡ〜
Ｃ各条件で一定になるようにトータルの燃料噴射量が設
定され、総噴射量が中負荷程度に設定され、メイン噴射
タイミングが圧縮上死点以降に設定される。ここでメイ
ン噴射は、圧縮上死点以降であってパイロット噴射無し
でも緩やかに燃焼が進行する程度のタイミングで行わ
れ、且つ、メイン噴射が完了するまでに着火しない程度
のタイミングと量とで行われる。ちなみにメイン噴射を
上死点前及び上死点付近で行ったのでは即座に着火が始
まり、スモーク及びＮＯｘを低減することはできない。

【００４５】なお、これらＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ対応す
るのが図２，図３，図４のグラフである。言い換えれ
ば、Ａ，Ｂ，Ｃの各条件における試験の結果に基づき図
２，図３，図４のグラフが作成され、さらに図５，図６
のグラフが作成される。

【００４６】図５から分かるように、パイロット噴射タ
イミングが早期化（アドバンス）されるほど最大熱発生
率が小さくなる傾向にある。また、パイロット噴射量が
少ないほど最大熱発生率が小さくなり、タイミングの遅
角化に対する最大熱発生率の上昇率（つまり線図の傾
き）も小さくなる傾向にある。

【００４７】次に、図６においては、線図が左側に向か
うにつれパイロット噴射タイミングが早期化され、最大
熱発生率が減少し、スートも減少する。そして最大熱発
生率が６０ｋＪ／ｓ以下であれば、Ａ，Ｂ，Ｃいずれの
条件においても良好なスートレベルを得られる。

【００４８】そこで、この結果から、パイロット噴射に
おける燃料噴射量と燃料噴射タイミングとは、燃焼室内
における最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下となるような
燃料噴射量と燃料噴射タイミングとに設定するものとす
る。このような燃料噴射量と燃料噴射タイミングとで行
われるパイロット噴射を低発熱率パイロット噴射と称
す。言い換えれば、最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓとなる
パイロット噴射量及びタイミングが、噴射量の上限値及
びタイミングの遅角側限界値である。これにより、パイ
ロット噴射燃料単独での燃焼が防止され、結果的に上死
点以降に実施されるメイン噴射と合わせてスモークが抑
制できる。

【００４９】図５に戻って、最大熱発生率が６０ｋＪ／
ｓ以下となるのは、条件Ａ（３ｍｍ ³／ｓｔ）では約−
３９°ＡＴＤＣ（３９°ＢＴＤＣ）以前、条件Ｂ（６ｍ
ｍ³／ｓｔ）では約−４０°ＡＴＤＣ（４０°ＢＴＤ
Ｃ）以前、条件Ｃ（１．２ｍｍ³／ｓｔ）では約−２７
°ＡＴＤＣ（２７°ＢＴＤＣ）以前である。そこでこれ
らＡ，Ｂ，Ｃの条件では各々に対応するパイロット噴射
タイミングに設定するものとする。

【００５０】以上のような、最大熱発生率が６０ｋＪ／
ｓ以下となるようなパイロット噴射を伴う本実施形態の
燃焼（噴射）形態を低発熱率パイロット・メイン燃焼
（噴射）と称する。この燃焼形態をまとめていうと以下
のようになる。まず、上記のような最適量、最適タイミ
ングでパイロット噴射を行うと、この噴射燃料は燃焼室
内に十分拡散して希薄化、予混合化し、シリンダ内での
燃料が連続的に着火、燃焼することが抑制される。そし
てこの状態は圧縮上死点ＴＤＣを越えてメイン噴射の燃
焼時期まで持続される。上死点以降に設定されたメイン
噴射時期においてメイン噴射が実行されると、通常より
筒内圧力及び温度が低いため、通常より長期の着火遅れ
期間を経て、メイン噴射燃料がパイロット噴射による希
薄予混合気と一緒に着火、燃焼する。このとき既にメイ
ン噴射燃料の予混合化も十分進んでいるため、燃焼によ
るスートの発生は抑えられる。

【００５１】本燃焼方式によれば、リタードメイン噴射
に併せて低発熱率パイロット噴射を行うため、単段噴射
のリタード燃焼に比べメイン噴射後の予混合化期間を短
縮でき、例えば図２のに示されるようにメイン噴射後
の燃焼をシリンダ内が低温である状態で急激に行うこと
ができる。これにより燃費の悪化を防止できる。またパ
イロット噴射燃料の予混合化によりメイン噴射燃料燃焼
時の筒内温度を高くすることができ、燃焼を安定化させ
ることができる。

【００５２】一方、本燃焼方式は上記のような最適量、
最適タイミングでパイロット噴射を行うため、メイン噴
射前におけるパイロット噴射燃料の燃焼は発生せず、特
開２０００−３１０１５０の技術に比較してスモークを
改善できる。

【００５３】このように、パイロット噴射を行い且つ圧
縮上死点以降にリタードメイン噴射を行う圧縮着火式内
燃機関において、パイロット噴射の量とタイミングとを
適正化することができ、パイロット噴射によるスモーク
を抑制することができる。

【００５４】なお、本発明の実施の形態は他にも様々な
ものが採用可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、低発熱率
のパイロット噴射により、上死点以降にメイン噴射を行
う際の排ガス中のスモークを抑制することができるとい
う、優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る圧縮着火式内燃機関を
示す構成図である。

【図２】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係
を示したグラフである。

【図３】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係
を示したグラフである。

【図４】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係
を示したグラフである。

【図５】パイロット噴射タイミングと最大熱発生率との
関係を示したグラフである。

【図６】スートと最大熱発生率との関係を示したグラフ
である。

【符号の説明】

１エンジン本体２シリンダ４ピストン９インジェクタ１０燃焼室１１キャビティ１９ＥＧＲ装置２４コモンレール２６電子制御ユニット（制御手段）２７入口端縁Ｌ噴射燃料

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/40 Ｆ０２Ｄ 41/40 Ｄ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｇ３０１ＮＦ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｊ (72)発明者上松豊神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞ中央研究所内 (72)発明者本田真人神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞ中央研究所内 (72)発明者本間鉄也神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞ中央研究所内 (72)発明者横山仁神奈川県藤沢市土棚８番地株式会社いすゞ中央研究所内 (72)発明者張吉龍神奈川県藤沢市土棚８番地いすゞ自動車株式会社藤沢工場内Ｆターム(参考） 3G023 AA04 AB05 AC05 AD02 AD29 AG03 3G062 AA01 BA05 GA01 GA04 GA06 GA08 GA15 3G084 AA01 BA05 BA13 BA15 BA20 DA02 DA10 EB08 EB12 EC02 FA00 FA07 FA10 FA33 3G092 AA02 AA17 AB03 BB05 BB06 BB11 BB19 DC09 DC10 DE03S DE09S DF03 DG05 EA02 EC02 EC09 FA17 FA24 HA01Z HA06Z HB03Z HE01Z 3G301 HA02 HA04 HA13 JA02 JA24 JA25 LB11 LB16 LC01 MA15 MA18 MA23 MA26 MA28 NA06 NA07 NB14 NC02 NE03 NE08 NE14 NE15 NE24 PA01Z PA11Z PB08Z PE01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射
弁を備え、該燃料噴射弁から噴射される燃料の量とタイ
ミングとをエンジン運転状態に基づき制御するようにし
た圧縮着火式内燃機関において、圧縮上死点前に上記燃
料噴射弁から比較的少量のパイロット噴射を実行させ、
その後圧縮上死点以降に上記燃料噴射弁から比較的多量
のメイン噴射を実行させるようにし、且つ、上記パイロ
ット噴射における燃料噴射量と燃料噴射タイミングと
を、そのパイロット噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ
／ｓ以下になるように設定したことを特徴とする圧縮着
火式内燃機関。
【請求項２】上記パイロット噴射の最も進角側のタイ
ミングが、上記燃料噴射弁から噴射される燃料がピスト
ン頂部に形成されたキャビティの入口端縁を通過するよ
うなクランク角になった時である請求項１記載の圧縮着
火式内燃機関。
【請求項３】上記パイロット噴射及びメイン噴射に伴
ってＥＧＲ装置によるＥＧＲを実行する請求項１又は２
記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項４】上記圧縮着火式内燃機関が、コモンレー
ル式ディーゼルエンジンである請求項１乃至３いずれか
に記載の圧縮着火式内燃機関。
【請求項５】筒内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射
弁と、該燃料噴射弁に高圧燃料を常時供給するコモンレ
ールと、燃料噴射弁から噴射される燃料の量とタイミン
グとがエンジン運転状態に基づいて予め決定された量と
タイミングとなるように燃料噴射弁を制御する制御手段
とを備えたコモンレール式ディーゼルエンジンにおい
て、上記制御手段が、圧縮上死点前に上記燃料噴射弁か
ら比較的少量のパイロット噴射を実行させ、その後圧縮
上死点以降に上記燃料噴射弁から比較的多量のメイン噴
射を実行させるものであり、且つ、上記パイロット噴射
を、そのパイロット噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ
／ｓ以下になるような燃料噴射量と燃料噴射タイミング
とに基づき実行させることを特徴とするコモンレール式
ディーゼルエンジン。
【請求項６】燃料噴射弁から筒内の燃焼室に噴射され
る燃料の量とタイミングとをエンジン運転状態に基づき
制御するようにした圧縮着火式内燃機関の制御方法にお
いて、圧縮上死点前に上記燃料噴射弁から比較的少量の
パイロット噴射を実行させ、その後圧縮上死点以降に上
記燃料噴射弁から比較的多量のメイン噴射を実行させる
ようにし、且つ、上記パイロット噴射における燃料噴射
量と燃料噴射タイミングとを、そのパイロット噴射によ
る最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるように設定し
たことを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御方法。