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JP3409722B2 - Exhaust gas recirculation control valve - Google Patents
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JP3409722B2 - Exhaust gas recirculation control valve - Google Patents

Exhaust gas recirculation control valve

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は排気ガス再循環量制
御弁に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exhaust gas recirculation amount control valve.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より内燃機関、例えばディーゼル機
関においてはNOxの発生を抑制するために機関排気通
路と機関吸気通路とを排気ガス再循環(以下、EGRと
称す)通路により連結し、このEGR通路を介して排気
ガス、即ちEGRガスを機関吸気通路内に再循環させる
ようにしている。この場合、EGRガスは比較的比熱が
高く、従って多量の熱を吸収することができるので、E
GRガス量を増大するほど、即ちEGR率(EGRガス
量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大するほど燃
焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下す
るとNOxの発生量が低下し、従ってEGR率を増大す
ればするほどNOxの発生量は低下することになる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine, for example, a diesel engine, an engine exhaust passage and an engine intake passage are connected by an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage in order to suppress the generation of NOx. Exhaust gas, that is, EGR gas, is recirculated into the engine intake passage through the passage. In this case, the EGR gas has a relatively high specific heat and therefore can absorb a large amount of heat.
The combustion temperature in the combustion chamber decreases as the GR gas amount increases, that is, as the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) increases. When the combustion temperature decreases, the NOx generation amount decreases, and therefore, the higher the EGR rate, the lower the NOx generation amount.

【0003】このように従来よりEGR率を増大すれば
NOxの発生量を低下しうることはわかっている。しか
しながらEGR率を増大させていくとEGR率が或る限
度を越えたときに煤の発生量、即ちスモークが急激に増
大し始める。この点に関し従来より、それ以上EGR率
を増大すればスモークが限りなく増大していくものと考
えられており、従ってスモークが急激に増大し始めるE
GR率がEGR率の最大許容限界であると考えられてい
る。
As described above, it has been known that the amount of NOx produced can be reduced by increasing the EGR rate. However, when the EGR rate is increased, when the EGR rate exceeds a certain limit, the amount of soot generated, that is, the smoke starts to increase rapidly. In this regard, it has been conventionally thought that if the EGR rate is further increased, the smoke will increase infinitely, and therefore the smoke will start to increase rapidly.
The GR rate is considered to be the maximum allowable limit for the EGR rate.

【0004】従って従来よりEGR率はこの最大許容限
界を越えない範囲内に定められている。このEGR率の
最大許容限界は機関の形式や燃料によってかなり異なる
がおおよそ30パーセントから50パーセントである。
従って従来のディーゼル機関ではEGR率は最大でも3
0パーセントから50パーセント程度に抑えられてい
る。
Therefore, conventionally, the EGR rate is set within a range that does not exceed the maximum allowable limit. The maximum allowable limit of this EGR rate is approximately 30 to 50 percent, though it varies considerably depending on the engine type and fuel.
Therefore, in the conventional diesel engine, the maximum EGR rate is 3
It is suppressed from 0% to 50%.

【0005】このように従来ではEGR率に対して最大
許容限界が存在すると考えられていたので従来よりEG
R率はこの最大許容限界を越えない範囲内においてNO
xおよびスモークの発生量ができるだけ少なくなるよう
に定められていた。しかしながらこのようにしてEGR
率をNOxおよびスモークの発生量ができるだけ少なく
なるように定めてもNOxおよびスモークの発生量の低
下には限度があり、実際には依然としてかなりの量のN
Oxおよびスモークが発生してしまうのが現状である。
As described above, in the past, it was considered that the maximum allowable limit exists for the EGR rate.
The R rate is NO within the range that does not exceed this maximum allowable limit.
It was specified that the amount of x and smoke generated should be as small as possible. However, in this way EGR
Even if the rate is set so that the amount of NOx and smoke produced is as small as possible, there is a limit to the reduction in the amount of NOx and smoke produced, and in reality, a considerable amount of N 2 is still generated.
The present situation is that Ox and smoke are generated.

【0006】図18は従来のEGR通路内に設けられた
EGR制御弁の部分断面側面図である。図18におい
て、1000はEGR制御弁、1001はEGR通路、
1002は弁体、1003はEGR制御弁駆動部であ
る。図18に示すように従来のEGR制御弁では、EG
Rガス量を制御するために、弁体1002がEGRガス
の流れの方向にストロークすることによりEGRガスの
流路面積が変更される。このようなストローク式のEG
R制御弁が採用されるメリットとしては、例えば閉弁動
作時に弁体1002が突き当たる勢いにより、弁体10
02に付着したデポジットを弁体1002から分離させ
ることができる点等がある。このようなEGR制御弁の
例としては、例えば特開平8−14114号公報に記載
されたものがある。
FIG. 18 is a partial sectional side view of an EGR control valve provided in a conventional EGR passage. In FIG. 18, 1000 is an EGR control valve, 1001 is an EGR passage,
Reference numeral 1002 is a valve element, and 1003 is an EGR control valve drive unit. As shown in FIG. 18, in the conventional EGR control valve, EG
In order to control the amount of R gas, the valve body 1002 strokes in the direction of the EGR gas flow to change the flow passage area of EGR gas. Such a stroke type EG
The merit of adopting the R control valve is that, for example, due to the momentum that the valve body 1002 abuts during the valve closing operation, the valve body 10
There is a point that the deposit attached to 02 can be separated from the valve body 1002. An example of such an EGR control valve is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-14114.

【0007】ところがディーゼル機関の燃焼の研究の過
程においてEGR率を最大許容限界よりも大きくすれば
上述の如くスモークが急激に増大するがこのスモークの
発生量にはピークが存在し、このピークを越えてEGR
率を更に大きくすると今度はスモークが急激に減少しは
じめ、アイドリング運転時においてEGR率を70パー
セント以上にすると、またEGRガスを強力に冷却した
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にするとス
モークがほとんど零になる。即ち煤がほとんど発生しな
いことが見い出されたのである。また、このときにはN
Oxの発生量が極めて少量となることも判明している。
この後この知見に基づいて煤が発生しない理由について
検討が進められ、その結果これまでにない煤およびNO
xの同時低減が可能な新たな燃焼システムが構築される
に至ったのである。この新たな燃焼システムについては
後に詳細に説明するが簡単に言うと炭化水素が煤に成長
するまでの途中の段階において炭化水素の成長を停止さ
せることを基本としている。
However, if the EGR rate is made larger than the maximum allowable limit in the process of studying the combustion of the diesel engine, the smoke increases sharply as described above, but there is a peak in the amount of smoke generated, and the peak is exceeded. EGR
If the rate is further increased, the smoke will start to decrease sharply this time. If the EGR rate is set to 70% or more during idling, and if the EGR rate is set to 55% or more when the EGR gas is strongly cooled, the smoke will be reduced. It becomes almost zero. That is, it was found that soot is hardly generated. At this time, N
It has also been found that the amount of Ox generated is extremely small.
After that, the reason why soot was not generated was examined based on this finding, and as a result, soot and NO
This led to the construction of a new combustion system capable of simultaneously reducing x. This new combustion system will be explained in detail later, but in short, it is basically based on stopping the growth of hydrocarbons in the middle of the process until the hydrocarbons grow into soot.

【0008】即ち、実験研究を重ねた結果判明したこと
は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以下のときには炭化水素の成長が煤に至
る前の途中の段階で停止し、燃料およびその周囲のガス
温度が或る温度以上になると炭化水素は一気に煤まで成
長してしまうということである。この場合、燃料および
その周囲のガス温度は燃料が燃焼した際の燃料周りのガ
スの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱
量に応じて燃料周りのガスの吸熱量を調整することによ
って燃料およびその周囲のガス温度を制御することがで
きる。
[0008] That is, as a result of repeated experimental research, it was found that when the temperature of the fuel and the gas around it during combustion in the combustion chamber were below a certain temperature, the growth of hydrocarbons stopped in the middle of the stage before reaching soot. However, if the temperature of the fuel and the gas around it rises above a certain temperature, the hydrocarbons will suddenly grow to soot. In this case, the temperature of the fuel and its surrounding gas is greatly affected by the endothermic action of the gas around the fuel when the fuel burns, and the endothermic amount of the gas around the fuel is adjusted according to the amount of heat generated during fuel combustion. Thus, the temperature of the fuel and the gas around it can be controlled.

【0009】従って、燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制すれば煤が発生しなくなり、燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭
化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制すること
は燃料周りのガスの吸熱量を調整することによって可能
となる。一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化
水素は酸化触媒等を用いた後処理によって容易に浄化す
ることができる。これが新たな燃焼システムの基本的な
考え方である。
Therefore, if the temperature of the fuel and the gas around it during combustion in the combustion chamber is suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops midway, soot will not be generated, and the fuel and the surroundings during combustion in the combustion chamber will be eliminated. It is possible to control the gas temperature in the range below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway by adjusting the heat absorption amount of the gas around the fuel. On the other hand, hydrocarbons whose growth has stopped before reaching soot can be easily purified by post-treatment using an oxidation catalyst or the like. This is the basic idea of the new combustion system.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このような新たな燃焼
システムにおいては、上述したようにEGR率がかなり
大きな値に設定される。そのため、EGR率をかなり大
きくするためには、EGRガスの最大流路面積をかなり
大きくする必要がある。また、EGR率をかなり大きく
するためには、吸入空気量がかなり絞られる。吸入空気
量が絞られると、吸入空気量を絞った部分の下流側の機
関吸気通路内に負圧が発生する。そのため、負圧の影響
を受けてもEGR制御弁の開度が変化しないようにEG
R制御弁を構成する必要がある。
In such a new combustion system, the EGR rate is set to a considerably large value as described above. Therefore, in order to make the EGR rate considerably large, it is necessary to make the maximum flow passage area of the EGR gas considerably large. Further, in order to make the EGR rate considerably large, the intake air amount is considerably narrowed. When the intake air amount is throttled, a negative pressure is generated in the engine intake passage downstream of the portion where the intake air amount is throttled. Therefore, the EG is controlled so that the opening degree of the EGR control valve does not change even if it is affected by the negative pressure.
It is necessary to configure the R control valve.

【0011】そこで、本発明は、内燃機関から煤が排出
されること及びNOxが排出されることを同時に阻止し
つつ、機関吸気通路内に負圧が発生する場合であっても
EGR制御弁の開度を所望の開度に維持すると共に、排
気ガス再循環通路の外形を大きくすることなく再循環排
気ガスの最大流路面積を大きくすることができる排気ガ
ス再循環量制御弁を提供することを目的とする。
Therefore, according to the present invention, while preventing soot and NOx from being discharged from the internal combustion engine at the same time, even when a negative pressure is generated in the engine intake passage, the EGR control valve To provide an exhaust gas recirculation amount control valve capable of maintaining a desired opening amount and increasing the maximum flow passage area of the recirculated exhaust gas without increasing the outer shape of the exhaust gas recirculation passage. With the goal.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、機関排気通路と機関吸気通路とを再循環排気ガ
ス通路により連結し、燃焼室内に供給される再循環排気
ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピ
ークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を
更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およ
びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤
がほとんど発生しなくなる内燃機関の排気ガス再循環通
路内に再循環排気ガスの量を制御するために設けられた
排気ガス再循環量制御弁であって、弁体が回転すること
により再循環排気ガスの流路面積が変更され、前記弁体
の回転軸が再循環排気ガスの流れの方向に対して垂直
に、かつ前記弁体の中心に配置された排気ガス再循環量
制御弁が提供される。
According to the present invention, the recirculation exhaust gas is provided between the engine exhaust passage and the engine intake passage.
Recirculation exhaust gas that is connected to the combustion chamber and is supplied to the combustion chamber.
As the amount of gas increases, the amount of soot generated gradually increases
The amount of recirculated exhaust gas that reaches the
As it further increases, the fuel and
And the temperature of the gas around it is lower than the soot formation temperature
An exhaust gas recirculation amount control valve provided for controlling the amount of recirculated exhaust gas in the exhaust gas recirculation passage of an internal combustion engine, in which the valve body rotates to recirculate exhaust gas. An exhaust gas recirculation amount control valve is provided, in which a flow passage area of gas is changed and a rotation axis of the valve body is arranged at a center of the valve body in a direction perpendicular to a flow direction of recirculated exhaust gas. It

【0013】請求項2に記載の発明によれば、前記排気
ガス再循環量制御弁がバタフライ式である請求項1に記
載の排気ガス再循環量制御弁が提供される。
According to a second aspect of the invention, there is provided the exhaust gas recirculation amount control valve according to the first aspect, wherein the exhaust gas recirculation amount control valve is a butterfly type.

【0014】請求項3に記載の発明によれば、前記排気
ガス再循環量制御弁がロータリー式である請求項1に記
載の排気ガス再循環量制御弁が提供される。
According to the invention described in claim 3, there is provided the exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation amount control valve is a rotary type.

【0015】請求項1〜3に記載の排気ガス再循環量制
御弁では、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの
量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多
く煤がほとんど発生しない燃焼が低温の下で行われるた
め、内燃機関から煤が排出されること及びNOxが排出
されることを同時に阻止することができる。更に、排気
ガス再循環量制御弁の弁体の回転軸が再循環排気ガスの
流れの方向に対して垂直に、かつ前記弁体の中心に配置
される。そのため、弁体の回転軸に対して一方の側の弁
体が負圧により受ける力と、弁体の回転軸に対して他方
の側の弁体が負圧により受ける力とが相殺される。その
結果、機関吸気通路内に負圧が発生する条件下でも、排
気ガス再循環量制御弁は負圧の影響を受けず、それゆ
え、排気ガス再循環量制御弁の開度は所望の開度に維持
される。また、排気ガス再循環量制御弁の弁体の回転軸
が再循環排気ガスの流れの方向に対して垂直に、かつ前
記弁体の中心に配置されるため、排気ガス再循環通路の
外形を大きくすることなく、再循環排気ガスの最大流路
面積を図18に示した従来のストローク式のEGR制御
弁の場合よりも大きくすることができる。
In the exhaust gas recirculation amount control valve according to any one of claims 1 to 3, the amount of the recirculation exhaust gas supplied to the combustion chamber is larger than the amount of the recirculation exhaust gas at which the amount of generated soot peaks. Since combustion in which soot is hardly generated is performed at a low temperature, it is possible to simultaneously prevent soot and NOx from being discharged from the internal combustion engine. Further, the rotary shaft of the valve body of the exhaust gas recirculation amount control valve is arranged perpendicular to the flow direction of the recirculated exhaust gas and at the center of the valve body. Therefore, the force received by the negative pressure on the valve body on one side with respect to the rotation axis of the valve body and the force received on the other side by the negative pressure with respect to the rotation axis of the valve body are offset. As a result, the exhaust gas recirculation amount control valve is not affected by the negative pressure even under the condition that a negative pressure is generated in the engine intake passage. Maintained in degrees. Further, since the rotary shaft of the valve body of the exhaust gas recirculation amount control valve is arranged perpendicular to the flow direction of the recirculated exhaust gas and at the center of the valve body, the outer shape of the exhaust gas recirculation passage is The maximum flow passage area of the recirculated exhaust gas can be made larger than the case of the conventional stroke type EGR control valve shown in FIG. 18 without increasing the size.

【0016】請求項4に記載の発明によれば、前記内燃
機関は、前記煤がほとんど発生しない燃焼である第1の
燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量
よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が
少ない第2の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具
備し、前記第1の燃焼から前記第2の燃焼に又は前記第
2の燃焼から前記第1の燃焼に切り換えられるときに排
気ガス再循環率がステップ状に変化せしめられる請求項
1に記載の排気ガス再循環量制御弁が提供される。
According to the invention described in claim 4, in the internal combustion engine, the first combustion, which is a combustion in which the soot is hardly generated, and the amount of the recirculated exhaust gas, in which the soot generation amount reaches a peak, Switching means for selectively switching between the second combustion in which the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is small, and the first combustion to the second combustion or the second combustion. The exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation rate is changed stepwise when switching to the first combustion.

【0017】請求項4に記載の排気ガス再循環量制御弁
では、第1の燃焼から第2の燃焼に又は第2の燃焼から
第1の燃焼に切り換えられるときに排気ガス再循環率を
ステップ状に変化させることにより、排気ガス再循環率
が、煤の発生量がピークになる排気ガス再循環率に設定
されるのを回避することができる。
In the exhaust gas recirculation amount control valve according to the fourth aspect, the exhaust gas recirculation rate is stepped when the first combustion is switched to the second combustion or the second combustion is switched to the first combustion. The exhaust gas recirculation rate can be prevented from being set to the exhaust gas recirculation rate at which the amount of soot generated reaches a peak by changing the state.

【0018】請求項5に記載の発明によれば、前記第1
の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほぼ5
5パーセント以上であり、前記第2の燃焼が行われてい
るときの排気ガス再循環率がほぼ50パーセント以下で
ある請求項4に記載の排気ガス再循環量制御弁が提供さ
れる。
According to the invention described in claim 5, the first
Exhaust gas recirculation rate is almost 5 when combustion of
The exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 4, wherein the exhaust gas recirculation rate is 5% or more and the exhaust gas recirculation rate when the second combustion is performed is approximately 50% or less.

【0019】請求項5に記載の排気ガス再循環量制御弁
では、第1の燃焼が行われているときの排気ガス再循環
率をほぼ55パーセント以上にすると共に第2の燃焼が
行われているときの排気ガス再循環率をほぼ50パーセ
ント以下にすることにより、排気ガス再循環率が、煤の
発生量がピークになる排気ガス再循環率に設定されるの
を回避することができる。
In the exhaust gas recirculation amount control valve according to the fifth aspect, the exhaust gas recirculation rate during the first combustion is set to about 55% or more and the second combustion is performed. By setting the exhaust gas recirculation rate when the exhaust gas recirculates to approximately 50% or less, it is possible to prevent the exhaust gas recirculation rate from being set to the exhaust gas recirculation rate at which the amount of soot generated peaks.

【0020】請求項6に記載の発明によれば、機関の運
転領域を低負荷側の第1の運転領域と高負荷側の第2の
運転領域とに分割し、前記第1の運転領域では前記第1
の燃焼を行い、前記第2の運転領域では前記第2の燃焼
を行うようにした請求項4に記載の排気ガス再循環量制
御弁が提供される。
According to the invention as set forth in claim 6, the operating region of the engine is divided into a first operating region on the low load side and a second operating region on the high load side, and in the first operating region, The first
The exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 4, wherein the exhaust gas recirculation amount control valve is configured to perform the second combustion in the second operation region.

【0021】請求項6に記載の排気ガス再循環量制御弁
では、第1の燃焼を実行し得る時、つまり、燃焼室内に
おける燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を煤の生成
温度よりも低く維持し得る時が、燃焼による発熱量が比
較的少ない機関中低負荷運転時に限られるという理由か
ら、低負荷側の第1の運転領域で第1の燃焼を行うと共
に高負荷側の第2の運転領域で第2の燃焼を行う。それ
ゆえ、運転領域に応じて適切な燃焼を実行することがで
きる。
In the exhaust gas recirculation amount control valve according to the sixth aspect, the temperature of the fuel and the gas around it when the first combustion can be executed, that is, the combustion temperature in the combustion chamber is lower than the soot generation temperature. Since the time that can be kept low is limited to the engine low load operation in which the calorific value due to combustion is relatively small, the first combustion is performed in the low load side first operation region and the high load side second The second combustion is performed in the operating region of. Therefore, appropriate combustion can be executed according to the operating region.

【0022】請求項7に記載の発明によれば、前記内燃
機関が、前記燃焼室から排出された未燃炭化水素を酸化
するための酸化機能を有する触媒を機関排気通路内に具
備する請求項1に記載の排気ガス再循環量制御弁が提供
される。
According to a seventh aspect of the present invention, the internal combustion engine comprises a catalyst having an oxidizing function for oxidizing unburned hydrocarbons discharged from the combustion chamber, in the engine exhaust passage. An exhaust gas recirculation amount control valve as described in 1. is provided.

【0023】請求項8に記載の発明によれば、前記触媒
が酸化触媒、三元触媒又はNOx吸収剤の少くとも一つ
からなる請求項7に記載の排気ガス再循環量制御弁が提
供される。
According to the invention described in claim 8, there is provided the exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 7, wherein the catalyst comprises at least one of an oxidation catalyst, a three-way catalyst and a NOx absorbent. It

【0024】請求項7及び8に記載の排気ガス再循環量
制御弁では、燃焼室から排出される未燃炭化水素が機関
排気通路内にて酸化されるため、未燃炭化水素が内燃機
関から排出されるのを阻止することができる。
In the exhaust gas recirculation amount control valve according to the seventh and eighth aspects, since unburned hydrocarbons discharged from the combustion chamber are oxidized in the engine exhaust passage, unburned hydrocarbons are discharged from the internal combustion engine. It can be prevented from being discharged.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0026】図1は本発明を4ストローク圧縮着火式内
燃機関に適用した第一の実施形態を示している。図1を
参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3
はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電
気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9
は排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8
は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連
結され、サージタンク12は吸気ダクト13およびイン
タークーラ14を介して過給機、例えば排気ターボチャ
ージャ15のコンプレッサ16の出口部に連結される。
コンプレッサ16の入口部は空気吸込管17を介してエ
アクリーナ18に連結され、空気吸込管17内にはステ
ップモータ19により駆動されるスロットル弁20が配
置される。また、スロットル弁20上流の空気吸込管1
7内には吸入空気の質量流量を検出するための質量流量
検出器21が配置される。
FIG. 1 shows a first embodiment in which the present invention is applied to a 4-stroke compression ignition type internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3
Is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9
Indicates an exhaust valve, and 10 indicates an exhaust port, respectively. Intake port 8
Is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a supercharger, for example, an outlet portion of a compressor 16 of an exhaust turbocharger 15 via an intake duct 13 and an intercooler 14. .
The inlet of the compressor 16 is connected to an air cleaner 18 via an air suction pipe 17, and a throttle valve 20 driven by a step motor 19 is arranged in the air suction pipe 17. In addition, the air suction pipe 1 upstream of the throttle valve 20
A mass flow rate detector 21 for detecting the mass flow rate of the intake air is arranged inside 7.

【0027】一方、排気ポート10は排気マニホルド2
2を介して排気ターボチャージャ15の排気タービン2
3の入口部に連結され、排気タービン23の出口部は排
気管24を介して酸化機能を有する触媒25を内蔵した
触媒コンバータ26に連結される。排気マニホルド22
内には空燃比センサ27が配置される。
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to the exhaust manifold 2
Exhaust turbine 2 of exhaust turbocharger 15 via 2
3 and the outlet of the exhaust turbine 23 is connected via an exhaust pipe 24 to a catalytic converter 26 containing a catalyst 25 having an oxidizing function. Exhaust manifold 22
An air-fuel ratio sensor 27 is arranged inside.

【0028】触媒コンバータ26の出口部に連結された
排気管28とスロットル弁20下流の空気吸込管17と
は排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路29を介
して互いに連結され、EGR通路29内にはステップモ
ータ30により駆動されるバタフライ式EGR制御弁3
1が配置される。また、EGR通路29内にはEGR通
路29内を流れるEGRガスを冷却するためのインター
クーラ32が配置される。図1に示される実施形態では
機関冷却水がインタークーラ32内に導びかれ、機関冷
却水によってEGRガスが冷却される。
The exhaust pipe 28 connected to the outlet of the catalytic converter 26 and the air intake pipe 17 downstream of the throttle valve 20 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 29, and the EGR passage A butterfly type EGR control valve 3 driven by a step motor 30
1 is placed. An intercooler 32 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 29 is arranged in the EGR passage 29. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the intercooler 32, and the engine cooling water cools the EGR gas.

【0029】一方、燃料噴射弁6は燃料供給管33を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール34に連結さ
れる。このコモンレール34内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ35から燃料が供給され、コモンレー
ル34内に供給された燃料は各燃料供給管33を介して
燃料噴射弁6に供給される。コモンレール34にはコモ
ンレール34内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
36が取付けられ、燃料圧センサ36の出力信号に基づ
いてコモンレール34内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ35の吐出量が制御される。
On the other hand, the fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 34, via a fuel supply pipe 33. Fuel is supplied into the common rail 34 from an electrically controlled variable discharge fuel pump 35, and the fuel supplied into the common rail 34 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 33. A fuel pressure sensor 36 for detecting a fuel pressure in the common rail 34 is attached to the common rail 34, and a fuel pump 35 is arranged so that the fuel pressure in the common rail 34 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 36. Is controlled.

【0030】電子制御ユニット40はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス41によって互いに接続さ
れたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ラン
ダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッ
サ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備
する。質量流量検出器21の出力信号は対応するAD変
換器47を介して入力ポート45に入力され、空燃比セ
ンサ27および燃料圧センサ36の出力信号も夫々対応
するAD変換器47を介して入力ポート45に入力され
る。アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏込
み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が
接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変
換器47を介して入力ポート45に入力される。また、
入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回
転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52
が接続される。一方、出力ポート46は対応する駆動回
路48を介して燃料噴射弁6、スロットル弁制御用ステ
ップモータ19、EGR制御弁制御用ステップモータ3
0および燃料ポンプ35に接続される。
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer and has a ROM (Read Only Memory) 42, a RAM (Random Access Memory) 43, a CPU (Microprocessor) 44, an input port 45 and an input port 45 which are connected to each other by a bidirectional bus 41. The output port 46 is provided. The output signal of the mass flow rate detector 21 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47, and the output signals of the air-fuel ratio sensor 27 and the fuel pressure sensor 36 are also input ports via the corresponding AD converter 47. 45 is input. A load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. . Also,
The input port 45 has a crank angle sensor 52 that generates an output pulse each time the crankshaft rotates, for example, 30 °.
Are connected. On the other hand, the output port 46 is connected via the corresponding drive circuit 48 to the fuel injection valve 6, the throttle valve control step motor 19, and the EGR control valve control step motor 3.
0 and the fuel pump 35.

【0031】図2は図1に示したバタフライ式EGR制
御弁31の詳細図である。詳細には、図2(a)はEG
Rガスの流れの方向から見た全閉時のバタフライ式EG
R制御弁の部分断面側面図、図2(b)はEGRガスの
流れの方向から見た全開時のバタフライ式EGR制御弁
の部分断面側面図、図2(c)は全開時のバタフライ式
EGR制御弁の斜視図である。図2に示すように本実施
形態のEGR制御弁31では、弁体の回転軸61が、E
GRガスの流れの方向に対して垂直に配置されていると
同時に、弁体60の中心に配置されている。つまり、弁
体60は弁体の回転軸61により線対称をなしている。
EGRガスの流路面積は、弁体の回転軸61を中心に弁
体60が回転することにより変更される。
FIG. 2 is a detailed view of the butterfly type EGR control valve 31 shown in FIG. Specifically, FIG. 2A shows EG
Butterfly type EG when fully closed as seen from the direction of R gas flow
2B is a partial cross-sectional side view of the R control valve, FIG. 2B is a partial cross-sectional side view of the butterfly-type EGR control valve at the time of full opening as seen from the direction of the EGR gas flow, and FIG. 2C is a butterfly-type EGR at the time of full opening. It is a perspective view of a control valve. As shown in FIG. 2, in the EGR control valve 31 of the present embodiment, the rotary shaft 61 of the valve element is
It is arranged perpendicularly to the flow direction of the GR gas, and at the same time, it is arranged in the center of the valve body 60. That is, the valve body 60 is line-symmetrical with the rotating shaft 61 of the valve body.
The flow passage area of the EGR gas is changed by rotating the valve body 60 around the rotary shaft 61 of the valve body.

【0032】上述したようにEGR制御弁31が構成さ
れる結果、弁体の回転軸61に対して弁体60の上側部
分(図2(a))が空気吸込管17内の負圧により受け
る力と、弁体60の下側部分(図2(a))が負圧によ
り受ける力とが相殺される。そのため、空気吸込管17
内にスロットル弁20が配置された本実施形態の場合の
ように空気吸込管17内に負圧が発生する条件下でも、
EGR制御弁31は負圧の影響を受けず、それゆえ、E
GR制御弁31の開度が所望の開度に維持され得る。
As a result of the EGR control valve 31 being configured as described above, the upper portion (FIG. 2A) of the valve body 60 with respect to the rotary shaft 61 of the valve body is received by the negative pressure in the air suction pipe 17. The force and the force received by the negative pressure on the lower portion of the valve body 60 (FIG. 2A) cancel each other out. Therefore, the air suction pipe 17
Even under the condition that a negative pressure is generated in the air suction pipe 17 as in the case of the present embodiment in which the throttle valve 20 is arranged inside,
The EGR control valve 31 is not affected by the negative pressure and therefore E
The opening degree of the GR control valve 31 can be maintained at a desired opening degree.

【0033】また上述したようにEGR制御弁31が構
成される結果、図2(b)に示すように、EGR通路幅
W1はEGRガスの最大流路幅W2と一致せしめられ
る。一方、図18に示すようにストローク式のEGR制
御弁の場合には、EGR通路幅W1’は最大流路幅W
2’よりも大きくなってしまう。つまり、本実施形態に
よれば、EGR通路幅W1を大きくすることなく、EG
Rガスの最大流路幅W2を従来の場合の最大流路幅W
2’よりも大きくすることができる。
As a result of the EGR control valve 31 being configured as described above, as shown in FIG. 2B, the EGR passage width W1 is made to match the maximum passage width W2 of EGR gas. On the other hand, in the case of the stroke type EGR control valve as shown in FIG. 18, the EGR passage width W1 ′ is the maximum flow passage width W.
It will be bigger than 2 '. That is, according to this embodiment, the EG passage width W1 is not increased and the EG passage width W1 is increased.
The maximum flow path width W2 of R gas is the maximum flow path width W of the conventional case.
It can be greater than 2 '.

【0034】図3は第二の実施形態のロータリー式EG
R制御弁531の詳細図である。詳細には、図3(a)
はEGRガスの流れの方向に垂直な方向から見た全閉時
のロータリー式EGR制御弁の部分断面側面図、図3
(b)はEGRガスの流れの方向に垂直な方向から見た
全開時のロータリー式EGR制御弁の部分断面側面図、
図2(c)はロータリー式EGR制御弁の斜視図であ
る。図3に示すロータリー式EGR制御弁531では、
図2に示したバタフライ式EGR制御弁31と同様に、
弁体の回転軸561が、EGRガスの流れの方向に対し
て垂直に配置されていると同時に、弁体560の中心に
配置されている。つまり、全閉時に弁体560は、弁体
の回転軸561により、EGRガスの流れの方向から見
て線対称をなしている。EGRガスの流路面積は、弁体
の回転軸561を中心に弁体560が回転することによ
り変更される。
FIG. 3 is a rotary type EG of the second embodiment.
It is a detailed view of an R control valve 531. For details, see FIG.
3 is a partial cross-sectional side view of the rotary type EGR control valve at the time of fully closing seen from the direction perpendicular to the direction of EGR gas flow, FIG.
(B) is a partial cross-sectional side view of the rotary EGR control valve when it is fully opened as seen from a direction perpendicular to the direction of EGR gas flow,
FIG. 2C is a perspective view of the rotary EGR control valve. In the rotary type EGR control valve 531 shown in FIG.
Similar to the butterfly type EGR control valve 31 shown in FIG.
The rotary shaft 561 of the valve body is arranged perpendicularly to the direction of EGR gas flow, and at the same time, it is arranged in the center of the valve body 560. That is, when fully closed, the valve element 560 is line-symmetrical when viewed from the direction of EGR gas flow by the rotary shaft 561 of the valve element. The passage area of the EGR gas is changed by rotating the valve body 560 around the rotary shaft 561 of the valve body.

【0035】上述したようにEGR制御弁531が構成
される結果、弁体の回転軸561に対して弁体560の
上側部分(図3(a))が空気吸込管内の負圧により受
ける力と、弁体560の下側部分(図3(a))が負圧
により受ける力とが相殺される。そのため、空気吸込管
内に負圧が発生する条件下でも、EGR制御弁531は
負圧の影響を受けず、それゆえ、EGR制御弁531の
開度が所望の開度に維持され得る。
As a result of the EGR control valve 531 being configured as described above, the force exerted by the negative pressure in the air suction pipe on the upper portion (FIG. 3A) of the valve body 560 with respect to the rotary shaft 561 of the valve body is increased. , The force received by the negative pressure on the lower portion of the valve element 560 (FIG. 3A) is offset. Therefore, even under the condition that a negative pressure is generated in the air suction pipe, the EGR control valve 531 is not affected by the negative pressure, and therefore the opening degree of the EGR control valve 531 can be maintained at a desired opening degree.

【0036】また上述したようにEGR制御弁531が
構成される結果、図2に示した第一の実施形態と同様
に、EGR通路幅はEGRガスの最大流路幅と一致せし
められる。つまり、本実施形態でも、EGR通路幅を大
きくすることなく、EGRガスの最大流路幅を従来の場
合の最大流路幅よりも大きくすることができる。
As a result of the EGR control valve 531 being configured as described above, the EGR passage width is made to match the maximum EGR gas passage width, as in the first embodiment shown in FIG. That is, also in the present embodiment, the maximum flow passage width of EGR gas can be made larger than the maximum flow passage width in the conventional case without increasing the EGR passage width.

【0037】第一の実施形態の説明に戻り、図4は機関
低負荷運転時にスロットル弁20の開度およびEGR率
を変化させることにより空燃比A/F(図の横軸)を
変化させたときの出力トルクの変化、およびスモーク、
HC,CO,NOxの排出量の変化を示す実験例を表し
ている。図4からわかるようにこの実験例では空燃比A
/Fが小さくなるほどEGR率が大きくなり、理論空燃
比(≒14.6)以下のときにはEGR率は65パーセ
ント以上となっている。
Returning to the description of the first embodiment, FIG. 4 shows that the air-fuel ratio A / F (horizontal axis in FIG. 4 ) is changed by changing the opening of the throttle valve 20 and the EGR rate during engine low load operation. Output torque change and smoke,
The example of an experiment showing change of the amount of discharge of HC, CO, and NOx is shown. As can be seen from FIG. 4, in this experimental example, the air-fuel ratio A
As / F decreases, the EGR rate increases, and when the theoretical air-fuel ratio (≈14.6) or less, the EGR rate is 65% or more.

【0038】図4に示されるようにEGR率を増大する
ことにより空燃比A/Fを小さくしていくとEGR率が
40パーセント付近となり空燃比A/Fが30程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、EGR率を65パーセ
ント以上とし、空燃比A/Fが15.0付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またN
Oxの発生量がかなり低くなる。一方、このときHC,
COの発生量は増大し始める。
As shown in FIG. 4, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the EGR rate becomes around 40%, and when the air-fuel ratio A / F becomes about 30, smoke is generated. The amount of generation begins to increase. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is made smaller, the amount of smoke generated sharply increases and reaches a peak. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the smoke sharply decreases this time, the EGR rate is increased to 65% or more, and the smoke becomes almost zero when the air-fuel ratio A / F is around 15.0. . That is, soot is hardly generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and N
The amount of Ox generated is considerably low. On the other hand, at this time, HC,
The amount of CO generated starts to increase.

【0039】図5(A)は空燃比A/Fが21付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧変
化を示しており、図5(B)は空燃比A/Fが18付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の燃焼
圧の変化を示している。図5(A)と図5(B)とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図5(B)に示す場合はスモークの発生量が多い図5
(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
FIG. 5 (A) shows a change in combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 21 and the amount of smoke generated is largest, and FIG. 5 (B) shows the air-fuel ratio A / F. It shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when F is around 18 and the amount of smoke generated is almost zero. As can be seen by comparing FIG. 5 (A) and FIG. 5 (B), in the case shown in FIG. 5 (B) where the amount of smoke generated is almost zero, the amount of smoke generated is large.
It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case shown in (A).

【0040】図4および図5に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第1に空燃比A/Fが1
5.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図4
に示されるようにNOxの発生量がかなり低下する。N
Oxの発生量が低下したということは燃焼室5内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室5内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図5からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図5(B)に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室5
内の燃焼温度は低くなっていることになる。
From the experimental results shown in FIGS. 4 and 5, the following can be said. That is, first of all, the air-fuel ratio A / F is 1
When the amount of smoke generated is 5.0 or less and the amount of smoke is almost zero, FIG.
As shown in (3), the amount of NOx generated is considerably reduced. N
A decrease in the amount of generated Ox means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 has decreased, and therefore, it can be said that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low when soot is hardly generated. . The same can be said from FIG. That is, the combustion pressure is low in the state shown in FIG. 5 (B) in which almost no soot is generated.
The combustion temperature inside is low.

【0041】第2にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図4に示されるようにHCおよびCO
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図6に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図6に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図4に示される如くHCおよびCOの排出
量が増大するがこのときのHCは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。
Second, when the amount of smoke produced, that is, the amount of soot produced, becomes almost zero, as shown in FIG. 4, HC and CO
Emissions will increase. This means that hydrocarbons are discharged without growing to soot. That is, the linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons contained in the fuel as shown in FIG. 6 are thermally decomposed to form soot precursors when the temperature is raised in a state of oxygen deficiency, and then mainly soot is formed. Soot consisting of a solid with carbon atoms gathered is produced. In this case, the actual soot formation process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. After that, it will grow to soot. Therefore, as described above, when the soot generation amount becomes almost zero, the HC and CO emission amounts increase as shown in FIG. 4, but at this time, the HC is a soot precursor or a hydrocarbon in the state before it. .

【0042】図4および図5に示される実験結果に基づ
くこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度が低
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排出さ
れることになる。このことについて更に詳細に実験研究
を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその周囲
のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程
が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼
室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以
上になると煤が生成されることが判明したのである。
Summarizing these considerations based on the experimental results shown in FIGS. 4 and 5, when the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the amount of soot generated becomes almost zero, and at this time, the soot precursor or the soot precursor The hydrocarbons in this state are discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental research on this, when the temperature of the fuel and the gas around it in the combustion chamber 5 is below a certain temperature, the soot growth process stops halfway, that is, the soot is generated. It was found that soot was not generated at all and soot was generated when the temperature of the fuel and its surroundings in the combustion chamber 5 reached a certain temperature or higher.

【0043】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はNOxの発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はNOxの発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、NOxの発生量が低下する。このときNOxの発
生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はNO
xの発生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
The temperature of the fuel and its surroundings when the hydrocarbon production process is stopped in the state of the soot precursor, that is, the above-mentioned certain temperature depends on various factors such as the type of fuel and the compression ratio of the air-fuel ratio. It cannot be said how many times it changes, but this certain temperature has a deep relationship with the NOx generation amount, and therefore, this certain temperature can be defined to some extent from the NOx generation amount. it can. That is, as the EGR rate increases, the temperature of the fuel during combustion and the gas surrounding it decrease, and the amount of NOx generated decreases. At this time, soot is hardly generated when the NOx generation amount becomes around 10 p.pm or less. Therefore, the above certain temperature is NO
It almost coincides with the temperature when the amount of x generation is around 10 p.pm or less.

【0044】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室5から排出させるか、或いは
煤の形で燃焼室5から排出させるかについては極めて大
きな差がある。本発明において採用されている新たな燃
焼システムは燃焼室5内において煤を生成させることな
く炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって
燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有す
る触媒により酸化せしめることを核としている。
Once soot is produced, this soot cannot be purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in the state before it can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. Considering the post-treatment with a catalyst having an oxidizing function as described above, it is extremely difficult to determine whether the hydrocarbon is discharged from the combustion chamber 5 in the state of the soot precursor or in the state before it, or is discharged from the combustion chamber 5 in the form of soot. There is a big difference. The new combustion system employed in the present invention allows hydrocarbons to be discharged from the combustion chamber 5 in the form of soot precursors or pre-presence conditions without producing soot in the combustion chamber 5 The core is to oxidize with a catalyst having an oxidizing function.

【0045】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。
Now, in order to stop the growth of hydrocarbons before the soot is generated, the temperature of the fuel and the gas around it in the combustion chamber 5 during combustion is set to a temperature lower than the temperature at which the soot is generated. It needs to be suppressed. In this case, it has been found that, in order to suppress the temperature of the fuel and the gas around it, the endothermic action of the gas around the fuel when the fuel burns has an extremely large effect.

【0046】即ち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
That is, when only air exists around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air separated from the fuel does not rise so much, and only the temperature around the fuel locally becomes extremely high. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature locally becomes extremely high, the unburned hydrocarbons that have received this heat of combustion generate soot.

【0047】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
On the other hand, the situation is slightly different when the fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air.
In this case, the evaporated fuel diffuses into the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas, so that the combustion temperature does not rise so much. That is, the combustion temperature can be kept low. That is, the presence of the inert gas plays an important role in suppressing the combustion temperature, and the combustion temperature can be suppressed low by the endothermic action of the inert gas.

【0048】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
が強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用
いることは好ましいと言える。
In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and the gas around it to a temperature lower than the temperature at which soot is produced, an amount of inert gas sufficient to absorb the amount of heat required to do so is required. . Therefore, if the fuel amount increases, the required amount of inert gas also increases accordingly. In this case, the larger the specific heat of the inert gas, the stronger the endothermic action, and therefore the inert gas is preferably a gas having a large specific heat. In this respect, since CO 2 and EGR gas have relatively large specific heat, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas.

【0049】図7は不活性ガスとしてEGRガスを用
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。即ち、図7において曲線
AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ9
0℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷却
装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線C
はEGRガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。
FIG. 7 shows the relationship between the EGR rate and smoke when EGR gas is used as the inert gas and the cooling degree of the EGR gas is changed. That is, the curve A in FIG. 7 strongly cools the EGR gas to bring the EGR gas temperature to about 9
The curve B shows the case where the EGR gas is cooled by a small cooling device, and the curve C shows the case where the temperature is maintained at 0 ° C.
Indicates the case where the EGR gas is not forcibly cooled.

【0050】図7の曲線Aで示されるようにEGRガス
を強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。
As shown by the curve A in FIG. 7, when the EGR gas is strongly cooled, the soot generation amount peaks when the EGR rate is slightly lower than 50%, and in this case, the EGR rate is almost 55. Almost no soot is generated if the percentage is exceeded.

【0051】一方、図7の曲線Bで示されるようにEG
Rガスを少し冷却した場合にはEGR率が50パーセン
トよりも少し高いところで煤の発生量がピークとなり、
この場合にはEGR率をほぼ65パーセント以上にすれ
ば煤がほとんど発生しなくなる。
On the other hand, as shown by the curve B in FIG.
When the R gas is slightly cooled, the soot generation peaks when the EGR rate is slightly higher than 50%,
In this case, if the EGR rate is set to about 65% or more, soot is hardly generated.

【0052】また、図7の曲線Cで示されるようにEG
Rガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が5
5パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。
Further, as shown by the curve C in FIG. 7, EG
When the R gas is not forcibly cooled, the EGR rate is 5
The soot generation amount peaks near 5%, and in this case, if the EGR rate is set to approximately 70% or more, soot is hardly generated.

【0053】なお、図7は機関負荷が比較的高いときの
スモークの発生量を示しており、機関負荷が小さくなる
と煤の発生量がピークとなるEGR率は若干低下し、煤
がほとんど発生しなくなるEGR率の下限も若干低下す
る。このように煤がほとんど発生しなくなるEGR率の
下限はEGRガスの冷却度合や機関負荷に応じて変化す
る。
FIG. 7 shows the amount of smoke produced when the engine load is relatively high. When the engine load becomes small, the EGR rate at which the amount of soot produced reaches a peak drops slightly, and soot is almost produced. The lower limit of the EGR rate that disappears also decreases slightly. Thus, the lower limit of the EGR rate at which soot is hardly generated changes depending on the cooling degree of EGR gas and the engine load.

【0054】図8は不活性ガスとしてEGRガスを用い
た場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なEGRガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス
量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のEGRガス
の割合を示している。なお、図8において縦軸は燃焼室
5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Yは
過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全吸入
ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示してい
る。
FIG. 8 shows a mixture of EGR gas and air required to bring the temperature of the fuel and its surrounding gas at the time of combustion to a temperature lower than the temperature at which soot is produced when EGR gas is used as the inert gas. The amount of gas, the ratio of air in this mixed gas amount, and the ratio of EGR gas in this mixed gas are shown. In addition, in FIG. 8, the vertical axis represents the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5, and the chain line Y represents the total intake gas amount that can be sucked into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. ing. The horizontal axis shows the required load.

【0055】図8を参照すると空気の割合、即ち混合ガ
ス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるの
に必要な空気量を示している。即ち、図8に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図8においてEGRガスの割合、即ち混合
ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたと
きに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温
度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGRガス量
を示している。このEGRガス量はEGR率で表すとほ
ぼ55パーセント以上であり、図6に示す実施形態では
70パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸入さ
れた全吸入ガス量を図8において実線Xとし、この全吸
入ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との割合を図
8に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス
温度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯く
して煤が全く発生しなくなる。また、このときのNOx
発生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であり、従って
NOxの発生量は極めて少量となる。
Referring to FIG. 8, the ratio of air, that is, the amount of air in the mixed gas indicates the amount of air required to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 8, the ratio between the air amount and the injected fuel amount is the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 8, the ratio of the EGR gas, that is, the amount of the EGR gas in the mixed gas is set so that the temperature of the fuel and its surrounding gas becomes lower than the temperature at which soot is formed when the injected fuel is burned. The minimum required EGR gas amount is shown. The EGR gas amount is approximately 55% or more when expressed by the EGR rate, and is 70% or more in the embodiment shown in FIG. That is, the total amount of intake gas sucked into the combustion chamber 5 is shown by the solid line X in FIG. 8, and the ratio of the amount of air to the amount of EGR gas in this total intake gas amount X is set as shown in FIG. The temperature of the fuel and the gas around it is lower than the temperature at which soot is produced, and thus no soot is generated. Also, NOx at this time
The amount of NOx generated is around 10 p.pm or less, so the amount of NOx generated is extremely small.

【0056】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はEGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図8に示されるようにEGRガス量は噴射燃
料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。
即ち、EGRガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大
する必要がある。
Since the amount of heat generated when the fuel burns increases as the fuel injection amount increases, in order to maintain the temperature of the fuel and the gas around it at a temperature lower than the temperature at which soot is generated, heat generated by the EGR gas is used. The amount of absorption must be increased. Therefore, as shown in FIG. 8, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount is increased.
That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases.

【0057】ところで過給が行われていない場合には燃
焼室5内に吸入される全吸入ガス量Xの上限はYであ
り、従って図8において要求負荷がLo よりも大きい領
域では要求負荷が大きくなるにつれてEGRガス割合を
低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することが
できない。云い換えると過給が行われていない場合に要
求負荷がLo よりも大きい領域において空燃比を理論空
燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるに
つれてEGR率が低下し、斯くして要求負荷がLo より
も大きい領域では燃料およびその周囲のガス温度を煤が
生成される温度よりも低い温度に維持しえなくなる。
By the way, when the supercharging is not performed, the upper limit of the total intake gas amount X drawn into the combustion chamber 5 is Y. Therefore, in FIG. 8, the required load is greater than Lo in the required load region. The air-fuel ratio cannot be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio unless the EGR gas ratio is reduced as it becomes larger. In other words, when supercharging is not performed and the air-fuel ratio is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio in a region where the required load is larger than Lo, the EGR rate decreases as the required load increases, thus In the region where the required load is larger than Lo, the temperature of the fuel and the gas around it cannot be maintained below the temperature at which soot is generated.

【0058】ところが図1に示されるようにEGR通路
29を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ
15の空気吸込管17内にEGRガスを再循環させると
要求負荷がLo よりも大きい領域においてEGR率を5
5パーセント以上、例えば70パーセントに維持するこ
とができ、斯くして燃料およびその周囲のガス温度を煤
が生成される温度よりも低い温度に維持することができ
る。即ち、空気吸込管17内におけるEGR率が例えば
70パーセントになるようにEGRガスを再循環させれ
ば排気ターボチャージャ15のコンプレッサ16により
昇圧された吸入ガスのEGR率も70パーセントとな
り、斯くしてコンプレッサ16により昇圧しうる限度ま
で燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度
よりも低い温度に維持することができる。従って、低温
燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大す
ることができることになる。要求負荷がLo よりも大き
い領域でEGR率を55パーセント以上にする際にはE
GR制御弁31が全開せしめられる、スロットル弁20
が若干閉弁せしめられる。
However, as shown in FIG. 1, when the EGR gas is recirculated to the inlet side of the supercharger, that is, the air suction pipe 17 of the exhaust turbocharger 15 through the EGR passage 29, the required load is larger than Lo. EGR rate at 5
It can be maintained above 5 percent, for example 70 percent, thus maintaining the fuel and surrounding gas temperatures below the temperature at which soot is produced. That is, if the EGR gas is recirculated so that the EGR rate in the air suction pipe 17 becomes, for example, 70%, the EGR rate of the intake gas boosted by the compressor 16 of the exhaust turbocharger 15 also becomes 70%. The temperature of the fuel and the gas around it can be maintained below the temperature at which soot is produced, up to the limit that can be boosted by the compressor 16. Therefore, the operating range of the engine capable of producing the low temperature combustion can be expanded. When the EGR rate is set to 55% or more in a region where the required load is larger than Lo, E
The throttle valve 20 in which the GR control valve 31 is fully opened
Is closed a little.

【0059】前述したように図8は燃料を理論空燃比の
もとで燃焼させる場合を示しているが空気量を図8に示
される空気量よりも少くしても、即ち空燃比をリッチに
しても煤の発生を阻止しつつNOxの発生量を10p.p.
m 前後又はそれ以下にすることができ、また空気量を図
8に示される空気量よりも多くしても、即ち空燃比の平
均値を17から18のリーンにしても煤の発生を阻止し
つつNOxの発生量を10p.p.m 前後又はそれ以下にす
ることができる。
As described above, FIG. 8 shows the case where the fuel is burned under the stoichiometric air-fuel ratio. However, even if the air amount is made smaller than that shown in FIG. 8, that is, the air-fuel ratio is made rich. Even so, the amount of NOx generated is 10 p.p. while preventing the generation of soot.
It can be around m or less, and even if the air amount is made larger than that shown in FIG. 8, that is, even if the average value of the air-fuel ratio is lean from 17 to 18, soot generation is prevented. Meanwhile, the amount of NOx generated can be reduced to about 10 p.pm or less.

【0060】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときNOxも極めて少量しか発
生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空
燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、NOx
も極めて少量しか発生しない。
That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excessive fuel does not grow to soot, and soot is generated. There is no. Further, at this time, only a very small amount of NOx is generated. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated if the combustion temperature becomes high, but in the present invention the combustion temperature is suppressed to a low temperature, soot Not generated at all. Furthermore, NOx
Also produces only a very small amount.

【0061】このように、低温燃焼が行われているとき
には空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろ
うと、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリー
ンであろうと煤が発生されず、NOxの発生量が極めて
少量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのと
き平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
As described above, when low temperature combustion is performed, soot is generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean. However, the amount of NOx generated is extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio lean at this time.

【0062】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で
停止する温度以下に抑制して第1の燃焼、即ち低温燃焼
を行うようにし、機関高負荷運転時には第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼を行うようにしてい
る。なお、ここで第1の燃焼、即ち低温燃焼とはこれま
での説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が少い燃焼のことを言う。
By the way, the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the temperature of the gas around it can be suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway only when the engine is operating at low load, where the calorific value of combustion is relatively small. To be Therefore, in the embodiment according to the present invention, during low load operation in the engine, the temperature of the fuel and the gas around it during combustion is suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, and the first combustion, that is, low temperature combustion is performed. In addition, the second combustion, that is, the combustion normally performed from the conventional one, is performed during the engine high load operation. It should be noted that here, the first combustion, that is, low temperature combustion, as is clear from the above description, the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the amount of inert gas at which the amount of soot generated peaks, and soot is almost generated. The second combustion, that is, the combustion that is normally performed in the past, is the combustion that does not have the amount of soot generated and the amount of the inert gas in the combustion chamber is smaller than the amount of the inert gas that does not reach the peak. Say that.

【0063】図9は第1の燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第1の運転領域Iと、第2の燃焼、即ち従来の燃焼方
法による燃焼が行われる第2の運転領域IIとを示してい
る。なお、図9において縦軸Lはアクセルペダル50の
踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Nは機関回
転数を示している。また、図7においてX(N)は第1
の運転領域Iと第2の運転領域IIとの第1の境界を示し
ており、Y(N)は第1の運転領域Iと第2の運転領域
IIとの第2の境界を示している。第1の運転領域Iから
第2の運転領域IIへの運転領域の変化判断は第1の境界
X(N)に基づいて行われ、第2の運転領域IIから第1
の運転領域Iへの運転領域の変化判断は第2の境界Y
(N)に基づいて行われる。
FIG. 9 shows the first operating region I where the first combustion, that is, the low temperature combustion is performed, and the second operating region II where the second combustion, that is, the combustion by the conventional combustion method is performed. There is. In FIG. 9, the vertical axis L represents the depression amount of the accelerator pedal 50, that is, the required load, and the horizontal axis N represents the engine speed. Further, in FIG. 7, X (N) is the first
Shows the first boundary between the operating region I and the second operating region II, where Y (N) is the first operating region I and the second operating region.
The second boundary with II is shown. The determination of the change of the operating region from the first operating region I to the second operating region II is made based on the first boundary X (N), and the change from the second operating region II to the first operating region II is performed.
The determination of the change of the operating range to the operating range I of the second boundary Y
It is performed based on (N).

【0064】即ち、機関の運転状態が第1の運転領域I
にあって低温燃焼が行われているときに要求負荷Lが機
関回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越えると
運転領域が第2の運転領域IIに移ったと判断され、従来
の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Lが
機関回転数Nの関数である第2の境界Y(N)よりも低
くなると運転領域が第1の運転領域Iに移ったと判断さ
れ、再び低温燃焼が行われる。
That is, the operating condition of the engine is the first operating region I.
If the required load L exceeds the first boundary X (N) which is a function of the engine speed N during low temperature combustion, it is determined that the operating region has moved to the second operating region II. Combustion is performed by a conventional combustion method. Next, when the required load L becomes lower than the second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operating region has moved to the first operating region I, and low temperature combustion is performed again.

【0065】このように第1の境界X(N)と第1の境
界X(N)よりも低負荷側の第2の境界Y(N)との二
つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第1の理
由は、第2の運転領域IIの高負荷側では比較的燃焼温度
が高く、このとき要求負荷Lが第1の境界X(N)より
低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからで
ある。即ち、要求負荷Lがかなり低くなったとき、即ち
第2の境界Y(N)よりも低くなったときでなければた
だちに低温燃焼が開始されないからである。第2の理由
は第1の運転領域Iと第2の運転領域II間の運転領域の
変化に対してヒステリシスを設けるためである。
The two boundaries of the first boundary X (N) and the second boundary Y (N) on the lower load side of the first boundary X (N) are provided as follows. For one reason. The first reason is that the combustion temperature is relatively high on the high load side of the second operating region II, and at this time, even if the required load L becomes lower than the first boundary X (N), low temperature combustion cannot be immediately performed. Because. That is, the low temperature combustion does not start immediately unless the required load L becomes considerably low, that is, when it becomes lower than the second boundary Y (N). The second reason is that hysteresis is provided for changes in the operating region between the first operating region I and the second operating region II.

【0066】ところで機関の運転領域が第1の運転領域
Iにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとん
ど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はそ
の前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。この
とき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は酸化機能を
有する触媒25により良好に酸化せしめられる。
By the way, when the engine operating region is in the first operating region I and low temperature combustion is performed, soot is scarcely generated, and instead, unburned hydrocarbons are in the state of the precursor of soot or the state before it. It is discharged from the combustion chamber 5 in shape. At this time, the unburned hydrocarbons discharged from the combustion chamber 5 are satisfactorily oxidized by the catalyst 25 having an oxidizing function.

【0067】触媒25としては酸化触媒、三元触媒、又
はNOx吸収剤を用いることができる。NOx吸収剤は
燃焼室5内における平均空燃比がリーンのときにNOx
を吸収し、燃焼室5内における平均空燃比がリッチにな
るとNOxを放出する機能を有する。
As the catalyst 25, an oxidation catalyst, a three-way catalyst, or a NOx absorbent can be used. The NOx absorbent is NOx when the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean.
And has a function of releasing NOx when the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich.

【0068】このNOx吸収剤は例えばアルミナを担体
とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムN
a、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のような希土類から
選ばれた少くとも一つと、白金Ptのような貴金属とが
担持されている。
This NOx absorbent uses, for example, alumina as a carrier and potassium K, sodium N
a, at least one selected from alkali metals such as lithium Li and cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, rare earths such as lanthanum La and yttrium Y, and a noble metal such as platinum Pt. Is carried.

【0069】酸化触媒はもとより、三元触媒およびNO
x吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く
三元触媒およびNOx吸収剤を触媒25として用いるこ
とができる。
Not only oxidation catalysts, but also three-way catalysts and NO
The x-absorbent also has an oxidizing function, so that the three-way catalyst and the NOx absorbent can be used as the catalyst 25 as described above.

【0070】図10は空燃比センサ27の出力を示して
いる。図10に示されるように空燃比センサ27の出力
電流Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空燃比
センサ27の出力電流Iから空燃比を知ることができ
る。
FIG. 10 shows the output of the air-fuel ratio sensor 27. As shown in FIG. 10, the output current I of the air-fuel ratio sensor 27 changes according to the air-fuel ratio A / F. Therefore, the air-fuel ratio can be known from the output current I of the air-fuel ratio sensor 27.

【0071】次に図11を参照しつつ第1の運転領域I
および第2の運転領域IIにおける運転制御について概略
的に説明する。図11は要求負荷Lに対するスロットル
弁20の開度、EGR制御弁31の開度、EGR率、空
燃比、噴射時期および噴射量を示している。図11に示
されるように要求負荷Lの低い第1の運転領域Iではス
ロットル弁20の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて
全閉近くから2/3開度程度まで徐々に増大せしめら
れ、EGR制御弁31の開度は要求負荷Lが高くなるに
つれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。
また、図11に示される例では第1の運転領域IではE
GR率がほぼ70パーセントとされており、空燃比はわ
ずかばかりリーンなリーン空燃比とされている。
Next, referring to FIG. 11, the first operating region I
The operation control in the second operation area II will be briefly described. FIG. 11 shows the opening of the throttle valve 20, the opening of the EGR control valve 31, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing and the injection amount with respect to the required load L. As shown in FIG. 11, in the first operating region I where the required load L is low, the opening degree of the throttle valve 20 is gradually increased from near full closing to about 2/3 opening degree as the required load L is increased. The opening degree of the EGR control valve 31 is gradually increased from near full close to full open as the required load L increases.
Further, in the example shown in FIG. 11, E in the first operating region I
The GR rate is about 70%, and the air-fuel ratio is a slightly lean lean air-fuel ratio.

【0072】言い換えると第1の運転領域IではEGR
率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁20の
開度およびEGR制御弁31の開度が制御される。ま
た、第1の運転領域Iでは圧縮上死点TDC前に燃料噴
射が行われる。この場合、噴射開始時期θSは要求負荷
Lが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θEも噴
射開始時期θSが遅くなるにつれて遅くなる。
In other words, in the first operating region I, EGR
The opening of the throttle valve 20 and the opening of the EGR control valve 31 are controlled so that the ratio becomes approximately 70% and the air-fuel ratio becomes a slightly lean air-fuel ratio. Further, in the first operation region I, fuel injection is performed before the compression top dead center TDC. In this case, the injection start timing θS becomes late as the required load L becomes high, and the injection completion timing θE also becomes late as the injection start timing θS becomes late.

【0073】なお、アイドル運転時にはスロットル弁2
0は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁31
も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁20を
全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室5内の圧力が
低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が小さ
くなるとピストン4による圧縮仕事が小さくなるために
機関本体1の振動が小さくなる。即ち、アイドル運転時
には機関本体1の振動を抑制するためにスロットル弁2
0が全閉近くまで閉弁せしめられる。
When the engine is idling, the throttle valve 2
0 is closed until it is almost completely closed. At this time, the EGR control valve 31
Is closed to near full closure. When the throttle valve 20 is closed to near full closure, the pressure in the combustion chamber 5 at the beginning of compression becomes low, and the compression pressure becomes small. When the compression pressure becomes small, the compression work by the piston 4 becomes small, so that the vibration of the engine body 1 becomes small. That is, in order to suppress the vibration of the engine body 1 during idle operation, the throttle valve 2
The valve is closed until 0 is almost fully closed.

【0074】一方、機関の運転領域が第1の運転領域I
から第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁20の開
度が2/3開度程度から全開方向へステップ状に増大せ
しめられる。このとき図9に示す例ではEGR率がほぼ
70パーセントから40パーセント以下までステップ状
に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされ
る。即ち、EGR率が多量のスモークを発生するEGR
率範囲(図7)を飛び越えるので機関の運転領域が第1
の運転領域Iから第2の運転領域IIに変わるときに多量
のスモークが発生することがない。
On the other hand, the operating region of the engine is the first operating region I.
When changing from the second operating range II to the second operating range II, the opening degree of the throttle valve 20 is increased stepwise from about 2/3 opening degree toward the full opening direction. At this time, in the example shown in FIG. 9, the EGR rate is reduced stepwise from approximately 70% to 40% or less, and the air-fuel ratio is increased stepwise. That is, the EGR that produces a large amount of smoke with an EGR rate
The operating range of the engine is the first because the rate range (Fig. 7) is exceeded.
A large amount of smoke does not occur when changing from the operating region I to the second operating region II.

【0075】第2の運転領域IIでは従来から行われてい
る燃焼が行われる。この第2の運転領域IIではスロット
ル弁20は一部を除いて全開状態に保持され、EGR制
御弁31の開度は要求負荷Lが高くなると次第に小さく
される。また、この運転領域IIではEGR率は要求負荷
Lが高くなるほど低くなり、空燃比は要求負荷Lが高く
なるほど小さくなる。ただし、空燃比は要求負荷Lが高
くなってもリーン空燃比とされる。また、第2の運転領
域IIでは噴射開始時期θSは圧縮上死点TDC付近とさ
れる。
In the second operating region II, the conventional combustion is performed. In the second operating region II, the throttle valve 20 is kept fully open except for a part, and the opening degree of the EGR control valve 31 is gradually reduced as the required load L increases. Further, in this operating region II, the EGR rate becomes lower as the required load L becomes higher, and the air-fuel ratio becomes smaller as the required load L becomes higher. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even if the required load L becomes high. Further, in the second operation region II, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC.

【0076】図12(A)は第1の運転領域Iにおける
目標空燃比A/Fを示している。図12(A)におい
て、A/F=15.5,A/F=16,A/F=17,
A/F=18で示される各曲線は夫々目標空燃比が1
5.5,16,17,18であるときを示しており、各
曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図12
(A)に示されるように第1の運転領域Iでは空燃比が
リーンとなっており、更に第1の運転領域Iでは要求負
荷Lが低くなるほど目標空燃比A/Fがリーンとされ
る。
FIG. 12A shows the target air-fuel ratio A / F in the first operating region I. In FIG. 12A, A / F = 15.5, A / F = 16, A / F = 17,
Each of the curves indicated by A / F = 18 has a target air-fuel ratio of 1
The values are 5.5, 16, 17, and 18, and the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. 12
As shown in (A), the air-fuel ratio is lean in the first operating region I, and in the first operating region I, the target air-fuel ratio A / F is leaner as the required load L is lower.

【0077】即ち、要求負荷Lが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少くなる。従って要求負荷Lが低くなるほど
EGR率を低下させても低温燃焼を行うことができる。
EGR率を低下させると空燃比は大きくなり、従って図
12(A)に示されるように要求負荷Lが低くなるにつ
れて目標空燃比A/Fが大きくされる。目標空燃比A/
Fが大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる
限り空燃比をリーンにするために本発明による実施形態
では要求負荷Lが低くなるにつれて目標空燃比A/Fが
大きくされる。
That is, the lower the required load L, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, as the required load L decreases, low temperature combustion can be performed even if the EGR rate is decreased.
When the EGR rate is reduced, the air-fuel ratio increases, and therefore, as shown in FIG. 12 (A), the target air-fuel ratio A / F increases as the required load L decreases. Target air-fuel ratio A /
The fuel consumption rate increases as F increases, and therefore, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, in the embodiment according to the present invention, the target air-fuel ratio A / F is increased as the required load L decreases.

【0078】なお、図12(A)に示される目標空燃比
A/Fは図12(B)に示されるように要求負荷Lおよ
び機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM4
2内に記憶されている。また、空燃比を図12(A)に
示す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁2
0の目標開度STが図13(A)に示されるように要求
負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予
めROM42内に記憶されており、空燃比を図12
(A)に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR
制御弁31の目標開度SEが図13(B)に示されるよ
うに要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップ
の形で予めROM42内に記憶されている。
The target air-fuel ratio A / F shown in FIG. 12 (A) is a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.
It is stored in 2. In addition, the throttle valve 2 necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG.
The target opening degree ST of 0 is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.
EGR required to achieve the target air-fuel ratio A / F shown in (A)
The target opening degree SE of the control valve 31 is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. 13 (B).

【0079】図14(A)は第2の燃焼、即ち従来の燃
焼方法による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比A
/Fを示している。なお、図14(A)においてA/F
=24,A/F=35,A/F=45,A/F=60で
示される各曲線は夫々目標空燃比24,35,45,6
0を示している。図14(A)に示される目標空燃比A
/Fは図14(B)に示されるように要求負荷Lおよび
機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM42
内に記憶されている。また、空燃比を図14(A)に示
す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁20
の目標開度STが図15(A)に示されるように要求負
荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予め
ROM42内に記憶されており、空燃比を図14(A)
に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR制御弁
31の目標開度SEが図15(B)に示されるように要
求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で
予めROM42内に記憶されている。
FIG. 14A shows the target air-fuel ratio A when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed.
/ F is shown. In addition, in FIG.
= 24, A / F = 35, A / F = 45, and A / F = 60, the respective curves indicated by the target air-fuel ratios of 24, 35, 45, 6 respectively.
0 is shown. Target air-fuel ratio A shown in FIG.
/ F is a map of the ROM 42 in advance as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.
It is stored in. In addition, the throttle valve 20 necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG.
The target opening degree ST of is stored in the ROM 42 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. 15 (A), and the air-fuel ratio is shown in FIG. 14 (A).
The target opening degree SE of the EGR control valve 31 required to achieve the target air-fuel ratio A / F shown in Fig. 15 is shown in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in Fig. 15B. It is stored in the ROM 42.

【0080】また、第2の燃焼が行われているときには
燃料噴射量Qは要求負荷Lおよび機関回転数Nに基づい
て算出される。この燃料噴射量Qは図16に示されるよ
うに要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップ
の形で予めROM42内に記憶されている。
Further, when the second combustion is being performed, the fuel injection amount Q is calculated based on the required load L and the engine speed N. This fuel injection amount Q is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.

【0081】次に図17を参照しつつ本実施形態の運転
制御について説明する。図17を参照すると、まず初め
にステップ100において機関の運転状態が第1の運転
領域Iであることを示すフラグIがセットされているか
否かが判別される。フラグIがセットされているとき、
即ち機関の運転状態が第1の運転領域Iであるときには
ステップ101に進んで要求負荷Lが第1の境界X
(N)よりも大きくなったか否かが判別される。L≦X
(N)のときにはステップ103に進んで低温燃焼が行
われる。
Next, the operation control of this embodiment will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 17, first, at step 100, it is judged if the flag I indicating that the engine operating state is the first operating region I is set or not. When flag I is set,
That is, when the operating state of the engine is in the first operating region I, the routine proceeds to step 101, where the required load L is the first boundary X
It is determined whether or not it is larger than (N). L ≦ X
In the case of (N), the routine proceeds to step 103, where low temperature combustion is performed.

【0082】即ち、ステップ103では図13(A)に
示すマップからスロットル弁20の目標開度STが算出
され、スロットル弁20の開度がこの目標開度STとさ
れる。次いでステップ104では図13(B)に示すマ
ップからEGR制御弁31の目標開度SEが算出され、
EGR制御弁31の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ105では質量流量検出器21により検
出された吸入空気の質量流量(以下、単に吸入空気量と
称す)Gaが取込まれ、次いでステップ106では図1
2(B)に示すマップから目標空燃比A/Fが算出され
る。次いでステップ107では吸入空気量Gaと目標空
燃比A/Fに基づいて空燃比を目標空燃比A/Fとする
のに必要な燃料噴射量Qが算出される。
That is, at step 103, the target opening degree ST of the throttle valve 20 is calculated from the map shown in FIG. 13 (A), and the opening degree of the throttle valve 20 is made this target opening degree ST. Next, at step 104, the target opening degree SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG. 13 (B),
The opening degree of the EGR control valve 31 is set to this target opening degree SE.
Next, at step 105, the mass flow rate Ga of intake air (hereinafter, simply referred to as intake air amount) Ga detected by the mass flow rate detector 21 is taken in, and then at step 106, FIG.
The target air-fuel ratio A / F is calculated from the map shown in 2 (B). Next, at step 107, the fuel injection amount Q required to bring the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F is calculated based on the intake air amount Ga and the target air-fuel ratio A / F.

【0083】このように低温燃焼が行われているときに
は要求負荷L又は機関回転数Nが変化するとスロットル
弁20の開度およびEGR制御弁31の開度がただちに
要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目標開度ST,
SEに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Lが増
大せしめられるとただちに燃焼室5内の空気量が増大せ
しめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せ
しめられる。
When the required load L or the engine speed N changes during the low temperature combustion, the opening of the throttle valve 20 and the EGR control valve 31 immediately reach the required load L and the engine speed N. According to the target opening ST,
It is matched with SE. Therefore, for example, when the required load L is increased, the amount of air in the combustion chamber 5 is immediately increased, and thus the torque generated by the engine is immediately increased.

【0084】一方、スロットル弁20の開度又はEGR
制御弁31の開度が変化して吸入空気量が変化するとこ
の吸入空気量Gaの変化が質量流量検出器21により検
出され、この検出された吸入空気量Gaに基づいて燃料
噴射量Qが制御される。即ち、吸入空気量Gaが実際に
変化した後に燃料噴射量Qが変化せしめられることにな
る。
On the other hand, the opening of the throttle valve 20 or EGR
When the opening degree of the control valve 31 changes and the intake air amount changes, the change in the intake air amount Ga is detected by the mass flow rate detector 21, and the fuel injection amount Q is controlled based on the detected intake air amount Ga. To be done. That is, the fuel injection amount Q is changed after the intake air amount Ga actually changes.

【0085】ステップ101においてL>X(N)にな
ったと判別されたときにはステップ102に進んでフラ
グIがリセットされ、次いでステップ110に進んで第
2の燃焼が行われる。
When it is judged at step 101 that L> X (N), the routine proceeds to step 102, where the flag I is reset, then the routine proceeds to step 110, where the second combustion is performed.

【0086】即ち、ステップ110では図16に示され
るマップから目標燃料噴射量Qが算出され、燃料噴射量
がこの目標燃料噴射量Qとされる。次いでステップ11
1では図15(A)に示すマップからスロットル弁20
の目標開度STが算出される。次いでステップ112で
は図15(B)に示すマップからEGR制御弁31の目
標開度SEが算出され、EGR制御弁31の開度がこの
目標開度SEとされる。
That is, at step 110, the target fuel injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. 16, and the fuel injection amount is made this target fuel injection amount Q. Then step 11
1, the throttle valve 20 is changed from the map shown in FIG.
The target opening degree ST of is calculated. Next, at step 112, the target opening degree SE of the EGR control valve 31 is calculated from the map shown in FIG. 15 (B), and the opening degree of the EGR control valve 31 is made this target opening degree SE.

【0087】次いでステップ113では質量流量検出器
21により検出された吸入空気量Gaが取込まれる。次
いでステップ114では燃料噴射量Qと吸入空気量Ga
から実際の空燃比(A/F)R が算出される。次いでス
テップ115では図14(B)に示すマップから目標空
燃比A/Fが算出される。次いでステップ116では実
際の空燃比(A/F)R が目標空燃比A/Fよりも大き
いか否かが判別される。(A/F)R >A/Fのときに
はステップ117に進んでスロットル開度の補正値ΔS
Tが一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ11
9へ進む。これに対して(A/F)R ≦A/Fのときに
はステップ118に進んで補正値ΔSTが一定値αだけ
増大せしめられ、次いでステップ119に進む。ステッ
プ119ではスロットル弁20の目標開度STに補正値
ΔSTを加算することにより最終的な目標開度STが算
出され、スロットル弁20の開度がこの最終的な目標開
度STとされる。即ち、実際の空燃比(A/F)R が目
標空燃比A/Fとなるようにスロットル弁20の開度が
制御される。
Next, at step 113, the intake air amount Ga detected by the mass flow rate detector 21 is taken in. Next, at step 114, the fuel injection amount Q and the intake air amount Ga
The actual air-fuel ratio (A / F) R is calculated from this. Next, at step 115, the target air-fuel ratio A / F is calculated from the map shown in FIG. 14 (B). Next, at step 116, it is judged if the actual air-fuel ratio (A / F) R is larger than the target air-fuel ratio A / F. When (A / F) R > A / F, the routine proceeds to step 117, where the correction value ΔS of the throttle opening is
T is decreased by a constant value α, then step 11
Proceed to 9. On the other hand, when (A / F) R ≤A / F, the routine proceeds to step 118, where the correction value ΔST is increased by a constant value α, and then the routine proceeds to step 119. In step 119, the final target opening ST is calculated by adding the correction value ΔST to the target opening ST of the throttle valve 20, and the opening of the throttle valve 20 is set to this final target opening ST. That is, the opening of the throttle valve 20 is controlled so that the actual air-fuel ratio (A / F) R becomes the target air-fuel ratio A / F.

【0088】このように第2の燃焼が行われているとき
には要求負荷L又は機関回転数Nが変化すると燃料噴射
量がただちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目
標燃料噴射量Qに一致せしめられる。例えば要求負荷L
が増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめ
られ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめ
られる。
When the required load L or the engine speed N changes during the second combustion as described above, the fuel injection amount immediately matches the target fuel injection amount Q corresponding to the required load L and the engine speed N. Be punished. Request load L
Is immediately increased, the fuel injection amount is immediately increased, and thus the torque generated by the engine is immediately increased.

【0089】一方、燃料噴射量Qが増大せしめられて空
燃比が目標空燃比A/Fからずれると空燃比が目標空燃
比A/Fとなるようにスロットル弁20の開度が制御さ
れる。即ち、燃料噴射量Qが変化した後に空燃比が変化
せしめられることになる。
On the other hand, when the fuel injection amount Q is increased and the air-fuel ratio deviates from the target air-fuel ratio A / F, the opening degree of the throttle valve 20 is controlled so that the air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio A / F. That is, the air-fuel ratio is changed after the fuel injection amount Q changes.

【0090】フラグIがリセットされると次の処理サイ
クルではステップ100からステップ108に進んで要
求負荷Lが第2の境界Y(N)よりも低くなったか否か
が判別される。L≧Y(N)のときにはステップ110
に進み、リーン空燃比のもとで第2の燃焼が行われる。
When the flag I is reset, in the next processing cycle, the routine proceeds from step 100 to step 108, where it is judged if the required load L has become lower than the second boundary Y (N). When L ≧ Y (N), step 110
And the second combustion is performed under a lean air-fuel ratio.

【0091】一方、ステップ108においてL<Y
(N)になったと判別されたときにはステップ109に
進んでフラグIがセットされ、次いでステップ103に
進んで低温燃焼が行われる。
On the other hand, in step 108, L <Y
When it is determined that (N) has been reached, the routine proceeds to step 109, where a flag I is set, then the routine proceeds to step 103, where low temperature combustion is performed.

【0092】これまで述べた実施形態では低温燃焼が行
われているときに燃料噴射量Qはオープンループ制御さ
れ、第2の燃焼が行われているときに空燃比がスロット
ル弁20の開度を変化させることによって制御される。
しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量
Qを空燃比センサ27の出力信号に基づいてフィードバ
ック制御することもできるし、また第2の燃焼が行われ
ているときに空燃比をEGR制御弁31の開度を変化さ
せることによって制御することもできる。
In the above-described embodiments, the fuel injection amount Q is open-loop controlled when the low temperature combustion is performed, and the air-fuel ratio changes the opening degree of the throttle valve 20 when the second combustion is performed. It is controlled by changing.
However, the fuel injection amount Q can be feedback-controlled based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 27 when the low temperature combustion is being performed, and the air-fuel ratio can be EGR controlled when the second combustion is being performed. It can also be controlled by changing the opening degree of the valve 31.

【0093】上述したように本実施形態によれば、ステ
ップ103からステップ107において煤の発生量がピ
ークとなるEGRガス量よりも燃焼室5内に供給される
EGRガス量が多く煤がほとんど発生しない低温燃焼が
行われるため、内燃機関から煤が排出されること及びN
Oxが排出されることを同時に阻止することができる。
As described above, according to this embodiment, the amount of EGR gas supplied to the combustion chamber 5 is greater than the amount of EGR gas at which the amount of soot generated reaches a peak in steps 103 to 107, and soot is almost generated. Since low temperature combustion is performed, soot is discharged from the internal combustion engine and N
It is possible to prevent Ox from being discharged at the same time.

【0094】更に本実施形態によれば、EGR制御弁3
1の弁体の回転軸61がEGRガスの流れの方向に対し
て垂直に、かつ弁体60の中心に配置される。そのた
め、弁体の回転軸61に対して一方の側の弁体が負圧に
より受ける力と、弁体の回転軸61に対して他方の側の
弁体が負圧により受ける力とが相殺される。その結果、
空気吸込管17内に負圧が発生する条件下でも、EGR
制御弁31は負圧の影響を受けず、それゆえ、EGR制
御弁31の開度は所望の開度に維持される。また、EG
R制御弁31の弁体の回転軸61がEGRガスの流れの
方向に対して垂直に、かつ弁体60の中心に配置される
ため、EGR通路29の幅W1を大きくすることなく、
EGRガスの最大流路幅W2を図18に示した従来のス
トローク式のEGR制御弁の最大流路幅W2’よりも大
きくすることができる。また上述したように、EGR制
御弁31が負圧の影響を受けづらいため、EGR制御弁
31の駆動速度を大きくすることができる。
Further, according to this embodiment, the EGR control valve 3
The rotary shaft 61 of the first valve body is arranged perpendicularly to the direction of the EGR gas flow and at the center of the valve body 60. Therefore, the force that the valve body on one side of the rotary shaft 61 of the valve body receives due to the negative pressure and the force that the valve body of the other side receives against the rotary shaft 61 of the valve body due to the negative pressure cancel each other out. It as a result,
Even under the condition that a negative pressure is generated in the air suction pipe 17, the EGR
The control valve 31 is not affected by the negative pressure, and therefore the opening degree of the EGR control valve 31 is maintained at a desired opening degree. Also, EG
Since the rotary shaft 61 of the valve body of the R control valve 31 is arranged perpendicularly to the direction of the EGR gas flow and in the center of the valve body 60, the width W1 of the EGR passage 29 is not increased.
The maximum flow passage width W2 of EGR gas can be made larger than the maximum flow passage width W2 'of the conventional stroke type EGR control valve shown in FIG. Further, as described above, since the EGR control valve 31 is less likely to be affected by the negative pressure, the drive speed of the EGR control valve 31 can be increased.

【0095】更に上述した第二の実施形態においても、
EGR制御弁531の弁体の回転軸561がEGRガス
の流れの方向に対して垂直に、かつ弁体560の中心に
配置される。そのため、弁体の回転軸561に対して一
方の側の弁体が負圧により受ける力と、弁体の回転軸5
61に対して他方の側の弁体が負圧により受ける力とが
相殺される。その結果、空気吸込管17内に負圧が発生
する条件下でも、EGR制御弁531は負圧の影響を受
けず、それゆえ、EGR制御弁531の開度は所望の開
度に維持される。また、EGR制御弁531の弁体の回
転軸561がEGRガスの流れの方向に対して垂直に、
かつ弁体560の中心に配置されるため、EGR通路2
9の幅を大きくすることなく、EGRガスの最大流路幅
を図18に示した従来のストローク式のEGR制御弁の
最大流路幅W2’よりも大きくすることができる。また
上述したように、EGR制御弁531が負圧の影響を受
けづらいため、EGR制御弁531の駆動速度を大きく
することができる。
Further, also in the second embodiment described above,
The rotation shaft 561 of the valve body of the EGR control valve 531 is arranged perpendicularly to the direction of the EGR gas flow and at the center of the valve body 560. Therefore, with respect to the rotary shaft 561 of the valve body, the force which the valve body on one side receives by the negative pressure and the rotary shaft 5 of the valve body 5
The force received by the negative pressure on the valve element on the other side with respect to 61 is offset. As a result, the EGR control valve 531 is not affected by the negative pressure even under the condition that the negative pressure is generated in the air suction pipe 17, and therefore the opening degree of the EGR control valve 531 is maintained at the desired opening degree. . Further, the rotary shaft 561 of the valve body of the EGR control valve 531 is perpendicular to the direction of the EGR gas flow,
Moreover, since it is arranged in the center of the valve body 560, the EGR passage 2
The maximum flow passage width of EGR gas can be made larger than the maximum flow passage width W2 ′ of the conventional stroke type EGR control valve shown in FIG. 18 without increasing the width of 9. Further, as described above, since the EGR control valve 531 is hard to be affected by the negative pressure, the driving speed of the EGR control valve 531 can be increased.

【0096】[0096]

【発明の効果】請求項1〜3に記載の発明によれば、内
燃機関から煤が排出されること及びNOxが排出される
ことを同時に阻止しつつ、機関吸気通路内に負圧が発生
する場合であってもEGR制御弁の開度を所望の開度に
維持すると共に、排気ガス再循環通路の外形を大きくす
ることなく再循環排気ガスの最大流路面積を大きくする
ことができる。
According to the invention described in claims 1 to 3, a negative pressure is generated in the engine intake passage while simultaneously preventing soot and NOx from being discharged from the internal combustion engine. Even in such a case, the opening of the EGR control valve can be maintained at a desired opening, and the maximum flow passage area of the recirculated exhaust gas can be increased without increasing the outer shape of the exhaust gas recirculation passage.

【0097】請求項4及び5に記載の発明によれば、排
気ガス再循環率が、煤の発生量がピークになる排気ガス
再循環率に設定されるのを回避することができる。
According to the invention described in claims 4 and 5, it is possible to prevent the exhaust gas recirculation rate from being set to the exhaust gas recirculation rate at which the amount of soot generated peaks.

【0098】請求項6に記載の発明によれば、運転領域
に応じて適切な燃焼を実行することができる。
According to the invention described in claim 6, it is possible to execute appropriate combustion according to the operating region.

【0099】請求項7及び8に記載の発明によれば、未
燃炭化水素が内燃機関から排出されるのを阻止すること
ができる。
According to the seventh and eighth aspects of the present invention, it is possible to prevent unburned hydrocarbons from being discharged from the internal combustion engine.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】圧縮着火式内燃機関の全体図である。FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.

【図2】バタフライ式EGR制御弁の詳細図である。FIG. 2 is a detailed view of a butterfly type EGR control valve.

【図3】ロータリー式EGR制御弁の詳細図である。FIG. 3 is a detailed view of a rotary EGR control valve.

【図4】スモークおよびNOxの発生量等を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing amounts of smoke and NOx generated, and the like.

【図5】燃焼圧を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a combustion pressure.

【図6】燃料分子を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a fuel molecule.

【図7】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the amount of smoke generated and the EGR rate.

【図8】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.

【図9】第1の運転領域Iおよび第2の運転領域IIを示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a first operating region I and a second operating region II.

【図10】空燃比センサの出力を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an output of an air-fuel ratio sensor.

【図11】スロットル弁の開度等を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an opening of a throttle valve and the like.

【図12】第1の運転領域Iにおける空燃比等を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing an air-fuel ratio and the like in a first operating region I.

【図13】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
FIG. 13 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve or the like.

【図14】第2の燃焼における空燃比等を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing an air-fuel ratio and the like in the second combustion.

【図15】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
FIG. 15 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve or the like.

【図16】燃料噴射量のマップを示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a map of a fuel injection amount.

【図17】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
FIG. 17 is a flowchart for controlling the operation of the engine.

【図18】従来のEGR制御弁の部分断面側面図であ
る。
FIG. 18 is a partial cross-sectional side view of a conventional EGR control valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5…燃焼室 17…空気吸込管 29…EGR通路 31…EGR制御弁 5 ... Combustion chamber 17 ... Air suction pipe 29 ... EGR passage 31 ... EGR control valve

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02D 21/08 301 F02D 21/08 301B 301D 41/02 351 41/02 351 (72)発明者 後藤 雅人 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 村田 宏樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 安部 司 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−4287(JP,A) 特開 平8−177654(JP,A) 特開 平8−86251(JP,A) 特開 平9−287527(JP,A) 特開 平9−287528(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 25/07 F02D 41/00 - 45/00 F02B 1/00 - 23/06 Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI F02D 21/08 301 F02D 21/08 301B 301D 41/02 351 41/02 351 (72) Inventor Masato Goto 1 Toyota-cho, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Automobile Co., Ltd. (72) Inventor Hiroki Murata No. 1 Toyota-cho, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Automobile Co., Ltd. (72) Inventor Tsukasa Abe No. 1 Toyota-cho, Aichi Prefecture Toyota Motor Co., Ltd. (56) References JP-A-7-4287 (JP, A) JP-A-8-177654 (JP, A) JP-A-8-86251 (JP, A) JP-A-9-287527 (JP, A) JP-A-9 -287528 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F02M 25/07 F02D 41/00-45/00 F02B 1/00-23/06

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 機関排気通路と機関吸気通路とを再循環
排気ガス通路により連結し、燃焼室内に供給される再循
環排気ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大
してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガ
ス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くな
って煤がほとんど発生しなくなる内燃機関の排気ガス再
循環通路内に再循環排気ガスの量を制御するために設け
られた排気ガス再循環量制御弁であって、弁体が回転す
ることにより再循環排気ガスの流路面積が変更され、前
記弁体の回転軸が再循環排気ガスの流れの方向に対して
垂直に、かつ前記弁体の中心に配置された排気ガス再循
環量制御弁。
1. An engine exhaust passage and an engine intake passage are recirculated.
Recirculation that is connected to the exhaust gas passage and supplied to the combustion chamber
The amount of soot generated gradually increases as the amount of ring exhaust gas increases.
Reaches the peak and is supplied to the combustion chamber.
As the amount of gas in the combustion chamber is further increased,
The temperature of the gas and its surrounding gas is lower than the temperature of soot formation.
It is an exhaust gas recirculation amount control valve provided to control the amount of recirculated exhaust gas in the exhaust gas recirculation passage of an internal combustion engine in which soot is hardly generated. An exhaust gas recirculation amount control valve in which the flow passage area of the recirculated exhaust gas is changed, the rotation axis of the valve body is arranged perpendicularly to the flow direction of the recirculated exhaust gas, and at the center of the valve body. .
【請求項2】 前記排気ガス再循環量制御弁がバタフラ
イ式である請求項1に記載の排気ガス再循環量制御弁。
2. The exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation amount control valve is a butterfly type.
【請求項3】 前記排気ガス再循環量制御弁がロータリ
ー式である請求項1に記載の排気ガス再循環量制御弁。
3. The exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation amount control valve is a rotary type.
【請求項4】 前記内燃機関は、前記煤がほとんど発生
しない燃焼である第1の燃焼と、煤の発生量がピークと
なる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給され
る再循環排気ガスの量が少ない第2の燃焼とを選択的に
切り換える切換手段を具備し、前記第1の燃焼から前記
第2の燃焼に又は前記第2の燃焼から前記第1の燃焼に
切り換えられるときに排気ガス再循環率がステップ状に
変化せしめられる請求項1に記載の排気ガス再循環量制
御弁。
4. The internal combustion engine, wherein the first combustion is combustion in which the soot is hardly generated, and the recirculation supplied to the combustion chamber more than the amount of the recirculation exhaust gas at which the soot generation amount reaches a peak. A switching means for selectively switching between the second combustion in which the amount of exhaust gas is small and the second combustion, or when switching from the first combustion to the second combustion or from the second combustion to the first combustion The exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation rate is changed stepwise.
【請求項5】 前記第1の燃焼が行われているときの排
気ガス再循環率がほぼ55パーセント以上であり、前記
第2の燃焼が行われているときの排気ガス再循環率がほ
ぼ50パーセント以下である請求項4に記載の排気ガス
再循環量制御弁。
5. The exhaust gas recirculation rate when the first combustion is performed is approximately 55% or more, and the exhaust gas recirculation rate when the second combustion is performed is approximately 50%. The exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 4, which is not more than a percentage.
【請求項6】 機関の運転領域を低負荷側の第1の運転
領域と高負荷側の第2の運転領域とに分割し、前記第1
の運転領域では前記第1の燃焼を行い、前記第2の運転
領域では前記第2の燃焼を行うようにした請求項4に記
載の排気ガス再循環量制御弁。
6. The operating region of the engine is divided into a first operating region on the low load side and a second operating region on the high load side, and the first operating region is divided into the first operating region and the second operating region on the high load side.
5. The exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 4, wherein the first combustion is performed in the operation region of 5 and the second combustion is performed in the second operation region.
【請求項7】 前記内燃機関が、前記燃焼室から排出さ
れた未燃炭化水素を酸化するための酸化機能を有する触
媒を機関排気通路内に具備する請求項1に記載の排気ガ
ス再循環量制御弁。
7. The exhaust gas recirculation amount according to claim 1, wherein the internal combustion engine includes a catalyst having an oxidizing function for oxidizing unburned hydrocarbons discharged from the combustion chamber, in the engine exhaust passage. Control valve.
【請求項8】 前記触媒が酸化触媒、三元触媒又はNO
x吸収剤の少くとも一つからなる請求項7に記載の排気
ガス再循環量制御弁。
8. The catalyst is an oxidation catalyst, a three-way catalyst or NO.
8. The exhaust gas recirculation amount control valve according to claim 7, comprising at least one x-absorbent.
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JP2006125354A (en) * 2004-11-01 2006-05-18 Hino Motors Ltd Exhaust purification device
JP2006299934A (en) * 2005-04-21 2006-11-02 Hitachi Ltd Exhaust gas recirculation device and throttle valve device for diesel engine equipped with exhaust gas recirculation device
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