JPH09287528A - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents
筒内噴射式内燃機関Info
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- JPH09287528A JPH09287528A JP8101672A JP10167296A JPH09287528A JP H09287528 A JPH09287528 A JP H09287528A JP 8101672 A JP8101672 A JP 8101672A JP 10167296 A JP10167296 A JP 10167296A JP H09287528 A JPH09287528 A JP H09287528A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 すすおよびＮＯｘの発生量をほぼ零にする。
【解決手段】 ほぼ圧縮上死点前６０度以前の圧縮行程
中又は吸気行程中において燃焼室５内に燃料を噴射し、
このときの噴射燃料の平均粒径を燃料粒子の温度がほぼ
圧縮上死点又は圧縮上死点後にそのときの圧力により定
まる主要燃料成分の沸点に達する粒径以上とする。ＥＧ
Ｒ通路１５内に冷却装置１７を配置し、機関高負荷運転
時にＥＧＲガスを冷却装置１７により冷却する。
中又は吸気行程中において燃焼室５内に燃料を噴射し、
このときの噴射燃料の平均粒径を燃料粒子の温度がほぼ
圧縮上死点又は圧縮上死点後にそのときの圧力により定
まる主要燃料成分の沸点に達する粒径以上とする。ＥＧ
Ｒ通路１５内に冷却装置１７を配置し、機関高負荷運転
時にＥＧＲガスを冷却装置１７により冷却する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は筒内噴射式内燃機関
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ほぼ圧縮上死点前６０度以前の圧縮行程
中又は吸気行程中において燃焼室内に燃料を噴射すると
共に、このときの噴射燃料の平均粒径を燃料粒子の温度
がほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後にそのときの圧力に
より定まる主要燃料成分の沸点に達する粒径以上とし、
噴射後ほぼ圧縮上死点に達するまでは燃料粒子からの沸
騰による燃料の蒸発を阻止すると共にほぼ圧縮上死点後
に燃料粒子の燃料を沸騰蒸発させて燃料を着火燃焼せし
めるようにした圧縮着火式内燃機関が公知である（特開
平７−３１７５８８号公報参照）。この圧縮着火式内燃
機関ではすすおよびＮＯｘの発生量がほぼ零となる。
中又は吸気行程中において燃焼室内に燃料を噴射すると
共に、このときの噴射燃料の平均粒径を燃料粒子の温度
がほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後にそのときの圧力に
より定まる主要燃料成分の沸点に達する粒径以上とし、
噴射後ほぼ圧縮上死点に達するまでは燃料粒子からの沸
騰による燃料の蒸発を阻止すると共にほぼ圧縮上死点後
に燃料粒子の燃料を沸騰蒸発させて燃料を着火燃焼せし
めるようにした圧縮着火式内燃機関が公知である（特開
平７−３１７５８８号公報参照）。この圧縮着火式内燃
機関ではすすおよびＮＯｘの発生量がほぼ零となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの圧縮
着火式内燃機関と云えども圧縮行程末期における燃焼室
内の吸入ガスの温度が高くなりすぎるとすすおよびＮＯ
ｘが発生し、圧縮行程末期における燃焼室内の吸入ガス
の温度が低くなりすぎると良好な着火が行われないため
に未燃ＨＣが発生するという問題を生ずる。
着火式内燃機関と云えども圧縮行程末期における燃焼室
内の吸入ガスの温度が高くなりすぎるとすすおよびＮＯ
ｘが発生し、圧縮行程末期における燃焼室内の吸入ガス
の温度が低くなりすぎると良好な着火が行われないため
に未燃ＨＣが発生するという問題を生ずる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに１番目の発明では、ほぼ圧縮上死点前６０度以前の
圧縮行程中又は吸気行程中において燃焼室内に燃料を噴
射すると共に、このときの噴射燃料の平均粒径を燃料粒
子の温度がほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後にそのとき
の圧力により定まる主要燃料成分の沸点に達する粒径以
上とし、噴射後ほぼ圧縮上死点に達するまでは燃料粒子
からの沸騰による燃料の蒸発を阻止すると共にほぼ圧縮
上死点後に燃料粒子の燃料を沸騰蒸発させて燃料を着火
燃焼せしめるようにした筒内噴射式内燃機関において、
燃焼室内に吸入された吸入ガスの圧縮行程末期における
温度を低下させるための温度低下手段を具備し、機関負
荷が予め定められた負荷よりも高いときには温度低下手
段によって吸入ガスの圧縮行程末期における温度を低下
させると共に機関負荷が予め定められた負荷よりも低い
ときには温度低下手段による吸入ガスの温度低下作用を
停止するようにしている。即ち、機関負荷が高くなると
圧縮行程末期における燃焼室内の吸入ガスの温度が高く
なりすぎるのでこのときには温度低下手段によって圧縮
行程末期における燃焼室内の吸入ガスの温度が低下せし
められる。
めに１番目の発明では、ほぼ圧縮上死点前６０度以前の
圧縮行程中又は吸気行程中において燃焼室内に燃料を噴
射すると共に、このときの噴射燃料の平均粒径を燃料粒
子の温度がほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後にそのとき
の圧力により定まる主要燃料成分の沸点に達する粒径以
上とし、噴射後ほぼ圧縮上死点に達するまでは燃料粒子
からの沸騰による燃料の蒸発を阻止すると共にほぼ圧縮
上死点後に燃料粒子の燃料を沸騰蒸発させて燃料を着火
燃焼せしめるようにした筒内噴射式内燃機関において、
燃焼室内に吸入された吸入ガスの圧縮行程末期における
温度を低下させるための温度低下手段を具備し、機関負
荷が予め定められた負荷よりも高いときには温度低下手
段によって吸入ガスの圧縮行程末期における温度を低下
させると共に機関負荷が予め定められた負荷よりも低い
ときには温度低下手段による吸入ガスの温度低下作用を
停止するようにしている。即ち、機関負荷が高くなると
圧縮行程末期における燃焼室内の吸入ガスの温度が高く
なりすぎるのでこのときには温度低下手段によって圧縮
行程末期における燃焼室内の吸入ガスの温度が低下せし
められる。
【０００５】２番目の発明では１番目の発明において、
吸入された吸入ガスの圧縮行程末期における温度を上昇
させるための温度上昇手段を具備し、機関負荷が予め定
められた設定値よりも高いときには温度上昇手段によっ
て吸入ガスの圧縮行程末期における温度を上昇させると
共に機関負荷が予め定められた設定値よりも低いときに
は温度上昇手段による吸入ガスの温度上昇作用を停止す
るようにしている。即ち、機関負荷が低くなると圧縮行
程末期における燃焼室内の吸入ガスの温度が低くなりす
ぎるのでこのときには温度上昇手段によって圧縮行程末
期における燃焼室内の吸入ガスの温度が上昇せしめられ
る。
吸入された吸入ガスの圧縮行程末期における温度を上昇
させるための温度上昇手段を具備し、機関負荷が予め定
められた設定値よりも高いときには温度上昇手段によっ
て吸入ガスの圧縮行程末期における温度を上昇させると
共に機関負荷が予め定められた設定値よりも低いときに
は温度上昇手段による吸入ガスの温度上昇作用を停止す
るようにしている。即ち、機関負荷が低くなると圧縮行
程末期における燃焼室内の吸入ガスの温度が低くなりす
ぎるのでこのときには温度上昇手段によって圧縮行程末
期における燃焼室内の吸入ガスの温度が上昇せしめられ
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１から図３は本発明を４ストロ
ーク圧縮着火内燃機関に適用した場合を示している。し
かしながら本発明は火花点火式のガソリン機関にも適用
することができる。図１から図３を参照すると、１は機
関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、
４はピストン、５は燃焼室、６は一対の吸気弁、７は一
対の吸気ポート、８は一対の排気弁、９は一対の排気ポ
ート、１０は燃焼室５の頂部中央部に配置された燃料噴
射弁を夫々示す。各吸気ポート７は吸気マニホルド１１
を介してエアクリーナ１２に連結され、各排気ポート９
は排気マニホルド１３を介して排気管１４に連結され
る。排気マニホルド１３と吸気マニホルド１１の集合部
とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１５に
よって互いに連結され、このＥＧＲ通路１５内にＥＧＲ
制御弁１６が配置される。このＥＧＲ制御弁１６は電子
制御ユニット３０の出力信号に基づいて制御される。
ーク圧縮着火内燃機関に適用した場合を示している。し
かしながら本発明は火花点火式のガソリン機関にも適用
することができる。図１から図３を参照すると、１は機
関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、
４はピストン、５は燃焼室、６は一対の吸気弁、７は一
対の吸気ポート、８は一対の排気弁、９は一対の排気ポ
ート、１０は燃焼室５の頂部中央部に配置された燃料噴
射弁を夫々示す。各吸気ポート７は吸気マニホルド１１
を介してエアクリーナ１２に連結され、各排気ポート９
は排気マニホルド１３を介して排気管１４に連結され
る。排気マニホルド１３と吸気マニホルド１１の集合部
とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１５に
よって互いに連結され、このＥＧＲ通路１５内にＥＧＲ
制御弁１６が配置される。このＥＧＲ制御弁１６は電子
制御ユニット３０の出力信号に基づいて制御される。
【０００７】図１に示されるようにＥＧＲ通路１５内に
はＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１７が配置され
る。冷却装置１７は冷却水流入口１８と冷却水流出口１
９とを具備し、冷却水流出口１９は返戻導管２０を介し
てラジエータ２１の冷却水流出通路２２に連結される。
一方、ラジエータ２１の冷却水流出通路２２は供給導管
２３を介して電磁切換弁２４に連結され、この電磁切換
弁２４は一方では冷却装置１７を迂回するバイパス導管
２５を介して返戻導管２０に連結され、他方では冷却水
流入口１８に連結される。電磁切換弁２４の切換作用に
よって供給導管２３が冷却水流入口１８に連結されると
冷却水が冷却装置１７に供給され、斯くしてＥＧＲガス
の冷却作用が行われる。これに対して電磁切換弁２４の
切換作用によって供給導管２３がバイパス導管２５に連
結されるとＥＧＲガスの冷却作用が停止される。
はＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１７が配置され
る。冷却装置１７は冷却水流入口１８と冷却水流出口１
９とを具備し、冷却水流出口１９は返戻導管２０を介し
てラジエータ２１の冷却水流出通路２２に連結される。
一方、ラジエータ２１の冷却水流出通路２２は供給導管
２３を介して電磁切換弁２４に連結され、この電磁切換
弁２４は一方では冷却装置１７を迂回するバイパス導管
２５を介して返戻導管２０に連結され、他方では冷却水
流入口１８に連結される。電磁切換弁２４の切換作用に
よって供給導管２３が冷却水流入口１８に連結されると
冷却水が冷却装置１７に供給され、斯くしてＥＧＲガス
の冷却作用が行われる。これに対して電磁切換弁２４の
切換作用によって供給導管２３がバイパス導管２５に連
結されるとＥＧＲガスの冷却作用が停止される。
【０００８】一方、図２および図３に示されるように各
吸気ポート７はほぼまっすぐに延びるストレートポート
からなり、従って図１から図３に示す圧縮着火式内燃機
関では吸気ポート７から燃焼室５内に流入する空気流に
よって燃焼室５内にはスワールが発生せしめられない。
図１に示されるように電子制御ユニット３０はディジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって相
互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイク
ロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート
３６を具備する。排気マニホルド１３内には排気ガス中
の酸素濃度から燃焼室５内の空燃比を検出する空燃比セ
ンサ２６が配置され、この空燃比センサ２６の出力信号
は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入
力される。また、アクセルペダル２７はアクセルペダル
２７の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷セン
サ２８に接続され、この負荷センサ２８の出力電圧は対
応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力さ
れる。更に入力ポート３５には機関が一定クランク角度
回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２
９が接続され、このクランク角センサ２９の出力パルス
から現在のクランク角と機関回転数とが算出される。一
方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して各
燃料噴射弁１０、ＥＧＲ制御弁１６および電磁切換弁２
４に接続される。
吸気ポート７はほぼまっすぐに延びるストレートポート
からなり、従って図１から図３に示す圧縮着火式内燃機
関では吸気ポート７から燃焼室５内に流入する空気流に
よって燃焼室５内にはスワールが発生せしめられない。
図１に示されるように電子制御ユニット３０はディジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって相
互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイク
ロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート
３６を具備する。排気マニホルド１３内には排気ガス中
の酸素濃度から燃焼室５内の空燃比を検出する空燃比セ
ンサ２６が配置され、この空燃比センサ２６の出力信号
は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入
力される。また、アクセルペダル２７はアクセルペダル
２７の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷セン
サ２８に接続され、この負荷センサ２８の出力電圧は対
応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力さ
れる。更に入力ポート３５には機関が一定クランク角度
回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２
９が接続され、このクランク角センサ２９の出力パルス
から現在のクランク角と機関回転数とが算出される。一
方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して各
燃料噴射弁１０、ＥＧＲ制御弁１６および電磁切換弁２
４に接続される。
【０００９】図４は燃料噴射弁１０の側面断面図を示し
ている。図４を参照すると、４１は噴射弁本体４０内に
おいて摺動可能なニードル、４２はニードル４１の先端
部に一体形成された弁体、４３はニードル４１の上端部
に取付けられたスプリングリテーナ、４４はスプリング
リテーナ４３を上方に向けて付勢する圧縮ばね、４５は
ニードル４１と整列配置されたロッド、４６は最大噴射
量時における燃料噴射量の数十倍の容積を有する燃料貯
留室、４７は噴射弁本体４０内において摺動可能に配置
されたピストン、４８はピストン４７を駆動するための
ピエゾ圧電素子、４９はピストン４７をピエゾ圧電素子
４８に向けて付勢する皿ばね、５０はピストン４７の頂
面により画定された可変容積室、５１は燃料供給口を夫
々示す。
ている。図４を参照すると、４１は噴射弁本体４０内に
おいて摺動可能なニードル、４２はニードル４１の先端
部に一体形成された弁体、４３はニードル４１の上端部
に取付けられたスプリングリテーナ、４４はスプリング
リテーナ４３を上方に向けて付勢する圧縮ばね、４５は
ニードル４１と整列配置されたロッド、４６は最大噴射
量時における燃料噴射量の数十倍の容積を有する燃料貯
留室、４７は噴射弁本体４０内において摺動可能に配置
されたピストン、４８はピストン４７を駆動するための
ピエゾ圧電素子、４９はピストン４７をピエゾ圧電素子
４８に向けて付勢する皿ばね、５０はピストン４７の頂
面により画定された可変容積室、５１は燃料供給口を夫
々示す。
【００１０】燃料供給口５１は噴射ポンプ（図示せず）
に連結され、噴射ポンプから吐出された燃料が燃料供給
口５１に供給される。燃料供給口５１に供給された燃料
は燃料供給口５１から燃料貯留室４６に向けてのみ流通
可能な逆止弁５２を介して燃料貯留室４６に供給され
る。燃料貯留室４６内に供給された燃料は一方では燃料
通路５３を介してニードル４１の先端部周りに導びか
れ、他方では燃料貯留室４６から可変容積室５０に向け
てのみ流通可能な逆止弁５４を介して可変容積室５０に
供給される。可変容積室５０内に供給された燃料はロッ
ド４５の頂面５５に導びかれ、従って可変容積室５０内
の燃料圧がロッド４５の頂面５５に作用することにな
る。
に連結され、噴射ポンプから吐出された燃料が燃料供給
口５１に供給される。燃料供給口５１に供給された燃料
は燃料供給口５１から燃料貯留室４６に向けてのみ流通
可能な逆止弁５２を介して燃料貯留室４６に供給され
る。燃料貯留室４６内に供給された燃料は一方では燃料
通路５３を介してニードル４１の先端部周りに導びか
れ、他方では燃料貯留室４６から可変容積室５０に向け
てのみ流通可能な逆止弁５４を介して可変容積室５０に
供給される。可変容積室５０内に供給された燃料はロッ
ド４５の頂面５５に導びかれ、従って可変容積室５０内
の燃料圧がロッド４５の頂面５５に作用することにな
る。
【００１１】図５はニードル４１の先端部を示してい
る。図５に示されるようにニードル４１の弁体４２は円
錐状の噴射燃料案内面４２ａを有し、この噴射燃料案内
面４２ａは通常圧縮ばね４４（図４）のばね力によりシ
ート面５６上に着座している。このとき燃料噴射弁１０
からの燃料噴射は停止せしめられている。燃料噴射弁１
０から燃料を噴射すべきときにはピエゾ圧電素子４８に
電荷がチャージされる。ピエゾ圧電素子４８に電荷がチ
ャージされるとピエゾ圧電素子４８が軸方向に伸長する
ためにピストン４７が下降せしめられる。ピストン４７
が下降せしめられると可変容積室５０内の燃料圧が上昇
し、斯くしてロッド４５が押し下げられるためにニード
ル４１が下降して弁体４２がシート面５６から離れる。
その結果、燃料貯留室４６内の燃料が弁体４２とシート
面５６間から噴射される。
る。図５に示されるようにニードル４１の弁体４２は円
錐状の噴射燃料案内面４２ａを有し、この噴射燃料案内
面４２ａは通常圧縮ばね４４（図４）のばね力によりシ
ート面５６上に着座している。このとき燃料噴射弁１０
からの燃料噴射は停止せしめられている。燃料噴射弁１
０から燃料を噴射すべきときにはピエゾ圧電素子４８に
電荷がチャージされる。ピエゾ圧電素子４８に電荷がチ
ャージされるとピエゾ圧電素子４８が軸方向に伸長する
ためにピストン４７が下降せしめられる。ピストン４７
が下降せしめられると可変容積室５０内の燃料圧が上昇
し、斯くしてロッド４５が押し下げられるためにニード
ル４１が下降して弁体４２がシート面５６から離れる。
その結果、燃料貯留室４６内の燃料が弁体４２とシート
面５６間から噴射される。
【００１２】次いでピエゾ圧電素子４８にチャージされ
ている電荷がディスチャージされるとピエゾ圧電素子４
８は軸方向に収縮し、ピストン４７が上昇する。その結
果、可変容積室５０内の燃料圧が低下するためにロッド
４５およびニードル４１が圧縮ばね４４のばね力により
上昇し、弁体４２の噴射燃料案内面４２ａが再びシート
面５６上に着座する。斯くして燃料の噴射作用が停止せ
しめられる。
ている電荷がディスチャージされるとピエゾ圧電素子４
８は軸方向に収縮し、ピストン４７が上昇する。その結
果、可変容積室５０内の燃料圧が低下するためにロッド
４５およびニードル４１が圧縮ばね４４のばね力により
上昇し、弁体４２の噴射燃料案内面４２ａが再びシート
面５６上に着座する。斯くして燃料の噴射作用が停止せ
しめられる。
【００１３】図５に示されるように燃料噴射時には噴射
燃料Ｆは弁体４２の噴射燃料案内面４２ａにより案内さ
れてニードル４１の先端から、即ち燃料噴射弁１０のノ
ズル口から薄膜円錐状に広げられる。図１から図３に示
される実施例では燃料噴射弁１０は燃焼室５の頂部中央
部に配置されており、従ってこの実施例では図１に示さ
れるように燃料Ｆは燃焼室５の頂部中央部から燃焼室５
の周辺部に向けて薄膜円錐状に広がるように噴射され
る。
燃料Ｆは弁体４２の噴射燃料案内面４２ａにより案内さ
れてニードル４１の先端から、即ち燃料噴射弁１０のノ
ズル口から薄膜円錐状に広げられる。図１から図３に示
される実施例では燃料噴射弁１０は燃焼室５の頂部中央
部に配置されており、従ってこの実施例では図１に示さ
れるように燃料Ｆは燃焼室５の頂部中央部から燃焼室５
の周辺部に向けて薄膜円錐状に広がるように噴射され
る。
【００１４】次に図６から図９を参照しつつ本発明の基
本となる燃焼方法について説明する。なお、この燃焼方
法については最もすすおよびＮＯｘが発生しやすい高負
荷運転時に焦点をあてて説明する。従来のように燃料粒
子の平均粒径が５０μｍ以下となるように燃料を微粒化
して噴射するようにしている限り噴射時期をいかに設定
しようとも燃料噴射圧をいかに設定しようともすすとＮ
Ｏｘの同時低減を図ることは困難であり、ましてやすす
およびＮＯｘの発生量を実質的に零にすることは不可能
である。これは従来の燃焼方法に本質的な問題があるか
らである。即ち、従来の燃焼方法においては燃料粒子の
粒径が小さいために燃料が噴射されるや否や一部の燃料
がただちに気化し、この気化した燃料により早期に急激
な燃焼が開始される。このように噴射開始後早期に急激
な燃焼が開始されると後続する噴射燃料が燃焼火炎内に
飛び込むためにこれらの噴射燃料は空気不足の状態で燃
焼せしめられることになり、斯くしてすすが発生するこ
とになる。また噴射燃料が早期に急激に燃焼して燃焼圧
が急激に上昇すると燃焼温度が高くなり、斯くしてＮＯ
ｘが発生することになる。
本となる燃焼方法について説明する。なお、この燃焼方
法については最もすすおよびＮＯｘが発生しやすい高負
荷運転時に焦点をあてて説明する。従来のように燃料粒
子の平均粒径が５０μｍ以下となるように燃料を微粒化
して噴射するようにしている限り噴射時期をいかに設定
しようとも燃料噴射圧をいかに設定しようともすすとＮ
Ｏｘの同時低減を図ることは困難であり、ましてやすす
およびＮＯｘの発生量を実質的に零にすることは不可能
である。これは従来の燃焼方法に本質的な問題があるか
らである。即ち、従来の燃焼方法においては燃料粒子の
粒径が小さいために燃料が噴射されるや否や一部の燃料
がただちに気化し、この気化した燃料により早期に急激
な燃焼が開始される。このように噴射開始後早期に急激
な燃焼が開始されると後続する噴射燃料が燃焼火炎内に
飛び込むためにこれらの噴射燃料は空気不足の状態で燃
焼せしめられることになり、斯くしてすすが発生するこ
とになる。また噴射燃料が早期に急激に燃焼して燃焼圧
が急激に上昇すると燃焼温度が高くなり、斯くしてＮＯ
ｘが発生することになる。
【００１５】ところが噴射燃料の平均粒径を従来の燃焼
方法において使用されている平均粒径よりも大巾に大き
くし、かつ噴射時期を従来の燃焼方法において通常使用
されている噴射時期よりもかなり早めるとすすおよびＮ
Ｏｘの発生量を実質的に零まで低減しうることが判明し
たのである。次にこのことについて説明する。図６の曲
線はピストン４の圧縮作用のみによる燃焼室５内の圧力
Ｐの変化を示している。図６からわかるように燃焼室５
内の圧力Ｐはほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度を越える
と急速に上昇する。これは吸気弁６の開弁時期とは無関
係であっていかなる往復動式内燃機関であっても燃焼室
５内の圧力Ｐは図６に示されるように変化する。
方法において使用されている平均粒径よりも大巾に大き
くし、かつ噴射時期を従来の燃焼方法において通常使用
されている噴射時期よりもかなり早めるとすすおよびＮ
Ｏｘの発生量を実質的に零まで低減しうることが判明し
たのである。次にこのことについて説明する。図６の曲
線はピストン４の圧縮作用のみによる燃焼室５内の圧力
Ｐの変化を示している。図６からわかるように燃焼室５
内の圧力Ｐはほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度を越える
と急速に上昇する。これは吸気弁６の開弁時期とは無関
係であっていかなる往復動式内燃機関であっても燃焼室
５内の圧力Ｐは図６に示されるように変化する。
【００１６】図７の実線で示す曲線は各クランク角にお
ける燃料の沸騰温度、即ち沸点Ｔを示している。燃焼室
５内の圧力Ｐが上昇すれば燃料の沸点Ｔもそれに伴なっ
て上昇するので燃料の沸点Ｔもほぼ圧縮上死点前ＢＴＤ
Ｃ６０度を越えると急速に上昇する。一方図７において
破線は圧縮上死点前ＢＴＤＣθ0 度において燃料が噴射
されたときの燃料粒子の径の差による燃料粒子の温度変
化の差異を示している。噴射直後の燃料粒子の温度はそ
のときの圧力により定まる沸点Ｔよりも低く、次いで燃
料粒子は周囲から熱を受けて温度上昇する。このときの
燃料粒子の温度上昇速度は粒径が小さいほど速くなる。
ける燃料の沸騰温度、即ち沸点Ｔを示している。燃焼室
５内の圧力Ｐが上昇すれば燃料の沸点Ｔもそれに伴なっ
て上昇するので燃料の沸点Ｔもほぼ圧縮上死点前ＢＴＤ
Ｃ６０度を越えると急速に上昇する。一方図７において
破線は圧縮上死点前ＢＴＤＣθ0 度において燃料が噴射
されたときの燃料粒子の径の差による燃料粒子の温度変
化の差異を示している。噴射直後の燃料粒子の温度はそ
のときの圧力により定まる沸点Ｔよりも低く、次いで燃
料粒子は周囲から熱を受けて温度上昇する。このときの
燃料粒子の温度上昇速度は粒径が小さいほど速くなる。
【００１７】即ち、燃料粒子の粒径が２０μｍから５０
μｍ程度であったとすると燃料粒子の温度は噴射後急速
に上昇して圧縮上死点ＴＤＣよりもはるか前のクランク
角において沸点Ｔに達し、燃料粒子からの沸騰による急
激な燃料の蒸発作用が開始される。また、図７からわか
るように燃料粒子の粒径が２００μｍの場合でも燃料粒
子の温度は圧縮上死点ＴＤＣに達する前に沸点Ｔに達
し、沸騰による急激な燃料の蒸発作用が開始される。こ
のように圧縮上死点ＴＤＣに達する前に沸騰による急激
な燃料の蒸発作用が開始されるとこのとき蒸発した燃料
による爆発的な燃焼が生じ、斯くして前述したように多
量のすすおよびＮＯｘが発生することになる。
μｍ程度であったとすると燃料粒子の温度は噴射後急速
に上昇して圧縮上死点ＴＤＣよりもはるか前のクランク
角において沸点Ｔに達し、燃料粒子からの沸騰による急
激な燃料の蒸発作用が開始される。また、図７からわか
るように燃料粒子の粒径が２００μｍの場合でも燃料粒
子の温度は圧縮上死点ＴＤＣに達する前に沸点Ｔに達
し、沸騰による急激な燃料の蒸発作用が開始される。こ
のように圧縮上死点ＴＤＣに達する前に沸騰による急激
な燃料の蒸発作用が開始されるとこのとき蒸発した燃料
による爆発的な燃焼が生じ、斯くして前述したように多
量のすすおよびＮＯｘが発生することになる。
【００１８】これに対して燃料粒子の径が５００μｍ程
度よりも大きくなると燃料粒子の温度の上昇速度が遅く
なるためにほぼ圧縮上死点ＴＤＣ或いはそれ以後になら
ないと燃料粒子の温度が沸点Ｔに達しない。従って燃料
粒子の径を５００μｍ程度よりも大きくすればほぼ圧縮
上死点ＴＤＣに達する前に沸騰による急激な燃料の蒸発
作用は行われず、ほぼ圧縮上死点ＴＤＣ或いは圧縮上死
点ＴＤＣ後に沸騰による急激な燃料の蒸発作用が開始さ
れることになる。従って燃料粒子の径が５００μｍ程度
よりも大きくなると圧縮上死点ＴＤＣ前の燃料の沸騰蒸
発に基づくすすおよびＮＯｘの発生を阻止できることに
なる。
度よりも大きくなると燃料粒子の温度の上昇速度が遅く
なるためにほぼ圧縮上死点ＴＤＣ或いはそれ以後になら
ないと燃料粒子の温度が沸点Ｔに達しない。従って燃料
粒子の径を５００μｍ程度よりも大きくすればほぼ圧縮
上死点ＴＤＣに達する前に沸騰による急激な燃料の蒸発
作用は行われず、ほぼ圧縮上死点ＴＤＣ或いは圧縮上死
点ＴＤＣ後に沸騰による急激な燃料の蒸発作用が開始さ
れることになる。従って燃料粒子の径が５００μｍ程度
よりも大きくなると圧縮上死点ＴＤＣ前の燃料の沸騰蒸
発に基づくすすおよびＮＯｘの発生を阻止できることに
なる。
【００１９】なお、実際には燃料は沸点の異なる種々の
成分を含んでおり、燃料の沸点というと多数の沸点が存
在することになる。従って燃料の沸点を考える場合には
主要燃料成分の沸点を考えることが好ましいと云える。
また、噴射燃料の粒径は完全に均一になることはあり得
ないので噴射燃料の粒径を考える場合には噴射燃料の平
均粒径で考えることが好ましいと云える。このように考
えると噴射燃料の平均粒径を燃料粒子の温度がほぼ圧縮
上死点ＴＤＣ又は圧縮上死点ＴＤＣ後にそのときの圧力
のより定まる主要燃料成分の沸点Ｔに達する粒径以上と
すれば噴射後ほぼ圧縮上死点ＴＤＣに達するまでは燃料
粒子からの沸騰による急激な燃料の蒸発は生じず、ほぼ
圧縮上死点ＴＤＣ後に燃料粒子からの沸騰による急激な
蒸発を生じることになる。
成分を含んでおり、燃料の沸点というと多数の沸点が存
在することになる。従って燃料の沸点を考える場合には
主要燃料成分の沸点を考えることが好ましいと云える。
また、噴射燃料の粒径は完全に均一になることはあり得
ないので噴射燃料の粒径を考える場合には噴射燃料の平
均粒径で考えることが好ましいと云える。このように考
えると噴射燃料の平均粒径を燃料粒子の温度がほぼ圧縮
上死点ＴＤＣ又は圧縮上死点ＴＤＣ後にそのときの圧力
のより定まる主要燃料成分の沸点Ｔに達する粒径以上と
すれば噴射後ほぼ圧縮上死点ＴＤＣに達するまでは燃料
粒子からの沸騰による急激な燃料の蒸発は生じず、ほぼ
圧縮上死点ＴＤＣ後に燃料粒子からの沸騰による急激な
蒸発を生じることになる。
【００２０】ところですすおよびＮＯｘの発生量をほぼ
零にするためには燃料粒子の径をほぼ５００μｍ程度よ
りも大きくすることに加え、噴射された燃料粒子を燃焼
室５内に均一に分散させることが必要となる。次にこの
ことについて図８を参照しつつ説明する。なお、図８に
おいてＸは夫々燃料粒子を示している。上述したように
圧縮行程の早期に燃料を噴射し、このときの燃料粒子Ｘ
の径をほぼ５００μｍ程度よりも大きくするとほぼ圧縮
上死点ＴＤＣに達するまでは燃料粒子Ｘからの沸騰によ
る燃料の蒸発作用が阻止される。しかしながらほぼ圧縮
上死点ＴＤＣに達するまでの間でも沸騰によらない燃料
の蒸発作用は行われており、従って燃料が噴射されると
燃料粒子Ｘの周りには蒸発燃料の層が形成されることに
なる。
零にするためには燃料粒子の径をほぼ５００μｍ程度よ
りも大きくすることに加え、噴射された燃料粒子を燃焼
室５内に均一に分散させることが必要となる。次にこの
ことについて図８を参照しつつ説明する。なお、図８に
おいてＸは夫々燃料粒子を示している。上述したように
圧縮行程の早期に燃料を噴射し、このときの燃料粒子Ｘ
の径をほぼ５００μｍ程度よりも大きくするとほぼ圧縮
上死点ＴＤＣに達するまでは燃料粒子Ｘからの沸騰によ
る燃料の蒸発作用が阻止される。しかしながらほぼ圧縮
上死点ＴＤＣに達するまでの間でも沸騰によらない燃料
の蒸発作用は行われており、従って燃料が噴射されると
燃料粒子Ｘの周りには蒸発燃料の層が形成されることに
なる。
【００２１】一方、圧縮行程が進むと燃焼室５内の温度
が上昇し、燃焼室５内の温度が一定温度以上になると燃
料粒子Ｘ周りの蒸発燃料が酸素と結合して燃焼せしめら
れる。即ち、燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料の酸化反応によ
る燃焼が開始される。このとき各燃料粒子Ｘ周りの蒸発
燃料の燃焼熱の及ぶ領域が図８の各燃料粒子Ｘ周りの破
線Ｙで示されている。図８（Ａ）に示すように燃料粒子
Ｘの分散密度が低いときにはこれら領域Ｙは互いに離れ
ており、図８（Ｂ）に示すように燃料粒子Ｘの分散密度
が高いときには領域Ｙ同士が互いに重なり合う。
が上昇し、燃焼室５内の温度が一定温度以上になると燃
料粒子Ｘ周りの蒸発燃料が酸素と結合して燃焼せしめら
れる。即ち、燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料の酸化反応によ
る燃焼が開始される。このとき各燃料粒子Ｘ周りの蒸発
燃料の燃焼熱の及ぶ領域が図８の各燃料粒子Ｘ周りの破
線Ｙで示されている。図８（Ａ）に示すように燃料粒子
Ｘの分散密度が低いときにはこれら領域Ｙは互いに離れ
ており、図８（Ｂ）に示すように燃料粒子Ｘの分散密度
が高いときには領域Ｙ同士が互いに重なり合う。
【００２２】図８（Ｂ）に示されるように領域Ｙ同士が
互いに重なると燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料の燃焼熱によ
り燃料粒子Ｘ間の空間領域の温度が高くなる。このよう
に燃料粒子Ｘ間の空間領域の温度が高くなると燃料粒子
Ｘは高温となり、その結果燃料粒子Ｘ内の炭化水素が水
素分子Ｈ2 や炭素ＣやメタンＣＨ4 に熱分解される。そ
の結果、燃焼室５内の温度が上昇するとこの水素分子Ｈ
2 が爆発的に燃焼し、それによって燃焼室５内の温度が
極度に高温になるために多量のＮＯｘが発生することに
なる。また、熱分解により炭素Ｃが発生するとこれら炭
素同士が互いに結合してすすが発生することになる。
互いに重なると燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料の燃焼熱によ
り燃料粒子Ｘ間の空間領域の温度が高くなる。このよう
に燃料粒子Ｘ間の空間領域の温度が高くなると燃料粒子
Ｘは高温となり、その結果燃料粒子Ｘ内の炭化水素が水
素分子Ｈ2 や炭素ＣやメタンＣＨ4 に熱分解される。そ
の結果、燃焼室５内の温度が上昇するとこの水素分子Ｈ
2 が爆発的に燃焼し、それによって燃焼室５内の温度が
極度に高温になるために多量のＮＯｘが発生することに
なる。また、熱分解により炭素Ｃが発生するとこれら炭
素同士が互いに結合してすすが発生することになる。
【００２３】これに対して図８（Ａ）に示されるように
領域Ｙが互いに離れていると燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料
の燃焼熱が他の燃料粒子Ｘ周りの領域Ｙに伝達されず、
その結果、各燃料粒子Ｘの温度はさほど高くならない。
その結果、燃料粒子Ｘ内の炭化水素の熱分解が生じない
ために水素分子Ｈ2 による爆発的な燃焼が生じず、従っ
て燃焼室５内の温度が極度に高くなることもないのでＮ
Ｏｘの発生が阻止されることになる。また、熱分解によ
り炭素Ｃが発生することもないので炭素同士が互いに結
合してすすまで成長することがなくなる。このように図
８（Ａ）に示される如く燃料粒子Ｘが均一に分散されて
燃料粒子Ｘの分散密度が低くなればすすおよびＮＯｘの
発生を阻止できることになる。
領域Ｙが互いに離れていると燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料
の燃焼熱が他の燃料粒子Ｘ周りの領域Ｙに伝達されず、
その結果、各燃料粒子Ｘの温度はさほど高くならない。
その結果、燃料粒子Ｘ内の炭化水素の熱分解が生じない
ために水素分子Ｈ2 による爆発的な燃焼が生じず、従っ
て燃焼室５内の温度が極度に高くなることもないのでＮ
Ｏｘの発生が阻止されることになる。また、熱分解によ
り炭素Ｃが発生することもないので炭素同士が互いに結
合してすすまで成長することがなくなる。このように図
８（Ａ）に示される如く燃料粒子Ｘが均一に分散されて
燃料粒子Ｘの分散密度が低くなればすすおよびＮＯｘの
発生を阻止できることになる。
【００２４】ところで図８（Ａ）に示されるように燃料
粒子Ｘを燃焼室５内全体に均一に分散させるためには燃
焼室５内の圧力Ｐが低いときに燃料噴射弁１０から燃料
を噴射させなければならない。即ち、燃焼室５内の圧力
Ｐが高くなると空気抵抗が大きくなるために噴射燃料の
飛行距離が短かくなり、斯くしてこのときには図９
（Ａ）に示されるように燃料粒子が燃焼室５内全体に広
がることができない。前述したように燃焼室５内の圧力
Ｐはほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度を越えると急速に
上昇して高くなり、事実ほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０
度を越えた後に燃料噴射を行うと図９（Ａ）に示される
ように燃料粒子が燃焼室５内に十分に広がらない。これ
に対してほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度以前は燃焼室
５内の圧力Ｐは低く、従ってほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ
６０度以前に燃料噴射が行われると図９（Ｂ）に示され
るように燃料粒子が燃焼室５内の全体に亘って均一に分
散することになる。従って圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度
以前に燃料噴射を行うことによってすすおよびＮＯｘの
発生が阻止されることになる。なお、この場合、燃料の
噴射時期はほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度以前であれ
ば圧縮行程時であっても吸気行程時であってもよい。
粒子Ｘを燃焼室５内全体に均一に分散させるためには燃
焼室５内の圧力Ｐが低いときに燃料噴射弁１０から燃料
を噴射させなければならない。即ち、燃焼室５内の圧力
Ｐが高くなると空気抵抗が大きくなるために噴射燃料の
飛行距離が短かくなり、斯くしてこのときには図９
（Ａ）に示されるように燃料粒子が燃焼室５内全体に広
がることができない。前述したように燃焼室５内の圧力
Ｐはほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度を越えると急速に
上昇して高くなり、事実ほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０
度を越えた後に燃料噴射を行うと図９（Ａ）に示される
ように燃料粒子が燃焼室５内に十分に広がらない。これ
に対してほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度以前は燃焼室
５内の圧力Ｐは低く、従ってほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ
６０度以前に燃料噴射が行われると図９（Ｂ）に示され
るように燃料粒子が燃焼室５内の全体に亘って均一に分
散することになる。従って圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度
以前に燃料噴射を行うことによってすすおよびＮＯｘの
発生が阻止されることになる。なお、この場合、燃料の
噴射時期はほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ６０度以前であれ
ば圧縮行程時であっても吸気行程時であってもよい。
【００２５】この燃焼方法を実行するに当って重要な点
は大きな粒径の燃料を燃料粒子同士の間隔を隔だてつつ
燃焼室５内全体に分散させることであり、従ってハード
の面からみるとこの燃焼方法を実行する上で燃料噴射弁
１０が重要な役割を果すことになる。図４はこの燃焼方
法を実行するのに適した燃料噴射弁１０の一例を示して
おり、この燃料噴射弁１０では燃料粒子の径を大きくし
うるように燃料噴射圧は２０MPa 程度の低圧に設定され
ている。
は大きな粒径の燃料を燃料粒子同士の間隔を隔だてつつ
燃焼室５内全体に分散させることであり、従ってハード
の面からみるとこの燃焼方法を実行する上で燃料噴射弁
１０が重要な役割を果すことになる。図４はこの燃焼方
法を実行するのに適した燃料噴射弁１０の一例を示して
おり、この燃料噴射弁１０では燃料粒子の径を大きくし
うるように燃料噴射圧は２０MPa 程度の低圧に設定され
ている。
【００２６】このように燃料粒子の径を５００μｍ程度
よりも大きくしかつ燃料噴射時期をほぼ圧縮上死点前Ｂ
ＴＤＣ６０度以前とすればほぼ圧縮上死点ＴＤＣ或いは
圧縮上死点ＴＤＣ後に沸騰による急激な燃料の蒸発作用
が開始されかつ図８（Ａ）に示されるように燃料粒子Ｘ
の分散密度が低くなるのですすおよびＮＯｘの発生量を
ほぼ零にすることができる。
よりも大きくしかつ燃料噴射時期をほぼ圧縮上死点前Ｂ
ＴＤＣ６０度以前とすればほぼ圧縮上死点ＴＤＣ或いは
圧縮上死点ＴＤＣ後に沸騰による急激な燃料の蒸発作用
が開始されかつ図８（Ａ）に示されるように燃料粒子Ｘ
の分散密度が低くなるのですすおよびＮＯｘの発生量を
ほぼ零にすることができる。
【００２７】このように圧縮行程の早期に燃料を噴射
し、このときの燃料粒子Ｘの径を大きくするとすすおよ
びＮＯｘの発生量をほぼ零にすることができる。しかし
ながらこのようにすすおよびＮＯｘの発生量をほぼ零に
することができるのは燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料が適切
な時期に燃焼せしめられた場合であり、燃料粒子Ｘ周り
の蒸発燃料の燃焼開始時期が早くなるとすすおよびＮＯ
ｘが発生することになる。次にこのことについて図１０
を参照しつつ説明する。
し、このときの燃料粒子Ｘの径を大きくするとすすおよ
びＮＯｘの発生量をほぼ零にすることができる。しかし
ながらこのようにすすおよびＮＯｘの発生量をほぼ零に
することができるのは燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料が適切
な時期に燃焼せしめられた場合であり、燃料粒子Ｘ周り
の蒸発燃料の燃焼開始時期が早くなるとすすおよびＮＯ
ｘが発生することになる。次にこのことについて図１０
を参照しつつ説明する。
【００２８】燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料は燃焼室５内の
吸入ガスの温度がほぼ２７０℃に達すると燃焼が開始さ
れる。燃料粒子周りの蒸発燃料の燃焼が開始されると図
１０（Ａ）においてＧで示されるように熱発生率の小さ
なピークが表われる。次いでこの燃料粒子周りの蒸発燃
料の燃焼開始後１０度程度のほぼ一定のクラン角度Δθ
を経過すると全燃料が着火燃焼せしめられ、斯くして図
１０（Ａ）においてＨで示されるように熱発生率の大き
なピークが表われる。
吸入ガスの温度がほぼ２７０℃に達すると燃焼が開始さ
れる。燃料粒子周りの蒸発燃料の燃焼が開始されると図
１０（Ａ）においてＧで示されるように熱発生率の小さ
なピークが表われる。次いでこの燃料粒子周りの蒸発燃
料の燃焼開始後１０度程度のほぼ一定のクラン角度Δθ
を経過すると全燃料が着火燃焼せしめられ、斯くして図
１０（Ａ）においてＨで示されるように熱発生率の大き
なピークが表われる。
【００２９】ところで上述したように図１０（Ａ）にお
いてＧで示される燃焼は燃焼室５内の吸入ガスの温度が
ほぼ２７０℃に達すると開始される。従って圧縮行程の
早い時期に燃焼室５内の吸入ガスの温度がほぼ２７０℃
に達すると図１０（Ｂ）に示されるように圧縮行程の早
い時期に燃料粒子周りの燃料蒸気の燃焼Ｇが開始される
ことになる。しかしながらこのように燃焼Ｇの開始時期
が早まると全燃料の燃焼Ｈの時期が早くなり、その結果
すすおよびＮＯｘが発生することになる。そこで本発明
では圧縮行程末期における燃焼室５内の吸入ガスの温度
が高くなる運転状態のときには吸入ガスの温度を低下さ
せ、それによって図１０（Ａ）に示されるようにほぼ圧
縮上死点前ＢＴＤＣ１０度以後に燃焼Ｇを開始させるよ
うにしている。
いてＧで示される燃焼は燃焼室５内の吸入ガスの温度が
ほぼ２７０℃に達すると開始される。従って圧縮行程の
早い時期に燃焼室５内の吸入ガスの温度がほぼ２７０℃
に達すると図１０（Ｂ）に示されるように圧縮行程の早
い時期に燃料粒子周りの燃料蒸気の燃焼Ｇが開始される
ことになる。しかしながらこのように燃焼Ｇの開始時期
が早まると全燃料の燃焼Ｈの時期が早くなり、その結果
すすおよびＮＯｘが発生することになる。そこで本発明
では圧縮行程末期における燃焼室５内の吸入ガスの温度
が高くなる運転状態のときには吸入ガスの温度を低下さ
せ、それによって図１０（Ａ）に示されるようにほぼ圧
縮上死点前ＢＴＤＣ１０度以後に燃焼Ｇを開始させるよ
うにしている。
【００３０】即ち、図１から図３に示される実施例では
機関の運転状態にかかわらずにＥＧＲガスがＥＧＲ通路
１５から吸気マニホルド１１内に供給されており、機関
負荷が高くなって圧縮行程末期における燃焼室５内の吸
入ガスの温度が高くなるときにはＥＧＲガスを冷却装置
１７によって冷却し、それによって燃焼室５内の吸入ガ
スの温度を低下させるようにしている。
機関の運転状態にかかわらずにＥＧＲガスがＥＧＲ通路
１５から吸気マニホルド１１内に供給されており、機関
負荷が高くなって圧縮行程末期における燃焼室５内の吸
入ガスの温度が高くなるときにはＥＧＲガスを冷却装置
１７によって冷却し、それによって燃焼室５内の吸入ガ
スの温度を低下させるようにしている。
【００３１】即ち、図１１のフローチャートに示される
ようにまず初めにステップ６０において機関高負荷運転
時であるか否か、即ちアクセルペダル２７の踏込み量Ｌ
が設定値Ｌ0 よりも大きいか否かが判別される。Ｌ＞Ｌ
0 のときにはステップ６１に進んで電磁切換弁２４がオ
ンとされる。このとき冷却水が冷却装置１７の冷却水流
入口１８に供給され、斯くしてＥＧＲガスが冷却装置１
７によって冷却される。これに対してＬ≦Ｌ0 のときに
はステップ６２に進んで電磁切換弁２４がオフとされ
る。このとき冷却水はバイパス導管２５および返戻導管
２０を介して返戻され、斯くして冷却装置１７によるＥ
ＧＲガスの冷却作用が停止される。
ようにまず初めにステップ６０において機関高負荷運転
時であるか否か、即ちアクセルペダル２７の踏込み量Ｌ
が設定値Ｌ0 よりも大きいか否かが判別される。Ｌ＞Ｌ
0 のときにはステップ６１に進んで電磁切換弁２４がオ
ンとされる。このとき冷却水が冷却装置１７の冷却水流
入口１８に供給され、斯くしてＥＧＲガスが冷却装置１
７によって冷却される。これに対してＬ≦Ｌ0 のときに
はステップ６２に進んで電磁切換弁２４がオフとされ
る。このとき冷却水はバイパス導管２５および返戻導管
２０を介して返戻され、斯くして冷却装置１７によるＥ
ＧＲガスの冷却作用が停止される。
【００３２】このようにこの実施例では圧縮行程末期に
燃焼室５内の吸入ガス温が高くなる高負荷運転時にＥＧ
Ｒガスが冷却装置１７によって冷却される。その結果、
圧縮行程末期における燃焼室５内の吸入ガスの温度が低
下せしめられ、斯くして図１０（Ａ）に示されるように
ほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ１０度以後に燃焼Ｇを開始さ
せることができる。
燃焼室５内の吸入ガス温が高くなる高負荷運転時にＥＧ
Ｒガスが冷却装置１７によって冷却される。その結果、
圧縮行程末期における燃焼室５内の吸入ガスの温度が低
下せしめられ、斯くして図１０（Ａ）に示されるように
ほぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ１０度以後に燃焼Ｇを開始さ
せることができる。
【００３３】図１２に別の実施例を示す。図１２を参照
するとこの実施例では吸気マニホルド１１とエアクリー
ナ１２との間に吸入空気を冷却するための冷却装置７０
が配置される。この冷却装置７０は冷媒流入口７１と冷
媒流出口７２とを有し、これら冷媒流入口７１および冷
媒流出口７２は冷却機７３に連結される。この実施例で
は図１３のフローチャートに示されるようにまず初めに
ステップ８０において機関高負荷運転時であるか否か、
即ちアクセルペダル２７の踏込み量Ｌが設定値Ｌ0 より
も大きいか否かが判別される。Ｌ＞Ｌ0 のときにはステ
ップ８１に進んで冷却機７３が作動せしめられる。この
とき冷媒が冷却装置７０の冷媒流入口７１に供給され、
斯くして吸入空気が冷却装置７０によって冷却される。
これに対してＬ≦Ｌ0 のときにはステップ８２に進んで
冷却機７３が停止され、斯くして冷却装置７０による吸
入空気の冷却作用が停止される。
するとこの実施例では吸気マニホルド１１とエアクリー
ナ１２との間に吸入空気を冷却するための冷却装置７０
が配置される。この冷却装置７０は冷媒流入口７１と冷
媒流出口７２とを有し、これら冷媒流入口７１および冷
媒流出口７２は冷却機７３に連結される。この実施例で
は図１３のフローチャートに示されるようにまず初めに
ステップ８０において機関高負荷運転時であるか否か、
即ちアクセルペダル２７の踏込み量Ｌが設定値Ｌ0 より
も大きいか否かが判別される。Ｌ＞Ｌ0 のときにはステ
ップ８１に進んで冷却機７３が作動せしめられる。この
とき冷媒が冷却装置７０の冷媒流入口７１に供給され、
斯くして吸入空気が冷却装置７０によって冷却される。
これに対してＬ≦Ｌ0 のときにはステップ８２に進んで
冷却機７３が停止され、斯くして冷却装置７０による吸
入空気の冷却作用が停止される。
【００３４】このようにこの実施例では圧縮行程末期に
燃焼室５内の吸入ガス温が高くなる高負荷運転時に吸入
空気が冷却装置７０によって冷却される。その結果、圧
縮行程末期における燃焼室５内の吸入ガスの温度が低下
せしめられ、斯くして図１０（Ａ）に示されるようにほ
ぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ１０度以後に燃焼Ｇを開始させ
ることができる。
燃焼室５内の吸入ガス温が高くなる高負荷運転時に吸入
空気が冷却装置７０によって冷却される。その結果、圧
縮行程末期における燃焼室５内の吸入ガスの温度が低下
せしめられ、斯くして図１０（Ａ）に示されるようにほ
ぼ圧縮上死点前ＢＴＤＣ１０度以後に燃焼Ｇを開始させ
ることができる。
【００３５】以上の説明からわかるように圧縮行程の早
期に燃料を噴射させることによって燃料粒子を均一に分
散させ、このときの燃料粒子の径を５００μｍよりも大
きくし、更に燃料粒子周りの蒸発燃料の燃焼Ｇの開始時
期を図１０（Ａ）に示されるようにほぼ圧縮上死点前Ｂ
ＴＤＣ１０度以後に開始させることによってすすおよび
ＮＯｘの発生を阻止することができる。しかしながら実
際には燃料粒子を燃焼室５内に均一に分散させるのは困
難であり、燃焼室５内に燃料粒子を均一に分散できない
とたとえ燃料粒子周りの蒸発燃料の燃焼Ｇの開始時期を
図１０（Ａ）に示されるようにほぼ圧縮上死点前ＢＴＤ
Ｃ１０度以後に開始させたとしてもこの燃焼Ｇによって
すすおよびＮＯｘが発生してしまう。
期に燃料を噴射させることによって燃料粒子を均一に分
散させ、このときの燃料粒子の径を５００μｍよりも大
きくし、更に燃料粒子周りの蒸発燃料の燃焼Ｇの開始時
期を図１０（Ａ）に示されるようにほぼ圧縮上死点前Ｂ
ＴＤＣ１０度以後に開始させることによってすすおよび
ＮＯｘの発生を阻止することができる。しかしながら実
際には燃料粒子を燃焼室５内に均一に分散させるのは困
難であり、燃焼室５内に燃料粒子を均一に分散できない
とたとえ燃料粒子周りの蒸発燃料の燃焼Ｇの開始時期を
図１０（Ａ）に示されるようにほぼ圧縮上死点前ＢＴＤ
Ｃ１０度以後に開始させたとしてもこの燃焼Ｇによって
すすおよびＮＯｘが発生してしまう。
【００３６】即ち、上述したように燃料粒子Ｘは燃焼室
５内に均一に分散しないので実際には燃焼室５内におい
て燃料粒子Ｘの分散密度がばらつくことになる。即ち、
燃焼室５内に燃料粒子Ｘの分散密度が図８（Ｂ）のよう
に高い領域と図８（Ａ）のように低い領域とが混在する
ことになる。ところがこのように燃焼室５内に燃料粒子
Ｘの分散密度が図８（Ｂ）のように高い領域が存在する
とこの領域においてすすやＮＯｘが発生することにな
る。この場合、このようなすすやＮＯｘの発生を阻止す
るためには燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料の酸化反応を抑制
すればよく、そのためには燃料粒子Ｘ周りの酸素の密度
を低下させてやればよいことになる。
５内に均一に分散しないので実際には燃焼室５内におい
て燃料粒子Ｘの分散密度がばらつくことになる。即ち、
燃焼室５内に燃料粒子Ｘの分散密度が図８（Ｂ）のよう
に高い領域と図８（Ａ）のように低い領域とが混在する
ことになる。ところがこのように燃焼室５内に燃料粒子
Ｘの分散密度が図８（Ｂ）のように高い領域が存在する
とこの領域においてすすやＮＯｘが発生することにな
る。この場合、このようなすすやＮＯｘの発生を阻止す
るためには燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料の酸化反応を抑制
すればよく、そのためには燃料粒子Ｘ周りの酸素の密度
を低下させてやればよいことになる。
【００３７】そこで本発明による実施例では燃料粒子Ｘ
周りの酸素の密度を低下させるために排気ガス再循環率
（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））、即
ちＥＧＲ率をほぼ４０パーセント以上に設定するように
している。即ちＥＧＲ率をほぼ４０パーセント以上に設
定すると燃料粒子Ｘ周りの酸素の密度は低くなり、斯く
して燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料の酸化反応が抑制され
る。斯くして燃料粒子Ｘ内の炭化水素の熱分解作用が抑
制され、従って水素分子Ｈ2 や炭素Ｃの生成量が少なく
なるために図８（Ｂ）に示されるように燃料粒子Ｘの分
散密度が高い場合であってもすすおよびＮＯｘの発生が
阻止されることになる。
周りの酸素の密度を低下させるために排気ガス再循環率
（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））、即
ちＥＧＲ率をほぼ４０パーセント以上に設定するように
している。即ちＥＧＲ率をほぼ４０パーセント以上に設
定すると燃料粒子Ｘ周りの酸素の密度は低くなり、斯く
して燃料粒子Ｘ周りの蒸発燃料の酸化反応が抑制され
る。斯くして燃料粒子Ｘ内の炭化水素の熱分解作用が抑
制され、従って水素分子Ｈ2 や炭素Ｃの生成量が少なく
なるために図８（Ｂ）に示されるように燃料粒子Ｘの分
散密度が高い場合であってもすすおよびＮＯｘの発生が
阻止されることになる。
【００３８】図１４は機関高負荷運転時におけるＮＯｘ
発生量とＥＧＲ率との関係を示している。図１４から、
ＥＧＲ率がほぼ４０パーセント以上になるとＮＯｘ発生
量は極めて少なくなり、ＥＧＲ率がほぼ５０パーセント
になるとＮＯｘ発生量はほぼ零になることがわかる。な
お、ＥＧＲ率がほぼ５０パーセントになるとすすもほと
んど零になることが判明している。
発生量とＥＧＲ率との関係を示している。図１４から、
ＥＧＲ率がほぼ４０パーセント以上になるとＮＯｘ発生
量は極めて少なくなり、ＥＧＲ率がほぼ５０パーセント
になるとＮＯｘ発生量はほぼ零になることがわかる。な
お、ＥＧＲ率がほぼ５０パーセントになるとすすもほと
んど零になることが判明している。
【００３９】そこで本発明による実施例では図１５に示
されるようにあらゆる機関負荷に対してＥＧＲ率をほぼ
５０パーセントに維持するようにしている。なお、図１
５（Ａ）は機関負荷、即ちアクセルペダル２７の踏込み
量ＬとＥＧＲ率との関係を示しており、図１５（Ｂ）は
空気過剰率λとアクセルペダル２７の踏込み量Ｌとの関
係を示している。上述したようにこの実施例では図１５
（Ａ）に示されるようにアクセルペダル２７の踏込み量
Ｌとは関係なく、常にＥＧＲ率がほぼ５０パーセントに
維持されている。
されるようにあらゆる機関負荷に対してＥＧＲ率をほぼ
５０パーセントに維持するようにしている。なお、図１
５（Ａ）は機関負荷、即ちアクセルペダル２７の踏込み
量ＬとＥＧＲ率との関係を示しており、図１５（Ｂ）は
空気過剰率λとアクセルペダル２７の踏込み量Ｌとの関
係を示している。上述したようにこの実施例では図１５
（Ａ）に示されるようにアクセルペダル２７の踏込み量
Ｌとは関係なく、常にＥＧＲ率がほぼ５０パーセントに
維持されている。
【００４０】また、この実施例では図１５（Ｂ）からわ
かるように機関高負荷運転時には、即ちアクセルペダル
２７の踏込み量Ｌが大きいときには空気過剰率λがほぼ
１．０とされる。即ち、言い換えると燃焼室５内におけ
る燃料量と空気量との比である空燃比がほぼ理論空燃比
とされる。なお、もう少し具体的に言うとこのとき２パ
ーセントから３パーセントの空気が過剰となるように空
気過剰率λが制御される。空気過剰率λがほぼ１．０に
されると燃料粒子Ｘの周りの酸素の密度は更に低下せし
められ、斯くして燃料粒子Ｘの周りの蒸発燃料の酸化反
応が更に抑制されることになる。その結果、すすおよび
ＮＯｘの発生を更に抑制できることになる。
かるように機関高負荷運転時には、即ちアクセルペダル
２７の踏込み量Ｌが大きいときには空気過剰率λがほぼ
１．０とされる。即ち、言い換えると燃焼室５内におけ
る燃料量と空気量との比である空燃比がほぼ理論空燃比
とされる。なお、もう少し具体的に言うとこのとき２パ
ーセントから３パーセントの空気が過剰となるように空
気過剰率λが制御される。空気過剰率λがほぼ１．０に
されると燃料粒子Ｘの周りの酸素の密度は更に低下せし
められ、斯くして燃料粒子Ｘの周りの蒸発燃料の酸化反
応が更に抑制されることになる。その結果、すすおよび
ＮＯｘの発生を更に抑制できることになる。
【００４１】また、この実施例ではアクセルペダル２７
の踏込み量ＬにかかわらずにＥＧＲ率がほぼ５０パーセ
ントに維持されるので図１５（Ｂ）に示されるように空
気過剰率λはアクセルペダル２７の踏込み量Ｌが小さく
なるにつれて増大する。即ち、機関負荷が低くなるほど
ＮＯｘ発生量が少なくなるのでこの実施例では機関負荷
が低くなるほど空気過剰率λが大きくなるようにしてい
る。
の踏込み量ＬにかかわらずにＥＧＲ率がほぼ５０パーセ
ントに維持されるので図１５（Ｂ）に示されるように空
気過剰率λはアクセルペダル２７の踏込み量Ｌが小さく
なるにつれて増大する。即ち、機関負荷が低くなるほど
ＮＯｘ発生量が少なくなるのでこの実施例では機関負荷
が低くなるほど空気過剰率λが大きくなるようにしてい
る。
【００４２】なお、この実施例ではＥＧＲ率がほぼ５０
パーセントに設定されているが図１５（Ａ）に示される
ようにＥＧＲ率はほぼ４０パーセントからほぼ６０パー
セントの間の任意の値に設定することができる。図１６
は別の実施例を示している。この実施例では図１６
（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル２７の踏込み量
Ｌにかかわらずに空気過剰率λがほぼ１．０に制御さ
れ、即ち空燃比がほぼ理論空燃比に制御され、従って１
６図（Ａ）に示されるようにＥＧＲ率はアクセルペダル
２７の踏込み量Ｌが小さくなるほど増大せしめられる。
パーセントに設定されているが図１５（Ａ）に示される
ようにＥＧＲ率はほぼ４０パーセントからほぼ６０パー
セントの間の任意の値に設定することができる。図１６
は別の実施例を示している。この実施例では図１６
（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル２７の踏込み量
Ｌにかかわらずに空気過剰率λがほぼ１．０に制御さ
れ、即ち空燃比がほぼ理論空燃比に制御され、従って１
６図（Ａ）に示されるようにＥＧＲ率はアクセルペダル
２７の踏込み量Ｌが小さくなるほど増大せしめられる。
【００４３】これらの実施例では空気過剰率λが図１５
（Ｂ）又は図１６（Ｂ）に示される空気過剰率となるよ
うに燃料噴射量が定められており、この燃料噴射量Ｑは
アクセルペダル２７の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの
関数として図１７に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内
に記憶されている。また、図１８（Ｂ）に示されるよう
に燃料噴射開始時期θＳはアクセルペダル２７の踏込み
量Ｌが増大するほど、即ち機関負荷が高くなるほど早め
られる。この燃料噴射開始時期θＳはアクセルペダル２
７の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数として図１８
（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶され
ている。
（Ｂ）又は図１６（Ｂ）に示される空気過剰率となるよ
うに燃料噴射量が定められており、この燃料噴射量Ｑは
アクセルペダル２７の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの
関数として図１７に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内
に記憶されている。また、図１８（Ｂ）に示されるよう
に燃料噴射開始時期θＳはアクセルペダル２７の踏込み
量Ｌが増大するほど、即ち機関負荷が高くなるほど早め
られる。この燃料噴射開始時期θＳはアクセルペダル２
７の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数として図１８
（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶され
ている。
【００４４】一方、この実施例では排気マニホルド１３
内の背圧と吸気マニホルド１１内の圧力との差圧によっ
てＥＧＲガスがＥＧＲ通路１５から吸気マニホルド１１
内に供給され、このときのＥＧＲガス量はＥＧＲ制御弁
１６によって制御される。ＥＧＲ率を図１５（Ａ）又は
図１６（Ａ）に示されるＥＧＲ率とするのに必要なＥＧ
Ｒ制御弁１６の開度、即ちＥＧＲ制御弁１６の駆動パル
スのデューティー比は予め実験により求められており、
この目標デューティー比ＤＵＯはアクセルペダル２７の
踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１９に示
すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
内の背圧と吸気マニホルド１１内の圧力との差圧によっ
てＥＧＲガスがＥＧＲ通路１５から吸気マニホルド１１
内に供給され、このときのＥＧＲガス量はＥＧＲ制御弁
１６によって制御される。ＥＧＲ率を図１５（Ａ）又は
図１６（Ａ）に示されるＥＧＲ率とするのに必要なＥＧ
Ｒ制御弁１６の開度、即ちＥＧＲ制御弁１６の駆動パル
スのデューティー比は予め実験により求められており、
この目標デューティー比ＤＵＯはアクセルペダル２７の
踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１９に示
すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００４５】また、空気過剰率λが図１５（Ｂ）又は図
１６（Ｂ）に示す目標空気過剰率となるように空燃比セ
ンサ２６の出力信号に基づいて目標デューティー比ＤＵ
Ｏが補正係数Ｋにより補正される。即ち、空燃比センサ
２６は図２０に示されるように空気過剰率λに応じた電
流Ｉを発生し、従ってこの電流値Ｉから実際の空燃比が
検出される。一方、図１５（Ｂ）および図１６（Ｂ）に
示される目標空気過剰率λＯはアクセルペダル２７の踏
込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図２１に示す
マップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。な
お、図１６に示す実施例においてはこの目標空気過剰率
λＯは機関の運転状態にかかわらずにほぼ１．０とな
る。
１６（Ｂ）に示す目標空気過剰率となるように空燃比セ
ンサ２６の出力信号に基づいて目標デューティー比ＤＵ
Ｏが補正係数Ｋにより補正される。即ち、空燃比センサ
２６は図２０に示されるように空気過剰率λに応じた電
流Ｉを発生し、従ってこの電流値Ｉから実際の空燃比が
検出される。一方、図１５（Ｂ）および図１６（Ｂ）に
示される目標空気過剰率λＯはアクセルペダル２７の踏
込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図２１に示す
マップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。な
お、図１６に示す実施例においてはこの目標空気過剰率
λＯは機関の運転状態にかかわらずにほぼ１．０とな
る。
【００４６】次に図２２に示される運転制御ルーチンに
ついて説明する。図２２を参照するとまず初めにステッ
プ１００において図１７に示すマップから燃料噴射量Ｑ
が算出される。次いでステップ１０１では図１８（Ａ）
に示すマップから燃料噴射開始時期θＳが算出される。
次いでステップ１０２では燃料噴射量Ｑ、燃料噴射開始
時期θＳおよび機関回転数Ｎから燃料噴射完了時期θＥ
が算出され、これら燃料噴射開始時期θＳおよび燃料噴
射完了時期θＥに基づいて燃料噴射弁１０からの燃料噴
射作用が行われる。
ついて説明する。図２２を参照するとまず初めにステッ
プ１００において図１７に示すマップから燃料噴射量Ｑ
が算出される。次いでステップ１０１では図１８（Ａ）
に示すマップから燃料噴射開始時期θＳが算出される。
次いでステップ１０２では燃料噴射量Ｑ、燃料噴射開始
時期θＳおよび機関回転数Ｎから燃料噴射完了時期θＥ
が算出され、これら燃料噴射開始時期θＳおよび燃料噴
射完了時期θＥに基づいて燃料噴射弁１０からの燃料噴
射作用が行われる。
【００４７】次いでステップ１０３では図１９に示すマ
ップから目標デューティー比ＤＵＯが算出され、次いで
ステップ１０４では図２１に示すマップから目標空気過
剰率λＯが算出される。次いでステップ１０５では空燃
比センサ２６の出力信号から現在の空気過剰率λが算出
される。次いでステップ１０６では現在の空気過剰率λ
が目標空気過剰率λＯよりも大きいか否かが判別され
る。λ＞λ０のときにはステップ１０７に進んで補正係
数Ｋに一定値αが加算され、次いでステップ１０９に進
む。これに対してλ≦λＯのときにはステップ１０８に
進んで補正係数Ｋから一定値αが減算され、次いでステ
ップ１０９に進む。ステップ１０９では目標デューティ
ー比ＤＵＯに補正係数Ｋを乗算することによって最終的
なデューティー比ＤＵ（＝Ｋ・ＤＵＯ）が算出され、こ
のデューティー比ＤＵに基づいてＥＧＲ制御弁１６が制
御される。
ップから目標デューティー比ＤＵＯが算出され、次いで
ステップ１０４では図２１に示すマップから目標空気過
剰率λＯが算出される。次いでステップ１０５では空燃
比センサ２６の出力信号から現在の空気過剰率λが算出
される。次いでステップ１０６では現在の空気過剰率λ
が目標空気過剰率λＯよりも大きいか否かが判別され
る。λ＞λ０のときにはステップ１０７に進んで補正係
数Ｋに一定値αが加算され、次いでステップ１０９に進
む。これに対してλ≦λＯのときにはステップ１０８に
進んで補正係数Ｋから一定値αが減算され、次いでステ
ップ１０９に進む。ステップ１０９では目標デューティ
ー比ＤＵＯに補正係数Ｋを乗算することによって最終的
なデューティー比ＤＵ（＝Ｋ・ＤＵＯ）が算出され、こ
のデューティー比ＤＵに基づいてＥＧＲ制御弁１６が制
御される。
【００４８】即ち、実際の空気過剰率λが目標空気過剰
率λＯよりも大きくなるとデューティー比ＤＵが増大せ
しめられる。その結果ＥＧＲ制御弁１６の開度が大きく
なるためにＥＧＲ率が増大せしめられ、斯くして空気過
剰率λが減少せしめられる。これに対して実際の空気過
剰率λが目標空気過剰率λＯよりも小さくなるとデュー
ティー比ＤＵが減少せしめられる。その結果ＥＧＲ制御
弁１６の開度が小さくなるためにＥＧＲ率が減少せしめ
られ、斯くして空気過剰率λが増大せしめられる。この
ようにしてＥＧＲ率をほぼ目標ＥＧＲ率に維持しつつ空
気過剰率λが目標空気過剰率λＯに制御される。図２３
に更に別の実施例を示す。この実施例では大量のＥＧＲ
ガスの再循環作用を容易になしうるように吸気マニホル
ド１１とエアクリーナ１２間の吸気ダクト１２０内にス
ロットル弁１２１が配置されている。このスロットル弁
１２１はステップモータ１２２により機関の運転状態に
応じた開度に制御される。ところがこのようにスロット
ル弁１２１を設けた場合においてスロットル弁１２１の
開度が小さくなると圧縮始めの燃焼室５内の圧力が低下
するために圧縮行程末期における燃焼室５内の吸入ガス
の温度が低下してしまう。特に発生熱量の少ない機関低
負荷運転時には圧縮行程末期における燃焼室５内の吸入
ガスの温度がかなり低下し、良好な燃焼が得られなくな
る。
率λＯよりも大きくなるとデューティー比ＤＵが増大せ
しめられる。その結果ＥＧＲ制御弁１６の開度が大きく
なるためにＥＧＲ率が増大せしめられ、斯くして空気過
剰率λが減少せしめられる。これに対して実際の空気過
剰率λが目標空気過剰率λＯよりも小さくなるとデュー
ティー比ＤＵが減少せしめられる。その結果ＥＧＲ制御
弁１６の開度が小さくなるためにＥＧＲ率が減少せしめ
られ、斯くして空気過剰率λが増大せしめられる。この
ようにしてＥＧＲ率をほぼ目標ＥＧＲ率に維持しつつ空
気過剰率λが目標空気過剰率λＯに制御される。図２３
に更に別の実施例を示す。この実施例では大量のＥＧＲ
ガスの再循環作用を容易になしうるように吸気マニホル
ド１１とエアクリーナ１２間の吸気ダクト１２０内にス
ロットル弁１２１が配置されている。このスロットル弁
１２１はステップモータ１２２により機関の運転状態に
応じた開度に制御される。ところがこのようにスロット
ル弁１２１を設けた場合においてスロットル弁１２１の
開度が小さくなると圧縮始めの燃焼室５内の圧力が低下
するために圧縮行程末期における燃焼室５内の吸入ガス
の温度が低下してしまう。特に発生熱量の少ない機関低
負荷運転時には圧縮行程末期における燃焼室５内の吸入
ガスの温度がかなり低下し、良好な燃焼が得られなくな
る。
【００４９】そこでこの実施例では吸気ダクト１２０内
に吸入空気を加熱するための電気ヒータ装置１２３を取
付け、機関負荷が低いときには電気ヒータ装置１２３を
作動せしめるようにしている。即ち、図２４のフローチ
ャートに示されるようにまず初めにステップ１３０にお
いて機関高負荷運転時であるか否か、即ちアクセルペダ
ル２７（図１）の踏込み量Ｌが設定値Ｌ1 よりも大きい
か否かが判別される。Ｌ＞Ｌ1 のときにはステップ１３
１に進んで電磁切換弁２４がオンとされる。このとき冷
却水が冷却装置１７の冷却水流入口１８に供給され、斯
くしてＥＧＲガスが冷却装置１７によって冷却される。
これに対してＬ≦Ｌ1 のときにはステップ１３２に進ん
で電磁切換弁２４がオフとされる。このとき冷却水はバ
イパス導管２５および返戻導管２０を介して返戻され、
斯くして冷却装置１７によるＥＧＲガスの冷却作用が停
止される。
に吸入空気を加熱するための電気ヒータ装置１２３を取
付け、機関負荷が低いときには電気ヒータ装置１２３を
作動せしめるようにしている。即ち、図２４のフローチ
ャートに示されるようにまず初めにステップ１３０にお
いて機関高負荷運転時であるか否か、即ちアクセルペダ
ル２７（図１）の踏込み量Ｌが設定値Ｌ1 よりも大きい
か否かが判別される。Ｌ＞Ｌ1 のときにはステップ１３
１に進んで電磁切換弁２４がオンとされる。このとき冷
却水が冷却装置１７の冷却水流入口１８に供給され、斯
くしてＥＧＲガスが冷却装置１７によって冷却される。
これに対してＬ≦Ｌ1 のときにはステップ１３２に進ん
で電磁切換弁２４がオフとされる。このとき冷却水はバ
イパス導管２５および返戻導管２０を介して返戻され、
斯くして冷却装置１７によるＥＧＲガスの冷却作用が停
止される。
【００５０】次いでステップ１３３では機関低負荷運転
時であるか否か、即ちアクセルペダル２７の踏込み量Ｌ
が設定値Ｌ2 （Ｌ2 ＜Ｌ1 ）よりも小さいか否かが判別
される。Ｌ＜Ｌ2 のときにはステップ１３４に進んで電
気ヒータ１２３がオンとされる。その結果、吸入空気が
加熱され、斯くして圧縮行程末期における燃焼室５内の
吸入ガスの温度が上昇せしめられる。これに対してＬ≧
Ｌ2 のときにはステップ１３５に進んで電気ヒータ１２
３がオフとされる。
時であるか否か、即ちアクセルペダル２７の踏込み量Ｌ
が設定値Ｌ2 （Ｌ2 ＜Ｌ1 ）よりも小さいか否かが判別
される。Ｌ＜Ｌ2 のときにはステップ１３４に進んで電
気ヒータ１２３がオンとされる。その結果、吸入空気が
加熱され、斯くして圧縮行程末期における燃焼室５内の
吸入ガスの温度が上昇せしめられる。これに対してＬ≧
Ｌ2 のときにはステップ１３５に進んで電気ヒータ１２
３がオフとされる。
【００５１】図２５に更に別の実施例を示す。この実施
例では吸気弁６又は排気弁８の開弁時期を制御すること
によって機関低負荷運転時に圧縮行程末期における燃焼
室５内の吸入ガス温を上昇させるようにしている。この
実施例では吸気弁６駆動用カムシャフト１４０の位相制
御装置１４１と排気弁８駆動用カムシャフト１４２の位
相制御装置１４３とを具備し、これら位相制御装置１４
１，１４３によって吸気弁６および排気弁８の開弁期間
が制御される。
例では吸気弁６又は排気弁８の開弁時期を制御すること
によって機関低負荷運転時に圧縮行程末期における燃焼
室５内の吸入ガス温を上昇させるようにしている。この
実施例では吸気弁６駆動用カムシャフト１４０の位相制
御装置１４１と排気弁８駆動用カムシャフト１４２の位
相制御装置１４３とを具備し、これら位相制御装置１４
１，１４３によって吸気弁６および排気弁８の開弁期間
が制御される。
【００５２】即ち、図２６のフローチャートに示される
ようにまず初めにステップ１５０において機関高負荷運
転時であるか否か、即ちアクセルペダル２７（図１）の
踏込み量Ｌが設定値Ｌ1 よりも大きいか否かが判別され
る。Ｌ＞Ｌ1 のときにはステップ１５１に進んで電磁切
換弁２４がオンとされる。このとき冷却水が冷却装置１
７の冷却水流入口１８に供給され、斯くしてＥＧＲガス
が冷却装置１７によって冷却される。これに対してＬ≦
Ｌ1 のときにはステップ１５２に進んで電磁切換弁２４
がオフとされる。このとき冷却水はバイパス導管２５お
よび返戻導管２０を介して返戻され、斯くして冷却装置
１７によるＥＧＲガスの冷却作用が停止される。
ようにまず初めにステップ１５０において機関高負荷運
転時であるか否か、即ちアクセルペダル２７（図１）の
踏込み量Ｌが設定値Ｌ1 よりも大きいか否かが判別され
る。Ｌ＞Ｌ1 のときにはステップ１５１に進んで電磁切
換弁２４がオンとされる。このとき冷却水が冷却装置１
７の冷却水流入口１８に供給され、斯くしてＥＧＲガス
が冷却装置１７によって冷却される。これに対してＬ≦
Ｌ1 のときにはステップ１５２に進んで電磁切換弁２４
がオフとされる。このとき冷却水はバイパス導管２５お
よび返戻導管２０を介して返戻され、斯くして冷却装置
１７によるＥＧＲガスの冷却作用が停止される。
【００５３】次いでステップ１５３では機関低負荷運転
時であるか否か、即ちアクセルペダル２７の踏込み量Ｌ
が設定値Ｌ2 （Ｌ2 ＜Ｌ1 ）よりも小さいか否かが判別
される。Ｌ≧Ｌ2 のときにはステップ１５５に進んで吸
気弁６および排気弁８の開弁時期が図２７（Ａ）に示す
通常の開弁時期に制御される。これに対してＬ＜Ｌ2の
ときにはステップ１５４に進んで吸気弁６および排気弁
８の開弁時期が図２７（Ｂ）に示す開弁期間か又は図２
７（Ｃ）に示す開弁期間に制御される。
時であるか否か、即ちアクセルペダル２７の踏込み量Ｌ
が設定値Ｌ2 （Ｌ2 ＜Ｌ1 ）よりも小さいか否かが判別
される。Ｌ≧Ｌ2 のときにはステップ１５５に進んで吸
気弁６および排気弁８の開弁時期が図２７（Ａ）に示す
通常の開弁時期に制御される。これに対してＬ＜Ｌ2の
ときにはステップ１５４に進んで吸気弁６および排気弁
８の開弁時期が図２７（Ｂ）に示す開弁期間か又は図２
７（Ｃ）に示す開弁期間に制御される。
【００５４】即ち、図２７（Ｂ）に示される場合には排
気弁８の開弁期間が早められる。排気弁８の開弁期間が
早められると燃焼室５内に残留する高温の既燃ガス量が
増大するために燃焼室５内の吸入ガス温が上昇せしめら
れる。これに対して図２７（Ｃ）に示される場合には吸
気弁６の開弁期間が遅らされる。吸気弁６の開弁期間が
遅らされると吸気弁６が開弁したときに吸入空気が急激
に燃焼室５内に流入し、このとき吸入空気の慣性過給作
用により燃焼室５内の吸入空気が断熱圧縮されるので燃
焼室５内の吸入ガス温が上昇せしめられる。
気弁８の開弁期間が早められる。排気弁８の開弁期間が
早められると燃焼室５内に残留する高温の既燃ガス量が
増大するために燃焼室５内の吸入ガス温が上昇せしめら
れる。これに対して図２７（Ｃ）に示される場合には吸
気弁６の開弁期間が遅らされる。吸気弁６の開弁期間が
遅らされると吸気弁６が開弁したときに吸入空気が急激
に燃焼室５内に流入し、このとき吸入空気の慣性過給作
用により燃焼室５内の吸入空気が断熱圧縮されるので燃
焼室５内の吸入ガス温が上昇せしめられる。
【００５５】なお、その他燃焼室５内の圧縮比を制御
し、機関低負荷運転時に燃焼室５内の圧縮比を高めるよ
うにすることもできる。
し、機関低負荷運転時に燃焼室５内の圧縮比を高めるよ
うにすることもできる。
【００５６】
【発明の効果】すすおよびＮＯｘの発生量をほぼ零にす
ることができる。
ることができる。
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】圧縮着火式内燃機関の側面断面図である。
【図３】図２のシリンダヘッドの底面図である。
【図４】燃料噴射弁の側面断面図である。
【図５】燃料噴射弁の先端部の拡大側面断面図である。
【図６】ピストンの圧縮作用のみによる燃焼室内の圧力
変化を示す図である。
変化を示す図である。
【図７】沸点と燃料粒子の温度変化とを示す図である。
【図８】燃料粒子の分布を示す図である。
【図９】燃料粒子の分布を示す図である。
【図１０】熱発生率を示す図である。
【図１１】冷却制御を行うためのフローチャートであ
る。
る。
【図１２】別の実施例を示す圧縮着火式内燃機関の全体
図である。
図である。
【図１３】冷却制御を行うためのフローチャートであ
る。
る。
【図１４】ＮＯｘ発生量とＥＧＲ率との関係を示す図で
ある。
ある。
【図１５】ＥＧＲ率と空気過剰率とを示す図である。
【図１６】ＥＧＲ率と空気過剰率とを示す図である。
【図１７】燃料噴射量のマップを示す図である。
【図１８】燃料噴射開始時期を示す図である。
【図１９】目標デューティー比のマップを示す図であ
る。
る。
【図２０】空燃比センサの発生電流を示す図である。
【図２１】目標空気過剰率を示す図である。
【図２２】機関運転を制御するためのフローチャートで
ある。
ある。
【図２３】更に別の実施例を示す圧縮着火式内燃機関の
全体図である。
全体図である。
【図２４】吸入ガス温制御を行うためのフローチャート
である。
である。
【図２５】更に別の実施例を示す圧縮着火式内燃機関の
全体図である。
全体図である。
【図２６】吸入ガス温制御を行うためのフローチャート
である。
である。
【図２７】吸気弁および排気弁のリフト曲線を示す図で
ある。
ある。
１１…吸気マニホルド １３…排気マニホルド １５…ＥＧＲ通路 １６…ＥＧＲ制御弁 １７…冷却装置
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ０２Ｂ 3/08 Ｆ０２Ｂ 3/08 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ｄ 41/02 ３８０ 41/02 ３８０Ｅ
Claims (2)
- 【請求項１】 ほぼ圧縮上死点前６０度以前の圧縮行程
中又は吸気行程中において燃焼室内に燃料を噴射すると
共に、このときの噴射燃料の平均粒径を燃料粒子の温度
がほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後にそのときの圧力に
より定まる主要燃料成分の沸点に達する粒径以上とし、
噴射後ほぼ圧縮上死点に達するまでは燃料粒子からの沸
騰による燃料の蒸発を阻止すると共にほぼ圧縮上死点後
に燃料粒子の燃料を沸騰蒸発させて燃料を着火燃焼せし
めるようにした筒内噴射式内燃機関において、燃焼室内
に吸入された吸入ガスの圧縮行程末期における温度を低
下させるための温度低下手段を具備し、機関負荷が予め
定められた負荷よりも高いときには該温度低下手段によ
って吸入ガスの圧縮行程末期における温度を低下させる
と共に機関負荷が予め定められた負荷よりも低いときに
は該温度低下手段による吸入ガスの温度低下作用を停止
するようにした筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項２】 燃焼室内に吸入された吸入ガスの圧縮行
程末期における温度を上昇させるための温度上昇手段を
具備し、機関負荷が予め定められた設定値よりも高いと
きには該温度上昇手段によって吸入ガスの圧縮行程末期
における温度を上昇させると共に機関負荷が予め定めら
れた設定値よりも低いときには該温度上昇手段による吸
入ガスの温度上昇作用を停止するようにした請求項１に
記載の筒内噴射式内燃機関。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP08101672A JP3134766B2 (ja) | 1996-04-23 | 1996-04-23 | 筒内噴射式内燃機関 |
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| US08/837,745 US5743243A (en) | 1996-04-23 | 1997-04-22 | Compression-ignition type engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08101672A JP3134766B2 (ja) | 1996-04-23 | 1996-04-23 | 筒内噴射式内燃機関 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09287528A true JPH09287528A (ja) | 1997-11-04 |
| JP3134766B2 JP3134766B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=14306864
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
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- 1996-04-23 JP JP08101672A patent/JP3134766B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP3134766B2 (ja) | 2001-02-13 |
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