JP2003262146A - Control device of spark ignition type direct injection engine - Google Patents
Control device of spark ignition type direct injection engineInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、気筒内の燃焼室周
縁部に燃料噴射弁を配設し、成層燃焼運転時に該燃焼室
を流れるタンブル流に対向するように燃料を噴射させ
て、点火プラグの電極周りに混合気を成層化するように
した火花点火式直噴エンジンの制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a fuel injection valve disposed at the peripheral portion of a combustion chamber in a cylinder, and injects fuel so as to oppose a tumble flow flowing through the combustion chamber during stratified charge combustion operation and ignites the fuel. The present invention relates to a control device for a spark ignition type direct injection engine in which an air-fuel mixture is stratified around electrodes of a plug.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、この種の火花点火式直噴エン
ジンとして、例えば特開2000−204954号公報
に開示されるように、インジェクタによる燃料噴霧の貫
徹力を気筒の半径方向に対向するタンブル流の強さに応
じて変更するようにしたものがある。このものでは、エ
ンジンの気筒内燃焼室の周縁部に噴口を臨ませてインジ
ェクタを配設するとともに、該燃焼室に強いタンブル流
を生成し、この強いタンブル流に略正面から衝突するよ
うに前記インジェクタにより燃料を噴射させる。そし
て、タンブル流との衝突により燃料の微粒化や気化霧化
を促進しつつ、その燃料噴霧をタンブル流に載せて燃焼
室天井部の略中央に位置する点火プラグの電極側に輸送
して、該電極の周りに混合気を成層化させるようにして
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, as a spark ignition type direct injection engine of this type, as disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-204954, the tumble force of fuel spray produced by an injector is opposed to each other in the radial direction of a cylinder. There are some that are changed according to the strength of the flow. In this structure, an injector is arranged so that the injection port faces the peripheral portion of the combustion chamber in the cylinder of the engine, a strong tumble flow is generated in the combustion chamber, and the strong tumble flow is collided from approximately the front side. Fuel is injected by the injector. Then, while promoting atomization and vaporization and atomization of the fuel by collision with the tumble flow, the fuel spray is placed on the tumble flow and transported to the electrode side of the spark plug located in the approximate center of the combustion chamber ceiling, The air-fuel mixture is stratified around the electrodes.
【0003】また、前記のエンジンでは、スロットル弁
よりも下流の吸気通路に絞り弁(タンブルコントロール
バルブ:以下、TCVという)を設け、このTCVをア
クチュエータにより開閉することで燃焼室におけるタン
ブル流の強さを調節するとともに、これに対応するよう
にインジェクタからの燃料噴射圧力を調節して、燃料噴
霧の貫徹力をタンブル流と均衡させるようにしている。
こうすることで、エンジン回転速度の上昇とともにタン
ブル流が強くなっても、そのことに拘わらず、インジェ
クタからの燃料噴霧流の強さを気筒の半径方向について
タンブル流の強さと略均衡させることができ、これによ
り、燃焼室天井部の略中央に位置する点火プラグの電極
付近に混合気を輸送することができる。Further, in the above-mentioned engine, a throttle valve (tumble control valve: hereinafter referred to as TCV) is provided in the intake passage downstream of the throttle valve, and the TCV is opened and closed by an actuator to enhance the tumble flow in the combustion chamber. The fuel injection pressure from the injector is adjusted to correspond to this, and the penetration force of the fuel spray is balanced with the tumble flow.
By doing so, even if the tumble flow becomes stronger as the engine speed increases, the strength of the fuel spray flow from the injector can be approximately balanced with the strength of the tumble flow in the radial direction of the cylinder regardless of that. As a result, the air-fuel mixture can be transported to the vicinity of the electrodes of the spark plug located substantially in the center of the combustion chamber ceiling.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例の
直噴エンジンの場合、混合気を強いタンブル流に載せて
点火プラグ側に輸送するようにしているので、点火時点
までに点火プラグの電極の付近に到達した混合気がその
後、該電極の付近を通過してしまうことになり、混合気
に点火することのできる期間が短いことから、点火時期
制御の自由度が極めて低くなってしまい、その上に、着
火安定性にも問題がある。However, in the case of the direct injection engine of the above-mentioned conventional example, since the air-fuel mixture is placed on a strong tumble flow and transported to the spark plug side, the electrodes of the spark plug are ignited by the time of ignition. After that, the air-fuel mixture reaching the vicinity of will pass through the vicinity of the electrode, and since the period during which the air-fuel mixture can be ignited is short, the degree of freedom of ignition timing control becomes extremely low. In addition, there is a problem in ignition stability.
【0005】また、燃料噴霧流が強いタンブル流に略正
面から衝突することになるので、この衝突の際に燃料噴
霧が大きく拡散して、混合気の濃度が全体として低くな
ることが避けられないから、このことによっても混合気
の着火安定性や燃焼性が低下してしまう。Further, since the fuel spray flow collides with a strong tumble flow from substantially the front, it is inevitable that the fuel spray largely diffuses at the time of this collision and the concentration of the air-fuel mixture becomes low as a whole. Therefore, this also lowers the ignition stability and combustibility of the air-fuel mixture.
【0006】これに対し、本願の発明者らは、気筒の圧
縮行程で燃焼室を流れるタンブル流を比較的弱いものと
し、このタンブル流の強さに均衡する比較的小さな貫徹
力でもって燃料を噴射することで、燃料噴霧の拡散を抑
えながら徐々に減速させて、気筒の点火時期までに点火
プラグの電極の付近に混合気を到達させ、且つそこに滞
留させるという新規な層状混合気の形成方法を既に提案
している(特開2001−159315号公報参照)。On the other hand, the inventors of the present application make the tumble flow flowing through the combustion chamber relatively weak in the compression stroke of the cylinder, and supply the fuel with a relatively small penetrating force that balances the strength of the tumble flow. By injecting, the fuel mixture is gradually decelerated while suppressing the diffusion of the fuel spray so that the air-fuel mixture reaches near the electrode of the spark plug by the ignition timing of the cylinder and is retained there. A method has already been proposed (see Japanese Patent Laid-Open No. 2001-159315).
【0007】そして、前記提案例の直噴エンジンにおい
ても吸気通路にはTCVが配設されており、成層燃焼領
域では該TCVを全閉として所要の強さのタンブル流を
生成させるとともに、この状態でエンジン回転速度の変
化に応じてインジェクタへの供給燃圧を調整することに
より、燃料噴霧の貫徹力をタンブル流の強さに対応する
ように変化させて、両者の均衡状態を維持するようにし
ている。Also in the direct injection engine of the above-mentioned proposed example, the TCV is arranged in the intake passage, and in the stratified charge combustion region, the TCV is fully closed to generate a tumble flow of a required strength, and this state is maintained. By adjusting the fuel pressure supplied to the injector according to the change in engine rotation speed, the penetration force of the fuel spray is changed to correspond to the strength of the tumble flow, and the equilibrium state of both is maintained. There is.
【0008】ところで、気筒の圧縮行程では燃焼室はか
なり圧力の高い状態になり、この中に噴射される燃料噴
霧は高密度の空気との摩擦により分裂し且つ蒸発しなが
ら、全体として徐々に減速され、やがて混合気となって
点火プラグの電極付近に漂うようになる。このとき、イ
ンジェクタの噴口から最初に噴出する燃料は空気の壁と
の衝突によって速やかに運動量を失うことになる一方、
その後に連続して噴出する後続の燃料は空気の壁の抵抗
が緩和されて、その分、遠くまで到達するようになり、
これにより燃料噴霧が発達する。従って、燃料噴霧の貫
徹力は、燃焼室の圧力状態や燃圧の影響を受ける以外
に、インジェクタの開弁時間が長いほど大きくなる。By the way, in the compression stroke of the cylinder, the pressure of the combustion chamber becomes considerably high, and the fuel spray injected into the combustion chamber is gradually decelerated as a whole while splitting and evaporating due to friction with high density air. As a result, air-fuel mixture becomes mixed and drifts near the electrodes of the spark plug. At this time, while the fuel that first ejects from the injector nozzle quickly loses momentum due to collision with the air wall,
The resistance of the air wall of the subsequent fuel that is continuously ejected after that is eased, and it reaches that far,
This develops fuel spray. Therefore, the penetration force of the fuel spray becomes greater as the injector valve opening time becomes longer, in addition to being influenced by the pressure state of the combustion chamber and the fuel pressure.
【0009】この点から見ると、成層燃焼領域内でも相
対的に燃料噴射量の多い高負荷側では、低負荷側と燃圧
が同じであるとすると、インジェクタの開弁時間が長く
なり、また、開弁開始時期が進角する分だけ、燃料噴霧
の貫徹力が大きくなり、タンブル流の強さとの均衡関係
ではやや燃料噴霧の方が勝る関係となる。特に、吸気流
速の低い低速側ではタンブル流が弱くなるから、これに
対し燃料噴霧の貫徹力がやや強くなり過ぎるきらいがあ
る。From this point of view, on the high load side where the fuel injection amount is relatively large even in the stratified charge combustion region, if the fuel pressure is the same as that on the low load side, the valve opening time of the injector becomes longer, and As the valve opening start timing is advanced, the penetration force of the fuel spray increases, and the equilibrium relationship with the strength of the tumble flow makes the fuel spray slightly superior. In particular, since the tumble flow becomes weak on the low speed side where the intake air velocity is low, the penetration force of the fuel spray tends to be too strong.
【0010】これに対し、低速側の高負荷側において燃
圧をさらに下げることも考えられるが、所要の燃料噴射
量を得ようとすれば、燃圧の低下に対応してさらにイン
ジェクタの開弁時間を長くしなくてはならないし、一般
的に、燃圧を低くすることは燃料噴霧の微粒化を促進す
るという観点からは好ましいことではない。On the other hand, it is conceivable to further reduce the fuel pressure on the low speed side and the high load side, but if the required fuel injection amount is to be obtained, the injector valve opening time should be increased in response to the decrease in the fuel pressure. It must be long, and generally lowering the fuel pressure is not preferable from the viewpoint of promoting atomization of the fuel spray.
【0011】一方、前記提案例の直噴エンジン(特開2
001−159315号公報)のように成層燃焼領域の
全体でTCVを全閉とするようにしたものでは、吸気流
量の多い高速側でTCVによる吸気抵抗がかなり大きく
なって、吸気損失が無視できないものとなるから、この
ときにはTCVを少し開いて吸気通路の断面積を大きく
するのが好ましい。しかし、こうすると吸気の流速が低
下して、タンブル流が弱まることは避けられないから、
前記の如く燃料噴霧の貫徹力が相対的に大きくなる成層
燃焼領域の高負荷側では、両者が均衡しなくなる虞れが
ある。On the other hand, the direct injection engine of the above proposed example (Japanese Patent Laid-Open No.
No. 001-159315), in which the TCV is fully closed in the entire stratified charge combustion region, the intake resistance due to the TCV becomes considerably large on the high speed side where the intake flow rate is large, and the intake loss cannot be ignored. Therefore, at this time, it is preferable to open the TCV slightly to increase the cross-sectional area of the intake passage. However, if this is done, it is unavoidable that the flow velocity of the intake air decreases and the tumble flow weakens.
As described above, on the high load side of the stratified combustion region where the penetration force of the fuel spray becomes relatively large, there is a risk that the two will not be in balance.
【0012】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、成層燃焼運転時に
燃料を燃焼室のタンブル流に対向するように噴射させ
て、点火プラグの電極の周りに混合気を成層化させるよ
うにした火花点火式直噴エンジンにおいて、成層燃焼領
域内でも相対的に燃料噴射量の多い高負荷側の運転状態
のときの燃料噴射弁の制御手順に工夫を凝らして、燃圧
を過度に下げることなく、燃料噴霧の貫徹力を低下させ
て、タンブル流との均衡関係を良好に維持できるように
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 inject fuel so as to oppose a tumble flow in a combustion chamber during stratified charge combustion operation, and to make an electrode of an ignition plug. In a spark-ignition direct injection engine that stratifies the air-fuel mixture around the engine, devises the control procedure of the fuel injection valve when operating on the high load side where the fuel injection amount is relatively large even in the stratified combustion region. In order to maintain a good equilibrium relationship with the tumble flow, the penetration force of the fuel spray is reduced without excessively reducing the fuel pressure.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の解決手段では、成層燃焼運転時に燃料噴霧
流と対向するタンブル流とを略均衡させて、点火プラグ
電極の周りに混合気を成層化するようにした火花点火式
直噴エンジンにおいて、相対的に燃料噴射量の多い高負
荷側の運転状態で燃料を複数回に分けて噴射させるよう
にした。In order to achieve the above-mentioned object, in the solution means of the present invention, the fuel spray flow and the opposing tumble flow are substantially balanced during the stratified charge combustion operation and mixed around the spark plug electrode. In a spark ignition type direct injection engine in which air is stratified, fuel is injected in a plurality of times in a high load side operating state in which a relatively large amount of fuel is injected.
【0014】具体的に、請求項1の発明では、エンジン
の気筒内燃焼室の天井部に点火プラグを配設する一方、
該燃焼室の周縁部に燃料噴射弁を配設し、エンジンが成
層燃焼領域にあるときに前記燃料噴射弁により燃料を燃
焼室のタンブル流に対向するように噴射させて、前記点
火プラグの電極の周りに混合気を成層化するようにした
火花点火式直噴エンジンの制御装置を前提とする。そし
て、エンジンが前記成層燃焼領域内の高負荷側に設定し
た特定領域にあるときに、前記燃料噴射弁により燃料を
気筒の圧縮行程で複数回に分けて噴射させる一方、成層
燃焼領域の低負荷側では燃料を気筒の圧縮行程で一括し
て噴射させる燃料噴射制御手段を備える構成とする。Specifically, according to the first aspect of the invention, while the ignition plug is arranged on the ceiling of the combustion chamber in the cylinder of the engine,
A fuel injection valve is arranged at the peripheral portion of the combustion chamber, and when the engine is in a stratified combustion region, the fuel injection valve injects fuel so as to face the tumble flow in the combustion chamber, and the electrode of the spark plug is provided. It is premised on a control device of a spark ignition type direct injection engine in which the air-fuel mixture is stratified around. Then, when the engine is in the specific region set on the high load side in the stratified charge combustion region, the fuel is injected by the fuel injection valve in a plurality of times in the compression stroke of the cylinder, while the low load of the stratified charge combustion region is injected. On the side, fuel injection control means for collectively injecting fuel in the compression stroke of the cylinder is provided.
【0015】前記の構成により、まず、エンジンが成層
燃焼領域にあるときには、気筒内の燃焼室を流れるタン
ブル流に向かい略正面から衝突するように燃料噴射弁に
より燃料が噴射され、この燃料噴霧がタンブル流により
減速されて、気筒の点火時期までに可燃混合気となって
点火プラグの電極付近に到達するようになる。その際、
エンジンが相対的に高負荷側の特定の運転領域にあれ
ば、燃料噴射制御手段による燃料噴射弁の制御によっ
て、燃料が気筒の圧縮行程で複数回に分けて噴射される
(以下、分割噴射ともいう)。With the above construction, first, when the engine is in the stratified charge combustion region, fuel is injected by the fuel injection valve so as to collide from a substantially front side toward the tumble flow flowing in the combustion chamber in the cylinder, and this fuel spray is generated. It is decelerated by the tumble flow and becomes a combustible mixture by the ignition timing of the cylinder and reaches the vicinity of the electrode of the spark plug. that time,
If the engine is in a specific operating region on the relatively high load side, fuel is injected in a plurality of times in the compression stroke of the cylinder by the control of the fuel injection valve by the fuel injection control means (hereinafter, also referred to as divided injection). Say).
【0016】そのように燃料を分割噴射すると、燃料を
一括して噴射するときに比べて燃料噴霧の貫徹力が小さ
くなるので、例えば、成層燃焼領域内の高負荷側におけ
る低速側を前記特定運転領域として、このときに燃料の
分割噴射を行うようにすれば(請求項2の発明)、特に
吸気流速が低くてタンブル流が弱くなる状況でも、燃圧
を過度に低下させることなく、前記の弱いタンブル流に
見合うように燃料噴霧の貫徹力を低下させることができ
る。これにより、燃料の微粒化特性を損なうことなく、
混合気を点火プラグの電極付近に狙い通りに成層化させ
て、良好な着火安定性を確保することができる。When the fuel is dividedly injected in this way, the penetrating force of the fuel spray becomes smaller than that when the fuel is injected all at once. Therefore, for example, the low speed side on the high load side in the stratified charge combustion region is subjected to the specific operation. If the divided injection of fuel is performed at this time as the region (the invention of claim 2), even if the tumble flow becomes weak due to a low intake flow velocity, the fuel pressure does not decrease excessively and the weak pressure is reduced. The penetrating force of the fuel spray can be reduced to match the tumble flow. With this, without impairing the atomization characteristics of the fuel,
By stratifying the air-fuel mixture in the vicinity of the electrodes of the spark plug as desired, good ignition stability can be secured.
【0017】また、例えば、気筒への吸気通路の断面積
を変更して燃焼室のタンブル流の強さを調節するタンブ
ル強さ調節手段を備え、基本的に成層燃焼領域では該タ
ンブル強さ調節手段により吸気通路断面積を小さくして
所要のタンブル強さを確保するようにしたものにおい
て、エンジンへの出力要求が相対的に高い高負荷側のい
ずれかの運転領域で、吸気通路の断面積が相対的に大き
くなるようにタンブル強さ調節手段を制御するととも
に、燃料の分割噴射を行うようにすれば(請求項3の発
明)、吸気通路断面積の増大により吸気損失を低減し
て、出力を確保し易くなるとともに、そのことに起因し
てタンブル流の強さが低下しても、これに見合うように
燃料噴霧の貫徹力を小さくすることができる。Further, for example, tumble strength adjusting means for adjusting the strength of the tumble flow in the combustion chamber by changing the cross-sectional area of the intake passage to the cylinder is provided, and basically the tumble strength is adjusted in the stratified charge combustion region. In order to secure the required tumble strength by reducing the cross-sectional area of the intake passage by means of means, the cross-sectional area of the intake passage in one of the operating regions on the high load side where the output demand to the engine is relatively high. If the tumble strength adjusting means is controlled so that the ratio becomes relatively large and the fuel is dividedly injected (the invention of claim 3), the intake passage cross-sectional area is increased to reduce the intake loss, It becomes easier to secure the output, and even if the strength of the tumble flow decreases due to this, the penetration force of the fuel spray can be reduced to meet this.
【0018】より具体的には、例えば成層燃焼領域の高
負荷側における高速側を特定運転領域とすれば(請求項
4の発明)、吸気の流量が相対的に多いときに吸気通路
の断面積を大きくして、吸気損失の増大を確実に防止す
ることができるし、燃料噴霧の気化霧化のための時間を
確保し難い高速側でも、分割噴射によって燃料の気化霧
化を改善できる。More specifically, for example, if the high-speed side of the high-load side of the stratified charge combustion region is set as the specific operation region (the invention of claim 4), the cross-sectional area of the intake passage when the flow rate of intake air is relatively large. Can be increased to reliably prevent an increase in intake loss, and even on the high speed side where it is difficult to secure a time for vaporization and atomization of the fuel spray, it is possible to improve the vaporization and atomization of fuel by the split injection.
【0019】前記の分割噴射の際には、燃料を気筒の圧
縮行程の中期以降の期間内に2等分して噴射させるのが
好ましい。すなわち、例えば電磁ソレノイドによって芯
弁を動作させるようにした一般的な構成の燃料噴射弁で
は、燃料の正常な噴射動作のために最小限度、必要な開
弁時間の制約があるから、分割噴射の場合の1回の噴射
作動の開弁時間が最も長くなる2等分の噴射とすること
で、総噴射量の少ない低負荷側まで分割噴射を実行可能
となる。さらに、高速側では燃料噴射の可能な時間間隔
が短くなるので、このことに関しても2等分の分割噴射
が好ましい。At the time of the above-mentioned split injection, it is preferable to inject the fuel in two equal parts within the period after the middle stage of the compression stroke of the cylinder. That is, for example, in a fuel injection valve of a general configuration in which a core valve is operated by an electromagnetic solenoid, there is a minimum limit of the required valve opening time for normal fuel injection operation, and therefore, there is a restriction of split injection. In this case, by performing the injection into two equal parts, in which the valve opening time of one injection operation is the longest, the split injection can be executed up to the low load side where the total injection amount is small. Further, since the time interval at which fuel injection is possible becomes short on the high speed side, split injection in two equal parts is also preferable in this respect.
【0020】尚、前記特定運転領域は、成層燃焼領域内
の高負荷側において低負荷側又は高負荷側のいずれかに
限ることはなく、高負荷側においてどのように設定する
ようにしてもよく、高負荷側の全域を特定運転領域とす
ることもできる。The specific operation range is not limited to the low load side or the high load side on the high load side in the stratified charge combustion region, but may be set on any of the high load sides. It is also possible to set the entire area on the high load side as the specific operation area.
【0021】但し、燃料の分割噴射では、一括噴射の場
合よりも最初の噴射作動の開始時期が進角することにな
るので、この噴射作動による燃料噴霧が相対的に大きく
拡がって、その分、混合気の濃度が低下することになる
から、僅かながら燃費の悪化を招くこともある。そこ
で、成層燃焼領域内でも燃料噴射量の相対的に少ない低
負荷側では一括噴射とするのが好ましい。However, in the split fuel injection, the start timing of the first injection operation is advanced as compared with the case of collective injection, so the fuel spray due to this injection operation spreads relatively large, and Since the concentration of the air-fuel mixture is reduced, the fuel efficiency may be slightly deteriorated. Therefore, it is preferable to perform batch injection on the low load side where the fuel injection amount is relatively small even in the stratified charge combustion region.
【0022】請求項5の発明では、エンジンの吸気系に
排気の一部を還流させる排気還流通路と、この排気還流
通路を開閉する開閉弁と、少なくともエンジンが成層燃
焼領域にあるときに前記開閉弁を開いて排気の還流を行
わせる排気還流制御手段とを備えるものとする。According to the invention of claim 5, an exhaust gas recirculation passage for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system of the engine, an opening / closing valve for opening / closing the exhaust gas recirculation passage, and the opening / closing valve at least when the engine is in the stratified combustion region. Exhaust gas recirculation control means for opening the valve to recirculate the exhaust gas is provided.
【0023】こうすることで、少なくともエンジンが成
層燃焼状態のときには排気の一部が吸気に還流されて燃
焼室に供給されることになり、これにより、燃焼に伴う
NOxの生成が抑制されるとともに、高温の排気が供給
されることで燃料噴霧の気化霧化が促進されて、混合気
の燃焼性が向上する。By doing so, at least when the engine is in the stratified charge combustion state, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake air and supplied to the combustion chamber, which suppresses the generation of NOx accompanying combustion. By supplying the high-temperature exhaust gas, the vaporization and atomization of the fuel spray is promoted, and the combustibility of the air-fuel mixture is improved.
【0024】一方、そのように高温の排気の還流によっ
て燃料噴霧の気化霧化が促進されると、結果として燃料
噴霧の貫徹力が小さくなる。そこで、吸気量に対する排
気還流量の割合が所定値以上のときには、エンジンが特
定運転領域にあっても燃料噴射弁による燃料の分割噴射
を禁止して、該燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程
で一括して噴射させるようにするのが好ましい(請求項
6の発明)。On the other hand, when the vaporization and atomization of the fuel spray is promoted by the recirculation of the high temperature exhaust gas, the penetration force of the fuel spray is reduced as a result. Therefore, when the ratio of the amount of exhaust gas recirculation to the amount of intake air is equal to or greater than a predetermined value, the split injection of fuel by the fuel injection valve is prohibited even if the engine is in the specific operation region, and the fuel is injected by the fuel injection valve into the compression stroke of the cylinder. It is preferable that the injection is performed all at once (the invention of claim 6).
【0025】こうすれば、多量の排気の還流によって燃
料噴霧の気化霧化を促進しながら、このことによって該
燃料噴霧の貫徹力を十分に低下させることができるの
で、燃料噴霧の貫徹力とタンブル流の強さとの均衡関係
を維持しながら、燃料の一括噴射によって燃費を低減す
ることが可能となる。In this way, the penetration of the fuel spray can be sufficiently reduced by promoting the vaporization and atomization of the fuel spray by the recirculation of a large amount of exhaust gas. It becomes possible to reduce fuel consumption by batch injection of fuel while maintaining the equilibrium relationship with the flow intensity.
【0026】請求項7の発明は、前記請求項1の発明と
同じ構成の火花点火式直噴エンジンの制御装置を前提と
して、エンジンが前記成層燃焼領域内の高負荷側におけ
る少なくとも低速側にあるときに、気筒の圧縮行程で前
記燃料噴射弁により燃料を、噴射開始側の噴射率が噴射
終了側に比べて高くなるように噴射させる燃料噴射制御
手段を備えるものとする。According to a seventh aspect of the present invention, on the premise of a control device for a spark ignition type direct injection engine having the same configuration as the first aspect of the present invention, the engine is at least on the low speed side in the high load side in the stratified charge combustion region. At this time, fuel injection control means is provided for injecting fuel by the fuel injection valve so that the injection rate on the injection start side is higher than that on the injection end side in the compression stroke of the cylinder.
【0027】前記の構成により、エンジンが成層燃焼領
域にあるときには、請求項1のものと同様に気筒内の燃
焼室を流れるタンブル流に向かい略正面から衝突するよ
うに燃料噴射弁により燃料が噴射され、この燃料噴霧が
タンブル流により減速されて、気筒の点火時期までに可
燃混合気となって点火プラグの電極付近に到達するよう
になる。その際、エンジンが相対的に高負荷側における
少なくとも低速側にあれば、燃料噴射制御手段による燃
料噴射弁の制御により、気筒の圧縮行程で燃料は噴射開
始側の噴射率が噴射終了側に比べて高くなるように噴射
される。With the above construction, when the engine is in the stratified combustion region, the fuel is injected by the fuel injection valve so as to collide with the tumble flow flowing in the combustion chamber in the cylinder substantially from the front, as in the first aspect. Then, the fuel spray is decelerated by the tumble flow and becomes a combustible mixture by the ignition timing of the cylinder and reaches the vicinity of the electrode of the spark plug. At that time, if the engine is at least on the low speed side in the relatively high load side, the fuel injection control unit controls the fuel injection valve so that the injection rate of the fuel in the compression stroke of the cylinder is higher than that in the injection end side. It is injected so that it becomes high.
【0028】すなわち、気筒の圧縮行程において前記燃
料噴射弁が開いて燃料が噴射されると、その噴射の開始
側で噴出する相対的に多量の燃料が空気との衝突によっ
て速やかに運動量を失う一方、これに続いて噴出する後
続の燃料(噴射終了側の燃料)の分量は相対的に少なく
なるので、その後続の燃料による燃料噴霧の発達が抑え
られて、同じ噴射量であっても燃料噴霧の貫徹力は相対
的に小さくなる。That is, when the fuel injection valve is opened and fuel is injected in the compression stroke of the cylinder, a relatively large amount of fuel ejected on the injection start side quickly loses momentum due to collision with air. Since the amount of the subsequent fuel (fuel on the injection end side) ejected subsequently to this is relatively small, the development of fuel spray due to the subsequent fuel is suppressed, and even if the injection amount is the same, The penetration force of is relatively small.
【0029】このことで、請求項2の発明と同様に、成
層燃焼領域内の高負荷側における低速側、即ち特に吸気
流速が低くてタンブル流が弱い状況であっても、燃圧を
過度に低下させることなく、燃料噴霧の貫徹力を弱いタ
ンブル流に見合うように低下させることができ、これに
より、混合気を点火プラグの電極付近に狙い通りに成層
化させて、良好な着火安定性を確保することができる。As a result, similarly to the second aspect of the invention, the fuel pressure is excessively lowered even in the low-load side on the high load side in the stratified charge combustion region, that is, even when the intake flow velocity is low and the tumble flow is weak. It is possible to reduce the penetration force of the fuel spray to correspond to the weak tumble flow without causing it to stratify the air-fuel mixture in the vicinity of the electrode of the spark plug as desired, and to secure good ignition stability. can do.
【0030】尚、噴射開始側の噴射率が噴射終了側に比
べて高くなるように噴射するためには、例えば、燃料噴
射弁による噴射作動の間にその実質的な開口面積を変化
させて、噴射作動の開始側で大きく開口させる一方、噴
射作動の終了側では小さく開口させるようにすればよ
い。或いは、燃料噴射弁を複数回、断続的に開閉させな
がら、その各回の開弁時間を噴射開始側から噴射終了側
に向かって徐々に短くするようにしてもよい。In order to perform the injection so that the injection rate on the injection start side becomes higher than that on the injection end side, for example, by changing the substantial opening area during the injection operation by the fuel injection valve, A large opening may be made on the start side of the injection operation, and a small opening may be made on the end side of the injection operation. Alternatively, the fuel injection valve may be intermittently opened and closed a plurality of times, and the valve opening time for each time may be gradually shortened from the injection start side to the injection end side.
【0031】また、前記燃料噴射弁としては、圧電素子
の動作によって開閉する構成のものを用いるのが好まし
い(請求項8の発明)。こうすれば、例えば電磁ソレノ
イドによって芯弁を動作させる一般的な構成の燃料噴射
弁と比較して、噴射作動の制御の自由度及び制御の精度
が格段に高くなり、上述の如き噴射率の制御がより確実
に行えるようになる。Further, as the fuel injection valve, it is preferable to use a fuel injector which is opened and closed by the operation of a piezoelectric element (the invention of claim 8). In this case, compared with a fuel injection valve having a general structure in which a core valve is operated by an electromagnetic solenoid, the degree of freedom in control of injection operation and the accuracy of control are significantly improved, and the injection rate control as described above is performed. Will become more reliable.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0033】図1は、本発明に係る火花点火式直噴エン
ジンの制御装置Aの全体的な構成を示す。同図において
エンジン1は、複数の気筒2,2,…(1つのみ図示す
る)が直列に設けら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、それら各気筒2内にピストン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の冠面とシリ
ンダヘッド4の下面との間の気筒2内に燃焼室6が区画
形成されたものである。また、前記気筒2,2,…を囲
むシリンダブロック3の側壁部には、図示しないがウオ
ータジャケットが形成されており、さらに、該シリンダ
ブロック3の下側部分には、気筒2,2,…に連通する
ようにクランク室7が形成され、その内部にクランク軸
8が回転自在に配設されている。このクランク軸8の一
端側にはその回転角度を検出するための電磁式のクラン
ク角センサ9が配設されている。FIG. 1 shows the overall construction of a control device A for a spark ignition type direct injection engine according to the present invention. In the figure, an engine 1 has a cylinder block 3 in which a plurality of cylinders 2, 2, ... (Only one is shown) are provided in series, and a cylinder head 4 arranged on the cylinder block 3. A piston 5 is fitted in each of the cylinders 2 so as to be able to reciprocate in the vertical direction, and a combustion chamber 6 is defined in the cylinder 2 between the crown surface of the piston 5 and the lower surface of the cylinder head 4. It is a thing. Further, a water jacket (not shown) is formed on a side wall portion of the cylinder block 3 surrounding the cylinders 2, 2, ..., Further, a cylinder 2, 3 ,. A crank chamber 7 is formed so as to communicate with the crank chamber 7, and a crank shaft 8 is rotatably disposed inside the crank chamber 7. An electromagnetic crank angle sensor 9 for detecting the rotation angle of the crank shaft 8 is provided on one end side thereof.
【0034】前記各気筒2の燃焼室6は、図2に拡大し
て示すように、天井部の略中央で2つの傾斜面が互いに
差し掛けられた屋根のような形状をなすいわゆるペント
ルーフ型のものである。そして、該2つの傾斜面にそれ
ぞれ吸気ポート10及び排気ポート11が2つずつ開口
していて、その各ポート開口部に吸気及び排気弁12,
13が配置されている。前記吸気ポート10,10は、
それぞれ燃焼室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1の一側面(図1の右側面)に互いに
独立して開口しており、一方、前記2つの排気ポート1
1,11は途中で1つに合流して略水平に延び、エンジ
ン1の他側面(図1の左側面)に開口している。The combustion chamber 6 of each of the cylinders 2 is of a so-called pent roof type in which, as shown in an enlarged view in FIG. 2, a roof-like shape in which two slanting surfaces are interlocked with each other is formed in the approximate center of the ceiling. It is a thing. Then, two intake ports 10 and two exhaust ports 11 are opened in each of the two inclined surfaces, and intake and exhaust valves 12, 12 are provided in the respective port openings.
13 are arranged. The intake ports 10 and 10 are
Each of them linearly extends obliquely upward from the combustion chamber 6 and opens independently on one side surface (the right side surface in FIG. 1) of the engine 1 while the two exhaust ports 1
1, 1 and 11 merge into one on the way, extend substantially horizontally, and open to the other side surface (left side surface in FIG. 1) of the engine 1.
【0035】前記吸気弁12及び排気弁13は、シリン
ダヘッド4の内部に軸支された2本のカム軸14,14
により弁軸方向に押圧されて開作動されるもので、該2
本のカム軸14,14がそれぞれ前記クランク軸8に同
期して回転されることで、吸気弁12及び排気弁13が
それぞれ各気筒2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。また、吸気側のカム軸14にはク
ランク軸8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周知構造の可変動弁機構15が付設
されていて、この可変動弁機構15により前記吸気弁1
2の開閉作動時期が変更される。The intake valve 12 and the exhaust valve 13 are composed of two cam shafts 14 and 14 which are axially supported inside the cylinder head 4.
Is pressed in the valve axis direction by the valve to be opened, and
By rotating the camshafts 14, 14 in synchronization with the crankshaft 8, the intake valve 12 and the exhaust valve 13 are opened and closed at predetermined timing for each cylinder 2. . Further, the intake side camshaft 14 is provided with a variable valve mechanism 15 having a well-known structure for continuously changing the rotational phase with respect to the crankshaft 8 within a predetermined angle range. Valve 1
The opening / closing operation timing of 2 is changed.
【0036】前記燃焼室6の上方には、4つの吸排気弁
12,13に取り囲まれるようにして点火プラグ16が
配設されている。この点火プラグ16の先端の電極は燃
焼室6の天井部から所定距離だけ突出しており、該点火
プラグ16の基端部には点火回路17が接続されてい
て、各気筒2毎に所定の点火タイミングで点火プラグ1
6に通電するようになっている。一方、前記燃焼室6の
底部となるピストン5の冠面にはレモン形状の凹部5a
が設けられるとともに、該凹部5aよりも外側のピスト
ン5冠面は、対向する燃焼室6天井部と略平行になるよ
う山型に形成されている。An ignition plug 16 is arranged above the combustion chamber 6 so as to be surrounded by the four intake / exhaust valves 12 and 13. An electrode at the tip of the ignition plug 16 projects from the ceiling of the combustion chamber 6 by a predetermined distance, and an ignition circuit 17 is connected to the base end of the ignition plug 16 to provide a predetermined ignition for each cylinder 2. Spark plug 1 at the timing
6 is energized. On the other hand, a lemon-shaped recess 5a is formed on the crown surface of the piston 5, which is the bottom of the combustion chamber 6.
And the crown surface of the piston 5 outside the concave portion 5a is formed in a mountain shape so as to be substantially parallel to the ceiling portion of the combustion chamber 6 which is opposed thereto.
【0037】また、前記燃焼室6の周縁部には、2つの
吸気ポート10,10の下方に挟まれるようにしてイン
ジェクタ(燃料噴射弁)18が配設されている。このイ
ンジェクタ18は、先端部の噴口から燃料を旋回流とし
て噴出させて、インジェクタ18の軸心の延びる方向に
沿うようにホローコーン状に噴射する公知のスワールイ
ンジェクタである。このスワールインジェクタ18によ
る燃料噴霧は大気圧下では中空の円錐状となり、雰囲気
圧力が低いときほど燃料噴霧の拡がり角θが大きくなる
一方、雰囲気圧力が高くなると拡がり角θが小さくなっ
て、全体として円錐形状ではあっても中心部の燃料の密
度が高い液柱状となる。また、燃料の噴射圧力(燃圧)
が高いほど燃料噴霧の貫徹力が大きくなる。Further, an injector (fuel injection valve) 18 is arranged on the peripheral portion of the combustion chamber 6 so as to be sandwiched below the two intake ports 10, 10. The injector 18 is a known swirl injector that ejects fuel as a swirl flow from the injection port at the tip and injects it in a hollow cone shape along the direction in which the axis of the injector 18 extends. The fuel spray by the swirl injector 18 has a hollow conical shape under the atmospheric pressure, and the spread angle θ of the fuel spray increases as the atmospheric pressure decreases, while the spread angle θ decreases as the atmospheric pressure increases, and as a whole. Even though it has a conical shape, it becomes a liquid column with a high fuel density in the center. Also, the fuel injection pressure (fuel pressure)
The higher the value, the greater the penetration of fuel spray.
【0038】ここで、前記ピストン5冠面の凹部5aと
インジェクタ18との配置関係についてさらに詳しく説
明すると、図3に示すように気筒中心線Zに沿って見た
ときに、ピストン5冠面の凹部5aは、その長さ方向が
インジェクタ18による燃料の噴射方向(燃料噴霧の中
心線Fが延びる方向)と大略一致するように配設されて
いる。これは、吸気ポート10,10から燃焼室6へ吸
気の流入する方向と凹部5aの長さ方向とが略一致する
ということであり、このことで、気筒2の吸気行程から
圧縮行程にかけてタンブル流Tが前記凹部5aの壁面に
沿ってインジェクタ18に向かうように流れ、このタン
ブル流Tが比較的弱いものであっても気筒2の圧縮行程
後期まで安定して保持されるようになる。Here, the arrangement relationship between the recess 5a on the crown surface of the piston 5 and the injector 18 will be described in more detail. When viewed along the cylinder center line Z as shown in FIG. The recessed portion 5a is arranged such that its lengthwise direction substantially coincides with the fuel injection direction of the injector 18 (the direction in which the center line F of the fuel spray extends). This means that the direction of intake air flowing from the intake ports 10, 10 into the combustion chamber 6 and the lengthwise direction of the recess 5a substantially coincide with each other, which results in the tumble flow from the intake stroke to the compression stroke of the cylinder 2. T flows toward the injector 18 along the wall surface of the recess 5a, and even if the tumble flow T is relatively weak, it is stably held until the latter stage of the compression stroke of the cylinder 2.
【0039】また、図4に示すように気筒中心線Zに直
交する方向から見ると、前記インジェクタ18は、その
軸心(この実施形態では燃料噴霧の中心線Fに一致す
る)が気筒2の横断面に対して所定の傾斜角度δ(好ま
しくはδ=25°〜40度、図例では略30°)をなす
ように配置されている。このインジェクタ18による燃
料噴霧の拡がり角θは、前記の如く燃焼室6の圧力状態
によって変化するものであるが、この実施形態では、気
筒2の圧縮行程における噴霧拡がり角θが所定の範囲
(例えはθ=略20°〜略60°)に収まるようなイン
ジェクタを用いている。Further, as shown in FIG. 4, when viewed from a direction orthogonal to the cylinder center line Z, the injector 18 has its axial center (corresponding to the fuel spray center line F in this embodiment) of the cylinder 2. It is arranged so as to form a predetermined inclination angle δ (preferably δ = 25 ° to 40 °, about 30 ° in the illustrated example) with respect to the cross section. The spread angle θ of the fuel sprayed by the injector 18 changes depending on the pressure state of the combustion chamber 6 as described above, but in this embodiment, the spray spread angle θ in the compression stroke of the cylinder 2 is within a predetermined range (eg, Uses an injector that fits within θ = approximately 20 ° to approximately 60 °).
【0040】このことで、即ち噴霧中心線Fの傾斜角度
δと噴霧拡がり角θとをそれぞれ前記のように設定した
ことで、詳しくは後述するが、エンジン1の各気筒2の
燃料噴射時点(図9参照)において前記の如くピストン
5冠面の凹部5aに沿って流れるタンブル流Tに対し、
燃料噴霧の大部分を略正対して衝突させることができ、
その燃料噴霧をタンブル流Tにより徐々に減速させて燃
焼室6の略中央に適度な濃度状態の混合気塊を滞留させ
ることができる。With this, that is, the inclination angle δ of the spray center line F and the spray divergence angle θ are set as described above, respectively, the details of which will be described later, but at the time of fuel injection of each cylinder 2 of the engine 1 ( 9), as described above, with respect to the tumble flow T flowing along the concave portion 5a of the crown surface of the piston 5,
Most of the fuel spray can be made to directly face and collide,
The fuel spray can be gradually decelerated by the tumble flow T so that the air-fuel mixture having an appropriate concentration can be retained substantially in the center of the combustion chamber 6.
【0041】そして、そのように滞留する混合気に対し
て確実に点火できるように、点火プラグ16はその電極
が気筒中心線Zに沿って燃焼室6の天井部から所定量だ
け突出するように配置されている。すなわち、点火プラ
グ16の電極はシリンダブロック3とシリンダヘッド4
との合わせ面に掛かるように位置付けられ、このこと
で、点火プラグ16の電極が燃料の噴射から点火までの
間、タンブル流Tの渦の中心寄りに位置することにな
り、その周囲に混合気の滞留し易い状態に保たれること
になる。In order to reliably ignite the air-fuel mixture thus staying, the spark plug 16 has its electrode protruding from the ceiling portion of the combustion chamber 6 along the cylinder center line Z by a predetermined amount. It is arranged. That is, the electrodes of the spark plug 16 are the cylinder block 3 and the cylinder head 4.
The electrode of the spark plug 16 is located closer to the center of the vortex of the tumble flow T from the injection of fuel to the ignition, and the mixture is formed around it. Will be kept in a state of being easily retained.
【0042】前記したように各気筒2毎に配設されたイ
ンジェクタ18,18,…は、全て共通の燃料分配管1
9に接続されていて、燃料供給系20から供給される高
圧の燃料が該燃料分配管19により各気筒2に分配され
るようになっている。詳しくは、このエンジンの燃料供
給系20は例えば図5に示すように構成され、燃料分配
管19と燃料タンク20aとを連通する燃料通路20b
の上流側から下流側に向かって、低圧燃料ポンプ20
c、低圧レギュレータ20d、燃料フィルタ20e、高
圧燃料ポンプ20f及び高圧レギュレータ20gが順に
配設されている。前記高圧燃料ポンプ20f及び高圧レ
ギュレータ20gはそれぞれリターン通路20hにより
燃料タンク20a側に接続されており、そのリターン通
路20hには、燃料タンク20a側に戻す燃料の圧力状
態を整える低圧レギュレータ20iが配設されている。
また、前記燃料分配管19には、その内部の燃料の圧
力、即ちインジェクタ18へ供給される燃料の圧力を検
出するための燃圧センサ19aが設けられている。As described above, all of the injectors 18, 18, ... Arranged for each cylinder 2 are the common fuel distribution pipe 1.
The high-pressure fuel supplied from the fuel supply system 20 is connected to each cylinder 2 through the fuel distribution pipe 19. More specifically, the fuel supply system 20 of this engine is configured, for example, as shown in FIG. 5, and a fuel passage 20b that connects the fuel distribution pipe 19 and the fuel tank 20a.
Low-pressure fuel pump 20 from the upstream side to the downstream side of the
c, a low pressure regulator 20d, a fuel filter 20e, a high pressure fuel pump 20f and a high pressure regulator 20g are arranged in this order. The high-pressure fuel pump 20f and the high-pressure regulator 20g are connected to the fuel tank 20a side by a return passage 20h, and the low-pressure regulator 20i for adjusting the pressure state of the fuel to be returned to the fuel tank 20a side is provided in the return passage 20h. Has been done.
Further, the fuel distribution pipe 19 is provided with a fuel pressure sensor 19a for detecting the pressure of the fuel inside, that is, the pressure of the fuel supplied to the injector 18.
【0043】そして、前記燃料供給系20において、低
圧燃料ポンプ20cにより燃料タンク20aから吸い上
げられた燃料は低圧レギュレータ20dにより調圧さ
れ、燃料フィルタ20eにより濾過されて、高圧燃料ポ
ンプ20fに送給される。この高圧燃料ポンプ20fは
燃料をさらに昇圧して、その一部を高圧レギュレータ2
0gにより流量調節して燃料分配管19へ供給する。一
方、余剰の燃料はリターン通路20hにより燃料タンク
20a側に戻される。この際、前記高圧レギュレータ2
0gは、後述のECU40からの制御信号を受けて作動
し、燃圧センサ19aによる検出値が適正範囲(例えば
略3MPa〜略20MPa)に収まるように、燃料の流
量を調節する。尚、燃料供給系20の構成は前記のもの
に限られず、例えばリターンレスシステムとしてもよ
い。In the fuel supply system 20, the fuel sucked from the fuel tank 20a by the low pressure fuel pump 20c is regulated by the low pressure regulator 20d, filtered by the fuel filter 20e, and sent to the high pressure fuel pump 20f. It The high-pressure fuel pump 20f further boosts the pressure of the fuel, and a part of the fuel is boosted by the high-pressure regulator 2
The flow rate is adjusted by 0 g and supplied to the fuel distribution pipe 19. On the other hand, the surplus fuel is returned to the fuel tank 20a side by the return passage 20h. At this time, the high pressure regulator 2
0 g operates in response to a control signal from the ECU 40, which will be described later, and adjusts the fuel flow rate so that the value detected by the fuel pressure sensor 19a falls within an appropriate range (for example, approximately 3 MPa to approximately 20 MPa). The configuration of the fuel supply system 20 is not limited to the above, and may be a returnless system, for example.
【0044】前記図2に示すように、エンジン1の一側
面には、各気筒2の吸気ポート10,10にそれぞれ連
通する吸気通路21が接続されている。この吸気通路2
1は、エンジン1の燃焼室6に対し図外のエアクリーナ
で濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から
下流側に向かって順に、エンジン1に吸入される吸入空
気量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ22
と、吸気通路21を絞る電気式スロットル弁23と、サ
ージタンク24とがそれぞれ配設されている。前記電気
式スロットル弁23は、図外のアクセルペダルに対し機
械的には連結されておらず、図示しない電動式駆動モー
タにより駆動されて開閉するようになっている。As shown in FIG. 2, an intake passage 21 communicating with the intake ports 10 of each cylinder 2 is connected to one side face of the engine 1. This intake passage 2
Reference numeral 1 is for supplying intake air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 6 of the engine 1. The hot air for detecting the amount of intake air taken into the engine 1 from the upstream side to the downstream side in order. Wire type air flow sensor 22
An electric throttle valve 23 that throttles the intake passage 21 and a surge tank 24 are provided. The electric throttle valve 23 is not mechanically connected to an accelerator pedal (not shown) but is opened and closed by being driven by an electric drive motor (not shown).
【0045】また、前記サージタンク24よりも下流側
の吸気通路21は、各気筒2毎に分岐する独立通路とさ
れていて、該各独立通路の下流端部がさらに2つに分岐
してそれぞれ吸気ポート10,10に連通している。こ
の2つの吸気ポート10,10の双方の上流側には、燃
焼室6におけるタンブル流の流速を調節するために吸気
通路21を絞る絞り弁25(Tunble Conrol Valve:以
下、TCVという)が配設され、例えばステッピングモ
ータ25a(図2にのみ示す)によって開閉作動される
ようになっている。The intake passage 21 on the downstream side of the surge tank 24 is an independent passage branched for each cylinder 2, and the downstream end of each independent passage is further branched into two. It communicates with the intake ports 10, 10. A throttle valve 25 (Tunble Conrol Valve: hereinafter referred to as TCV) that restricts the intake passage 21 in order to adjust the flow velocity of the tumble flow in the combustion chamber 6 is provided on the upstream side of both of the two intake ports 10, 10. The opening / closing operation is performed by, for example, a stepping motor 25a (only shown in FIG. 2).
【0046】前記TCV25,25はいずれもバタフラ
イバルブの一部を切り欠いたもので、この実施形態では
弁軸よりも下側の部分を切り欠いている。そして、TC
V25が閉じられたときには吸気が前記の切り欠き部分
のみから下流側に流れて、燃焼室6に強いタンブル流を
生成する。一方、TCV25が開かれるに従い、吸気は
該切り欠き部分以外からも流通するようになり、タンブ
ル流の強さが徐々に低下する。従って、この実施形態で
は、前記TCV25及びステッピングモータ25aによ
って、吸気通路21の断面積を変更して燃焼室6のタン
ブル流Tの強さを調節するタンブル強さ調節手段が構成
されている。Each of the TCVs 25 and 25 is formed by cutting out a part of the butterfly valve, and in this embodiment, a part below the valve shaft is cut out. And TC
When V25 is closed, the intake air flows downstream only from the cutout portion, and a strong tumble flow is generated in the combustion chamber 6. On the other hand, as the TCV 25 is opened, the intake air also flows from other than the cutout portion, and the strength of the tumble flow gradually decreases. Therefore, in this embodiment, the TCV 25 and the stepping motor 25a constitute tumble strength adjusting means for changing the cross-sectional area of the intake passage 21 and adjusting the strength of the tumble flow T in the combustion chamber 6.
【0047】尚、前記吸気ポート10やTCV25の形
状は上述したものに限られず、例えば、吸気ポートは上
流側で1つに合流するいわゆるコモンポートであっても
よい。この場合、TCVはコモンポートの断面形状に対
応する形状のバタフライバルブをベースとして、前記し
たものと同様に該バタフライバルブの一部分を切り欠い
た形状とすればよい。また、タンブル強さ調節手段とし
ては、例えば、可変動弁機構15を吸気弁12のリフト
量を変更可能なものとして、これにより吸気流速を変更
することで、タンブル流Tの強さを調節するようにして
もよい。The shapes of the intake port 10 and the TCV 25 are not limited to those described above, and for example, the intake ports may be so-called common ports that join together on the upstream side. In this case, the TCV may have a butterfly valve having a shape corresponding to the cross-sectional shape of the common port as a base, and may have a shape in which a part of the butterfly valve is cut out as described above. As the tumble strength adjusting means, for example, the variable valve mechanism 15 can change the lift amount of the intake valve 12, and the intake flow velocity is changed by this, thereby adjusting the strength of the tumble flow T. You may do it.
【0048】一方、エンジン1の他側面には、燃焼室6
から既燃ガス(排気)を排出する排気通路26が接続さ
れている。この排気通路26の上流端部は、各気筒2毎
に分岐して排気ポート11に連通する排気マニホルド2
7であり、該排気マニホルド27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28が配設されて
いる。このリニアO2センサ28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, on the other side of the engine 1, the combustion chamber 6
An exhaust passage 26 for discharging burnt gas (exhaust gas) is connected to the exhaust gas. The upstream end portion of the exhaust passage 26 branches for each cylinder 2 and communicates with the exhaust port 11 through the exhaust manifold 2.
7, a linear O2 sensor 28 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is arranged at the collecting portion of the exhaust manifold 27. The linear O2 sensor 28 is used to detect the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas, and it is possible to obtain a linear output with respect to the oxygen concentration in a predetermined air-fuel ratio range including the theoretical air-fuel ratio. ing.
【0049】また、前記排気マニホルド27の集合部よ
りも下流側の排気通路26は排気管29により構成され
ていて、この排気管29にはその上流側から略理論空燃
比近傍の排気中のHC、CO、NOxを浄化する三元触
媒30と、この三元触媒30の劣化状態を判定するため
のラムダO2センサ31と、理論空燃比よりもリーンな
排気中のNOxを浄化可能ないわゆるリーンNOx触媒
32(NOx吸蔵還元触媒、NOx吸着還元触媒を含
む)とが順に配設されている。Further, the exhaust passage 26 on the downstream side of the collecting portion of the exhaust manifold 27 is constituted by an exhaust pipe 29, and the exhaust pipe 29 is provided with HC in the exhaust gas near its stoichiometric air-fuel ratio from its upstream side. , A three-way catalyst 30 for purifying CO, NOx, a lambda O2 sensor 31 for determining the deterioration state of the three-way catalyst 30, and a so-called lean NOx capable of purifying NOx in the exhaust that is leaner than the theoretical air-fuel ratio. The catalyst 32 (including the NOx storage reduction catalyst and the NOx adsorption reduction catalyst) is arranged in order.
【0050】さらに、前記排気マニホルド27の下流側
には、そこから分岐するようにして排気の一部を吸気系
に還流させる排気還流通路33(以下、EGR通路とい
う)の上流端が接続されている。このEGR通路33の
下流端は前記スロットル弁23とサージタンク24との
間の吸気通路21に接続され、その近傍には開度調整可
能な電気式のEGR弁34(開閉弁)が配設されてい
る。このEGR弁34の開度が図示しない電磁ソレノイ
ド等により調整されることで、EGR通路33を流れる
排気の還流量が調節される。Further, an upstream end of an exhaust gas recirculation passage 33 (hereinafter referred to as an EGR passage), which branches off from the exhaust manifold 27 and circulates a part of the exhaust gas to the intake system, is connected to the downstream side of the exhaust manifold 27. There is. A downstream end of the EGR passage 33 is connected to the intake passage 21 between the throttle valve 23 and the surge tank 24, and an electric EGR valve 34 (open / close valve) whose opening degree is adjustable is arranged in the vicinity of the intake passage 21. ing. The opening degree of the EGR valve 34 is adjusted by an electromagnetic solenoid (not shown) or the like, so that the recirculation amount of the exhaust gas flowing through the EGR passage 33 is adjusted.
【0051】(エンジン制御の概要)前記可変動弁機構
15、点火回路17、インジェクタ18、燃料供給系2
0(高圧レギュレータ20g)、スロットル弁23、T
CV25、EGR弁34等は、いずれもエンジンコント
ロールユニット40(以下、ECUという)によって作
動制御される。一方、このECU40には、少なくと
も、前記クランク角センサ9、エアフローセンサ22、
リニアO2センサ28、ラムダO2センサ31等からの各
出力信号が入力され、加えて、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38
からの出力信号と、エンジン回転速度(クランク軸8の
回転速度)を検出する回転速度センサ39からの出力信
号とが入力されるようになっている。(Outline of Engine Control) The variable valve mechanism 15, the ignition circuit 17, the injector 18, the fuel supply system 2
0 (high pressure regulator 20g), throttle valve 23, T
The operation of the CV 25, the EGR valve 34, etc. is controlled by an engine control unit 40 (hereinafter referred to as an ECU). On the other hand, the ECU 40 includes at least the crank angle sensor 9, the air flow sensor 22,
Output signals from the linear O2 sensor 28, the lambda O2 sensor 31, etc. are input, and in addition, an accelerator opening sensor 38 for detecting the opening of the accelerator pedal (accelerator operation amount).
And an output signal from a rotation speed sensor 39 that detects an engine rotation speed (rotational speed of the crankshaft 8).
【0052】すなわち、ECU40は、各センサから入
力される信号に基づいて、吸排気弁12,13の開閉作
動時期、各気筒2毎の点火プラグ16による点火時期、
インジェクタ18による燃料噴射量、噴射時期及び噴射
圧力、スロットル弁23の開度、TCV25の開度、E
GR弁34の開度等をそれぞれ制御するものである。具
体的には、例えば図6に示すように、エンジン1の温間
の全運転領域のうち低速低負荷側に成層燃焼領域(S
1,S2)が設定されていて、ここでは、図7(a)(b)に
それぞれ示すように、インジェクタ18により気筒2の
圧縮行程で燃料を噴射させて、点火プラグ16の電極の
周りに混合気が層状に偏在する状態で燃焼させる。ま
た、このときにはエンジン1の吸気損失を低減するため
にスロットル弁23の開度を相対的に大きくするように
しており、このときの燃焼室6の平均的な空燃比は理論
空燃比よりも大幅にリーンな状態(例えばA/F>3
0)になる。That is, the ECU 40, based on the signals input from the respective sensors, the opening / closing operation timing of the intake / exhaust valves 12 and 13, the ignition timing by the ignition plug 16 of each cylinder 2,
Fuel injection amount by injector 18, injection timing and injection pressure, opening of throttle valve 23, opening of TCV 25, E
The opening degree of the GR valve 34 is controlled respectively. Specifically, for example, as shown in FIG. 6, the stratified combustion region (S
1, S2) are set, and here, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), fuel is injected by the injector 18 in the compression stroke of the cylinder 2, and the fuel is injected around the electrode of the spark plug 16. The mixture is burned in a state of being unevenly distributed in layers. Further, at this time, the opening of the throttle valve 23 is made relatively large in order to reduce the intake loss of the engine 1, and the average air-fuel ratio of the combustion chamber 6 at this time is much larger than the theoretical air-fuel ratio. In a lean state (for example, A / F> 3
0).
【0053】また、本発明の特徴として、詳しくは後述
するが、成層燃焼領域内の高負荷側(S1)(特定運転
領域)では、図7(b)に示すようにインジェクタ18に
より燃料を気筒2の圧縮行程の中期以降の期間に2等分
して噴射させるようにしており、一方、成層燃焼領域内
の低負荷側(S2)では、図7(a)の如く燃料を一括し
て噴射させるようにしている。Further, as a feature of the present invention, which will be described in detail later, on the high load side (S1) in the stratified combustion region (specific operation region), fuel is injected into the cylinder by the injector 18 as shown in FIG. 7 (b). The injection is divided into two equal parts during the middle period of the second compression stroke and thereafter, and on the other hand, on the low load side (S2) in the stratified charge combustion region, the fuel is collectively injected as shown in FIG. 7 (a). I am trying to let you.
【0054】一方、前記成層燃焼領域(S1,S2)以
外はいわゆる均一燃焼領域(H)であり、ここではイン
ジェクタ18により主に気筒2の吸気行程で燃料を噴射
させて吸気と十分に混合し、燃焼室6全体に均一な混合
気を形成した上で燃焼させる。この均一燃焼領域(H)
の大部分の領域では、燃料噴射量やスロットル弁23の
開度等を均一な混合気の空燃比が略理論空燃比(A/F
≒14.7)になるように制御するが、全負荷付近では
理論空燃比よりもリッチな状態(例えばA/F=12〜
14)になるように制御して、高負荷に対応した大出力
を得られるようにしている。On the other hand, except for the stratified combustion region (S1, S2), there is a so-called uniform combustion region (H). Here, the injector 18 mainly injects fuel in the intake stroke of the cylinder 2 to sufficiently mix it with intake air. , A uniform air-fuel mixture is formed over the entire combustion chamber 6 and then burned. This uniform combustion area (H)
In most of the region, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture with a uniform fuel injection amount, the opening degree of the throttle valve 23, etc. is approximately the theoretical air-fuel ratio (A / F).
≈14.7), but near full load nearer to the theoretical air-fuel ratio (eg A / F = 12-
14) so that a large output corresponding to a high load can be obtained.
【0055】そのようにエンジン1の負荷や回転速度に
応じて燃焼状態を切換えるインジェクタ18やスロット
ル弁23の制御は、ECU40において所定の制御プロ
グラムが実行されることにより実現するものであり、換
言すれば、ECU40はインジェクタ18による燃料の
噴射作動を制御する噴射制御部40aを備えている。そ
して、この噴射制御部40aは、エンジン1が成層燃焼
領域の高負荷側(S1)にあるときに、インジェクタ1
8により燃料を気筒2の圧縮行程の中期以降の期間内に
2等分して噴射させる一方、成層燃焼領域の低負荷側
(S2)では燃料を一括して噴射させるように構成され
ている。The control of the injector 18 and the throttle valve 23 for switching the combustion state according to the load and the rotation speed of the engine 1 is realized by executing a predetermined control program in the ECU 40, in other words. For example, the ECU 40 includes an injection control unit 40a that controls the fuel injection operation by the injector 18. Then, the injection control unit 40a, when the engine 1 is on the high load side (S1) of the stratified charge combustion region, the injector 1
The fuel is divided into two equal parts for injection in the period after the middle stage of the compression stroke of the cylinder 2 by means of 8, while the fuel is collectively injected on the low load side (S2) of the stratified charge combustion region.
【0056】また、エンジン温間時は、前記図6に斜線
を入れて示す領域でEGR弁34を開弁させて、EGR
通路33により排気の一部を吸気通路21に還流させる
ようにしている。この際、該EGR弁34の開度はエン
ジン1の運転状態に応じて、負荷が高くなるほど排気の
還流割合(以下、EGR率ともいう)が小さくなるよう
に調節する。このことで、エンジン1の燃焼安定性を損
なうことなく、排気の還流によりNOxの生成を抑制す
ることができる。このようなEGR弁34の制御もEC
U40において所定の制御プログラムが実行されること
により実現するものであり、換言すれば、ECU40
は、少なくともエンジン1が成層燃焼領域(S1,S
2)にあるときにEGR弁34を開いて排気の還流を行
わせる排気還流制御部40bを備えている。When the engine is warm, the EGR valve 34 is opened in the region shown by hatching in FIG.
A part of the exhaust gas is returned to the intake passage 21 by the passage 33. At this time, the opening degree of the EGR valve 34 is adjusted according to the operating state of the engine 1 such that the exhaust gas recirculation ratio (hereinafter, also referred to as the EGR ratio) decreases as the load increases. This makes it possible to suppress the generation of NOx by the exhaust gas recirculation without impairing the combustion stability of the engine 1. Such control of the EGR valve 34 is also EC
This is realized by executing a predetermined control program in U40, in other words, the ECU 40
Indicates that at least the engine 1 is in the stratified combustion region (S1, S
The exhaust gas recirculation control unit 40b that opens the EGR valve 34 to recirculate the exhaust gas is provided.
【0057】尚、前記EGR率としては、例えば、前記
EGR通路33により吸気通路21に還流される排気還
流量の新気量に対する割合を用いればよい。この新気と
いうのは気筒2に吸入される気体のうちから前記の還流
排気や燃料ガス等を除いた外気のことである。また、エ
ンジン冷間時には燃焼安定性の確保を最優先とし、エン
ジン1をその全ての運転領域において均一燃焼状態で運
転するとともに、EGR弁34は全閉とする。As the EGR rate, for example, the ratio of the exhaust gas recirculation amount recirculated to the intake passage 21 by the EGR passage 33 to the fresh air amount may be used. The fresh air is the outside air obtained by removing the recirculation exhaust gas and the fuel gas from the gas sucked into the cylinder 2. Further, when the engine is cold, ensuring combustion stability is given the highest priority, the engine 1 is operated in a uniform combustion state in all operating regions thereof, and the EGR valve 34 is fully closed.
【0058】(成層燃焼運転時の混合気形成)この実施
形態の直噴エンジン1の特徴は、成層燃焼状態のとき
に、各気筒2毎に圧縮行程でインジェクタ18により噴
射した燃料噴霧を主に燃焼室6のタンブル流Tにより案
内して、点火プラグ16の電極の周りに適切に成層化す
るようにしたことにある。以下、この点について説明す
る。(Formation of Air-fuel Mixture during Stratified Combustion Operation) The feature of the direct injection engine 1 of this embodiment is that the fuel spray injected by the injector 18 in each cylinder 2 in the compression stroke is mainly in the stratified charge combustion state. This is because the tumble flow T of the combustion chamber 6 guides the gas to appropriately stratify the electrode around the spark plug 16. Hereinafter, this point will be described.
【0059】まず、図8に示すように、気筒2の吸気行
程では、ピストン5の下降によって吸気ポート10から
燃焼室6に空気が吸い込まれ、この吸気が気筒2の排気
側の内周面からピストン5冠面、さらに気筒2の吸気側
の内周面に沿うように大きく縦方向に旋回して、タンブ
ル流Tが生成される。そして、当該気筒2が圧縮行程に
移行すると、タンブル流Tはピストン5の上昇に伴い徐
々に潰れてコンパクトになるが、燃焼室6天井部とピス
トン5冠面の凹部5aとの間に適切な形状の空間が残さ
れているため、タンブル流Tは圧縮行程の中期以降まで
崩壊することなく保存される。First, as shown in FIG. 8, in the intake stroke of the cylinder 2, air is sucked into the combustion chamber 6 from the intake port 10 due to the lowering of the piston 5, and this intake air is introduced from the inner peripheral surface on the exhaust side of the cylinder 2. The tumble flow T is generated by making a large vertical swirl along the crown surface of the piston 5 and further along the inner peripheral surface on the intake side of the cylinder 2. Then, when the cylinder 2 shifts to the compression stroke, the tumble flow T is gradually crushed as the piston 5 rises and becomes compact, but it is appropriate between the ceiling portion of the combustion chamber 6 and the concave portion 5a of the crown surface of the piston 5. Since the space of the shape is left, the tumble flow T is preserved without collapsing until after the middle stage of the compression stroke.
【0060】続いて、図9に示すように当該気筒2の燃
料噴射時期になると、インジェクタ18により適切な貫
徹力でもって燃料が噴射され、この燃料噴霧の大部分が
ピストン5冠面の凹部5aに沿って流れるタンブル流T
の主流に略正面から衝突する。そして、その燃料噴霧が
タンブル流Tにより徐々に減速されながら気筒2中心に
向かって進み、その間に燃料液滴の気化霧化や空気との
混合が促進されて、図10に示す当該気筒2の点火時期
において同図に斜線を入れて示すように混合気塊となっ
て、点火プラグ16の電極付近に滞留するようになる。Next, as shown in FIG. 9, at the fuel injection timing of the cylinder 2, fuel is injected by the injector 18 with an appropriate penetration force, and most of this fuel spray is the recess 5a on the crown surface of the piston 5. Tumble flow T flowing along
It collides with the mainstream from the front. Then, the fuel spray advances toward the center of the cylinder 2 while being gradually decelerated by the tumble flow T, and during that time, vaporization and atomization of fuel droplets and mixing with air are promoted, so that the cylinder 2 shown in FIG. At the ignition timing, as shown by hatching in the figure, a mixed air mass forms and stays in the vicinity of the electrode of the spark plug 16.
【0061】そのように燃料噴霧が減速されて滞留する
様子を数値流体力学(CFD)の適用により計算で求め
た結果を図11に示す。同図には、前記気筒2の点火時
期近傍における燃焼室6の流れ場が示されており、図に
太い矢印でそれぞれ表すように、タンブル流及び燃料噴
霧流が図の左右両側から気筒中央に向かって流れてい
て、それらが図に+印で示す点火プラグ電極の付近で略
均衡しているのが分かる。これにより、図12に示すよ
うに、当該気筒2の点火時期近傍において、適切な濃度
状態の混合気塊が点火プラグ16の電極(点火位置)の
周りに滞留するようになる。FIG. 11 shows the calculation result of the deceleration and retention of the fuel spray as described above by applying the computational fluid dynamics (CFD). In the same figure, the flow field of the combustion chamber 6 in the vicinity of the ignition timing of the cylinder 2 is shown. As shown by the thick arrows in the figure, the tumble flow and the fuel spray flow are from the left and right sides of the figure to the center of the cylinder. It can be seen that they are flowing towards each other and they are substantially balanced near the spark plug electrode, which is indicated by the + symbol in the figure. As a result, as shown in FIG. 12, in the vicinity of the ignition timing of the cylinder 2, the air-fuel mixture in an appropriate concentration state is retained around the electrode (ignition position) of the ignition plug 16.
【0062】前記のような混合気の成層化を実現するた
めには、インジェクタ18による燃料噴霧の貫徹力を対
向するタンブル流Tの強さに略均衡させるとともに、気
筒2の点火時期から逆算した所定のタイミングで燃料を
噴射させる必要がある。また、タンブル流Tの強さと燃
料噴霧の貫徹力とはいずれも相対的に弱いことが好まし
い。これは、タンブル流Tや燃料噴霧流が強いときに
は、たとえ両者が略均衡していても衝突によって燃料噴
霧が大きく飛散し、混合気が全体に希薄になってしまう
からである。In order to realize the stratification of the air-fuel mixture as described above, the penetrating force of the fuel spray by the injector 18 is approximately balanced with the strength of the opposing tumble flow T, and it is calculated backward from the ignition timing of the cylinder 2. It is necessary to inject fuel at a predetermined timing. Further, it is preferable that both the strength of the tumble flow T and the penetration force of the fuel spray are relatively weak. This is because when the tumble flow T or the fuel spray flow is strong, the fuel spray is largely scattered by the collision even if the two are substantially balanced, and the air-fuel mixture becomes lean as a whole.
【0063】そこで、この実施形態に係る直噴エンジン
1では、各気筒2毎の吸気ポート10,10を大径のス
トレートポートとして、低速域での吸気流速が基本的に
あまり高くならないようにしておいて、その各吸気ポー
ト10の直上流に配設したTCV25により吸気の流れ
を絞ることによって、吸気の流速を調節するようにして
いる。具体的には、エンジン1が成層燃焼領域(S1,
S2)にあるときにはTCV25を全閉として、相対的
に吸気流量の少ない状態でも所要の強さのタンブル流T
が生成されるようにしており、図13に実線で示すよう
にエンジン回転速度neの上昇に略比例してタンブル流T
の流速が増大しても、成層燃焼領域(ne≦ne*)ではタ
ンブル流速は過度に高くなることはなく、気筒2の吸気
行程におけるタンブル比は略1.1〜略2.3の範囲に
留まることになる。尚、図に実線で示すグラフはTCV
25を全閉とした場合のものであり、また、仮想線で示
すのはTCV25を全開とした場合のものである。Therefore, in the direct injection engine 1 according to this embodiment, the intake ports 10, 10 of each cylinder 2 are straight ports having a large diameter so that the intake flow velocity in the low speed region basically does not become too high. Here, the flow velocity of the intake air is adjusted by restricting the flow of the intake air by the TCV 25 arranged immediately upstream of each intake port 10. Specifically, the engine 1 uses the stratified combustion region (S1,
In step S2), the TCV 25 is fully closed, and the tumble flow T of the required strength is obtained even when the intake flow rate is relatively small.
Is generated, and as shown by the solid line in FIG. 13, the tumble flow T is substantially proportional to the increase in the engine speed ne.
Even if the flow velocity of the cylinder increases, the tumble flow velocity does not become excessively high in the stratified charge combustion region (ne ≦ ne *), and the tumble ratio in the intake stroke of the cylinder 2 is in the range of about 1.1 to about 2.3. Will stay. The graph shown by the solid line in the figure is TCV.
25 is fully closed, and the phantom line shows the TCV 25 when fully open.
【0064】そのようにエンジン回転速度に応じたTC
V25の開度の制御は、ECU40において所定の制御
プログラムが実行されることにより実現するものであ
り、換言すれば、ECU40は、エンジン1が成層燃焼
領域(S1,S2)にあるときにTCV25を全閉状態
として吸気の流速を高めるTCV制御部40cを備えて
いる。As described above, TC depending on the engine speed
The control of the opening degree of V25 is realized by executing a predetermined control program in the ECU 40. In other words, the ECU 40 controls the TCV 25 when the engine 1 is in the stratified charge combustion region (S1, S2). A TCV control unit 40c that increases the flow rate of intake air in a fully closed state is provided.
【0065】また、この実施形態の直噴エンジン1の制
御装置Aでは、前記のようにタンブル流Tの強さがエン
ジン回転速度に応じて変化するのに対応して、そのタン
ブル流Tの強さと燃料噴霧の貫徹力とを略均衡させるた
めに、インジェクタ18からの燃料の噴射圧力(燃圧)
をエンジン回転速度に応じて変更するようにしている。
具体的には、図14に示すように燃料噴霧の貫徹力をエ
ンジン回転速度に応じて増大させればよいのだが、燃料
噴霧の貫徹力は燃圧に正比例するものではなく、また、
インジェクタ18の開弁時間間隔によっても変化するの
で、実際には、或る燃料噴射量に対応する燃圧及び噴射
パルス幅とそのときの燃料噴霧の貫徹力との対応関係を
実験的に求め、エンジン回転速度と噴霧貫徹力との関係
が概ね前記図14に示す関係となるように、エンジン回
転速度に対応付けてインジェクタ18への供給燃圧を記
録したテーブルを作成する。そして、このテーブルに従
って燃料供給系20の高圧レギュレータ20gを制御す
るようにしている。Further, in the control device A of the direct injection engine 1 of this embodiment, as the strength of the tumble flow T changes according to the engine rotation speed as described above, the strength of the tumble flow T is increased. Fuel injection pressure (fuel pressure) from the injector 18 in order to substantially balance the fuel spray penetration force with the fuel spray penetration force.
Is changed according to the engine speed.
Specifically, the penetration force of the fuel spray may be increased according to the engine speed as shown in FIG. 14, but the penetration force of the fuel spray is not directly proportional to the fuel pressure, and
Since it also changes depending on the valve opening time interval of the injector 18, in actuality, the correspondence between the fuel pressure and the injection pulse width corresponding to a certain fuel injection amount and the penetration force of the fuel spray at that time is experimentally obtained, A table in which the fuel pressure supplied to the injector 18 is recorded in association with the engine rotation speed is created so that the relationship between the rotation speed and the spray penetration force is approximately as shown in FIG. The high pressure regulator 20g of the fuel supply system 20 is controlled according to this table.
【0066】斯かる燃圧の制御は、ECU40において
メモリに電子的に記憶させた前記テーブルに従って所定
の制御プログラムが実行されることにより実現するもの
であり、換言すれば、ECU40は、エンジン1が成層
燃焼領域(S1,S2)にあるときに、エンジン回転速
度の上昇に対応して燃圧が高くなるように燃料供給系2
0の高圧レギュレータ20gを制御する燃圧制御部40
dを備えている。Such control of the fuel pressure is realized by executing a predetermined control program in the ECU 40 in accordance with the table electronically stored in the memory. In other words, the ECU 40 controls the stratification of the engine 1 by the ECU 40. When in the combustion region (S1, S2), the fuel supply system 2 is arranged so that the fuel pressure increases in response to the increase in the engine rotation speed.
Fuel pressure control unit 40 for controlling high pressure regulator 20g of 0
d.
【0067】(成層燃焼領域の高負荷側での分割噴射)
本発明の特徴は、上述したように、エンジン1が成層燃
焼領域の高負荷側(S1)にあるときに、インジェクタ
18により燃料を気筒2の圧縮行程の中期以降の期間に
おいて2等分して噴射させるようにしたことにある(図
7(b)参照)。(Split injection on the high load side of the stratified charge combustion region)
The feature of the present invention is that, as described above, when the engine 1 is on the high load side (S1) of the stratified charge combustion region, the fuel is divided into two equal parts by the injector 18 in the period after the middle stage of the compression stroke of the cylinder 2. This is due to the injection (see FIG. 7 (b)).
【0068】以下、まず、スワールインジェクタ18の
噴口から噴射される燃料噴霧の形成過程について図15
に基づいて説明すると、同図に模式的に示すように、気
筒2の圧縮行程においてインジェクタの噴口nから高圧
状態の燃焼室6に噴射される燃料噴霧Sは、高密度の空
気との摩擦によって分裂し(微粒化)空気と混合されつ
つ蒸発して(気化霧化)、全体として徐々に減速されな
がら進行して中空円錐状に拡がる(同図(a)〜(c))。そ
して、噴口nが閉じた後、暫くして運動量を失い、混合
気塊Cとなって燃焼室6を漂うようになる(図(d)、
(e))。First, the formation process of the fuel spray injected from the nozzle of the swirl injector 18 will be described with reference to FIG.
In the compression stroke of the cylinder 2, the fuel spray S injected from the injection port n of the injector into the high-pressure combustion chamber 6 as a result of friction with high-density air is described below. It splits (atomizes) and evaporates while being mixed with air (vaporization and atomization), then progresses while gradually decelerating and spreads into a hollow conical shape ((a) to (c) in the same figure). Then, after the injection port n is closed, momentum is lost for a while, and the mixture lump C begins to drift in the combustion chamber 6 (Fig. (D),
(e)).
【0069】その際、噴口nから最初に噴出する燃料は
空気の壁との衝突によって速やかに運動量を失うことに
なる一方、その後に連続して燃料が噴出する間は、この
後続の燃料が空気の壁と直接には衝突せずに燃料噴霧S
を継続して発達させることになる。特に、スワールイン
ジェクタの場合、中空円錐状の燃料噴霧Sの先端部外周
で外向きに旋回する放射状の渦vが発生し(図(c))、
この渦vが後続の燃料を巻き込んで燃料噴霧Sを推し進
める。At this time, the fuel initially ejected from the injection port n immediately loses momentum due to collision with the wall of air, while the subsequent fuel is continuously ejected while the fuel is ejected continuously. Fuel spray S without directly colliding with the wall of
Will continue to develop. Particularly, in the case of a swirl injector, a radial vortex v swirling outward is generated at the outer periphery of the tip of the hollow cone-shaped fuel spray S (Fig. (C)),
The vortex v entrains the subsequent fuel and pushes the fuel spray S.
【0070】つまり、燃料噴霧Sは、インジェクタの噴
口nが開いている間、連続して噴出する後続の燃料によ
り発達し(図(a)〜(c))、その到達距離が長くなるか
ら、その貫徹力は、燃焼室6の圧力状態や燃料噴射圧力
の影響を受ける他に、インジェクタの開弁時間が長いほ
ど大きくなるのである。That is, the fuel spray S is developed by the subsequent fuel continuously ejected while the injector nozzle n is opened (Figs. (A) to (c)), and its reaching distance becomes long, The penetration force is affected by the pressure state of the combustion chamber 6 and the fuel injection pressure, and also increases as the injector valve opening time increases.
【0071】この点から見ると、成層燃焼領域(S1,
S2)内でも相対的に燃料噴射量の多い高負荷側(S
1)では、低負荷側(S2)と燃圧が同じであるとする
と、インジェクタ18の開弁時間が長くなることと、そ
の分、開弁開始時期が進角して相対的に燃焼室6の圧力
が低い状態で噴射が始まることとによって、燃料噴霧の
貫徹力が相対的に大きくなるから、特に吸気の流速が低
い低速側では、TCV25を全閉としていても相対的に
弱いタンブル流Tに対して、燃料噴霧の貫徹力がやや強
くなり過ぎるきらいがある。即ち、この実施形態のよう
に燃料噴霧の貫徹力とタンブル流Tの強さとを略均衡さ
せることによって、混合気を点火プラグ16の電極周り
に滞留させるようにした直噴エンジン1では、成層燃焼
領域の高負荷側(S1)における低速側で両者の均衡状
態が崩れてしまう虞れがある。From this point of view, the stratified combustion region (S1,
Even in S2), the high load side (S
In 1), assuming that the fuel pressure is the same as that on the low load side (S2), the valve opening time of the injector 18 becomes longer, and the valve opening start timing is advanced by that amount, and the combustion chamber 6 is relatively advanced. Since the penetration force of the fuel spray becomes relatively large when the injection starts at a low pressure, the tumble flow T is relatively weak even on the low speed side where the flow velocity of the intake air is low even if the TCV 25 is fully closed. On the other hand, the penetration force of fuel spray tends to be too strong. That is, as in this embodiment, in the direct injection engine 1 in which the fuel-air penetration force and the strength of the tumble flow T are substantially balanced to retain the air-fuel mixture around the electrodes of the spark plug 16, the stratified charge combustion is performed. On the high load side (S1) of the region, on the low speed side, the equilibrium state of the two may be lost.
【0072】これに対し、成層燃焼領域の高負荷側(S
1)で低負荷側に比べて燃圧を高くすることも考えられ
るが、同じ燃料噴射量に対して燃圧を低下させると、こ
のことに起因してさらにインジェクタ18の開弁時間を
長くしなくてはならないから、燃料噴霧の貫徹力を思う
ように下げることはできないし、この実施形態のように
高圧レギュレータ27の作動によって燃圧を調整するよ
うにしたものでは、エンジンの負荷状態の変化に対して
遅れずに燃圧を変更させることが困難でもある。さら
に、一般的に、燃圧を低くすることは燃料噴霧の微粒化
を促進するという観点からは好ましいことではない。On the other hand, on the high load side (S
Although it is conceivable to increase the fuel pressure in 1) as compared to the low load side, if the fuel pressure is decreased for the same fuel injection amount, this causes the injector 18 to open the valve for a longer time. Therefore, the penetration force of the fuel spray cannot be lowered as desired, and the fuel pressure is adjusted by the operation of the high-pressure regulator 27 as in this embodiment. It is also difficult to change the fuel pressure without delay. Further, generally, lowering the fuel pressure is not preferable from the viewpoint of promoting atomization of the fuel spray.
【0073】そこで、この実施形態では、上述の如く成
層燃焼領域の高負荷側(S1)において燃料の分割噴射
を行うことによって、一括噴射の場合に比べて燃料噴霧
の貫徹力を小さくするようにしている。すなわち、図1
6に模式的に示すように、気筒2の圧縮行程の中期以降
の期間内に燃料を2等分して噴射させると、まず、前段
の噴射作動による燃料噴霧Spが前記図15に示す一括
噴射の場合と同様に噴口nの開いている間、発達し、そ
の間に微粒化及び気化霧化しつつ徐々に拡散して、中空
円錐状に拡がる(同図(a)、(b))。この前段の燃料噴霧
Spの発達はインジェクタの噴口nが一旦、閉じられる
と終了し、その後、速やかに燃料噴霧Spは運動量を失
う。そこへ後段の噴射作動(同図(c))による燃料噴霧
Ssが追いついて(同図(d))両者が一体となり、混合気
塊Cが形成される(同図(e))。Therefore, in this embodiment, the fuel injection is performed on the high load side (S1) of the stratified charge combustion region as described above, so that the penetrating force of the fuel spray is made smaller than in the case of batch injection. ing. That is, FIG.
As schematically shown in FIG. 6, when the fuel is divided into two equal parts and injected in the period after the middle stage of the compression stroke of the cylinder 2, first, the fuel spray Sp by the injection operation of the former stage is collectively injected as shown in FIG. Similarly to the case of (1), it develops while the injection port n is open, and during that time, it gradually diffuses while atomizing and vaporizing and atomizing, and spreads in a hollow conical shape ((a) and (b) in the same figure). The development of the fuel spray Sp in the preceding stage ends once the injection port n of the injector is closed, and thereafter, the fuel spray Sp loses momentum promptly. There, the fuel spray Ss due to the injection operation in the latter stage ((c) in the same figure) catches up ((d) in the same figure) and both are integrated to form the air-fuel mixture C ((e) in the same figure).
【0074】そのように、分割噴射の場合は、後段の噴
射作動による燃料の流れが前段の燃料噴霧Spの発達に
寄与せず、また、その後段の噴射作動による燃料噴霧S
sは高密度の空気の壁の抵抗を直接、受けることになる
し、その上さらに、一括噴射のときに見られた渦vによ
る燃料の推し出しの効果も小さくなるから、2つの燃料
噴霧Sp、Ssを合わせても全体として燃料噴霧の到達距
離(貫徹力)が一括噴射のときと比べて短くなるものと
考えられる(図(e))。As described above, in the case of split injection, the fuel flow due to the injection operation in the latter stage does not contribute to the development of the fuel spray Sp in the former stage, and the fuel spray S due to the injection operation in the latter stage is performed.
Since s directly receives the resistance of the high-density air wall, and further, the effect of propelling the fuel due to the vortex v, which is seen in the case of collective injection, becomes smaller, the two fuel sprays Sp , Ss as a whole, the arrival distance (penetration force) of the fuel spray is considered to be shorter than that in the case of collective injection (Fig. (E)).
【0075】したがって、この実施形態に係る火花点火
式直噴エンジン1の制御装置Aによると、エンジン1が
成層燃焼領域(S1,S2)にあるときに、気筒2の燃
焼室6におけるタンブル流Tに略正対させて燃料を噴射
し、この燃料噴霧をタンブル流Tにより徐々に減速させ
て点火プラグ16の電極の付近に滞留させることで、着
火安定性に優れて点火時期制御の自由度も高い良好な成
層燃焼状態とすることができる。その際、成層燃焼領域
(S1,S2)ではTCV25を全閉状態として、エン
ジン回転速度が低いときでもある程度の吸気流速が得ら
れるようにしており、このことで、比較的、燃料噴射量
の少ない低負荷側(S2)においてタンブル流Tの強さ
と燃料噴霧の貫徹力とを狙い通りに均衡させることがで
きる。Therefore, according to the control device A of the spark ignition type direct injection engine 1 according to this embodiment, when the engine 1 is in the stratified combustion region (S1, S2), the tumble flow T in the combustion chamber 6 of the cylinder 2 is increased. By injecting fuel substantially directly to the fuel cell, and gradually decelerating this fuel spray by the tumble flow T and making it stay near the electrode of the ignition plug 16, the ignition stability is excellent and the degree of freedom of ignition timing control is also high. A high favorable stratified combustion state can be achieved. At that time, in the stratified charge combustion region (S1, S2), the TCV 25 is fully closed so that a certain intake air flow rate can be obtained even when the engine speed is low. As a result, the fuel injection amount is relatively small. On the low load side (S2), the strength of the tumble flow T and the penetrating force of the fuel spray can be balanced as desired.
【0076】一方、比較的、燃料噴射量の多い高負荷側
(S1)では、燃料の分割噴射によって燃料噴霧の貫徹
力を一括噴射の場合よりも小さくするようにしており、
このことで、燃料噴射量の増大に伴う噴霧貫徹力の増大
を相殺して、タンブル流Tの弱い低速域であっても、燃
料噴霧の貫徹力をタンブル流Tの強さと略均衡する範囲
に留めることができる。つまり、特にタンブル流Tの弱
くなる低速域において多量の燃料を噴射するときであっ
ても、燃圧を過度に低下させることなく、弱いタンブル
流に見合うように燃料噴霧の貫徹力を低下させることが
でき、これにより、燃料の微粒化特性を損なうことな
く、混合気を点火プラグ16の電極付近に狙い通りに成
層化させて、良好な着火安定性、燃焼性を確保すること
ができる。On the other hand, on the high load side (S1) where the fuel injection amount is relatively large, the penetrating force of the fuel spray is made smaller by the divided injection of fuel than in the case of collective injection,
As a result, the increase in the spray penetration force due to the increase in the fuel injection amount is offset, and the penetration force of the fuel spray is substantially in balance with the strength of the tumble flow T even in the low speed region where the tumble flow T is weak. Can be fastened. That is, even when a large amount of fuel is injected in the low speed region where the tumble flow T becomes weak, the penetrating force of the fuel spray can be reduced to match the weak tumble flow without excessively decreasing the fuel pressure. This makes it possible to stratify the air-fuel mixture in the vicinity of the electrode of the ignition plug 16 as intended without impairing the atomization characteristics of the fuel, thereby ensuring good ignition stability and combustibility.
【0077】しかも、前記分割噴射の際に燃料を前段及
び後段で2等分するようにしているので、それぞれの噴
射のための開弁時間が総噴射量に対して最も長くなる。
従って、この実施形態のように電磁ソレノイドによって
芯弁を動作させるようにしたスワールインジェクタ18
を用いる場合に、燃料の正常な噴射動作のために必要な
最小の開弁時間の制約があっても、比較的総噴射量の少
ない低負荷側寄りの領域まで分割噴射を実行することが
可能となる。Moreover, since the fuel is divided into two equal parts in the front stage and the rear stage during the split injection, the valve opening time for each injection becomes the longest with respect to the total injection amount.
Therefore, the swirl injector 18 in which the core valve is operated by the electromagnetic solenoid as in this embodiment
Even if there is a restriction on the minimum valve opening time required for normal fuel injection operation, the split injection can be executed up to the low load side region where the total injection amount is relatively small. Becomes
【0078】さらに、この実施形態では、前記の如く成
層燃焼領域(S1,S2)においてEGR通路33によ
り排気の一部を吸気通路21に還流させるようにしてお
り、これにより燃焼に伴うNOxの生成を抑制できると
ともに、高温の排気によって燃料噴霧の気化霧化を促進
し、燃焼性を向上することができる。Further, in this embodiment, as described above, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage 21 by the EGR passage 33 in the stratified combustion region (S1, S2), whereby NOx is generated by the combustion. In addition to suppressing the above, it is possible to promote the vaporization and atomization of the fuel spray by the high temperature exhaust gas and improve the combustibility.
【0079】尚、前記実施形態において、インジェクタ
18による燃料の分割噴射の手法は、例えば、各噴射作
動による燃料の噴射量がそれぞれ異なるものとしてもよ
く、また、燃料噴射回数を3回以上とすることもでき
る。In the above embodiment, the method of split injection of fuel by the injector 18 may be such that the injection amount of fuel by each injection operation is different, and the number of times of fuel injection is three or more. You can also
【0080】(他の実施形態)本発明の構成は前記実施
形態のものに限定されず、その他の種々の構成を包含す
るものである。すなわち、前記実施形態では、成層燃焼
領域(S1,S2)内で常にTCV25を全閉とするよ
うにしているが、これに限らず、例えば図17に仮想線
で示すように、成層燃焼領域(S1,S2)内の高速側
でTCV25を半開とし、それ以外の低速側の成層燃焼
領域(S1,S2)では全閉とするように、TCV制御
部40cを構成することもできる。こうすれば、吸気流
量の多い高速側でTCV25による吸気抵抗を減らし
て、実質的に吸気損失を解消することができる。(Other Embodiments) The structure of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and includes various other structures. That is, in the above-described embodiment, the TCV 25 is always fully closed within the stratified combustion region (S1, S2), but the present invention is not limited to this, and as shown by the phantom line in FIG. It is also possible to configure the TCV control unit 40c so that the TCV 25 is half-opened on the high speed side in S1, S2) and fully closed on the other stratified combustion regions (S1, S2) on the low speed side. In this way, the intake resistance due to the TCV 25 can be reduced on the high speed side where the intake flow rate is high, and the intake loss can be substantially eliminated.
【0081】尚、TCV25は全閉状態であっても切り
欠き部分を介して吸気が流通するものであり、このTC
V25が半開というのは、吸気の流通量が全閉状態と全
開状態との略半分になる状態のことである。The TCV 25 allows intake air to flow through the notch even in the fully closed state.
The V25 being half open means that the flow rate of intake air is approximately half of the fully closed state and the fully open state.
【0082】前記の如く、TCV25を半開状態とすれ
ば、全閉状態と比べて吸気の流速が低下することになる
が、このことによってタンブル流Tが弱くなることに対
しては、燃料噴霧の貫徹力を分割噴射によって小さくす
ることで対応可能である。As described above, when the TCV 25 is in the half-opened state, the flow velocity of the intake air is lower than that in the fully closed state. This can be dealt with by reducing the penetration force by split injection.
【0083】また、前記実施形態のように成層燃焼領域
の高負荷側(S1)で分割噴射を行い、一方、低負荷側
で一括噴射とするのではなく、成層燃焼領域の高負荷側
(S1)に設定した特定の運転領域でTCV25を全閉
状態よりも開くようにし、このときに分割噴射を行うよ
うにしてもよい。このようにした場合、ECU40のT
CV制御部40cは、前記特定運転領域においてそれ以
外の成層燃焼領域(S1,S2)にあるときと比べて吸
気通路21の断面積が大きくなるようにTCV25の開
度を制御するタンブル強さ制御手段を構成する。Further, as in the above embodiment, the split injection is performed on the high load side (S1) of the stratified charge combustion region, and on the other hand, instead of performing the collective injection on the low load side, the high load side of the stratified charge combustion region (S1) It is also possible to open the TCV 25 more than in the fully closed state in the specific operation region set to), and to perform split injection at this time. In this case, the ECU 40 T
The CV control unit 40c controls the opening degree of the TCV 25 so that the cross-sectional area of the intake passage 21 becomes larger in the specific operation region than in the other stratified combustion regions (S1, S2). Constitutes a means.
【0084】さらに、前記実施形態においてTCV制御
部40cを、成層燃焼領域の高負荷側(S1)でTCV
25を半開とする一方、低負荷側(S2)では全閉とす
るように構成してもよい。Further, in the above-described embodiment, the TCV control unit 40c is set to TCV on the high load side (S1) of the stratified charge combustion region.
25 may be half-opened, while fully closed on the low load side (S2).
【0085】また、この実施形態では、温間の成層燃焼
領域(S1,S2)内で常に排気の還流(EGR)を行
わせるようにしており、一方、そのEGR率に関係な
く、成層燃焼領域の高負荷側(S1)では分割噴射させ
るようにしているが、これに限らず、例えば、EGR率
(吸気量に対する排気還流量の割合)が所定値以上のと
きには、エンジンが特定運転領域にあっても燃料噴射弁
による燃料の分割噴射を禁止して、該インジェクタ18
により燃料を気筒の圧縮行程で一括して噴射させるよう
にしてもよい。Further, in this embodiment, exhaust gas recirculation (EGR) is always performed in the warm stratified combustion region (S1, S2), while the stratified combustion region is irrespective of the EGR rate. However, the present invention is not limited to this, and when the EGR rate (ratio of the exhaust gas recirculation amount to the intake air amount) is equal to or higher than a predetermined value, the engine is in the specific operation region. Even if the divided injection of fuel by the fuel injection valve is prohibited, the injector 18
Therefore, the fuel may be collectively injected in the compression stroke of the cylinder.
【0086】こうすれば、多量の排気の還流によって燃
料噴霧の気化霧化を促進しながら、このことによって該
燃料噴霧の貫徹力を十分に低下させることができるの
で、燃料噴霧の貫徹力とタンブル流Tの強さとの均衡関
係を維持しながら、燃料の一括噴射による燃費の低減が
図られる。In this way, the penetration of the fuel spray can be sufficiently reduced by promoting the vaporization and atomization of the fuel spray by the recirculation of a large amount of exhaust gas. While maintaining the equilibrium relationship with the strength of the flow T, fuel consumption can be reduced by batch injection of fuel.
【0087】さらにまた、前記実施形態では、エンジン
1の気筒2内燃焼室6に燃料を直接噴射する燃料噴射弁
としてスワールインジェクタ18を用いているが、これ
に限るものではない。例えば、先端部にスリットを設け
て扁平状の燃料噴霧を形成するようにしたスリットタイ
プのインジェクタや、複数の微小な噴口から燃料を噴射
し、それらを一体として1つの燃料噴霧を形成するよう
にした多噴口タイプのインジェクタを用いてもよい。Furthermore, in the above embodiment, the swirl injector 18 is used as the fuel injection valve for directly injecting the fuel into the combustion chamber 6 in the cylinder 2 of the engine 1, but the invention is not limited to this. For example, a slit-type injector in which a slit is provided at the tip end to form a flat fuel spray, or fuel is injected from a plurality of minute injection ports, and these are integrated to form one fuel spray. The multi-jet type injector described above may be used.
【0088】また、燃料噴射弁としては、前記実施形態
の如く芯弁を電磁ソレノイド等により作動させる構成の
ものに限らず、例えば圧電素子(ピエゾ素子)によって
開閉されるタイプのインジェクタを用いることもでき
る。そして、この場合には噴射率の制御が可能となるの
で、前記実施形態における分割噴射に代えて、1回の燃
料噴射作動中に燃料の噴射率を変更することによって、
燃料噴霧の貫徹力を調節するようにしてもよい。Further, the fuel injection valve is not limited to the one in which the core valve is actuated by the electromagnetic solenoid or the like as in the above embodiment, but an injector of the type opened and closed by a piezoelectric element (piezo element) may be used. it can. In this case, since the injection rate can be controlled, by changing the fuel injection rate during one fuel injection operation instead of the split injection in the above embodiment,
The penetration force of the fuel spray may be adjusted.
【0089】例えば、図18に一例を示すように、エン
ジン1が成層燃焼領域の高負荷側(S1)における少な
くとも低速側にあるときに、気筒2の圧縮行程中期以降
にインジェクタにより燃料を、噴射開始側の噴射率が噴
射終了側に比べて高くなるように噴射させるようにす
る。具体的には、同図(a)の如く、1回の噴射作動中に
その実質的な開口面積を変化させて、噴射作動の開始側
で大きく開く一方、噴射作動の終了側で小さく開くよう
にする。或いは、同図(b)の如く、インジェクタを極め
て短い時間間隔で断続的に複数回(図例では5回だが、
これに限るものではない)、開閉させるとともに、その
開弁時間を徐々に短くするようにしてもよい。For example, as shown in FIG. 18, when the engine 1 is at least on the low speed side in the high load side (S1) of the stratified charge combustion region, fuel is injected by the injector after the middle stage of the compression stroke of the cylinder 2. The injection is performed so that the injection rate on the start side is higher than that on the injection end side. Specifically, as shown in (a) of the same figure, the substantial opening area is changed during one injection operation so that the opening side is wide at the start side of the injection operation and small at the end side of the injection operation. To Alternatively, as shown in FIG. 6B, the injector is intermittently repeated a plurality of times at extremely short time intervals (5 times in the example in the figure,
However, the valve opening time may be gradually shortened as the valve is opened and closed.
【0090】そのように噴射率を変化させると、インジ
ェクタの噴口が開いたときにそこから最初に噴出する相
対的に分量の多い燃料(噴射開始側の燃料)が空気の壁
との衝突によって速やかに運動量を失う一方、これに続
いて噴出する後続の燃料(噴射終了側の燃料)の分量が
少なくなるため、この後続の燃料による燃料噴霧の発達
が抑えられて、燃料噴霧の貫徹力が相対的に小さなもの
となる。このことで、前記実施形態における分割噴射と
同様に成層燃焼領域内の高負荷側における低速側、即ち
特に吸気流速が低くてタンブル流Tが弱くなるにも拘わ
らず、燃料の噴射量が多くなる状況で、燃圧を過度に低
下させることなく、燃料噴霧の貫徹力を弱いタンブル流
Tに見合うように低下させることができる。When the injection rate is changed in this way, the relatively large amount of fuel (fuel on the injection start side) that is first ejected from the injector when it opens is promptly collided with the air wall. While the momentum is lost, the amount of the subsequent fuel (fuel on the injection end side) ejected subsequently decreases, so that the development of fuel spray due to this subsequent fuel is suppressed and the penetration force of the fuel spray is relatively increased. Will be small. As a result, similar to the split injection in the above-described embodiment, the injection amount of the fuel increases even though the tumble flow T becomes weak due to the low speed side on the high load side in the stratified charge combustion region, that is, the intake flow velocity is particularly low. In some situations, the penetrating force of the fuel spray can be reduced to match the weak tumble flow T without excessively reducing the fuel pressure.
【0091】[0091]
【発明の効果】以上、説明したように、請求項1の発明
に係る火花点火式直噴エンジンの制御装置によると、気
筒内燃焼室の周縁部に燃料噴射弁を配設し、低速低負荷
側の成層燃焼領域において該燃料噴射弁により燃料を燃
焼室のタンブル流に対向するように噴射させて、点火プ
ラグの電極の周りに混合気を成層化させるようにしたも
のにおいて、成層燃焼領域内の高負荷側に設定した特定
の運転領域では燃料を気筒の圧縮行程で複数回に分けて
噴射させることで、燃料の噴射量が比較的多くても、燃
料噴霧の貫徹力を一括噴射の場合に比べて小さくするこ
とができる。As described above, according to the control device for a spark ignition type direct injection engine according to the invention of claim 1, the fuel injection valve is arranged at the peripheral portion of the combustion chamber in the cylinder, and the low speed low load is applied. In the stratified charge combustion region, the fuel is injected by the fuel injection valve so as to face the tumble flow in the combustion chamber to stratify the air-fuel mixture around the electrode of the spark plug. In a specific operating region set on the high load side, the fuel is injected in a plurality of times in the compression stroke of the cylinder, so that even if the fuel injection amount is relatively large, the penetration force of the fuel spray is in the case of collective injection. It can be smaller than.
【0092】従って、例えば請求項2の発明のように、
成層燃焼領域内の高負荷側における低速側を特定運転領
域とすれば、特に吸気流速が低くてタンブル流の弱くな
る低速域でも、燃圧を過度に低下させることなく燃料噴
霧の貫徹力とタンブル流の強さとの均衡状態を容易に維
持して、混合気を狙い通りに点火プラグ電極付近に滞留
させ、良好な着火安定性を確保することができる。Therefore, for example, as in the invention of claim 2,
If the low-speed side of the high-load side in the stratified combustion region is set as the specific operation region, the penetration force of the fuel spray and the tumble flow can be maintained without excessively lowering the fuel pressure even in the low-speed region where the intake flow velocity is low and the tumble flow is weak. It is possible to easily maintain the equilibrium state with the strength of the air-fuel mixture and retain the air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug electrode as intended, thereby ensuring good ignition stability.
【0093】また、請求項3の発明のように、基本的に
成層燃焼領域では気筒への吸気通路の断面積が小さくな
るようにタンブル強さ調節手段を制御するようにしたも
のでは、エンジンへの出力要求が相対的に高い高負荷側
のいずれかの運転領域で吸気通路の断面積が相対的に大
きくなるように前記タンブル強さ調節手段を制御すると
ともに、燃料の分割噴射を行うようにすることで、燃料
噴霧の貫徹力とタンブル中の強さとの均衡状態を維持し
ながら、吸気損失を低減して出力を容易に確保すること
ができる。Further, as in the third aspect of the invention, basically, in the stratified charge combustion region, the tumble strength adjusting means is controlled so that the cross-sectional area of the intake passage to the cylinder becomes small. Is controlled so that the cross-sectional area of the intake passage becomes relatively large in any one of the operating regions on the high load side where the output demand is relatively high, and the split injection of fuel is performed. By doing so, the intake loss can be reduced and the output can be easily ensured while maintaining the balance between the penetration force of the fuel spray and the strength during tumble.
【0094】より具体的に、例えば請求項4の発明のよ
うに成層燃焼領域の高負荷側における高速側を特定運転
領域とすれば、吸気の流量が相対的に多いときに吸気通
路の断面積を大きくして、吸気損失の増大を確実に防止
することができる。しかも、燃料噴霧の気化霧化のため
の時間を確保し難い高速側でも、分割噴射によって燃料
の気化霧化を改善できる。More specifically, when the high speed side of the high load side of the stratified charge combustion region is set as the specific operation region as in the invention of claim 4, for example, when the flow rate of intake air is relatively high, the cross sectional area of the intake passage is increased. Can be increased to reliably prevent an increase in intake loss. Moreover, even on the high speed side where it is difficult to secure the time for the vaporization and atomization of the fuel spray, the vaporization and atomization of the fuel can be improved by the divided injection.
【0095】請求項5の発明によると、成層燃焼領域で
エンジンの吸気系に排気の一部を還流させることで、燃
焼に伴うNOxの生成を抑制し、また、燃料噴霧の気化
霧化を促進して、混合気の燃焼性を向上できる。According to the fifth aspect of the present invention, by recirculating a part of the exhaust gas to the intake system of the engine in the stratified combustion region, the generation of NOx due to combustion is suppressed, and the vaporization and atomization of the fuel spray is promoted. Thus, the combustibility of the air-fuel mixture can be improved.
【0096】この場合に、請求項6の発明のように、特
定運転領域にあっても排気還流量の割合が多いときには
分割噴射を禁止して、燃料を一括して噴射するようにす
れば、多量の排気の還流によって燃料噴霧の貫徹力を十
分に低下させることができるので、燃料噴霧の貫徹力と
タンブル流の強さとの均衡関係を維持しながら、一括噴
射によって燃費を低減することができる。In this case, like the invention of claim 6, if the ratio of the exhaust gas recirculation amount is large even in the specific operation region, the split injection is prohibited and the fuel is injected all at once. Since a large amount of exhaust gas recirculation can sufficiently reduce the penetration force of the fuel spray, it is possible to reduce fuel consumption by batch injection while maintaining the equilibrium relationship between the penetration force of the fuel spray and the strength of the tumble flow. .
【0097】請求項7の発明に係る火花点火式直噴エン
ジンの制御装置によると、請求項1の発明と同様の前提
構成において、成層燃焼領域内の高負荷側における低速
側で燃料噴射弁により燃料を、噴射開始側の噴射率が噴
射終了側に比べて大きくなるように噴射させることで、
燃料噴射量が多くても燃料噴霧の貫徹力を比較的、小さ
くすることができる。このことで、請求項2の発明と同
様に、特に吸気流速が低くてタンブル流の弱くなる低速
域でも、燃圧を過度に低下させることなく混合気を点火
プラグ電極付近に滞留させて、良好な着火安定性を確保
することができる。According to the control apparatus for a spark ignition type direct injection engine according to the invention of claim 7, in the same precondition as the invention of claim 1, the fuel injection valve is used on the low speed side in the high load side in the stratified charge combustion region. By injecting fuel so that the injection rate on the injection start side is greater than that on the injection end side,
Even if the fuel injection amount is large, the penetrating force of the fuel spray can be made relatively small. As a result, similarly to the invention of claim 2, even in the low speed region where the intake air velocity is low and the tumble flow is weak, the air-fuel mixture is retained near the ignition plug electrode without excessively lowering the fuel pressure, which is favorable. Ignition stability can be secured.
【0098】請求項8の発明によると、圧電素子の動作
によって開閉する燃料噴射弁を用いることで、噴射作動
の制御の自由度及び制御の精度が格段に高くなり、噴射
率の制御をより確実に行えるようになり、これにより、
請求項7の発明の効果を十分に得ることができる。According to the eighth aspect of the present invention, by using the fuel injection valve that opens and closes by the operation of the piezoelectric element, the degree of freedom in controlling the injection operation and the accuracy of the control are remarkably increased, and the injection rate can be controlled more reliably. This will allow you to
The effect of the invention of claim 7 can be sufficiently obtained.
【図1】本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジ
ンの制御装置の全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a control device for a spark ignition direct injection engine according to an embodiment of the present invention.
【図2】ピストン冠面、吸気ポート、点火プラグ及びイ
ンジェクタの配置構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an arrangement configuration of a piston crown surface, an intake port, an ignition plug, and an injector.
【図3】気筒中心線に沿って見て、ピストン冠面の凹
部、タンブル流及び燃料噴霧の位置関係を示す説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a positional relationship among a concave portion of a piston crown surface, a tumble flow, and a fuel spray when viewed along a cylinder center line.
【図4】気筒中心線に直交する方向から見た図3相当図
である。4 is a view corresponding to FIG. 3 viewed from a direction orthogonal to a cylinder center line.
【図5】燃料供給系の構成を模式的に示す説明図であ
る。FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel supply system.
【図6】エンジンを成層燃焼状態又は均一燃焼状態とす
る運転領域をそれぞれ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 operating regions for setting the engine to a stratified combustion state or a uniform combustion state are set respectively.
【図7】インジェクタの燃料噴射作動を模式的に示す説
明図である。FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the fuel injection operation of the injector.
【図8】気筒の吸気行程において燃焼室に生成されるタ
ンブル流の様子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a state of a tumble flow generated in a combustion chamber in an intake stroke of a cylinder.
【図9】気筒の燃料噴射時期においてタンブル流に衝突
するように噴射される燃料噴霧の様子を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a state of fuel spray injected so as to collide with a tumble flow at a fuel injection timing of a cylinder.
【図10】気筒の点火時期において点火プラグの電極付
近に滞留する混合気の様子を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state of an air-fuel mixture that stays near an electrode of a spark plug at an ignition timing of a cylinder.
【図11】燃焼室でタンブル流と燃料噴霧とが均衡する
CFD解析の結果を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a result of a CFD analysis in which a tumble flow and a fuel spray are balanced in a combustion chamber.
【図12】点火プラグの電極近傍に滞留する混合気の濃
度分布を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing the concentration distribution of the air-fuel mixture that stays in the vicinity of the electrodes of the spark plug.
【図13】エンジン回転速度の変化に対するタンブル流
速の変化を示すグラフ図である。FIG. 13 is a graph showing a change in tumble flow rate with respect to a change in engine rotation speed.
【図14】エンジン回転速度の変化に対応付けて噴霧貫
徹力を変更する制御特性の一例を示すグラフ図である。FIG. 14 is a graph showing an example of control characteristics for changing the spray penetration force in association with a change in engine rotation speed.
【図15】燃料を2等分して噴射したときの燃料噴霧の
様子を時間の経過に沿って模式的に示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram schematically showing the state of fuel spray when the fuel is divided into two equal parts and injected over time.
【図16】燃料を一括噴射したときの燃料噴霧の様子を
時間の経過に沿って模式的に示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram schematically showing a state of fuel spraying when fuel is collectively injected, over time.
【図17】成層燃焼領域の高速側でTCVを開くように
した他の実施形態に係る図6相当図である。FIG. 17 is a view corresponding to FIG. 6 according to another embodiment in which the TCV is opened on the high speed side of the stratified charge combustion region.
【図18】燃料の噴射率を変化させるようにした他の実
施形態に係る図7相当図である。FIG. 18 is a view corresponding to FIG. 7 according to another embodiment in which the fuel injection rate is changed.
A 火花点火式直噴エンジンの制御装置 1 エンジン 2 気筒 6 燃焼室 16 点火プラグ 18 インジェクタ(燃料噴射弁) 21 吸気通路 25 TCV(タンブル強さ調節手段) 25a ステッピングモータ(タンブル強さ調節手段) 33 EGR通路(排気還流通路) 34 EGR弁(開閉弁) 40 ECU(エンジンコントロールユニット) 40a 噴射制御部(燃料噴射制御手段) 40b EGR制御部(排気還流制御手段) 40c TCV制御部(タンブル強さ制御手段) S1 成層燃焼領域の高負荷側(特定運転領域) T タンブル流 A Spark ignition type direct injection engine control device 1 engine Two cylinder 6 Combustion chamber 16 spark plugs 18 Injector (fuel injection valve) 21 Intake passage 25 TCV (Tumble strength control means) 25a Stepping motor (tumble strength adjusting means) 33 EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 34 EGR valve (open / close valve) 40 ECU (engine control unit) 40a Injection control unit (fuel injection control means) 40b EGR control section (exhaust gas recirculation control means) 40c TCV control unit (tumble strength control means) High load side of S1 stratified combustion area (specific operation area) T tumble style
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 41/34 F02D 41/34 H 43/00 301 43/00 301J 301T 301U F02M 25/07 570 F02M 25/07 570A (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 (72)発明者 斉藤 史彦 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 丸原 正志 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 陰山 明 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 瀬戸 祐利 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) 3G023 AA00 AA01 AA18 AB03 AC05 AD02 AD06 AG01 AG03 3G062 BA04 BA05 BA06 BA08 BA09 CA06 DA01 DA02 EA10 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA23 GA01 GA04 GA06 GA17 3G084 AA00 BA05 BA13 BA15 BA20 BA21 BA24 CA03 CA04 CA09 DA02 DA04 DA10 DA11 EC07 FA08 FA10 FA29 FA30 FA33 FA38 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 AA17 BA08 BB06 BB08 BB12 BB13 BB19 DC03 DC06 DC09 DE03S DE09S DG09 EA01 EA11 FA00 FA05 FA15 GA05 GA06 HA01Z HB09X HB09Z HD05Z HE01Z HE03Z 3G301 HA01 HA04 HA13 HA16 HA17 JA00 JA04 JA23 JA25 KA08 KA09 LA03 LA05 LB04 LB06 LC01 MA19 MA26 MA27 PA04Z PB08A PB08Z PD04Z PE01Z PE03Z PF03Z Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F02D 41/34 F02D 41/34 H 43/00 301 43/00 301J 301T 301U F02M 25/07 570 F02M 25/07 570A ( 72) Inventor Keiji Araki 3-1-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture Mazda Co., Ltd. (72) Fumihiko Saito 3-3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture (72) Inventor Maruhara Masashi, 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture Mazda Co., Ltd. (72) Inventor Akira Inayama 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture (72) Inventor, Yuri Seto Aki-gun, Hiroshima Prefecture Fuchu-cho Shinchi No. 3 Mazda Co., Ltd. F term (reference) 3G023 AA00 AA01 AA18 AB03 AC05 AD02 AD06 AG01 AG03 3G062 BA04 BA05 BA06 BA08 BA09 CA06 DA01 DA02 EA10 ED01 ED04 ED10 FA02 FA05 FA23 GA01 GA04 GA06 GA17 3G084 A08 BA15 BA20 BA21 BA24 CA03 CA04 CA09 DA02 DA04 DA10 DA 11 EC07 FA08 FA10 FA29 FA30 FA33 FA38 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 AA17 BA08 BB06 BB08 BB12 BB13 BB19 DC03 DC06 DC09 DE03S DE09S DG09 EA01 EA11 FA00 FA05 HA15 HA08 HA01 HA23 HA01Z23 KA09 LA03 LA05 LB04 LB06 LC01 MA19 MA26 MA27 PA04Z PB08A PB08Z PD04Z PE01Z PE03Z PF03Z
Claims (8)
プラグを配設する一方、該燃焼室の周縁部に燃料噴射弁
を配設し、エンジンが成層燃焼領域にあるときに前記燃
料噴射弁により燃料を燃焼室のタンブル流に対向するよ
うに噴射させて、前記点火プラグの電極の周りに混合気
を成層化するようにした火花点火式直噴エンジンの制御
装置において、 エンジンが前記成層燃焼領域内の高負荷側に設定した特
定の運転領域にあるときに、前記燃料噴射弁により燃料
を気筒の圧縮行程で複数回に分けて噴射させる一方、成
層燃焼領域の低負荷側では燃料を気筒の圧縮行程で一括
して噴射させ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 provided at a peripheral portion of the combustion chamber while an ignition plug is provided at a ceiling portion of a combustion chamber in a cylinder of the engine, and the fuel injection is performed when the engine is in a stratified combustion region. In a control device for a spark ignition type direct injection engine in which fuel is injected by a valve so as to oppose a tumble flow in a combustion chamber to stratify the air-fuel mixture around an electrode of the spark plug, When in a specific operating region set on the high load side in the combustion region, the fuel is injected by the fuel injection valve in a plurality of times in the compression stroke of the cylinder, while the fuel is injected on the low load side in the stratified combustion region. A control device for a spark ignition type direct injection engine, comprising fuel injection control means for performing a single injection in a compression stroke of a cylinder.
速側に設定され、 燃料噴射制御手段は、エンジンが前記特定運転領域にあ
るときに燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程の中期
以降の期間内に2等分して噴射させるように構成されて
いることを特徴とする火花点火式直噴エンジンの制御装
置。2. The specific operation region is set to a low speed side of the high load side in the stratified charge combustion region according to claim 1, and the fuel injection control means controls the fuel injection valve when the engine is in the specific operation region. A control device for a spark ignition type direct injection engine, characterized in that fuel is divided into two equal parts and injected during a period after the middle stage of a compression stroke of a cylinder.
流の強さを調節するタンブル強さ調節手段と、 エンジンが特定運転領域にあるときにそれ以外の成層燃
焼領域にあるときと比べて吸気通路断面積が大きくなる
ように前記タンブル強さ調節手段を制御するタンブル強
さ制御手段とを備えていることを特徴とする火花点火式
直噴エンジンの制御装置。3. The tumble strength adjusting means for changing the cross-sectional area of the intake passage to the cylinder to adjust the strength of the tumble flow in the combustion chamber according to claim 1, and the tumble strength adjusting means when the engine is in a specific operation region. And a tumble strength control means for controlling the tumble strength adjusting means so that the cross-sectional area of the intake passage becomes larger than that in the stratified charge combustion region other than the spark ignition type direct injection engine. Control device.
速側に設定され、 燃料噴射制御手段は、エンジンが前記特定運転領域にあ
るときに燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程の中期
以降の期間内に2等分して噴射させるように構成されて
いることを特徴とする火花点火式直噴エンジンの制御装
置。4. The specific operation range according to claim 3, wherein the high speed side of the high load side in the stratified charge combustion range is set, and the fuel injection control means controls the fuel injection valve when the engine is in the specific operation range. A control device for a spark ignition type direct injection engine, characterized in that fuel is divided into two equal parts and injected during a period after the middle stage of a compression stroke of a cylinder.
路と、 前記排気還流通路を開閉する開閉弁と、 エンジンが少なくとも成層燃焼領域にあるときに前記開
閉弁を開いて排気の還流を行わせる排気還流制御手段と
を備えていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン
の制御装置。5. The exhaust gas recirculation passage according to any one of claims 1 to 4, which recirculates a part of exhaust gas to an intake system of the engine, an on-off valve which opens and closes the exhaust gas recirculation passage, and the engine includes at least stratified combustion. An exhaust gas recirculation control means for opening the on-off valve to recirculate the exhaust gas when in a region, the control device for a spark ignition type direct injection engine.
が所定値以上のときには、エンジンが特定運転領域にあ
っても燃料噴射弁による燃料の分割噴射を禁止して、該
燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮行程で一括して噴射
させるように構成されている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. The fuel injection control means according to claim 5, when the ratio of the exhaust gas recirculation amount to the intake air amount is equal to or more than a predetermined value, the fuel injection control unit prohibits the split injection of fuel by the fuel injection valve. A control device for a spark ignition type direct injection engine, wherein the fuel injection valve is configured to inject fuel collectively in a compression stroke of a cylinder.
プラグを配設する一方、該燃焼室の周縁部に燃料噴射弁
を配設し、エンジンが成層燃焼領域にあるときに前記燃
料噴射弁により燃料を燃焼室のタンブル流に対向するよ
うに噴射させて、前記点火プラグの電極の周りに混合気
を成層化するようにした火花点火式直噴エンジンの制御
装置において、 エンジンが前記成層燃焼領域内の高負荷側における少な
くとも低速側にあるときに、気筒の圧縮行程で前記燃料
噴射弁により燃料を、噴射開始側の噴射率が噴射終了側
に比べて高くなるように噴射させ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 provided at a peripheral portion of the combustion chamber while an ignition plug is provided at a ceiling portion of a combustion chamber in a cylinder of the engine, and the fuel injection is performed when the engine is in a stratified combustion region. In a control device for a spark ignition type direct injection engine, in which fuel is injected by a valve so as to face a tumble flow in a combustion chamber to stratify the air-fuel mixture around an electrode of the spark plug, the engine comprises the stratification Fuel injection for injecting fuel by the fuel injection valve in the compression stroke of the cylinder so that the injection rate on the injection start side is higher than that on the injection end side when at least on the low speed side in the high load side in the combustion region. A control device for a spark ignition type direct injection engine, which is provided with a control means.
構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジ
ンの制御装置。8. The control device for a spark ignition type direct injection engine according to claim 7, wherein the fuel injection valve is configured to open and close by the operation of the piezoelectric element.
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---|---|---|---|
JP2002061310A JP2003262146A (en) | 2002-03-07 | 2002-03-07 | Control device of spark ignition type direct injection engine |
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---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100417798C (en) * | 2004-03-03 | 2008-09-10 | 丰田自动车株式会社 | Engine fuel injection device and engine fuel injection method |
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JP2015021390A (en) * | 2013-07-16 | 2015-02-02 | 富士重工業株式会社 | Injector |
CN113123891A (en) * | 2021-06-17 | 2021-07-16 | 潍柴动力股份有限公司 | Control method of combustion system, combustion system and internal combustion engine |
-
2002
- 2002-03-07 JP JP2002061310A patent/JP2003262146A/en not_active Abandoned
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