JP5464079B2 - diesel engine - Google Patents
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Description
本発明は、酸化機能を有する触媒とディーゼルパティキュレートフィルタとを排気通路に備えたディーゼルエンジンに関するものである。 The present invention relates to a diesel engine provided with a catalyst having an oxidation function and a diesel particulate filter in an exhaust passage.
従来より、ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、「DPF」ともいう)が排気通路に設けられたディーゼルエンジンがよく知られている。このDPFは、排気中の粒子状物質(PM:Particulate matter)を捕捉するものであり、粒子状物質の堆積量が増加すると、再生する必要がある。このようなDPFの上流側には、通常、酸化機能を有する触媒、例えば、酸化触媒が設けられており、DPFの再生には、この触媒が利用される。例えば、特許文献1に係るディーゼルエンジンでは、気筒内にトルク発生のための燃料を噴射する主噴射を行った後に、ポスト噴射を行って、未燃状態の燃料を排気通路へ導入している。未燃燃料が触媒まで到達すると、そこで酸化反応して、排気温度を上昇させる。その結果、DPFに堆積したPMが高温の排気によって焼却除去される。こうして、DPFの再生が行われる。 Conventionally, a diesel engine in which a diesel particulate filter (hereinafter also referred to as “DPF”) is provided in an exhaust passage is well known. The DPF captures particulate matter (PM) in the exhaust gas, and needs to be regenerated as the amount of particulate matter deposited increases. A catalyst having an oxidation function, for example, an oxidation catalyst is usually provided on the upstream side of the DPF, and this catalyst is used for regeneration of the DPF. For example, in a diesel engine according to Patent Document 1, after performing main injection that injects fuel for generating torque into a cylinder, post-injection is performed to introduce unburned fuel into the exhaust passage. When the unburned fuel reaches the catalyst, it undergoes an oxidation reaction to raise the exhaust temperature. As a result, PM deposited on the DPF is incinerated and removed by high-temperature exhaust. In this way, DPF regeneration is performed.
しかしながら、上述のようなDPFの再生においては、触媒における未燃燃料の酸化反応が必須であるが、排気温度が低いと、触媒での未燃燃料の反応が不十分となる虞がある。その結果、排気温度が十分に上昇せず、DPFの再生が困難となる。 However, in the regeneration of the DPF as described above, the oxidation reaction of the unburned fuel in the catalyst is essential. However, when the exhaust temperature is low, the reaction of the unburned fuel in the catalyst may be insufficient. As a result, the exhaust temperature does not rise sufficiently, and it becomes difficult to regenerate the DPF.
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気温度が低い状況下においてもDPFの再生を実行可能とすることにある。 The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to enable regeneration of the DPF even under a situation where the exhaust gas temperature is low.
ここに開示された技術は、軽油を主成分とする燃料が供給されるエンジン本体と、該エンジン本体の気筒内に臨んで配設され且つ該気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該エンジン本体の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉時期を変更可能な可変動弁機構と、該エンジン本体に接続された排気通路内に配設される酸化機能を有する触媒と、該排気通路内において該触媒の下流に配設されるDPFとを備えたディーゼルエンジンが対象である。そして、このディーゼルエンジンは、主燃焼を発生させるための燃料を噴射する主噴射と該主燃焼後に燃料を噴射する第2後段噴射とを上記燃料噴射弁に行わせることによって上記DPFのフィルタ再生を実行する再生制御部をさらに備え、上記再生制御部は、上記エンジン本体が相対的に低負荷の領域にあるときに、上記主噴射及び第2後段噴射に加えて、該第2後段噴射の前であって且つ主燃焼期間中に燃料を噴射する第1後段噴射を上記燃料噴射弁に行わせる低負荷モードと、上記エンジン本体が相対的に高負荷の領域にあるときに、上記燃料噴射弁に上記第1後段噴射を行わせることなく、上記主噴射及び第2後段噴射を行わせる高負荷モードとを有し、上記低負荷モードには、上記エンジン本体が相対的に低回転の領域にあるときに、上記可変動弁機構を介して内部EGRを行うEGRモードと、上記エンジン本体が相対的に高回転の領域にあるときに、上記内部EGRを行わない非EGRモードとを含むものとする。 The technology disclosed herein includes an engine body that is supplied with fuel mainly composed of light oil, a fuel injection valve that is disposed facing a cylinder of the engine body and directly injects fuel into the cylinder, A variable valve mechanism capable of changing an opening / closing timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve of the engine body, a catalyst having an oxidation function disposed in an exhaust passage connected to the engine body, and the exhaust passage A diesel engine equipped with a DPF disposed downstream of the catalyst is an object. The diesel engine performs the filter regeneration of the DPF by causing the fuel injection valve to perform main injection for injecting fuel for generating main combustion and second post-injection for injecting fuel after the main combustion. And a regeneration control unit that executes the regeneration control unit before the second subsequent injection in addition to the main injection and the second subsequent injection when the engine body is in a relatively low load region. A low load mode for causing the fuel injection valve to perform a first post-injection for injecting fuel during a main combustion period, and the fuel injection valve when the engine body is in a relatively high load region. And a high load mode in which the main injection and the second post injection are performed without causing the first post injection, and in the low load mode, the engine body is in a relatively low rotation region. One day , An EGR mode for the internal EGR via the variable valve mechanism, when the engine body is in the region of relatively high rotation, is intended to include a non-EGR mode is not performed the internal EGR.
上記の構成によれば、エンジン本体が所定の運転領域、例えば、排気温度が上昇し難い運転領域にあるときには、内部EGRを行いつつ上記第2後段噴射を行うことによって上記フィルタ再生が行われる。すなわち、内部EGRを行うことによって、気筒内の排気温度が上昇し、触媒の活性化ないし活性維持に有利になる。この状態で第2後段噴射を行うことによって、排気通路へ排出される未燃燃料が触媒において効率良く酸化され、これに伴って発生する酸化反応熱によってDPFを加熱することができる。これにより、DPFに捕集されているPMを燃焼除去することができる。こうして、フィルタ再生が行われる。 According to the above configuration, when the engine body is in a predetermined operation region, for example, an operation region in which the exhaust temperature does not easily rise, the filter regeneration is performed by performing the second second-stage injection while performing internal EGR. That is, by performing the internal EGR, the exhaust temperature in the cylinder rises, which is advantageous for activating or maintaining the catalyst. By performing the second post-stage injection in this state, the unburned fuel discharged to the exhaust passage is efficiently oxidized in the catalyst, and the DPF can be heated by the oxidation reaction heat generated accordingly. Thereby, PM collected by DPF can be burned and removed. Thus, filter regeneration is performed.
つまり、排気温度が低い場合には、第2後段噴射だけでは、未燃燃料を触媒において十分に酸化させることができず、フィルタ再生が困難となる。そこで、第2後段噴射に加えて、内部EGRを行うことによって、排気温度を上昇させ、触媒における未燃燃料の酸化を促進させることができ、ひいては、フィルタ再生を行うことができるようになる。 That is, when the exhaust gas temperature is low, the unburned fuel cannot be sufficiently oxidized in the catalyst only by the second post-injection, and the filter regeneration becomes difficult. Therefore, by performing internal EGR in addition to the second post-stage injection, it is possible to increase the exhaust gas temperature and promote the oxidation of unburned fuel in the catalyst, and thus it is possible to perform filter regeneration.
尚、上記EGRモードを行う上記所定の運転領域は、排気温度が、第2後段噴射だけでは未燃燃料を触媒において十分に酸化させることができない温度になると想定される運転領域に設定し得る。 The predetermined operation region in which the EGR mode is performed can be set to an operation region in which the exhaust temperature is assumed to be a temperature at which the unburned fuel cannot be sufficiently oxidized in the catalyst only by the second post-injection.
ところが、運転領域によっては、内部EGRだけでは、排気温度を十分に上昇させることができない場合もある。つまり、上記EGRモードを行う上記所定の運転領域のうち相対的に低負荷領域においては、燃料噴射量が相対的に少なく、排気温度が高くない。そのため、内部EGRだけでは、排気温度を、未燃燃料が触媒において十分に酸化する程度まで上昇させることができない虞がある。 However, depending on the operation region, the exhaust temperature may not be sufficiently increased only by the internal EGR. That is, the fuel injection amount is relatively small and the exhaust temperature is not high in the relatively low load region in the predetermined operation region in which the EGR mode is performed. Therefore, there is a possibility that the exhaust temperature cannot be raised to the extent that the unburned fuel is sufficiently oxidized in the catalyst only by the internal EGR.
そこで、上記再生制御部は、上記EGRモードを行う上記所定の運転領域のうち相対的に低負荷の領域では、内部EGRを行いつつ、上記第1後段噴射及び第2後段噴射を行うことによって上記フィルタ再生を行う。この第1後段噴射は、前述の通り、第2後段噴射の前であって且つ主燃焼期間中に行われる燃料噴射である。つまり、第1後段噴射は、主燃焼を継続させるための後段噴射であって、膨張行程中の気筒内の温度低下を抑制する機能を有している。したがって、内部EGRだけでは排気温度を十分に上昇させることができない場合でっても、第1後段噴射を行うことによって、排気温度を、未燃燃料が触媒において十分に酸化する程度まで上昇させ得る。その結果、フィルタ再生を行うことができるようになる。 Therefore, the regeneration control unit performs the first second-stage injection and the second second-stage injection while performing the internal EGR in the relatively low load region of the predetermined operation region in which the EGR mode is performed. Perform filter regeneration. As described above, the first second-stage injection is a fuel injection that is performed before the second second-stage injection and during the main combustion period. That is, the first second-stage injection is a second-stage injection for continuing main combustion, and has a function of suppressing a temperature drop in the cylinder during the expansion stroke. Therefore, even if the exhaust temperature cannot be sufficiently increased only by the internal EGR, the exhaust temperature can be increased to such an extent that the unburned fuel is sufficiently oxidized in the catalyst by performing the first post-injection. . As a result, filter regeneration can be performed.
一方、上記EGRモードを行う上記所定の運転領域のうち相対的に高負荷の領域では、内部EGRだけでも、排気温度を、未燃燃料が触媒において十分に酸化する程度まで上昇させることができるので、上記第1後段噴射を行うことなく、内部EGR及び第2後段噴射によって上記フィルタ再生を行う。 On the other hand, in the relatively high load region of the predetermined operation region in which the EGR mode is performed, the exhaust temperature can be raised to the extent that the unburned fuel is sufficiently oxidized in the catalyst only by the internal EGR. The filter regeneration is performed by the internal EGR and the second second-stage injection without performing the first second-stage injection.
上記フィルタ再生時における主燃焼は、拡散燃焼を主体とした燃焼であることが好ましい。 It is preferable that the main combustion during the regeneration of the filter is combustion mainly composed of diffusion combustion.
拡散燃焼は、予混合燃焼と比較して、燃焼期間が長くなる。つまり、拡散燃焼は、上記第1後段噴射を組み合わせることによって、より効果的に燃焼期間を長期化させて、膨張行程中の気筒内の温度低下を抑制することができる。 Diffusion combustion has a longer combustion period than premixed combustion. That is, in the diffusion combustion, by combining the first post-stage injection, the combustion period can be prolonged more effectively, and the temperature drop in the cylinder during the expansion stroke can be suppressed.
また、上記再生制御部は、上記フィルタ再生時には、主燃焼の開始時又は開始前に拡散燃焼に繋がる前段燃焼が発生するように燃料を噴射する前段噴射を上記燃料噴射弁に行わせることが好ましい。 In addition, the regeneration control unit preferably causes the fuel injection valve to perform pre-stage injection for injecting fuel so that pre-stage combustion that leads to diffusion combustion occurs at the start or before the start of main combustion during the regeneration of the filter. .
この前段噴射は、主噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くことができる。つまり、主燃焼が不安定な場合には、上記第1後段噴射を所定のタイミングで行っても、主燃焼期間から外れてしまう虞もある。特に、ガス温が低く且つ低負荷領域においては、着火性が悪く、主燃焼が不安定となり得る。それに対して、前段噴射を行うことによって、例えば、ガス温が低く且つ低負荷領域であっても、主燃焼を安定させることができる。主燃焼が安定すると、該第1後段噴射を主燃焼期間内に確実に行うことができる。 This pre-stage injection can suppress the ignition delay of the fuel due to the main injection and can lead to stable diffusion combustion. That is, when the main combustion is unstable, even if the first second-stage injection is performed at a predetermined timing, the main combustion period may be lost. In particular, when the gas temperature is low and the load is low, the ignitability is poor and the main combustion can be unstable. On the other hand, by performing the pre-injection, for example, the main combustion can be stabilized even when the gas temperature is low and the load range is low. When the main combustion is stabilized, the first post-stage injection can be reliably performed within the main combustion period.
さらに、上記第2後段噴射の回数は、上記第1後段噴射の回数よりも多いことが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the number of times of the second latter-stage injection is greater than the number of times of the first latter-stage injection.
上記第2後段噴射による総噴射量は、フィルタ再生に要する量として決定される。そのため、第2後段噴射の回数が増えるということは、第2後段噴射の1回当たりの噴射量が少なくなることを意味する。そして、1回当たりの噴射量は、燃料の到達距離に影響する。すなわち、1回当たりの噴射量が多くなるほど、燃料の到達距離が長くなる。第2後段噴射により噴射された燃料は、気筒内で燃焼しないため、1回当たりの噴射量が多くなると、燃料が気筒の内壁まで容易に到達し、内壁に付着してしまう。気筒壁の内壁に付着した燃料は、ピストンの往復動によってオイルと混合され得る。すなわち、1回当たりの噴射量が多すぎると、噴霧された燃料がオイル希釈を引き起こし得る。つまり、第2後段噴射の回数を相対的に多くすることによって、第2後段噴射の1回当たりの噴射量を低減することができ、その結果、オイル希釈を抑制することができる。 The total injection amount by the second second-stage injection is determined as an amount required for filter regeneration. Therefore, an increase in the number of second second-stage injections means that the amount of injection per second second-stage injection is reduced. The injection amount per time affects the fuel reach distance. That is, the fuel reach distance becomes longer as the injection amount per time increases. Since the fuel injected by the second post-stage injection does not burn in the cylinder, when the injection amount per one increases, the fuel easily reaches the inner wall of the cylinder and adheres to the inner wall. The fuel adhering to the inner wall of the cylinder wall can be mixed with oil by the reciprocating motion of the piston. That is, when the injection amount per one time is too large, the sprayed fuel can cause oil dilution. That is, by relatively increasing the number of times of the second second-stage injection, the injection amount per second second-stage injection can be reduced, and as a result, oil dilution can be suppressed.
一方、第1後段噴射は、主燃焼に継続する燃焼を生じさせるものであるため、トルクに影響を与える。そのため、第1後段噴射の噴射量は少ないことが好ましい。つまり、第1後段噴射の回数を相対的に少なくすることによって、第1後段噴射により噴射される燃料の総量を低減することができ、トルクに与える影響を低減することができる。 On the other hand, the first post-injection causes the combustion that continues to the main combustion, and thus affects the torque. Therefore, it is preferable that the injection amount of the first second-stage injection is small. That is, by relatively reducing the number of first post-stage injections, the total amount of fuel injected by the first post-stage injection can be reduced, and the influence on torque can be reduced.
また、上記ディーゼルエンジンは、上記排気通路において上記DPFの上流側に配設されたタービンを有するターボ過給機をさらに備えるものとしてもよい。 The diesel engine may further include a turbocharger having a turbine disposed on the upstream side of the DPF in the exhaust passage.
上記の構成によれば、排気ガスの熱量がタービンによって吸収されるため、上記触媒及びDPFにおける排気温度が低くなる傾向にある。すなわち、排気通路にタービンが存在することは、未燃燃料の触媒における酸化を促進させる観点からは不利である。そのため、ターボ過給機を備えるディーゼルエンジンにおいては、上記EGRモードや、さらには上記低負荷モードを設けることが特に有効となる。 According to said structure, since the heat quantity of exhaust gas is absorbed by the turbine, it exists in the tendency for the exhaust temperature in the said catalyst and DPF to become low. That is, the presence of the turbine in the exhaust passage is disadvantageous from the viewpoint of promoting oxidation of the unburned fuel in the catalyst. Therefore, in a diesel engine equipped with a turbocharger, it is particularly effective to provide the EGR mode or the low load mode.
また、上記エンジン本体の幾何学的圧縮比が15以下であってもよい。 Further, the geometric compression ratio of the engine body may be 15 or less.
上記のような、いわゆる低圧縮比のディーゼルエンジンにおいては、排気温度が低くなる。すなわち、エンジン本体が低圧縮比であることは、未燃燃料の触媒における酸化を促進させる観点からは不利である。そのため、低圧縮比のディーゼルエンジンにおいては、上記EGRモードや、さらには上記低負荷モードを設けることが特に有効となる。 In the so-called low compression ratio diesel engine as described above, the exhaust temperature is low. That is, the low compression ratio of the engine body is disadvantageous from the viewpoint of promoting oxidation of unburned fuel in the catalyst. Therefore, in a diesel engine with a low compression ratio, it is particularly effective to provide the EGR mode or the low load mode.
上記ディーゼルエンジンによれば、排気温度が低い場合であっても、内部EGRに加えて第1後段噴射を行うことによって、気筒内の温度、ひいては、排気温度を上昇させることができ、第2後段噴射による未燃燃料を触媒において十分に酸化させることができる。その結果、排気温度が低い場合であっても、早期に排気温度を上昇させて、上記フィルタ再生を行うことができる。 According to the diesel engine, even if the exhaust gas temperature is low, by performing the first rear injection in addition to the internal EGR, it is possible to increase the temperature in the cylinder, and thus the exhaust temperature, and the second rear engine. Unburned fuel by injection can be sufficiently oxidized in the catalyst. As a result, even if the exhaust gas temperature is low, the filter regeneration can be performed by raising the exhaust gas temperature early.
以下、実施形態に係るディーゼルエンジンを図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図1,2は、実施形態に係るエンジン(エンジン本体)1の概略構成を示す。このエンジン1は、車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒11a(1つのみ図示)が設けられたシリンダブロック11と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン13とを有している。このエンジン1の各気筒11a内には、ピストン14が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン14の頂面にはリエントラント形燃焼室14aを区画するキャビティが形成されている。このピストン14は、コンロッド14bを介してクランクシャフト15と連結されている。
Hereinafter, the diesel engine which concerns on embodiment is demonstrated based on drawing. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature. 1 and 2 show a schematic configuration of an engine (engine body) 1 according to the embodiment. The engine 1 is a diesel engine that is mounted on a vehicle and is supplied with fuel mainly composed of light oil. The
上記シリンダヘッド12には、各気筒11a毎に吸気ポート16及び排気ポート17が形成されているとともに、これら吸気ポート16及び排気ポート17の燃焼室14a側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。
In the
これら吸排気弁21,22をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁側には、当該排気弁22の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構(図2参照。以下、VVM(Variable Valve Motion)と称する)71が設けられている。このVVM71は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を1つ有する第1カムとカム山を2つ有する第2カムとの、カムプロファイルの異なる2種類のカム、及び、その第1及び第2カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第1カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。このVVM71が可変動弁機構を構成する。
In the valve systems that drive these intake and
VVM71の通常モードと特殊モードとの切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ(図示省略)から供給される油圧によって行われ、特殊モードは、内部EGRに係る制御の際に利用され得る。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁22を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部EGRの実行としては、排気の二度開きに限定されるものではなく、例えば吸気弁21を2回開く、吸気の二度開きによって内部EGR制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁21及び排気弁22の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させる内部EGR制御を行ってもよい。
Switching between the normal mode and the special mode of the
上記シリンダヘッド12には、燃料を噴射するインジェクタ18と、エンジン1の冷間時に吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ19とが設けられている。上記インジェクタ18は、その燃料噴射口が燃焼室14aの天井面から該燃焼室14aに臨むように配設されていて、基本的には圧縮行程上死点付近で、燃焼室14aに燃料を直接噴射供給するようになっている。このインジェクタ18が燃焼噴射弁を構成する。
The
上記エンジン1の一側面には、各気筒11aの吸気ポート16に連通するように吸気通路30が接続されている。一方、上記エンジン1の他側面には、各気筒11aの燃焼室14aからの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路40が接続されている。これら吸気通路30及び排気通路40には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機61と小型ターボ過給機62とが配設されている。
An
吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設されている。一方、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、各気筒11a毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒11aの吸気ポート16にそれぞれ接続されている。
An
吸気通路30におけるエアクリーナ31とサージタンク33との間には、大型及び小型ターボ過給機61,62のコンプレッサ61a,62aと、該コンプレッサ61a,62aにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ35と、上記各気筒11aの燃焼室14aへの吸入空気量を調節するスロットル弁36とが配設されている。このスロットル弁36は、基本的には全開状態とされるが、エンジン1の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。
Between the
上記排気通路40の上流側の部分は、各気筒11a毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。
The upstream portion of the
この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、小型ターボ過給機62のタービン62b、大型ターボ過給機61のタービン61bと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置41と、サイレンサ42とが配設されている。
On the downstream side of the exhaust manifold in the
この排気浄化装置41は、酸化触媒41aと、DPF41bとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒41a及びDPF41bは1つのケース内に収容されている。上記酸化触媒41aは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のCO及びHCが酸化されてCO2及びH2Oが生成する反応を促すものである。この酸化触媒41aが、酸化機能を有する触媒を構成する。また、上記DPF41bは、エンジン1の排気ガス中に含まれる煤等のPMを捕集するものであって、例えば、炭化ケイ素(SiC)やコーディエライト等の耐熱性セラミック材によって形成されたウォールフロー型フィルタ、或いは耐熱性セラミックス繊維によって形成された三次元網目状フィルタである。尚、DPF41bに酸化触媒をコーティングしてもよい。
The
上記吸気通路30における上記サージタンク33とスロットル弁36との間の部分(つまり小型ターボ過給機62の小型コンプレッサ62aよりも下流側部分)と、上記排気通路40における上記排気マニホールドと小型ターボ過給機62の小型タービン62bとの間の部分(つまり小型ターボ過給機62の小型タービン62bよりも上流側部分)とは、排気ガスの一部を吸気通路30に還流するための排気ガス還流通路51によって接続されている。この排気ガス還流通路51には、排気ガスの吸気通路30への還流量を調整するための排気ガス還流弁51a及び排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52とが配設されている。
A portion of the
大型ターボ過給機61は、吸気通路30に配設された大型コンプレッサ61aと、排気通路40に配設された大型タービン61bとを有している。大型コンプレッサ61aは、吸気通路30におけるエアクリーナ31とインタークーラ35との間に配設されている。一方、大型タービン61bは、排気通路40における排気マニホールドと酸化触媒41aとの間に配設されている。
The
小型ターボ過給機62は、吸気通路30に配設された小型コンプレッサ62aと、排気通路40に配設された小型タービン62bとを有している。小型コンプレッサ62aは、吸気通路30における大型コンプレッサ61aの下流側に配設されている。一方、小型タービン62bは、排気通路40における大型タービン61bの上流側に配設されている。
The
すなわち、吸気通路30においては、上流側から順に大型コンプレッサ61aと小型コンプレッサ62aとが直列に配設され、排気通路40においては、上流側から順に小型タービン62bと大型タービン61bとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン61b,62bが排気ガス流により回転し、これら大型及び小型タービン61b,62bの回転により、該大型及び小型タービン61b,62bとそれぞれ連結された上記大型及び小型コンプレッサ61a,62aがそれぞれ作動する。
That is, in the
小型ターボ過給機62は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機61は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機61の大型タービン61bの方が小型ターボ過給機62の小型タービン62bよりもイナーシャが大きい。
The
そして、吸気通路30には、小型コンプレッサ62aをバイパスする小型吸気バイパス通路63が接続されている。この小型吸気バイパス通路63には、該小型吸気バイパス通路63へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁63aが配設されている。この小型吸気バイパス弁63aは、無通電時には全閉状態(ノーマルクローズ)となるように構成されている。
The
一方、排気通路40には、小型タービン62bをバイパスする小型排気バイパス通路64と、大型タービン61bをバイパスする大型排気バイパス通路65とが接続されている。小型排気バイパス通路64には、該小型排気バイパス通路64へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ64aが配設され、大型排気バイパス通路65には、該大型排気バイパス通路65へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ65aが配設されている。レギュレートバルブ64a及びウエストゲートバルブ65aは共に、無通電時には全開状態(ノーマルオープン)となるように構成されている。
On the other hand, the
このように構成されたディーゼルエンジン1は、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下、PCMという)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このPCM10が制御装置を構成する。PCM10には、図2に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW1、サージタンク33に取り付けられて、燃焼室14aに供給される空気の圧力を検出する過給圧センサSW2、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサSW3、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW4、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW5、DPF41bの上流側の排気圧力を検出する上流側排圧センサSW6,及び、DPF41bの下流側の排気圧力を検出する下流側排圧センサSW7の検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン1や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ18、グロープラグ19,動弁系のVVM71、各種の弁36、51a、63a、64a、65aのアクチュエータへ制御信号を出力する。
The diesel engine 1 configured as described above is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as PCM) 10. The
そうして、このエンジン1は、その幾何学的圧縮比を12以上15以下とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによって排気エミッション性能の向上及び熱効率の向上を図るようにしている。一方で、このエンジン1では、前述した大型及び小型ターボ過給機61,62によってトルクを高めるようにして、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。
Thus, the engine 1 is configured to have a relatively low compression ratio with a geometric compression ratio of 12 or more and 15 or less, thereby improving exhaust emission performance and thermal efficiency. I am doing so. On the other hand, in the engine 1, torque is increased by the large and
(エンジンの燃焼制御の概要)
上記PCM10は、エンジン1の基本的な制御として、主にエンジン回転数及びアクセル開度に基づいて目標トルク(目標となる負荷)を決定し、これに対応する燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ18の作動制御によって実現する。目標トルクは、アクセル開度が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。目標トルクとエンジン回転数とに基づいて燃料の噴射量が設定される。噴射量は、目標トルクが高くなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど大きくなるようにされる。
(Outline of engine combustion control)
The
また、PCM10は、スロットル弁36や排気ガス還流弁51aの開度の制御(外部EGR制御)や、VVM71の制御(内部EGR制御)によって、気筒11a内への排気の還流割合を制御する。
Further, the
さらに、PCM10は、DPF41bの再生条件が成立したときに、インジェクタ18及びVVM71を作動制御することによって、DPF41bのフィルタ再生を実行する。ここで、DPF41bの再生条件とは、DPF41bの再生が必要と判定し得る所定の条件である。一例として、本実施形態では、上流側及び下流側排圧センサSW6,SW7より検出されるDPF41bの上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧ΔPが所定値以上となることをもって、DPF41bの再生条件成立としている。すなわち、DPF41bのPM捕集量が多くなるほど、DPF41bでの排気の流れが悪くなり、上記差圧ΔPが上昇する。尚、フィルタ再生は、上記差圧ΔPが、再生条件としての所定値よりも小さい所定の下限値を下回ることをもって、終了する。
Further, the
図3は、エンジン1の温間時における、エンジン1の状態に応じたDPF41bの再生モードを示すマップである。つまり、エンジン1の温間時において上記フィルタ再生条件が成立したときには、PCM10は、図3に示すマップに基づいてフィルタ再生を実行する。図3に示すように、エンジン1の温間時には、エンジン回転数とエンジン負荷(燃料の実総噴射量)とに応じて、複数の運転領域が設定されており、各運転領域毎に再生モードが設定されている。
FIG. 3 is a map showing the regeneration mode of the
以下、各運転領域の再生モードについて、図4〜7を参照しながら説明する。尚、図4〜図7に示す燃料噴射量や熱発生率は、これらの図を相互に比較したときに、必ずしも、相対的な燃料噴射量の大小や熱発生率の大小を示してはいない。 Hereinafter, the regeneration mode of each operation region will be described with reference to FIGS. The fuel injection amount and the heat generation rate shown in FIGS. 4 to 7 do not necessarily indicate the relative fuel injection amount or the heat generation rate when these figures are compared with each other. .
先ず、エンジン1の運転領域を、エンジン負荷に応じて3つに分割したときの3つの運転領域A〜Cについて説明する。 First, three operation areas A to C when the operation area of the engine 1 is divided into three according to the engine load will be described.
図4は、運転領域A中の運転領域a1における燃料噴射形態(上図)及びそれに伴う気筒11a内の熱発生率の履歴の一例(下図)を、図5は、運転領域A中の運転領域a2における燃料噴射形態(上図)及びそれに伴う気筒11a内の熱発生率の履歴の一例(下図)を示している。運転領域Aは、高負荷のうちでも最大負荷の90%以上となるような極めて高負荷の運転領域であって、運転領域a1,a2を含んでいる。運転領域a2は、運転領域Aのうち相対的に高回転の運転領域である。運転領域a1は、運転領域Aのうち運転領域a2以外の領域である。
4 shows an example of the fuel injection mode (upper diagram) in the operation region a1 in the operation region A and the history of the heat generation rate in the
運転領域a1では、圧縮行程中において、1回の燃料噴射(パイロット噴射)を実行すると共に、圧縮上死点付近で主噴射を1回実行することによって、この運転領域a1では、合計2回の燃料噴射を実行する。運転領域a1では、前段噴射としてパイロット噴射を実行することにより、燃料の予混合性を高めて煤の発生の点で有利にしつつ、燃料噴射回数を、パイロット噴射及び主噴射の2回だけにすることで、主噴射時の燃料噴射量を十分に確保して、高トルクを確保し得る。一方、運転領域a2では、圧縮上死点付近で主噴射を1回だけ実行する。つまり、この運転領域a2では、特にロバスト性を高めつつ、出力を高めて最高トルクを確保する。 In the operation region a1, during the compression stroke, one fuel injection (pilot injection) is performed, and the main injection is performed once in the vicinity of the compression top dead center. Perform fuel injection. In the operation region a1, by performing pilot injection as pre-injection, the fuel premixability is improved to be advantageous in terms of soot generation, and the number of fuel injections is limited to only two times of pilot injection and main injection. As a result, a sufficient amount of fuel can be ensured during main injection to ensure high torque. On the other hand, in the operation region a2, the main injection is executed only once near the compression top dead center. That is, in this operation region a2, the output is increased and the maximum torque is ensured while improving the robustness.
運転領域Aでは、排気温度が高く、DPF41bに捕集されたPMを自然に焼却除去し得るため、後述するポスト噴射のようなフィルタ再生のための特別な制御を行っていない。
In the operation area A, the exhaust gas temperature is high, and the PM collected in the
図6は、運転領域Bにおける燃料噴射形態(上図)及びそれに伴う気筒11a内の熱発生率の履歴の一例(下図)を示している。運転領域Bは、部分負荷(中負荷)及び高負荷(領域領域Aを除く)の運転領域である。この運転領域Bでは、圧縮上死点前の圧縮行程中において、プレ噴射を1回実行し、その後の圧縮上死点付近において主噴射を1回実行し、主噴射の後にポスト噴射を2回実行する。ここで、プレ噴射は、圧縮上死点前の所定の時期にプレ燃焼を発生させて、主噴射による燃料の着火遅れを抑制するための燃料噴射である。主噴射は、エンジン1のトルクを発生させるための燃焼である主燃焼を発生させるための燃料噴射である。ポスト噴射は、主燃焼後に噴射され、未燃燃料を排気通路40に導入するための燃料噴射である。換言すれば、ポスト噴射は、気筒11a内で燃焼を発生させない燃料噴射である。
FIG. 6 shows an example (lower diagram) of the history of fuel injection in the operating region B (upper diagram) and the associated heat release rate in the
運転領域Bでは、主噴射による主燃焼前に十分な熱発生率を有するプレ燃焼を、圧縮上死点前の所定の時期に発生させる。これにより、それに続く主燃焼を安定して発生させることができる。尚、プレ燃焼は、主燃焼の熱発生率の上昇を緩慢にさせる効果もある。このように熱発生率の急上昇を回避することは、燃焼音を低減して、NVH性能を高める上で有利になり得る。そして、主噴射による主燃焼の後に、ポスト噴射が実行される。その結果、未燃燃料が排気通路40に導入され、酸化触媒41aに到達する。この運転領域Bでは、排気温度が酸化触媒41aを活性化させるのに十分な温度となっているため、未燃燃料が酸化触媒41aにおいて良好に酸化される。そして、これに伴って発生する酸化反応熱によってDPF41bに捕集されているPMが燃焼除去される。つまり、フィルタ再生が行われる。
In the operation region B, pre-combustion having a sufficient heat generation rate before main combustion by main injection is generated at a predetermined time before compression top dead center. Thereby, the subsequent main combustion can be generated stably. The pre-combustion also has an effect of slowing the increase in the heat generation rate of the main combustion. Thus, avoiding the rapid increase in the heat generation rate can be advantageous in reducing combustion noise and improving NVH performance. And post injection is performed after the main combustion by main injection. As a result, unburned fuel is introduced into the
図7は、運転領域Cにおける燃料噴射形態(上図)及びそれに伴う気筒11a内の熱発生率の履歴の一例(下図)を示している。運転領域Cは、相対的に低負荷の運転領域である。この運転領域Cでは、圧縮上死点前の圧縮行程中において、プレ噴射を1回実行し、その後の圧縮上死点付近において主噴射を1回実行し、主噴射の後にアフタ噴射を1回実行し、アフタ噴射の後にポスト噴射を2回実行する。ここで、アフタ噴射は、主燃焼期間中に噴射され、主燃焼に継続して燃焼を発生させるための燃料噴射である。主燃焼期間は、少なくともTDCを含み、主燃焼による熱発生が開始してから終了するまでの期間である。アフタ噴射は、主燃焼期間の比較的遅いタイミング(主燃焼期間を二分割した場合の少なくとも後半に含まれるタイミング)で実行される。さらに詳しくは、アフタ噴射は、主燃焼を継続させるようなタイミング(遅角限界)でかつ、燃料噴霧が、下降しているピストン14のキャビティ外に至るようなタイミング(進角限界)で実行される。アフタ噴射は、主燃焼を継続させて、燃焼期間を長期化させる。尚、図7中の破線は、アフタ噴射をしない場合の主燃焼による熱発生率を表している。これにより、気筒11a内の温度(以下、単に筒内温度ともいう)の低下を抑制して、膨張行程中の筒内温度を高い温度のままに保持する。これによって、排気温度も上昇する。
FIG. 7 shows an example (lower diagram) of the history of fuel injection in the operating region C (upper diagram) and the associated heat release rate in the
運転領域Cは、低負荷の運転領域であるため、燃料噴射量が少なく、排気温度が相対的に低くなる。すなわち、運転領域Cは、ポスト噴射による未燃燃料を酸化触媒41aで酸化反応させるには不利な領域である。そこで、アフタ噴射を行うことによって、筒内温度及び排気温度を上昇させている。これにより、未燃燃料が酸化触媒41aにおいて良好に酸化され、その酸化反応熱によってDPF41bに捕集されているPMを適切に燃焼除去することができる。つまり、フィルタ再生を良好に行うことができるようになる。
Since the operation region C is a low-load operation region, the fuel injection amount is small and the exhaust temperature is relatively low. That is, the operation region C is a disadvantageous region in which the unburned fuel obtained by post injection is oxidized by the
尚、運転領域Cのうち、アイドル領域を含む、極めて低回転でかつ低負荷の運転領域c1は、極めて低回転且つ低負荷の運転領域であるため、排気温度が非常に低い領域であることに加えて、上記VVM71を駆動するのに必要な油圧を確保することができない。つまり、内部EGRを行うことができない。そのため、この運転領域c1では、排気温度を十分に上昇させることができない領域であるため、フィルタ再生を実行しない。
In addition, among the operation areas C, the operation area c1 having an extremely low rotation and a low load, including the idle area, is an operation area having an extremely low rotation and a low load, and therefore, the exhaust temperature is an extremely low area. In addition, the hydraulic pressure required to drive the
ここで、運転領域B,Cにおける、エンジン1の運転状態が相対的に低回転の運転領域(エンジンの運転領域を、低回転側と高回転側との2つに分けた場合の低回転側の領域)には、内部EGRを行いつつポスト噴射を行う運転領域Eが設けられている。運転領域Eは、低回転の運転領域であるため、排気温度が相対的に低くなる。すなわち、運転領域Eは、ポスト噴射による未燃燃料を酸化触媒41aで酸化反応させるには不利な領域である。そこで、運転領域Eでは、フィルタ再生時に上記排気の二度開きにより内部EGRを行うことによって、筒内温度及び排気温度を上昇させている。つまり、内部EGRを行うと、排気通路40に一旦排出された排気ガスが気筒11a内に還流するため、筒内温度が上昇する。その状態で、次の燃焼が実行されると、排気温度も上昇する。このように、運転領域Eでは、内部EGRにより筒内温度及び排気温度を上昇させて、未燃燃焼を酸化触媒41aで効率良く酸化反応させている。
Here, in the operation regions B and C, the operation state of the engine 1 is a relatively low rotation operation region (the low rotation side when the engine operation region is divided into a low rotation side and a high rotation side) (Operating area E) is provided with an operating area E in which post injection is performed while internal EGR is being performed. Since the operation region E is a low rotation operation region, the exhaust temperature is relatively low. That is, the operation region E is a disadvantageous region in which the unburned fuel obtained by the post injection is oxidized by the
この運転領域Eのうち、相対的に高負荷側の運転領域(エンジンの運転領域を、低負荷側と高負荷側との2つに分けた場合の高負荷側の領域)e1では、上記運転領域Bと同様に、圧縮上死点前の圧縮行程中において、プレ噴射を1回実行し、その後の圧縮上死点付近において主噴射を1回実行し、主噴射の後にポスト噴射を2回実行する。この運転領域e1では、内部EGRが行われているため、筒内温度が高く、排気温度も高くなっている。そのため、ポスト噴射による未燃燃料は、酸化触媒41aにおいて十分に酸化反応し、十分な反応熱を発生させる。その結果、DPF41bも良好に再生される。尚、運転領域e1は、高負荷及び高回転側に拡大されている。これは、排気ガスの流量が多くなることは、未燃燃料の、酸化触媒41aにおける滞留時間が短くなるため、酸化反応の促進の観点からは不利である。そのため、酸化反応を促進させるための排気ガスの要求温度も高くなる。したがって、内部EGRを行って排気温度を上昇させる運転領域を、排気ガスの流量が多くなる高負荷及び高回転側へ拡大している。上記プレ噴射が前段噴射に相当し、ポスト噴射が第2後段噴射に相当する。
Among the operation areas E, in the operation area on the relatively high load side (high load side area when the engine operation area is divided into the low load side and the high load side) e1, the above operation is performed. Similarly to the region B, during the compression stroke before the compression top dead center, the pre-injection is executed once, the main injection is executed once near the compression top dead center, and the post injection is performed twice after the main injection. Run. In this operation region e1, since the internal EGR is performed, the in-cylinder temperature is high and the exhaust temperature is also high. Therefore, the unburned fuel by post injection sufficiently oxidizes in the
一方、運転領域Eのうち、相対的に低負荷側の運転領域(エンジンの運転領域を、低負荷側と高負荷側との2つに分けた場合の低負荷側の領域)e2では、上記運転領域Cと同様に、圧縮上死点前の圧縮行程中において、プレ噴射を1回実行し、その後の圧縮上死点付近において主噴射を1回実行し、主噴射の後にアフタ噴射を1回実行し、アフタ噴射の後にポスト噴射を2回実行する。すなわち、運転領域e2は、燃料噴射量が少ないため、運転領域Eの中でも排気温度が相対的に上昇し難い。そこで、運転領域e2では、内部EGRに加えて、アフタ噴射を行うことによって、筒内温度及び排気温度を可及的に上昇させている。つまり、運転領域e2では、アフタ噴射によって、単に排気温度を上昇させるだけでなく、内部EGRによって気筒11a内に還流されるEGRガスの温度も高くなる。こうして、アフタ噴射と内部EGRとの相乗効果によって、排気温度をより上昇させることができる。上記アフタ噴射が第1後段噴射に相当する。
On the other hand, in the operation region E, the operation region on the relatively low load side (the region on the low load side when the engine operation region is divided into the low load side and the high load side) e2, Similarly to the operation region C, during the compression stroke before the compression top dead center, the pre-injection is executed once, the main injection is executed once near the compression top dead center, and the after injection is performed after the main injection. The post-injection is executed twice after the after injection. That is, since the fuel injection amount is small in the operation region e2, the exhaust gas temperature is relatively difficult to rise even in the operation region E. Therefore, in the operation region e2, in-cylinder temperature and exhaust gas temperature are increased as much as possible by performing after injection in addition to internal EGR. That is, in the operation region e2, not only the exhaust gas temperature is simply raised by the after injection, but the temperature of the EGR gas recirculated into the
ここで、上記運転領域Eにおける制御モードがEGRモードに相当し、運転領域e1における制御モードが高負荷モードに相当し、運転領域e2における制御モードが低負荷モードに相当する。 Here, the control mode in the operation region E corresponds to the EGR mode, the control mode in the operation region e1 corresponds to the high load mode, and the control mode in the operation region e2 corresponds to the low load mode.
尚、本実施形態では、運転領域e1と運転領域e2とのエンジン負荷の境界が、運転領域Bと運転領域Cとのエンジン負荷の境界と一致しているが、これに限られるものではない。両者の境界が異なっていてもよい。 In the present embodiment, the engine load boundary between the operation region e1 and the operation region e2 matches the engine load boundary between the operation region B and the operation region C. However, the present invention is not limited to this. The boundary between the two may be different.
したがって、本実施形態によれば、DPF41bを再生する際に、エンジン1が相対的に低回転且つ低負荷の運転領域にあるときには、内部EGRを行いながらポスト噴射を行うことによりフィルタ再生を実行する。こうして、内部EGRをポスト噴射と並行して行うことによって、排気温度が上昇し難い運転領域であっても、筒内温度及び排気温度を上昇させることで酸化触媒41aの活性化を促進させ、酸化触媒41aにおける未燃燃料を酸化反応を良好に行わせることができる。
Therefore, according to this embodiment, when the
それに加えて、EGRモードでフィルタ再生を行う運転領域のうち、相対的に低負荷側の運転領域e2では、アフタ噴射を追加している。つまり、この低負荷側の運転領域e2は、燃料噴射量が少ないため排気温度が非常に上昇し難い。そのため、内部EGRを行っても、排気温度を、酸化触媒41aを十分に活性化させる温度まで上昇させ難い。そこで、アフタ噴射を行うことによって、排気温度をさらに上昇させている。このアフタ噴射によれば、気筒11a内での燃焼が長期化され、筒内温度が上昇すると共に排気温度が上昇する。これに内部EGRが組み合わさることによって、EGRガスとして還流される排気ガスも高温となるため、内部EGRによる排気温度の上昇効果をさらに向上させることができる。つまり、低負荷側の運転領域e2では、アフタ噴射と内部EGRとの相乗効果により排気温度を一段と高めることによって、酸化触媒41aの活性化を促進させて、DPF41bの再生を良好に行うことができる。
In addition, after-injection is added in the operation region e2 on the relatively low load side among the operation regions in which filter regeneration is performed in the EGR mode. That is, in this low load side operation region e2, the exhaust gas temperature is hardly increased because the fuel injection amount is small. Therefore, even if the internal EGR is performed, it is difficult to raise the exhaust temperature to a temperature that sufficiently activates the
特に、本実施形態のエンジン1は、幾何学的圧縮比が12以上15以下と低圧縮比に設定されている。低圧縮比のエンジン1においては、排気温度が上昇し難く、フィルタ再生には不利である。このようにフィルタ再生に不利な状況においても、内部EGRとアフタ噴射とを組み合わせることによって、フィルタ再生を可能とすることができる。 In particular, the engine 1 of this embodiment has a geometric compression ratio set to a low compression ratio of 12 to 15. In the engine 1 with a low compression ratio, the exhaust temperature hardly rises, which is disadvantageous for filter regeneration. Thus, even in a disadvantageous condition for filter regeneration, filter regeneration can be achieved by combining internal EGR and after-injection.
さらに、本実施形態のエンジン1は、排気通路40において、酸化触媒41aの上流側に、小型ターボ過給機62のタービン62b及び大型ターボ過給機61のタービン61bが設けられている。このような構成の場合、排気ガスの熱量の一部は、タービン62b,61bに奪われてしまう。つまり、ターボ過給機を備えたエンジン1においては、内部EGR及びアフタ噴射により排気温度を上昇させることが、特に有効となる。
Furthermore, the engine 1 of the present embodiment is provided with a turbine 62b of the
また、エンジン1の主燃焼が予混合燃焼ではなく、拡散燃焼を主体とする燃焼であるため、アフタ噴射にによって、気筒11a内の燃焼を良好に長期化させることができる。つまり、予混合燃焼は、燃焼期間が本来的に短く、燃焼期間の長期化に不向きである。それに対して、拡散燃焼は燃焼期間が本来的に長いため、燃焼期間の長期化に向いている。さらに、拡散燃焼は、燃焼期間が長いため、アフタ噴射を適切なタイミングで実行し易く、主燃焼に継続する燃焼を適切に発生させることができる
。
Further, since the main combustion of the engine 1 is not premixed combustion but combustion mainly consisting of diffusion combustion, the combustion in the
さらに、EGRモードでは、プレ噴射を行うことによって、主噴射による燃料の着火遅れを抑制して、主燃焼を安定して発生させることができる。アフタ噴射を一定のタイミングで行ったとしても、主燃焼が不安定な場合は、アフタ噴射が主燃焼期間から外れて、主燃焼に継続する燃焼を発生させることができない虞がある。つまり、主燃焼を安定させることによって、それに続く、アフタ噴射による燃焼を安定して発生させて、燃焼の長期化を確実なものとすることができる。 Further, in the EGR mode, by performing the pre-injection, it is possible to suppress the ignition delay of the fuel due to the main injection and to stably generate the main combustion. Even if after-injection is performed at a fixed timing, if the main combustion is unstable, the after-injection may be out of the main combustion period and combustion that continues to the main combustion may not be generated. That is, by stabilizing the main combustion, the subsequent combustion by the after injection can be stably generated, and the combustion can be prolonged for a long time.
ここで、アフタ噴射及びポスト噴射の回数は、上記の回数に限られるものではない。ただし、ポスト噴射の回数の方がアフタ噴射の回数よりも多いことが好ましい。つまり、ポスト噴射による総噴射量は、フィルタ再生に要する量として決定され、ポスト噴射の回数が増えると、ポスト噴射1回当たりの噴射量が少なくなる。ポスト噴射の噴射量が少なくなると、噴射された燃料の到達距離が短くなる。ここで、ポスト噴射により噴射された燃料は、気筒11a内で燃焼しないため、気筒11a内では未燃燃料として存在する。この未燃燃料は、気筒11a内を漂っている場合には簡単に気筒11a外へ排出されるが、気筒11aの内壁に付着してしまうと、気筒11aへ排出されずに、該内壁に留まる場合もある。この場合、ピストン14の往復動によってオイルと混合され、オイル希釈を引き起こし得る。つまり、ポスト噴射の回数を多くすることによって、気筒11aの内壁まで到達する燃料を減少させて、オイル希釈を抑制することができる。
Here, the number of after injections and post injections is not limited to the above number. However, it is preferable that the number of post injections is larger than the number of after injections. That is, the total injection amount by post injection is determined as the amount required for filter regeneration, and as the number of post injections increases, the injection amount per post injection decreases. When the amount of post-injection decreases, the reach of injected fuel decreases. Here, since the fuel injected by the post injection does not burn in the
一方、アフタ噴射は、主燃焼に継続する燃焼を生じさせるものであるため、トルクに影響を与える。トルクを制御する上で、制御量が増えることは制御を複雑にするため好ましくない。そのため、アフタ噴射の回数は少ないことが好ましい。つまり、アフタ噴射の回数を相対的に少なくすることによって、アフタ噴射により噴射される燃料の総量を低減することができ、トルクに与える影響を低減することができる。 On the other hand, after-injection causes combustion that continues to main combustion, and thus affects torque. In controlling the torque, an increase in the amount of control is not preferable because it complicates the control. Therefore, it is preferable that the number of after injections is small. That is, by relatively reducing the number of after injections, the total amount of fuel injected by the after injection can be reduced, and the influence on the torque can be reduced.
尚、上記の燃料噴射形態は一例に過ぎず、これらに限られるものではない。特に、運転領域e1,e2においては、プレ噴射は、省略してもよく、主噴射、アフタ噴射及びポスト噴射の回数は上記の例に限られるものではない。 In addition, said fuel injection form is only an example, and is not restricted to these. In particular, in the operation areas e1 and e2, pre-injection may be omitted, and the number of main injections, after-injections, and post-injections is not limited to the above example.
1 ディーゼルエンジン(エンジン本体)
10 PCM(再生制御部)
11a 気筒
18 インジェクタ(燃料噴射弁)
21 吸気弁
22 排気弁
40 排気通路
41a 酸化触媒(触媒)
41b DPF
61 大型ターボ過給機
61b タービン
62 小型ターボ過給機
62b タービン
71 VVM(可変動弁機構)
1 Diesel engine (engine body)
10 PCM (Reproduction Control Unit)
21
41b DPF
61
Claims (6)
主燃焼を発生させるための燃料を噴射する主噴射と該主燃焼後に燃料を噴射する第2後段噴射とを上記燃料噴射弁に行わせることによって上記ディーゼルパティキュレートフィルタのフィルタ再生を実行する再生制御部をさらに備え、
上記再生制御部は、上記エンジン本体が相対的に低負荷の領域にあるときに、上記主噴射及び第2後段噴射に加えて、該第2後段噴射の前であって且つ主燃焼期間中に燃料を噴射する第1後段噴射を上記燃料噴射弁に行わせる低負荷モードと、上記エンジン本体が相対的に高負荷の領域にあるときに、上記燃料噴射弁に上記第1後段噴射を行わせることなく、上記主噴射及び第2後段噴射を行わせる高負荷モードとを有し、
上記低負荷モードには、上記エンジン本体が相対的に低回転の領域にあるときに、上記可変動弁機構を介して内部EGRを行うEGRモードと、上記エンジン本体が相対的に高回転の領域にあるときに、上記内部EGRを行わない非EGRモードとを含むことを特徴とするディーゼルエンジン。 An engine main body to which fuel mainly composed of light oil is supplied; a fuel injection valve that faces the cylinder of the engine main body and directly injects fuel into the cylinder; an intake valve and an exhaust of the engine main body A variable valve mechanism capable of changing an opening / closing timing of at least one of the valves, a catalyst having an oxidation function disposed in an exhaust passage connected to the engine body, and a downstream of the catalyst in the exhaust passage. A diesel engine equipped with a diesel particulate filter installed;
Regeneration control for performing filter regeneration of the diesel particulate filter by causing the fuel injection valve to perform main injection for injecting fuel for generating main combustion and second post-injection for injecting fuel after the main combustion. Further comprising
When the engine body is in a relatively low load region, the regeneration control unit is in addition to the main injection and the second post-stage injection, and before the second post-stage injection and during the main combustion period. When the fuel injection valve performs a first post-injection for injecting fuel, and when the engine body is in a relatively high load region, the fuel injection valve performs the first post-injection. Without having to perform the main injection and the second post-injection,
The low load mode includes an EGR mode in which internal EGR is performed via the variable valve mechanism when the engine body is in a relatively low rotation area, and an area in which the engine body is relatively high rotation. And a non-EGR mode in which the internal EGR is not performed .
上記フィルタ再生時における主燃焼は、拡散燃焼を主体とした燃焼であることを特徴とするディーゼルエンジン。 The diesel engine according to claim 1,
A diesel engine characterized in that main combustion during regeneration of the filter is combustion mainly consisting of diffusion combustion.
上記再生制御部は、上記フィルタ再生時には、主燃焼の開始時又は開始前に拡散燃焼に繋がる前段燃焼が発生するように燃料を噴射する前段噴射を上記燃料噴射弁に行わせることを特徴とするディーゼルエンジン。 The diesel engine according to claim 2,
The regeneration control unit causes the fuel injection valve to perform pre-injection to inject fuel so that pre-combustion that leads to diffusion combustion occurs at the start or before the start of main combustion during the filter regeneration. diesel engine.
上記第2後段噴射の回数は、上記第1後段噴射の回数よりも多いことを特徴とするディーゼルエンジン。 The diesel engine according to any one of claims 1 to 3,
The diesel engine characterized in that the number of times of the second second-stage injection is greater than the number of times of the first second-stage injection.
上記排気通路において上記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側に配設されたタービンを有するターボ過給機をさらに備えることを特徴とするディーゼルエンジン。 The diesel engine according to any one of claims 1 to 4,
The diesel engine further comprising a turbocharger having a turbine disposed in the exhaust passage on the upstream side of the diesel particulate filter.
上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が15以下であることを特徴とするディーゼルエンジン。 The diesel engine according to any one of claims 1 to 5,
A diesel engine characterized in that the engine body has a geometric compression ratio of 15 or less.
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