(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラにより制御される噴射ノズルを設け、該噴射ノズルにより予備噴射と主噴射を行なわせることにより、予備噴射による混合気中に主噴射を行なわせるようにしたディーゼルエンジンにおいて、排気行程の中期から排気上死点に至るまでの間に排気弁を閉弁させる手段を設けるとともに、排気弁の閉弁により燃焼室に残された排気が排気行程の進行にともなって圧縮されて温度上昇した状態において吸気弁が開弁するまでの間に予備噴射を行なわせるコントローラを設けたことを特徴とするディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジンに係り、特に、燃焼室におけるＮＯｘの生成を抑制しつつ、黒煙の排出量を低減して燃費を改善することができるディーゼルエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃焼室で生成されるＮＯｘを低減するためには、燃料の噴射時期を遅らせるタイミングリタードを行なうことが効果的である。また、黒煙の排出量を減少させるためには燃料の噴射圧力を高くし、あるいは、リエントラント型の燃焼室を採用することが有効であるとされてきた。
【０００３】
ところが、タイミングリタードを行なって排気中のＮＯｘを低減させると、黒煙の排出量が増加するとともに燃費が悪化する懸念がある。一方、高圧噴射においては、燃料の微粒化が改善されて黒煙の排出が減少するにも拘らず、燃焼温度が上昇してＮＯｘの排出量が増加してしまう。
【０００４】
かかる事態の回避策として、予混合圧縮着火方式のディーゼルエンジンが近年提案されている。この従来の予混合圧縮着火方式のディーゼルエンジンは、圧縮行程の初期に燃料を噴射し、圧縮行程の進行にともなって気化させて最終的に自然発火により着火燃焼させるものであり、均一な希薄混合気が燃焼に供されるために、ＮＯｘの生成を抑制しつつ黒煙の排出量を削減することができる利点がある。
【０００５】
しかしながら、圧縮行程の初期に燃料を噴射するようにしたこれまでの予混合圧縮着火方式のディーゼルエンジンにおいては、着火性の悪い特殊な燃料を、特別な構成の噴射装置を用いて供給する必要性があるにも拘らず、特定の負荷・回転領域でしかエンジンを運転することができない。このために、負荷および回転領域が広い車両用エンジンに上記予混合圧縮着火方式を適用することは実質的に不可能であるとされていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、ＮＯｘの生成を抑制しつつ黒煙の排出量を低減して燃費を改善することができるディーゼルエンジンを提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、コントローラにより制御される噴射ノズルを設け、該噴射ノズルにより予備噴射と主噴射を行なわせることにより、予備噴射による混合気中に主噴射を行なわせるようにしたディーゼルエンジンにおいて、排気行程の中期から排気上死点に至るまでの間に排気弁を閉弁させる手段を設けるとともに、排気弁の閉弁により燃焼室に残された排気が排気行程の進行にともなって圧縮されて温度上昇した状態において吸気弁が開弁するまでの間に予備噴射を行なわせるコントローラを設けたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るディーゼルエンジンの一実施形態を示す全体構成図であり、燃料タンク１にプレフィルタセジメント２、フィードポンプ３およびフューエルフィルタ４を介してサプライポンプ５を接続している。
【０００９】
また、前記サプライポンプ５の吐出口を、逆止弁６を介してコモンレール７に接続するし、エンジンの燃焼室に設けた噴射ノズル８を、フローリミッタ９を介してコモンレール７に接続して蓄圧式の燃料噴射装置を構成するとともに、排気行程の中期から排気上死点までの間に排気弁を閉弁させる手段を設けている。
【００１０】
１０はサプライポンプ５から吐出される燃料の圧力を所定値に保持させる電磁スピル弁、１１はリリーフ弁、１２はコモンレール７の燃料圧力の上限値を制限するプレッシャリミッタ、１３は噴射ノズル８に設けた電磁三方弁であり、エンジンのクランク軸１４に設けた回転センサ１５、気筒判別センサ１６の出力信号に加えて、アクセルセンサ１７およびコモンレール７に設けた圧力センサ１８の出力信号と、吸気温度あるいは気圧などで代表されるその他の制御情報をコントローラ１９に供給している。
【００１１】
コントローラ１９は、上記各種の制御情報など応答する制御信号を電磁スピル弁１０および電磁三方弁１３にそれぞれ供給することにより、サプライポンプ５の稼働を制御するとともに、噴射ノズル８から燃焼室に供給される燃料の量および供給時期を最適制御する。
【００１２】
また、前記コントローラ１９は回転センサ１５およびアクセルセンサ１７から出力された信号に基づいてエンジンの運転状態を判断する。そして、排気弁の閉弁から吸気弁が開弁するまでの間、すなわち、排気弁の閉弁により燃焼室に閉じこめられた排気が排気行程の進行にともなって圧縮されて温度上昇した状態において予備噴射信号を出力するとともに、圧縮上死点の近傍において主噴射信号を出力して予備噴射および主噴射をそれぞれ行なわせる。
【００１３】
上記のような構成になるディーゼルエンジンにおいて、排気弁の閉弁により燃焼室に残された排気が排気行程の進行にともなって圧縮されて温度上昇した状態において吸気弁が開弁するまでの間に予備噴射信号が出力されるために、噴射ノズル８から燃焼室に燃料が噴射（予備噴射）される。なお、このようにして行なわれる予備噴射は、総噴射量の３〜２０％の燃料が噴射されるが、エンジンの特性あるいは運転状態などに応じて予備噴射の噴射量と主噴射の噴射量の比率を設定することが望まれる。
【００１４】
上記のようにして圧縮状態の排気中に噴射された予備噴射燃料は、温度上昇した排気との接触により噴射直後に速やかに気化して排気との均一な混合気を形成する。なお、このようにして生成される希薄混合気中には排気が混入して内部ＥＧＲ効果をもたらすために、圧縮上死点の近傍で行なわれる主噴射で予備噴射燃料による希薄混合気および主噴射燃料の燃焼温度が低下してＮＯｘの生成を抑制する。
【００１５】
続いて、吸気弁の開弁にともなって燃焼室に新気が導入されると、燃料と燃焼ガスの混合気の温度が低下して燃料蒸気が凝縮する。しかしながら、その液滴径はきわめて小さなものであり、空間的不均一性が小さい。このために、温度の低下にともなって凝縮した燃料の液滴が圧縮行程で圧縮されて再び蒸発した際にも予混合気の均一性が高く保たれることになり、吸入行程において燃焼室に導入された新気による希釈作用により、燃焼室には当量比１を下回る均一な希薄混合気が形成される。
【００１６】
また、上記のような希薄混合気中には排気が混入して内部ＥＧＲ効果をもたらすために、圧縮上死点の近傍で行なわれる主噴射による燃焼温度が低下してＮＯｘの生成が抑制される。また、このように排気行程の中期から排気上死点に至るまでの間に排気弁を閉弁させて内部ＥＧＲ効果を得るようにした場合においても、予備噴射燃料により形成される希薄混合気には余剰の酸素を含むものであるから黒煙が発生することはなく、予備噴射による燃料噴霧が温度上昇した排気との接触で速やかに気化されるために、予備噴射燃料の噴霧がシリンダライナ壁に付着することによる燃焼率の低下とオイルへの混入が予防される。
【００１７】
また、上記のようにして形成された希薄混合気中には排気が混入しているものの、余剰の酸素を有しているためにすすの発生がなく、しかも、当量比が大きいために圧縮にともなう発熱の度合が低くて着火し難い特徴を有している。このために、ピストンが圧縮上死点の近傍まで上昇して温度がより高くなった場合にも自己着火することがなく、希薄混合気が自己着火したとしても当量比が小さいために、ＮＯｘおよび煙はほとんど生成されない。
【００１８】
圧縮上死点の近傍においてコントローラ１９から主噴射信号が出力されると、噴射ノズル８が開弁して希薄混合気中に残りの燃料を噴射する。このようにして噴射された燃料は、圧縮により温度上昇した希薄混合気との接触で速やかに気化して自己着火し、予備噴射燃料による希薄混合気および主噴射燃料を一気に燃焼させる。このとき、予備噴射燃料により形成されていた希薄混合気は、余剰の酸素を含むものであるから黒煙の発生が抑制される。
【００１９】
ところで、予備噴射燃料による希薄混合気は熱容量が大きいために、予備噴射燃料を含まない空気のみを圧縮した場合に対比して圧縮による発熱の度合が低くなる。このために、主噴射にともなう燃焼温度が低くなり、ＮＯｘの生成が抑制される。なお、予備噴射燃料による希薄混合気が着火した場合は、この着火により発生した燃焼ガスがいわゆる内部ＥＧＲ効果をさらに高くするために、ＮＯｘの生成の抑止効果がより高くなるものであり、いずれにしても燃焼にともなうＮＯｘの生成が効果的に抑制される。
【００２０】
図２は噴射ノズルの開閉特性図であり、コントローラ１９により制御される噴射ノズルは、排気弁の閉弁から吸気弁が開弁するまでの間に予備噴射を行ない、圧縮上死点の近傍で主噴射を行なうことを示している。
【００２１】
なお、上記実施形態においては１回の予備噴射を行なう場合について説明しているが、予備噴射を複数回に分割して行なわせることにより、予備噴射された燃料の到達距離をより小さくしてシリンダライナ壁への付着を回避することができるものであり、エンジンの特性もしくは運転状態などに応じて吸入行程の初期から圧縮行程の中期までの間に１回ないし複数回の予備噴射を二次的に行なわせて予備噴射の噴射量と主噴射の噴射量の比率を最適制御することもできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明は、排気弁の閉弁により燃焼室に残された排気が排気行程の進行にともなって圧縮されて温度上昇した状態において吸気弁が開弁するまでの間に予備噴射を行なわせるようにしているために、予備噴射燃料の気化性能を高くして均一な希薄混合気を生成することができるとともに、希薄混合気中への排気の混入による内部ＥＧＲ効果と相まってＮＯｘの発生をより確実に抑制しつつ黒煙の排出量を低減して燃費を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るディーゼルエンジンの一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】  図１に示した噴射ノズルの開閉特性図である。
【符号の説明】
１    燃料タンク
２    プレフィルタセジメンタ
３    フィードポンプ
４    フューエルフィルタ
５    サプライポンプ
６    吐出弁
７    コモンレール
８    噴射ノズル
９    フローリミッタ
１０    電磁スピル弁
１１    リリーフ弁
１２    プレッシャリミッタ
１３    電磁三方弁
１４    クランク軸
１５    回転センサ
１６    気筒判別センサ
１７    アクセルセンサ
１８    圧力センサ
１９    コントローラ
【図１】
0003842451.tif 000002
【図２】
0003842451.tif 000003