JP4779386B2

JP4779386B2 - ディーゼルエンジン

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Publication number: JP4779386B2
Application number: JP2005057174A
Authority: JP
Inventors: 直基島▲崎▼; 明彦港
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: JP2006242053A

Description

本発明は、エンジンの運転状態に基づいて予混合燃焼と拡散燃焼とを切り換えるディーゼルエンジンに関するものである。

シリンダ内に燃料を直接噴射する４サイクルディーゼルエンジンでは、シリンダ内が高温・高圧となるピストンの圧縮上死点近傍で燃料を噴射するのが一般的であった。この場合、燃料の噴射中に着火が始まって火炎が形成され、その火炎に後続の燃料が供給されることで燃焼が継続される。このように、燃料の噴射中に着火が始まる燃焼形態は一般的に拡散燃焼と称されているが、この拡散燃焼ではＮＯｘやスモーク等が発生するという問題が指摘されている。

そこで、燃料の噴射時期をピストンの圧縮上死点よりも早くして、燃料の噴射終了後に混合気が着火する（言い換えれば、混合気の着火前に燃料の噴射が終了する）予混合燃焼と称される燃料形態を実現させることが提案されている（特許文献１参照）。

予混合燃焼では、燃料の噴射終了後、ある程度の期間（予混合期間）を経て混合気が着火するので、着火までに混合気が希薄・均一化される。従って、局所的な燃焼温度が下がりＮＯｘ排出量が低減するうえ、空気不足状態での燃焼も回避されるのでスモークの発生も抑制される。特に、燃料噴射の早期化に併せてＥＧＲ（排気ガス再循環）を実行して混合気の酸素濃度を下げることで、ＮＯｘ低減効果を高めることができる上、予混合期間及び着火時期の適正化を図ることが可能となる。

特開２００３−８３１１９号公報

このように排気ガスの改善に有効な予混合燃焼であるが、燃料噴射量の多い高回転・高負荷領域で実行するとディーゼルノックが激しくなるという問題があった。

ディーゼルノックを抑制するためには、燃料噴射量に見合うだけの多量の酸素をシリンダ内に供給することと、シリンダ内の混合気を低酸素濃度に維持することとを両立させる必要がある。つまり、高回転・高負荷領域で予混合燃焼を実行するためには、多量の空気（新気）と多量の不活性ガス（ＥＧＲガス）とをシリンダ内に導入することが要求されるが、現時点ではこれを達成するような吸気システム又は過給システムが確立されていない。

また、予混合燃焼を高回転・高負荷領域で実行できない他の理由としては、噴射された燃料が全て混合された後に燃焼する予混合燃焼では、筒内最高圧力が拡散燃焼と比べて高くなるため、燃料噴射量の多い高回転・高負荷領域で実行すると、筒内最高圧力がエンジンの許容最大筒内圧力を越えてしまう点が挙げられる。こうなると、エンジンの大幅な設計変更が必要となる上、コストが増大してしまうのである。

そこで、特許文献１にも示されるように、エンジンの運転状態が低回転・低負荷領域であるときには予混合燃焼を実行し、高回転・高負荷領域であるときには拡散燃焼を実行することが提案されている。しかしながら、上述したように拡散燃焼ではＮＯｘ等の排出量が予混合燃焼と比べて多くなるため、予混合燃焼を実行できる運転領域を少しでも拡げることが望まれている。

また、拡散燃焼を実行する運転領域が広いと、排気ガスを浄化するための後処理装置として大型かつ高性能のものが必要となりコストが増大する上、後処理装置のフィルターを再生するための特別な燃料噴射を行う回数が多くなるため、燃費が悪化するという問題もある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、予混合燃焼を実行可能な運転領域を拡大することにある。

上記目的を達成するために本発明は、任意のタイミングでシリンダ内に燃料を噴射可能な燃料噴射装置と、任意のタイミングで開閉可能な可変式吸気弁及び可変式排気弁と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記運転状態検出手段により検出される運転状態に基づいて、上記燃料噴射装置、可変式吸気弁及び可変式排気弁を制御する制御装置と、を有し、上記制御装置により、エンジンのクランクシャフトが一回転する毎に、上記可変式吸気弁及び可変式排気弁をそれぞれ一回ずつ開く２サイクル運転と、エンジンのクランクシャフトが二回転する毎に、上記可変式吸気弁及び可変式排気弁をそれぞれ一回ずつ開く４サイクル運転とを切り換えるディーゼルエンジンにおいて、上記制御装置は、上記２サイクル運転を行うと共に、ピストンの圧縮上死点よりも前に上記燃料噴射装置による燃料噴射を行い、混合気の着火前に燃料の噴射が終了する２サイクル予混合燃焼運転での目標燃料噴射量に基づいて決定した、上記２サイクル予混合燃焼運転を行った場合にディーゼルノックが発生する運転領域と発生しない運転領域とを備えており、上記運転状態検出手段により検出された運転状態が、上記２サイクル予混合燃焼運転を行った場合にディーゼルノックが発生しない運転領域であるときには、上記２サイクル予混合燃焼運転を実行し、上記運転状態検出手段により検出された運転状態が、上記２サイクル予混合燃焼運転を行った場合にディーゼルノックが発生する運転領域であるときには、上記４サイクル運転を行うと共に、ピストンの圧縮上死点近傍で上記燃料噴射装置による燃料噴射を行い、燃料の噴射中に着火が始まる４サイクル拡散燃焼運転を実行するものである。

ここで、上記制御装置は、上記２サイクル予混合燃焼運転を実行する場合、上記燃料噴射装置による燃料噴射をピストンの圧縮上死点前３０度以降に開始しても良い。

また、上記制御装置は、上記２サイクル予混合燃焼運転を実行する場合、上記可変式排気弁を開く期間を、所定量の既燃ガスがシリンダ内に残留するような期間としても良い。

また、吸気圧を高めるための過給装置をさらに備えても良い。

本発明によれば、予混合燃焼を実行可能な運転領域を従来よりも拡大できるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本実施形態に係るディーゼルエンジンの概略図である。なお、図１では明瞭化のため単気筒エンジンとして示しているが、本発明はエンジンの気筒数に関わらず適用可能なものである。

図中１はエンジン本体であり、このエンジン本体１は、シリンダ２、シリンダヘッド３、ピストン４、吸気ポート５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、インジェクタ９（燃料噴射装置）等を備えている。シリンダ２、シリンダヘッド３及びピストン４で囲まれた空間に燃焼室１０が形成される。ピストン４の頂部にはキャビティ１１が凹設されており、燃焼室１０内に臨んで設けられたインジェクタ９からキャビティ１１に向かって燃料が直接噴射される。インジェクタ９の燃料噴射角度などは、後述する拡散燃焼運転時及び予混合燃焼運転時にかかわらず、噴射された燃料が常にキャビティ１１内に到達するように設計される。これは、燃料がシリンダ２の側壁等に付着すると未燃ＨＣとして排出されるおそれがあるからである。

インジェクタ９はコモンレール２４に接続され、そのコモンレール２４に貯留された高圧燃料（例えば、２０〜２００ＭＰａ）がインジェクタ９に常時供給される。コモンレール２４への燃料圧送は高圧サプライポンプ２５により行われる。

吸気弁７及び排気弁８はそれぞれ可変バルブ機構７ａ，８ａを備えており、その開閉タイミングを任意に調節できるようになっている。つまり、本実施形態のエンジンの吸気弁７及び排気弁８は、任意のタイミングで開閉可能な可変式吸気弁及び可変式排気弁である。

吸気ポート５及び排気ポート６はそれぞれ、吸気管１２及び排気管１３に接続されており、これら吸気管１２及び排気管１３にはターボチャージャ１４（過給装置）が介設される。

ターボチャージャ１４は、排気管１３に設けられたタービン１５と、吸気管１２に設けられたコンプレッサ１６とを備え、排気のエネルギを利用して吸気を加圧できるようになっている。コンプレッサ１６の上流側には吸気流量を検出するための吸気量センサ１７が設けられ、下流側には吸気を冷却するためのインタクーラ１８が設けられる。

排気管１３におけるタービン１５よりも下流側には、排気ガス後処理装置としての連続再生式ＤＰＦ３２が設けられる。連続再生式ＤＰＦ３２は、排気ガス中のＮＯをＮＯ₂ に酸化させる酸化触媒３０と、排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ３１とからなり、エンジンの運転中に排気ガス中のＰＭをＤＰＦ３１にて捕集すると共に、酸化触媒３０から流入するＮＯ₂ によってこの捕集したＰＭを燃焼させてＤＰＦ３１の再生を行う。

酸化触媒３０は例えば、ハニカム状のコーディエライト、あるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート層を形成し、このコート層に白金、パラジウム、あるいはロジウム等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させたもの等が使用される。

ＤＰＦ３１は、例えば多孔質のコーディエライト、あるいは炭化珪素によって多数のセルが平行に形成され、セルの入口と出口が交互に閉鎖された、所謂ウォールフロー型と呼ばれるハニカムフィルタや、セラミック繊維をステンレス多孔管に何層にも巻き付けた繊維型フィルタが使用される。

本実施形態のエンジンは更に、排気管１３内を流れる排気ガスの一部を燃焼室１０内に還流するためのＥＧＲ装置１９を備える。ＥＧＲ装置１９は、吸気管１２と排気管１３とを結ぶＥＧＲ管２０と、このＥＧＲ管２０を通って燃焼室１０内に還流されるＥＧＲガス（排気ガス）の流量を調節するためのＥＧＲ弁２１と、ＥＧＲ弁２１の上流側にてＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２２とを備える。吸気管１２においては、ＥＧＲ管２０との接続部よりも上流側で吸気を適宜絞るための吸気絞り弁２３が設けられる。

このエンジンの各種装置を電子制御するためのＥＣＵ２６（制御装置）が設けられており、ＥＣＵ２６は各種センサ類の検出値に基づいてエンジンの運転状態を判断し、そのエンジン運転状態に基づいてインジェクタ９、可変バルブ機構７ａ，８ａ、ＥＧＲ弁２１、吸気絞り弁２３、高圧ポンプ２５等を制御する。センサ類としては上述した吸気量センサ１７の他、アクセル開度センサ３３、エンジン回転速度センサ３４、クランク角度センサ３５、コモンレール圧センサ３６等が含まれ、これらセンサーの検出値、つまり、吸気量、アクセル開度、エンジン回転速度、クランクシャフト角度、コモンレール圧等がＥＣＵ２６に送信される。

なお、本実施形態では、アクセル開度センサ３３及びエンジン回転速度センサ３４等が、「特許請求の範囲」における運転状態検出手段を構成する。

インジェクタ９は、ＥＣＵ２６によりＯＮ／ＯＦＦ制御される電磁ソレノイド（図示せず）を有しており、ＥＣＵ２６によってインジェクタ９による燃料噴射時期（タイミング）、噴射期間、噴射量などが任意に調節できるようになっている。ＥＣＵ２６は、エンジン回転速度センサ３４やアクセル開度センサ３３等の検出値に基づいて、燃料の噴射時期及び噴射期間などの目標値を決定し、それら目標値に従ってインジェクタ９の電磁ソレノイドをＯＮ／ＯＦＦする。噴射時期及び噴射期間などの目標値は、ＥＣＵ２６に予めマップ等の形式で入力される。

可変バルブ機構７ａ，８ａもまた、ＥＣＵ２６によりＯＮ／ＯＦＦ制御される電磁ソレノイド（図示せず）を有しており、ＥＣＵ２６により吸気弁７及び排気弁８の開放時期（タイミング）や開放期間などを任意に調節できるようになっている。ＥＣＵ２６は、クランク角度センサ３５等の検出値に基づいて可変バルブ機構７ａ，８ａの電磁ソレノイドをＯＮ／ＯＦＦする。

さて、本実施形態のエンジンは、アクセル開度センサ３３及びエンジン回転速度センサ３４等により検出されるエンジンの運転状態に基づいて、予混合燃焼と拡散燃焼とを切り換えるものである。

具体的に説明すると、本実施形態のＥＣＵ２６は、アクセル開度センサ３３及びエンジン回転速度センサ３４等の検出値に基づいてマップ等から決定した「目標燃料噴射量Ｑ（エンジン負荷に相当）」と、「エンジン回転速度センサ３４の検出値」とに基づいてエンジンの運転状態を判断し、その運転状態が、図４に示す所定の運転状態（切換ラインＡ）よりも低回転速度かつ低負荷であるときには、エンジンのクランクシャフトが一回転する毎に、可変式吸気弁７及び可変式排気弁８をそれぞれ一回ずつ開くと共にピストン４の圧縮上死点よりも前にインジェクタ９による燃料噴射を行い、混合気の着火前に燃料の噴射が終了する２サイクル予混合燃焼運転を実行し、上記エンジンの運転状態が、所定の運転状態（切換ラインＡ）よりも高回転速度かつ高負荷であるときには、エンジンのクランクシャフトが二回転する毎に、可変式吸気弁７及び可変式排気弁８をそれぞれ一回ずつ開くと共にピストン４の圧縮上死点近傍でインジェクタ９による燃料噴射を行い、燃料の噴射中に着火が始まる４サイクル拡散燃焼運転を実行する。

以下、ＥＣＵ２６が実行する２サイクル予混合燃焼運転と４サイクル拡散燃焼運転について説明する。

＜２サイクル予混合燃焼運転＞
ＥＣＵ２６は、エンジンの運転状態が、所定の運転状態（図４の切換ラインＡ）よりも低回転速度かつ低負荷である場合、図２（ａ）及び図３に示すような、２サイクル予混合燃焼運転を実行する。

これらの図から分かるように、２サイクル予混合燃焼運転では、エンジンのクランクシャフトが一回転する毎に、膨張−排気−吸気−圧縮の四つの行程が行われる。

具体的に説明すると、前回のサイクルで噴射された燃料がピストンの圧縮上死点近傍で着火すると膨張行程が始まり、その後、クランク角が上死点後９０度（ＡＴＤＣ９０°ＣＡ）を越えると、ＥＣＵ２６により排気弁８が開かれて排気行程が始まる（既燃ガスが排出される）。

クランク角が下死点直前まで到達すると、ＥＣＵ２６は排気弁８を開に維持したまま吸気弁７を開く。これにより、燃焼室１０内に吸気ポート５から新気及びＥＧＲガスが導入される。この期間は、排気行程と吸気行程のオーバーラップ期間となる。

クランク角が下死点を越えると、ＥＣＵ２６により排気弁８が閉じられて排気行程が終了する。

クランク角が下死点後（上死点前）９０度近傍になるとＥＣＵ２６により吸気弁７が閉じられて吸気行程が終了し、圧縮行程が始まる。

その後、クランク角が上死点前の所定角度に到達すると、ＥＣＵ２６によりインジェクタ９からの燃料噴射が実行され、上死点前に終了する。なお、この段階では混合気は着火しない。

インジェクタ９からの燃料噴射が終了した後、所定期間（混合気の予混合期間）が経過して、クランク角が上死点近傍に達すると、混合気が着火・燃焼し、再度膨張行程に移行する。

このように、２サイクル予混合燃焼運転では、エンジンのクランクシャフトが一回転する毎に、吸排気弁７，８の開放がそれぞれ一回ずつ実行される。

インジェクタ９による燃料噴射は、クランクシャフトの一回転毎に、ピストン４の圧縮上死点よりも所定期間前で行われ、混合気の着火時期（基本的には圧縮上死点近傍）よりも前に噴射が終了する。

本実施形態のエンジンでは、ＥＣＵ２６は、２サイクル予混合燃焼運転を実行する場合、インジェクタ９による燃料噴射を、ピストンの圧縮上死点前３０度（ＢＴＤＣ３０°ＣＡ）から圧縮上死点までの間に開始する。これは、燃料の噴射タイミングが早すぎる（ＢＴＤＣ３０°ＣＡよりも前）と、シリンダ２内の空気の温度及び密度が低い状態で燃料が噴射されることになるため、混合気の予混合化（希薄化・均一化）が充分に行われず、排気ガスの改善効果が低くなったり、着火時期のコントロールが困難となるからである。また、燃料の噴射タイミングが早すぎると、ピストン４の位置が上死点から大きく離れた状態で燃料が噴射されることになるため、噴射された燃料がシリンダ２の側壁等に付着して未燃ＨＣが排出される可能性もある。

ＥＣＵ２６は、２サイクル予混合燃焼運転を実行する場合、ＥＧＲ装置１９により比較的多量のＥＧＲを実行し、混合気のＥＧＲ率が比較的大きく（例えば、約６０％以上）なるように制御する。これにより、混合気の酸素濃度を低減してＮＯｘの排出を抑制する。また、混合気のＥＧＲ率を適切に制御することにより、予混合期間及び着火時期を適切に制御する。

＜４サイクル拡散燃焼運転＞
一方、ＥＣＵ２６は、エンジンの運転状態が、所定の運転状態（図４の切換ラインＡ）よりも高回転速度かつ高負荷である場合には、一般的なディーゼルエンジンと同様の４サイクル拡散燃焼を行う。

この燃焼は一般的なものであるので詳しい説明は省略するが、エンジンのクランクシャフトが二回転する毎に、膨張−排気−吸気−圧縮の四つの行程が行われる。４サイクル拡散燃焼運転では、エンジンのクランクシャフトが二回転する毎に、吸排気弁７，８の開放がそれぞれ一回ずつ行われ、インジェクタ９による燃料噴射は、ピストン４の圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で行わる。インジェクタ９により噴射された燃料は、その噴射が終了する前に着火して火炎となり、その火炎に後続の燃料が供給されることで燃焼が継続される。

本実施形態のエンジンの特徴は、エンジンの運転状態が所定の運転状態よりも低回転速度かつ低負荷であるときには２サイクルでの予混合燃焼を実行し、エンジンの運転状態が所定の運転状態よりも高回転速度かつ高負荷であるときには、４サイクルでの拡散燃焼を実行する点にある。つまり、本実施形態のエンジンは、エンジンの運転状態に基づいて予混合燃焼と拡散燃焼とを切り換えると共に、その切り換えに併せて２サイクルと４サイクルとを切り換えるのである。

従来のディーゼルエンジンでは、予混合燃焼及び拡散燃焼のどちらを実行する場合であっても、図２（ｂ）に示すように、エンジンのクランクシャフトが二回転する毎に膨張−排気−吸気−圧縮の四行程を行う（言い換えれば、クランクシャフトが二回転する毎に吸排気弁７，８がそれぞれ一回ずつ開放される）４サイクル運転を行うのが一般的であるが、本実施形態では予混合燃焼を実行するときには２サイクル運転に切り換えるのである。なお、図２（ｂ）は、４サイクル予混合燃焼の制御内容の一例を示したものである。

本実施形態のエンジンのように、予混合燃焼を実行するときに２サイクル運転に切り換えることによって、予混合燃焼を従来よりも高回転・高負荷領域で実行することが可能となり、結果として、予混合燃焼を実行できる運転領域を従来よりも拡げることができる。

その理由は、２サイクル運転ではエンジンの出力が倍増するため、同一の出力を得るために必要な一回の燃料噴射量が半減するからである。つまり、２サイクル運転を採用することによって、所定のエンジン負荷において必要とされる燃料噴射量が半減するため、当然、予混合燃焼を実行するために必要な（言い換えれば、激しいディーゼルノックを抑制するために必要な）酸素及び不活性ガス（ＥＧＲガス）の量も半減する。従って、既存の吸気システム又は過給システムを用いて比較的高回転・高負荷領域で予混合燃焼を実行しても、燃料噴射量に見合った量の酸素及びＥＧＲガスを燃焼室１０内に導入することができ、ディーゼルノックを抑制できる。

また、燃料噴射量が半減することにより、筒内最高圧力も低くなるので、従来よりも高回転・高負荷領域で予混合燃焼を実行しても、筒内最高圧力が許容圧力を越えてしまうことはない。これも、予混合燃焼の実行可能領域を拡大できる一因である。

ここで、エンジンの出力Ｐは以下の式から求めることができる。

Ｐ＝ｍｅｐ×Ｄ×Ｎｅ／ｎＲ
ここで、ｍｅｐは筒内平均有効圧力、Ｄは排気量、Ｎｅはエンジン回転速度である。また、ｎＲは一回の膨張ストロークを得る間のクランクシャフトの回転数であり、４サイクルでは２、２サイクルでは１となる。

この式から、２サイクル運転ではエンジン出力が４サイクル運転の２倍となることが分かる。

ところで、２サイクル運転では、排気弁８を開放できる期間が４サイクル運転よりも短く、既燃ガスの掃気性（排気性）が悪いという問題があるが、予混合燃焼では、燃焼室１０内に残留した既燃ガスが混合気の酸素濃度を低減させる内部ＥＧＲガスとして作用するため、むしろ良好な予混合燃焼の確保に貢献することになる。つまり、拡散燃焼を実行する場合は、２サイクル運転における排気性の悪さが、スモークの発生など、燃焼に悪影響を与えてしまうことになるが、予混合燃焼と２サイクル運転とを組み合わせた場合、排気性の悪さが逆にメリットとなるのである。

また、２サイクル運転と予混合燃焼とを組み合わせることによって、外部ＥＧＲ装置１９単独では達成できないような高いＥＧＲ率を確保することが可能となり、これも予混合燃焼の実行可能領域の拡大に貢献する。高ＥＧＲ率を確保するという観点から見れば、２サイクル予混合燃焼運転を実行するときに、ＥＣＵ２６により排気弁８を開く期間を、所定量（適切な量）の既燃ガスが燃焼室１０（シリンダ２）内に残留するような期間に設定することが好ましい。例えば、エンジンの運転状態毎に、所望の既燃ガスを燃焼室１０内に残留させるために必要な排気弁８の開放期間及び開放時期を予め定めておき、ＥＣＵ２６にマップ等の形式で入力しておくこと等が考えられる。

以上説明してきたように、本実施形態のエンジンによれば、図４に示す如く、予混合燃焼を実行する領域を従来よりも拡大することができる。

従って、ＮＯｘ等の汚染物質の排出量が従来と比べて低減するので、後処理装置（ここでは、連続再生式ＤＰＦ３２）を小型化したり、貴金属の担持量を減らすなどして、コスト低減を図ることができる。

また、連続再生式ＤＰＦ３２では、排気ガスの温度が低いとＤＰＦ３１に捕集されたＰＭを燃焼させることができないため、排気ガスの温度が低い場合、ＰＭの捕集量が一定量に達したときに、特別な燃料噴射制御を行って排気ガス温度を上昇させる必要があるが、本実施形態のエンジンによれば、ＰＭの排出量が従来と比べて少なくなるので、排気ガス温度上昇用の燃料噴射を行う回数が少なくなり、燃費の向上につながる。

ところで、本実施形態のエンジンでは、エンジンの運転状態が所定の運転状態（図４の切換ラインＡ）よりも高回転・高負荷領域であるときには拡散燃焼に切り換えるようにしている。

この理由を説明すると、高回転・高負荷領域に向かうほど燃料噴射量が多くなるため、燃料噴射量を半減できる２サイクル予混合燃焼運転であっても、予混合燃焼を維持できない領域が存在するからである。つまり、現在の吸気及び過給システムでは、２サイクル予混合燃焼運転を全領域で実行すると、酸素及び不活性ガスの量が不足してディーゼルノックが発生してしまう領域が生じてしまうのである。

また、本実施形態のエンジンでは、予混合燃焼から拡散燃焼に切り換える際に、２サイクルから４サイクルに切り換えるようにしているが、これは、拡散燃焼を実行する場合、２サイクル運転における排気性の悪さが、スモークの増加等のデメリットとして作用するからである。

要するに、本実施形態のエンジンは、エンジンの運転状態が所定の運転状態よりも低回転・低負荷側であるときには２サイクル予混合燃焼運転を実行し、所定の運転状態よりも高回転・高負荷側であるときには４サイクル拡散燃焼運転を実行することにより、エンジンの全運転領域において汚染物質の排出量を最小限に抑えることを可能にしたものである。

なお、上記実施形態では、ターボチャージャ１４（過給装置）として、エンジンの運転状態に関わらず常に作動するタイプを示したが、本発明はこの点において限定されず、ＥＣＵ２６により作動・非作動を切り換えることが可能なタイプを用いても良い。この場合、少なくとも２サイクル予混合燃焼運転を実行するときにはターボチャージャ１４を作動して、吸気を加圧することが好ましい。

また、上記実施形態では、吸気弁７及び排気弁８がそれぞれ可変バルブ機構７ａ，８ａを備えるとしたが、本発明はこの点において限定されず、２サイクル予混合燃焼運転用のカムシャフトと、４サイクル拡散燃焼運転用のカムシャフトとを設け、エンジンの運転状態に基づいて吸気弁７及び排気弁８を駆動するカムシャフトを適宜選択するようにしても良い。

本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの概略図である。（ａ）本発明の一実施形態のエンジンが実行する２サイクル予混合燃焼運転の制御内容の一例を示す図である。（ｂ）４サイクル予混合燃焼運転の制御内容の一例を示す図である。２サイクル予混合燃焼運転における吸排気弁の開閉タイミングを説明するための図である。予混合燃焼運転と拡散燃焼運転の実行領域を示す図である。

符号の説明

４ピストン
７吸気弁（可変式吸気弁）
７ａ可変バルブ機構
８排気弁（可変式排気弁）
８ａ可変バルブ機構
９インジェクタ（燃料噴射装置）
１４ターボチャージャ（過給装置）
１９ＥＧＲ装置
２６ＥＣＵ（制御装置）
３２連続再生式ＤＰＦ（後処理装置）
３３アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
３４エンジン回転速度センサ（運転状態検出手段）

Claims

任意のタイミングでシリンダ内に燃料を噴射可能な燃料噴射装置と、
任意のタイミングで開閉可能な可変式吸気弁及び可変式排気弁と、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
上記運転状態検出手段により検出される運転状態に基づいて、上記燃料噴射装置、可変式吸気弁及び可変式排気弁を制御する制御装置と、を有し、
上記制御装置により、エンジンのクランクシャフトが一回転する毎に、上記可変式吸気弁及び可変式排気弁をそれぞれ一回ずつ開く２サイクル運転と、エンジンのクランクシャフトが二回転する毎に、上記可変式吸気弁及び可変式排気弁をそれぞれ一回ずつ開く４サイクル運転とを切り換えるディーゼルエンジンにおいて、
上記制御装置は、
上記２サイクル運転を行うと共に、ピストンの圧縮上死点よりも前に上記燃料噴射装置による燃料噴射を行い、混合気の着火前に燃料の噴射が終了する２サイクル予混合燃焼運転での目標燃料噴射量に基づいて決定した、上記２サイクル予混合燃焼運転を行った場合にディーゼルノックが発生する運転領域と発生しない運転領域とを備えており、
上記運転状態検出手段により検出された運転状態が、上記２サイクル予混合燃焼運転を行った場合にディーゼルノックが発生しない運転領域であるときには、上記２サイクル予混合燃焼運転を実行し、
上記運転状態検出手段により検出された運転状態が、上記２サイクル予混合燃焼運転を行った場合にディーゼルノックが発生する運転領域であるときには、上記４サイクル運転を行うと共に、ピストンの圧縮上死点近傍で上記燃料噴射装置による燃料噴射を行い、燃料の噴射中に着火が始まる４サイクル拡散燃焼運転を実行する
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
上記制御装置は、
上記２サイクル予混合燃焼運転を実行する場合、上記燃料噴射装置による燃料噴射をピストンの圧縮上死点前３０度以降に開始する
請求項１記載のディーゼルエンジン。
上記制御装置は、
上記２サイクル予混合燃焼運転を実行する場合、上記可変式排気弁を開く期間を、所定量の既燃ガスがシリンダ内に残留するような期間とする
請求項１又は２記載のディーゼルエンジン。
吸気圧を高めるための過給装置をさらに備える、
請求項１〜３いずれかに記載のディーゼルエンジン。