JP2004360539A - Direct cylinder injection internal combustion engine - Google Patents

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Akihiko Kakuho
章彦 角方
Koji Hiratani
康治 平谷
Eiji Takahashi
英二 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform stratified charge combustion operation excellent in fuel economy or exhaust emission , in a wide operation range. <P>SOLUTION: A fuel injection valve is disposed at an approximately center position of an upper face of a combustion chamber, and an ignition plug is disposed adjacently to the fuel injection valve. An approximately cylindrical cavity is formed at a center position of the crown surface of a piston. Two stratified charge combustion modes are provided as follows: a first stratified charge operation mode (mode 1) igniting fuel during fuel injection or immediately after the completion of the fuel injection and before a collision with a piston; and a second stratified charge operation mode (mode 2) igniting the fuel after the completion of the fuel injection and has passed through the piston. In the first stratified charge mode, when a smoke emission amount or a CO emission amount exceeds a switching level, the first stratified mode is switched to the second stratified charge mode (mode 2). In the second stratified charge mode, when combustion stability exceeds a switching level, the second stratified charge mode is switched to the first stratified charge mode (mode 1). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筒内に燃料を噴射することにより成層燃焼を実現するようにした筒内直接噴射式内燃機関の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1には、筒内直接噴射式内燃機関の一例が開示されている。この特許文献1の内燃機関は、ピストン冠面にキャビティつまりピストンボウルを凹設するとともに、燃料噴射弁をピストンボウルの真上近傍に配置し、燃料噴霧をピストンボウル周壁面に衝突させ、ピストンボウル中心部へ向かう噴霧循環流を形成することにより、筒内に適切な成層混合気を形成するようにしており、これによって燃料消費の低減を図っている。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−82028公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成においては、ピストンを経由(換言すればピストンと衝突)して形成される成層混合気の大きさは、おおむねピストンキャビティの形状すなわちキャビティ容積によって定まる。
【0005】
この場合、ある1つの成層運転条件において、安定燃焼を行い、かつ良好な燃費や排気エミッションを実現させようとすると、機関回転速度および負荷の異なる他の成層運転条件においては、良好な燃焼が成立せず、いわゆる跳ね返りが生じる懸念がある。
【0006】
例えば、機関回転速度が高い場合は、機関回転速度が低い場合と比べて、混合気形成時間に対するクランク角度の進行(ピストン上昇)が相対的に早くなり、仮に同一の燃料噴射時期、燃料噴射期間(これは機関負荷に比例する)では、点火プラグ近傍に可燃混合気が到達しないうちに、所定の点火時期を迎えることになる。機関回転速度が高くなるほど噴射時期を進角側に設定することで上記問題を回避することが考えられるが、早期の噴射では、ピストンキャビティにより燃料噴霧を受け止めることが難しくなる。特に、全負荷領域において吸気行程噴射により均一混合気による燃焼を行うことを考慮すると、ある程度以上の噴霧角(傘角)で噴射される燃料噴霧を用いる必要があり、従って、成層燃焼時に過早な噴射時期に設定することはできない。
【0007】
また、噴霧を受け止め易いようにキャビティを大開口にした場合には、圧縮比の観点からキャビティの深さが制約されることとなり、十分な深さがないために逆に燃料噴霧を受け止めることが難しくなる。
【0008】
つまり、上記従来のように、成層燃焼時に常にピストンキャビティを経由した燃料に点火するようにした構成では、機関回転速度の高低に対して、安定かつ良好な燃費,排気の運転を行うことが難しい。
【0009】
一方、機関負荷の高低について検討すると、常に同一の混合気形成プロセスでは、低い負荷での成層運転においては、点火プラグ近傍の成層混合気がリーンとなり易く、燃焼安定性が悪くなり燃費が悪化する傾向となる。また、高い負荷での成層運転においては、点火プラグ近傍の成層混合気が過濃となり、スモークやHCが増加する懸念がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような問題を解決するために、成層運転条件の中において、さらに2種類の燃焼方式に切り換えるようにしたものである。
【0011】
すなわち本発明の筒内直接噴射式内燃機関は、燃焼室上部に点火プラグと燃料噴射弁とを有し、かつピストン冠面の略中心付近に略円筒状のキャビティを有している。そして、成層燃焼を行う運転モードとして、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第1の成層運転モードと、燃料噴射終了後、ピストンを経由した燃料に点火する第2の成層運転モードと、を有している。
【0012】
ここで、第2の成層運転モードとして燃料噴射終了後にピストンを経由して形成される混合気は、キャビティを経由することにより、十分な気化と混合がなされたのち、キャビティ上空に比較的均一な混合気分布を形成する。これにより、過濃な混合気からのスモークやCOの排出の懸念がなく、混合気分布のサイクル変動の影響を受けづらいという利点がある。
【0013】
しかしながら、機関回転速度の上昇に伴って、均一な混合気形成を十分に行うには、時間が不足となることが懸念される。また、機関回転速度の上昇とともに、筒内流動が強くなることで、混合気が過拡散となり、点火プラグ近傍が過薄となる恐れがある。
【0014】
さらに、機関負荷が低い場合、キャビティ上空に形成される比較的均一な混合気が可燃空燃比を超えて薄くなり、失火する恐れがある。
【0015】
一方、第1の成層運転モードとして燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の飛翔中の燃料噴霧は、噴射後直ちに噴霧軸の周囲から、周辺空気と混合および気化により混合気を形成する。このピストンを経由しない混合気は、機関回転速度に拘わらず燃料噴射弁直下に速やかにコンパクトな混合気として形成されるため、機関回転速度に拘わらず安定した成層燃焼を行うことができる。
【0016】
また、機関負荷が低い場合でも、確実にスパークギャップ付近に燃料(混合気)を配することが可能なため、安定した燃焼が実現できる。
【0017】
しかしながら、噴射中または噴射終了直後の燃料は、大きな分布を持ち、燃料噴射量の多い高負荷領域では、スパークギャップ周辺の混合気濃度が可燃空燃比を超えて濃くなり、燃焼安定性を悪化させるほか、過濃な混合気からCOまたはスモークが排出される恐れがある。
【0018】
請求項1の発明は、これらの2つの成層運転モードを、内燃機関の燃焼状態に応じて切り換えることを特徴としている。すなわち、機関回転速度や負荷に応じて2つの成層運転モードを切り換えるとしても、多気筒内燃機関では燃料噴射弁の個体差による気筒バラツキがあり、また、燃料噴射弁や点火プラグ等の経時劣化もあるので、これらに対応するために、運転中の燃焼状態に応じて2つの成層運転モードの中で、適切な燃焼モードを選択する必要がある。内燃機関の燃焼状態を示すパラメータとしては、例えば、内燃機関の燃焼安定度、スモーク排出量、CO排出量などが挙げられる。
【0019】
【発明の効果】
この発明によれば、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第1の成層運転モードと、燃料噴射終了後、ピストンを経由した燃料に点火する第2の成層運転モードと、を実際の内燃機関の燃焼状態に応じて切り換えることにより、機関の回転速度や負荷に拘わらず、かつ経時劣化等に影響されずに、常に安定した成層燃焼を行うことが可能となり、広い運転領域において、燃費および排気エミッションを良好なものとすることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関の一実施例の機械的構成を示している。図示するように、シリンダヘッド1と、シリンダブロック2のシリンダ3と、ピストン4と、によって燃焼室5が形成されている。この燃焼室5は、吸気弁6を介して吸気ポート7と連通し、排気弁8を介して排気ポート9と連通している。吸気弁6は、図示しない吸気弁用カムシャフトによって開閉駆動され、排気弁8は、同じく図示しない排気弁用カムシャフトによって開閉駆動される。
【0021】
上記燃焼室5の上面つまりシリンダヘッド1側の天井面の略中心位置に、ピストン4ヘ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁11が設けられている。この燃料噴射弁11の噴霧中心線は、シリンダ中心線とほぼ一致している。そして、この燃料噴射弁11に隣接して点火プラグ12が配置されており、そのスパークギャップ12aが燃焼室5中央付近に位置している。上記の燃料噴射弁11および点火プラグ12は、エンジンコントロールユニット(ECU)10からの信号に基づいて制御され、機関運転条件に応じた時期に、燃料噴射および点火が行われる。
【0022】
また、上記燃料噴射弁11と対向するように、ピストン4の冠面の中心位置に、略円筒状のキャビティ13が形成されている。このキャビティ13は、例えばリエントラント型をなし、成層燃焼時には、主としてキャビティ13内およびその上空に、成層混合気が形成される。
【0023】
上記点火プラグ12には、図2に拡大して示すように、中心電極と略平行に光ファイバ14が埋設されており、この光ファイバ14の先端が、燃焼室5に向かって、視野角θで開口している。図1に示すように、上記光ファイバ14の基端は、光強度検出器15に接続され、燃焼室5からの発光を光強度検出器15に照射するように構成されている。この光強度検出器15の検出信号は、上記エンジンコントロールユニット10に入力されている。
【0024】
上記光強度検出器15は、燃焼火炎のうち、特にスモークやCOを排出するような濃混合気が存在する場合に見られる波長500nmから600nm間の輝炎と呼ばれる発光のみを検出するように、その帯域に対応したフィルタを前面または内部に有しており、この光強度検出器15からの信号光強度に基づいて、COまたはスモークの排出量が算出される。従って、これらの光ファイバ14や光強度検出器15等によって、スモーク排出量検出手段もしくはCO排出量検出手段が構成される。
【0025】
上記のフィルタとしては、スモークやCOを排出するような濃混合気が存在する場合に見られる波長516.5nmのC2ラジカルからの発光のみを検出するよう設定されていてもよい。
【0026】
スモーク排出量(あるいはCO排出量)と輝炎(C2ラジカル)の発光強度との間には、図3に示すような関係がある。
【0027】
また、燃焼安定度検出手段として、クランク角センサ16が用いられており、このクランク角センサ16から得られる角速度の変動に基づいて、エンジンコントロールユニット10において、燃焼安定度が算出されるようになっている。
【0028】
このように構成された本発明の内燃機関では、燃焼形態として、主に圧縮行程中(特に、圧縮行程後半)に燃料噴射を行うことでリーン運転を実現し、燃費を向上させる成層燃焼モードと、吸気行程中(特に吸気行程前半)に燃料噴射を行い理論空燃比運転を実現する均質燃焼モードと、が設けられており、運転状態に応じて選択されるようになっている。
【0029】
さらに、上記の成層燃焼モードの中に、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストン4に衝突する以前の燃料に点火する第1の成層運転モード(モード1)と、燃料噴射終了後ピストン4を経由した燃料に点火する第2の成層運転モード(モード2)と、の2つの成層燃焼モードを有しており、燃焼安定度、スモーク排出量もしくはCO排出量に基づいて、最適な燃焼モードが選択され、それぞれに対応する燃料噴射時期および点火時期が設定される。つまり、両者を切り換えるように、機関の制御が行われる。
【0030】
まず始めに、本発明における上記2つの成層運転モードにおける混合気形成過程の概略を説明する。
【0031】
図4は、第1の成層運転モード、つまり、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストン4に衝突する以前の燃料に点火する成層運転モードでの混合気形成過程を示す。この第1の成層運転モードでは、燃料噴射時期は圧縮上死点近くに設定される。スパークギャップ12aは、燃料噴射弁11先端付近に設置されており、燃料噴射開始直後または燃料噴射終了直後に点火を行う。噴射された燃料のうち、ピストン4に衝突する以前の飛翔中の燃料に点火を行うためである。ここで、図2の(a),(b),(c)の順に示すように、噴射された燃料噴霧は噴霧軸の先端および周辺から、周囲空気との混合により、混合気を形成する。圧縮上死点に近い、比較的遅い噴射時期に設定することにより、燃料噴射時の筒内温度は高く、噴射後の燃料は速やかに気化、混合がなされる。そして、この第1の成層運転モードにおいては、燃料噴射中または直後の、急速に行われる気化、混合の過程において、可燃混合気が形成される噴霧軸周辺の燃料に点火を行う。これにより、安定した燃焼が実現される。
【0032】
次に、第2の成層運転モード、つまり燃料噴射終了後ピストン4を経由した燃料に点火する成層運転モードの混合気形成について図5を用いて説明する。図5では、(a)→(b)→(c)→(d)の順に混合気形成過程が進行する。また、(d1)は、最後の過程(d)について、負荷が高い場合の様子を示し、(d2)は、負荷が低い場合の様子を示している。
【0033】
この第2の成層運転モードでは、燃料噴射時期は、燃料噴霧がピストンキャビティ13に受け止められるように設定され、噴射された燃料噴霧はキャビティ13底面に衝突する。その後噴霧は、図(b)のように噴霧の貫徹力によってピストンキャビティ13底面に沿って進行し、燃焼室上空へと向かう。その後、燃焼室5上空をうずのように旋回しつつ、周囲の空気を巻き込みながら、点火プラグ12近傍のキャビティ13上空に比較的均質な成層混合気が生成される。
【0034】
機関負荷が高い場合は、図(d1)のようにキャビティ13上空に比較的濃い均質混合気が形成され、機関負荷が低くなるほど、図(d2)のようにキャビティ13上空に形成される混合気濃度が薄くなる。
【0035】
そして、このようにして形成された比較的に均質な混合気に点火を行うことで、サイクル変動の影響を受けにくくなり、かつ混合気の濃淡による排気エミッションの悪化を抑制しつつ安定した成層燃焼が実現される。
【0036】
次に、図6および図7に基づいて、機関負荷および機関回転速度に対する2つの成層運転モードでの燃焼安定度、CO排出量およびスモーク排出量の関係について説明する。なお、図中のM1は、第1の成層運転モードでの特性を、M2は、第2の成層運転モードでの特性を、それぞれ示す。
【0037】
第1の成層運転モード(図中ではモード1と略記する)においては、燃料噴射弁11直下にコンパクトな混合気として形成されるため、機関負荷が低い場合でも、確実にスパークギャップ12a付近に燃料(混合気)を配することが可能であり、安定した燃焼が実現できる。一方、機関負荷が高い場合、スパークギャップ12a周辺の混合気濃度が可燃空燃比を超えて濃くなり、燃焼安定性が悪化する。また、負荷が高くなると、過濃な混合気からは、COやスモークが排出されるようになる。
【0038】
一方、第2の成層運転モード(図中ではモード2と略記する)の場合、ピストン4を経由して形成される成層混合気が、十分に気化、混合がなされた後に形成される比較的に均質なものであるため、高負荷領域では排気エミッションの悪化なく、良好な燃焼が実現できる。一方、機関負荷が低くなると、均質な混合気が可燃空燃比を超えて薄くなるため、混合気濃度が過薄となり、燃焼安定度が悪化する。
【0039】
機関回転速度に対しては、第1の成層運転モードでは、比較的高い機関回転速度においても、速やかにコンパクトな混合気形成が可能なため、安定した成層燃焼を行うことができる。
【0040】
しかしながら、この第1の成層運転モードでは、噴射中または噴射終了直後の燃料は、大きな濃度分布を持つため、筒内流動が弱い機関低速域において、燃料の拡散混合が十分に進まない場合、過濃混合気が存在し、スモーク、CO等の排気エミッションの悪化が起こる。
【0041】
また、機関負荷に対応した燃料噴射量を噴射するための燃料噴射期間が機関速度に対して相対的に長くなった場合、初期に噴射した燃料の拡散によりHCが多く排出され、熱発生量がサイクル間で大きく変動することにより、燃焼安定度が悪化する。
【0042】
一方、第2の成層運転モードでは、機関回転速度の上昇に伴い、均一な混合気形成を十分に行うには、時間が不足となり易く、また、筒内流動が強くなることで、混合気が過拡散となり、点火プラグ近傍が過薄となって燃焼安定度が悪化する。
【0043】
本発明においては、図6および図7に示すように、燃焼安定度と、CO排出量もしくはスモーク排出量と、に基づいて、運転モードの切換を行う。具体的には、第1の成層運転モード(モード1)から第2の成層運転モード(モード2)への切換は、第1の成層運転モードの下でのスモーク排出量もしくはCO排出量のいずれかが、所定の切換レベルを超えたとき(図中のa)に行われ、第2の成層運転モード(モード2)から第1の成層運転モード(モード1)への切換は、第2の成層運転モードの下での燃焼安定度が所定の切換レベルを超えたとき(図中のb)に行われる。
【0044】
図8は、機関回転速度および機関負荷に対応した基本的な燃焼モードの切換マップを示す。基本的に、機関回転速度が低く、かつ機関負荷が高い領域では、第2の成層運転モード(モード2)による運転を行い、機関回転速度が高く、かつ機関負荷の低い領域では、第1の成層運転モード(モード1)による運転を行う。なお、所定の機関負荷以上の高負荷域ならびに所定の機関回転速度以上の高速域では、吸気行程噴射による均質燃焼を行う。
【0045】
第1の成層運転モードと第2の成層運転モードとの切換は、機関負荷が高いほど、運転モードを切り換える機関回転速度が高くなるように設定されている。
【0046】
燃焼安定度等のパラメータが検出し得ないとき、例えば、機関の始動時には、この図8に示すマップに基づいて、第1,第2の成層運転モードが選択される。そして、燃焼安定度やスモーク、COの排出量の検出が開始されると、これに基づいて、気筒毎、サイクル毎に最適な燃焼方式が選択される。
【0047】
また、成層燃焼領域の中での第1,第2の成層運転モードの切換については、切換マップを持たずに、上述した燃焼安定度等のパラメータのみに基づいて、両者を切換を行うようにすることもできる。図9は、このような場合の切換マップを示し、図示するように、成層燃焼と均質燃焼とが運転条件から決定され、成層燃焼領域の中では、上述したように燃焼安定度等のパラメータに基づいて、第1,第2の成層運転モードの切換が行われる。これは、図6,図7に例示するように、各パラメータに基づく第1の成層運転モード(モード1)と第2の成層運転モード(モード2)との切換領域(不感帯)が広く、かつ、この切換領域における燃焼性能が両者において差異がない場合に適しており、燃焼状態の判定に基づいた切換制御を行うことで、常に良好な成層燃焼運転が行える。
【0048】
次に、図10,図11は、CO排出量検出手段の他の実施例を示している。これは、各気筒の排気管21を横切るように一対の窓を対向して形成し、CO分子の振動モード周波数を含む赤外光が排気流を横切るように、一方の窓から第1の光ファイバ22を介して上記の赤外光を投光し、かつ他方の窓から第2の光ファイバ23を介して透過光を受光し、この透過光を、各気筒毎に光検出器に導くように構成したものである。なお、各光ファイバ22,23は、それぞれコネクタ24,25によって排気管21の窓に取り付けられている。
【0049】
このような構成において、CO排出量と赤外光の透過率は、図12に示すような関係を有しており、これによってCO排出量が検出される。本実施例の方式では、一対の光源および光検出器によって、サイクル毎の時間分解能を有する計測が可能である。
【0050】
以下に、本発明をより具体化した各請求項に特有の作用効果について、まとめて記載する。
【0051】
請求項2の発明は、内燃機関の燃焼状態を示すパラメータとして、内燃機関の燃焼安定度を検出する手段を有し、この燃焼安定度検出手段からの信号に基づいて、2つの成層運転モードの切換を行うようにした。より具体的な請求項3の発明では、一方の成層運転モードでの運転中に、上記燃焼安定度検出手段の信号に基づいて、燃焼安定度が所定レベルよりも悪化したと判定される場合に、他方の成層運転モードへ切り換えるようにした。そのため、機関の運転条件によらず、常に燃焼悪化による運転性悪化を引き起こすことなく、成層燃焼による燃費の向上を得ることができる。
【0052】
また、成層燃焼時の混合気は、その燃料噴射量や、燃料噴射時期と点火時期との時間間隔、ガス流動との相互作用の大小、によっては、大きな濃淡分布を持ち、燃焼安定度が悪化しない場合でも、濃混合気によってスモークが生成、排出される場合がある。
【0053】
そこで、請求項4の発明は、内燃機関の燃焼状態を示すパラメータとして、内燃機関のスモーク排出量を検出する手段を有し、このスモーク排出量検出手段の信号に基づいて、2つの成層運転モードの切換を行うようにした。より具体化な請求項5の発明では、一方の成層運転モードでの運転中に、上記スモーク排出量検出手段の信号に基づいて、スモーク排出量が所定値以上の場合に、他方の成層運転モードへ切り換えるようにした。そのため、スモークの排出を伴うことなく、運転条件によらず安定した成層燃焼により燃費の向上を図ることができる。
【0054】
また、成層燃焼時の大きな濃淡分布の混合気からは、濃混合気によって、スモークが排出されない場合でも、CO排出により燃焼効率が悪化するおそれがある。
【0055】
そこで、請求項6の発明は、内燃機関の燃焼状態を示すパラメータとして、内燃機関のCO排出量を検出する手段を有し、このCO排出量検出手段の信号に基づいて、2つの成層運転モードの切換を行うようにした。より具体化な請求項7の発明では、一方の成層運転モードでの運転中に、上記CO排出量検出手段の信号に基づいて、CO排出量が所定値以上の場合に、他方の成層運転モードへ切り換えるようにした。そのため、COの排出量増加による燃焼効率の悪化を引き起こさずに、成層燃焼により燃費の向上を図ることができる。
【0056】
また、第2の成層運転モードとして、燃料噴射終了後にピストンを経由して形成される混合気は、キャビティを経由することにより、十分な気化と混合がなされた後、キャビティ上空に比較的均一な混合気分布を形成する。これにより、過濃な混合気からのスモークやCOの排出の懸念がなく、混合気分布のサイクル変動の影響を受けづらいという利点がある。
【0057】
しかしながら、機関回転速度の上昇とともに、均一な混合気形成を十分に行うには、時間が不足となることが懸念される。また、機関回転速度の上昇とともに、筒内流動が強くなることで、混合気が過拡散となり、点火プラグ近傍が過薄となる恐れがある。
【0058】
さらに、特に、機関負荷が低い場合、キャビティ上空に形成される比較的均一な混合気が可燃空燃比を超えて薄くなり、失火する恐れがある。
【0059】
一方、第1の成層運転モードとして、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の飛翔中の燃料噴霧は、噴射後直ちに、噴霧軸の周囲から周辺空気と混合するとともに気化して混合気を形成する。このピストンを経由しない混合気は、機関回転速度によらず燃料噴射弁直下に速やかにコンパクトな混合気として形成されるため、機関回転速度によらず安定した成層燃焼を行うことができる。
【0060】
また、機関負荷が低い場合でも、確実にスパークギャップ付近に燃料(混合気)を配することが可能なため、安定した燃焼が実現できる。
【0061】
しかしながら、この第1の成層運転モードでは、噴射中または噴射終了直後の燃料は、大きな濃淡分布を持ち、燃焼噴射量の多い高負荷運転域では、スパークギャップ周辺の混合気濃度が可燃空燃比を超えて濃くなり、燃焼安定性を悪化させるほか、過濃な混合気からCOまたはスモークが排出される恐れがある。
【0062】
そこで、請求項8記載の発明は、内燃機関の燃焼状態を示すパラメータとして、内燃機関のスモーク排出量を検出する手段もしくは内燃機関のCO排出量を検出する手段と、内燃機関の燃焼安定度を検出する手段と、を有し、上記第1の成層運転モードから上記第2の成層運転モードへの切換は、上記第1の成層運転モードにおけるスモーク排出量もしくはCO排出量に基づいて行い、上記第2の成層運転モードから上記第1の成層運転モードへの切換は、上記第2の成層運転モードにおける燃焼安定度に基づいて行うようにした。
【0063】
つまり、燃焼安定性の悪化により成層燃焼が実現できない恐れのある第2の成層運転モードでは、燃焼安定性の検出により燃焼モードの可否を判定し、燃焼安定性よりもむしろスモークやCOの排出の恐れがある第1の成層運転モードでは、スモーク排出量またはCO排出量により燃焼モードの可否を判定することで、燃焼安定性を損なうことなく、また、スモークやCOの排出を抑制した成層燃焼が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る筒内直接噴射式内燃機関の一実施例を示す断面図。
【図2】光ファイバを備えた点火プラグの拡大図。
【図3】スモーク排出量(あるいはCO排出量)と輝炎の発光強度との関係を示す特性図。
【図4】第1の成層運転モードの混合気形成過程を示す説明図。
【図5】第2の成層運転モードの混合気形成過程を示す説明図。
【図6】機関負荷に対する燃焼安定度等の変化ならびにモード切換を示す特性図。
【図7】機関回転速度に対する燃焼安定度等の変化ならびにモード切換を示す特性図。
【図8】運転条件に対する燃焼モードのマップを示す特性図。
【図9】運転条件に対する燃焼モードのマップの異なる例を示す特性図。
【図10】CO排出量検出手段として排気管に光ファイバを設けた実施例を示す説明図。
【図11】同じく排気管の断面説明図。
【図12】この実施例におけるCO排出量と赤外光透過率との関係を示す特性図。
【符号の説明】
4…ピストン
5…燃焼室
10…エンジンコントロールユニット
11…燃料噴射弁
12…点火プラグ
13…キャビティ
14…光ファイバ
15…光強度検出器
16…クランク角センサ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in an in-cylinder direct injection type internal combustion engine which realizes stratified combustion by injecting fuel into a cylinder.
[0002]
[Prior art]
Patent Literature 1 discloses an example of a direct injection internal combustion engine. In the internal combustion engine of Patent Document 1, a cavity, that is, a piston bowl is recessed in a piston crown surface, a fuel injection valve is disposed immediately above the piston bowl, and fuel spray collides with a peripheral surface of the piston bowl. By forming a spray circulation flow toward the center, an appropriate stratified mixture is formed in the cylinder, thereby reducing fuel consumption.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-82028
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above configuration, the size of the stratified mixture formed via the piston (in other words, colliding with the piston) is substantially determined by the shape of the piston cavity, that is, the cavity volume.
[0005]
In this case, in order to perform stable combustion and achieve good fuel efficiency and exhaust emission under a certain stratified operation condition, good combustion is established under another stratified operation condition having different engine speeds and loads. Otherwise, there is a concern that so-called bouncing may occur.
[0006]
For example, when the engine rotation speed is high, the progress of the crank angle (piston rise) with respect to the mixture formation time becomes relatively faster than when the engine rotation speed is low, and the same fuel injection timing and fuel injection period are used. In this case (which is proportional to the engine load), a predetermined ignition timing is reached before the combustible mixture reaches the vicinity of the ignition plug. It is conceivable to avoid the above problem by setting the injection timing to the advanced side as the engine rotational speed becomes higher. However, in early injection, it becomes difficult to receive fuel spray by the piston cavity. In particular, in consideration of performing combustion with a uniform air-fuel mixture by intake stroke injection in the full load region, it is necessary to use fuel spray injected at a spray angle (a bevel angle) of a certain degree or more. It is not possible to set a proper injection timing.
[0007]
In addition, if the cavity is made to have a large opening so as to easily receive the fuel spray, the depth of the cavity is restricted from the viewpoint of the compression ratio. It becomes difficult.
[0008]
That is, in the configuration in which the fuel passing through the piston cavity is always ignited during stratified combustion as in the above-described conventional art, it is difficult to perform stable and good fuel economy and exhaust operation with respect to the engine speed. .
[0009]
On the other hand, when examining the level of the engine load, the stratified mixture near the spark plug tends to be lean in the stratified operation at a low load, and the stratified mixture tends to be lean, the combustion stability is deteriorated, and the fuel efficiency is deteriorated in the same mixture formation process. It becomes a tendency. Further, in the stratified operation under a high load, the stratified mixture in the vicinity of the ignition plug becomes excessively rich, and there is a concern that smoke and HC increase.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, switching is made between two types of combustion systems under stratified operation conditions.
[0011]
That is, the direct injection type internal combustion engine of the present invention has an ignition plug and a fuel injection valve in the upper part of the combustion chamber, and has a substantially cylindrical cavity near the center of the piston crown. As the operation mode for performing stratified combustion, a first stratified operation mode for igniting fuel before colliding with the piston during fuel injection or immediately after the end of fuel injection, and igniting fuel passing through the piston after ending fuel injection. A second stratified operation mode.
[0012]
Here, the air-fuel mixture formed via the piston after the end of fuel injection as the second stratified operation mode passes through the cavity, and after being sufficiently vaporized and mixed, a relatively uniform mixture is formed above the cavity. Form a mixture distribution. Accordingly, there is no fear of smoke and CO emission from the rich mixture, and there is an advantage that the mixture is less likely to be affected by the cycle fluctuation.
[0013]
However, there is a concern that, as the engine rotation speed increases, time is insufficient to sufficiently form a uniform air-fuel mixture. Also, as the in-cylinder flow becomes stronger with an increase in the engine rotation speed, the air-fuel mixture becomes overdiffused, and the vicinity of the ignition plug may become too thin.
[0014]
Furthermore, when the engine load is low, the relatively uniform mixture formed above the cavity becomes thinner than the combustible air-fuel ratio, and there is a risk of misfiring.
[0015]
On the other hand, in the first stratified operation mode, during the fuel injection or during the flight before the fuel collides with the piston immediately after the end of the fuel injection, the fuel spray during the flight, immediately after the injection, mixes the air-fuel mixture with the surrounding air by mixing and vaporizing from the surrounding air. Form. The air-fuel mixture that does not pass through the piston is quickly formed as a compact air-fuel mixture immediately below the fuel injection valve regardless of the engine speed, so that stable stratified combustion can be performed regardless of the engine speed.
[0016]
In addition, even when the engine load is low, the fuel (air-fuel mixture) can be reliably disposed near the spark gap, so that stable combustion can be realized.
[0017]
However, fuel during or immediately after the injection has a large distribution, and in a high load region where the fuel injection amount is large, the mixture concentration around the spark gap becomes rich beyond the combustible air-fuel ratio, deteriorating the combustion stability. In addition, CO or smoke may be emitted from the rich mixture.
[0018]
The invention of claim 1 is characterized in that these two stratified operation modes are switched according to the combustion state of the internal combustion engine. That is, even if the two stratified operation modes are switched in accordance with the engine speed and load, in a multi-cylinder internal combustion engine, there are cylinder variations due to individual differences of the fuel injection valves, and deterioration over time of the fuel injection valves, spark plugs, etc. In order to cope with these, it is necessary to select an appropriate combustion mode from the two stratified operation modes according to the combustion state during operation. The parameters indicating the combustion state of the internal combustion engine include, for example, the combustion stability of the internal combustion engine, the amount of smoke emission, the amount of CO emission, and the like.
[0019]
【The invention's effect】
According to the present invention, the first stratification operation mode in which fuel is ignited before colliding with the piston during fuel injection or immediately after the end of fuel injection, and the second stratification mode in which fuel is ignited through the piston after fuel injection is completed By switching between the operation mode and the actual combustion state of the internal combustion engine, it is possible to always perform stable stratified combustion regardless of the engine speed or load and without being affected by deterioration over time. In a wide operating range, fuel efficiency and exhaust emissions can be improved.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a mechanical configuration of one embodiment of a direct injection internal combustion engine according to the present invention. As shown, a combustion chamber 5 is formed by the cylinder head 1, the cylinder 3 of the cylinder block 2, and the piston 4. The combustion chamber 5 communicates with an intake port 7 via an intake valve 6 and communicates with an exhaust port 9 via an exhaust valve 8. The intake valve 6 is driven to open and close by an intake valve camshaft (not shown), and the exhaust valve 8 is driven to open and close by an exhaust valve camshaft (not shown).
[0021]
A fuel injection valve 11 for injecting fuel toward the piston 4 is provided on the upper surface of the combustion chamber 5, that is, substantially at the center of the ceiling surface on the cylinder head 1 side. The spray center line of the fuel injection valve 11 substantially coincides with the cylinder center line. An ignition plug 12 is arranged adjacent to the fuel injection valve 11, and a spark gap 12 a thereof is located near the center of the combustion chamber 5. The fuel injection valve 11 and the spark plug 12 are controlled based on a signal from an engine control unit (ECU) 10 and perform fuel injection and ignition at a timing according to the engine operating conditions.
[0022]
A substantially cylindrical cavity 13 is formed at the center of the crown of the piston 4 so as to face the fuel injection valve 11. The cavity 13 is, for example, of a reentrant type, and a stratified mixture is formed mainly in and above the cavity 13 during stratified combustion.
[0023]
As shown in the enlarged view of FIG. 2, an optical fiber 14 is embedded in the ignition plug 12 substantially in parallel with the center electrode, and the tip of the optical fiber 14 has a viewing angle θ toward the combustion chamber 5. It is open at. As shown in FIG. 1, the base end of the optical fiber 14 is connected to a light intensity detector 15 so as to irradiate the light intensity detector 15 with light emitted from the combustion chamber 5. The detection signal of the light intensity detector 15 is input to the engine control unit 10.
[0024]
The light intensity detector 15 detects only light emission called a bright flame between a wavelength of 500 nm and 600 nm, which is observed when a rich mixture such as smoke or CO is present, among combustion flames. A filter corresponding to the band is provided on the front or inside, and the emission amount of CO or smoke is calculated based on the signal light intensity from the light intensity detector 15. Therefore, the optical fiber 14, the light intensity detector 15, and the like constitute smoke emission amount detecting means or CO emission amount detecting means.
[0025]
The above filter may be set to detect only light emission from a C2 radical having a wavelength of 516.5 nm, which is observed when a rich mixture that emits smoke or CO is present.
[0026]
FIG. 3 shows a relationship between the amount of smoke emission (or the amount of CO emission) and the emission intensity of the bright flame (C2 radical).
[0027]
Further, a crank angle sensor 16 is used as the combustion stability detecting means, and the engine control unit 10 calculates the combustion stability based on the fluctuation of the angular velocity obtained from the crank angle sensor 16. ing.
[0028]
In the internal combustion engine of the present invention configured as described above, as a combustion mode, a stratified charge combustion mode that realizes a lean operation by performing fuel injection mainly during the compression stroke (particularly, the latter half of the compression stroke) and improves fuel efficiency is provided. And a homogeneous combustion mode for realizing a stoichiometric air-fuel ratio operation by performing fuel injection during the intake stroke (particularly in the first half of the intake stroke), and is selected according to the operation state.
[0029]
Further, in the above-described stratified combustion mode, a first stratified operation mode (mode 1) in which fuel is ignited before colliding with the piston 4 during fuel injection or immediately after the end of the fuel injection, and the piston 4 after the end of the fuel injection is set. And a second stratified combustion mode (mode 2) in which the fuel that has passed through is ignited. The optimum combustion mode is determined based on the combustion stability, smoke emission, or CO emission. The selected fuel injection timing and ignition timing are set. That is, the control of the engine is performed so as to switch between the two.
[0030]
First, the outline of the mixture formation process in the two stratified operation modes of the present invention will be described.
[0031]
FIG. 4 shows the mixture formation process in the first stratified operation mode, that is, the stratified operation mode in which the fuel is ignited before the collision with the piston 4 during the fuel injection or immediately after the end of the fuel injection. In the first stratified operation mode, the fuel injection timing is set near the compression top dead center. The spark gap 12a is installed near the tip of the fuel injection valve 11, and ignites immediately after the start of fuel injection or immediately after the end of fuel injection. This is to ignite the fuel in flight before colliding with the piston 4 among the injected fuel. Here, as shown in the order of (a), (b), and (c) in FIG. 2, the injected fuel spray forms an air-fuel mixture from the tip and periphery of the spray shaft by mixing with ambient air. By setting the injection timing relatively late near the compression top dead center, the in-cylinder temperature during fuel injection is high, and the fuel after injection is quickly vaporized and mixed. In the first stratified operation mode, during or immediately after fuel injection, in the course of rapid vaporization and mixing, fuel is ignited around the spray shaft where a combustible mixture is formed. Thereby, stable combustion is realized.
[0032]
Next, the formation of an air-fuel mixture in the second stratified operation mode, that is, in the stratified operation mode in which fuel is ignited via the piston 4 after fuel injection is completed, will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the mixture formation process proceeds in the order of (a) → (b) → (c) → (d). Further, (d1) shows a state when the load is high in the last step (d), and (d2) shows a state when the load is low.
[0033]
In the second stratified operation mode, the fuel injection timing is set so that the fuel spray is received by the piston cavity 13, and the injected fuel spray collides with the bottom surface of the cavity 13. After that, the spray proceeds along the bottom surface of the piston cavity 13 due to the penetration force of the spray as shown in FIG. Thereafter, a relatively homogeneous stratified mixture is generated above the cavity 13 near the ignition plug 12 while swirling the surrounding air while swirling over the combustion chamber 5.
[0034]
When the engine load is high, a relatively dense homogeneous mixture is formed above the cavity 13 as shown in FIG. (D1), and as the engine load becomes lower, the mixture is formed above the cavity 13 as shown in FIG. The concentration decreases.
[0035]
Then, by igniting the relatively homogeneous mixture formed in this way, it is less susceptible to cycle fluctuations, and the stratified combustion is stabilized while suppressing the deterioration of the exhaust emission due to the concentration of the mixture. Is realized.
[0036]
Next, based on FIGS. 6 and 7, the relationship between the combustion stability, the CO emission amount, and the smoke emission amount in the two stratified operation modes with respect to the engine load and the engine rotation speed will be described. In the figure, M1 indicates the characteristic in the first stratified operation mode, and M2 indicates the characteristic in the second stratified operation mode.
[0037]
In the first stratified operation mode (abbreviated as mode 1 in the figure), a compact air-fuel mixture is formed immediately below the fuel injection valve 11, so that even when the engine load is low, the fuel is reliably located near the spark gap 12a. (Air-fuel mixture) can be provided, and stable combustion can be realized. On the other hand, when the engine load is high, the mixture concentration around the spark gap 12a becomes higher than the flammable air-fuel ratio, and the combustion stability deteriorates. When the load increases, CO and smoke are emitted from the rich mixture.
[0038]
On the other hand, in the case of the second stratified operation mode (abbreviated as mode 2 in the figure), the stratified gas mixture formed via the piston 4 is relatively formed after sufficiently vaporized and mixed. Since it is homogeneous, good combustion can be realized without deterioration of exhaust emission in a high load region. On the other hand, when the engine load is reduced, the homogeneous air-fuel mixture becomes thinner than the combustible air-fuel ratio, so that the air-fuel mixture concentration becomes too low and the combustion stability deteriorates.
[0039]
With respect to the engine speed, in the first stratified operation mode, a compact air-fuel mixture can be quickly formed even at a relatively high engine speed, so that stable stratified combustion can be performed.
[0040]
However, in the first stratified operation mode, the fuel during injection or immediately after the end of injection has a large concentration distribution. Therefore, when the diffusion and mixing of the fuel does not sufficiently proceed in the low engine speed region where the in-cylinder flow is weak, excessive fuel mixing occurs. The presence of a rich mixture causes deterioration of exhaust emissions such as smoke and CO.
[0041]
Further, when the fuel injection period for injecting the fuel injection amount corresponding to the engine load becomes relatively long with respect to the engine speed, a large amount of HC is discharged due to the diffusion of the initially injected fuel, and the heat generation amount is reduced. Large fluctuations between cycles degrade combustion stability.
[0042]
On the other hand, in the second stratified operation mode, as the engine rotation speed increases, time is apt to be insufficient to sufficiently form a uniform air-fuel mixture. Over diffusion occurs, and the vicinity of the ignition plug becomes too thin, and the combustion stability deteriorates.
[0043]
In the present invention, as shown in FIGS. 6 and 7, the operation mode is switched based on the combustion stability and the amount of CO emissions or smoke emissions. Specifically, switching from the first stratified operation mode (mode 1) to the second stratified operation mode (mode 2) is performed by switching either the smoke emission amount or the CO emission amount under the first stratified operation mode. Is performed when a predetermined switching level is exceeded (a in the figure), and switching from the second stratified operation mode (mode 2) to the first stratified operation mode (mode 1) is performed in the second stratified operation mode (mode 1). This is performed when the combustion stability under the stratified operation mode exceeds a predetermined switching level (b in the figure).
[0044]
FIG. 8 shows a basic combustion mode switching map corresponding to the engine speed and the engine load. Basically, in the region where the engine speed is low and the engine load is high, the operation in the second stratified operation mode (mode 2) is performed, and in the region where the engine speed is high and the engine load is low, the first operation is performed. Operation in the stratified operation mode (mode 1) is performed. It should be noted that in a high-load region equal to or higher than a predetermined engine load and a high-speed region equal to or higher than a predetermined engine rotation speed, homogeneous combustion is performed by the intake stroke injection.
[0045]
The switching between the first stratified operation mode and the second stratified operation mode is set such that the higher the engine load, the higher the engine speed at which the operation mode is switched.
[0046]
When parameters such as the combustion stability cannot be detected, for example, when the engine is started, the first and second stratified operation modes are selected based on the map shown in FIG. Then, when the detection of the combustion stability, the amount of smoke, and the amount of emitted CO is started, the optimal combustion method is selected for each cylinder and each cycle based on the detection.
[0047]
In addition, as for switching between the first and second stratified operation modes in the stratified combustion region, both are switched based on only the parameters such as the above-described combustion stability without having a switching map. You can also. FIG. 9 shows a switching map in such a case, and as shown, stratified combustion and homogeneous combustion are determined from operating conditions, and within the stratified combustion region, parameters such as combustion stability are used as described above. Based on this, switching between the first and second stratified operation modes is performed. This is because, as exemplified in FIGS. 6 and 7, the switching region (dead zone) between the first stratified operation mode (mode 1) and the second stratified operation mode (mode 2) based on each parameter is wide, and This is suitable when the combustion performance in the switching region does not differ between the two, and by performing the switching control based on the determination of the combustion state, a favorable stratified combustion operation can always be performed.
[0048]
Next, FIGS. 10 and 11 show another embodiment of the CO emission detecting means. This is because a pair of windows are formed facing each other across the exhaust pipe 21 of each cylinder, and the first light is transmitted from one of the windows so that infrared light including the vibration mode frequency of CO molecules crosses the exhaust flow. The infrared light is projected through the fiber 22, the transmitted light is received from the other window through the second optical fiber 23, and the transmitted light is guided to the photodetector for each cylinder. It is what was constituted. The optical fibers 22 and 23 are attached to windows of the exhaust pipe 21 by connectors 24 and 25, respectively.
[0049]
In such a configuration, the amount of CO emission and the transmittance of infrared light have a relationship as shown in FIG. 12, whereby the amount of CO emission is detected. In the method of the present embodiment, measurement having a time resolution for each cycle can be performed by a pair of light sources and a photodetector.
[0050]
Hereinafter, the operation and effect unique to each claim that embodies the present invention will be described together.
[0051]
The invention according to claim 2 has means for detecting the combustion stability of the internal combustion engine as a parameter indicating the combustion state of the internal combustion engine. Based on a signal from the combustion stability detection means, the two stratified operation modes are set. Switching was performed. According to a more specific aspect of the present invention, when it is determined during the operation in one of the stratified operation modes that the combustion stability has become worse than a predetermined level based on the signal of the combustion stability detection means, , To switch to the other stratified operation mode. Therefore, regardless of the operating conditions of the engine, it is possible to always improve fuel economy by stratified combustion without causing deterioration of drivability due to deterioration of combustion.
[0052]
In addition, the mixture during stratified combustion has a large density distribution depending on the fuel injection amount, the time interval between the fuel injection timing and the ignition timing, and the magnitude of the interaction with the gas flow, and the combustion stability deteriorates. Even when not performed, smoke may be generated and discharged by the rich mixture.
[0053]
Therefore, the invention of claim 4 has means for detecting the amount of smoke emission of the internal combustion engine as a parameter indicating the combustion state of the internal combustion engine. Based on the signal of the smoke emission amount detection means, two stratified operation modes are provided. Is switched. According to a more specific aspect of the present invention, when the smoke emission amount is equal to or more than a predetermined value based on a signal of the smoke emission amount detection means during operation in one stratification operation mode, the other stratification operation mode Switched to Therefore, the fuel efficiency can be improved by the stable stratified combustion irrespective of the operating conditions without the emission of smoke.
[0054]
In addition, even if smoke is not discharged from a mixture having a large concentration distribution during stratified combustion, even if smoke is not discharged by the mixture, combustion efficiency may be deteriorated due to CO emissions.
[0055]
Therefore, the invention according to claim 6 has means for detecting the amount of CO emission of the internal combustion engine as a parameter indicating the combustion state of the internal combustion engine. Is switched. According to a more specific aspect of the present invention, during operation in one of the stratified operation modes, if the CO emission is equal to or more than a predetermined value based on a signal from the CO emission detection means, the other stratified operation mode Switched to Therefore, the fuel efficiency can be improved by the stratified combustion without causing the deterioration of the combustion efficiency due to the increase of the CO emission.
[0056]
In the second stratified operation mode, the air-fuel mixture formed via the piston after the end of the fuel injection passes through the cavity, and after being sufficiently vaporized and mixed, a relatively uniform mixture is formed above the cavity. Form a mixture distribution. Accordingly, there is no fear of smoke and CO emission from the rich mixture, and there is an advantage that the mixture is less likely to be affected by the cycle fluctuation.
[0057]
However, there is a concern that time will be insufficient to sufficiently form a uniform air-fuel mixture with an increase in the engine rotation speed. Also, as the in-cylinder flow becomes stronger with an increase in the engine rotation speed, the air-fuel mixture becomes overdiffused, and the vicinity of the ignition plug may become too thin.
[0058]
Furthermore, especially when the engine load is low, the relatively uniform mixture formed above the cavity becomes thinner than the combustible air-fuel ratio, and there is a risk of misfiring.
[0059]
On the other hand, in the first stratified operation mode, the fuel spray during the flight before the collision with the piston during the fuel injection or immediately after the end of the fuel injection is immediately mixed with the surrounding air from around the spray axis and vaporized. A mixture is formed. Since the air-fuel mixture that does not pass through the piston is formed as a compact air-fuel mixture immediately below the fuel injection valve regardless of the engine speed, stable stratified combustion can be performed regardless of the engine speed.
[0060]
In addition, even when the engine load is low, the fuel (air-fuel mixture) can be reliably disposed near the spark gap, so that stable combustion can be realized.
[0061]
However, in the first stratified operation mode, the fuel during or immediately after the injection has a large concentration distribution, and in the high load operation region where the combustion injection amount is large, the mixture concentration around the spark gap decreases the combustible air-fuel ratio. When the mixture becomes too rich, the combustion stability is deteriorated, and CO or smoke may be emitted from the rich mixture.
[0062]
In view of this, the invention according to claim 8 includes means for detecting smoke emission of the internal combustion engine or means for detecting CO emission of the internal combustion engine as parameters indicating the combustion state of the internal combustion engine; Means for detecting, wherein the switching from the first stratified operation mode to the second stratified operation mode is performed based on the smoke emission amount or the CO emission amount in the first stratified operation mode, Switching from the second stratified operation mode to the first stratified operation mode is performed based on the combustion stability in the second stratified operation mode.
[0063]
That is, in the second stratified operation mode in which the stratified combustion may not be realized due to the deterioration of the combustion stability, it is determined whether or not the combustion mode is possible by detecting the combustion stability, and the smoke or CO emission is reduced rather than the combustion stability. In the first stratified operation mode in which there is a risk, the determination of the feasibility of the combustion mode based on the smoke emission amount or the CO emission amount allows the stratified combustion in which smoke and CO emissions are suppressed without impairing combustion stability. realizable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a direct injection internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a spark plug provided with an optical fiber.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a smoke emission amount (or a CO emission amount) and a luminous intensity of a bright flame.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a mixture formation process in a first stratified operation mode.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a mixture formation process in a second stratified operation mode.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a change in combustion stability and the like with respect to an engine load and mode switching.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a change in combustion stability and the like with respect to an engine rotation speed and mode switching.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a map of a combustion mode with respect to operating conditions.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a different example of a map of a combustion mode with respect to operating conditions.
FIG. 10 is an explanatory view showing an embodiment in which an optical fiber is provided in an exhaust pipe as CO emission detecting means.
FIG. 11 is an explanatory sectional view of the exhaust pipe.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a relationship between a CO emission amount and an infrared light transmittance in this embodiment.
[Explanation of symbols]
4 Piston 5 Combustion chamber 10 Engine control unit 11 Fuel injector 12 Spark plug 13 Cavity 14 Optical fiber 15 Light intensity detector 16 Crank angle sensor

Claims (8)

燃焼室上部に点火プラグと燃料噴射弁とを有し、かつピストン冠面の略中心付近に略円筒状のキャビティを有する筒内直接噴射式内燃機関において、
燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第1の成層運転モードと、燃料噴射終了後、ピストンを経由した燃料に点火する第2の成層運転モードと、を有し、
これらの2つの成層運転モードを、内燃機関の燃焼状態に応じて切り換えることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。
An in-cylinder direct injection internal combustion engine having an ignition plug and a fuel injection valve in the upper part of the combustion chamber, and having a substantially cylindrical cavity near the center of the piston crown,
There is a first stratified operation mode in which fuel is ignited before colliding with the piston during or immediately after the end of fuel injection, and a second stratified operation mode in which fuel is ignited through the piston after fuel injection is completed. And
An in-cylinder direct injection internal combustion engine characterized by switching between these two stratified operation modes according to the combustion state of the internal combustion engine.
内燃機関の燃焼安定度を検出する手段を有し、この燃焼安定度検出手段からの信号に基づいて、2つの成層運転モードの切換を行うことを特徴とする請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。2. The direct in-cylinder according to claim 1, further comprising means for detecting the combustion stability of the internal combustion engine, and switching between the two stratified operation modes based on a signal from the combustion stability detection means. Injection type internal combustion engine. 一方の成層運転モードでの運転中に、上記燃焼安定度検出手段の信号に基づいて、燃焼安定度が所定レベルよりも悪化したと判定される場合に、他方の成層運転モードへ切り換えることを特徴とする請求項2に記載の筒内直接噴射式内燃機関。During the operation in one stratified operation mode, if it is determined that the combustion stability has become worse than a predetermined level based on the signal of the combustion stability detection means, the operation is switched to the other stratified operation mode. The direct injection internal combustion engine according to claim 2, wherein: 内燃機関のスモーク排出量を検出する手段を有し、このスモーク排出量検出手段の信号に基づいて、2つの成層運転モードの切換を行うことを特徴とする請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。2. The direct injection in a cylinder according to claim 1, further comprising means for detecting a smoke emission amount of the internal combustion engine, and switching between two stratified operation modes based on a signal from the smoke emission amount detection means. Type internal combustion engine. 一方の成層運転モードでの運転中に、上記スモーク排出量検出手段の信号に基づいて、スモーク排出量が所定値以上の場合に、他方の成層運転モードへ切り換えることを特徴とする請求項4に記載の筒内直接噴射式内燃機関。The method according to claim 4, wherein, during operation in one of the stratified operation modes, based on a signal from the smoke emission amount detection means, when the smoke emission amount is equal to or more than a predetermined value, the mode is switched to the other stratified operation mode. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1. 内燃機関のCO排出量を検出する手段を有し、このCO排出量検出手段の信号に基づいて、2つの成層運転モードの切換を行うことを特徴とする請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。2. The direct injection in a cylinder according to claim 1, further comprising means for detecting a CO emission amount of the internal combustion engine, and switching between two stratified operation modes based on a signal from the CO emission detection means. Type internal combustion engine. 一方の成層運転モードでの運転中に、上記CO排出量検出手段の信号に基づいて、CO排出量が所定値以上の場合に、他方の成層運転モードへ切り換えることを特徴とする請求項6に記載の筒内直接噴射式内燃機関。The method according to claim 6, wherein during operation in one stratified operation mode, based on a signal from the CO emission amount detection means, when the CO emission amount is equal to or more than a predetermined value, the operation mode is switched to the other stratified operation mode. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1. 内燃機関のスモーク排出量を検出する手段もしくは内燃機関のCO排出量を検出する手段と、内燃機関の燃焼安定度を検出する手段と、を有し、
上記第1の成層運転モードから上記第2の成層運転モードへの切換は、上記第1の成層運転モードにおけるスモーク排出量もしくはCO排出量に基づいて行い、
上記第2の成層運転モードから上記第1の成層運転モードへの切換は、上記第2の成層運転モードにおける燃焼安定度に基づいて行うことを特徴とする請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
Means for detecting smoke emission of the internal combustion engine or means for detecting CO emission of the internal combustion engine, and means for detecting the combustion stability of the internal combustion engine,
The switching from the first stratified operation mode to the second stratified operation mode is performed based on the amount of smoke emission or the amount of CO emission in the first stratified operation mode,
The in-cylinder direct injection according to claim 1, wherein the switching from the second stratified operation mode to the first stratified operation mode is performed based on the combustion stability in the second stratified operation mode. Type internal combustion engine.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006214344A (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Mitsubishi Motors Corp Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
JP2007100617A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device of direct injection type internal combustion engine
JP2007100619A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device of direct injection type internal combustion engine
JP2007100616A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device of in-cylinder injection type internal combustion engine
JP2007100618A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device of direct injection type internal combustion engine
JP2011202528A (en) * 2010-03-24 2011-10-13 Nippon Soken Inc Device for controlling internal combustion engine
JP2012251510A (en) * 2011-06-06 2012-12-20 Nippon Soken Inc Internal combustion engine control device
DE102007031523B4 (en) * 2007-01-17 2014-02-13 Mitsubishi Electric Corp. Control device for a direct injection engine

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006214344A (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Mitsubishi Motors Corp Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
JP4632032B2 (en) * 2005-02-03 2011-02-16 三菱自動車工業株式会社 In-cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
JP2007100616A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device of in-cylinder injection type internal combustion engine
JP2007100619A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device of direct injection type internal combustion engine
JP2007100618A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device of direct injection type internal combustion engine
JP4492512B2 (en) * 2005-10-05 2010-06-30 三菱自動車工業株式会社 Fuel injection control device for in-cylinder injection type internal combustion engine
JP4497075B2 (en) * 2005-10-05 2010-07-07 三菱自動車工業株式会社 Fuel injection control device for in-cylinder injection type internal combustion engine
JP4534939B2 (en) * 2005-10-05 2010-09-01 三菱自動車工業株式会社 Fuel injection control device for in-cylinder injection type internal combustion engine
JP4631645B2 (en) * 2005-10-05 2011-02-16 三菱自動車工業株式会社 Fuel injection control device for in-cylinder injection type internal combustion engine
JP2007100617A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device of direct injection type internal combustion engine
DE102007031523B4 (en) * 2007-01-17 2014-02-13 Mitsubishi Electric Corp. Control device for a direct injection engine
JP2011202528A (en) * 2010-03-24 2011-10-13 Nippon Soken Inc Device for controlling internal combustion engine
JP2012251510A (en) * 2011-06-06 2012-12-20 Nippon Soken Inc Internal combustion engine control device

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