JP3678042B2

JP3678042B2 - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置

Info

Publication number: JP3678042B2
Application number: JP04982499A
Authority: JP
Inventors: 修二木村; 英二相吉澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JPH11315739A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃焼方法として、エンジンから排出されるＮＯｘとパティキュレートなどを減少させる低温予混合燃焼がある。これは燃料噴射時期を圧縮上死点後にまで遅延すると共に、排気還流（ＥＧＲ）による酸素濃度の低減により、燃料の着火遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形成し、低濃度の酸素により低温予混合燃焼を行わせる。
【０００３】
この場合、エンジン圧縮比を通常の圧縮比よりも低い圧縮比にすることにより、低温予混合燃焼をエンジン高負荷側においても行えるようにした提案がある（特開平８−２５４１３４号公報参照）。
【０００４】
エンジンの圧縮比が高いと、圧縮温度が相対的に上昇するため、燃焼開始時の温度（燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度）が高くなる。燃焼温度は燃焼の開始後にさらに上昇するので、これが低温予混合燃焼の範囲を越えると、低温予混合燃焼を行わせることができない。
【０００５】
とくにエンジン負荷が大きくなると、吸気中に還流される排気温度が上昇することから吸気ガス温度が高まり、また過給機による吸気過給により実圧縮比が高まるために、燃焼開始時の温度が低温予混合燃焼の温度範囲を超えて上昇し、このため、低負荷側でしか低温予混合燃焼を行えなかった。
【０００６】
これに対して、上記提案された装置により圧縮比を下げることにより、燃焼開始温度が相対的に低下し、低温予混合燃焼をより高負荷側で行うことが可能となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら圧縮比を下げると、こんどは低負荷域での燃焼開始温度が下がり過ぎ、このため、低負荷側で燃焼が不安定となってしまう。
【０００８】
そこで、上記した従来装置では、低温予混合燃焼を行えない低負荷側で、ＥＧＲ量を減少させることにより酸素濃度を高め、かつ燃料噴射時期を進角することで、燃焼開始を早めて、燃焼を安定させるようにしている。
【０００９】
しかしながら、この場合には、ＥＧＲ量の減少および噴射時期の進角によりＮＯｘの排出量が増大し、また低温予混合燃焼が行われないため、燃焼騒音が増大し、燃費も悪化する。
【００１０】
そこで本発明は、圧縮比を通常の圧縮比よりも低い圧縮比としても、エンジンの広い運転領域において低温予混合燃焼を可能とすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、燃料噴射時期を圧縮上死点後にまで遅延すると共に、燃料の着火遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形成し、低濃度の酸素のもとで燃焼させる低温予混合燃焼を低圧縮比で行わせるディーゼルエンジンにおいて、図２５に示すように、燃料の噴射時期が可変となる燃料噴射弁８１と、燃焼室内の作動ガス温度を上昇させる昇温制御装置８２と、燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度を予測する手段８３と、この燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が低温予混合燃焼を維持する第１の目標温度Ｔ１よりも低い領域にあるかどうか判定する手段８４と、燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が第１の目標温度Ｔ１よりも低いと判定されたときに燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が第１目標温度を越えるように前記昇温制御装置８２を作動させて昇温制御を行い、かつ燃焼温度の上昇率が所定値以上となるように前記燃料噴射弁８１の燃料噴射時期を調整する手段８５とを設けた。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度ｔ２を圧縮比εとエンジン負荷に基づいて予測する。
【００１３】
第３の発明では、第１の発明において前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度ｔ２を圧縮比εと吸気ガス温度に基づいて予測する。
【００１４】
第４の発明では、第１から第３までのいずれか一つの発明において主燃焼の温度上昇率が前記所定値以上となるようにするため、燃焼開始を圧縮上死点後５゜〜２０゜の範囲になるように燃料の噴射時期を制御する。
【００１５】
第５の発明では、第１から第４までのいずれか一つの発明において前記昇温制御装置として吸気弁閉時期制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度ｔ２が前記第１目標温度Ｔ１以下で、かつこの第１目標温度Ｔ１よりも低い第２目標温度Ｔ２よりも高いとき、前記吸気弁の閉時期を進角させることにより、前記昇温制御を行う。
【００１６】
第６の発明では、第５の発明において前記昇温制御装置としてさらにスワール制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度ｔ２が前記第２目標温度Ｔ２以下で、かつこの第２目標温度Ｔ２よりも低い第３目標温度Ｔ３よりも高いとき、前記吸気弁閉時期を進角するとともに、スワール比を低くすることにより、前記昇温制御を行う。
【００１７】
第７の発明では、第５の発明において前記昇温制御装置としてさらに過給圧制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度ｔ２が前記第２目標温度Ｔ２以下で、かつこの第２目標温度Ｔ２よりも低い第３目標温度Ｔ３よりも高いとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、さらに過給圧を高くすることにより、前記昇温制御を行う。
【００１８】
第８の発明では、第６または第７の発明において前記昇温制御装置としてさらに燃料噴射制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度ｔ２が前記第３目標温度Ｔ３以下で、かつこの第３目標温度Ｔ３よりも低い第４目標温度Ｔ４よりも高いとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、さらに燃料の主噴射よりも先にパイロット噴射を行いかつパイロット噴射による燃焼は主噴射の前に終了するようにパイロット噴射時期を設定することにより、前記昇温制御を行う。
【００１９】
第９の発明では、第７の発明において前記昇温制御装置としてさらに燃料噴射制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度ｔ２が前記第３目標温度Ｔ３以下で、かつこの第３目標温度Ｔ３よりも低い第４目標温度Ｔ４よりも高いとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、過給圧を高くし、さらに燃料の主噴射よりも先にパイロット噴射を行いかつパイロット噴射による燃焼は主噴射の前に終了するようにパイロット噴射時期を設定することにより、前記昇温制御を行う。
【００２０】
第１０の発明では、第８または第９の発明において燃料の主噴射の終了後に主噴射燃料が着火するように燃料主噴射時期を制御する。
【００２１】
第１１の発明では、第８から第１０までのいずれか一つの発明において前記温度上昇制御装置として一つの気筒に対して複数設けた排気弁のうち一方の排気弁の開閉時期を任意に制御可能な弁開閉機構と、吸気中に還流される排気量を制御するＥＧＲ弁とを備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度ｔ２が前記第４目標温度Ｔ４以下のとき、吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、過給圧を高くし、パイロット噴射の燃焼が終了した後に主噴射が行われるようにパイロット噴射を行い、かつ吸気行程で前記一方の排気弁を開くとともに前記ＥＧＲ弁を閉じることにより、前記昇温制御を行う。
【００２２】
第１２の発明では、第８から第１０までのいずれか一つの発明において前記温度上昇制御装置として一つの気筒に対して複数設けた排気弁のうち一方の排気弁の開閉時期を任意に制御可能な排気弁開閉機構と、吸気弁の開閉時期を任意に調整可能な吸気弁制御機構と、吸気中に還流される排気量を制御するＥＧＲ弁とを備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度ｔ２が前記第４目標温度Ｔ４以下のとき、吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、過給圧を高くし、パイロット噴射の燃焼が終了した後に主噴射が行われるようにパイロット噴射を行い、かつ前記ＥＧＲ弁を介して燃焼室に流入するＥＧＲガスおよび吸入空気の各量を冷却水温が低くなるほど減らすとともに、吸気行程で一方の排気弁を開くことにより燃焼室へと逆流するＥＧＲガスの量を冷却水温が低くなるほど増すことにより、前記昇温制御を行う。
【００２３】
第１３の発明では、第１１または第１２の発明において前記吸気行程で開く前記一方の排気弁側の排気ポートをヘリカルポートに形成する。
【００２４】
第１４の発明では、第１から第４までのいずれか一つの発明において前記第１目標温度Ｔ１をエンジン負荷が低くなるほど温度が低くなるように負荷に応じて設定する。
第１５の発明では、第５の発明において前記第１目標温度Ｔ１と第２目標温度Ｔ２の少なくとも一つをエンジン負荷が低くなるほど温度が低くなるように負荷に応じて設定する。
第１６の発明では、第６または第７の発明において前記第２目標温度Ｔ２と第３目標温度Ｔ３の少なくとも一つをエンジン負荷が低くなるほど温度が低くなるように負荷に応じて設定する。
第１７の発明では、第８から第１０までのいずれか一つの発明において前記第３目標温度Ｔ３と第４目標温度Ｔ４の少なくとも一つをエンジン負荷が低くなるほど温度が低くなるように負荷に応じて設定する。
第１８の発明では、第１１から第１３までのいずれか一つの発明において前記第４目標温度Ｔ４をエンジン負荷が低くなるほど温度が低くなるように負荷に応じて設定する。
【００２５】
第１９の発明は、低圧縮比で低温予混合燃焼を行わせるディーゼルエンジンにおいて、図２６に示すように、燃料の噴射時期が可変となる燃料噴射弁８１と、燃焼室内の作動ガス温度を上昇させる昇温制御装置８２と、燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度に影響するエンジン負荷を検出する手段９１と、このエンジン負荷が、低温予混合燃焼を維持する第１目標負荷以下で、かつこの第１目標負荷よりも低い第２目標負荷よりも高い負荷域（Ｃ領域）にあるかどうかを判定する手段９２と、エンジン負荷が第１目標負荷以下で、かつ第２目標負荷よりも高い負荷域にあると判定されたときに前記昇温制御装置８２を作動させて昇温制御を行い、かつ燃焼温度の上昇率が所定値以上となるように前記燃料噴射弁８１の燃料噴射時期を調整する手段９３とを設けた。
【００２６】
第２０の発明では、第１９の発明において前記昇温制御装置としてさらにスワール制御機構を備え、前記第２目標負荷以下で、かつこの第２目標負荷よりも低い第３目標負荷よりも高い負荷域（Ｄ領域）のとき、前記吸気弁閉時期を進角するとともに、スワール比を低くすることにより、前記昇温制御を行う。
【００２７】
第２１の発明では、第１９の発明において前記昇温制御装置としてさらに過給圧制御機構を備え、前記第２目標負荷以下で、かつこの第２目標負荷よりも低い第３目標負荷よりも高い負荷域（Ｄ領域）のとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、さらに過給圧を高くすることにより、前記昇温制御を行う。
【００２８】
第２２の発明では、第１９または第２０の発明において前記昇温制御装置としてさらに燃料噴射制御機構を備え、前記第３目標負荷以下で、かつこの第３目標負荷よりも低い第４目標負荷よりも高い負荷域（Ｅ領域）のとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、さらに燃料の主噴射よりも先にパイロット噴射を行いかつパイロット噴射による燃焼は主噴射の前に終了するようにパイロット噴射時期を設定することにより、前記昇温制御を行う。
【００２９】
第２３の発明では、第１９または第２０の発明において前記昇温制御装置としてさらに燃料噴射制御機構を備え、前記第３目標負荷以下で、かつこの第３目標負荷よりも低い第４目標負荷よりも高い負荷域（Ｅ領域）のとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、過給圧を高くし、さらに燃料の主噴射よりも先にパイロット噴射を行いかつパイロット噴射による燃焼は主噴射の前に終了するようにパイロット噴射時期を設定することにより、前記昇温制御を行う。
【００３０】
第２４の発明では、第２２または第２３の発明において燃料の主噴射の終了後に主噴射燃料が着火するように燃料主噴射時期を制御する。
【００３１】
【発明の効果】
第１、第２、第３、第４、第１４の発明では、燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が低温予混合燃焼を維持する第１目標温度よりも低くなることによりそのままでは低温予混合燃焼を行えなく温度域になると、燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が第１目標温度を超えるように昇温制御装置を作動させて昇温制御を行い、かつ燃焼温度の上昇率が所定値以上となるように燃料噴射弁の燃料噴射時期を調整するので、従来装置によれば低温予混合燃焼を行わせることができなかった低温時や低負荷域まで低温予混合燃焼を行わせることができ（低温予混合燃焼域の拡大）、これによって燃焼騒音、燃費、ＨＣ、ＰＭ、ＮＯｘのいずれも従来装置より改善できた。
【００３２】
また、従来装置によれば低温予混合燃焼を行わせることが困難だった低温時や低負荷側まで低温予混合燃焼を実現できることから、従来装置よりもさらに低圧縮化することが可能となり、そのぶん低温予混合燃焼域を高負荷側にシフトさせることができる。
【００３３】
第５と第１９の発明では、吸気弁閉時期の進角で実圧縮比が高まり、これによって第５の発明によれば燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が第１目標温度以下で、かつ第２目標温度よりも高いときにも、また第１９の発明によれば第１目標負荷以下で、かつ第２目標負荷よりも高い負荷域（Ｃ領域）のときにも燃焼開始温度の低下を防止できる。
【００３４】
第６、第７、第２０、第２１の各発明では、スワールを弱めるので、圧縮行程中の冷却損失が減少し、これによって第６、第７の各発明によれば燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が第２目標温度以下で、かつ第３目標温度よりも高いときにも、また第２０、第２１の発明によれば第２目標負荷以下で、かつ第３目標負荷よりも高い負荷域（Ｄ領域）のときにも燃焼開始温度の低下を防止できる。
【００３５】
しかしながら、このままではスワール比の低下による燃焼悪化が起こるが、第７、第２１の発明によれば、過給圧を高くして吸入空気量を増大し、これによってスワール比が低下した分を作動ガスを増加させて圧縮上死点での角運動エネルギーを保持させるので、燃焼悪化を防止でき、また、この高過給化は吸気温度を上昇させるので、燃焼開始温度の上昇に寄与する。
【００３６】
第８、第９、第１０、第２２、第２３の発明ではパイロット噴射を行うので、第８、第９、第１０の発明によれば主燃焼の燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が第３目標温度以下で、かつ第４目標温度よりも高いときにも、また第２２、第２３の発明では第３目標負荷以下で、かつ第４目標負荷よりも高い負荷域（Ｅ領域）のときにも主燃焼の燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度を上昇させることが可能となる。
【００３７】
第１１、第１２の発明によれば燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が第４目標温度以下となる場合においても低温予混合燃焼の実現が可能となり、これによって低水温時の排気性能がさらに向上する。
【００３８】
第１３の発明では、吸気行程における一方の排気弁の開弁に伴う燃焼室内のスワール比の低下を防止できる。
【００３９】
エンジン負荷により領域判定を行う場合には、吸気温度がマッチング温度と違った場合に領域判定の精度が低下することになるが、第５から第１４までの発明では、燃焼開始温度そのものに基づいて領域判定を行うので、夏場と冬場の違いなど吸気温度に関係なく、領域判定を精度よく行うことができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１はディーゼルエンジンの概略的な構成図である。
【００４１】
ディーゼルエンジンの燃焼において、ＮＯｘの生成量は燃焼温度に大きく依存し、その低減には燃焼温度を相対的に低温化することが有効である。低温予混合燃焼方式では、排気還流システム（ＥＧＲ）により酸素濃度を低減し、これにより低温燃焼を実現する。このため、排気通路２と吸気通路３とをＥＧＲ通路４で接続し、このＥＧＲ通路４の途中に負圧制御弁５からの制御負圧に応じて作動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を設け、排気の一部を吸気中に還流する。
【００４２】
負圧制御弁５は、コントロールユニット４１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、エンジンの運転条件に応じて適切なＥＧＲ率が得るようにしている。たとえば、低回転低負荷域でＥＧＲ率を最大の１００パーセント（吸入空気流量とＥＧＲガス流量が同量）とし、回転数、負荷が高くなるに従い、ＥＧＲ率を減少させる。高負荷側では排気温度が上昇するため、多量のＥＧＲガスを還流すると吸気温度が上昇し、これにより燃焼温度も相対的に上昇し、ＮＯｘ低減の効果が減少したり、また、噴射燃料の着火遅れ期間が短くなり、予混合燃焼が実現できなくなる。このためにＥＧＲ率を高負荷側になるほど、減少させるのである。
【００４３】
ＥＧＲ通路４の途中には、ＥＧＲガスの冷却装置７を備える。これは、ＥＧＲ通路４の周りに形成されウォータジャケット８を有し、ここにはエンジン冷却水の一部が循環され、この冷却水の循環量は、冷却水の導入口７ａに設けられた流量制御弁９により調整可能である。コントロールユニット４１からの指令により制御弁９の開度が大きくなるほど、ＥＧＲガスの冷却度が増す。
【００４４】
エンジンの吸気ポート近傍の吸気通路には、スワールコントロールバルブ（図示しない）を備える。コントロールユニット４１により、このスワールコントロールバルブの開度が制御され、エンジン低回転低負荷域で閉じられる（開度が減少する）と、燃焼室に吸入される吸気の流速が高まり燃焼室に強いスワールが生成される。ただし、スワールが強くなると、シリンダ内の作動ガスの熱交換率が高まり、作動ガス温度は相対的に低下する。
【００４５】
ピストンに形成される窪み状の燃焼室（図示しない）は、大径のトロイダル型燃焼室である。これは、ピストンキャビティを、入口を絞らずピストンの冠面から底部まで円筒状に形成したもので、その底部中央には円錐部が形成され、この円錐部によって、圧縮行程後期にピストンキャビティ内へと旋回しながら流れ込むスワールに抵抗を与えないように、さらに空気と燃料の混合を良好にする。
【００４６】
このように、入口を絞らない円筒状のピストンキャビティにより、前述のスワールコントロールバルブによって生成されたスワールは、燃焼過程でピストンが下降していくのに伴い、ピストンキャビティ内からキャビティ外に拡散され、キャビティ外でもスワールが持続される。
【００４７】
前記排気通路２には、ＥＧＲ通路４の分岐点よりも下流において、ターボ過給機を備える。このターボ過給機は、排気タービン５２のスクロール入口に、ステップモータ５４により駆動される可変ベーン５３が設けられる。前記コントロールユニット４１により可変ベーン５３が制御され、エンジン低回転域から所定の過給圧が得られるように、低回転側では排気タービン５２に導入される排気の流速を高めるベーン角度に制御され、高回転側では排気を抵抗なく排気タービン５２に導入させるベーン角度（全開状態）に制御される。また、運転条件によって可変ベーン５３は、所望の過給圧が得られるベーン角度に制御される。
【００４８】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。
【００４９】
これは、主として、燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒ごとに設けられる燃料噴射ノズル１７からなり、高圧のサプライポンプ１４に生成した高圧燃料をコモンレール１６に蓄え、燃料噴射ノズル１７内の三方弁２５によってノズルニードルの開閉を行うことで、噴射の開始と終了を自由に制御することができる。コモンレール１６内の燃料圧力は、圧力センサ（図示しない）とサプライポンプ１４の吐出量制御機構（図示しない）により、常にエンジンの求める最適値に制御される。
【００５０】
これら燃料噴射量、噴射時期、燃料圧力などの制御は、マイクロプロセッサで構成されるコントロールユニット４１により行われる。このため、コントロールユニット４１には、アクセル開度センサ３３、エンジン回転数とクランク角度を検出するセンサ３４、気筒判別のためのセンサ３５、水温センサ３６からの信号が入力し、これらに基づいて、コントロールユニット４１は、エンジン回転数とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量と、燃料噴射時期を演算し、この目標燃料噴射量に対応してノズル内の三方弁２５のオン時間を制御し、また、目標噴射時期に対応して三方弁２５のＯＮ時期を制御する。また、また図示しない圧力センサにより検出されるコモンレール圧力が、目標圧力と一致するようにサプライポンプ１４の吐出量制御機構を介してコモンレール１６の燃料圧力をフィードバック制御する。
【００５１】
燃料噴射時期は低温予混合燃焼を実現するために、通常の噴射時期よりも遅角される。後述するように、クランク角で圧縮上死点後の所定の範囲内で燃料噴射が開始されるように設定される。これにより、噴射された燃料の着火遅れ期間が長くなり、この間に燃料の気化が促進され、十分に空気と混合した状態で着火することが可能となる。これにより、排気還流による低酸素濃度のもとで、低温予混合燃焼が行われ、パティキュレートを増大させることなく、ＮＯｘの低減が可能とする。
【００５２】
いまここで、低温予混合燃焼の燃焼領域について説明する。図２において、斜線領域は、低温予混合燃焼が可能な領域（下限はたとえば６００℃程度、上限はたとえば７００℃程度）である。この領域よりも温度が高くても、また低くても低温予混合燃焼はできない。
【００５３】
エンジンの圧縮比が高いと、燃焼開始温度（燃焼開始時の雰囲気温度）が相対的に高くなるため、高負荷では燃焼温度が高くなりすぎ、低負荷でしか低温予混合燃焼を行わせることができない。
【００５４】
高負荷では吸気中に還流される排気の温度が高くなり、吸気ガス温度が上昇し、また、吸気の過給により実圧縮比が高くなる。これらの結果、同一の圧縮比であっても、最圧縮時のシリンダ内ガス温度が上がり、燃焼開始温度が高くなってしまうのである。
【００５５】
ところで、前記した特開平８−２５４１３４号公報に開示された従来装置では、圧縮比を下げることにより、燃焼開始温度を下げることで、低温予混合燃焼域を高負荷側にシフトすることが可能となる。
【００５６】
しかしその反面、低負荷域での燃焼開始温度が下がり過ぎ、低負荷側で低温予混合燃焼が非常に不安定となる。
【００５７】
この低負荷側での低温予混合燃焼を可能とするために、本発明では、エンジンの圧縮比は通常のエンジンよりも低い、圧縮比１６以下に設定するが、低負荷域になると、燃焼温度が相対的に高まるように後述する昇温制御装置を作動させて、昇温制御を行うとと共に、燃料の噴射時期を、たとえば上死点後５°〜２０°の間に設定し、燃焼開始後の温度上昇率を高めるようにしている。
【００５８】
これを図３を用いてさらに説明すると、燃焼開始温度ｔ２が図示の予混合燃焼可能ゾーン（目標温度Ｔ０から目標温度Ｔ１（ただしＴ１＜Ｔ０）までの温度域）にあり、かつ主燃焼の開始がクランク角度で、圧縮上死点後５°〜２０°（実験値）であるとき、燃焼開始後に必ず目標到達温度Ｔ´に達し、この場合に低温予混合燃焼が行われることが、実験により確かめられている。
【００５９】
なお、予混合燃焼可能ゾーンの上限と下限を定める目標温度Ｔ０、Ｔ１、および目標到達温度Ｔ´は、主噴射の燃料量と主噴射時期から一義的に定まる値である。
【００６０】
これに対して、燃焼開始温度ｔ２が予混合燃焼に必要な目標温度Ｔ１以下のときは目標到達温度Ｔ´に達することができず、低温予混合燃焼が行われない。
【００６１】
そこで、本発明では、燃焼開始温度ｔ２が目標温度Ｔ１以下のときは、図１０を用いて後で述べるように、目標温度Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４（ただしＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４）を定めておき、これら温度域に応じて昇温制御を行わせることにより、燃焼開始温度を予混合燃焼可能ゾーンにまで高めるようにしている。
【００６２】
次に、主燃焼の開始が圧縮上死点後５°〜２０°でなければならないのは次の理由からである。
【００６３】
主燃焼の開始が圧縮上死点直後であるとき、燃焼による燃焼室内の温度は、図４の実線で示したように、急上昇しようとする。しかし、実際には、圧縮温度は圧縮上死点から進むほど低下していくので、主燃焼の開始が上死点以降であるときの温度上昇は、結果的に一点鎖線で示したようにやや緩やかな上昇カーブとなる。したがって、圧縮温度の低下分を含めた温度上昇で目標到達温度Ｔ´に達すれば予混合燃焼が可能となるが、圧縮上死点後２０°以降で主燃焼が開始されたときは、圧縮温度が大幅に低下するため、このときは点線で示したように目標到達温度Ｔ´にまで上昇することができなくなる。そこで、主燃焼の開始の遅い側の限界を圧縮上死点後２０°としたものである。
【００６４】
図５には燃焼開始時期に応じての熱発生率の違いを示す。この図から、燃焼の開始が圧縮上死点後２０°以降のときは、熱発生率パターンが、破線で示すようになり、一点鎖線で示す低温予混合燃焼時の固有の熱発生率パターンが得られないことが分かる。
【００６５】
このように、燃焼開始からの温度上昇率が所定値以上であること、かつ上記のように燃焼開始温度ｔ２が目標温度Ｔ１を超えていることが、低温予混合燃焼を行わせるための条件となるのであり、これらは実験により確認されている。
【００６６】
次に図６によって燃焼の制御領域を説明する。
【００６７】
この図は、エンジン負荷（エンジントルク）と回転数に対する燃焼の制御領域を示している。燃焼開始温度ｔ２はエンジンの負荷と回転数に関係する。
【００６８】
本発明では、圧縮比を、上記したように、従来装置よりもさらに低圧縮比化している（従来装置が圧縮比を１８以下としていたのに対し、本発明では圧縮比を１６以下とする）ことで、低温予混合燃焼域が、より一層、高負荷側に拡大されている。
【００６９】
このため、低負荷側では、燃焼開始温度が低くなり過ぎて低温予混合燃焼域を外れることになる。そこで燃焼温度を上昇させるために、まず吸気弁閉時期を吸気下死点付近まで進角させて実圧縮比を高める。この吸気弁閉時期を早めるだけでは足りなくなると、更に温度を高めるために、これに加えて低スワール比化と高過給圧化を行ってさらに実圧縮比を高め、これでも足りなくなる極低負荷ではさらにパイロット噴射を加えて予備的に燃焼することにより、低温予混合燃焼が可能となる燃焼開始温度にまで高める。
【００７０】
図６に示した各領域での制御をさらに図７を用いて詳述する。
【００７１】
〈１〉Ａ領域
最大負荷点ではＥＧＲを行わないため、酸素濃度は大きく、また過給圧が高いため、燃焼開始温度も高く、いわゆる通常のディーゼル燃焼となっている。
【００７２】
〈２〉Ｂ領域
この領域は最大負荷域よりも負荷が小さい低温予混合燃焼域であり、大量のＥＧＲにより酸素濃度が減少し、また、ＥＧＲガスの温度を冷却装置７により下げることで吸気温度を制御し、さらに主噴射時期の遅延、過給圧の減少によって燃焼開始温度が低下する。これによって着火遅れ期間が長期化し、燃焼開始までに十分に蒸発した燃料がシリンダ内に広がり、予混合燃焼を実現できる。
【００７３】
〈３〉Ｃ領域
負荷の低下に伴うＥＧＲガス温度の低下により、予混合燃焼の燃焼開始温度よりも燃焼開始温度が低下するので、予混合燃焼を維持するため、吸気下死点よりも遅くなっている吸気弁閉時期を進角して吸気下死点に近づけ、実圧縮比を高めることにより燃焼開始温度を上昇させる。
【００７４】
〈４〉Ｄ領域
さらに負荷が低下するＤやＥ領域では、酸素濃度をＣ領域と同じ低い状態に保持すると、燃焼速度が低下し、失火や白煙急増の問題が生じる。このため上記の従来装置では、ＥＧＲ量を減少させることにより酸素濃度を高め、かつ噴射時期を進角することで、燃焼開始を早めて失火や燃え残りを抑制している。
【００７５】
これに対して、本発明では、Ｄ領域においては、まずスワールを弱めて圧縮行程中の冷却損失を減少させる。しかしながら、このままではスワール比の低下による燃焼悪化が起こる。そこで、ターボ過給機により過給圧を高くして吸入空気量を増大し、これによってスワール比が低下した分を作動ガス量を増加させ、圧縮上死点においても高い角運動エネルギーを維持する。また、この高過給化は吸気温度を上昇させ、かつ実圧縮比を高めるので、燃焼開始温度の上昇に寄与する。
【００７６】
〈５〉Ｅ領域
極低負荷域（たとえばアイドル時）では、さらに燃焼開始温度を上昇させることが必要であるため、燃料の主噴射よりも先に少量のパイロット噴射を行い、この燃料を燃焼させて主燃焼開始時の燃焼室内ガス温度を上昇させる。主噴射はパイロット噴射による燃焼が終了してから実施し、かつ主燃焼の開始が圧縮上死点後５゜〜２０゜の間で行われるように、パイロット噴射時期およびパイロット噴射量ならびに主噴射時期を制御する。一例を示せば、アイドル付近においてはパイロット噴射時期を圧縮上死点前３５゜、パイロット噴射量を１ｍｍ³／ｓｔ、主噴射時期を圧縮上死点前３゜とする。
【００７７】
ここで、パイロット噴射分の燃焼が終了してから主噴射を行う理由は、本発明でのパイロット噴射は燃焼開始温度を上昇させることが目的であること（したがって主噴射の着火を促進するものでない）、また主噴射分はあくまで着火遅れ期間後に燃焼させたいためである。
【００７８】
図７のように制御を行ったときの効果を図８に示す。
【００７９】
上記従来装置では、Ｄ、Ｅの各領域でのＥＧＲ量の減少および噴射時期の進角によりＮＯｘが増大するほか、低温予混合燃焼が行われないため、燃焼騒音が増大し、燃費、ＨＣ、ＰＭ（特にＳＯＦ）も増大している。
【００８０】
これに対して本発明では、Ｄ、Ｅの各領域においても低温予混合燃焼が可能となることから、ＮＯｘ、燃焼騒音、燃費、ＨＣ、ＰＭ（特にＳＯＦ）を共にＢ領域と同等レベルまで下げられる（ＨＣはＢ領域より若干増え、燃費はＢ領域よりよくなる）。
【００８１】
図９は車両の試験モード走行時において、等ＰＭ排出量におけるＮＯｘ排出量を比較したものである。高圧縮比の低温予混合燃焼のときは高負荷側でのＮＯｘの排出比率が大きかったが、上記従来装置による低圧縮比化により、高負荷側でのＮＯｘ排出比率は減少した。しかし、低負荷域での失火等を防ぐためにＥＧＲ率を減少させるので、低負荷側でのＮＯｘが大幅に増大している。
【００８２】
これに対して本発明によれば、低負荷側でもＮＯｘの減少が可能となるので、高圧縮比での低温予混合燃焼と比較すれば、全体的にはＮＯｘの排出量は１／３以下のレベルとなっている。
【００８３】
次に図１０のフローチャートは、低負荷域などで予混合燃焼を可能とするために、昇温制御装置を作動させて行う昇温制御の制御内容を示すもので、一定時間毎に実行する。
【００８４】
ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷としての目標エンジントルクＴorq、吸気マニフォールド温度ｔ１（図示しないが温度センサにより検出）を読み込み、ステップ２では実際の酸素濃度と設定値（たとえば酸素濃度１８％）を比較する。
【００８５】
ここで、設定値の酸素濃度１８％は、低温予混合燃焼を行わせるときの酸素濃度の上限値である。したがって、実際の酸素濃度が１８％以下であれば、低温予混合燃焼域、１８％を超えているときは、非低温予混合燃焼域であると判断することができる。酸素濃度は排気還流率を調整することにより変化する。
【００８６】
なお、実際の酸素濃度は、図１のように、排気通路２に空燃比センサ３８、吸気通路３にエアフローメータ３９をそれぞれ設けておき、両者の検出値を用いて求めることが可能である。なお、設定値（酸素濃度１８％に相当）はエンジンにより相違することはいうまでもない。
【００８７】
低温予混合燃焼域であるときは、ステップ３、４、５、６に進み、燃焼開始温度ｔ２と目標温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４（ただしＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４）を比較することにより領域判定を行う。
【００８８】
これら目標温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、エンジン負荷と回転数に応じて設定され、たとえば、図２０、図２１、図２２、図２３に示すようなマップを、負荷（エンジン目標トルクや燃料噴射量であってもよい）と回転数Ｎｅに基づいて、検索することにより求める。たとえば、負荷と回転数から定まる運転点がＵにあったとすると、このとき、Ｔ１はほぼ８５５Ｋに、Ｔ２はほぼ８４５Ｋに、Ｔ３はほぼ８３５Ｋに、Ｔ４はほぼ８２５Ｋになるわけである。
【００８９】
ここで、温度域と図７に示した領域との対応関係は次の通りである。
【００９０】
Ｂ領域：ｔ２＞Ｔ１
Ｃ領域：Ｔ１≧ｔ２＞Ｔ２
Ｄ領域：Ｔ２≧ｔ２＞Ｔ３
Ｅ領域：Ｔ３≧ｔ２＞Ｔ４
領域判定は回転数と負荷により図６のようなマップを検索して行わせることが考えられるが、この場合には、吸気温度がマッチング温度と違った場合に領域判定の精度が低下する。たとえば、吸気温度の変化により、冬のほうが夏より燃焼開始温度が低下するので、夏だとＴ１からＴ２の温度域に入っていたものが、冬にはＴ２からＴ３の温度域に落ちるとすれば、冬には夏と相違してターボ過給機の制御とスワールコントローバルブの制御を加えなければならない。
【００９１】
ところが、図６のマップ特性には吸気温度の変化は現れないので、図６のマップ特性を夏用にマッチングしたのでは、冬になっても夏と同じ制御しか行われず（この場合であれば、ターボ過給機の制御とスワール弁の制御が行われない）、燃焼温度が目標到達温度には到達しない。
【００９２】
これに対して、燃焼温度により領域判定するときは、吸気温度の変化に応じた制御を行わせることができる（冬にはターボ過給機の制御とスワールコントロールバルブの制御を加えることができる）。
【００９３】
上記の燃焼開始温度ｔ２［Ｋ］は、吸気マニフォールド温度（吸気ガス温度）ｔ１［Ｋ］との間に
ｔ２＝ｔ１・εκ^-1
ただし、ε:圧縮比
κ:比熱比（≒１．３）
なる相関があるので、吸気マニフォールド温度ｔ１から求めることができる。たとえば、吸気マニフォールド温度が５０℃であったとすると、このときｔ２＝（２７３＋５０）・１６^1.3-1＝３２３・１６^0.3≒８５０Ｋとなる。もちろん、吸気温度Ｔａ［Ｋ］と吸入負圧Ｂoost［ｍｍＨｇ］から
ｔ１＝Ｔａ・（７６０＋Ｂoost）／７６０
の式により吸気マニフォールド温度ｔ１を推定してもかまわない。
【００９４】
このように、燃焼開始温度ｔ２は、圧縮比と吸気ガス温度ｔ１（あるいは吸気ガス温度に影響を与えるエンジン負荷）に基づいて予測することができる。
【００９５】
▲１▼ｔ２＞Ｔ１のときはステップ７、８に進み、回転数Ｎｅと目標エンジントルクＴorqから図１１、図１２を内容とするマップを検索して目標ＥＧＲ率と目標主噴射時期（目標主噴射開始時期）を求める。
【００９６】
▲２▼Ｔ１≧ｔ２＞Ｔ２のときはステップ９に進み、回転数Ｎｅと目標エンジントルクＴorqから図１３を内容とするマップを検索して目標吸気弁閉時期を求めたあと、ステップ７、８の操作を実行する。
【００９７】
通常は吸気下死点後に設定される吸気弁閉時期を、下死点付近まで早めることにより、実圧縮比が高まり、燃焼開始温度を上昇させられる。
【００９８】
▲３▼Ｔ２≧ｔ２＞Ｔ３のときはステップ１０、１１に進み、回転数Ｎｅと目標エンジントルクＴorqから図１４と図１５を内容とするマップを検索して目標スワール比と目標過給圧を求めたあと、ステップ９、７、８の操作を実行する。
【００９９】
過給圧を高くすることにより、やはり実際の圧縮比が高まることになり、それだけ燃焼開始温度を上昇させられる。またスワール比を小さくしてスワールを弱くすると、シリンダ内の作動ガスの熱交換率が低下し、冷却損失が小さくなり、作動ガスの温度低下が抑制され、これが燃焼開始温度の上昇につながる。
【０１００】
▲４▼Ｔ３≧ｔ２＞Ｔ４のときはステップ１２に進み、回転数Ｎｅと目標エンジントルクＴorqから図１６を内容とするマップを検索して目標パイロット噴射量と目標パイロット噴射時期を求めたあと、ステップ１０、１１、９、７、８の操作を実行する。
【０１０１】
パイロット噴射によりシリンダ内作動ガスの温度を高め、燃焼開始温度の上昇を図る。
【０１０２】
なお、図１６においては、左下の小さな領域に、パイロット燃料噴射のために１ｍｍ³／ｓｔを目標パイロット噴射量、圧縮上死点前３５゜を目標パイロット噴射時期とするデータが入っている。
【０１０３】
そして、図示しないフローにより、ｔ２＞Ｔ１の温度域で目標ＥＧＲ率を用いてのＥＧＲ弁制御と目標主噴射時期を用いての噴射時期制御を行う。
【０１０４】
これに対して、Ｔ１≧ｔ２＞Ｔ２の温度域では、以上の制御に加えて目標吸気弁閉時期を用いての吸気弁の閉時期を進角させる吸気弁閉時期制御を行う。
【０１０５】
また、Ｔ２≧ｔ２＞Ｔ３の温度域では、上記各制御に加えて、さらに目標スワール比を用いてのスワール弁制御と目標過給圧を用いての過給圧制御が行われる。
【０１０６】
さらにまた、Ｔ３≧ｔ２＞Ｔ４の温度域では、以上のすべての制御に加えて目標パイロット噴射量と目標パイロット噴射時期を用いてのパイロット噴射制御がそれぞれ行われる。
【０１０７】
なお、上記の吸気弁閉時期を調整可能な機構（つまり可変バルブタイミング機構）としては、たとえば、図１７に示すようなものが採用できる。
【０１０８】
６０は吸気弁、６１は吸気弁６０を閉弁方向に付勢する弁バネで、各吸気弁６０の上端に接触してピストン６３が設けられ、油圧室６２に導かれる油圧によりピストン６３が弁バネ６１に抗して下降し、吸気弁６０が開かれる。
【０１０９】
オイルポンプ６４から吐出される作動油は、アキュムレータ６５から入口側電磁切換弁６６、６７を介して油通路６８、６９に選択的に供給される。さらに、エンジン回転に同期して回転するロータリバルブ７０、７１を介して＃１気筒、＃４気筒、＃２気筒、＃３気筒の各油圧室６２に選択的に供給されることにより、各吸気弁６０が順に開かれる。
【０１１０】
各油圧室６２の作動油は、油通路６８、６９から出口側電磁切換弁７３、７４を介して選択的にタンク７５に逃がされることにより、各吸気弁６０が順に閉じられる。この出口側電磁切換弁７３、７４を制御することで、各吸気弁６０の閉時期が自由に制御される。
【０１１１】
したがって、図１７に示した可変バルブタイミング機構５９では、図１０のフローを実行して得られる目標吸気弁閉時期の値に応じて出口側電磁切換弁７３、７４を制御すればよい。
【０１１２】
このように本発明では、圧縮比を１６以下と従来装置よりもさらに低圧縮比化することにより、低温予混合燃焼域を高負荷側にまで拡大することができる。また、燃焼開始温度が低温予混合燃焼が可能な目標温度Ｔ１以下となる温度域になると、主燃焼の開始が所定の時期（たとえば上死点後５゜〜２０゜の間）に行われるように主噴射時期を制御するとともに、燃焼開始温度が目標温度Ｔ１を超えるように温度領域に応じた昇温制御を行うので、低負荷域（低温域）まで低温予混合燃焼を行わせることができ、つまり、低温予混合燃焼域を拡大できる。これによってＮＯｘ、燃焼騒音、燃費、ＨＣ、ＰＭ、のいずれについても、上記従来装置より改善できた（図８参照）。
【０１１３】
次に本発明の他の実施形態を図１８のフローチャートにしたがって説明する。
【０１１４】
なお、このフローチャートは、第１実施形態のフローチャートである図１０に対応して記載され、図中、図１０と同一部分には同一のステップ番号を付けている。
【０１１５】
この実施形態は、１気筒について複数、たとえば２個の排気弁を備えるエンジンを対象にしている。極低温時にも燃焼開始温度ｔ２を上昇させるために、複数の排気弁のうち、一方を吸気行程中に開き、かつＥＧＲ弁を閉じることにより、高温の排気ガスを燃焼室内に直接的に逆流させ、燃焼室内のガス温度を高め、燃焼開始温度ｔ２が上記の目標温度Ｔ４未満となる場合においても低温予混合燃焼が実現可能となるようにしている。
【０１１６】
たとえば図１９に示したように、目標ＥＧＲ率が１００％（吸気量とＥＧＲガス量が同量）で考える。この場合に冷却水温が低下しても、最圧縮温度（＝燃焼開始温度ｔ２）を所定値に維持するには、圧縮前温度（＝吸気マニフォールド温度ｔ１）を図示のように冷却水温が低くなるほど高くする必要がある。
【０１１７】
ここで、圧縮前温度はＥＧＲ弁を通って流れてくる低温の排気ガスおよび吸気通路を流れてくる低温の空気と、吸気行程に排気弁の一方を開くことにより燃焼室に逆流する高温のガスとのバランスで定まる。したがって、圧縮前温度を図示の特性とするには、冷却水温が低くなるほど吸気行程で開弁させる一方の排気弁の流量を増し、かつ吸気弁流量とＥＧＲ弁流量を減らせばよい。
【０１１８】
図１８のフローチャートに戻ると、図１０と相違するのはステップ２１だけである。つまり、燃焼開始温度ｔ２が目標温度Ｔ４以下のとき、ステップ６からステップ２１に進み、冷却水温に基づいて、図１９と同じように設定したテーブルを検索して、目標ＥＧＲ弁流量、目標排気弁流量、目標吸気弁流量を求めるのである。その後は、第１実施例と同じように、ステップ１２、１０、１１、９、７、８の操作を実行する。
【０１１９】
そして、上記求めた各目標流量がＥＧＲ弁、排気弁、吸気弁を流れるように、図示しないフローにおいて、ＥＧＲ弁開度と吸気弁開度を制御し、かつ吸気行程中の排気弁開度を制御する。
【０１２０】
また、吸気行程中の一方の排気弁の開弁によりＥＧＲガスが燃焼室へと逆流することにより燃焼室内のスワールが弱くなるので、スワール比の低下防止のため、吸気行程で開く排気弁側の排気ポートをヘリカルポートに形成し、逆流する排気が燃焼室内で旋回運動を起こすようにする。
【０１２１】
このようにして、燃焼開始温度ｔ２が目標温度Ｔ４以下となる場合に、ＥＧＲ弁を介して燃焼室に流入する低温のＥＧＲガスおよび低温の吸入空気を減らすとともに、吸気行程で一方の排気弁を開くことにより燃焼室へと逆流する高温のＥＧＲガスを増やす。しかもこのとき排気弁の開弁に伴う燃焼室内のスワールの低下防止のため、吸気行程で開く排気弁の排気ポートをヘリカルポートに形成している。これらの結果、燃焼開始温度ｔ２が目標温度Ｔ４以下となる極低温時においても、低温予混合燃焼の実現が可能となり、これによって低水温時の排気性能がさらに向上する。
【０１２２】
なお、冷却水温に応じてＥＧＲ弁、一方の排気弁、及び吸気弁の各流量を変化させているが、最も簡単な制御としては、一方の排気弁を吸気行程で所定の開度だけ開き、ＥＧＲ弁と吸気弁を最小開度まで閉じるようにしてもよい（これは図１９において左端の特性に対応する）。
【０１２３】
実施形態では、燃焼温度により領域判定する場合で説明したが、図６を用いて前述したように回転数と負荷により領域判定してもかまわない。この場合のフローチャートを図２４、図２５に示す。なお、図２４、図２５は第１、第２実施形態のフローチャートである図１０、図１８に対応して記載され、図中、図１０、図１８と同一部分には同一のステップ番号を付けている。
【０１２４】
これを説明すると、図６においてＢ領域とＣ領域の境界を定める負荷を第１目標負荷、Ｃ領域とＤ領域の境界を定める負荷を第２目標負荷、Ｄ領域とＥ領域の境界を定める負荷を第３目標負荷として、次のように昇温制御を行わせるのである。
【０１２５】
（１）第１目標負荷以下で、かつこの第１目標負荷よりも低い第２目標負荷よりも高い負荷域（Ｃ領域）のとき、吸気弁の閉時期を進角させることにより昇温制御を行う（ステップ３３、９）。
【０１２６】
（２）第２目標負荷以下で、かつこの第２目標負荷よりも低い第３目標負荷よりも高い負荷域（Ｄ領域）のとき、吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、さらに過給圧を高くすることにより、昇温制御を行う（ステップ３４、１０、１１、９）。
【０１２７】
（３）第３目標負荷以下で、かつこの第３目標負荷よりも低い第４目標負荷よりも高い負荷域（Ｅ領域）のとき、吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、過給圧を高くし、さらに燃料の主噴射よりも先にパイロット噴射を行いかつパイロット噴射による燃焼は主噴射の前に終了するようにパイロット噴射時期を設定することにより、昇温制御を行うとともに（ステップ３５、１２、１０、１１、９）、燃料の主噴射の終了後に主噴射燃料が着火するように燃料主噴射時期を制御する。
【０１２８】
なお、上記実施例では、酸素量をＥＧＲ率により変化させるようにしたが、本発明はこの場合に限られるものでもなく、たとえば酸素透過膜を用いて酸素量を変化させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図。
【図２】エンジン負荷に応じての燃焼開始温度の特性を示す特性図。
【図３】低温予混合燃焼の燃焼開始温度領域と目標到達温度を説明するための特性図。
【図４】燃焼の開始時期が相違するときの温度上昇の特性図。
【図５】燃焼の開始時期が相違するときの熱発生率パターンの特性図。
【図６】エンジン回転数とエンジン負荷に対する制御域を区分けした領域図。
【図７】図６の領域毎の制御を説明するための特性図。
【図８】図７の制御を行ったときのＮＯｘなどの排出特性を示す特性図。
【図９】モード走行時における等ＰＭでのＮＯｘ排出量を比較した特性図。
【図１０】制御内容を説明するためのフローチャート。
【図１１】目標ＥＧＲ率の特性図。
【図１２】目標主噴射時期の特性図。
【図１３】目標吸気弁閉時期の特性図。
【図１４】目標スワール比の特性図。
【図１５】目標過給圧の特性図。
【図１６】目標パイロット噴射量および目標パイロット噴射時期の特性図。
【図１７】可変バルブタイミング機構の概略構成図。
【図１８】第２実施形態の制御内容を説明するためのフローチャート。
【図１９】目標ＥＧＲ弁流量、目標排気弁流量、目標吸気弁流量の特性図。
【図２０】第１目標温度を設定したマップ。
【図２１】第２目標温度を設定したマップ。
【図２２】第３目標温度を設定したマップ。
【図２３】第４目標温度を設定したマップ。
【図２４】第３実施形態の制御内容を説明するためのフローチャート。
【図２５】第１の発明のクレーム対応図。
【図２６】第１９の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
６ＥＧＲ弁
１７ノズル
３３アクセル開度センサ
３４クランク角センサ
４１コントロールユニット
５２ターボ過給機

Claims

燃料噴射時期を圧縮上死点後にまで遅延すると共に、燃料の着火遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形成し、低濃度の酸素のもとで燃焼させる低温予混合燃焼を低圧縮比で行わせるディーゼルエンジンにおいて、
燃料の噴射時期が可変となる燃料噴射弁と、
燃焼室内の作動ガス温度を上昇させる昇温制御装置と、
燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度を予測する手段と、
この燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が低温予混合燃焼を維持する第１の目標温度よりも低い領域にあるかどうか判定する手段と、
燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が第１の目標温度よりも低いと判定されたときに燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が第１目標温度を越えるように前記昇温制御装置を作動させて昇温制御を行い、かつ燃焼温度の上昇率が所定値以上となるように前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を調整する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度を圧縮比とエンジン負荷に基づいて予測することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度を圧縮比と吸気ガス温度に基づいて予測することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
主燃焼の温度上昇率が前記所定値以上となるようにするため、燃焼開始を圧縮上死点後５゜〜２０゜の範囲になるように燃料の噴射時期を制御することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記昇温制御装置として吸気弁閉時期制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が前記第１目標温度以下で、かつこの第１目標温度よりも低い第２目標温度よりも高いとき、前記吸気弁の閉時期を進角させることにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記昇温制御装置としてさらにスワール制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が前記第２目標温度以下で、かつこの第２目標温度よりも低い第３目標温度よりも高いとき、前記吸気弁閉時期を進角するとともに、スワール比を低くすることにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記昇温制御装置としてさらに過給圧制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が前記第２目標温度以下で、かつこの第２目標温度よりも低い第３目標温度よりも高いとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、さらに過給圧を高くすることにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記昇温制御装置としてさらに燃料噴射制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が前記第３目標温度以下で、かつこの第３目標温度よりも低い第４目標温度よりも高いとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、さらに燃料の主噴射よりも先にパイロット噴射を行いかつパイロット噴射による燃焼は主噴射の前に終了するようにパイロット噴射時期を設定することにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項６または７に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記昇温制御装置としてさらに燃料噴射制御機構を備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が前記第３目標温度以下で、かつこの第３目標温度よりも低い第４目標温度よりも高いとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、過給圧を高くし、さらに燃料の主噴射よりも先にパイロット噴射を行いかつパイロット噴射による燃焼は主噴射の前に終了するようにパイロット噴射時期を設定することにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
燃料の主噴射の終了後に主噴射燃料が着火するように燃料主噴射時期を制御することを特徴とする請求項８または９に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記温度上昇制御装置として一つの気筒に対して複数設けた排気弁のうち一方の排気弁の開閉時期を任意に制御可能な弁開閉機構と、吸気中に還流される排気量を制御するＥＧＲ弁とを備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が前記第４目標温度以下のとき、吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、過給圧を高くし、パイロット噴射の燃焼が終了した後に主噴射が行われるようにパイロット噴射を行い、かつ吸気行程で前記一方の排気弁を開くとともに前記ＥＧＲ弁を閉じることにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項８から１０までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記温度上昇制御装置として一つの気筒に対して複数設けた排気弁のうち一方の排気弁の開閉時期を任意に制御可能な排気弁開閉機構と、吸気弁の開閉時期を任意に調整可能な吸気弁制御機構と、吸気中に還流される排気量を制御するＥＧＲ弁とを備え、前記燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度が前記第４目標温度以下のとき、吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、過給圧を高くし、パイロット噴射の燃焼が終了した後に主噴射が行われるようにパイロット噴射を行い、かつ前記ＥＧＲ弁を介して燃焼室に流入するＥＧＲガスおよび吸入空気の各量を冷却水温が低くなるほど減らすとともに、吸気行程で一方の排気弁を開くことにより燃焼室へと逆流するＥＧＲガスの量を冷却水温が低くなるほど増すことにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項８から１０までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記吸気行程で開く前記一方の排気弁側の排気ポートをヘリカルポートに形成することを特徴とする請求項１１または１２に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記第１目標温度をエンジン負荷が低くなるほど温度が高くなるように負荷に応じて設定することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記第１目標温度と第２目標温度の少なくとも一つをエンジン負荷が高くなるほど温度が低くなるように負荷に応じて設定することを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記第２目標温度と第３目標温度の少なくとも一つをエンジン負荷が高くなるほど温度が低くなるように負荷に応じて設定することを特徴とする請求項６または７に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記第３目標温度と第４目標温度の少なくとも一つをエンジン負荷が高くなるほど温度が低くなるように負荷に応じて設定することを特徴とする請求項８から１０までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記第４目標温度をエンジン負荷が低くなるほど温度が高くなるように負荷に応じて設定することを特徴とする請求項１１から１３までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
低圧縮比で低温予混合燃焼を行わせるディーゼルエンジンにおいて、
燃料の噴射時期が可変となる燃料噴射弁と、
燃焼室内の作動ガス温度を上昇させる昇温制御装置と、
燃焼開始時のシリンダ内雰囲気温度に影響するエンジン負荷を検出する手段と、
このエンジン負荷が、低温予混合燃焼を維持する第１目標負荷以下で、かつこの第１目標負荷よりも低い第２目標負荷よりも高い負荷域にあるかどうかを判定する手段と、
エンジン負荷が第１目標負荷以下で、かつ第２目標負荷よりも高い負荷域にあると判定されたときに前記昇温制御装置を作動させて昇温制御を行い、かつ燃焼温度の上昇率が所定値以上となるように前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を調整する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記昇温制御装置としてさらにスワール制御機構を備え、前記第２目標負荷以下で、かつこの第２目標負荷よりも低い第３目標負荷よりも高い負荷域のとき、前記吸気弁閉時期を進角するとともに、スワール比を低くすることにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項１９に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記昇温制御装置としてさらに過給圧制御機構を備え、前記第２目標負荷以下で、かつこの第２目標負荷よりも低い第３目標負荷よりも高い負荷域のとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、さらに過給圧を高くすることにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項１９に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記昇温制御装置としてさらに燃料噴射制御機構を備え、前記第３目標負荷以下で、かつこの第３目標負荷よりも低い第４目標負荷よりも高い負荷域のとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、さらに燃料の主噴射よりも先にパイロット噴射を行いかつパイロット噴射による燃焼は主噴射の前に終了するようにパイロット噴射時期を設定することにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項１９または２０に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記昇温制御装置としてさらに燃料噴射制御機構を備え、前記第３目標負荷以下で、かつこの第３目標負荷よりも低い第４目標負荷よりも高い負荷域のとき、前記吸気弁閉時期を進角し、スワール比を低くし、過給圧を高くし、さらに燃料の主噴射よりも先にパイロット噴射を行いかつパイロット噴射による燃焼は主噴射の前に終了するようにパイロット噴射時期を設定することにより、前記昇温制御を行うことを特徴とする請求項１９または２０に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
燃料の主噴射の終了後に主噴射燃料が着火するように燃料主噴射時期を制御することを特徴とする請求項２２または２３に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。