JPH11200933A - 空気圧縮型の自己点火式内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する方法 - Google Patents

空気圧縮型の自己点火式内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する方法

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JPH11200933A
JPH11200933A JP10303859A JP30385998A JPH11200933A JP H11200933 A JPH11200933 A JP H11200933A JP 10303859 A JP10303859 A JP 10303859A JP 30385998 A JP30385998 A JP 30385998A JP H11200933 A JPH11200933 A JP H11200933A
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クリーガー クラウス
Hermann Grieshaber
グリースハーバー ヘルマン
Heribert Haerle
ヘールレ ヘリベルト
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 与えられた運転パラメータにおいて排ガス中
の煤発生を著しく低減させ、しかも規定のＮＯｘ値を維
持したまま燃料消費率を低減する。 【解決手段】 燃料を主噴射と、該主噴射に続く後噴射
とによって内燃機関の燃焼室に噴射し、しかもその都度
両噴射量、つまり各燃焼室への主噴射の噴射量と後噴射
の噴射量とを、電気的に制御される同一の噴射弁５′′
を介して、高圧ポンプ２によって常時燃料供給されてい
る燃料高圧アキュムレータ１から取り出し、しかも主噴
射のための噴射圧と、後噴射のための噴射圧とを同一の
噴射圧にし、しかも後噴射の開始を主噴射過程の終了に
関連して主噴射過程に引き続いて行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧縮型の自己
点火式内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する方法であっ
て、この場合、燃料を主噴射と、該主噴射に続く後噴射
とによって内燃機関の燃焼室に噴射し、しかもその都度
両噴射量、つまり各燃焼室への主噴射の噴射量と後噴射
の噴射量とを、電気的に制御される同一の噴射弁を介し
て、高圧ポンプによって常時燃料供給されている燃料高
圧アキュムレータから取り出す形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】欧州特許出願公開第０６２１４００号明
細書に基づき公知の、このような形式の方法では、排ガ
ス中のＮＯｘ成分を低減する目的で、主噴射が行われた
後に排ガス後処理装置との関係で後噴射を行うことが記
載されている。排ガス後処理装置としては、「ＤＥＮＯ
Ｘ触媒」が設けられている。この触媒は、排ガス中の高
反応性の炭化水素片と相まってＮＯｘ成分を低減しよう
とするものである。このようなＮＯｘ低減は特に、まだ
燃焼していない未燃焼の炭化水素が触媒に流入した場合
にしか有効にならない。このためには、特に遅めの後噴
射が使用される。この後噴射は上死点後８０゜のクラン
ク軸角度において行なわれ、この場合、燃料はたしかに
燃焼しないが、しかし残留熱に基づき蒸発されるか、ま
たは分解されることにより最適に調整される。こうして
生成したＣＨ分子はその後に、触媒中での最適なＮＯｘ
変換を生ぜしめることができる。しかしこのような燃料
噴射は、触媒の作動温度もしくは排ガス温度が十分な高
さになった後でしか有効にならない。このような最適の
排ガス温度がまだ達成されていないような運転領域のた
めには、さらに、上死点後２０〜８０゜の範囲のクラン
ク軸角度で行われるべき早めの後噴射を行うことが提案
されている。このような噴射は、主噴射により導入され
た燃料量の燃焼が少なくとも十分に終了した後で行われ
る。その後に後噴射により噴射される燃料量は、排ガス
温度を加熱しかつ触媒を所望の温度にまでもたらすため
に、引き続きできるだけ完全に燃焼することが望まし
い。このことが達成された後は、最初に述べた方法によ
り後噴射が行われる。
【０００３】しかしディーゼル内燃機関においては、Ｎ
Ｏｘを低減させるという目的の他に、排ガス放出に関し
て、排ガス中の煤成分を少なくするという課題も生じ
る。これに関して、公知の方法は何ら出発点を与えてい
ない。さらに、このような煤放出量を低減する目的を越
えて、ディーゼル噴射システムの最適化を行うために、
燃料消費率および騒音を低く保持するという課題も生じ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、与え
られた運転パラメータにおいて排ガス中の煤発生を著し
く低減させ、しかも規定のＮＯｘ値を維持したまま燃料
消費率を低減することも可能にすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法では、冒頭で述べた形式の方法におい
て、主噴射のための噴射圧と、後噴射のための噴射圧と
を同一の噴射圧にし、しかも後噴射の開始を主噴射過程
の終了に関連して主噴射過程に引き続いて行うようにし
た。
【０００６】
【発明の効果】本発明による方法により、与えられた運
転パラメータにおいて排ガス中の煤発生の著しい低減が
得られる。それに加えて、排ガスの規定のＮＯｘ値を維
持しながら燃料消費率を低減することも可能となる。
【０００７】コンベンショナルな燃料噴射システムで
は、しばしば意図されない不本意な後噴射が生じる。こ
のような後噴射は噴射装置の故障によるものである。こ
のような故障は、たとえば噴射ノズルの欠陥や、燃料噴
射ポンプと噴射ノズルとの間の圧力波経過の動力特性の
欠陥である。燃料のこのような不本意な後噴射は、噴射
弁のノズル開放圧を超過したばかりの低い燃料噴射圧に
おいて生じる。その場合、燃焼室に流入した燃料の調整
は悪化し、しかもこのような燃料導入は不適当な任意の
時機に行われる。このような不本意な噴射は高いＨＣ放
出量および高い煤放出量の原因となる。さらに噴射ノズ
ルにおけるコークス化により、噴射ノズルの噴射特性に
も不都合な影響が与えられる。冒頭で挙げた公知先行技
術においては、排ガス触媒の効率を高めるために後噴射
を「より意図的に」行う方法が開発されている。しかし
公知先行技術における方法では、後噴射された燃料量は
作業サイクルの固有の燃焼には関与せず、また、噴射の
時間精度や噴射量の正確な維持および規定の噴射圧の正
確な維持に課せられる高い要求をも受けない。
【０００８】本発明による「意図的な後噴射」は、主噴
射の終了に直結されている。すなわち、主噴射のための
噴射過程の終了後に直接に引き続いて、煤放出量の低減
に関して極めて有効となる分割された噴射が行われる。
この場合、後噴射における燃料噴射が主噴射における噴
射と同じ噴射圧で行われることが極めて重要となる。こ
の点において本発明による後噴射は、特に低い噴射圧で
行われる不本意な後噴射とは異なっている。高圧ポンプ
によって常時燃料供給されていて、かつ電気的に制御さ
れる燃料噴射弁によって燃料を取り出される燃料高圧ア
キュムレータを有する噴射システムと相まって、主噴射
と後噴射とを行う本発明による燃料噴射が可能となる。
後噴射においても高く形成される燃料圧は、導入された
燃料の最適な調整を生ぜしめ、この燃料は引き続き燃焼
に関与する。請求項２に記載の方法では、主噴射と後噴
射とが一緒になって、内燃機関の１作業サイクル当たり
の全噴射量を成している。後噴射は主噴射のできるだけ
終了直後に行われると有利である。したがって、後噴射
は主噴射の終了に直結されており、このようにしての
み、後噴射の好都合な効率が得られる。後噴射は、作業
サイクル内で燃料燃焼のために必要となる燃焼室の圧力
条件および温度条件下に再び燃焼過程を開始させる。こ
のように新たに開始される噴射により、既に導入された
燃料量の変換は後噴射と共にもう一度新たに促進され
る。
【０００９】請求項４に記載の方法では、後噴射の噴射
量が内燃機関の運転パラメータに関連して変化し、この
噴射量は請求項５に記載の方法では電気的な制御装置に
よって制御される。この電気的な制御装置の働きによ
り、後噴射は所望通りに主噴射に続いて所要の量で行わ
れるようになる。この制御装置のためのこれらの制御値
は、最適化法において求められた内燃機関固有の特性マ
ップにファイルされる。この場合、所定の負荷点よりも
下では後噴射の特別な効率が認められないので、請求項
７に記載の方法では、このような下側の負荷点が超えら
れた後でしか後噴射が行われない。請求項８に記載の方
法では、特性マップを規定する枠内で、後噴射の噴射量
が負荷に関しても最適化される。この場合、最適化され
た煤放出量低減を得るためには、負荷が増大するにつれ
て運転回転数に応じて、噴射されるべき燃料量が増大し
なければならないか、または減少しなければらならない
ことが判った。これに関連して、著しい煤放出量低減は
一般に全負荷の１０〜２５％の負荷領域が超えられた後
でしか得られないので、後噴射を行う内燃機関の運転は
主として中間の負荷領域および上側の負荷領域において
行われる。請求項１０に記載の方法では、特性マップに
おける、制御装置のための制御値の規定がセンサを用い
て行われ、この場合、後噴射の開始を制御するために特
に燃料噴射弁に取り付けられたセンサを用いて、種々の
運転点における燃料噴射弁の開放時機および閉鎖時機が
検出される。このことは排ガス中の煤放出量を観察しか
つ後噴射量を最適化しながら行われる。請求項１１に記
載の方法では、燃料高圧アキュムレータの燃料によって
提供される噴射圧を変化させることによっても最適化が
行われる。このような最適化はＮＯｘ成分の低減および
燃料消費率の低減のためにも特に好都合となる。
【００１０】さらに本発明の対象は、このような方法を
実施するための、空気圧縮型の自己点火式内燃機関に用
いられる燃料噴射システムであって、高圧ポンプによっ
て常時燃料供給されている燃料高圧アキュムレータと、
該燃料高圧アキュムレータに接続された電気的に制御さ
れる燃料噴射弁とが設けられており、該燃料噴射弁が、
電気的な制御装置によって制御されるようになっている
形式のものに関する。この場合、上記課題を解決するた
めに本発明の構成では、燃料高圧アキュムレータの圧力
が圧力センサによって監視されており、該圧力センサの
制御信号が前記制御装置によって検出され、特性マップ
にメモリされている目標値と比較された後に、前記制御
装置によって燃料高圧アキュムレータの圧力調節のため
に働く各構成要素への干渉が実施可能であり、さらに特
性マップによって規定されたクランク軸角度に関連して
前記制御装置によって主噴射の噴射開始または後噴射の
噴射開始および付加的に前噴射の噴射開始が制御可能で
あり、内燃機関の運転パラメータならびに内燃機関の所
望のトルク送出に関連して主噴射の噴射量が制御され、
該主噴射の噴射量と、特性マップに規定されたパラメー
タとに対応して後噴射の開始および噴射量が制御される
ようにした。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
【００１２】図１には燃料高圧アキュムレータ１（コモ
ンレール）を備えた燃料噴射システムが示されている。
この燃料高圧アキュムレータ１には高圧ポンプ２によっ
て燃料リザーブタンク３から燃料が供給される。燃料高
圧アキュムレータ１には同じ構造を有する複数の燃料噴
射弁５，５′，５′′が圧力管路６，６′，６′′を介
して接続されている。これらの圧力管路６，６′，
６′′はそれぞれ燃料噴射弁５，５′，５′′に高圧燃
料を供給する。燃料高圧アキュムレータ１にはこの場
合、高圧ポンプ２によってできるだけ正確に、燃料噴射
弁５，５′，５′′によって取り出される分の燃料量し
か供給されない。このためには、高圧ポンプ２の吐出量
を燃料高圧アキュムレータ（コモンレール）内の圧力
（レール圧）に関連して制御することができる。圧力を
検出するためには、圧力センサ７が設けられており、こ
の圧力センサ７の出力値は制御装置８に供給される。こ
の制御装置８は圧力センサ７の信号を評価して、規定の
目標値と比較する。この目標値は、たとえば特性マップ
９にメモリされていてよい。制御装置８は目標値からの
実際値の偏差に応じて高圧ポンプ２の高圧吐出量を制御
する。このためには、たとえば高圧ポンプ２の流入管路
に設けられた絞り機構１１に影響を与えるか、または高
圧ポンプ自体に干渉を加えることができる。この場合、
たとえば一定の行程で吐出を行うピストンポンプの場合
には、制御手段を用いて吐出時間が制御される。このよ
うな制御手段は、電気的に作動させられる斜め縁部制御
機構または電磁弁であってよい。これに対して択一的
に、高圧ポンプ２が一定の吐出量または回転数に関連し
た吐出量で圧送を行い、このときに所要圧を上回る圧力
を形成してもよい。その場合、燃料高圧アキュムレータ
１内の所望の燃料噴射圧を調節するためには、たとえば
高圧ポンプ２′に対するバイパス路に設けられた圧力制
御弁１２によって電気的に制御されて燃料高圧アキュム
レータ１内の圧力が補正される。上で挙げた制御手段に
対して付加的に、制限作用または付加的な制御作用を有
する圧力制御弁１４を設けることができる。その場合、
この圧力制御弁１４は高圧ポンプ２の側で絞り機構１１
によって吐出量を前制御するか、もしくは高圧ポンプ
２′の側で圧力制御弁１２によって吐出量を前制御する
場合に、燃料高圧アキュムレータ１内の燃料高圧の精密
制御を行う。この高い圧力は主として、燃料噴射弁５，
５′，５′′において有効となる噴射圧である。これら
の燃料噴射弁５，５′，５′′は全て同じ構造を有して
おり、そのうちの１つの燃料噴射弁５′′が詳しく図示
されている。電気的に制御される形式の燃料噴射弁、た
とえば有利にはコモンレール、つまり燃料高圧アキュム
レータ１からの噴射を行うために働くような燃料噴射弁
は、噴射ニードルに結合されたピストン１６を有してい
ると有利である。このピストン１６は燃料噴射弁ハウジ
ング１８に形成されたシリンダ１７内で制御室１９を端
面側で仕切っている。この制御室１９は絞り２０を介し
て常に燃料高圧アキュムレータ１に接続されていて、さ
らに電気的に制御される弁２１により放圧管路２２を介
して放圧可能である。このような弁２１（以下、「制御
弁」と呼ぶ）は電磁石により操作されるか、あるいはピ
エゾアクチュエータによっても操作され得る。ピエゾア
クチュエータが使用されると、極めて高い制御速度が得
られるという利点が提供される。このことは制御室１９
の小さなハイドロリック室と相まって、燃料噴射弁の極
めて迅速な切換を生ぜしめる。このような構成、つまり
制御弁２１を２ポート２位置弁として形成する構成の代
わりに、別の構成、たとえば制御弁２１を３ポート２位
置弁として形成する構成も可能である。このような３ポ
ート２位置弁を用いると、制御室１９は絞り２０を介し
て常時燃料高圧アキュムレータに接続されるのではな
く、選択的に燃料高圧アキュムレータか、または放圧室
のいずれかに接続される。さらに、電気的に制御される
形式の燃料噴射弁であっても、燃料高圧アキュムレータ
と、燃料噴射弁の噴射部との間の供給管路に、電気的に
制御される通過量調整部材が設けられているような燃料
噴射弁も公知である。図１に示した燃料噴射弁では、ノ
ズルニードル２４に設けられた受圧肩部２３に燃料高圧
が常に加えられている。受圧肩部２３に加えられる開放
力の作用を受けて制御室１９が放圧されると、ノズルニ
ードル２４が開く。このような燃料噴射弁は既に公知で
あるので、詳しい説明は省略する。
【００１３】燃料噴射弁は、高い燃料噴射圧が常時加え
られている状態で、最も短い燃料噴射量のためにも電気
的な制御装置８によって迅速に切り換えられ得る。この
制御装置８は、燃料高圧アキュムレータ内の所望の圧力
を維持する機能を有している。この圧力はほぼ一定に維
持されるが、しかし所属の内燃機関（図示しない）の特
定の運転形式に比例して意図的に変化させることもでき
る。基本的に、調節したい燃料圧の値は特性マップ９に
メモリされていて、場合によっては特定の運転パラメー
タの発生時に、可変の値で呼び出すことができる。ほぼ
一定の調節値はこの場合、既に述べたように圧力センサ
７の測定値と比較され、比較結果に応じて燃料高圧ポン
プによる燃料供給に関して有効な干渉が行われる。それ
と同時に、特性マップは、燃料噴射量や燃料噴射時機を
決定するために重要となる内燃機関の運転パラメータを
メモリするためにも働く。燃料噴射時機は最適化された
値に保持され、この値は最適化法から得られて、特性マ
ップ９にファイルされている。この限りでは、図１に示
した燃料噴射システムは、内燃機関への噴射燃料の汎用
的な供給のために働き、この場合、このような燃料高圧
アキュムレータからの燃料供給形式には、常時準備され
ている極めて高い圧力で燃料を正確に調量して噴射す
る、という大きな利点がある。これによって、特に高い
噴射クオリティおよび極めて有利な噴射タイミングが得
られる。高い噴射圧は内燃機関の燃焼室内での燃料の調
整や好都合な分配をも促進し、ひいてはこれらの燃焼室
内で燃料をできるだけ完全に変換して、有害物質の放出
量を低減し、かつ燃料消費率を減少させる、という目的
を促進する。燃料消費率の減少は、まず良く知られてい
るように噴射時機を最適化することによって得られる。
【００１４】線図には、種々の噴射圧における有害物質
放出量と燃料消費率との間の関係が示されている。図２
の（ａ）には、曲線一定の噴射圧を有する曲線群が示さ
れている。曲線経過は噴射開始時機の点で互いに異なっ
ていて、排ガス中の煤成分とＮＯｘ成分との間の関係を
表している。排ガス中のＮＯｘ成分が少なくなればなる
ほど、煤成分はますます増大することが判る。逆に噴射
開始時機が変化して、ＮＯｘ成分が増大すると、煤成分
は減少する。さらに図２の（ａ）の曲線からは、燃料噴
射圧が増大するにつれて、煤値およびＮＯｘ値の低減が
得られることが判る。しかし燃料消費率（ｓｐｅｚｉｆ
ｉｓｃｈ．Ｋｒａｆｔｓｔｏｆｆｖｅｒｂｒａｕｃｈ）
を考慮すると、図２の（ｂ）から判るように、まず同じ
くＮＯｘ放出量が増大すると、燃料消費率が減少し、逆
にＮＯｘ放出量が減少すると燃料消費率が増大する。し
かもこの場合には、燃料噴射圧が増大するにつれて燃料
消費率がＮＯｘ含量と共に増大することが判る。最適化
のためには、全てのパラメータが最小値をとるか、また
は所定のパラメータ、たとえばＮＯｘ放出量または煤は
そのままでその他のパラメータが最小値をとるような、
燃料圧と噴射時機との平均値が見い出されなければなら
ない。したがって、このような与えられた事情において
燃焼を最適化することには限界があった。
【００１５】しかし、本発明によれば、図５に示した線
図から判るように主噴射に後噴射が付加される。図５に
は、クランク軸角度と各燃料噴射弁のニードル行程との
関係が描かれており、図５に示した下側の曲線につき主
噴射の経過が判る。この主噴射は約５゜のクランク軸角
度で開始し、約２５゜のクランク軸角度で終了する。つ
まり主噴射は、ニードル行程が再び０．０の値に到達す
ると終了する。この主噴射に直接に続いて、燃料噴射弁
はもう一度開かれて、小さなニードル行程を実施する。
この小さなニードル行程は図５に矢印により「後噴射」
として示されている。この小さなニードル行程は次いで
約２８゜のクランク軸角度において再び終了する。この
ような噴射過程に沿って、上側の曲線には燃焼室内の圧
力が描かれている。この圧力はまず燃焼室容量の圧縮に
基づき、約０゜のクランク軸角度における上死点（Ｏ
Ｔ）にまで増大し、次いでピストンの運動に応じて再び
少しだけ低下し、次いで主噴射の経過中および噴射に基
づき生ぜしめられるガス容量の燃焼および膨張の過程で
再び増大する。このような圧力増大は主噴射全体にわた
って行われ、さらに後噴射の領域においても行なわれ、
次いでクランク軸角度が増大するにつれて圧力は徐々に
再び出発値もしくは初期値にまで低下する。
【００１６】これに関連して、主噴射と後噴射とが作業
サイクルの燃焼に直接に関与していることが判る。さら
に、後噴射が主噴射の終了に密に直結されているが、た
だし主噴射の終了時に燃料噴射弁が完全に閉じられた後
でしか後噴射が行われないことも判る。主噴射と後噴射
との間の間隔はできるだけ短く保持され、後噴射は主噴
射の終了に直結されているので、主噴射が増大するにつ
れて、つまり主噴射の終了が、より大きなクランク軸角
度に向かってシフトされた場合には、後噴射も、より大
きなクランク軸角度の方向にシフトされる。所属の内燃
機関はこの場合、汎用の形式で、特別な二次的な排ガス
後処理装置なしに作動する。主噴射および後噴射は、同
一の燃料リザーブタンクから同じ高さの燃料噴射圧で行
われ、この場合、この後噴射は比較的小さなニードル行
程であっても、十分に有効となる、正確に制御された噴
射としてみなすことができる。このような後噴射は、低
い燃料噴射圧において行われる不本意な後噴射とは全く
異なるものである。冒頭で述べたように、このように意
図されずに行われる不本意な後噴射は、燃料噴射弁の開
放圧が既に少しだけ超過された場合に、高圧源と噴射弁
開口部との間の圧力管路内に生じる反射性の圧力波の作
用をも受ける。この場合に生じる圧力は、主噴射もしく
は所要の燃料調整のために必要となる固有の燃料噴射圧
には全く相当していない。電気的に制御される燃料噴射
弁、特にピエゾアクチュエータを用いて作動する燃料噴
射弁は、後噴射のための最短の開放時間を正確にコント
ロールできるように提供することができる。
【００１７】次に、図３の（ａ）および（ｂ）につき、
後噴射の作用について説明する。図３の（ａ）および
（ｂ）には、噴射開始の変化と共に排気煙濃度（Ｓｃｈ
ｗａｅｒｚｕｎｇｓｚｉｆｆｅｒ）もしくは不透明度と
ＮＯｘ放出量との関係もしくは燃料消費率とＮＯｘ放出
量との関係で、後噴射を行う内燃機関の運転と、後噴射
なしの内燃機関の運転とに関する曲線経過が示されてい
る。図３の（ａ）から判るように、噴射開始が「早め」
方向に増大し、かつＮＯｘ含量が増大するにつれて、両
曲線は互いに離れる方向に延びている。たとえばクラン
ク軸角度＋２゜の噴射開始では、燃焼が後噴射と共に行
われると、排ガス中の煤含量の著しい低減が得られる。
それに対して、図３の（ｂ）に示したようにこの手段
の、燃料消費率に与える影響を見てみると、この場合に
は悪化が生じるのではなく、後噴射を行った場合の曲線
と、後噴射なしの曲線とが互いに合致して延びているこ
とが判る。図３の（ａ）および（ｂ）に示した値は、１
４００ｒ．ｐ．ｍ．の内燃機関回転数および７５％の負
荷において求められたものである。噴射圧は約１２ｍｇ
／行程の後噴射量において９００バールであった。図２
の（ａ）および（ｂ）に示した曲線はやはり１４００
ｒ．ｐ．ｍ．の内燃機関回転数ではあるが、しかし５０
％の負荷において求められたものである。
【００１８】最適化された後噴射に基づき、最大３０％
までの排気煙濃度減少が可能となる。
【００１９】主噴射の終了に直接に続いて導入される、
全噴射量の一部である小さな後噴射量は、燃焼室におけ
る燃焼を新たに生ぜしめ、このような燃焼により、特に
燃焼ガスの煤形成性の成分が、有害物質放出物のその他
の成分に不都合な影響を与えることなしに良好に変換さ
れるようになる。後噴射量も全噴射量の一部として駆動
のために有効となる。本発明における後噴射ではこのよ
うな後噴射量をも、別の後噴射法、つまり単に触媒に、
この触媒の作動のために必要となるＨＣ放出量を提供
し、かつこの触媒を作動温度に保持するためにしか役立
たないような後噴射法とは異なり、完全に変換すること
が目的である。
【００２０】排気煙濃度もしくは煤およびＮＯｘ放出量
に関して満足し得る放出値を維持することができる限
り、このようにして得られた関係を有利には燃料消費率
を減少させるためにも使用することができる。図４の
（ａ）にはこのような関係が示されており、この場合、
図２の（ｂ）に示したように燃料噴射圧が低下するにつ
れて燃料消費率も同じく低下する、という事実が利用さ
れる。このことはもちろん、無制限に云えるのではな
く、主として基本噴射圧の枠内で云えることである。後
噴射によって煤値に関して利得が得られた場合には、燃
料噴射圧が低下するにつれて煤の増大を甘受することが
できる（図２のａ参照）。図４の（ａ）には２つの曲
線、つまり８５０バールの噴射圧（レール圧）で後噴射
を行った場合の曲線と、９００バールの噴射圧（レール
圧）で後噴射を行わなかった場合の曲線とが描かれてい
る。このことは噴射開始に関して変化する。噴射圧をこ
のように設定することにより、両曲線が遅めの噴射開始
時にほぼ互いに合致して延びていることが判る。すなわ
ち、後噴射と、噴射圧の低下とを用いると、ＮＯｘ放出
量に対する排気煙濃度が悪化しなくなることが判る。そ
れに対して、燃料消費率に与える影響を見ると、図４の
（ｂ）から判るように、後噴射を行った場合の曲線と、
後噴射を行わなかった場合の曲線とが互いに離れる方向
に移動しており、この場合、後噴射と比較的低い噴射圧
とを用いて運転した場合に燃料消費率に関する利得が得
られる。
【００２１】こうして、内燃機関の排ガス放出量および
燃料消費率を付加的な排ガス後処理手段なしに極めて経
済的に改善することができる。工業的な可能性は、特に
高速制御される燃料噴射弁を用いた燃料高圧容器からの
高圧噴射の使用によっても与えられている。付加的に、
このような噴射を公知の前噴射と組み合わせることもで
きる。このような前噴射は周知のように騒音の低減およ
び燃料消費率の低減をもたらす。
【００２２】このことは主として、前噴射に関する噴射
開始を「早め」方向にずらすことに帰因する。図６には
このような関係が示されている。下側の曲線では０．０
のニードル行程でかつ０゜のクランク軸角度を起点とし
て前噴射の開始が示されている。この前噴射に続いて主
噴射が行われ、この主噴射の後に後噴射が続いて行われ
る。燃焼室内での対応する圧力経過はその上に位置する
曲線に描かれており、この圧力経過が図５に示したもの
よりもはるかに均一に延びていることが判る。特にこの
場合にも、後噴射は内燃機関のシリンダの作業圧範囲内
に十分に位置している。図７の（ａ）および（ｂ）に
は、パラメータである排気煙濃度およびＮＯｘもしくは
燃料消費率に与える影響が、図４の（ａ）および（ｂ）
の場合と同様に示されている。この場合、噴射開始の変
化と共に合計３つの曲線が描かれている。図７の（ｂ）
の上に記した記号説明に示したように、第１の曲線は前
噴射（ＶＥ）も後噴射（ＮＥ）も行わない場合の運転か
ら得られた曲線であり、第２の曲線は前噴射（ＶＥ）を
行うが、後噴射（ＮＥ）は行わない場合の運転から得ら
れた曲線であり、第３の曲線は前噴射（ＶＥ）も後噴射
（ＮＥ）も行なう場合の運転から得られた曲線である。
その他のパラメータを適当に設定した状態において、つ
まりたとえば９００バールに保持されている燃料噴射
圧、１行程当たり５ｍｇの前噴射量および１行程当たり
１２ｍｇの後噴射量において、これらの曲線が主として
下側のＮＯｘ領域においてほぼ互いに合致して延びてい
ることが判る。噴射開始が「早め」方向に増大するにつ
れて、前噴射（ＶＥ）を行うが後噴射（ＮＥ）は行わな
い運転形式では排気煙濃度に関する結果がかなり悪化す
る。このことは、前噴射に関して知られている効果、つ
まりたしかに騒音や燃料消費率を減少させるが、他方で
は排ガス中の煤成分を増大させてしまう、という効果を
生ぜしめる。
【００２３】燃料消費率の低減作用は、図７の（ｂ）か
ら直接に判る。この場合、前噴射（ＶＥ）を行うが後噴
射（ＮＥ）は行わない場合の曲線が、前噴射（ＶＥ）も
後噴射（ＮＥ）も行わない場合の曲線の左側に位置して
いる。しかも、この前噴射（ＶＥ）を行うが後噴射（Ｎ
Ｅ）は行わない場合の曲線には、前噴射（ＶＥ）も後噴
射（ＮＥ）も行なう場合の曲線が合致しており、この場
合、燃料消費率に関して図４の場合に得られた利得に比
べて高められた利得が得られている。しかも図７の
（ａ）から判るように、この場合には排気煙濃度もしく
は煤に対する有害物質放出量の著しい低減が得られる。
煤放出量の著しい改善を断念すれば、このような組み合
わされた手段を用いて燃料消費率の一層大きな改善を得
ることができる。全体的には、後噴射が内燃機関におけ
る有害物質放出量、騒音および燃料消費率を改善するた
めの汎用の手段と相まって、全く意想外の著しい効果を
発揮することが判った。
【００２４】上で説明したように主噴射に直結された後
噴射は、さらにまだ噴射量の点でも可変である。この場
合に重要となるのは、後噴射量が、特に経験によっても
求めることのできる特定の範囲を維持することである。
＜５ｍｇ／行程の後噴射量では排気煙濃度において目覚
ましい改善は得られないことが判った。他方において、
後噴射量が２０ｍｇ／行程を超えるまで高められた場合
には、ＨＣ放出量がかなり増大する。主噴射への後噴射
の直結が維持されない場合にも、やはり不都合な結果が
生じる。主噴射から後噴射の噴射開始までの間隔が増大
するにつれて、再び高いＨＣ放出が開始する。このよう
な高いＨＣ放出はこれまでは、後置された排ガス後処理
装置を、ＮＯｘ成分を低減する目的で有効にするために
利用されていた。後噴射を主噴射に直結させることに基
づき、噴射ニードル行程の測定による付加的な大きな手
間をかけることなく、両噴射のための制御値が特性マッ
プにメモりされていることが必要となる。もちろん、こ
のような噴射ニードル行程の測定は、内燃機関の運転中
の標準運転時でも実施可能ではあるが、しかしこのこと
は極めて大きな手間を意味する。
【００２５】それゆえに、最適化法において、内燃機関
の運転領域にわたって必要となる噴射過程がニードル行
程測定センサによって検出され、後噴射を制御するため
に必要となる対応する制御値が入力される。それと同時
に、特に所望の放出値および燃料消費率値を得るため
に、噴射圧の制御を最適化することも可能となる。この
場合、後噴射の使用は内燃機関の特定の負荷が超えられ
た後でしか有効にならないことが判った。限界値は放出
値を検出することにより測定可能であり、この限界値は
後噴射の制御のために特性マップに入力可能である。こ
の場合、限界値は全負荷の１０〜２５％の範囲にある。
すなわち、この範囲の値が超えられた後でしか、後噴射
を有効に行うことができない。負荷が増大すると、後噴
射の量は各運転点に関して最適に変化させられる。最適
化において判明したことは、排ガス放出値もしくは燃料
消費率の最大限の改善を得るためには、たとえば１２０
０ｒ．ｐ．ｍ．の所定の回転数において、後噴射量が負
荷の増大と共に減少し得ることである。逆に、たとえば
２０００ｒ．ｐ．ｍ．の比較的高い回転数においては、
負荷と後噴射量との関係が逆転し、この場合、所望の最
適の排ガス放出値もしくは燃料消費率を得るためには、
負荷が増大するにつれて後噴射量が増大しなければなら
ない。別の機関においては、場合によってはこれとは異
なる傾向が生じる場合もある。
【００２６】重要となるのは、後噴射が燃焼に対して極
めて大きな影響を持ち、燃焼結果を著しく改善すること
である。しかも、コモンレールと、電気的に制御される
噴射弁とを備えた燃料噴射システムに関して既に与えら
れている手間に加えて、後噴射を制御するための比較的
僅かな手間しか必要とならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実施するための燃料噴射シ
ステムの概略図である。
【図２】燃料高圧アキュムレータ（コモンレール）の種
々の噴射圧におけるＮＯｘ放出量と煤放出量との関係
（ａ）ならびにＮＯｘ放出量と燃料消費率との関係
（ｂ）を示す線図である。
【図３】種々の噴射開始時間に関するＮＯｘ放出量と排
気煙濃度（煤含量）ＳＺとの関係（ａ）ならびにＮＯｘ
放出量と燃料消費率との関係（ｂ）を、本発明による後
噴射の作用と、後噴射なしの運転とを比較して示す線図
である。
【図４】種々の噴射開始時間に関するＮＯｘ放出量と排
気煙濃度ＳＺとの関係（ａ）ならびにＮＯｘ放出量と燃
料消費率との関係（ｂ）を、それぞれ互いに異なる燃料
噴射圧で行われる、後噴射ありの運転と、後噴射なしの
運転とを比較して示す線図である。
【図５】燃料噴射経過をクランク軸角度と、主噴射およ
び後続の後噴射における燃料噴射弁のニードルの行程な
らびに燃焼室に生じる圧力との関係で示す線図である。
【図６】図５と同様の線図であるが、ただしこの場合、
付加的な前噴射を行う場合の噴射経過を示す線図であ
る。
【図７】種々の噴射開始時間に関するＮＯｘ放出量と排
気煙濃度ＳＺとの関係（ａ）ならびにＮＯｘ放出量と燃
料消費率との関係（ｂ）を、前噴射（ＶＥ）も後噴射
（ＮＥ）も行わない場合の運転と、前噴射（ＶＥ）を行
うが、後噴射（ＮＥ）は行わない場合の運転と、前噴射
（ＶＥ）も後噴射（ＮＥ）も行なう場合の運転とを比較
して示す線図である。
【符号の説明】
１ 燃料高圧アキュムレータ、 ２，２′ 高圧ポン
プ、 ３ 燃料リザーブタンク、 ５，５′，５′′
燃料噴射弁、 ６，６′，６′′ 圧力管路、７ 圧力
センサ、 ８ 制御装置、 ９ 特性マップ、 １１
絞り機構、 １２ 圧力制御弁、 １４ 圧力制御弁、
１６ ピストン、 １７ シリンダ、１８ 燃料噴射
弁ハウジング、 １９ 制御室、 ２０ 絞り、 ２１
弁、２２ 放圧管路、 ２３ 受圧肩部、 ２４ ノ
ズルニードル
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 47/00 Ｆ０２Ｍ 47/00 Ｅ 55/02 ３５０ 55/02 ３５０Ｅ (72)発明者 ヘルマン グリースハーバー ドイツ連邦共和国 アイヒタール ハルデ ンシュトラーセ 69 (72)発明者 ヘリベルト ヘールレ ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト プ ッペンヴェーク ５

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気圧縮型の自己点火式内燃機関の燃焼
    室に燃料を噴射する方法であって、この場合、燃料を主
    噴射と、該主噴射に続く後噴射とによって内燃機関の燃
    焼室に噴射し、しかもその都度両噴射量、つまり各燃焼
    室への主噴射の噴射量と後噴射の噴射量とを、電気的に
    制御される同一の噴射弁を介して、高圧ポンプによって
    常時燃料供給されている燃料高圧アキュムレータから取
    り出す形式のものにおいて、主噴射のための噴射圧と、
    後噴射のための噴射圧とを同一の噴射圧にし、しかも後
    噴射の開始を主噴射過程の終了に関連して主噴射過程に
    引き続いて行うことを特徴とする、空気圧縮型の自己点
    火式内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する方法。
  2. 【請求項２】 後噴射を、内燃機関の各シリンダの１作
    業サイクル当たりに噴射したい全噴射量の一部として、
    各作業サイクルにおける燃焼に関与させる、請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 主噴射の終了から後噴射の開始までの間
    隔をできるだけ短くする、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 後噴射の噴射量を内燃機関の複数の運転
    パラメータに関連して制御して、内燃機関の運転点と共
    に変化させる、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 内燃機関の種々の運転点のために必要と
    なる後噴射のための制御値を、運転パラメータの変化に
    対応して、最適化過程において形成された特性マップか
    ら取り出す電気的な制御装置を用いて、主噴射の終了位
    置に関連した後噴射の開始と、後噴射の噴射量とを制御
    する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 後噴射を用いた内燃機関の運転を、内燃
    機関の規定の負荷よりも上でしか行わない、請求項１か
    ら５までのいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 後噴射を用いた内燃機関の運転を開始す
    るための基準となる前記負荷を、後噴射の噴射量の最適
    化の際に内燃機関の当該負荷が超えられると排ガス中の
    煤成分の低減が生じることに基づき規定する、請求項６
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 後噴射の噴射量の最適化を燃料消費率、
    煤放出量およびＮＯ ｘ放出量の最適化と相まって、主噴
    射の噴射開始と、燃料高圧アキュムレータ内で調節され
    る噴射圧とに関連して行う、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 内燃機関の負荷増大時に、全負荷の１０
    〜２５％、有利には２５％である内燃機関の下側の負荷
    点が超えられた後に、後噴射を開始する、請求項７また
    は８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 後噴射量の特性マップおよび各主噴射
    の終了時に噴射弁の閉鎖によって規定される、後噴射の
    ための噴射時機とを、内燃機関の運転領域で、噴射弁の
    開放信号および閉鎖信号を検出するセンサによって、こ
    のときに生じる内燃機関の排ガス中の煤放出量に関して
    検出し、各内燃機関のために最適になるように、種々の
    運転点および運転パラメータにおいて特性マップに規定
    する、請求項５から９までのいずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 最適化過程でできるだけ少ない燃料消
    費率を得ると同時に許容のＮＯｘ含量および許容の煤含
    量を維持するために、燃料高圧アキュムレータ内の燃料
    の噴射圧を減少させる、請求項５から１０までのいずれ
    か１項記載の方法。
  12. 【請求項１２】 主噴射と後噴射とに対して付加的に、
    前噴射を行って内燃機関を運転し、噴射圧、主噴射の噴
    射開始、後噴射量、前噴射の噴射開始および前噴射量に
    関する最適化された値を特性マップにメモリし、これら
    の値を噴射システムを制御するための電子制御装置によ
    って処理して、内燃機関の運転時に前記値に影響を与え
    るための制御信号に変換する、請求項１から１１までの
    いずれか１項記載の方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１に記載の方法を実施するため
    の、空気圧縮型の自己点火式内燃機関に用いられる燃料
    噴射システムであって、高圧ポンプ（２，２´）によっ
    て常時燃料供給されている燃料高圧アキュムレータ
    （１）と、該燃料高圧アキュムレータ（１）に接続され
    た電気的に制御される燃料噴射弁（５，５´，５´´）
    とが設けられており、該燃料噴射弁が、電気的な制御装
    置によって制御されるようになっている形式のものにお
    いて、燃料高圧アキュムレータ（１）の圧力が圧力セン
    サ（７）によって監視されており、該圧力センサ（７）
    の制御信号が前記制御装置（８）によって検出され、特
    性マップ（９）にメモリされている目標値と比較された
    後に、前記制御装置（８）によって燃料高圧アキュムレ
    ータ（１）の圧力調節のために働く各構成要素（１１，
    １２，１４）への干渉が実施可能であり、さらに特性マ
    ップによって規定されたクランク軸角度に関連して前記
    制御装置によって主噴射の噴射開始または後噴射の噴射
    開始および付加的に前噴射の噴射開始が制御可能であ
    り、内燃機関の運転パラメータならびに内燃機関の所望
    のトルク送出に関連して主噴射の噴射量が制御され、該
    主噴射の噴射量と、特性マップに規定されたパラメータ
    とに対応して後噴射の開始および噴射量が制御されるよ
    うになっていることを特徴とする、空気圧縮型の自己点
    火式内燃機関に用いられる燃料噴射システム。
JP10303859A 1997-10-25 1998-10-26 空気圧縮型の自己点火式内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する方法 Pending JPH11200933A (ja)

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