JP5282604B2 - 圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという。)1は、吸気通路20と排気通路40を備える。
吸気通路20の上流側にはエアクリーナ20aが設けられ、その下流に吸入空気量Qairを検出するためのエアフローメータ7と、吸気温度Tairを検出するための温度センサ8と、吸気圧力Pairを検出するための圧力センサ9が配置されている。また、エアクリーナ20aと吸気コレクタ20bとの間の吸気通路20には、たとえばステッピングモータで構成されたアクチュエータによって開閉駆動される吸気絞り弁6が設けられている。
一方、排気通路40の上流側部分を構成する排気出口通路40aの下流には、排気浄化のため、排気中の粒子状物質であるPM(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(以下、DPF16と省略する。)が配置されている。なお、DPF16に、排気空燃比がリーンのときに排気中の窒素酸化物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貴金属などの酸化触媒を担持させ、流入する窒素酸化物NOx、炭化水素HC、一酸化炭素COなどの排気成分を除去する機能を持たせることもできる。
吸気通路20の吸気コレクタ20bと排気出口通路40aとの間には、排気還流装置としての、排気の一部を還流するためのEGR通路4と、EGR通路4の途中にEGR通路4を流れる排気を冷却するEGRクーラ17が設けられている。
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って、ON信号によって燃料を燃焼室に噴射し、OFF信号によって噴射を停止する。そして、燃料噴射弁15へ印加される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。図11に示されるように、燃料噴射弁15は燃焼室中央に配置され、その全周からシリンダボア壁方向に向かって燃料噴霧が形成されるように、燃料を噴射する。
また、エンジン1の適宜位置には、内燃機関の温度を代表するものとして、冷却水の温度を検出する水温センサ31が設けられている。
エンジンコントロールユニット30には、圧力センサ2からの圧力信号CP、水温センサ31からの冷却水温度信号Tw、クランク角度検出用クランク角センサ32からのクランク角度信号(エンジン回転数Neの基礎となる)、気筒判別用クランク角センサ33からの気筒判別信号Cy1、コモンレール14の燃料圧力を検出する圧力センサ34からのコモンレール圧力信号Pcr、燃料温度を検出する温度センサ35からの燃料温度信号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からのアクセル開度(負荷)信号Acc、エアフローメータ7からの吸入空気量信号Qair、吸気温度センサ8からの吸気温度信号Tair、圧力センサ9からの吸気圧力信号Pair、作動ガス温度センサ41からの温度信号Tgasがそれぞれ入力される。
また、排気通路40のDPF16の出口部又は入口部には、酸素濃度(O2exh)を検出する酸素濃度センサ又は空燃比センサ43が設けられ、酸素濃度センサ又は空燃比センサ43は、たとえば酸素イオン伝導性固体電解質を用いて、排気中の酸素濃度を検出するものを用いることができる。これら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。
エンジンコントロールユニット30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、水量調整装置45への水量調整信号等を出力する。
そして、NOxを低下させるため酸素濃度を大幅に低下させた際に、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。
一方、淡混合気を分布させるための先行噴射を従来の先行噴射よ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。
また、酸素濃度は大幅に低下しているので、予混合燃焼する濃混合気の燃焼急峻性を緩和することができ、さらに濃淡当量比の混合気が並存するため、濃混合気の予混合燃焼が急峻であっても、淡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。
一方で、淡混合気の燃焼が不完全になる傾向があるが、濃混合気の比較的急峻な燃焼が相殺して淡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。
2…圧力センサ
4…EGR通路
5…EGR弁
6…吸気絞り弁
7…エアフローメータ
8…温度センサ
9…圧力センサ
11…サプライポンプ
12…燃料供給通路
13…圧力制御弁
14…コモンレール(蓄圧室)
15…燃料噴射弁
17…EGRクーラ
20…吸気通路
20a…エアクリーナ
20b…吸気コレクタ
30…エンジンコントロールユニット
31…水温センサ
32…クランク角度検出用クランク角センサ
33…気筒判別用クランク角センサ
34…圧力センサ
35…温度センサ
40…排気通路
40a…排気出口通路
41…作動ガス温度センサ
42…EGRガス温度センサ
43…酸素センサ/空燃比センサ
44…水量調節装置
50…アクセル開度センサ
Claims (9)
- 主噴射の前に先行噴射を行う圧縮着火式内燃機関を制御する燃焼制御装置であって、
前記先行噴射は、前記主噴射が終了するまで低温酸化反応が生じない酸素濃度雰囲気で行い、
着火前の燃焼室に、前記先行噴射によるストイキよりリーンの混合気と前記主噴射によるストイキよりリッチの混合気を偏在させ、この状態で燃焼を開始させることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1に記載の圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
前記酸素濃度は、12〜15%であることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項1又は2に記載の圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
前記先行噴射は、クランク角度30°BTDC以前の時期に実行され、前記リーンの混合気を形成し、
前記主噴射は、上死点の近傍で実行され、前記リッチの混合気を形成することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項3に記載の圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
前記先行噴射は、クランク角度60°BTDC〜30°BTDCの期間に実行されることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項3又は4に記載の圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
前記主噴射に対する前記先行噴射の噴射量割合は、20〜40%であることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項3〜5のいずれか一項に記載の圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
前記燃焼は、上死点以後に開始することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項6に記載の圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
前記主噴射は、上死点以前に噴射を終了することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。 - 主噴射の前に先行噴射を行う圧縮着火式内燃機関を制御する燃焼制御装置であって、
前記主噴射が終了するまで低温酸化反応が生じない酸素濃度雰囲気の下で、クランク角度60°BTDC〜30°BTDCの期間に、前記主噴射の噴射量に対して20〜40%の噴射量の先行噴射を行い、残りの燃料を主噴射として上死点までに噴射することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。 - 請求項3〜8のいずれか一項に記載の圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
前記先行噴射の噴射量が多いほど当該先行噴射の噴射時期を進角させることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃焼制御装置。
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