JP2005220849A - 圧縮着火式内燃機関の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリンダＡ２内に燃料噴射弁Ａ８より噴射供給した燃料を圧縮して着火する一方、前記シリンダ内に燃焼後における排気ガスの一部を残留し、この残留排気ガスの比率を、負荷の変化に応じて増減制御するように構成して成る圧縮着火式内燃機関Ａにおいて、前記残留排気ガスの比率を増大したときにおけるスモークの発生及び騒音の増大を低減する。
【解決手段】 前記燃料噴射弁Ａ８による燃料噴射を、前記残留排気ガスの比率を増大したとき、主噴射と、この主噴射に適宜クランク角度だけ先立っての予備又はプリ噴射とに分けて行うように制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディーゼル機関等の圧縮着火式の内燃機関において、その運転を制御する装置に関するものである。

一般に、排気ガス中のＮＯｘを低減してそのクリーン化を図るには、シリンダ内に供給される給気に、シリンダから排出された排気ガスの一部を混合するという外部ＥＧＲよりも、前記シリンダ内における排気ガスの一部をシリンダ内に残留させるという内部ＥＧＲの方が効果的であることが良く知られている。

そこで、先行技術としての特許文献１には、二サイクル式のディーゼル機関において、前記シリンダにおける掃気ポートへの給気通路に、給気を圧縮して前記掃気ポートに供給する掃気ポンプと、この掃気ポンプを迂回してその吸込み側と吐出側とを接続する給気バイパス通路とを設け、この給気バイパス通路中に設けた流量制御弁を、負荷の減少に比例して開くように構成することにより、前記シリンダ内における排気ガスのうちシリンダ内に残留する排気ガス、つまり、残留排気ガスの比率を、負荷の減少に比例して増大するように制御することが記載されている。
特開平１０−２５２４８７号公報

しかし、この先行技術のように、シリンダ内に燃料噴射弁より噴射供給した燃料を圧縮して着火する一方、前記シリンダ内に燃焼後における排気ガスの一部を残留し、この残留排気ガスの比率を、負荷の変化に応じて増減制御するように構成して成る圧縮着火式の内燃機関において、前記残留排気ガスの比率を、負荷の減少に比例して増大することは、低負荷域における排気ガスのクリーン化を確実に達成することができるが、その反面、シリンダ内における温度が、前記残留排気ガスの比率の増大に応じて高くなり、シリンダ内温度が必要以上に高くなった場合に、噴射供給された燃料に早期燃焼や爆発燃焼が発生するおそれが大きくて、この早期燃焼や爆発燃焼によって、煤の発生及びＮＯｘの発生が増大するばかりか、騒音が増大するという問題があった。

本発明は、このような問題を解消することができるようにした運転制御装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「シリンダ内に燃料噴射弁より噴射供給した燃料を圧縮して着火する一方、前記シリンダ内に燃焼後における排気ガスの一部を残留し、この残留排気ガスの比率を、負荷の変化に応じて増減制御するように構成して成る圧縮着火式内燃機関において、
前記燃料噴射弁による燃料噴射を、前記残留排気ガスの比率を増大したとき、主噴射と、この主噴射に適宜クランク角度だけ先立っての予備又はプリ噴射とに分けて行うように制御する。」
ことを特徴としている。

また、本発明の請求項２は、
「前記請求項１の記載において、前記主燃料に対する予備又はプリ噴射の比率を、前記残留排気ガスの比率の増大に比例して増大するように制御する。」
ことを特徴としている。

更にまた、請求項３は、
「前記請求項２の記載において、前記残留排気ガスの比率を、負荷の減少に比例して増大するように制御する。」
ことを特徴としている。

そして、本発明の請求項４は、
「前記請求項１〜３のいずれかの記載において、前記内燃機関は、その実効圧縮比の変更手段を備え、温度が低いとき前記実効圧縮比を高くするように制御する。」
ことを特徴としている。

シリンダ内に対する燃料噴射を、主噴射と、これに先立っての予備又はプリ噴射とに分けて行うことにより、前記シリンダ内における温度を、前記予備又はプリ噴射した燃料が気化するときにおける気化潜熱によって下げることかできる。

そこで、請求項１に記載したように、燃料噴射弁より噴射供給した燃料を圧縮して着火する一方、前記シリンダ内に燃焼後における排気ガスの一部を残留し、この残留排気ガスの比率を、負荷の変化に応じて増減制御するように構成して成る圧縮着火式の内燃機関において、前記残留排気ガスの比率を増大した場合に、前記シリンダに対する燃料噴射を、主噴射と、これに先立っての予備又はプリ噴射とに分けて行うように制御することにより、前記シリンダ内における温度上昇を、前記予備又はプリ噴射にて抑制でき、ひいては、前記シリンダ内における燃焼に早期燃焼や爆発燃焼が発生することのおそれを前記残留排気ガスの比率を増大によって確実に抑制できるから、前記残留排気ガスの比率を増大したとにおけるスモークの発生及び騒音の増大を確実に低減できる。

この場合において、請求項２に記載したように、前記主燃料に対する予備又はプリ噴射の比率を、前記残留排気ガスの比率の増大に比例して増大することにより、シリンダ内における温度が、残留排気ガスの比率の増大に比例して上昇することを、前記残留排気ガスの比率の増大に比例して増大する予備又はプリ噴射の比率によって確実に抑制できるから、前記した効果をより確実に達成することができる。

また、請求項３に記載したように、前記主燃料に対する予備又はプリ噴射の比率を、前記残留排気ガスの比率の増大に比例して増大することに加えて、前記残留排気ガスの比率を、負荷の減少に比例して増大するように制御することにより、低負荷域において、残留排気ガスの比率の増大によるＮＯｘの確実な低減と、残留排気ガスの比率の増大に伴うスモーク及び騒音の確実な低減とを達成できる。そして、請求項４に記載した構成によると、内燃機関を温度が低い状態から始動したときに、その実効圧縮比を高くすることによって、シリンダ内における温度を、急速に上昇できて、正常燃料を早期に達成できるから、冷間での始動性及び出力を向上できる利点がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面について説明する。

図１は、第１の実施の形態で、ユニフロー型二サイクルディーゼル機関Ａに適用した場合を示す。

この図において、符号Ａ１は、図示しないクランク軸の回転で往復動するピストンＡ３を内蔵のシリンダＡ２を備えたシリンダブロックを示し、このシリンダブロックＡ１には、前記シリンダＡ２の中程部に開口して、前記ピストンＡ３の往復動により開閉される掃気ポートＡ４が設けられており、また、前記ピストンＡ３の頂面には、燃焼室Ａ５が凹み形成されている。

符号Ａ６は、前記シリンダブロックＡ１の上面に前記シリンダＡ２の頂部を塞ぐように締結したシリンダヘッドを示し、このシリンダヘッドＡ６には、前記シリンダＡ２からの二つの排気ポートＡ７と、前記ピストンＡ３の頂面における燃焼室Ａ５内に向かって燃料を噴射供給する燃料噴射弁Ａ８とが設けられ、前記二つの排気ポートＡ７には、電子式の動弁装置Ａ１０にて排気行程において開くようにした排気弁Ａ９が設けられている。

前記燃料噴射弁Ａ８は、燃料噴射を、主噴射と、この主噴射よりも適宜クランク角度だけ先立っての予備又はプリ噴射とに分けて行うことができるように構成されている。

符号Ａ１１は、エアクリーナＡ１２からの大気空気を前記掃気ポートＡ４に導くための給気通路を示し、この給気通路Ａ１１の途中には、前記二サイクルディーゼル機関Ａにて回転駆動されるブロワー圧縮機等の掃気ポンプＡ１３と、この掃気ポンプＡ１３を迂回してその吸込み側Ａ１３′と吐出側Ａ１３″とを接続する給気バイパス通路Ａ１４とが設けられ、前記給気バイパス通路Ａ１４中には、流量制御弁Ａ１５が設けられている。

そして、符号Ａ１６は、制御回路装置を示し、この制御回路装置Ａ１６は、前記二サイクルディーゼル機関Ａにおける負荷センサーＡ１６、前記クランク軸の回転角度センサーＡ１７及び前記ディーゼル機関Ａにおける温度センサーＡ１８からの信号を入力として、前記排気弁Ａ９と、前記流量制御弁Ａ１５と、前記燃料噴射弁８とを以下に述べるように制御する。

すなわち、前記制御回路装置Ａ１６は、前記流量制御弁Ａ１５における開度を、前記ディーゼル機関Ａにおける負荷の減少に比例して開き作動するように制御するとともに、前記燃料噴射弁Ａ８を、その主噴射と予備又はプリ噴射とに分けての燃料噴射を負荷が低いときにおいて行うように構成するか、或いは、前記主噴射に対する予備又はプリ噴射の比率を、負荷の減少に比例して増大するように制御する。

更に、前記制御回路装置Ａ１６は、前記排気弁Ａ９を、前記ピストンＡ３の下死点前の適宜クランク角度から下死点後の適宜クランク角度の間において開くように制御するとともに、ディーゼル機関Ａにおける温度が低いとき、前記排気弁Ａ９の開区間を、上死点側に適宜クランク角度だけ進角するように制御する。

この構成において、前記給気バイパス通路Ａ１４中における前記流量制御弁Ａ１５における開度が、負荷の減少に比例して開き作動するように制御されることにより、この流量制御弁Ａ１５の開き作動により、前記掃気ポンプＡ１３にて圧縮された吐出側Ａ１３″における空気のうちバイパス通路Ａ１４を通って吸込み側Ａ１３′に戻る量が多くなることで、前記シリンダＡ２に対する給気比が、負荷の減少に比例して低くなるから、シリンダＡ２内における排気ガスのうちシリンダＡ２内に残留する排気ガスの比率、つまり残留排気ガスの比率が、負荷の減少に比例して増大するように制御される。

一方、前記流量制御弁Ａ１５における開度が負荷の減少に比例して開き作動するように制御されると同時に、前記燃料噴射弁Ａ８が、燃料の噴射供給を、主燃料と予備又はプリ噴射とに分けて行うように制御されるか、或いは、主燃料と予備又はプリ噴射とに分けて行う場合に、その予備又はプリ噴射の比率が増大するように制御され、この予備又はプリ噴射された燃料が気化するときにおける気化潜熱によって、前記残留排気ガス比率の増大による温度の上昇を抑制できる。

また、前記ディーゼル機関Ａを冷めた状態から始動するときには、前記排気弁Ａ９は、その開区間が上死点側に進角するように制御されることにより、所定の温度状態の場合よりも早い時期に閉じることになるから、シリンダＡ２内における実効圧縮比が、所定の温度状態の場合よりも高くなって、シリンダＡ２内における温度上昇が早められる。

次に、図２は、第２の実施の形態で、四サイクルのディーゼル機関Ｂに適用した場合である。

この図において、符号Ｂ１は、図示しないクランク軸の回転で往復動するピストンＢ３を内蔵のシリンダＢ２を備えたシリンダブロックを示し、前記ピストンＢ３の頂面には、燃焼室Ｂ４が凹み形成されている。

符号Ｂ５は、前記シリンダブロックＢ１の上面に前記シリンダＢ２の頂部を塞ぐように締結したシリンダヘッドを示し、このシリンダヘッドＢ５には、前記シリンダＢ２への少なくとも一つの吸気ポートＢ６と、シリンダＢ２からの少なくとも一つの排気ポートＢ７とが設けられ、前記吸気ポートＢ６のシリンダＢ２内への開口部には、電子動弁装置Ｂ８にて開閉作動される吸気弁Ｂ９が、前記排気ポートＢ７のシリンダＢ２内への開口部には、電子動弁装置Ｂ１０にて開閉作動される排気弁Ｂ１１が各々設けられている。

また、前記シリンダヘッドＢ５には、前記ピストンＢ３の頂面における燃焼室Ｂ４内に向かって燃料を噴射供給する燃料噴射弁Ｂ１２が設けられ、この燃料噴射弁Ｂ１２は、燃料噴射を、主噴射と、この主噴射よりも適宜クランク角度だけ先立っての予備又はプリ噴射とに分けて行うことができるように構成されている。

更にまた、前記シリンダヘッドＢ５には、圧縮比可変用ピストンＢ１３が、アクチェータＢ１４にてシリンダＢ２内に向かって前後動するように設けられている。

そして、符号Ｂ１５は、制御回路装置を示し、この制御回路装置Ｂ１５は、前記ディーゼル機関Ｂにおける負荷センサーＢ１６、前記クランク軸の回転角度センサーＢ１７及び前記ディーゼル機関Ｂにおける温度センサーＢ１８からの信号を入力として、前記吸気弁Ｂ９、前記排気弁Ｂ１１、前記燃料噴射弁Ｂ１２及び前記圧縮比可変用ピストンＢ１３を以下に述べるように制御する。

すなわち、前記制御回路装置Ｂ１５は、前記吸気弁Ｂ９を、吸気行程における上死点前から下死点後までのクランク角度区間において開くように制御するとともに、この吸気弁Ｂ９における開区間を、負荷の減少に比例して適宜クランク角度だけ進角するように制御する一方、前記排気弁Ｂ１１を、行程における下死点前から上死点後までのクランク角度区間において開くように制御する。

また、前記制御回路装置Ｂ１５は、前記燃料噴射弁Ｂ１２を、その主噴射と予備又はプリ噴射とに分けての燃料噴射を負荷が低いときにおいて行うように構成するか、或いは、前記主噴射に対する予備又はプリ噴射の比率を、負荷の減少に比例して増大するように制御する。

更にまた、前記制御回路装置Ｂ１５は、前記圧縮比可変用ピストンＢ１３を、前記ディーゼル機関Ｂにおける温度が低いときにおいてシリンダＢ２内に向かって前進動するように制御する。

この構成において、吸気弁Ｂ９における開区間が、負荷の減少に比例して進角され、この吸気弁Ｂ９における閉弁タイミングが、負荷の減少に比例して進角されることにより、シリンダＢ２内における排気ガスのうちシリンダＢ２内に残留する排気ガスの比率、つまり残留排気ガスの比率が、負荷の減少に比例して増大するように制御される。

一方、前記吸気弁Ｂ９における開区間が負荷の減少に比例して進角するように制御されると同時に、前記燃料噴射弁Ｂ１２が、燃料の噴射供給を、主燃料と予備又はプリ噴射とに分けて行うように制御されるか、或いは、主燃料と予備又はプリ噴射とに分けて行う場合に、その予備又はプリ噴射の比率が増大するように制御され、この予備又はプリ噴射された燃料が気化するときにおける気化潜熱によって、前記残留排気ガス比率の増大による温度の上昇を抑制できる。

また、前記ディーゼル機関Ｂを冷めた状態から始動するときには、前記圧縮比可変用ピストンＢ１３は、シリンダＢ２内に向かって前進した位置、つまり、シリンダＢ２の内容積を縮小する位置にあって、シリンダＢ２内における実効圧縮比が、所定の温度状態の場合よりも高くなっているから、シリンダＢ２内における温度上昇が早められる。

この場合において、前記四サイクルディーゼル機関Ｂにおいて、その実効圧縮比を、温度が低いときにおいて高くすることは、前記圧縮比可変用ピストンＢ１３を使用することに代えて、前記排気弁Ｂ１１の開区間を、温度が低いときにおいて適宜クランク角度だけ進角することによっても達成できる。

この第２の実施の形態においては、前記吸気弁Ｂ９の開区間の変更によって残留排気ガスの比率を制御することに代えて、或いは、これに加えて、前記排気弁１１の開区間の変更によって残留排気ガスの比率を制御するように構成することもできる。

本発明の第１の実施の形態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図である。

符号の説明

Ａ 二サイクルディーゼル機関
Ａ２ シリンダ
Ａ３ ピストン
Ａ４ 掃気ポート
Ａ７ 排気ポート
Ａ８ 燃料噴射弁
Ａ９ 排気弁
Ａ１１ 給気通路
Ａ１３ 掃気ポンプ
Ａ１４ 給気バイパス通路
Ａ１５ 流量制御弁
Ａ１６ 制御回路装置
Ｂ 四サイクルディーゼル機関
Ｂ２ シリンダ
Ｂ３ ピストン
Ｂ６ 吸気ポート
Ｂ７ 排気ポート
Ｂ９ 吸気弁
Ｂ１１ 排気弁
Ｂ１２ 燃料噴射弁
Ｂ１３ 圧縮比可変用ピストン
Ｂ１５ 制御回路装置

Claims (4)

1. シリンダ内に燃料噴射弁より噴射供給した燃料を圧縮して着火する一方、前記シリンダ内に燃焼後における排気ガスの一部を残留し、この残留排気ガスの比率を、負荷の変化に応じて増減制御するように構成して成る圧縮着火式内燃機関において、
   前記燃料噴射弁による燃料噴射を、前記残留排気ガスの比率を増大したとき、主噴射と、この主噴射に適宜クランク角度だけ先立っての予備又はプリ噴射とに分けて行うように制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の運転制御装置。
2. 前記請求項１の記載において、前記主燃料に対する予備又はプリ噴射の比率を、前記残留排気ガスの比率の増大に比例して増大するように制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の運転制御装置。
3. 前記請求項２の記載において、前記残留排気ガスの比率を、負荷の減少に比例して増大するように制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の運転制御装置。
4. 前記請求項１〜３のいずれかの記載において、前記内燃機関は、その実効圧縮比の変更手段を備え、温度が低いとき前記実効圧縮比を高くするように制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の運転制御装置。

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