JP2011089445A - Combustion control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion control device of an internal combustion engine capable of inhibiting the generation of both NOx and smoke. <P>SOLUTION: At a low load operation of an engine, the injection of fuel for early slow combustion and premixed combustion is performed as first fuel injection at excessively advanced timing, and then second fuel injection for diffusion combustion is performed at a compression top dead point. Also, the injection amount of the fuel in the first fuel injection is increased as compared to that in the second fuel injection. An interference cooling action between injected each fuel is made to occur to contribute to a delay in ignition to increase the proportion of premixed combustion, thus resulting in the inhibition of the generation of smoke. By this, a large amount of EGR can be returned, whereby the generation of NOx can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置に係る。特に、本発明は、排気エミッションの改善を図るための対策に関する。   The present invention relates to a combustion control device for a compression ignition type internal combustion engine represented by a diesel engine. In particular, the present invention relates to measures for improving exhaust emission.

ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行うエンジンでは、高い空燃比(リーン雰囲気)の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めているため、窒素酸化物(以下、NOxという)が比較的多く排出されることが懸念される。その対策として、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気還流(EGR:Exhaust Gas Recirculation)装置を備えさせることが知られている(例えば下記の特許文献1および特許文献2を参照)。つまり、気筒内に向けて排気ガスを還流させることによって、気筒内の酸素濃度や酸素密度を低下させる。これにより燃焼室内での燃焼時における燃焼温度(火炎温度)を低下させることでNOxの生成を抑制して、排気エミッションの改善を図るようにしている。   In an engine that performs lean combustion, such as a diesel engine, the operating region that burns a mixture with a high air-fuel ratio (lean atmosphere) occupies most of the entire operating region, so nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) There is a concern that a relatively large amount will be discharged. As a countermeasure, it is known to provide an exhaust gas recirculation (EGR) device that recirculates part of the exhaust gas to the intake passage (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below). In other words, the exhaust gas is recirculated toward the cylinder to reduce the oxygen concentration and oxygen density in the cylinder. As a result, the combustion temperature (flame temperature) at the time of combustion in the combustion chamber is lowered to suppress the generation of NOx, thereby improving the exhaust emission.

一方、上記燃焼室内での燃焼時において、混合気の不完全燃焼が生じた場合、排気ガス中にスモークが発生し、排気エミッションの悪化を招いてしまうことになる。このスモークの発生量を低減する対策として、主噴射を多段階に分割し、燃料噴射1回当たりの燃料噴射量を減量することで、燃焼場での酸素不足の解消を図り、スモークの発生を抑制することが行われている。   On the other hand, if incomplete combustion of the air-fuel mixture occurs during combustion in the combustion chamber, smoke is generated in the exhaust gas, leading to deterioration of exhaust emission. As a measure to reduce the amount of smoke generated, the main injection is divided into multiple stages, and the amount of fuel injected per fuel injection is reduced to eliminate oxygen shortages in the combustion field and reduce the amount of smoke generated. Suppression is done.

特開2004−3415号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-3415 特開2002−188487号公報JP 2002-188487A 特開2004−3439号公報JP 2004-3439 A

ところで、燃焼性の改善を目的として、インジェクタから噴射される噴霧の微粒化を図るべく噴孔径を小径化した場合、単位時間当たりにおける燃料噴射量は少なくなる。このため、総燃料噴射量が少なく設定されるエンジンの低負荷運転時において、上述した如く主噴射を多段階に分割した場合、個々の分割噴射での噴射量も少量になることから、これらの噴霧が燃焼室内でそれぞれ互いに独立した状態で燃焼を開始することになる。   By the way, when the diameter of the injection hole is reduced in order to atomize the spray injected from the injector for the purpose of improving combustibility, the fuel injection amount per unit time is reduced. For this reason, when the main injection is divided into multiple stages as described above during the low load operation of the engine in which the total fuel injection amount is set to be small, the injection amount in each divided injection also becomes small. The spraying starts in a state where the sprays are independent from each other in the combustion chamber.

このような状況では、燃焼室内温度が急速に高まっていくことになり、その結果、多段階の分割噴射の途中段階で拡散燃焼状態に至り、燃焼場での酸素不足によって大量のスモークが発生してしまう可能性がある。   In such a situation, the temperature in the combustion chamber rapidly increases, and as a result, a diffusion combustion state is reached in the middle of multistage split injection, and a large amount of smoke is generated due to lack of oxygen in the combustion field. There is a possibility that.

図10は、エンジンの低負荷運転時、ピストンの圧縮上死点後(ATDC)に3回の分割噴射(主噴射の多段分割噴射)が行われた場合の主噴射の実行期間中における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンの一例を示している。   FIG. 10 shows the inside of the cylinder during the main injection execution period when three split injections (multi-stage split injection of the main injection) are performed after compression top dead center (ATDC) of the piston during low load operation of the engine. 2 shows an example of a change in heat generation rate and a fuel injection pattern.

この図10に示すような燃料噴射パターンでは、分割噴射(特に第2回目の分割噴射と第3回目の分割噴射)とがそれぞれ独立した燃焼となって、早期に拡散燃焼状態に至っており(着火遅れ不足状態となっており)、燃焼場での酸素不足によって比較的大量のスモークが発生する状況となる。尚、主噴射を2回の分割噴射で実行した場合においても、第1回目の分割噴射をピストンの圧縮上死点後のタイミングで実行した場合には、上述の場合と同様に、比較的大量のスモークが発生する可能性がある。   In the fuel injection pattern as shown in FIG. 10, the divided injections (particularly the second divided injection and the third divided injection) become independent combustions, respectively, and reach the diffusion combustion state at an early stage (ignition). It is in a state of insufficient delay), and a relatively large amount of smoke is generated due to insufficient oxygen in the combustion field. Even when the main injection is executed by two divided injections, if the first divided injection is executed at the timing after the compression top dead center of the piston, as in the case described above, a relatively large amount Smoke may occur.

一方、上述した如くNOxの発生量を抑制するためには、排気ガスの一部を吸気通路に還流させることが有効であるが、NOxが殆ど発生しない程度にまで排気還流量を増大させた場合(例えばEGR率を20%以上に設定した場合)には、この還流される排気ガスの熱によって筒内温度(着火前の燃焼場の温度)が上昇してしまうことになる。つまり、この吸気通路に還流される排気ガス(以下、EGRガスと呼ぶ場合もある)の温度は、EGRクーラによる冷却を行ったとしても低下させる温度に限界があり、この高温度のEGRガスが吸気系において増大する状況では筒内温度が大幅に上昇してしまうことになる。   On the other hand, in order to suppress the generation amount of NOx as described above, it is effective to recirculate a part of the exhaust gas to the intake passage, but when the exhaust gas recirculation amount is increased to such a level that almost no NOx is generated. (For example, when the EGR rate is set to 20% or more), the in-cylinder temperature (the temperature of the combustion field before ignition) rises due to the heat of the exhaust gas that is recirculated. In other words, the temperature of the exhaust gas recirculated to the intake passage (hereinafter sometimes referred to as EGR gas) has a limit on the temperature that can be lowered even when cooling by the EGR cooler. In a situation where the intake system increases, the in-cylinder temperature significantly increases.

このように還流されるEGRガス量を増大させた状況においては、上述した分割噴射に起因する拡散燃焼状態がよりいっそう早期に開始されることになるので、いっそう大量のスモークが発生してしまう可能性がある。   In the situation where the amount of EGR gas recirculated in this way is increased, the diffusion combustion state resulting from the above-described split injection is started much earlier, so that a larger amount of smoke may be generated. There is sex.

以上の点を考慮し、本発明の発明者は、排気還流量の増大によってNOxの発生量を抑制した状態において、燃焼室内で予混合燃焼量を増大させれば(予混合燃焼を行う燃料量を増大させれば)、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立できることに着目した。   In consideration of the above points, the inventor of the present invention increases the premixed combustion amount in the combustion chamber in a state where the generation amount of NOx is suppressed by increasing the exhaust gas recirculation amount (the amount of fuel for performing premixed combustion). In this case, the inventors have focused on the fact that both the suppression of NOx generation and the suppression of smoke generation can be achieved.

尚、上記特許文献3には、予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割合よりも多い燃焼状態になるように吸気行程ないし圧縮行程で主噴射を行うものに対し、主噴射後に第1設定EGR値以上のEGRガスが還流するように制御することが開示されている。ところが、この場合、EGRガスの還流量によって冷炎反応から一気に熱炎反応に移行したり、圧縮行程終盤に実行される副噴射によって局所的に冷炎反応が継続されて熱炎反応に移行できない領域が生じてしまう可能性がある。このため、予混合燃焼を安定的に行うことができず、その結果、排気エミッションの悪化を招いてしまう可能性がある。   In Patent Document 3, the first set EGR value after the main injection is used in the main injection in the intake stroke or the compression stroke so that the premixed combustion ratio is higher than the diffusion combustion ratio. It is disclosed that the above EGR gas is controlled to recirculate. However, in this case, the EGR gas recirculation amount causes a transition from a cold flame reaction to a hot flame reaction at once, or a secondary flame that is executed at the end of the compression stroke causes the cold flame reaction to continue locally and cannot shift to a hot flame reaction. An area may occur. For this reason, premix combustion cannot be performed stably, and as a result, exhaust emission may be deteriorated.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立できる内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a combustion control device for an internal combustion engine that can achieve both suppression of NOx generation amount and suppression of smoke generation amount.

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、所定のインターバルを存して噴射された分割主噴射のうち、先行して噴射された燃料の着火遅れを、最終段階の燃料噴射タイミング付近まで促進させるように、各燃料噴射タイミングを規定している。これによって燃料噴霧同士の相互干渉冷却作用を生じさせ、燃焼期間中における予混合燃焼の割合を増大させるようにしている。
-Principle of solving the problem-
The solution principle of the present invention devised to achieve the above object is that the ignition delay of the previously injected fuel among the divided main injections injected at a predetermined interval is determined as the final stage fuel. Each fuel injection timing is defined so as to promote the vicinity of the injection timing. As a result, a mutual interference cooling action between the fuel sprays is produced, and the proportion of premixed combustion during the combustion period is increased.

−解決手段−
具体的に、本発明は、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、トルク発生のための燃料噴射である主噴射として、少なくとも初期緩慢燃焼および予混合燃焼を順に行わせるための燃料噴射を含む複数段階の分割主噴射が実行可能な構成とされた燃料噴射弁を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置を前提とする。この内燃機関の燃焼制御装置に対し、上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させ且つ上記初期緩慢燃焼開始前の予熱動作を行っていない状態で、上記複数段階の分割主噴射のうちの最終分割主噴射をピストンの圧縮上死点近傍で実行すると共に、その最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射をピストンの圧縮上死点よりも進角側で実行することにより、この進角側で実行された燃料噴射でのガス塊と最終分割主噴射でのガス塊とを合体させ、熱発生率が上昇から下降に転じるタイミングがピストンの圧縮上死点よりも遅角側において1箇所のみに存在するように燃料噴射制御を実行する燃料噴射制御手段を備えさせている。
-Solution-
Specifically, the present invention includes an exhaust gas recirculation device that recirculates part of the exhaust gas discharged to the exhaust system to the intake system, and at least initially slows down as main injection that is fuel injection for generating torque. It is based on a combustion control device for a compression ignition type internal combustion engine equipped with a fuel injection valve configured to be capable of performing multiple stages of divided main injection including fuel injection for sequentially performing combustion and premixed combustion. . With respect to the combustion control device of the internal combustion engine, the divided main injection of the plurality of stages is performed in a state where a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system by the exhaust gas recirculation device and the preheating operation before the start of the initial slow combustion is not performed. The final split main injection is executed in the vicinity of the compression top dead center of the piston, and the fuel injection that is performed before the final split main injection is executed on the advance side from the compression top dead center of the piston. Therefore, the timing of the heat generation rate from rising to lowering is delayed from the compression top dead center of the piston by combining the gas mass in the fuel injection executed on the advance side and the gas mass in the final split main injection. Fuel injection control means for performing fuel injection control is provided so that it exists at only one location on the corner side.

また、他の解決手段としては、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、トルク発生のための燃料噴射である主噴射として、少なくとも初期緩慢燃焼および予混合燃焼を順に行わせるための燃料噴射を含む複数段階の分割主噴射が実行可能な構成とされた燃料噴射弁を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置を前提とする。この内燃機関の燃焼制御装置に対し、上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させ且つ上記初期緩慢燃焼開始前の予熱動作を行っていない状態で、上記複数段階の分割主噴射のうちの最終分割主噴射をピストンの圧縮上死点近傍で実行すると共に、その最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射をピストンの圧縮上死点よりも進角側で実行することにより、この進角側で実行された燃料噴射でのガス塊に対する最終分割主噴射でのガス塊による干渉冷却作用を生じさせる燃料噴射制御を実行する燃料噴射制御手段を備えさせている。   As another solution, an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of the exhaust gas discharged to the exhaust system to the intake system and at least an initial stage as main injection that is fuel injection for generating torque is provided. On the premise of a combustion control device for a compression self-ignition internal combustion engine having a fuel injection valve configured to be capable of performing multiple stages of divided main injection including fuel injection for performing slow combustion and premixed combustion in order To do. With respect to the combustion control device of the internal combustion engine, the divided main injection of the plurality of stages is performed in a state where a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system by the exhaust gas recirculation device and the preheating operation before the start of the initial slow combustion is not performed The final split main injection is executed in the vicinity of the compression top dead center of the piston, and the fuel injection that is performed before the final split main injection is executed on the advance side from the compression top dead center of the piston. Thus, there is provided fuel injection control means for executing fuel injection control for causing an interference cooling action by the gas mass in the final divided main injection with respect to the gas mass in the fuel injection executed on the advance side.

これらの特定事項により、最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射(以下、第1燃料噴射と呼ぶ)によって気筒内に噴射された燃料は、ピストンの圧縮上死点よりも進角側で燃焼室内に供給されていることにより気筒内において過拡散状態となり、着火遅れが生じている。これに対し、最終分割主噴射(以下、第2燃料噴射と呼ぶ)によって気筒内に噴射された燃料は、ピストンの圧縮上死点近傍で燃焼室内に供給されることにより気筒内における着火遅れは殆ど生じていないことになる。このような着火遅れ量の差から、第1燃料噴射で噴射された燃料の噴霧(ガス塊)と第2燃料噴射で噴射された燃料の噴霧(ガス塊)とが合体することになる。この際、第2燃料噴射で噴射された噴霧は吸熱反応を行うことで、第1燃料噴射で噴射された噴霧を冷却することになる。このようにして第2燃料噴射での燃料噴射後にあっては、燃焼室内での相互干渉冷却作用によって燃焼室内温度を低く抑えながら、また、各噴霧(第1燃料噴射での噴霧と第2燃料噴射での噴霧)が合体して、上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼が順に行われることになる。そのため、熱発生率が上昇から下降に転じるタイミング(熱発生率のピークタイミング)がピストンの圧縮上死点よりも遅角側において1箇所のみに存在することになる。その結果、これら第1燃料噴射および第2燃料噴射で噴射された燃料の燃焼形態としては大部分が予混合燃焼となり、燃焼場での酸素不足は生じていないため、スモークの発生を抑制することができる。また、このように、スモークの発生を抑制できることからEGR率を高く設定することが可能となり、NOxの発生量も大幅に削減することが可能になる。尚、本解決手段では、上記第1燃料噴射および第2燃料噴射はそれぞれ1回ずつの燃料噴射に限定されることはなく、一方または両方の燃料噴射を更に分割してもよい。   Due to these specific matters, the fuel injected into the cylinder by the fuel injection (hereinafter referred to as the first fuel injection) performed before the final divided main injection is advanced from the compression top dead center of the piston. As a result of being supplied into the combustion chamber, an overdiffusion state occurs in the cylinder, resulting in an ignition delay. On the other hand, the fuel injected into the cylinder by the final split main injection (hereinafter referred to as second fuel injection) is supplied into the combustion chamber near the compression top dead center of the piston, so that the ignition delay in the cylinder is reduced. It will hardly occur. Due to the difference in the ignition delay amount, the fuel spray (gas lump) injected by the first fuel injection and the fuel spray (gas lump) injected by the second fuel injection are combined. At this time, the spray injected by the second fuel injection undergoes an endothermic reaction, thereby cooling the spray injected by the first fuel injection. In this way, after fuel injection in the second fuel injection, the temperature in the combustion chamber is kept low by the mutual interference cooling action in the combustion chamber, and each spray (spray in the first fuel injection and the second fuel). The spraying by injection) is combined, and the initial slow combustion and the premixed combustion are sequentially performed. Therefore, the timing at which the heat generation rate changes from rising to falling (peak timing of the heat generation rate) is present at only one location on the retard side from the compression top dead center of the piston. As a result, most of the combustion modes of the fuel injected in the first fuel injection and the second fuel injection are premixed combustion, and oxygen shortage does not occur in the combustion field, so that the generation of smoke is suppressed. Can do. In addition, since the generation of smoke can be suppressed in this manner, the EGR rate can be set high, and the amount of NOx generated can be greatly reduced. In the present solution, the first fuel injection and the second fuel injection are not limited to one fuel injection each, and one or both of the fuel injections may be further divided.

上記最終分割主噴射の期間としては、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘る期間として設定することが好ましい。   The period of the final divided main injection is preferably set as a period from before the compression top dead center to after the compression top dead center.

これによれば、第2燃料噴射(最終分割主噴射)の燃料噴射期間では燃焼室の容積が最小となり、燃焼室内温度を比較的高く得た状態で第2燃料噴射が行われることになる。そのため、第2燃料噴射での燃料の着火遅れは略最小となる。その結果、上記第1燃料噴射で噴射された燃料と第2燃料噴射で噴射された燃料との着火遅れ量の差を最大に設定することが可能となり、上述した相互干渉冷却作用を効果的に発揮させることができる。   According to this, during the fuel injection period of the second fuel injection (final divided main injection), the volume of the combustion chamber is minimized, and the second fuel injection is performed with the combustion chamber temperature being relatively high. Therefore, the fuel ignition delay in the second fuel injection is substantially minimized. As a result, the difference in ignition delay between the fuel injected by the first fuel injection and the fuel injected by the second fuel injection can be set to the maximum, and the above-described mutual interference cooling action can be effectively performed. It can be demonstrated.

また、内燃機関の負荷状態に応じて燃焼室内での冷却作用の形態を切り換えるために以下の構成とすることが好ましい。つまり、内燃機関の低負荷運転時に、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射をピストンの圧縮上死点よりも進角側で実行させ、上記最終分割主噴射をピストンの圧縮上死点近傍で実行させる一方、内燃機関の高負荷運転時には、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射をピストンの圧縮上死点近傍で実行させ、上記最終分割主噴射をピストンの圧縮上死点よりも遅角側で実行させる構成とする。   In order to switch the mode of the cooling action in the combustion chamber according to the load state of the internal combustion engine, the following configuration is preferable. That is, during low-load operation of the internal combustion engine, fuel injection that is performed at a stage prior to the final split main injection is executed on the advance side of the compression top dead center of the piston, and the final split main injection is On the other hand, during high-load operation of the internal combustion engine, fuel injection performed before the final divided main injection is performed near the compression top dead center of the piston, and the final divided main injection is performed on the piston. The configuration is such that it is executed on the retard side from the compression top dead center.

この場合、内燃機関の低負荷運転時には、上述した第1燃料噴射と第2燃料噴射との相互干渉冷却作用によって燃焼室内温度を低く抑えながら燃焼が行われることになり、スモークの発生量およびNOxの発生量を抑制できる。一方、内燃機関の高負荷運転時には、最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射(第1燃料噴射)の噴射期間のうちの大部分の期間では、先行して燃焼室内に噴射された燃料が、その後に、後続して燃焼室内に噴射された燃料の吸熱反応によって冷却されることになる。このような後続する燃料による冷却作用(自己干渉冷却作用)が継続して行われることで、燃焼室内の燃焼場温度(噴霧が存在する領域での温度)の上昇は抑制されることになる。このため、この噴射期間で噴射された燃料の燃焼形態としては大部分が予混合燃焼となり、燃焼場での酸素不足は生じていないため、スモークの発生を抑制することができる。また、このような自己干渉冷却作用によってスモークの発生を抑制できることから上記排気還流装置によるEGR率を高く設定することが可能となり、NOxの発生量も大幅に削減することが可能になる。このように、本解決手段によれば、何れの負荷状態にあっても、それに応じた冷却作用を生じさせることにより、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立できる。   In this case, at the time of low load operation of the internal combustion engine, combustion is performed while the temperature in the combustion chamber is kept low by the mutual interference cooling action between the first fuel injection and the second fuel injection, and the amount of smoke generated and NOx is reduced. Can be suppressed. On the other hand, during the high load operation of the internal combustion engine, most of the injection period of the fuel injection (first fuel injection) performed before the final divided main injection is preceded and injected into the combustion chamber. The fuel is then cooled by the endothermic reaction of the fuel subsequently injected into the combustion chamber. By continuing such a cooling action (self-interference cooling action) by the subsequent fuel, an increase in the combustion field temperature (temperature in the region where the spray exists) in the combustion chamber is suppressed. For this reason, most of the combustion mode of the fuel injected during this injection period is premixed combustion, and oxygen shortage does not occur in the combustion field, so that the generation of smoke can be suppressed. Further, since the generation of smoke can be suppressed by such a self-interference cooling action, the EGR rate by the exhaust gas recirculation device can be set high, and the generation amount of NOx can be greatly reduced. Thus, according to this solution, it is possible to achieve both the suppression of the NOx generation amount and the suppression of the smoke generation amount by generating a cooling action corresponding to any load state.

各燃料噴射期間での燃料噴射量を設定する構成として好ましくは以下のものが挙げられる。つまり、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射で噴射される燃料の貫徹力に比べて上記最終分割主噴射で噴射される燃料の貫徹力を低く設定するよう上記燃料噴射制御手段を構成している。より具体的には、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射で噴射される総燃料噴射量に比べて上記最終分割主噴射で噴射される総燃料噴射量を少なく設定するよう上記燃料噴射制御手段を構成している。   As a configuration for setting the fuel injection amount in each fuel injection period, the following is preferable. In other words, the fuel injection control means sets the penetration force of the fuel injected in the final divided main injection lower than the penetration force of the fuel injected in the fuel injection performed in the stage before the final divided main injection. Is configured. More specifically, the total fuel injection amount injected in the final divided main injection is set to be smaller than the total fuel injection amount injected in the fuel injection performed in a stage before the final divided main injection. The fuel injection control means is configured.

このように各燃料噴射期間での燃料噴射量を設定してそれぞれの貫徹力を異ならせることで、燃焼室内の広範囲に亘る燃焼場での燃焼が可能になり、各燃焼場での酸素不足を回避することができ、スモークの発生をより確実に抑制することができる。   Thus, by setting the fuel injection amount in each fuel injection period and making each penetration force different, combustion in a combustion field over a wide range in the combustion chamber becomes possible, and oxygen shortage in each combustion field is reduced. This can be avoided, and the generation of smoke can be more reliably suppressed.

より好ましくは、上記最終分割主噴射によって噴射された燃料の略全体が初期緩慢燃焼および予混合燃焼となるように、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射の噴射タイミングおよび噴射量を設定する。そのためには、例えば、上記第1燃料噴射の噴射タイミングを大きく進角側に移行させ、この第1燃料噴射で噴射された燃料を過拡散状態にして予熱作用が生じないようにすることが挙げられる。   More preferably, the injection timing and the injection amount of the fuel injection performed before the final divided main injection so that substantially the entire fuel injected by the final divided main injection becomes initial slow combustion and premixed combustion. Set. For that purpose, for example, the injection timing of the first fuel injection is largely shifted to the advance side, and the fuel injected in the first fuel injection is overdiffusioned so that no preheating action occurs. It is done.

これによれば、燃焼期間での燃焼形態を初期緩慢燃焼および予混合燃焼のみにより達成させることができる。つまり、拡散燃焼が存在しないことから、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制との両立を確実に図ることができる。   According to this, the combustion mode in the combustion period can be achieved only by the initial slow combustion and the premixed combustion. That is, since there is no diffusion combustion, it is possible to reliably achieve both suppression of the NOx generation amount and suppression of the smoke generation amount.

スモークおよびNOxの発生を抑制するための補助的な動作として以下の動作を行うことが好ましい。つまり、気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させる邂逅率低下動作を行いながら、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射を実行するものである。   The following operation is preferably performed as an auxiliary operation for suppressing the generation of smoke and NOx. That is, fuel injection performed before the final divided main injection is performed while performing a drought reduction operation for reducing the droop rate between oxygen in the cylinder and fuel spray.

ここで、上記「気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率」とは、気筒内において酸素分子と燃料粒子とが所謂「出会う(化学反応を行う)」確率(頻度)であって、この邂逅率が高いほど、気筒内での化学反応が進み、熱発生率の増大に伴って気筒内温度も上昇していくことになる。つまり、上述の如く邂逅率を低下させる動作を行えば、たとえ、気筒内の一部の領域(例えば燃焼室内中央部の狭小領域)における酸素分子の量が少ない場合や燃料粒子の量が多い場合であっても、上記化学反応の進行度は低く、気筒内を低温度(例えば800K程度)にすることが可能になる。例えば気筒内の単位容積当たりにおける酸素分子と燃料粒子との衝突回数を抑制したり、酸素分子の運動量を抑制することで上記初期緩慢燃焼が実現できる。   Here, the “rate of oxygen and fuel spray in the cylinder” is a so-called “meeting (performing chemical reaction)” probability (frequency) of oxygen molecules and fuel particles in the cylinder. The higher the rate, the more the chemical reaction in the cylinder progresses, and the in-cylinder temperature rises as the heat generation rate increases. In other words, if the operation for reducing the porosity is performed as described above, even if the amount of oxygen molecules is small or the amount of fuel particles is large in a partial region in the cylinder (for example, a narrow region in the center of the combustion chamber). Even so, the degree of progress of the chemical reaction is low, and the temperature inside the cylinder can be lowered (for example, about 800 K). For example, the initial slow combustion can be realized by suppressing the number of collisions between oxygen molecules and fuel particles per unit volume in the cylinder or suppressing the momentum of oxygen molecules.

このように気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率が低下した状態で燃料噴射が行われるので、単位時間当たりの熱発生量である熱発生率は比較的小さく、これによってもスモークおよびNOxの発生を抑制することが可能となる。   Thus, since fuel injection is performed in a state where the ratio of oxygen and fuel spray in the cylinder is reduced, the heat generation rate, which is the amount of heat generated per unit time, is relatively small. Occurrence can be suppressed.

上記邂逅率低下動作として好ましくは、上記排気還流装置による排気還流動作、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも何れか一つが実行されるようにしている。   Preferably, at least one of the exhaust gas recirculation operation by the exhaust gas recirculation device, the intake air throttle operation in the intake system, and the operation of lowering the in-cylinder temperature is executed as the ratio reduction operation.

これら動作により、吸気中の酸素濃度を低下させたり、吸気量を低下させたり、気筒内での酸素分子や燃料粒子の運動エネルギを低下させたりすることで、上記邂逅率を効果的に低下させることができる。   By these operations, the above-described ratio is effectively reduced by lowering the oxygen concentration in the intake air, reducing the intake air amount, or reducing the kinetic energy of oxygen molecules and fuel particles in the cylinder. be able to.

また、上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態での排気還流率は20%以上に設定されていることが好ましい。このように比較的高い排気還流率とすることでNOxの発生量を大幅に削減することが可能となる。   The exhaust gas recirculation rate in a state where a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system by the exhaust gas recirculation device is preferably set to 20% or more. By setting the exhaust gas recirculation rate to a relatively high value in this way, it is possible to greatly reduce the amount of NOx generated.

更に、上記燃料噴射弁は、開弁時における燃料噴射率が所定噴射率以下になるよう噴孔径が小径化されたものであることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the fuel injection valve has a nozzle hole diameter reduced so that the fuel injection rate when the valve is opened is equal to or less than a predetermined injection rate.

このように噴孔径を小径化した場合、噴霧が微粒化されることによって燃焼性が改善し、例えばHCの発生量を抑制することができる。但し、燃料噴射期間の長期化を招く可能性がある。この場合に、上述した如く相互干渉冷却作用が得られるような燃料噴射制御を行うことで、着火遅れの促進によって予混合燃焼の割合を増大させることができ、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立することが可能になる。   When the nozzle hole diameter is reduced in this way, the combustibility is improved by atomizing the spray, and for example, the amount of HC generated can be suppressed. However, there is a possibility of prolonging the fuel injection period. In this case, by performing the fuel injection control so as to obtain the mutual interference cooling action as described above, it is possible to increase the proportion of the premixed combustion by promoting the ignition delay, thereby suppressing the NOx generation amount and the smoke generation amount. It is possible to achieve both suppression of the above.

本発明では、先行して噴射された燃料の着火遅れを最終段階の燃料噴射タイミング付近まで促進させるよう各燃料噴射タイミングを規定し、これによって燃料噴霧同士の相互干渉冷却作用を生じさせ、燃焼期間中における予混合燃焼の割合を増大させるようにしている。これにより、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制とを両立することが可能になり、排気エミッションの改善を図ることができる。   In the present invention, each fuel injection timing is defined so as to accelerate the ignition delay of the previously injected fuel to the vicinity of the final stage fuel injection timing, thereby causing the mutual interference cooling action between the fuel sprays, and the combustion period. The proportion of premixed combustion in the engine is increased. As a result, it is possible to achieve both the suppression of the NOx generation amount and the suppression of the smoke generation amount, and the exhaust emission can be improved.

実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the engine which concerns on embodiment, and its control system. ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the combustion chamber of a diesel engine, and its peripheral part. ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of control systems, such as ECU. エンジンの低負荷運転時における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示す図である。It is a figure which shows the change of the heat release rate in a cylinder at the time of a low load driving | operation of an engine, and a fuel-injection pattern, respectively. エンジンの高負荷運転時における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示す図である。It is a figure which shows the change of the heat release rate in a cylinder at the time of a high load driving | operation of an engine, and a fuel-injection pattern, respectively. 各分割メイン噴射が実施された際の燃焼場のガス温度と当量比との変化を表すφTマップであって、エンジンの低負荷運転時の変化を示す図である。FIG. 6 is a φT map showing changes in gas temperature and equivalence ratio of a combustion field when each divided main injection is performed, and shows changes during low-load operation of the engine. 各分割メイン噴射が実施された際の燃焼場のガス温度と当量比との変化を表すφTマップであって、エンジンの高負荷運転時の変化を示す図である。FIG. 5 is a φT map showing changes in the gas temperature of the combustion field and the equivalence ratio when each divided main injection is performed, and is a diagram showing changes during high-load operation of the engine. 燃料噴射形態変更制御の手順を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the procedure of fuel injection form change control. 変形例であって、エンジンの低負荷運転時における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示す図である。It is a modification, and is a diagram showing a change in a heat generation rate in a cylinder and a fuel injection pattern at the time of low load operation of the engine. 従来例において、3回の分割噴射が行われた場合のメイン噴射の実行期間中における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示す図である。In a prior art example, it is a figure which respectively shows the change of the heat release rate in a cylinder in the execution period of the main injection at the time of three times of divided injection, and a fuel injection pattern.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.

−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成について説明する。図1は本実施形態に係るエンジン1およびその制御系統の概略構成図である。また、図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室3およびその周辺部を示す断面図である。
-Engine configuration-
First, a schematic configuration of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 and its control system according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the combustion chamber 3 of the diesel engine and its periphery.

図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。   As shown in FIG. 1, the engine 1 according to the present embodiment is configured as a diesel engine system having a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake system 6, an exhaust system 7 and the like as main parts.

燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、遮断弁24、燃料添加弁26、機関燃料通路27、添加燃料通路28等を備えて構成されている。   The fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, a shutoff valve 24, a fuel addition valve 26, an engine fuel passage 27, an addition fuel passage 28, and the like.

上記サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路27を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、サプライポンプ21から供給された高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23は、その内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して燃焼室3内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。   The supply pump 21 pumps fuel from the fuel tank, makes the pumped fuel high pressure, and supplies it to the common rail 22 via the engine fuel passage 27. The common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 21 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 23. The injector 23 includes a piezoelectric element (piezo element) therein, and is configured by a piezo injector that is appropriately opened to supply fuel into the combustion chamber 3.

また、本実施形態におけるインジェクタ23は、周方向に均等間隔で10個の噴孔(図示省略)を備えていると共に、各噴孔径は一般的なインジェクタの噴孔径に対して小径化されている。これは、噴霧を微粒化することによって燃焼性を改善し、例えばHCの発生量を抑制するための構成である。このような構成とした場合、インジェクタ23の開弁時における単位時間当たりの燃料噴射量(燃料噴射率)は小さくなっている。具体的には、一般的なインジェクタの噴孔径が0.12mmであるのに対し、本実施形態におけるインジェクタ23の噴孔径は0.09mmとなっている。この値はこれに限定されるものではない。尚、このインジェクタ23からの燃料噴射制御の詳細については後述する。   Moreover, the injector 23 in this embodiment is provided with ten nozzle holes (not shown) at equal intervals in the circumferential direction, and each nozzle hole diameter is made smaller than that of a general injector. . This is a configuration for improving combustibility by atomizing the spray and suppressing, for example, the amount of HC generated. In such a configuration, the fuel injection amount (fuel injection rate) per unit time when the injector 23 is opened is small. Specifically, the nozzle hole diameter of a general injector is 0.12 mm, whereas the nozzle hole diameter of the injector 23 in this embodiment is 0.09 mm. This value is not limited to this. Details of the fuel injection control from the injector 23 will be described later.

また、上記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路28を介して燃料添加弁26に供給する。添加燃料通路28には、緊急時において添加燃料通路28を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁24が備えられている。   The supply pump 21 supplies a part of the fuel pumped from the fuel tank to the fuel addition valve 26 via the addition fuel passage 28. The added fuel passage 28 is provided with the shutoff valve 24 for shutting off the added fuel passage 28 and stopping fuel addition in an emergency.

また、上記燃料添加弁26は、後述するECU100による添加制御動作によって排気系7への燃料添加量が目標添加量(排気A/Fが目標A/Fとなるような添加量)となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁26から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系7(排気ポート71から排気マニホールド72)に噴射供給される構成となっている。   The fuel addition valve 26 is configured so that the fuel addition amount to the exhaust system 7 becomes a target addition amount (addition amount that makes the exhaust A / F become the target A / F) by an addition control operation by the ECU 100 described later. In addition, it is constituted by an electronically controlled on-off valve whose valve opening timing is controlled so that the fuel addition timing becomes a predetermined timing. That is, a desired fuel is injected and supplied from the fuel addition valve 26 to the exhaust system 7 (from the exhaust port 71 to the exhaust manifold 72) at an appropriate timing.

吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド63を備え、この吸気マニホールド63に、吸気通路を構成する吸気管64が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ65、エアフローメータ43、スロットルバルブ(吸気絞り弁)62が配設されている。上記エアフローメータ43は、エアクリーナ65を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。   The intake system 6 includes an intake manifold 63 connected to an intake port 15a formed in the cylinder head 15 (see FIG. 2), and an intake pipe 64 that constitutes an intake passage is connected to the intake manifold 63. Further, an air cleaner 65, an air flow meter 43, and a throttle valve (intake throttle valve) 62 are arranged in this intake passage in order from the upstream side. The air flow meter 43 outputs an electrical signal corresponding to the amount of air flowing into the intake passage via the air cleaner 65.

排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート71に接続される排気マニホールド72を備え、この排気マニホールド72に対して、排気通路を構成する排気管73,74が接続されている。また、この排気通路には、NOx吸蔵触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction触媒)75およびDPNR触媒(Diesel Paticulate−NOx Reduction触媒)76を備えたマニバータ(排気浄化装置)77が配設されている。以下、これらNSR触媒75およびDPNR触媒76について説明する。   The exhaust system 7 includes an exhaust manifold 72 connected to an exhaust port 71 formed in the cylinder head 15, and exhaust pipes 73 and 74 constituting an exhaust passage are connected to the exhaust manifold 72. In addition, a maniverter (exhaust gas purification device) 77 including a NOx storage catalyst (NSR catalyst: NOx Storage Reduction catalyst) 75 and a DPNR catalyst (Diesel Particle-NOx Reduction catalyst) 76 is disposed in the exhaust passage. Hereinafter, the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 will be described.

NSR触媒75は、吸蔵還元型NOx触媒であって、例えばアルミナ(Al23)を担体とし、この担体上に例えばカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類、ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類と、白金(Pt)のような貴金属とが担持された構成となっている。 The NSR catalyst 75 is an NOx storage reduction catalyst. For example, alumina (Al 2 O 3 ) is used as a support, and potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), for example, is supported on this support. Alkali metal such as barium (Ba), alkaline earth such as calcium (Ca), rare earth such as lanthanum (La) and yttrium (Y), and noble metal such as platinum (Pt) were supported. It has a configuration.

このNSR触媒75は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはNOxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分(例えば燃料の未燃成分(HC))が多量に存在している状態においてはNOxをNO2若しくはNOに還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気中のHCやCOと速やかに反応することによってさらに還元されてN2となる。また、HCやCOは、NO2やNOを還元することで、自身は酸化されてH2OやCO2となる。即ち、NSR触媒75に導入される排気中の酸素濃度やHC成分を適宜調整することにより、排気中のHC、CO、NOxを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やHC成分の調整を上記燃料添加弁26からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。 The NSR catalyst 75 stores NOx in a state where a large amount of oxygen is present in the exhaust gas, has a low oxygen concentration in the exhaust gas, and has a large amount of reducing component (for example, unburned component (HC) of fuel). In the existing state, NOx is reduced to NO 2 or NO and released. NO NOx released as NO 2 or NO, the N 2 is further reduced due to quickly reacting with HC or CO in the exhaust. Further, HC and CO are oxidized to H 2 O and CO 2 by reducing NO 2 and NO. That is, HC, CO, and NOx in the exhaust can be purified by appropriately adjusting the oxygen concentration and HC component in the exhaust introduced into the NSR catalyst 75. In the present embodiment, the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas can be adjusted by the fuel addition operation from the fuel addition valve 26.

一方、DPNR触媒76は、例えば多孔質セラミック構造体にNOx吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のPMは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したNOxは還元・放出される。さらに、DPNR触媒76には、捕集したPMを酸化・燃焼する触媒(例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒)が担持されている。   On the other hand, the DPNR catalyst 76 is, for example, a porous ceramic structure carrying a NOx storage reduction catalyst, and PM in the exhaust gas is collected when passing through the porous wall. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst, and when the air-fuel ratio becomes rich, the stored NOx is reduced and released. Further, the DPNR catalyst 76 carries a catalyst that oxidizes and burns the collected PM (for example, an oxidation catalyst mainly composed of a noble metal such as platinum).

ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室3およびその周辺部の構成について、図2を用いて説明する。この図2に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎に円筒状のシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。   Here, the structure of the combustion chamber 3 of a diesel engine and its peripheral part is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 2, a cylinder block 11 constituting a part of the engine body is formed with a cylindrical cylinder bore 12 for each cylinder (four cylinders), and a piston 13 is formed inside each cylinder bore 12. Is accommodated so as to be slidable in the vertical direction.

ピストン13の頂面13aの上側には上記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部にガスケット14を介して取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ(凹陥部)13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。   The combustion chamber 3 is formed above the top surface 13 a of the piston 13. That is, the combustion chamber 3 is defined by the lower surface of the cylinder head 15 attached to the upper part of the cylinder block 11 via the gasket 14, the inner wall surface of the cylinder bore 12, and the top surface 13 a of the piston 13. A cavity (concave portion) 13 b is formed in a substantially central portion of the top surface 13 a of the piston 13, and this cavity 13 b also constitutes a part of the combustion chamber 3.

尚、このキャビティ13bの形状としては、その中央部分(シリンダ中心線P上)では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図2に示すようにピストン13が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ13bによって形成される燃焼室3としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される(拡大空間とされる)構成となっている。   As for the shape of the cavity 13b, the concave dimension is small in the central portion (on the cylinder center line P), and the concave dimension is increased toward the outer peripheral side. That is, as shown in FIG. 2, when the piston 13 is in the vicinity of the compression top dead center, the combustion chamber 3 formed by the cavity 13b is a narrow space having a relatively small volume at the center portion, and is directed toward the outer peripheral side. Thus, the space is gradually enlarged (expanded space).

上記ピストン13は、コネクティングロッド18の小端部18aがピストンピン13cにより連結されており、このコネクティングロッド18の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア12内でのピストン13の往復移動がコネクティングロッド18を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。このグロープラグ19は、エンジン1の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。   The piston 13 has a small end portion 18a of a connecting rod 18 connected by a piston pin 13c, and a large end portion of the connecting rod 18 is connected to a crankshaft which is an engine output shaft. As a result, the reciprocating movement of the piston 13 in the cylinder bore 12 is transmitted to the crankshaft via the connecting rod 18, and the engine output is obtained by rotating the crankshaft. Further, a glow plug 19 is disposed toward the combustion chamber 3. The glow plug 19 functions as a start-up assisting device that is heated red when an electric current is applied immediately before the engine 1 is started and a part of the fuel spray is blown onto the glow plug 19 to promote ignition and combustion.

上記シリンダヘッド15には、燃焼室3へ空気を導入する吸気ポート15aと、燃焼室3から排気ガスを排出する上記排気ポート71とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16および排気ポート71を開閉する排気バルブ17が配設されている。これら吸気バルブ16および排気バルブ17はシリンダ中心線Pを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン1はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド15には、燃焼室3の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ23が取り付けられている。このインジェクタ23は、シリンダ中心線Pに沿う起立姿勢で燃焼室3の略中央上部に配設されており、上記コモンレール22から導入される燃料を燃焼室3に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。   The cylinder head 15 is formed with an intake port 15a for introducing air into the combustion chamber 3 and an exhaust port 71 for discharging exhaust gas from the combustion chamber 3, and an intake valve for opening and closing the intake port 15a. 16 and an exhaust valve 17 for opening and closing the exhaust port 71 are provided. The intake valve 16 and the exhaust valve 17 are disposed to face each other with the cylinder center line P interposed therebetween. That is, the engine 1 is configured as a cross flow type. The cylinder head 15 is provided with the injector 23 that directly injects fuel into the combustion chamber 3. The injector 23 is disposed at a substantially upper center of the combustion chamber 3 in a standing posture along the cylinder center line P, and injects fuel introduced from the common rail 22 toward the combustion chamber 3 at a predetermined timing. It has become.

更に、図1に示す如く、このエンジン1には、過給機(ターボチャージャ)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52およびコンプレッサホイール53を備えている。コンプレッサホイール53は吸気管64の内部に臨んで配置され、タービンホイール52は排気管73の内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ5は、タービンホイール52が受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサホイール53を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構(図示省略)が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 1, the engine 1 is provided with a supercharger (turbocharger) 5. The turbocharger 5 includes a turbine wheel 52 and a compressor wheel 53 that are connected via a turbine shaft 51. The compressor wheel 53 is disposed facing the inside of the intake pipe 64, and the turbine wheel 52 is disposed facing the inside of the exhaust pipe 73. For this reason, the turbocharger 5 performs a so-called supercharging operation in which the compressor wheel 53 is rotated using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the turbine wheel 52 to increase the intake pressure. The turbocharger 5 in the present embodiment is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism (not shown) is provided on the turbine wheel 52 side. By adjusting the opening of the variable nozzle vane mechanism, the engine 1 supercharging pressure can be adjusted.

吸気系6の吸気管64には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。このインタークーラ61よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ62は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有している。   An intake pipe 64 of the intake system 6 is provided with an intercooler 61 for forcibly cooling the intake air whose temperature has been raised by supercharging in the turbocharger 5. The throttle valve 62 provided further downstream than the intercooler 61 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted steplessly. It has a function of narrowing down the area and adjusting (reducing) the supply amount of the intake air.

また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続する排気還流通路(EGR通路)8が設けられている。このEGR通路8は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、このEGR通路8には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるEGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられている。これらEGR通路8、EGRバルブ81、EGRクーラ82等によってEGR装置(排気還流装置)が構成されている。   Further, the engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 8 that connects the intake system 6 and the exhaust system 7. The EGR passage 8 is configured to reduce the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas to the intake system 6 and supplying it again to the combustion chamber 3, thereby reducing the amount of NOx generated. In addition, the EGR passage 8 is opened and closed steplessly by electronic control, and the exhaust gas passing through the EGR passage 8 (recirculating) is cooled by an EGR valve 81 that can freely adjust the exhaust flow rate flowing through the passage. An EGR cooler 82 is provided. The EGR passage 8, the EGR valve 81, the EGR cooler 82, and the like constitute an EGR device (exhaust gas recirculation device).

−センサ類−
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the engine 1, and signals related to the environmental conditions of each part and the operating state of the engine 1 are output.

例えば、上記エアフローメータ43は、吸気系6内のスロットルバルブ62の上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ49は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ48は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。A/F(空燃比)センサ44は、排気系7のマニバータ77の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ45は、同じく排気系7のマニバータ77の下流において排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ41はコモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ42はスロットルバルブ62の開度を検出する。   For example, the air flow meter 43 outputs a detection signal corresponding to the flow rate of intake air (intake air amount) upstream of the throttle valve 62 in the intake system 6. The intake air temperature sensor 49 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the temperature of the intake air. The intake pressure sensor 48 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure. The A / F (air-fuel ratio) sensor 44 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7. Similarly, the exhaust temperature sensor 45 outputs a detection signal corresponding to the temperature of the exhaust gas (exhaust temperature) downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7. The rail pressure sensor 41 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 22. The throttle opening sensor 42 detects the opening of the throttle valve 62.

−ECU−
ECU100は、図3に示すように、CPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
-ECU-
As shown in FIG. 3, the ECU 100 includes a CPU 101, a ROM 102, a RAM 103, a backup RAM 104, and the like. The ROM 102 stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU 101 executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM 102. The RAM 103 is a memory that temporarily stores calculation results in the CPU 101, data input from each sensor, and the like. The backup RAM 104 is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped, for example.

以上のCPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104は、バス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105および出力インターフェース106と接続されている。   The CPU 101, the ROM 102, the RAM 103, and the backup RAM 104 are connected to each other via the bus 107, and are connected to the input interface 105 and the output interface 106.

入力インターフェース105には、上記レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、A/Fセンサ44、排気温センサ45、吸気圧センサ48、吸気温センサ49が接続されている。さらに、この入力インターフェース105には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ46、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ47、および、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力するクランクポジションセンサ40などが接続されている。一方、出力インターフェース106には、上記インジェクタ23、燃料添加弁26、スロットルバルブ62、および、EGRバルブ81などが接続されている。   The input interface 105 is connected with the rail pressure sensor 41, the throttle opening sensor 42, the air flow meter 43, the A / F sensor 44, the exhaust temperature sensor 45, the intake pressure sensor 48, and the intake temperature sensor 49. Further, the input interface 105 includes a water temperature sensor 46 that outputs a detection signal corresponding to the cooling water temperature of the engine 1, an accelerator opening sensor 47 that outputs a detection signal corresponding to the depression amount of the accelerator pedal, and the engine 1. A crank position sensor 40 that outputs a detection signal (pulse) each time the output shaft (crankshaft) rotates by a certain angle is connected. On the other hand, the injector 23, the fuel addition valve 26, the throttle valve 62, the EGR valve 81, and the like are connected to the output interface 106.

そして、ECU100は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。例えば、ECU100は、エンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ81の開度を制御し、吸気マニホールド63に向けての排気還流量(EGR量)を調整する。このEGR量は、上記ROM102に予め記憶されたEGRマップに従って設定される。具体的に、このEGRマップは、エンジン回転数およびエンジン負荷をパラメータとしてEGR量(EGR率)を決定するためのマップであって、排気系へのNOx排出量を低減できるEGR量を設定するためのものである。尚、このEGRマップは、予め実験やシミュレーション等によって作成されたものとなっている。つまり、上記クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されたエンジン回転数およびスロットル開度センサ42によって検出されたスロットルバルブ62の開度(エンジン負荷に相当)とをEGRマップに当て嵌めることでEGR量(EGRバルブ81の開度)が得られるようになっている。そして、特に、本実施形態に係るエンジン1にあってはEGR量が比較的多く設定されている。具体的には、エンジン1の負荷状態に関わりなく、常に20%以上のEGR率となるEGRバルブ81の開度が得られるように上記EGRマップが作成され、上記ROM102に記憶されている。   The ECU 100 executes various controls of the engine 1 based on the outputs of the various sensors described above. For example, the ECU 100 controls the opening degree of the EGR valve 81 according to the operating state of the engine 1 and adjusts the exhaust gas recirculation amount (EGR amount) toward the intake manifold 63. The EGR amount is set according to an EGR map stored in advance in the ROM 102. Specifically, this EGR map is a map for determining the EGR amount (EGR rate) using the engine speed and the engine load as parameters, and is for setting an EGR amount that can reduce the NOx emission amount to the exhaust system. belongs to. This EGR map is created in advance by experiments, simulations, or the like. That is, by applying the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 40 and the opening of the throttle valve 62 (corresponding to the engine load) detected by the throttle opening sensor 42 to the EGR map. An EGR amount (opening degree of the EGR valve 81) is obtained. In particular, the engine 1 according to this embodiment has a relatively large EGR amount. Specifically, the EGR map is created and stored in the ROM 102 so that the opening degree of the EGR valve 81 that always has an EGR rate of 20% or more is obtained regardless of the load state of the engine 1.

さらに、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御を実行する。このインジェクタ23の燃料噴射制御として、本実施形態では、従来の一般的なディーゼルエンジンにおいて実行される、パイロット噴射、プレ噴射、アフタ噴射、ポスト噴射等の副噴射は実行せず、エンジントルクを得るためのメイン噴射のみが実行されるようになっている。つまり、パイロット噴射やプレ噴射を実行しないことで、メイン噴射が開始されるまでの予熱動作は行われないようにしている。   Further, the ECU 100 executes fuel injection control for the injector 23. As fuel injection control of the injector 23, in this embodiment, sub-injection such as pilot injection, pre-injection, after-injection, and post-injection that is executed in a conventional general diesel engine is not executed, and engine torque is obtained. Therefore, only the main injection is performed. That is, by not performing the pilot injection or the pre-injection, the preheating operation until the main injection is started is not performed.

このメイン噴射での総燃料噴射量は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて決定される要求トルクを得るために必要な燃料噴射量として設定される。例えば、エンジン回転数(クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数)が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度センサ47により検出されるアクセルペダルの踏み込み量)が大きいほど(アクセル開度が大きいほど)エンジン1のトルク要求値としては高く得られる。   The total fuel injection amount in the main injection is a fuel injection amount necessary for obtaining a required torque that is determined according to an operating state such as engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, intake air temperature, and environmental conditions. Is set. For example, the higher the engine speed (the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 40), the larger the accelerator operation amount (the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 47). The higher the required accelerator torque of the engine 1, the higher the accelerator opening.

−燃料噴射圧−
上記メイン燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、および、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室3内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ23から燃焼室3内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて設定される。尚、この目標レール圧は例えば上記ROM102に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ23の開弁期間(噴射率波形)が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。尚、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が30MPa〜200MPaの間で調整されるようになっている。
-Fuel injection pressure-
The fuel injection pressure for executing the main fuel injection is determined by the internal pressure of the common rail 22. As the common rail internal pressure, generally, the target value of the fuel pressure supplied from the common rail 22 to the injector 23, that is, the target rail pressure, increases as the engine load (engine load) increases and the engine speed (engine speed) increases. It will be expensive. That is, when the engine load is high, the amount of air sucked into the combustion chamber 3 is large. Therefore, a large amount of fuel must be injected from the injector 23 into the combustion chamber 3, and therefore the injection from the injector 23 is performed. The pressure needs to be high. Further, when the engine speed is high, the injection period is short, so the amount of fuel injected per unit time must be increased, and therefore the injection pressure from the injector 23 needs to be increased. . Thus, the target rail pressure is generally set based on the engine load and the engine speed. The target rail pressure is set according to a fuel pressure setting map stored in the ROM 102, for example. That is, by determining the fuel pressure according to this fuel pressure setting map, the valve opening period (injection rate waveform) of the injector 23 is controlled, and the fuel injection amount during the valve opening period can be defined. In the present embodiment, the fuel pressure is adjusted between 30 MPa and 200 MPa according to the engine load and the like.

上記メイン噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン1や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。   The optimum value of the fuel injection parameter in the main injection varies depending on the temperature conditions of the engine 1 and the intake air.

例えば、上記ECU100は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ21の燃料吐出量を調量する。また、ECU100はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量および燃料噴射形態を決定する。具体的には、ECU100は、クランクポジションセンサ40の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ47の検出値に基づいてアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を求め、このエンジン回転速度およびアクセル開度に基づいて総メイン噴射量(メイン噴射での噴射量)を決定する。   For example, the ECU 100 adjusts the fuel discharge amount of the supply pump 21 so that the common rail pressure becomes equal to the target rail pressure set based on the engine operating state, that is, the fuel injection pressure matches the target injection pressure. To measure. Further, the ECU 100 determines the fuel injection amount and the fuel injection form based on the engine operating state. Specifically, the ECU 100 calculates the engine rotation speed based on the detection value of the crank position sensor 40, obtains the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening) based on the detection value of the accelerator opening sensor 47, A total main injection amount (injection amount in main injection) is determined based on the engine speed and the accelerator opening.

−分割メイン噴射−
ディーゼルエンジン1においては、NOx発生量およびスモーク発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、燃焼室3内での燃焼形態を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この燃焼形態をコントロールするための手法として以下に述べるような分割メイン噴射(分割主噴射)による燃料噴射手法を見出した。以下、具体的に説明する。
-Split main injection-
In the diesel engine 1, it is important to simultaneously satisfy various requirements such as improvement of exhaust emission by reducing the NOx generation amount and smoke generation amount, and reduction of combustion noise during the combustion stroke. The inventor of the present invention pays attention to the fact that it is effective to appropriately control the combustion mode in the combustion chamber 3 as a method for simultaneously satisfying these requirements, and as a method for controlling this combustion mode. The present inventors have found a fuel injection method using divided main injection (divided main injection) as described below. This will be specifically described below.

本実施形態では、エンジン負荷に応じて上記メイン噴射の噴射形態を変更するようにしている。具体的に、本実施形態における燃料噴射制御では、エンジン1の負荷に関わりなく(低負荷運転時、中負荷運転時、高負荷運転時共に)、上記メイン噴射の噴射形態として2回の分割メイン噴射を実行することで、このメイン噴射で必要とされる総メイン噴射量(要求トルクを得るための総燃料噴射量)を確保している。   In this embodiment, the injection mode of the main injection is changed according to the engine load. Specifically, in the fuel injection control in the present embodiment, regardless of the load of the engine 1 (during low load operation, medium load operation, and high load operation), the main injection mode is divided into two divided mains. By executing the injection, the total main injection amount (total fuel injection amount for obtaining the required torque) required for the main injection is secured.

尚、本実施形態でいう高負荷運転時とは、排気エミッションの改善を図る運転領域の範囲内においてエンジン負荷が比較的高い領域を意味している。つまり、排気エミッションを考慮することなくドライバが要求するトルクを出力する運転領域(トルク優先運転領域)よりもエンジン負荷が低い領域である。   Note that the high load operation in the present embodiment means a region where the engine load is relatively high within the range of the operation region where exhaust emission is improved. That is, this is a region where the engine load is lower than the operation region (torque priority operation region) in which the torque requested by the driver is output without considering the exhaust emission.

そして、本実施形態において特徴とする分割メイン噴射は、上記エンジン1の低負荷運転時における分割メイン噴射の噴射タイミングにある。各負荷時における噴射形態の詳細については後述する。   The divided main injection, which is a feature of the present embodiment, is at the injection timing of the divided main injection during the low load operation of the engine 1. Details of the injection mode at each load will be described later.

本実施形態における燃焼室3内での燃焼過程中における燃焼形態の概略は以下のとおりである。この燃焼形態では、同一燃焼過程中に、初期緩慢燃焼(初期低温燃焼とも呼ばれ、比較的燃焼速度が低い燃焼形態をいう)、予混合燃焼、拡散燃焼が順に行われる。言い換えると、同一燃焼過程中に、初期緩慢燃焼および拡散燃焼が行われ、更には、これら初期緩慢燃焼と拡散燃焼との間を予混合燃焼により繋ぐことで、互いに異なる3形態の燃焼が連続して行われるようになっている。つまり、第1段階の燃焼である初期緩慢燃焼と第3段階の燃焼である拡散燃焼との間に、第2段階の燃焼である予混合燃焼を介在させることで、これら互いに異なる燃焼形態の連続性を実現している。   The outline of the combustion mode during the combustion process in the combustion chamber 3 in the present embodiment is as follows. In this combustion mode, initial slow combustion (also referred to as initial low temperature combustion, which is a combustion mode having a relatively low combustion rate), premixed combustion, and diffusion combustion are sequentially performed during the same combustion process. In other words, during the same combustion process, the initial slow combustion and the diffusion combustion are performed, and furthermore, by connecting the initial slow combustion and the diffusion combustion by the premixed combustion, three different forms of combustion are continuously performed. It is supposed to be done. That is, by interposing the premixed combustion that is the second-stage combustion between the initial slow combustion that is the first-stage combustion and the diffusion combustion that is the third-stage combustion, a series of these different combustion forms Realize the sex.

より具体的に、上記第1段階の燃焼である初期緩慢燃焼は、気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させる邂逅率低下動作を行いながら燃料が噴射されることによって実施され、この燃料の燃焼によって気筒内で燃料が順次燃焼していく。具体的には、気筒内温度が750K以上で900K未満の範囲にあるときの所定期間を初期燃焼用燃料噴射期間として設定して緩慢燃焼用メイン噴射を行って上記初期緩慢燃焼を行わせる。尚、上記初期燃焼用燃料噴射期間における気筒内温度の上限値は、気筒内での噴霧状態に応じて適宜設定することが可能な値であり、また、大量EGRによって高くなる場合もあるため、この値は900Kには限定されず、950Kや1000K等となる場合もある(以下では900Kの場合を代表して説明する)。   More specifically, the initial slow combustion, which is the first-stage combustion, is performed by injecting fuel while performing a drought reduction operation for reducing the droop rate between oxygen in the cylinder and fuel spray. The fuel burns sequentially in the cylinder as the fuel burns. Specifically, a predetermined period when the in-cylinder temperature is in the range of 750 K or more and less than 900 K is set as the initial combustion fuel injection period, and the slow combustion main injection is performed to perform the initial slow combustion. The upper limit value of the in-cylinder temperature during the initial combustion fuel injection period is a value that can be appropriately set according to the spray state in the cylinder, and may be increased by a large amount of EGR. This value is not limited to 900K, and may be 950K, 1000K, or the like (hereinafter, the case of 900K will be described as a representative).

また、第2段階の燃焼である予混合燃焼は、上記初期緩慢燃焼の開始後、気筒内の温度が、拡散燃焼に至る所定の拡散燃焼開始温度(例えば900K)未満であるときに燃焼室内に存在する燃料が燃焼することにより行われる。具体的には、上記初期緩慢燃焼の燃焼場温度が800K以上で900K未満の範囲にあるときの所定期間を予混合燃焼用燃料噴射期間として設定して予混合燃焼用メイン噴射を行って上記予混合燃焼を行わせる。   Premixed combustion, which is the second stage combustion, is performed when the temperature in the cylinder is lower than a predetermined diffusion combustion start temperature (for example, 900 K) leading to diffusion combustion after the start of the initial slow combustion. This is done by burning the existing fuel. Specifically, a predetermined period when the combustion field temperature of the initial slow combustion is in a range of 800 K or more and less than 900 K is set as a premixed combustion fuel injection period, the premixed combustion main injection is performed, and the premixed combustion is performed. Perform mixed combustion.

そして、本実施形態では、後述するように中負荷運転時および高負荷運転時において、上記初期緩慢燃焼を行わせるための初期燃焼用燃料噴射期間と予混合燃焼を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射期間とはそれぞれ連続した燃料噴射期間として設定される。つまり、初期緩慢燃焼を行わせるための初期燃焼用燃料噴射期間での燃料噴射と予混合燃焼を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射期間での燃料噴射とが、燃料噴射を停止することなく継続(連続)されるようにしている。また、後述するように、エンジン1の低負荷運転時には、中負荷運転時および高負荷運転時に対して燃料噴射タイミングを異ならせ、分割された各分割メイン噴射のうち第2回目の分割メイン噴射(ピストン13の圧縮上死点(TDC)付近に設定された分割メイン噴射)の実行に伴って上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼が順に行われるようにしている。詳しくは後述する。   In the present embodiment, as will be described later, in the middle load operation and the high load operation, the initial combustion fuel injection period for performing the initial slow combustion and the premixed combustion for performing the premixed combustion are performed. Each fuel injection period is set as a continuous fuel injection period. In other words, the fuel injection in the initial combustion fuel injection period for performing the initial slow combustion and the fuel injection in the premixed combustion fuel injection period for performing the premixed combustion do not stop the fuel injection. It is intended to be continued (continuous). Further, as will be described later, when the engine 1 is in a low load operation, the fuel injection timing is made different between the middle load operation and the high load operation, and the second divided main injection ( The initial slow combustion and the premixed combustion are sequentially performed in accordance with the execution of the divided main injection set near the compression top dead center (TDC) of the piston 13. Details will be described later.

更に、第3段階の燃焼である拡散燃焼は、上記予混合燃焼の開始後、この予混合燃焼によって気筒内の温度が上記拡散燃焼開始温度以上であるときに燃料噴射が行われることによる燃焼である。具体的には、上記予混合燃焼の燃焼場温度が900Kに達した直後の所定期間を拡散燃焼用燃料噴射期間として設定して拡散燃焼用メイン噴射を行って上記拡散燃焼を行わせる。エンジン1の中負荷運転時および高負荷運転時にはピストン13の圧縮上死点よりも遅角側(ATDC)に拡散燃焼用燃料噴射期間が設定される。一方、エンジン1の低負荷運転時には、分割された各分割メイン噴射のうち第2回目の分割メイン噴射の実行に伴って上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼が順に行われた後に、拡散燃焼が行われることになる。   Further, diffusion combustion, which is the third stage combustion, is combustion by fuel injection when the temperature in the cylinder is equal to or higher than the diffusion combustion start temperature by the premix combustion after the start of the premix combustion. is there. Specifically, the diffusion combustion is performed by setting the predetermined period immediately after the combustion field temperature of the premixed combustion reaches 900K as the diffusion combustion fuel injection period and performing the diffusion combustion main injection. At the time of medium load operation and high load operation of the engine 1, the diffusion combustion fuel injection period is set on the retard side (ATDC) from the compression top dead center of the piston 13. On the other hand, during the low load operation of the engine 1, diffusion combustion is performed after the initial slow combustion and the premixed combustion are sequentially performed in accordance with the execution of the second divided main injection among the divided main injections. It will be.

本実施形態ではメイン噴射の噴射形態として2回の分割メイン噴射が実行されるので、以下では、第1回目の分割メイン噴射を「第1燃料噴射」と呼び、第2回目の分割メイン噴射を「第2燃料噴射(最終分割主噴射)」と呼ぶこととする。   In the present embodiment, since the split main injection is executed twice as the main injection mode, the first split main injection is hereinafter referred to as “first fuel injection”, and the second split main injection is referred to as the main injection mode. This is referred to as “second fuel injection (final divided main injection)”.

各燃焼形態を実現するためのそれぞれの燃料噴射量として、エンジン1の低負荷運転時にあっては、第1燃料噴射での燃料噴射量に対して、第2燃料噴射での燃料噴射量を少なく設定している。このように低負荷運転時の燃料噴射量を設定することにより、第1燃料噴射で噴射される燃料の貫徹力に比べて第2燃料噴射で噴射される燃料の貫徹力を低く設定している。この第1燃料噴射での燃料噴射量と、第2燃料噴射での燃料噴射量との比は、例えば「2:1」に設定される。この値はこれに限定されるものではない。   As the respective fuel injection amounts for realizing each combustion mode, when the engine 1 is in a low load operation, the fuel injection amount in the second fuel injection is less than the fuel injection amount in the first fuel injection. It is set. Thus, by setting the fuel injection amount at the time of low load operation, the penetration force of the fuel injected by the second fuel injection is set lower than the penetration force of the fuel injected by the first fuel injection. . The ratio of the fuel injection amount in the first fuel injection and the fuel injection amount in the second fuel injection is set to “2: 1”, for example. This value is not limited to this.

また、エンジン1の中負荷運転時および高負荷運転時にあっても、第1燃料噴射での燃料噴射量に対して、第2燃料噴射での燃料噴射量を少なく設定している。このように高負荷運転時の燃料噴射量を設定することによっても、第1燃料噴射で噴射される燃料の貫徹力に比べて第2燃料噴射で噴射される燃料の貫徹力を低く設定している。この第1燃料噴射での燃料噴射量と、第2燃料噴射での燃料噴射量との比は、例えば「7:1」に設定される。この値はこれに限定されるものではない。   Further, even during the medium load operation and the high load operation of the engine 1, the fuel injection amount in the second fuel injection is set smaller than the fuel injection amount in the first fuel injection. Thus, by setting the fuel injection amount at the time of high load operation, the penetration force of the fuel injected by the second fuel injection is set lower than the penetration force of the fuel injected by the first fuel injection. Yes. The ratio of the fuel injection amount in the first fuel injection and the fuel injection amount in the second fuel injection is set to “7: 1”, for example. This value is not limited to this.

ここで燃料噴射量と貫徹力との関係について説明する。上記インジェクタ23では、噴射指令信号を受けて燃料噴射が開始されると、噴射孔を閉塞しているニードルが噴射孔から後退していくことで噴射孔の開口面積を次第に増大させていく。そして、ニードルが最後退位置まで移動すると噴射孔の開口面積は最大となる。ところが、このニードルが最後退位置に達するまでに噴射指令信号が解除されると(閉弁指令を受けると)、後退移動している途中でニードルは閉弁方向に向かって前進することになる。つまり、この場合、噴射孔の開口面積は最大となることなく燃料噴射を終了することになる。このため、噴射期間が長く設定されるほど噴射孔の開口面積としては大きく得られることになる。   Here, the relationship between the fuel injection amount and the penetration force will be described. In the injector 23, when fuel injection is started in response to the injection command signal, the opening area of the injection hole is gradually increased as the needle closing the injection hole is retracted from the injection hole. When the needle moves to the last retracted position, the opening area of the injection hole becomes maximum. However, if the injection command signal is canceled before the needle reaches the last retracted position (when the valve closing command is received), the needle moves forward in the valve closing direction while moving backward. That is, in this case, the fuel injection is terminated without maximizing the opening area of the injection hole. For this reason, the longer the injection period is set, the larger the opening area of the injection hole is obtained.

そして、上記噴射孔の開口面積は、その噴射孔から噴射される燃料(噴霧)の飛行距離に相関がある。つまり、噴射孔の開口面積が大きい状態で燃料が噴射された場合には、噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も大きいため運動エネルギも大きく(貫徹力(ペネトレーション)が大きく)なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離は長くなる。一方、噴射孔の開口面積が小さい状態で燃料が噴射された場合には、この噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も小さいため運動エネルギも小さく(貫徹力(ペネトレーション)が小さく)なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離も短い。   And the opening area of the said injection hole has a correlation with the flight distance of the fuel (spray) injected from the injection hole. In other words, when fuel is injected with a large opening area of the injection hole, the size of the droplet of fuel injected from the injection hole is also large, so that the kinetic energy is also large (the penetration force is large). Yes. For this reason, the flight distance of this fuel droplet becomes long. On the other hand, when fuel is injected in a state where the opening area of the injection hole is small, the size of the droplet of fuel injected from the injection hole is also small, so the kinetic energy is also small (penetration force is small). ing. For this reason, the flight distance of this fuel droplet is also short.

そして、上述した如く、インジェクタ23の開弁期間が比較的長く設定された場合(言い換えると、メイン噴射1回当たりの噴射量が比較的多く設定された場合)には、ニードルが最後退位置まで移動することになって噴射孔の開口面積は最大となるので、この場合の燃料の液滴の飛行距離は長くなる。つまり、インジェクタ23から噴射された燃料の大部分は上記キャビティ13bの外周端付近まで飛行可能な状態となる。   As described above, when the valve opening period of the injector 23 is set to be relatively long (in other words, when the injection amount per main injection is set to be relatively large), the needle reaches the last retracted position. Since the opening area of the injection hole becomes maximum due to the movement, the flight distance of the fuel droplet in this case becomes long. That is, most of the fuel injected from the injector 23 can fly up to the vicinity of the outer peripheral end of the cavity 13b.

一方、インジェクタ23の開弁期間が比較的短く設定された場合(言い換えると、メイン噴射1回当たりの噴射量が比較的少なく設定された場合)には、ニードルが最後退位置まで移動することがなく噴射孔の開口面積は小さいため、この場合の燃料の液滴の飛行距離は短くなる。つまり、インジェクタ23から噴射された燃料の大部分は上記キャビティ13bの中央部付近までしか飛行できない状態となる。   On the other hand, if the valve opening period of the injector 23 is set to be relatively short (in other words, the injection amount per main injection is set to be relatively small), the needle may move to the last retracted position. Since the opening area of the injection hole is small, the flight distance of the fuel droplet in this case is shortened. That is, most of the fuel injected from the injector 23 can fly only to the vicinity of the center of the cavity 13b.

このように、インジェクタ23の開弁期間によって決まる噴射孔の開口面積と、その噴射孔から噴射される燃料(噴霧)の飛行距離とには相関がある。このため、インジェクタ23の開弁期間を調整することによって燃料の飛行距離を調整することが可能である。言い換えると、メイン噴射1回当たりの噴射量によって決まる噴射孔の開口面積と、その噴射孔から噴射される燃料(噴霧)の飛行距離とには相関がある。このため、メイン噴射1回当たりの噴射量を規定することによって燃料の飛行距離を規定することが可能である。   Thus, there is a correlation between the opening area of the injection hole determined by the valve opening period of the injector 23 and the flight distance of the fuel (spray) injected from the injection hole. For this reason, it is possible to adjust the flight distance of the fuel by adjusting the valve opening period of the injector 23. In other words, there is a correlation between the opening area of the injection hole determined by the injection amount per main injection and the flight distance of fuel (spray) injected from the injection hole. For this reason, it is possible to define the flight distance of the fuel by defining the injection amount per main injection.

以下、各負荷状態における燃料噴射形態およびそれに伴う燃焼室3内での燃焼形態について個別に説明する。   Hereinafter, the fuel injection mode in each load state and the combustion mode in the combustion chamber 3 associated therewith will be individually described.

図4は、エンジン1の低負荷運転時であってメイン噴射の実行期間中における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示している。また、図5は、エンジン1の高負荷運転時であってメイン噴射の実行期間中における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示している。   FIG. 4 shows a change in the heat generation rate in the cylinder and the fuel injection pattern during the low-load operation of the engine 1 and during the main injection execution period. FIG. 5 shows the change in the heat generation rate in the cylinder and the fuel injection pattern during the high-load operation of the engine 1 and during the execution period of the main injection.

これら図4および図5における熱発生率の変化を示す波形では横軸をクランク角度とし縦軸を熱発生率としている。また、各図における燃料噴射パターンの波形では横軸をクランク角度とし縦軸を噴射率(インジェクタ23に備えられたニードルの後退移動量に相当)としている。図中のTDCはピストン13の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。   4 and 5, the horizontal axis indicates the crank angle and the vertical axis indicates the heat generation rate. Further, in the waveform of the fuel injection pattern in each figure, the horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the injection rate (corresponding to the backward movement amount of the needle provided in the injector 23). TDC in the figure indicates the crank angle position corresponding to the compression top dead center of the piston 13.

尚、中負荷運転時における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンは、上記高負荷運転時のものに対して燃料噴射が少量に設定され(第1燃料噴射と第2燃料噴射とを実行すること、および、その噴射タイミングは高負荷運転時と同じである)、それに伴って熱発生率も高負荷運転時に比べて小さくなるだけであるので、ここでの説明は省略する。   Note that the change in the heat generation rate in the cylinder during the medium load operation and the fuel injection pattern are set to a small amount of fuel injection compared to that during the high load operation (the first fuel injection and the second fuel injection). And the injection timing thereof is the same as that during high load operation), and accordingly, the heat generation rate is only smaller than that during high load operation, and the description thereof is omitted here.

また、図6は、エンジン1の低負荷運転時に、各燃料噴射期間において燃料が噴射された領域である燃焼場(例えば10個の噴射孔を有するインジェクタ23の場合には燃焼室3内(より具体的にはキャビティ13b内)における10箇所の燃焼場それぞれ)でのガス温度と、その燃焼場における当量比との変化を示すマップ(一般にφTマップと呼ばれる)である。つまり、図4に示す燃料噴射パターンでメイン噴射(各分割メイン噴射)が実行された場合に、第1燃料噴射で噴射された燃料の燃焼場、および、第2燃料噴射で噴射された燃料の燃焼場それぞれにおける燃焼場環境(燃焼場のガス温度および当量比)の変化を矢印で示している。   FIG. 6 shows a combustion field (for example, in the combustion chamber 3 (in the case of the injector 23 having ten injection holes), which is a region in which fuel is injected during each fuel injection period when the engine 1 is operated at a low load. Specifically, it is a map (generally referred to as a φT map) showing changes in the gas temperature at each of the 10 combustion fields in the cavity 13b) and the equivalent ratio in the combustion field. That is, when the main injection (each divided main injection) is executed with the fuel injection pattern shown in FIG. 4, the combustion field of the fuel injected by the first fuel injection and the fuel injected by the second fuel injection Changes in the combustion field environment (combustion field gas temperature and equivalent ratio) in each combustion field are indicated by arrows.

一方、図7は、エンジン1の高負荷運転時に、各燃料噴射期間において燃料が噴射された領域である燃焼場でのガス温度と、その燃焼場における当量比との変化を示すφTマップである。つまり、図5に示す燃料噴射パターンでメイン噴射(各分割メイン噴射)が実行された場合に、第1燃料噴射で噴射された燃料の燃焼場、および、第2燃料噴射で噴射された燃料の燃焼場それぞれにおける燃焼場環境(燃焼場のガス温度および当量比)の変化を矢印で示している。   On the other hand, FIG. 7 is a φT map showing changes in the gas temperature in the combustion field, which is a region where fuel is injected during each fuel injection period, and the equivalent ratio in the combustion field during high-load operation of the engine 1. . That is, when main injection (each divided main injection) is executed with the fuel injection pattern shown in FIG. 5, the combustion field of the fuel injected by the first fuel injection and the fuel injected by the second fuel injection Changes in the combustion field environment (combustion field gas temperature and equivalent ratio) in each combustion field are indicated by arrows.

これら図6および図7において、燃焼場環境が図中のスモーク発生領域に達した場合には排気中にスモークが発生することになる。このスモーク発生領域は、燃焼場ガス温度が比較的高く且つ燃焼場の当量比がリッチ側の領域である。また、燃焼場環境が図中のNOx発生領域に達した場合には排気中にNOxが発生することになる。このNOx発生領域は、燃焼場ガス温度が比較的高く且つ燃焼場の当量比がリーン側の領域である。また、図6および図7に示すX領域は排気ガス中にHCが発生しやすい領域であり、Y領域は排気ガス中にCOが発生しやすい領域である。   6 and 7, when the combustion field environment reaches the smoke generation region in the figure, smoke is generated in the exhaust gas. The smoke generation region is a region where the combustion field gas temperature is relatively high and the combustion field equivalent ratio is rich. Further, when the combustion field environment reaches the NOx generation region in the figure, NOx is generated in the exhaust gas. This NOx generation region is a region where the combustion field gas temperature is relatively high and the combustion field equivalent ratio is on the lean side. Further, the X region shown in FIGS. 6 and 7 is a region where HC is likely to be generated in the exhaust gas, and the Y region is a region where CO is likely to be generated in the exhaust gas.

以下、各分割メイン噴射の噴射形態を、低負荷運転時、高負荷運転時それぞれについて説明する。尚、低負荷運転時における総メイン噴射量としては例えば18mm3に設定され、高負荷運転時における総メイン噴射量としては例えば40mm3に設定される。尚、中負荷運転時における総メイン噴射量としては例えば30mm3に設定される。これら値はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the injection mode of each divided main injection will be described for each of the low load operation and the high load operation. The total main injection amount during low load operation is set to 18 mm 3 , for example, and the total main injection amount during high load operation is set to 40 mm 3 , for example. Incidentally, the total main injection amount during the medium load operation is set to 30 mm 3 , for example. These values are not limited to this.

(低負荷運転時)
図4に示すように、エンジン1の低負荷運転時における各分割メイン噴射として、先ず、第1燃料噴射のタイミングは、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側(例えばBTDC16°)で噴射を開始し、噴射終了もピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側(例えばBTDC6°)となっている(燃料噴射制御手段による燃料噴射制御)。
(During low load operation)
As shown in FIG. 4, as each divided main injection at the time of low load operation of the engine 1, first, the timing of the first fuel injection is advanced from the compression top dead center (TDC) of the piston 13 (for example, BTDC 16 °). ), And the end of the injection is also advanced (for example, BTDC 6 °) from the compression top dead center (TDC) of the piston 13 (fuel injection control by the fuel injection control means).

一方、第2燃料噴射のタイミングは、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側(例えばBTDC4°)で噴射を開始し、噴射終了はピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも遅角側(例えばATDC4°)となっている。   On the other hand, the timing of the second fuel injection starts injection on the advance side (for example, BTDC 4 °) from the compression top dead center (TDC) of the piston 13, and the end of injection starts from the compression top dead center (TDC) of the piston 13. Is also on the retarded side (for example, ATDC 4 °).

これら第1燃料噴射と第2燃料噴射との間には所定のインターバルが設けられる。つまり、第1燃料噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止(インジェクタ23を遮断)し、所定のインターバルを経た後に第2燃料噴射が開始される。このインターバルとしては、例えば最短閉弁期間(インジェクタ23の性能によって決定され、インジェクタ23が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間:例えば200μs)として設定される。この分割メイン噴射のインターバルは上記値に限定されるものではなく、後述するように、各燃焼での機能(特に、後述する相互干渉冷却作用)が発揮されるように適宜設定される。以下、各燃料噴射(第1燃料噴射および第2燃料噴射)について説明する。   A predetermined interval is provided between the first fuel injection and the second fuel injection. That is, after executing the first fuel injection, the fuel injection is temporarily stopped (the injector 23 is shut off), and the second fuel injection is started after a predetermined interval. This interval is set as, for example, the shortest valve closing period (determined by the performance of the injector 23, and the shortest period from when the injector 23 is closed until the valve opening is started: for example, 200 μs). The interval between the divided main injections is not limited to the above value, and is appropriately set so that a function in each combustion (particularly, a mutual interference cooling action described later) is exhibited as described later. Hereinafter, each fuel injection (first fuel injection and second fuel injection) will be described.

<第1燃料噴射>
図4に示すように、上記低負荷運転時の第1燃料噴射は、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側(例えばBTDC16°)で噴射を開始している。このタイミング(過進角のタイミング)で第1燃料噴射を開始することにより、比較的広い空間であって(ピストン13が比較的低い位置にあることから燃焼室3内の容積が大きくなっている)、筒内温度が比較的低い状況(筒内の空気の圧縮度合いが低いことから筒内温度が比較的低い状況にある)において気筒内への燃料噴射が行われることになる。このため、燃焼室3内では、燃料が過拡散状態となり、筒内では当量比が1未満の領域が大部分となり、着火遅れが促進されることになる。この着火遅れが生じている期間中にあっては、気筒内の予熱量は僅かとなる。
<First fuel injection>
As shown in FIG. 4, the first fuel injection at the time of the low load operation starts injection on the advance side (for example, BTDC 16 °) from the compression top dead center (TDC) of the piston 13. By starting the first fuel injection at this timing (over-advance angle timing), the volume in the combustion chamber 3 is increased in a relatively wide space (the piston 13 is at a relatively low position). ) In a situation where the in-cylinder temperature is relatively low (the in-cylinder temperature is relatively low because the degree of compression of air in the cylinder is low), fuel injection into the cylinder is performed. For this reason, in the combustion chamber 3, the fuel is in an overdiffusion state, and in the cylinder, the region where the equivalence ratio is less than 1 becomes most, and the ignition delay is promoted. During the ignition delay period, the amount of preheating in the cylinder is small.

また、上述した如く、EGR量が比較的多く設定されている(大量EGRとされている)ことから燃焼室3内において酸素分子と燃料粒子との間の邂逅率も低くなっており、且つ、還流された排気ガス中に含まれるCO2(熱容量の大きいガス)よって気筒内の熱が奪われることから、燃焼室3内での化学反応の進行度が低く、これによっても燃焼室3内での着火遅れは促進されることになる。 Further, as described above, since the EGR amount is set to be relatively large (a large amount of EGR), the ratio between oxygen molecules and fuel particles in the combustion chamber 3 is low, and Since the heat in the cylinder is taken away by the CO 2 (gas having a large heat capacity) contained in the recirculated exhaust gas, the degree of progress of the chemical reaction in the combustion chamber 3 is low. Ignition delay will be promoted.

この第1燃料噴射における燃料噴射量(インジェクタ23の開弁期間に相当)は例えば12mm3に設定されている。この値はこれに限定されるものではない。このように、第1燃料噴射では、燃料噴射量が比較的多く設定されるため、その燃料の貫徹力は比較的高く、燃焼室3内の広範囲に渡って燃料が噴射されることになる。尚、この部分では、上述した如く、上記EGR装置によって還流された排気ガス(CO2)による着火遅れ促進効果が十分に発揮される。 The fuel injection amount (corresponding to the valve opening period of the injector 23) in the first fuel injection is set to 12 mm 3 , for example. This value is not limited to this. Thus, in the first fuel injection, since the fuel injection amount is set to be relatively large, the penetration force of the fuel is relatively high, and the fuel is injected over a wide range in the combustion chamber 3. In this portion, as described above, the ignition delay promoting effect by the exhaust gas (CO 2 ) recirculated by the EGR device is sufficiently exhibited.

尚、ディーゼルエンジンにおける燃料の着火遅れとしては、物理的遅れと化学的遅れとがある。物理的遅れは、燃料液滴の蒸発・混合に要する時間であり、燃焼場のガス温度に左右される。一方、化学的遅れは、燃料蒸気の化学的結合・分解かつ酸化発熱に要する時間である。そして、上述した如く第1燃料噴射では、上記物理的遅れを大幅に拡大することができ、それに伴って、後述する第2燃料噴射の燃料噴射タイミングまでは殆ど燃焼が開始されない状況となる。   In addition, there are a physical delay and a chemical delay as a fuel ignition delay in a diesel engine. The physical delay is the time required for evaporation / mixing of the fuel droplets and depends on the gas temperature of the combustion field. On the other hand, the chemical delay is the time required for chemical bonding / decomposition of fuel vapor and oxidation heat generation. As described above, in the first fuel injection, the physical delay can be greatly increased, and accordingly, the combustion hardly starts until the fuel injection timing of the second fuel injection described later.

また、この第1燃料噴射の噴射期間では、気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させるための邂逅率低下動作が行われる。この邂逅率低下動作としては、上述したEGR装置による排気還流動作の他に、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも一つが実行される。特に、上記吸気系における吸気絞り動作としては、上記吸気系に配設された上記スロットルバルブ62による吸気絞り動作、ターボチャージャ5による過給低減動作、吸気系に配設された図示しないSCV(スワールコントロールバルブ)の吸気絞り動作等が挙げられる。また、上記気筒内温度を低下させる動作としては、インタークーラ61やEGRクーラ82の冷却能力を高める動作、気筒内の圧縮比を低下させる動作等が挙げられる。   Further, during the injection period of the first fuel injection, a drought reduction operation for reducing the droop rate between oxygen in the cylinder and fuel spray is performed. As the ratio reduction operation, in addition to the exhaust gas recirculation operation by the EGR device described above, at least one of the intake throttle operation in the intake system and the operation of reducing the in-cylinder temperature is executed. In particular, the intake throttle operation in the intake system includes an intake throttle operation by the throttle valve 62 provided in the intake system, a supercharging reduction operation by the turbocharger 5, and an SCV (swirl not shown) provided in the intake system. Control valve) intake throttle operation and the like. Examples of the operation for decreasing the in-cylinder temperature include an operation for increasing the cooling capacity of the intercooler 61 and the EGR cooler 82, and an operation for decreasing the compression ratio in the cylinder.

例えばEGR装置による排気還流動作が単独で行われる場合には例えば目標EGR率を30%に設定してEGRバルブ81の開度が制御される。また、吸気絞り動作が単独で行われる場合にはスロットルバルブ62の開度が例えば75%まで絞られる。更に、上述した上記EGRクーラ82の冷却能力やインタークーラ61の冷却能力を高めるといった気筒内温度を低下させる動作を行った場合、気筒内の酸素分子や燃料粒子の運動エネルギが低下することになり、上記邂逅率が効果的に低下する。尚、上述した各値はこれに限定されるものではない。   For example, when the exhaust gas recirculation operation by the EGR device is performed alone, for example, the target EGR rate is set to 30% and the opening degree of the EGR valve 81 is controlled. When the intake throttle operation is performed alone, the opening of the throttle valve 62 is reduced to, for example, 75%. Furthermore, when the operation of lowering the in-cylinder temperature, such as increasing the cooling capacity of the EGR cooler 82 and the cooling capacity of the intercooler 61, is performed, the kinetic energy of oxygen molecules and fuel particles in the cylinder will decrease. , The above-mentioned dredging rate is effectively reduced. In addition, each value mentioned above is not limited to this.

このような邂逅率低下動作が行われながら上記第1燃料噴射が実行されるため、この第1燃料噴射で噴射された燃料は更に着火遅れが促進されることになる。   Since the first fuel injection is executed while such a low rate reduction operation is performed, the ignition delay of the fuel injected by the first fuel injection is further promoted.

尚、第1燃料噴射での噴射量(インジェクタ23の開弁期間に相当)については、例えば実験やシミュレーションによって設定される。   Note that the injection amount in the first fuel injection (corresponding to the valve opening period of the injector 23) is set, for example, by experiments or simulations.

<第2燃料噴射>
上記第2燃料噴射は、複数回(本実施形態では2回)のメイン噴射のうちの最終噴射であって、上記第1燃料噴射が停止された後、所定のインターバルを経過した後のタイミングで実行される。例えば、TDCよりも僅かに進角側で燃料噴射を開始し、TDCよりも僅かに遅角側で燃料噴射を終了する。具体的には、上述した如く、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側(例えばBTDC4°)で噴射を開始し、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも遅角側(例えばATDC4°)で噴射を了している。尚、この第2燃料噴射の実行タイミング、つまり、第1燃料噴射と第2燃料噴射とのインターバルとしては、上述した如く最短閉弁期間(インジェクタ23の性能によって決定され、インジェクタ23が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間:例えば200μs)に設定することが挙げられるが、それに限らず、例えば燃焼ガス中におけるHCの発生量に応じて調整するようにしてもよい。
<Second fuel injection>
The second fuel injection is a final injection of a plurality of times (two in the present embodiment) main injection, and at a timing after a predetermined interval has elapsed after the first fuel injection is stopped. Executed. For example, the fuel injection is started slightly on the advance side with respect to TDC, and the fuel injection is ended on the slightly retard side with respect to TDC. Specifically, as described above, the injection is started on the advance side (for example, BTDC 4 °) from the compression top dead center (TDC) of the piston 13 and the retard side from the compression top dead center (TDC) of the piston 13. The injection has been completed (for example, ATDC 4 °). Note that the execution timing of the second fuel injection, that is, the interval between the first fuel injection and the second fuel injection, is determined by the shortest valve closing period (the performance of the injector 23 as described above, and the injector 23 is closed). However, the present invention is not limited to this, and for example, it may be adjusted according to the amount of HC generated in the combustion gas.

この第2燃料噴射における燃料噴射量は例えば6mm3に設定されている。この値はこれに限定されるものではない。 The fuel injection amount in the second fuel injection is set to 6 mm 3 , for example. This value is not limited to this.

このように、第2燃料噴射の燃料噴射期間はピストン13の圧縮上死点(TDC)およびその前後に亘る期間に設定されている。このタイミングでは、燃焼室3内の容積が最小となると共に、上述した第1燃料噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され始めることから燃焼室3内温度は比較的高くなっており、第2燃料噴射での燃料の着火遅れは略最小となる。つまり、上記第1燃料噴射で噴射された燃料の着火遅れは大きくなっているのに対し、第2燃料噴射で噴射された燃料の着火遅れは略最小となっている。   Thus, the fuel injection period of the second fuel injection is set to the compression top dead center (TDC) of the piston 13 and the period before and after that. At this timing, the volume in the combustion chamber 3 is minimized and the combustion of the fuel injected by the first fuel injection described above starts to be started, so that the temperature in the combustion chamber 3 is relatively high. The fuel ignition delay in fuel injection is substantially minimized. That is, while the ignition delay of the fuel injected by the first fuel injection is large, the ignition delay of the fuel injected by the second fuel injection is substantially minimum.

このようにして第1燃料噴射および第2燃料噴射が実行されることにより、未だ燃焼が開始していない又は燃焼が開始し始めている第1燃料噴射での噴霧(ガス塊)に対して第2燃料噴射での噴霧(ガス塊)が合体することになる。この際、第2燃料噴射での噴霧は吸熱反応を行うことで、上記第1燃料噴射での噴霧を冷却することになる。以下、この冷却作用を「相互干渉冷却作用」と呼ぶ。   By performing the first fuel injection and the second fuel injection in this way, the second fuel injection is performed with respect to the spray (gas lump) in the first fuel injection that has not yet started combustion or has started combustion. The spray (gas lump) in the fuel injection is united. At this time, the spray in the second fuel injection undergoes an endothermic reaction, thereby cooling the spray in the first fuel injection. Hereinafter, this cooling action is referred to as “mutual interference cooling action”.

このようにして第2燃料噴射での燃料噴射後にあっては、燃焼室3内での相互干渉冷却作用によって燃焼室内温度を低く抑えながら、また、各噴霧(第1燃料噴射での噴霧と第2燃料噴射での噴霧)が合体して、上記初期緩慢燃焼、予混合燃焼、拡散燃焼が順に行われることになる。そのため、図4にも示すように、熱発生率が上昇から下降に転じるタイミング(熱発生率のピークタイミング)がピストン13の圧縮上死点よりも遅角側(ATDC)において1箇所のみに存在することになる。   In this way, after the fuel injection in the second fuel injection, the temperature in the combustion chamber is kept low by the mutual interference cooling action in the combustion chamber 3, and each spray (the spray in the first fuel injection and the first fuel injection). The spraying in the two fuel injections) is combined, and the initial slow combustion, the premixed combustion, and the diffusion combustion are sequentially performed. Therefore, as shown in FIG. 4, the timing at which the heat generation rate changes from rising to falling (peak timing of the heat generation rate) exists only at one position on the retarded side (ATDC) from the compression top dead center of the piston 13. Will do.

その結果、これら第1燃料噴射および第2燃料噴射で噴射された燃料の燃焼形態としては大部分が予混合燃焼となり、燃焼場での酸素不足は生じていないため、スモークの発生を抑制することができる。また、このように、スモークの発生を抑制できることからEGR率をよりいっそう高く設定する(例えばEGR率を60%程度まで高くする)ことが可能となる。言い換えると、EGR率を高く設定してもスモークが発生しない状況を得ることができ、この大量EGRに伴ってNOxの発生量も大幅に削減することが可能になる。   As a result, most of the combustion modes of the fuel injected in the first fuel injection and the second fuel injection are premixed combustion, and oxygen shortage does not occur in the combustion field, so that the generation of smoke is suppressed. Can do. Further, since the occurrence of smoke can be suppressed in this way, the EGR rate can be set even higher (for example, the EGR rate can be increased to about 60%). In other words, even if the EGR rate is set high, it is possible to obtain a situation in which smoke does not occur, and it is possible to greatly reduce the amount of NOx generated with this large amount of EGR.

また、第1燃料噴射で噴射された燃料の燃焼が殆ど行われることのない状況(予熱のない状況)で第2燃料噴射が実行された場合には、第1燃料噴射での燃料ばかりでなく、第2燃料噴射での燃料の燃焼形態も予混合燃焼となることが考えられる。つまり、燃焼期間での燃焼形態を上記初期緩慢燃焼および予混合燃焼のみにより達成させるものである。この場合、拡散燃焼が存在しないことから、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制との両立を確実に図ることができる。   Further, when the second fuel injection is executed in a situation where the fuel injected by the first fuel injection is hardly burned (a situation without preheating), not only the fuel in the first fuel injection but also The fuel combustion mode in the second fuel injection may be premixed combustion. That is, the combustion mode in the combustion period is achieved only by the initial slow combustion and the premixed combustion. In this case, since there is no diffusion combustion, it is possible to reliably achieve both suppression of the NOx generation amount and suppression of the smoke generation amount.

また、上記第1燃料噴射の燃料噴射量と第2燃料噴射の燃料噴射量との比率を変化させたり、第1燃料噴射の噴射タイミング(過進角の度合い)を変化させたりすることにより、上記相互干渉冷却作用の大きさも変化させることができる。つまり、全燃焼期間に対する予混合燃焼の割合や熱発生率のピークタイミングを制御することが可能になる。例えば、TDC付近から予混合燃焼を開始させ、ATDC10°で熱発生率のピークタイミングを迎えるといった効率の高い理想的な熱発生率波形を得ることが可能になる。   Further, by changing the ratio between the fuel injection amount of the first fuel injection and the fuel injection amount of the second fuel injection, or by changing the injection timing (degree of over-advance angle) of the first fuel injection, The magnitude of the mutual interference cooling action can also be changed. That is, it becomes possible to control the ratio of premixed combustion over the entire combustion period and the peak timing of the heat generation rate. For example, it is possible to obtain an ideal heat generation rate waveform with high efficiency in which premixed combustion is started from around TDC and the peak timing of the heat generation rate is reached at ATDC 10 °.

尚、第2燃料噴射での噴射量についても、例えば実験やシミュレーションによって設定される。   The injection amount in the second fuel injection is also set by, for example, experiments or simulations.

以上のようなメイン噴射実行時における燃焼場環境の変化について図6を用いて説明する。上述した如く図6は、燃焼場のガス温度と燃焼場の当量比との変化を示すマップである。   A change in the combustion field environment at the time of executing the main injection as described above will be described with reference to FIG. As described above, FIG. 6 is a map showing changes in the gas temperature of the combustion field and the equivalence ratio of the combustion field.

この図6に示すように、第1燃料噴射が開始(図6における点A)された場合、燃料噴射量が比較的多いため燃焼場の当量比はリッチ側に移行する一方、着火遅れによって燃焼は殆ど進まないため燃焼場ガス温度の上昇は僅かである。   As shown in FIG. 6, when the first fuel injection is started (point A in FIG. 6), since the fuel injection amount is relatively large, the equivalent ratio of the combustion field shifts to the rich side, while combustion occurs due to the ignition delay. Hardly proceeds, so the combustion field gas temperature rises only slightly.

その後、第2燃料噴射が開始されると(図6における点B)、燃焼場の当量比がリッチ側に移行すると共に各燃焼(初期緩慢燃焼、予混合燃焼、拡散燃焼)が進むことに伴って燃焼場ガス温度が上昇していく。この場合、上記相互干渉冷却作用によって燃焼場ガス温度の上昇量は制限されるため、燃焼場環境がスモーク発生領域やNOx発生領域に達することはない。   Thereafter, when the second fuel injection is started (point B in FIG. 6), the equivalence ratio of the combustion field shifts to the rich side and each combustion (initial slow combustion, premixed combustion, diffusion combustion) proceeds. As a result, the combustion field gas temperature rises. In this case, since the amount of increase in the combustion field gas temperature is limited by the mutual interference cooling action, the combustion field environment does not reach the smoke generation region or the NOx generation region.

そして、この拡散燃焼の後半は、当量比が上昇することになるが、図6に示す如く燃焼場環境はY領域(CO領域)となっており、NOxやスモークの発生は抑えられる。   In the second half of this diffusion combustion, the equivalence ratio increases, but the combustion field environment is in the Y region (CO region) as shown in FIG. 6, and the generation of NOx and smoke is suppressed.

(高負荷運転時)
次に、エンジン1の高負荷運転時における燃焼形態について説明する。
(During high load operation)
Next, the combustion mode at the time of high load operation of the engine 1 will be described.

図5に示すように、エンジン1の高負荷運転時における各分割メイン噴射は、緩慢燃焼用メイン噴射と予混合燃焼用メイン噴射とが連続して行われる上記第1燃料噴射と、上記拡散燃焼用メイン噴射である第2燃料噴射とによって行われる。そして、第1燃料噴射(初期連続メイン噴射)は、噴射開始時点がピストン13の圧縮上死点前(BTDC)に設定され、噴射終了時点がピストン13の圧縮上死点後(ATDC)に設定されている。例えば圧縮上死点前15°(BTDC15°)で噴射が開始され、圧縮上死点後20°(ATDC20°)で噴射が終了するようになっている。これら値はこれに限定されるものではない。従って、第2燃料噴射は、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも遅角側で噴射が行われることになる。   As shown in FIG. 5, each divided main injection during high load operation of the engine 1 includes the first fuel injection in which the slow combustion main injection and the premixed combustion main injection are continuously performed, and the diffusion combustion. And the second fuel injection, which is the main injection. In the first fuel injection (initial continuous main injection), the injection start time is set before the compression top dead center (BTDC) of the piston 13 and the injection end time is set after the compression top dead center of the piston 13 (ATDC). Has been. For example, the injection starts at 15 ° before compression top dead center (BTDC 15 °), and the injection ends at 20 ° after compression top dead center (ATDC 20 °). These values are not limited to this. Therefore, the second fuel injection is performed on the retard side with respect to the compression top dead center (TDC) of the piston 13.

また、上述した如く、第1燃料噴射での燃料噴射量は第2燃料噴射での燃料噴射量よりも多く設定されている。この高負荷運転時における総燃料噴射量が40mm3である場合、第1燃料噴射での燃料噴射量は35mm3に、第2燃料噴射での燃料噴射量は5mm3にそれぞれ設定される。これら値はこれに限定されるものではない。 Further, as described above, the fuel injection amount in the first fuel injection is set to be larger than the fuel injection amount in the second fuel injection. When the total fuel injection amount during the high load operation is 40 mm 3 , the fuel injection amount in the first fuel injection is set to 35 mm 3 and the fuel injection amount in the second fuel injection is set to 5 mm 3 , respectively. These values are not limited to this.

これら第1燃料噴射と第2燃料噴射との間には所定のインターバルが設けられる。つまり、第1燃料噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止(インジェクタ23を遮断)し、所定のインターバルを経た後に第2燃料噴射が開始される。このインターバルとしては、例えば最短閉弁期間(インジェクタ23の性能によって決定され、インジェクタ23が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間:例えば200μs)として設定される。この分割メイン噴射のインターバルは上記値に限定されるものではなく、後述するように、各燃焼での機能が発揮されるように適宜設定される。以下、各燃料噴射(第1燃料噴射および第2燃料噴射)について説明する。   A predetermined interval is provided between the first fuel injection and the second fuel injection. That is, after executing the first fuel injection, the fuel injection is temporarily stopped (the injector 23 is shut off), and the second fuel injection is started after a predetermined interval. This interval is set as, for example, the shortest valve closing period (determined by the performance of the injector 23, and the shortest period from when the injector 23 is closed until the valve opening is started: for example, 200 μs). The interval of this divided main injection is not limited to the above value, and is appropriately set so that the function in each combustion is exhibited, as will be described later. Hereinafter, each fuel injection (first fuel injection and second fuel injection) will be described.

<第1燃料噴射>
図5に示すように、高負荷運転時に行われる第1燃料噴射は、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側(例えばBTDC15°)で噴射を開始すると共に、ピストン13の圧縮上死点よりも遅角側(例えばBTDC20°)で噴射を終了させる。つまり、比較的長期間に亘って低い燃料噴射率(インジェクタ23の噴孔径を小径化したことに伴って低い燃料噴射率となっている)での燃料噴射が継続されることになる。
<First fuel injection>
As shown in FIG. 5, the first fuel injection performed at the time of high load operation starts the injection on the advance side (for example, BTDC 15 °) from the compression top dead center (TDC) of the piston 13 and compresses the piston 13. The injection is terminated on the retard side (for example, BTDC 20 °) from the top dead center. That is, fuel injection at a low fuel injection rate (which has become a low fuel injection rate as the diameter of the injection hole of the injector 23 is reduced) is continued for a relatively long period of time.

これにより、この第1燃料噴射の噴射期間の初期時および終了時を除く大部分の期間では、先行して燃焼室3内に噴射された燃料が、その後に、後続して燃焼室3内に噴射される燃料の吸熱反応によって冷却されることになる。このような後続する燃料の冷却作用(以下、この冷却作用を「自己干渉冷却作用」と呼ぶ)が継続して行われることで、燃焼室3内の燃焼場温度(噴霧が存在する領域での温度)の上昇は抑制されることになる。   Thereby, in most of the periods other than the initial period and the end of the injection period of the first fuel injection, the fuel previously injected into the combustion chamber 3 is subsequently transferred into the combustion chamber 3 subsequently. It is cooled by the endothermic reaction of the injected fuel. By continuing such cooling action of the fuel (hereinafter referred to as “self-interference cooling action”), the combustion field temperature in the combustion chamber 3 (in the region where the spray exists) The rise in temperature is suppressed.

この第1燃料噴射の実行期間における冷却作用の状態について具体的に説明すると、先ず、この第1燃料噴射の噴射開始初期時に燃焼室3内に噴射された燃料にあっては、先行する燃料が存在していないため、この噴射開始初期時に噴射された燃料の吸熱反応による燃料の自己干渉冷却作用は生じない。その後に連続噴射された燃料にあっては、上述した如く、燃焼室3内での吸熱反応が行われることで、先行して燃焼室3内に噴射されていた燃料を冷却していくことになる。このような状態が、第1燃料噴射の燃料噴射率が略一定に維持されている間(第1燃料噴射の停止動作に伴うニードルの前進移動(閉弁方向への移動)によって燃料噴射率の低下が開始されるまでの間)継続されることになる(図5において斜線を付した期間を参照)。そして、第1燃料噴射の停止動作に伴うニードルの前進移動(閉弁方向への移動)が開始されると、その後に噴射される燃料の貫徹力が低下していき、飛行距離も短くなっていくため、先行して燃焼室3内に噴射されていた燃料の噴霧領域までは届かなくなり、自己干渉冷却作用は生じなくなる。このため、上述した如く、第1燃料噴射の噴射期間の初期時および終了時を除く大部分の期間において、自己干渉冷却作用が行われることになる。   Specifically, the state of the cooling action during the execution period of the first fuel injection will be described. First, in the fuel injected into the combustion chamber 3 at the initial start of the injection of the first fuel injection, the preceding fuel is not Since it does not exist, the self-interference cooling action of the fuel due to the endothermic reaction of the fuel injected at the beginning of the injection does not occur. In the fuel continuously injected after that, the endothermic reaction in the combustion chamber 3 is performed as described above, so that the fuel previously injected into the combustion chamber 3 is cooled. Become. In such a state, while the fuel injection rate of the first fuel injection is maintained substantially constant (the forward movement of the needle (movement in the valve closing direction) accompanying the stop operation of the first fuel injection), (Until the decline starts) (see the shaded period in FIG. 5). When the forward movement (movement in the valve closing direction) of the needle accompanying the stop operation of the first fuel injection is started, the penetration force of the fuel injected thereafter decreases, and the flight distance becomes shorter. As a result, the fuel spray region previously injected into the combustion chamber 3 does not reach and the self-interference cooling action does not occur. For this reason, as described above, the self-interference cooling action is performed in most of the periods excluding the initial period and the end period of the first fuel injection period.

また、この第1燃料噴射では、燃料噴射量が比較的多いため、その燃料の貫徹力は比較的高く、燃焼室3内の比較的広い空間(上記キャビティ13b内の外周側空間)に達している。尚、この部分では、上述した如く、上記EGR装置によって還流された排気ガスによる燃焼温度低減効果が十分に発揮される。このように、第1燃料噴射で噴射された燃料は自己干渉冷却作用によって冷却されるため、着火遅れが促進されることになり、燃焼室3内の温度上昇は抑えられる。   Further, in the first fuel injection, since the fuel injection amount is relatively large, the penetration force of the fuel is relatively high and reaches a relatively wide space in the combustion chamber 3 (the outer peripheral side space in the cavity 13b). Yes. In this portion, as described above, the combustion temperature reduction effect by the exhaust gas recirculated by the EGR device is sufficiently exhibited. Thus, since the fuel injected by the first fuel injection is cooled by the self-interference cooling action, the ignition delay is promoted, and the temperature rise in the combustion chamber 3 is suppressed.

その結果、この第1燃料噴射で噴射された燃料の燃焼形態としては大部分が予混合燃焼となり、燃焼場での酸素不足は生じていないため、スモークの発生を抑制することができる。また、このように、スモークの発生を抑制できることからEGR率をよりいっそう高く設定することが可能となり、言い換えると、EGR率を高く設定してもスモークが発生しない状況を得ることができ、この大量EGRに伴ってNOxの発生量も大幅に削減することが可能になる。   As a result, most of the combustion mode of the fuel injected in the first fuel injection is premixed combustion, and oxygen shortage does not occur in the combustion field, so that the generation of smoke can be suppressed. In addition, since the occurrence of smoke can be suppressed in this way, the EGR rate can be set even higher. In other words, even when the EGR rate is set high, a situation in which smoke does not occur can be obtained. Along with EGR, the amount of NOx generated can be greatly reduced.

また、この第1燃料噴射の噴射期間においても、上述した低負荷運転時の場合と同様に、気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させるための邂逅率低下動作が行われている。つまり、上記EGR装置による排気還流動作、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも何れか一つが実行されている。これら邂逅率低下動作については上述したので、ここでの説明は省略する。   In addition, during the injection period of the first fuel injection, as in the case of the low-load operation described above, a reduction rate reduction operation is performed to reduce the reduction rate between the oxygen in the cylinder and the fuel spray. . That is, at least one of the exhaust gas recirculation operation by the EGR device, the intake throttle operation in the intake system, and the operation of lowering the in-cylinder temperature is performed. Since these percentage reduction operations have been described above, a description thereof is omitted here.

尚、この邂逅率低下動作としては、上述したものに限らず、インジェクタ23からの燃料噴射時期を遅角させる動作を挙げることもできる。この場合、図5に示す各波形は遅角側に移行し、上記第1燃料噴射期間、第2燃料噴射期間も遅角側に移行することになる。このように燃料噴射タイミングを遅角側に移行させることで、燃焼室3内での燃焼温度を低下させることができる。   Note that the ratio reduction operation is not limited to the above-described operation, and may include an operation of retarding the fuel injection timing from the injector 23. In this case, each waveform shown in FIG. 5 shifts to the retard side, and the first fuel injection period and the second fuel injection period also shift to the retard side. Thus, the combustion temperature in the combustion chamber 3 can be lowered by shifting the fuel injection timing to the retard side.

このようにして邂逅率低下動作が行われながら第1燃料噴射が実行されるため、上記自己干渉冷却作用との相乗効果によって燃焼室3内の温度上昇は抑えられ、スモークの発生の抑制および大量EGRに伴うNOxの発生量の削減を図ることができる。   Thus, since the first fuel injection is performed while the reduction rate reduction operation is performed, the temperature rise in the combustion chamber 3 is suppressed by the synergistic effect with the self-interference cooling action, and the generation of smoke and the large amount of smoke are suppressed. The amount of NOx generated due to EGR can be reduced.

尚、第1燃料噴射での噴射量(インジェクタ23の開弁期間に相当)や噴射期間については、例えば実験やシミュレーションによって設定される。   The injection amount (corresponding to the valve opening period of the injector 23) and the injection period in the first fuel injection and the injection period are set by, for example, experiments or simulations.

<第2燃料噴射>
エンジン1の高負荷運転時における第2燃料噴射は、上記第1燃料噴射によって噴射された燃料が予混合燃焼した後、気筒内温度が拡散燃焼可能な温度(900K)を超えたタイミングで燃料噴射が開始される。例えばATDC22°のタイミングで噴射が行われる。そして、この第2燃料噴射で噴射された燃料は、その噴射の直後に順次燃焼していくといった拡散燃焼となる。
<Second fuel injection>
The second fuel injection during high-load operation of the engine 1 is performed at a timing when the temperature in the cylinder exceeds the temperature (900K) at which diffusion combustion is possible after the fuel injected by the first fuel injection is premixed and combusted. Is started. For example, the injection is performed at a timing of ATDC 22 °. And the fuel injected by this 2nd fuel injection becomes diffusion combustion which burns sequentially immediately after the injection.

この第2燃料噴射における燃料噴射量は上述した如く例えば5mm3に設定されている。この値はこれに限定されるものではない。尚、この第2燃料噴射における燃料噴射量は、例えばこの拡散燃焼時の燃焼音を予め設定された許容燃焼音以下とするように設定される。つまり、高負荷運転時における総燃料噴射量(本実施形態の場合は40mm3)から、上述の如く設定された第2燃料噴射の燃料噴射量を減算して求められた残りの燃料量が上記第1燃料噴射によって燃焼室3内に噴射されるようになっている。 The fuel injection amount in the second fuel injection is set to 5 mm 3 , for example, as described above. This value is not limited to this. Note that the fuel injection amount in the second fuel injection is set, for example, so that the combustion noise during the diffusion combustion is equal to or lower than a preset allowable combustion noise. That is, the remaining fuel amount obtained by subtracting the fuel injection amount of the second fuel injection set as described above from the total fuel injection amount during high load operation (40 mm 3 in the present embodiment) is The fuel is injected into the combustion chamber 3 by the first fuel injection.

第2燃料噴射で噴射された燃料は、第1燃料噴射で噴射された燃料よりも貫徹力が低くなっているため、上記第1燃料噴射で噴射された燃料の燃焼場まで到達することはなく、比較的狭小な領域(上記キャビティ13b内の内周側空間)で、上記第1燃料噴射の燃焼場とは独立した燃焼場において拡散燃焼が行われることになる。   The fuel injected by the second fuel injection has a lower penetrating force than the fuel injected by the first fuel injection, and therefore does not reach the combustion field of the fuel injected by the first fuel injection. In a relatively narrow area (inner circumferential space in the cavity 13b), diffusion combustion is performed in a combustion field independent of the combustion field of the first fuel injection.

尚、上記説明では、第1燃料噴射の燃焼場と第2燃料噴射の燃焼場とがそれぞれ独立している場合について説明したが、これら領域同士の一部分が重なり合う場合もある。   In the above description, the case where the combustion field of the first fuel injection and the combustion field of the second fuel injection are independent from each other has been described. However, there is a case where parts of these regions overlap each other.

また、この第2燃料噴射での燃焼は、拡散燃焼であるため、その燃料噴射タイミングを制御すれば、その燃焼に伴う熱発生率波形を制御することが可能である。   Further, since the combustion in the second fuel injection is diffusion combustion, if the fuel injection timing is controlled, the heat generation rate waveform accompanying the combustion can be controlled.

上述した如く、この拡散燃焼を行うための上記第2燃料噴射における燃料噴射量は上記第1燃料噴射における燃料噴射量よりも大幅に少なく設定されている。言い換えると、この高負荷運転時に比較的多く設定される総燃料噴射量(例えば40mm3)のうちの大部分を第1燃料噴射における燃料噴射量とし、第2燃料噴射における燃料噴射量を大幅に少なく設定している。このため、第1燃料噴射で噴射された燃料の燃焼(大部分が予混合燃焼)の割合を大きく確保し、第2燃料噴射で噴射された燃料の燃焼(拡散燃焼)の割合が大幅に小さく設定されたものとなる。このように拡散燃焼を行う燃料量を少なく設定していることによっても、スモークの発生の抑制およびNOxの発生量の削減を図ることができる。 As described above, the fuel injection amount in the second fuel injection for performing the diffusion combustion is set to be significantly smaller than the fuel injection amount in the first fuel injection. In other words, most of the total fuel injection amount (for example, 40 mm 3 ) that is set relatively large during the high load operation is the fuel injection amount in the first fuel injection, and the fuel injection amount in the second fuel injection is greatly increased. Set it less. For this reason, the ratio of the combustion of fuel injected by the first fuel injection (mostly premixed combustion) is ensured, and the ratio of the combustion of fuel injected by the second fuel injection (diffusion combustion) is significantly reduced. It will be set. By setting the amount of fuel that performs diffusion combustion in such a small amount, it is possible to suppress the generation of smoke and reduce the amount of NOx generated.

尚、第2燃料噴射での噴射量についても、例えば実験やシミュレーションによって設定される。   The injection amount in the second fuel injection is also set by, for example, experiments or simulations.

以上のような高負荷運転時のメイン噴射実行時における燃焼場環境の変化について図7を用いて説明する。上述した如く図7は、燃焼場のガス温度と燃焼場の当量比との変化を示すマップである。   Changes in the combustion field environment during main injection execution during high load operation as described above will be described with reference to FIG. As described above, FIG. 7 is a map showing changes in the gas temperature of the combustion field and the equivalence ratio of the combustion field.

この図7に示すように、第1燃料噴射が開始(図7における点A’)された場合、燃料噴射量が比較的多いため燃焼場の当量比は上昇していく。この際、燃焼場では初期緩慢燃焼および予混合燃焼が行われることになるが、上述した如く燃焼場内では自己干渉冷却作用が生じているため、燃焼場ガス温度の上昇は僅かである。従って、この燃焼場環境がスモーク発生領域やNOx発生領域に達することはない。   As shown in FIG. 7, when the first fuel injection is started (point A ′ in FIG. 7), the fuel injection amount is relatively large, so the equivalence ratio of the combustion field increases. At this time, initial slow combustion and premixed combustion are performed in the combustion field. However, since the self-interference cooling action occurs in the combustion field as described above, the combustion field gas temperature rises only slightly. Therefore, this combustion field environment does not reach the smoke generation region or the NOx generation region.

その後、第2燃料噴射が開始されると(図7における点B’)、気筒内では拡散燃焼が開始され燃焼場ガス温度が上昇する。この場合の拡散燃焼も、燃焼場環境がスモーク発生領域やNOx発生領域に達することはない。   Thereafter, when the second fuel injection is started (point B ′ in FIG. 7), diffusion combustion is started in the cylinder and the combustion field gas temperature is increased. In the diffusion combustion in this case, the combustion field environment does not reach the smoke generation region or the NOx generation region.

そして、この拡散燃焼の後半は、図7に示す如く燃焼場環境はY領域(CO領域)となっており、NOxやスモークの発生は抑えられる。   In the second half of this diffusion combustion, the combustion field environment is the Y region (CO region) as shown in FIG. 7, and the generation of NOx and smoke is suppressed.

−燃料噴射形態変更制御−
次に、上述の如くエンジン1の負荷状態に応じて燃料噴射形態を変更する制御動作について図8のフローチャートを参照して説明する。この図8に示すルーチンはエンジン始動後の所定時間毎、例えば、数msec毎に実行される。
-Fuel injection mode change control-
Next, the control operation for changing the fuel injection mode in accordance with the load state of the engine 1 as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. The routine shown in FIG. 8 is executed every predetermined time after the engine is started, for example, every several milliseconds.

先ず、ステップST1において、エンジン負荷の判定動作が行われる。例えば上記クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されるエンジン回転速度、アクセル開度センサ47の検出信号による求められるアクセルペダルの踏み込み量等をパラメータとした負荷判定マップや演算式を上記ROM102に記憶させておくことでエンジン負荷を判定するようになっている。   First, in step ST1, an engine load determination operation is performed. For example, in the ROM 102, a load determination map and an arithmetic expression using the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 40, the accelerator pedal depression amount obtained from the detection signal of the accelerator opening sensor 47, and the like as parameters are stored in the ROM 102. The engine load is judged by memorizing it.

その後、ステップST2に移り、エンジン負荷は低負荷状態であるか否かを判定する。エンジン負荷が高負荷状態であり、ステップST2でNO判定された場合にはステップST3に移って、上述した自己干渉冷却作用を行わせるための分割メイン噴射(噴霧自己干渉冷却噴射)を実行する。つまり、上記図5で示した、緩慢燃焼用メイン噴射と予混合燃焼用メイン噴射とが連続して行われる第1燃料噴射を圧縮上死点(TDC)付近で実行した後、燃料噴射を一旦停止し、所定のインターバルを経た後に、第2燃料噴射を開始するといった分割メイン噴射を実行する。   Then, it moves to step ST2 and determines whether an engine load is a low load state. If the engine load is in a high load state and NO is determined in step ST2, the process proceeds to step ST3 to execute divided main injection (spray self-interference cooling injection) for performing the above-described self-interference cooling action. That is, after the first fuel injection shown in FIG. 5 in which the slow combustion main injection and the premixed combustion main injection are continuously performed is executed near the compression top dead center (TDC), the fuel injection is temporarily performed. The divided main injection is executed such that the second fuel injection is started after stopping and passing through a predetermined interval.

一方、エンジン負荷が低負荷状態であって、ステップST2でYES判定された場合にはステップST4に移って、上述した相互干渉冷却作用を行わせるための分割メイン噴射(噴霧相互干渉冷却噴射)を実行する。つまり、上記図4で示した、第1燃料噴射を圧縮上死点よりも進角側(BTDC)で実行した後、燃料噴射を一旦停止し、所定のインターバルを経た後に、第2燃料噴射を圧縮上死点(TDC)付近で実行するといった分割メイン噴射を実行する。   On the other hand, when the engine load is in a low load state and YES is determined in step ST2, the process proceeds to step ST4 to perform divided main injection (spray mutual interference cooling injection) for performing the above-described mutual interference cooling action. Execute. That is, after the first fuel injection shown in FIG. 4 is performed on the advance side (BTDC) from the compression top dead center, the fuel injection is temporarily stopped, and after a predetermined interval, the second fuel injection is performed. Divided main injection is executed such that it is executed near the compression top dead center (TDC).

このようにして、負荷状態に応じて燃料噴射形態が変更されていく。   In this way, the fuel injection mode is changed according to the load state.

以上説明したように、本実施形態によれば、エンジン1の低負荷運転時には、第1燃料噴射で噴射された燃料と第2燃料噴射で噴射された燃料との間で行われる相互干渉冷却作用によって燃焼室3内での着火遅れを促進し、これによって燃焼室3内の温度上昇を抑えるようにしている。このため、燃焼期間における予混合燃焼の割合が大きく確保でき、拡散燃焼の割合が大幅に小さく設定されたものとなり、大量EGRを行っても(例えばEGR率を60%に設定しても)スモークの発生を抑制できることから、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制との両立を図ることができる。また、燃料噴射タイミングを遅角させることなしにNOx発生量を抑制できるため、燃料噴射タイミングを進角側に設定することによる燃焼効率の向上を図ることもできる。   As described above, according to the present embodiment, when the engine 1 is operated at a low load, the mutual interference cooling action performed between the fuel injected by the first fuel injection and the fuel injected by the second fuel injection. Thus, the ignition delay in the combustion chamber 3 is promoted, thereby suppressing the temperature rise in the combustion chamber 3. For this reason, a large proportion of premixed combustion during the combustion period can be secured, and the proportion of diffusion combustion is set to be significantly small. Even if a large amount of EGR is performed (for example, even if the EGR rate is set to 60%), smoke Since generation | occurrence | production of this can be suppressed, coexistence with suppression of NOx generation amount and suppression of smoke generation amount can be aimed at. Further, since the NOx generation amount can be suppressed without retarding the fuel injection timing, it is possible to improve the combustion efficiency by setting the fuel injection timing to the advance side.

また、高負荷運転時には、比較的多く設定される総燃料噴射量のうちの大部分を上記第1燃料噴射における燃料噴射量とし、第2燃料噴射における燃料噴射量を大幅に少なく設定している。また、第1燃料噴射で噴射された燃料の自己干渉冷却作用によって燃焼室3内での着火遅れを促進し、これによって燃焼室3内の温度上昇を抑えるようにしている。この場合にも、燃焼期間における予混合燃焼の割合を大きく確保し、第2燃料噴射で噴射された燃料の燃焼である拡散燃焼の割合が大幅に小さく設定されたものとなり、大量EGRを行ってもスモークの発生を抑制できることから、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制との両立を図ることができる。また、燃料噴射タイミングを遅角させることなしにNOx発生量を抑制できるため、燃料噴射タイミングを進角側に設定することによる燃焼効率の向上を図ることもできる。   Further, during a high load operation, a relatively large part of the total fuel injection amount set is set as the fuel injection amount in the first fuel injection, and the fuel injection amount in the second fuel injection is set to be significantly small. . Further, the ignition delay in the combustion chamber 3 is promoted by the self-interference cooling action of the fuel injected in the first fuel injection, thereby suppressing the temperature rise in the combustion chamber 3. Also in this case, a large proportion of premixed combustion during the combustion period is ensured, and the proportion of diffusion combustion, which is the combustion of fuel injected in the second fuel injection, is set to be significantly small. In addition, since the generation of smoke can be suppressed, it is possible to achieve both the suppression of the NOx generation amount and the suppression of the smoke generation amount. Further, since the NOx generation amount can be suppressed without retarding the fuel injection timing, the combustion efficiency can be improved by setting the fuel injection timing to the advance side.

また、本実施形態では、NOx発生量を大幅に削減することができるので、上記NSR触媒75やDPNR触媒76の小型化を図ることができ、また、NOx発生量を略「0」にすることも可能であるので、上記NSR触媒75やDPNR触媒76を廃止し、それに代えて三元触媒のみを排気系6に設ける構成とすることも可能である。これによれば、ガソリンエンジンと同様の比較的構成の簡素な排気系をディーゼルエンジンにおいて実現することが可能である。   Further, in the present embodiment, the NOx generation amount can be greatly reduced, so that the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 can be downsized, and the NOx generation amount can be made substantially “0”. Therefore, it is possible to eliminate the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 and replace the three-way catalyst in the exhaust system 6 instead. According to this, it is possible to realize an exhaust system having a relatively simple configuration similar to that of a gasoline engine in a diesel engine.

−変形例−
次に、本発明の変形例について説明する。この変形例は、上記メイン噴射の噴射形態として3回の分割メイン噴射を実行することで、このメイン噴射で必要とされる総メイン噴射量(要求トルクを得るための総燃料噴射量)を確保するようにしたものである。つまり、上記第1燃料噴射を2回の燃料噴射に分割し、その後、上記第2燃料噴射を実行するようにしたものである。以下の説明では、2分割された第1燃料噴射のうち進角側の燃料噴射を「進角側第1燃料噴射」と呼び、遅角側の燃料噴射を「遅角側第1燃料噴射」と呼ぶこととする。
-Modification-
Next, a modified example of the present invention will be described. In this modification, by executing three divided main injections as the main injection mode, the total main injection amount (total fuel injection amount for obtaining the required torque) required for the main injection is secured. It is what you do. That is, the first fuel injection is divided into two fuel injections, and then the second fuel injection is executed. In the following description, the advanced angle side fuel injection of the two divided first fuel injections is referred to as “advanced angle side first fuel injection”, and the retarded angle side fuel injection is referred to as “retarded angle side first fuel injection”. I will call it.

図9は、本変形例において、エンジン1の低負荷運転時であってメイン噴射の実行期間中における気筒内での熱発生率の変化および燃料噴射パターンをそれぞれ示している。   FIG. 9 shows the change in the heat generation rate in the cylinder and the fuel injection pattern during the low-load operation of the engine 1 and during the execution period of the main injection in the present modification.

この図9に示すように、エンジン1の低負荷運転時における各分割メイン噴射としては、進角側第1燃料噴射および遅角側第1燃料噴射のそれぞれについては、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側で噴射を開始し、噴射終了もピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側に設定されている。例えば、進角側第1燃料噴射を、ピストン13の圧縮上死点よりも進角側のBTDC18°で噴射を開始し、BTDC14°で噴射を終了させる。また、遅角側第1燃料噴射を、ピストン13の圧縮上死点よりも進角側のBTDC12°で噴射を開始し、BTDC6°で噴射を終了させる。   As shown in FIG. 9, as each divided main injection at the time of low load operation of the engine 1, the compression top dead center of the piston 13 for each of the advance side first fuel injection and the retard side first fuel injection. Injection is started on the advance side with respect to (TDC), and the end of injection is also set on the advance side with respect to the compression top dead center (TDC) of the piston 13. For example, the advance side first fuel injection is started at BTDC 18 ° on the advance side of the compression top dead center of the piston 13 and terminated at BTDC 14 °. Further, the retarded side first fuel injection is started at BTDC 12 ° which is an advance side of the compression top dead center of the piston 13 and is terminated at BTDC 6 °.

一方、第2燃料噴射の噴射タイミングとしては、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側(例えばBTDC4°)で噴射を開始し、噴射終了はピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも遅角側(例えばATDC4°)に設定されている。   On the other hand, as the injection timing of the second fuel injection, the injection is started on the advance side (for example, BTDC 4 °) from the compression top dead center (TDC) of the piston 13, and the injection end is the compression top dead center (TDC) of the piston 13. ) On the more retarded side (for example, ATDC 4 °).

また、上記進角側第1燃料噴射および遅角側第1燃料噴射で噴射される総燃料噴射量を、第2燃料噴射で噴射される燃料噴射量よりも多く設定している。   Further, the total fuel injection amount injected by the advance side first fuel injection and the retard side first fuel injection is set to be larger than the fuel injection amount injected by the second fuel injection.

このような3回の分割メイン噴射を実行した場合にも上記進角側第1燃料噴射および遅角側第1燃料噴射で噴射された燃料は、上述した実施形態における第1燃料噴射で噴射された燃料と同様に、着火遅れが促進された状態となり、第2燃料噴射で噴射された燃料との間で行われる相互干渉冷却作用によって燃焼室3内での着火遅れが促進されることになる。これによって燃焼室3内の温度上昇が抑えられ、燃焼期間における予混合燃焼の割合が大きく確保でき、拡散燃焼の割合が大幅に小さく設定されたものとなって、大量EGRを行ってもスモークの発生を抑制できることから、NOx発生量の抑制とスモーク発生量の抑制との両立を図ることができる。   Even when such three divided main injections are executed, the fuel injected by the advance side first fuel injection and the retard side first fuel injection is injected by the first fuel injection in the above-described embodiment. As in the case of the fuel, the ignition delay is accelerated, and the ignition delay in the combustion chamber 3 is promoted by the mutual interference cooling action performed with the fuel injected by the second fuel injection. . As a result, the temperature rise in the combustion chamber 3 is suppressed, the ratio of premixed combustion during the combustion period can be ensured large, and the ratio of diffusion combustion is set to be significantly small. Since generation | occurrence | production can be suppressed, coexistence with suppression of NOx generation amount and suppression of smoke generation amount can be aimed at.

また、このようにメイン噴射の分割数を増加させることにより、熱発生率のピーク値を低く抑えることができ、燃焼音の抑制を図ることもできる。   Further, by increasing the number of divisions of main injection in this way, the peak value of the heat generation rate can be suppressed low, and combustion noise can be suppressed.

−他の実施形態−
以上説明した実施形態および変形例では、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
-Other embodiments-
In the embodiment and the modification described above, the case where the present invention is applied to an in-line four-cylinder diesel engine mounted on an automobile has been described. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, horizontally opposed engine, etc.) are not particularly limited.

また、上記実施形態および変形例では、マニバータ77として、NSR触媒75およびDPNR触媒76を備えたものとしたが、NSR触媒75およびDPF(Diesel Paticulate Filter)を備えたものとしてもよい。   In the above-described embodiment and modification, the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 are provided as the manipulator 77. However, the NSR catalyst 75 and a DPF (Diesel Particle Filter) may be provided.

尚、上記実施形態および変形例では、EGR装置として、排気マニホールド72内の排気ガスを吸気系6に還流させる構成とした。本発明はこれに限らず、ターボチャージャ5におけるタービンホイール52の下流側の排気ガスを吸気系6に還流させるLPL(Low Pressure Loop)EGR装置を採用するようにしてもよい。   In the embodiment and the modification, the EGR device is configured to recirculate the exhaust gas in the exhaust manifold 72 to the intake system 6. The present invention is not limited to this, and an LPL (Low Pressure Loop) EGR device that recirculates exhaust gas downstream of the turbine wheel 52 in the turbocharger 5 to the intake system 6 may be employed.

尚、上記実施形態および変形例では、低負荷運転時に行われる第2燃料噴射の噴射タイミングとしてはTDC(ピストン13の圧縮上死点)付近に設定していた。本発明はこれに限らず、この第2燃料噴射の噴射タイミングをATDC(ピストン13の圧縮上死点よりも遅角側)に設定するようにしてもよい。   In the above embodiment and the modification, the injection timing of the second fuel injection performed during the low load operation is set near TDC (compression top dead center of the piston 13). The present invention is not limited to this, and the injection timing of the second fuel injection may be set to ATDC (a retarded side from the compression top dead center of the piston 13).

また、上述した実施形態および変形例は、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ23を適用したエンジン1について説明した。本発明はこれに限らず、通電電圧値等に応じて噴射率が変更可能な可変噴射率インジェクタを搭載したエンジンに対しても適用可能である。   Moreover, the embodiment and the modification described above have described the engine 1 to which the piezo injector 23 that changes the fuel injection rate by being in a fully opened valve state only during the energization period. The present invention is not limited to this, and can also be applied to an engine equipped with a variable injection rate injector capable of changing the injection rate according to the energization voltage value or the like.

また、上述した実施形態および変形例は、微小噴孔径のインジェクタ23を適用したエンジン1について説明した。本発明はこれに限らず、一般的な噴孔径のインジェクタを搭載したエンジンに対しても適用可能である。   Moreover, the embodiment and the modification described above have described the engine 1 to which the injector 23 having a minute nozzle hole diameter is applied. The present invention is not limited to this, and can also be applied to an engine equipped with an injector having a general nozzle hole diameter.

更に、上述した実施形態および変形例では、インジェクタ23の噴孔径が小径化されていることに伴い、低い燃料噴射率となっているエンジン1について説明した。本発明はこれに限らず、燃料噴射圧力(コモンレール内圧)が低く設定されていることによって、低い燃料噴射率となっているエンジンに対しても適用可能である。   Further, in the above-described embodiment and modification, the engine 1 has been described that has a low fuel injection rate as the nozzle hole diameter of the injector 23 is reduced. The present invention is not limited to this, and can also be applied to an engine having a low fuel injection rate because the fuel injection pressure (common rail internal pressure) is set low.

また、上述した実施形態および変形例では、第2燃料噴射の実行後の副噴射としてアフタ噴射やポスト噴射は実行しないものとしていた。本発明はこれに限らず、これらアフタ噴射およびポスト噴射の少なくとも一方を実行するようにしてもよい。   Further, in the embodiment and the modification described above, after injection and post injection are not executed as sub injection after execution of the second fuel injection. The present invention is not limited to this, and at least one of these after injection and post injection may be executed.

加えて、上記実施形態および変形例におけるインジェクタ23は10個の噴孔を備えたものであったが、この噴孔数は任意に設定可能である。但し、所定の燃料噴射期間内に必要な燃料噴射量を確保できるように噴孔数を設定する必要がある。特に、微小噴孔径のインジェクタにあっては、噴孔数を多めに(例えば10個以上に)設定しておく必要がある。   In addition, although the injector 23 in the above-described embodiment and the modification includes 10 injection holes, the number of injection holes can be arbitrarily set. However, it is necessary to set the number of injection holes so that a necessary fuel injection amount can be secured within a predetermined fuel injection period. In particular, in an injector having a small nozzle hole diameter, it is necessary to set a large number (for example, 10 or more) of nozzle holes.

また、上記実施形態では、第1燃料噴射での燃料噴射量を第2燃料噴射での燃料噴射量よりも多く設定していた。本発明は、これに限定されず、上記実施形態において、第1燃料噴射での燃料噴射量と第2燃料噴射での燃料噴射量とを略同一に設定したり、第2燃料噴射での燃料噴射量の方を多く設定してもよい。   In the above embodiment, the fuel injection amount in the first fuel injection is set to be larger than the fuel injection amount in the second fuel injection. The present invention is not limited to this, and in the above embodiment, the fuel injection amount in the first fuel injection and the fuel injection amount in the second fuel injection are set substantially the same, or the fuel in the second fuel injection is set. A larger amount of injection may be set.

本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおける燃料噴射制御に適用することが可能である。   The present invention can be applied to fuel injection control in a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder diesel engine mounted on an automobile.

1 エンジン(内燃機関)
13 ピストン
3 燃焼室
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
6 吸気系
62 スロットルバルブ(吸気絞り弁)
7 排気系
8 EGR通路
81 EGRバルブ
82 EGRクーラ
1 engine (internal combustion engine)
13 Piston 3 Combustion chamber 23 Injector (fuel injection valve)
6 Intake system 62 Throttle valve (intake throttle valve)
7 Exhaust system 8 EGR passage 81 EGR valve 82 EGR cooler

Claims (11)

排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、トルク発生のための燃料噴射である主噴射として、少なくとも初期緩慢燃焼および予混合燃焼を順に行わせるための燃料噴射を含む複数段階の分割主噴射が実行可能な構成とされた燃料噴射弁を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させ且つ上記初期緩慢燃焼開始前の予熱動作を行っていない状態で、上記複数段階の分割主噴射のうちの最終分割主噴射をピストンの圧縮上死点近傍で実行すると共に、その最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射をピストンの圧縮上死点よりも進角側で実行することにより、この進角側で実行された燃料噴射でのガス塊と最終分割主噴射でのガス塊とを合体させ、熱発生率が上昇から下降に転じるタイミングがピストンの圧縮上死点よりも遅角側において1箇所のみに存在するように燃料噴射制御を実行する燃料噴射制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
An exhaust gas recirculation device that recirculates part of the exhaust gas discharged to the exhaust system to the intake system and at least initial slow combustion and premixed combustion are sequentially performed as main injection, which is fuel injection for generating torque. In a combustion control device for a compression ignition type internal combustion engine provided with a fuel injection valve configured to be able to execute a plurality of divided main injections including fuel injection for
With the exhaust gas recirculation device, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system and the pre-heating operation before the start of the initial slow combustion is not performed. The fuel injection is performed near the compression top dead center, and the fuel injection performed before the final divided main injection is performed on the advance side from the compression top dead center of the piston. The gas mass in the fuel injection and the gas mass in the final split main injection are merged, and the timing at which the heat generation rate changes from rising to falling seems to exist only at one position on the retard side of the compression top dead center. A combustion control apparatus for an internal combustion engine, further comprising fuel injection control means for executing fuel injection control.
排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えていると共に、トルク発生のための燃料噴射である主噴射として、少なくとも初期緩慢燃焼および予混合燃焼を順に行わせるための燃料噴射を含む複数段階の分割主噴射が実行可能な構成とされた燃料噴射弁を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させ且つ上記初期緩慢燃焼開始前の予熱動作を行っていない状態で、上記複数段階の分割主噴射のうちの最終分割主噴射をピストンの圧縮上死点近傍で実行すると共に、その最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射をピストンの圧縮上死点よりも進角側で実行することにより、この進角側で実行された燃料噴射でのガス塊に対する最終分割主噴射でのガス塊による干渉冷却作用を生じさせる燃料噴射制御を実行する燃料噴射制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
An exhaust gas recirculation device that recirculates part of the exhaust gas discharged to the exhaust system to the intake system and at least initial slow combustion and premixed combustion are sequentially performed as main injection, which is fuel injection for generating torque. In a combustion control device for a compression ignition type internal combustion engine provided with a fuel injection valve configured to be able to execute a plurality of divided main injections including fuel injection for
With the exhaust gas recirculation device, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system and the pre-heating operation before the start of the initial slow combustion is not performed. The fuel injection is performed near the compression top dead center, and the fuel injection performed before the final divided main injection is performed on the advance side from the compression top dead center of the piston. A combustion control device for an internal combustion engine, comprising fuel injection control means for performing fuel injection control for causing an interference cooling action by the gas mass in the final divided main injection with respect to the gas mass in the fuel injection.
上記請求項1または2記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記最終分割主噴射の期間として、ピストンの圧縮上死点前から圧縮上死点後に亘る期間として設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In the internal combustion engine combustion control apparatus according to claim 1 or 2,
The combustion control device for an internal combustion engine, wherein the fuel injection control means is configured to set a period from before the compression top dead center to after the compression top dead center as a period of the final divided main injection. .
上記請求項1または2記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、内燃機関の低負荷運転時に、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射をピストンの圧縮上死点よりも進角側で実行させ、上記最終分割主噴射をピストンの圧縮上死点近傍で実行させる一方、内燃機関の高負荷運転時には、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射をピストンの圧縮上死点近傍で実行させ、上記最終分割主噴射をピストンの圧縮上死点よりも遅角側で実行させるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In the internal combustion engine combustion control apparatus according to claim 1 or 2,
The fuel injection control means causes the fuel injection, which is performed at a stage prior to the final divided main injection, to be advanced from the compression top dead center of the piston during low-load operation of the internal combustion engine. Is executed in the vicinity of the compression top dead center of the piston, while at the time of high load operation of the internal combustion engine, fuel injection performed in a stage before the final divided main injection is executed in the vicinity of the compression top dead center of the piston. A combustion control device for an internal combustion engine, characterized in that the main injection is executed on the retard side from the compression top dead center of the piston.
上記請求項1または2記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射で噴射される燃料の貫徹力に比べて上記最終分割主噴射で噴射される燃料の貫徹力を低く設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In the internal combustion engine combustion control apparatus according to claim 1 or 2,
The fuel injection control means sets the penetration force of the fuel injected in the final divided main injection to be lower than the penetration force of the fuel injected in the fuel injection performed in a stage before the final divided main injection. A combustion control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that it is configured.
上記請求項5記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射で噴射される総燃料噴射量に比べて上記最終分割主噴射で噴射される総燃料噴射量を少なく設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In the internal combustion engine combustion control apparatus according to claim 5,
The fuel injection control means sets the total fuel injection amount injected in the final divided main injection to be smaller than the total fuel injection amount injected in the fuel injection performed in a stage before the final divided main injection. A combustion control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that it is configured.
上記請求項1または2記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記最終分割主噴射によって噴射された燃料の略全体が初期緩慢燃焼および予混合燃焼となるように、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射の噴射タイミングおよび噴射量を設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In the internal combustion engine combustion control apparatus according to claim 1 or 2,
The fuel injection control means is an injection timing of fuel injection performed before the final divided main injection so that substantially the entire fuel injected by the final divided main injection becomes initial slow combustion and premixed combustion. And a combustion control apparatus for an internal combustion engine, wherein the combustion control apparatus is configured to set an injection amount.
上記請求項1または2記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
気筒内の酸素と燃料噴霧との邂逅率を低下させる邂逅率低下動作を行いながら、上記最終分割主噴射よりも前段階で行われる燃料噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In the internal combustion engine combustion control apparatus according to claim 1 or 2,
An internal combustion engine that is configured to perform fuel injection that is performed before the final divided main injection while performing a rate reduction operation that reduces the rate of oxygen and fuel spray in the cylinder. Engine combustion control device.
上記請求項7記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記邂逅率低下動作としては、上記排気還流装置による排気還流動作、吸気系における吸気絞り動作、気筒内温度を低下させる動作のうち少なくとも何れか一つが実行されることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In the internal combustion engine combustion control apparatus according to claim 7,
Combustion of an internal combustion engine characterized in that at least one of exhaust gas recirculation operation by the exhaust gas recirculation device, intake throttle operation in the intake system, and operation of lowering the in-cylinder temperature is executed as the reduction ratio operation Control device.
上記請求項1または2記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記排気還流装置によって排気ガスの一部を吸気系に還流させた状態での排気還流率は20%以上に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In the internal combustion engine combustion control apparatus according to claim 1 or 2,
A combustion control device for an internal combustion engine, characterized in that an exhaust gas recirculation rate in a state where a part of exhaust gas is recirculated to the intake system by the exhaust gas recirculation device is set to 20% or more.
上記請求項1または2記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁は、開弁時における燃料噴射率が所定噴射率以下になるよう噴孔径が小径化されたものであることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In the internal combustion engine combustion control apparatus according to claim 1 or 2,
A combustion control apparatus for an internal combustion engine, wherein the fuel injection valve has an injection hole diameter reduced so that a fuel injection rate when the valve is opened is equal to or less than a predetermined injection rate.
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