JP2003106195A - Control system for spark ignition type direct injection engine - Google Patents

Control system for spark ignition type direct injection engine

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JP2003106195A
JP2003106195A JP2001302982A JP2001302982A JP2003106195A JP 2003106195 A JP2003106195 A JP 2003106195A JP 2001302982 A JP2001302982 A JP 2001302982A JP 2001302982 A JP2001302982 A JP 2001302982A JP 2003106195 A JP2003106195 A JP 2003106195A
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Japan
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fuel injection
fuel
valve
spark ignition
combustion chamber
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Application number
JP2001302982A
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Japanese (ja)
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Hiroyuki Yamashita
洋幸 山下
Fumihiko Saito
史彦 斉藤
Keiji Araki
啓二 荒木
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control system for a spark ignition type direct injection engine capable of improving startability under extremely low temperature by increasing ignitability in a cold start when outside temperature is extremely low. SOLUTION: In a spark ignition type direct injection engine having a fuel injection valve 18 arranged at a circumference edge part of a combustion chamber 6 and an electrode of a spark plug 16 arranged in a spray area from the fuel injection valve 18 under an atmospheric pressure condition, a fuel injection control means 51 is provided. The fuel injection control means 51 controls timing of fuel injection from the fuel injection valve 18 to keep the same in a designated period when pressure in the combustion chamber 6 rises above a designated pressure in a compression stroke in start up under a cold condition of outside temperature below 0 deg.C.

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、燃焼室周縁部に燃
料噴射弁を配置するとともにその噴霧エリア内に点火プ
ラグの電極が位置するように構成された火花点火式直噴
エンジンの制御装置に関し、特に始動時の燃料噴射の制
御に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a spark ignition type direct injection engine, which is arranged such that a fuel injection valve is arranged at a peripheral portion of a combustion chamber and an electrode of a spark plug is located in a spray area of the fuel injection valve. In particular, it relates to control of fuel injection at the time of starting.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、火花点火式エンジンにおい
て、燃焼室周縁部に燃料噴射弁を配置し、低速低負荷側
の所定運転領域で、空燃比をリーンとするとともに上記
燃料噴射弁から圧縮行程で燃料を噴射することにより成
層燃焼を行わせ、燃費改善を図るようにした火花点火式
直噴エンジンは種々知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a spark ignition type engine, a fuel injection valve is arranged in the peripheral portion of a combustion chamber, and an air-fuel ratio is made lean and a compression stroke is performed from the fuel injection valve in a predetermined operation region on the low speed and low load side. There are various known spark ignition type direct injection engines in which stratified charge combustion is performed by injecting fuel to improve fuel efficiency.

【0003】この種の火花点火式直噴エンジンにおいて
エンジン始動時における燃料噴射の制御に関する技術と
しては、例えば特開平9−79066号公報に示された
制御装置が知られている。この制御装置は、エンジン始
動時に、エンジンの冷却水温度が80°C程度に高いと
きは圧縮行程で燃料を噴射し、エンジン始動時の冷却水
温度が低いほど燃料噴射時期を進角させ、例えば冷却水
温度が20°C程度であれば吸気行程で燃料噴射を行わ
せるようにしている。このようにしているのは、エンジ
ン始動時にエンジン温度が低いときは燃料噴射時期から
点火時期までの期間を長くすることで燃料の気化、霧化
を図ろうとしたものである。
As a technique relating to control of fuel injection at the time of engine start in this type of spark ignition type direct injection engine, for example, a control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-79066 is known. This control device injects fuel in the compression stroke when the engine coolant temperature is as high as about 80 ° C. at the engine start, and advances the fuel injection timing as the engine coolant temperature becomes lower, for example, When the cooling water temperature is about 20 ° C, fuel injection is performed in the intake stroke. This is done in order to vaporize and atomize the fuel by lengthening the period from the fuel injection timing to the ignition timing when the engine temperature is low at the time of starting the engine.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、火花点火式
直噴エンジンにも種々のタイプがあるが、燃焼室内に生
成されるタンブル流に対向させるように燃料噴射弁から
の燃料を噴射して、燃料噴霧がタンブル流に衝突してか
ら点火プラグ周りに達するようにしたものや、燃料噴射
弁からの燃料噴霧が直接点火プラグ周りに達するように
したものでは、通常、吸気弁近傍の燃焼室周縁部に燃料
噴射弁が設置されるとともに、大気圧条件下での上記燃
料噴射弁からの噴霧エリア内に点火プラグの電極が位置
するように燃料噴射弁と点火プラグとの位置関係及び燃
料噴射弁からの燃料噴射方向などが設定されている。
There are various types of spark ignition type direct injection engines, but by injecting fuel from a fuel injection valve so as to oppose a tumble flow generated in a combustion chamber, In the case where the fuel spray collides with the tumble flow and reaches around the spark plug, or the fuel spray from the fuel injection valve reaches directly around the spark plug, the periphery of the combustion chamber near the intake valve is usually used. And a positional relationship between the fuel injection valve and the spark plug so that the electrode of the spark plug is located in the spray area from the fuel injection valve under the atmospheric pressure condition. The fuel injection direction from is set.

【0005】当発明者において調べたところによると、
このようなエンジンにおいて、外気温度が著しく低い冷
間始動時には、燃料の気化、霧化時間を稼ぐべく吸気行
程中に燃料噴射を行っても、必ずしも着火性が向上され
ず、失火が生じ易い。
According to a research conducted by the present inventor,
In such an engine, at the cold start when the outside air temperature is extremely low, even if the fuel is injected during the intake stroke in order to gain the vaporization and atomization time of the fuel, the ignitability is not necessarily improved and the misfire easily occurs.

【0006】その理由を考察すると、後に詳しく説明す
るように、吸気行程中で吸気弁が比較的大きく開いてい
る期間に燃料噴射が行われた場合に、燃料噴射弁の噴霧
エリア内に介入する吸気弁の傘部に燃料噴霧の多くが衝
突して、そのまま吸気弁の傘部に付着したり、この部分
で反射して燃焼室天井部の壁面に付着したりし易い。そ
して、とくに外気温度が0°C以下というような極低温
時には、吸気弁の傘部ヤ燃焼室天井部の壁面に付着した
燃料が点火時期までに殆ど気化されないため、点火プラ
グ周りに到達する燃料が少なくなったり、燃料の液滴が
燃焼室天井部の壁面から点火プラグの電極部分に流れて
電極に付着したりすることで着火性が悪くなる。
Considering the reason for this, as will be described later in detail, when fuel injection is performed during a period in which the intake valve is relatively wide open during the intake stroke, the fuel injection valve intervenes in the spray area. Most of the fuel spray collides with the umbrella portion of the intake valve and tends to adhere to the umbrella portion of the intake valve as it is, or to reflect on this portion to adhere to the wall surface of the combustion chamber ceiling. Then, especially when the outside air temperature is extremely low such as 0 ° C. or less, the fuel adhering to the wall of the roof of the combustion chamber and the umbrella of the intake valve is hardly vaporized by the ignition timing. As a result, fuel droplets flow from the wall surface of the combustion chamber ceiling to the electrode portion of the spark plug and adhere to the electrode, which deteriorates the ignitability.

【0007】本発明はこのような点に鑑み、外気温度が
著しく低い冷間始動時の着火性を高め、極低温時の始動
性を向上することができる火花点火式直噴エンジンの制
御装置を提供することを目的とする。
In view of the above, the present invention provides a control device for a spark ignition type direct injection engine which can improve ignition performance at cold start when the outside air temperature is extremely low and improve startability at extremely low temperature. The purpose is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係る発明は、燃焼室周縁部に燃料噴射弁
が設置され、大気圧条件下での上記燃料噴射弁からの噴
霧エリア内に点火プラグの電極が位置するように構成さ
れた火花点火式直噴エンジンにおいて、外気温度が0°
C以下の冷間状態における始動時に、上記燃料噴射弁か
らの燃料噴射時期を、圧縮行程において燃焼室内の圧力
が所定圧力以上に上昇する所定期間内とするように制御
する燃料噴射制御手段を備えたものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is such that a fuel injection valve is installed in a peripheral portion of a combustion chamber, and a spray area from the fuel injection valve under atmospheric pressure conditions is provided. In a spark ignition type direct injection engine in which the electrode of the spark plug is located inside, the outside air temperature is 0 °.
A fuel injection control means is provided for controlling the fuel injection timing from the fuel injection valve to be within a predetermined period during which the pressure in the combustion chamber rises above a predetermined pressure during the compression stroke at the time of starting in a cold state of C or lower. It is a thing.

【0009】この構成によると、冷間状態における始動
時には、吸気弁が閉じているときに燃料噴射が行われる
ので、燃料噴霧が吸気弁の傘部に衝突することがない。
しかも、圧縮行程において燃焼室内の圧力が所定圧力以
上に上昇する所定期間内に燃料噴射が行われることによ
り、このときの燃焼室内の高い圧力が利用されて燃料噴
霧の飛びすぎが抑制され、燃焼室の周壁や天井部等に燃
料が付着することが少なくなって、燃料噴霧の多くが点
火プラグ付近に浮遊する状態で点火が行われる。このた
め、着火性が確保され、冷間状態での始動性が向上され
る。
According to this structure, at the time of starting in the cold state, the fuel injection is performed while the intake valve is closed, so that the fuel spray does not collide with the umbrella portion of the intake valve.
Moreover, in the compression stroke, the fuel injection is performed within a predetermined period during which the pressure in the combustion chamber rises above the predetermined pressure, so that the high pressure in the combustion chamber at this time is used to suppress overspray of the fuel spray, The fuel is less likely to adhere to the peripheral wall or ceiling of the chamber, and ignition is performed in a state in which most of the fuel spray floats near the spark plug. Therefore, the ignitability is secured, and the startability in the cold state is improved.

【0010】この発明において、上記所定圧力は、その
圧力下の燃焼室内の噴射される燃料の噴霧角を小さくす
るような圧力であること(請求項2)が好ましい。この
ようにすると、大気圧条件下での噴射と比べて噴霧の到
達距離が短くなるとともに噴霧角が狭められることによ
り、燃焼室の周壁や天井部等への付着が避けられる。
In the present invention, it is preferable that the predetermined pressure is a pressure that reduces the spray angle of the fuel injected into the combustion chamber under that pressure (claim 2). By doing so, the arrival distance of the spray is shortened and the spray angle is narrowed as compared with the injection under the atmospheric pressure condition, so that the adhesion to the peripheral wall or the ceiling of the combustion chamber is avoided.

【0011】なお、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力が
低いクランキング開始直後は圧縮行程の所定期間内に燃
料噴射を行うことが困難であるため、上記燃料噴射制御
手段は、燃料噴射時期を圧縮行程の所定期間内とする制
御を、冷間始動時のクランキング期間において燃料噴射
弁からの燃料の噴射圧力が圧縮行程の所定期間内に燃料
噴射が可能な所定噴射圧力に上昇してから行うようにな
っている(請求項3)。
Since it is difficult to inject fuel within a predetermined period of the compression stroke immediately after the start of cranking when the fuel injection pressure of the fuel injection valve is low, the fuel injection control means determines the fuel injection timing. The control is performed within the predetermined period of the compression stroke after the injection pressure of the fuel from the fuel injection valve rises to the predetermined injection pressure at which the fuel can be injected within the predetermined period of the compression stroke during the cranking period at the cold start. It is designed to be carried out (claim 3).

【0012】また、上記燃料噴射制御手段は、始動時の
燃料噴射時期を外気温度が高いほど進角させるように制
御するようになっていること(請求項4)が好ましい。
このようにすると、外気温度が高いときは燃料噴射から
点火までの時間が長くなることで気化、霧化が促進され
る。
Further, it is preferable that the fuel injection control means controls the fuel injection timing at the time of starting so as to advance the fuel injection timing as the outside air temperature becomes higher (claim 4).
In this way, when the outside air temperature is high, the time from the fuel injection to the ignition becomes longer, so that vaporization and atomization are promoted.

【0013】また、上記燃料噴射制御手段による冷間状
態における始動時の制御としては、燃料噴射を複数回に
分割して行わせるようにすること(請求項5)も効果的
である。このようにすると、燃料の気化、霧化に有利と
なる。
Further, as the control at the time of starting in the cold state by the fuel injection control means, it is also effective to divide the fuel injection into a plurality of times (claim 5). This is advantageous for vaporizing and atomizing the fuel.

【0014】請求項6に係る発明は、燃焼室周縁部に燃
料噴射弁が設置され、大気圧条件下での上記燃料噴射弁
からの噴霧エリア内に点火プラグの電極が位置するよう
に構成された火花点火式直噴エンジンにおいて、始動時
の燃料噴射時期を外気温度が高いほど進角させるように
制御する燃料噴射制御手段を備えたものである。
In the invention according to claim 6, a fuel injection valve is installed in the peripheral portion of the combustion chamber, and the electrode of the spark plug is located in the spray area from the fuel injection valve under atmospheric pressure conditions. The spark ignition type direct injection engine is provided with fuel injection control means for controlling the fuel injection timing at the time of starting so as to advance the higher the outside air temperature.

【0015】この構成によると、外気温度が高いときは
燃料噴射から点火までの時間が長くなることで気化、霧
化が促進される。
According to this structure, when the temperature of the outside air is high, the time from fuel injection to ignition becomes long, so that vaporization and atomization are promoted.

【0016】また、請求項7に係る発明は、燃焼室周縁
部に燃料噴射弁が設置され、大気圧条件下での上記燃料
噴射弁からの噴霧エリア内に点火プラグの電極が位置す
るように構成された火花点火式直噴エンジンにおいて、
外気温度が0°C以下の冷間状態における始動時に、上
記燃料噴射弁からの燃料噴射時期を、少なくとも吸気弁
のリフト量が大きい期間を除いた吸気行程後期とするよ
うに制御する燃料噴射制御手段を備えたものである。
Further, in the invention according to claim 7, the fuel injection valve is installed in the peripheral portion of the combustion chamber, and the electrode of the spark plug is located in the spray area from the fuel injection valve under the atmospheric pressure condition. In the spark ignition type direct injection engine configured,
Fuel injection control for controlling the fuel injection timing from the fuel injection valve to be in the latter half of the intake stroke except at least the period when the lift amount of the intake valve is large at the time of starting in a cold state where the outside air temperature is 0 ° C. or less. It is equipped with means.

【0017】この構成によると、冷間状態における始動
時に、燃料噴霧が吸気弁の傘部に衝突することが避けら
れつつ、燃料噴射から点火までの間に燃料の気化、霧化
のための時間が稼がれる。
According to this structure, at the time of starting in the cold state, it is possible to prevent the fuel spray from colliding with the umbrella portion of the intake valve, and to evaporate and atomize the fuel between the fuel injection and the ignition. Can be earned.

【0018】この発明において、上記燃料噴射制御手段
は、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力が高くなるにつれ
て燃料噴射時期を圧縮行程に移すように制御すること
(請求項8)が好ましい。
In the present invention, it is preferable that the fuel injection control means controls the fuel injection timing so as to shift to the compression stroke as the fuel injection pressure from the fuel injection valve increases (claim 8).

【0019】また、請求項9に係る発明は、燃焼室周縁
部に燃料噴射弁が設置され、大気圧条件下での上記燃料
噴射弁からの噴霧エリア内に点火プラグの電極が位置す
るように構成された火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気弁のリフト量を変更可能にするバルブリフト量可変
手段と、外気温度が0°C以下の冷間状態における始動
時に、吸気弁のリフト量を小さくしつつ上記燃料噴射弁
からの燃料噴射を吸気行程で行わせるようにバルブリフ
ト量可変手段及び燃料噴射弁を制御する制御手段と備え
たものである。
Further, in the invention according to claim 9, the fuel injection valve is installed in the peripheral portion of the combustion chamber, and the electrode of the spark plug is located in the spray area from the fuel injection valve under the atmospheric pressure condition. In the spark ignition type direct injection engine configured,
The valve lift amount varying means for changing the lift amount of the intake valve and the fuel injection from the fuel injection valve while reducing the lift amount of the intake valve at the time of starting in a cold state where the outside air temperature is 0 ° C. or less. It is provided with a valve lift amount varying means and a control means for controlling the fuel injection valve so that it is performed in the intake stroke.

【0020】この構成によっても、冷間状態における始
動時に、燃料噴霧が吸気弁の傘部に衝突することが避け
られつつ、燃料噴射から点火までの間に燃料の気化、霧
化のための時間が稼がれる。
Also according to this structure, at the time of starting in the cold state, it is possible to prevent the fuel spray from colliding with the umbrella portion of the intake valve, and to evaporate and atomize the fuel between the fuel injection and the ignition. Can be earned.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1は、本発明の一実施形態による火花点
火式直噴エンジンの全体的な構成を示す。この図におい
て、エンジン本体1は、複数の気筒2が配設されたシリ
ンダブロック3と、このシリンダブロック3上に配置さ
れたシリンダヘッド4とを有し、各気筒2内にはピスト
ン5が上下方向に往復動可能に嵌挿されていて、そのピ
ストン5とシリンダヘッド4との間に燃焼室6が形成さ
れている。
FIG. 1 shows the overall structure of a spark ignition type direct injection engine according to an embodiment of the present invention. In this figure, an engine body 1 has a cylinder block 3 in which a plurality of cylinders 2 are arranged, and a cylinder head 4 arranged on the cylinder block 3, and a piston 5 is vertically arranged in each cylinder 2. It is inserted so as to be reciprocally movable in the direction, and a combustion chamber 6 is formed between the piston 5 and the cylinder head 4.

【0023】上記ピストン5は、シリンダブロック3の
下方部に回転自在に支持されたクランク軸7に、コネク
ティングロッド8を介して連結されている。クランク軸
7の一端側には、クランク角(クランク軸7の回転角
度)を検出する電磁式のクランク角センサ9が配置され
ている。
The piston 5 is connected to a crank shaft 7 rotatably supported on the lower portion of the cylinder block 3 via a connecting rod 8. An electromagnetic crank angle sensor 9 that detects a crank angle (a rotation angle of the crank shaft 7) is arranged on one end side of the crank shaft 7.

【0024】各気筒2の燃焼室6は、その天井部が中央
部分からシリンダヘッドの下端まで延びる2つの傾斜面
で構成された所謂ペントルーフ型となっている。この燃
焼室6には複数の吸気ポート10と排気ポート11とが
開口し、当実施形態では天井部を構成する2つの傾斜面
に吸気ポート10及び排気ポート11がそれぞれ2つず
つ開口している。各ポート10,11の開口端には吸気
弁12及び排気弁13が設けられ、これら吸気弁12及
び排気弁13は、シリンダヘッド4の上部に軸支された
2本のカム軸14等からなる動弁機構により、それぞれ
各気筒毎に所定のタイミングで開閉作動されるようにな
っている。
The combustion chamber 6 of each cylinder 2 is of a so-called pent roof type in which the ceiling portion is composed of two inclined surfaces extending from the central portion to the lower end of the cylinder head. A plurality of intake ports 10 and exhaust ports 11 are opened in the combustion chamber 6, and in the present embodiment, two intake ports 10 and two exhaust ports 11 are opened in each of the two inclined surfaces forming the ceiling portion. . An intake valve 12 and an exhaust valve 13 are provided at the open ends of the ports 10 and 11, and the intake valve 12 and the exhaust valve 13 are composed of two cam shafts 14 and the like that are axially supported on the cylinder head 4. The valve operating mechanism is adapted to open and close each cylinder at a predetermined timing.

【0025】上記燃焼室6の中央部の上方には、上記4
つの吸排気弁に取り囲まれるように点火プラグ16が配
置されており、この点火プラグ16の先端が上記天井部
から燃焼室6内に突出している。この点火プラグ16に
は点火回路17が接続され、各気筒2毎に所定のタイミ
ングで点火プラグ16に通電するようになっている。ま
た、上記燃焼室6の周縁部には、2つの吸気ポート10
に挟まれるように燃料噴射弁18が配置され、この燃料
噴射弁18から燃焼室6内に直接燃料が噴射されるよう
になっている。
Above the center of the combustion chamber 6, the above-mentioned 4
The spark plug 16 is arranged so as to be surrounded by the intake and exhaust valves, and the tip of the spark plug 16 projects into the combustion chamber 6 from the ceiling portion. An ignition circuit 17 is connected to the ignition plug 16, and the ignition plug 16 is energized at a predetermined timing for each cylinder 2. In addition, two intake ports 10 are provided at the peripheral edge of the combustion chamber 6.
The fuel injection valve 18 is disposed so as to be sandwiched between the fuel injection valve 18 and the fuel injection valve 18, and the fuel is directly injected into the combustion chamber 6 from the fuel injection valve 18.

【0026】上記エンジン本体1の構造を、図2〜図4
を参照しつつさらに詳しく説明すると、上記両吸気ポー
ト10は、燃焼室6から斜め上方に向かって直線的に延
びていて、エンジン本体1の一側面(図2で左側面)に
開口しており、2つの吸気ポート10は互いに独立して
形成されている。これらの吸気ポート10を通って燃焼
室6内に流入する空気により燃焼室6内にタンブル流T
が生成されるようになっている。図2のように燃焼室6
の左側に吸気ポート10、右側に排気ポート11が位置
する断面においては時計方向(図2中の矢印方向)にタ
ンブル流Tが生成される。
The structure of the engine body 1 is shown in FIGS.
More specifically, referring to FIG. 2, the intake ports 10 extend linearly from the combustion chamber 6 obliquely upward and are open on one side surface (the left side surface in FIG. 2) of the engine body 1. The two intake ports 10 are formed independently of each other. The tumble flow T flows into the combustion chamber 6 by the air flowing into the combustion chamber 6 through the intake ports 10.
Is generated. The combustion chamber 6 as shown in FIG.
In the cross section in which the intake port 10 is located on the left side and the exhaust port 11 is located on the right side, the tumble flow T is generated in the clockwise direction (arrow direction in FIG. 2).

【0027】上記燃焼室6の天井部を形成する二つの傾
斜面は、この傾斜面と略直交するように設置される吸気
弁12および排気弁13の設置角度(挟み角度)αが比
較的大きな値、例えば35°以上となるように、傾斜角
度が設定されている。このように傾斜面の角度が大きな
値に設定されることにより、上記吸気ポート10および
排気ポート11が大きく屈曲することが防止され、吸気
および排気の流動抵抗が小さな値に設定されるようにな
っている。
The two inclined surfaces forming the ceiling of the combustion chamber 6 have a relatively large installation angle (sandwich angle) α of the intake valve 12 and the exhaust valve 13 installed so as to be substantially orthogonal to the inclined surfaces. The inclination angle is set to be a value, for example, 35 ° or more. By setting the angle of the inclined surface to a large value in this way, the intake port 10 and the exhaust port 11 are prevented from being greatly bent, and the flow resistance of intake air and exhaust gas is set to a small value. ing.

【0028】上記燃料噴射弁18及び点火プラグ16
は、大気圧条件下で燃料噴射弁18からの噴霧エリア内
に点火プラグ16の電極が位置するように、これらの位
置関係及び燃料噴射弁18からの噴射方向等が設定され
ている。
The fuel injection valve 18 and the spark plug 16
The positional relationship and the injection direction from the fuel injection valve 18 are set so that the electrode of the spark plug 16 is located in the spray area from the fuel injection valve 18 under the atmospheric pressure condition.

【0029】特に当実施形態では、タンブル流を利用し
て成層化を図るべく、燃料噴射弁18からの燃料噴射方
向が燃焼室6内のタンブル流Tに対向するように設定さ
れている。すなわち、図2に示す断面において燃焼室6
の左側に位置する燃料噴射弁18から斜め右下方に向け
て燃料が噴射されることにより、噴射された燃料がピス
トン5の冠面上でタンブル流Tと逆行する方向に向かう
ようになっている。
In particular, in this embodiment, the fuel injection direction from the fuel injection valve 18 is set to face the tumble flow T in the combustion chamber 6 in order to achieve stratification by utilizing the tumble flow. That is, in the cross section shown in FIG.
By injecting fuel obliquely downward right from the fuel injection valve 18 located on the left side of the, the injected fuel is directed on the crown surface of the piston 5 in the direction opposite to the tumble flow T. .

【0030】上記ピストン5の冠面には、上記断面にお
いてシリンダ軸線Zを挟んで左右両側にわたる所定範囲
に凹部5aが形成されている。そして、図3に示すよう
に燃焼室6の天井部に沿った流れをタンブル順流Ts、
燃焼室6の底部に沿った流れをタンブル正流Tmと定義
すると、上記凹部5a内に、タンブル正流Tmと燃料噴
霧Faとが互いに逆方向から導入されることにより、こ
の凹部5a内で上記タンブル正流Tmと燃料噴霧Faと
が正面衝突するようになっている。
On the crown surface of the piston 5, a concave portion 5a is formed in a predetermined range across the cylinder axis Z in the cross section on both the left and right sides. Then, as shown in FIG. 3, the flow along the ceiling of the combustion chamber 6 is tumble forward Ts,
When the flow along the bottom of the combustion chamber 6 is defined as the tumble forward flow Tm, the tumble forward flow Tm and the fuel spray Fa are introduced into the recess 5a from opposite directions, so that the inside of the recess 5a is The tumble forward flow Tm and the fuel spray Fa collide head-on.

【0031】図4に示すように平面視において、上記凹
部5aは、燃料の噴射方向を長軸とし、これと直交する
方向を短軸とする略楕円状に形成されている。上記凹部
5aの設置部を除いたピストン5の冠面の外周部分5b
は、これに対向する燃焼室6の天井部の傾斜面に略沿う
ように形成され、気筒2の圧縮上死点前の所定期間、例
えばBTDC40°CA〜TDCの期間においてピスト
ン5の冠面の外周部分5bと、燃焼室6の天井部とによ
り挟まれる隙間がスキッシュエリアとなるように構成さ
れている。なお、TDCは上死点、BTDCは上死点
前、CAはクランク角を意味する。
As shown in FIG. 4, in plan view, the recess 5a is formed in a substantially elliptical shape with the fuel injection direction as the major axis and the direction orthogonal to this as the minor axis. The outer peripheral portion 5b of the crown surface of the piston 5 excluding the installation portion of the recess 5a
Is formed so as to extend substantially along the inclined surface of the ceiling portion of the combustion chamber 6 facing it, and the crown surface of the piston 5 in a predetermined period before the compression top dead center of the cylinder 2, for example, in the period of BTDC 40 ° CA to TDC. The gap between the outer peripheral portion 5b and the ceiling of the combustion chamber 6 is configured to be a squish area. Note that TDC means top dead center, BTDC means before top dead center, and CA means crank angle.

【0032】また、上記燃料噴射弁18に対する燃料供
給系20の具体例を図5によって説明すると、燃料噴射
弁18の基端部には全気筒2に共通の燃料分配管19が
接続されていて、燃料供給系20から供給される高圧の
燃料を各気筒に分配するようになっており、この燃料供
給系20には、分配管19と燃料タンク21とを連通さ
せる燃料通路22の上流側から下流側に向かって、低圧
ポンプ23、低圧レギュレータ24、燃料フィルタ25
および高圧ポンプ26が順に配設されている。そして、
上記低圧ポンプ23により燃料タンク21から吸い上げ
られた燃料が、低圧レギュレータ24により調圧された
後、燃料フィルタ25により濾過された状態で高圧ポン
プ26に圧送されるようになっている。
A specific example of the fuel supply system 20 for the fuel injection valve 18 will be described with reference to FIG. 5. A fuel distribution pipe 19 common to all cylinders 2 is connected to the base end of the fuel injection valve 18. The high-pressure fuel supplied from the fuel supply system 20 is distributed to each cylinder, and the fuel supply system 20 is connected to the distribution pipe 19 and the fuel tank 21 from the upstream side of the fuel passage 22. Low pressure pump 23, low pressure regulator 24, fuel filter 25 toward the downstream side
And a high-pressure pump 26 is arranged in order. And
The fuel sucked up from the fuel tank 21 by the low-pressure pump 23 is pressure-controlled by the low-pressure regulator 24, and then pressure-fed to the high-pressure pump 26 while being filtered by the fuel filter 25.

【0033】上記高圧ポンプ26は、燃料の吐出量を広
い範囲に亘って調節可能な電磁ポンプ等からなり、燃料
分配管19への燃料の吐出量を調節することにより、燃
圧(燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力)を適正値(例え
ば略3MPa〜略13MPa、好ましくは4MPa〜7
MPa程度)に制御するように構成されている。なお、
上記高圧ポンプ26によって昇圧された燃料の一部を、
リターン通路から燃料タンク21に戻すことにより、上
記燃料分配管19に供給される燃料の圧力状態を適正値
に調節する高圧レギュレータを設けた構成としてもよ
い。
The high-pressure pump 26 is composed of an electromagnetic pump or the like capable of adjusting the discharge amount of fuel over a wide range. By adjusting the discharge amount of fuel to the fuel distribution pipe 19, the fuel pressure (from the fuel injection valve) is adjusted. Fuel injection pressure) is an appropriate value (for example, about 3 MPa to about 13 MPa, preferably 4 MPa to 7 MPa).
The pressure is controlled to about MPa). In addition,
A part of the fuel boosted by the high pressure pump 26 is
A high pressure regulator may be provided to adjust the pressure state of the fuel supplied to the fuel distribution pipe 19 to an appropriate value by returning the fuel from the return passage to the fuel tank 21.

【0034】図1に戻って、上記エンジン本体1の一側
面には、各気筒の吸気ポート10に連通する吸気通路3
1が接続され、一方、エンジン本体1の他側面には、各
気筒の排気ポート11に連通する排気通路32が接続さ
れている。
Returning to FIG. 1, the intake passage 3 communicating with the intake port 10 of each cylinder is provided on one side surface of the engine body 1.
On the other hand, the exhaust passage 32 communicating with the exhaust port 11 of each cylinder is connected to the other side surface of the engine body 1.

【0035】上記吸気通路31は、エンジン本体1の各
気筒2の燃焼室6に対し図外のエアクリーナで濾過した
空気を供給するものであり、その上流側から順に、吸気
量を検出するエアフローセンサ33と、電動式モータ3
5により駆動されて開閉する電気式スロットル弁34
と、サージタンク36とが配設されている。また、サー
ジタンク36よりも下流の吸気通路31は、各気筒2毎
に分岐する独立吸気通路とされており、各独立吸気通路
の下流端部はさらに2つに分岐して、2つの吸気ポート
10にそれぞれ連通している。
The intake passage 31 supplies the air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 6 of each cylinder 2 of the engine body 1, and an air flow sensor for detecting the intake amount in order from the upstream side thereof. 33 and electric motor 3
Electric throttle valve 34 driven by 5 to open and close
And a surge tank 36. The intake passage 31 downstream of the surge tank 36 is an independent intake passage branched for each cylinder 2, and the downstream end of each independent intake passage is further divided into two intake ports. 10 communicate with each.

【0036】上記各吸気ポート10の上流側には、燃焼
室6内におけるタンブル流の強度を調節するタンブル調
節弁37が配設され、このタンブル調節弁37が、例え
ばステッピングモータからなるアクチュエータ38によ
り開閉駆動されるようになっている。上記タンブル調節
弁37は、円形のバタフライ弁の一部、例えば弁軸より
も下側の部分を切り欠くことによって形成され、タンブ
ル調節弁37が閉じられているときに、上記切欠き部分
を介して吸気を下流側に流動させることにより、燃焼室
6内にタンブル流を形成し、上記タンブル調節弁37が
開かれるのに応じてタンブル流を徐々に弱めるように構
成されている。
A tumble adjusting valve 37 for adjusting the strength of the tumble flow in the combustion chamber 6 is arranged on the upstream side of each of the intake ports 10, and the tumble adjusting valve 37 is operated by an actuator 38 which is, for example, a stepping motor. It is designed to be opened and closed. The tumble control valve 37 is formed by cutting out a part of a circular butterfly valve, for example, a part below the valve shaft, and when the tumble control valve 37 is closed, the tumble control valve 37 is inserted through the cutout part. By flowing the intake air to the downstream side, a tumble flow is formed in the combustion chamber 6, and the tumble flow is gradually weakened as the tumble control valve 37 is opened.

【0037】なお、上記吸気ポート10やタンブル調節
弁37の形状は、上記形状に限定されるものではなく、
例えば吸気ポート10を、上流側で一つに合流する所謂
コモンポートタイプに構成してもよい。この場合、上記
タンブル調節弁37は、コモンポートの断面形状に対応
する形状のものをベースとして、その一部分を切り欠い
た形状とすればよい。
The shapes of the intake port 10 and the tumble adjusting valve 37 are not limited to the above-mentioned shapes.
For example, the intake ports 10 may be configured as a so-called common port type that joins together on the upstream side. In this case, the tumble control valve 37 may have a shape corresponding to the cross-sectional shape of the common port as a base, with a part thereof cut out.

【0038】一方、上記排気通路32は、燃焼室6から
既燃ガスを排出するものであり、その上流端側には各気
筒2の排気ポート11に連通する排気マニフォールド3
9を備えている。この排気マニフォールド39の集合部
には排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサ40
が配設されている。このリニアO2センサ40は排気中
の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられ
るもので、理論空燃比を含む所定の空燃比範囲において
酸素濃度に対しリニアな出力が得られるようになってい
る。
On the other hand, the exhaust passage 32 is for exhausting the burnt gas from the combustion chamber 6, and the exhaust manifold 3 communicating with the exhaust port 11 of each cylinder 2 is provided on the upstream end side thereof.
9 is equipped. A linear O 2 sensor 40 for detecting the oxygen concentration in the exhaust is provided at the collecting portion of the exhaust manifold 39.
Is provided. The linear O 2 sensor 40 is used to detect the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas, so that a linear output with respect to the oxygen concentration can be obtained in a predetermined air-fuel ratio range including the theoretical air-fuel ratio. Has become.

【0039】排気マニフォールド39の集合部には排気
管41の上流端が接続され、この排気管41には、排気
を浄化するための触媒43が設けられている。
The upstream end of an exhaust pipe 41 is connected to the collecting portion of the exhaust manifold 39, and the exhaust pipe 41 is provided with a catalyst 43 for purifying the exhaust gas.

【0040】また、排気管41の上流側には、排気通路
32を流れる排気の一部を吸気通路31に還流させるE
GR通路44の上流端が接続されている。このEGR通
路44の下流端は吸気通路31の上記スロットル弁34
より下流、例えばサージタンク36に接続されている。
EGR通路44の途中には開度調節可能な電気式のEG
R弁45が配設されていて、EGR通路44による排気
の還流量を調節できるようになっている。
On the upstream side of the exhaust pipe 41, part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 32 is returned to the intake passage 31.
The upstream end of the GR passage 44 is connected. The downstream end of the EGR passage 44 is provided with the throttle valve 34 of the intake passage 31.
It is connected further downstream, for example, to the surge tank 36.
In the middle of the EGR passage 44, an electric EG whose opening can be adjusted
An R valve 45 is provided so that the amount of exhaust gas recirculated through the EGR passage 44 can be adjusted.

【0041】上記点火回路17、燃料噴射弁18、燃料
供給系20、スロットル弁34を駆動するモータ35、
タンブル調節弁37のアクチュエータ38、電気式EG
R弁45等は、エンジンコントロールユニット50(以
下、ECUという)によって制御されるようになってい
る。このECU50には、上記クランク角センサ9、エ
アフローセンサ33、リニアO2センサ40等からの信
号が入力され、さらに、アクセル開度(アクセルペダル
の操作量)を検出するアクセル開度センサ46からの検
出信号、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサ
47からの検出信号、外気温度を検出する外気温センサ
48からの検出信号、スタータスイッチ49からの信号
等も入力されるようになっている。
A motor 35 for driving the ignition circuit 17, the fuel injection valve 18, the fuel supply system 20, and the throttle valve 34,
Actuator 38 of tumble control valve 37, electric EG
The R valve 45 and the like are controlled by an engine control unit 50 (hereinafter referred to as ECU). Signals from the crank angle sensor 9, the air flow sensor 33, the linear O 2 sensor 40, and the like are input to the ECU 50, and further, an accelerator opening degree sensor 46 that detects an accelerator opening degree (an operation amount of an accelerator pedal) outputs a signal. A detection signal, a detection signal from the rotation speed sensor 47 that detects the rotation speed of the engine, a detection signal from the outside air temperature sensor 48 that detects the outside air temperature, a signal from the starter switch 49, and the like are also input.

【0042】上記ECU50は、燃料噴射制御手段51
を含んでいる。この燃料噴射制御手段51は、燃料噴射
弁18からの燃料噴射の時期、噴射量及び噴射率の制御
を行う。
The ECU 50 has a fuel injection control means 51.
Is included. The fuel injection control means 51 controls the timing of fuel injection from the fuel injection valve 18, the injection amount, and the injection rate.

【0043】具体的には、エンジンの始動、暖機後の通
常運転時の制御としては図6に示すように、エンジンの
低負荷かつ低回転の運転領域(イ)を成層燃焼領域、そ
れ以外の領域(ロ)を均一燃焼領域と設定し、成層燃焼
領域(イ)では、燃料噴射弁18から圧縮行程の所定時
期(例えば圧縮上死点前(BTDC)40°〜140°
の範囲)に燃料を噴射して成層燃焼を行わせるようにす
る。このとき、空燃比はリーン(例えばA/F>25)
とするように吸入空気量及び燃料噴射量を制御する。一
方、均一燃焼領域(ロ)では、燃料噴射弁18から吸気
行程で燃料を噴射して均一燃焼を行わせるようにする。
このとき、空燃比は略理論空燃比(A/F=14.7)
とするように吸入空気量及び燃料噴射量を制御する。な
お、特に全負荷運転状態では空燃比を理論空燃比よりも
リッチ(例えばA/F=13程度)としてもよい。
Specifically, as shown in FIG. 6, the control during the normal operation after the engine is started and warmed up is such that the low load and low rotation operation region (a) of the engine is the stratified combustion region, and the other regions are as follows. The region (B) is set as a uniform combustion region, and in the stratified combustion region (B), a predetermined time (for example, before compression top dead center (BTDC) 40 ° to 140 °) from the fuel injection valve 18 to the compression stroke.
(Range)) so that stratified charge combustion is performed. At this time, the air-fuel ratio is lean (for example, A / F> 25).
The intake air amount and the fuel injection amount are controlled so that On the other hand, in the uniform combustion region (b), the fuel is injected from the fuel injection valve 18 in the intake stroke to perform uniform combustion.
At this time, the air-fuel ratio is approximately the theoretical air-fuel ratio (A / F = 14.7)
The intake air amount and the fuel injection amount are controlled so that It should be noted that the air-fuel ratio may be richer than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, about A / F = 13) particularly in the full load operation state.

【0044】また、エンジン始動時の制御としては、外
気温センサ48及びスタータスイッチ49からの信号に
基づいて、外気温度が0°C以下の冷間状態での始動時
(以下、冷間始動時という)であるか外気温度が0°C
より高い温間状態での始動時(以下、温間始動時とい
う)であるかを判別する。そして、冷間始動時であれば
図7(a)に示すように、燃料噴射時期を圧縮行程にお
いて燃焼室内の圧力が所定圧力以上に上昇する所定期間
内とするように制御する。
Further, the control at the time of engine start is based on the signals from the outside air temperature sensor 48 and the starter switch 49 at the time of start in a cold state where the outside air temperature is 0 ° C. or less (hereinafter, at the time of cold start). Or the outside air temperature is 0 ° C
It is determined whether or not the engine is starting in a higher warm state (hereinafter referred to as warm starting). Then, during a cold start, as shown in FIG. 7A, the fuel injection timing is controlled to be within a predetermined period during which the pressure in the combustion chamber rises above a predetermined pressure in the compression stroke.

【0045】ここで、上記所定圧力とは、大気圧よりも
充分に高くて、当該圧力の雰囲気中に噴射される燃料の
到達距離が大気圧条件下と比べて短くなるような圧力で
あり、さらに好ましくは、当該圧力の雰囲気中に噴射さ
れる燃料の噴霧角が大気圧条件下と比べて小さくなるよ
うな圧力である。上記所定期間は、具体的には圧縮行程
の中期乃至後期である。なお、クランキングの開始に伴
って燃料供給系20の高圧ポンプ26が駆動し初めてか
ら、圧縮行程の所定期間内に燃料噴射を行うことが可能
な程度に燃圧が上昇するまでには、数サイクル程度を要
する。このため、上記のような冷間始動時の制御は、ク
ランキング期間において燃圧が圧縮行程の所定期間内に
燃料噴射が可能な所定燃圧(1メガパスカル程度)に上
昇してから行うこととする。
Here, the predetermined pressure is a pressure which is sufficiently higher than the atmospheric pressure and which makes the arrival distance of the fuel injected into the atmosphere of the pressure shorter than that under the atmospheric pressure condition. More preferably, the pressure is such that the spray angle of the fuel injected into the atmosphere of the pressure becomes smaller than that under the atmospheric pressure condition. The above-mentioned predetermined period is, specifically, the middle stage to the latter stage of the compression stroke. It should be noted that several cycles are required from when the high-pressure pump 26 of the fuel supply system 20 is driven with the start of cranking until the fuel pressure rises to the extent that fuel injection can be performed within a predetermined period of the compression stroke. It takes a degree. Therefore, the control at the time of cold start as described above is performed after the fuel pressure rises to a predetermined fuel pressure (about 1 megapascal) capable of fuel injection within a predetermined period of the compression stroke during the cranking period. .

【0046】一方、温間始動時であれば図7(b)に示
すように、燃料噴射時期を吸気行程の期間内となるよう
に制御する。なお、始動時の制御としては、温間始動時
か温間始動時かに応じて燃料噴射時期を図7(a)に示
す時期と図7(b)とに切換えるようにしてもよいが、
図7(a)に示す時期から図7(b)に示す時期にまで
わたり、多段階もしくは無段階に、外気温度が高いほど
燃料噴射時期を進角させるようにしてもよい。
On the other hand, at the time of warm start, as shown in FIG. 7 (b), the fuel injection timing is controlled to be within the intake stroke period. As the control at the time of starting, the fuel injection timing may be switched between the time shown in FIG. 7A and the time shown in FIG. 7B depending on whether it is warm starting or warm starting.
The fuel injection timing may be advanced as the outside air temperature rises in multiple stages or steplessly from the timing shown in FIG. 7A to the timing shown in FIG. 7B.

【0047】なお、ECU50は上記のような燃料噴射
の制御のほかにも、運転状態に応じた制御として、少な
くとも成層燃焼領域ではタンブル調節弁37を閉じ、も
しくは小開度としてタンブル流を強化するように制御す
るとともに、タンブル流の強さと燃料噴霧の貫徹力がバ
ランスするように燃料供給系20の高圧ポンプ26等を
制御することで燃圧を制御し、さらに、少なくとも成層
燃焼領域では排気ガスの還流を行なわせるようにEGR
弁45を制御している。
In addition to the fuel injection control as described above, the ECU 50 closes the tumble control valve 37 at least in the stratified combustion region or strengthens the tumble flow by setting a small opening degree as control according to the operating state. The fuel pressure is controlled by controlling the high pressure pump 26 of the fuel supply system 20 and the like so that the strength of the tumble flow and the penetrating force of the fuel spray are balanced. EGR to make the return flow
The valve 45 is controlled.

【0048】以上のような当実施形態の装置によると、
エンジンの始動、暖機後の通常運転時において成層燃焼
領域にあるときは、圧縮行程で燃料噴射弁18から燃料
が噴射され、かつ、燃焼室6内にタンブル流が生成され
て、このタンブル流に対向するように燃料が噴射される
ことにより、燃焼室6内でタンブル流と燃料噴霧とが互
いに衝突し、燃料の気化、霧化が促進されつつ、点火時
期に点火プラグ16付近に可燃混合気が生成され、成層
燃焼が行われる。また、上記通常運転時において均一燃
焼領域にあるときは、吸気行程で燃料噴射弁18から燃
料が噴射され、均一燃焼が行われる。
According to the apparatus of this embodiment as described above,
During normal operation after engine startup and warm-up, in the stratified charge combustion region, fuel is injected from the fuel injection valve 18 in the compression stroke, and a tumble flow is generated in the combustion chamber 6, and this tumble flow is generated. When the fuel is injected so as to face the fuel cell, the tumble flow and the fuel spray collide with each other in the combustion chamber 6, and the vaporization and atomization of the fuel are promoted, and the flammable mixture near the spark plug 16 is generated at the ignition timing. Air is generated and stratified combustion is performed. Further, when in the uniform combustion region during the normal operation, fuel is injected from the fuel injection valve 18 in the intake stroke, and uniform combustion is performed.

【0049】ところで、エンジン始動時で、とくに外気
温度が0°C以下の冷間状態にあるときは、クランキン
グ期間において燃圧が所定燃圧に上昇してから、圧縮行
程において燃焼室内の圧力が所定圧力以上に上昇する所
定期間内に燃料噴射が行われる(図7(a)参照)こと
により、失火が防止されて、始動性が向上される。この
作用を、図2及び図8を参照しつつ具体的に説明する。
By the way, when the engine is started, especially when the outside air temperature is 0 ° C. or lower in a cold state, the fuel pressure rises to a predetermined fuel pressure in the cranking period, and then the pressure in the combustion chamber becomes a predetermined pressure in the compression stroke. By injecting fuel within a predetermined period in which the pressure rises above the pressure (see FIG. 7A), misfiring is prevented and startability is improved. This action will be specifically described with reference to FIGS. 2 and 8.

【0050】図2に示すように燃料噴射弁18は吸気弁
12の近傍(2つの吸気弁の間)の燃焼室周縁部に位置
し、水平方向より少し下向きで燃焼室中央部側へ向けて
燃料を噴射するように配置されている。このような構造
において冷間始動時に従来のように吸気行程の途中で燃
料噴射を行うと、図2に二点鎖線で示すように燃料噴射
弁18の噴霧エリア内に開弁状態の吸気弁12の傘部が
介入する状態となり、この吸気弁12の傘部に燃料噴霧
の多くが衝突して、そのまま吸気弁12の傘部に付着し
たり、この部分で反射して燃焼室天井部の壁面に付着し
たりし易い。そして、とくに外気温度が0°C以下とい
うような冷間時には、吸気弁12の傘部や燃焼室天井部
の壁面に付着した燃料が点火時期までに殆ど気化されな
いため、点火プラグ周りに燃料噴霧が殆ど到達しないこ
とにより着火が不能となったり、燃焼室天井部の壁面か
ら点火プラグ周面を伝って流れる燃料の液滴が電極に付
着して着火を妨げたりすることにより、失火を招くこと
となる。
As shown in FIG. 2, the fuel injection valve 18 is located in the vicinity of the intake valve 12 (between the two intake valves) at the periphery of the combustion chamber and slightly downward from the horizontal direction toward the center of the combustion chamber. It is arranged to inject fuel. When fuel injection is performed in the middle of the intake stroke during cold start in such a structure as in the prior art in such a structure, the intake valve 12 in the open state is opened in the spray area of the fuel injection valve 18 as shown by the chain double-dashed line in FIG. The umbrella portion of the intake valve 12 intervenes, and most of the fuel spray collides with the umbrella portion of the intake valve 12 and adheres to the umbrella portion of the intake valve 12 as it is, or is reflected at this portion and is reflected on the wall surface of the ceiling portion of the combustion chamber. It is easy to adhere to. In particular, when the outside air temperature is 0 ° C. or lower, the fuel attached to the wall of the umbrella portion of the intake valve 12 or the ceiling of the combustion chamber is hardly vaporized by the ignition timing, so that the fuel is sprayed around the ignition plug. Seldom reaches the point where ignition is impossible, or droplets of fuel flowing from the wall surface of the ceiling of the combustion chamber along the peripheral surface of the spark plug adhere to the electrodes to prevent ignition, resulting in misfire. Becomes

【0051】これに対し、当実施形態のように圧縮行程
で燃料噴射を行えば、吸気弁12は閉じていて噴霧エリ
アに介入しないため、燃料噴霧が吸気弁12の傘部に衝
突することがない。
On the other hand, when the fuel injection is performed in the compression stroke as in the present embodiment, the intake valve 12 is closed and does not intervene in the spray area, so the fuel spray may collide with the umbrella portion of the intake valve 12. Absent.

【0052】また、始動時はエンジン回転数が低くてタ
ンブル流は殆ど生じないのでタンブル流によって燃料噴
霧を点火プラグ周りに滞留させる作用や気化、霧化を促
進する作用は期待できないが、圧縮行程において燃焼室
内の圧力が所定圧力以上に上昇する所定期間内に燃料噴
射が行われることにより、図8に示すように、大気圧条
件下での噴射(二点鎖線)と比べ、噴霧の到達距離が短
くなるとともに噴霧角が狭められる。このため、燃料噴
霧が飛びすぎて燃焼室6の周壁や天井部に付着すること
が少なくなり、燃料噴霧の多くが点火プラグ付近に浮遊
する状態で点火を行わせることができる。
Further, since the engine speed is low at the time of starting and the tumble flow hardly occurs, the action of retaining the fuel spray around the spark plug by the tumble flow and the action of promoting vaporization and atomization cannot be expected, but the compression stroke In FIG. 8, the fuel injection is performed within a predetermined period in which the pressure in the combustion chamber rises above a predetermined pressure, so that the spray reach distance is longer than that under the atmospheric pressure condition (two-dot chain line), as shown in FIG. Becomes shorter and the spray angle becomes narrower. Therefore, the fuel spray is less likely to fly too much and adhere to the peripheral wall and the ceiling of the combustion chamber 6, and ignition can be performed in a state where most of the fuel spray floats near the ignition plug.

【0053】そして、タンブル流が殆どなく、かつ、噴
射時期から点火までの時間が短いことから、燃料の気
化、霧化の面では不利であるが、気化、霧化が多少悪く
ても、燃料が噴霧の状態で点火プラグ16周りに浮遊し
ていれば充分に着火、燃焼が可能であって、失火は避け
られる。とくに、燃料噴射弁18にスワールインジェク
タ等の微粒化性能の高いものを用いれば、良好に着火、
燃焼を行わせることができる。
Since there is almost no tumble flow and the time from injection timing to ignition is short, it is disadvantageous in terms of vaporization and atomization of the fuel. If is floating around the spark plug 16 in a sprayed state, it is possible to ignite and burn sufficiently, and misfire can be avoided. In particular, if a fuel injection valve 18 having a high atomization performance such as a swirl injector is used, good ignition,
Burning can be performed.

【0054】このようにして、冷間始動時の始動性が向
上され、外気温度が0°Cよりもさらに低いマイナス数
十度というような極低温時であっても良好に始動を行う
ことができる。
In this way, the startability during cold starting is improved, and good starting can be performed even at an extremely low temperature of minus several tens of degrees, which is lower than 0 ° C. it can.

【0055】一方、温間始動時には、空気とのミキシン
グ時間を長くするため噴射時期が早められ、例えば吸気
行程期間中に燃料噴射が行われる(図7(b)参照)。
この場合、開弁状態にある吸気弁12の傘部に燃料噴霧
が衝突して傘部や天井面に付着したとしても、温間時で
あるために点火時期までに気化することができ、着火性
が良好に保たれる。
On the other hand, at the time of warm start, the injection timing is advanced to prolong the mixing time with air, and fuel injection is performed, for example, during the intake stroke period (see FIG. 7B).
In this case, even if the fuel spray collides with the umbrella portion of the intake valve 12 in the open state and adheres to the umbrella portion or the ceiling surface, it can be vaporized by the ignition timing because it is warm, and ignition occurs. The goodness is maintained.

【0056】なお、本発明の装置の具体的構成は上記実
施形態に限定されず、種々変更可能であり、その数例を
以下に説明する。
The specific structure of the apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made. Some examples will be described below.

【0057】上記実施形態では、冷間始動時に、圧縮
行程の所定期間内に一括噴射を行っているが、複数回の
分割噴射を行うようにしてもよく、例えば図9に示すよ
うに、圧縮行程の所定期間内の後期噴射と、それより早
い時期(例えば圧縮行程前期)の早期噴射とを行うよう
にしてもよい。このようにすれば、早期噴射の燃料は点
火までに気化、霧化の時間が稼がれる。
In the above embodiment, the batch injection is performed within the predetermined period of the compression stroke at the cold start, but it is also possible to perform the divided injection a plurality of times, for example, as shown in FIG. It is also possible to perform the late injection within the predetermined period of the stroke and the early injection at an earlier timing (for example, the first half of the compression stroke). In this way, the fuel for early injection has time for vaporization and atomization before ignition.

【0058】冷間始動時の燃料噴射の制御としては、
図10に示すように、少なくとも吸気弁のリフト量が大
きい期間を除いた吸気行程後期に燃料噴射を行うように
してもよい。このようにしても、燃料噴射時期に吸気弁
12が噴霧エリアに介入しないため、燃料噴霧が吸気弁
12の傘部に衝突することがない。また、燃料噴射時期
から点火時期までの間に気化、霧化が図られる。
The fuel injection control at the cold start is as follows.
As shown in FIG. 10, fuel injection may be performed in the latter part of the intake stroke except at least the period when the lift amount of the intake valve is large. Even in this case, since the intake valve 12 does not intervene in the spray area at the fuel injection timing, the fuel spray does not collide with the umbrella portion of the intake valve 12. Further, vaporization and atomization are achieved between the fuel injection timing and the ignition timing.

【0059】なお、始動開始直後の燃圧が低いときにこ
のように吸気行程後期に燃料噴射を行い、燃圧が高くな
ると噴射時期を圧縮行程に移すようにしてもよい。
The fuel may be injected in the latter stage of the intake stroke when the fuel pressure is low immediately after the start of the engine, and the injection timing may be shifted to the compression stroke when the fuel pressure becomes high.

【0060】また、吸気弁12に対する動弁機構に吸
気弁のリフト量を変更可能にするバルブリフト量可変手
段を設け、ECUに含まれる制御手段により、通常運転
時や温間始動時には吸気弁12を図11に破線で示す高
リフト状態とするようにバルブリフト量可変手段を制御
し、冷間始動時には吸気弁12を図11に実線で示す低
リフト状態とするようにバルブリフト量可変手段を制御
するとともに、燃料噴射を吸気行程で行わせるようにし
てもよい。このようにしても、吸気弁12が噴霧エリア
に介入することが避けられて燃料噴霧が吸気弁12の傘
部に衝突することがなく、また、燃料噴射時期から点火
時期までの間に気化、霧化が図られる。
Further, the valve mechanism for the intake valve 12 is provided with a valve lift amount varying means for changing the lift amount of the intake valve, and the control means included in the ECU causes the intake valve 12 to be operated at the time of normal operation or warm start. 11 is controlled so that the valve lift amount varying means is brought into a high lift state shown by a broken line in FIG. 11, and the valve lift amount varying means is brought so as to bring the intake valve 12 into a low lift state shown by a solid line in FIG. 11 at the time of cold start. In addition to the control, the fuel injection may be performed in the intake stroke. Even in this case, the intake valve 12 is prevented from intervening in the spray area, the fuel spray does not collide with the umbrella portion of the intake valve 12, and the fuel is vaporized between the fuel injection timing and the ignition timing. Atomization is achieved.

【0061】上記実施形態では、エンジンの始動、暖
機後において成層燃焼運転を行うときに、燃料噴射弁か
らの噴霧とタンブル流とを衝突させることで点火プラグ
周りに混合気を成層化させるようにしているが、燃料噴
射弁から直接点火プラグ周りに燃料を噴射供給するよう
にしたものにも本発明は適用可能である。
In the above embodiment, when the stratified charge combustion operation is performed after the engine is started and warmed up, the spray from the fuel injection valve collides with the tumble flow to stratify the air-fuel mixture around the spark plug. However, the present invention can be applied to a fuel injection valve which directly injects fuel around the ignition plug.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、火花点
火式直噴エンジンにおいて、冷間状態における始動時
に、上記燃料噴射弁からの燃料噴射時期を、圧縮行程に
おいて燃焼室内の圧力が所定圧力以上に上昇する所定期
間内とするように制御しているため、燃料噴霧が吸気弁
の傘部に衝突することが避けられ、しかも、圧縮行程に
おける燃焼室内の高い圧力を利用して、燃料噴霧が飛び
すぎて燃焼室の周壁や天井部等に付着することを少なく
し、燃料噴霧の多くが点火プラグ付近に浮遊する状態で
点火を行わせることができる。このため、外気温度が極
めて低いときにも着火性を確保し、始動性を向上するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, in the spark ignition type direct injection engine, when the engine is started in the cold state, the fuel injection timing from the fuel injection valve is set to a predetermined value in the combustion chamber during the compression stroke. Since the control is performed so that the pressure rises above a predetermined period, it is possible to prevent the fuel spray from colliding with the umbrella portion of the intake valve, and moreover, by utilizing the high pressure in the combustion chamber during the compression stroke, It is possible to prevent the spray from flying too much and adhering to the peripheral wall or the ceiling of the combustion chamber, and to ignite the fuel in a state where most of the fuel spray floats near the ignition plug. Therefore, even when the outside air temperature is extremely low, the ignitability can be secured and the startability can be improved.

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

【図1】本発明の制御装置が適用される火花点火式直噴
エンジンの全体構造の一例を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the entire structure of a spark ignition type direct injection engine to which a control device of the present invention is applied.

【図2】エンジン本体の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an engine body.

【図3】ピストンの具体的形状を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a specific shape of a piston.

【図4】ピストン、吸気ポート、燃料噴射弁等の配置及
び燃料の噴射状態を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of pistons, intake ports, fuel injection valves, etc., and the fuel injection state.

【図5】燃料供給系統を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a fuel supply system.

【図6】成層燃焼領域及び均一燃焼領域を設定した制御
マップの一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a control map in which a stratified combustion region and a uniform combustion region are set.

【図7】冷間始動時及び温間始動時の燃料噴射時期を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing fuel injection timings at cold start and warm start.

【図8】冷間始動時における燃料噴射弁からの燃料噴霧
の分布状態を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a distribution state of fuel spray from the fuel injection valve at the time of cold start.

【図9】冷間始動時の燃料噴射の別の例を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing another example of fuel injection at cold start.

【図10】別の実施形態によるバルブリフト量及び冷間
始動時の燃料噴射時期を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a valve lift amount and a fuel injection timing at a cold start according to another embodiment.

【図11】さらに別の実施形態によるバルブリフト量及
び冷間始動時の燃料噴射時期を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a valve lift amount and a fuel injection timing at a cold start according to still another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン本体 6 燃焼室 10 吸気ポート 16 点火プラグ 18 燃料噴射弁 48 外気温センサ 49 スタータスイッチ 50 ECU 51 燃料噴射制御手段 1 engine body 6 Combustion chamber 10 intake ports 16 spark plugs 18 Fuel injection valve 48 Outside temperature sensor 49 Starter switch 50 ECU 51 Fuel injection 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 43/00 301 F02D 43/00 301J 301Z 45/00 360 45/00 360F 364 364K (72)発明者 荒木 啓二 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) 3G084 AA04 BA15 BA20 BA21 BA23 CA01 CA02 DA09 EC01 FA01 FA02 FA10 FA36 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 AA11 AA17 AB02 BB06 DA01 DA03 DC06 EA02 EA03 EA04 FA31 GA01 HA13X HB02X HB03X HD07X HF05Z HG07Z HG08Z 3G301 HA04 HA13 HA16 HA17 HA19 KA01 KA02 LA05 LA07 LB04 MA19 MA26 NE06 NE11 NE12 PA09Z PA10Z PD15 PF03Z PF16Z ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F02D 43/00 301 F02D 43/00 301J 301Z 45/00 360 45/00 360F 364 364K (72) Inventor Araki Keiji 3-3 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture F-term in Mazda Corporation (reference) 3G084 AA04 BA15 BA20 BA21 BA23 CA01 CA02 DA09 EC01 FA01 FA02 FA10 FA36 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 AA11 AA17 AB02 BB06 DA01 DA03 DC06 EA04 EA02 EA02 FA31 GA01 HA13X HB02X HB03X HD07X HF05Z HG07Z HG08Z 3G301 HA04 HA13 HA16 HA17 HA19 KA01 KA02 LA05 LA07 LB04 MA19 MA26 NE06 NE11 NE12 PA09Z PA10Z PD15 PF03Z PF16Z

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼室周縁部に燃料噴射弁が設置され、
大気圧条件下での上記燃料噴射弁からの噴霧エリア内に
点火プラグの電極が位置するように構成された火花点火
式直噴エンジンにおいて、外気温度が0°C以下の冷間
状態における始動時に、上記燃料噴射弁からの燃料噴射
時期を、圧縮行程において燃焼室内の圧力が所定圧力以
上に上昇する所定期間内とするように制御する燃料噴射
制御手段を備えたことを特徴とする火花点火式直噴エン
ジンの制御装置。
1. A fuel injection valve is installed at a peripheral portion of a combustion chamber,
In a spark ignition type direct injection engine configured such that the electrode of the spark plug is located in the spray area from the fuel injection valve under atmospheric pressure conditions, when starting in a cold state where the outside air temperature is 0 ° C or less. A spark ignition system characterized by comprising fuel injection control means for controlling the fuel injection timing from the fuel injection valve to be within a predetermined period during which the pressure in the combustion chamber rises above a predetermined pressure in the compression stroke. Control device for direct injection engine.
【請求項2】 上記所定圧力は、当該圧力の雰囲気中に
噴射される燃料の噴霧角が大気圧条件下と比べて小さく
なるような圧力であることを特徴とする請求項1記載の
火花点火式直噴エンジンの制御装置。
2. The spark ignition according to claim 1, wherein the predetermined pressure is a pressure such that a spray angle of fuel injected into an atmosphere of the pressure becomes smaller than that under an atmospheric pressure condition. Direct injection engine control device.
【請求項3】 上記燃料噴射制御手段は、燃料噴射時期
を圧縮行程の所定期間内とする制御を、冷間始動時のク
ランキング期間において燃料噴射弁からの燃料の噴射圧
力が圧縮行程の所定期間内に燃料噴射が可能な所定噴射
圧力に上昇してから行うようになっていることを特徴と
する請求項1又は2記載の火花点火式直噴エンジンの制
御装置。
3. The fuel injection control means controls the fuel injection timing within a predetermined period of the compression stroke so that the injection pressure of the fuel from the fuel injection valve in the cranking period at the time of cold start is the predetermined compression stroke. The control device for a spark ignition type direct injection engine according to claim 1 or 2, wherein the control is performed after the fuel injection is increased to a predetermined injection pressure within a period.
【請求項4】 上記燃料噴射制御手段は、始動時の燃料
噴射時期を外気温度が高いほど進角させるように制御す
ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の
火花点火式直噴エンジンの制御装置。
4. The spark ignition system according to claim 1, wherein the fuel injection control means controls the fuel injection timing at the time of start so as to advance the fuel injection timing as the outside air temperature increases. Control device for direct injection engine.
【請求項5】 上記燃料噴射制御手段は、上記冷間状態
における始動時に、燃料噴射を複数回に分割して行わせ
ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の
火花点火式直噴エンジンの制御装置。
5. The spark ignition system according to claim 1, wherein the fuel injection control means causes the fuel injection to be divided into a plurality of times when starting in the cold state. Control device for direct injection engine.
【請求項6】 燃焼室周縁部に燃料噴射弁が設置され、
大気圧条件下での上記燃料噴射弁からの噴霧エリア内に
点火プラグの電極が位置するように構成された火花点火
式直噴エンジンにおいて、始動時の燃料噴射時期を外気
温度が高いほど進角させるように制御する燃料噴射制御
手段を備えたことを特徴とする火花点火式直噴エンジン
の制御装置。
6. A fuel injection valve is installed at a peripheral portion of the combustion chamber,
In a spark ignition type direct injection engine configured such that the electrode of the spark plug is located in the spray area from the fuel injection valve under atmospheric pressure conditions, the fuel injection timing at the start is advanced as the outside air temperature becomes higher. A control device for a spark-ignition direct-injection engine, characterized in that it comprises a fuel injection control means for controlling so as to control.
【請求項7】 燃焼室周縁部に燃料噴射弁が設置され、
大気圧条件下での上記燃料噴射弁からの噴霧エリア内に
点火プラグの電極が位置するように構成された火花点火
式直噴エンジンにおいて、外気温度が0°C以下の冷間
状態における始動時に、上記燃料噴射弁からの燃料噴射
時期を、少なくとも吸気弁のリフト量が大きい期間を除
いた吸気行程後期とするように制御する燃料噴射制御手
段を備えたことを特徴とする火花点火式直噴エンジンの
制御装置。
7. A fuel injection valve is installed at the periphery of the combustion chamber,
In a spark ignition type direct injection engine configured such that the electrode of the spark plug is located in the spray area from the fuel injection valve under atmospheric pressure conditions, when starting in a cold state where the outside air temperature is 0 ° C or less. A spark ignition direct injection characterized by including fuel injection control means for controlling the fuel injection timing from the fuel injection valve to be in the latter half of the intake stroke excluding at least the period when the lift amount of the intake valve is large. Engine control unit.
【請求項8】 上記燃料噴射制御手段は、燃料噴射弁か
らの燃料の噴射圧力が高くなるにつれて燃料噴射時期を
圧縮行程に移すように制御することを特徴とする請求項
7記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置。
8. The spark ignition system according to claim 7, wherein the fuel injection control means controls the fuel injection timing to shift to a compression stroke as the fuel injection pressure from the fuel injection valve increases. Control device for direct injection engine.
【請求項9】 燃焼室周縁部に燃料噴射弁が設置され、
大気圧条件下での上記燃料噴射弁からの噴霧エリア内に
点火プラグの電極が位置するように構成された火花点火
式直噴エンジンにおいて、吸気弁のリフト量を変更可能
にするバルブリフト量可変手段と、外気温度が0°C以
下の冷間状態における始動時に、吸気弁のリフト量を小
さくしつつ上記燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気行程で
行わせるようにバルブリフト量可変手段及び燃料噴射弁
を制御する制御手段と備えたことを特徴とする火花点火
式直噴エンジンの制御装置。
9. A fuel injection valve is installed at a peripheral portion of the combustion chamber,
A variable valve lift amount that makes it possible to change the lift amount of an intake valve in a spark ignition type direct injection engine configured so that an electrode of a spark plug is located in a spray area from the fuel injection valve under atmospheric pressure conditions. And a valve lift amount varying means and a fuel so that fuel is injected from the fuel injection valve in the intake stroke while the lift amount of the intake valve is reduced at the time of starting in a cold state where the outside air temperature is 0 ° C. or less. A control device for a spark ignition type direct injection engine, comprising a control means for controlling an injection valve.
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