JP3229355B2 - 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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JP3229355B2
JP3229355B2 JP04211292A JP4211292A JP3229355B2 JP 3229355 B2 JP3229355 B2 JP 3229355B2 JP 04211292 A JP04211292 A JP 04211292A JP 4211292 A JP4211292 A JP 4211292A JP 3229355 B2 JP3229355 B2 JP 3229355B2
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泰浩 楪
光徳 近藤
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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

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  • High-Pressure Fuel Injection Pump Control (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】
【従来技術】ガソリンエンジンには、特開昭62−15
3518号公報に示すように、冷凍サイクルをなす冷凍
装置を備え、該冷凍装置の冷却要素を吸気系に配設し、
該冷却要素により吸入空気を冷却するものがある。この
ものにおいては、吸入空気の冷却により、ノッキング防
止、出力の向上を図ることができる。ところで、ディ−
ゼルエンジンにおいては、燃焼態様が拡散燃焼であるこ
とから、スモ−ク(すす)等を生成し易い傾向にある。
このため、本発明者は、ディ−ゼルエンジンに上記構成
と同様の構成を適用し、吸入空気を冷却することによ
り、体積効率を増大させ、スモ−クの低減を図ることを
開発しつつある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ディ−ゼルエ
ンジンにおいては、スモ−クの生成傾向は、エンジン負
荷、エンジンの暖機状態等により変化することになって
おり、最もスモ−クが生成し易い状態を考慮して、冷却
要素の冷凍能力を設定すると、そのときの負荷が、最も
スモ−クを生成し易い状態に比べて、スモ−クを生成し
にくい状態の場合にも同様に加わることになり、そのよ
うなときには、スモ−ク低減に対して過度の処理がなさ
れることになり、燃費が無駄に消費されることになる。
本発明は上記実情に鑑み、燃料噴射圧を高めることがス
モ−ク低減に寄与すると共にエンジンの運転状態(負荷
状態)に応じて特有の結果をもたらすことに着目してな
されたもので、その目的は、燃費悪化を極力抑制しつ
つ、スモ−クの低減を図ることができるディ−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。
【0004】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明にあっては、冷凍サイクルをなす冷凍装置を
備え、該冷凍装置の冷却要素が吸気系に配設されて吸入
空気を冷却するディ−ゼルエンジンの排気ガス浄化装置
において、エンジンに対する燃料供給手段の燃料噴射圧
を調整する噴射圧調整手段と、前記冷凍装置における冷
却要素の冷凍能力を調整する冷凍能力調整手段と、エン
ジン負荷を検出する負荷検出手段と、前記負荷検出手段
からの信号を受けて、前記負荷検出手段の検出負荷が低
負荷ほどスモーク生成傾向が低いとの判断基準の下で、
前記噴射圧調整手段と前記冷凍能力調整手段とを制御
し、スモ−ク生成傾向が低いエンジン低負荷時に、スモ
−ク生成傾向が高いエンジン高負荷時に比べて、燃料噴
射圧を低めると共に冷凍能力を高める制御手段と、を備
えている構成としてある。上述の構成により、スモ−ク
生成傾向(エンジン負荷)に応じ、冷却要素の冷凍能力
と燃料噴射圧とが適宜変化し、その燃料噴射圧の調整に
よって、その燃料の微粒化、ミキシング促進作用に基づ
いてスモ−クの低減が図られ、冷凍能力に基づく吸気冷
却作用によっては、体積効率の増減に基づいてスモ−ク
の低減が図られることになり、スモ−ク生成傾向に応じ
た適当量の調整がなされ、過度の調整がなされることは
ない。しかも、上記内容だけではなく、スモ−ク生成傾
向が高いとき(エンジン負荷が高いとき)には、冷却要
素の冷凍能力に基づくスモ−クの低減に対して、燃料噴
射圧を高めることに基づくスモ−クの低減が支配的とな
るが、この場合、スモ−クの生成傾向が高くなることと
エンジン運転状態が高負荷に向うこととが対応している
ことから、エンジン運転状態が高負荷のときには燃料噴
射圧を高めても燃費の悪化につながらない(同等)とい
う現象(事実)を有効に利用できることになり、スモ−
ク低減に際し、燃料噴射圧に基づく燃費を悪化させるこ
となく冷凍装置の負担(燃費悪化)をも大幅に軽減でき
ることになる。その一方、スモ−ク生成傾向が低いとき
(エンジン負荷が低いとき)には、燃料噴射圧に基づく
スモ−クの低減に対して冷凍能力に基づくスモ−クの低
減が支配的となるが、この場合には、エンジン運転状態
が低負荷のときに燃料噴射圧を高めると、燃費が悪化す
るという現象(事実)が適用になることを回避できるこ
とになり、スモ−ク低減に際し、燃料噴射圧を高めるこ
とにより燃費が悪化されることを避けることができるこ
とになる。しかも、このスモ−ク生成傾向が低いときに
は、冷却要素の冷凍能力が高められて吸入空気が冷却さ
れることから、スモ−クだけでなく、NOx も低減でき
ることになる。さらに、スモ−ク生成傾向状態に応じ
て、燃料噴射圧と冷却要素の冷凍能力とを適切に調整
し、過度の処理とならないようにすることから、燃料噴
射圧に基づく燃料の微粒化、ミキシングと、冷凍能力に
基づく冷却作用による吸気密度の低減とによって、気筒
内の最高燃焼圧力が必要以上(上限以上)となるような
ことはない。
【0005】
【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、そのエンジン本体1
の下部からクランク軸3が突出されている。
【0006】上記各気筒2には、燃料供給手段としての
電子制御式燃料噴射ノズル4がそれぞれ設けられてい
る。この各燃料噴射ノズル4には電子制御式高圧噴射ポ
ンプ5が接続され、その高圧噴射ポンプ5には前記クラ
ンク軸3により駆動力が付与されることになっており、
各燃料噴射ノズル4の燃料噴射圧(以下、噴射圧と称
す)は高圧噴射ポンプ5により調整されることになって
いる。
【0007】前記各気筒には、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。上記排気通路
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は上記吸気通路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。また、上記排気通路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10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により既知の
如く開度が調整されるようになっている。
【0008】上記吸気通路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1
2、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1
4の冷媒が利用されている。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、
冷媒貯留リキッドタンク17、膨張弁18、車室内空気
冷却用冷媒制御弁19、車室内空気冷却用エバポレ−タ
20とにより冷凍サイクルをなし、そのうち、コンプレ
ッサ15には、前記クランク軸3の駆動力が可変プ−リ
21、電磁クラッチ22等を介して伝達されるようにな
っているが、その冷凍装置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。尚、24は結露水通路、25は
結露水制御弁である。
【0009】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等を有し
ている。この制御ユニットUには、センサ26、27、
28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のアクセル開度すなわち
エンジン負荷を検出するもの(スモ−ク生成傾向検出手
段)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。一方、制御ユニットUからは、前記各燃料噴
射ノズル4、高圧噴射ポンプ5、冷媒制御弁23に制御
信号が出力されるようになっている。
【0010】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。上記制御ユニットUは種々の制御を
行なうが、本実施例においては、本発明の目的との関係
で、燃料噴射ノズル4の噴射圧制御、エバポレ−タ13
の冷凍能力制御、燃料噴射ノズル4の噴射タイミング制
御について説明する。以下、分説する。
【0011】燃料噴射ノズル4の噴射圧制御 燃料噴射ノズル4の噴射圧は、高負荷に向うほど高くな
るようになっており、本実施例においては、噴射圧とし
て、高噴射圧(例えば1500kg/Cm2 )と低噴射圧
(例えば300kg/Cm2 )とがあり、エンジン負荷が
一定以上高くなると、高噴射圧が選択され、エンジン負
荷が一定未満のときには、低噴射圧が選択されるように
なっている。これは、図2からも明らかなように、同一
エンジン回転数、同一噴射圧の下では、負荷が高くなる
に従ってスモ−ク生成傾向が高まることから、後述のエ
バポレ−タ13の冷凍能力だけでなく噴射圧をも可変と
して、スモ−ク低減処理に対して、その両者の協働作用
によりスモ−ク生成傾向に応じた適当量の調整をなし過
度の調整がなされることがないようにしているのであ
り、また、高負荷状態では噴射圧を高めても燃費が悪化
しない(同等である)という現象(事実)にも着目し、
噴射圧を高めることによって、燃料の微粒化、ミキシン
グをより一層促進し、高負荷状態での高いスモ−ク生成
傾向にあるスモ−クの低減を高い噴射圧によりできるだ
けまかなおうとしているのである。そしてその一方、低
負荷状態では、スモ−ク生成傾向が低くなって(図2参
照)、スモ−ク低減のために高い噴射圧を必要としない
ことを考慮すると共に、低負荷状態では噴射圧を高める
と燃費が悪化するという現象(事実)に着目し、低負荷
状態においては、噴射圧をできるだけ低め、燃費の悪化
を回避しようとしているのである。
【0012】エバポレ−タ13の冷凍能力制御 負荷が高いほどエバポレ−タ13の冷凍能力が低めら
れ、逆に、負荷が低いほどエバポレ−タ13の冷凍能力
が高められることになっており、本実施例においては、
冷媒制御弁23をON(開)、OFF(閉)することに
より、エバポレ−タ13への冷媒の流出量が調整される
ことになっている。これは、高負荷状態では、前述のよ
うに、噴射圧を高めることが燃費悪化につながらないと
いう観点から、それをできるだけ活すべく、スモ−ク低
減を噴射圧を高めることにできるだけ委ねる一方、エバ
ポレ−タ13の冷凍能力を低め(実施例では、冷媒制御
弁23をOFF)、これにより、冷凍装置14の負担
(燃費)を大幅に軽減し、燃費が悪化することを極力抑
えようとしているからであり、また、高い噴射圧に基づ
く微粒化作用等とエバポレ−タ13の高い冷却作用の両
方により気筒2内の最高燃焼圧力が必要以上に高くなる
ことを避けたいからである。その一方、低負荷状態で
は、前述したように噴射圧を高めることが燃費を悪化さ
せるため、できるだけ噴射圧を低めたいことから、その
噴射圧の低下に基づくスモ−ク低減の減少分を補完すべ
く、エバポレ−タ13の冷凍能力を高めることにより体
積効率を上げたいからであり、また、この低負荷状態に
おいて、エバポレ−タ13の高い冷却作用により、スモ
−クだけでなくNOx をも低減したいからでもある。
【0013】燃料噴射ノズル4の噴射タイミング制御 本実施例においては、燃料噴射ノズル4の噴射タイミン
グが加味されており、該噴射タイミングは、燃料噴射圧
が高いほどリタ−ドされることになっている。具体的に
は、燃料噴射圧を100kg/Cm2 増加すると、1°リ
タ−ドとされている。これは、図3に示すように、燃焼
を後の方に遅らし、気筒2内の最高燃焼圧力が必要以上
(上限以上)に高まることを確実に防止するためであ
る。
【0014】
【0015】
【発明の効果】本発明は、以上述べたように、燃費悪化
を極力抑制すると共に気筒内最高燃焼圧力が必要以上に
高まることがないようにしつつ、スモ−クの低減を図る
ことができる。しかも、エンジン運転状態が低負荷時に
おいては、NOX も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るディ−ゼルエンジンの全
体構成図。
【図2】スモ−ク生成傾向とエンジン負荷との関係を示
す特性図。
【図3】実施例の作用説明図。
【符号の説明】 1 エンジン本体 4 燃料噴射ノズル 5 高圧噴射ポンプ 7 吸気通路 13 エバポレ−タ 14 冷凍装置 23 冷媒制御弁 26 センサ 27 センサ U 制御ユニットU
───────────────────────────────────────────────────── 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 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 (56)参考文献 特開 昭57−41462(JP,A) 特開 昭64−32029(JP,A) 特開 平2−95742(JP,A) 実開 昭64−41628(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 29/04 F02D 1/02 311

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷凍サイクルをなす冷凍装置を備え、該
    冷凍装置の冷却要素が吸気系に配設されて吸入空気を冷
    却するディ−ゼルエンジンの排気ガス浄化装置におい
    て、 エンジンに対する燃料供給手段の燃料噴射圧を調整する
    噴射圧調整手段と、 前記冷凍装置における冷却要素の冷凍能力を調整する冷
    凍能力調整手段と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、 前記負荷検出手段からの信号を受けて、前記負荷検出手
    段の検出負荷が低負荷ほどスモーク生成傾向が低いとの
    判断基準の下で、 前記噴射圧調整手段と前記冷凍能力調
    整手段とを制御し、スモ−ク生成傾向が低いエンジン低
    負荷時に、スモ−ク生成傾向が高いエンジン高負荷時に
    比べて、燃料噴射圧を低めると共に冷凍能力を高める
    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。
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