JP2003097274A - Fuel combustion device for diesel engine - Google Patents

Fuel combustion device for diesel engine

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JP2003097274A
JP2003097274A JP2001293057A JP2001293057A JP2003097274A JP 2003097274 A JP2003097274 A JP 2003097274A JP 2001293057 A JP2001293057 A JP 2001293057A JP 2001293057 A JP2001293057 A JP 2001293057A JP 2003097274 A JP2003097274 A JP 2003097274A
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大輔 志茂
Yasuyuki Terasawa
保幸 寺沢
Hiroshi Hayashibara
寛 林原
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To safely intensity a vertical eddy generating in a reentrance type cavity 8 formed at the upper part of a piston 1 even under an operation condi tion in which the temperature in the cavity is relatively high. SOLUTION: This fuel combustion device is provided with a fuel injection valve 9 for injecting a fuel toward a lip 11 of an opening edge of the cavity 8 of the piston 1, and is composed such that the region of fuel vapor 16 is formed near the lip 11 by making the fuel sprayed by the injection valve 9 reach the lip 11 during ignition delay, and an expansion flow is generated by igniting the fuel vapor 16 at the front of fuel injection direction to induce the fuel vapor in the front of ignition position to the bottom of the cavity 8 by applying to the peripheral wall face 12 thereof. Further, the device is provided with a control means for extending an ignition delay period to a prescribed one or more in either one of the cases that an engine load is a prescribed one or heavier, that a supercharging pressure P applied to the intake air is a prescribed one P0 or higher, or that an intake temperature Tin is a predetermined one Tin0 or higher.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンに形成さ
れたリエントラント型のキャビティ内に直接噴射された
燃料を燃焼させるディーゼルエンジンの燃料燃焼装置に
関する技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technical field of a diesel engine fuel combustion apparatus for combusting a fuel directly injected into a reentrant type cavity formed in a piston.

【0002】[0002]

【従来の技術】直噴式ディーゼルエンジンにおいて、ピ
ストンの頂部にリエントラント型のキャビティを形成し
たものは一般に知られている。例えば、特開平9−41
975号公報には、ピストンのリップ部に向けて噴射さ
れた燃料が該リップ部から当該キャビティの底部に向か
うときにキャビティ側壁から剥離するように、当該キャ
ビティ形状を定めることにより、燃料噴霧と空気との混
合を良くし、煤の発生を抑えることが記載されている。
2. Description of the Related Art A direct injection diesel engine having a reentrant cavity at the top of a piston is generally known. For example, JP-A-9-41
In the 975 publication, the fuel spray and the air are sprayed by defining the cavity shape so that the fuel injected toward the lip portion of the piston is separated from the side wall of the cavity when it goes from the lip portion to the bottom portion of the cavity. It is described that the mixing with and to suppress the generation of soot.

【0003】また、自動車技術会論文集Vol.31,No.3,Ju
ly 2000第51〜56頁には、ピストンのリエントラン
ト型キャビティの底部中央を隆起させれば、圧縮行程
中にリップ部下の側壁に沿って下向きに流れる縦渦が形
成されること、燃料を噴射すると、燃料噴霧は上記縦
渦に引き込まれリップ部下の側壁に沿って下向きに回転
する流れを形成すること、リップ径を大きくすると逆
スキッシュ流が弱まってスキッシュエリアへの混合気の
流出が抑制されること、上記縦渦はスワールの影響に
より螺旋渦となること、この螺旋渦により、キャビテ
ィ内で混合気形成と燃焼が促進されること、その後、
混合気はスキッシュエリアに排出され、燃え残りの煤を
酸化することがそれぞれ記載されている。
Also, Vol.31, No.3, Ju
ly 2000, pp. 51-56, if the bottom center of the reentrant cavity of the piston is raised, a vertical vortex is formed to flow downward along the side wall below the lip during the compression stroke. , The fuel spray is drawn into the vertical vortex to form a flow that rotates downward along the side wall below the lip, and increasing the lip diameter weakens the reverse squish flow and suppresses the outflow of the air-fuel mixture to the squish area. The vertical vortex becomes a spiral vortex due to the influence of swirl, and the spiral vortex promotes mixture formation and combustion in the cavity.
It is described that the air-fuel mixture is discharged to the squish area and oxidizes the unburned soot.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、直噴式ディ
ーゼルエンジンの駆動運転により発生するのは、煤だけ
ではない。すなわち、燃焼室内に吸入される空気中の窒
素が酸化されることによりNOxも同時に生成されると
いう問題がある。しかし、上記各従来のものでは、煤の
排出を抑制するようにしているものの、煤だけでなくN
Oxの生成をも同時に抑制することは困難である。
However, it is not only the soot that is generated by the driving operation of the direct injection type diesel engine. That is, there is a problem that NOx is also produced at the same time by oxidizing the nitrogen in the air taken into the combustion chamber. However, in each of the above-mentioned conventional ones, although soot discharge is suppressed, not only soot but N
It is difficult to suppress the generation of Ox at the same time.

【0005】そこで、燃料噴霧を所定のペネトレーショ
ン(噴霧の貫徹度合い)で燃料噴射弁から噴射して、燃
料噴射開始から自己着火するまでの期間たる着火遅れ期
間中に、リップ部付近に燃料蒸気の領域を比較的まとま
った状態で形成し、この燃料蒸気の一部を着火後の燃料
ガス膨張流によりキャビティ底部へ誘導して縦渦の生成
・強化を図ることにより、NOx及び煤の双方の生成を
それぞれ低減することが考えられる。
Therefore, fuel spray is injected from the fuel injection valve with a predetermined penetration (spray penetration degree), and during the ignition delay period which is the period from the start of fuel injection to self-ignition, the fuel vapor is generated near the lip portion. By forming a region in a relatively cohesive state and inducing a part of this fuel vapor to the bottom of the cavity by the fuel gas expansion flow after ignition to generate and strengthen vertical vortices, both NOx and soot are generated. Can be reduced respectively.

【0006】一方、エンジンの負荷が比較的大きい場
合、吸気の過給圧が比較的高い場合、吸気温度が比較的
高い場合等には、キャビティを有する燃焼室内の温度が
上昇して燃料噴霧が蒸発しやすくなる。すなわち、リッ
プ部付近に充分な燃料蒸気の領域が形成される前に燃料
噴霧は自己着火してしまうため、着火後の膨張流により
燃料蒸気の一部をキャビティ底部へ充分に誘導すること
ができず、キャビティ内に強力な上記縦渦を生成するこ
とが困難となる。その結果、上記のようなエンジンの負
荷や、吸気の過給圧や、吸気温度が比較的高い場合に
は、NOx及び煤の生成を有効に低減させることができ
ないという問題がある。
On the other hand, when the engine load is relatively large, the intake supercharging pressure is relatively high, the intake air temperature is relatively high, etc., the temperature in the combustion chamber having the cavity rises and fuel spray is generated. Easier to evaporate. That is, since the fuel spray self-ignites before a sufficient fuel vapor region is formed near the lip portion, a part of the fuel vapor can be sufficiently guided to the cavity bottom portion by the expansion flow after ignition. Therefore, it becomes difficult to generate a strong vertical vortex in the cavity. As a result, when the engine load, the intake supercharging pressure, and the intake temperature are relatively high as described above, there is a problem that the production of NOx and soot cannot be effectively reduced.

【0007】本発明は斯かる諸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、キャビティ内に生成
する縦渦の強化を図るとともに、特にキャビティ内の温
度が比較的高温となる運転状態のときに、縦渦を安定し
て強化できるようにすることにより、NOx及び煤の双
方の生成量を可及的に低減しようとすることにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to enhance the longitudinal vortices generated in the cavity and, in particular, to perform an operation in which the temperature in the cavity becomes relatively high. In the state, the vertical vortices can be stably strengthened to reduce the production amounts of both NOx and soot as much as possible.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、着火により発生する膨張流により
燃料蒸気の一部をキャビティ底部へ誘導して縦渦を強化
するようにし、さらに、キャビティ内の温度が比較的高
温となるような所定の運転状態のときには、着火遅れ期
間を所定期間以上に制御するようにした。
In order to achieve the above object, in the present invention, a part of the fuel vapor is guided to the bottom of the cavity by the expansion flow generated by ignition to strengthen the longitudinal vortex, and The ignition delay period is controlled to be equal to or longer than the predetermined period during a predetermined operation state in which the temperature inside the cavity is relatively high.

【0009】具体的には、第1の発明では、頂部に開口
端に近付くに従って径が小さくなるリエントラント型の
キャビティが形成されたピストンと、上記ピストンのキ
ャビティ開口縁を形成するリップ部に向かって燃料を噴
射する燃料噴射弁とを備え、上記燃料噴射弁より噴射さ
れた燃料噴霧を着火遅れ期間に上記リップ部に到達させ
て該リップ部付近に燃料蒸気の領域を形成し、上記燃料
噴射弁の燃料噴射方向前方で燃料を着火させ、この着火
による燃焼ガスの膨張流により、その着火位置前方の上
記燃料蒸気を上記キャビティの周壁面に当てて該キャビ
ティの底の方へ誘導し、火炎がキャビティの底に伝播さ
れるように構成されたディーゼルエンジンの燃料燃焼装
置が対象である。そして、エンジン負荷が所定負荷以上
である場合と、吸気に加えられる過給圧が所定圧力以上
である場合と、吸気温度が所定温度以上である場合との
いずれかの場合に、着火遅れ期間を所定期間以上に制御
する制御手段を備えている。
Specifically, according to the first aspect of the invention, a piston having a reentrant type cavity formed in the top thereof, the diameter of which becomes smaller toward the opening end, and a lip portion forming a cavity opening edge of the piston are provided. A fuel injection valve for injecting fuel, the fuel spray injected from the fuel injection valve reaches the lip portion during an ignition delay period to form a region of fuel vapor near the lip portion, and the fuel injection valve The fuel is ignited in the front of the fuel injection direction, and the expansion flow of the combustion gas due to this ignition causes the fuel vapor in front of the ignition position to impinge on the peripheral wall surface of the cavity toward the bottom of the cavity, and the flame A diesel engine fuel combustor configured to propagate to the bottom of the cavity is of interest. The ignition delay period is set when the engine load is equal to or higher than a predetermined load, the supercharging pressure applied to the intake air is equal to or higher than a predetermined pressure, or the intake air temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. A control means for controlling for a predetermined period or more is provided.

【0010】上記の発明によると、燃料噴霧が燃料噴射
弁から噴射され、着火遅れ期間中にリップ部に到達する
ことによって、該リップ部付近に燃料蒸気の領域が形成
される。そして、燃料噴霧の着火位置(着火点)は、燃
料蒸気の領域における燃料噴射方向上流側の位置となる
ため、この着火による燃焼によって着火位置から下流側
へ向かって爆発的に広がる強い膨張流が生成される。
According to the above invention, the fuel spray is injected from the fuel injection valve and reaches the lip portion during the ignition delay period, whereby a region of fuel vapor is formed near the lip portion. Since the ignition position (ignition point) of the fuel spray is the upstream position in the fuel injection direction in the region of the fuel vapor, a strong expansion flow explosively spreading from the ignition position to the downstream side is generated by the combustion due to this ignition. To be done.

【0011】そして、上記燃料蒸気領域の下流側のリッ
プ部付近の燃料蒸気は、上記膨張流によってキャビティ
内周壁面(特にリップ部と、該リップ部よりもピストン
径方向外側へ凹入した部分との境界付近)に当たり、キ
ャビティ内周壁面に沿ってキャビティ底部側へ誘導され
ることで、強力な縦渦が生成される。さらに、キャビテ
ィ底部に誘導された燃料を追いかけて火炎が伝播してい
くことで、さらに縦渦が成長していく。
The fuel vapor in the vicinity of the lip portion on the downstream side of the fuel vapor region is caused by the expansion flow to form an inner peripheral wall surface of the cavity (in particular, a lip portion and a portion recessed outward of the lip portion in the radial direction of the piston). Around the boundary), the strong vertical vortex is generated by being guided to the bottom side of the cavity along the inner wall surface of the cavity. Further, as the flame propagates following the fuel guided to the bottom of the cavity, vertical vortices grow further.

【0012】この縦渦の流れとともに、火炎もリップ部
からキャビティ底部へ回り込む。これにより、ヒートス
ポット(局所的な高温領域)がリップ部付近からキャビ
ティ底部へ広がる一方、リップ部付近では燃料蒸気が少
なくなるので、リップ部付近のヒートスポットは速やか
に消滅していく。すなわち、燃料噴射終了までにキャビ
ティ内の最高温度部位がリップ部からキャビティ底部側
へ移行して分散する。
With the flow of this vertical vortex, the flame also wraps around from the lip to the bottom of the cavity. As a result, the heat spot (local high temperature region) spreads from the vicinity of the lip portion to the bottom of the cavity, while the fuel vapor decreases near the lip portion, so the heat spot near the lip portion disappears promptly. That is, by the end of fuel injection, the highest temperature portion in the cavity moves from the lip portion to the cavity bottom side and is dispersed.

【0013】従って、ヒートスポットがキャビティ内の
特定位置で長時間存在するのを防止し、あるいはヒート
スポットを早く消滅させるため、NOxの生成量を効果
的に低減させることができる。さらに、縦渦が強化され
ることにより、キャビティ内における燃料と空気との混
合と、燃焼後半での燃焼ガスと空気との混合とがそれぞ
れ促進されるため、煤の生成量を有効に低減させること
ができる。
Therefore, the heat spot is prevented from existing at a specific position in the cavity for a long time, or the heat spot is quickly extinguished, so that the amount of NOx produced can be effectively reduced. Further, since the vertical vortices are strengthened, the mixing of the fuel and the air in the cavity and the mixing of the combustion gas and the air in the latter half of the combustion are respectively promoted, so that the soot generation amount is effectively reduced. be able to.

【0014】ところで、エンジン負荷が所定負荷以上で
ある場合と、吸気に加えられる過給圧が所定圧力以上で
ある場合と、吸気温度が所定温度以上である場合とのい
ずれかの場合には、キャビティ内部の雰囲気温度が上昇
し、燃料噴霧が蒸発して燃焼しやすくなる。これに対し
て、この発明では、そのようにキャビティ内の雰囲気温
度が比較的高温となるような運転状態のときには、制御
手段により着火遅れ期間が所定期間以上となるように制
御されるため、リップ部付近に充分な燃料蒸気の領域を
形成することができる。そして、その後に、燃料噴霧が
自己着火するので、着火後の膨張流によりリップ部付近
における燃料蒸気の一部をキャビティ底部へ有効に誘導
することができる。その結果、キャビティ内に強力な縦
渦を生成してNOx及び煤の生成を低減させることがで
きる。
By the way, when the engine load is above a predetermined load, the boost pressure applied to the intake air is above a predetermined pressure, or the intake air temperature is above a predetermined temperature, The ambient temperature inside the cavity rises, and the fuel spray evaporates and combustion becomes easier. On the other hand, according to the present invention, in such an operating state that the atmospheric temperature in the cavity is relatively high, the control means controls the ignition delay period to be equal to or longer than the predetermined period. A sufficient fuel vapor region can be formed near the portion. Then, after that, the fuel spray self-ignites, so that a part of the fuel vapor in the vicinity of the lip can be effectively guided to the cavity bottom by the expansion flow after ignition. As a result, strong longitudinal vortices can be generated in the cavity to reduce NOx and soot generation.

【0015】第2の発明では、上記第1の発明におい
て、制御手段は、エンジンの有効圧縮比を所定値以下に
制御することを特徴とする。
A second invention is characterized in that, in the first invention, the control means controls the effective compression ratio of the engine to a predetermined value or less.

【0016】上記の発明によると、制御手段によりキャ
ビティ内への吸気量が減少されて有効圧縮比が所定値以
下となるように制御されるので、加圧圧縮によるキャビ
ティ内の空気の高温化を抑制することができる。すなわ
ち、燃料噴霧の過度な蒸発が抑制されるので、着火遅れ
期間が所定期間よりも短くなるのを抑制することができ
る。
According to the above-mentioned invention, the amount of intake air into the cavity is reduced by the control means so that the effective compression ratio is controlled to a predetermined value or less, so that the temperature of the air in the cavity is raised by pressurization and compression. Can be suppressed. That is, since excessive evaporation of the fuel spray is suppressed, it is possible to prevent the ignition delay period from becoming shorter than the predetermined period.

【0017】第3の発明では、上記第2の発明におい
て、吸気弁の閉弁時期を可変とする可変動弁機構を備え
る一方、制御手段は、上記可変動弁機構の閉弁時期を制
御することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, a variable valve mechanism for varying the closing timing of the intake valve is provided, while the control means controls the closing timing of the variable valve mechanism. It is characterized by

【0018】上記の発明によると、例えばエンジンが高
回転高負荷状態にあるとき、制御手段は、可変動弁機構
の閉弁時期を制御して、吸気弁の閉弁時期を遅角側に所
定角度だけシフトする(吸気弁の遅閉じ)。そのとき、
燃焼室内部の混合気の一部が、圧縮行程初期に上昇する
ピストンにより吸気通路に押し戻される。このことによ
り、キャビティ内の吸気量が減少するため、このキャビ
ティ内で空気が過剰に加圧圧縮されて高温となるのを抑
制することができる。つまり、着火遅れ期間を適正に維
持することができる。
According to the above invention, for example, when the engine is in the high rotation and high load state, the control means controls the valve closing timing of the variable valve mechanism to set the intake valve closing timing to the retard side. Shift by an angle (slow closing of the intake valve). then,
Part of the air-fuel mixture inside the combustion chamber is pushed back into the intake passage by the piston that rises in the early stage of the compression stroke. As a result, the amount of intake air in the cavity is reduced, so that it is possible to prevent the air from being excessively pressurized and compressed in the cavity to reach a high temperature. That is, the ignition delay period can be appropriately maintained.

【0019】第4の発明では、上記第1〜3のいずれか
の発明において、制御手段は、エンジン負荷が所定負荷
以上である場合と、吸気に加えられる過給圧が所定圧力
以上である場合と、吸気温度が所定温度以上である場合
とのいずれかの場合に、燃料噴射弁の燃料噴射圧を所定
値以上に制御することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the invention, the control means is such that the engine load is equal to or higher than a predetermined load and the supercharging pressure applied to the intake air is equal to or higher than a predetermined pressure. And the case where the intake air temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the fuel injection pressure of the fuel injection valve is controlled to a predetermined value or higher.

【0020】上記の発明によると、エンジン負荷が所定
負荷以上である場合と、吸気に加えられる過給圧が所定
圧力以上である場合と、吸気温度が所定温度以上である
場合とのいずれかの場合には、上述のように、キャビテ
ィ内部の雰囲気温度が上昇するため、着火遅れ期間は短
くなる。これに対して、この発明では、そのようにキャ
ビティ内の雰囲気温度が比較的高温となるような運転状
態のときには、制御手段により燃料噴射弁からの燃料噴
射圧が所定値以上となるように制御されるため、燃料噴
霧のペネトレーション(噴霧の貫通度合い)を増大させ
て、リップ部付近に充分な燃料蒸気の領域を形成するこ
とができる。従って、その後の燃料噴霧の自己着火によ
り膨張流を生成し、キャビティ内に強力な縦渦を生成し
てNOx及び煤の生成を効果的に低減させることができ
る。
According to the above invention, the engine load is equal to or higher than a predetermined load, the supercharging pressure applied to the intake air is equal to or higher than a predetermined pressure, or the intake air temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. In this case, since the ambient temperature inside the cavity rises as described above, the ignition delay period becomes short. On the other hand, according to the present invention, the control means controls the fuel injection pressure from the fuel injection valve to be equal to or higher than a predetermined value under such an operating condition that the atmospheric temperature in the cavity is relatively high. Therefore, the penetration of the fuel spray (degree of penetration of the spray) can be increased, and a sufficient fuel vapor region can be formed near the lip portion. Therefore, an expansion flow is generated by the subsequent self-ignition of the fuel spray, a strong longitudinal vortex is generated in the cavity, and the generation of NOx and soot can be effectively reduced.

【0021】第5の発明では、上記第1〜4のいずれか
1つの発明において、燃料噴射弁の燃料噴射開始から
0.42ms経過時点での燃料噴霧の到達距離と定義し
たときのペネトレーションSpと、上記燃料噴射弁の燃
料噴霧のコーン角Θと、キャビティのリップ部における
最小口径Dlip とが次式 Dlip =k×Sp×sin(Θ/2) (但し、k=1.4〜1.8)を満足する関係にあるこ
とを特徴とする。
In a fifth aspect of the invention, in any one of the first to fourth aspects of the invention, the penetration Sp is defined as the arrival distance of the fuel spray when 0.42 ms has elapsed from the fuel injection start of the fuel injection valve. The cone angle Θ of the fuel spray of the fuel injection valve and the minimum diameter Dlip at the lip portion of the cavity are expressed by the following equation Dlip = k × Sp × sin (Θ / 2) (where k = 1.4 to 1.8). ) Is satisfied.

【0022】すなわち、本発明は、燃料噴射弁からリッ
プ部に向けて燃料を噴射し、燃料の着火遅れ期間に燃料
噴霧をリップ部に到達させて該リップ部付近に燃料蒸気
が形成されるようにしようとするものである。そのため
に、キャビティの最小口径Dlip は、燃料噴射開始か
ら、中負荷運転時の代表的な着火遅れ期間である0.4
2ms経過時点での燃料噴霧の到達距離Sp(噴霧のペ
ネトレーション)に基づいて決定される。このSpにsi
n(Θ/2)を乗じているのは、燃料がコーン角Θをもっ
て噴射されることから、燃料噴霧の水平方向での到達距
離を求めるためである。
That is, according to the present invention, the fuel is injected from the fuel injection valve toward the lip portion, and the fuel spray reaches the lip portion during the ignition delay period of the fuel so that the fuel vapor is formed near the lip portion. Is what you are trying to do. Therefore, the minimum diameter Dlip of the cavity is 0.4, which is a typical ignition delay period during medium load operation from the start of fuel injection.
It is determined based on the fuel spray arrival distance Sp (spray penetration) when 2 ms has elapsed. Si on this Sp
The reason for multiplying by n (Θ / 2) is that the fuel spray is carried out with the cone angle Θ, and therefore the reaching distance of the fuel spray in the horizontal direction is obtained.

【0023】ところで、上記k値が1.4未満であっ
て、キャビティの最小口径Dlip が相対的に小さくなり
過ぎると、燃料噴射弁から液状噴流として噴射された燃
料は、リップ部に到達するまでに充分に分裂しないた
め、不完全な噴霧状態となる。従って、燃料蒸気の形成
も不充分となって、上記燃焼ガスの膨張流が有効に働か
ない。さらに、燃料噴霧のコア(燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料噴霧の中に存在する液柱部分又は燃料濃度が非
常に高い部分)がリップ部に衝突して燃焼を悪化させて
出力が低下するので、NOx生成量が少なくなるとして
も、煤の生成量は多くなってしまう。
By the way, when the above-mentioned k value is less than 1.4 and the minimum diameter Dlip of the cavity becomes relatively small, the fuel injected from the fuel injection valve as a liquid jet flows until it reaches the lip portion. As it does not split sufficiently, it becomes an incomplete spray state. Therefore, the formation of fuel vapor becomes insufficient, and the expansion flow of the combustion gas does not work effectively. Furthermore, the core of the fuel spray (the liquid column portion existing in the fuel spray injected from the fuel injection valve or the portion having a very high fuel concentration) collides with the lip portion to deteriorate the combustion and reduce the output. However, even if the NOx generation amount decreases, the soot generation amount increases.

【0024】一方、上記k値が1.8を越えて、上記D
lip が相対的に大きくなり過ぎると、着火点からリップ
部までの距離が遠くなるため、着火による燃焼ガスの膨
張流がその前方の燃料蒸気に作用したとしても、その燃
料蒸気は、リップ部に当たる前に周囲に分散する。従っ
て、燃料蒸気を膨張流によってキャビティ底の方へ誘導
することができないため、NOx発生量が増えてしま
う。
On the other hand, when the above k value exceeds 1.8, the above D
If the lip becomes too large, the distance from the ignition point to the lip becomes longer, so even if the expansion flow of the combustion gas due to ignition acts on the fuel vapor in front of it, that fuel vapor will not reach the lip. Disperse around. Therefore, since the fuel vapor cannot be guided toward the bottom of the cavity by the expansion flow, the NOx generation amount increases.

【0025】したがって、このことから、上記k値とし
て、k=1.4〜1.8であることが望ましい。さら
に、このような観点から、上記k値として、k=1.5
〜1.7とすることがより好ましい。
Therefore, from the above, it is desirable that the above k value is k = 1.4 to 1.8. Further, from such a viewpoint, as the above k value, k = 1.5
It is more preferable that it is set to be 1.7.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
燃料燃焼装置を備える直噴式ディーゼルエンジンの構成
を概略的に示している。同図において、2はシリンダブ
ロック、2aはシリンダブロック2に形成されたシリン
ダ、1はシリンダ2a内に設けられたピストンである。
また、3はシリンダブロック2の上部に組み付けられた
フラット型のシリンダヘッドである。
1 is a schematic diagram showing the structure of a direct injection diesel engine equipped with a fuel combustion system according to an embodiment of the present invention. In the figure, 2 is a cylinder block, 2a is a cylinder formed in the cylinder block 2, and 1 is a piston provided in the cylinder 2a.
Further, 3 is a flat type cylinder head mounted on the upper portion of the cylinder block 2.

【0027】ピストン1の頂部には開口端に近付くに従
って径が小さくなる凹状のリエントラント型のキャビテ
ィ8が形成されている。図3にも拡大して示すように、
11はキャビティ8の開口縁を形成するようにピストン
頂面部において内方へ突出する環状のリップ部、12は
該リップ部11に続いてピストン径外方向に凹入した環
状凹入部である。また、ピストン1には、キャビティ8
の底部中央において該キャビティ8の開口に向かって隆
起した凸部13が形成されている。
At the top of the piston 1, there is formed a concave reentrant type cavity 8 whose diameter becomes smaller as it approaches the opening end. As shown enlarged in FIG.
Reference numeral 11 denotes an annular lip portion that protrudes inward at the piston top surface portion so as to form the opening edge of the cavity 8, and reference numeral 12 denotes an annular recess portion that follows the lip portion 11 and is recessed radially outward of the piston. In addition, the piston 1 has a cavity 8
At the center of the bottom of the cavity, a protrusion 13 is formed which is raised toward the opening of the cavity 8.

【0028】シリンダヘッド3の下部には、燃料噴射弁
9がその先端の噴射ノズル10がシリンダ2a内に臨ん
だ状態で取付固定されている。図4にも示すように、燃
料噴射弁9は、燃料を、噴射ノズル10からリップ部1
1に向かって放射状に例えば6方向へそれぞれ均等に噴
射することによって、キャビティ8内に燃料を直接噴射
するためのものである。この燃料噴射弁9は、クランク
軸(図示省略)の回転角度を検出する電磁式のクランク
角センサ22や、アクセルペダルの開度(アクセル操作
量)を検出するアクセル開度センサ23等の出力信号に
基づいて、コントロールユニット(以降、ECUとい
う)40により作動制御されるようになっている。ま
た、燃料噴射弁9は、燃料をその噴射圧以上の高圧状態
で貯留するコモンレール(図示省略)に接続されてお
り、このコモンレールに内部の燃料圧力を検出する燃料
圧力センサ29が配設されている。
A fuel injection valve 9 is attached and fixed to the lower portion of the cylinder head 3 with an injection nozzle 10 at the tip thereof facing the inside of the cylinder 2a. As also shown in FIG. 4, the fuel injection valve 9 transfers the fuel from the injection nozzle 10 to the lip portion 1.
This is for directly injecting the fuel into the cavity 8 by uniformly injecting radially toward 1, for example, 6 directions. The fuel injection valve 9 outputs signals from an electromagnetic crank angle sensor 22 that detects a rotation angle of a crankshaft (not shown), an accelerator opening sensor 23 that detects an accelerator pedal opening (accelerator operation amount), and the like. Based on the above, the operation is controlled by a control unit (hereinafter referred to as ECU) 40. Further, the fuel injection valve 9 is connected to a common rail (not shown) that stores fuel in a high pressure state equal to or higher than its injection pressure, and a fuel pressure sensor 29 for detecting the internal fuel pressure is arranged on this common rail. There is.

【0029】4はシリンダヘッド3の下部に形成されて
キャビティ8内に空気を供給するための吸気ポート(ヘ
リカルポート)であり、5は同様にシリンダヘッド3の
下部に形成されてキャビティ8内から排気ガスを排出す
るための排気ポートである。図2に示すように、吸気ポ
ート4及び排気ポート5は、それぞれ例えば2つずつ設
けられている。吸気ポート4には直立型の吸気バルブ6
が、また排気ポート5には同様の排気バルブ7がそれぞ
れ設けられている。
Reference numeral 4 is an intake port (helical port) formed in the lower portion of the cylinder head 3 for supplying air into the cavity 8. Reference numeral 5 is similarly formed in the lower portion of the cylinder head 3 from the inside of the cavity 8. An exhaust port for exhausting exhaust gas. As shown in FIG. 2, for example, two intake ports 4 and two exhaust ports 5 are provided, respectively. Upright intake valve 6 in intake port 4
However, similar exhaust valves 7 are provided in the exhaust ports 5, respectively.

【0030】吸気バルブ6及び排気バルブ7は、シリン
ダヘッド3に配設された2本のカム軸31,31がタイ
ミングベルトを介してクランク軸(図示省略)により回
転駆動されることにより、複数の各気筒毎に所定のタイ
ミングでそれぞれ開閉作動されるようになっている。ま
た、吸気側のカム軸31には、クランク軸に対する回転
位相を所定の角度範囲において連続的に変化させること
により、吸気弁の閉弁時期を可変とする公知の可変動弁
機構33(Valiable Valve Timing:以下、VVTと略
称する)が付設されていて、このVVT33の作動によ
り吸気バルブ6の開閉作動時期が変更されるようになっ
ている。
The intake valve 6 and the exhaust valve 7 have a plurality of cam shafts 31, 31 arranged in the cylinder head 3 driven by a crankshaft (not shown) via a timing belt to rotate. Each cylinder is opened and closed at a predetermined timing. In addition, the intake side camshaft 31 is a known variable valve mechanism 33 (Valiable Valve Mechanism) that changes the closing timing of the intake valve by continuously changing the rotation phase with respect to the crankshaft within a predetermined angle range. Timing: Hereinafter, abbreviated as VVT) is attached, and the opening / closing operation timing of the intake valve 6 is changed by the operation of this VVT 33.

【0031】VVT33は、その概略構造を図6に示す
ように、カム軸31の端部に固定されたロータ33a
と、このロータ33aを覆うように配置されてスプロケ
ット33bに固着して設けられたケーシング33cとか
らなる。ロータ33aの外周には外方に向かって放射状
に突出する4つのベーンが設けられ、一方、ケーシング
33cの内周には内方に向かって延びる4つの区画壁が
設けられている。そして、それらのベーンと区画壁との
間に複数の油圧作動室33d,33e,…がそれぞれ形
成され、これらの油圧作動室33d,33e,…に作動
油として供給されるエンジンオイルの油圧がオイルコン
トロールバルブ33f(以下、OCVという)によって
調整されることにより、ロータ33aとケーシング33
c、即ちカム軸31とスプロケット33bとが相対的に
回動されて、カム軸31のクランク軸に対する回転位相
が連続的に変更される。OCV33fは、ECU40に
より制御されるようにしている。
The VVT 33 has a rotor 33a fixed to the end of the cam shaft 31, as shown in the schematic structure of FIG.
And a casing 33c disposed so as to cover the rotor 33a and fixedly attached to the sprocket 33b. Four vanes that radially project outward are provided on the outer periphery of the rotor 33a, while four partition walls that extend inward are provided on the inner periphery of the casing 33c. A plurality of hydraulic operating chambers 33d, 33e, ... Are respectively formed between the vanes and the partition walls, and the hydraulic pressure of the engine oil supplied to these hydraulic operating chambers 33d, 33e ,. The rotor 33a and the casing 33 are adjusted by the control valve 33f (hereinafter referred to as OCV).
c, that is, the cam shaft 31 and the sprocket 33b are relatively rotated, and the rotation phase of the cam shaft 31 with respect to the crank shaft is continuously changed. The OCV 33f is controlled by the ECU 40.

【0032】より詳しくは、VVT33の油圧作動室
は、周方向に交互に配置された進角側及び遅角側の油圧
作動室33d,33e,…からなり、その進角側の油圧
作動室33d,33d,…の油圧力が増大すると、ロー
タ33aはケーシング33cに対してカム軸31の回転
する向き(図6中に矢印Aで示す)に回動され、これに
より、図7に破線で示すように、吸気バルブ6の開弁時
期IO及び閉弁時期ICが進角側にシフトされる。また、反
対に、遅角側の油圧作動室33e,33e,…の油圧力
が増大すると、ロータ33aはケーシング33cに対し
カム軸31の回転する向きとは反対に回動され、これに
より、図7に仮想線で示すように、吸気バルブ6の開弁
時期IO及び閉弁時期ICが遅角側にシフトされる。
More specifically, the hydraulic working chamber of the VVT 33 is composed of advance side and retard side hydraulic working chambers 33d, 33e, ... Arranged alternately in the circumferential direction, and the advance working hydraulic chamber 33d. , 33d, ... Rotate the rotor 33a in the direction in which the cam shaft 31 rotates with respect to the casing 33c (indicated by the arrow A in FIG. 6), which is indicated by the broken line in FIG. As described above, the valve opening timing IO and the valve closing timing IC of the intake valve 6 are shifted to the advance side. On the other hand, when the hydraulic pressure in the hydraulic working chambers 33e, 33e, ... On the retard side increases, the rotor 33a is rotated with respect to the casing 33c in the direction opposite to the direction in which the cam shaft 31 rotates. As indicated by a phantom line in FIG. 7, the valve opening timing IO and the valve closing timing IC of the intake valve 6 are shifted to the retard side.

【0033】尚、図7において、例えば吸気バルブ6に
ついて開弁時期IO、閉弁時期ICとは、それぞれ図示の如
く緩衝部を除いた弁揚程曲線の始端及び終端のことであ
る。
In FIG. 7, for example, the valve opening timing IO and the valve closing timing IC of the intake valve 6 are the start end and the end of the valve lift curve excluding the buffer portion as shown in the drawing.

【0034】また、図1に示すように、吸気ポート4,
4には吸気通路24,24がそれぞれ接続される一方、
排気ポート5,5には排気通路25,25がそれぞれ接
続されている。吸気通路24,24における空気の吸入
方向上流側は、サージタンク21に連通状態でそれぞれ
接続されている。つまり、各吸気通路24,24は、サ
ージタンク21で合流するようにしている。また、サー
ジタンク21には、後述のターボ過給機41により圧送
される吸気の圧力状態を検出する過給圧センサ27と、
吸気の温度状態を検出する吸気温センサ28とがそれぞ
れ配設されている。
Further, as shown in FIG. 1, the intake ports 4,
4, the intake passages 24, 24 are respectively connected,
Exhaust passages 25, 25 are connected to the exhaust ports 5, 5, respectively. The upstream sides of the intake passages 24, 24 in the intake direction of air are connected to the surge tank 21 in a communicating state. That is, the respective intake passages 24, 24 are merged in the surge tank 21. Further, in the surge tank 21, a supercharging pressure sensor 27 for detecting a pressure state of intake air pressure-fed by a turbocharger 41, which will be described later,
An intake air temperature sensor 28 that detects the temperature state of intake air is provided.

【0035】そして、同図にも示すように、吸気通路2
4には、空気の吸入方向上流側から順に、後述のタービ
ン43により駆動されて吸気を圧縮するブロワ42と、
ブロワ42により圧縮した吸気を冷却するインタークー
ラ35と、バタフライバルブからなる吸気絞り弁26と
がそれぞれ設けられており、吸気絞り弁26は、アクセ
ル開度センサ23の出力に応じてECU40により開閉
制御するようにしている。
Then, as shown in the same figure, the intake passage 2
4, a blower 42 that is driven by a turbine 43 to be described later and compresses intake air in order from the upstream side in the air intake direction;
An intercooler 35 that cools the intake air compressed by the blower 42 and an intake throttle valve 26 that is a butterfly valve are respectively provided. The intake throttle valve 26 is controlled by the ECU 40 to open and close according to the output of the accelerator opening sensor 23. I am trying to do it.

【0036】さらに、2本の吸気通路24,24のうち
一方には、その一方の吸気通路24内の吸気の流通量を
変更するためのスワール制御弁30が設けられている。
スワール制御弁30は、例えばバタフライバルブからな
るもので、アクチュエータにより駆動されて開閉され
る。そして、図2に示すように、このスワール制御弁3
0が完全に閉じられることにより、吸気は他方の吸気通
路24のみからキャビティ8に流入して、キャビティ8
内に、図4中に矢示されるような比較的強いスワールを
生成するように構成されている。
Further, one of the two intake passages 24, 24 is provided with a swirl control valve 30 for changing the flow rate of the intake air in the one intake passage 24.
The swirl control valve 30 is, for example, a butterfly valve, and is opened and closed by being driven by an actuator. Then, as shown in FIG. 2, the swirl control valve 3
When 0 is completely closed, intake air flows into the cavity 8 only from the other intake passage 24, and
It is configured to generate a relatively strong swirl as indicated by an arrow in FIG.

【0037】そして、スワール制御弁30が、完全に閉
じた状態から徐々に開くに連れて、2本の吸気通路2
4,24の双方から吸気が流入するようになり、吸気の
タンブル成分が強まるとともに、スワール成分が弱まる
ようになっている。このスワール制御弁30は、ECU
40によって、例えばエンジン回転数Neが比較的小さ
いときに、その弁開度を小さくしてスワールを強化する
ように制御される。
Then, as the swirl control valve 30 gradually opens from the completely closed state, the two intake passages 2
The intake air flows in from both 4, 4 and 24, and the tumble component of the intake air is strengthened and the swirl component is weakened. This swirl control valve 30 is an ECU
By 40, for example, when the engine speed Ne is relatively small, the valve opening degree is controlled so as to strengthen the swirl.

【0038】一方、排気通路25には、排気流により回
転駆動されるタービン43が配設されている。このター
ビン43と吸気通路24のブロワ42とは、回転軸44
に回転一体にそれぞれ取付固定されている。そして、排
気流によるタービン43の回転に伴ってブロワ42が回
転することによって、吸入空気を、加圧した状態でサー
ジタンク21へ供給するようにしている。このブロワ4
2と、タービン43と、回転軸44とによってターボ過
給機41が構成されている。
On the other hand, the exhaust passage 25 is provided with a turbine 43 which is rotationally driven by the exhaust flow. This turbine 43 and the blower 42 of the intake passage 24 are
Are integrally fixed to each other by rotation. Then, the blower 42 rotates with the rotation of the turbine 43 due to the exhaust flow, so that the intake air is supplied to the surge tank 21 in a pressurized state. This blower 4
2, the turbine 43, and the rotating shaft 44 form a turbocharger 41.

【0039】そして、本実施形態に係る燃料燃焼装置
は、燃料噴射弁9より噴射された燃料噴霧を、燃料噴射
開始から自己着火するまでの期間たる着火遅れ期間にリ
ップ部11に到達させて、このリップ部11付近に燃料
蒸気16の領域を形成するように構成されている。さら
に、この燃料噴射弁9の燃料噴射方向前方の所定位置で
燃料を着火させ、この着火による燃焼ガスの膨張流によ
り、その着火位置前方の燃料蒸気をキャビティ8の内周
壁面に当てて該キャビティ8の底の方へ誘導し、火炎が
キャビティ8の底に伝播されるように構成されている。
The fuel combustion apparatus according to the present embodiment causes the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 to reach the lip portion 11 during the ignition delay period which is a period from the start of fuel injection to self ignition. A region for the fuel vapor 16 is formed near the lip portion 11. Further, the fuel is ignited at a predetermined position in front of the fuel injection valve 9 in the fuel injection direction, and the expansion flow of the combustion gas caused by the ignition causes the fuel vapor in front of the ignition position to hit the inner peripheral wall surface of the cavity 8 and the cavity. 8 is directed towards the bottom of the cavity 8 and the flame is propagated to the bottom of the cavity 8.

【0040】すなわち、上記ディーゼルエンジンの燃料
燃焼装置は次のように構成されている。燃料噴射弁9の
燃料噴射開始から0.42ms経過時点での燃料噴霧の
到達距離Sp(ペネトレーション)と、該燃料噴射弁9
の燃料噴霧のコーン角Θと、上記キャビティ8の上記リ
ップ部11における最小口径(以下、リップ径とい
う。)Dlip とは、次式を満足する関係にある。
That is, the fuel combustion device for the diesel engine is constructed as follows. The arrival distance Sp (penetration) of the fuel spray when 0.42 ms has elapsed from the start of fuel injection of the fuel injection valve 9 and the fuel injection valve 9
The cone angle Θ of the fuel spray and the minimum diameter (hereinafter, referred to as lip diameter) Dlip in the lip portion 11 of the cavity 8 have a relationship satisfying the following equation.

【0041】 Dlip =k×Sp×sin(Θ/2) ……(1) 但し、k=1.4〜1.8であり、k=1.5〜1.7
であることがさらに好ましい。また、上記コーン角Θ=
153〜157度であることが好ましく、Θ=154〜
156度であることがさらに好ましい。
Dlip = k × Sp × sin (Θ / 2) (1) However, k = 1.4 to 1.8, and k = 1.5 to 1.7.
Is more preferable. Also, the cone angle Θ =
It is preferably 153 to 157 degrees, and Θ = 154 to
More preferably, it is 156 degrees.

【0042】ここで、燃料噴射開始からの時間0.42
msは、エミッション運転モード(中負荷運転時)での
代表的な着火遅れ期間である。また、ペネトレーション
Spとは、燃料噴霧の貫徹度合い(貫徹力ともいう)で
あって、着火遅れ期間(例えば上記0.42ms)に形
成された燃料噴霧の噴射方向長さ、つまり噴射ノズル1
0から燃料噴霧先端までの到達距離により表される。
Here, 0.42 time from the start of fuel injection
ms is a typical ignition delay period in the emission operation mode (during medium load operation). Further, the penetration Sp is a penetration degree (also referred to as penetration force) of the fuel spray, and is the injection direction length of the fuel spray formed in the ignition delay period (for example, 0.42 ms described above), that is, the injection nozzle 1
It is represented by the reaching distance from 0 to the fuel spray tip.

【0043】本発明は、燃料噴射弁9からリップ部11
に向けて燃料を噴射し、燃料の着火遅れ期間に燃料噴霧
をリップ部11に到達させて該リップ部11付近に燃料
蒸気16が形成されるようにしようとするものである。
そのために、キャビティ8の最小口径Dlip は、燃料噴
射開始から、着火遅れ期間0.42ms経過時点での燃
料噴霧の到達距離Sp(ペネトレーション)に基づいて
決定される。このSpにsin(Θ/2)を乗じているの
は、燃料がコーン角Θをもって噴射されることから、燃
料噴霧の水平方向での到達距離を求めるためである。
In the present invention, the fuel injection valve 9 to the lip portion 11 are used.
The fuel is injected toward and the fuel spray reaches the lip portion 11 during the ignition delay of the fuel so that the fuel vapor 16 is formed in the vicinity of the lip portion 11.
Therefore, the minimum diameter Dlip of the cavity 8 is determined based on the arrival distance Sp (penetration) of the fuel spray when the ignition delay period 0.42 ms elapses from the start of fuel injection. This Sp is multiplied by sin (Θ / 2) because the fuel is injected with the cone angle Θ, so that the reaching distance of the fuel spray in the horizontal direction is obtained.

【0044】到達距離Spは、定容器実験(燃料噴射圧
力80MPa,雰囲気圧力2.5MPa,温度20℃)
により求められる。定容器実験データがない場合には広
安の式から見積もることができる。広安の式は、到達距
離Spと燃料噴射弁9のノズル径とを関係付ける実験式
であり、それは次の通りである。
The reach distance Sp is a constant vessel experiment (fuel injection pressure 80 MPa, atmospheric pressure 2.5 MPa, temperature 20 ° C.)
Required by. If there is no constant container experimental data, it can be estimated from Hiroan's formula. Hiro's formula is an empirical formula that relates the reaching distance Sp and the nozzle diameter of the fuel injection valve 9, and is as follows.

【0045】Sp=Spb+2.95×(ΔP×106/ρf)0.25×
(Dn×(t-tb))0.5 Spb=0.39×(2×ΔP×106/ρf)0.5×tb tb=28.65×(ρf×Dn×10-3)/(ρA×ΔP×106)0.5/10-3 但し、ΔP:容器圧力と噴射圧力との差圧(MPa)、ρ
f:軽油密度(kg/m3)、Dn:ノズル径(mm)、t:噴射開始
後の時間(0.42ms)、ρA:容器空気密度であ
る。
Sp = Spb + 2.95 × (ΔP × 10 6 / ρf) 0.25 ×
(Dn × (t-tb)) 0.5 Spb = 0.39 × (2 × ΔP × 10 6 / ρf) 0.5 × tb tb = 28.65 × (ρf × Dn × 10 -3 ) / (ρA × ΔP × 10 6 ) 0.5 / 10 -3 However, ΔP: differential pressure (MPa) between container pressure and injection pressure, ρ
f: light oil density (kg / m 3 ), Dn: nozzle diameter (mm), t: time after injection start (0.42 ms), ρA: container air density.

【0046】シリンダボア径Bは次式を満足する関係に
ある。
The cylinder bore diameter B has a relationship satisfying the following equation.

【0047】 B=K×Dlip ……(2) 但し、K=1.8〜2.5であることが好ましく、K=
2.0〜2.3であることがさらに好ましい。
B = K × Dlip (2) However, it is preferable that K = 1.8 to 2.5, and K =
More preferably, it is 2.0 to 2.3.

【0048】例えば、到達距離Sp=27mm、コーン
角Θ=154度の場合、リップ径Dlip =38.94〜
44.20mmとし、ボア径B=77.87〜100.
33mmとすることになる。凸部13の高さはリップ径
Dlip の0.2〜0.25倍程度とすればよい。
For example, when the reach distance Sp = 27 mm and the cone angle Θ = 154 degrees, the lip diameter Dlip = 38.94-
44.20 mm, bore diameter B = 77.87-100.
It will be 33 mm. The height of the convex portion 13 may be about 0.2 to 0.25 times the lip diameter Dlip.

【0049】上記燃料噴霧の噴霧角θ=15〜24度で
あることが好ましく、θ=18〜23度がさらに好まし
い。上記燃料噴射弁9の燃料噴射圧P=50MPa以上
であることが好ましく、P=80MPa以上であること
がさらに好ましい。噴射圧の上限は例えば150MP
a、さらには200MPaとすることができる。
The spray angle of the fuel spray is preferably 15 to 24 degrees, more preferably 18 to 23 degrees. The fuel injection pressure P of the fuel injection valve 9 is preferably P = 50 MPa or more, and more preferably P = 80 MPa or more. The upper limit of injection pressure is, for example, 150MP
a, and further 200 MPa.

【0050】燃料噴射弁9より噴射された燃料噴霧が上
記ピストンのキャビティ8のリップ部11に最初に到達
した時点の、該リップ部11おける燃料噴霧の運動量に
対するスワールの運動量の比は0.9〜1.5であるこ
とが好ましく、この運動量比は1.1〜1.3であるこ
とがさらに好ましい。この運動量比は次式によって求め
ることができる。
When the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 first reaches the lip 11 of the cavity 8 of the piston, the ratio of the swirl momentum to the momentum of the fuel spray in the lip 11 is 0.9. The ratio of momentum is preferably 1.5 to 1.5, and more preferably 1.1 to 1.3. This momentum ratio can be calculated by the following equation.

【0051】 運動量比=((ρa/ρao)×Va)/((ρs/ρso)×Vs) ……(3) 但し、ρa:充填空気密度、ρao:標準状態での空気密
度、Va:圧縮行程上死点でのリップ部11の部位のスワ
ール速度、ρs:定容器実験での燃料噴霧の密度、ρs
o:標準状態での燃料噴霧の密度、Vs:定容器実験での
リップ部到達時の噴霧速度である。標準状態は20℃、
1気圧(0.1013MPa)である。
Momentum ratio = ((ρa / ρao) × Va) / ((ρs / ρso) × Vs) (3) where, ρa: filled air density, ρao: air density in standard state, Va: compression Swirl velocity at the lip portion 11 at the top dead center of the stroke, ρs: Density of fuel spray in constant container experiment, ρs
o: Density of fuel spray in the standard state, Vs: Spray speed when the lip reaches in the constant container experiment. Standard condition is 20 ℃,
It is 1 atm (0.1013 MPa).

【0052】 ここに、ρa/ρao=(Pin/101.3)/(Tin/293.3)、 Va=ρa×SRi×(Dlip/B/2))2×(N×2π/60)×Dl
ip、 である。ρs/ρso=1とすることができる。
Here, ρa / ρao = (Pin / 101.3) / (Tin / 293.3), Va = ρa × SRi × (Dlip / B / 2)) 2 × (N × 2π / 60) × Dl
ip ,. It is possible to set ρs / ρso = 1.

【0053】但し、Pin:吸気マニホールド内圧力(k
Pa)、Tin:吸気マニホールド内温度、SRi:リグテ
ストでのスワール比、N:エンジン回転数(rpm)であ
る。
Where Pin: pressure in the intake manifold (k
Pa), Tin: temperature in intake manifold, SRi: swirl ratio in rig test, N: engine speed (rpm).

【0054】次にk値がNOx生成量に与える影響につ
いて説明する。すなわち、上記(1)式から明らかなよ
うに、k値の大小はリップ径Dlip の大小として反映さ
れ、到達距離Spを一定とすると、縦渦の強さに影響を
与える。そこで、k値を変化させたときのNO生成量を
調べた。その結果は図5に示されている。
Next, the effect of the k value on the amount of NOx produced will be described. That is, as is clear from the above equation (1), the magnitude of the k value is reflected as the magnitude of the lip diameter Dlip, and if the reaching distance Sp is constant, the strength of the vertical vortex is affected. Therefore, the amount of NO produced when the k value was changed was examined. The result is shown in FIG.

【0055】同図において、k=1.9のデータは、リ
エントラント率R=1で且つキャビティ8中央の凸部1
3がないPAN(平鍋)型のものである。なお、リエン
トラント率Rはキャビティ8の最大内径をDmax とする
ときの、Dlip/Dmax値である。k=1.73のデータ
は、リエントラント率R=1.73/1.9でキャビテ
ィ8中央に凸部13を有するリエントラント型のもので
ある。k=1.65及びk=1.54の各データは、凹
入部12のリップ部11からの凹入量Re(図3(B)
参照)をk=1.73のものと同じにしたリエントラン
ト型のものである。
In the figure, the data of k = 1.9 shows the reentrant rate R = 1 and the convex portion 1 at the center of the cavity 8.
It is a PAN type that does not have 3. The reentrant rate R is a Dlip / Dmax value when the maximum inner diameter of the cavity 8 is Dmax. The data of k = 1.73 is a reentrant type having a reentrant rate R = 1.73 / 1.9 and a convex portion 13 at the center of the cavity 8. The respective data of k = 1.65 and k = 1.54 are the amount of recess Re from the lip 11 of the recess 12 (FIG. 3 (B)).
(Ref.) Is the same as that of k = 1.73.

【0056】図5によれば、k値が小さくなるに従って
NO生成量が減少している。これは、リップ径が小さく
なることによって燃焼初期の燃焼ガスの膨張流がキャビ
ティ8内周壁面に強く作用し、縦渦が促進されること、
さらに、凹入部12と凸部13との距離が近くなり、縦
渦を生じ易くなるためである。
According to FIG. 5, the NO generation amount decreases as the k value decreases. This is because the expansion flow of the combustion gas at the initial stage of combustion strongly acts on the inner peripheral wall surface of the cavity 8 due to the smaller lip diameter, and the vertical vortex is promoted.
Furthermore, the distance between the recessed portion 12 and the protruding portion 13 becomes short, and vertical vortices are easily generated.

【0057】しかしながら、上記k値が1.4未満であ
って、キャビティ8の最小口径Dlip が相対的に小さく
なり過ぎると、燃料噴射弁9から液状噴流として噴射さ
れた燃料は、リップ部11に到達するまでに充分に分裂
しないため、不完全な噴霧状態となる。従って、燃料蒸
気16の形成も不充分となって、膨張流が有効に働かな
い。さらに、燃料噴霧のコア(燃料噴射弁9から噴射さ
れた燃料噴霧の中に存在する液柱部分又は燃料濃度が非
常に高い部分)がリップ部11に衝突して燃焼を悪化さ
せて出力が低下するので、NOx生成量は少なくなると
しても、煤の生成量は多くなってしまう。
However, when the k value is less than 1.4 and the minimum diameter Dlip of the cavity 8 becomes relatively small, the fuel injected from the fuel injection valve 9 as a liquid jet flows to the lip portion 11. It does not split sufficiently before reaching, resulting in incomplete atomization. Therefore, the formation of the fuel vapor 16 is also insufficient, and the expansion flow does not work effectively. Further, the core of the fuel spray (the liquid column portion existing in the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 or the portion having a very high fuel concentration) collides with the lip portion 11 to deteriorate the combustion and reduce the output. Therefore, even if the NOx generation amount decreases, the soot generation amount increases.

【0058】一方、k値が1.8を越えて、最小口径D
lip が相対的に大きくなり過ぎると、着火点からリップ
部11までの距離が遠くなるため、膨張流がその前方の
燃料蒸気16に作用したとしても、その燃料蒸気16
は、リップ部11に当たる前に周囲に分散する。従っ
て、燃料蒸気16を膨張流によってキャビティ底の方へ
誘導することができないため、NOx発生量が増えてし
まう。
On the other hand, when the k value exceeds 1.8, the minimum aperture D
If the lip becomes relatively large, the distance from the ignition point to the lip portion 11 becomes large, so even if the expansion flow acts on the fuel vapor 16 in front of it, the fuel vapor 16
Disperse around the periphery before hitting the lip 11. Therefore, since the fuel vapor 16 cannot be guided toward the bottom of the cavity by the expansion flow, the NOx generation amount increases.

【0059】このことから、上記k値として、k=1.
4〜1.8であることが望ましい。さらに、このような
観点から、上記k値として、k=1.5〜1.7とする
ことがより好ましい。
From this, as the above k value, k = 1.
It is desirable that it is 4 to 1.8. Further, from such a viewpoint, it is more preferable that the above k value is k = 1.5 to 1.7.

【0060】そして、本実施形態に係る燃料燃焼装置
は、エンジン負荷が所定負荷以上である場合(換言すれ
ば、燃料噴射量Qbが所定の噴射量Q0以上である場
合)と、ターボ過給機41により吸気に加えられる過給
圧Pが所定圧力P0以上である場合と、吸気温度Tin
が所定温度Tin0以上である場合とのいずれかの場合
に、着火遅れ期間を所定期間以上に制御する制御手段を
備えている。制御手段は、上述のVVT33の閉弁時期
を制御するECU40から構成されている。そして、V
VT33は、吸気バルブ6の閉弁時期ICを変更すること
によって、シリンダ2a内(つまり、キャビティ8内)
への吸気量を減少させるように構成されている。そし
て、このことにより、シリンダ2a内の吸気圧を低下さ
せて、エンジンの有効圧縮比を所定値以下に制御するよ
うにしている。
The fuel combustion apparatus according to the present embodiment uses the turbocharger when the engine load is equal to or higher than the predetermined load (in other words, the fuel injection amount Qb is equal to or higher than the predetermined injection amount Q 0 ). When the supercharging pressure P applied to the intake air by the machine 41 is equal to or higher than the predetermined pressure P 0 and when the intake air temperature Tin
A control means is provided for controlling the ignition delay period to be equal to or longer than the predetermined temperature Tin 0 when the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature Tin 0 . The control means is composed of the ECU 40 that controls the valve closing timing of the VVT 33 described above. And V
The VT 33 changes the closing timing IC of the intake valve 6 so that the inside of the cylinder 2a (that is, the inside of the cavity 8) is changed.
It is configured to reduce the amount of intake air into. As a result, the intake pressure in the cylinder 2a is reduced, and the effective compression ratio of the engine is controlled to a predetermined value or less.

【0061】さらに、制御手段は、上記のような、エン
ジン負荷が所定負荷以上である場合と、過給圧Pが所定
圧力P0以上である場合と、吸気温度Tinが所定温度
Tin0以上である場合とのいずれかの場合に、燃料噴
射弁9の燃料噴射圧Prを所定値Pr0以上に制御する
ように構成されている。燃料噴射圧Prは、燃料圧力セ
ンサ29により検出されるコモンレール(図示省略)内
の燃料圧力である。そして、燃料噴射圧Prは、コモン
レールに燃料を供給する図外の高圧供給ポンプの作動を
制御することにより変更されるようにしている。
Further, the control means, when the engine load is equal to or higher than the predetermined load, the boost pressure P is equal to or higher than the predetermined pressure P 0 , and the intake air temperature Tin is equal to or higher than the predetermined temperature Tin 0, as described above. In either case, the fuel injection pressure Pr of the fuel injection valve 9 is controlled to be equal to or higher than a predetermined value Pr 0 . The fuel injection pressure Pr is the fuel pressure in a common rail (not shown) detected by the fuel pressure sensor 29. Then, the fuel injection pressure Pr is changed by controlling the operation of a high-pressure supply pump (not shown) that supplies fuel to the common rail.

【0062】次に、図3(A)〜(C)を参照して、本
発明のディーゼルエンジンの燃焼コンセプトについて説
明する。同図(A)に着火遅れ期間の状態を示すよう
に、キャビティ8に縦渦(キャビティ8のリップ部11
から凹入部12、最深部、凸部13を経て再びリップ部
13に至る流れ)が実質的に生じていないときに、燃料
噴射弁9から燃料をピストン1のリップ部11に向かう
ように噴射する。この燃料の着火遅れ期間に燃料噴霧1
5をリップ部11に到達させて該リップ部11付近に燃
料蒸気16の領域を形成する。そして、この燃料蒸気溜
まりの領域における燃料噴射方向上流側の位置で燃料蒸
気16に着火させる。着火点を同図(A)中に★印で示
す。尚、着火点が燃料蒸気16領域の上流側に位置する
理由は、圧縮行程では強力な縦渦が形成されないため、
燃料がリップ部11近傍において過リッチとなる一方、
リップ部11からやや離れた所が着火に適した濃度にな
るためと考えられる。
Next, the combustion concept of the diesel engine of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in the figure (A) of the ignition delay period, a vertical vortex (the lip portion 11 of the cavity 8 is formed in the cavity 8).
From the fuel injection valve 9 to the lip portion 11 of the piston 1 when the flow from the fuel injection valve 9 to the lip portion 13 through the concave portion 12, the deepest portion, and the convex portion 13 to the lip portion 13 is not substantially generated. . Fuel spray 1 during the ignition delay period of this fuel
5 reaches the lip portion 11 to form a region of the fuel vapor 16 near the lip portion 11. Then, the fuel vapor 16 is ignited at a position on the upstream side in the fuel injection direction in this fuel vapor pool region. The ignition point is indicated by a star in the figure (A). The reason why the ignition point is located on the upstream side of the fuel vapor 16 region is that a strong vertical vortex is not formed in the compression stroke.
While the fuel becomes excessively rich in the vicinity of the lip portion 11,
It is considered that the concentration is suitable for ignition at a place slightly away from the lip portion 11.

【0063】この場合、噴霧のペネトレーションSpを
大きくすることにより、リップ部11付近に燃料蒸気1
6の領域を形成することができる。このことは、次に述
べる膨張流によって燃料蒸気16を凹入部12の方へ多
量に誘導する上で有利になる。また、コーン角Θを大き
くする(Θ=153〜157度とする)方がリップ部1
1の付近に燃料蒸気16の領域を形成する上で有利にな
る。
In this case, by increasing the spray penetration Sp, the fuel vapor 1
Six regions can be formed. This is advantageous for inducing a large amount of the fuel vapor 16 toward the recess 12 by the expansion flow described below. In addition, it is preferable to increase the cone angle Θ (θ = 153 to 157 degrees) to the lip portion 1.
1 is advantageous in forming the region of the fuel vapor 16 in the vicinity of 1.

【0064】同図(B)に燃焼初期状態を示すように、
上記着火により下流側へ向かって爆発的に広がる強い膨
張流が生成される。そして、燃料蒸気領域の下流側(着
火位置前方)のリップ部付近の燃料蒸気16は、燃焼ガ
ス17の膨張流によってキャビティ8内周壁面(特にリ
ップ部11と、該リップ部11よりもピストン1径方向
外側へ凹入した凹入部12との境界付近)に当たる。そ
して、この燃料蒸気16がキャビティ8内周壁面に沿っ
てキャビティ8の底部側へ誘導されることで、強力な縦
渦が生成される。さらに、キャビティ8の底部に誘導さ
れた燃料を追いかけて火炎が伝播していくことで、さら
に縦渦が成長していく。
As shown in the initial combustion state in FIG.
The ignition causes a strong expansive flow that explosively expands toward the downstream side. The fuel vapor 16 in the vicinity of the lip portion on the downstream side (in front of the ignition position) in the fuel vapor region is formed by the expansion flow of the combustion gas 17 on the inner wall surface of the cavity 8 (especially the lip portion 11 and the piston 1 more than the lip portion 11). It contacts the vicinity of the boundary with the recessed portion 12 that is recessed radially outward. Then, the fuel vapor 16 is guided to the bottom side of the cavity 8 along the inner peripheral wall surface of the cavity 8 to generate a strong vertical vortex. Further, as the flame propagates following the fuel guided to the bottom of the cavity 8, the vertical vortex grows further.

【0065】この場合、上記噴霧ペネトレーションSp
を大きくすると、噴射方向前方への膨張流が大きくな
り、縦渦の促進に有利になる。また、リップ径Dlip は
小さい方が膨張流をキャビティ8内周壁面に強く当てて
燃料蒸気をキャビティ底の方へ誘導する上で有利にな
る。但し、リップ径Dlip が小さくなりすぎると、エン
ジンの最高出力が低くなるため、リップ径Dlip はボア
径Bの1/2よりも大きい方が好ましい。
In this case, the above-mentioned spray penetration Sp
When is increased, the expansion flow forward in the injection direction is increased, which is advantageous in promoting vertical vortices. Further, the smaller the lip diameter Dlip, the more advantageous it is for the expanded flow to be strongly applied to the inner peripheral wall surface of the cavity 8 to guide the fuel vapor toward the bottom of the cavity. However, if the lip diameter Dlip becomes too small, the maximum output of the engine becomes low. Therefore, the lip diameter Dlip is preferably larger than 1/2 of the bore diameter B.

【0066】同図(C)に燃焼後期の状態を示すよう
に、キャビティ8中央部の凸部13により、キャビティ
底の最も深い部位からの燃焼ガス17の当該凸部13の
立ち上がり面に沿った巻き上げを促進する。
As shown in the state of the latter stage of combustion in FIG. 6C, the convex portion 13 at the center of the cavity 8 extends along the rising surface of the convex portion 13 of the combustion gas 17 from the deepest portion of the cavity bottom. Promote winding.

【0067】以上により、燃料噴射終了までにキャビテ
ィ8内の最高温度部位をリップ部11よりもキャビティ
8の底部側に移行させるものである。従って、ヒートス
ポットがキャビティ8内の特定部位で大きくならず、ま
た、ヒートスポットの消滅が早くなり、NOxの低減が
図れる。また、燃焼後期の上記巻き上げによって燃焼ガ
ス17とキャビティ8中央部上方に残存する酸素との混
合が進み、さらには燃焼ガス17がスキッシュエリアに
流れるため、空気利用率が高まって、当該燃焼ガス17
中の煤の再燃焼が促進され、煤排出量が低減する。
As described above, the maximum temperature portion in the cavity 8 is moved to the bottom side of the cavity 8 rather than the lip portion 11 by the end of fuel injection. Therefore, the heat spot does not become large at a specific portion in the cavity 8, the heat spot disappears quickly, and NOx can be reduced. Further, since the combustion gas 17 and oxygen remaining above the central portion of the cavity 8 are mixed by the above-mentioned winding in the latter stage of combustion, and further the combustion gas 17 flows into the squish area, the air utilization rate is increased, and the combustion gas 17
Reburning of the soot inside is promoted, and soot emissions are reduced.

【0068】次に、図8に示すフローチャートを参照し
て、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料
燃焼制御の具体的な処理手順について説明する。まず、
スタート後のステップS1において、クランク角センサ
22、アクセル開度センサ23、過給圧センサ27、吸
気温センサ28、燃料圧力センサ29等の各種センサか
らの出力信号が、ECU40に入力される。
Next, with reference to the flow chart shown in FIG. 8, a specific processing procedure of the fuel combustion control of the diesel engine according to the embodiment of the present invention will be described. First,
In step S1 after the start, output signals from various sensors such as the crank angle sensor 22, the accelerator opening sensor 23, the boost pressure sensor 27, the intake air temperature sensor 28, the fuel pressure sensor 29, etc. are input to the ECU 40.

【0069】続いて、ステップS2において、ECU4
0によって、クランク角センサ22からの出力に基づい
てエンジン回転数Neが演算され、またアクセル開度セ
ンサ23からの出力に基づいて目標トルク(エンジンの
負荷状態)が演算される。
Then, in step S2, the ECU 4
With 0, the engine speed Ne is calculated based on the output from the crank angle sensor 22, and the target torque (engine load state) is calculated based on the output from the accelerator opening sensor 23.

【0070】そして、これらエンジン回転数Ne及び目
標トルクに基づいて、ECU40により基本燃料噴射量
Qbが演算されてセットされる。この基本燃料噴射量Q
bのセットは、予めECU40のメモリに記録されてい
る燃料噴射量のマップに基づいて行われる。尚、燃料噴
射量マップは、エンジンの負荷状態及びエンジン回転数
Neの変化に応じて実験的に決定した基本燃料噴射量Q
bの最適値が記録されており、この基本燃料噴射量Qb
は目標トルク(エンジンの負荷状態)が大きいほど、ま
たエンジン回転数が高いほど、大きくなるように設定さ
れている。
Then, the basic fuel injection amount Qb is calculated and set by the ECU 40 based on the engine speed Ne and the target torque. This basic fuel injection amount Q
The setting of b is performed based on the map of the fuel injection amount recorded in the memory of the ECU 40 in advance. The fuel injection amount map is a basic fuel injection amount Q that is experimentally determined according to changes in the engine load state and the engine speed Ne.
The optimum value of b is recorded, and this basic fuel injection amount Qb
Is set to be larger as the target torque (engine load state) is larger and the engine speed is higher.

【0071】また、エンジン回転数Ne及び目標トルク
に基づいて、ECU40により基本噴射時期Ibが演算
されてセットされる。この基本噴射時期Ibのセット
は、予めECU40のメモリに記録されている噴射時期
のマップに基づいて行われる。さらに、燃料噴射弁9か
ら噴射される燃料噴霧の基本噴射圧Pbが、基本燃料噴
射量Qbと、エンジン回転数Neとに基づいてECU4
0により演算される。この基本噴射圧Pbのセットも、
予めECU40のメモリに記録されている燃料噴射圧の
マップに基づいて行われる。尚、この燃料噴射圧マップ
において、基本燃料噴射圧Pbは、基本燃料噴射量Qb
が大きいほど、またエンジン回転数Neが高いほど、大
きくなるように設定されている。このようにして、ステ
ップS2において、基本燃料噴射量Qb、基本噴射時期
Ib及び基本噴射圧Pbがそれぞれセットされた後、ス
テップS3へ進む。
Further, the basic injection timing Ib is calculated and set by the ECU 40 based on the engine speed Ne and the target torque. The setting of the basic injection timing Ib is performed based on the injection timing map recorded in the memory of the ECU 40 in advance. Further, the basic injection pressure Pb of the fuel spray injected from the fuel injection valve 9 is based on the basic fuel injection amount Qb and the engine speed Ne and the ECU 4
Calculated by 0. This set of basic injection pressure Pb is also
This is performed based on the map of the fuel injection pressure recorded in the memory of the ECU 40 in advance. In this fuel injection pressure map, the basic fuel injection pressure Pb is the basic fuel injection amount Qb.
Is set to be larger and the engine speed Ne is set to be larger. In this way, after the basic fuel injection amount Qb, the basic injection timing Ib, and the basic injection pressure Pb are set in step S2, the process proceeds to step S3.

【0072】ステップS3では、エンジン回転数Ne及
び目標トルクに基づいて、ECU40により吸気バルブ
6の基本動弁時期Ivb、すなわち開弁時期IO及び閉弁
時期ICがそれぞれ演算される。この基本動弁時期Ivb
のセットについても、予めECU40のメモリに記録さ
れている動弁時期のマップ(VVTマップ)に基づいて
行われる。尚、VVTマップは、エンジンの負荷状態及
びエンジン回転数Neの変化に応じて実験的に決定した
基本動弁時期Ivbの最適値が記録されており、例えば
アイドリング状態ではやや遅角側に、また高負荷状態で
はやや進角側にというように、基本動弁時期Ivbがき
め細かく設定されている。
At step S3, the basic valve timing Ivb of the intake valve 6, that is, the valve opening timing IO and the valve closing timing IC are calculated by the ECU 40 based on the engine speed Ne and the target torque. This basic valve timing Ivb
The setting is also performed based on a valve timing map (VVT map) recorded in advance in the memory of the ECU 40. The VVT map records the optimum value of the basic valve timing Ivb experimentally determined according to the load condition of the engine and the change of the engine speed Ne. For example, in the idling state, it is slightly retarded, The basic valve timing Ivb is set finely such that the valve is slightly advanced in the high load state.

【0073】その後、ステップS4に進んで、上記ステ
ップS2で演算された基本噴射量Qbが、所定のしきい
値たる噴射量Q0以上であるか否かが判断される。換言
すれば、エンジン負荷が所定値以上であるか否かが判断
される。そして、基本噴射量Qbが所定の噴射量Q0
上であって(エンジン負荷が所定値以上であって)YE
Sと判断された場合、ステップS5に進む。
After that, the routine proceeds to step S4, where it is judged if the basic injection amount Qb calculated at step S2 is equal to or larger than a predetermined threshold injection amount Q 0 . In other words, it is determined whether the engine load is greater than or equal to a predetermined value. Then, the basic injection amount Qb is equal to or larger than the predetermined injection amount Q 0 (the engine load is equal to or larger than the predetermined value), YE.
If it is determined to be S, the process proceeds to step S5.

【0074】ステップS5では、キャビティ8内に実際
に燃料噴射弁9から噴射される燃料噴射圧Prを、基本
噴射圧Pbに所定圧ΔPr増加させることによって所定
値Pr0以上となるように補正した後、ステップS6に
進む。
In step S5, the fuel injection pressure Pr actually injected from the fuel injection valve 9 into the cavity 8 is corrected to a predetermined value Pr 0 or more by increasing the basic injection pressure Pb by a predetermined pressure ΔPr. Then, it progresses to step S6.

【0075】ステップS6において、吸気バルブ6の目
標となる動弁時期Ivを演算する。すなわち、まずEC
U40のマップから、吸気バルブの開閉弁時期が標準と
なる状態(図7の実線)で各運転状態に応じて設定され
た基本有効圧縮比を求める。そして、その有効圧縮比が
所定値以下となり、キャビティ8内温度が比較的低温と
なってNOxの生成が抑制されるように、動弁時期の変
化量ΔIvをECU40により演算する。こうして、こ
の変化量ΔIvを、基本動弁時期Ivbに対して加える
補正を行うことで、動弁時期Ivを求める(Iv=Iv
b+ΔIv)。すなわち、例えば図7に仮想線(2点鎖
線)で示されるように、基本動弁時期Ivbが全体とし
て遅角側にシフトされるため、吸気バルブ6の閉弁時期
ICも、同様に遅角側にシフトする。
In step S6, the target valve timing Iv of the intake valve 6 is calculated. That is, first EC
From the map of U40, the basic effective compression ratio set according to each operating state is obtained in a state where the opening and closing valve timing of the intake valve is standard (solid line in FIG. 7). Then, the ECU 40 calculates the variation amount ΔIv of the valve timing so that the effective compression ratio becomes equal to or lower than a predetermined value, the temperature inside the cavity 8 becomes relatively low, and the generation of NOx is suppressed. In this way, the valve operating timing Iv is obtained by performing correction by adding this variation amount ΔIv to the basic valve operating timing Ivb (Iv = Iv
b + ΔIv). That is, for example, as shown by the phantom line (two-dot chain line) in FIG. 7, the basic valve timing Ivb is shifted to the retard side as a whole, so the closing timing of the intake valve 6
The IC also shifts to the retard side.

【0076】尚、この場合、ディーゼルエンジンでは、
吸気開弁時期を進角するように動弁時期を制御すると、
ピストン1と吸気バルブ6とが緩衝しやすくなるため、
吸気バルブ6のリフト量は、この緩衝期間中で吸気バル
ブ6がピストン1と緩衝しないように設定される。
In this case, in the diesel engine,
If the valve timing is controlled so as to advance the intake valve opening timing,
Since the piston 1 and the intake valve 6 are easily buffered,
The lift amount of the intake valve 6 is set so that the intake valve 6 does not buffer the piston 1 during this buffer period.

【0077】その後、ステップS7に移行し、上記ステ
ップS6で求めた動弁時期Ivに基づいて、ECU40
からVVT33のOCV33fへ作動指令となる信号を
出力して、このVVT33を駆動させる。引き続いて、
ステップS8において、基本噴射時期Ib、基本噴射量
Qb及び燃料噴射圧Prに基づいて、ECU40により
燃料噴射弁9からの燃料噴射が実行される。このとき、
燃料噴射弁9からの燃料噴射圧が大きくされてペネトレ
ーションSpが増大する一方、動弁時期が遅角側にシフ
トされて有効圧縮比が減少する。その後、リターンす
る。
After that, the routine proceeds to step S7, where the ECU 40 is operated based on the valve timing Iv obtained at step S6.
Outputs a signal as an operation command to the OCV 33f of the VVT 33 to drive the VVT 33. Then,
In step S8, the fuel injection from the fuel injection valve 9 is executed by the ECU 40 based on the basic injection timing Ib, the basic injection amount Qb, and the fuel injection pressure Pr. At this time,
While the fuel injection pressure from the fuel injection valve 9 is increased and the penetration Sp is increased, the valve timing is shifted to the retard side and the effective compression ratio is decreased. Then return.

【0078】ところで、上記ステップS4において、ス
テップS2で演算された基本噴射量Qbが、所定のしき
い値たる噴射量Q0未満であって(エンジン負荷が所定
値未満であって)NOと判断された場合、ステップS9
に進む。ステップS9では、過給圧センサ27により検
出された過給圧Pが所定圧力P0以上であるか否かが判
断される。そして、その過給圧Pが所定圧力P0以上で
あって、YESと判断された場合には、上記ステップS
5以降の制御が行われる。
By the way, in step S4, it is determined that the basic injection amount Qb calculated in step S2 is less than the predetermined threshold injection amount Q 0 (the engine load is less than the predetermined value) and NO. If so, step S9
Proceed to. In step S9, it is determined whether or not the supercharging pressure P detected by the supercharging pressure sensor 27 is equal to or higher than the predetermined pressure P 0 . If the boost pressure P is equal to or higher than the predetermined pressure P 0 and YES is determined, the above step S
Control after 5 is performed.

【0079】一方、ステップS9において、過給圧Pが
所定圧力P0未満であって、NOと判断された場合に
は、ステップS10へ進む。このステップS10では、
吸気温度Tinが所定温度Tin0以上であるか否かが
判断される。そして、その吸気温度Tinが所定温度T
in0以上であってYESと判断された場合には、上記
ステップS5以降の制御が行われる。
On the other hand, if the supercharging pressure P is less than the predetermined pressure P 0 and it is judged NO in step S9, the process proceeds to step S10. In this step S10,
It is determined whether the intake air temperature Tin is equal to or higher than the predetermined temperature Tin 0 . Then, the intake air temperature Tin is equal to the predetermined temperature T
If it is equal to or greater than in 0 and YES is determined, the control from step S5 onward is performed.

【0080】ステップS10において、吸気温度Tin
が所定温度Tin0未満であって、NOと判断された場
合には、ステップS7以降の制御が行われる。すなわ
ち、ステップS7で基本動弁時期Ivbに基づいてVV
T33を駆動させる。引き続いて、ステップS8におい
て、基本噴射時期Ib、基本噴射量Qb及び基本噴射圧
Pbに基づいて、ECU40により燃料噴射弁9からの
燃料噴射が実行される。このとき、ペネトレーションS
p及び有効圧縮比は、補正されずに、基本噴射圧Pb及
び基本動弁時期Ivbに基づいて通常の大きさとされ
る。
In step S10, the intake air temperature Tin
Is less than the predetermined temperature Tin 0 , and if NO is determined, the control from step S7 is performed. That is, in step S7, VV is calculated based on the basic valve timing Ivb.
Drive T33. Subsequently, in step S8, the ECU 40 executes fuel injection from the fuel injection valve 9 based on the basic injection timing Ib, the basic injection amount Qb, and the basic injection pressure Pb. At this time, penetration S
The p and the effective compression ratio are not corrected and are set to normal values based on the basic injection pressure Pb and the basic valve timing Ivb.

【0081】以上のように、本実施形態によれば、着火
遅れ期間中に形成された燃料蒸気領域におけるリップ部
11付近の燃料蒸気16が、着火により発生する膨張流
によって、キャビティ8内周壁面に沿ってキャビティ8
底部側へ誘導されるため、強力な縦渦を生成することが
できる。さらに、キャビティ8底部に誘導された燃料を
追いかけて火炎が伝播するので、さらに縦渦を成長させ
ることができる。そして、この縦渦により火炎がキャビ
テイ8底部側へ伝播して、ヒートスポットがリップ部1
1付近からキャビティ8底部へ広がる一方、リップ部1
1付近では燃料蒸気16が少なくなるので、リップ部1
1付近のヒートスポットは速やかに消滅していく。した
がって、燃料噴射終了までにキャビティ8内の最高温度
部位がリップ部11付近からキャビティ8底部側へ移行
して分散させることができる。
As described above, according to this embodiment, the fuel vapor 16 near the lip portion 11 in the fuel vapor region formed during the ignition delay period is expanded by the ignition flow and the inner peripheral wall surface of the cavity 8 is expanded. Along the cavity 8
Since it is guided to the bottom side, a strong vertical vortex can be generated. Furthermore, since the flame propagates following the fuel guided to the bottom of the cavity 8, vertical vortices can be further grown. The vertical vortex causes the flame to propagate toward the bottom of the cavity 8 and the heat spot to move to the lip portion 1.
1 spreads from the vicinity of 1 to the bottom of the cavity 8 while the lip 1
Since the fuel vapor 16 decreases in the vicinity of 1, the lip portion 1
The heat spot near 1 disappears promptly. Therefore, by the end of the fuel injection, the highest temperature portion in the cavity 8 can move from the vicinity of the lip portion 11 to the bottom side of the cavity 8 and be dispersed.

【0082】すなわち、ヒートスポットがキャビティ8
内の特定位置で長時間存在するのを防止し、さらにはヒ
ートスポットを早く消滅させるため、NOxの生成量を
効果的に低減させることができる。加えて、縦渦が強化
されることによって、キャビティ8内における燃料と空
気との混合と、燃焼後半での燃焼ガスと空気との混合と
がそれぞれ促進されるため、煤の生成量を有効に低減さ
せることができる。
That is, the heat spot is the cavity 8.
Since it is possible to prevent the heat spot from existing at a specific position for a long time and to extinguish the heat spot quickly, the amount of NOx produced can be effectively reduced. In addition, since the vertical vortices are strengthened, the mixing of the fuel and the air in the cavity 8 and the mixing of the combustion gas and the air in the latter half of the combustion are promoted, respectively, so that the soot generation amount is made effective. Can be reduced.

【0083】エンジン負荷が所定値未満になって、燃焼
によるNOxの生成量が比較的少なくなるときに、キャ
ビティ8内のスワールが、スワール制御手段によって縦
渦よりも優先して強化される。このことで、強化された
スワールによりキャビティ8内における燃料と空気との
混合と、燃焼後半での燃焼ガスと空気との混合とが、そ
れぞれより一層促進されるので、煤の生成を効果的に抑
制することができる。
When the engine load becomes less than the predetermined value and the amount of NOx produced by combustion becomes relatively small, the swirl in the cavity 8 is strengthened by the swirl control means in preference to the vertical vortex. As a result, the enhanced swirl further promotes the mixing of the fuel and air in the cavity 8 and the mixing of the combustion gas and air in the latter half of combustion, so that the soot generation is effectively performed. Can be suppressed.

【0084】そのことに加えて、エンジン負荷が所定負
荷以上である場合と、吸気に加えられる過給圧Pが所定
圧力P0以上である場合と、吸気温度Tinが所定温度
Tin0以上である場合とのいずれかの場合には、キャ
ビティ8内部の雰囲気温度が上昇し、燃料噴霧が蒸発し
て燃焼しやすくなるが、本発明では、そのようにキャビ
ティ8内の雰囲気温度が比較的高温となるような運転状
態のときに、制御手段により着火遅れ期間が所定期間以
上となるように制御されるため、リップ部11付近に充
分な燃料蒸気16の領域を形成することができる。そし
て、その後に、燃料噴霧が自己着火するので、着火後の
膨張流によりリップ部11付近における燃料蒸気16の
一部をキャビティ底部へ有効に誘導することができる。
その結果、上記のような、エンジン負荷と、過給圧P
と、吸気温度Tinとのいずれかがそれぞれ所定値以上
となる場合であっても、キャビティ8内に強力な縦渦を
生成してNOx及び煤の生成を低減させることができ
る。
In addition to that, when the engine load is a predetermined load or more, the supercharging pressure P applied to the intake air is a predetermined pressure P 0 or more, and the intake air temperature Tin is a predetermined temperature Tin 0 or more. In either case, the atmospheric temperature inside the cavity 8 rises, and the fuel spray evaporates and burns easily. However, in the present invention, the atmospheric temperature inside the cavity 8 is relatively high. In such an operating state, the ignition delay period is controlled by the control means to be equal to or longer than the predetermined period, so that a sufficient region of the fuel vapor 16 can be formed near the lip portion 11. Then, after that, the fuel spray self-ignites, so that a part of the fuel vapor 16 in the vicinity of the lip portion 11 can be effectively guided to the cavity bottom portion by the expansion flow after ignition.
As a result, as described above, the engine load and the boost pressure P
Even when either of the intake air temperature and the intake air temperature Tin becomes equal to or higher than a predetermined value, strong vertical vortices can be generated in the cavity 8 to reduce the generation of NOx and soot.

【0085】また、制御手段によりキャビティ8内への
吸気量が減少されて有効圧縮比が所定値以下となるよう
に制御されるので、加圧圧縮によるキャビティ8内の空
気の高温化を抑制することができる。すなわち、燃料噴
霧の過度な蒸発が抑制されるので、着火遅れ期間が所定
期間よりも短くなるのを抑制することができる。
Further, since the amount of intake air into the cavity 8 is reduced by the control means and the effective compression ratio is controlled to be equal to or less than the predetermined value, the temperature rise of the air in the cavity 8 due to pressurization and compression is suppressed. be able to. That is, since excessive evaporation of the fuel spray is suppressed, it is possible to prevent the ignition delay period from becoming shorter than the predetermined period.

【0086】さらに、エンジンが高回転高負荷状態にあ
るときに、制御手段たるECU40は、VVT33の閉
弁時期ICを制御して、吸気バルブ6の閉弁時期ICを遅角
側に所定角度ΔIvだけシフトする(吸気バルブ6の遅
閉じ)。そのとき、燃焼室内部の混合気の一部が、圧縮
行程初期に上昇するピストン1により吸気通路24に押
し戻される。このことにより、キャビティ8内の吸気量
が減少するため、このキャビティ8内で空気が過剰に加
圧圧縮されて高温となるのを抑制することができる。つ
まり、着火遅れ期間を適正に維持することができる。
Further, when the engine is in a high rotation and high load condition, the ECU 40 as a control means controls the valve closing timing IC of the VVT 33 to retard the valve closing timing IC of the intake valve 6 by a predetermined angle ΔIv. Only (the intake valve 6 is closed late). At that time, a part of the air-fuel mixture inside the combustion chamber is pushed back to the intake passage 24 by the piston 1 rising in the early stage of the compression stroke. As a result, the amount of intake air in the cavity 8 decreases, so that it is possible to prevent the air from being excessively pressurized and compressed in the cavity 8 to reach a high temperature. That is, the ignition delay period can be appropriately maintained.

【0087】一方、エンジン負荷が所定負荷以上である
場合と、吸気に加えられる過給圧Pが所定圧力P0以上
である場合と、吸気温度Tinが所定温度Tin0以上
である場合とのいずれかの場合には、上述のように、キ
ャビティ8内部の雰囲気温度が上昇するが、そのとき、
この発明では、制御手段により燃料噴射弁9からの燃料
噴射圧Prが所定値Pr0以上となるように制御される
ため、燃料噴霧のペネトレーションSpを増大させて、
リップ部11付近に充分な燃料蒸気16の領域を形成す
ることができる。従って、その後の燃料噴霧の自己着火
により膨張流を生成し、キャビティ8内に強力な縦渦を
生成させることができる。
On the other hand, whether the engine load is a predetermined load or more, the supercharging pressure P applied to the intake air is a predetermined pressure P 0 or more, or the intake air temperature Tin is a predetermined temperature Tin 0 or more. In that case, as described above, the ambient temperature inside the cavity 8 rises, but at that time,
According to the present invention, the control means controls the fuel injection pressure Pr from the fuel injection valve 9 to be equal to or higher than the predetermined value Pr 0. Therefore, the penetration Sp of the fuel spray is increased,
A sufficient area of the fuel vapor 16 can be formed near the lip portion 11. Therefore, an expansion flow can be generated by the self-ignition of the fuel spray thereafter, and a strong vertical vortex can be generated in the cavity 8.

【0088】尚、上記実施形態では、エンジン負荷が所
定負荷以上である場合と、過給圧Pが所定圧力P0以上
である場合と、吸気温度Tinが所定温度Tin0以上
である場合とのいずれかの場合に、ECU40及びVV
T33によって吸気バルブ6の閉弁時期ICを変更するこ
とによって、エンジンの有効圧縮比を所定値以下に制御
するようにし、着火遅れ期間を所定期間以上に制御する
ようにするとともに、燃料噴射弁9の燃料噴射圧Prを
所定値Pr0以上に制御するようにしたが、本発明はこ
れに限定されるものではない。すなわち、上記のよう
に、エンジン負荷、過給圧P、吸気温度Tinのいずれ
かが所定値以上となる場合に、着火遅れ期間だけを所定
期間以上に制御するようにしてもよく、燃料噴射圧Pr
だけを所定値Pr0以上に制御するようにしてもよい。
In the above embodiment, the engine load is equal to or higher than the predetermined load, the boost pressure P is equal to or higher than the predetermined pressure P 0 , and the intake air temperature Tin is equal to or higher than the predetermined temperature Tin 0 . In either case, the ECU 40 and VV
By changing the closing timing IC of the intake valve 6 by T33, the effective compression ratio of the engine is controlled to a predetermined value or less, the ignition delay period is controlled to a predetermined period or more, and the fuel injection valve 9 Although the fuel injection pressure Pr is controlled to be equal to or higher than the predetermined value Pr 0 , the present invention is not limited to this. That is, as described above, when any one of the engine load, the supercharging pressure P, and the intake air temperature Tin becomes a predetermined value or more, only the ignition delay period may be controlled to be a predetermined period or more. Pr
May be controlled to a predetermined value Pr 0 or more.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上説明したように、第1の発明による
と、頂部に開口端に近付くに従って径が小さくなるリエ
ントラント型のキャビティが形成されたピストンと、ピ
ストンのキャビティ開口縁を形成するリップ部に向かっ
て燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、燃料噴射弁より
噴射された燃料噴霧を着火遅れ期間にリップ部に到達さ
せてリップ部付近に燃料蒸気の領域を形成し、燃料噴射
弁の燃料噴射方向前方で燃料を着火させ、この着火によ
る燃焼ガスの膨張流により、その着火位置前方の燃料蒸
気をキャビティの周壁面に当ててキャビティの底の方へ
誘導するように構成されたディーゼルエンジンの燃料燃
焼装置について、エンジン負荷が所定負荷以上である場
合と、吸気に加えられる過給圧が所定圧力以上である場
合と、吸気温度が所定温度以上である場合とのいずれか
の場合に、着火遅れ期間を所定期間以上に制御する制御
手段を備えることにより、ヒートスポットがキャビティ
内の特定位置で長時間存在するのを防止して、NOxの
生成量を効果的に低減させるとともに、キャビティ内に
おける燃料又は燃焼ガスと、空気との混合を促進して、
煤の生成量を有効に低減させることができる。そのこと
に加えて、エンジン負荷が所定負荷以上である場合と、
過給圧が所定圧力以上である場合と、吸気温度が所定温
度以上である場合とのいずれかの場合に、着火遅れ期間
が所定期間以上となるように制御されるため、リップ部
付近に充分な燃料蒸気の領域を形成して、キャビティ内
に強力な縦渦を生成し、NOx及び煤の生成を効果的に
低減させることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, a piston having a reentrant type cavity formed on the top thereof, the diameter of which decreases as it approaches the opening end, and a lip portion forming the cavity opening edge of the piston. A fuel injection valve for injecting fuel toward the fuel injection valve, and makes the fuel spray injected from the fuel injection valve reach the lip portion during the ignition delay period to form a region of fuel vapor near the lip portion. Diesel engine configured to ignite fuel in the front of the fuel injection direction and to cause the fuel vapor in front of the ignition position to impinge on the peripheral wall surface of the cavity toward the bottom of the cavity by the expansion flow of combustion gas resulting from this ignition In the fuel combustion device of No. 1, when the engine load is equal to or higher than a predetermined load, the supercharging pressure applied to the intake air is equal to or higher than a predetermined pressure, In any one of the case where the temperature is equal to or higher than a constant temperature, by providing a control means for controlling the ignition delay period to a predetermined period or longer, it is possible to prevent the heat spot from existing for a long time at a specific position in the cavity, While effectively reducing the amount of NOx produced, promoting the mixing of fuel or combustion gas and air in the cavity,
The amount of soot generated can be effectively reduced. In addition to that, when the engine load is above a predetermined load,
Since the ignition delay period is controlled to be the predetermined period or longer when the supercharging pressure is equal to or higher than the predetermined pressure or when the intake air temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, it is possible to ensure that the ignition delay period is sufficiently close to the lip portion. It is possible to form a region of a large fuel vapor, generate a strong vertical vortex in the cavity, and effectively reduce the generation of NOx and soot.

【0090】第2の発明によると、制御手段は、エンジ
ンの有効圧縮比を所定値以下に制御することにより、加
圧圧縮によるキャビティ内の空気の高温化を抑制して、
着火遅れ期間が短くなるのを抑制することができる。
According to the second aspect of the invention, the control means controls the effective compression ratio of the engine to be equal to or lower than a predetermined value to suppress the temperature rise of the air in the cavity due to the pressurization and compression.
It is possible to prevent the ignition delay period from becoming short.

【0091】第3の発明によると、制御手段は、吸気弁
の閉弁時期を可変とする可変動弁機構を備える一方、制
御手段は、可変動弁機構の閉弁時期を制御することによ
り、吸気弁の閉弁時期を可変動弁機構により遅角側に所
定角度だけシフトしてキャビティ内の吸気量を減少させ
るため、キャビティ内で空気が過剰に加圧圧縮されて高
温となるのを抑制することができる。
According to the third aspect of the invention, the control means includes a variable valve mechanism for varying the closing timing of the intake valve, while the control means controls the closing timing of the variable valve mechanism. The valve closing timing of the intake valve is shifted to the retard side by a predetermined angle by the variable valve mechanism to reduce the amount of intake air in the cavity, thus suppressing excessive pressurization and compression of air in the cavity to a high temperature. can do.

【0092】第4の発明によると、制御手段は、エンジ
ン負荷が所定負荷以上である場合と、吸気に加えられる
過給圧が所定圧力以上である場合と、吸気温度が所定温
度以上である場合とのいずれかの場合に、燃料噴射弁の
燃料噴射圧を所定値以上に制御することにより、燃料噴
霧のペネトレーションを増大させて、リップ部付近に充
分な燃料蒸気の領域を形成し、キャビティ内に強力な縦
渦を生成することができる。
According to the fourth aspect of the invention, the control means controls when the engine load is a predetermined load or more, the supercharging pressure applied to the intake air is a predetermined pressure or more, and the intake air temperature is a predetermined temperature or more. In either case, by controlling the fuel injection pressure of the fuel injection valve to a predetermined value or more, the penetration of the fuel spray is increased to form a sufficient fuel vapor region near the lip portion and It can generate a powerful vertical vortex.

【0093】第5の発明によると、燃料噴射弁の燃料噴
射開始から0.42ms経過時点での燃料噴霧の到達距
離たるペネトレーションSpと、燃料噴射弁の燃料噴霧
のコーン角Θと、キャビティのリップ部における最小口
径Dlip とが、Dlip =k×Sp×sin(Θ/2)、(但
し、k=1.4〜1.8)を満足する関係にあることに
より、燃料噴射弁からリップ部に向けて燃料を噴射し、
燃料の着火遅れ期間に燃料噴霧をリップ部に到達させて
該リップ部付近に燃料蒸気を適正に形成することができ
る。
According to the fifth aspect of the invention, the penetration Sp, which is the reaching distance of the fuel spray when 0.42 ms has elapsed from the start of fuel injection of the fuel injection valve, the cone angle Θ of the fuel spray of the fuel injection valve, and the lip of the cavity. The minimum diameter Dlip in the section is such that Dlip = k × Sp × sin (Θ / 2) (where k = 1.4 to 1.8) is satisfied, so that from the fuel injection valve to the lip section. To inject fuel toward
During the fuel ignition delay period, the fuel spray can reach the lip portion and the fuel vapor can be appropriately formed near the lip portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの
燃料燃焼装置を示す概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing a fuel combustion device for a diesel engine according to an embodiment of the present invention.

【図2】燃料燃焼装置の要部を拡大して示す平面図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing a main part of the fuel combustion device.

【図3】本発明の燃焼コンセプトを示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a combustion concept of the present invention.

【図4】燃料噴霧が噴射された燃焼室を示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing a combustion chamber in which fuel spray is injected.

【図5】k値とNO生成量との関係を示すグラフ図であ
る。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between k value and NO production amount.

【図6】VVTを一部破断して示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a VVT partially broken away.

【図7】VVTによる動弁時期の変更を模式的に示すタ
イムチャート図である。
FIG. 7 is a time chart diagram schematically showing a change in valve timing by VVT.

【図8】燃料燃焼装置における燃料燃焼制御を示すフロ
ーチャート図である。
FIG. 8 is a flowchart showing fuel combustion control in the fuel combustion device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Sp ペネトレーション(貫徹力、燃料噴霧の到達距
離) Θ 燃料噴霧のコーン角 Dlip リップ部の最小口径 IC 閉弁時期 Tin 吸気温度 P 過給圧 Pr 燃料噴射圧 1 ピストン 6 吸気バルブ(吸気弁) 8 キャビティ 9 燃料噴射弁 11 リップ部 12 凹入部(キャビティの周壁面) 16 燃料蒸気 22 クランク角センサ(制御手段) 23 アクセル開度センサ(制御手段) 27 過給圧センサ(制御手段) 28 吸気温センサ(制御手段) 29 燃料圧力センサ(制御手段) 33 VVT(可変動弁機構) 40 ECU (制御手段)
Sp Penetration (penetration force, fuel spray reach distance) Θ Fuel spray cone angle Dlip Lip minimum diameter IC valve closing timing Tin Intake temperature P Supercharging pressure Pr Fuel injection pressure 1 Piston 6 Intake valve (intake valve) 8 Cavity 9 Fuel injection valve 11 Lip part 12 Recessed part (circumferential wall surface of cavity) 16 Fuel vapor 22 Crank angle sensor (control means) 23 Accelerator opening sensor (control means) 27 Supercharging pressure sensor (control means) 28 Intake temperature sensor ( Control means) 29 Fuel pressure sensor (control means) 33 VVT (variable valve mechanism) 40 ECU (control means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 15/00 F02D 15/00 E 3G301 23/02 23/02 Z 41/04 351 41/04 351 370 370 395 395 43/00 301 43/00 301S 301Z 45/00 312 45/00 312H 360 360F F02M 61/18 360 F02M 61/18 360J (72)発明者 寺沢 保幸 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 林原 寛 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 Fターム(参考) 3G018 AB17 BA33 CA20 EA02 EA11 EA32 EA35 FA27 GA08 3G023 AA07 AB05 AC05 AD02 AD07 AD09 AD12 AD14 AG01 AG02 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA24 BA25 CC48 CD28 3G084 AA01 AA04 BA07 BA08 BA14 BA15 BA22 BA23 CA04 EA11 EB08 FA00 FA02 FA13 FA18 FA33 3G092 AA02 AA09 AA10 AA11 AA18 BB06 DA01 DA10 DD03 DG05 DG09 EA04 EA16 EC10 FA22 GA06 HA11Z HA13X HA13Z HB01Z HB02X HB03Z HE01Z 3G301 HA02 HA11 HA15 HA17 HA19 KA09 LA07 LC01 LC08 MA18 MA28 MA29 NA08 NC04 NE12 NE22 PA10Z PA17Z PB03Z PB08Z PE01Z PE10Z ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F02D 15/00 F02D 15/00 E 3G301 23/02 23/02 Z 41/04 351 41/04 351 370 370 395 395 43/00 301 43/00 301S 301Z 45/00 312 512/00 312H 360 360F F02M 61/18 360 F02M 61/18 360J (72) Inventor Yasuyuki Terazawa Shinchi Fuchu-cho, Hiroshima Prefecture Mazda Incorporated (72) Inventor Hiroshi Hayashibara 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda Co., Ltd. F-term (reference) 3G018 AB17 BA33 CA20 EA02 EA11 EA32 EA35 FA27 GA08 3G023 AA07 AB05 AC05 AD02 AD07 AD09 AD12 AD14 AG01 AG02 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA24 BA25 CC48 CD28 3G084 AA01 AA04 BA07 BA08 BA14 BA15 BA22 BA23 CA04 EA11 EB08 FA00 FA02 FA13 FA18 FA33 3G092 AA02 AA09 AA10 AA11 AA18 BB06 DA01 DA10 DD03 DG05 DG09 EA04 EA16 EC10 FA22 GA06 HA11Z HA13X HA13Z HB01Z HB02X HB03 PA08 NA08Z29 MA08HA08 HA08 HA02 HA08 HA01 HA01 HA01 HA01 HA01 HA01 HA01 HA01 HA01 HA01 HA02 HA08 HA01 HA18 HA01 HA02 HA08 HA01 HA18 HA01 HA01 HA02 HA08 HA01 HA18 HA01 HA01 HA02 HA08 HA01 HA18 HA01 HA01 HA18 HA01 HA01 HA18 HA01 HA01 HA01 PE01Z PE10Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 頂部に開口端に近付くに従って径が小さ
くなるリエントラント型のキャビティが形成されたピス
トンと、 上記ピストンのキャビティ開口縁を形成するリップ部に
向かって燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、 上記燃料噴射弁より噴射された燃料噴霧を着火遅れ期間
に上記リップ部に到達させて該リップ部付近に燃料蒸気
の領域を形成し、 上記燃料噴射弁の燃料噴射方向前方で燃料を着火させ、
この着火による燃焼ガスの膨張流により、その着火位置
前方の上記燃料蒸気を上記キャビティの周壁面に当てて
該キャビティの底の方へ誘導し、火炎がキャビティの底
に伝播されるように構成されたディーゼルエンジンの燃
料燃焼装置であって、 エンジン負荷が所定負荷以上である場合と、吸気に加え
られる過給圧が所定圧力以上である場合と、吸気温度が
所定温度以上である場合とのいずれかの場合に、着火遅
れ期間を所定期間以上に制御する制御手段を備えている
ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料燃焼装置。
1. A piston having a reentrant type cavity formed on the top thereof, the diameter of which decreases as it approaches the opening end, and a fuel injection valve for injecting fuel toward a lip portion forming the cavity opening edge of the piston. The fuel spray injected from the fuel injection valve reaches the lip portion during an ignition delay period to form a fuel vapor region near the lip portion, and the fuel is ignited in front of the fuel injection direction of the fuel injection valve. Let
Due to the expansion flow of the combustion gas due to this ignition, the fuel vapor in front of the ignition position is applied to the peripheral wall surface of the cavity to guide it toward the bottom of the cavity, and the flame is propagated to the bottom of the cavity. In a fuel combustion device for a diesel engine, whether the engine load is a predetermined load or more, the supercharging pressure applied to the intake air is a predetermined pressure or more, or the intake air temperature is a predetermined temperature or more. In such a case, a fuel combustion device for a diesel engine, comprising a control means for controlling the ignition delay period to a predetermined period or longer.
【請求項2】 請求項1のディーゼルエンジンの燃料燃
焼装置において、 制御手段は、エンジンの有効圧縮比を所定値以下に制御
することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料燃焼装
置。
2. The fuel combustion device for a diesel engine according to claim 1, wherein the control means controls the effective compression ratio of the engine to a predetermined value or less.
【請求項3】 請求項2のディーゼルエンジンの燃料燃
焼装置において、 吸気弁の閉弁時期を可変とする可変動弁機構を備える一
方、制御手段は、上記可変動弁機構の閉弁時期を制御す
ることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料燃焼装
置。
3. The fuel combustion apparatus for a diesel engine according to claim 2, further comprising a variable valve mechanism for varying the valve closing timing of the intake valve, while the control means controls the valve closing timing of the variable valve mechanism. A fuel combustion device for a diesel engine, which is characterized by:
【請求項4】 請求項1から3のいずれか1つのディー
ゼルエンジンの燃料燃焼装置において、 制御手段は、エンジン負荷が所定負荷以上である場合
と、吸気に加えられる過給圧が所定圧力以上である場合
と、吸気温度が所定温度以上である場合とのいずれかの
場合に、燃料噴射弁の燃料噴射圧を所定値以上に制御す
ることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料燃焼装
置。
4. The fuel combustion device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the control means controls when the engine load is equal to or higher than a predetermined load and when the supercharging pressure applied to the intake air is equal to or higher than a predetermined pressure. A fuel combustion device for a diesel engine, wherein the fuel injection pressure of a fuel injection valve is controlled to be a predetermined value or higher in either of a case where the intake air temperature is equal to or higher than a predetermined temperature.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1つのディーゼ
ルエンジンの燃料燃焼装置において、 燃料噴射弁の燃料噴射開始から0.42ms経過時点で
の燃料噴霧の到達距離と定義したときのペネトレーショ
ンSpと、上記燃料噴射弁の燃料噴霧のコーン角Θと、
キャビティのリップ部における最小口径Dlip とが次式 Dlip =k×Sp×sin(Θ/2) (但し、k=1.4〜1.8)を満足する関係にあるこ
とを特徴とするディーゼルエンジンの燃料燃焼装置。
5. The fuel injection device for a diesel engine according to claim 1, wherein the penetration Sp is defined as the reaching distance of the fuel spray when 0.42 ms has elapsed from the start of fuel injection of the fuel injection valve. And the cone angle Θ of the fuel spray of the fuel injection valve,
Diesel engine characterized in that the minimum diameter Dlip at the lip portion of the cavity satisfies the following expression Dlip = k x Sp x sin (Θ / 2) (where k = 1.4 to 1.8) Fuel combustion equipment.
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