JP5163540B2 - Diesel engine combustion control system - Google Patents

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

Description

この発明はディーゼルエンジンの燃焼制御装置に関する。   The present invention relates to a combustion control device for a diesel engine.

予混合燃焼への移行時に、燃焼騒音の悪化を防止するためパイロット噴射を行うものがある(特許文献1参照)。   At the time of transition to premixed combustion, there is one that performs pilot injection to prevent deterioration of combustion noise (see Patent Document 1).

これについて説明すると、このものでは予混合燃焼領域と拡散燃焼領域とを予め定めておき、運転条件が拡散燃焼領域から予混合燃焼領域へと切換わったとき、予混合燃焼を行わせている。この場合、拡散燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度と、予混合燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度との間には隔たりがあり、運転領域が切換わったからといって、実際の吸気酸素濃度はステップ的に変化しえず、拡散燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度から予混合燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度へと連続的に変化していく。つまり、拡散燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度から予混合燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度に到達するまでの移行期間で、予混合燃焼を行わせると、吸気酸素濃度が高い分、予混合気が急速に燃焼し燃焼騒音が大きくなる。そこで、上記の移行期間でパイロット噴射を行うことで、燃焼騒音の悪化を防止している。具体的には、上記の移行期間で吸気酸素濃度が減少するほどパイロット噴射量を減少させている。   This will be described. In this example, a premixed combustion region and a diffusion combustion region are determined in advance, and premixed combustion is performed when the operating condition is switched from the diffusion combustion region to the premixed combustion region. In this case, there is a gap between the intake oxygen concentration when the diffusion combustion is performed and the intake oxygen concentration when the premixed combustion is performed, and the actual intake oxygen concentration is just because the operation region is switched. Does not change stepwise, but continuously changes from the intake oxygen concentration at which diffusion combustion is performed to the intake oxygen concentration at which premix combustion is performed. In other words, if premixed combustion is performed during the transition period from the intake oxygen concentration at the time of performing the diffusion combustion to the intake oxygen concentration at the time of performing the premixed combustion, if the intake oxygen concentration is high, the premixing is performed. Qi burns rapidly and combustion noise increases. Therefore, the deterioration of combustion noise is prevented by performing the pilot injection in the above transition period. Specifically, the pilot injection amount is decreased as the intake oxygen concentration decreases during the transition period.

特開2007−211768号公報JP 2007-2111768

ところで、近年、スモークとNOxの同時低減を図るために様々なタイプの予混合燃焼が開発されており、運転条件が拡散燃焼領域から予混合燃焼領域に切換わった場合に、吸気酸素濃度が拡散燃焼に最適な吸気酸素濃度から減少して予混合燃焼に最適な吸気酸素濃度に落ち着くまでの期間を移行期間として、この移行期間での吸気酸素濃度に対する燃焼騒音の特性を本発明者が調べたところ、吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性のものがあることを見出した。上記特許文献1の技術ではこのように吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性に対しては燃焼騒音を効率良く低減できない。これは、上記特許文献1の技術では、吸気酸素濃度が減少するほど燃焼騒音が小さくなるとみなし、こうした燃焼騒音特性に対応して吸気酸素濃度が減少するほどパイロット噴射量を減少させているためである。   By the way, in recent years, various types of premixed combustion have been developed to simultaneously reduce smoke and NOx, and the intake oxygen concentration is diffused when the operating condition is switched from the diffusion combustion region to the premixed combustion region. The inventor investigated the characteristics of combustion noise with respect to the intake oxygen concentration during this transition period, with the period from the decrease in intake oxygen concentration optimal for combustion to the optimum intake oxygen concentration for premixed combustion as the transition period. However, it has been found that there is a combustion noise characteristic that increases and peaks as the intake oxygen concentration decreases and then decreases. In the technique of Patent Document 1, combustion noise cannot be efficiently reduced for the combustion noise characteristic that increases and peaks as the intake oxygen concentration decreases as described above. This is because the technique of Patent Document 1 considers that the combustion noise decreases as the intake oxygen concentration decreases, and the pilot injection amount decreases as the intake oxygen concentration decreases corresponding to such combustion noise characteristics. is there.

そこで本発明は、移行期間で吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性であっても燃焼騒音を効率良く低減し得る装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has an object to provide an apparatus capable of efficiently reducing combustion noise even with a combustion noise characteristic that increases and peaks as the intake oxygen concentration decreases during the transition period and then decreases. .

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。   The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.

本発明は、吸気酸素濃度を検出または推定する吸気酸素濃度検出・推定手段と、吸気酸素濃度を調整し得る吸気酸素濃度調整装置(5)とを備え、第1の運転領域で吸気酸素濃度調整装置(5)を用いて吸気酸素濃度を相対的に小さい第1所定値とした状態で予混合燃焼を主体とした燃焼である第1の燃焼形態を行わせ、第1の運転領域に隣接する第2の運転領域で吸気酸素濃度調整装置(5)を用いて吸気酸素濃度を第1所定値よりも大きい第2所定値とした状態で予混合燃焼とは異なる燃焼である第2の焼形態を行わせ、第2の運転領域から第1の運転領域に切換わった場合に、検出または推定される吸気酸素濃度が減少して第2所定値と第1所定値との間にある第3所定値に到達するまでは増量されるようにかつその後には吸気酸素濃度が減少するほど減量されるように、パイロット噴射の燃料噴射量を設定し、この設定されたパイロット噴射量を用いて主噴射に先立つパイロット噴射を行うように構成する。   The present invention comprises an intake oxygen concentration detection / estimation means for detecting or estimating the intake oxygen concentration and an intake oxygen concentration adjustment device (5) capable of adjusting the intake oxygen concentration, and adjusts the intake oxygen concentration in the first operating region. Using the device (5), the first combustion mode which is combustion mainly composed of premixed combustion is performed in a state where the intake oxygen concentration is set to a relatively small first predetermined value, and adjacent to the first operation region. A second firing mode that is different from premixed combustion in a state where the intake oxygen concentration is set to a second predetermined value larger than the first predetermined value using the intake oxygen concentration adjusting device (5) in the second operation region. When the second operation region is switched to the first operation region, the detected or estimated intake oxygen concentration is reduced to a third value between the second predetermined value and the first predetermined value. The intake oxygen concentration is increased until reaching the predetermined value and then the intake oxygen concentration is increased. So it is reduced enough to decrease, to set the fuel injection amount of the pilot injection, is configured to perform pilot injection preceding the main injection using the set pilot injection quantity.

本発明によれば、吸気酸素濃度を検出または推定する吸気酸素濃度検出・推定手段と、吸気酸素濃度を調整し得る吸気酸素濃度調整装置とを備え、第1の運転領域で吸気酸素濃度調整装置を用いて吸気酸素濃度を相対的に小さい第1所定値とした状態で予混合燃焼を主体とした燃焼である第1の燃焼形態を行わせ、第1の運転領域に隣接する第2の運転領域で吸気酸素濃度調整装置を用いて吸気酸素濃度を第1所定値よりも大きい第2所定値とした状態で予混合燃焼とは異なる燃焼である第2の燃焼形態を行わせ、第2の運転領域から第1の運転領域に切換わった場合に、検出または推定される吸気酸素濃度が減少して第2所定値と第1所定値との間にある第3所定値に到達するまでは増量されるようにかつその後には吸気酸素濃度が減少するほど減量されるように、パイロット噴射の燃料噴射量を設定し、この設定されたパイロット噴射量を用いて主噴射に先立つパイロット噴射を行うので、吸気酸素濃度が第2所定値から減少して第1所定値に到達するまでの移行期間で吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性であっても燃焼騒音を効率良く低減することができる。   According to the present invention, the intake oxygen concentration detecting / estimating means for detecting or estimating the intake oxygen concentration and the intake oxygen concentration adjusting device capable of adjusting the intake oxygen concentration are provided, and the intake oxygen concentration adjusting device in the first operation region. Is used to cause the first combustion mode, which is combustion mainly composed of premixed combustion, in a state where the intake oxygen concentration is set to a relatively small first predetermined value, and the second operation adjacent to the first operation region is performed. A second combustion mode that is different from the premixed combustion in a state where the intake oxygen concentration is set to a second predetermined value larger than the first predetermined value using the intake oxygen concentration adjusting device in the region; When switching from the operation region to the first operation region, the detected or estimated intake oxygen concentration decreases until reaching a third predetermined value between the second predetermined value and the first predetermined value. Inspired oxygen concentration decreases as it increases and then The fuel injection amount of the pilot injection is set so that the fuel injection amount is reduced, and the pilot injection prior to the main injection is performed using the set pilot injection amount, so that the intake oxygen concentration is reduced from the second predetermined value and 1 The combustion noise can be efficiently reduced even with the combustion noise characteristic that increases and peaks as the intake oxygen concentration decreases during the transition period until reaching a predetermined value.

本発明の第1実施形態のディーゼルエンジンの燃焼制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the combustion control apparatus of the diesel engine of 1st Embodiment of this invention. 新しい予混合燃焼によるクランク角度に対する熱発生率の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the heat release rate with respect to the crank angle by new premixed combustion. 圧縮上死点の直前で主噴射を行ったときの燃焼室内の様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the mode in a combustion chamber when main injection is performed just before the compression top dead center. エンジン回転数とエンジン負荷に対する運転領域図である。It is a driving | running area figure with respect to an engine speed and an engine load. 燃焼制御を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating combustion control. クランク角度に対する燃焼室内圧力2回微分値の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the combustion chamber pressure twice differential value with respect to a crank angle. 他の例の先行噴射の燃料量の特性図である。It is a characteristic view of the fuel amount of the preceding injection of another example. 他の例の先行噴射の噴射開始時期の特性図である。It is a characteristic view of the injection start time of the preceding injection of another example. C領域からB領域への移行期間でのパイロット噴射量、EGR率、吸気酸素濃度の変化を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing changes in pilot injection amount, EGR rate, and intake oxygen concentration during a transition period from a C region to a B region. 移行期間での吸気酸素濃度に対する燃焼騒音、予混合比率の特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of combustion noise and premixing ratio with respect to intake oxygen concentration during a transition period. 移行フラグの設定を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the setting of a transfer flag. 移行期間のパイロット噴射量の設定を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the setting of the pilot injection quantity of a transition period. C領域からB領域への切換時の実際の燃焼形態の切換を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating switching of the actual combustion form at the time of switching from C area | region to B area | region. EGRガス流量の特性図である。It is a characteristic view of an EGR gas flow rate.

図1は本発明の一実施形態のディーゼルエンジンの燃焼制御装置の概略構成である。図1において、ディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」と記述する。)1の排気通路40に、排気浄化のため、排気中の粒子状物質であるパティキュレートマター(Particulate Matter)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ16を備える。このディーゼルパティキュレートフィルタ16には、排気空燃比がリーンのときに排気中のNOxをトラップし、トラップしたNOxを排気空燃比がリッチのときに脱離浄化することのできるNOxトラップ触媒および酸化触媒(貴金属)を担持させて、流入する排気成分(NOx、HC、CO)を除去する機能を持たせてもよい。   FIG. 1 is a schematic configuration of a diesel engine combustion control apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, diesel that collects particulate matter (Particulate Matter), which is particulate matter in exhaust gas, for exhaust gas purification in an exhaust passage 40 of a diesel engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1. A particulate filter 16 is provided. The diesel particulate filter 16 traps NOx in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio is lean, and a NOx trap catalyst and an oxidation catalyst that can desorb and purify the trapped NOx when the exhaust air-fuel ratio is rich. A (noble metal) may be supported and may have a function of removing exhaust components (NOx, HC, CO) that flow in.

EGR装置(排気還流装置)として、EGR通路4とEGR弁5とを備える。すなわち、排気通路40のうち上流側の排気出口通路40aと吸気通路20の吸気コレクタ20bとを連通するEGR通路4が設けられ、EGR通路4の吸気コレクタ20b接続部にステッピングモータによりその開度が連続的に制御可能なEGR弁5が介装されている。   As an EGR device (exhaust gas recirculation device), an EGR passage 4 and an EGR valve 5 are provided. That is, an EGR passage 4 is provided in the exhaust passage 40 to connect the upstream exhaust outlet passage 40a and the intake collector 20b of the intake passage 20, and the opening of the EGR passage 4 is connected to the intake collector 20b by the stepping motor. A continuously controllable EGR valve 5 is interposed.

EGR通路4の途中には、EGR通路4を流れる排気を冷却するEGRクーラー17を備える。EGRクーラー17には水量調整手段(電動ファン等の水温調整手段でもよい)44を設けてある。水量調整手段としては、比例ソレノイド型の電磁弁や、ステップモータ等で駆動される制御弁を用いることができる。水量(または水温)を調整することでクーラー17の冷却効率を変化させてEGRガス温度を調整し、エンジン1に流入する作動ガス温度を制御する。この作動ガス温度は、吸気コレクタ20b内に臨んでいる温度センサ41によって検出される。吸気コレクタ20bに導入されるEGRガスの温度はEGRガス温度センサ42により検出される。   An EGR cooler 17 that cools the exhaust gas flowing through the EGR passage 4 is provided in the middle of the EGR passage 4. The EGR cooler 17 is provided with water amount adjusting means (or water temperature adjusting means such as an electric fan) 44. As the water amount adjusting means, a proportional solenoid type electromagnetic valve or a control valve driven by a step motor or the like can be used. The EGR gas temperature is adjusted by changing the cooling efficiency of the cooler 17 by adjusting the amount of water (or water temperature), and the working gas temperature flowing into the engine 1 is controlled. This working gas temperature is detected by a temperature sensor 41 facing the intake collector 20b. The temperature of the EGR gas introduced into the intake collector 20b is detected by the EGR gas temperature sensor 42.

吸気通路20の上流にエアクリーナ20aを備え、このエアクリーナ20aと吸気コレクタ20bとの間にアクチュエータ(例えばステッピングモータ式)によって開閉駆動される吸気絞り弁6を備える。エアクリーナ20aの下流には、吸入空気量Qairを検出するエアフローメータ7、吸気温度Tairを検出する吸気温度センサ8、吸気圧力Pairを検出する吸気圧力センサ9が配置されている。   An air cleaner 20a is provided upstream of the intake passage 20, and an intake throttle valve 6 that is opened and closed by an actuator (for example, a stepping motor type) is provided between the air cleaner 20a and the intake collector 20b. An air flow meter 7 for detecting the intake air amount Qair, an intake air temperature sensor 8 for detecting the intake air temperature Tair, and an intake air pressure sensor 9 for detecting the intake air pressure Pair are disposed downstream of the air cleaner 20a.

エンジン1にはコモンレール式の燃料噴射装置10を備える。コモンレール式燃料噴射装置10は、サプライポンプ11と、コモンレール(蓄圧室)14と、気筒毎に設けられる燃料噴射弁15とから大略構成され、サプライポンプ11により加圧された燃料が燃料供給通路12を介してコモンレール14にいったん蓄えられたあと、コモンレール14内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁15に分配される。   The engine 1 includes a common rail fuel injection device 10. The common rail type fuel injection device 10 is roughly constituted by a supply pump 11, a common rail (pressure accumulation chamber) 14, and a fuel injection valve 15 provided for each cylinder, and fuel pressurized by the supply pump 11 is supplied to a fuel supply passage 12. And once stored in the common rail 14, the high-pressure fuel in the common rail 14 is distributed to the fuel injection valves 15 of each cylinder.

上記のコモンレール14には、コモンレール14内の燃料圧力および燃料温度を検出するために、圧力センサ34および温度センサ35が設けられている。また、コモンレール14内の燃料圧力を制御するために、サプライポンプ11からの吐出燃料の一部が圧力制御弁13を介して図示しないオーバーフロー通路から燃料供給通路に戻されるようになっており、この圧力制御弁13がエンジンコントロールユニット30からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路の流路面積を変化させ得るようになっている。これにより、サプライポンプ11からコモンレール14への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール14内の燃料圧力が制御される。   The common rail 14 is provided with a pressure sensor 34 and a temperature sensor 35 in order to detect the fuel pressure and fuel temperature in the common rail 14. Further, in order to control the fuel pressure in the common rail 14, a part of the fuel discharged from the supply pump 11 is returned from the overflow passage (not shown) to the fuel supply passage via the pressure control valve 13. The pressure control valve 13 can change the flow passage area of the overflow passage in accordance with the duty signal from the engine control unit 30. Thereby, the substantial fuel discharge amount from the supply pump 11 to the common rail 14 is adjusted, and the fuel pressure in the common rail 14 is controlled.

燃焼室に臨んで設けられる燃料噴射弁15は、エンジンコントロールユニット30からのON−OFF信号によって開閉される電子式の噴射弁である。ON信号によって燃料を燃焼室に噴射し、OFF信号によって燃料の噴射を停止する。そして、燃料噴射弁15に指令されるON信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール14の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。コモンレール式燃料噴射装置10によれば、主噴射に先立つ先行噴射やパイロット噴射を容易に行わせることができる。   The fuel injection valve 15 provided facing the combustion chamber is an electronic injection valve that is opened and closed by an ON-OFF signal from the engine control unit 30. The fuel is injected into the combustion chamber by the ON signal, and the fuel injection is stopped by the OFF signal. The fuel injection amount increases as the ON signal period commanded to the fuel injection valve 15 increases, and the fuel injection amount increases as the fuel pressure of the common rail 14 increases. According to the common rail fuel injection device 10, it is possible to easily perform the preceding injection and the pilot injection prior to the main injection.

エンジン1の各気筒には筒内圧力を検出する圧力センサ2が設けられている。この圧力センサとして燃焼室内に臨むタイプのものや、座金形状のノッキングセンサタイプのものを用いることができる。エンジン1の適宜位置にエンジンの温度を代表するものとして、冷却水温度を検出する水温センサ31が取り付けられている。   Each cylinder of the engine 1 is provided with a pressure sensor 2 for detecting the in-cylinder pressure. As the pressure sensor, a type facing the combustion chamber or a washer-shaped knocking sensor type can be used. A water temperature sensor 31 that detects the coolant temperature is attached to the engine 1 at an appropriate position as a representative of the engine temperature.

エンジンコントロールユニット30には、圧力センサ2の信号(CP)、水温センサ31の信号(冷却水温Tw)、クランク角度センサ32の信号(エンジン回転数Neの基礎となるクランク角度信号)、クランク角度センサ33の信号(気筒判別信号Cy1)、コモンレール14の燃料圧力を検出する圧力センサ34の信号(コモンレール圧力Pcr)、燃料温度センサ35の信号(燃料温度Tf)、負荷に相当するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ50の信号(アクセル開度(負荷)Acc)、エアフローメータ7の信号(吸入空気量Qair)、吸気温度センサ8の信号(吸気温度Tair)、吸気圧力センサ9の信号(吸気圧力Pair)、作動ガス温度センサ41の信号(Tgas)がそれぞれ入力される。   The engine control unit 30 includes a signal (CP) from the pressure sensor 2, a signal from the water temperature sensor 31 (cooling water temperature Tw), a signal from the crank angle sensor 32 (a crank angle signal that is the basis of the engine speed Ne), and a crank angle sensor. 33 signal (cylinder discrimination signal Cy1), signal of the pressure sensor 34 for detecting the fuel pressure of the common rail 14 (common rail pressure Pcr), signal of the fuel temperature sensor 35 (fuel temperature Tf), and depression amount of the accelerator pedal corresponding to the load Accelerator opening sensor 50 signal (accelerator opening (load) Acc), air flow meter 7 signal (intake air amount Qair), intake air temperature sensor 8 signal (intake air temperature Tair), intake air pressure sensor 9 signal (Intake pressure Pair) and a signal (Tgas) of the working gas temperature sensor 41 are respectively input. .

また、排気通路40のディーゼルパティキュレートフィルタ16の出口部(入口部でも良い)に排気酸素濃度(O2exh)を検出する酸素濃度(空燃比)センサ43が設けられ、この信号もエンジンコントロールユニット30に入力されている。排気酸素濃度センサ43としては、例えば酸素イオン伝導性固体電解質を用いて、排気酸素濃度を検出するものを用いることができる。 Further, an oxygen concentration (air-fuel ratio) sensor 43 for detecting the exhaust oxygen concentration (O 2 exh) is provided at the outlet portion (or the inlet portion) of the diesel particulate filter 16 in the exhaust passage 40, and this signal is also sent to the engine control unit. 30. As the exhaust oxygen concentration sensor 43, for example, a sensor that detects the exhaust oxygen concentration using an oxygen ion conductive solid electrolyte can be used.

エンジンコントロールユニット30では、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射の噴射量及び噴射時期制御のための圧力制御弁13へのオーバーフロー通路の開度指令信号や燃料噴射弁15への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁6への開度指令信号、EGR弁5への開度指令信号、水量調整手段45への水量調整信号等を出力する。   In the engine control unit 30, based on these input signals, an opening command signal for the overflow passage to the pressure control valve 13 for controlling the injection amount and timing of fuel injection and a fuel injection command signal to the fuel injection valve 15. , An opening command signal to the intake throttle valve 6, an opening command signal to the EGR valve 5, a water amount adjustment signal to the water amount adjusting means 45, and the like are output.

さて、本発明の前提となる予混合燃焼を主体とした燃焼(以下「予混合燃焼」という。)(第1の燃焼形態)について先に説明する。この予混合燃焼は、NOxを低下させるには吸気酸素濃度は低い方が燃焼温度が下がるから良いが、着火の安定性が低下して、着火不良による未燃HCが増えたり、着火が早過ぎて燃焼が拡散的になってスモークが増えたりする、という課題を解決するために新たに考案されたものである。この新しい予混合燃焼形態は、主噴射に先立つ先行噴射を行って着火前の燃焼室内に、ストイキ(理論空燃比)よりリーンの混合気(以下単に「リーン混合気」という。)とストイキよりリッチの混合気(以下単に「リッチ混合気」という。)を偏在させ、リーン混合気とリッチ混合気とが偏在する状況下において燃焼を開始させる点に特徴を有する。   Now, combustion based on premixed combustion (hereinafter referred to as “premixed combustion”) (first combustion mode), which is a premise of the present invention, will be described first. This premixed combustion is good for lowering the NOx, because the lower the intake oxygen concentration is, the lower the combustion temperature is. However, the stability of ignition is lowered, the unburned HC due to poor ignition increases, and the ignition is too early. It was newly devised to solve the problem of combustion becoming diffusive and increasing smoke. In this new premixed combustion mode, an air-fuel mixture that is leaner than stoichiometric (stoichiometric air-fuel ratio) (hereinafter simply referred to as “lean air-fuel mixture”) and richer than stoichiometric in the combustion chamber before ignition is performed prior to main injection. This is characterized in that combustion is started in a situation where the lean mixture (hereinafter simply referred to as “rich mixture”) is unevenly distributed and the lean mixture and rich mixture are unevenly distributed.

ここで従来装置の予混合燃焼について簡単に述べると、スモーク低減のために圧縮工程中の早期に燃料噴射を実行して、均一な予混合気を形成し圧縮上死点近傍で着火燃焼させるという均一予混合燃焼、いわゆるHCCIが提案されている。この燃焼方法ではシリンダ内が低圧で燃料噴霧のペネトレーションが相対的に強く、かつピストンが下降している時期に、ピストンキャビティの外に燃料噴射が行われるため、シリンダ内壁に燃料噴霧が直接衝突し付着してしまう。このため、燃料による潤滑油の希釈、未燃燃料(HC)や不完全燃焼に伴うCO排出増加などの問題が生じる。また、予混合気の着火燃焼時期が不安定となり、着火の際には急激な燃焼となるため、燃焼騒音が増大するという問題がある。   To briefly describe the premix combustion of the conventional device, fuel injection is executed early in the compression process to reduce smoke, and a uniform premixed gas is formed to ignite and burn near the compression top dead center. Uniform premixed combustion, so-called HCCI, has been proposed. In this combustion method, fuel injection is performed outside the piston cavity when the pressure inside the cylinder is low and the fuel spray penetration is relatively strong, and the piston is descending. It will stick. For this reason, problems such as dilution of lubricating oil with fuel, increase in CO emissions due to unburned fuel (HC) and incomplete combustion occur. In addition, the ignition / combustion timing of the premixed gas becomes unstable, and sudden combustion occurs at the time of ignition, resulting in a problem that combustion noise increases.

また、少量の燃料を主噴射前の上死点近傍でパイロット噴射させて上死点後に予混合燃焼させ、パイロット噴射燃料の燃焼後の膨張行程で、本来圧力、温度が低下して主噴射だけでは燃焼が安定せず、失火するような時期に主噴射燃料を噴射する燃焼方法も提案されている(特許第3613666号公報参照)。この燃焼方法では、パイロット燃料の燃焼後の圧縮上死点後に主噴射を実行するため、パイロット燃料の燃焼によって燃焼室内の温度は上昇するものの、吸気酸素濃度が低下して着火性も相殺されやすい。また本来圧力、温度が低下して主噴射だけでは燃焼が安定せず、失火するような時期に主噴射燃料を噴射するため、噴射時期や燃焼室内温度変動に対する主噴射の着火感度が大きく、噴射時期が変動して遅角したり、吸気温度が低下したりすると簡単に失火して燃焼制御が困難になるという問題がある。   In addition, a small amount of fuel is pilot-injected near the top dead center before the main injection, premixed and combusted after the top dead center, and in the expansion stroke after the combustion of the pilot-injected fuel, the original pressure and temperature are reduced and only the main injection is performed. Has proposed a combustion method in which main injection fuel is injected at a time when combustion is not stable and misfire occurs (see Japanese Patent No. 3613666). In this combustion method, since the main injection is executed after the compression top dead center after the combustion of the pilot fuel, the temperature in the combustion chamber rises due to the combustion of the pilot fuel, but the intake oxygen concentration is lowered and the ignitability is easily offset. . In addition, the main injection fuel is injected at a time when the pressure and temperature drop and the main injection alone does not stabilize the combustion, and misfires occur. If the timing fluctuates and retards, or if the intake air temperature decreases, there is a problem that it is easy to misfire and combustion control becomes difficult.

一方、燃焼効率を高め、かつ予混合燃焼速度を適正化して急激燃焼による振動騒音の増加を防ぐために、燃料噴射を圧縮工程の早期に1回もしくは複数回実行される早期噴射と、早期噴射終了後の圧縮上死点付近での主噴射とに分割して燃料噴射を実行し、早期噴射による熱発生が終了した後に主噴射による熱発生を生じさせるという燃焼方法が提案されている(特開2004−218612号、特開2003−286879号、特開2004−176593号公報参照)。   On the other hand, in order to increase combustion efficiency and optimize the premixed combustion speed to prevent an increase in vibration noise due to rapid combustion, early injection that is executed once or a plurality of times at the early stage of the compression process, and early injection end There has been proposed a combustion method in which fuel injection is performed by dividing into later main injection near the compression top dead center, and heat generation by main injection is generated after heat generation by early injection is completed (Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A)). 2004-218612, JP-A-2003-286879, JP-A-2004-176593).

しかしながら、早期噴射を行う場合には、噴射された燃料が直ぐに着火しないように、シリンダ内が低圧で温度が低い状態で早期噴射が行われるが、早期噴射された燃料と主噴射された燃料の燃焼室内における当量比(混合気濃度)分布を適正にして、かつそれぞれの噴射燃料の着火時期または着火領域を適正にしないかぎり、熱効率を高く維持しつつ燃焼速度を適正化して急激燃焼による振動騒音の増加を防ぐことができないことが分かった。   However, when performing early injection, early injection is performed in a state where the temperature in the cylinder is low and the temperature is low so that the injected fuel does not ignite immediately. Unless the distribution of equivalence ratio (air mixture concentration) in the combustion chamber is appropriate and the ignition timing or ignition area of each injected fuel is appropriate, vibration noise caused by rapid combustion by optimizing the combustion speed while maintaining high thermal efficiency It was found that the increase in the amount could not be prevented.

早期噴射された燃料は主噴射に先立って予混合燃焼しやすいが、熱効率を高くするためには、早期噴射と主噴射による熱発生は圧縮上死点から開始させるのが望ましい。早期噴射による燃焼が圧縮上死点前に早期に発現する場合(比較的吸入ガスの酸素濃度が高いか、またはガス温度が高い場合)、早期噴射燃料の燃焼による燃焼室内温度の上昇によって、あるいは早期噴射燃料の燃焼火炎中に主噴射燃料が突入されることによって、主噴射燃料の着火燃焼が促進される。このため、熱効率が低下するだけでなく主噴射燃料の拡散燃焼度が高くなりスモークが増加する。   Although the fuel injected early is likely to premix combustion prior to the main injection, in order to increase the thermal efficiency, it is desirable to start the heat generation by the early injection and the main injection from the compression top dead center. If combustion due to early injection occurs early before compression top dead center (when the oxygen concentration of the intake gas is relatively high or the gas temperature is high), due to an increase in the temperature in the combustion chamber due to combustion of the early injection fuel, or When the main injection fuel enters the combustion flame of the early injection fuel, ignition combustion of the main injection fuel is promoted. For this reason, not only the thermal efficiency is lowered, but also the diffusion burnup of the main injection fuel is increased and smoke is increased.

この逆に、早期噴射と主噴射による燃焼が圧縮上死点後に発現する場合に、比較的吸入ガスの温度や酸素濃度が低い場合には、主噴射終了から主噴射燃料の燃焼開始までの予混合期間が長期化して主噴射燃料のリーン化も進み、着火の際には当量比分布がほとんど消失してしまい予混合比率の高い急峻な燃焼となるため燃焼騒音がほとんど低下できないという問題がある。あるいは過渡にリーン化が進んだ場合には主噴射された燃料の着火燃焼時期が不安定となり、このため失火による未燃燃料(HC)の排出や、不完全燃焼に伴うCO悪化などの問題が生じることが分かった。   Conversely, when combustion by early injection and main injection occurs after compression top dead center, if the intake gas temperature and oxygen concentration are relatively low, the prediction from the end of main injection to the start of combustion of main injection fuel is possible. There is a problem that the combustion period can hardly be reduced because the mixing period becomes longer and the leanness of the main injection fuel progresses, and the equivalence ratio distribution almost disappears at the time of ignition, resulting in sharp combustion with a high premixing ratio. . Or, when the leaning progresses transiently, the ignition and combustion timing of the main injected fuel becomes unstable, which causes problems such as the discharge of unburned fuel (HC) due to misfire and CO deterioration due to incomplete combustion. I found it to happen.

従って、着火時期における熱効率を高く維持しつつ燃焼速度を適正化して急激燃焼による振動騒音の増加を防ぎ、またHCやCO等の未燃成分やスモークの発生を減少させるためには、早期噴射燃料と主噴射燃料の予混合期間または着火時期を制御して、早期噴射燃料を主噴射前に燃焼させないこと、また、主噴射終了から主噴射燃料の燃焼開始までの予混合期間が長期化して主噴射燃料のリーン化が進み過ぎないようにすることが必要、つまり、着火時期における燃焼室内の当量比(混合気濃度)分布を適正化する必要がある。   Therefore, in order to keep the thermal efficiency at the ignition timing high and optimize the combustion speed to prevent the increase of vibration noise due to rapid combustion, and to reduce the generation of unburned components such as HC and CO and smoke, early injection fuel Control the premixing period or ignition timing of the main injection fuel to prevent the early injection fuel from burning before the main injection, and the premixing period from the end of the main injection to the start of combustion of the main injection fuel will be prolonged. It is necessary to prevent the leaning of the injected fuel from proceeding excessively, that is, it is necessary to optimize the equivalence ratio (air mixture concentration) distribution in the combustion chamber at the ignition timing.

そこで本発明者が、主噴射に先立つ燃料噴射を従来装置では考えられない範囲にまで進角させて実験を行い、また主噴射の噴射時期を圧縮上死点TDCを中心にして進角側や遅角側にばらつかせ、熱発生率(HRR)と燃焼質量割合(Mass Burnt)とを用いた燃焼解析を行った結果、満足のいく新たな予混合燃焼を見出すに至ったのである。   Therefore, the present inventor conducted an experiment by advancing the fuel injection prior to the main injection to a range that is not conceivable in the conventional apparatus, and the injection timing of the main injection is set to the advance side with respect to the compression top dead center TDC. As a result of performing a combustion analysis using the heat release rate (HRR) and the combustion mass ratio (Mass Burnt), it has been found that a satisfactory new premixed combustion is found.

なお、上記の「早期噴射」では考えられない進角側の時期で行わせる燃料噴射を「先行噴射」として定義する。すなわち、「先行噴射」と上記の「早期噴射」とは、主噴射に先立つ燃料噴射である点で同じであるが、噴射時期が「早期噴射」では考えられない進角側の時期である点で相違し、かつ後述するように、主噴射量に対する先行噴射量の割合が、主噴射量に対する早期噴射量の割合よりも数倍大きい点でも、「早期噴射」と相違する。   Note that fuel injection that is performed at an advanced timing that cannot be considered in the above-mentioned “early injection” is defined as “preceding injection”. That is, “preceding injection” and the above “early injection” are the same in that they are fuel injection prior to main injection, but the injection timing is an advanced timing that cannot be considered in “early injection”. As described later, and as will be described later, it is also different from “early injection” in that the ratio of the preceding injection amount to the main injection amount is several times larger than the ratio of the early injection amount to the main injection amount.

この新たな予混合燃焼を図2を参照して説明する。主噴射に先立つ先行噴射(図では「1st Inj.」と表記)では、予備燃焼の混合気を形成するだけでなく、主噴射の燃焼の際の燃焼騒音低減に寄与するリーン混合気をも形成するため、従来装置での予備燃焼目的の早期噴射の噴射量(例えば10%程度)よりも多い燃料(例えば20〜40%)を噴射する。   This new premixed combustion will be described with reference to FIG. The preceding injection prior to the main injection (indicated as “1st Inj” in the figure) not only forms a pre-combustion mixture, but also forms a lean mixture that contributes to reducing combustion noise during main injection combustion. Therefore, more fuel (for example, 20 to 40%) is injected than the injection amount (for example, about 10%) of the early injection for the purpose of preliminary combustion in the conventional apparatus.

先行噴射燃料による圧縮上死点TDC付近の混合気の多くが燃え易い当量比にならないようにする、つまり予備燃焼を生じる一部の混合気だけを燃え易い当量比とするため、従来装置での予備燃焼目的の早期噴射の噴射時期(例えばBTDC30°より遅い時期)よりもかなり早い時期(例えばBTDC30°以前)に先行噴射を行う。   In order to prevent most of the air-fuel mixture near the compression top dead center TDC by the pre-injected fuel from becoming an easily burnable equivalence ratio, that is, to make only a part of the air-fuel mixture causing pre-combustion an easily burnable equivalent ratio, Pre-injection is performed at a timing (for example, before BTDC 30 °) considerably earlier than an injection timing (for example, a timing later than BTDC 30 °) of the early injection for the purpose of preliminary combustion.

一方、あまりに早い時期に先行噴射を行うと、圧縮上死点TDC付近で先行噴射により形成される混合気が燃焼室内の全体に拡散し過ぎて(希薄化し過ぎて)燃焼が起こらなくなったり、先行噴射の噴射時期から圧縮上死点TDCになるまでの時間が長く、先行噴射時の燃焼室内圧力が低いことから燃料噴霧のペネトレーションが強くなって、燃料噴霧がボア壁に付着したりして、未燃HCが多くなるので、早い時期にするにしても限界がある。従って、この限界から先行噴射の噴射時期は圧縮上死点前(BTDC)60°以後を考えている。従って、図2に示したように、先行噴射の噴射時期を圧縮上死点前(BTDC)60°以後かつ圧縮上死点前(BTDC)30°以前に設定する。   On the other hand, if the pre-injection is performed too early, the air-fuel mixture formed by the pre-injection near the compression top dead center TDC is diffused too much in the entire combustion chamber (because it is too diluted), or combustion does not occur. The time from the injection timing to the compression top dead center TDC is long, the pressure in the combustion chamber at the time of the preceding injection is low, the fuel spray penetration becomes strong, the fuel spray adheres to the bore wall, Since unburned HC increases, there is a limit even if it is made early. Therefore, the injection timing of the preceding injection is considered after the compression top dead center (BTDC) 60 ° after this limit. Therefore, as shown in FIG. 2, the injection timing of the preceding injection is set to 60 ° before compression top dead center (BTDC) and 30 ° before compression top dead center (BTDC).

このように、先行噴射量は、従来装置での予備燃焼目的の早期噴射量より数倍多いのであるが、この大量の先行噴射燃料を、主噴射(図では「Main Inj.」と表記)を噴き終えるほどの遅い時期(圧縮上死点TDCを過ぎる時期)まで燃焼させないようにするため、従来装置での予備燃焼目的の早期噴射時の酸素濃度(例えば17〜18%程度)より大幅に低下させた酸素濃度(例えば12〜15%)(第1所定値)とする。   In this way, the pre-injection amount is several times larger than the early injection amount for the purpose of preliminary combustion in the conventional device, but this large amount of pre-injection fuel is used as the main injection (indicated as “Main Inj.” In the figure). In order not to burn until the time when spraying is late (the time when compression top dead center TDC is passed), the oxygen concentration at the time of early injection for the purpose of preliminary combustion in conventional devices (for example, about 17 to 18%) is significantly lower The oxygen concentration (for example, 12 to 15%) (first predetermined value) is set.

予混合化させるために主噴射も圧縮上死点TDC前までに噴き終える。特に熱発生を圧縮上死点TDC付近から発生させる(予備燃焼の山が圧縮上死点TDC付近から始まる)と、燃焼騒音が下がり、スモークが改善するという知見を得ている。熱発生を圧縮上死点TDC付近から発生させるには、主噴射を圧縮上死点TDC付近で噴き終える(先行噴射の最適噴射時期も変化することになる)。すなわち、図2に示したように、主噴射の噴射終了時期が圧縮上死点TDCの直前にくるようにする。図3に圧縮上死点TDCの直前で主噴射を行ったときの燃焼室内の様子を示す。   In order to premix, the main injection is also finished before the compression top dead center TDC. In particular, it has been found that if heat is generated near the compression top dead center TDC (the pre-combustion peak starts near the compression top dead center TDC), combustion noise is reduced and smoke is improved. In order to generate heat from the vicinity of the compression top dead center TDC, the main injection is finished in the vicinity of the compression top dead center TDC (the optimal injection timing of the preceding injection also changes). That is, as shown in FIG. 2, the injection end timing of the main injection is set immediately before the compression top dead center TDC. FIG. 3 shows a state in the combustion chamber when main injection is performed immediately before the compression top dead center TDC.

次に、新しい予混合燃焼の作用を説明する。   Next, the action of the new premixed combustion will be described.

先行噴射燃料によるリーン混合気の中では比較的拡散・予混合の遅れている一部の燃え易い当量比のリーン混合気と、主噴射燃料の中で比較的拡散・予混合の進んだ一部の燃えやすい当量比の混合気がTDC付近で低温酸化反応を生じて予備燃焼を形成する。   A lean mixture with a relatively flammable equivalent ratio, which is relatively delayed in the pre-injected lean mixture, and a part of the main injected fuel, which has a relatively advanced diffusion / premix An air-fuel mixture with an equivalent ratio of flammability causes a low-temperature oxidation reaction in the vicinity of TDC to form a preliminary combustion.

これによって燃焼室内の温度と圧力が上昇すると、主噴射燃料によるリッチ混合気の高温酸化反応が始まる。予備燃焼が終了する頃には、主噴射燃料は燃焼室内における拡散・予混合も進んでいるため比較的燃え易い当量比のリッチ混合気となって、高温酸化反応(拡散的燃焼)を生じ始める。   As a result, when the temperature and pressure in the combustion chamber rise, a high temperature oxidation reaction of the rich mixture by the main injection fuel starts. By the time the pre-combustion ends, the main injection fuel is also diffused and pre-mixed in the combustion chamber, so it becomes a rich mixture with an equivalence ratio that is relatively easy to burn and begins to produce a high-temperature oxidation reaction (diffusive combustion). .

主噴射燃料によるリッチ混合気の高温酸化反応(拡散的燃焼)は、予備燃焼で燃焼しなかった残りのリーン混合気の燃焼(予混合的燃焼)をも生じさせるので、主燃焼はこれらリッチ混合気の燃焼とリーン混合気の燃焼、すなわち拡散的燃焼と予混合的燃焼が混在して構成される。   The high-temperature oxidation reaction (diffusion combustion) of the rich mixture by the main injection fuel also causes the combustion of the remaining lean mixture (premixed combustion) that did not burn in the pre-combustion. Combustion of air and lean mixture, that is, diffusive combustion and premixed combustion are mixed.

主燃焼を構成する主噴射燃料はリッチ混合気であって拡散的燃焼が主体となるが、比較的拡散・予混合化が進んでいるのでスモークを抑えることができる。また拡散的燃焼が主体であるため燃焼の急峻性、すなわち燃焼騒音も緩和される。   The main injection fuel constituting the main combustion is a rich mixture and mainly consists of diffusive combustion. However, since the diffusion and premixing are relatively advanced, smoke can be suppressed. In addition, since it is mainly diffusive combustion, the steepness of combustion, that is, combustion noise is also reduced.

その一方で、主燃焼を構成するもう1つの混合気である先行噴射によるリーン混合気は燃焼が穏やかであり、これらが併存することで全体としても燃焼騒音を低下させ、燃焼温度も低下するのでさらにNOxを低減させる。   On the other hand, the lean mixture by the pre-injection, which is another mixture that constitutes the main combustion, is moderately combusted, and these coexistence reduces the combustion noise and the combustion temperature as a whole. Furthermore, NOx is reduced.

そして、リッチ混合気の燃焼に伴いリーン混合気の燃焼が促され、リーン混合気の燃え残りによる未燃HC排出という問題を招くこともない。   Further, the combustion of the lean mixture is promoted along with the combustion of the rich mixture, and there is no problem of unburned HC emission due to the unburned lean mixture.

つまり、先行噴射燃料によるリーン混合気の中では比較的拡散・予混合の遅れている一部の燃え易い当量比のリーン混合気と、主噴射燃料の中で比較的拡散・予混合の進んだ一部の燃えやすい当量比の混合気によって、圧縮上死点TDC付近で低温酸化反応を生じて予備燃焼を生じさせ、その後、燃焼室内で拡散・予混合の進んだ主噴射によるリッチ混合気と予備燃焼に使われず残った先行噴射によるリーン混合気とで主燃焼を行わせるのである。   In other words, a lean mixture with a relatively flammable equivalent ratio, which is relatively delayed in the lean mixture by the pre-injected fuel, and a relatively advanced diffusion / premix in the main injected fuel. Some of the flammable mixture with an equivalent ratio causes a low temperature oxidation reaction near the compression top dead center TDC to cause pre-combustion, and then the rich mixture by the main injection with advanced diffusion and premixing in the combustion chamber. The main combustion is performed with the lean air-fuel mixture obtained by the preceding injection that is not used for the preliminary combustion.

このような新しい予混合燃焼によれば、次の効果が得られる。   According to such new premixed combustion, the following effects can be obtained.

新しい燃焼形態では、NOxを低下させるため吸気酸素濃度を大幅に低下させた際、ストイキをはさんで当量比を濃淡分布させた上で着火する(燃焼が始まる)ようにしたので、リッチ混合気が確実に着火して、着火不良による未燃HCを低減することができる。   In the new combustion mode, when the intake oxygen concentration is greatly reduced to reduce NOx, ignition is performed after the equivalence ratio is distributed in light and shade with the stoichiometric ratio (combustion starts). Can reliably ignite, and unburned HC due to poor ignition can be reduced.

一方、リーン混合気を分布させるための先行噴射を早期(かなり早い時期)に行なうことによって、先行噴射による混合気が圧縮上死点前に燃え易い当量比になるのを防ぎ、先行噴射燃料が早い時期に着火して主噴射の噴射時期に火種になるのを抑え、主噴射燃料の拡散的な燃焼を抑制することができる。   On the other hand, the pre-injection for distributing the lean air-fuel mixture is performed early (much early), so that the air-fuel mixture by the pre-injection is prevented from having an equivalent ratio that is easy to burn before compression top dead center. It is possible to suppress ignition and ignition at the early injection period and to suppress the diffusive combustion of the main injection fuel.

吸気酸素濃度は大幅に低下しているので、予混合燃焼するリッチ混合気の燃焼急峻性を緩和することができ、さらにリッチ混合気とリーン混合気とが並存するため、リッチ混合気の予混合燃焼が急峻であっても、リーン混合気の緩慢な燃焼がトータルとしての燃焼の急峻性を抑えて燃焼騒音を低減することができる。   Since the intake oxygen concentration is greatly reduced, the precipitous combustion of the rich mixture that undergoes premix combustion can be mitigated, and the rich mixture and lean mixture coexist. Even if the combustion is steep, the slow combustion of the lean air-fuel mixture can suppress the steepness of the combustion as a whole and reduce the combustion noise.

その一方で、リーン混合気の燃焼が不完全になる傾向があるが、リッチ混合気の比較的急峻な燃焼が相殺して(リーン混合気の燃焼を促進させるため)燃焼が不完全になるのを防止することができる。   On the other hand, the combustion of the lean mixture tends to be incomplete, but the relatively sharp combustion of the rich mixture cancels out (to promote the combustion of the lean mixture) and the combustion becomes incomplete. Can be prevented.

さて、新しい予混合燃焼は全ての運転域で実現できるわけでなく、図4に示したように一部の運転領域に限られる。すなわち、エンジン回転数Neとエンジン負荷(例えばアクセル開度Acc)とをパラメータとして、運転領域を低負荷側から大きくA領域、B領域、C領域、D領域の4つに分割し、最も低負荷側のA領域を通常燃焼許可領域、B領域をEGR許可領域でかつ予混合燃焼許可領域、C領域をEGR許可領域でかつ通常燃焼許可領域、D領域をEGR不許可領域でかつ通常燃焼許可領域として定める。ここで、「通常燃焼」とは、従来のディーゼル燃焼、つまり拡散燃焼を主体とする燃焼(以下「拡散燃焼」という。)(第2の燃焼形態)のことで、「予混合燃焼」が上記で説明した新しい予混合燃焼のことである。このように、新しい予混合燃焼はB領域でだけ行う。B領域では吸気酸素濃度をEGR制御によって制御することが可能であるため、EGR制御によってB領域での吸気酸素濃度が上記の第1所定値aとなるように制御する。   Now, the new premixed combustion cannot be realized in all the operation regions, and is limited to a part of the operation regions as shown in FIG. That is, the engine speed Ne and the engine load (for example, accelerator opening degree Acc) are used as parameters, and the operation area is largely divided into four areas of A area, B area, C area, and D area from the low load side, and the lowest Side A area is a normal combustion permission area, B area is an EGR permission area and premixed combustion permission area, C area is an EGR permission area and normal combustion permission area, D area is an EGR non-permission area and normal combustion permission area Determine as Here, “normal combustion” refers to conventional diesel combustion, that is, combustion mainly consisting of diffusion combustion (hereinafter referred to as “diffusion combustion”) (second combustion mode). This is the new premixed combustion explained in. Thus, new premixed combustion is performed only in the B region. In the B region, the intake oxygen concentration can be controlled by EGR control, so that the intake oxygen concentration in the B region is controlled to be the first predetermined value a by EGR control.

図4に示す縦軸のエンジン負荷[%]を選るには、次のようにすればよい。すなわち、アクセル開度Acc[deg]とスロットル開度TVO[deg]とは1:1に対応させている(アクセルペダルを踏み込んでいないときのアクセル開度がアイドル時のスロットル開度に、アクセルペダルを一杯まで踏み込んだときのアクセル開度が全開時のスロットル開度に対応する)ので、現在のアクセル開度Acc[deg]を最大アクセル開度[deg]で除した値を%表示に変えば、縦軸のエンジン負荷[%]を得ることができる。横軸のエンジン回転数[%]を得るには、現在のエンジン回転数Ne[rpm]を最大回転数[rpm]で除した値を%表示に変えばよい。なお、横軸をエンジン回転数Ne[rpm]、縦軸をアクセル開度Acc[deg]とする運転領域図でもかまわない。   The engine load [%] on the vertical axis shown in FIG. 4 may be selected as follows. That is, the accelerator opening Acc [deg] and the throttle opening TVO [deg] correspond to 1: 1 (the accelerator opening when the accelerator pedal is not depressed is the throttle opening when idling, the accelerator pedal The accelerator opening when fully depressing the position corresponds to the throttle opening when fully open), so if you change the value obtained by dividing the current accelerator opening Acc [deg] by the maximum accelerator opening [deg] to% display The engine load [%] on the vertical axis can be obtained. In order to obtain the engine speed [%] on the horizontal axis, a value obtained by dividing the current engine speed Ne [rpm] by the maximum speed [rpm] may be changed to% display. Note that an operating region diagram in which the horizontal axis indicates the engine speed Ne [rpm] and the vertical axis indicates the accelerator opening degree Acc [deg] may be used.

エンジンコントロールユニット30によって行われる本発明の燃焼制御を図5のフローチャートを参照して説明する。   The combustion control of the present invention performed by the engine control unit 30 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップ1では、筒内圧力CP、吸入空気量Qair、吸入空気温度Tair、吸入空気圧力Pair、水温Tw、エンジン回転数Ne、気筒判別信号Cyl、コモンレール圧力Pcr、燃料温度Tf、アクセル開度Acc、吸入ガス温度Tgas、EGRガス温度Tegr、排気酸素濃度O2exhに対応する信号をそれぞれ読み込む。 In step 1, in-cylinder pressure CP, intake air amount Qair, intake air temperature Tair, intake air pressure Pair, water temperature Tw, engine speed Ne, cylinder discrimination signal Cyl, common rail pressure Pcr, fuel temperature Tf, accelerator opening Acc, Signals corresponding to the intake gas temperature Tgas, the EGR gas temperature Tegr, and the exhaust oxygen concentration O 2 exh are read.

ステップ2では、エンジン回転数Ne、アクセル開度Accおよび水温Tw等から現在の回転数と負荷、エンジンの温度状態を検出する。   In step 2, the current rotational speed and load, and the engine temperature state are detected from the engine rotational speed Ne, the accelerator opening Acc, the water temperature Tw, and the like.

ステップ3では、コモンレールによる燃料噴射の目標値を算出し、燃料噴射弁15の駆動制御を実行する。このため、まず圧力制御を行うが、コモンレール圧力制御は、エンジン回転数Neと負荷Accとをパラメータとして、エンジンコントロールユニット30のROMに予め記憶されている所定のマップを検索することによりコモンレール14の目標基準圧力PCR0を求め、この目標基準圧力PCR0が得られるように圧力制御弁13のフィードバック制御を実行する。   In step 3, a target value for fuel injection by the common rail is calculated, and drive control of the fuel injection valve 15 is executed. For this reason, the pressure control is first performed. The common rail pressure control is performed by searching a predetermined map stored in advance in the ROM of the engine control unit 30 using the engine speed Ne and the load Acc as parameters. A target reference pressure PCR0 is obtained, and feedback control of the pressure control valve 13 is executed so that the target reference pressure PCR0 is obtained.

そして燃料の噴射時期制御を行う。例えばエンジン回転数Neと負荷Accをパラメータとして、パイロット噴射の燃料噴射量Qpilot、主噴射の燃料噴射量Q main、コモンレール圧力(噴射圧力)PCR、パイロット噴射の噴射期間P period、主噴射の噴射期間M period、主噴射の噴射開始時期MIT、パイロット噴射の噴射開始時期PIT等を、エンジンコントロールユニット30のROMに予め記憶されている所定のマップデータを検索してそれぞれ求める。そして、パイロット噴射の燃料噴射量Qpilot、主噴射の燃料噴射量Q mainが供給されるように、クランク角度センサ32のクランク角度信号およびクランク角度センサ33の気筒判別信号Cylに基づいて、パイロット噴射の噴射開始時期PITよりパイロット噴射の噴射期間P periodのあいだ及び、主噴射の噴射開始時期MITより主噴射の噴射期間M periodのあいだ、噴射すべき気筒の燃料噴射弁15を開弁駆動する。   The fuel injection timing is controlled. For example, with the engine speed Ne and the load Acc as parameters, the fuel injection amount Qpilot for pilot injection, the fuel injection amount Q main for main injection, the common rail pressure (injection pressure) PCR, the injection period P period for pilot injection, and the injection period for main injection M period, injection start timing MIT of main injection, injection start timing PIT of pilot injection, etc. are obtained by searching predetermined map data stored in the ROM of the engine control unit 30 in advance. Then, based on the crank angle signal of the crank angle sensor 32 and the cylinder discrimination signal Cyl of the crank angle sensor 33, the pilot injection fuel injection amount Qpilot and the main injection fuel injection amount Qmain are supplied. The fuel injection valve 15 of the cylinder to be injected is driven to open during the injection period P period of the pilot injection from the injection start time PIT and during the injection period M period of the main injection from the injection start time MIT of the main injection.

ここで、上記パイロット噴射の燃料噴射量Qpilotには、B領域で行う先行噴射の噴射量を、上記パイロット噴射の噴射期間P periodには、B領域で行う先行噴射の噴射期間を、上記パイロット噴射の噴射開始時期PITには、B領域で行う先行噴射の噴射開始時期を含めている。これは、A領域、C領域、D領域うち少なくともC領域でパイロット噴射を行い、B領域で上記の先行噴射を行うのであるが、パイロット噴射を主噴射に先立って行う燃料噴射であると定義すれば、先行噴射もパイロット噴射であるため、先行噴射もパイロット噴射として含めたものである。そして、制御上は、マップよりB領域で検索したパイロット噴射の制御量(噴射量、噴射期間、噴射開始時期)を先行噴射の制御量(噴射量、噴射期間、噴射開始時期)として扱うことになる。   Here, the fuel injection amount Qpilot of the pilot injection includes the injection amount of the preceding injection performed in the B region, and the injection period P period of the pilot injection includes the injection period of the preceding injection performed in the B region. This injection start timing PIT includes the injection start timing of the preceding injection performed in the B region. This is defined as fuel injection in which pilot injection is performed in at least the C region of the A region, the C region, and the D region, and the preceding injection is performed in the B region, but the pilot injection is performed prior to the main injection. For example, since the preceding injection is also a pilot injection, the preceding injection is included as a pilot injection. In terms of control, the pilot injection control amount (injection amount, injection period, injection start timing) retrieved in the B region from the map is treated as the control amount (injection amount, injection period, injection start timing) of the preceding injection. Become.

ステップ4では、エンジン回転数Neと、エンジン負荷としてのアクセル開度Accとから定まる運転条件が、図4に示すように、予め定められた通常燃焼許可領域(A領域)、EGR許可領域でかつ予混合燃焼許可領域(B領域)、EGR許可領域でかつ通常燃焼許可領域(C領域)、EGR不許可領域でかつ通常燃焼許可領域(D領域)のいずれの領域にあるかを判定する。   In step 4, as shown in FIG. 4, the operating conditions determined from the engine speed Ne and the accelerator opening Acc as the engine load are a predetermined normal combustion permission region (A region), EGR permission region, and It is determined whether the premixed combustion permission area (B area), the EGR permission area and the normal combustion permission area (C area), or the EGR non-permission area and the normal combustion permission area (D area).

この判定の結果、運転条件がEGR許可領域でかつ予混合燃焼許可領域(B領域)にあるときだけステップ5に進み、主噴射の予混合制御期間(MPI:主噴射終了と主噴射の燃焼開始との間隔)を検出する。図2に示すように、新しい予混合燃焼では噴射すべき大部分の燃料が噴射された後に、先行噴射の熱発生と主噴射の低温酸化反応が同時に発現し、引き続き主噴射の主燃焼(高温酸化反応)が発現する。すなわち先行噴射によって形成されたリーンな混合気と主噴射によって形成された比較的リッチな混合気とが2つに分かれて混在する状態で着火・燃焼が開始される。言い換えると、予混合制御期間の検出値が予混合制御期間の目標値と一致していれば、新しい予混合燃焼を実現することができる。   As a result of this determination, the routine proceeds to step 5 only when the operating condition is in the EGR permission region and the premix combustion permission region (B region), and the main injection premix control period (MPI: end of main injection and start of combustion of main injection) ). As shown in FIG. 2, in the new premixed combustion, after most of the fuel to be injected is injected, the heat generation of the pre-injection and the low-temperature oxidation reaction of the main injection occur at the same time. Oxidation reaction). That is, ignition / combustion is started in a state where the lean air-fuel mixture formed by the preceding injection and the relatively rich air-fuel mixture formed by the main injection are mixed in two. In other words, if the detected value in the premix control period matches the target value in the premix control period, new premix combustion can be realized.

ここで、主噴射の燃焼開始タイミングを判定する方法としては、図6に示すように筒内圧力CPの燃焼室内圧力2回微分値dP2/dθ2[kPa/deg2]を用いることができる。例えば、図6のように燃焼室内圧力2回微分値が一度負の値となってから再度上昇しゼロ点をクロスするポイントを主噴射の燃焼開始タイミングであると定義して検出する。このようにして主噴射の燃焼開始タイミングを検出することができる。 Here, as a method for determining the combustion start timing of the main injection, as shown in FIG. 6, the combustion chamber pressure twice differential value dP 2 / dθ 2 [kPa / deg 2 ] of the in-cylinder pressure CP can be used. . For example, as shown in FIG. 6, a point at which the differential value twice in the combustion chamber pressure once becomes a negative value and then rises again and crosses the zero point is defined as the combustion start timing of the main injection. In this way, the combustion start timing of the main injection can be detected.

主噴射の燃焼開始タイミングを検出するためのパラメータは燃焼室内圧力2回微分値dP2/dθ2に限定されるものでない。例えば、燃焼室内圧力2回微分値dP2/dθ2に代えて、図2に示した主噴射の主燃焼熱発生率の上昇開始時期dQ/dθ[J/deg]を用いることもできる。この場合にはスライスレベルを設定してスライスレベルのクロスポイントを主噴射の燃焼開始タイミングと定義して検出するのが望ましい。 The parameter for detecting the combustion start timing of the main injection is not limited to the combustion chamber pressure twice differential value dP 2 / dθ 2 . For example, instead of the combustion chamber pressure twice differential value dP 2 / dθ 2 , the rise start timing dQ / dθ [J / deg] of the main combustion heat generation rate of the main injection shown in FIG. 2 may be used. In this case, it is desirable to detect the slice level by setting the cross point of the slice level as the combustion start timing of the main injection.

一方、主噴射の噴射終了タイミングは主噴射開始時期MITより主噴射期間M periodの期間が経過したタイミングであり、主噴射開始時期MITと主噴射期間M periodとから求めることができる。   On the other hand, the injection end timing of the main injection is a timing at which the main injection period M period has elapsed from the main injection start timing MIT, and can be obtained from the main injection start timing MIT and the main injection period M period.

ここで、先行噴射の燃料量と先行噴射の噴射開始時期とは簡単は一定値でよいが、先行噴射によるリーン混合気の形成を増加させて燃焼騒音低減効果を高めるため、先行噴射の燃料量は図7に示すように負荷の増大に伴って増加させ、また図8に示すように先行噴射の噴射開始時期を負荷の増大に伴って早めるのが望ましい。また先行噴射は、HCCI燃焼のようにシリンダ内壁に燃料噴霧が直接衝突し付着してしまうような早期に燃料噴射が実行されることは無く、かつ従来の拡散燃焼を基本とするパイロット噴射のように主噴射に近づけて噴射されることも無い。先行噴射の噴射開始時期は先行噴射燃料の殆どがピストンキャビティ内に噴射されるタイミングで行われるのが望ましいが、シリンダ内壁への燃料噴霧の衝突をより確実に防止するため、先行噴射の噴射回数を負荷の増大に伴って増加させてペネトレーションを低下させることも有効である。   Here, the fuel amount of the pre-injection and the injection start timing of the pre-injection may simply be a constant value, but the fuel amount of the pre-injection is increased in order to increase the formation of the lean mixture by the pre-injection and increase the combustion noise reduction effect. As shown in FIG. 7, it is desirable to increase the load as the load increases, and as shown in FIG. 8, it is desirable to advance the injection start timing of the preceding injection as the load increases. In addition, unlike the HCCI combustion, the pre-injection is not performed at an early stage where the fuel spray directly collides with and adheres to the inner wall of the cylinder, and unlike the pilot injection based on the conventional diffusion combustion. It is not injected close to the main injection. The injection start timing of the preceding injection is preferably performed at the timing at which most of the preceding injected fuel is injected into the piston cavity, but in order to more reliably prevent the collision of fuel spray with the cylinder inner wall, the number of injections of the preceding injection It is also effective to decrease the penetration by increasing the load as the load increases.

ステップ6では、予混合制御期間の目標値を算出する。つまり、主噴射燃料の着火時期において、燃焼室内に適度にリーン化された先行噴射燃料の混合気とリーン化されすぎない主噴射燃料の混合気とが2つに分かれて混在するように、予め実験等で求めた予混合制御期間の目標値を、エンジン回転数Neと、エンジン負荷としてのアクセル開度Accとをパラメータとして、エンジンコントロールユニット30のROMに予め記憶させておいたマップデータから検索して求める。   In step 6, a target value for the premix control period is calculated. In other words, at the ignition timing of the main injection fuel, the mixture of the pre-injection fuel that has been appropriately leaned in the combustion chamber and the mixture of the main injection fuel that has not been too lean are mixed in two in advance. The target value of the premix control period obtained by experiment etc. is retrieved from the map data stored in advance in the ROM of the engine control unit 30 using the engine speed Ne and the accelerator opening Acc as the engine load as parameters. And ask.

検出した予混合制御期間が予混合制御期間目標値と一致していなければ、新しい予混合燃焼を実現することができないので、ステップ7では、検出した予混合制御期間と算出した予混合制御期間目標値との偏差(dMPI)に基づいて着火時期制御を行うことにより新しい予混合燃焼を実現する。具体的には、予混合制御期間検出値が予混合制御期間目標値がよりも長い場合に、着火時期を早めて予混合制御期間を目標値に合わせる。その逆に、予混合制御期間検出値が、予混合制御期間目標値がよりも短い場合には、着火時期を遅らせて予混合制御期間を目標値に合わせる。   If the detected premix control period does not coincide with the premix control period target value, new premix combustion cannot be realized. Therefore, in step 7, the detected premix control period and the calculated premix control period target are set. A new premixed combustion is realized by controlling the ignition timing based on the deviation from the value (dMPI). Specifically, when the premix control period detection value is longer than the premix control period target value, the ignition timing is advanced and the premix control period is adjusted to the target value. Conversely, when the premix control period detection value is shorter than the premix control period target value, the ignition timing is delayed to match the premix control period to the target value.

着火時期を可変制御する手段としては、燃料の噴射時期や噴射圧力を制御したり、吸入ガスの温度や圧力、あるいは圧縮比等を可変制御して圧縮端温度を制御する方法、吸気酸素濃度や残留ガス割合を可変制御する方法があり、これらのいずれかの方法を採用することによって着火時期を任意に制御することが可能である。   Means for variably controlling the ignition timing include a method of controlling the fuel injection timing and pressure, a method of variably controlling the temperature and pressure of the intake gas, the compression ratio, etc., and controlling the compression end temperature, the intake oxygen concentration, There is a method of variably controlling the residual gas ratio, and it is possible to arbitrarily control the ignition timing by adopting any of these methods.

これで本発明の前提となる新しい予混合燃焼の説明を終える。   This completes the description of the new premixed combustion that is the premise of the present invention.

さて、上記の図4において運転条件がC領域(EGR許可領域でかつ通常燃焼許可領域)からB領域(EGR許可領域でかつ予混合燃焼許可領域)へと切換わる場合に、燃焼騒音が悪化することが判明している。これを解析したところを図9、図10に従って説明する。   Now, when the operating condition in FIG. 4 is switched from the C region (EGR permission region and normal combustion permission region) to the B region (EGR permission region and premixed combustion permission region), the combustion noise deteriorates. It has been found. An analysis of this will be described with reference to FIGS.

図9の上段、中段、下段にはC領域からB領域の切換時にパイロット噴射量、EGR率、吸気酸素濃度がどのように変化するのかを示している。また、上段のさらに上部に燃焼形態と運転領域とを示している。   The upper, middle, and lower stages in FIG. 9 show how the pilot injection amount, EGR rate, and intake oxygen concentration change when switching from the C region to the B region. Further, the combustion mode and the operation region are shown in the upper part of the upper stage.

運転条件がC領域からB領域へと切換わるのは、t1のタイミングであるので、このt1のタイミングで吸気酸素濃度をC領域での拡散燃焼に最適な値である第2所定値bからB領域での新たな予混合燃焼に最適な値である第1所定値aへとステップ的に低下させる必要がある。ここで、B領域ではEGR弁5(EGR装置)により吸気酸素濃度を調整し得るので、B領域での新たな予混合燃焼に最適な吸気酸素濃度である第1所定値aが得られるように、B領域での目標EGR率eを予め定めている。このため、運転条件がC領域からB領域に切換わるt1のタイミングで、目標EGR率を図9に一点鎖線で示したように、C領域での目標EGR率fからB領域での目標EGR率eへとステップ的に切換えている。   Since the operating condition is switched from the C region to the B region at the timing t1, the intake oxygen concentration at the timing t1 is changed from the second predetermined value b, which is an optimum value for diffusion combustion in the C region, to B. It is necessary to decrease stepwise to the first predetermined value a which is an optimum value for new premixed combustion in the region. Here, in the B region, the intake oxygen concentration can be adjusted by the EGR valve 5 (EGR device), so that the first predetermined value a which is the optimum intake oxygen concentration for the new premixed combustion in the B region is obtained. , The target EGR rate e in the B region is predetermined. Therefore, at the timing t1 when the operating condition is switched from the C region to the B region, the target EGR rate is changed from the target EGR rate f in the C region to the target EGR rate in the B region, as shown by a one-dot chain line in FIG. Step by step to e.

しかしながら、エンジンコントロールユニット30からEGR弁アクチュエータ(ステッピングモータ)に目標EGR率eが得られるまでEGR弁5を閉じるように指令しても、指令を受けてから実際にEGR弁5が閉じるまでに応答遅れがある。仮にEGR弁5が応答遅れなく閉じたとしても、EGR弁5から燃焼室までに配管の容積があるため、図9に実線で示したように実際のEGR率は遅れて変化するのであり、t3のタイミングで実際のEGR率が目標EGR率eに到達している。吸気酸素濃度は実際のEGR率に応じて変化するので、図9に実線で示したように実際のEGR率の変化に対応して連続的に減少し、t3のタイミングで第1所定値aに到達する。すなわち、吸気酸素濃度はEGR弁5の応答性や配管の容積などの影響により、t1のタイミングで第2所定値bから第1所定値aへとステップ的に変化し得ず、第1所定値aに向かって徐々に低下し、t3のタイミングでやっと第1所定値aに到達する。   However, even if the EGR valve actuator (stepping motor) is instructed to close the EGR valve 5 until the target EGR rate e is obtained from the engine control unit 30, it responds until the EGR valve 5 is actually closed after receiving the command. There is a delay. Even if the EGR valve 5 is closed without a response delay, the actual EGR rate changes with a delay as shown by the solid line in FIG. 9 because there is a volume of piping from the EGR valve 5 to the combustion chamber. At this timing, the actual EGR rate reaches the target EGR rate e. Since the intake oxygen concentration changes according to the actual EGR rate, as shown by the solid line in FIG. 9, it continuously decreases corresponding to the change in the actual EGR rate, and reaches the first predetermined value a at the timing of t3. To reach. That is, the intake oxygen concentration cannot change stepwise from the second predetermined value b to the first predetermined value a at the timing t1, due to the influence of the responsiveness of the EGR valve 5, the volume of the pipe, and the like. It gradually decreases toward a, and finally reaches the first predetermined value a at the timing t3.

図10は、吸気酸素濃度が第2所定値bから第1所定値aまでの吸気酸素濃度に対して、燃焼騒音、予混合比率がどのように変化するのかを実験しまとめた結果である。ここで、予混合比率とは、主噴射燃料の着火タイミングまでに燃焼室内に噴かれている燃料の量を、先行噴射の燃料量と主噴射の燃料量の合計である総燃料量で除した値をパーセントに換算した値である。この予混合比率は吸気酸素濃度が小さくなるほど大きくなっている。   FIG. 10 shows the results of experiments and summary of how the combustion noise and the premixing ratio change with respect to the intake oxygen concentration from the second predetermined value b to the first predetermined value a. Here, the premixing ratio is obtained by dividing the amount of fuel injected into the combustion chamber by the ignition timing of the main injection fuel by the total fuel amount that is the sum of the fuel amount of the preceding injection and the fuel amount of the main injection. It is a value converted to a percentage. This premixing ratio increases as the intake oxygen concentration decreases.

一方、燃焼騒音は、吸気酸素濃度が第2所定値bから小さくなるほど大きくなって第3所定値cのときピークをとり、それからは吸気酸素濃度が第1所定値aに向かって小さくなるほど急激に小さくなっている。この第3所定値cを図9に移してみると、t2のタイミングで吸気酸素濃度が第3所定値cに到達することとなる。すると、図9においては、B領域に切換わるt1のタイミングから燃焼騒音が徐々に大きくなってt2のタイミングでピークを採り、t2のタイミングからは燃焼騒音が低下し、吸気酸素濃度が第1所定値aに到達するt3のタイミングで燃焼騒音が無視できるレベルになる、と解析される。すなわち、図10に示したように、第2所定値bより第3所定値cまでの範囲で吸気酸素濃度が減少するほど大きくなり、第3所定値cを過ぎて吸気酸素濃度が減少するほど今度は小さくなる特性の燃焼騒音を防止するには、図9に実線で示したように、B領域への切換タイミングで与えるパイロット噴射量を初期値とし、第2所定値bから第3所定値cまで吸気酸素濃度が低下するほどパイロット噴射量を初期値から増やしてゆき、第3所定値cから第1所定値aまで吸気酸素濃度が低下するほど今度は第3所定値cのときのパイロット噴射量を初期値としてパイロット噴射量をこの初期値から減少させ、吸気酸素濃度が第1所定値aに到達するt3のタイミングでゼロとすることである。   On the other hand, the combustion noise increases as the intake oxygen concentration decreases from the second predetermined value b, and peaks when the intake oxygen concentration reaches the third predetermined value c, and then suddenly increases as the intake oxygen concentration decreases toward the first predetermined value a. It is getting smaller. When the third predetermined value c is shifted to FIG. 9, the intake oxygen concentration reaches the third predetermined value c at the timing t2. Then, in FIG. 9, the combustion noise gradually increases from the timing of t1 when switching to the B region and takes a peak at the timing of t2, the combustion noise decreases from the timing of t2, and the intake oxygen concentration becomes the first predetermined concentration. It is analyzed that the combustion noise becomes a negligible level at the timing t3 when the value a is reached. That is, as shown in FIG. 10, the intake oxygen concentration increases in the range from the second predetermined value b to the third predetermined value c, and increases as the intake oxygen concentration decreases after the third predetermined value c. In order to prevent combustion noise having a characteristic that becomes smaller this time, as shown by a solid line in FIG. 9, the pilot injection amount given at the timing of switching to the B region is set as an initial value, and the second predetermined value b to the third predetermined value are set. As the intake oxygen concentration decreases to c, the pilot injection amount is increased from the initial value, and as the intake oxygen concentration decreases from the third predetermined value c to the first predetermined value a, this time the pilot at the third predetermined value c. The pilot injection amount is decreased from the initial value with the injection amount as an initial value, and is made zero at the timing t3 when the intake oxygen concentration reaches the first predetermined value a.

B領域への切換タイミングで与えるパイロット噴射量を初期値として、第2所定値bから第3所定値cまでの範囲で吸気酸素濃度が低下するほどパイロット噴射量を初期値から増やしてゆくのは、吸気酸素濃度が第3所定値cに向かって低下するほど燃焼騒音が大きくなるためである。また、第3所定値cから第1所定値aまでの範囲で吸気酸素濃度が低下するほど今度は第3所定値cのときのパイロット噴射量を初期値としてパイロット噴射量をこの初期値から減らしてゆくのは、吸気酸素濃度が第1所定値aに向かって低下するほど燃焼騒音が小さくなるためである。ここでのパイロット噴射の役割は、種火としての役割を果たさせるものである。すなわち、拡散燃焼における予混合気が急激に燃焼することによって燃焼騒音が生じるのであるから、拡散燃焼における予混合気が急激に燃焼する前に種火を作り、これによって、拡散燃焼における予混合気が急激に燃焼しないようにし、燃焼騒音を防止するのである。このように、本発明によれば、図10に示した燃焼騒音の特性に従って、吸気酸素濃度が第2所定値bから第1所定値まで低下する移行期間でのパイロット噴射を行うことで、移行期間の全体にわたって燃焼騒音を防止できることになった。   With the pilot injection amount given at the switching timing to the B region as an initial value, the pilot injection amount is increased from the initial value as the intake oxygen concentration decreases in the range from the second predetermined value b to the third predetermined value c. This is because the combustion noise increases as the intake oxygen concentration decreases toward the third predetermined value c. Further, as the intake oxygen concentration decreases in the range from the third predetermined value c to the first predetermined value a, the pilot injection amount at the third predetermined value c is set to the initial value and the pilot injection amount is reduced from this initial value. This is because the combustion noise decreases as the intake oxygen concentration decreases toward the first predetermined value a. The role of pilot injection here is to play a role as a seed fire. In other words, combustion noise is generated when the premixed gas in the diffusion combustion is rapidly burned. Therefore, a pre-mixture is created before the premixed gas in the diffusion combustion is burnt rapidly, and thereby, the premixed gas in the diffusion combustion is created. This prevents the combustion from abruptly and prevents combustion noise. As described above, according to the present invention, the transition is performed by performing the pilot injection in the transition period in which the intake oxygen concentration decreases from the second predetermined value b to the first predetermined value in accordance with the characteristics of the combustion noise shown in FIG. Combustion noise could be prevented throughout the period.

これに対して、予混合燃焼領域への切換時の燃焼騒音の悪化を防止するため、吸気酸素濃度が予混合燃焼に最適な吸気酸素濃度に到達するまでの移行期間で実際のEGR率が増加するほどパイロット噴射量を減少させるようにする従来装置がある。しかしながら、この従来装置を本発明の対象としている移行期間にそのまま適用したのでは、燃焼騒音の悪化を効果的に防止することができない。すなわち、従来装置を本発明の対象としている移行期間にそのまま適用すると、パイロット噴射量の特性は図9に一点鎖線で示したようになり、実EGR率が増えるほどパイロット噴射量を減少することとなる。しかしながら、図10に示した燃焼騒音の特性によれば、図9において吸気酸素濃度が第2所定値bから第3所定値cまで低下するあいだ燃焼騒音が増大してゆくので、これに対応するには本発明のようにパイロット噴射量を増やしてゆかなければならないところ、従来装置では、この逆にパイロット噴射量を減らしてゆくのであるから燃焼騒音を効果的に抑制できないのである。   On the other hand, the actual EGR rate increases during the transition period until the intake oxygen concentration reaches the optimum intake oxygen concentration for premix combustion in order to prevent deterioration of combustion noise when switching to the premix combustion region There is a conventional device that reduces the pilot injection amount as the number of pilot injections increases. However, if this conventional apparatus is applied as it is during the transition period which is the subject of the present invention, deterioration of combustion noise cannot be effectively prevented. That is, if the conventional apparatus is applied as it is during the transition period that is the subject of the present invention, the characteristics of the pilot injection amount are as shown by the one-dot chain line in FIG. 9, and the pilot injection amount decreases as the actual EGR rate increases. Become. However, according to the characteristics of the combustion noise shown in FIG. 10, the combustion noise increases while the intake oxygen concentration in FIG. 9 decreases from the second predetermined value b to the third predetermined value c. However, the pilot injection amount must be increased as in the present invention. However, in the conventional apparatus, on the contrary, the pilot injection amount is decreased, so that combustion noise cannot be effectively suppressed.

また、本発明では、運転条件がB領域に切換わるt1のタイミングで新しい予混合燃焼へと切換えるのではなく、t1のタイミング以降もC領域での拡散燃焼をそのまま継続し、吸気酸素濃度が第1所定値aに到達するt3のタイミングでC領域での拡散燃焼から新しい予混合燃焼に切換える(図9参照)。   Further, in the present invention, instead of switching to the new premixed combustion at the timing t1 when the operating condition is switched to the B region, the diffusion combustion in the C region is continued as it is after the timing t1, and the intake oxygen concentration becomes the first. 1 At t3 when the predetermined value a is reached, the diffusion combustion in the C region is switched to the new premixed combustion (see FIG. 9).

次に、エンジンコントロールユニット30で実行されるこの制御内容を図11、図12、図13のフローチャートを参照して詳述する。   Next, details of the control executed by the engine control unit 30 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.

まず、図11は移行フラグを設定するためのもので、一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。   First, FIG. 11 is for setting a transition flag, which is executed at regular time intervals (for example, every 10 msec).

ステップ11では、エンジン負荷としてのアクセル開度Accと、エンジン回転数Neとを読み込み、ステップ12でエンジン負荷とエンジン回転数から定まる運転条件が、図4で示したC領域からB領域に切換わったか否かをみる。運転条件がC領域からB領域に切換わったタイミングになければそのまま今回の処理を終了する。   In step 11, the accelerator opening Acc as the engine load and the engine speed Ne are read. In step 12, the operating conditions determined from the engine load and the engine speed are switched from the C region to the B region shown in FIG. See if it was. If the operating condition is not at the timing when the C region is switched to the B region, the current process is terminated.

一方、運転条件がC領域からB領域に切換わったときには、ステップ12からステップ13に進んで移行フラグ(エンジン始動時にゼロに初期設定)=1とする。なお、運転条件がC領域からB領域に切換わったタイミングで図示しないEGR制御ルーチンにおいて目標EGR率がC領域での目標EGR率fからB領域での目標EGR率eへとステップ的に大きくなる(図9の一点鎖線参照)。   On the other hand, when the operating condition is switched from the C region to the B region, the process proceeds from step 12 to step 13 to set the transition flag (initially set to zero when the engine is started) = 1. The target EGR rate increases stepwise from the target EGR rate f in the C region to the target EGR rate e in the B region in an EGR control routine (not shown) at the timing when the operating condition is switched from the C region to the B region. (See the dashed line in FIG. 9).

図12は吸気酸素濃度が第2所定値bから減少して第1所定値aに落ち着くまでの期間である移行期間でパイロット噴射量を設定するためのもので、図11に続けて一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。   FIG. 12 is for setting the pilot injection amount in a transition period, which is a period until the intake oxygen concentration decreases from the second predetermined value b and settles to the first predetermined value a. (For example, every 10 msec).

ステップ21では移行フラグ(図11により設定済み)をみる。移行フラグ=0であるときには、そのまま今回の処理を終了する。   In step 21, the transition flag (set according to FIG. 11) is observed. If the transition flag = 0, the current process is terminated.

一方、移行フラグ=1であるときには、移行期間にあると判断し、ステップ21よりステップ22に進んで吸気酸素濃度センサにより検出される吸気酸素濃度O2intを読み込む。ここで、吸気酸素濃度O2intを検出するため、吸気酸素濃度センサを吸気コレクタ20bに設けておく。 On the other hand, when the transition flag = 1, it is determined that it is in the transition period, the process proceeds from step 21 to step 22, and the intake oxygen concentration O 2 int detected by the intake oxygen concentration sensor is read. Here, in order to detect the intake oxygen concentration O 2 int, an intake oxygen concentration sensor is provided in the intake collector 20b.

ステップ23では、吸気酸素濃度O2intと第3所定値cを比較する。第3所定値cは、移行期間中に燃焼騒音がピークを採るときの吸気酸素濃度である。第3所定値cは適合により予め定めておく。吸気酸素濃度O2intが第3所定値cより大きいときには、ステップ24に進み、移行フラグ=1となる直前のC領域でのパイロット噴射量を初期値としてパイロット噴射量を増量する。例えば、C領域でのパイロット噴射量をPiQ0とすると、B領域に切換わった初回(移行開始タイミング)はこれに増量係数αを乗算した値をパイロット噴射量として、つまり
PiQ=α×PiQ0 …(1)
の式により移行開始タイミングでのパイロット噴射量PiQを計算し、その後は、
PiQ=α×PiQ(前回) …(2)
ただし、PiQ(前回):PiQの前回値、
の式によりパイロット噴射量PiQを増量側に更新する。上記(1)式、(2)式の増量係数αは1より大きな値であり予め適合しておく。
In step 23, the intake oxygen concentration O 2 int is compared with a third predetermined value c. The third predetermined value c is the intake oxygen concentration when the combustion noise peaks during the transition period. The third predetermined value c is determined in advance by adaptation. When the intake oxygen concentration O 2 int is larger than the third predetermined value c, the routine proceeds to step 24, where the pilot injection amount in the C region immediately before the transition flag = 1 is set as the initial value and the pilot injection amount is increased. For example, if the pilot injection amount in the C region is PiQ0, the first time (shift start timing) when switching to the B region is obtained by multiplying this by the increase coefficient α as a pilot injection amount, that is, PiQ = α × PiQ0 (( 1)
The pilot injection amount PiQ at the transition start timing is calculated by the following formula, and thereafter
PiQ = α × PiQ (previous) (2)
However, PiQ (previous): previous value of PiQ,
The pilot injection amount PiQ is updated to the increase side by the following formula. The increase coefficient α in the above formulas (1) and (2) is a value larger than 1 and is adapted beforehand.

吸気酸素濃度O2intが第3所定値cより大きいときにはステップ24を繰り返す、つまり増量係数αを用いて上記(2)式を繰り返すことで、パイロット噴射量PiQが増えてゆく。 When the intake oxygen concentration O 2 int is larger than the third predetermined value c, the step 24 is repeated, that is, the equation (2) is repeated using the increase coefficient α, so that the pilot injection amount PiQ increases.

やがて、ステップ23で吸気酸素濃度O2intが第3所定値c以下になるとステップ25に進み、吸気酸素濃度O2intと第1所定値aを比較する。第1所定値aは、B領域での燃焼に最適に最適な吸気酸素濃度である。すなわち、前述したように第1所定値aは、主噴射が終了するまで低温酸化反応が生じないような吸気酸素濃度で、予め定めている。吸気酸素濃度O2intが第1所定値aより大きいときにはステップ26に進み、吸気酸素濃度が第3所定値c以下となる直前のタイミングでのパイロット噴射量を初期値としてパイロット噴射量を減量する。例えば、前回のパイロット噴射量に減量係数βを乗算した値をパイロット噴射量として、つまり
PiQ=β×PiQ(前回) …(3)
ただし、PiQ(前回):PiQの前回値、
の式によりパイロット噴射量PiQを減量側に更新する。上記(3)式の減量係数βは1より小さな正の値で予め適合しておく。
Eventually, when the intake oxygen concentration O 2 int becomes equal to or smaller than the third predetermined value c in step 23, the process proceeds to step 25, and the intake oxygen concentration O 2 int and the first predetermined value a are compared. The first predetermined value a is the optimum intake oxygen concentration for combustion in the B region. That is, as described above, the first predetermined value “a” is determined in advance by the intake oxygen concentration that does not cause the low-temperature oxidation reaction until the main injection is completed. When the intake oxygen concentration O 2 int is larger than the first predetermined value a, the routine proceeds to step 26, where the pilot injection amount at the timing immediately before the intake oxygen concentration becomes equal to or lower than the third predetermined value c is set as the initial value and the pilot injection amount is decreased. . For example, a value obtained by multiplying the previous pilot injection amount by the reduction coefficient β is used as the pilot injection amount, that is, PiQ = β × PiQ (previous) (3)
However, PiQ (previous): previous value of PiQ,
The pilot injection amount PiQ is updated to the decreasing side by the following formula. The weight loss coefficient β in the above equation (3) is preliminarily adapted to a positive value smaller than 1.

吸気酸素濃度O2intが第2所定値bより大きいときにはステップ26を繰り返す、つまり減量係数βを用いて上記(3)式を繰り返すことで、パイロット噴射量PiQが減少してゆく。 When the intake oxygen concentration O 2 int is larger than the second predetermined value b, the step 26 is repeated, that is, the equation (3) is repeated using the reduction coefficient β, so that the pilot injection amount PiQ is decreased.

やがて、ステップ25で吸気酸素濃度O2intが第2所定値b以下になると移行期間が終了した、つまりこれ以上パイロット噴射を行うのは不要であると判断し、ステップ27に進んでパイロット噴射量PiQ=0とすると共に、移行フラグ=0とする。ステップ29では燃焼形態切換フラグ(エンジン始動時にゼロに初期設定)=1とする。 Eventually, when the intake oxygen concentration O 2 int becomes equal to or less than the second predetermined value b in step 25, it is determined that the transition period has ended, that is, it is not necessary to perform further pilot injection. PiQ = 0 and the transition flag = 0. In step 29, the combustion mode switching flag (initially set to zero when the engine is started) is set to 1.

実施形態では、吸気酸素濃度が第3所定値cより大きいか小さいかによってパイロット噴射を増量してゆくのか減量してゆくのかを定めているが、これに限られない。例えば、吸気酸素濃度と実EGR率とは1:1に対応するので、図9に示したように、第3所定値cに対応する実EGR率gを求めることができる。この第3所定値cに対応する実EGR率gを第3所定値gとすれば、実EGR率とこの第3所定値gを比較し、実EGR率が第3所定値gより小さい場合に、パイロット噴射量を増量してゆき、実EGR率が第3所定値g以上となればパイロット噴射量を減量してゆけばよい。また、実EGR率がB領域での目標EGR率eに到達したとき、移行期間の終了であると判定する。   In the embodiment, it is determined whether to increase or decrease the pilot injection depending on whether the intake oxygen concentration is larger or smaller than the third predetermined value c, but is not limited thereto. For example, since the intake oxygen concentration and the actual EGR rate correspond to 1: 1, as shown in FIG. 9, the actual EGR rate g corresponding to the third predetermined value c can be obtained. If the actual EGR rate g corresponding to the third predetermined value c is the third predetermined value g, the actual EGR rate is compared with the third predetermined value g, and the actual EGR rate is smaller than the third predetermined value g. Then, the pilot injection amount is increased, and if the actual EGR rate becomes equal to or greater than the third predetermined value g, the pilot injection amount may be decreased. Further, when the actual EGR rate reaches the target EGR rate e in the B region, it is determined that the transition period has ended.

ここで、実EGR率としては目標EGR率の荷重平均値を用いるか、次のようにして推定する。すなわち、EGR弁5の開度と、EGR弁5の前後差圧から図14を内容とするマップを検索することによりEGR弁5を流れるEGRガス流量を算出し、このEGRガス流量と、エアフローメータ7により検出される新気流量との比を実EGR率として求める。   Here, as the actual EGR rate, a load average value of the target EGR rate is used or estimated as follows. That is, the EGR gas flow rate flowing through the EGR valve 5 is calculated by searching a map having the contents shown in FIG. 14 from the opening degree of the EGR valve 5 and the differential pressure across the EGR valve 5, and the EGR gas flow rate and the air flow meter are calculated. 7 is calculated as the actual EGR rate.

図13はB領域に切換わった後もC領域での拡散燃焼を継続し、移行期間が終了したタイミングで新しい予混合燃焼に切換えるためのもので、図12に続けて一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。なお、図13は運転条件がC領域からB領域へと切換わった後に実行するものとする。   FIG. 13 is for continuing the diffusive combustion in the C region after switching to the B region and switching to a new premixed combustion at the timing when the transition period is completed. Every). Note that FIG. 13 is executed after the operating condition is switched from the C region to the B region.

ステップ31ではエンジン負荷としてのアクセル開度と、エンジン回転数とから定まる運転条件がB領域にあるか否か、ステップ32では燃焼形態切換フラグ(図12により設定済み)=1であるか否かをみる。運転条件がB領域にないときにはそのまま今回の処理を終了する。   In step 31, whether or not the operating condition determined from the accelerator opening as the engine load and the engine speed is in the B region, and in step 32, whether or not the combustion mode switching flag (set according to FIG. 12) = 1. See. If the operating condition is not in the B region, the current process is terminated.

運転条件がB領域にあっても燃焼形態切換フラグ=0であればまだ移行期間が終了していないと判断し、ステップ33に進んで、C領域での拡散燃焼を実行する。運転条件がB領域にありかつ燃焼形態切換フラグ=1であれば移行期間が終了したと判断し、ステップ34に進んで、新しい予混合燃焼を実行する。すなわち、運転条件がB領域に切換わったからといって直ぐに新しい予混合燃焼を実行するのではなく、移行期間中はC領域での拡散燃焼を継続し、移行期間の終了後に新しい予混合燃焼を実行する。   Even if the operation condition is in the B region, if the combustion mode switching flag = 0, it is determined that the transition period has not yet ended, and the routine proceeds to step 33, where diffusion combustion in the C region is executed. If the operating condition is in the B region and the combustion mode switching flag = 1, it is determined that the transition period has ended, and the routine proceeds to step 34 where new premixed combustion is executed. That is, instead of executing the new premixed combustion immediately after the operating condition is switched to the B region, the diffusion combustion in the C region is continued during the transition period, and the new premixed combustion is performed after the transition period ends. Run.

そして、移行期間が終了するまでC領域での拡散形態を行いつつ図12で設定した移行期間でのパイロット噴射量PiQを用いて主噴射に先立つパイロット噴射を行わせる。なお、図9においてt1のタイミングまでC領域での拡散燃焼が行われるが、この拡散燃焼を実現するためのパイロット噴射は上記の図5に従って行われ、t1のタイミングからt3のタイミング直前までは、パイロット噴射の噴射時期はそのままでパイロット噴射の噴射量が図12で設定した移行期間でのパイロット噴射量PiQに置き換わってパイロット噴射が行われることになる。   Then, the pilot injection prior to the main injection is performed using the pilot injection amount PiQ in the transition period set in FIG. 12 while performing the diffusion mode in the C region until the transition period ends. In FIG. 9, diffusion combustion in the C region is performed until the timing of t1, but pilot injection for realizing this diffusion combustion is performed according to FIG. 5, and from the timing of t1 to immediately before the timing of t3, The pilot injection is performed by replacing the pilot injection amount PiQ in the transition period set in FIG. 12 while maintaining the injection timing of the pilot injection.

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。   Here, the effect of this embodiment is demonstrated.

本実施形態(請求項1に記載の発明)によれば、吸気酸素濃度センサ(吸気酸素濃度検出手段)と、EGR弁5(吸気酸素濃度調整装置)とを備え、B領域(第1の運転領域)でこのEGR弁5を用いて吸気酸素濃度を相対的に小さい第1所定値aとした状態で予混合燃焼(第1の燃焼形態)を行わせ(図5のステップ1〜3参照)、B領域に隣接するC領域(第2の運転領域)でEGR弁5を用いて吸気酸素濃度を第1所定値aよりも大きい第2所定値bとした状態で拡散燃焼(第2の燃焼形態)を行わせ(図5のステップ1〜3参照)、C領域からB領域に切換わった場合に、検出される吸気酸素濃度が減少して第2所定値bと第1所定値aとの間にある第3所定値cに到達するまでは増量されるようにかつその後には吸気酸素濃度が減少するほど減量されるように、パイロット噴射の燃料噴射量を設定し(図12のステップ21〜28参照)、この設定されたパイロット噴射量を用いてパイロット噴射を行う(図13のステップ31、32、33参照)ので、吸気酸素濃度が第2所定値bから減少して第1所定値aに到達するまでの移行期間で吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性であっても燃焼騒音を効率良く低減することができる。   According to the present embodiment (invention described in claim 1), an intake oxygen concentration sensor (intake oxygen concentration detection means) and an EGR valve 5 (intake oxygen concentration adjustment device) are provided, and a region B (first operation) is provided. Region), the premixed combustion (first combustion mode) is performed in a state where the intake oxygen concentration is set to a relatively small first predetermined value a using the EGR valve 5 (see steps 1 to 3 in FIG. 5). In the region C adjacent to the region B (second operating region), the EGR valve 5 is used to perform diffusion combustion (second combustion) with the intake oxygen concentration being set to a second predetermined value b larger than the first predetermined value a. (See Steps 1 to 3 in FIG. 5), and when the C region is switched to the B region, the detected oxygen concentration decreases, and the second predetermined value b and the first predetermined value a Until the third predetermined value c is reached, and after that, the intake oxygen concentration decreases. The fuel injection amount of the pilot injection is set so that the amount is reduced as it goes (see steps 21 to 28 in FIG. 12), and the pilot injection is performed using the set pilot injection amount (steps 31 and 32 in FIG. 13). , 33), the intake oxygen concentration decreases as the intake oxygen concentration decreases during the transition period from the second predetermined value b to the first predetermined value a, and takes a peak and then decreases. Even if it is a combustion noise characteristic, a combustion noise can be reduced efficiently.

本実施形態(請求項2に記載の発明)によれば、吸気酸素濃度が第2所定値bから減少して第1所定値aに到達するまでの移行期間で拡散燃焼(第2の燃焼形態)を継続し、吸気酸素濃度が第1所定値aに到達したとき、予混合燃焼(第1の燃焼形態)に切換えるので(図13のステップ31、32、33、ステップ31、32、34参照)、C領域(第2の運転領域)からB領域(第1の運転領域)に切換わったタイミングで予混合燃焼(第1の燃焼形態)に切換える場合よりも燃焼騒音の悪化を抑制できる。   According to the present embodiment (the invention described in claim 2), diffusion combustion (second combustion mode) is performed during the transition period until the intake oxygen concentration decreases from the second predetermined value b and reaches the first predetermined value a. ) Is continued, and when the intake oxygen concentration reaches the first predetermined value a, the pre-mixed combustion (first combustion mode) is switched (see steps 31, 32, 33, steps 31, 32, 34 in FIG. 13). ), Deterioration of combustion noise can be suppressed as compared with the case of switching to premixed combustion (first combustion mode) at the timing of switching from the C region (second operating region) to the B region (first operating region).

本実施形態(請求項3に記載の発明)によれば、吸気酸素濃度調整装置はEGR率を調整し得るEGR弁5であり、吸気酸素濃度推定手段は吸気酸素濃度を実際のEGR率に基づいて推定するので、吸気酸素濃度を直接検出せずとも吸気酸素濃度を推定することができる。  According to this embodiment (the invention described in claim 3), the intake oxygen concentration adjusting device is the EGR valve 5 capable of adjusting the EGR rate, and the intake oxygen concentration estimating means is configured to determine the intake oxygen concentration based on the actual EGR rate. Therefore, the intake oxygen concentration can be estimated without directly detecting the intake oxygen concentration.

本実施形態(請求項4に記載の発明)によれば、第1所定値aは、主噴射が終了するまで低温酸化反応が生じないような吸気酸素濃度であり、圧縮工程中に主噴射に先立つ先行噴射を行った後、主噴射を行って、リーン混合気とリッチ混合気とを偏在させた予混合気を形成したところで燃焼を開始させるので、NOxを低下させるため吸気酸素濃度を大幅に低下させた状態でもリッチ混合気が確実に着火して、着火不良による未燃HCを低減することができる。  According to the present embodiment (the invention described in claim 4), the first predetermined value a is an intake oxygen concentration that does not cause a low-temperature oxidation reaction until the main injection is completed, and the main injection is performed during the compression process. After performing the preceding pre-injection, the main injection is performed, and combustion is started when the pre-mixture in which the lean mixture and the rich mixture are unevenly distributed is formed, so the intake oxygen concentration is greatly increased in order to reduce NOx. Even in the lowered state, the rich air-fuel mixture is reliably ignited, and unburned HC due to poor ignition can be reduced.

一方、本実施形態(請求項4に記載の発明)によれば、リーン混合気を分布させるための先行噴射を早期(かなり早い時期)に行なうことによって、先行噴射による混合気が圧縮上死点前に燃え易い当量比になるのを防ぎ、先行噴射燃料が早い時期に着火して主噴射の噴射時期に火種になるのを抑え、主噴射燃料の拡散的な燃焼を抑制することができる。   On the other hand, according to the present embodiment (the invention described in claim 4), by performing the preceding injection for distributing the lean air-fuel mixture at an early stage (a considerably early time), the air-fuel mixture obtained by the preceding injection is compressed top dead center. It is possible to prevent an equivalence ratio that is easy to burn before, to prevent the pre-injected fuel from being ignited early and to become a fire type at the injection timing of the main injection, and to suppress diffusive combustion of the main injected fuel.

本実施形態(請求項4に記載の発明)によれば、吸気酸素濃度は大幅に低下しているので、予混合燃焼するリッチ混合気の燃焼急峻性を緩和することができ、さらにリッチ混合気とリーン混合気とが並存するため、リッチ混合気の予混合燃焼が急峻であっても、リーン混合気の緩慢な燃焼がトータルとしての燃焼の急峻性を抑えて燃焼騒音を低減することができる。   According to the present embodiment (the invention described in claim 4), since the intake oxygen concentration is greatly reduced, the combustion steepness of the rich mixture that is premixed and combusted can be reduced, and the rich mixture is further reduced. And lean mixture coexist, even if the premixed combustion of the rich mixture is steep, the slow combustion of the lean mixture can suppress the steepness of combustion as a total and reduce combustion noise .

その一方で、本実施形態(請求項4に記載の発明)によれば、リーン混合気の燃焼が不完全になる傾向があるが、リッチ混合気の比較的急峻な燃焼が相殺して(リーン混合気の燃焼を促進させるため)燃焼が不完全になるのを防止することができる。   On the other hand, according to the present embodiment (the invention described in claim 4), the combustion of the lean mixture tends to be incomplete, but the relatively sharp combustion of the rich mixture cancels (lean). It is possible to prevent incomplete combustion (to promote combustion of the air-fuel mixture).

本実施形態(請求項6に記載の発明)によれば、主噴射を圧縮上死点の直前で噴き終えるので、燃焼騒音が下がるだけでなくスモークをも低減できる。   According to the present embodiment (the invention described in claim 6), since the main injection is completed immediately before the compression top dead center, not only the combustion noise is reduced, but also the smoke can be reduced.

1 エンジン
5 EGR弁(吸気酸素濃度調整装置)
15 燃料噴射弁
30 エンジンコントロールユニット
1 Engine 5 EGR valve (Intake oxygen concentration adjustment device)
15 Fuel injection valve 30 Engine control unit

Claims (6)

吸気酸素濃度を検出または推定する吸気酸素濃度検出・推定手段と、
吸気酸素濃度を調整し得る吸気酸素濃度調整装置と、
第1の運転領域でこの吸気酸素濃度調整装置を用いて吸気酸素濃度を相対的に小さい第1所定値とした状態で予混合燃焼を主体とした燃焼である第1の燃焼形態を行わせる第1燃焼形態実行手段と、
前記第1の運転領域に隣接する第2の運転領域で前記吸気酸素濃度調整装置を用いて吸気酸素濃度を前記第1所定値よりも大きい第2所定値とした状態で前記予混合燃焼とは異なる燃焼である第2の燃焼形態を行わせる第2燃焼形態実行手段と、
前記第2の運転領域から前記第1の運転領域に切換わった場合に、前記検出または推定される吸気酸素濃度が減少して前記第2所定値と前記第1所定値との間にある第3所定値に到達するまでは増量されるようにかつその後には吸気酸素濃度が減少するほど減量されるように、パイロット噴射の燃料噴射量を設定するパイロット噴射量設定手段と、
この設定されたパイロット噴射量を用いて主噴射に先立つパイロット噴射を行うパイロット噴射実行手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
Inspiratory oxygen concentration detection / estimation means for detecting or estimating the inspiratory oxygen concentration;
An intake oxygen concentration adjustment device capable of adjusting the intake oxygen concentration;
In the first operating region, the first combustion mode is performed in which the intake oxygen concentration is set to a relatively small first predetermined value using the intake oxygen concentration adjusting device and combustion is mainly premixed combustion. 1 combustion mode execution means;
What is the premixed combustion in a state where the intake oxygen concentration is set to a second predetermined value larger than the first predetermined value using the intake oxygen concentration adjusting device in a second operation region adjacent to the first operation region? Second combustion mode execution means for performing a second combustion mode that is different combustion;
When the second operating region is switched to the first operating region, the detected or estimated intake oxygen concentration is reduced to a second value between the second predetermined value and the first predetermined value. (3) Pilot injection amount setting means for setting the fuel injection amount of the pilot injection so that the fuel injection amount is increased until the predetermined value is reached and then decreased as the intake oxygen concentration decreases;
A diesel engine combustion control device comprising: pilot injection execution means for performing pilot injection prior to main injection using the set pilot injection amount.
前記吸気酸素濃度が前記第2所定値から減少して前記第1所定値に到達するまでの移行期間で前記第2の燃焼形態を継続し、前記吸気酸素濃度が前記第1所定値に到達したとき、前記第1の燃焼形態に切換えることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。   The second combustion mode is continued in a transition period until the intake oxygen concentration decreases from the second predetermined value and reaches the first predetermined value, and the intake oxygen concentration reaches the first predetermined value. 2. The diesel engine combustion control device according to claim 1, wherein the combustion mode is switched to the first combustion mode. 前記吸気酸素濃度調整装置はEGR率を調整し得るEGR装置であり、
前記吸気酸素濃度推定手段は前記吸気酸素濃度を実際のEGR率に基づいて推定することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
The intake oxygen concentration adjusting device is an EGR device capable of adjusting an EGR rate,
The diesel engine combustion control apparatus according to claim 1, wherein the intake oxygen concentration estimating means estimates the intake oxygen concentration based on an actual EGR rate.
前記第1燃焼形態実行手段は、前記第1所定値は、主噴射が終了するまで低温酸化反応が生じないような吸気酸素濃度であり、圧縮工程中に主噴射に先立つ先行噴射を行った後、主噴射を行って、リーン混合気とリッチ混合気とを偏在させた予混合気を形成したところで燃焼を開始させることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。   In the first combustion mode execution means, the first predetermined value is an intake oxygen concentration that does not cause a low-temperature oxidation reaction until the main injection is completed, and after performing the preceding injection prior to the main injection during the compression process 2. The combustion control apparatus for a diesel engine according to claim 1, wherein combustion is started when a pre-mixture in which lean mixture and rich mixture are unevenly distributed is formed by performing main injection. 前記先行噴射で前記リーン混合気を形成し、圧縮上死点TDC付近で行われる主噴射で前記リッチ混合気を形成することを特徴とする請求項4に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。   5. The diesel engine combustion control apparatus according to claim 4, wherein the lean mixture is formed by the preceding injection, and the rich mixture is formed by main injection performed in the vicinity of the compression top dead center TDC. 前記主噴射を圧縮上死点の直前で噴き終えることを特徴とする請求項5に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。   The diesel engine combustion control apparatus according to claim 5, wherein the main injection is finished immediately before the compression top dead center.
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