JP3405221B2 - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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JP3405221B2
JP3405221B2 JP24722098A JP24722098A JP3405221B2 JP 3405221 B2 JP3405221 B2 JP 3405221B2 JP 24722098 A JP24722098 A JP 24722098A JP 24722098 A JP24722098 A JP 24722098A JP 3405221 B2 JP3405221 B2 JP 3405221B2
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combustion
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engine
calculated
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雅人 後藤
静夫 佐々木
康二 吉▲崎▼
丈和 伊藤
宏樹 村田
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Toyota Motor Corp
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より内燃機関、例えばディーゼル機
関においてはNOX の発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環(以下、EGRと
称す)通路により連結し、このEGR通路を介して排気
ガス、即ちEGRガスを機関吸気通路内に再循環させる
ようにしている。この場合、EGRガスは比較的比熱が
高く、従って多量の熱を吸収することができるので、E
GRガス量を増大するほど、即ちEGR率(EGRガス
量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大するほど燃
焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとNOX の発生量が低下し、従ってEGR率を増大す
ればするほどNOX の発生量は低下することになる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine, for example, a diesel engine, an engine exhaust passage and an engine intake passage are connected by an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage in order to suppress the generation of NO X. Exhaust gas, that is, EGR gas, is recirculated into the engine intake passage via the EGR passage. In this case, the EGR gas has a relatively high specific heat and therefore can absorb a large amount of heat.
The combustion temperature in the combustion chamber decreases as the GR gas amount increases, that is, as the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) increases. When the combustion temperature decreases, the NO X generation amount decreases, and therefore, the higher the EGR rate, the lower the NO X generation amount.

【0003】このように従来よりEGR率を増大すれば
NOX の発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらEGR率を増大させていくとEGR率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上EGR率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるE
GR率がEGR率の最大許容限界であると考えられてい
る。
As described above, it has been known that the amount of NO x generated can be reduced by increasing the EGR rate. However, when the EGR rate is increased, when the EGR rate exceeds a certain limit, the amount of soot generated, that is, the smoke starts to increase rapidly. In this regard, it has been conventionally thought that if the EGR rate is further increased, the smoke will increase infinitely, and therefore the smoke will start to increase rapidly.
The GR rate is considered to be the maximum allowable limit for the EGR rate.

【0004】従って従来よりEGR率はこの最大許容限
界を越えない範囲内に定められている。このEGR率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ30パーセントから50パーセントである。
従って従来のディーゼル機関ではEGR率は最大でも3
0パーセントから50パーセント程度に抑えられてい
る。
Therefore, conventionally, the EGR rate is set within a range that does not exceed the maximum allowable limit. The maximum allowable limit of this EGR rate is approximately 30 to 50 percent, though it varies considerably depending on the engine type and fuel.
Therefore, in the conventional diesel engine, the maximum EGR rate is 3
It is suppressed from 0% to 50%.

【0005】このように従来ではEGR率に対して最大
許容限界が存在すると考えられていたので従来よりEG
R率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてNO
X およびスモークの発生量ができるだけ少なくなるよう
に定められていた。しかしながらこのようにしてEGR
率をNOX およびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもNOX およびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のN
X およびスモークが発生してしまうのが現状である。
As described above, in the past, it was considered that the maximum allowable limit exists for the EGR rate.
The R rate is NO within the range that does not exceed this maximum allowable limit.
It was set to minimize the amount of X and smoke generated. However, in this way EGR
Even if the rate is set so that the amount of NO x and smoke produced is as small as possible, there is a limit to the reduction in the amount of NO x and smoke produced, and in reality, a considerable amount of N 2 still remains.
The O X and the smoke is generated at present.

【0006】ところがディーゼル機関の燃焼の研究の過
程においてEGR率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてEGR
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてEGR率を70パー
セント以上にすると、またEGRガスを強力に冷却した
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる、即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはN
X の発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびNO
X の同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。
However, if the EGR rate is made larger than the maximum permissible limit in the process of studying the combustion of a diesel engine, the smoke increases sharply as described above, but there is a peak in the amount of smoke produced, and the peak is exceeded. EGR
When the rate is further increased, the smoke starts to decrease sharply this time. When the EGR rate is 70% or more during idling operation, and when the EGR gas is strongly cooled, the EGR rate is almost 55% or more. It was found that it was almost zero, that is, soot was hardly generated. At this time, N
Generation amount of O X is also found that a very small amount.
After that, the reason why soot was not generated was examined based on this finding, and as a result, soot and NO
This led to the construction of a new combustion system capable of simultaneously reducing X. This new combustion system will be explained in detail later, but in short, it is basically based on stopping the growth of hydrocarbons in the middle of the process until the hydrocarbons grow into soot.

【0007】即ち、実験研究を重ねた結果判明したこと
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。
[0007] That is, as a result of repeated experimental research, it was found that when the temperature of the fuel and the gas around it during combustion in the combustion chamber were below a certain temperature, the growth of hydrocarbons stopped in the middle of the process before reaching soot. However, if the temperature of the fuel and the gas around it rises above a certain temperature, the hydrocarbons will suddenly grow to soot. In this case, the temperature of the fuel and its surrounding gas is greatly affected by the endothermic action of the gas around the fuel when the fuel burns, and the endothermic amount of the gas around the fuel is adjusted according to the amount of heat generated during fuel combustion. Thus, the temperature of the fuel and the gas around it can be controlled.

【0008】従って、燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭
化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。この新たな燃焼システムを採用した内燃
機関については本出願人により既に出願されている(特
願平9−305850号)。
Therefore, if the temperature of the fuel and the gas around it during combustion in the combustion chamber is suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, soot will not be generated and the fuel and the surroundings during combustion in the combustion chamber will be eliminated. It is possible to control the gas temperature in the range below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway by adjusting the heat absorption amount of the gas around the fuel. On the other hand, hydrocarbons whose growth has stopped before reaching soot can be easily purified by post-treatment using an oxidation catalyst or the like. This is the basic idea of the new combustion system. The applicant has already applied for an internal combustion engine that employs this new combustion system (Japanese Patent Application No. 9-305850).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところでこの新たな燃
焼システムではEGR率をほぼ55パーセント以上にす
る必要があり、EGR率をほぼ55パーセント以上にす
ることが可能なのは吸入空気量が比較的少ないときであ
る。即ち、吸入空気量が一定量を越えるとこの新たな燃
焼を行うことはできず、従って吸入空気量が一定量を越
えたときには従来より行われている燃焼に切換えられ
る。
By the way, in this new combustion system, it is necessary to increase the EGR rate to about 55% or more. The EGR rate can be set to about 55% or more when the intake air amount is relatively small. Is. That is, when the intake air amount exceeds a certain amount, this new combustion cannot be performed. Therefore, when the intake air amount exceeds a certain amount, the conventional combustion is switched to.

【0010】ところで新たな燃焼は従来より行われてい
る燃焼に比べて若干熱効率が低く、従って同一の機関出
力トルクを発生させるために必要な燃料噴射量は新たな
燃焼の方が従来より行われている燃焼に比べて若干多く
なる。従って新たな燃焼から従来より行われている燃焼
に切換えられるときには燃料噴射量が減少せしめられ
る。
By the way, the new combustion has a slightly lower thermal efficiency than the conventional combustion, and therefore, the fuel injection amount required to generate the same engine output torque is higher in the new combustion than in the conventional combustion. It is a little more than the combustion. Therefore, when the combustion is switched from the new combustion to the conventional combustion, the fuel injection amount is reduced.

【0011】一方、圧縮着火式内燃機関では従来よりア
クセルペダルの踏込み量と機関回転数から燃料噴射量を
算出している。具体的には燃料噴射量をアクセルペダル
の踏込み量および機関回転数の関数としてマップの形で
予め記憶しておき、このマップから燃料噴射量を算出す
るようにしている。しかしながらこのようなマップを用
いて燃料噴射量を算出すると上述の如く新たな燃焼から
従来より行われている燃焼への切換時のように燃料噴射
量を減少させる必要があるときには問題を生ずる。次に
このことについて図19を参照しつつ説明する。
On the other hand, in the compression ignition type internal combustion engine, conventionally, the fuel injection amount is calculated from the depression amount of the accelerator pedal and the engine speed. Specifically, the fuel injection amount is stored in advance in the form of a map as a function of the accelerator pedal depression amount and the engine speed, and the fuel injection amount is calculated from this map. However, calculating the fuel injection amount using such a map causes a problem when the fuel injection amount needs to be reduced as in the case of switching from new combustion to conventional combustion as described above. Next, this will be described with reference to FIG.

【0012】図19においてLはアクセルペダルの踏込
み量、Nは機関回転数、Xは新たな燃焼の行われる運転
領域Iと従来より行われている燃焼が行われる運転領域
IIとの境界を夫々示している。この場合、図19に示さ
れるように運転領域Iに対する燃料噴射量Q1をアクセ
ルペダルの踏込み量Lおよび機関回転数Nの関数として
マップの形で記憶するようにし、運転領域IIに対する燃
料噴射量Q2もアクセルペダルの踏込み量Lおよび機関
回転数Nの関数としてマップの形で記憶するようにする
と境界X付近における燃料噴射量を設定するのに相当な
困難を伴なう。
In FIG. 19, L is the accelerator pedal depression amount, N is the engine speed, X is a new combustion operating region I and a conventional combustion operating region.
The boundaries with II are shown respectively. In this case, as shown in FIG. 19, the fuel injection amount Q1 for the operating region I is stored in the form of a map as a function of the accelerator pedal depression amount L and the engine speed N, and the fuel injection amount Q2 for the operating region II is stored. However, if it is stored in the form of a map as a function of the accelerator pedal depression amount L and the engine speed N, setting the fuel injection amount in the vicinity of the boundary X involves considerable difficulty.

【0013】即ち、最も重要なことは要求負荷Lが境界
Xを越えたときにトルク段差が生じないようにすること
であり、そのためには境界X上の全ての点における燃料
噴射量Q1と燃料噴射量Q2とを境界X上の全ての点に
おいて同一トルクが発生するように設定しなければなら
ない。しかしながら境界X上の各点においてトルクが同
一となる燃料噴射量Q1、Q2を求めるには境界X上の
各点について実験に基づき燃料噴射量Q1、Q2を定め
なければならず、斯くして境界X上の燃料噴射量Q1、
Q2を求めるのに相当な困難を伴なうことになる。
That is, the most important thing is to prevent a torque step from occurring when the required load L exceeds the boundary X. For this purpose, the fuel injection amount Q1 and the fuel at all points on the boundary X are set. The injection amount Q2 and the injection amount Q2 must be set so that the same torque is generated at all points on the boundary X. However, in order to obtain the fuel injection amounts Q1 and Q2 at which the torque becomes the same at each point on the boundary X, it is necessary to determine the fuel injection amounts Q1 and Q2 at each point on the boundary X based on an experiment. Fuel injection amount Q1 on X,
There will be considerable difficulty in finding Q2.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに1番目の発明では、燃焼室内の不活性ガス量を増大
していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、
燃焼室内の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内
における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生
成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内
燃機関において、煤の発生量がピークとなる不活性ガス
量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発
生しない第1の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活
性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第2の
燃焼とを選択的に切換える切換手段と、機関の要求トル
クを算出する算出手段と具備し、第1の燃焼および第2
の燃焼のいずれの燃焼が行われているときでも算出され
た要求トルクおよび機関回転数に基づいて燃料噴射量を
算出するようにしている。即ち、まず初めに要求トルク
が求められ、この要求トルクと機関回転数から燃料噴射
量が算出される。
In order to solve the above problems, in the first invention, as the amount of inert gas in the combustion chamber is increased, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak.
When the amount of inert gas in the combustion chamber is further increased, the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the gas temperature around it become lower than the temperature at which soot is generated, and soot is hardly generated The amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the peak amount of soot, and soot is rarely generated, and the amount of inert gas in the combustion chamber is more inert than the peak amount of soot generation. The first combustion and the second combustion are provided with a switching unit that selectively switches between the second combustion with a small amount of gas and a calculation unit that calculates the required torque of the engine.
The fuel injection amount is calculated on the basis of the calculated required torque and the engine speed regardless of which combustion is being performed. That is, the required torque is first obtained, and the fuel injection amount is calculated from the required torque and the engine speed.

【0015】2番目の発明では1番目の発明において、
算出手段はアクセルペダルの踏込み量および機関回転数
に基づいて要求トルクを算出するようにしている。3番
目の発明では2番目の発明において、要求トルクがアク
セルペダルの踏込み量および機関回転数の関数としてマ
ップの形で予め記憶されており、算出手段はこのマップ
から要求トルクを算出するようにしている。
In the second invention, in the first invention,
The calculating means calculates the required torque based on the depression amount of the accelerator pedal and the engine speed. In the third invention, in the second invention, the required torque is previously stored in the form of a map as a function of the depression amount of the accelerator pedal and the engine speed, and the calculating means calculates the required torque from this map. There is.

【0016】4番目の発明では3番目の発明において、
機関負荷がほぼ零である運転状態であるか否かを判断す
る判断手段を具備し、機関負荷がほぼ零である運転状態
であると判断されたときにマップから算出された要求ト
ルクが零に対して正側にずれているときにはマップから
算出された要求トルクから零に対する要求トルクのずれ
量を減算した値を実際の要求トルクとし、機関負荷がほ
ぼ零である運転状態であると判断されたときにマップか
ら算出された要求トルクが零に対して負側にずれている
ときにはマップから算出された要求トルクに零に対する
要求トルクのずれ量を加算した値を実際の要求トルクと
するようにしている。
In the fourth invention, in the third invention,
The engine is equipped with a judging means for judging whether or not the engine is in an operating state where the engine load is substantially zero, and when the engine is judged to be in an operating state where the engine load is almost zero, the required torque calculated from the map becomes zero. On the other hand, when it deviates to the positive side, the value obtained by subtracting the deviation amount of the required torque from zero from the required torque calculated from the map is set as the actual required torque, and it is determined that the engine load is in an operating state of almost zero. When the required torque calculated from the map deviates to the negative side with respect to zero, the value obtained by adding the deviation amount of the required torque with respect to zero to the required torque calculated from the map is set as the actual required torque. There is.

【0017】5番目の発明では1番目の発明において、
第1の燃焼および第2の燃焼のいずれの燃焼が行われて
いるときであっても算出された要求トルクおよび機関回
転数に基づいて燃料噴射時期が算出される。6番目の発
明では1番目の発明において、第1の燃焼および第2の
燃焼のいずれの燃焼が行われているときであっても算出
された要求トルクおよび機関回転数に基づいて燃料噴射
圧が算出される。
In the fifth invention, in the first invention,
The fuel injection timing is calculated based on the calculated required torque and engine speed regardless of whether the first combustion or the second combustion is performed. In a sixth aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the fuel injection pressure is changed based on the calculated required torque and engine speed regardless of which of the first combustion and the second combustion is being performed. It is calculated.

【0018】7番目の発明では1番目の発明において、
機関吸気通路内にスロットル弁が配置され、第1の燃焼
および第2の燃焼のいずれの燃焼が行われているときで
あっても算出された要求トルクおよび機関回転数に基づ
いてスロットル弁の開度が算出される。8番目の発明で
は1番目の発明において、燃焼室から排出された排気ガ
スを機関吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置
を具備し、不活性ガスが再循環排気ガスからなる。
In the seventh invention, in the first invention,
A throttle valve is arranged in the engine intake passage, and the throttle valve is opened based on the calculated required torque and engine speed regardless of whether the first combustion or the second combustion is performed. The degree is calculated. In an eighth aspect based on the first aspect, an exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas discharged from the combustion chamber into the engine intake passage is provided, and the inert gas is recirculated exhaust gas.

【0019】9番目の発明では8番目の発明において、
第1の燃焼状態における排気ガス再循環率がほぼ55パ
ーセント以上である。10番目の発明では8番目の発明
において、排気ガス再循環装置が排気ガスの再循環量を
制御する排気ガス再循環制御弁を具備し、第1の燃焼お
よび第2の燃焼のいずれの燃焼が行われているときであ
っても算出された要求トルクおよび機関回転数に基づい
て排気ガス再循環制御弁の開度が算出される。
In the ninth invention, in the eighth invention,
The exhaust gas recirculation rate in the first combustion state is approximately 55% or more. According to a tenth aspect of the invention, in the eighth aspect, the exhaust gas recirculation device includes an exhaust gas recirculation control valve that controls the amount of exhaust gas recirculation, and the combustion of either the first combustion or the second combustion is performed. The opening degree of the exhaust gas recirculation control valve is calculated based on the calculated required torque and engine speed even when it is being performed.

【0020】11番目の発明では1番目の発明におい
て、機関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置して
いる。12番目の発明では11番目の発明において、触
媒が酸化触媒、三元触媒又はNOX 吸収剤の少くとも一
つからなる。13番目の発明では1番目の発明におい
て、機関の運転領域を低負荷側の第1の運転領域と高負
荷側の第2の運転領域に分割し、第1の運転領域では第
1の燃焼を行い、第2の運転領域では第2の燃焼を行う
ようにしている。
According to the eleventh invention, in the first invention, a catalyst having an oxidizing function is arranged in the engine exhaust passage. In 11 th invention is a 12 th invention, the catalyst consists of one at least of the oxidation catalyst, three-way catalyst or the NO X absorbent. In the thirteenth invention, in the first invention, the operating region of the engine is divided into a first operating region on the low load side and a second operating region on the high load side, and the first combustion is performed in the first operating region. The second combustion is performed in the second operation area.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1は本発明を4ストローク圧縮
着火式内燃機関に適用した場合を示している。図1を参
照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3は
シリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気
制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は
排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は
対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結
され、サージタンク12は吸気ダクト13およびインタ
ークーラ14を介して過給機、例えば排気ターボチャー
ジャ15のコンプレッサ16の出口部に連結される。コ
ンプレッサ16の入口部は空気吸込管17を介してエア
クリーナ18に連結され、空気吸込管17内にはステッ
プモータ19により駆動されるスロットル弁20が配置
される。
FIG. 1 shows the case where the present invention is applied to a four-stroke compression ignition type internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, and 9 is an intake port. Indicates an exhaust valve, and 10 indicates an exhaust port, respectively. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected via an intake duct 13 and an intercooler 14 to a supercharger, for example, an outlet portion of a compressor 16 of an exhaust turbocharger 15. Be connected. The inlet of the compressor 16 is connected to an air cleaner 18 via an air suction pipe 17, and a throttle valve 20 driven by a step motor 19 is arranged in the air suction pipe 17.

【0022】一方、排気ポート10は排気マニホルド2
1および排気管22を介して排気ターボチャージャ15
の排気タービン23の入口部に連結され、排気タービン
23の出口部は排気管24を介して酸化機能を有する触
媒25を内蔵した触媒コンバータ26に連結される。排
気マニホルド21内には空燃比センサ27が配置され
る。
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to the exhaust manifold 2
1 and the exhaust pipe 22 through the exhaust turbocharger 15
Of the exhaust turbine 23, and the outlet of the exhaust turbine 23 is connected via an exhaust pipe 24 to a catalytic converter 26 containing a catalyst 25 having an oxidizing function. An air-fuel ratio sensor 27 is arranged in the exhaust manifold 21.

【0023】触媒コンバータ26の出口部に連結された
排気管28とスロットル弁20下流の空気吸込管17と
はEGR通路29を介して互いに連結され、EGR通路
29内にはステップモータ30により駆動されるEGR
制御弁31が配置される。また、EGR通路29内には
EGR通路29内を流れるEGRガスを冷却するための
インタークーラ32が配置される。図1に示される実施
例では機関冷却水がインタークーラ32内に導びかれ、
機関冷却水によってEGRガスが冷却される。
The exhaust pipe 28 connected to the outlet of the catalytic converter 26 and the air intake pipe 17 downstream of the throttle valve 20 are connected to each other via an EGR passage 29, and the EGR passage 29 is driven by a step motor 30. EGR
A control valve 31 is arranged. An intercooler 32 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 29 is arranged in the EGR passage 29. In the embodiment shown in FIG. 1, engine cooling water is introduced into the intercooler 32,
The EGR gas is cooled by the engine cooling water.

【0024】一方、燃料噴射弁6は燃料供給管33を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール34に連結さ
れる。このコモンレール34内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ35から燃料が供給され、コモンレー
ル34内に供給された燃料は各燃料供給管33を介して
燃料噴射弁6に供給される。コモンレール34にはコモ
ンレール34内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
36が取付けられ、燃料圧センサ36の出力信号に基づ
いてコモンレール34内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ35の吐出量が制御される。
On the other hand, the fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 34, via a fuel supply pipe 33. Fuel is supplied into the common rail 34 from an electrically controlled variable discharge fuel pump 35, and the fuel supplied into the common rail 34 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 33. A fuel pressure sensor 36 for detecting a fuel pressure in the common rail 34 is attached to the common rail 34, and a fuel pump 35 is arranged so that the fuel pressure in the common rail 34 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 36. Is controlled.

【0025】また、図1に示されるようにクランクシャ
フト37は自動変速機38に連結される。電子制御ユニ
ット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バ
ス41によって互いに接続されたROM(リードオンリ
メモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)4
3、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート4
5および出力ポート46を具備する。空燃比センサ27
の出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポー
ト45に入力され、燃料圧センサ36の出力信号も対応
するAD変換器47を介して入力ポート45に入力され
る。アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏込
み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が
接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変
換器47を介して入力ポート45に入力される。また、
入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回
転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52
が接続される。更に入力ポート45には車速センサ53
の車速を表す出力パルスが入力され、また自動変速機3
8がニュートラル位置にあるか否かを検出するためのニ
ュートラルセンサ54の出力信号が入力ポート45に入
力される。また、スロットル弁20がアイドリング開度
であるか否かを検出するためのアイドルスイッチ55の
出力信号も入力ポート45に入力される。一方、出力ポ
ート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁
6、スロットル弁制御用ステップモータ19、EGR制
御弁制御用ステップモータ30および燃料ポンプ35に
接続される。
The crankshaft 37 is connected to an automatic transmission 38 as shown in FIG. The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and has a ROM (read only memory) 42 and a RAM (random access memory) 4 connected to each other by a bidirectional bus 41.
3, CPU (microprocessor) 44, input port 4
5 and output port 46. Air-fuel ratio sensor 27
Is output to the input port 45 via the corresponding AD converter 47, and the output signal of the fuel pressure sensor 36 is also input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. A load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. . Also,
The input port 45 has a crank angle sensor 52 that generates an output pulse each time the crankshaft rotates, for example, 30 °.
Are connected. Further, the vehicle speed sensor 53 is connected to the input port 45.
Output pulse representing the vehicle speed of the
The output signal of the neutral sensor 54 for detecting whether or not 8 is in the neutral position is input to the input port 45. Further, the output signal of the idle switch 55 for detecting whether or not the throttle valve 20 is at the idling opening is also input to the input port 45. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve control step motor 19, the EGR control valve control step motor 30 and the fuel pump 35 via the corresponding drive circuit 48.

【0026】図2は機関低負荷運転時にスロットル弁2
0の開度およびEGR率を変化させることにより空燃比
A/F(図2の横軸)を変化させたときの出力トルクの
変化、およびスモーク、HC、CO、NOX の排出量の
変化を示す実験例を表している。図2からわかるように
この実験例では空燃比A/Fが小さくなるほどEGR率
が大きくなり、理論空燃比(≒14.6)以下のときに
はEGR率は65パーセント以上となっている。
FIG. 2 shows the throttle valve 2 during engine low load operation.
The change in output torque when the air-fuel ratio A / F (horizontal axis in FIG. 2) is changed by changing the opening degree of 0 and the EGR rate, and the change in the amount of smoke, HC, CO, and NO x emissions. It represents the experimental example shown. As can be seen from FIG. 2, in this experimental example, the EGR rate becomes larger as the air-fuel ratio A / F becomes smaller, and when the air-fuel ratio is equal to or less than the theoretical air-fuel ratio (≈14.6), the EGR rate becomes 65% or more.

【0027】図2に示されるようにEGR率を増大する
ことにより空燃比A/Fを小さくしていくとEGR率が
40パーセント付近となり空燃比A/Fが30程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、EGR率を65パーセ
ント以上とし、空燃比A/Fが15.0付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またN
X の発生量がかなり低くなる。一方、このときHC、
COの発生量は増大し始める。
As shown in FIG. 2, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the EGR rate becomes around 40%, and when the air-fuel ratio A / F reaches about 30, smoke is generated. The amount of generation begins to increase. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is made smaller, the amount of smoke generated sharply increases and reaches a peak. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the smoke sharply decreases this time, the EGR rate is increased to 65% or more, and the smoke becomes almost zero when the air-fuel ratio A / F is around 15.0. . That is, soot is hardly generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and N
Generation amount of O X is considerably lower. On the other hand, at this time, HC,
The amount of CO generated starts to increase.

【0028】図3(A)は空燃比A/Fが21付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧変
化を示しており、図3(B)は空燃比A/Fが18付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の燃焼
圧の変化を示している。図3(A)と図3(B)とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図3(B)に示す場合はスモークの発生量が多い図3
(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
FIG. 3 (A) shows the change in combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 21 and the amount of smoke is largest, and FIG. 3 (B) shows the air-fuel ratio A / F. It shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when F is around 18 and the amount of smoke generated is almost zero. As can be seen by comparing FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B), in the case shown in FIG. 3 (B) where the amount of smoke generated is almost zero, the amount of smoke generated is large.
It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case shown in (A).

【0029】図2および図3に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第1に空燃比A/Fが1
5.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図2
に示されるようにNOX の発生量がかなり低下する。N
X の発生量が低下したということは燃焼室5内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室5内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図3からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図3(B)に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室5
内の燃焼温度は低くなっていることになる。
From the experimental results shown in FIGS. 2 and 3, the following can be said. That is, first of all, the air-fuel ratio A / F is 1
When the amount of smoke generated is 5.0 or less and the amount of smoke is almost zero,
As shown in (3), the amount of NO x generated is considerably reduced. N
The decrease in the amount of O X generated means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is decreased, and therefore, when the soot is hardly generated, the combustion temperature in the combustion chamber 5 is decreased. I can say. The same can be said from FIG. That is, the combustion pressure is low in the state shown in FIG. 3 (B) where almost no soot is generated.
The combustion temperature inside is low.

【0030】第2にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図2に示されるようにHCおよびCO
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図4に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図4に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図2に示される如くHCおよびCOの排出
量が増大するがこのときのHCは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。
Secondly, when the amount of smoke produced, that is, the amount of soot produced, becomes almost zero, as shown in FIG.
Emissions will increase. This means that hydrocarbons are discharged without growing to soot. That is, linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons contained in the fuel as shown in FIG. 4 are thermally decomposed to form soot precursors when the temperature is raised in a state of oxygen deficiency, and then mainly soot is formed. Soot consisting of a solid with carbon atoms gathered is produced. In this case, the actual soot production process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. After that, it will grow to soot. Therefore, as described above, when the amount of soot generated becomes almost zero, the emission amounts of HC and CO increase as shown in FIG. 2. At this time, HC is a soot precursor or a hydrocarbon in the state before it. .

【0031】図2および図3に示される実験結果に基づ
くこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度が低
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排出さ
れることになる。このことについて更に詳細に実験研究
を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその周囲
のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程
が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼
室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以
上になると煤が生成されることが判明したのである。
Summarizing these considerations based on the experimental results shown in FIGS. 2 and 3, when the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the soot generation amount becomes almost zero, and at this time, the soot precursor or the soot precursor The hydrocarbons in this state are discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental research on this, when the temperature of the fuel and the gas around it in the combustion chamber 5 is below a certain temperature, the soot growth process stops halfway, that is, the soot is generated. It was found that soot was not generated at all and soot was generated when the temperature of the fuel and its surroundings in the combustion chamber 5 reached a certain temperature or higher.

【0032】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はNOX の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はNOX の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、NOX の発生量が低下する。このときNOX の発
生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はNO
X の発生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
By the way, the temperature of the fuel and its surroundings when the hydrocarbon production process is stopped in the state of the soot precursor, that is, the above-mentioned certain temperature depends on various factors such as the type of fuel, the air-fuel ratio and the compression ratio. It cannot be said how many times it changes, but this certain temperature is closely related to the amount of NO x produced, and therefore this certain temperature is defined to some extent from the amount of NO x produced. be able to. That is, as the EGR rate increases, the temperature of the fuel during combustion and the gas surrounding it decrease, and the amount of NO x generated decreases. At this time, soot is hardly generated when the amount of NO x generated is about 10 p.pm or less. Therefore, the above certain temperature is NO
It is almost the same as the temperature when the amount of X generation is around 10 p.pm or less.

【0033】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室5から排出させるか、或いは
煤の形で燃焼室5から排出させるかについては極めて大
きな差がある。本発明において採用されている新たな燃
焼システムは燃焼室5内において煤を生成させることな
く炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって
燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有す
る触媒により酸化せしめることを核としている。
Once soot is produced, this soot cannot be purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in the state before it can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. Considering the post-treatment with a catalyst having an oxidizing function as described above, it is extremely difficult to determine whether the hydrocarbon is discharged from the combustion chamber 5 in the state of the soot precursor or in the state before it, or is discharged from the combustion chamber 5 in the form of soot. There is a big difference. The new combustion system employed in the present invention allows hydrocarbons to be discharged from the combustion chamber 5 in the form of soot precursors or pre-presence conditions without producing soot in the combustion chamber 5 The core is to oxidize with a catalyst having an oxidizing function.

【0034】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。
Now, in order to stop the growth of hydrocarbons before the soot is produced, the temperature of the fuel and the gas around it in the combustion chamber 5 during combustion is set to a temperature lower than the temperature at which the soot is produced. It needs to be suppressed. In this case, it has been found that, in order to suppress the temperature of the fuel and the gas around it, the endothermic action of the gas around the fuel when the fuel burns has an extremely large effect.

【0035】即ち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
That is, if only air exists around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air separated from the fuel does not rise so much, and only the temperature around the fuel locally becomes extremely high. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature locally becomes extremely high, the unburned hydrocarbons that have received this heat of combustion generate soot.

【0036】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
On the other hand, the situation is slightly different when the fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air.
In this case, the evaporated fuel diffuses into the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas, so that the combustion temperature does not rise so much. That is, the combustion temperature can be kept low. That is, the presence of the inert gas plays an important role in suppressing the combustion temperature, and the combustion temperature can be suppressed low by the endothermic action of the inert gas.

【0037】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
は強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用
いることは好ましいと言える。
In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and the gas around it to a temperature lower than the temperature at which soot is produced, an amount of inert gas sufficient to absorb the amount of heat required to do so is required. . Therefore, if the fuel amount increases, the required amount of inert gas also increases accordingly. In this case, the larger the specific heat of the inert gas, the stronger the endothermic action. Therefore, the inert gas is preferably a gas having a large specific heat. In this respect, since CO 2 and EGR gas have relatively large specific heat, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas.

【0038】図5は不活性ガスとしてEGRガスを用
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。即ち、図5において曲線
AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ9
0℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷却
装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線C
はEGRガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。
FIG. 5 shows the relationship between the EGR rate and smoke when EGR gas is used as the inert gas and the cooling degree of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 5, the curve A strongly cools the EGR gas to bring the EGR gas temperature to about 9
The curve B shows the case where the EGR gas is cooled by a small cooling device, and the curve C shows the case where the temperature is maintained at 0 ° C.
Indicates the case where the EGR gas is not forcibly cooled.

【0039】図5の曲線Aで示されるようにEGRガス
を強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図5の曲線Bで示さ
れるようにEGRガスを少し冷却した場合にはEGR率
が50パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ65パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
As shown by the curve A in FIG. 5, when the EGR gas is strongly cooled, the soot generation amount reaches a peak when the EGR rate is slightly lower than 50%, and in this case, the EGR rate is almost 55. Almost no soot is generated if the percentage is exceeded. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 5, when the EGR gas is slightly cooled, the soot generation amount reaches a peak when the EGR rate is slightly higher than 50%. In this case, the EGR rate is approximately 65% or more. If so, soot is hardly generated.

【0040】また、図5の曲線Cで示されるようにEG
Rガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が5
5パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図5は機関負荷が比
較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負
荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるEGR率は
若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるEGR率の下
限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなく
なるEGR率の下限はEGRガスの冷却度合や機関負荷
に応じて変化する。
Further, as shown by the curve C in FIG. 5, EG
When the R gas is not forcibly cooled, the EGR rate is 5
The soot generation amount peaks near 5%, and in this case, if the EGR rate is set to approximately 70% or more, soot is hardly generated. Note that FIG. 5 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high, and the EGR rate at which the amount of soot generated peaks when the engine load decreases and the EGR rate at which soot almost does not occur decreases. The lower limit of is also slightly lowered. Thus, the lower limit of the EGR rate at which soot is hardly generated changes depending on the cooling degree of EGR gas and the engine load.

【0041】図6は不活性ガスとしてEGRガスを用い
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なEGRガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のEGRガス
の割合を示している。なお、図6において縦軸は燃焼室
5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Yは
過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してい
る。
FIG. 6 shows a mixture of EGR gas and air required to bring the temperature of the fuel and its surrounding gas at the time of combustion to a temperature lower than the temperature at which soot is generated when EGR gas is used as the inert gas. The amount of gas, the ratio of air in this mixed gas amount, and the ratio of EGR gas in this mixed gas are shown. Note that, in FIG. 6, the vertical axis represents the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5, and the chain line Y represents the total intake gas amount that can be sucked into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. ing. The horizontal axis shows the required load.

【0042】図6を参照すると空気の割合、即ち混合ガ
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図6に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図6においてEGRガスの割合、即ち混合
ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGRガス量
を示している。このEGRガス量はEGR率で表すとほ
ぼ55パーセント以上であり、図6に示す実施例では7
0パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸入され
た全吸入ガス量を図6において実線Xとし、この全吸入
ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との割合を図6
に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス温
度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くし
て煤が全く発生しなくなる。また、このときのNOX
生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従ってN
X の発生量は極めて少量となる。
Referring to FIG. 6, the ratio of air, that is, the amount of air in the mixed gas indicates the amount of air required to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 6, the ratio between the air amount and the injected fuel amount is the theoretical air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 6, the ratio of EGR gas, that is, the amount of EGR gas in the mixed gas is set so that when the injected fuel is burned, the temperature of the fuel and its surrounding gas is lower than the temperature at which soot is formed. The minimum required EGR gas amount is shown. This EGR gas amount is approximately 55% or more when expressed by the EGR rate, and is 7 in the embodiment shown in FIG.
It is 0% or more. That is, the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 is shown by a solid line X in FIG. 6, and the ratio of the air amount and the EGR gas amount in the total intake gas amount X is shown in FIG.
When the ratio is as shown in (1), the temperature of the fuel and the gas around it becomes lower than the temperature at which soot is generated, and thus soot is not generated at all. Further, the amount of NO x generated at this time is around 10 p.pm or less, so N
Generation of O X becomes extremely small.

【0043】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はEGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図6に示されるようにEGRガス量は噴射燃
料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。
即ち、EGRガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大
する必要がある。
Since the amount of heat generated when the fuel burns increases as the fuel injection amount increases, in order to maintain the temperature of the fuel and the gas around it at a temperature lower than the temperature at which soot is generated, heat generated by the EGR gas is used. The amount of absorption must be increased. Therefore, as shown in FIG. 6, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount is increased.
That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases.

【0044】ところで過給が行われていない場合には燃
焼室5内に吸入される全吸入ガス量Xの上限はYであ
り、従って図6において要求負荷がL0 よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてEGRガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がL0 よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてEGR率が低下し、斯くして要求負荷がL 0 より
も大きい領域では燃料およびその周囲のガス温度を煤が
生成される温度よりも低い温度に維持しえなくなる。
By the way, when supercharging is not performed,
The upper limit of the total intake gas amount X drawn into the baking chamber 5 is Y.
Therefore, the required load is L in FIG.0Greater than
In the region, the EGR gas ratio is increased as the required load increases.
It is possible to maintain the air-fuel ratio at the theoretical air-fuel ratio unless it is decreased.
Can not. In other words, it is necessary when supercharging is not done.
Load demand is L0The theoretical air-fuel ratio in a region larger than
If you try to maintain the fuel ratio, the required load will increase.
As a result, the EGR rate decreases, so the required load is L 0Than
In a large area, the temperature of the fuel and the gas around it is sooted
It cannot be maintained below the temperature at which it is produced.

【0045】ところが図1に示されるようにEGR通路
29を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
15の空気吸込管17内にEGRガスを再循環させると
要求負荷がL0 よりも大きい領域においてEGR率を5
5パーセント以上、例えば70パーセントに維持するこ
とができ、斯くして燃料およびその周囲のガス温度を煤
が生成される温度よりも低い温度に維持することができ
る。即ち、空気吸込管17内におけるEGR率が例えば
70パーセントになるようにEGRガスを再循環させれ
ば排気ターボチャージャ15のコンプレッサ16により
昇圧された吸入ガスのEGR率も70パーセントとな
り、斯くしてコンプレッサ16により昇圧しうる限度ま
で燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度
よりも低い温度に維持することができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。
However, as shown in FIG. 1, when EGR gas is recirculated to the inlet side of the supercharger, that is, in the air suction pipe 17 of the exhaust turbocharger 15 via the EGR passage 29, the required load is larger than L 0. EGR rate is 5 in the region
It can be maintained above 5 percent, for example 70 percent, thus maintaining the fuel and surrounding gas temperatures below the temperature at which soot is produced. That is, if the EGR gas is recirculated so that the EGR rate in the air suction pipe 17 becomes, for example, 70%, the EGR rate of the intake gas boosted by the compressor 16 of the exhaust turbocharger 15 also becomes 70%. The temperature of the fuel and the gas around it can be maintained below the temperature at which soot is produced, up to the limit that can be boosted by the compressor 16. Therefore, the operating range of the engine capable of producing the low temperature combustion can be expanded.

【0046】なお、この場合、要求負荷がL0 よりも大
きい領域でEGR率を55パーセント以上にする際には
EGR制御弁31が全開せしめられ、スロットル弁20
が若干閉弁せしめられる。前述したように図6は燃料を
理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが空気
量を図6に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃
比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつNOX の発生
量を10p.p.m 前後又はそれ以下にすることができ、ま
た空気量を図6に示される空気量よりも多くしても、即
ち空燃比の平均値を17から18のリーンにしても煤の
発生を阻止しつつNOX の発生量を10p.p.m 前後又は
それ以下にすることができる。
In this case, when the EGR rate is set to 55% or more in the region where the required load is larger than L 0 , the EGR control valve 31 is fully opened and the throttle valve 20
Is closed a little. As described above, FIG. 6 shows the case where the fuel is burned under the stoichiometric air-fuel ratio. However, even if the air amount is made smaller than the air amount shown in FIG. The generation amount of NO X can be reduced to about 10 p.pm or less while preventing the generation of air, and the air amount can be increased more than the air amount shown in FIG. Even if lean from 17 to 18, the amount of NO x generated can be reduced to about 10 p.pm or less while preventing the generation of soot.

【0047】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときNOX も極めて少量しか発
生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空
燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、NOX
も極めて少量しか発生しない。
That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excessive fuel does not grow to soot, and soot is generated. There is no. Further, at this time, only a very small amount of NO X is generated. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated if the combustion temperature becomes high, but in the present invention the combustion temperature is suppressed to a low temperature, soot Not generated at all. Furthermore, NO X
Also produces only a very small amount.

【0048】このように、低温燃焼が行われているとき
には空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろ
うと、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリー
ンであろうと煤が発生されず、NOX の発生量が極めて
少量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのと
き平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
Thus, when low temperature combustion is performed, soot is generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean. However, the amount of NO x generated is extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio lean at this time.

【0049】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施例では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃料
およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停
止する温度以下に抑制して第1の燃焼、即ち低温燃焼を
行うようにし、機関高負荷運転時には第2の燃焼、即ち
従来より普通に行われている燃焼を行うようにしてい
る。なお、ここで第1の燃焼、即ち低温燃焼とはこれま
での説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が少い燃焼のことを言う。図7は第1の燃焼、即ち低温
燃焼が行われる第1の運転領域Iと、第2の燃焼、即ち
従来の燃焼方法による燃焼が行われる第2の運転領域II
とを示している。なお、図7において縦軸TQは要求ト
ルクを示しており、横軸Nは機関回転数を示している。
また、図7においてX(N)は第1の運転領域Iと第2
の運転領域IIとの第1の境界を示しており、Y(N)は
第1の運転領域Iと第2の運転領域IIとの第2の境界を
示している。第1の運転領域Iから第2の運転領域IIへ
の運転領域の変化判断は第1の境界X(N)に基づいて
行われ、第2の運転領域IIから第1の運転領域Iへの運
転領域の変化判断は第2の境界Y(N)に基づいて行わ
れる。
By the way, the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the temperature of the gas around it can be suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway only when the engine is operating at low load, where the calorific value of combustion is relatively small. To be Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the engine is operated at low load, the temperature of the fuel and the gas around it during combustion is suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, and the first combustion, that is, low temperature combustion is performed. In addition, the second combustion, that is, the combustion normally performed from the conventional one, is performed during the engine high load operation. It should be noted that here, the first combustion, that is, low temperature combustion, as is clear from the above description, the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the amount of inert gas at which the amount of soot generated peaks, and soot is almost generated. The second combustion, that is, the combustion that is normally performed in the past, is the combustion that does not have the amount of soot generated and the amount of the inert gas in the combustion chamber is smaller than the amount of the inert gas that does not reach the peak. Say that. FIG. 7 shows a first operating region I in which the first combustion, that is, low temperature combustion is performed, and a second operating region II in which the second combustion, that is, combustion by the conventional combustion method is performed.
Is shown. In FIG. 7, the vertical axis TQ shows the required torque, and the horizontal axis N shows the engine speed.
Further, in FIG. 7, X (N) is the first operating region I and the second operating region I.
The second boundary between the first operating area I and the second operating area II is indicated by Y (N). The change determination of the operating region from the first operating region I to the second operating region II is performed based on the first boundary X (N), and the change from the second operating region II to the first operating region I is performed. The change judgment of the operating region is made based on the second boundary Y (N).

【0050】即ち、機関の運転状態が第1の運転領域I
にあって低温燃焼が行われているときに要求トルクTQ
が機関回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越え
ると運転領域が第2の運転領域IIに移ったと判断され、
従来の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求トル
クTQが機関回転数Nの関数である第2の境界Y(N)
よりも低くなると運転領域が第1の運転領域Iに移った
と判断され、再び低温燃焼が行われる。
That is, the operating condition of the engine is the first operating region I.
Required torque TQ when low temperature combustion is performed
Is above the first boundary X (N) which is a function of the engine speed N, it is judged that the operating region has moved to the second operating region II,
Combustion is performed by a conventional combustion method. Next, the required torque TQ is a second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N.
When it becomes lower than that, it is determined that the operating region has moved to the first operating region I, and low temperature combustion is performed again.

【0051】このように第1の境界X(N)と第1の境
界X(N)よりも低トルク側の第2の境界Y(N)との
二つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第1の
理由は、第2の運転領域IIの高トルク側では比較的燃焼
温度が高く、このとき要求トルクTQが第1の境界X
(N)より低くなったとしてもただちに低温燃焼を行え
ないからである。即ち、要求トルクTQがかなり低くな
ったとき、即ち第2の境界Y(N)よりも低くなったと
きでなければただちに低温燃焼が開始されないからであ
る。第2の理由は第1の運転領域Iと第2の運転領域II
間の運転領域の変化に対してヒステリシスを設けるため
である。
In this way, the two boundaries of the first boundary X (N) and the second boundary Y (N) on the lower torque side of the first boundary X (N) are provided as follows. For one reason. The first reason is that the combustion temperature is relatively high on the high torque side of the second operating region II, and at this time the required torque TQ is the first boundary X.
This is because even if the temperature becomes lower than (N), low temperature combustion cannot be performed immediately. That is, the low temperature combustion is not started immediately unless the required torque TQ becomes considerably low, that is, when it becomes lower than the second boundary Y (N). The second reason is the first operating region I and the second operating region II.
This is because a hysteresis is provided for changes in the operating region between.

【0052】ところで機関の運転状態が第1の運転領域
Iにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとん
ど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はそ
の前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。この
とき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は酸化機能を
有する触媒25により良好に酸化せしめられる。触媒2
5としては酸化触媒、三元触媒、又はNOX 吸収剤を用
いることができる。NOX 吸収剤は燃焼室5内における
平均空燃比がリーンのときにNOX を吸収し、燃焼室5
内における平均空燃比がリッチになるとNOX を放出す
る機能を有する。
By the way, when the engine is operating in the first operating region I and low-temperature combustion is performed, soot is hardly generated, and instead, unburned hydrocarbons are in the state of the soot precursor or the state before it. It is discharged from the combustion chamber 5 in shape. At this time, the unburned hydrocarbons discharged from the combustion chamber 5 are satisfactorily oxidized by the catalyst 25 having an oxidizing function. Catalyst 2
The 5 it is possible to use an oxide catalyst, three-way catalyst, or the NO X absorbent. The NO X absorbent absorbs NO X when the mean air-fuel ratio in the combustion chamber 5 of the lean, the combustion chamber 5
It has a function of releasing NO x when the average air-fuel ratio in the inside becomes rich.

【0053】このNOX 吸収剤は例えばアルミナを担体
とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムN
a、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のような希土類から
選ばれた少くとも一つと、白金Ptのような貴金属とが
担持されている。
This NO x absorbent uses, for example, alumina as a carrier, and potassium K, sodium N, etc. are supported on this carrier.
a, at least one selected from alkali metals such as lithium Li and cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, rare earths such as lanthanum La and yttrium Y, and a noble metal such as platinum Pt. Is carried.

【0054】酸化触媒はもとより、三元触媒およびNO
X 吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびNOX 吸収剤を触媒25として用いるこ
とができる。図8は空燃比センサ27の出力を示してい
る。図8に示されたように空燃比センサ27の出力電流
Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空燃比セン
サ27の出力電流Iから空燃比を知ることができる。
Not only oxidation catalysts, but also three-way catalysts and NO
The X absorbent also has an oxidizing function, so that the three-way catalyst and the NO X absorbent can be used as the catalyst 25 as described above. FIG. 8 shows the output of the air-fuel ratio sensor 27. As shown in FIG. 8, the output current I of the air-fuel ratio sensor 27 changes according to the air-fuel ratio A / F. Therefore, the air-fuel ratio can be known from the output current I of the air-fuel ratio sensor 27.

【0055】次に図9を参照しつつ第1の運転領域Iお
よび第2の運転領域IIにおける運転制御について概略的
に説明する。図9は要求トルクTQに対するスロットル
弁20の開度、EGR制御弁31の開度、EGR率、空
燃比、噴射時期および噴射量を示している。図9に示さ
れるように要求トルクTQの低い第1の運転領域Iでは
スロットル弁20の開度は要求負荷Lが高くなるにつれ
て全閉近くから2/3開度程度まで徐々に増大せしめら
れ、EGR制御弁31の開度は要求負荷Lが高くなるに
つれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。
また、図9に示される例では第1の運転領域IではEG
R率がほぼ70パーセントとされており、空燃比はわず
かばかりリーンなリーン空燃比とされている。
Next, the operation control in the first operation region I and the second operation region II will be schematically described with reference to FIG. FIG. 9 shows the opening of the throttle valve 20, the opening of the EGR control valve 31, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing and the injection amount with respect to the required torque TQ. As shown in FIG. 9, in the first operating region I where the required torque TQ is low, the opening degree of the throttle valve 20 is gradually increased from near full closing to about 2/3 opening degree as the required load L increases. The opening degree of the EGR control valve 31 is gradually increased from near full close to full open as the required load L increases.
Further, in the example shown in FIG. 9, EG in the first operating region I
The R ratio is set to about 70%, and the air-fuel ratio is a slightly lean lean air-fuel ratio.

【0056】言い換えると第1の運転領域IではEGR
率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁20の
開度およびEGR制御弁31の開度が制御される。な
お、このとき空燃比は空燃比センサ27の出力信号に基
づいてEGR制御弁31の開度を補正することによって
目標リーン空燃比に制御される。また、第1の運転領域
Iでは圧縮上死点TDC前に燃料噴射が行われる。この
場合、噴射開始時期θSは要求負荷Lが高くなるにつれ
て遅くなり、噴射完了時期θEも噴射開始時期θSが遅
くなるにつれて遅くなる。
In other words, in the first operating region I, EGR
The opening of the throttle valve 20 and the opening of the EGR control valve 31 are controlled so that the ratio becomes approximately 70% and the air-fuel ratio becomes a slightly lean air-fuel ratio. At this time, the air-fuel ratio is controlled to the target lean air-fuel ratio by correcting the opening degree of the EGR control valve 31 based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 27. Further, in the first operation region I, fuel injection is performed before the compression top dead center TDC. In this case, the injection start timing θS becomes late as the required load L becomes high, and the injection completion timing θE also becomes late as the injection start timing θS becomes late.

【0057】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁20は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁
31も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁2
0を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室5内の圧
力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が
小さくなるとピストン4による圧縮仕事が小さくなるた
めに機関本体1の振動が小さくなる。即ち、アイドリン
グ運転時には機関本体1の振動を抑制するためにスロッ
トル弁20が全閉近くまで閉弁せしめられる。
During the idling operation, the throttle valve 20 is closed to the fully closed state, and at this time, the EGR control valve 31 is also closed to the fully closed state. Throttle valve 2
When 0 is closed to near full closure, the pressure in the combustion chamber 5 at the beginning of compression becomes low and the compression pressure becomes small. When the compression pressure becomes small, the compression work by the piston 4 becomes small, so that the vibration of the engine body 1 becomes small. That is, during idling operation, the throttle valve 20 is closed close to the fully closed state in order to suppress the vibration of the engine body 1.

【0058】一方、機関の運転領域が第1の運転領域I
から第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁20の開
度が2/3開度程度から全開方向へステップ状に増大せ
しめられる。このとき図9に示す例ではEGR率がほぼ
70パーセントから40パーセント以下までステップ状
に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされ
る。即ち、EGR率が多量のスモークを発生するEGR
率範囲(図5)を飛び越えるので機関の運転領域が第1
の運転領域Iから第2の運転領域IIに変わるときに多量
のスモークが発生することがない。
On the other hand, the operating region of the engine is the first operating region I.
When changing from the second operating range II to the second operating range II, the opening degree of the throttle valve 20 is increased stepwise from about 2/3 opening degree toward the full opening direction. At this time, in the example shown in FIG. 9, the EGR rate is reduced stepwise from approximately 70% to 40% or less, and the air-fuel ratio is increased stepwise. That is, the EGR that produces a large amount of smoke with an EGR rate
The operating range of the engine is the first because the rate range (Fig. 5) is skipped.
A large amount of smoke does not occur when changing from the operating region I to the second operating region II.

【0059】第2の運転領域IIでは第2の燃焼、即ち従
来から行われている燃焼が行われる。この燃焼方法では
煤およびNOX が若干発生するが低温燃焼に比べて熱効
率は高く、従って機関の運転領域が第1の運転領域Iか
ら第2の運転領域IIに変わると図9に示されるように噴
射量がステップ状に低減せしめられる。この第2の運転
領域IIではスロットル弁20は一部を除いて全開状態に
保持され、EGR制御弁31の開度は要求トルクTQが
高くなると次第に小さくされる。また、この運転領域II
ではEGR率は要求トルクTQが高くなるほど低くな
り、空燃比は要求トルクTQが高くなるほど小さくな
る。ただし、空燃比は要求トルクTQが高くなってもリ
ーン空燃比とされる。また、第2の運転領域IIでは噴射
開始時期θSは圧縮上死点TDC付近とされる。
In the second operation region II, the second combustion, that is, the combustion which is conventionally performed is performed. Although soot and NO X are slightly generated in this combustion method, the thermal efficiency is higher than that in low temperature combustion, and therefore, when the operating region of the engine changes from the first operating region I to the second operating region II, as shown in FIG. In addition, the injection amount is reduced stepwise. In the second operating region II, the throttle valve 20 is kept fully open except for a part, and the opening degree of the EGR control valve 31 is gradually reduced as the required torque TQ increases. Also, this operating area II
Then, the EGR rate becomes lower as the required torque TQ becomes higher, and the air-fuel ratio becomes smaller as the required torque TQ becomes higher. However, the air-fuel ratio is set to the lean air-fuel ratio even if the required torque TQ becomes high. Further, in the second operation region II, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC.

【0060】図10(A)は要求トルクTQと、アクセ
ルペダル50の踏込み量Lと、機関回転数Nとの関係を
示している。なお、図10(A)において各曲線は等ト
ルク曲線を表しており、TQ=0で示される曲線はトル
クが零であることを示しており、残りの曲線はTQ=
a、TQ=b、TQ=c、TQ=dの順に次第に要求ト
ルクが高くなる。図10(A)に示される要求トルクT
Qは図10(B)に示されるようにアクセルペダル50
の踏込み量Lと機関回転数Nの関数としてマップの形で
予めROM42内に記憶されている。本発明では図10
(B)に示すマップからアクセルペダル50の踏込み量
Lおよび機関回転数Nに応じた要求トルクTQがまず初
めに算出され、この要求トルクTQに基づいて燃料噴射
量等が算出される。
FIG. 10A shows the relationship between the required torque TQ, the depression amount L of the accelerator pedal 50, and the engine speed N. In FIG. 10A, each curve represents an equal torque curve, the curve indicated by TQ = 0 indicates that the torque is zero, and the remaining curves indicate TQ =.
The required torque gradually increases in the order of a, TQ = b, TQ = c, TQ = d. Required torque T shown in FIG. 10 (A)
Q is the accelerator pedal 50 as shown in FIG.
It is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the depression amount L and the engine speed N. In the present invention, FIG.
The required torque TQ corresponding to the depression amount L of the accelerator pedal 50 and the engine speed N is first calculated from the map shown in (B), and the fuel injection amount and the like are calculated based on this required torque TQ.

【0061】図11は第1の運転領域Iにおける空燃比
A/Fを示している。図11において、A/F=15.
5、A/F=16、A/F=17、A/F=18で示さ
れる各曲線は夫々空燃比が15.5、16、17、18
であるときを示しており、各曲線間の空燃比は比例配分
により定められる。図11に示されるように第1の運転
領域Iでは空燃比がリーンとなっており、更に第1の運
転領域Iでは要求トルクTQが低くなるほど空燃比A/
Fがリーンとされる。
FIG. 11 shows the air-fuel ratio A / F in the first operating region I. In FIG. 11, A / F = 15.
5, each curve shown by A / F = 16, A / F = 17, A / F = 18 has an air-fuel ratio of 15.5, 16, 17, 18 respectively.
And the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. As shown in FIG. 11, the air-fuel ratio is lean in the first operating region I, and in the first operating region I, the air-fuel ratio A /
F is lean.

【0062】即ち、要求トルクTQが低くなるほど燃焼
による発熱量が少くなる。従って要求トルクTQが低く
なるほどEGR率を低下させても低温燃焼を行うことが
できる。EGR率を低下させると空燃比は大きくなり、
従って図11に示されるように要求トルクTQが低くな
るにつれて空燃比A/Fが大きくされる。空燃比A/F
が大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限
り空燃比をリーンにするために本発明による実施例では
要求トルクTQが低くなるにつれて空燃比A/Fが大き
くされる。
That is, the lower the required torque TQ, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, as the required torque TQ becomes lower, the low temperature combustion can be performed even if the EGR rate is lowered. If the EGR rate is reduced, the air-fuel ratio will increase,
Therefore, as shown in FIG. 11, the air-fuel ratio A / F is increased as the required torque TQ decreases. Air-fuel ratio A / F
Becomes larger, the fuel consumption rate increases. Therefore, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, in the embodiment of the present invention, the air-fuel ratio A / F is made larger as the required torque TQ becomes lower.

【0063】図12(A)第1の運転領域Iにおける
噴射量Qを示しており、図12(B)は第1の運転領域
Iにおける噴射開始時期θSを示している。図12
(A)に示されるように第1の運転領域Iにおける噴射
量Qは要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として
マップの形で予めROM42内に記憶されており、図1
2(B)に示されるように第1の運転領域Iにおける噴
射開始時期θSも要求トルクTQおよび機関回転数Nの
関数としてマップの形で予めROM42内に記憶されて
いる。
[0063] Figure 12 (A) shows the injection amount Q in the first operating region I, and FIG. 12 (B) is shows the injection start timing θS in the first operating region I. 12
As shown in (A), the injection amount Q in the first operating region I is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.
As shown in FIG. 2 (B), the injection start timing θS in the first operating region I is also stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.

【0064】また、空燃比を図11に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁20の目標開度STが図1
3(A)に示されるように要求トルクTQおよび機関回
転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記
憶されており、空燃比を図11に示す目標空燃比とする
のに必要なEGR制御弁31の目標開度SEが図13
(B)に示されるように要求トルクTQおよび機関回転
数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記憶
されている。
Further, the target opening degree ST of the throttle valve 20 required to bring the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG.
As shown in FIG. 3 (A), it is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N, and the EGR required to bring the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG. The target opening degree SE of the control valve 31 is shown in FIG.
As shown in (B), it is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.

【0065】更に本発明による実施例では第1の運転領
域Iにおける燃料噴射圧、即ちコモンレール34内の目
標燃料圧Pが図13(C)に示されるように要求トルク
TQおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予め
ROM42内に記憶されている。図14は第2の燃焼、
即ち従来の燃焼方法による普通の燃焼が行われるときの
目標空燃比を示している。なお、図14においてA/F
=24、A/F=35、A/F=45、A/F=60で
示される各曲線は夫々目標空燃比24、35、45、6
0を示している。
Further, in the embodiment according to the present invention, the fuel injection pressure in the first operating region I, that is, the target fuel pressure P in the common rail 34, is the required torque TQ and the engine speed N as shown in FIG. 13 (C). It is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function. FIG. 14 shows the second combustion,
That is, it shows the target air-fuel ratio when normal combustion is performed by the conventional combustion method. In addition, in FIG.
= 24, A / F = 35, A / F = 45, and A / F = 60, the respective curves indicated by the target air-fuel ratios of 24, 35, 45, and 6 respectively.
0 is shown.

【0066】図15(A)は第2の運転領域IIにおける
噴射量Qを示しており、図15(B)は第2の運転領域
IIにおける噴射開始時期θSを示している図15
(A)に示されるように第2の運転領域IIにおける噴射
量Qは要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として
マップの形で予めROM42内に記憶されており、図1
5(B)に示されるように第2の運転領域IIにおける噴
射開始時期θSも要求トルクTQおよび機関回転数Nの
関数としてマップの形で予めROM42内に記憶されて
いる。
FIG. 15A shows the injection amount Q in the second operating region II, and FIG. 15B shows the second operating region.
The injection start timing θS in II is shown . Figure 15
As shown in (A), the injection amount Q in the second operation region II is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N, and FIG.
As shown in FIG. 5 (B), the injection start timing θS in the second operating region II is also stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.

【0067】また、空燃比を図14に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁20の目標開度STが図1
6(A)に示されるように要求トルクTQおよび機関回
転数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記
憶されており、空燃比を図14に示す目標空燃比とする
のに必要なEGR制御弁31の目標開度SEが図16
(B)に示されるように要求トルクTQおよび機関回転
数Nの関数としてマップの形で予めROM42内に記憶
されている。
Further, the target opening degree ST of the throttle valve 20 required to bring the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG.
As shown in FIG. 6 (A), it is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N, and the EGR required to make the air-fuel ratio the target air-fuel ratio shown in FIG. The target opening degree SE of the control valve 31 is shown in FIG.
As shown in (B), it is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required torque TQ and the engine speed N.

【0068】更に本発明による実施例では第2の運転領
域IIにおける燃料噴射圧、即ちコモンレール34内の目
標燃料圧Pが図16(C)に示されるように要求トルク
TQおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予め
ROM42内に記憶されている。本発明による実施例で
は第1の運転領域Iにおいては図12(A)に示すマッ
プから噴射量Qが算出され、第2の運転領域IIにおいて
は図15(A)に示すマップから噴射量Qが算出され
る。図12(A)および図15(A)のいずれに示すマ
ップも要求トルクTQと機関回転数Nの関数であり、従
って第1の境界X(N)又は第2の境界Y(N)におい
て第1の燃焼から第2の燃焼へ又は第2の燃焼から第1
の燃焼へ切換えられても切換時に要求トルクが変化せ
ず、斯くして切換時にトルク変動が生ずる危険性がな
い。
Further, in the embodiment according to the present invention, the fuel injection pressure in the second operating region II, that is, the target fuel pressure P in the common rail 34, is the required torque TQ and the engine speed N as shown in FIG. 16 (C). It is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function. In the embodiment according to the present invention, the injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. 12 (A) in the first operating region I, and the injection amount Q from the map shown in FIG. 15 (A) in the second operating region II. Is calculated. The maps shown in both FIG. 12 (A) and FIG. 15 (A) are a function of the required torque TQ and the engine speed N, and therefore, at the first boundary X (N) or the second boundary Y (N). 1st combustion to 2nd combustion or 2nd combustion to 1st
Even if the combustion is switched to combustion, the required torque does not change at the time of switching, and thus there is no risk of torque fluctuation at the time of switching.

【0069】なお、図12(A)に示す第1の燃焼用の
噴射量Qも図15(A)に示す第2の燃焼用の噴射量Q
も実験により求められる。この場合、第1の燃焼用の噴
射量Qおよび第2の燃焼用の噴射量Qは各境界X
(N)、Y(N)におけるトルク段差を何ら考えること
なく夫々個別に実験により求めればよいので図12
(A)および図15(A)に示すマップを極めて容易に
作成することができる。
The injection amount Q for the first combustion shown in FIG. 12A is also the injection amount Q for the second combustion shown in FIG. 15A.
Is also obtained by experiment. In this case, the injection amount Q for the first combustion and the injection amount Q for the second combustion are each at the boundary X.
Since the torque difference between (N) and Y (N) can be individually obtained by an experiment without any consideration, FIG.
The maps shown in FIGS. 15A and 15A can be created very easily.

【0070】一方、図10(A)において曲線で示され
る各要求トルクは車両の良好な運転性を確保しうるよう
に経験的に定められる。従って図10(A)のTQ=0
で示される曲線上において実際の機関出力トルクが零に
ならない場合がある。そこで本発明による実施例では機
関負荷がほぼ零である運転状態であるか否かを判断し、
機関負荷がほぼ零である運転状態であると判断されたと
きに図10(A)に示すマップから算出された要求トル
クTQが零に対して正側にずれているときには図10
(A)に示すマップから算出された要求トルクTQから
零に対する要求トルクTQのずれ量を減算した値を実際
の要求トルクとし、機関負荷がほぼ零である運転状態で
あると判断されたときに図10(A)に示すマップから
算出された要求トルクTQが零に対して負側にずれてい
るときには図10(A)に示すマップから算出された要
求トルクTQに零に対する要求トルクTQのずれ量を加
算した値を実際の要求トルクとするようにしている。
On the other hand, the required torques indicated by the curves in FIG. 10A are empirically determined so as to ensure good drivability of the vehicle. Therefore, TQ = 0 in FIG.
The actual engine output torque may not be zero on the curve indicated by. Therefore, in the embodiment according to the present invention, it is determined whether or not the engine is in an operating state where the engine load is almost zero,
When the required torque TQ calculated from the map shown in FIG. 10 (A) is deviated to the positive side with respect to zero when it is determined that the engine is in an operating state where the engine load is almost zero, FIG.
A value obtained by subtracting the deviation amount of the required torque TQ from zero from the required torque TQ calculated from the map shown in (A) is set as the actual required torque, and when it is determined that the engine load is in an operating state of almost zero. When the required torque TQ calculated from the map shown in FIG. 10 (A) deviates to the negative side with respect to zero, the required torque TQ calculated from the map shown in FIG. 10 (A) deviates from the required torque TQ with respect to zero. The value obtained by adding the quantities is used as the actual required torque.

【0071】具体的に云うと、例えば図10(A)にお
いて実際の機関の出力トルクが零であるときにアクセル
ペダル50の踏込み量がL0 で機関回転数がN0 のF点
で示される運転状態であったとするとこのとき図10
(B)に示されるマップ上の要求トルクTQは零になら
ず、マップ上の要求トルクTQは零に対してΔKGだけ
正側にずれることになる。この場合、本発明による実施
例では図10(B)に示されるマップから算出された要
求トルクTQから要求トルクのずれ量ΔKGを減算した
値(TQ−ΔKG)が実際の要求トルクとされる。その
結果、各アクセルペダル50の踏込み量Lおよび各機関
回転数Nに対してもともと意図した機関出力トルクを得
ることができることになる。
More specifically, for example, in FIG. 10 (A), when the actual output torque of the engine is zero, the accelerator pedal 50 is depressed by L 0 and the engine speed is indicated by F at N 0. If it is in the operating state, at this time, FIG.
The required torque TQ on the map shown in (B) does not become zero, and the required torque TQ on the map deviates toward the positive side by ΔKG with respect to zero. In this case, in the embodiment according to the present invention, a value (TQ-ΔKG) obtained by subtracting the required torque deviation amount ΔKG from the required torque TQ calculated from the map shown in FIG. 10B is set as the actual required torque. As a result, it is possible to obtain the originally intended engine output torque with respect to the depression amount L of each accelerator pedal 50 and each engine speed N.

【0072】次に図17を参照しつつ運転制御について
説明する。図17を参照すると、まず初めにステップ1
00において機関の運転状態が第1の運転領域Iである
ことを示すフラグIがセットされているか否かが判別さ
れる。フラグIがセットされているとき、即ち機関の運
転状態が第1の運転領域Iであるときにはステップ10
1に進んで要求負荷Lが第1の境界X(N)よりも大き
くなったか否かが判別される。L≦X(N)のときには
ステップ103に進んで低温燃焼が行われる。
Next, the operation control will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 17, first step 1
At 00, it is determined whether or not the flag I indicating that the operating state of the engine is in the first operating region I is set. When the flag I is set, that is, when the operating state of the engine is in the first operating region I, step 10
In step 1, it is determined whether the required load L has become larger than the first boundary X (N). When L ≦ X (N), the routine proceeds to step 103, where low temperature combustion is performed.

【0073】即ち、ステップ103では図10(B)に
示すマップから要求トルクTQが算出される。次いでス
テップ104ではマップから算出された要求トルクTQ
から要求トルクのずれ量ΔKGを減算した値(=TQ−
ΔKG)が最終的な要求トルクTQとされる。次いでス
テップ105からステップ109ではこの最終的な要求
トルクを用いてスロットル弁開度ST、EGR制御弁開
度SE、噴射量Q、噴射開始時期θS、燃料噴射圧Pが
算出される。
That is, at step 103, the required torque TQ is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 104, the required torque TQ calculated from the map.
Value (= TQ-
ΔKG) is the final required torque TQ. Next, in steps 105 to 109, the final required torque is used to calculate the throttle valve opening ST, the EGR control valve opening SE, the injection amount Q, the injection start timing θS, and the fuel injection pressure P.

【0074】即ち、ステップ105では図13(A)に
示すマップからスロットル弁20の目標開度STが算出
され、スロットル弁20の開度がこの目標開度STとさ
れる。次いでステップ106では図13(B)に示すマ
ップからEGR制御弁31の目標開度SEが算出され、
EGR制御弁31の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ107では図12(A)に示すマップか
ら噴射量Qが算出される。次いでステップ108では図
12(B)に示すマップから噴射開始時期θSが算出さ
れる。次いでステップ109では図13(C)に示すマ
ップからコモンレール34内の目標燃料圧、即ち噴射圧
Pが算出される。
That is, at step 105, the target opening degree ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. 13 (A), and the opening degree of the throttle valve 20 is made this target opening degree ST. Next, at step 106, the target opening degree SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG.
The opening degree of the EGR control valve 31 is set to this target opening degree SE.
Next, at step 107, the injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 108, the injection start timing θS is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 109, the target fuel pressure in the common rail 34, that is, the injection pressure P is calculated from the map shown in FIG. 13 (C).

【0075】次いでステップ110ではアイドルスイッ
チ55の出力信号からスロットル弁20がアイドリング
開度であるか否かが判別される。スロットル弁20がア
イドリング開度であるときにはステップ111に進んで
車速センサ53の出力パルスから車速が零であるか否か
が判別される。車速が零のときにはステップ112に進
んでニュートラルスイッチ54の出力信号から自動変速
機38がニュートラル位置にあるか否かが判別される。
自動変速機38がニュートラル位置にあるときにはステ
ップ113に進んで自動変速機38がニュートラル位置
となってから一定時間経過したか否かが判別され、一定
時間が経過したときには機関負荷がほぼ零である運転状
態であると判断される。
Next, at step 110, it is judged from the output signal of the idle switch 55 whether or not the throttle valve 20 is at the idling opening degree. When the throttle valve 20 is at the idling opening, the routine proceeds to step 111, where it is judged from the output pulse of the vehicle speed sensor 53 whether the vehicle speed is zero. When the vehicle speed is zero, the routine proceeds to step 112, where it is judged from the output signal of the neutral switch 54 whether or not the automatic transmission 38 is in the neutral position.
When the automatic transmission 38 is in the neutral position, the routine proceeds to step 113, where it is determined whether or not a fixed time has elapsed since the automatic transmission 38 was in the neutral position. When the fixed time has elapsed, the engine load is substantially zero. It is determined that the vehicle is operating.

【0076】機関負荷がほぼ零である運転状態であると
判断されたときにはステップ114に進んで図10
(B)に示すマップから要求トルクTQが算出され、次
いでステップ115ではこの要求トルクTQがずれ量Δ
KGとされる。一方、ステップ101においてL>X
(N)になったと判別されたときにはステップ102に
進んでフラグIがリセットされ、次いでステップ118
に進んで第2の燃焼が行われる。
When it is determined that the engine is operating under almost zero engine load, the routine proceeds to step 114, and FIG.
The required torque TQ is calculated from the map shown in (B), and then, at step 115, the required torque TQ is deviated by a deviation amount Δ.
KG. On the other hand, in step 101, L> X
If it is determined that (N) is reached, the routine proceeds to step 102, where the flag I is reset, and then step 118
Then, the second combustion is performed.

【0077】即ち、ステップ118では図10(B)に
示すマップから要求トルクTQが算出される。次いでス
テップ119ではマップから算出された要求トルクTQ
から要求トルクのずれ量ΔKGを減算した値(=TQ−
ΔKG)が最終的な要求トルクTQとされる。次いでス
テップ120からステップ124ではこの最終的な要求
トルクを用いてスロットル弁開度ST、EGR制御弁体
開度SE、噴射量Q、噴射開始時期θS、燃料噴射圧P
が算出される。
That is, at step 118, the required torque TQ is calculated from the map shown in FIG. 10 (B). Next, at step 119, the required torque TQ calculated from the map.
Value (= TQ-
ΔKG) is the final required torque TQ. Next, in steps 120 to 124, the final required torque is used to open the throttle valve opening ST, the EGR control valve body opening SE, the injection amount Q, the injection start timing θS, and the fuel injection pressure P.
Is calculated.

【0078】即ち、ステップ120では図16(A)に
示すマップからスロットル弁20の目標開度STが算出
され、スロットル弁20の開度がこの目標開度STとさ
れる。次いでステップ121では図16(B)に示すマ
ップからEGR制御弁31の目標開度SEが算出され、
EGR制御弁31の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ122では図15(A)に示すマップか
ら噴射量Qが算出される。次いでステップ123では図
15(B)に示すマップから噴射開始時期θSが算出さ
れる。次いでステップ124では図16(C)に示すマ
ップからコモンレール34内の目標燃料圧、即ち噴射圧
Pが算出される。
That is, at step 120, the target opening degree ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. 16 (A), and the opening degree of the throttle valve 20 is made this target opening degree ST. Next, at step 121, the target opening degree SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG. 16 (B),
The opening degree of the EGR control valve 31 is set to this target opening degree SE.
Next, at step 122, the injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 123, the injection start timing θS is calculated from the map shown in FIG. 15 (B). Next, at step 124, the target fuel pressure in the common rail 34, that is, the injection pressure P is calculated from the map shown in FIG. 16 (C).

【0079】フラグIがリセットされると次の処理サイ
クルではステップ100からステップ116に進んで要
求負荷Lが第2の境界Y(N)よりも低くなったか否か
が判別される。L≧Y(N)のときにはステップ118
に進み、リーン空燃比のもとで第2の燃焼が行われる。
一方、ステップ116においてL<Y(N)になったと
判別されたときにはステップ117に進んでフラグIが
セットされ、次いでステップ103に進んで低温燃焼が
行われる。
When the flag I is reset, in the next processing cycle, the routine proceeds from step 100 to step 116, where it is judged if the required load L has become lower than the second boundary Y (N). When L ≧ Y (N), step 118
And the second combustion is performed under a lean air-fuel ratio.
On the other hand, when it is determined at step 116 that L <Y (N), the routine proceeds to step 117, where the flag I is set, then the routine proceeds to step 103, where low temperature combustion is performed.

【0080】[0080]

【発明の効果】煩雑な作業を必要とすることなく第1の
燃焼と第2の燃焼の切換時に出力トルクが変動するのを
阻止することができる。
The output torque can be prevented from fluctuating at the time of switching between the first combustion and the second combustion without requiring complicated work.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】圧縮着火式内燃機関の全体図である。FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.

【図2】スモークおよびNOX の発生量等を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing an amount of smoke and NO X generated, and the like.

【図3】燃焼圧を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a combustion pressure.

【図4】燃料分子を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a fuel molecule.

【図5】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a smoke generation amount and an EGR rate.

【図6】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.

【図7】第1の運転領域Iおよび第2の運転領域IIを示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a first operating region I and a second operating region II.

【図8】空燃比センサの出力を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an output of an air-fuel ratio sensor.

【図9】スロットル弁の開度等を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an opening degree of a throttle valve and the like.

【図10】要求トルクを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a required torque.

【図11】第1の運転領域Iにおける空燃比を示す図で
ある。
11 is a diagram showing an air-fuel ratio in a first operating region I. FIG.

【図12】噴射量等のマップを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a map of an injection amount and the like.

【図13】スロットル弁の目標開度等のマップを示す図
である。
FIG. 13 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.

【図14】第2の燃焼における空燃比を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an air-fuel ratio in the second combustion.

【図15】噴射量等のマップを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a map of an injection amount and the like.

【図16】スロットル弁の目標開度等のマップを示す図
である。
FIG. 16 is a diagram showing a map of a target opening degree etc. of a throttle valve.

【図17】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
FIG. 17 is a flowchart for controlling the operation of the engine.

【図18】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
FIG. 18 is a flowchart for controlling the operation of the engine.

【図19】噴射量のマップを示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a map of an injection amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6…燃料噴射弁 20…スロットル弁 29…EGR通路 6 ... Fuel injection valve 20 ... Throttle valve 29 ... EGR passage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F01N 3/24 F01N 3/24 S F02D 21/08 301 F02D 21/08 301D 41/02 380 41/02 380E 41/40 41/40 F 43/00 301 43/00 301H 301N F02M 25/07 570 F02M 25/07 570D (72)発明者 伊藤 丈和 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 村田 宏樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−4287(JP,A) 特開 平8−177654(JP,A) 特開 平8−86251(JP,A) 特開 平9−287527(JP,A) 特開 平9−287528(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 1/00 - 23/06 F02D 41/00 - 45/00 F02M 25/07 570 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F01N 3/24 F01N 3/24 S F02D 21/08 301 F02D 21/08 301D 41/02 380 41/02 380E 41/40 41 / 40 F 43/00 301 43/00 301H 301N F02M 25/07 570 F02M 25/07 570D (72) Inventor Takekazu Ito 1 Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi Toyota Motor Corporation (72) Inventor Hiroki Murata 1 Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi Toyota Motor Co., Ltd. (56) Reference JP-A-7-4287 (JP, A) JP-A-8-177654 (JP, A) JP-A-8-86251 (JP, A) JP 9-287527 (JP, A) JP 9-287528 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F02B 1/00-23/06 F02D 41 / 00-45/00 F02M 25/07 570

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 燃焼室内の不活性ガス量を増大していく
と煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内
の不活性ガス量を更に増大していくと燃焼室内における
燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よ
りも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関に
おいて、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも
燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない
第1の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量
よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第2の燃焼とを
選択的に切換える切換手段と、機関の要求トルクを算出
する算出手段とを具備し、第1の燃焼および第2の燃焼
のいずれの燃焼が行われているときでも算出された要求
トルクおよび機関回転数に基づいて燃料噴射量を算出す
るようにした内燃機関。
1. When the amount of inert gas in the combustion chamber increases, the soot generation amount gradually increases and reaches a peak, and when the amount of inert gas in the combustion chamber further increases, combustion in the combustion chamber occurs. In an internal combustion engine in which the temperature of the fuel and the gas around it are lower than the soot generation temperature and soot is hardly generated, the amount of inert gas in the combustion chamber is higher than the amount of inert gas at which the soot generation peaks. A switching means for selectively switching between the first combustion in which much soot is hardly generated and the second combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas at which the amount of soot generated reaches a peak, and an engine. And a calculation means for calculating the required torque of the engine, and the fuel injection amount is calculated based on the calculated required torque and the engine speed regardless of whether the first combustion or the second combustion is performed. Internal combustion engine Seki.
【請求項2】 該算出手段はアクセルペダルの踏込み量
および機関回転数に基づいて要求トルクを算出する請求
項1に記載の内燃機関。
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the calculating means calculates the required torque based on the depression amount of the accelerator pedal and the engine speed.
【請求項3】 要求トルクがアクセルペダルの踏込み量
および機関回転数の関数としてマップの形で予め記憶さ
れており、該算出手段は該マップから要求トルクを算出
する請求項2に記載の内燃機関。
3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the required torque is stored in advance in the form of a map as a function of the depression amount of the accelerator pedal and the engine speed, and the calculating means calculates the required torque from the map. .
【請求項4】 機関負荷がほぼ零である運転状態である
か否かを判断する判断手段を具備し、機関負荷がほぼ零
である運転状態であると判断されたときに上記マップか
ら算出された要求トルクが零に対して正側にずれている
ときにはマップから算出された要求トルクから零に対す
る要求トルクのずれ量を減算した値を実際の要求トルク
とし、機関負荷がほぼ零である運転状態であると判断さ
れたときに上記マップから算出された要求トルクが零に
対して負側にずれているときにはマップから算出された
要求トルクに零に対する要求トルクのずれ量を加算した
値を実際の要求トルクとする請求項3に記載の内燃機
関。
4. A determination means for determining whether or not the engine load is in an operating state where the engine load is substantially zero, and is calculated from the map when it is determined that the engine load is in an operating state where the engine load is substantially zero. When the required torque deviates to the positive side with respect to zero, the value obtained by subtracting the deviation amount of the required torque from zero from the required torque calculated from the map is taken as the actual required torque, and the engine load is almost zero. When it is determined that the required torque calculated from the map deviates to the negative side with respect to zero, the actual torque is calculated by adding the amount of deviation of the required torque with respect to zero to the required torque calculated from the map. The internal combustion engine according to claim 3, wherein the required torque is obtained.
【請求項5】 第1の燃焼および第2の燃焼のいずれの
燃焼が行われているときであっても算出された要求トル
クおよび機関回転数に基づいて燃料噴射時期が算出され
る請求項1に記載の内燃機関。
5. The fuel injection timing is calculated based on the calculated required torque and engine speed regardless of whether the first combustion or the second combustion is being performed. Internal combustion engine according to.
【請求項6】 第1の燃焼および第2の燃焼のいずれの
燃焼が行われているときであっても算出された要求トル
クおよび機関回転数に基づいて燃料噴射圧が算出される
請求項1に記載の内燃機関。
6. The fuel injection pressure is calculated on the basis of the calculated required torque and the engine speed regardless of which of the first combustion and the second combustion is being performed. Internal combustion engine according to.
【請求項7】 機関吸気通路内にスロットル弁が配置さ
れ、第1の燃焼および第2の燃焼のいずれの燃焼が行わ
れているときであっても算出された要求トルクおよび機
関回転数に基づいて該スロットル弁の開度が算出される
請求項1に記載の内燃機関。
7. A throttle valve is arranged in the engine intake passage, and is based on the calculated required torque and engine speed regardless of whether the first combustion or the second combustion is being performed. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the opening degree of the throttle valve is calculated by the above.
【請求項8】 燃焼室から排出された排気ガスを機関吸
気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備し、
上記不活性ガスが再循環排気ガスからなる請求項1に記
載の内燃機関。
8. An exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas discharged from a combustion chamber into an engine intake passage,
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the inert gas comprises recirculated exhaust gas.
【請求項9】 上記第1の燃焼状態における排気ガス再
循環率がほぼ55パーセント以上である請求項8に記載
の内燃機関。
9. The internal combustion engine according to claim 8, wherein the exhaust gas recirculation rate in the first combustion state is approximately 55% or more.
【請求項10】 該排気ガス再循環装置が排気ガスの再
循環量を制御する排気ガス再循環制御弁を具備し、第1
の燃焼および第2の燃焼のいずれの燃焼が行われている
ときであっても算出された要求トルクおよび機関回転数
に基づいて排気ガス再循環制御弁の開度が算出される請
求項8に記載の内燃機関。
10. The exhaust gas recirculation device comprises an exhaust gas recirculation control valve for controlling the amount of exhaust gas recirculation,
9. The opening degree of the exhaust gas recirculation control valve is calculated based on the calculated required torque and the engine speed regardless of whether the combustion is being performed or the second combustion is performed. Internal combustion engine described.
【請求項11】 機関排気通路内に酸化機能を有する触
媒を配置した請求項1に記載の内燃機関。
11. The internal combustion engine according to claim 1, wherein a catalyst having an oxidizing function is arranged in the engine exhaust passage.
【請求項12】 該触媒が酸化触媒、三元触媒又はNO
X 吸収剤の少くとも一つからなる請求項11に記載の内
燃機関。
12. The catalyst is an oxidation catalyst, a three-way catalyst or NO.
The internal combustion engine of claim 11, comprising at least one X absorbent.
【請求項13】 機関の運転領域を低負荷側の第1の運
転領域と高負荷側の第2の運転領域に分割し、第1の運
転領域では第1の燃焼を行い、第2の運転領域では第2
の燃焼を行うようにした請求項1に記載の内燃機関。
13. The engine operating region is divided into a first operating region on the low load side and a second operating region on the high load side, and first combustion is performed in the first operating region to perform the second operating region. Second in the area
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the combustion is performed.
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