JPH09112325A - ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents
ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置Info
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- JPH09112325A JPH09112325A JP8141477A JP14147796A JPH09112325A JP H09112325 A JPH09112325 A JP H09112325A JP 8141477 A JP8141477 A JP 8141477A JP 14147796 A JP14147796 A JP 14147796A JP H09112325 A JPH09112325 A JP H09112325A
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- fuel injection
- injection timing
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- diesel engine
- engine
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- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
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- F02B23/0696—W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
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- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ＮＯX 及びスモークを同時に且つ大幅に低減さ
せると共に、安定した運転を図る。 【解決手段】燃焼室６の外周側に斜め下向きに相対向す
るように２本のサイドインジェクタ９Ａ、９Ｂを配設
し、燃料噴射時期を、吸気行程の開始直後から圧縮行程
の範囲内で設定する。また、負荷の増加に伴って燃料噴
射時期を早めることで燃料量が多い場合にも均一希薄混
合気を形成する。また、エンジンのノッキングを検出す
るノックセンサを設け、ノック強度が所定値より大きい
場合には、燃料噴射時期を進角させ、ノック強度が所定
値より小さい場合には、燃料噴射時期を遅角させるよう
に設定する。
せると共に、安定した運転を図る。 【解決手段】燃焼室６の外周側に斜め下向きに相対向す
るように２本のサイドインジェクタ９Ａ、９Ｂを配設
し、燃料噴射時期を、吸気行程の開始直後から圧縮行程
の範囲内で設定する。また、負荷の増加に伴って燃料噴
射時期を早めることで燃料量が多い場合にも均一希薄混
合気を形成する。また、エンジンのノッキングを検出す
るノックセンサを設け、ノック強度が所定値より大きい
場合には、燃料噴射時期を進角させ、ノック強度が所定
値より小さい場合には、燃料噴射時期を遅角させるよう
に設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの燃料噴射制御装置に係わり、ＮＯX 及びスモークを
同時に且つ大幅に低減させるための技術分野に属する。
ンの燃料噴射制御装置に係わり、ＮＯX 及びスモークを
同時に且つ大幅に低減させるための技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】直接噴射式ディーゼルエンジンにおい
て、高圧噴射、小噴孔径ノズル、浅皿燃焼室および低ス
ワールを組合せる方式が知られている。これを図１２に
より説明すると、１はピストン、２はシリンダ、３はシ
リンダヘッド、４はキャビティ、５は複数の噴孔を有す
るインジェクタ、６は燃焼室を示している。ピストン１
が上昇し上死点（ＴＤＣ）付近に達したとき、インジェ
クタ５から噴射された燃料噴霧Ｆは、壁面７近傍で一気
に着火した後、火炎は燃焼室６の中心に向かって膨張す
るが、噴射の終了まで燃焼室６の中心部は不燃域として
残る。すなわち、噴霧Ｆは壁面７に到達するまで燃焼室
６の中心に近い不燃域側で十分に新気を巻き込みながら
進行し、壁面７側では既燃ガスを導入しながら壁面７に
衝突する二段の燃焼経路をたどる。高圧噴射の場合、噴
射時期を大幅に遅らせても火がつくため、噴射時期遅延
との組み合わせで、低圧噴射と比較すればスモーク及び
ＮＯXの同時低減を図ることができる。
て、高圧噴射、小噴孔径ノズル、浅皿燃焼室および低ス
ワールを組合せる方式が知られている。これを図１２に
より説明すると、１はピストン、２はシリンダ、３はシ
リンダヘッド、４はキャビティ、５は複数の噴孔を有す
るインジェクタ、６は燃焼室を示している。ピストン１
が上昇し上死点（ＴＤＣ）付近に達したとき、インジェ
クタ５から噴射された燃料噴霧Ｆは、壁面７近傍で一気
に着火した後、火炎は燃焼室６の中心に向かって膨張す
るが、噴射の終了まで燃焼室６の中心部は不燃域として
残る。すなわち、噴霧Ｆは壁面７に到達するまで燃焼室
６の中心に近い不燃域側で十分に新気を巻き込みながら
進行し、壁面７側では既燃ガスを導入しながら壁面７に
衝突する二段の燃焼経路をたどる。高圧噴射の場合、噴
射時期を大幅に遅らせても火がつくため、噴射時期遅延
との組み合わせで、低圧噴射と比較すればスモーク及び
ＮＯXの同時低減を図ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の高圧噴射では、噴霧内部における燃料の濃度分布が
非常に不均一であり、かつ、燃料が噴射されてから燃え
始めるまでの着火遅れ時間が短いため、燃料と空気の混
合が進まない状態で燃え始めてしまい、燃料の高濃度の
部分が燃えてスモークが生成され、希薄な部分は空気が
多いリーンな状態で燃えるが、高濃度の部分と希薄な部
分の中間に燃料と空気とが等量で燃える量論比の領域が
存在し、ここで高濃度のＮＯX が生成されてしまう。
来の高圧噴射では、噴霧内部における燃料の濃度分布が
非常に不均一であり、かつ、燃料が噴射されてから燃え
始めるまでの着火遅れ時間が短いため、燃料と空気の混
合が進まない状態で燃え始めてしまい、燃料の高濃度の
部分が燃えてスモークが生成され、希薄な部分は空気が
多いリーンな状態で燃えるが、高濃度の部分と希薄な部
分の中間に燃料と空気とが等量で燃える量論比の領域が
存在し、ここで高濃度のＮＯX が生成されてしまう。
【０００４】この問題を解決するために、シリンダ内に
噴射された燃料の分散を促進し、量論比よりも希薄な予
混合気を形成し、これを燃焼させることが考えられ、燃
料の分散を促進する方法として噴射時期を早めて着火遅
れを長くし、この間に燃料と空気を混合させることが考
えられる。
噴射された燃料の分散を促進し、量論比よりも希薄な予
混合気を形成し、これを燃焼させることが考えられ、燃
料の分散を促進する方法として噴射時期を早めて着火遅
れを長くし、この間に燃料と空気を混合させることが考
えられる。
【０００５】しかしながら、上記従来の高圧噴射で燃料
の微粒化を維持しながら前記早期噴射を行うと、シリン
ダ内の圧力が低く噴霧の貫通力が強いため、噴霧がシリ
ンダ壁まで達して壁面に付着するため、燃焼効率が低下
し、また、ＨＣ（未燃炭化水素）の排出量が増大する等
の問題が発生する。むろん、ＮＯX とスモークを同時に
且つ大幅に低減させることはできない。
の微粒化を維持しながら前記早期噴射を行うと、シリン
ダ内の圧力が低く噴霧の貫通力が強いため、噴霧がシリ
ンダ壁まで達して壁面に付着するため、燃焼効率が低下
し、また、ＨＣ（未燃炭化水素）の排出量が増大する等
の問題が発生する。むろん、ＮＯX とスモークを同時に
且つ大幅に低減させることはできない。
【０００６】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
であって、その第１の目的は、燃料を早期に筒内に直接
噴射することにより、噴霧の貫通力を弱めて壁面への付
着を防止すると共に、十分な混合時間を与えて希薄予混
合気を形成し、これを圧縮自己着火させることにより、
ＮＯX 及びスモークを同時に且つ大幅に低減させること
ができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供
することであり、また、本発明の第２の目的は、燃料噴
射時期を変化させた場合に生じる失火やノッキングを防
止することができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御
装置を提供することである。
であって、その第１の目的は、燃料を早期に筒内に直接
噴射することにより、噴霧の貫通力を弱めて壁面への付
着を防止すると共に、十分な混合時間を与えて希薄予混
合気を形成し、これを圧縮自己着火させることにより、
ＮＯX 及びスモークを同時に且つ大幅に低減させること
ができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供
することであり、また、本発明の第２の目的は、燃料噴
射時期を変化させた場合に生じる失火やノッキングを防
止することができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御
装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の請求項１記載のディーゼルエンジン
の燃料噴射制御装置は、燃焼室の外周側に斜め下向きに
相対向するように２本のサイドインジェクタを配設し、
燃料噴射時期を、吸気行程の開始直後から圧縮行程の範
囲内で設定することを特徴とし、また、請求項２記載の
発明は、エンジン負荷が大きくなる即ち燃料噴射量が増
大するに伴って着火までの混合気形成時間を多くするた
めに燃料噴射時期を早めることを特徴とするものであ
り、また、上記第２の目的を達成するために請求項３記
載の発明は、請求項１記載の発明において、エンジンの
ノッキングを検出するノックセンサを設け、ノック強度
が所定値より大きい場合には、燃料噴射時期を進角さ
せ、ノック強度が所定値より小さい場合には、燃料噴射
時期を遅角させるように設定することを特徴とする。
るために、本発明の請求項１記載のディーゼルエンジン
の燃料噴射制御装置は、燃焼室の外周側に斜め下向きに
相対向するように２本のサイドインジェクタを配設し、
燃料噴射時期を、吸気行程の開始直後から圧縮行程の範
囲内で設定することを特徴とし、また、請求項２記載の
発明は、エンジン負荷が大きくなる即ち燃料噴射量が増
大するに伴って着火までの混合気形成時間を多くするた
めに燃料噴射時期を早めることを特徴とするものであ
り、また、上記第２の目的を達成するために請求項３記
載の発明は、請求項１記載の発明において、エンジンの
ノッキングを検出するノックセンサを設け、ノック強度
が所定値より大きい場合には、燃料噴射時期を進角さ
せ、ノック強度が所定値より小さい場合には、燃料噴射
時期を遅角させるように設定することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１〜図８は、本発明のディー
ゼルエンジンの燃料噴射制御装置の１実施形態を説明す
るための図である。
を参照しつつ説明する。図１〜図８は、本発明のディー
ゼルエンジンの燃料噴射制御装置の１実施形態を説明す
るための図である。
【０００９】図１は、本発明において使用するディーゼ
ルエンジンの例を示し、図１（Ａ）は平面図、図１
（Ｂ）は断面図である。シリンダ２内にはピストン１が
摺動自在に嵌合され、シリンダ２の上部にはシリンダヘ
ッド３が固定されている。ピストン１の頂部には窪み状
のキャビティ４が形成され、シリンダ２、シリンダヘッ
ド３及びキャビティ４で囲まれる空間に燃焼室６が形成
されている。シリンダヘッド３には、燃焼室６の外周側
に斜め下向きに相対向するように２本のサイドインジェ
クタ９Ａ、９Ｂが配設されている。
ルエンジンの例を示し、図１（Ａ）は平面図、図１
（Ｂ）は断面図である。シリンダ２内にはピストン１が
摺動自在に嵌合され、シリンダ２の上部にはシリンダヘ
ッド３が固定されている。ピストン１の頂部には窪み状
のキャビティ４が形成され、シリンダ２、シリンダヘッ
ド３及びキャビティ４で囲まれる空間に燃焼室６が形成
されている。シリンダヘッド３には、燃焼室６の外周側
に斜め下向きに相対向するように２本のサイドインジェ
クタ９Ａ、９Ｂが配設されている。
【００１０】サイドインジェクタ９Ａ、９Ｂは、図示し
ない給排気弁との干渉しない範囲で垂直線から外側に傾
斜（例えば３１゜）し、噴霧がシリンダ２の中心部の位
置Ｐに向かうように配設している。サイドインジェクタ
９Ａ、９Ｂの噴孔はサイドインジェクタ９Ａ、９Ｂの軸
を対称として２本とし、平面視での２本の噴霧Ｆの中心
角度をα＝３０゜、垂直面視での水平線からの噴霧Ｆの
中心角度をβ＝３０゜としている。なお、噴孔の数及び
α、βの値はこれに限定されるものではない。
ない給排気弁との干渉しない範囲で垂直線から外側に傾
斜（例えば３１゜）し、噴霧がシリンダ２の中心部の位
置Ｐに向かうように配設している。サイドインジェクタ
９Ａ、９Ｂの噴孔はサイドインジェクタ９Ａ、９Ｂの軸
を対称として２本とし、平面視での２本の噴霧Ｆの中心
角度をα＝３０゜、垂直面視での水平線からの噴霧Ｆの
中心角度をβ＝３０゜としている。なお、噴孔の数及び
α、βの値はこれに限定されるものではない。
【００１１】次に、本発明における燃料噴射制御につい
て説明する。図２は制御系の例を示す構成図である。エ
ンジン負荷を検出する負荷センサ１１、エンジン回転数
を検出する回転数センサ１２、ピストン１の上死点に対
する位置を検出するクランク角度検出センサ１３の信号
は制御装置１４に入力される。制御装置１４において
は、燃料噴射量設定手段１５で負荷及びエンジン回転数
に基づいて燃料噴射量が設定される。同時に、燃料噴射
時期設定手段１６において、負荷及びエンジン回転数に
基づいて燃料噴射時期が設定される。燃料噴射量及び燃
料噴射時期とも負荷及びエンジン回転数に基づいた設定
値がマップとして制御装置１４のメモリに記憶されてお
り、これに基づいて設定される。次に、信号出力手段１
７において、設定された燃料噴射時期にクランク角度検
出信号が一致すると、サイドインジェクタ９Ａ、９Ｂ用
のソレノイド１８、１９に信号が出力され、設定された
燃料噴射量に対応する噴射期間の間、燃料が燃焼室６内
に噴射される。
て説明する。図２は制御系の例を示す構成図である。エ
ンジン負荷を検出する負荷センサ１１、エンジン回転数
を検出する回転数センサ１２、ピストン１の上死点に対
する位置を検出するクランク角度検出センサ１３の信号
は制御装置１４に入力される。制御装置１４において
は、燃料噴射量設定手段１５で負荷及びエンジン回転数
に基づいて燃料噴射量が設定される。同時に、燃料噴射
時期設定手段１６において、負荷及びエンジン回転数に
基づいて燃料噴射時期が設定される。燃料噴射量及び燃
料噴射時期とも負荷及びエンジン回転数に基づいた設定
値がマップとして制御装置１４のメモリに記憶されてお
り、これに基づいて設定される。次に、信号出力手段１
７において、設定された燃料噴射時期にクランク角度検
出信号が一致すると、サイドインジェクタ９Ａ、９Ｂ用
のソレノイド１８、１９に信号が出力され、設定された
燃料噴射量に対応する噴射期間の間、燃料が燃焼室６内
に噴射される。
【００１２】図３は前記制御装置のメモリに記憶される
制御用データの例を示し、エンジン回転数及びエンジン
負荷に基づいて燃料噴射時期を設定するに際し、負荷及
びエンジン回転数が大きくなるに従い噴射時期を早める
ように設定する。なお、燃料噴射量については周知のデ
ータを使用する。
制御用データの例を示し、エンジン回転数及びエンジン
負荷に基づいて燃料噴射時期を設定するに際し、負荷及
びエンジン回転数が大きくなるに従い噴射時期を早める
ように設定する。なお、燃料噴射量については周知のデ
ータを使用する。
【００１３】上記構成からなるディーゼルエンジン及び
制御装置を用い、従来よりかなり早い時期に燃料を噴射
する希薄予混合ディーゼル燃焼（Premixed Lean Diesel
Combustion ，以下、PREDICという）についての試験結
果について説明する。従来例と本発明のPREDICのエンジ
ン仕様や試験条件を表１に示す。従来例は、上死点近傍
で燃焼室内に燃料を噴射する通常の方法であるのに対し
て、PREDICではかなり早い時期に２本のサイドインジェ
クタ９Ａ、９Ｂからシリンダ２の中心部に燃料を噴射す
る方法をとっている。
制御装置を用い、従来よりかなり早い時期に燃料を噴射
する希薄予混合ディーゼル燃焼（Premixed Lean Diesel
Combustion ，以下、PREDICという）についての試験結
果について説明する。従来例と本発明のPREDICのエンジ
ン仕様や試験条件を表１に示す。従来例は、上死点近傍
で燃焼室内に燃料を噴射する通常の方法であるのに対し
て、PREDICではかなり早い時期に２本のサイドインジェ
クタ９Ａ、９Ｂからシリンダ２の中心部に燃料を噴射す
る方法をとっている。
【００１４】
【表１】
【００１５】エンジン試験を実施する前に、従来例とPR
EDICの噴霧液滴の分散状況をシミュレーション計算で予
測した。図４及び図５は計算結果を示し、それぞれ図
（Ａ）は断面図、図（Ｂ）は平面図である。
EDICの噴霧液滴の分散状況をシミュレーション計算で予
測した。図４及び図５は計算結果を示し、それぞれ図
（Ａ）は断面図、図（Ｂ）は平面図である。
【００１６】図４の従来例は、３゜ATDCで燃料を噴射し
８゜ATDCでの噴霧液滴の分散状況を示し、噴射開始から
着火までの時間が短いため燃料の分散が悪く、不均一な
分布である。図５のPREDICは、−７８゜ATDCで燃料を噴
射し−６４゜ATDCでの噴霧液滴の分散状況を示し、２本
のサイドインジェクタから噴射された燃料噴霧がシリン
ダ内に広く分散し、従来例と比較して均一性が高く希薄
化した予混合気が形成されることが判る。
８゜ATDCでの噴霧液滴の分散状況を示し、噴射開始から
着火までの時間が短いため燃料の分散が悪く、不均一な
分布である。図５のPREDICは、−７８゜ATDCで燃料を噴
射し−６４゜ATDCでの噴霧液滴の分散状況を示し、２本
のサイドインジェクタから噴射された燃料噴霧がシリン
ダ内に広く分散し、従来例と比較して均一性が高く希薄
化した予混合気が形成されることが判る。
【００１７】図６及び図７は、従来例とPREDICの試験結
果の一例を示し、図６は、エンジン回転数１０００ｒｐ
ｍにおけるエンジン性能（燃費率I.S.F.C. g/kWh）と各
種排出物の特性を示している。図中、●印は空気過剰率
λ＝２．７での従来例を示し、□印、△印、▽印、◇印
は、PREDICにおいて空気過剰率λ＝２．５、２．７、
３．１、３．７と変化させた場合を示している。なお、
空気過剰率λは、 λ＝Ｋ×（吸入空気重量／燃料噴射量） で定義され、ここで、Ｋは、ある燃料が完全燃焼するた
めに必要な燃料と空気の比率を示している。ディーゼル
エンジンではエンジン回転数が一定であれば吸入空気重
量は一定であるから、燃料噴射量（エンジン回転数及び
負荷で決まる）に対して空気過剰率λは一義的に定まる
ことになる（通常のディーゼルではλ＞１．３）。
果の一例を示し、図６は、エンジン回転数１０００ｒｐ
ｍにおけるエンジン性能（燃費率I.S.F.C. g/kWh）と各
種排出物の特性を示している。図中、●印は空気過剰率
λ＝２．７での従来例を示し、□印、△印、▽印、◇印
は、PREDICにおいて空気過剰率λ＝２．５、２．７、
３．１、３．７と変化させた場合を示している。なお、
空気過剰率λは、 λ＝Ｋ×（吸入空気重量／燃料噴射量） で定義され、ここで、Ｋは、ある燃料が完全燃焼するた
めに必要な燃料と空気の比率を示している。ディーゼル
エンジンではエンジン回転数が一定であれば吸入空気重
量は一定であるから、燃料噴射量（エンジン回転数及び
負荷で決まる）に対して空気過剰率λは一義的に定まる
ことになる（通常のディーゼルではλ＞１．３）。
【００１８】従来例の場合は、上死点近傍で燃焼噴射時
期を遅延すると、ＮＯX 濃度が低下するが限界があり、
さらに遅延すると増加する。これに対してPREDICでは、
例えばλ＝２．７の運転条件で上死点前８０゜付近で燃
料を噴射すると、希薄予混合気の圧縮自己着火によって
エンジンを運転することができ、この時のＮＯX 濃度は
約２０ppm と従来例の最低値の１／１０以下と大幅に低
減させることができる。燃料噴射時期をこれよりも早く
すると、燃料が分散しすぎて薄くなり着火しにくく失火
するため正常な運転ができず、燃料噴射時期を遅くする
と（θ＝−６４゜ATDC）、ＮＯX 濃度は増加し従来例の
１／２程度のレベルまで増加し、ここまで遅角するとノ
ッキングが激しくなりこれ以上噴射時期を遅くすること
はできなかった。燃料噴射量を減少しても（λ＝３．
１、３．７）、ＮＯX 濃度は同様の傾向を示し、大幅な
低減が可能になる。噴射量を増加した場合（λ＝２．
５）は、失火とノッキング発生の噴射時期が近づき狭い
範囲でしか運転できないが、ＮＯX 濃度は同様に大幅な
低減が可能となる。
期を遅延すると、ＮＯX 濃度が低下するが限界があり、
さらに遅延すると増加する。これに対してPREDICでは、
例えばλ＝２．７の運転条件で上死点前８０゜付近で燃
料を噴射すると、希薄予混合気の圧縮自己着火によって
エンジンを運転することができ、この時のＮＯX 濃度は
約２０ppm と従来例の最低値の１／１０以下と大幅に低
減させることができる。燃料噴射時期をこれよりも早く
すると、燃料が分散しすぎて薄くなり着火しにくく失火
するため正常な運転ができず、燃料噴射時期を遅くする
と（θ＝−６４゜ATDC）、ＮＯX 濃度は増加し従来例の
１／２程度のレベルまで増加し、ここまで遅角するとノ
ッキングが激しくなりこれ以上噴射時期を遅くすること
はできなかった。燃料噴射量を減少しても（λ＝３．
１、３．７）、ＮＯX 濃度は同様の傾向を示し、大幅な
低減が可能になる。噴射量を増加した場合（λ＝２．
５）は、失火とノッキング発生の噴射時期が近づき狭い
範囲でしか運転できないが、ＮＯX 濃度は同様に大幅な
低減が可能となる。
【００１９】このように大幅なＮＯX 濃度の低減が得ら
れる場合に、PREDICにおけるスモーク（ＢＳＵ）は従来
例のレベルとほぼ同等であり、また、燃費率（I.S.F.
C.）もほぼ同等、もしくは最大で１５％程度の増加にす
ぎない。一方、トータルハイドロカーボン（ＴＨＣ）及
びＣＯ濃度は大幅に増加して２０００〜５０００ppm 程
度となるが、このレベルはガソリンエンジンと同等であ
り、通常の酸化触媒で低減させれば問題にはならない。
れる場合に、PREDICにおけるスモーク（ＢＳＵ）は従来
例のレベルとほぼ同等であり、また、燃費率（I.S.F.
C.）もほぼ同等、もしくは最大で１５％程度の増加にす
ぎない。一方、トータルハイドロカーボン（ＴＨＣ）及
びＣＯ濃度は大幅に増加して２０００〜５０００ppm 程
度となるが、このレベルはガソリンエンジンと同等であ
り、通常の酸化触媒で低減させれば問題にはならない。
【００２０】図６の中で↓印を付けた、従来例とλ＝
２．７で噴射時期の異なる２つのPREDICについて、イン
ジェクタのニードルリフト、熱発生率（R.O.H.R. kJ/de
g）、平均ガス温度、シリンダ内圧力を図７に示す。従
来例の熱発生率は、初期燃焼とその後の拡散燃焼からな
り、通常のディーゼル燃焼のパターンを示している。
２．７で噴射時期の異なる２つのPREDICについて、イン
ジェクタのニードルリフト、熱発生率（R.O.H.R. kJ/de
g）、平均ガス温度、シリンダ内圧力を図７に示す。従
来例の熱発生率は、初期燃焼とその後の拡散燃焼からな
り、通常のディーゼル燃焼のパターンを示している。
【００２１】図７で太線に示す噴射時期の早いPREDIC
（θ＝−７８゜ATDC）の方が着火は遅く、上死点の直後
で燃焼を開始する。この場合の熱発生率の立ち上がりは
比較的ゆるやかで、左右対称に近い一山形状となり、平
均ガス温度は従来例とほぼ同等であるが、ＮＯX 濃度は
約２０ppm と大幅に低下している。これに対して点線で
示す噴射時期の遅いPREDIC（θ＝−６４゜ATDC）は着火
が早く、上死点の直前で燃焼を開始する。この場合の熱
発生率の立ち上がりは急で燃焼時間は短く、平均ガス温
度は高くなっている。しかし、ＮＯX 濃度はそれほど高
くなく従来型の約４０％減となっている。
（θ＝−７８゜ATDC）の方が着火は遅く、上死点の直後
で燃焼を開始する。この場合の熱発生率の立ち上がりは
比較的ゆるやかで、左右対称に近い一山形状となり、平
均ガス温度は従来例とほぼ同等であるが、ＮＯX 濃度は
約２０ppm と大幅に低下している。これに対して点線で
示す噴射時期の遅いPREDIC（θ＝−６４゜ATDC）は着火
が早く、上死点の直前で燃焼を開始する。この場合の熱
発生率の立ち上がりは急で燃焼時間は短く、平均ガス温
度は高くなっている。しかし、ＮＯX 濃度はそれほど高
くなく従来型の約４０％減となっている。
【００２２】図６の試験結果から、空気過剰率λに対し
て、ＮＯX を大幅に低減させることができる燃料噴射時
期を設定することができ、少なくとも、空気過剰率λ＞
２．５、燃料噴射時期θinj をクランク角度−１２５゜
〜−２０゜ATDCの範囲で設定すれば、ＮＯX 及びスモー
クを同時に且つ大幅に低減させることができる。図８
は、一例としてエンジン回転数１，０００ｒｐｍで、Ｎ
ＯX 濃度を約２０ｐｐｍにするための空気過剰率と燃料
噴射時期との関係を示す図であり、空気過剰率λに応じ
た燃料噴射時期θinj がピストンの上死点後のクランク
角度で示され、空気過剰率が小さくなる（負荷が大きく
なる）に従い燃料噴射時期を早めることを示している。
て、ＮＯX を大幅に低減させることができる燃料噴射時
期を設定することができ、少なくとも、空気過剰率λ＞
２．５、燃料噴射時期θinj をクランク角度−１２５゜
〜−２０゜ATDCの範囲で設定すれば、ＮＯX 及びスモー
クを同時に且つ大幅に低減させることができる。図８
は、一例としてエンジン回転数１，０００ｒｐｍで、Ｎ
ＯX 濃度を約２０ｐｐｍにするための空気過剰率と燃料
噴射時期との関係を示す図であり、空気過剰率λに応じ
た燃料噴射時期θinj がピストンの上死点後のクランク
角度で示され、空気過剰率が小さくなる（負荷が大きく
なる）に従い燃料噴射時期を早めることを示している。
【００２３】図６及び図８は、エンジン回転数１０００
ｒｐｍでの試験結果を示し、高負荷運転（燃料量の多い
運転条件）では燃料噴射時期を早める必要がある。しか
し、図８から分かるように高負荷では急速に進角度を増
加させなければならず、このため下死点（上死点前１８
０゜）をさらに越えて、吸気行程の上死点（上死点前３
６０゜）近くまで噴射時期を早める必要が出てくる。
ｒｐｍでの試験結果を示し、高負荷運転（燃料量の多い
運転条件）では燃料噴射時期を早める必要がある。しか
し、図８から分かるように高負荷では急速に進角度を増
加させなければならず、このため下死点（上死点前１８
０゜）をさらに越えて、吸気行程の上死点（上死点前３
６０゜）近くまで噴射時期を早める必要が出てくる。
【００２４】また、エンジン回転数を大きくすると、噴
射された燃料が空気と混合するのに相対的に長いクラン
ク角度が必要になり（燃料噴霧が空気と混合するのにか
かる実時間は低速でも高速でもあまり変わらないた
め）、それだけ早い時期に噴射を行う必要があり、下死
点（上死点前１８０゜）をさらに越えて、吸気行程の上
死点（上死点前３６０゜）近くまで噴射時期を早める必
要が出てくる。
射された燃料が空気と混合するのに相対的に長いクラン
ク角度が必要になり（燃料噴霧が空気と混合するのにか
かる実時間は低速でも高速でもあまり変わらないた
め）、それだけ早い時期に噴射を行う必要があり、下死
点（上死点前１８０゜）をさらに越えて、吸気行程の上
死点（上死点前３６０゜）近くまで噴射時期を早める必
要が出てくる。
【００２５】早く噴射すればするほど燃焼条件（温度、
圧力）が整う燃焼上死点（いわゆる上死点）に至るまで
の時間が長く、それだけ噴射された燃料が空気と混合し
て均一な混合気を作るのに有利になる。ただし、上死点
前３６０゜を越えて大きくすることはエンジンのサイク
ル上無理である。従って、燃料噴射時期を、吸気行程の
開始直後（例えば上死点前３５０゜）から圧縮行程の範
囲内で、エンジン回転数及び負荷に応じて、ＮＯX 濃度
を低減させるための燃料噴射時期を設定し（例えば図
３）、その設定値をマップとして制御装置１４のメモリ
に記憶することになる。
圧力）が整う燃焼上死点（いわゆる上死点）に至るまで
の時間が長く、それだけ噴射された燃料が空気と混合し
て均一な混合気を作るのに有利になる。ただし、上死点
前３６０゜を越えて大きくすることはエンジンのサイク
ル上無理である。従って、燃料噴射時期を、吸気行程の
開始直後（例えば上死点前３５０゜）から圧縮行程の範
囲内で、エンジン回転数及び負荷に応じて、ＮＯX 濃度
を低減させるための燃料噴射時期を設定し（例えば図
３）、その設定値をマップとして制御装置１４のメモリ
に記憶することになる。
【００２６】本発明においては、２本のサイドインジェ
クタからの噴霧を、シリンダ中心部で相互に衝突させる
場合と、ピストンに衝突させる場合がある。いずれの場
合も、温度の低いシリンダ壁への噴霧の付着を防止する
ものであるが、比較的温度の高いピストンへの衝突はあ
る程度許容している。すなわち、燃料噴射時期を吸気行
程の開始直後にした場合には、ピストンが上死点近くに
あって噴霧はピストンに衝突するが、その後、吸気行
程、圧縮行程の長い時間を経て燃焼に至るので、ピスト
ンに一旦衝突しても蒸発、混合が進むことになる。ま
た、圧縮行程後期の噴射でも、ピストンが上死点に近づ
き噴霧はピストンに衝突するが、この噴射タイミングと
なる場合（燃料噴射時期が遅い条件）は低負荷で燃料噴
射量が少ない条件下のため、シリンダ内の高温、高圧条
件によって噴霧がピストンに衝突しても蒸発は比較的良
好に行われることになる。
クタからの噴霧を、シリンダ中心部で相互に衝突させる
場合と、ピストンに衝突させる場合がある。いずれの場
合も、温度の低いシリンダ壁への噴霧の付着を防止する
ものであるが、比較的温度の高いピストンへの衝突はあ
る程度許容している。すなわち、燃料噴射時期を吸気行
程の開始直後にした場合には、ピストンが上死点近くに
あって噴霧はピストンに衝突するが、その後、吸気行
程、圧縮行程の長い時間を経て燃焼に至るので、ピスト
ンに一旦衝突しても蒸発、混合が進むことになる。ま
た、圧縮行程後期の噴射でも、ピストンが上死点に近づ
き噴霧はピストンに衝突するが、この噴射タイミングと
なる場合（燃料噴射時期が遅い条件）は低負荷で燃料噴
射量が少ない条件下のため、シリンダ内の高温、高圧条
件によって噴霧がピストンに衝突しても蒸発は比較的良
好に行われることになる。
【００２７】以上の試験結果からPREDICの混合気形成や
燃焼特性を考えると、燃料噴射時期が遅い場合にはノッ
キングが発生することから、局所的に量論比に近い燃料
濃度の領域が残っており、この部分で高い濃度のＮＯX
が生成されていると推定される。これに対して噴射時期
を早めることにより混合が促進され、希薄化して量論比
の領域が殆どなくなり、ＮＯX が生成される領域も少な
くなるために、大幅なＮＯX 低減が得られたと推定でき
る。さらに噴射時期を早めると、希薄化しすぎて自己着
火しなくなり失火してエンジンの運転ができなくなるも
のと考えられる。
燃焼特性を考えると、燃料噴射時期が遅い場合にはノッ
キングが発生することから、局所的に量論比に近い燃料
濃度の領域が残っており、この部分で高い濃度のＮＯX
が生成されていると推定される。これに対して噴射時期
を早めることにより混合が促進され、希薄化して量論比
の領域が殆どなくなり、ＮＯX が生成される領域も少な
くなるために、大幅なＮＯX 低減が得られたと推定でき
る。さらに噴射時期を早めると、希薄化しすぎて自己着
火しなくなり失火してエンジンの運転ができなくなるも
のと考えられる。
【００２８】図９〜図１１は、本発明のディーゼルエン
ジンの燃料噴射制御装置の他の実施形態を説明するため
の図であり、図９は燃料噴射タイミングとノック強度及
びＮＯX 濃度の関係を示す図、図１０は制御装置の構成
図、図１１は制御における処理の流れを示す図である。
なお、図１０において図２と同一の構成については同一
番号を付けて説明を省略する。
ジンの燃料噴射制御装置の他の実施形態を説明するため
の図であり、図９は燃料噴射タイミングとノック強度及
びＮＯX 濃度の関係を示す図、図１０は制御装置の構成
図、図１１は制御における処理の流れを示す図である。
なお、図１０において図２と同一の構成については同一
番号を付けて説明を省略する。
【００２９】前述したように、PREDICにおいては、負荷
（燃料噴射量）に対する燃料噴射タイミングが重要で、
ある負荷のときに適切な噴射期間内にあれば低ＮＯX と
燃焼の安定性が両立するが、噴射時期を進ませ過ぎると
混合気が希薄になりすぎて失火を起こし、逆に遅らせ過
ぎると濃混合気が多く存在するため、ノッキングが発生
し同時にＮＯX が増加する（図９参照）。なお、図９の
ＩHは、許容されるノック強度の上限値であり、ＩLは、
許容されるノック強度の下限値を示している。
（燃料噴射量）に対する燃料噴射タイミングが重要で、
ある負荷のときに適切な噴射期間内にあれば低ＮＯX と
燃焼の安定性が両立するが、噴射時期を進ませ過ぎると
混合気が希薄になりすぎて失火を起こし、逆に遅らせ過
ぎると濃混合気が多く存在するため、ノッキングが発生
し同時にＮＯX が増加する（図９参照）。なお、図９の
ＩHは、許容されるノック強度の上限値であり、ＩLは、
許容されるノック強度の下限値を示している。
【００３０】そこで、本実施形態においては、図１０に
示すように、エンジンブロックにノックセンサ２０を装
着し、ノッキングによるエンジンの振動を検出し、ノッ
クセンサ２０により検出したノッキングの強度（以下、
ノック強度Ｉnという）に基づいて燃料噴射時期を設定
するようにする。すなわち、図１１に示すように、ノッ
ク強度Ｉnを検出し、ノック強度Ｉnが所定値ＩH（許容
されるノック強度の上限値）より大きい場合には、燃料
噴射タイミングを進角させ、ノック強度Ｉnが所定値ＩL
（許容されるノック強度の下限値）より小さい場合に
は、燃料噴射タイミングを遅角させるように設定し、燃
料噴射時期をノッキングが発生し始めるタイミングにコ
ントロールするものである。これによって燃料噴射タイ
ミングは図９中の制御範囲内に制御される。
示すように、エンジンブロックにノックセンサ２０を装
着し、ノッキングによるエンジンの振動を検出し、ノッ
クセンサ２０により検出したノッキングの強度（以下、
ノック強度Ｉnという）に基づいて燃料噴射時期を設定
するようにする。すなわち、図１１に示すように、ノッ
ク強度Ｉnを検出し、ノック強度Ｉnが所定値ＩH（許容
されるノック強度の上限値）より大きい場合には、燃料
噴射タイミングを進角させ、ノック強度Ｉnが所定値ＩL
（許容されるノック強度の下限値）より小さい場合に
は、燃料噴射タイミングを遅角させるように設定し、燃
料噴射時期をノッキングが発生し始めるタイミングにコ
ントロールするものである。これによって燃料噴射タイ
ミングは図９中の制御範囲内に制御される。
【００３１】図９に示すように、ノッキングが発生し始
める噴射タイミングは、ＮＯX はまだ低レベルにあり、
ノッキングが大きくなるに従いＮＯX のレベルは高くな
るので、ＮＯX が十分に低いノック強度がまだ相対的に
小さい時期をねらう。従って、確実に着火できるタイミ
ングに噴射時期を制御するので、安定した運転状況と比
較的低レベルのＮＯX 特性を両立させることができる。
この領域は、失火域に対して余裕のある領域であり、出
力低下の問題はない。また、噴射時期固定の場合には、
低温時等で円滑な運転ができないが、本方式によれば、
油温、水温が低い未暖機状態でも円滑な運転と低ＮＯX
が可能である。また、燃料性状が変化して着火性が変わ
った場合等にも正常な運転が可能となる。
める噴射タイミングは、ＮＯX はまだ低レベルにあり、
ノッキングが大きくなるに従いＮＯX のレベルは高くな
るので、ＮＯX が十分に低いノック強度がまだ相対的に
小さい時期をねらう。従って、確実に着火できるタイミ
ングに噴射時期を制御するので、安定した運転状況と比
較的低レベルのＮＯX 特性を両立させることができる。
この領域は、失火域に対して余裕のある領域であり、出
力低下の問題はない。また、噴射時期固定の場合には、
低温時等で円滑な運転ができないが、本方式によれば、
油温、水温が低い未暖機状態でも円滑な運転と低ＮＯX
が可能である。また、燃料性状が変化して着火性が変わ
った場合等にも正常な運転が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の１実施形態によれば、燃焼室の外周側に斜め下向きに
相対向するように２本のサイドインジェクタを配設し、
従来よりかなり早い時期に燃料を噴射することにより、
噴霧の貫通力を弱めて壁面への付着を防止すると共に、
十分な混合時間を与えて希薄予混合気を形成し、これを
圧縮自己着火させることにより、ＮＯX 及びスモークを
同時に且つ大幅に低減させることができる。
の１実施形態によれば、燃焼室の外周側に斜め下向きに
相対向するように２本のサイドインジェクタを配設し、
従来よりかなり早い時期に燃料を噴射することにより、
噴霧の貫通力を弱めて壁面への付着を防止すると共に、
十分な混合時間を与えて希薄予混合気を形成し、これを
圧縮自己着火させることにより、ＮＯX 及びスモークを
同時に且つ大幅に低減させることができる。
【００３３】また、本発明の他の実施形態によれば、噴
射時期を進ませ過ぎる場合に生じる失火や、遅らせ過ぎ
る場合に生じるノッキングを防止し安定した運転を行う
ことができると共に、ＮＯX の増加を防止できる。
射時期を進ませ過ぎる場合に生じる失火や、遅らせ過ぎ
る場合に生じるノッキングを防止し安定した運転を行う
ことができると共に、ＮＯX の増加を防止できる。
【図１】本発明において使用するディーゼルエンジンの
例を示し、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は断面図で
ある。
例を示し、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は断面図で
ある。
【図２】本発明の１実施形態を示す燃料噴射制御装置の
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明の制御装置のメモリに記憶される制御用
データの例を示す図である。
データの例を示す図である。
【図４】従来例の噴霧液滴の分散状況をシミュレーショ
ン計算で予測した結果を示し、図（Ａ）は断面図、図
（Ｂ）は平面図である。
ン計算で予測した結果を示し、図（Ａ）は断面図、図
（Ｂ）は平面図である。
【図５】本発明の噴霧液滴の分散状況をシミュレーショ
ン計算で予測した結果を示し、図（Ａ）は断面図、図
（Ｂ）は平面図である。
ン計算で予測した結果を示し、図（Ａ）は断面図、図
（Ｂ）は平面図である。
【図６】従来例と本発明の試験結果を示し、エンジン性
能と各種排出物の特性を示す図である。
能と各種排出物の特性を示す図である。
【図７】従来例と本発明について、熱発生率、平均ガス
温度、シリンダ内圧力を説明するための図である。
温度、シリンダ内圧力を説明するための図である。
【図８】空気過剰率と燃料噴射時期との関係を示す図で
ある。
ある。
【図９】燃料噴射タイミングとノック強度及びＮＯX 濃
度の関係を示す図である。
度の関係を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す燃料噴射制御装
置の構成図である。
置の構成図である。
【図１１】図１０の制御装置における処理の流れを示す
図である。
図である。
【図１２】従来の高圧噴射方式のディーゼルエンジンを
説明するための図であり、図１２（Ａ）は平面図、図１
２（Ｂ）は断面図である。
説明するための図であり、図１２（Ａ）は平面図、図１
２（Ｂ）は断面図である。
１…ピストン、２…ピストン、３…シリンダヘッド、６
…燃焼室 ９Ａ、９Ｂ…サイドインジェクタ
…燃焼室 ９Ａ、９Ｂ…サイドインジェクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８５Ｊ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｕ ３１０Ａ
Claims (3)
- 【請求項１】燃焼室の外周側に斜め下向きに相対向する
ように２本のサイドインジェクタを配設し、燃料噴射時
期を、吸気行程の開始直後から圧縮行程の範囲内で設定
することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制
御装置。 - 【請求項２】負荷が大きくなるに従い燃料噴射時期を早
めることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジ
ンの燃料噴射制御装置。 - 【請求項３】エンジンのノッキングを検出するノックセ
ンサを設け、ノック強度が所定値より大きい場合には、
燃料噴射時期を進角させ、ノック強度が所定値より小さ
い場合には、燃料噴射時期を遅角させるように設定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のディーゼ
ルエンジンの燃料噴射制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14147796A JP3809920B2 (ja) | 1995-08-11 | 1996-06-04 | ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-205820 | 1995-08-11 | ||
| JP20582095 | 1995-08-11 | ||
| JP14147796A JP3809920B2 (ja) | 1995-08-11 | 1996-06-04 | ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09112325A true JPH09112325A (ja) | 1997-04-28 |
| JP3809920B2 JP3809920B2 (ja) | 2006-08-16 |
Family
ID=26473704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14147796A Expired - Fee Related JP3809920B2 (ja) | 1995-08-11 | 1996-06-04 | ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3809920B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1445461A2 (en) | 2003-02-07 | 2004-08-11 | Isuzu Motors Limited | Combustion control device and method for engine |
| JP2006183548A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Nippon Soken Inc | 内燃機関の制御装置 |
| US20210404372A1 (en) * | 2011-12-16 | 2021-12-30 | Transportation Ip Holdings, Llc | Systems and method for controlling auto-ignition |
-
1996
- 1996-06-04 JP JP14147796A patent/JP3809920B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1445461A2 (en) | 2003-02-07 | 2004-08-11 | Isuzu Motors Limited | Combustion control device and method for engine |
| US6932048B2 (en) | 2003-02-07 | 2005-08-23 | Isuzu Motors Limited | Combustion control device and method for engine |
| JP2006183548A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Nippon Soken Inc | 内燃機関の制御装置 |
| US7246600B2 (en) | 2004-12-27 | 2007-07-24 | Nippon Soken, Inc. | Control device for internal combustion engine |
| EP1831522A1 (en) * | 2004-12-27 | 2007-09-12 | Nippon Soken, Inc. | Control device for internal combustion engine |
| US20210404372A1 (en) * | 2011-12-16 | 2021-12-30 | Transportation Ip Holdings, Llc | Systems and method for controlling auto-ignition |
| US11952935B2 (en) * | 2011-12-16 | 2024-04-09 | Transportation Ip Holdings, Llc | Systems and method for controlling auto-ignition |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3809920B2 (ja) | 2006-08-16 |
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