JP2005248748A

JP2005248748A - ディーゼルエンジン

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Publication number: JP2005248748A
Application number: JP2004057556A
Authority: JP
Inventors: Naoya Ishikawa; 直也石川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-15
Also published as: US20050193978A1; US7188606B2; EP1571322B1; EP1571322A2; CN1664339A; EP1571322A3

Abstract

【課題】予混合燃焼における燃料の着火タイミングを最適に制御できるディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】ＥＧＲ弁７と、吸気絞り弁１３と、それらＥＧＲ弁７及び吸気絞り弁１３を制御する制御手段１９と、ＥＧＲガスの導入部よりも上流側の吸入空気量を検出する検出手段１１とを備え、少なくとも所定の運転領域において予混合燃焼を実行するディーゼルエンジンであって、制御手段１９は、少なくとも予混合燃焼を実行する運転領域では、エンジンの運転状態に基づいて、混合気が目標とするタイミングで着火するために必要な目標吸入空気量を決定し、検出手段１１により検出される実際の吸入吸気量が目標吸入空気量と一致するように吸気絞り弁１３及び／又はＥＧＲ弁７を制御するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、予混合燃焼を実行するディーゼルエンジンに係り、特に、予混合燃焼における燃料の着火タイミングの最適化を図ったディーゼルエンジンに関するものである。

従来、ディーゼルエンジンでは筒内が高温・高圧となるピストンの圧縮上死点近傍で燃料を噴射するのが一般的であった。噴射された燃料は、吸入空気と混合して混合気となり、その混合気が着火して火炎が形成され、その火炎に後続の噴射燃料が供給されることにより燃焼が継続される。つまり、燃料の噴射中に着火が始まる。

これに対して、近年では、燃料噴射タイミングを圧縮上死点よりも早期にした予混合燃焼と称される燃焼方式が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。予混合燃焼では、燃料の噴射終了後、圧縮行程中の筒内温度上昇に伴って燃料の熱分解や酸化反応が起こることにより燃焼が開始する。つまり、燃料の噴射終了後、ある程度の期間を経て着火するものであり、これによれば、着火までに混合気が十分に希薄・均一化されるので、局所的な燃焼温度が下がり、ＮＯｘ排出量が低減する。また、局所的に空気不足状態での燃焼が回避されるためスモークの発生も抑制される。

このように排気ガスの改善に有効な予混合燃焼であるが、燃料の着火タイミングの制御が困難であるという問題があった。なぜなら、燃料の噴射中に着火が始まる従来の燃焼では、燃料噴射タイミングを制御することで着火タイミングを制御できるが、予混合燃焼では予混合期間（燃料の噴射が終了してから着火するまでの期間）が存在するため、燃料噴射タイミングを制御しても着火タイミングを充分に制御することができないからである。

予混合燃焼において、燃料の着火タイミングが適切でないと、排気ガスの浄化効果を得られないばかりでなく、効率悪化（燃費悪化）や燃焼騒音の発生などを引き起こしていまう。例えば、燃料の着火タイミングが早すぎる（圧縮上死点よりも前）と、熱損失の増大を招くと共に、着火開始後にピストンによる圧縮を受けるため、筒内が高温となり、ＮＯｘが発生してしまう虞がある。

従って、予混合燃焼において燃料の着火タイミングを適切に制御することが大きな課題となっている。

そこで、特許文献２には、過給圧を調整可能な可変過給装置と、ＥＧＲ装置とを備えたディーゼルエンジンにおいて、エンジンの運転状態毎に、燃料が最適なタイミングで着火するために必要な目標吸入空気量を設定し、実際の吸入空気量が目標吸入空気量となるように、過給圧及びＥＧＲ率を調整することが記載されている。

特開２００１−２０７８４号公報特開２００２−３２７６３８号公報

しかしながら、吸入空気量を制御するために過給圧を変化させると、過給圧がエンジンの運転状態に適さなくなる場合があり、燃費の悪化や、加速時の過給圧の立ち上がりへの悪影響等を招くおそれがあった。

また、過給圧を変化させるとＥＧＲ率及び吸入空気量が変化するため、過給圧とＥＧＲ率とを協調させて制御する必要があり、吸入空気量の制御が極めて困難であるという問題もあった。言い換えれば、過給圧変化による吸入空気量変化とＥＧＲ率変化による吸入空気量変化とが複雑に絡み合っているため、吸入空気量を目的値に制御することは容易ではない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、予混合燃焼における燃料の着火タイミングを最適に制御できるディーゼルエンジンを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、ＥＧＲ弁と、吸気通路におけるＥＧＲガス導入部よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、それらＥＧＲ弁及び吸気絞り弁を制御する制御手段と、吸気通路におけるＥＧＲガス導入部よりも上流側の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段とを備え、少なくとも所定の運転領域においては燃料を圧縮上死点よりも早期に噴射し、噴射終了後に圧縮着火させる予混合燃焼を実行するディーゼルエンジンであって、上記制御手段は、少なくとも上記予混合燃焼を実行する運転領域では、エンジンの運転状態に基づいて、燃料が目的とするタイミングで着火するために必要な目標吸入空気量を決定し、上記吸入空気量検出手段により検出される実際の吸入吸気量が上記目標吸入空気量と一致するように上記吸気絞り弁及び／又はＥＧＲ弁を制御するようにしたものである。

ここで、エンジン運転状態毎に、燃料が最適なタイミングで着火するために必要な酸素量、酸素濃度、空燃比、ＥＧＲ率、不活性ガス濃度の少なくともいずれか一つ又は組み合わせ、或いはこれらに相当する他の物理量の目標値が定められ、上記目標吸入空気量は、上記酸素量、酸素濃度、空燃比、ＥＧＲ率、不活性ガス濃度の少なくともいずれか一つ又は組み合わせ、或いはこれらに相当する他の物理量が上記目標値と一致するように決定されても良い。

また、上記制御手段は、上記目標吸入空気量が第一設定値以下である場合、上記ＥＧＲ弁の開度を固定して上記吸気絞り弁のみを開閉制御し、上記目標吸入空気量が上記第一設定値よりも大きく、第二設定値以下である場合、上記ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁の両方を開閉制御し、上記目標吸入空気量が上記第二設定値よりも大きい場合、上記吸気絞り弁の開度を固定して上記ＥＧＲ弁のみを開閉制御しても良い。

また、過給圧調整手段を備えた可変過給装置を更に有し、上記制御手段は、上記過給圧調整手段を上記目標吸入空気量とは無関係に、予め定められたマップに従って制御しても良い。

また、上記制御手段は、上記予混合燃焼を実行する運転領域では、上記過給圧調整手段の制御量を一定にしても良い。

本発明によれば、予混合燃焼における燃料の着火タイミングを最適に制御できるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本実施形態のディーゼルエンジンの概略図である。

図中１がエンジン本体であり、このエンジン本体１に吸気通路２、排気通路３がそれぞれ接続される。本実施形態のディーゼルエンジンは排気ガスの一部をエンジン本体１の燃焼室内に還流するＥＧＲ装置５を備える。ＥＧＲ装置５は、吸気通路２と排気通路３とを結ぶＥＧＲ通路６と、ＥＧＲ通路６の通路面積を変えてＥＧＲ率又はＥＧＲ量（以下単にＥＧＲ率と言う）を変化させるためのＥＧＲ弁７と、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ９とを備える。

吸気通路２には、エアクリーナ１０と、エアークリーナ１０を通過した吸入空気量（ＭＡＦ）を検出するためのＭＡＦセンサ１１（吸入空気量検出手段）と、吸入空気を冷却するインタークーラ１２と、インタークーラ１２よりも下流側、かつＥＧＲ通路６と吸気通路２との接続部（ＥＧＲガス導入部）よりも上流側で吸入空気量を変化させるための吸気絞り弁１３が設けられる。ＭＡＦセンサ１１は、ＥＧＲガス導入部よりも上流側に設けられ、ＥＧＲガスを含まない吸入空気（新気）の流量を検出する。

吸気通路２及び排気通路３には、可変容量型ターボ１４（可変過給装置）が設けられる。即ち、排気通路３におけるＥＧＲ通路６との接続部よりも下流側に排気タービン１５が設けられ、吸気通路２における吸気絞り弁１３よりも上流側にコンプレッサ１６が設けられる。これら排気タービン１５及びコンプレッサ１６は回転軸１８を介して互いに連結される。排気タービン１５には、排気タービン１５に導入される排気ガスの流量を変化させるための過給圧調整弁１７（過給圧調整手段）が設けられており、この過給圧調整弁１７の弁開度を変化させることにより、コンプレッサ１６による吸入空気の過給圧力を調整できる。

このディーゼルエンジンを電子制御するためのＥＣＵ１９（制御手段）が設けられる。ＥＣＵ１９は、ディーゼルエンジンに設けられた各種センサ類からエンジンの運転状態を検出し、このエンジン運転状態に基づいてエンジン本体１の燃料噴射システム、ＥＧＲ弁７、吸気絞り弁１３、過給圧調整弁１７等を制御する。前記センサ類としては、吸気通路２内の過給圧を検出する過給圧センサ２０、吸気絞り弁１３の弁開度を検出するポジションセンサ２１、ＥＧＲ弁７の弁開度を検出するポジションセンサ２２、ＭＡＦセンサ１１内を流れる吸入空気（新気）の温度を検出する温度センサ２３、過給圧調整弁１７の弁開度を検出するポジションセンサ２５、エンジン本体１のクランク軸の回転速度を検出するエンジン回転センサ（図示せず）、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ（図示せず）等が含まれ、それら各センサの検出値がＥＣＵ１９に入力される。

ＥＣＵ１９にはエンジン運転状態（エンジン回転速度、アクセル開度等）毎に燃料噴射タイミング、燃料噴射量、燃料噴射圧力等を定めたマップが予め記憶されており、ＥＣＵ１９は、各センサにより検出された実際のエンジン運転状態に基づいて上記マップから燃料噴射タイミング、燃料噴射量、燃料噴射圧力等の目標値を決定し、それら目標値に従って燃料噴射システムを適切に制御する。

本実施形態のディーゼルエンジンは、少なくとも所定のエンジン運転領域（運転状態）において、「背景技術」の欄で説明したような予混合燃焼を実行する。つまり、ＥＣＵ１９は所定の運転領域では、圧縮上死点よりも早期に燃料噴射を実行する。上述したように、予混合燃焼によれば、混合気の希薄・均一化が促進され、ＮＯｘ及びスモークを大幅に低減できる。

さて、本実施形態のディーゼルエンジンは、少なくとも予混合燃焼を実行する運転領域において、燃料の着火タイミングを最適に制御すべく工夫がなされている。即ち、ＥＣＵ１９は、少なくとも予混合燃焼を実行する運転領域では、エンジンの運転状態に基づいて、燃料若しくは混合気（吸入空気（新気）＋ＥＧＲガス＋燃料）が目標とするタイミング（最適なタイミング）で着火するために必要な目標吸入空気量（新気量）を決定し、ＭＡＦセンサ１１により検出される実際の吸入空気量に応じて吸気絞り弁１３及び／又はＥＧＲ弁７の弁開度をフィードバック制御し、実際の吸入空気量を目標吸入空気量に一致させる。

より詳しく説明すると、予混合燃焼では排気ガスの浄化効果を得られ、かつ、効率悪化や騒音発生などの悪影響が生じることのない最適な混合気着火タイミング（基本的には、圧縮上死点もしくはその直後）が存在する。そして、予混合燃焼では、混合気の着火タイミングは、燃料噴射タイミング、燃料噴射量、混合気の酸素濃度等によって変化する。なお、酸素濃度は、酸素量、空燃比、ＥＧＲ率又は量、不活性ガス濃度或いはこれらに相当する他の物理量に置き換えることができるものであるが、ここではこれら物理量の代表として酸素濃度を用いて説明する。上述したように、燃料噴射タイミング及び燃料噴射量等はエンジン運転状態により一義的に定まるので、これら燃料噴射タイミング及び燃料噴射量等に基づいて、エンジン運転状態毎に、混合気が目標とする最適なタイミングで着火するために必要な酸素濃度（目標酸素濃度）を実験やシミュレーション等により求めることができる。

そして、混合気の酸素濃度は吸入空気量（新気量）に依存するので、実験やシミュレーションなどにより、上述した目標酸素濃度を得るために必要な吸入空気量（目標吸入空気量）をエンジン運転状態毎に決定し、予めマップとしてＥＣＵ１９に記憶させておく。

吸入空気量は、吸気絞り弁１３及びＥＧＲ弁７の弁開度に応じて変化するので、ＥＣＵ１９は、実際のエンジン運転状態に基づいてマップから目標吸入空気量を決定した後、ＭＡＦセンサ１１により検出される実際の吸入空気量が目標吸入空気量と一致するように、吸気絞り弁１３及び／又はＥＧＲ弁７の弁開度をフィードバック制御する。これにより、予混合燃焼における燃料の着火タイミングを最適に制御でき、排気浄化効果を充分に得ることができると共に、効率の悪化や、騒音の発生等、不適切な着火タイミングに伴う悪影響を回避できる。

ここで大事なことは、本実施形態のディーゼルエンジンは吸入空気量の制御に過給圧調整弁１７を用いていないことである。つまり、本実施形態のディーゼルエンジンでは、ＥＣＵ１９に、エンジン運転状態（エンジン回転速度、燃料噴射量等）毎に過給圧調整弁１７の最適な弁開度を定めたマップが別途記憶されており、ＥＣＵ１９は上述した目標吸入空気量とは無関係に、このマップに従って過給圧調整弁１７の弁開度を制御する。従って、過給圧は常にエンジンの運転状態に適した値となり、燃費の悪化や、加速時の過給圧の立ち上がりへの悪影響等を招くことはない。なお、過給圧調整弁１７の弁開度が変化すると吸入空気量が変化するが、吸気絞り弁１３及び／又はＥＧＲ弁７の制御によりその変化分を補正（吸収）できるので、実際の吸入空気量を確実に目標吸入空気量と一致させることができる。

図２を用いて、吸入空気量と排気ガス特性及びエンジン性能との関係を示す。

図の横軸は吸入空気量を示す代替値としての空燃比（Ａ／Ｆ）であり、空燃比が高い程、吸入空気量が多いことを意味する。図の縦軸は上段からそれぞれ、ＥＧＲ率、ＴＨＣ排出量、ＮＯｘ排出量、スモーク排出量、正味平均有効圧力（ＢＭＥＰ）を示している。

図は、ＥＧＲ弁７の弁開度を固定として吸気絞り弁１３の弁開度のみを変えて空燃比（吸入空気量）を変化させた結果を示しており、丸ポイントで示すラインがＥＧＲ弁７の弁開度を２０％で固定した場合、三角ポイントで示すラインがＥＧＲ弁７の弁開度を４０％で固定した場合を示している。なお、図中四角ポイントで示すラインは、ピストンの圧縮上死点で燃料を噴射する従来の燃焼を行ったときの結果を比較のために示したものである。なお、全てのラインにおいて、エンジン回転速度及び燃料噴射量は一定である。また、各ラインにおいて矢印方向に向かうほど吸気絞り弁１３の弁開度が小さくなることを意味している。

図から分かるように、吸気絞り弁１３を絞ることにより空燃比が小さく、つまり、吸入空気量が少なくなり、ＥＧＲ率が増加する。

また、吸気絞り弁１３の弁開度が変化すると、ＴＨＣ、ＮＯｘ及びスモークの発生量が変化する。これは、吸気絞り弁１３の弁開度が変化することにより混合気の酸素濃度（空燃比、吸入空気量）が変化し、燃料の着火タイミングが変化するからである。

そして、図に示すように、全ての汚染物質の排出量が少なく、かつエンジン性能も従来の燃焼と同等レベルを確保できる最適な空燃比Ｂ（吸入空気量）が存在する。つまり、この空燃比Ｂのときの混合気の着火タイミングが上述した目標とする着火タイミング（最適な着火タイミング）である。

次に、図３を用いて、吸気絞り弁１３の弁開度（つまり吸入空気量）と着火タイミングとの関係の一例を示す。

図中横軸はクランク角であり、縦軸は上段が筒内圧力、中段が熱発生率、下段がエンジン本体１の燃料噴射弁に対する通電電流（駆動電流）を示している。

図は、−２０ＡＴＤＣで燃料噴射を実行した例を示しており、ＥＧＲ弁７の弁開度は２０％で固定とした。また、ラインI〜ラインIIIに向かうにつれて吸気絞り弁１３の弁開度が小さくなる。つまり、図３は吸気絞り弁１３の弁開度を３パターンに変化させたときの結果を示している。

図から分かるように、吸気絞り弁１３の弁開度が小さくなる程、筒内圧力及び熱発生率が立ち上がる時期が遅くなる。これは、吸気絞り弁１３の弁開度が小さくなる程、即ち、吸入空気量が少なくなる程、混合気の着火タイミングが遅くなることを意味している。また、混合気の着火タイミングが遅くなる程、筒内圧力及び熱発生率の最大値が小さくなることが分かる。

この結果から、吸気絞り弁１３の弁開度（吸入空気量）を制御することで、混合気の着火タイミング及び燃焼を制御できることが分かる。

混合気を目標とするタイミングで着火させるのに必要な吸入空気量はエンジンの運転状態毎に異なるので、予め試験やシミュレーション等により、エンジンの運転状態毎に目標とするタイミングで着火させるのに必要な吸入空気量を求めておき、ＥＣＵ１９に目標吸入空気量マップとして記憶させておく。

目標吸入空気量マップの一例を図４に示す。

図中、横軸はエンジン回転速度であり、縦軸は燃料噴射量（エンジン負荷に相当）である。また、ラインＣは、予混合燃焼と従来の燃焼との切替ポイントを示しており、ＥＣＵ１９は、ラインＣよりも下側の運転領域で予混合燃焼を実行する。つまり、本実施形態では、比較的低負荷運転領域で予混合燃焼を実行する。これは、高負荷運転領域では燃料噴射量が多くなるため、予混合燃焼を実行するとノッキング等が発生するおそれがあるからである。

さて、ラインＣよりも下側に配置されたラインＤ１〜Ｄ４が目標吸入空気量マップであり、同一直線上であれば目標吸入空気量が等しいことを意味している。図から分かるように、燃料噴射量が少なくなる程（エンジン負荷が小さくなる程）、目標吸入空気量は少なくなる。

ＥＣＵ１９は、エンジン回転センサにより検出された実際のエンジン回転速度と、エンジン回転速度及びアクセル開度等に基づいてマップから決定した燃料噴射量とに基づいて、このマップから目標吸入空気量を決定する。

そして、ＭＡＦセンサ１１により検出される実際の吸入空気量が目標吸入空気量と一致するように吸気絞り弁１３及び／又はＥＧＲ弁７を制御するのであるが、本実施形態では、マップから決定した目標吸入空気量の値に応じて制御する弁を選択する。

これを図５を用いて説明する。

図中、横軸は吸入空気量であり、縦軸は図５（ａ）がＥＧＲ率、図５（ｂ）が吸気絞り弁１３の弁開度、図５（ｃ）がＥＧＲ弁７の弁開度である。

図から分かるように、吸気絞り弁１３の弁開度が０％（全閉）の状態から徐々に大きくなると吸入空気量が増加し、ＥＧＲ率が低下する。そして、吸入空気量がある値Ｎ１まで上昇すると、吸気絞り弁１３の弁開度変化に対する吸入空気量の増加度合いが減小し、弁開度１００％（全開）となると吸入空気量はそれ以上増加しなくなる。

一方、ＥＧＲ弁７の弁開度が０％（全閉）の状態から徐々に大きくなると吸入空気量が低減し、ＥＧＲ率が上昇する。そして、吸入空気量がある値Ｎ２まで低減すると、ＥＧＲ弁７の弁開度変化に対する吸入空気量の低減度合いが減小し、開度１００％（全開）となると吸入空気量はそれ以上低減しなくなる。

このように、吸気絞り弁１３及びＥＧＲ弁７はそれぞれ、吸入空気量に対する感度の高い領域（制御性の高い領域）を有している。つまり、吸気絞り弁１３は吸入空気量がＮ１以下である領域で高い制御性を発揮し、ＥＧＲ弁７は吸入空気量がＮ２よりも大きい領域で高い制御性を発揮する。また、吸入空気量が中程度の領域（Ｎ１〜Ｎ２）では吸気絞り弁１３及びＥＧＲ弁７の制御性はそれほど高くない。

本実施形態のディーゼルエンジンは、吸気絞り弁１３及びＥＧＲ弁７のこのような特性を考慮して、吸入空気量をシンプルかつ適切に制御できるように工夫している。具体的に説明すると、ＥＣＵ１９は、マップから決定した目標吸入空気量が予め定められた第一設定値（図５のＮ１）以下である場合、ＥＧＲ弁７の開度を固定（通常は全開で固定）して吸気絞り弁１３のみを開閉制御し、目標吸入空気量が第一設定値Ｎ１よりも大きく、かつ、第一設定値Ｎ１よりも大きい第二設定値（図５のＮ２）以下である場合、ＥＧＲ弁７及び吸気絞り弁１３の両方を開閉制御し、目標吸入空気量が第二設定値Ｎ２よりも大きい場合、吸気絞り弁１３の開度を固定（通常は全開で固定）してＥＧＲ弁７のみを開閉制御する。なお、第一設定値Ｎ１及び第二設定値Ｎ２は、ＥＧＲ装置５の特性（例えば、ＥＧＲクーラ９の性能等）により種々変化する値であり、予め実験等により定めておく。

本実施形態によれば、吸気絞り弁１３又はＥＧＲ弁７各々の吸入空気量に対する感度が高い（制御性が高い）領域では、感度が高い方の弁のみを制御するので吸入空気量の制御を容易かつ細かく行うことができる。また、吸気絞り弁１３及びＥＧＲ弁７両方の吸入空気量に対する感度が比較的低い領域では両方の弁を制御するので、吸入空気量を確実に制御できる。また、吸入空気量の制御に吸気絞り弁１３とＥＧＲ弁７の両方を用いているので、吸入空気量の制御可能範囲が広い。従って、着火タイミングの最適化を確実に図れる。

本発明は以上説明した実施形態に限定はされない。

例えば、上記実施形態では可変過給装置として可変容量型ターボ（ＶＧＳ）１４を示したが、本発明はこの点において限定されず、可変ノズル式ターボ（ＶＮＴ）、２ステージターボ（ターボ２個の切替システム）、あるいはウエストゲートを用いた可変ターボ等、他の可変過給装置を用いても良い。

また、予混合燃焼を実行する運転領域において、過給圧調整手段（過給圧調整弁１７）の制御量（弁開度）をエンジンの運転状態に関わらず一定としても良い。こうすれば、過給圧が一定となるため、吸気絞り弁１３及び／又はＥＧＲ弁７による吸入空気量の制御をより容易に行うことができる。またこのとき、過給圧調整弁１７をほぼ全閉状態で固定するようにすれば、予混合燃焼を実行する低負荷領域から通常燃焼を実行する高負荷領域に移行したときに、良好な過給応答性を確保できる。

更に本発明は、吸入空気量の制御に過給圧調整手段を用いていないので、可変過給装置を備えていないディーゼルエンジンにも当然適用可能である。

また、上記実施形態では目標吸入空気量を目標酸素量に基づいて決定するとしたが、本発明はこの点において限定されず、酸素量、酸素濃度、空燃比、ＥＧＲ率、不活性ガス濃度の少なくともいずれか一つ又は組み合わせ、或いはこれらに相当する他の物理量を用いて目標吸入空気量を決定しても良い。

更に、上記実施形態ではＭＡＦセンサ１１により検出される実際の吸入空気量が目標吸入空気量となるように吸気絞り弁１３及び／又はＥＧＲ弁７を制御するとしたが、筒内圧センサ等により混合気の着火タイミングを検出し、実際の着火タイミングが予め定めた最適な着火タイミングと一致するように吸気絞り弁１３及び／ＥＧＲ弁７を制御することも可能である。

また、エンジンの運転状態に基づいて、燃料が目標とするタイミングで着火するために必要な目標酸素量を決定すると共に、エンジン本体１の燃焼室内又は吸気ポート等にＯ₂ センサを設け、Ｏ₂ センサにより検出される実際の酸素量が目標酸素量と一致するように、吸気絞り弁１３及び／又はＥＧＲ弁７を制御しても良い。

本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの概略図である。吸入空気量と排気ガス特性及びエンジン性能との関係を示す図である。吸気絞り弁１３の弁開度と筒内圧力及び熱発生率との関係を示す図である。目標吸入空気量マップの一例である。（ａ）は吸入空気量とＥＧＲ率との関係を示す図であり、（ｂ）は吸入空気量と吸気絞り弁開度との関係を示す図であり、（ｃ）は吸入空気量とＥＧＲ弁開度との関係を示す図である。

符号の説明

１エンジン本体
２吸気通路
３排気通路
５ＥＧＲ装置
７ＥＧＲ弁
１１吸入空気量検出手段（ＭＡＦセンサ）
１３吸気絞り弁
１４可変過給装置（可変容量型ターボ）
１７過給圧調整手段（過給圧調整弁）
１９制御手段（ＥＣＵ）

Claims

ＥＧＲ弁と、吸気通路におけるＥＧＲガス導入部よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、それらＥＧＲ弁及び吸気絞り弁を制御する制御手段と、吸気通路におけるＥＧＲガス導入部よりも上流側の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段とを備え、少なくとも所定の運転領域においては燃料を圧縮上死点よりも早期に噴射し、噴射終了後に圧縮着火させる予混合燃焼を実行するディーゼルエンジンであって、
上記制御手段は、
少なくとも上記予混合燃焼を実行する運転領域では、エンジンの運転状態に基づいて、燃料が目標とするタイミングで着火するために必要な目標吸入空気量を決定し、上記吸入空気量検出手段により検出される実際の吸入吸気量が上記目標吸入空気量と一致するように上記吸気絞り弁及び／又はＥＧＲ弁を制御することを特徴とするディーゼルエンジン。
エンジン運転状態毎に、燃料が最適なタイミングで着火するために必要な酸素量、酸素濃度、空燃比、ＥＧＲ率、不活性ガス濃度の少なくともいずれか一つ又は組み合わせ、或いはこれらに相当する他の物理量の目標値が定められ、上記目標吸入空気量は、上記酸素量、酸素濃度、空燃比、ＥＧＲ率、不活性ガス濃度の少なくともいずれか一つ又は組み合わせ、或いはこれらに相当する他の物理量が上記目標値と一致するように決定される請求項１記載のディーゼルエンジン。
上記制御手段は、
上記目標吸入空気量が第一設定値以下である場合、上記ＥＧＲ弁の開度を固定して上記吸気絞り弁のみを開閉制御し、
上記目標吸入空気量が上記第一設定値よりも大きく、第二設定値以下である場合、上記ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁の両方を開閉制御し、
上記目標吸入空気量が上記第二設定値よりも大きい場合、上記吸気絞り弁の開度を固定して上記ＥＧＲ弁のみを開閉制御する請求項１又は２記載のディーゼルエンジン。
過給圧調整手段を備えた可変過給装置を更に有し、
上記制御手段は、上記過給圧調整手段を上記目標吸入空気量とは無関係に、予め定められたマップに従って制御する請求項１〜３いずれかに記載のディーゼルエンジン。
上記制御手段は、上記予混合燃焼を実行する運転領域では、上記過給圧調整手段の制御量を一定にする請求項１〜４いずれかに記載のディーゼルエンジン。