JPWO2011118028A1 - Combustion control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

燃焼室内で予混合燃焼と拡散燃焼とが行われるエンジンに対し、エンジン負荷が低くなっていくに従い、総燃料噴射量に対する予混合燃焼用燃料噴射の噴射量の比率を高く、且つ拡散燃焼用燃料噴射の噴射量の比率を低く設定していく。これにより、予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率を次第に小さくしていく。高負荷運転時には燃焼の安定性が確保でき、低負荷運転時には排気エミッションの改善及び燃焼音の低減化が図れる。For an engine in which premixed combustion and diffusion combustion are performed in the combustion chamber, the ratio of the injection amount of the fuel injection for premixed combustion to the total fuel injection amount increases as the engine load decreases, and the fuel for diffusion combustion The ratio of the injection amount is set low. Thereby, the ratio of the heat generation amount of diffusion combustion to the total heat generation amount during the combustion period in which premixed combustion and diffusion combustion coexist is gradually reduced. Combustion stability can be ensured during high load operation, and exhaust emission can be improved and combustion noise can be reduced during low load operation.

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃焼制御装置に係る。特に、本発明は、燃焼室内における予混合燃焼及び拡散燃焼の燃焼形態の改良に関する。   The present invention relates to a combustion control device for a compression ignition type internal combustion engine represented by a diesel engine. In particular, the present invention relates to an improvement in the combustion mode of premixed combustion and diffusion combustion in a combustion chamber.

従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等に応じて、燃料噴射弁(以下、インジェクタと呼ぶ場合もある)からの燃料噴射タイミングや燃料噴射量を調整することにより燃焼室内での燃焼形態を制御することが行われている。   As is well known in the art, in a diesel engine used as an automobile engine or the like, a fuel injection valve (hereinafter referred to as an injector) may be used depending on the engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, intake air temperature, and the like. The combustion mode in the combustion chamber is controlled by adjusting the fuel injection timing and the fuel injection amount from.

上記ディーゼルエンジンの燃焼は、下記の特許文献1にも開示されているように、主として予混合燃焼と拡散燃焼とにより成り立っている。インジェクタから燃焼室内への燃料噴射が開始されると、先ず、燃料の気化拡散により可燃混合気が生成される(着火遅れ期間)。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所でほぼ同時に自己着火し、急速に燃焼が進む(予混合燃焼)。更に、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる(拡散燃焼)。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる(後燃え期間)。   The combustion of the diesel engine is mainly composed of premixed combustion and diffusion combustion as disclosed in Patent Document 1 below. When fuel injection from the injector into the combustion chamber is started, first, a combustible mixture is generated by vaporization and diffusion of fuel (ignition delay period). Next, this combustible air-fuel mixture self-ignites almost simultaneously in several places in the combustion chamber, and the combustion proceeds rapidly (premixed combustion). Further, fuel injection into the combustion chamber is continued, and combustion is continuously performed (diffusion combustion). Thereafter, since unburned fuel exists even after the fuel injection is completed, heat generation is continued for a while (afterburn period).

ところで、ディーゼルエンジンでは、NOxの発生量及びスモークの発生量を共に抑制することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。NOxの発生量を抑制するものとして、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気還流(EGR:Exhaust Gas Recirculation)装置が知られている(例えば下記の特許文献2を参照)。また、スモークの発生量を抑制するための対策として、エンジンの圧縮行程で副噴射を実行し、この副噴射での燃焼を予混合燃焼とすることで燃焼場での酸素不足の解消を図ることが知られている(例えば下記の特許文献3を参照)。   By the way, in a diesel engine, it is important to meet various requirements such as improving exhaust emissions by reducing both NOx generation and smoke generation, reducing combustion noise during the combustion stroke, and ensuring sufficient engine torque. It is. An exhaust gas recirculation (EGR) device that recirculates part of exhaust gas to an intake passage is known as a means for suppressing the amount of NOx generated (see, for example, Patent Document 2 below). In addition, as a measure for suppressing the amount of smoke generated, sub-injection is executed during the compression stroke of the engine, and combustion in this sub-injection is premixed combustion to eliminate oxygen shortage in the combustion field. Is known (see, for example, Patent Document 3 below).

特開2004−156519号公報JP 2004-156519 A 特開2004−3415号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-3415 特開2001−193526号公報JP 2001-193526 A

これまで、NOxの発生量及びスモークの発生量を共に抑制することを目的として、燃焼室内での燃焼形態を制御することが提案されている(上記特許文献1等)。   Until now, it has been proposed to control the combustion mode in the combustion chamber for the purpose of suppressing both the generation amount of NOx and the generation amount of smoke (Patent Document 1, etc.).

従来において、排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立するべく、燃焼室内での適正な燃焼を実現するための手法としては、エンジン回転数やエンジンの要求トルク等といった運転状態毎(エンジン回転数と要求トルクとをパラメータとする運転状態マップの格子点毎)に適正な燃料噴射形態(燃料噴射パターン)や筒内環境(筒内のガス状態)の適合を行っている。   Conventionally, in order to achieve various requirements such as improvement of exhaust emission, reduction of combustion noise during combustion stroke, and sufficient engine torque, engine rotation speed is a method for realizing proper combustion in the combustion chamber. Appropriate fuel injection mode (fuel injection pattern) and in-cylinder environment (in-cylinder gas) for each operation state (for each grid point of the operation state map with engine speed and required torque as parameters) Status).

例えば、エンジン運転状態毎に、実験的に燃料噴射時期やEGR量等の適合値を試行錯誤で個別に求めていき、これら多数のエンジン運転状態毎に対応した適合値をマップ化することで燃料噴射マップやEGRマップを作成していた。そして、この燃料噴射マップに従って、現在のエンジン運転状態に適した燃料噴射時期等を設定してインジェクタの制御を行ったり、EGRマップに従って、現在のエンジン運転状態に適したEGR量を設定してEGRバルブの制御を行ったりしていた。   For example, experimental values for fuel injection timing, EGR amount, etc. are individually determined by trial and error for each engine operating state, and the corresponding values corresponding to each of the many engine operating states are mapped. An injection map and an EGR map were created. Then, according to the fuel injection map, the fuel injection timing suitable for the current engine operating state is set to control the injector, or according to the EGR map, the EGR amount suitable for the current engine operating state is set to set EGR. The valve was controlled.

このようにしてエンジンの複数の運転状態に対して実験的に適合値を個別に求めていたため、エンジン運転領域の全域に亘って適正な燃料噴射形態や筒内環境が設定されている保証がなかった。つまり、ある運転状態(上記適合値が求められていない運転状態)では、燃焼室内での燃焼のうち拡散燃焼の割合が高くなり過ぎることでNOxの発生量が著しく多くなったり、また、ある運転状態では、燃焼室内での燃焼のうち予混合燃焼の割合が高くなり過ぎることで燃焼が不安定になり、燃焼音が著しく大きくなってしまう可能性があった。上記NOxの発生量を抑制するために、燃料噴射タイミングを大幅に遅角側に移行させることも行われているが、これでは、燃焼効率の悪化を招き、十分なエンジントルクの確保ができなくなったり、燃料消費率の悪化を招いてしまうことに繋がってしまう。   In this way, since the optimum values are experimentally obtained individually for a plurality of operating states of the engine, there is no guarantee that an appropriate fuel injection form and in-cylinder environment are set over the entire engine operating region. It was. In other words, in a certain operating state (an operating state for which the above-mentioned conformity value is not required), the amount of NOx generation is significantly increased due to the excessive diffusion combustion ratio in the combustion in the combustion chamber. In the state, if the ratio of the premixed combustion in the combustion in the combustion chamber becomes too high, the combustion becomes unstable and the combustion noise may be remarkably increased. In order to suppress the amount of NOx generated, the fuel injection timing is also largely shifted to the retarded side. However, this causes deterioration in combustion efficiency and makes it impossible to secure sufficient engine torque. Or lead to a deterioration of the fuel consumption rate.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の運転状態に応じた適切な燃焼形態(予混合燃焼及び拡散燃焼の燃焼形態)を実現することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。   This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is implement | achieving the suitable combustion form (combustion form of premixed combustion and diffusion combustion) according to the driving | running state of an internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a combustion control device for an internal combustion engine.

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃焼室内における燃焼形態として予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できるように、これら燃焼相互の独立度合いを調整する(これら燃焼が同時並行される場合のそれぞれの熱発生量の比率を調整することにより各燃焼相互の独立度合いを調整する)ことで、これら燃焼を協調させ、燃焼の安定性、排気エミッションの改善、燃焼音の抑制が図れるようにしている。
-Principle of solving the problem-
The solution principle of the present invention taken to achieve the above object is to adjust the degree of independence of these combustions so that the advantages of premixed combustion and diffusion combustion can be used effectively as combustion forms in the combustion chamber. (By adjusting the ratio of heat generation when each combustion is performed in parallel, the degree of independence of each combustion is adjusted), thereby coordinating these combustions, and improving the stability of combustion and exhaust emissions. Improvements and suppression of combustion noise are made possible.

−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料が、少なくとも「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の開始後に開始される「拡散燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式内燃機関の燃焼制御装置を前提とする。この内燃機関の燃焼制御装置に対し、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率が次第に小さくなっていくように、上記燃料噴射弁の燃料噴射形態及び上記燃焼室内での燃料噴射前のガス状態のうち少なくとも一方を調整する拡散燃焼実行率調整手段を備えさせている。
-Solution-
Specifically, the present invention relates to compression auto-ignition in which fuel injected from a fuel injection valve burns in a combustion chamber by at least “premixed combustion” and “diffusion combustion” started after the start of this “premixed combustion”. The premise is a combustion control device for an internal combustion engine. With respect to the combustion control device of the internal combustion engine, as the load on the internal combustion engine becomes lower or the required output of the internal combustion engine becomes smaller, the premixed combustion and the diffusion combustion are in a combustion period. Diffusion that adjusts at least one of the fuel injection form of the fuel injection valve and the gas state before fuel injection in the combustion chamber so that the ratio of the heat generation amount of diffusion combustion to the total heat generation amount gradually decreases Combustion execution rate adjusting means is provided.

この特定事項により、内燃機関の負荷が比較的高い状況(または、内燃機関の要求出力が比較的大きい状況)では、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率(以下、拡散燃焼実行率と呼ぶ)を高く設定する。このように、拡散燃焼実行率を高く設定した場合、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性が高く設定されることになる。これにより、仮に、予混合燃焼での燃焼状態が悪化(不安定化)したとしても、それの拡散燃焼に対する影響度合いは小さく、拡散燃焼の安定化が維持され、燃焼室内での燃焼を安定的に行うことができる。そのため、特に燃焼の安定化が要求される高負荷運転時において十分な出力を得ることができる。   Due to this specific matter, in a situation where the load of the internal combustion engine is relatively high (or a situation where the required output of the internal combustion engine is relatively large), the total heat generation amount during the combustion period in which the premixed combustion and the diffusion combustion coexist. The ratio of heat generation amount of diffusion combustion (hereinafter referred to as diffusion combustion execution rate) is set high. As described above, when the diffusion combustion execution rate is set high, the independence between the premixed combustion and the diffusion combustion during the same combustion stroke is set high. As a result, even if the combustion state in the premixed combustion deteriorates (unstabilizes), the degree of influence on the diffusion combustion is small, the stabilization of the diffusion combustion is maintained, and the combustion in the combustion chamber is stable. Can be done. For this reason, a sufficient output can be obtained particularly during high-load operation that requires stabilization of combustion.

一方、内燃機関の負荷が比較的低い状況(または、内燃機関の要求出力が比較的小さい状況)では、上記拡散燃焼実行率を低く設定する。内燃機関の高負荷では燃焼期間が長く、燃焼重心を遅角する余裕がない。これに対し、内燃機関の軽負荷では燃焼重心を遅角する余裕があり、拡散実行率の低減が可能である。そのため、このような内燃機関の負荷が比較的低い状況では、拡散燃焼実行率を低く設定し、上記各燃焼が併存する燃焼期間中における予混合燃焼の割合を大きくして、スモーク発生量及びNOx発生量を共に抑制可能な燃焼形態として排気エミッションの改善を図る。   On the other hand, in a situation where the load on the internal combustion engine is relatively low (or a situation where the required output of the internal combustion engine is relatively small), the diffusion combustion execution rate is set low. At a high load of the internal combustion engine, the combustion period is long and there is no room for retarding the combustion center of gravity. On the other hand, at a light load of the internal combustion engine, there is a margin to retard the combustion center of gravity, and the diffusion execution rate can be reduced. Therefore, in such a situation where the load of the internal combustion engine is relatively low, the diffusion combustion execution rate is set low, the ratio of premixed combustion during the combustion period in which each combustion coexists is increased, and the amount of smoke generated and NOx is increased. We will improve exhaust emissions as a combustion mode that can suppress both generations.

以上のように、本解決手段では、内燃機関の負荷(または、内燃機関の要求出力)に応じて拡散燃焼実行率を連続的に調整する(段階的に調整する場合も含む)ことで、予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できるようにし、排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することができる。   As described above, in the present solution, the diffusion combustion execution rate is continuously adjusted (including the case where it is adjusted in stages) in accordance with the load of the internal combustion engine (or the required output of the internal combustion engine). The advantages of mixed combustion and diffusion combustion can be used effectively, and various requirements such as improvement of exhaust emission, reduction of combustion noise during combustion stroke, and sufficient securing of engine torque can be achieved.

上記燃料噴射弁の燃料噴射形態によって拡散燃焼実行率を調整するための具体的な構成としては以下のものが挙げられる。先ず、上記燃料噴射弁が、上記燃焼室内での燃焼として主に「予混合燃焼」を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射と、上記燃焼室内での燃焼として主に「拡散燃焼」を行わせるための拡散燃焼用燃料噴射とを個別に実行するものとする。そして、上記拡散燃焼実行率調整手段が、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていく構成としている。   Specific examples of the configuration for adjusting the diffusion combustion execution rate according to the fuel injection mode of the fuel injection valve include the following. First, the fuel injection valve performs premixed combustion fuel injection mainly for performing “premixed combustion” as combustion in the combustion chamber, and mainly performs “diffusion combustion” as combustion in the combustion chamber. It is assumed that the fuel injection for diffusion combustion is performed separately. Then, the diffusion combustion execution rate adjusting means adjusts the fuel injection for premixed combustion in the total fuel injection amount as the load on the internal combustion engine becomes lower or the required output of the internal combustion engine becomes smaller. In addition, the ratio of the injection amount in the above is gradually increased, and the ratio of the injection amount in the diffusion combustion fuel injection in the total fuel injection amount is gradually decreased.

また、この場合に、上記拡散燃焼実行率調整手段が、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、少なくとも上記予混合燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「予混合燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことにより、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間(各燃焼が重畳する期間)を長くしていく構成としている。この場合に、上記拡散燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「拡散燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことも挙げられるが、この「拡散燃焼」の燃焼重心の遅角側への移行量は、内燃機関の出力や排気エミッションの問題から限界がある。また、この「拡散燃焼」の燃焼重心は、「予混合燃焼」による筒内予熱量等によっても左右されるものである。尚、上記燃焼重心とは、燃焼室内に噴射された燃料(例えば上記予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料)が燃焼室内で燃焼する際に、その全ての燃料の燃焼が完了する完全燃焼状態を燃焼度合い「100%」とした場合において、燃焼度合いが「50%」に達したときをいう。言い換えると、燃焼室内での熱発生量の累積が、噴射された燃料の全量が燃焼した場合の熱発生量に対して「50%」に達したときをいう。   Further, in this case, the diffusion combustion execution rate adjusting means injects at least by the premixed combustion fuel injection as the load of the internal combustion engine decreases or as the required output of the internal combustion engine decreases. The combustion period in which the premixed combustion and diffusion combustion coexist (the period in which each combustion overlaps) is lengthened by shifting the combustion center of gravity of the “premixed combustion” of the generated fuel to the retard side. It is configured. In this case, it is also possible to shift the combustion center of gravity of the “diffusion combustion” of the fuel injected by the fuel injection for diffusion combustion to the retarded angle side. There is a limit to the amount of transition to owing to problems with the output of the internal combustion engine and exhaust emissions. Further, the center of combustion of this “diffusion combustion” is also influenced by the amount of in-cylinder preheating caused by “premixed combustion”. The combustion center of gravity is a complete combustion that completes the combustion of all fuel when the fuel injected into the combustion chamber (for example, the fuel injected by the fuel injection for premixed combustion) burns in the combustion chamber. When the state is the combustion degree “100%”, the combustion degree reaches “50%”. In other words, the cumulative heat generation amount in the combustion chamber reaches “50%” with respect to the heat generation amount when the entire injected fuel burns.

また、上記燃焼室内での燃料噴射前のガス状態によって拡散燃焼実行率を調整するための具体的な構成としては以下のものが挙げられる。また、この燃焼室内での燃料噴射前のガス状態としては、燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の酸素濃度や燃焼室内の圧力が挙げられる。   Further, specific configurations for adjusting the diffusion combustion execution rate according to the gas state before fuel injection in the combustion chamber include the following. Examples of the gas state before fuel injection in the combustion chamber include the oxygen concentration in the combustion chamber and the pressure in the combustion chamber before the fuel injection of the fuel injection valve.

先ず、燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の酸素濃度によって拡散燃焼実行率を調整するための具体構成としては、上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備えさせる。そして、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記拡散燃焼実行率調整手段が、上記酸素濃度調整手段によって調整される上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていく構成としている。   First, as a specific configuration for adjusting the diffusion combustion execution rate based on the oxygen concentration in the combustion chamber before the fuel injection of the fuel injector, the oxygen concentration in the combustion chamber before the fuel injection of the fuel injector can be adjusted. An oxygen concentration adjusting means is provided. Then, as the load on the internal combustion engine decreases or the required output of the internal combustion engine decreases, the diffusion combustion execution rate adjusting means adjusts the oxygen in the combustion chamber adjusted by the oxygen concentration adjusting means. The density is gradually lowered.

この場合の酸素濃度調整手段として具体的には、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置である。そして、この排気還流装置による排気ガスの吸気系への還流量を増大させていくことによって上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていく構成としている。   Specifically, the oxygen concentration adjusting means in this case is an exhaust gas recirculation device that recirculates part of the exhaust gas discharged to the exhaust system to the intake system. The oxygen concentration in the combustion chamber is gradually lowered by increasing the amount of exhaust gas recirculated to the intake system by the exhaust gas recirculation device.

一方、燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の圧力によって拡散燃焼実行率を調整するための具体構成としては、上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の圧力を調整可能な圧力調整手段を備えさせる。そして、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記拡散燃焼実行率調整手段が、上記圧力調整手段によって調整される上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていく構成としている。   On the other hand, as a specific configuration for adjusting the diffusion combustion execution rate according to the pressure in the combustion chamber before the fuel injection of the fuel injector, the pressure adjustment capable of adjusting the pressure in the combustion chamber before the fuel injection of the fuel injector is performed. Provide means. Then, as the load on the internal combustion engine decreases or the required output of the internal combustion engine decreases, the diffusion combustion execution rate adjusting means adjusts the pressure in the combustion chamber adjusted by the pressure adjusting means. The structure is gradually lowered.

この場合の圧力調整手段として具体的には、吸気系において吸入空気を過給する過給装置である。そして、この過給装置による吸入空気の過給量を減少させていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていく構成としている。   Specifically, the pressure adjusting means in this case is a supercharging device that supercharges intake air in the intake system. The pressure in the combustion chamber is gradually lowered by decreasing the amount of supercharging of the intake air by the supercharging device.

また、圧力調整手段として、吸気系において吸入空気量を制限可能とする吸気絞り弁も挙げられる。そして、この吸気絞り弁による吸入空気の制限を大きくしていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていく構成としている。   An example of the pressure adjusting means is an intake throttle valve that can limit the amount of intake air in the intake system. And the pressure in the combustion chamber is gradually lowered by increasing the restriction of the intake air by the intake throttle valve.

これらの特定事項により、拡散燃焼実行率を容易に且つ連続的に調整することが可能になり、内燃機関の運転領域の全域に亘って適正な燃料噴射形態や筒内環境が設定されることになり、予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できる。   These specific matters make it possible to easily and continuously adjust the diffusion combustion execution rate, and to set an appropriate fuel injection form and in-cylinder environment over the entire operation region of the internal combustion engine. Therefore, the advantages of premixed combustion and diffusion combustion can be used effectively.

本発明では、燃焼室内における燃焼形態として予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できるように、これら燃焼相互の独立度合いを調整している。これにより、これら燃焼を協調させ、燃焼の安定性、排気エミッションの改善、燃焼音の抑制を図ることができる。   In the present invention, the degree of independence of these combustions is adjusted so that the advantages of premixed combustion and diffusion combustion can be used effectively as combustion modes in the combustion chamber. Thereby, these combustion can be coordinated and combustion stability, improvement of exhaust emission, and suppression of combustion noise can be achieved.

図1は、実施形態に係るエンジン及びその制御系統の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine and its control system according to the embodiment. 図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a combustion chamber of a diesel engine and its peripheral part. 図3は、ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control system such as an ECU. 図4は、各拡散燃焼実行率における熱発生率波形とその熱発生率波形を得るための燃料噴射パターンとを例示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a heat generation rate waveform at each diffusion combustion execution rate and a fuel injection pattern for obtaining the heat generation rate waveform. 図5は、拡散燃焼用燃料噴射の噴射率設定マップを示す図である。FIG. 5 is a view showing an injection rate setting map for diffusion combustion fuel injection. 図6は、拡散燃焼実行率の設定マップを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a setting map for the diffusion combustion execution rate. 図7は、拡散燃焼実行率に応じて予混合燃焼用燃料の噴射比率を設定するマップを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a map for setting the injection ratio of the premixed combustion fuel according to the diffusion combustion execution rate.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.

−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成について説明する。図1は本実施形態に係るエンジン1及びその制御系統の概略構成図である。また、図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室3及びその周辺部を示す断面図である。
-Engine configuration-
First, a schematic configuration of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 and its control system according to the present embodiment. Moreover, FIG. 2 is sectional drawing which shows the combustion chamber 3 of a diesel engine, and its peripheral part.

図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。   As shown in FIG. 1, the engine 1 according to the present embodiment is configured as a diesel engine system having a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake system 6, an exhaust system 7 and the like as main parts.

燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、遮断弁24、燃料添加弁26、機関燃料通路27、添加燃料通路28等を備えて構成されている。   The fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, a shutoff valve 24, a fuel addition valve 26, an engine fuel passage 27, an addition fuel passage 28, and the like.

上記サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路27を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、サプライポンプ21から供給された高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23は、その内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して燃焼室3内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ23からの燃料噴射制御の詳細については後述する。   The supply pump 21 pumps fuel from the fuel tank, makes the pumped fuel high pressure, and supplies it to the common rail 22 via the engine fuel passage 27. The common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 21 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 23. The injector 23 includes a piezoelectric element (piezo element) therein, and is configured by a piezo injector that is appropriately opened to supply fuel into the combustion chamber 3. Details of the fuel injection control from the injector 23 will be described later.

また、上記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路28を介して燃料添加弁26に供給する。添加燃料通路28には、緊急時において添加燃料通路28を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁24が備えられている。   The supply pump 21 supplies a part of the fuel pumped from the fuel tank to the fuel addition valve 26 via the addition fuel passage 28. The added fuel passage 28 is provided with the shutoff valve 24 for shutting off the added fuel passage 28 and stopping fuel addition in an emergency.

また、上記燃料添加弁26は、後述するECU100による添加制御動作によって排気系7への燃料添加量が目標添加量(排気A/Fが目標A/Fとなるような添加量)となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁26から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系7(排気ポート71から排気マニホールド72)に噴射供給される構成となっている。   The fuel addition valve 26 is configured so that the fuel addition amount to the exhaust system 7 becomes a target addition amount (addition amount that makes the exhaust A / F become the target A / F) by an addition control operation by the ECU 100 described later. In addition, it is constituted by an electronically controlled on-off valve whose valve opening timing is controlled so that the fuel addition timing becomes a predetermined timing. That is, a desired fuel is injected and supplied from the fuel addition valve 26 to the exhaust system 7 (from the exhaust port 71 to the exhaust manifold 72) at an appropriate timing.

吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド63を備え、この吸気マニホールド63に、吸気通路を構成する吸気管64が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ65、エアフローメータ43、スロットルバルブ(吸気絞り弁)62が配設されている。上記エアフローメータ43は、エアクリーナ65を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。   The intake system 6 includes an intake manifold 63 connected to an intake port 15a formed in the cylinder head 15 (see FIG. 2), and an intake pipe 64 that constitutes an intake passage is connected to the intake manifold 63. Further, an air cleaner 65, an air flow meter 43, and a throttle valve (intake throttle valve) 62 are arranged in this intake passage in order from the upstream side. The air flow meter 43 outputs an electrical signal corresponding to the amount of air flowing into the intake passage via the air cleaner 65.

排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート71に接続される排気マニホールド72を備え、この排気マニホールド72に対して、排気通路を構成する排気管73,74が接続されている。また、この排気通路には、NOx吸蔵触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction触媒)75及びDPNR触媒(Diesel Paticulate−NOx Reduction触媒)76を備えたマニバータ(排気浄化装置)77が配設されている。以下、これらNSR触媒75及びDPNR触媒76について説明する。   The exhaust system 7 includes an exhaust manifold 72 connected to an exhaust port 71 formed in the cylinder head 15, and exhaust pipes 73 and 74 constituting an exhaust passage are connected to the exhaust manifold 72. In addition, a maniverter (exhaust gas purification device) 77 including a NOx storage catalyst (NSR catalyst: NOx Storage Reduction catalyst) 75 and a DPNR catalyst (Diesel Particle-NOx Reduction catalyst) 76 is disposed in the exhaust passage. Hereinafter, the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 will be described.

NSR触媒75は、吸蔵還元型NOx触媒であって、例えばアルミナ(Al23)を担体とし、この担体上に例えばカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類、ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類と、白金(Pt)のような貴金属とが担持された構成となっている。The NSR catalyst 75 is an NOx storage reduction catalyst. For example, alumina (Al 2 O 3 ) is used as a support, and potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), for example, is supported on this support. Alkali metal such as barium (Ba), alkaline earth such as calcium (Ca), rare earth such as lanthanum (La) and yttrium (Y), and noble metal such as platinum (Pt) were supported. It has a configuration.

このNSR触媒75は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはNOxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分(例えば燃料の未燃成分(HC))が多量に存在している状態においてはNOxをNO2若しくはNOに還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気中のHCやCOと速やかに反応することによってさらに還元されてN2となる。また、HCやCOは、NO2やNOを還元することで、自身は酸化されてH2OやCO2となる。即ち、NSR触媒75に導入される排気中の酸素濃度やHC成分を適宜調整することにより、排気中のHC、CO、NOxを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やHC成分の調整を上記燃料添加弁26からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。The NSR catalyst 75 occludes NOx in a state where a large amount of oxygen is present in the exhaust gas, has a low oxygen concentration in the exhaust gas, and a large amount of reducing component (for example, an unburned component (HC) of the fuel). In the existing state, NOx is reduced to NO 2 or NO and released. NO NOx released as NO 2 or NO, the N 2 is further reduced due to quickly reacting with HC or CO in the exhaust. Further, HC and CO are oxidized to H 2 O and CO 2 by reducing NO 2 and NO. That is, by appropriately adjusting the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas introduced into the NSR catalyst 75, HC, CO, and NOx in the exhaust gas can be purified. In the present embodiment, the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas can be adjusted by the fuel addition operation from the fuel addition valve 26.

一方、DPNR触媒76は、例えば多孔質セラミック構造体にNOx吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のPMは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したNOxは還元・放出される。さらに、DPNR触媒76には、捕集したPMを酸化・燃焼する触媒(例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒)が担持されている。   On the other hand, the DPNR catalyst 76 is, for example, a porous ceramic structure carrying a NOx storage reduction catalyst, and PM in the exhaust gas is collected when passing through the porous wall. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst, and when the air-fuel ratio becomes rich, the stored NOx is reduced and released. Further, the DPNR catalyst 76 carries a catalyst that oxidizes and burns the collected PM (for example, an oxidation catalyst mainly composed of a noble metal such as platinum).

ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室3及びその周辺部の構成について、図2を用いて説明する。この図2に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎に円筒状のシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。   Here, the structure of the combustion chamber 3 of a diesel engine and its peripheral part is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 2, a cylinder block 11 constituting a part of the engine body is formed with a cylindrical cylinder bore 12 for each cylinder (four cylinders), and a piston 13 is formed inside each cylinder bore 12. Is accommodated so as to be slidable in the vertical direction.

ピストン13の頂面13aの上側には上記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部にガスケット14を介して取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ(凹陥部)13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。   The combustion chamber 3 is formed above the top surface 13 a of the piston 13. That is, the combustion chamber 3 is defined by the lower surface of the cylinder head 15 attached to the upper part of the cylinder block 11 via the gasket 14, the inner wall surface of the cylinder bore 12, and the top surface 13 a of the piston 13. A cavity (concave portion) 13 b is formed in a substantially central portion of the top surface 13 a of the piston 13, and this cavity 13 b also constitutes a part of the combustion chamber 3.

尚、このキャビティ13bの形状としては、その中央部分(シリンダ中心線P上)では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図2に示すようにピストン13が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ13bによって形成される燃焼室3としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される(拡大空間とされる)構成となっている。   As for the shape of the cavity 13b, the concave dimension is small in the central portion (on the cylinder center line P), and the concave dimension is increased toward the outer peripheral side. That is, as shown in FIG. 2, when the piston 13 is in the vicinity of the compression top dead center, the combustion chamber 3 formed by the cavity 13b is a narrow space having a relatively small volume at the center portion, and is directed toward the outer peripheral side. Thus, the space is gradually enlarged (expanded space).

上記ピストン13は、コネクティングロッド18の小端部18aがピストンピン13cにより連結されており、このコネクティングロッド18の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア12内でのピストン13の往復移動がコネクティングロッド18を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。このグロープラグ19は、エンジン1の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。   The piston 13 has a small end portion 18a of a connecting rod 18 connected by a piston pin 13c, and a large end portion of the connecting rod 18 is connected to a crankshaft which is an engine output shaft. As a result, the reciprocating movement of the piston 13 in the cylinder bore 12 is transmitted to the crankshaft via the connecting rod 18, and the engine output is obtained by rotating the crankshaft. Further, a glow plug 19 is disposed toward the combustion chamber 3. The glow plug 19 functions as a start-up assisting device that is heated red when an electric current is applied immediately before the engine 1 is started and a part of the fuel spray is blown onto the glow plug 19 to promote ignition and combustion.

上記シリンダヘッド15には、燃焼室3へ空気を導入する吸気ポート15aと、燃焼室3から排気ガスを排出する上記排気ポート71とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16及び排気ポート71を開閉する排気バルブ17が配設されている。これら吸気バルブ16及び排気バルブ17はシリンダ中心線Pを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン1はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド15には、燃焼室3の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ23が取り付けられている。このインジェクタ23は、シリンダ中心線Pに沿う起立姿勢で燃焼室3の略中央上部に配設されており、上記コモンレール22から導入される燃料を燃焼室3に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。   The cylinder head 15 is formed with an intake port 15a for introducing air into the combustion chamber 3 and an exhaust port 71 for discharging exhaust gas from the combustion chamber 3, and an intake valve for opening and closing the intake port 15a. 16 and an exhaust valve 17 for opening and closing the exhaust port 71 are provided. The intake valve 16 and the exhaust valve 17 are disposed to face each other with the cylinder center line P interposed therebetween. That is, the engine 1 is configured as a cross flow type. The cylinder head 15 is provided with the injector 23 that directly injects fuel into the combustion chamber 3. The injector 23 is disposed at a substantially upper center of the combustion chamber 3 in a standing posture along the cylinder center line P, and injects fuel introduced from the common rail 22 toward the combustion chamber 3 at a predetermined timing. It has become.

更に、図1に示す如く、このエンジン1には、過給装置(ターボチャージャ)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52及びコンプレッサホイール53を備えている。コンプレッサホイール53は吸気管64の内部に臨んで配置され、タービンホイール52は排気管73の内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ5は、タービンホイール52が受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサホイール53を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構(図示省略)が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができる。   Further, as shown in FIG. 1, the engine 1 is provided with a supercharger (turbocharger) 5. The turbocharger 5 includes a turbine wheel 52 and a compressor wheel 53 that are connected via a turbine shaft 51. The compressor wheel 53 is disposed facing the inside of the intake pipe 64, and the turbine wheel 52 is disposed facing the inside of the exhaust pipe 73. For this reason, the turbocharger 5 performs a so-called supercharging operation in which the compressor wheel 53 is rotated using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the turbine wheel 52 to increase the intake pressure. The turbocharger 5 in the present embodiment is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism (not shown) is provided on the turbine wheel 52 side. By adjusting the opening of the variable nozzle vane mechanism, the engine 1 supercharging pressure can be adjusted.

吸気系6の吸気管64には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。このインタークーラ61よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ62は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有している。   An intake pipe 64 of the intake system 6 is provided with an intercooler 61 for forcibly cooling the intake air whose temperature has been raised by supercharging in the turbocharger 5. The throttle valve 62 provided further downstream than the intercooler 61 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted steplessly. It has a function of narrowing down the area and adjusting (reducing) the supply amount of the intake air.

また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続する排気還流通路(EGR通路)8が設けられている。このEGR通路8は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、このEGR通路8には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるEGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられている。これらEGR通路8、EGRバルブ81、EGRクーラ82等によってEGR装置(排気還流装置)が構成されている。   Further, the engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 8 that connects the intake system 6 and the exhaust system 7. The EGR passage 8 is configured to reduce the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas to the intake system 6 and supplying it again to the combustion chamber 3, thereby reducing the amount of NOx generated. In addition, the EGR passage 8 is opened and closed steplessly by electronic control, and the exhaust gas passing through the EGR passage 8 (recirculating) is cooled by an EGR valve 81 that can freely adjust the exhaust flow rate flowing through the passage. An EGR cooler 82 is provided. The EGR passage 8, the EGR valve 81, the EGR cooler 82, and the like constitute an EGR device (exhaust gas recirculation device).

−センサ類−
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the engine 1, and signals related to the environmental conditions of each part and the operating state of the engine 1 are output.

例えば、上記エアフローメータ43は、吸気系6内のスロットルバルブ62の上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ49は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ48は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。A/F(空燃比)センサ44は、排気系7のマニバータ77の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ45は、同じく排気系7のマニバータ77の下流において排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ41はコモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ42はスロットルバルブ62の開度を検出する。   For example, the air flow meter 43 outputs a detection signal corresponding to the flow rate of intake air (intake air amount) upstream of the throttle valve 62 in the intake system 6. The intake air temperature sensor 49 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the temperature of the intake air. The intake pressure sensor 48 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure. The A / F (air-fuel ratio) sensor 44 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7. Similarly, the exhaust temperature sensor 45 outputs a detection signal corresponding to the temperature of the exhaust gas (exhaust temperature) downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7. The rail pressure sensor 41 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 22. The throttle opening sensor 42 detects the opening of the throttle valve 62.

−ECU−
ECU100は、図3に示すように、CPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
-ECU-
As shown in FIG. 3, the ECU 100 includes a CPU 101, a ROM 102, a RAM 103, a backup RAM 104, and the like. The ROM 102 stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU 101 executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM 102. The RAM 103 is a memory that temporarily stores calculation results in the CPU 101, data input from each sensor, and the like. The backup RAM 104 is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped, for example.

以上のCPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104は、バス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105及び出力インターフェース106と接続されている。   The CPU 101, the ROM 102, the RAM 103, and the backup RAM 104 are connected to each other via the bus 107, and are connected to the input interface 105 and the output interface 106.

入力インターフェース105には、上記レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、A/Fセンサ44、排気温センサ45、吸気圧センサ48、吸気温センサ49が接続されている。さらに、この入力インターフェース105には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ46、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ47、及び、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力するクランクポジションセンサ40などが接続されている。一方、出力インターフェース106には、上記インジェクタ23、燃料添加弁26、スロットルバルブ62、及び、EGRバルブ81などが接続されている。   The input interface 105 is connected with the rail pressure sensor 41, the throttle opening sensor 42, the air flow meter 43, the A / F sensor 44, the exhaust temperature sensor 45, the intake pressure sensor 48, and the intake temperature sensor 49. Further, the input interface 105 includes a water temperature sensor 46 that outputs a detection signal corresponding to the cooling water temperature of the engine 1, an accelerator opening sensor 47 that outputs a detection signal corresponding to the depression amount of the accelerator pedal, and the engine 1. A crank position sensor 40 that outputs a detection signal (pulse) each time the output shaft (crankshaft) rotates by a certain angle is connected. On the other hand, the injector 23, the fuel addition valve 26, the throttle valve 62, the EGR valve 81, and the like are connected to the output interface 106.

そして、ECU100は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。例えば、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御を実行する。このインジェクタ23の燃料噴射制御として、本実施形態では、従来の一般的なディーゼルエンジンにおいて実行される、パイロット噴射、プレ噴射等の副噴射は実行せず、エンジントルクを得るためのメイン噴射のみが実行されるようになっている。つまり、パイロット噴射やプレ噴射を実行しないことで、メイン噴射が開始されるまでの筒内の予熱動作は行われないようにしている。   The ECU 100 executes various controls of the engine 1 based on the outputs of the various sensors described above. For example, the ECU 100 performs fuel injection control of the injector 23. As fuel injection control of the injector 23, in this embodiment, sub-injection such as pilot injection and pre-injection, which is executed in a conventional general diesel engine, is not executed, and only main injection for obtaining engine torque is performed. It is supposed to be executed. That is, by not performing pilot injection or pre-injection, the preheating operation in the cylinder until the main injection is started is not performed.

このメイン噴射での総燃料噴射量は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて決定される要求トルクを得るために必要な燃料噴射量として設定される。例えば、エンジン回転数(クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数)が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度センサ47により検出されるアクセルペダルの踏み込み量)が大きいほど(アクセル開度が大きいほど)エンジン1のトルク要求値としては高く得られる。   The total fuel injection amount in the main injection is a fuel injection amount necessary for obtaining a required torque that is determined according to an operating state such as engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, intake air temperature, and environmental conditions. Is set. For example, the higher the engine speed (the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 40), the larger the accelerator operation amount (the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 47). The higher the required accelerator torque of the engine 1, the higher the accelerator opening.

−燃料噴射圧−
上記メイン燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、及び、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室3内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ23から燃焼室3内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。尚、この目標レール圧は例えば上記ROM102に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ23の開弁期間(噴射率波形)が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。尚、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が30MPa〜200MPaの間で調整されるようになっている。
-Fuel injection pressure-
The fuel injection pressure for executing the main fuel injection is determined by the internal pressure of the common rail 22. As the common rail internal pressure, generally, the target value of the fuel pressure supplied from the common rail 22 to the injector 23, that is, the target rail pressure, increases as the engine load (engine load) increases and the engine speed (engine speed) increases. It will be expensive. That is, when the engine load is high, the amount of air sucked into the combustion chamber 3 is large. Therefore, a large amount of fuel must be injected from the injector 23 into the combustion chamber 3, and therefore the injection from the injector 23 is performed. The pressure needs to be high. Further, when the engine speed is high, the injection period is short, so the amount of fuel injected per unit time must be increased, and therefore the injection pressure from the injector 23 needs to be increased. . Thus, the target rail pressure is generally set based on the engine load and the engine speed. The target rail pressure is set according to a fuel pressure setting map stored in the ROM 102, for example. That is, by determining the fuel pressure according to this fuel pressure setting map, the valve opening period (injection rate waveform) of the injector 23 is controlled, and the fuel injection amount during the valve opening period can be defined. In the present embodiment, the fuel pressure is adjusted between 30 MPa and 200 MPa according to the engine load and the like.

上記メイン噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン1や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。   The optimum value of the fuel injection parameter in the main injection varies depending on the temperature conditions of the engine 1 and the intake air.

例えば、上記ECU100は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ21の燃料吐出量を調量する。また、ECU100はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射形態を決定する。具体的には、ECU100は、クランクポジションセンサ40の検出値に基づいてエンジン回転速度(エンジン回転数)を算出するとともに、アクセル開度センサ47の検出値に基づいてアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を求め、このエンジン回転速度及びアクセル開度等に基づいて総メイン噴射量(メイン噴射での噴射量)を決定する。   For example, the ECU 100 adjusts the fuel discharge amount of the supply pump 21 so that the common rail pressure becomes equal to the target rail pressure set based on the engine operating state, that is, the fuel injection pressure matches the target injection pressure. To measure. Further, the ECU 100 determines the fuel injection amount and the fuel injection form based on the engine operating state. Specifically, the ECU 100 calculates the engine rotation speed (engine speed) based on the detection value of the crank position sensor 40 and also determines the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening) based on the detection value of the accelerator opening sensor 47. Degree) and the total main injection amount (injection amount in the main injection) is determined based on the engine speed, the accelerator opening, and the like.

−分割メイン噴射−
ディーゼルエンジン1においては、NOx発生量及びスモーク発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態(熱発生率波形で表される変化状態)を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この熱発生率の変化状態を適切にコントロールするための手法として以下に述べるような分割メイン噴射(分割主噴射)による燃料噴射手法を見出した。以下、具体的に説明する。
-Split main injection-
In the diesel engine 1, it is important to meet various requirements such as improvement of exhaust emission by reducing the NOx generation amount and smoke generation amount, reduction of combustion noise during the combustion stroke, and sufficient securing of engine torque. The inventor of the present invention can appropriately control the change state of the heat generation rate in the cylinder during the combustion stroke (change state represented by the heat generation rate waveform) as a method for simultaneously satisfying these requirements. Focusing on the effectiveness, the present inventors have found a fuel injection method using divided main injection (divided main injection) as described below as a method for appropriately controlling the change state of the heat generation rate. This will be specifically described below.

本実施形態では、エンジン負荷の変化に応じて上記メイン噴射の噴射形態を連続的に変更するようにしている。具体的に、本実施形態における燃料噴射制御では、上記メイン噴射の噴射形態として2回または3回の分割メイン噴射を実行することで、このメイン噴射で必要とされる総メイン噴射量(要求トルクを得るための総燃料噴射量)を確保している。   In the present embodiment, the injection mode of the main injection is continuously changed according to changes in engine load. Specifically, in the fuel injection control in the present embodiment, by executing two or three divided main injections as the injection mode of the main injection, the total main injection amount (required torque) required for the main injection is performed. The total fuel injection amount) is secured.

そして、本実施形態において特徴とする分割メイン噴射は、燃焼室3内での燃焼として、主に予混合燃焼を行わせるための燃料噴射である予混合燃焼用燃料噴射と、主に拡散燃焼を行わせるための燃料噴射である拡散燃焼用燃料噴射とを、それぞれ個別に1回または2回実行するようになっており、これら分割メイン噴射の噴射タイミング及び噴射量を上記エンジン負荷に応じて変更するようにしている。   The divided main injection, which is a feature of the present embodiment, is a premixed combustion fuel injection that is a fuel injection mainly for performing premixed combustion as combustion in the combustion chamber 3, and mainly diffusion combustion. The diffusion combustion fuel injection, which is a fuel injection to be performed, is executed individually once or twice, and the injection timing and injection amount of these divided main injections are changed according to the engine load. Like to do.

尚、上記予混合燃焼用燃料噴射の終了タイミングと拡散燃焼用燃料噴射の開始タイミングとの間には所定のインターバルが設けられている。つまり、予混合燃焼用燃料噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止(インジェクタ23を遮断)し、所定のインターバルを経た後に拡散燃焼用燃料噴射が開始されるようになっている。このインターバルとしては、例えばインジェクタ23の性能によって決定される最短閉弁期間(インジェクタ23が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間:例えば200μs)として設定される。この分割メイン噴射のインターバルは上記値に限定されるものではなく、後述する「拡散燃焼実行率」を実現するためのインターバルとして適宜設定される。負荷に応じた分割メイン噴射での燃料噴射形態(燃料噴射パターン)の詳細については後述する。   A predetermined interval is provided between the end timing of the premixed combustion fuel injection and the start timing of the diffusion combustion fuel injection. That is, after the fuel injection for premixed combustion is executed, the fuel injection is temporarily stopped (the injector 23 is shut off), and after a predetermined interval, the fuel injection for diffusion combustion is started. This interval is set, for example, as the shortest valve closing period determined by the performance of the injector 23 (the shortest period from when the injector 23 is closed until the valve opening is started: 200 μs, for example). The interval of this divided main injection is not limited to the above value, and is appropriately set as an interval for realizing a “diffusion combustion execution rate” described later. The details of the fuel injection mode (fuel injection pattern) in the divided main injection according to the load will be described later.

本実施形態における燃焼室3内での燃焼行程中における燃焼形態の概略は以下のとおりである。   The outline of the combustion mode during the combustion stroke in the combustion chamber 3 in the present embodiment is as follows.

この燃焼形態では、同一燃焼行程中に、予混合燃焼と拡散燃焼とが順に行われる。言い換えると、同一燃焼行程中に、先ず、上記予混合燃焼用燃料噴射が1回または2回実行され、その噴射された燃料が予混合燃焼によって燃焼室3内で熱を発生する。この予混合燃焼の開始初期時にあっては、上記拡散燃焼用燃料噴射は未だ実行されていないため、燃焼室3内での燃焼は予混合燃焼のみとなっている。以下、この燃焼期間を「予混合単独燃焼期間」と呼ぶこととする。   In this combustion mode, premixed combustion and diffusion combustion are sequentially performed during the same combustion stroke. In other words, during the same combustion stroke, first, the fuel injection for premix combustion is executed once or twice, and the injected fuel generates heat in the combustion chamber 3 by premix combustion. At the beginning of the premixed combustion, since the fuel injection for diffusion combustion has not been executed yet, the combustion in the combustion chamber 3 is only the premixed combustion. Hereinafter, this combustion period is referred to as a “premixed single combustion period”.

その後、所定のタイミングで、上記拡散燃焼用燃料噴射が1回または2回実行され、その噴射された燃料が拡散燃焼によって燃焼室3内で燃焼する。この拡散燃焼の開始初期時にあっては、未だ上記予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料の燃焼(予混合燃焼)が継続されている。つまり、この拡散燃焼の開始初期時には、予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する(同時並行する)重畳燃焼(オーバラップ燃焼)が行われている。以下、この予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間を「オーバラップ燃焼期間」と呼ぶこととする。   Thereafter, the fuel injection for diffusion combustion is executed once or twice at a predetermined timing, and the injected fuel is combusted in the combustion chamber 3 by diffusion combustion. At the initial start of diffusion combustion, combustion of fuel injected by the premixed combustion fuel injection (premixed combustion) is still continued. That is, at the beginning of the diffusion combustion, superimposed combustion (overlap combustion) in which premixed combustion and diffusion combustion coexist (concurrently) is performed. Hereinafter, the combustion period in which the premixed combustion and the diffusion combustion coexist is referred to as an “overlap combustion period”.

このオーバラップ燃焼期間では、時間の経過と共に予混合燃焼での熱発生率(クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量)が次第に小さくなっていき、逆に、拡散燃焼での熱発生率が次第に大きくなっていく。   In this overlap combustion period, the heat generation rate in the premixed combustion (heat generation amount per unit rotation angle of the crankshaft) gradually decreases with time, and conversely, the heat generation rate in diffusion combustion decreases. Gradually grows.

そして、このオーバラップ燃焼期間が所定時間経過した後は、予混合燃焼での熱発生率が「0」となり、燃焼室3内での燃焼は拡散燃焼のみとなる。以下、このオーバラップ燃焼期間が終了した後の拡散燃焼のみによる燃焼期間を「拡散単独燃焼期間」と呼ぶこととする。   After the overlap combustion period has elapsed, the heat generation rate in the premixed combustion becomes “0”, and the combustion in the combustion chamber 3 is only diffusion combustion. Hereinafter, the combustion period only by diffusion combustion after the overlap combustion period ends will be referred to as “diffusion single combustion period”.

以上のように、1回の燃焼過程中には、「予混合単独燃焼期間」、「オーバラップ燃焼期間」、「拡散単独燃焼期間」の順で、燃焼室3内の燃焼形態が順に移っていくことになる。   As described above, during one combustion process, the combustion mode in the combustion chamber 3 sequentially changes in the order of “premixed single combustion period”, “overlap combustion period”, and “diffusion single combustion period”. Will go.

尚、上記「予混合単独燃焼期間」での予混合燃焼は、気筒内の温度が、拡散燃焼に至る所定の拡散燃焼開始温度(例えば900K)未満である状態で燃焼室3内に存在する燃料が着火することで行われる。具体的には、圧縮行程の進行に伴って燃焼室3内の燃焼場温度が800K以上で且つ900K未満の範囲にあるときに、上記予混合燃焼用燃料噴射で噴射されている燃料が着火することにより上記「予混合単独燃焼期間」が開始される。   The premixed combustion in the “premixed single combustion period” is a fuel existing in the combustion chamber 3 in a state where the temperature in the cylinder is lower than a predetermined diffusion combustion start temperature (for example, 900 K) leading to diffusion combustion. Is done by igniting. Specifically, when the combustion field temperature in the combustion chamber 3 is in the range of 800K or higher and lower than 900K as the compression stroke progresses, the fuel injected by the premixed combustion fuel injection is ignited. Thus, the “premixed single combustion period” is started.

また、「オーバラップ燃焼期間」での拡散燃焼は、上記予混合燃焼の開始後、この予混合燃焼によって燃焼室3内の温度が上記拡散燃焼開始温度以上である状態で上記拡散燃焼用燃料噴射が実行されることで行われる。具体的には、上記予混合燃焼の燃焼場温度が900Kに達した直後に拡散燃焼用燃料噴射が行われることで上記「オーバラップ燃焼期間」が開始される。   Further, the diffusion combustion in the “overlap combustion period” is performed after the start of the premix combustion in the state where the temperature in the combustion chamber 3 is equal to or higher than the diffusion combustion start temperature by the premix combustion. This is done by executing. Specifically, the “overlap combustion period” is started by performing fuel injection for diffusion combustion immediately after the combustion field temperature of the premixed combustion reaches 900K.

以下では、予混合燃焼用燃料噴射が2回実行される場合にあっては、第1回目の予混合燃焼用燃料噴射を「第1予混合燃焼用燃料噴射」と呼び、第2回目の予混合燃焼用燃料噴射を「第2予混合燃焼用燃料噴射」と呼ぶこととする。また、拡散燃焼用燃料噴射が2回実行される場合にあっては、第1回目の拡散燃焼用燃料噴射を「第1拡散燃焼用燃料噴射」と呼び、第2回目の拡散燃焼用燃料噴射を「第2拡散燃焼用燃料噴射」と呼ぶこととする。   Hereinafter, when the fuel injection for premixed combustion is executed twice, the first fuel injection for premixed combustion is referred to as “first fuel injection for premixed combustion”, and the second premixed combustion fuel injection is called. The fuel injection for mixed combustion will be referred to as “second premixed combustion fuel injection”. When the diffusion combustion fuel injection is executed twice, the first diffusion combustion fuel injection is referred to as “first diffusion combustion fuel injection” and the second diffusion combustion fuel injection is performed. Is referred to as “second fuel injection for diffusion combustion”.

−拡散燃焼実行率−
本実施形態の特徴は、上記オーバラップ燃焼期間中における全熱発生量(オーバラップ燃焼期間中での予混合燃焼による熱発生量と拡散燃焼による熱発生量との総和)に対する拡散燃焼での熱発生量の比率(オーバラップ燃焼期間中における拡散燃焼での熱発生量/オーバラップ燃焼期間中における全熱発生量)を調整する点にある。以下、このオーバラップ燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼での熱発生量の比率を「拡散燃焼実行率」と呼ぶこととする。
−Diffusion combustion execution rate−
The feature of this embodiment is the heat in diffusion combustion with respect to the total heat generation amount during the overlap combustion period (the sum of the heat generation amount by premixed combustion and the heat generation amount by diffusion combustion in the overlap combustion period). This is to adjust the ratio of the amount of generation (heat generation amount in diffusion combustion during overlap combustion period / total heat generation amount during overlap combustion period). Hereinafter, the ratio of the heat generation amount in diffusion combustion to the total heat generation amount during the overlap combustion period is referred to as “diffusion combustion execution rate”.

以下、この拡散燃焼実行率を設定する技術的思想について説明する。この拡散燃焼実行率は、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立度合いに相関がある。つまり、この拡散燃焼実行率が高い場合、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼とは独立性の高いものとなる。言い換えると、同一燃焼行程中における予混合燃焼での熱発生量の大部分は上記予混合単独燃焼期間中に発生し、また、その燃焼行程中における拡散燃焼での熱発生量の大部分は上記拡散燃焼単独燃焼期間中に発生するものとなる。この場合、熱発生率波形としては、予混合燃焼での熱発生率がピーク(最大値)となるタイミングと拡散燃焼での熱発生率がピークとなるタイミングとの間に比較的長いインターバルが存在することになる。   Hereinafter, the technical idea for setting the diffusion combustion execution rate will be described. This diffusion combustion execution rate correlates with the degree of independence between premixed combustion and diffusion combustion during the same combustion stroke. That is, when this diffusion combustion execution rate is high, premix combustion and diffusion combustion in the same combustion stroke are highly independent. In other words, most of the heat generation amount in the premixed combustion during the same combustion stroke is generated during the premixed single combustion period, and most of the heat generation amount in the diffusion combustion in the combustion stroke is the above. It occurs during the diffusion combustion single combustion period. In this case, the heat generation rate waveform has a relatively long interval between the timing at which the heat generation rate in premixed combustion peaks (maximum value) and the timing at which the heat generation rate in diffusion combustion peaks. Will do.

逆に、上記拡散燃焼実行率が低い場合、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼とは独立性の低いものとなる。言い換えると、同一燃焼行程中における上記予混合単独燃焼期間中での予混合燃焼の熱発生量は少なく、また、その燃焼行程中における上記拡散単独燃焼期間中での拡散燃焼の熱発生量も少なくなっている。この場合、熱発生率波形としては、予混合燃焼での熱発生率がピーク(最大値)となるタイミングと拡散燃焼での熱発生率がピークとなるタイミングとの間のインターバルは短くなる。   Conversely, when the diffusion combustion execution rate is low, the premixed combustion and the diffusion combustion in the same combustion stroke are less independent. In other words, the heat generation amount of the premixed combustion during the premixed single combustion period during the same combustion stroke is small, and the heat generation amount of the diffusion combustion during the diffusion single combustion period during the combustion stroke is also small. It has become. In this case, as the heat generation rate waveform, the interval between the timing at which the heat generation rate in the premixed combustion reaches a peak (maximum value) and the timing at which the heat generation rate in the diffusion combustion reaches a peak becomes short.

このように、拡散燃焼実行率は、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立度合いに相関がある。つまり、これら予混合燃焼と拡散燃焼との独立度合いは、拡散燃焼実行率を調整することにより制御することができる。   As described above, the diffusion combustion execution rate has a correlation with the degree of independence between the premixed combustion and the diffusion combustion in the same combustion stroke. That is, the degree of independence between the premixed combustion and the diffusion combustion can be controlled by adjusting the diffusion combustion execution rate.

そして、本実施形態では、エンジン負荷が高くなっていくに従って、つまり、エンジン1に要求される出力が大きくなっていくに従って上記拡散燃焼実行率を次第に高く設定していく。即ち、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を高めるようにする(拡散燃焼実行率調整手段による拡散燃焼実行率の調整動作)。言い換えると、エンジン負荷が低くなっていくに従って、つまり、エンジン1に要求される出力が小さくなっていくに従って、上記拡散燃焼実行率を次第に低く設定していく。即ち、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を低くしている。   In this embodiment, the diffusion combustion execution rate is gradually set higher as the engine load increases, that is, as the output required for the engine 1 increases. That is, the independence of the premixed combustion and the diffusion combustion during the same combustion stroke is enhanced (the operation for adjusting the diffusion combustion execution rate by the diffusion combustion execution rate adjusting means). In other words, the diffusion combustion execution rate is gradually set lower as the engine load becomes lower, that is, as the output required for the engine 1 becomes smaller. That is, the independence of premixed combustion and diffusion combustion during the same combustion stroke is reduced.

図4(a)〜(e)に示す各熱発生率波形は、拡散燃焼実行率を変化させていった場合における予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの熱発生率(クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量)の変化の一例を示している。尚、この図4に示す各熱発生率波形では、横軸をクランク角度とし縦軸を熱発生率としている。また、この図4では、予混合燃焼での熱発生部分に破線の斜線を付し、拡散燃焼での熱発生部分に実線の斜線を付している。更に、上記オーバラップ燃焼期間をTで示している。   Each heat generation rate waveform shown in FIGS. 4A to 4E shows the heat generation rates of the premixed combustion and the diffusion combustion when the diffusion combustion execution rate is changed (per unit rotation angle of the crankshaft). An example of a change in heat generation amount) is shown. In each heat generation rate waveform shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the crank angle and the vertical axis represents the heat generation rate. Further, in FIG. 4, the heat generation part in the premixed combustion is indicated by a dashed oblique line, and the heat generation part in the diffusion combustion is indicated by a solid oblique line. Further, the overlap combustion period is indicated by T.

この図4からも判るように、拡散燃焼実行率が高いものほど(図4(e)から図4(a)に向かうに従って)、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼とは独立性の高いものとなっている。このように、予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を高く設定することで燃焼室3内での燃焼を安定化させることが可能である。これは、これら燃焼の独立性を高く設定した場合、仮に、予混合燃焼での燃焼状態が悪化(不安定化)したとしても、それの拡散燃焼に対する影響度合いは小さく、拡散燃焼の安定化が維持されるためである。そして、本実施形態では、特に燃焼の安定化が要求されるエンジン1の高負荷運転時において拡散燃焼実行率を高く設定しているため、高負荷運転時に十分なエンジン出力が得られ、ドライバのトルク要求に迅速に応えることが可能である。   As can be seen from FIG. 4, the higher the diffusion combustion execution rate (as it goes from FIG. 4 (e) to FIG. 4 (a)), the premixed combustion and the diffusion combustion in the same combustion stroke are more independent. It is expensive. Thus, it is possible to stabilize the combustion in the combustion chamber 3 by setting the independence of the premixed combustion and the diffusion combustion high. This is because if the independence of these combustion is set high, even if the combustion state in premixed combustion deteriorates (stabilizes), the degree of influence on diffusion combustion is small, and diffusion combustion is stabilized. This is because it is maintained. In this embodiment, since the diffusion combustion execution rate is set high during the high load operation of the engine 1 that particularly requires stabilization of combustion, a sufficient engine output can be obtained during the high load operation, It is possible to respond quickly to torque demands.

一方、エンジン1の低負荷運転時にあっては、燃焼室3内での燃焼の安定化(高出力化)の要求度は比較的低いのに対して、排気エミッションの改善が要求される。そのため、拡散燃焼実行率を低く設定しておき、オーバラップ燃焼期間中における予混合燃焼の割合を大きく確保し(拡散燃焼が行われている期間のうち予混合燃焼も並行される期間を長く確保し)、スモーク発生量及びNOx発生量を共に抑制可能な燃焼形態とすることで排気エミッションの改善を図るようにしている。   On the other hand, when the engine 1 is in a low load operation, the degree of demand for stabilization (high output) of combustion in the combustion chamber 3 is relatively low, but improvement of exhaust emission is required. For this reason, the diffusion combustion execution rate is set low, and a large proportion of premixed combustion is ensured during the overlap combustion period. However, the exhaust emission is improved by adopting a combustion mode that can suppress both the smoke generation amount and the NOx generation amount.

−拡散燃焼実行率を設定するための燃料噴射パターン−
上述の如く拡散燃焼実行率を設定するための燃料噴射パターンについて以下に具体的に説明する。尚、以下に述べる燃料噴射パターンは所望の拡散燃焼実行率を得るための例示であって、本発明は、この燃料噴射パターンに限定されるものではない。
-Fuel injection pattern for setting the diffusion combustion execution rate-
The fuel injection pattern for setting the diffusion combustion execution rate as described above will be specifically described below. The fuel injection pattern described below is an example for obtaining a desired diffusion combustion execution rate, and the present invention is not limited to this fuel injection pattern.

上記拡散燃焼実行率を調整するための燃料噴射パターンとしては、エンジン負荷が低くなっていくに従い、または、エンジン1の要求出力が小さくなっていくに従って、予混合燃焼用燃料噴射での燃料噴射量に対する拡散燃焼用燃料噴射での燃料噴射量の割合を次第に小さくしていく。言い換えると、エンジン負荷が低くなっていくに従い、または、エンジン1の要求出力が小さくなっていくに従って、上記総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていく。これにより、上記拡散燃焼実行率が次第に低く設定されていくことになる。   As the fuel injection pattern for adjusting the diffusion combustion execution rate, the fuel injection amount in the fuel injection for premixed combustion as the engine load decreases or the required output of the engine 1 decreases. The ratio of the fuel injection amount in the fuel injection for diffusion combustion with respect to is gradually reduced. In other words, as the engine load decreases or the required output of the engine 1 decreases, the ratio of the injection amount in the premixed combustion fuel injection in the total fuel injection amount gradually increases. At the same time, the ratio of the injection amount in the diffusion combustion fuel injection out of the total fuel injection amount is gradually reduced. As a result, the diffusion combustion execution rate is gradually set lower.

逆に、エンジン負荷が高くなっていくに従い、または、エンジン1の要求出力が大きくなっていくに従って、予混合燃焼用燃料噴射での燃料噴射量に対する拡散燃焼用燃料噴射での燃料噴射量の割合を次第に大きくしていく。言い換えると、エンジン負荷が高くなっていくに従い、または、エンジン1の要求出力が大きくなっていくに従って、上記総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていく。これにより、上記拡散燃焼実行率が次第に高く設定されていくことになる。   Conversely, as the engine load increases or the required output of the engine 1 increases, the ratio of the fuel injection amount in the diffusion combustion fuel injection to the fuel injection amount in the premixed combustion fuel injection Will gradually increase. In other words, as the engine load increases or the required output of the engine 1 increases, the ratio of the injection amount in the premixed combustion fuel injection in the total fuel injection amount gradually decreases. At the same time, the ratio of the injection amount in the diffusion combustion fuel injection out of the total fuel injection amount is gradually increased. Thereby, the diffusion combustion execution rate is gradually set higher.

図4(a)〜(e)に示す各燃料噴射率波形は、それぞれ対応する熱発生率波形を得るための燃料噴射パターンを示している。この図4に示す各波形は、何れも、筒内の酸素濃度を同一濃度(比較的低い酸素濃度)とした場合における、燃料噴射パターンとその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形との関係を示している。   Each fuel injection rate waveform shown in FIGS. 4A to 4E shows a fuel injection pattern for obtaining a corresponding heat generation rate waveform. Each waveform shown in FIG. 4 is a relationship between the fuel injection pattern and the heat release rate waveform obtained by the fuel injection pattern when the oxygen concentration in the cylinder is the same (relatively low oxygen concentration). Is shown.

図4(a)は拡散燃焼実行率を99%とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形を、図4(b)は拡散燃焼実行率を90%とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形を、図4(c)は拡散燃焼実行率を60%とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形を、図4(d)は拡散燃焼実行率を40%とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形を、図4(e)は拡散燃焼実行率を20%とする場合の燃料噴射パターン及びその燃料噴射パターンによって得られる熱発生率波形をそれぞれ示している。   4A shows the fuel injection pattern when the diffusion combustion execution rate is 99% and the heat release rate waveform obtained by the fuel injection pattern, and FIG. 4B shows the case where the diffusion combustion execution rate is 90%. FIG. 4C shows a fuel injection pattern obtained when the diffusion combustion execution rate is set to 60%, and a heat generation rate waveform obtained by the fuel injection pattern. 4 (d) shows the fuel injection pattern when the diffusion combustion execution rate is 40% and the heat release rate waveform obtained by the fuel injection pattern, and FIG. 4 (e) shows the diffusion combustion execution rate as 20%. The fuel injection pattern and the heat release rate waveform obtained by the fuel injection pattern are shown respectively.

それぞれについて説明すると、拡散燃焼実行率を99%に設定する図4(a)の場合、予混合燃焼用燃料噴射がピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側で実行され、その後、第1拡散燃焼用燃料噴射及び第2拡散燃焼用燃料噴射の2回の拡散燃焼用燃料噴射が実行される。第1拡散燃焼用燃料噴射はピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側で実行される。また、第2拡散燃焼用燃料噴射はピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側で開始され、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも遅角側で終了される。また、燃料噴射量としては、予混合燃焼用燃料噴射、第1拡散燃焼用燃料噴射、第2拡散燃焼用燃料噴射の順で多く設定されている。これにより、予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料の予混合燃焼と、各拡散燃焼用燃料噴射で噴射された燃料の拡散燃焼とは独立性の高いものとなる。つまり、上述した如く、燃焼室3内での燃焼が安定して行われるものとなる。   Explaining each, in the case of FIG. 4A in which the diffusion combustion execution rate is set to 99%, the premixed combustion fuel injection is executed on the advance side from the compression top dead center (TDC) of the piston 13, and thereafter Then, the two diffusion combustion fuel injections, the first diffusion combustion fuel injection and the second diffusion combustion fuel injection, are executed. The first diffusion combustion fuel injection is executed on the advance side of the compression top dead center (TDC) of the piston 13. Further, the second diffusion combustion fuel injection is started on the advance side with respect to the compression top dead center (TDC) of the piston 13 and is ended on the retard side with respect to the compression top dead center (TDC) of the piston 13. Further, the fuel injection amount is set to be larger in the order of premixed combustion fuel injection, first diffusion combustion fuel injection, and second diffusion combustion fuel injection. Thereby, the premixed combustion of the fuel injected by the fuel injection for premixed combustion and the diffusion combustion of the fuel injected by each fuel injection for diffusion combustion become highly independent. That is, as described above, combustion in the combustion chamber 3 is stably performed.

また、拡散燃焼実行率を90%に設定する図4(b)の場合、第1予混合燃焼用燃料噴射及び第2予混合燃焼用燃料噴射の2回の予混合燃焼用燃料噴射が実行される。これら予混合燃焼用燃料噴射は、何れもピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側で実行される。その後、拡散燃焼用燃料噴射が実行される。この拡散燃焼用燃料噴射はピストン13の圧縮上死点(TDC)近傍で噴射が開始され、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも遅角側で噴射が終了する。また、上記第1予混合燃焼用燃料噴射の噴射量が第2予混合燃焼用燃料噴射よりも多く設定され、拡散燃焼用燃料噴射の噴射量が第1予混合燃焼用燃料噴射よりも多く設定されている。尚、この拡散燃焼実行率を90%に設定するもの(図4(b))では、上記拡散燃焼実行率を99%に設定するもの(図4(a))に比べて、総燃料噴射量は少なく設定され、且つ予混合燃焼の燃焼重心が遅角側に移行していることでオーバラップ燃焼期間Tは長くなっている。   In the case of FIG. 4B in which the diffusion combustion execution rate is set to 90%, two premixed combustion fuel injections of the first premixed combustion fuel injection and the second premixed combustion fuel injection are executed. The These premixed combustion fuel injections are all performed on the advance side of the compression top dead center (TDC) of the piston 13. Thereafter, fuel injection for diffusion combustion is performed. This diffusion combustion fuel injection is started near the compression top dead center (TDC) of the piston 13, and the injection ends on the retard side of the compression top dead center (TDC) of the piston 13. Further, the injection amount of the first premixed combustion fuel injection is set to be larger than that of the second premixed combustion fuel injection, and the injection amount of the diffusion combustion fuel injection is set to be larger than that of the first premixed combustion fuel injection. Has been. Incidentally, in the case where the diffusion combustion execution rate is set to 90% (FIG. 4 (b)), the total fuel injection amount is compared with the case where the diffusion combustion execution rate is set to 99% (FIG. 4 (a)). Is set to a small value, and the combustion center of gravity of the premixed combustion shifts to the retard side, so that the overlap combustion period T becomes longer.

また、拡散燃焼実行率を60%に設定する図4(c)の場合、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側で予混合燃焼用燃料噴射が実行され、その後、拡散燃焼用燃料噴射が実行される。この拡散燃焼用燃料噴射はピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも遅角側で実行される。また、上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量が予混合燃焼用燃料噴射での噴射量よりも多く設定されている。尚、この拡散燃焼実行率を60%に設定するもの(図4(c))では、上記拡散燃焼実行率を90%に設定するもの(図4(b))に比べて、総燃料噴射量は少なく設定され、且つ予混合燃焼用燃料噴射の噴射開始時期及び拡散燃焼用燃料噴射の噴射開始時期は共に遅角側に設定され、予混合燃焼の燃焼重心が遅角側に移行していることでオーバラップ燃焼期間Tは長くなっている。   In the case of FIG. 4C in which the diffusion combustion execution rate is set to 60%, the premixed combustion fuel injection is executed on the advance side of the compression top dead center (TDC) of the piston 13, and then the diffusion combustion is performed. Fuel injection is performed. This diffusion combustion fuel injection is executed on the retard side from the compression top dead center (TDC) of the piston 13. Further, the injection amount in the diffusion combustion fuel injection is set to be larger than the injection amount in the premixed combustion fuel injection. Incidentally, in the case where the diffusion combustion execution rate is set to 60% (FIG. 4C), the total fuel injection amount is compared to the case where the diffusion combustion execution rate is set to 90% (FIG. 4B). Are set to be small, and the injection start timing of the fuel injection for premixed combustion and the injection start timing of the fuel injection for diffusion combustion are both set to the retard side, and the center of combustion of the premix combustion shifts to the retard side. As a result, the overlap combustion period T becomes longer.

また、拡散燃焼実行率を40%に設定する図4(d)の場合、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側で予混合燃焼用燃料噴射が実行され、その後、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも遅角側で拡散燃焼用燃料噴射が実行される。また、上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が拡散燃焼用燃料噴射での噴射量よりも多く設定されている。尚、この拡散燃焼実行率を40%に設定するもの(図4(d))では、上記拡散燃焼実行率を60%に設定するもの(図4(c))に比べて、総燃料噴射量は少なく設定され、且つ予混合燃焼用燃料噴射の噴射開始時期及び拡散燃焼用燃料噴射の噴射開始時期は共に遅角側に設定され、予混合燃焼の燃焼重心が遅角側に移行していることでオーバラップ燃焼期間Tは長くなっている。   Further, in the case of FIG. 4D in which the diffusion combustion execution rate is set to 40%, the premixed combustion fuel injection is executed on the advance side of the compression top dead center (TDC) of the piston 13, and then the piston 13 The fuel injection for diffusion combustion is executed on the retard side from the compression top dead center (TDC). The injection amount in the premixed combustion fuel injection is set to be larger than the injection amount in the diffusion combustion fuel injection. Incidentally, in the case where the diffusion combustion execution rate is set to 40% (FIG. 4D), the total fuel injection amount is compared to the case where the diffusion combustion execution rate is set to 60% (FIG. 4C). Are set to be small, and the injection start timing of the fuel injection for premixed combustion and the injection start timing of the fuel injection for diffusion combustion are both set to the retard side, and the center of combustion of the premix combustion shifts to the retard side. As a result, the overlap combustion period T becomes longer.

また、拡散燃焼実行率を20%に設定する図4(e)の場合、先ず、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも進角側で噴射を開始し且つ圧縮上死点(TDC)よりも遅角側で噴射を終了する予混合燃焼用燃料噴射が実行される。その後、ピストン13の圧縮上死点(TDC)よりも遅角側で拡散燃焼用燃料噴射が実行される。また、上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が拡散燃焼用燃料噴射での噴射量よりも多く設定されている。尚、この拡散燃焼実行率を20%に設定するもの(図4(e))では、上記拡散燃焼実行率を40%に設定するもの(図4(d))に比べて、総燃料噴射量は少なく設定され、且つ予混合燃焼用燃料噴射の噴射開始時期及び拡散燃焼用燃料噴射の噴射開始時期は共に遅角側に設定され、予混合燃焼の燃焼重心が遅角側に移行していることでオーバラップ燃焼期間Tは長くなっている。また、この場合、予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が多いため、この予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料の一部の燃焼は拡散燃焼となっている。   In the case of FIG. 4E in which the diffusion combustion execution rate is set to 20%, first, the injection is started on the advance side of the compression top dead center (TDC) of the piston 13 and the compression top dead center (TDC). The premixed combustion fuel injection that terminates the injection on the more retarded angle side is executed. Thereafter, fuel injection for diffusion combustion is executed on the retard side from the compression top dead center (TDC) of the piston 13. The injection amount in the premixed combustion fuel injection is set to be larger than the injection amount in the diffusion combustion fuel injection. Incidentally, in the case where the diffusion combustion execution rate is set to 20% (FIG. 4 (e)), the total fuel injection amount is compared with the case where the diffusion combustion execution rate is set to 40% (FIG. 4 (d)). Are set to be small, and the injection start timing of the fuel injection for premixed combustion and the injection start timing of the fuel injection for diffusion combustion are both set to the retard side, and the center of combustion of the premix combustion shifts to the retard side. As a result, the overlap combustion period T becomes longer. In this case, since the injection amount in the premixed combustion fuel injection is large, a part of the fuel injected in the premixed combustion fuel injection is diffusion combustion.

このようにして、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど、総燃料噴射量に対する予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の比率を高く設定していく。言い換えると、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど、総燃料噴射量に対する拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率を低く設定していく。また、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど、拡散燃焼の開始タイミング(上記オーバラップ燃焼期間の開始タイミング)が遅角側に移行するように燃料噴射パターンが調整されている。これは、拡散燃焼での燃焼室3内の温度の過上昇を抑えることによりNOxの発生量を抑制するためである。但し、拡散燃焼用燃料噴射の噴射開始時期の遅角側への移行量は、エンジン1の出力や排気エミッションの問題から限界がある。また、図4にオーバラップ燃焼期間Tで示すように、拡散燃焼実行率が低く設定されるほどオーバラップ燃焼期間Tは長くなっていく。具体的には、上述した如く、上記予混合燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「予混合燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことにより、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間(オーバラップ燃焼期間)を長くしていく。   In this way, as the diffusion combustion execution rate is set lower, the ratio of the injection amount in the premixed combustion fuel injection to the total fuel injection amount is set higher. In other words, the lower the diffusion combustion execution rate is set, the lower the ratio of the injection amount in the diffusion combustion fuel injection to the total fuel injection amount is set. Further, the fuel injection pattern is adjusted so that the diffusion combustion start timing (start timing of the overlap combustion period) shifts to the retard side as the diffusion combustion execution rate is set lower. This is to suppress the generation amount of NOx by suppressing an excessive increase in the temperature in the combustion chamber 3 due to diffusion combustion. However, the amount of shift of the diffusion combustion fuel injection to the retard side of the injection start timing is limited due to problems with the output of the engine 1 and exhaust emission. Further, as shown by the overlap combustion period T in FIG. 4, the overlap combustion period T becomes longer as the diffusion combustion execution rate is set lower. Specifically, as described above, the premixed combustion and the diffusion combustion are performed by shifting the combustion center of gravity of the “premixed combustion” of the fuel injected by the fuel injection for premixed combustion to the retarded angle side. The combustion period (overlap combustion period) in which the coexists are increased.

−貫徹力について−
ここで燃料噴射量と貫徹力との関係について説明する。上記インジェクタ23では、噴射指令信号を受けて燃料噴射が開始されると、噴射孔を閉塞しているニードルが噴射孔から後退していくことで噴射孔の開口面積を次第に増大させていく。そして、ニードルが最後退位置まで移動すると噴射孔の開口面積は最大となる。ところが、このニードルが最後退位置に達するまでに噴射指令信号が解除されると(閉弁指令を受けると)、後退移動している途中でニードルは閉弁方向に向かって前進することになる。つまり、この場合、噴射孔の開口面積は最大となることなく燃料噴射を終了することになる。このため、噴射期間が長く設定されるほど噴射孔の開口面積としては大きく得られることになる。
-About penetration-
Here, the relationship between the fuel injection amount and the penetration force will be described. In the injector 23, when fuel injection is started in response to the injection command signal, the opening area of the injection hole is gradually increased as the needle closing the injection hole is retracted from the injection hole. When the needle moves to the last retracted position, the opening area of the injection hole becomes maximum. However, if the injection command signal is canceled before the needle reaches the last retracted position (when the valve closing command is received), the needle moves forward in the valve closing direction while moving backward. That is, in this case, the fuel injection is terminated without maximizing the opening area of the injection hole. For this reason, the longer the injection period is set, the larger the opening area of the injection hole is obtained.

そして、上記噴射孔の開口面積は、その噴射孔から噴射される燃料(噴霧)の飛行距離に相関がある。つまり、噴射孔の開口面積が大きい状態で燃料が噴射された場合には、噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も大きいため運動エネルギも大きく(貫徹力(ペネトレーション)が大きく)なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離は長くなる。一方、噴射孔の開口面積が小さい状態で燃料が噴射された場合には、この噴射孔から噴射される燃料の液滴の寸法も小さいため運動エネルギも小さく(貫徹力(ペネトレーション)が小さく)なっている。このため、この燃料の液滴の飛行距離も短い。   And the opening area of the said injection hole has a correlation with the flight distance of the fuel (spray) injected from the injection hole. In other words, when fuel is injected with a large opening area of the injection hole, the size of the droplet of fuel injected from the injection hole is also large, so that the kinetic energy is also large (the penetration force is large). Yes. For this reason, the flight distance of this fuel droplet becomes long. On the other hand, when fuel is injected in a state where the opening area of the injection hole is small, the size of the droplet of fuel injected from the injection hole is also small, so the kinetic energy is also small (penetration force is small). ing. For this reason, the flight distance of this fuel droplet is also short.

そして、上述した如く、インジェクタ23の開弁期間が比較的長く設定された場合(言い換えると、メイン噴射1回当たりの噴射量が比較的多く設定された場合)には、ニードルが最後退位置まで移動することになって噴射孔の開口面積は最大となるので、この場合の燃料の液滴の飛行距離は長くなる。つまり、インジェクタ23から噴射された燃料の大部分は上記キャビティ13bの外周端付近まで飛行可能な状態となる。   As described above, when the valve opening period of the injector 23 is set to be relatively long (in other words, when the injection amount per main injection is set to be relatively large), the needle reaches the last retracted position. Since the opening area of the injection hole becomes maximum due to the movement, the flight distance of the fuel droplet in this case becomes long. That is, most of the fuel injected from the injector 23 can fly up to the vicinity of the outer peripheral end of the cavity 13b.

一方、インジェクタ23の開弁期間が比較的短く設定された場合(言い換えると、メイン噴射1回当たりの噴射量が比較的少なく設定された場合)には、ニードルが最後退位置まで移動することがなく噴射孔の開口面積は小さいため、この場合の燃料の液滴の飛行距離は短くなる。つまり、インジェクタ23から噴射された燃料の大部分は上記キャビティ13bの中央部付近までしか飛行できない状態となる。   On the other hand, if the valve opening period of the injector 23 is set to be relatively short (in other words, the injection amount per main injection is set to be relatively small), the needle may move to the last retracted position. Since the opening area of the injection hole is small, the flight distance of the fuel droplet in this case is shortened. That is, most of the fuel injected from the injector 23 can fly only to the vicinity of the center of the cavity 13b.

このように、インジェクタ23の開弁期間によって決まる噴射孔の開口面積と、その噴射孔から噴射される燃料(噴霧)の飛行距離とには相関がある。このため、上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が多く設定されるほど、燃料の飛行距離は長くなり、上記キャビティ13bの外周端付近にまで燃料が飛行することになって、燃焼室3内の酸素との邂逅率が高く確保されることで酸素不足を解消できる。これにより、スモークの発生量を抑制することができる。つまり、拡散燃焼実行率が低く設定されて、予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が多く設定されるものほど、燃焼室3内の広範囲に亘って燃料が噴射されることにより、酸素不足を招くことのなしに燃焼が行われ、スモークの発生量を抑制することができる。   Thus, there is a correlation between the opening area of the injection hole determined by the valve opening period of the injector 23 and the flight distance of the fuel (spray) injected from the injection hole. For this reason, as the injection amount in the fuel injection for premixed combustion is set larger, the flight distance of the fuel becomes longer and the fuel flies to the vicinity of the outer peripheral end of the cavity 13b. Oxygen deficiency can be eliminated by ensuring a high percentage of oxygen with the oxygen inside. Thereby, the generation amount of smoke can be suppressed. That is, as the diffusion combustion execution rate is set lower and the injection amount in the premixed combustion fuel injection is set higher, the fuel is injected over a wider area in the combustion chamber 3, thereby reducing oxygen shortage. Combustion is performed without inviting, and the amount of smoke generated can be suppressed.

−拡散燃焼の着火タイミングについて−
本実施形態では、上記予混合単独燃焼期間での予混合燃焼によって燃焼室3内の予熱が十分に行われた状態で、上記拡散燃焼用燃料噴射が実行されることにより、この拡散燃焼用燃料噴射で噴射された燃料は、直ちに自着火温度以上の温度環境下に晒されて熱分解が進み、噴射後は直ちに燃焼が開始されることになる。
−Ignition timing of diffusion combustion−
In the present embodiment, the diffusion combustion fuel injection is executed in a state where the preheating in the combustion chamber 3 is sufficiently performed by the premix combustion in the premixed single combustion period, whereby the fuel for diffusion combustion is performed. The fuel injected by the injection is immediately exposed to a temperature environment equal to or higher than the auto-ignition temperature, and the thermal decomposition proceeds. After the injection, combustion starts immediately.

具体的に、ディーゼルエンジンにおける燃料の着火遅れとしては、物理的遅れと化学的遅れとがある。物理的遅れは、燃料液滴の蒸発・混合に要する時間であり、燃焼場のガス温度に左右される。一方、化学的遅れは、燃料蒸気の化学的結合・分解かつ酸化発熱に要する時間である。そして、上述した如く気筒内の予熱が十分になされている状況では上記物理的遅れを最小限に抑えることができ、その結果、着火遅れも最小限に抑えられることになる。   Specifically, the fuel ignition delay in a diesel engine includes a physical delay and a chemical delay. The physical delay is the time required for evaporation / mixing of the fuel droplets and depends on the gas temperature of the combustion field. On the other hand, the chemical delay is the time required for chemical bonding / decomposition of fuel vapor and oxidation heat generation. As described above, in the situation where the cylinder is sufficiently preheated, the physical delay can be minimized, and as a result, the ignition delay can be minimized.

従って、拡散燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼形態としては、予混合燃焼が殆ど行われないことになり、大部分が拡散燃焼となる。その結果、拡散燃焼用燃料噴射の噴射タイミングを制御することがそのまま上記オーバラップ燃焼期間の開始タイミングを制御することに略等しくなり、燃焼の制御性を大幅に改善することができる。より具体的には、この拡散燃焼用燃料噴射の噴射タイミングや噴射量を調整することで、拡散燃焼での着火タイミング、熱発生率の変化割合(熱発生率波形の勾配)、熱発生率のピーク、燃焼重心に達する時期を共に制御することが可能になる。   Therefore, as a combustion mode of the fuel injected by the fuel injection for diffusion combustion, premixed combustion is hardly performed and most of the fuel is diffusion combustion. As a result, controlling the injection timing of the fuel injection for diffusion combustion becomes substantially equal to controlling the start timing of the overlap combustion period as it is, and the controllability of combustion can be greatly improved. More specifically, by adjusting the injection timing and the injection amount of this diffusion combustion fuel injection, the ignition timing in the diffusion combustion, the rate of change in the heat generation rate (the gradient of the heat generation rate waveform), the heat generation rate It is possible to control both the peak and the time to reach the combustion center of gravity.

−具体的な制御手順−
次に、上述の如く拡散燃焼実行率を設定してインジェクタ23からの燃料噴射を実行する場合の具体的な制御手順について説明する。
-Specific control procedure-
Next, a specific control procedure in the case where the diffusion combustion execution rate is set as described above and fuel injection from the injector 23 is executed will be described.

先ず、上述した如く、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて総燃料噴射量が決定される。   First, as described above, the total fuel injection amount is determined according to operating conditions such as engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, intake air temperature, and environmental conditions.

その後、図5に示す噴射率設定マップに従って、上記総燃料噴射量に対する拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率(拡散燃焼用燃料噴射の噴射量/総燃料噴射量)を設定する。この噴射率設定マップは、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとして上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率を設定するものであり、予め実験やシミュレーションにより作成されて上記ROM102に格納されている。例えば、エンジン回転数が高いほど、また、エンジントルクが高いほど拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率としては高く設定されることになる。   Then, according to the injection rate setting map shown in FIG. 5, the ratio of the injection amount in the diffusion combustion fuel injection to the total fuel injection amount (injection amount of diffusion combustion fuel injection / total fuel injection amount) is set. This injection rate setting map sets the ratio of the injection amount in the diffusion combustion fuel injection using the engine speed and the engine torque as parameters, and is created in advance by experiments and simulations and stored in the ROM 102. . For example, the higher the engine speed and the higher the engine torque, the higher the ratio of the injection amount in the diffusion combustion fuel injection.

このようにして、総燃料噴射量、拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率(拡散燃焼用燃料噴射率)が求められることにより、この総燃料噴射量に、拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の比率を乗算することで拡散燃焼用燃料噴射での噴射量が求められ、この噴射量を上記総燃料噴射量から減算することで予混合燃焼用燃料噴射での噴射量が求められることになる。例えば、総燃料噴射量が50mm3の場合に、拡散燃焼用燃料噴射での噴射量比率が60%に設定されると、この拡散燃焼用燃料噴射での噴射量は30mm3となる。この場合、予混合燃焼用燃料噴射での噴射量は20mm3となる。In this way, the ratio between the total fuel injection amount and the injection amount in the diffusion combustion fuel injection (diffusion combustion fuel injection rate) is obtained, so that the total fuel injection amount is injected into the diffusion combustion fuel injection. By multiplying the amount ratio, the injection amount in the diffusion combustion fuel injection is obtained, and by subtracting this injection amount from the total fuel injection amount, the injection amount in the premixed combustion fuel injection is obtained. Become. For example, when the total fuel injection amount is 50 mm 3 and the injection amount ratio in the diffusion combustion fuel injection is set to 60%, the injection amount in the diffusion combustion fuel injection is 30 mm 3 . In this case, the injection amount in the premixed combustion fuel injection is 20 mm 3 .

また、エンジン負荷に応じて拡散燃焼実行率を設定する。図6は、拡散燃焼実行率の設定マップを示す図である。このマップは、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとして上記拡散燃焼実行率を設定するものであり、予め上記ROM102に格納されている。そして、エンジン回転数が高いほど、また、エンジントルクが高いほど拡散燃焼実行率も高く設定されるようになっている(図6に破線で示す拡散燃焼実行率の値を参照)。尚、このようにして設定された拡散燃焼実行率で燃焼を実行するために行われる予混合燃焼用燃料噴射での燃料噴射タイミング及び拡散燃焼用燃料噴射での燃料噴射タイミングは、例えば所定の拡散燃焼実行率(例えば拡散燃焼実行率90%)を基準とし、この基準とする拡散燃焼実行率に対して、実施しようとする拡散燃焼実行率の乖離量に従って設定される。つまり、実施しようとする拡散燃焼実行率が、基準とする拡散燃焼実行率に対して低い場合、その乖離量が大きいほど燃料噴射タイミングとしては遅角側に移行されていくことになる。逆に、実施しようとする拡散燃焼実行率が、基準とする拡散燃焼実行率に対して高い場合、その乖離量が大きいほど燃料噴射タイミングとしては進角側に移行されていくことになる。   Further, the diffusion combustion execution rate is set according to the engine load. FIG. 6 is a diagram showing a setting map for the diffusion combustion execution rate. This map sets the diffusion combustion execution rate using the engine speed and engine torque as parameters, and is stored in the ROM 102 in advance. Then, the higher the engine speed and the higher the engine torque, the higher the diffusion combustion execution rate is set (see the value of the diffusion combustion execution rate indicated by the broken line in FIG. 6). The fuel injection timing in the premixed combustion fuel injection and the fuel injection timing in the diffusion combustion fuel injection performed to execute combustion at the diffusion combustion execution rate set in this way are, for example, predetermined diffusion The combustion execution rate (for example, diffusion combustion execution rate 90%) is used as a reference, and is set according to the amount of divergence of the diffusion combustion execution rate to be executed with respect to the diffusion combustion execution rate used as the reference. That is, when the diffusion combustion execution rate to be performed is lower than the reference diffusion combustion execution rate, the fuel injection timing is shifted to the retard side as the deviation amount is larger. Conversely, when the diffusion combustion execution rate to be performed is higher than the reference diffusion combustion execution rate, the fuel injection timing is shifted to the advance side as the deviation amount increases.

上述のようにして求められた予混合燃焼用燃料噴射での噴射量に対し、その必要な予混合燃焼用燃料噴射での噴射量を1回の予混合燃焼用燃料噴射で噴射するのか、2回の予混合燃焼用燃料噴射に分割して噴射するのかを、図7のマップに拡散燃焼実行率を当て嵌めることにより求める。つまり、拡散燃焼実行率が所定値(図7に示すものでは60%)よりも高い場合には、上記第1予混合燃焼用燃料噴射及び第2予混合燃焼用燃料噴射の2回に分割して予混合燃焼用燃料噴射を実施する。これは、例えば図4における拡散燃焼実行率90%(図4(b))の場合に相当する。   Whether the injection amount of the required premixed combustion fuel injection is injected by one premixed combustion fuel injection with respect to the injection amount of the premixed combustion fuel injection obtained as described above, 2 Whether the fuel is divided into premixed combustion fuel injections is determined by fitting the diffusion combustion execution rate to the map shown in FIG. That is, when the diffusion combustion execution rate is higher than a predetermined value (60% in the case shown in FIG. 7), the first premixed combustion fuel injection and the second premixed combustion fuel injection are divided into two times. Implement fuel injection for premixed combustion. This corresponds to, for example, the case of the diffusion combustion execution rate of 90% in FIG. 4 (FIG. 4B).

一方、拡散燃焼実行率が所定値以下であるよりも低い場合には、予混合燃焼用燃料噴射を分割せず、1回の噴射により実行する。これは、例えば図4における拡散燃焼実行率60%(図4(c))の場合や拡散燃焼実行率40%(図4(d))の場合に相当する。   On the other hand, when the diffusion combustion execution rate is lower than the predetermined value or less, the premixed combustion fuel injection is executed by one injection without being divided. This corresponds to, for example, the case of the diffusion combustion execution rate 60% in FIG. 4 (FIG. 4C) or the case of the diffusion combustion execution rate 40% (FIG. 4D).

以上のようにして各マップに従い、予混合燃焼用燃料噴射での噴射量や拡散燃焼用燃料噴射での噴射量等が設定され、各噴射が実行されることで、上述した所望の拡散燃焼実行率が得られることになる。   As described above, according to each map, the injection amount in the premixed combustion fuel injection, the injection amount in the diffusion combustion fuel injection, and the like are set, and each injection is executed, so that the desired diffusion combustion execution described above is executed. The rate will be obtained.

以上説明したように、本実施形態では、エンジン負荷が高いほど、つまり、エンジン1に要求される出力が大きいほど拡散燃焼実行率を高く設定し、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を高めるようにしている。このため、エンジン負荷が高い場合の燃焼の安定性を確保することができる。つまり、高負荷運転時において拡散燃焼実行率を高く確保することによって、十分なエンジン出力を得ることが可能になる。   As described above, in the present embodiment, the higher the engine load, that is, the higher the output required for the engine 1, the higher the diffusion combustion execution rate, and the premixed combustion and the diffusion combustion in the same combustion stroke. To increase independence. For this reason, the stability of combustion when the engine load is high can be ensured. That is, it is possible to obtain a sufficient engine output by ensuring a high diffusion combustion execution rate during high load operation.

一方、エンジン負荷が低いほど、つまり、エンジン1に要求される出力が小さいほど拡散燃焼実行率を低く設定し、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性を低く設定するようにしている。つまり、予混合燃焼と拡散燃焼とを合体燃焼により実行させるようにしている。このため、エンジン負荷が低い場合の排気エミッションの改善を図ることができ、また、燃焼音の低減も図ることが可能になる。   On the other hand, the lower the engine load, that is, the lower the output required for the engine 1, the lower the diffusion combustion execution rate, and the lower the independence of premixed combustion and diffusion combustion during the same combustion stroke. ing. That is, premixed combustion and diffusion combustion are executed by combined combustion. For this reason, it is possible to improve the exhaust emission when the engine load is low, and to reduce the combustion noise.

以上のように本実施形態では、燃焼室3内における燃焼形態として予混合燃焼及び拡散燃焼それぞれの優位点を有効に利用できるように、これら燃焼相互の独立度合いを調整することで、これら燃焼を協調させ、燃焼の安定性、排気エミッションの改善、燃焼音の抑制を図ることが可能である。   As described above, in the present embodiment, these combustions are controlled by adjusting the degree of independence of these combustions so that the advantages of premixed combustion and diffusion combustion can be effectively used as combustion forms in the combustion chamber 3. By coordinating, it is possible to improve combustion stability, exhaust emission, and combustion noise.

−他の制御パラメータについて−
上述した実施形態では、インジェクタ23から噴射される燃料の燃料噴射パターンによって拡散燃焼実行率を設定するようにしていた。これに代えて、または、これと併用して燃料噴射前の筒内ガス状態を調整することにより拡散燃焼実行率を設定することも可能である。この燃料噴射前の筒内ガス状態としては、「筒内の酸素濃度」や「筒内の着火前圧力」が挙げられる。以下、それぞれについて説明する。
-Other control parameters-
In the embodiment described above, the diffusion combustion execution rate is set by the fuel injection pattern of the fuel injected from the injector 23. Instead of this, or in combination with this, it is also possible to set the diffusion combustion execution rate by adjusting the in-cylinder gas state before fuel injection. Examples of the in-cylinder gas state before fuel injection include “in-cylinder oxygen concentration” and “in-cylinder pre-ignition pressure”. Each will be described below.

(筒内の酸素濃度による拡散燃焼実行率調整)
筒内の酸素濃度によって拡散燃焼実行率を調整する場合、拡散燃焼実行率を高く設定する場合ほど筒内の酸素濃度も高く設定する。具体的には、上記EGRバルブ81の開度を小さくし、EGR量を少なくすることで筒内の酸素濃度を高く設定する。逆に、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど筒内の酸素濃度も低く設定する。具体的には、上記EGRバルブ81の開度を大きくし、EGR量を多くすることで筒内の酸素濃度を低く設定する(酸素濃度調整手段による燃焼室3内の酸素濃度調整動作)。
(Adjustment of diffusion combustion execution rate by oxygen concentration in cylinder)
When adjusting the diffusion combustion execution rate according to the oxygen concentration in the cylinder, the oxygen concentration in the cylinder is set higher as the diffusion combustion execution rate is set higher. Specifically, the oxygen concentration in the cylinder is set high by decreasing the opening degree of the EGR valve 81 and decreasing the EGR amount. Conversely, the lower the diffusion combustion execution rate is set, the lower the oxygen concentration in the cylinder is set. Specifically, the oxygen concentration in the cylinder is set low by increasing the opening degree of the EGR valve 81 and increasing the EGR amount (oxygen concentration adjusting operation in the combustion chamber 3 by the oxygen concentration adjusting means).

(筒内の着火前圧力による拡散燃焼実行率調整)
また、筒内の着火前圧力によって拡散燃焼実行率を調整する場合、拡散燃焼実行率を高く設定する場合ほど筒内の着火前圧力も高く設定する。具体的には、上記ターボチャージャ5の可変ノズルベーン機構に備えられているノズルベーンの開度を小さくし、エンジン1の過給圧を高くする。または、上記スロットルバルブ62の開度を大きくする。尚、これらノズルベーンの制御、スロットルバルブ62の制御のうち一つのみを実行してもよいし、両方を同時に実行してもよい。逆に、拡散燃焼実行率を低く設定する場合ほど筒内の着火前圧力も低く設定する。具体的には、上記ノズルベーンの開度を大きくし、エンジン1の過給圧を低くする。または、上記スロットルバルブ62の開度を小さくする。尚、この場合にも、これらノズルベーンの制御、スロットルバルブ62の制御のうち一つのみを実行してもよいし、両方を同時に実行してもよい(圧力調整手段による燃焼室3内の圧力調整動作)。
(Adjustment of diffusion combustion execution rate by pressure before ignition in cylinder)
Further, when adjusting the diffusion combustion execution rate by the pressure before ignition in the cylinder, the pressure before ignition in the cylinder is set higher as the diffusion combustion execution rate is set higher. Specifically, the opening degree of the nozzle vane provided in the variable nozzle vane mechanism of the turbocharger 5 is reduced, and the supercharging pressure of the engine 1 is increased. Alternatively, the opening degree of the throttle valve 62 is increased. Note that only one of these nozzle vane control and throttle valve 62 control may be executed, or both may be executed simultaneously. Conversely, the lower the diffusion combustion execution rate is set, the lower the pre-ignition pressure in the cylinder is set. Specifically, the opening degree of the nozzle vane is increased and the supercharging pressure of the engine 1 is decreased. Alternatively, the opening degree of the throttle valve 62 is reduced. In this case as well, only one of these nozzle vane control and throttle valve 62 control may be executed or both may be executed simultaneously (pressure adjustment in the combustion chamber 3 by the pressure adjusting means). Operation).

このようにして燃料噴射前の筒内ガス状態によって拡散燃焼実行率を調整するようにした場合にあっても、上述した燃料噴射パターンによって拡散燃焼実行率を調整するようにした場合と同様の効果を奏することができる。つまり、エンジンの高負荷運転時においては、拡散燃焼実行率を高く確保することによって、十分なエンジン出力を得ることが可能になる。また、エンジンの低負荷運転時においては、排気エミッションの改善を図ることができ、また、燃焼音の低減も図ることが可能になる。   Even when the diffusion combustion execution rate is adjusted according to the in-cylinder gas state before fuel injection in this way, the same effect as when the diffusion combustion execution rate is adjusted by the fuel injection pattern described above. Can be played. That is, when the engine is operating at a high load, it is possible to obtain a sufficient engine output by ensuring a high diffusion combustion execution rate. Further, when the engine is operating at a low load, exhaust emission can be improved and combustion noise can be reduced.

(筒内の酸素濃度調整と着火前圧力調整との併用)
また、上述した筒内の酸素濃度による拡散燃焼実行率の調整と、筒内の着火前圧力による拡散燃焼実行率の調整とを併用する場合、エンジン負荷が比較的低い運転領域では、筒内の酸素濃度による拡散燃焼実行率の調整を行う。これに対し、エンジン負荷が比較的高い運転領域では、筒内の着火前圧力による拡散燃焼実行率の調整を行う。このようにしてエンジン負荷に応じて、拡散燃焼実行率の調整手法を筒内の酸素濃度と筒内の着火前圧力との間で切り替えるようにすれば、エンジン1の運転過渡時にスモークの発生を抑制することが可能となる。
(Combination of oxygen concentration adjustment in cylinder and pressure adjustment before ignition)
Further, when the adjustment of the diffusion combustion execution rate based on the oxygen concentration in the cylinder described above and the adjustment of the diffusion combustion execution ratio based on the pressure before ignition in the cylinder are used in combination, in the operation region where the engine load is relatively low, Adjust the diffusion combustion execution rate by oxygen concentration. On the other hand, in the operation region where the engine load is relatively high, the diffusion combustion execution rate is adjusted by the pre-ignition pressure in the cylinder. In this way, if the method for adjusting the diffusion combustion execution rate is switched between the oxygen concentration in the cylinder and the pre-ignition pressure in the cylinder according to the engine load, the generation of smoke during the operation transition of the engine 1 is prevented. It becomes possible to suppress.

例えば、エンジン1が高負荷運転から低負荷運転に移行する際に、筒内の酸素濃度を低くして拡散燃焼実行率を低く設定した場合、燃焼室3内の酸素不足によってスモークが発生する可能性がある。これを回避するべく本実施形態では、筒内の着火前圧力を低くして拡散燃焼実行率を低く設定することでスモークの発生を回避しながら拡散燃焼実行率を低く設定できることになる。具体的な制御動作としては、EGRバルブ81の開度を維持した状態で、上記ノズルベーンの開度や上記スロットルバルブ62の開度を調整することで拡散燃焼実行率を低く設定することになる。その後、更に拡散燃焼実行率を低く設定する場合には、EGRバルブ81の開度を調整することで拡散燃焼実行率を低く設定していく。   For example, when the engine 1 shifts from a high load operation to a low load operation, smoke may be generated due to insufficient oxygen in the combustion chamber 3 when the oxygen concentration in the cylinder is lowered and the diffusion combustion execution rate is set low. There is sex. In order to avoid this, in the present embodiment, the diffusion combustion execution rate can be set low while avoiding the generation of smoke by lowering the pre-ignition pressure in the cylinder and setting the diffusion combustion execution rate low. As a specific control operation, the diffusion combustion execution rate is set low by adjusting the opening degree of the nozzle vane and the opening degree of the throttle valve 62 while the opening degree of the EGR valve 81 is maintained. Thereafter, when the diffusion combustion execution rate is set lower, the diffusion combustion execution rate is set lower by adjusting the opening of the EGR valve 81.

また、エンジン1が低負荷運転から高負荷運転に移行する際に、筒内の着火前圧力を高くして拡散燃焼実行率を高く設定した場合、スモークが発生する可能性がある。これを回避するべく本実施形態では、筒内の酸素濃度を高くして拡散燃焼実行率を高く設定することでスモークの発生を回避しながら拡散燃焼実行率を高く設定できることになる。具体的な制御動作としては、上記ノズルベーンの開度や上記スロットルバルブ62の開度を維持した状態で、EGRバルブ81の開度を調整することで拡散燃焼実行率を高く設定することになる。その後、更に拡散燃焼実行率を高く設定する場合には、ノズルベーンの開度やスロットルバルブ62の開度を調整することで拡散燃焼実行率を高く設定していく。   Further, when the engine 1 shifts from the low load operation to the high load operation, smoke may be generated if the pre-ignition pressure in the cylinder is increased and the diffusion combustion execution rate is set high. In order to avoid this, in the present embodiment, the diffusion combustion execution rate can be set high while avoiding the generation of smoke by increasing the oxygen concentration in the cylinder and setting the diffusion combustion execution rate high. As a specific control operation, the diffusion combustion execution rate is set high by adjusting the opening degree of the EGR valve 81 while maintaining the opening degree of the nozzle vane and the opening degree of the throttle valve 62. Thereafter, when the diffusion combustion execution rate is set higher, the diffusion combustion execution rate is set higher by adjusting the opening degree of the nozzle vane and the opening degree of the throttle valve 62.

−他の実施形態−
以上説明した実施形態では、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
-Other embodiments-
In the embodiment described above, the case where the present invention is applied to an in-line four-cylinder diesel engine mounted on an automobile has been described. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, etc.) are not particularly limited.

また、上記実施形態では、マニバータ77として、NSR触媒75及びDPNR触媒76を備えたものとしたが、NSR触媒75及びDPF(Diesel Paticulate Filter)を備えたものとしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 were provided as the manipulator 77, it is good also as a thing provided with the NSR catalyst 75 and DPF (Diesel Particle Filter).

また、上記実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ23を適用したエンジン1について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。   Further, in the above-described embodiment, the engine 1 to which the piezo injector 23 that changes the fuel injection rate by being in a fully opened valve state only during the energization period is described. However, the present invention applies a variable injection rate injector. Application to engines is also possible.

本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて燃焼室内における予混合燃焼及び拡散燃焼の燃焼形態をエンジン負荷に応じて適正に制御する場合に利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used when a combustion mode of premixed combustion and diffusion combustion in a combustion chamber is appropriately controlled according to an engine load in a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder diesel engine mounted on an automobile.

1 エンジン(内燃機関)
3 燃焼室
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
5 ターボチャージャ(過給装置)
6 吸気系
62 スロットルバルブ(吸気絞り弁)
7 排気系
8 EGR通路
81 EGRバルブ
1 engine (internal combustion engine)
3 Combustion chamber 23 Injector (fuel injection valve)
5 Turbocharger (supercharger)
6 Intake system 62 Throttle valve (intake throttle valve)
7 Exhaust system 8 EGR passage 81 EGR valve

−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料が、少なくとも「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の開始後に開始される「拡散燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式内燃機関の燃焼制御装置を前提とする。この内燃機関の燃焼制御装置に対し、上記燃料噴射弁が、上記燃焼室内での燃焼として主に「予混合燃焼」を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射と、上記燃焼室内での燃焼として主に「拡散燃焼」を行わせるための拡散燃焼用燃料噴射とを個別に実行するものとする。また、上記燃料噴射弁からの予混合燃焼用燃料噴射と拡散燃焼用燃料噴射とが順に行われることにより、燃焼過程中に、予混合燃焼及び拡散燃焼のうち予混合燃焼のみが行われる「予混合単独燃焼期間」、予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する「オーバラップ燃焼期間」、予混合燃焼及び拡散燃焼のうち拡散燃焼のみが行われる「拡散単独燃焼期間」の順で燃焼形態が移っていくようにする。そして、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記「オーバラップ燃焼期間」中における予混合燃焼での熱発生量と拡散燃焼での熱発生量との総和である全熱発生量に対する上記「オーバラップ燃焼期間」中における拡散燃焼での熱発生量の比率が次第に小さくなっていくように、上記燃料噴射弁の燃料噴射形態及び上記燃焼室内での燃料噴射前のガス状態のうち少なくとも一方を調整する拡散燃焼実行率調整手段を備えさせている。
-Solution-
Specifically, the present invention relates to compression auto-ignition in which fuel injected from a fuel injection valve burns in a combustion chamber by at least “premixed combustion” and “diffusion combustion” started after the start of this “premixed combustion”. The premise is a combustion control device for an internal combustion engine. For the combustion control device of the internal combustion engine, the fuel injection valve performs fuel injection for premixed combustion for mainly performing “premixed combustion” as combustion in the combustion chamber, and combustion in the combustion chamber. It is assumed that fuel injection for diffusion combustion for mainly performing “diffusion combustion” is performed separately. Further, by performing the premixed combustion fuel injection and the diffusion combustion fuel injection from the fuel injection valve in order, only premixed combustion among premixed combustion and diffusion combustion is performed during the combustion process. The combustion mode changes in the order of “mixed single combustion period”, “overlap combustion period” in which premixed combustion and diffusion combustion coexist, and “diffusion single combustion period” in which only diffusion combustion is performed among premixed combustion and diffusion combustion To go. Then, as the load on the internal combustion engine decreases or the required output of the internal combustion engine decreases , the amount of heat generated in the premixed combustion and the heat in the diffusion combustion during the “overlap combustion period”. The fuel injection form of the fuel injection valve and the combustion so that the ratio of the heat generation amount in the diffusion combustion during the “overlap combustion period” to the total heat generation amount which is the sum of the generation amount gradually decreases Diffusion combustion execution rate adjustment means for adjusting at least one of the gas states before fuel injection in the room is provided.

この特定事項により、内燃機関の負荷が比較的高い状況(または、内燃機関の要求出力が比較的大きい状況)では、上記オーバラップ燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率(以下、拡散燃焼実行率と呼ぶ)を高く設定する。このように、拡散燃焼実行率を高く設定した場合、同一燃焼行程中における予混合燃焼と拡散燃焼との独立性が高く設定されることになる。これにより、仮に、予混合燃焼での燃焼状態が悪化(不安定化)したとしても、それの拡散燃焼に対する影響度合いは小さく、拡散燃焼の安定化が維持され、燃焼室内での燃焼を安定的に行うことができる。そのため、特に燃焼の安定化が要求される高負荷運転時において十分な出力を得ることができる。 Due to this specific matter, in a situation where the load of the internal combustion engine is relatively high (or a situation where the required output of the internal combustion engine is relatively large), the ratio of the heat generation amount of diffusion combustion to the total heat generation amount during the overlap combustion period (Hereinafter referred to as the diffusion combustion execution rate) is set high. As described above, when the diffusion combustion execution rate is set high, the independence between the premixed combustion and the diffusion combustion during the same combustion stroke is set high. As a result, even if the combustion state in the premixed combustion deteriorates (unstabilizes), the degree of influence on the diffusion combustion is small, the stabilization of the diffusion combustion is maintained, and the combustion in the combustion chamber is stable. Can be done. For this reason, a sufficient output can be obtained particularly during high-load operation that requires stabilization of combustion.

一方、内燃機関の負荷が比較的低い状況(または、内燃機関の要求出力が比較的小さい状況)では、上記拡散燃焼実行率を低く設定する。内燃機関の高負荷では燃焼期間が長く、燃焼重心を遅角する余裕がない。これに対し、内燃機関の軽負荷では燃焼重心を遅角する余裕があり、拡散実行率の低減が可能である。そのため、このような内燃機関の負荷が比較的低い状況では、拡散燃焼実行率を低く設定し、上記オーバラップ燃焼期間中における予混合燃焼の割合を大きくして、スモーク発生量及びNOx発生量を共に抑制可能な燃焼形態として排気エミッションの改善を図る。 On the other hand, in a situation where the load on the internal combustion engine is relatively low (or a situation where the required output of the internal combustion engine is relatively small), the diffusion combustion execution rate is set low. At a high load of the internal combustion engine, the combustion period is long and there is no room for retarding the combustion center of gravity. On the other hand, at a light load of the internal combustion engine, there is a margin to retard the combustion center of gravity, and the diffusion execution rate can be reduced. Therefore, in such a situation where the load of the internal combustion engine is relatively low, the diffusion combustion execution rate is set low , the premixed combustion ratio during the overlap combustion period is increased, and the smoke generation amount and NOx generation amount are reduced. The exhaust emission is improved as a combustion form that can be suppressed together.

上記燃料噴射弁の燃料噴射形態によって拡散燃焼実行率を調整するための具体的な構成としては以下のものが挙げられる。上記拡散燃焼実行率調整手段が、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていく構成としている。 Specific examples of the configuration for adjusting the diffusion combustion execution rate according to the fuel injection mode of the fuel injection valve include the following . The upper Symbol diffusion combustion execution rate adjusting means in accordance with the load of the internal combustion engine is gradually lowered, or, according to the required output of the internal combustion engine becomes smaller, in the premixed combustion fuel injection of the total fuel injection amount The ratio of the injection amount is gradually increased, and the ratio of the injection amount in the diffusion combustion fuel injection out of the total fuel injection amount is gradually decreased.

また、この場合に、上記拡散燃焼実行率調整手段が、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、少なくとも上記予混合燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「予混合燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことにより、上記「オーバラップ燃焼期間」を長くしていく構成としている。この場合に、上記拡散燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「拡散燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことも挙げられるが、この「拡散燃焼」の燃焼重心の遅角側への移行量は、内燃機関の出力や排気エミッションの問題から限界がある。また、この「拡散燃焼」の燃焼重心は、「予混合燃焼」による筒内予熱量等によっても左右されるものである。尚、上記燃焼重心とは、燃焼室内に噴射された燃料(例えば上記予混合燃焼用燃料噴射で噴射された燃料)が燃焼室内で燃焼する際に、その全ての燃料の燃焼が完了する完全燃焼状態を燃焼度合い「100%」とした場合において、燃焼度合いが「50%」に達したときをいう。言い換えると、燃焼室内での熱発生量の累積が、噴射された燃料の全量が燃焼した場合の熱発生量に対して「50%」に達したときをいう。 Further, in this case, the diffusion combustion execution rate adjusting means injects at least by the premixed combustion fuel injection as the load of the internal combustion engine decreases or as the required output of the internal combustion engine decreases. The “overlap combustion period” is lengthened by shifting the combustion center of gravity of the “premixed combustion” of the fuel to the retarded angle side. In this case, it is also possible to shift the combustion center of gravity of the “diffusion combustion” of the fuel injected by the fuel injection for diffusion combustion to the retarded angle side. There is a limit to the amount of transition to owing to problems with the output of the internal combustion engine and exhaust emissions. Further, the center of combustion of this “diffusion combustion” is also influenced by the amount of preheating in the cylinder by “premixed combustion”. The combustion center of gravity is a complete combustion that completes the combustion of all fuel when the fuel injected into the combustion chamber (for example, the fuel injected by the fuel injection for premixed combustion) burns in the combustion chamber. When the state is the combustion degree “100%”, the combustion degree reaches “50%”. In other words, the cumulative heat generation amount in the combustion chamber reaches “50%” with respect to the heat generation amount when the entire injected fuel burns.

Claims (8)

燃料噴射弁から噴射された燃料が、少なくとも「予混合燃焼」及びこの「予混合燃焼」の開始後に開始される「拡散燃焼」により燃焼室内で燃焼する圧縮自着火式内燃機関の燃焼制御装置において、
内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間中における全熱発生量に対する拡散燃焼の熱発生量の比率が次第に小さくなっていくように、上記燃料噴射弁の燃料噴射形態及び上記燃焼室内での燃料噴射前のガス状態のうち少なくとも一方を調整する拡散燃焼実行率調整手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
In a combustion control device for a compression self-ignition internal combustion engine in which fuel injected from a fuel injection valve burns in a combustion chamber by at least “premixed combustion” and “diffusion combustion” started after the start of this “premixed combustion” ,
As the load of the internal combustion engine decreases or the required output of the internal combustion engine decreases, the heat generation of diffusion combustion with respect to the total heat generation amount during the combustion period in which premixed combustion and diffusion combustion coexist. A diffusion combustion execution rate adjusting means for adjusting at least one of a fuel injection form of the fuel injection valve and a gas state before fuel injection in the combustion chamber so that a ratio of the amount gradually decreases; A combustion control apparatus for an internal combustion engine characterized by the above.
請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁は、上記燃焼室内での燃焼として主に「予混合燃焼」を行わせるための予混合燃焼用燃料噴射と、上記燃焼室内での燃焼として主に「拡散燃焼」を行わせるための拡散燃焼用燃料噴射とが個別に実行されるようになっており、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、総燃料噴射量のうちの上記予混合燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に大きくしていくと共に、総燃料噴射量のうちの上記拡散燃焼用燃料噴射での噴射量の割合を次第に小さくしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The fuel injection valve performs premixed combustion fuel injection mainly for performing “premixed combustion” as combustion in the combustion chamber, and mainly performs “diffusion combustion” as combustion in the combustion chamber. The fuel injection for diffusion combustion is executed separately,
The diffusion combustion execution rate adjusting means adjusts the premixed combustion fuel injection out of the total fuel injection amount as the load of the internal combustion engine becomes lower or the required output of the internal combustion engine becomes smaller. An internal combustion engine characterized in that the ratio of the injection amount is gradually increased and the ratio of the injection amount in the diffusion combustion fuel injection in the total fuel injection amount is gradually decreased. Combustion control device.
請求項2記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、少なくとも上記予混合燃焼用燃料噴射によって噴射された燃料の「予混合燃焼」の燃焼重心を遅角側に移行させていくことにより、上記予混合燃焼と拡散燃焼とが併存する燃焼期間を長くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2,
The diffusion combustion execution rate adjusting means adjusts the “preliminary” of the fuel injected by the fuel injection for premixed combustion at least as the load of the internal combustion engine decreases or the required output of the internal combustion engine decreases. Combustion of an internal combustion engine characterized in that the combustion period in which the premixed combustion and the diffusion combustion coexist is extended by shifting the center of gravity of "mixed combustion" to the retarded angle side. Control device.
請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の酸素濃度を調整可能な酸素濃度調整手段を備えており、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記酸素濃度調整手段によって調整される上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
Oxygen concentration adjusting means capable of adjusting the oxygen concentration in the combustion chamber before the fuel injection of the fuel injection valve is performed,
The diffusion combustion execution rate adjusting means adjusts the oxygen concentration in the combustion chamber adjusted by the oxygen concentration adjusting means as the load of the internal combustion engine decreases or as the required output of the internal combustion engine decreases. A combustion control apparatus for an internal combustion engine, characterized by being configured to gradually lower.
請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記燃料噴射弁の燃料噴射実行前における燃焼室内の圧力を調整可能な圧力調整手段を備えており、
上記拡散燃焼実行率調整手段は、内燃機関の負荷が低くなっていくに従い、または、内燃機関の要求出力が小さくなっていくに従って、上記圧力調整手段によって調整される上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
The combustion control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
Pressure adjusting means capable of adjusting the pressure in the combustion chamber before the fuel injection of the fuel injection valve is performed,
The diffusion combustion execution rate adjusting means gradually decreases the pressure in the combustion chamber adjusted by the pressure adjusting means as the load of the internal combustion engine becomes lower or as the required output of the internal combustion engine becomes smaller. A combustion control device for an internal combustion engine, characterized by being configured to perform
請求項4記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記酸素濃度調整手段は、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置であって、この排気還流装置による排気ガスの吸気系への還流量を増大させていくことによって上記燃焼室内の酸素濃度を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 4,
The oxygen concentration adjusting means is an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of the exhaust gas discharged to the exhaust system to the intake system, and increases the recirculation amount of the exhaust gas to the intake system by the exhaust gas recirculation device. A combustion control device for an internal combustion engine, characterized in that the oxygen concentration in the combustion chamber is gradually lowered.
請求項5記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気を過給する過給装置であって、この過給装置による吸入空気の過給量を減少させていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 5,
The pressure adjusting means is a supercharging device that supercharges intake air in the intake system, and gradually reduces the pressure in the combustion chamber by reducing the supercharging amount of the intake air by the supercharging device. A combustion control device for an internal combustion engine, characterized by being configured to go.
請求項5記載の内燃機関の燃焼制御装置において、
上記圧力調整手段は、吸気系において吸入空気量を制限可能とする吸気絞り弁であって、この吸気絞り弁による吸入空気の制限を大きくしていくことによって上記燃焼室内の圧力を次第に低くしていくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 5,
The pressure adjusting means is an intake throttle valve that can limit the amount of intake air in the intake system, and the pressure in the combustion chamber is gradually reduced by increasing the limit of intake air by the intake throttle valve. A combustion control device for an internal combustion engine, characterized by being configured to go.
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