JP3096160B2 - ディ−ゼルエンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

ディ−ゼルエンジンの排気ガス浄化装置

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JP3096160B2
JP3096160B2 JP04199176A JP19917692A JP3096160B2 JP 3096160 B2 JP3096160 B2 JP 3096160B2 JP 04199176 A JP04199176 A JP 04199176A JP 19917692 A JP19917692 A JP 19917692A JP 3096160 B2 JP3096160 B2 JP 3096160B2
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博文 山内
光徳 近藤
正嗣 崎本
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Landscapes

  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディ−ゼルエンジンの排
気ガス浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エンジン、特に過給機付きエンジンにお
いては、吸入空気を冷却する冷却手段を設けたものが多
い。この冷却手段として、エンジンにより機械的に駆動
されるコンプレッサを備えた冷凍サイクルを利用したも
のもある。特開昭62−153518号公報には、ガソ
リンエンジンにおいて、ノッキングを生じたときに冷凍
サイクルによる冷却装置を作動させて吸気を冷却するよ
うにしたものが開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近では、
ディ−ゼルエンジンにおける排気ガス浄化が問題となっ
ており、NOxおよびスモ−ク特にスモ−クをいかに低
減させるかが大きな問題となっている。NOx低減のた
めには、燃料噴射時期を遅角させればよいことが知られ
ているが、燃料噴射時期を遅角することは逆にスモ−ク
増大になると共に遅角し過ぎると燃焼騒音も問題となっ
てくる。このように、燃料噴射時期の調整のみでは、N
Oxとスモ−クとを共に低減することは不可能である。
【0004】上述のような観点から、NOxとスモ−ク
低減のために、吸気を冷却することが考えられる。吸気
冷却によれば、NOxを十分低減できると共に、スモ−
クをも十分低減することができ、この低減効果特にスモ
−クの低減効果は、燃料噴射時期の調整による低減効果
よりも大きいものとなる。しかしながら、吸気冷却を行
なうことは燃費の悪化につながるため、吸気冷却能力冷
却をむやみに大きくすることは好ましくないものとな
る。
【0005】したがって、本発明の目的は、燃費の悪化
を抑制しつつ、NOxとスモ−クとを共に低減できるよ
うにしたディ−ゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にあっては次のような構成としてある。すな
わち、冷凍サイクルによって吸気を冷却する冷却手段
と、前記冷却手段の吸気冷却能力を調整する冷却能力調
整手段と、前記冷却能力調整手段を制御して、燃焼室へ
の燃料噴射時期が遅いほど該冷却手段の冷却能力を増大
させる冷却能力制御手段と、を備えた構成としてある。
【0007】あらかじめ定められた条件となったときに
前記冷却手段による冷却を禁止する冷却禁止手段を設け
て、前記冷却手段による冷却と冷却禁止との切換えに同
期して前記燃料噴射時期の設定態様を変更することがで
きる。
【0008】燃料噴射時期が所定以上進んだ状態におい
て前記冷却手段による吸気冷却を禁止すると共にEGR
を行ない、該冷却手段による吸気冷却が行なわれるとき
にEGRを禁止することができる。
【0009】吸気温度を検出手段する吸気温度検出手段
と、前記吸気温度検出手段で検出される吸気温度が第1
所定温度以上のときは吸気温度が高くなるほど燃料噴射
時期を遅くする燃料噴射時期補正手段と、を設けて、前
記冷却能力制御手段を、前記燃料噴射時期補正手段によ
る補正量が大きくなるほど前記冷却能力を増大させるも
のとすることができる。
【0010】吸気温度が前記第1所定温度未満のとき
は、前記燃料噴射時期補正手段による補正を禁止すると
共に、前記冷却手段による吸気冷却を禁止することがで
きる。
【0011】吸気温度が前記第1所定温度よりも高い温
度に設定された第2所定温度以上のときは、前記前記燃
料噴射時期補正手段による補正量を所定の上限値に維持
しつつ、吸気冷却能力は吸気温度が高くなるほどなおも
増大させることができる。
【0012】吸気温度が前記第1所定温度未満のときに
EGRを行なうと共に吸気冷却を禁止し、吸気温度が該
第1所定温度以上のときはEGRを禁止すると共に吸気
冷却を実行することができる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、燃料噴射時期が遅くな
ってNOx低減では有利な反面スモ−ク増大となるよう
なときは、吸気の冷却能力を高めてNOx低減度合を高
めるのは勿論のことスモ−クをも十分に低減することが
できる。また、吸気の冷却能力は、燃料噴射時期が遅く
なるほど増大させるので、むやみに吸気冷却能力を増大
させることもなく、燃費悪化を抑制する上でも好ましい
ものとなる。さらに、吸気冷却によるNOx低減とスモ
−ク低減とを得るので、NOx低減のためにむやみに燃
料噴射時期を遅くする必要もなくなるので、燃焼騒音を
防止する上でも有利となる。
【0014】請求項2に記載したような構成とすること
により、吸気冷却を必要としないようなときには吸気冷
却を禁止して燃費の向上を図りつつ、この吸気冷却を行
なうか否かによってNOxとスモ−クとの発生態様が異
なるのに対処して燃料噴射時期を適切なものとすること
ができる。
【0015】請求項3に記載したような構成とすること
により、着火性悪化等により吸気冷却を行なわない領域
において、EGRを行なうことによってNOxを十分低
減することができる。
【0016】請求項4に記載したような構成とすること
により、燃焼室内での空気余剰率すなわちNOxやスモ
−ク発生に大きな影響を与える吸気温度に応じて、燃料
噴射時期を最適設定しつつ、吸気冷却能力をも最適設定
して、請求項1に記載したような効果を得ることができ
る。
【0017】請求項5に記載したような構成とすること
により、着火性が悪化すると共にNOxがさほど問題と
ならない吸気低温時において吸気冷却を禁止することに
より確実な着火を得つつ、燃料噴射時期を不必要に遅角
させる必要もなくなってスモ−クをも低減することがで
きる。
【0018】請求項6に記載したような構成とすること
により、燃料噴射時期の遅角上限を設定して燃焼騒音を
効果的に防止しつつ、吸気冷却を利用してNOx、スモ
−クを低減できる。
【0019】請求項7に記載したような構成とすること
により、吸気温度に対応した請求項4の効果を得つつ、
請求項3に記載した効果を得ることができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1において、1はディ−ゼルエンジン本体で、
該エンジン本体1は、4つの気筒2が直列に配置された
直列4気筒エンジンとされており、そのクランク軸が符
号3で示される。
【0021】各気筒2には、燃料供給手段としての電子
制御式燃料噴射弁4がそれぞれ設けられている。この各
燃料噴射弁4はそれぞれ電子制御式燃料噴射ポンプ5に
接続され、その燃料噴射ポンプ5には前記クランク軸3
により駆動力が付与される。勿論、各燃料噴射弁4の燃
料噴射圧(以下、噴射圧と称す)は、燃料噴射ポンプ5
により調整されることになっている。なお、燃料噴射ポ
ンプ5の噴射圧力は、1平方cm当り300〜1500
kgというように高圧となっている。
【0022】各気筒2には、既知の如く、排気通路6と
吸気通路7とがそれぞれ連なっている。排気通路6に
は、タ−ボ過給機8のタ−ビンホイ−ル8aが配設され
ている。その一方、タ−ボ過給機8のコンプレッサホイ
−ル8bは吸気通路7に配設されており、したがって、
排気エネルギによってタ−ビンホイ−ル8が回転される
と、シャフト8cを介してコンプレッサホイ−ル8bも
回転されて、これにより、過給(タ−ボ過給)が行なわ
れることになる。
【0023】また、排気通路6には、前記タ−ビンホイ
−ル8aをバイパスするリリ−フ通路9付設されてい
る。このリリ−フ通路9には、ウェストゲ−トバルブ1
0が設けられており、このウェストゲ−トバルブ10
は、駆動アクチュエ−タ11によりその開度が調整され
るようになっている。
【0024】吸気通路7には、前記コンプレッサホイ−
ル8bから下流側に向って順に、インタク−ラ12、吸
気冷却用エバポレ−タ13が配設されている。上記エバ
ポレ−タ13には、車室内空気冷却用冷凍装置14の冷
媒が循環される。すなわち、冷凍装置14は、既知の如
く、コンプレッサ15、コンデンサ16、冷媒貯留タン
ク17、膨張弁18、車室内空気冷却用冷媒制御弁1
9、車室内空気冷却用エバポレ−タ20とを備えてい
る。上記コンプレッサ15は、可変プ−リ21、電磁ク
ラッチ22等を介してクランク軸3によって駆動され
る。
【0025】上記可変プ−リ21のプ−リ比を変更する
ことにより、エンジン回転数に対するコンプレッサ15
の回転数の比が変更可能とされ、このプ−リ比すなわち
回転比が大きくなる(コンプレッサ15の回転数が増大
する)ほど、コンプレッサ15の出力エネルギが大きく
なって、冷凍装置14の冷凍能力が増大される。
【0026】冷凍装置14には、上記エバポレ−タ20
及び冷媒制御弁19に対してバイパスするようにして前
記エバポレ−タ13が付設され、そのエバポレ−タ13
と冷凍装置14との間には、吸気冷却用冷媒制御弁23
が介在されている。この吸気冷却用制御弁23と車室用
制御弁19との開度比を変更することによっても、エバ
ポレ−タ13による吸気冷却能力が変更され得る。
【0027】エバポレ−タ13の底部と当該エバポレ−
タ13下流の吸気通路7とが、吸気通路7に比して十分
細い通路24によって接続され、この通路24には開閉
弁からなる制御弁24が接続されている。これにより、
エンジン運転中に制御弁24を開くと、エバポレ−タ1
3の底部にたまった結露水が、ベンチュリ効果によっ
て、通路24を介して吸気通路7へ吸引される。
【0028】排気通路6からは、吸気通路7に連なるE
GR通路41が導出され、このEGR通路41にはEG
R制御弁42が接続されている。
【0029】図1における符号Uは例えばマイクロコン
ピュ−タで構成された制御ユニットで、該制御ユニット
Uは、既知のように、CPU、ROM、RAM、CLO
CK等を有している。この制御ユニットUには、センサ
26〜29からの各種信号が入力されるようになってい
る。センサ26はアクセルペダル29の踏込み量すなわ
ちエンジン負荷となるアクセル開度を検出するものであ
る。センサ27はエンジン冷却水温を検出するものであ
る。センサ28はエンジン回転数を検出するものであ
る。センサ29は吸気温度を検出するものであり、実施
例では、エバポレ−タ13下流の吸気通路7内での吸気
温度を検出するものとなっている。一方、制御ユニット
Uからは、前記各燃料噴射弁4、燃料噴射ポンプ5、駆
動アクチュエ−タ11、可変プ−リ21、制御弁23、
25、42に制御信号が出力されるようになっている。
【0030】次に、上記制御ユニットUによる制御内容
について説明するが、基本的には、次の表1に示すよう
に、エンジンの運転状態(実施例では5種類)に応じ
て、吸気冷却(エバポレ−タ13による冷却作用)のO
N、OFFと、燃料噴射時期と、燃料噴射圧力と、最大
過給圧との設定、変更が行なわれる。このうち、制御の
優先順位は、優先順位の高い方から低い方に順次、暖機
中(冷機時)、低気温時、加速時、高地、通常時とされ
る。なお、エバポレ−タ13による冷却作用のON、O
FFは吸気冷却用制御弁23の開閉切換によって行なわ
れるが、エバポレ−タ13の冷却作用のON時には、コ
ンプレッサ15が駆動されることが前提となる。
【0031】
【表1】
【0032】次に、制御ユニットUによる制御内容のう
ち、本発明に関係する部分について図2に示すフロ−チ
ャ−トを参照しつつ説明する。なお、以下の説明でPは
ステップを示す。また、以下の制御で用いるマップは、
制御ユニットUのROMに記憶されているものである。
【0033】先ず、P1において各センサからの信号が
入力された後、P2において、図3に示すマップを参照
して、エンジン回転数とエンジン負荷(アクセル開度)
とに基づいて、基本の燃料噴射時期が設定される。
【0034】次いで、P3において、図4に示すマップ
を参照しつつ、センサ29で検出される吸気温度に基づ
いて燃料噴射時期が補正される。すなわち、図4(の実
線)で示すように、吸気温度が第1所定温度Tよりも低
い低温時には、燃料噴射時期がP2で設定された基本の
ままとされる。吸気温度が第1所定温度から徐々に高く
なると、これに応じて燃料噴射時期が徐々に遅角されて
いく。吸気温度が第1所定温度T1よりも高い第2所定
温度T2以上となると、燃料噴射時期は所定の上限値の
ままに維持されてこれ以上の遅角が禁止される。
【0035】P3の後、P4において、吸気温度が上述
の第1所定温度未満であるか否かが判別される。このP
4の判別でNOのときは、P5において、冷凍装置14
(のエバポレ−タ13)による吸気冷却が実行される。
次いで、P6において、EGR制御弁42を閉とするこ
とにより、EGRが禁止される。この後は、P7におい
て、図4破線で示す特性となるように吸気冷却能力が設
定される。
【0036】P7での吸気冷却能力の変更は、可変プ−
リ21に対する制御値を変更すること、あるいは制御弁
23に対する制御値を変更することの少なくとも一方を
行なうことによってなされる。図4破線で示すように、
吸気の冷却能力は、吸気温度が高くなるほど増大されて
いく。ただし、吸気冷却によるNOxおよびスモ−ク低
減と、燃費とのバランスから、吸気冷却能力にも所定の
上限値を設定することもできる。
【0037】P4の判別でYESのときは、P8におい
て吸気冷却を禁止し、次いでP9においてEGR制御弁
42を開いてEGRが行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す全体系統図。
【図2】本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図3】基本燃料噴射時期の設定例を示す図。
【図4】図4は本発明の制御内容を図式的に示す図。
【符号の説明】
1:エンジン本体 4:燃料噴射弁 5:燃料噴射ポンプ 7:吸気通路 13:エバポレ−タ(吸気冷却用) 14:冷凍装置 15:コンプレッサ 21:可変プ−リ(吸気冷却能力調整用) 23:冷媒制御弁(吸気冷却能力調整用) 26:センサ(アクセル開度) 28:センサ(エンジン回転数) 29:センサ(吸気温度) 41:EGR通路 42:EGR制御弁 U:制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 光徳 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 崎本 正嗣 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 荒木 啓二 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツ ダ株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 29/04

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷凍サイクルによって吸気を冷却する冷却
    手段と、 前記冷却手段の吸気冷却能力を調整する冷却能力調整手
    段と、 前記冷却能力調整手段を制御して、燃焼室への燃料噴射
    時期が遅いほど該冷却手段の冷却能力を増大させる冷却
    能力制御手段と、を備えていることを特徴とするディ−
    ゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、 あらかじめ定められた条件となったときに前記冷却手段
    による冷却を禁止する冷却禁止手段を備え、 前記冷却手段による冷却と冷却禁止との切換えに同期し
    て前記燃料噴射時期の設定態様が変更されるもの。
  3. 【請求項3】請求項1において、 燃料噴射時期が所定以上進んだ状態において前記冷却手
    段による吸気冷却が禁止されると共にEGRが行なわ
    れ、該冷却手段による吸気冷却が行なわれるときにEG
    Rが禁止されるもの。
  4. 【請求項4】請求項1において、 吸気温度を検出手段する吸気温度検出手段と、 前記吸気温度検出手段で検出される吸気温度が第1所定
    温度以上のときは吸気温度が高くなるほど燃料噴射時期
    を遅くする燃料噴射時期補正手段と、を備え、前記冷却
    能力制御手段が、前記燃料噴射時期補正手段による補正
    量が大きくなるほど前記冷却能力を増大させるもの。
  5. 【請求項5】請求項4において、 吸気温度が前記第1所定温度未満のときは、前記燃料噴
    射時期補正手段による補正が禁止されると共に、前記冷
    却手段による吸気冷却が禁止されるもの。
  6. 【請求項6】請求項4において、 吸気温度が前記第1所定温度よりも高い温度に設定され
    た第2所定温度以上のときに、前記前記燃料噴射時期補
    正手段による補正量が所定の上限値に維持されると共
    に、前記冷却能力は吸気温度が高くなるほど増大される
    もの。
  7. 【請求項7】請求項4において、 吸気温度が前記第1所定温度未満のときにEGRが行な
    われると共に吸気冷却が禁止され、吸気温度が該第1所
    定温度以上のときはEGRが禁止されると共に吸気冷却
    が実行されるもの。
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