JP2005291002A

JP2005291002A - ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JP2005291002A
Application number: JP2004103050A
Authority: JP
Inventors: Naomoto Shimazaki; 直基島▲崎▼; Terukazu Nishimura; 輝一西村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: EP1582727A3; CN1676909A; EP1582727A2; US7093590B2; CN100419240C; JP4039382B2; EP1582727B1; US20050217649A1

Abstract

【課題】予混合燃焼と通常燃焼との切り換えに際してＥＧＲ率を迅速に制御できるディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】燃料噴射装置９と、外部ＥＧＲ装置１９と、内部ＥＧＲ装置２９と、燃料噴射装置９、外部ＥＧＲ装置１９及び内部ＥＧＲ装置２９を制御する制御装置２６とを備え、制御装置２６は、所定の運転領域では、燃料を上死点近傍よりも早期に噴射すると共に比較的多量のＥＧＲを実行して予混合燃焼を実行させ、所定の運転領域外では、燃料を上死点近傍で噴射すると共に少量のＥＧＲを実行して通常燃焼を実行させるものであり、制御装置２６は、予混合燃焼を実行させるときは、外部ＥＧＲ装置１９及び内部ＥＧＲ装置２９の両方を用いてＥＧＲ率を制御し、通常燃焼を実行するときは外部ＥＧＲ装置１９のみを用いてＥＧＲ率を制御するものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの運転状態に基づいて予混合燃焼と通常燃焼とを切り換える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。この場合、燃料の噴射中に燃料が着火して火炎が形成され、その火炎に後続の燃料が供給されることで燃焼が継続される。このような従来の燃焼形態では、初期に噴射した燃料が着火遅れ期間の後一気に燃焼する部分と、空気が不足する燃焼ガス中での燃焼部分とが存在し、ＮＯｘやスモーク等が発生するという問題が指摘されていた。このように、燃料がその噴射中に着火する燃焼形態を本明細書では通常燃焼と称する。

これに対して本出願人は、燃料の噴射時期を圧縮上死点近傍よりも早期にすることで、燃料の噴射終了後に予混合気が着火するようにしたディーゼルエンジンを先に提案した（特許文献１参照）。

このディーゼルエンジンでは、燃料の噴射終了後、ある程度の期間を経て予混合気が着火するため、着火までに予混合気が充分に希薄・均一化される。従って、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も回避されるのでスモークの発生も抑制される。このように燃料の噴射終了後に予混合気が着火する燃焼形態を本明細書では予混合燃焼と称し、燃料の噴射が終了してから予混合気が着火するまでの期間を予混合期間と称する。

特開２００３−８３１１９号公報

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、予混合期間が充分でないと、排気ガスの改善効果を得られなかったり、燃費が悪化してしまう場合がある。例えば、予混合期間が短すぎると、予混合気の希薄・均一化が不充分となり排気ガスの改善効果が低下する。また、予混合期間が短すぎて予混合気の着火時期が上死点よりも前となると、着火後にピストンによる圧縮を受けるため、燃費が悪化する。

本出願人は、この問題を解決するために様々な試行錯誤を行った結果、燃料の早期噴射と合わせて、比較的多量のＥＧＲを実行する（予混合気のＥＧＲ率を高くする）ことで予混合期間を充分に確保できることを見いだした。つまり、ＥＧＲ率を高くすれば、予混合気の酸素濃度が低くなるため、予混合期間を長くすることができるのである。なお、この技術は、本願の出願時において未公開のものであり、従来技術を構成するものではない。このように、比較的多量のＥＧＲを伴う予混合燃焼を、本明細書ではＰＣＩ（Premixed Compression Ignition）燃焼とも称する。

ところで、ＰＣＩ燃焼はエンジンの高負荷領域では実現が困難であった。その理由を以下説明する。

１）エンジンの高負荷領域では燃料噴射量が多くなるため、適切な空燃比を確保するためには多量の酸素（空気）が必要となる。このように、燃料及び酸素が多量となる状態で予混合期間を充分に確保するためには、更に多量のＥＧＲを行う必要がある。つまり、多量の空気（新気）と多量のＥＧＲガスとを燃焼室に導入することが必要となるが、現時点ではこれを達成するような吸気システム（過給システム）が確立されていない。

２）通常燃焼では噴射される燃料が少しずつ（一部ずつ）燃焼していくのに対して、ＰＣＩ燃焼では、噴射された全ての燃料が混合された後燃焼するため、筒内最高圧力が通常燃焼よりも高くなる。燃料噴射量が多くなる高負荷領域では筒内最高圧力がより高くなるため、エンジンが強度的に持たない可能性がある。

そこで本出願人は、エンジン運転状態（特にエンジン負荷）に応じてＰＣＩ燃焼と通常燃焼とを切り換えることを考案した。つまり、エンジン負荷が比較的低い領域ではＰＣＩ燃焼を実行し、エンジン負荷が高い領域では通常燃焼を実行するのである。

ここで、ＰＣＩ燃焼と通常燃焼とでは、必要とされる（適切な）ＥＧＲ率に比較的大きな隔たりがある。なぜなら、上述したようにＰＣＩ燃焼では多量のＥＧＲを実行することで予混合期間を長期化でき、排気ガスを改善できるのであるが、通常燃焼では多量のＥＧＲを実行すると局所的な酸素不足が生じスモークが発生するため、ＥＧＲ率をある程度低く抑える必要があるからである。

従って、エンジンの運転状態がＰＣＩ燃焼の実行領域から通常燃焼の実行領域に移行したとき、あるいはその逆のときに、ＥＧＲ率を比較的大きく変化させる必要が生じる。

ところが、ＥＧＲガス及び吸入空気は圧縮性を有するため、予混合気のＥＧＲ率を迅速に変化させることは困難である。特に、排気通路内の排気ガスの一部を吸気通路に還流する外部ＥＧＲ装置では、ＥＧＲ弁から燃焼室までの距離（吸気経路）に伴う容積部分が存在することや、ＥＧＲ弁の応答遅れがあることから、ＥＧＲ率変化の時間遅れがより顕著となる。

これに対して、燃料の噴射時期はインジェクタに対する通電時期を制御することで比較的高精度で制御できるため、ＰＣＩ燃焼と通常燃焼との切り換えに迅速に対応できる。この結果、ＰＣＩ燃焼と通常燃焼との切り換え直後に、燃料噴射時期とＥＧＲ率とのミスマッチが生じ、排気ガスや燃費の悪化を招いてしまう可能性があった。

そこで、本発明の目的は、予混合燃焼と通常燃焼との切り換えに際してＥＧＲ率を迅速に制御できるようにすることにある。

上記目的を達成するために本発明は、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、排気通路内の排気ガスの一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流する外部ＥＧＲ装置と、吸気弁又は排気弁の開閉時期を制御して排気ガスの一部を燃焼室に戻す又は残留させる内部ＥＧＲ装置と、上記燃料噴射装置、外部ＥＧＲ装置及び内部ＥＧＲ装置を制御する制御装置とを備え、上記制御装置は、所定の運転領域では、燃料を上死点近傍よりも早期に噴射すると共に比較的多量のＥＧＲを実行して燃料の噴射終了後に予混合気が着火する予混合燃焼を実行させ、上記所定の運転領域外では、燃料を上死点近傍で噴射すると共に上記予混合燃焼を実行するときよりも少量のＥＧＲを実行して燃料がその噴射中に着火する通常燃焼を実行させるものであり、上記制御装置は、上記予混合燃焼を実行させるときは、上記外部ＥＧＲ装置及び内部ＥＧＲ装置の両方を用いてＥＧＲ率を制御し、上記通常燃焼を実行させるときは、上記内部ＥＧＲ装置によるＥＧＲは実行せずに上記外部ＥＧＲ装置のみを用いてＥＧＲ率を制御するものである。

ここで、上記予混合燃焼が比較的低負荷である運転領域で実行されるようにしても良い。

また、上記制御装置は、上記予混合燃焼を実行させるときは、上記外部ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率が、上記通常燃焼を実行するときの最大ＥＧＲ率とほぼ等しくなるように上記外部ＥＧＲ装置を制御し、かつ上記外部ＥＧＲ装置によるＥＧＲでは不足する分を補うように上記内部ＥＧＲ装置を制御するようにしても良い。

また、上記内部ＥＧＲ装置は、吸気行程中に排気弁を開放するものであっても良い。

また、上記内部ＥＧＲ装置は、排気行程における排気弁の開放期間を通常時よりも短くするものであっても良い。

本発明によれば、予混合燃焼と通常燃焼との切り換えに際してＥＧＲ率を迅速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（以下、単にエンジンという）の概略図である。なお、図１では一気筒のみ示されているが、当然多気筒であっても良い。

図中１がエンジン本体であり、これはシリンダ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、インジェクタ９等から構成される。シリンダ２とシリンダヘッド３との空間に燃焼室１０が形成され、燃焼室１０内にインジェクタ９から燃料が直接噴射される。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トロイダル型燃焼室の形態をなす。なお、本発明は燃焼室１０の形状に制約はなく、リエントラント型燃焼室等であっても良い。

インジェクタ９はシリンダ２と略同軸に配置され、複数の噴孔（ホール）から同時に放射状に燃料を噴射する。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に貯留された高圧燃料がインジェクタ９に常時供給される。コモンレール２４への燃料圧送は高圧サプライポンプ２５により行われる。なお、本願の「特許請求の範囲」における「燃料噴射装置」とは、インジェクタ９、コモンレール２４、高圧サプライポンプ２５等、燃料の噴射に必要な要素を包括的に称したものである。

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。

本実施形態のエンジンは更に、排気管１３（排気通路）内の排気ガスの一部を吸気管１２（吸気通路）に還流する外部ＥＧＲ装置１９と、排気弁８の開閉時期を制御して排気ガスの一部を燃焼室１０内に戻す内部ＥＧＲ装置２９とを備えている。

外部ＥＧＲ装置１９は、吸気管１２と排気管１３とを結ぶＥＧＲ管２０（ＥＧＲ通路）と、ＥＧＲ管２０の管路面積を変えてＥＧＲ率を調節するための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。ＥＧＲ弁２１の弁開度を大きくすることで、予混合気のＥＧＲ率を高めることができ、逆にＥＧＲ弁２１の弁開度を小さくすることで、予混合気のＥＧＲ率を低めることができる。なお、吸気管１２には、ＥＧＲ管２０との接続部の上流側で吸入空気を適宜絞るための吸気絞り弁２３が設けられる。

内部ＥＧＲ装置２９は、排気弁８を駆動（開閉）するための電磁ソレノイドを備えた可変バルブ機構２８を備える。可変バルブ機構２８は、ＥＧＲを実行する際には、エンジンの吸気行程において排気弁８を一時的に開放する。これにより、排気ポート６及び排気管１３内の排気ガスの一部が燃焼室１０へと戻される。吸気行程における排気弁８の開放期間を長くすることで、予混合気のＥＧＲ率を高めることができ、逆に短くすることでＥＧＲ率を低めることができる。

このエンジンを電子制御するためのＥＣＵ（制御装置）２６が設けられる。ＥＣＵ２６は各種センサ類からエンジンの運転状態を読み取り、そのエンジン運転状態に基づいてインジェクタ９、ＥＧＲ弁２１、可変バルブ機構２８、吸気絞り弁２３等を制御する。前記センサ類としては、アクセル開度（エンジン負荷）を検出するアクセル開度センサ１４、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転センサ１５、エンジンのクランク軸（図示せず）の角度を検出するクランク角度センサ１６、コモンレール２４内の燃料圧力を検出するコモンレール圧センサ１７等が含まれ、それら各センサの検出値がＥＣＵ２６に入力される。

さて、本実施形態のＥＣＵ２６は、エンジンの運転状態に基づいてＰＣＩ燃焼と通常燃焼とを切り換えるものである。

即ち、エンジン負荷が比較的低い領域では、燃料の噴射時期を圧縮上死点近傍よりも早期（例えば４０°〜２０°ＢＴＤＣ程度）にすると共に比較的多量のＥＧＲを実行して、燃料の噴射終了後に予混合気が着火するＰＣＩ燃焼（予混合燃焼）を実行させ、エンジン負荷が比較的高い領域（ＰＣＩ燃焼を実行する領域外）では、圧縮上死点よりも早期に行う比較的少量のパイロット噴射と、圧縮上死点近傍で行う比較的多量のメイン噴射とを実行すると共に、上記ＰＣＩ燃焼を実行するときよりも少量のＥＧＲを実行して、燃料がその噴射中に着火する通常燃焼を実行させる。

ＥＣＵ２６には、エンジンの運転状態毎に燃料噴射量、燃料噴射時期、ＥＧＲ率（あるいは、外部ＥＧＲ装置１９及び内部ＥＧＲ装置２９に対する制御量）等の目標値（最適値）を定めたマップが予め入力される。ＥＣＵ２６は、アクセル開度センサ１４やエンジン回転センサ１５等の検出値に基づいてマップから燃料噴射量、燃料噴射時期及びＥＧＲ率等の目標値を決定し、それらに従ってインジェクタ９、外部ＥＧＲ装置１９及び内部ＥＧＲ装置２９を制御する。ＰＣＩ燃焼を実行する運転領域では、目標燃料噴射時期が上死点近傍よりも早期、目標ＥＧＲ率が比較的高く設定され、通常燃焼を実行する運転領域では、パイロット噴射の目標燃料噴射時期が上死点よりも早期、メイン噴射の目標燃料噴射時期が上死点近傍、目標ＥＧＲ率が比較的低く設定される。つまり、マップに従ってインジェクタ９、外部ＥＧＲ装置１９及び内部ＥＧＲ装置２９を制御することで、ＰＣＩ燃焼と通常燃焼とをエンジンの運転状態に応じて自動的に切り換えられるようになっている。

「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、ＰＣＩ燃焼と通常燃焼とでは、目標ＥＧＲ率（最適なＥＧＲ率）に比較的大きな隔たりがある。これを図２を用いて説明する。

図２は、エンジンの運転状態毎に目標ＥＧＲ率を定めたマップであり、図のラインＡがＰＣＩ燃焼と通常燃焼との切換ラインである。即ち、エンジンの運転状態がラインＡよりも下側の領域（エンジン負荷が低い領域）ではＰＣＩ燃焼を実行し、ラインＡから上側の領域では通常燃焼を実行する。

図から分かるように、ＰＣＩ燃焼を実行する領域では、目標ＥＧＲ率が比較的高く（図例では５０〜６０％）設定される。これは、多量のＥＧＲを実行することで予混合期間を充分に確保し、良好な排気ガス及び燃費を得るためである。ＰＣＩ燃焼を実行する領域では、エンジン負荷が大きくなる程、目標ＥＧＲ率が高く設定される。従って、通常燃焼との切換ラインＡ近傍で目標ＥＧＲ率は最大（ここでは６０％）となる。

一方、通常燃焼を実行する領域では、目標ＥＧＲ率はＰＣＩ燃焼を実行する領域と比較して低く（図例では５〜３０％）設定される。これは、酸素不足によるスモークの発生を回避するためである。通常燃焼を実行する領域では、エンジン負荷が低くなる程、目標ＥＧＲ率が高く設定される。従って、ＰＣＩ燃焼との切換ラインＡ近傍で目標ＥＧＲ率は最大（ここでは３０％）となる。本実施形態では、通常燃焼における最大目標ＥＧＲ率（ここでは３０％）は、ＰＣＩ燃焼における最低目標ＥＧＲ率（５０％）よりも低く設定される。

このように、ＰＣＩ燃焼の実行領域と通常燃焼の実行領域とで目標ＥＧＲ率に比較的大きな隔たりがあるため、切換ラインＡの両側で目標ＥＧＲ率が比較的大きく異なることになる。図２に示した例では、切換ラインＡの両側で目標ＥＧＲ率が３０％異なっている。従って、エンジンの運転状態がラインＡを横切るように変化してＰＣＩ燃焼と通常燃焼とを切り換える場合、予混合気のＥＧＲ率を短時間で３０％も低減又は増加させる必要がある。

本実施形態のディーゼルエンジンは、ＰＣＩ燃焼と通常燃焼との切り換え時に、ＥＧＲ率を迅速に変化させるべく工夫がなされている。

具体的に説明すると、ＥＣＵ２６は、ＰＣＩ燃焼を実行させる運転領域では、上述した外部ＥＧＲ装置１９及び内部ＥＧＲ装置２９の両方を作動して予混合気のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御する。一方、通常燃焼を実行させる運転領域では、内部ＥＧＲ装置２９によるＥＧＲは実行せずに外部ＥＧＲ装置２９のみを作動して予混合気のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御する（図４（ａ）参照）。即ち、ＰＣＩ燃焼と通常燃焼とを切り換える際に、内部ＥＧＲ装置２９の作動・非作動を切り換えることで、ＥＧＲ率を大きくかつ迅速に変化させることを可能にしている。

外部ＥＧＲ装置１９及び内部ＥＧＲ装置２９各々の目標ＥＧＲ率を定めたマップを図３に示す。図３（ａ）は外部ＥＧＲ装置１９の目標ＥＧＲ率を定めたマップであり、図３（ｂ）が内部ＥＧＲ装置２９の目標ＥＧＲ率を定めたマップである。これら両マップに定められた目標ＥＧＲ率を合計すると、図２のマップに示された目標ＥＧＲ率と等しくなる。

図から分かるように、通常燃焼を実行させる領域では、外部ＥＧＲ装置１９の目標ＥＧＲ率は図２に示した目標ＥＧＲ率と等しく設定され、内部ＥＧＲ装置２９の目標ＥＧＲ率は０％とされる。通常燃焼を実行する領域では外部ＥＧＲ装置１９のみを用いてＥＧＲ率を制御するからである。

一方、ＰＣＩ燃焼を実行させる領域では、外部ＥＧＲ装置１９の目標ＥＧＲ率はエンジンの運転状態にかかわらず一定とされる。この目標ＥＧＲ率は、通常燃焼を実行する領域における最大目標ＥＧＲ率（切換ラインＡ近傍の目標ＥＧＲ率であり、ここでは３０％）とほぼ等しく設定される。そして、内部ＥＧＲ装置２９の目標ＥＧＲ率は、ＰＣＩ燃焼で必要とされるＥＧＲ率（図２に示す目標ＥＧＲ率）と、外部ＥＧＲ装置１９の目標ＥＧＲ率との差、つまり、外部ＥＧＲ装置１９によるＥＧＲでは不足する分のＥＧＲ率（ここでは２０〜３０％）に設定される。

図４（ａ）を用いて、本実施形態のエンジンにおいてＰＣＩ燃焼から通常燃焼に切り換わったときの、燃焼室内の予混合気の実際のＥＧＲ率変化を説明する。なお、図４（ｂ）は予混合気のＥＧＲ率制御に外部ＥＧＲ装置１９のみを用いるエンジンのＥＧＲ率変化を比較のために示したものである。

図中横軸が時間であり、時刻Ｔにおいてエンジンの運転状態がＰＣＩ燃焼実行領域から通常燃焼実行領域に切り換わったとする。

時刻Ｔよりも前、即ち、ＰＣＩ燃焼を実行しているときは、予混合気のＥＧＲ率が比較的高く（図では６０％）制御される。

このとき、図４（ａ）から分かるように、本実施形態のエンジンでは、通常燃焼における最大ＥＧＲ率分（３０％）は外部ＥＧＲ装置１９により達成され、残りの分（３０％）が内部ＥＧＲ装置２９により達成される。これに対して、図４（ｂ）のエンジンでは全てのＥＧＲ率（６０％）が外部ＥＧＲ装置１９により達成される。

時刻Ｔに達してＰＣＩ燃焼から通常燃焼に切り換わると、目標ＥＧＲ率が大きく低下する（ここでは６０％→３０％）。

このとき、本実施形態のエンジンでは、図４（ａ）に示すように、内部ＥＧＲ装置２９によるＥＧＲを全て停止する（３０％→０％）。これは、吸気行程における排気弁８の開放期間を実質的にゼロとすることで達成されるため、１サイクルで対応することが可能である。即ち、吸気行程で排気弁を開放しなければ排気ガスが燃焼室１０内に戻ることはないので、時間遅れが生じることなく確実かつ迅速に０％となる。一方、外部ＥＧＲ装置１９によるＥＧＲ率は通常燃焼に切り換わった直後の目標ＥＧＲ率（通常燃焼における最大目標ＥＧＲ率）と等しいので、外部ＥＧＲ装置１９に対する制御量はそのまま維持する。以上の制御により、予混合気の実際のＥＧＲ率は時刻Ｔにて急激に低下し、目標ＥＧＲ率（３０％）と一致する。

これに対して、図４（ｂ）に示したエンジンでは、時刻ＴにおいてＰＣＩ燃焼から通常燃焼に切り換わったときに、外部ＥＧＲ装置１９に対する制御量（ＥＧＲ弁２１の弁開度）を調節してＥＧＲ率を低下させる。この場合、ＥＧＲ弁２１から燃焼室１０までに吸気経路が存在すること、ＥＧＲ弁の応答遅れがあること等から、ＥＧＲ率は図に示すように緩やかに変化していく。この結果、図の領域Ｂにおいて、目標ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率とに差が生じるため、燃料噴射時期とＥＧＲ率とにミスマッチが生じ、排気ガスや燃費が悪化する可能性がある。

本実施形態のエンジンでは、ＰＣＩ燃焼から通常燃焼に切り換わったときに、ＥＧＲ率を迅速に変化させることが可能であるため、燃焼噴射時期とＥＧＲ率とのミスマッチが生じることはなく、排気ガスや燃費が悪化することはない。

なお、図４に示した例とは逆に、通常燃焼からＰＣＩ燃焼に切り換わるときには、外部ＥＧＲ装置１９単独によるＥＧＲ率制御から、外部ＥＧＲ装置１９と内部ＥＧＲ装置２９双方によるＥＧＲ率制御に切り換えることになる。この場合も、内部ＥＧＲ装置２９によるＥＧＲ率の上昇（０→３０％）が１サイクルで達成されるため、ＥＧＲ率を迅速に変化させることができる。

ところで、ＰＣＩ燃焼、通常燃焼に関わらず、常に内部ＥＧＲ装置２９のみを用いて予混合気のＥＧＲ率を制御すれば、ＥＧＲ率をある程度迅速に変化させることができると考えられる。しかしながら、内部ＥＧＲは、クーラを通過しない高温の排気ガスを燃焼室１０内に戻すものであるため、予混合気の温度が上昇して排気ガスの悪化等を招くおそれがあるというデメリットがある。このため、内部ＥＧＲ装置２９のみを用いてＥＧＲ率を制御することは好ましくない。

本実施形態のエンジンは、外部ＥＧＲ装置１９と内部ＥＧＲ装置２９双方を用いることで、内部ＥＧＲのデメリットを最小限に抑えつつ、ＥＧＲ率の迅速な変化を可能にしたものである。

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、図２及び図３にはＥＧＲ率の目標値を定めたマップを示したが、本発明はこの点において限定されず、目標ＥＧＲ率に対応するＥＧＲ装置の制御量（外部ＥＧＲ装置１９のＥＧＲ弁２１の弁開度、内部ＥＧＲ装置２９の可変バルブ機構２８による排気弁８の開放期間等）を定めたマップを作成し、ＥＣＵ２６がそのマップに従って、外部ＥＧＲ装置１９及び内部ＥＧＲ装置２９を制御するようにしても良い。

また、可変バルブ機構２８は、排気弁８の開閉時期を調節する電磁ソレノイドを備えたものに限定されず、排気弁２を開閉するためのカムを複数備え、使用するカムをそれらの中から選択するタイプでも良い。

また、内部ＥＧＲ装置２９は、吸気行程で排気弁８を開放するタイプに限定されず、排気行程における排気弁８の開放期間を通常時（内部ＥＧＲを実行しないとき）よりも短くして排気ガスの一部を燃焼室１０内に残留させるものや、排気行程で吸気弁７を一時的に開放し、排気ガスの一部を吸気ポート５及び吸気管１２内に留めておき、吸気行程にてその排気ガスを吸気と共に燃焼室１０内に戻すものなど、あらゆるタイプの内部ＥＧＲ装置が適用可能である。

更に、上記実施形態では通常燃焼を実行するときには、パイロット噴射とメイン噴射とを行うとして説明したが、本発明はこの点において限定されない。例えば、メイン噴射のみを行うようにしても良いし、メイン噴射の後に、未燃燃料を燃焼させるためのアフター噴射を実行するようにしても良い。

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。エンジンの運転状態毎に目標ＥＧＲ率を定めたマップである。（ａ）は外部ＥＧＲ装置の目標ＥＧＲ率を定めたマップであり、（ｂ）は内部ＥＧＲ装置の目標ＥＧＲ率を定めたマップである。（ａ）は本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンにおいてＰＣＩ燃焼から通常燃焼に切り換わったときのＥＧＲ率変化を示す図であり、（ｂ）は外部ＥＧＲ装置のみを用いてＥＧＲ率を制御するエンジンにおいてＰＣＩ燃焼から通常燃焼に切り換わったときのＥＧＲ率変化を示す図である。

符号の説明

１エンジン本体
８可変バルブ機構
９インジェクタ
１９外部ＥＧＲ装置
２１ＥＧＲ弁
２６ＥＣＵ（制御装置）
２９内部ＥＧＲ装置

Claims

燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、
排気通路内の排気ガスの一部をＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流する外部ＥＧＲ装置と、
吸気弁又は排気弁の開閉時期を制御して排気ガスの一部を燃焼室に戻す又は残留させる内部ＥＧＲ装置と、
上記燃料噴射装置、外部ＥＧＲ装置及び内部ＥＧＲ装置を制御する制御装置とを備え、上記制御装置は、所定の運転領域では、燃料を上死点近傍よりも早期に噴射すると共に比較的多量のＥＧＲを実行して燃料の噴射終了後に予混合気が着火する予混合燃焼を実行させ、上記所定の運転領域外では、燃料を上死点近傍で噴射すると共に上記予混合燃焼を実行するときよりも少量のＥＧＲを実行して燃料がその噴射中に着火する通常燃焼を実行させるものであり、
上記制御装置は、上記予混合燃焼を実行させるときは、上記外部ＥＧＲ装置及び内部ＥＧＲ装置の両方を用いてＥＧＲ率を制御し、上記通常燃焼を実行させるときは、上記内部ＥＧＲ装置によるＥＧＲは実行せずに上記外部ＥＧＲ装置のみを用いてＥＧＲ率を制御する、
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
上記予混合燃焼は、比較的低負荷である運転領域で実行される請求項１記載のディーゼルエンジン。
上記制御装置は、上記予混合燃焼を実行させるときは、上記外部ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率が、上記通常燃焼を実行するときの最大ＥＧＲ率とほぼ等しくなるように上記外部ＥＧＲ装置を制御し、かつ上記外部ＥＧＲ装置によるＥＧＲでは不足する分を補うように上記内部ＥＧＲ装置を制御する請求項１又は２記載のディーゼルエンジン。
上記内部ＥＧＲ装置は、吸気行程中に排気弁を開放するものである請求項１〜３いずれかに記載のディーゼルエンジン。
上記内部ＥＧＲ装置は、排気行程における排気弁の開放期間を通常時よりも短くするものである請求項１〜３いずれかに記載のディーゼルエンジン。