JP3613675B2 - 内燃機関の燃焼方法 - Google Patents
内燃機関の燃焼方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3613675B2 JP3613675B2 JP2000222050A JP2000222050A JP3613675B2 JP 3613675 B2 JP3613675 B2 JP 3613675B2 JP 2000222050 A JP2000222050 A JP 2000222050A JP 2000222050 A JP2000222050 A JP 2000222050A JP 3613675 B2 JP3613675 B2 JP 3613675B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- dead center
- oxidation reaction
- top dead
- compression top
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃焼方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧縮行程後半に補助燃料を噴射し、圧縮上死点付近において主燃料を噴射するようにした圧縮着火式内燃機関が公知である(特開平11−72038号)。この圧縮着火式内燃機関では主燃料が噴射されるまでは補助燃料を低温酸化反応させて燃焼しやすい状態に維持し、主燃料が噴射された後に主燃料および補助燃料を燃焼せしめるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの圧縮着火式内燃機関では主燃料を噴射しないと失火するので必ず補助燃料と主燃料とを噴射しなければならない。
本発明は、圧縮行程中に一回しか燃料噴射を行わない場合であってもNOx および煤の発生量の少ない良好な燃焼が得られる燃焼方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために1番目の発明では、圧縮行程中に燃焼室内に噴射される燃料の噴射時期を、噴射燃料の低温酸化反応が圧縮上死点付近まで継続しかつ圧縮上死点付近又は圧縮上死点後に高温酸化反応が生ずる噴射時期に設定した内燃機関の燃焼方法であって、直列に配置された過給機と排気ターボチャージャを用いて吸入空気を過給すると共に排気タービンの可動ベーンを制御することによって燃焼室内への吸入ガス圧を要求負荷が高くなるにつれて指数関数的に増大させ、燃焼室内への吸入ガス温をインタクーラによりほぼ60℃以下に保持し、燃料の噴射時期を圧縮上死点前のほぼ15°からほぼ60°の間に設定し、それによって要求負荷が高くなったときであっても圧縮上死点付近まで高温酸化反応が生ずることなく低温酸化反応が継続しかつ圧縮上死点付近又は圧縮上死点後に高温酸化反応が生ずるようにしている。
【0005】
2番目の発明では1番目の発明において、圧縮上死点付近又は圧縮上死点後に更に燃料を噴射することによって高温酸化反応を生じさせるようにしている。
【0006】
【発明の実施の形態】
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を介して排気ターボチャージャ14のコンプレッサ15に連結される。吸気ダクト13内には一対のインタクーラ16,17が直列に配置され、コンプレッサ15の入口は機関によって駆動される機械式過給機18を介してエアクリーナ19に連結される。
【0007】
一方、排気ポート10は排気マニホルド20および排気管21を介して排気ターボチャージャ14の排気タービン22に連結される。排気マニホルド20とサージタンク12とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路23を介して互いに連結され、EGR通路23内には電気制御式EGR制御弁24が配置される。各燃料噴射弁6は燃料供給管25を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール26に連結される。このコモンレール26内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ27から燃料が供給され、コモンレール26内に供給された燃料は各燃料供給管25を介して燃料噴射弁6に供給される。コモンレール26にはコモンレール26内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ28が取付けられ、燃料圧センサ28の出力信号に基づいてコモンレール26内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ27の吐出量が制御される。
【0008】
電気制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。燃料圧センサ28の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。アクセルペダル40にはアクセルペダル40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41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35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42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁6、EGR制御弁24および燃料ポンプ27に接続される。
【0009】
図2は図1に示す排気タービン22の断面を図解的に示している。図2を参照すると、50は排気ガスが流入するスクロール室、51はタービン翼車、52はスクロール室50からタービン翼車51に向けて排気ガスが流れるディフューザ通路、53はディフューザ通路52内に配置された多数の可動ベーンを夫々示す。各可動ベーン53はアクチュエータ(図示せず)によって同時に回動制御され、このアクチュエータは電子制御ユニット30の出力信号により制御される。可動ベーン53が回動せしめられるとタービン翼車51への排気ガスの流入方向が変化し、その結果排気タービン22の駆動力が変化するために過給圧が変化する。
【0010】
一方、図1に示される機械式過給機18は電子制御ユニット30の出力信号により制御される電磁クラッチ(図示せず)を介して機関のクランクシャフトに連結されている。
次に図3を参照しつつ本発明による燃焼方法について説明する。なお、図3は機関低負荷中速運転時において本発明による燃焼方法を行うのに適した時期に燃料を噴射したときの熱発生率(dQ/dθ)の変化を示している。
【0011】
図3において実線で示されるように燃料噴射が行われ、噴射燃料が燃焼室5内に分散すると分散した燃料粒子からは燃料中の低沸点成分が蒸発を開始する。次いでピストン4の上昇に伴い燃焼室5内の温度が700°Kを越えると蒸発したて低沸点成分が化学反応を開始する。即ち、直鎖炭化水素の末端炭素を酸素ラジカルが攻撃し、その結果炭化水素ラジカルが生成される。次いでこの炭化水素ラジカルは周囲の酸素と反応し、その結果燃料粒子の周りにアルテヒドが次から次へと生成される。このようにアルデヒドが生成されている間、図3に示されるように熱発生率が増大する。
【0012】
次いでピストン4の上昇に伴い燃焼室5内の温度が更に上昇すると次から次へと炭化水素ラジカルが生成される。この場合、これら炭化水素ラジカルの酸化作用が急速に進行すると高温酸化反応が生じ、燃料が着火されることになる。しかしながら上述したように燃料粒子の周りに多量のアルデヒドが生成されると一部の炭化水素ラジカルは周囲の酸素と反応する前にアルデヒドと反応し、その結果炭化水素ラジカルの酸化作用が抑制されることになる。即ち、アルデヒドは炭化水素の酸化反応を抑制するインヒビタの役割を果していることになる。
【0013】
このように炭化水素の酸化反応が抑制されると熱発生率が低下し、斯くして図3に示されるように熱発生率は燃料噴射後、一時的に増大するがその後は少しずつ減少する。このようにアルデヒドが生成されているとき、および一部の炭化水素ラジカルがアルデヒドと反応しているときには熱炎を発生することなく酸化反応が行われており、このような酸化反応を低温酸化反応と称する。従って図3に示されるように本発明による燃焼方法においては燃料噴射後、圧縮上死点(圧縮TDC)付近まで低温酸化反応が継続していることになる。
【0014】
次いでピストン4が圧縮上死点を越え、下降を開始して燃焼室5内の圧力が低下すると燃料粒子から急激に燃料が蒸発し、このとき低温酸化反応により燃料が燃えやすい状態にあるので燃料が燃焼室5内の多点において同時に高温酸化反応を開始する。即ち、燃料が燃焼室5内の多点において同時に着火する。なお、この場合、圧縮上死点付近において着火することもある。このように燃料が着火するのは圧縮上死点付近又は圧縮上死点後であり、従って燃料が噴射されてから燃料が着火されるまで時間がある。従って噴射燃料は着火するまでの間に燃焼室5内に広く分散しており、燃焼室5内に広く分散した燃料が多点において同時に着火することになる。
【0015】
このように燃焼室5内に燃料が広く分散した状態で燃料の燃焼が開始されると燃料粒子の周りに多量の酸素が存在するために煤の発生が抑制され、また燃焼室5内の燃焼温は局所的に高くなることなく全体的に低くなるのでNOx の発生が抑制されることになる。
なお、燃料噴射時期を図3に示される噴射時期よりも早めると圧縮上死点に達するまでに低温酸化反応が停止するか、又は極めて弱まるために失火してしまう。これに対し、燃料噴射時期を図3に示される噴射時期よりも遅くすると燃料粒子が分散しないうちに酸化反応が開始されるので燃料粒子は隣接する燃料粒子の酸化反応熱を受けて高温になり、その結果圧縮上死点前に高温酸化反応を生じて早期着火をひき起す。
【0016】
即ち、噴射燃料の低温酸化反応が圧縮上死点付近まで継続しかつ圧縮上死点後に高温酸化反応が生じる場合の最適な燃料噴射時期は一定範囲内に限られており、燃料噴射時期はこの限られた燃料噴射時期に設定する必要がある。図4(A)は機関低負荷運転時におけるこの限られた最適な燃料噴射時期(θSは噴射開始時期、θEは噴射完了時期)を示している。なお、図4(A)において縦軸はクランク角を示しており、横軸は機関回転数Nを示している。図4(A)に示されるように機関低負荷運転時における最適な噴射時期はN=600r.p.m のときにほぼBTDC15°からほぼBTDC20°の間であり、N=4000r.p.m のときにほぼBTDC20°からほぼBTDC40°の間である。
【0017】
一方、機関負荷が高くなって燃料噴射量が増大したときにも燃料噴射が行われると噴射燃料の低温酸化反応が開始される。しかしながら燃料噴射量が増大すると低温酸化反応による発熱量が増大するために圧縮上死点前に高温酸化反応が開始され、その結果燃焼騒音が発生するばかりでなく、多量の煤およびNOx が発生する。即ち、燃料噴射量を増大すると良好な燃焼が得られなくなる。
【0018】
そこでこの点に関し、本発明者が研究を重ねた結果、燃焼室5内の温度上昇を抑制しつつ燃焼室5内の圧縮圧力を増大すると低温酸化反応を抑制することができ、燃料噴射量が増大したときに燃焼室5内の温度上昇を抑制しつつ燃焼室5内の圧縮圧力を増大すると圧縮上死点に達するまで高温酸化反応が生ずることなく低温酸化反応が持続し、圧縮上死点後に高温酸化反応が生ずることが判明したのである。
【0019】
即ち、燃焼室5内の圧縮圧力が増大すると燃焼室5内の酸素の絶対量が増大し、その結果燃焼室5内で発生する酸素ラジカルの量が増大する。酸素ラジカルの量が増大するとそれに伴なってアルデヒドの生成量が増大する。ところがアルデヒドは前述したように炭化水素の酸化反応を抑制するインヒビタの役目を果すので生成されるアルデヒドの量が増大すると低温酸化反応が抑制されることになる。
【0020】
また、燃焼室5内の圧縮圧力が増大すると燃料の蒸発が抑制されるのでこの意味からも低温酸化反応が抑制される。
従って燃料噴射量が増大しても燃焼室5内の圧縮圧力を増大すれば低温酸化反応が抑制されることになる。なお、この場合、燃焼室5内の圧縮圧力を増大したときにそれに伴なって燃焼室5内の温度が上昇すると低温酸化反応が活発となり、圧縮上死点前に高温酸化反応が生じてしまう。従って、燃料噴射量が増大したときに低温酸化反応を抑制するためには燃焼室5内の温度上昇を抑制しつつ燃焼室5内の圧縮圧力を増大させる必要がある。
【0021】
図5は、燃料噴射後低温酸化反応が持続し、圧縮上死点後に低温酸化反応から高温酸素反応に移行する場合における燃焼室5内への吸入ガス温Tおよび燃焼室5内への吸入ガス圧Pと要求負荷との関係を示している。図5に示されるように燃焼室5内への吸入ガス圧Pは要求負荷が高くなるにつれて増大せしめられ、これに対して燃焼室5内への吸入ガス温Tは要求負荷が高くなってもほぼ60℃以下に保持されている。
【0022】
本発明による実施例では図5に示されるように要求負荷が高くなるにつれて燃焼室5内への吸入ガス圧Pを指数関数的に増大させるために機械式過給機18とコンプレッサ15とが直列に配置されており、かつ機械式過給機18の電磁クラッチおよび排気タービン22の可動ベーン53が制御される。また、本発明による実施例では図5に示されるように要求負荷が高くなっても燃焼室5内への吸入ガス温Tの温度上昇を抑制するために一対のインタクーラ16,17が直列に配置されている。
【0023】
なお、図5に示される吸入ガス温Tおよび吸入ガス圧Pと要求負荷との関係は一例を示しており、これらの関係を一般的に表現すると吸入ガス圧Pは要求負荷が高くなるにつれて可能な限り増大せしめられ、吸入ガス温Tは要求負荷が高くなるにつれて可能な限り抑制されるということになる。
図4(B)は機関高負荷運転時における最適な燃料噴射時期(θSは噴射開始時期、θEは噴射完了時期)を示している。なお、図4(B)において縦軸はクランク角を示しており、横軸は機関回転数Nを示している。図4(B)に示されるように機関高負荷運転時における最適な噴射時期はN=600r.p.m のときにほぼBTDC15°からほぼBTDC35°の間であり、N=4000r.p.m のときにほぼBTDC20°からほぼBTDC60°の間である。
【0024】
図5に示されるように吸入空気温Tおよび吸入空気圧Pを制御し、図4(B)に示されるように燃料噴射時期を設定すると機関高負荷運転時であっても噴射燃料の低温酸化反応が圧縮上死点付近まで継続しかつ圧縮上死点後に高温酸化反応が生じる。即ち、機関高負荷運転時であっても燃焼室5内の多点において燃料が同時に着火せしめられ、斯くして煤およびNOx の発生が抑制される。
【0025】
なお、図3に示されるように実線で示す燃料噴射が行われた後に圧縮上死点付近において破線で示す燃料噴射を追加的に行うこともできる。この場合には破線で示す追加の燃料噴射が行われたときに実線に示す噴射燃料と破線で示す追加の噴射燃料が高温酸化反応せしめられる。
図6に運転制御ルーチンを示す。図6を参照するとまず初めにステップ100において機械式過給機18の電磁クラッチが制御され、次いでステップ101において排気ターボチャージャ14の可動ベーン53が制御される。次いでステップ102では燃料噴射が制御される。
【0026】
【発明の効果】
燃料噴射量が増大したときであっても低温酸化反応を持続させることができ、圧縮上死点付近又は圧縮上死点後に高温酸化反応を生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】排気タービンの断面図である。
【図3】燃料噴射と熱発生率を示す図である。
【図4】噴射時期を示す図である。
【図5】吸入ガス温Tおよび吸入ガス圧Pを示す図である。
【図6】運転制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
5…燃焼室
6…燃料噴射弁
14…排気ターボチャージャ
16,17…インタクーラ
18…機械式過給機
Claims (2)
- 圧縮行程中に燃焼室内に噴射される燃料の噴射時期を、噴射燃料の低温酸化反応が圧縮上死点付近まで継続しかつ圧縮上死点付近又は圧縮上死点後に高温酸化反応が生ずる噴射時期に設定した内燃機関の燃焼方法であって、直列に配置された過給機と排気ターボチャージャを用いて吸入空気を過給すると共に排気タービンの可動ベーンを制御することによって燃焼室内への吸入ガス圧を要求負荷が高くなるにつれて指数関数的に増大させ、燃焼室内への吸入ガス温をインタクーラによりほぼ60℃以下に保持し、燃料の噴射時期を圧縮上死点前のほぼ15°からほぼ60°の間に設定し、それによって要求負荷が高くなったときであっても圧縮上死点付近まで高温酸化反応が生ずることなく低温酸化反応が継続しかつ圧縮上死点付近又は圧縮上死点後に高温酸化反応が生ずるようにした内燃機関の燃焼方法。
- 圧縮上死点付近又は圧縮上死点後に更に燃料を噴射することによって高温酸化反応を生じさせるようにした請求項1に記載の内燃機関の燃焼方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000222050A JP3613675B2 (ja) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | 内燃機関の燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000222050A JP3613675B2 (ja) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | 内燃機関の燃焼方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002038991A JP2002038991A (ja) | 2002-02-06 |
JP3613675B2 true JP3613675B2 (ja) | 2005-01-26 |
Family
ID=18716355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000222050A Expired - Fee Related JP3613675B2 (ja) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | 内燃機関の燃焼方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3613675B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017134822A1 (ja) | 2016-02-05 | 2017-08-10 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関の制御方法及び制御装置 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3298352B2 (ja) * | 1995-03-16 | 2002-07-02 | 日産自動車株式会社 | ディーゼルエンジン |
JP3298358B2 (ja) * | 1995-04-25 | 2002-07-02 | 日産自動車株式会社 | ディーゼルエンジンにおける圧縮端温度制御方法および制御装置 |
JPH10280961A (ja) * | 1997-04-07 | 1998-10-20 | Toyota Motor Corp | 圧縮着火式内燃機関 |
JP4019484B2 (ja) * | 1997-06-18 | 2007-12-12 | トヨタ自動車株式会社 | 圧縮着火式内燃機関 |
JP3678042B2 (ja) * | 1998-03-03 | 2005-08-03 | 日産自動車株式会社 | ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 |
JP3549779B2 (ja) * | 1999-09-17 | 2004-08-04 | 日野自動車株式会社 | 内燃機関 |
-
2000
- 2000-07-24 JP JP2000222050A patent/JP3613675B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002038991A (ja) | 2002-02-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8667952B2 (en) | Method and device for controlling diesel engine with forced induction system | |
US8607564B2 (en) | Automobile-mount diesel engine with turbocharger and method of controlling the diesel engine | |
US6182632B1 (en) | Compression-ignition type engine | |
US7357103B2 (en) | Internal combustion engine and method for performing a mode switch in said engine | |
WO2012131949A1 (ja) | 内燃機関の燃料噴射制御装置 | |
JP2005146893A (ja) | 内燃機関および内燃機関の制御方法 | |
EP0937883B1 (en) | Method to control injection in a compression-ignition engine | |
JP2010096049A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
KR101900229B1 (ko) | 내연 기관의 제어 방법 및 제어 장치 | |
JP2009203918A (ja) | ガソリンエンジンの運転制御方法 | |
JP2009085053A (ja) | 圧縮着火内燃機関の制御装置 | |
US10900430B2 (en) | Internal combustion engine and control device for internal combustion engine | |
JP3613675B2 (ja) | 内燃機関の燃焼方法 | |
JP5093407B2 (ja) | 内燃機関の燃焼制御装置 | |
JP4941352B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP2006220062A (ja) | 水素添加内燃機関の制御装置 | |
US8408189B2 (en) | Petrol engine having a low-pressure EGR circuit | |
US20190112997A1 (en) | Control device and method for diesel engine | |
JP3763177B2 (ja) | ディーゼルエンジンの制御装置 | |
JP3684968B2 (ja) | 内燃機関の燃料噴射装置 | |
JP2012007541A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP3960720B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2024013520A (ja) | エンジン装置 | |
JP2024013539A (ja) | エンジン装置 | |
WO2012137237A1 (ja) | 内燃機関の運転制御方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041005 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041018 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081112 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081112 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091112 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101112 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101112 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111112 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111112 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121112 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121112 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131112 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |