JP2005002967A - Control device of spark ignition type direct-injection engine with turbo supercharger - Google Patents

Control device of spark ignition type direct-injection engine with turbo supercharger Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for a spark ignition type direct-injection engine equipped with a turbo supercharger capable of suppressing generation of smokes by injecting the fuel at the time of acceleration during the suction stroke and improving the turbo lag by controlling the injection timing at this time. <P>SOLUTION: A fuel injection valve 5 is arranged so that the injected fuel is directed toward the neighborhood of a spark plug 7 on the side more in the circumferential direction than the suction valve 2 of a combustion chamber 4. The engine 1 is equipped with the turbo supercharger 15. When the fuel is injected during the suction stroke from the injection valve 5, it is conducted in such a way as avoiding the restriction period DR so that the injected fuel does not attach to the valve element of the suction valve 2 which is opened, and during the normal operation, the fuel injection is implemented in the first period D1 on the angle advance side from the restriction period DR, and at the time of acceleration, the fuel injection is conducted in the second period D2 on the angle delay side from the restriction period DR. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式エンジンの制御装置に関し、特にターボ過給機を備え、吸気弁が開弁している時に、燃料を燃焼室内に直接噴射する直噴エンジンの燃料噴射制御技術に属すものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、エンジンの気筒内壁とシリンダヘッド下面とピストン頂部等とにより規定される燃焼室に点火プラグを配置し、この点火プラグにより、燃料と吸気とを含む混合気を着火させて燃焼トルクを得る火花点火式エンジンに関し、燃料噴射弁を燃焼室に臨むように配置させて、この噴射弁から燃焼室内に向けて燃料を直接噴射する、いわゆる直噴エンジンは知られている。
また、下記特許文献1には、このような火花点火式の直噴エンジンにおいて、当該エンジンの排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機を設けた、ターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの燃料噴射制御について開示されている。この特許文献1は、加速初期において、吸気行程と圧縮行程とで、燃料を分割噴射することにより、排気エネルギーを増大して排気ガス温度を上昇させて、加速時におけるターボ過給機のターボラグを防止する技術についても開示している。
【0003】
また、下記特許文献2には、火花点火式の直噴エンジンにおいて、吸気行程中に燃料噴射する場合、吸気弁の開弁量(リフト量)が最大近傍となる期間中は燃料噴射を禁止し、煤などの発生を抑制する技術が開示されている。
具体的には、こうした直噴エンジンの燃焼室を、気筒内を往復動するピストンの往復動方向から見て、点火プラグは燃焼室内の中心部近傍に配置され、吸気弁及び排気弁は点火プラグの外周側に配置され、燃料噴射弁は、吸気弁が位置する方向で、吸気弁よりも更に外周側に配置されており、このような構造に対して、燃料は、燃料噴射弁から点火プラグのスパーク部か、あるいはスパーク部より若干ピストン側の位置、つまりエンジン上下方向における若干下側の位置に指向して噴射される。こうした構成において、吸気弁の開弁量が大きい状態で燃料噴射すると、燃料噴射弁から噴射された燃料の一部が、開弁した吸気弁に付着してしまい、これにより煤が発生されるといった問題がある。そこで、噴射燃料が吸気弁に付着しないように噴射時期を制御することで、煤発生の防止を図っている。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−54894号公報
【特許文献2】
特開平08−8578号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の特許文献1に開示されるターボ過給機付きのエンジンでは、排気ガス温度の上昇によりターボ過給機におけるターボラグの改善を図っているが、吸気行程と圧縮行程とで燃料噴射を実行するとスモークが多く発生するといった問題がある。これは、加速時において大量の燃料を圧縮行程中に噴射するために、このような噴射形態では、圧縮行程における燃料噴射の実行時期から点火時期までの期間が短く燃料の気化霧化が不十分となり、このような状態で混合気が着火されることに起因してスモークが多く発生していると思われる。
これに対し、スモークを低減させるために、圧縮行程での燃料噴射を禁止して吸気行程で燃料噴射することも考えられるが、単に吸気行程中に噴射実行するだけでは、排気エネルギーを効率良く利用して、ターボラグを改善することはできない。
また、上述の特許文献2に開示されるように、火花点火式直噴エンジンにおいては、吸気行程中に燃料噴射すると、煤などのスモークの発生が問題となる場合があり、燃料噴射時期を適切に設定しなければ、スモークの発生抑制とターボラグ改善との両立は困難である。
【0006】
本発明は、以上のような課題に勘案してなされたもので、その目的は、ターボ過給機付きの火花点火式直噴エンジンにおいて、吸気行程中における燃料噴射の実行時期を工夫することにより、スモークの発生を抑制しつつ、ターボラグの改善を図ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の請求項1記載の発明においては、エンジンの燃焼室から排出される排気ガスにより、吸気を過給するターボ過給機と、吸気通路と該燃焼室とを連通可能にするとともに、吸気行程の少なくとも所定の期間において開弁することにより、該ターボ過給機により過給された吸気を該燃焼室に供給する吸気弁と、該燃焼室内に燃料を直接噴射するとともに、該燃焼室をピストン往復動方向から見た状態において、燃料が、該燃焼室の外周側から該燃焼室内に配置された点火プラグ近傍に指向して噴射されるよう配置された燃料噴射弁と、該燃料噴射弁による燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段とを備えたターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置において、上記噴射時期制御手段は、吸気行程で燃料噴射時期が設定される場合において、上記吸気弁の開弁量が最大となる最大開弁時期の近傍で燃料噴射を規制する規制期間を設け、エンジンが定常運転状態のときには、吸気行程中で規制期間より進角側となる第1期間に燃料噴射を実行し、定常運転状態からの加速時においては、吸気行程中で規制期間より遅角側の第2期間に燃料噴射を実行するよう制御することを特徴としている。
【0008】
このような構成により、エンジンが定常運転状態のときは、吸気行程中での燃料噴射によりスモークが発生し易い規制期間を避けて、規制期間よりも進角側の第1期間で燃料噴射を実行するので、元来スモークの発生が少ない吸気行程中における燃料噴射を、更にスモークの発生を抑制しながら実行することが可能となる。また、この時は、燃料噴射が早い時期に実行されることとなるため、噴射実行から点火実行までの長い期間に亘って、燃料が十分に吸気と混合されることになり、燃焼により生成されるHC(炭化水素)を低減できる。
また、加速時には、吸気行程中において規制期間よりも遅角側の第2期間で燃料噴射が実行されるが、この時、気筒内においてピストンは下死点側に下がった状態となっており、こうした状態で噴射された燃料は、気筒内の吸気流動によって空気とのミキシングが向上するとともに気化潜熱によって短時間で気筒内の吸気温度を低下させる。これにより、多くの吸気の気筒内への吸入が促進され、吸気充填量の増大が図られて、排気ガス量が増大することから、ターボ過給機の過給性能を向上できる。また、上述した燃料と空気とのミキシング向上により、燃焼性が促進されてスモークの発生の抑制も可能となる。従って、加速時においては、吸気行程中で、然も規制期間を避けて燃料噴射を実行することにより、スモークの発生を抑制できるとともに、吸気充填量の増大に起因するターボ過給機の過給性能を向上させて、ターボラグの改善も図れる。
【0009】
請求項2記載の発明は、請求項1において、上記噴射時期制御手段は、加速開始後、上記ターボ過給機により増大するエンジントルクが所定値に近づくような加速後期で、燃料噴射を第1期間に実行するよう制御することを特徴としている。
燃料噴射を第2期間で実行すると、燃料噴射を第1期間で実行するのに比べ、燃焼により燃焼室から排出されるHCが比較的多くなる。
しかしながら、請求項2に係る構成により、加速中であっても、ターボ過給機によりエンジントルクが高められた後の加速後期には、燃料噴射を第1期間に実行するので、加速中において高トルクを維持しつつ、燃焼室からのHCの排出を全体的に抑制できる。
【0010】
請求項3記載の発明は、請求項1において、上記噴射時期制御手段は、加速開始後、上記ターボ過給機により増大するエンジントルクが所定値に近づくような加速後期で、燃料噴射を第1期間及び第2期間に実行するよう制御することを特徴としている。
このような構成により、規制期間を除いた吸気行程中期付近において、気筒内の吸気流動が速い状態での燃料噴射が可能となることから、噴射燃料と空気とのミキシング性が向上でき、加速中において高トルク維持しつつ、燃焼室からのスモークの排出とHCの排出とを全体的に抑制できる。
【0011】
請求項4記載の発明は、請求項1において、上記ターボ過給機により過給された吸気の過給圧が所定値以上となった時に、該ターボ過給機上流の排気ガスの一部を該ターボ過給機の下流にバイパスするよう開弁動作するウエストゲートバルブを備え、エンジンの定常運転状態とは、エンジンの運転状態が、吸気通路に配置されて吸気量を調整するスロットル弁が全開の時に該ウエストゲートバルブが全閉から開成状態に移行するエンジン回転数よりも低回転数域内にあることを特徴としている。
このような構成により、吸気通路に配置されたスロットル弁が全開の時に、ターボ過給機に供給される排気ガスをバイパスするウエストゲートバルブが全閉から開成状態に移行するエンジン回転数よりも低回転域となる運転状態からの加速時においてのみ、第2期間における燃料噴射が実行されることになる。従って、エンジン回転数が低回転域となる定常運転状態では、第2期間での燃料噴射は実行されないため、燃焼室からのHC排出が抑制できる。また、この定常運転状態は、ターボ過給機による過給能力が低い状態であり、この運転状態からの加速時においてのみ、第2期間で燃料噴射を実行させることにより、HC排出量の増大を抑制しつつ、低回転状態により不足する排気エネルギーを補って、ターボラグの縮小とHC排出量の低減とが図れる。
【0012】
請求項5記載の発明は、エンジンの燃焼室から排出される排気ガスにより、吸気を過給するターボ過給機と、吸気通路と該燃焼室とを連通可能にするとともに、吸気行程の少なくとも所定の期間において開弁することにより、該ターボ過給機により過給された吸気を該燃焼室に供給する吸気弁と、該燃焼室内に燃料を直接噴射するとともに、該燃焼室をピストン往復動方向から見た状態において、燃料が、該燃焼室の外周側から該燃焼室内に配置された点火プラグ近傍に指向して噴射されるよう配置された燃料噴射弁と、該燃料噴射弁による燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段とを備えたターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置において、上記噴射時期制御手段は、吸気行程で燃料噴射時期が設定される場合において、上記吸気弁の開弁量が最大となる最大開弁時期の近傍で燃料噴射を規制する規制期間を設け、エンジンが定常運転状態のときは、吸気行程中で規制期間より進角側となる第1期間、あるいは、吸気行程中で規制期間より遅角側となる第2期間の少なくとも一方で燃料噴射を実行するとともに、定常運転状態からの加速時においては、第1期間及び第2期間で燃料噴射を実行し、且つ第2期間で実行される燃料噴射の噴射量を、第1期間で実行される燃料噴射の噴射量より多くしたことを特徴としている。
このような構成により、加速時には、吸気行程中で然も規制期間を避けて、ピストンの往復動速度が速く、気筒内の吸気流動が速い期間内で、燃料噴射を実行するため、これによりスモークの発生を大幅に抑制できる。また、第2期間における燃料噴射量を第1期間における燃料噴射量よりも増量して、第2期間での噴射を実行することにより、吸気充填量増大に起因して排気ガス量も増大でき、これによりターボ過給機の過給性能も向上させて、ターボラグの改善も図れる。
【0013】
請求項6記載の発明は、請求項5において、上記ターボ過給機により過給された吸気の過給圧が所定値以上となった時に、該ターボ過給機上流の排気ガスの一部を該ターボ過給機の下流にバイパスするよう開弁動作するウエストゲートバルブを備え、エンジンの定常運転状態とは、エンジンの運転状態が、吸気通路に配置されて吸気量を調整するスロットル弁が全開の時に該ウエストゲートバルブが全閉から開成状態に移行するエンジン回転数よりも低回転域内にある状態であって、上記噴射制御手段は、この低回転域内におけるより低回転状態の時には、第1期間、あるいは第2期間の一方で燃料噴射を実行するとともに、該低回転域内における高回転状態の時には、第1期間及び第2期間の双方で燃料噴射を実行するよう制御することを特徴としている。
このような構成により、エンジン回転数が低い低回転域内において、比較的エンジン回転数が高い運転状態からの加速時には、吸気行程中で、然も規制期間を避けた規制期間の前後の双方で、燃料噴射を実行することにより、気筒内の吸気流動がより速い状態での燃料噴射が可能となり、燃料と空気とのミキシング向上により、スモークの発生を大幅に抑制できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
【0015】
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0016】
(全体構成)
図1に示すように、本発明にかかるターボ過給機付火花点火式直噴エンジン1(以下、「エンジン1」という。)は、車両(図示せず)に対し、車輪(図示せず)を駆動可能に搭載される。また、エンジン1は、2つの吸気弁2(1つの吸気弁しか図示せず)が開かれたときには、吸気通路3から気筒1aに形成される燃焼室4内に燃料燃焼用の吸気を吸入するようになっている。そして、この燃焼室4内に、所定の時期で燃料噴射弁5から燃料(ガソリン)が直接噴射され、混合気が形成される。
【0017】
この混合気は、ピストン6によって圧縮され、所定の時期で点火プラグ7(火花点火装置)により点火されて燃焼する。燃焼ガスすなわち排気ガスは、排気弁8が開かれたときに排気通路9に排出される。
【0018】
燃料噴射弁5には、燃料供給通路10を介して、高圧燃料ポンプ11によって燃料が供給される。このように、高圧燃料ポンプ11が用いられているので、燃焼室4内が高圧となる圧縮行程後半でも支障なく燃料噴射を行うことができる。燃料噴射弁5はスワールノズル型インジェクタであって、燃料噴射孔が形成された燃料噴射弁5の先端部が燃焼室4に直接臨むように配置されている。また、ピストン6の頂部にはキャビティ6aが形成されている。
【0019】
吸気通路3には、吸気の流れ方向にみて、上流側から順に、吸入空気量を調整可能なスロットル弁12と、吸気の流れを安定させるサージタンク3aと、燃焼室4内においてタンブルを生成するために燃焼室4に対する吸気の流入方向を調整する流動制御弁13とが設けられている。ここで、スロットル弁12は、後述のコントロールユニット22(ECU)から出力される制御信号に応じて作動する電気式アクチュエータ12aによって駆動される。なお、吸気通路3に、スロットル弁12をバイパスするバイパス通路を形成し、このパイバス通路にバイパス弁を設けて開閉することにより、アイドル運転時に吸入空気量を制御するアイドル回転数制御装置を構成させることもできる。
スロットル弁12より上流側の吸気通路3には、上流から順に、大気から直接吸入された吸気に含有される埃などを除去するエアクリーナ(図示せず)、吸入空気量を検出するエアフローセンサ(図示せず)、後述するターボ過給機15のコンプレッサ15b及びインタークーラー18が設けられている。
【0020】
排気通路9には、排気流れ方向にみて上流側から順に、排気ガス中の酸素濃度ひいては空燃比をリニアに検出するリニアOセンサ14(尚、理論空燃比、つまりλ=1の近傍で出力が逆転する通常のλOセンサでもよい)と、ターボ過給機15のタービン15aと、第1触媒コンバータ16aと、第2触媒コンバータ16bとが設けられている。
【0021】
ターボ過給機15は、排気ガス流との接触により回転されるタービン15aと、タービン15aと機械的に連結されるとともに、吸気通路3に設けられて、タービン15aの回転に応じて回転することで吸気を過給可能なコンプレッサ15bとから成っている。また、コンプレッサ15bにより過給されて高温となった吸気を走行風などにより冷却して燃焼室4内における吸気充填量を増大させるインタークーラ−18が、コンプレッサ15bとスロットル弁12との間の吸気通路3に設けられている。
【0022】
また、排気通路9において、タービン15aの上流と下流とをバイパスするバイパス通路17aには、ウエストゲートバルブ17bが設けられている。ウエストゲートバルブ17bは、ダイヤフラムタイプのアクチュエータ17cに対して、吸気通路6においてコンプレッサ15bとスロットル弁12との間の過給された吸気が導入されるよう構成されており、これにより開閉駆動される。具体的には、過給された吸気の過給圧(正圧)が大気圧より大きいものの所定圧力以下では、ウエストゲートバルブ17bが閉成状態となり、排気ガスの略全量がタービン15aを通過して過給されることになるが、過給圧が所定圧力より大きくなる場合には、ウエストゲートバルブ17bの開成により、排気ガスの一部がタービン15aをバイパスして過剰な過給が抑制され、エンジン1の信頼性が維持される。この場合、スロットル弁12が全開となる状態において、過給圧が所定圧力となりウエストゲートバルブ17bが閉弁状態から開成への移行を開始する時のエンジン回転数を、一般に、インターセプト回転数と呼んでいる。
【0023】
第1触媒コンバータ16a、第2触媒コンバータ16bの双方には、ハニカム担体(図示せず)が装填され、このハニカム担体の表面に、排気ガスの雰囲気が、理論空燃比相当の排気ガス雰囲気を挟んで、周期的に酸化雰囲気と還元雰囲気とに切換わることで、排気ガス中のNOx、HC、CO等を浄化可能な三元触媒材料がコートされている。尚、いずれの触媒コンバータ16a、16bも、その温度が活性化温度以上になると十分な浄化力を発揮するが、その温度が活性化温度より低いと、十分な浄化力は得られない。
尚、タービン15aとリニアOセンサ14との間に、触媒コンバータ16aを配置しても良い。
【0024】
エンジン1には、排気通路9内の排気ガスの一部を吸気通路3に戻すEGR通路19(EGRは、”Exhaust Gas Recirculation”の略称)が設けられ、このEGR通路19に、EGRガス流量を制御するEGR制御弁20が介設されている。
また、吸気弁2は、可変バルブタイミング機構21により、運転状態に応じて、その開弁時期及び閉弁時期を変えることができる。
【0025】
コントロールユニット22は、エンジン1の総合的な制御装置であって、各種制御情報に基づいて種々のエンジン制御を行うようになっている。具体的には、コントロールユニット22には、エアフローセンサから吸入空気量情報、車室内に設けられたアクセルペダル(図示せず)のアクセル開度情報、ピストン6の往復動により回転されるクランクシャフト(図示せず)のクランク角情報、エンジン冷却水のエンジン水温情報(エンジン温度)、リニアOセンサ14からの空燃比情報等の各種制御情報が入力される。そして、コントロールユニット22は、これらの制御情報に基づいて、燃料噴射弁5の燃料噴射量制御及び噴射時期制御を含む燃料噴射制御、点火プラグ7の点火時期の制御(点火時期制御)、スロットル弁12の開度の制御、EGR制御弁20の開度の制御、流動制御弁13の開度の制御、吸気弁2の開弁期間及び開閉タイミングの制御等を行う。
尚、本実施形態におけるエンジン1の燃料噴射制御においては、エンジン1の運転状態が、高回転及び高負荷状態以外の領域では、排気ガス中の酸素濃度に基づいて、空燃比が理論空燃比近傍となるよう空燃比のフィードバック制御が実行される。
【0026】
次に、図2を参照して、燃料噴射弁5から噴射される燃料の噴霧形態について詳細に説明する。
図2に示すように、燃料噴射弁5の噴射口5aは、吸気通路3と燃焼室4との連通開口2aのピストン6の往復動方向における下側(クランクシャフト側)の燃焼室4内壁に位置しており、ピストン6の往復動方向から見ると、吸気弁2の外周側付近、つまり2つの吸気弁2の間の気筒1aの外周側に位置している。燃料は、この噴射口5aから、往復動方向の斜め下側に向けて、且つ円錐形状で、微粒化されて噴射される。具体的には、燃料噴射弁の傾斜角θ1(略円錐形状となる噴霧の中心線についての傾斜角θ1’と実質同じ)は、水平面(つまり、往復動方向に対して垂直な面)に対して25°から40°の間に設定されるとともに、噴霧角θ2は35°から50°の間(但し、大気圧条件下における値)に設定されている。
【0027】
更に、こうした燃料噴射による噴霧の到達距離は、噴霧の上側(点火プラグ7側)では、点火プラグ7のスパーク部7aか、あるいはこれよりも少し下側の位置を若干通過し、且つ排気弁8や、気筒1aの排気弁8側の内壁よりも短い距離に設定されている。
以上のように噴霧領域Sを規定することにより、燃料の一部の気筒1a内壁への付着が防止されるとともに、スパーク部7a周辺に燃料を適度に存在させることができ、HCの排出量を低減しつつ、着火性向上が図れることになる。
【0028】
ところで、上述のように、着火性向上のために燃料の噴霧領域Sを規定した場合には、次のような問題が生じる。
つまり、吸気行程中で吸気弁2が開弁している状態で燃料噴射弁5から燃料噴射する場合において、吸気弁2の開弁量(リフト量)が最大近傍となるときに燃料噴射されると、図2に示すように、噴霧領域S内に、吸気弁2の弁体の一部が位置することとなり、これにより吸気弁2の弁体に、噴射された燃料の一部が大量付着することになる。
このように付着した燃料は、実質的に気化霧化されず、その後の燃焼によりスモークを発生させ、こうして発生したスモークは排気ガスとともに燃焼室から排出されて、エミッションを悪化させる。
【0029】
図3は、このような現象を示す実験結果であり、エンジン1の吸気行程中において、燃料噴射開始時期(燃料噴射の実行は1回)を変化させた場合におけるスモーク発生量(燃焼室からの排出量)、トルク(エンジントルク)を示すものである。また、後述するように最適な燃料噴射時期の設定を検討するために、吸気充填量、HCの燃焼室からの排出量をも同時に示している。
この図から分かるように、吸気弁2の開弁量が最大近傍となる吸気行程上死点(TDC)後略80°クランク角(以下、クランク角をCAとする。)から略120°CAとなる規制期間DRでは、燃料噴射弁5から噴射された燃料の一部が開弁した吸気弁2に付着するため、スモークの発生量が増大するとともにトルクも若干低下している。
また、燃料噴射開始時期をこの規制期間DRよりも徐々に進角させると、スモーク発生量は徐々に低下するものの、その後TDCに近づくにしたがって増大する。この時、HC排出量はスモーク発生量と略同様の傾向を示し、トルク及び吸気充填量は、燃料噴射開始時期がTDCに近づくにしたがって減少する。
一方、燃料噴射開始時期を規制期間DRより徐々に遅角させると、スモーク発生量は徐々に低下した後、BDC(吸気行程下死点)付近から徐々に急増する。この時、トルクは、BDCに近づくにしたがって大きく減少し、吸気充填量は、徐々に増大し、HC排出量は、徐々に増大した後BDC付近から急増する。
【0030】
スモーク発生量やトルクが、燃料噴射開始時期を規制期間DRよりも少し進角側、あるいは遅角側に設定することで向上する理由は、気筒1a内の吸気流動が速い状態となる吸気行程中の所定クランク角範囲(つまり、クランク機構の幾何学的関係においてピストン6の往復動に伴う速度が速くなり、吸気流動がや早くなるTDC付近とBDC付近のクランク角期間を除いた範囲)で燃料噴射されることにより、噴射された燃料と空気とのミキシングが良好となり、更に、噴射された燃料の吸気弁2への付着量が徐々に減少するためである。
また、燃料噴射開始時期をTDCやBDCに近づける程、スモーク発生量やトルクが悪化する理由は、噴射された燃料のピストン6の頂部等への付着量が増量することと、気筒1a内の吸気流動が遅く噴射燃料と空気とのミキシング性が低下することに起因して、燃料の気化霧化が全体的に促進されていないことによるためと考えられる。
【0031】
また、燃料噴射開始時期を、吸気行程中において徐々に遅角させることで、吸気充填量が増大する理由は、燃料噴射に起因する吸気冷却効果に起因するものと考えられる。つまり、噴射燃料の気化により周辺の吸気は冷却されて、これにより吸気の体積は縮小され、より多くの吸気を燃焼室4内へ導入させることが可能となる。従って、吸気行程の後期で燃料噴射した場合、このような吸気冷却により、吸気弁2の閉弁直前で大量の吸気を燃焼室4内に導入させることができる。一方で、吸気行程前期で燃料噴射した場合は、一旦はこのような吸気冷却効果が得られるものの、ピストン6の下降にしたがって折角冷却された吸気が気筒1a壁面などに接触して暖められしまい、吸気弁2が閉弁する時点では、吸気冷却効果が得られなくなってしまう。従って、吸気行程前期で燃料噴射されても、吸気充填量は増量されない。
【0032】
また、燃料噴射開始時期を、吸気行程の前期の中間ぐらいに設定することでHC排出量が改善する理由は、上述の気筒1a内の速い吸気流動の利用に加えて、燃料噴射を早期に行うことで点火までの期間が長くなるため、この間で噴射された燃料の気化霧化が長時間に亘って促進されるためである。尚、噴射時期をTDC近傍まで進角させると、噴射された燃料がピストン6の頂部などに大量に付着してしまい、この大量の付着燃料によりHCが悪化するものと考えられる。
【0033】
(燃料噴射制御)
以上のような、実験結果に基づき、ターボ過給機15を搭載した直噴エンジン1に関する本実施形態においては、燃料噴射時期を図4に示すように設定する。
エンジン回転数が、インターセプト回転数以下となる運転領域における定常運転状態、具体的には、低回転及び低負荷状態となる運転領域(但し、中回転及び中負荷状態での運転領域を含んでも良い)での定常運転状態では、規制期間DRから進角した第1期間D1内の所定時期で、 燃料噴射を実行する。この第1期間D1とは、気筒1a内の吸気流動が速く、スモークの発生量が少ない領域であり、この時は、トルクも比較的大きく、HC排出量も少ないが、吸気充填量はやや小さいために排気ガス量(つまり、排気エネルギー)はそれ程大きくはない。具体的には、第1期間D1は、吸気行程上死点後で、40°CAから80°CAの範囲が好ましい。尚、燃料噴射を第1期間D1より更に進角させて実行すると、スモークの発生量及びHC排出量が増大し、トルクも低下する。
【0034】
エンジンの運転状態が、このような定常運転領域から加速に移行した場合、この加速開始直後の加速初期は、燃料噴射を第2期間D2内の所定時期で実行する。この第2期間D2とは、規制期間DRから遅角した期間で、気筒1a内の吸気流動が速く、スモークの発生量が少ない領域で、この時は、トルクも大きく、吸気充填量も大きいために排気エネルギーを増大できターボ過給機15の過給効率を向上できる。一方、HC排出量は、第1期間D1で燃料噴射を実行した場合に比べ大きくなる。具体的には、第2期間D2は、吸気行程上死点後、120°CAから160°CAの範囲(吸気行程下死点前、20°CAから60°CA)が好ましく、燃料噴射を第2期間D2より更に遅角させて実行すると、スモークの発生量及びHC排出量が増大し、トルクも低下する。
加速開始後の加速後期で、例えば、エンジンのトルクが、全開トルク(スロットル弁12の開度が全開状態における定常運転時において、この状態で得られる吸気充填量に対して発生可能なエンジンのトルクで、エンジン回転数毎変化するもの。)に近づくようになり、過給によるトルク増大効果が十分得られるようになると、燃料噴射時期を、第1期間D1に戻して、HC排出量が少ない状態で加速を行う。
【0035】
このように燃料噴射時期を制御することで、定常運転時や過給によるトルク増大効果が十分得られる加速後期では、スモークとHCとの発生を抑制でき、早急に過給が必要となる加速初期では、スモークの発生を抑制しつつ、吸気充填量を増量してターボ過給機15のターボラグを改善できる。
尚、加速後期においては、燃料噴射を第1期間D1と第2期間D2との双方で実行し、加速完了後に第1期間D1に戻すようにしてもよく、この場合には、規制期間DRを除いた吸気行程中期付近において、気筒1a内の吸気流動が速い状態での燃料噴射が可能となり、更に、第1期間D1で噴射された燃料に対して第2期間D2で噴射された燃料が重ならないことから(つまり、大量の燃料を一括で噴射する場合において、噴射初期の燃料噴霧に、その後に噴射された燃料の噴霧が重なることがないことから)、噴射された燃料と空気とのミキシング性が向上し、スモークとHCとの発生を抑制しつつ、高いトルクが確保できる。(図4の破線で示す噴射の一形態を参照)
【0036】
次に、本実施形態における制御手順について、図5の制御フローチャートを参照して詳細に説明する。
図5は、クランク角が所定角度になる毎にスタートするフローチャートを示しており、スタート後、ステップS1で、クランク角情報や吸入空気量情報等を入力する。尚、クランク角情報に基づいてエンジン回転数が決定され、吸入空気量情報に基づいてエンジン負荷が決定される。また、エンジンコントロールユニット22は、この燃料噴射制御とは別に、アクセル開度信号等に基づいてスロットル弁12の開度を制御しており、これにより吸入空気量は調整される。
次に、ステップS2で、低回転且つ低負荷運転領域からの急加速か否かを判断し、加速要求が高い急加速であれば、ステップS3へ、そうでなければ定常運転状態、若しくは緩加速状態、若しくはターボラグが極めて小さい高回転領域からの急加速状態であるとしてステップS4へ進む。この時の急加速の判定は、エンジン回転数がインターセプト回転数以下となる低回転域内で、吸入空気量の変化割合(単位時間当たりの変化量)が所定値以上となった時に加速と判断する。尚、急加速判定はこれに限定されるものではなく、エンジン回転数がターボ過給機15の特性に基づくインターセプト回転数以下の低回転域内で、アクセル開度の変化量、あるいはそのなまし値等の関連値が所定値以上となった時に基づいて判定しても良い。
【0037】
ステップS4では、制御マップ(図示せず)に基づいて噴射形態を設定する。具体的には、制御マップは、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷とし、これらに基づいて、各運転状態毎、燃料噴射時期の形態と噴射量とが記憶されるものであって、これにより、エンジン回転数が低回転域内となる運転状態では、燃料噴射時期を第1期間D1内の所定時期に設定する。また、エンジン回転数がインターセプト回転数以上となる高回転域では、高出力が要求されるため、吸入空気量の変化割合の大小に拘わらず(つまり、急加速、緩加速に拘わらず)、燃料噴射時期を第1期間D1内の所定時期と第2期間D2内の所定時期との2回に設定する。
尚、この制御マップにおいて燃料噴射量は、エンジン回転数が大きい程、あるいは、エンジン負荷が大きい程、増量設定されている。
【0038】
ステップS3では、加速初期か否かを判断し、加速初期であればステップS5へ、加速初期ではなく加速後期であると判断された場合ステップS6へ進む。
この時の判断は、図6の制御マップにより判断されるもので、この制御マップによると、予めエンジン回転数に応じてエンジン1の全開トルクが求められている。加速判定時で、現在のエンジン回転数における現在のトルクが、図6の制御マップのラインLより小さい時(同図のA点)は、加速初期と判断され、その後、現在のトルクが、ラインLとラインLに対し所定トルクだけ少ないラインL’との間で規定される範囲内となり、ラインLに近づいた時(同図のB点)は、加速後期であると判断している。尚、現在のトルクは、吸入空気量と燃料噴射量とにより求める。
尚、加速初期の判定はこれに限定されるものではなく、例えば、加速開始後、所定時間経過までを加速初期と判断して、所定期間経過後を加速後期と判断しても良い。
【0039】
ステップS5では、加速初期であるので、燃料噴射時期を第2期間D2内の所定時期に設定する。ステップS6では、加速後期であるので、燃料噴射時期を第1期間D1内、あるいは第1期間D1内の所定時期及び第2期間D2内の所定時期に設定する。尚、これらステップS5、S6においては、燃料噴射量は、ステップS4の制御マップの燃料噴射量特性と同様に設定された燃料噴射量用制御マップにより設定される。
ステップS4、S5、S6において、それぞれ燃料噴射形態を設定した後は、燃料噴射弁により、設定された燃料噴射時期となったときに、設定された燃料噴射量で、燃料噴射を実行し(ステップS7)、リターンする。
【0040】
(第2の実施形態)
本発明の第1の実施形態においては、加速初期において、燃料噴射を第2期間D2内でのみ実行するエンジン1について記載したが、これに代えて、加速初期に燃料噴射を、第1期間D1と第2期間D2との双方で実行しても良く、以下、これについて、詳細に説明する。この場合、第2の実施形態の全体構成や基本的な制御等は、第1の実施形態と同じである。
図7に示すように、第1の実施形態と同様に、定常運転状態では、燃料噴射を第1期間D1内の所定時期に実行する。尚、運転状態に応じて、燃料噴射を、第2期間D2内の所定時期に追加的、あるいは第1期間D1内での燃料噴射に代えて、実行しても良い。(図7の破線で示した燃料噴射Fadd参照)具体的には、運転状態が、定常運転状態であって、エンジン回転数が低回転側の領域では、第1期間D1内での所定時期に燃料噴射するか、第2期間D2内での所定時期に燃料噴射するとともに、運転状態が、定常運転状態であって、エンジン回転数が高回転側の領域では、第1期間D1内での所定時期と、第2期間D2内での所定時期に夫々燃料噴射しても良い。
【0041】
加速初期及び加速後期では、燃料噴射は、第1期間D1及び第2期間D2のそれぞれ所定の時期で噴射される。この場合、燃料噴射量は、第2期間D2での燃料噴射における噴射量の方が、第1期間D1での燃料噴射における噴射量よりも多くなる。一方、加速後期では、燃料噴射量は、第2期間D2での燃料噴射における噴射量の方が、第1期間D1での燃料噴射における噴射量よりも少なくなる。
このような構成によっても、規制期間DRを除いた吸気行程中期付近において、気筒1a内の吸気流動がより速い状態での燃料噴射が可能となり、更に、第1期間D1で噴射された燃料に対して第2期間D2で噴射された燃料が重ならないことから、噴射された燃料と空気とのミキシング性が向上し、スモークとHCとの発生を抑制しつつターボラグが改善できる。
【0042】
(他の実施形態)
尚、上述の実施形態においては、高回転且つ高負荷の運転状態以外の領域で、エンジン1の空燃比を理論空燃比にして運転を実行するエンジンについて説明したが、これに限定されるものではなく、これに代えて、エンジン1が、所謂リーンバーン運転を行うリーンバーンエンジンであっても良い。つまり、リーンバーンエンジンでは、図8に示すように、エンジンの運転状態が、低回転及び低負荷となる領域R1では、エンジンの空燃比(A/F)を、理論空燃比(A/F=14.7)よりもリーンとなる例えば18から50ぐらいに設定しており、この時、燃料噴射を、圧縮行程中期から後期までの所定時期に実行する。また、領域R1より高回転、高負荷側の領域R2では、空燃比を理論空燃比に設定されており、この時、燃料噴射を、吸気行程における第1期間D1内あるいは第2期間D2内の、所定時期に設定する。
【0043】
このようなエンジンにおいて、運転状態が領域R1で定常運転を実行している時には、燃料噴射は、圧縮行程の中期に実行されて成層燃焼によるリーンバーンが実行される(図8のC1)。この状態から加速が判定されると、運転状態が領域R1内であったとしても、加速初期では、燃料噴射を吸気行程における第2期間D2内の所定時期で実行する(図8のC2)。この時、全燃料噴射量の半分以下の燃料を、追加的に第1期間D1内の所定期間で実行しても良い。その後、加速後期に移行すると、燃料噴射を吸気行程における第1期間D1内の所定時期で実行する。
【0044】
このような構成により、ターボ過給機付き直噴リーンバーンエンジンにおいても、加速中のスモークの発生を抑制しつつ、加速初期におけるターボ過給機15のターボラグを改善して加速性能の向上が図れる。
【0045】
また、以上の実施形態においては、第1期間D1内、あるいは第2期間D2内における所定時期の燃料噴射を1回として説明したが、第1期間D1内で複数回に分けて噴射を実行したり、あるいは第2期間D2内で複数回に分けて噴射を実行するものであっても構わない。
また、以上の実施形態において、燃料噴射弁5としてスワールノズル型インジェクタを用いたが、これに限定されず、例えば、燃料噴射弁5としては噴霧角が狭角で貫徹力の高いタイプを使用し、ピストン6が上死点側に位置している状態で、燃料をピストン6の頂部や吸気流動に衝突するように噴射させるものであっても良い。
また、可変バルブタイミング機構21により吸気弁2が最大開弁量となる時期を運転状態に応じて求め、第1期間D1及び第2期間D2を、これに基づいて運転状態に応じて変更されるように制御してもよい。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る第1発明においては、エンジンが定常運転状態のときは、吸気行程中において規制期間よりも進角側の第1期間で燃料噴射を実行するので、元来スモークの発生が少ない吸気行程中における燃料噴射を、更にスモークの発生を抑制して実行することが可能となる。また、この時は、燃料噴射が早い時期に実行されることとなるため、HCの生成を抑制できる。また、加速時には、吸気行程中で規制期間よりも遅角側の第2期間で燃料噴射を実行するので、スモークの発生を抑制しつつ、吸気充填量の増大に起因するターボ過給機の過給性能向上により、ターボラグを改善できる。
また、本発明に係る第2発明のおいては、加速時には、吸気行程中で規制期間よりも遅角側の第2期間での燃料噴射を、第1期間での燃料噴射よりも噴射量を増量して実行するので、燃料の分割噴射により燃料と空気とのミキシング性を向上させることができ、これにより、スモークの発生を抑制しつつ吸気充填量の増大に起因するターボ過給機の過給性能を向上させて、ターボラグを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るエンジン1の概略を示す全体構成図。
【図2】燃料噴射弁5から燃焼室4内へ噴射される燃料の噴霧形態を示す概略図。
【図3】吸気行程において燃料噴射時期を変更した時のスモーク発生量等各種データに関する実験結果を示すグラフ。
【図4】第1の実施形態に係る燃料噴射動作の形態を示す模式図。
【図5】第1の実施形態に係る制御手順を示すフローチャート図。
【図6】加速初期の判定方法を説明する模式図。
【図7】第2の実施形態に係る燃料噴射動作の形態を示す模式図。
【図8】リーンバーンエンジンにおける運転状態を示す模式図
【符号の説明】
2:吸気弁
4:燃焼室
5:燃料噴射弁
7:点火プラグ
15:ターボ過給機
D1:第1期間
D2:第2期間
DR:規制期間
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spark ignition engine control device, and particularly to a fuel injection control technique for a direct injection engine that includes a turbocharger and directly injects fuel into a combustion chamber when an intake valve is open. It is.
[0002]
[Prior art]
In general, a spark plug is disposed in a combustion chamber defined by an inner cylinder wall of an engine, a cylinder head lower surface, a piston top, and the like, and a spark that obtains combustion torque by igniting an air-fuel mixture containing fuel and intake air by the spark plug. A so-called direct injection engine in which a fuel injection valve is arranged so as to face a combustion chamber and fuel is directly injected from the injection valve into the combustion chamber is known.
Further, in Patent Document 1 below, spark ignition with a turbocharger is provided in such a spark ignition type direct injection engine, which is provided with a turbocharger that supercharges intake air using the exhaust energy of the engine. The fuel injection control of the direct injection engine is disclosed. In this patent document 1, in the initial stage of acceleration, fuel is dividedly injected in the intake stroke and the compression stroke, thereby increasing the exhaust energy and raising the exhaust gas temperature, thereby reducing the turbo lag of the turbocharger during acceleration. The technology to prevent is also disclosed.
[0003]
Further, in Patent Document 2 below, when fuel injection is performed during an intake stroke in a spark ignition direct injection engine, fuel injection is prohibited during a period in which the valve opening amount (lift amount) of the intake valve is near the maximum. A technique for suppressing the occurrence of soot and the like is disclosed.
Specifically, when the combustion chamber of such a direct injection engine is viewed from the reciprocating direction of a piston that reciprocates in the cylinder, the ignition plug is disposed near the center of the combustion chamber, and the intake valve and the exhaust valve are the ignition plug. The fuel injection valve is disposed further on the outer peripheral side than the intake valve in the direction in which the intake valve is located. For such a structure, the fuel is supplied from the fuel injection valve to the ignition plug. The spark portion is injected toward a position slightly on the piston side of the spark portion, that is, a slightly lower position in the engine vertical direction. In such a configuration, when fuel is injected with a large opening amount of the intake valve, a part of the fuel injected from the fuel injection valve adheres to the opened intake valve, and soot is generated. There's a problem. Therefore, the occurrence of soot is prevented by controlling the injection timing so that the injected fuel does not adhere to the intake valve.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-54894 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-8578
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the engine with a turbocharger disclosed in Patent Document 1 described above, the turbo lag in the turbocharger is improved by increasing the exhaust gas temperature. However, fuel injection is performed in the intake stroke and the compression stroke. There is a problem that a lot of smoke occurs when executed. This is because a large amount of fuel is injected during the compression stroke at the time of acceleration. In such an injection mode, the period from the fuel injection execution timing to the ignition timing in the compression stroke is short, and fuel vaporization is insufficient. Thus, it is considered that a lot of smoke is generated due to the ignition of the air-fuel mixture in such a state.
On the other hand, in order to reduce smoke, it is conceivable to inject fuel during the intake stroke while prohibiting fuel injection during the compression stroke, but by simply performing injection during the intake stroke, the exhaust energy can be used efficiently. Therefore, the turbo lag cannot be improved.
Further, as disclosed in Patent Document 2 described above, in a spark ignition type direct injection engine, if fuel injection is performed during an intake stroke, the occurrence of smoke such as soot may be a problem, and the fuel injection timing is appropriately set. If it is not set, it is difficult to achieve both suppression of smoke generation and improvement of turbo lag.
[0006]
The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and its purpose is to devise the timing of fuel injection during the intake stroke in a spark ignition direct injection engine with a turbocharger. The purpose is to improve the turbo lag while suppressing the occurrence of smoke.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, according to a first aspect of the present invention, a turbocharger that supercharges intake air by exhaust gas discharged from a combustion chamber of an engine, an intake passage, and the combustion An intake valve for supplying intake air supercharged by the turbocharger to the combustion chamber by opening the valve during at least a predetermined period of the intake stroke, and fuel in the combustion chamber In the state where the combustion chamber is viewed from the reciprocating direction of the piston, the fuel is injected from the outer peripheral side of the combustion chamber toward the vicinity of the spark plug disposed in the combustion chamber. In the control device for a spark-ignition direct injection engine with a turbocharger, comprising a fuel injection valve and an injection timing control means for controlling the fuel injection timing by the fuel injection valve, the injection timing control means When the fuel injection timing is set in the stroke, a restriction period for restricting fuel injection is provided in the vicinity of the maximum valve opening timing at which the valve opening amount of the intake valve becomes maximum, and when the engine is in a steady operation state, the intake stroke The fuel injection is executed during the first period that is advanced from the regulation period, and during the acceleration from the steady operation state, the fuel injection is executed during the second period that is retarded from the regulation period during the intake stroke. It is characterized by controlling as follows.
[0008]
With this configuration, when the engine is in a steady operation state, fuel injection is performed in the first period that is more advanced than the regulation period, avoiding the regulation period during which smoke is likely to be generated due to fuel injection during the intake stroke. Therefore, it is possible to execute fuel injection during the intake stroke, where the generation of smoke is originally low, while further suppressing the generation of smoke. Further, at this time, since fuel injection is performed at an early stage, fuel is sufficiently mixed with intake air over a long period from injection execution to ignition execution, and is generated by combustion. HC (hydrocarbon) can be reduced.
Also, during acceleration, fuel injection is performed in the second period that is retarded from the regulation period during the intake stroke, but at this time, the piston is in a state of being lowered to the bottom dead center side in the cylinder, The fuel injected in such a state improves the mixing with the air by the intake air flow in the cylinder and lowers the intake temperature in the cylinder in a short time by the latent heat of vaporization. Thereby, the intake of a large amount of intake air into the cylinder is promoted, the intake charge amount is increased, and the exhaust gas amount is increased, so that the supercharging performance of the turbocharger can be improved. In addition, by improving the mixing of fuel and air as described above, the combustibility is promoted and the generation of smoke can be suppressed. Therefore, during acceleration, the fuel injection is performed during the intake stroke while avoiding the regulation period, so that the occurrence of smoke can be suppressed and the turbocharger supercharging caused by the increase in the intake charge amount can be suppressed. The performance can be improved and the turbo lag can be improved.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the injection timing control means performs the first fuel injection in the late stage of acceleration such that the engine torque increased by the turbocharger approaches a predetermined value after the start of acceleration. It is characterized by controlling to be executed during a period.
When fuel injection is executed in the second period, HC discharged from the combustion chamber by combustion is relatively larger than that in the first period.
However, with the configuration according to the second aspect, even during acceleration, fuel injection is performed in the first period after the engine torque is increased by the turbocharger. While maintaining the torque, exhaust of HC from the combustion chamber can be suppressed as a whole.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the injection timing control means performs the first fuel injection after the start of acceleration at a later stage of acceleration such that the engine torque increased by the turbocharger approaches a predetermined value. It is characterized by performing control in the period and the second period.
With such a configuration, fuel injection can be performed in a state where the intake air flow in the cylinder is fast near the middle of the intake stroke excluding the regulation period, so that mixing characteristics between injected fuel and air can be improved and acceleration is being performed. Thus, smoke and HC emissions from the combustion chamber can be suppressed as a whole while maintaining a high torque.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, when the supercharging pressure of the intake air supercharged by the turbocharger exceeds a predetermined value, a part of the exhaust gas upstream of the turbocharger is A wastegate valve that opens to bypass the turbocharger is provided, and the engine's steady operating state is that the engine operating state is placed in the intake passage and the throttle valve that adjusts the intake air amount is fully opened. At this time, the wastegate valve is in a lower rotational speed range than the engine rotational speed at which the wastegate valve shifts from the fully closed state to the open state.
With such a configuration, when the throttle valve arranged in the intake passage is fully opened, the wastegate valve that bypasses the exhaust gas supplied to the turbocharger is lower than the engine speed at which the engine shifts from the fully closed state to the open state. The fuel injection in the second period is executed only at the time of acceleration from the operating state that becomes the rotation region. Therefore, in a steady operation state where the engine speed is in a low engine speed range, fuel injection in the second period is not executed, so that HC emission from the combustion chamber can be suppressed. Further, this steady operation state is a state in which the supercharging capability of the turbocharger is low. Only when accelerating from this operation state, fuel injection is executed in the second period, thereby increasing the HC emission amount. While suppressing, the exhaust energy that is insufficient due to the low rotation state can be compensated, and the turbo lag can be reduced and the HC emission amount can be reduced.
[0012]
According to the fifth aspect of the present invention, the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine enables communication between the turbocharger that supercharges intake air, the intake passage, and the combustion chamber, and at least a predetermined intake stroke. The intake valve that supplies the intake air supercharged by the turbocharger to the combustion chamber and directly injects fuel into the combustion chamber, and the combustion chamber is reciprocated in the piston reciprocating direction. The fuel injection valve is disposed so that fuel is injected from the outer peripheral side of the combustion chamber toward the vicinity of the spark plug disposed in the combustion chamber, and the fuel injection by the fuel injection valve In a control device for a spark-ignition direct injection engine with a turbocharger, comprising: an injection timing control means for controlling the timing; the injection timing control means is configured to operate when the fuel injection timing is set in the intake stroke. A restriction period for restricting fuel injection is provided in the vicinity of the maximum valve opening timing at which the valve opening amount of the intake valve is maximized. When the engine is in a steady operation state, a first position that is advanced from the restriction period during the intake stroke. During at least one of the period or the second period that is retarded from the regulation period during the intake stroke, the fuel injection is performed in the first period and the second period during acceleration from the steady operation state. And the injection amount of the fuel injection executed in the second period is made larger than the injection amount of the fuel injection executed in the first period.
With this configuration, during acceleration, fuel injection is performed within a period in which the reciprocating speed of the piston is high and the intake air flow in the cylinder is fast, avoiding the restriction period during the intake stroke. Can be greatly suppressed. Further, by increasing the fuel injection amount in the second period more than the fuel injection amount in the first period and executing the injection in the second period, the exhaust gas amount can be increased due to the increase in the intake charge amount, Thereby, the supercharging performance of the turbocharger can be improved and the turbo lag can be improved.
[0013]
A sixth aspect of the present invention is the method according to the fifth aspect, wherein when the supercharging pressure of the intake air supercharged by the turbocharger exceeds a predetermined value, a part of the exhaust gas upstream of the turbocharger is A wastegate valve that opens to bypass the turbocharger is provided, and the engine's steady operating state is that the engine operating state is placed in the intake passage and the throttle valve that adjusts the intake air amount is fully opened. The wastegate valve is in a state where the engine speed is lower than the engine speed at which the wastegate valve shifts from the fully closed state to the open state, and the injection control means The fuel injection is executed in one of the period or the second period, and control is performed so that the fuel injection is executed in both the first period and the second period when the engine is in a high rotation state in the low rotation range. It is a symptom.
With such a configuration, when accelerating from an operating state where the engine speed is relatively high in a low engine speed range where the engine speed is low, both during the intake stroke and before and after the regulation period avoiding the regulation period, By executing the fuel injection, fuel injection can be performed in a state where the intake air flow in the cylinder is faster, and the generation of smoke can be significantly suppressed by improving the mixing of fuel and air.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0015]
(First embodiment)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
(overall structure)
As shown in FIG. 1, a spark-ignition direct injection engine 1 with turbocharger (hereinafter referred to as “engine 1”) according to the present invention has wheels (not shown) with respect to a vehicle (not shown). It is mounted so that it can be driven. Further, when two intake valves 2 (only one intake valve is shown) are opened, the engine 1 draws intake air for fuel combustion from the intake passage 3 into the combustion chamber 4 formed in the cylinder 1a. It is like that. Then, fuel (gasoline) is directly injected into the combustion chamber 4 from the fuel injection valve 5 at a predetermined time, and an air-fuel mixture is formed.
[0017]
This air-fuel mixture is compressed by the piston 6 and is ignited and burned by a spark plug 7 (spark ignition device) at a predetermined timing. Combustion gas, that is, exhaust gas, is discharged into the exhaust passage 9 when the exhaust valve 8 is opened.
[0018]
Fuel is supplied to the fuel injection valve 5 by a high-pressure fuel pump 11 through a fuel supply passage 10. Thus, since the high-pressure fuel pump 11 is used, fuel injection can be performed without any trouble even in the latter half of the compression stroke in which the inside of the combustion chamber 4 becomes high pressure. The fuel injection valve 5 is a swirl nozzle type injector, and is arranged so that the tip of the fuel injection valve 5 in which the fuel injection hole is formed directly faces the combustion chamber 4. A cavity 6 a is formed at the top of the piston 6.
[0019]
In the intake passage 3, a throttle valve 12 that can adjust the intake air amount, a surge tank 3 a that stabilizes the intake air flow, and a tumble in the combustion chamber 4 are generated in order from the upstream side in the intake air flow direction. Therefore, a flow control valve 13 for adjusting the inflow direction of the intake air to the combustion chamber 4 is provided. Here, the throttle valve 12 is driven by an electric actuator 12a that operates according to a control signal output from a control unit 22 (ECU) described later. In addition, a bypass passage that bypasses the throttle valve 12 is formed in the intake passage 3, and a bypass valve is provided in the bypass passage so as to open and close, thereby forming an idle speed control device that controls the intake air amount during idle operation. You can also.
In the intake passage 3 upstream of the throttle valve 12, an air cleaner (not shown) for removing dust and the like contained in the intake air directly sucked from the atmosphere in order from the upstream, an air flow sensor (not shown) for detecting the intake air amount. A compressor 15b and an intercooler 18 of a turbocharger 15 to be described later are provided.
[0020]
In the exhaust passage 9, a linear O that linearly detects the oxygen concentration in the exhaust gas and thus the air-fuel ratio in order from the upstream side in the exhaust flow direction. 2 Sensor 14 (Note that the normal air-fuel ratio, that is, a normal λO whose output reverses in the vicinity of λ = 1 2 Sensor), a turbine 15a of the turbocharger 15, a first catalytic converter 16a, and a second catalytic converter 16b.
[0021]
The turbocharger 15 is mechanically connected to the turbine 15a that is rotated by contact with the exhaust gas flow, and is provided in the intake passage 3 and rotates according to the rotation of the turbine 15a. And a compressor 15b capable of supercharging intake air. In addition, an intercooler 18 that cools the intake air that has been supercharged by the compressor 15 b to a high temperature with traveling wind or the like to increase the intake charge amount in the combustion chamber 4, and intake air between the compressor 15 b and the throttle valve 12. It is provided in the passage 3.
[0022]
In the exhaust passage 9, a waste gate valve 17b is provided in a bypass passage 17a that bypasses the upstream and downstream of the turbine 15a. The wastegate valve 17b is configured such that supercharged intake air between the compressor 15b and the throttle valve 12 is introduced into the intake passage 6 with respect to the diaphragm type actuator 17c, and is thereby opened and closed. . Specifically, when the supercharging pressure (positive pressure) of the supercharged intake air is greater than the atmospheric pressure but below a predetermined pressure, the wastegate valve 17b is closed, and substantially the entire amount of exhaust gas passes through the turbine 15a. However, when the supercharging pressure becomes larger than a predetermined pressure, a part of the exhaust gas bypasses the turbine 15a and the excessive supercharging is suppressed by opening the waste gate valve 17b. The reliability of the engine 1 is maintained. In this case, in a state where the throttle valve 12 is fully opened, the engine speed when the supercharging pressure becomes a predetermined pressure and the wastegate valve 17b starts to shift from the closed state to the open state is generally called the intercept speed. It is out.
[0023]
Both the first catalytic converter 16a and the second catalytic converter 16b are loaded with a honeycomb carrier (not shown), and the exhaust gas atmosphere sandwiches the exhaust gas atmosphere corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio on the surface of the honeycomb carrier. Thus, the three-way catalyst material that can purify NOx, HC, CO, etc. in the exhaust gas is coated by periodically switching between the oxidizing atmosphere and the reducing atmosphere. In addition, any catalytic converter 16a, 16b exhibits a sufficient purification power when its temperature is higher than the activation temperature, but a sufficient purification power cannot be obtained when the temperature is lower than the activation temperature.
The turbine 15a and linear O 2 A catalytic converter 16 a may be disposed between the sensor 14 and the sensor 14.
[0024]
The engine 1 is provided with an EGR passage 19 (EGR is an abbreviation of “Exhaust Gas Recirculation”) for returning a part of the exhaust gas in the exhaust passage 9 to the intake passage 3, and the EGR passage 19 is provided with an EGR gas flow rate. An EGR control valve 20 to be controlled is interposed.
Further, the intake valve 2 can change the valve opening timing and the valve closing timing according to the operating state by the variable valve timing mechanism 21.
[0025]
The control unit 22 is a comprehensive control device for the engine 1 and performs various engine controls based on various control information. Specifically, the control unit 22 receives information on the intake air amount from the air flow sensor, accelerator opening information of an accelerator pedal (not shown) provided in the passenger compartment, and a crankshaft ( Crank angle information (not shown), engine coolant temperature information (engine temperature), linear O 2 Various control information such as air-fuel ratio information from the sensor 14 is input. Based on these control information, the control unit 22 controls the fuel injection control including the fuel injection amount control and the injection timing control of the fuel injection valve 5, controls the ignition timing of the spark plug 7 (ignition timing control), throttle valve 12, control of the opening of the EGR control valve 20, control of the opening of the flow control valve 13, control of the opening period and opening / closing timing of the intake valve 2, and the like.
In the fuel injection control of the engine 1 in the present embodiment, the air-fuel ratio is in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas when the operating state of the engine 1 is in a region other than the high rotation and high load states. The air-fuel ratio feedback control is executed so that
[0026]
Next, with reference to FIG. 2, the spray form of the fuel injected from the fuel injection valve 5 will be described in detail.
As shown in FIG. 2, the injection port 5 a of the fuel injection valve 5 is formed on the inner wall of the combustion chamber 4 on the lower side (crankshaft side) in the reciprocating direction of the piston 6 of the communication opening 2 a between the intake passage 3 and the combustion chamber 4. When viewed from the reciprocating direction of the piston 6, it is located near the outer peripheral side of the intake valve 2, that is, on the outer peripheral side of the cylinder 1 a between the two intake valves 2. The fuel is atomized and injected from the injection port 5a toward the obliquely lower side in the reciprocating direction and in a conical shape. Specifically, the inclination angle θ1 of the fuel injection valve (substantially the same as the inclination angle θ1 ′ with respect to the center line of the spray having a substantially conical shape) is set with respect to the horizontal plane (that is, the plane perpendicular to the reciprocating direction). The spray angle θ2 is set between 35 ° and 50 ° (however, under atmospheric pressure conditions).
[0027]
Further, the spray reach distance by such fuel injection slightly passes through the spark portion 7a of the spark plug 7 or a slightly lower position on the upper side of the spray (on the spark plug 7 side), and the exhaust valve 8 Alternatively, the distance is set shorter than the inner wall of the cylinder 1a on the exhaust valve 8 side.
By defining the spray region S as described above, the fuel can be prevented from adhering to the inner wall of the cylinder 1a, and the fuel can be appropriately present around the spark portion 7a. While reducing, ignitability can be improved.
[0028]
By the way, as described above, when the fuel spray region S is defined for improving the ignitability, the following problems occur.
That is, when fuel is injected from the fuel injection valve 5 while the intake valve 2 is open during the intake stroke, the fuel is injected when the valve opening amount (lift amount) of the intake valve 2 is close to the maximum. As shown in FIG. 2, a part of the valve body of the intake valve 2 is located in the spray region S, so that a part of the injected fuel adheres to the valve body of the intake valve 2. Will do.
The fuel adhering in this way is not substantially vaporized and atomized, and smoke is generated by the subsequent combustion. The smoke thus generated is discharged from the combustion chamber together with the exhaust gas, thereby deteriorating the emission.
[0029]
FIG. 3 is an experimental result showing such a phenomenon. During the intake stroke of the engine 1, the amount of smoke generated when the fuel injection start timing (the fuel injection is executed once) is changed (from the combustion chamber). Emission amount) and torque (engine torque) are shown. Further, as will be described later, in order to examine the setting of the optimum fuel injection timing, the intake charge amount and the exhaust amount of HC from the combustion chamber are also shown.
As can be seen from this figure, the intake valve 2 reaches approximately 120 ° CA from a crank angle of approximately 80 ° (hereinafter referred to as CA) after the intake stroke top dead center (TDC) at which the valve opening amount becomes close to the maximum. In the regulation period DR, part of the fuel injected from the fuel injection valve 5 adheres to the opened intake valve 2, so that the amount of smoke generated increases and the torque slightly decreases.
Further, when the fuel injection start timing is gradually advanced from the regulation period DR, the amount of smoke generated gradually decreases but then increases as it approaches TDC. At this time, the HC emission amount shows a tendency similar to the smoke generation amount, and the torque and the intake charge amount decrease as the fuel injection start timing approaches TDC.
On the other hand, when the fuel injection start timing is gradually retarded from the regulation period DR, the smoke generation amount gradually decreases and then gradually increases from the vicinity of BDC (intake stroke bottom dead center). At this time, the torque greatly decreases as it approaches the BDC, the intake charge amount gradually increases, and the HC exhaust amount gradually increases and then rapidly increases from the vicinity of the BDC.
[0030]
The reason why the smoke generation amount and torque are improved by setting the fuel injection start timing to a slightly advanced side or a retarded side with respect to the regulation period DR is because the intake flow in the cylinder 1a becomes fast. In a predetermined crank angle range (that is, a range excluding the crank angle period near TDC and BDC where the speed associated with the reciprocating motion of the piston 6 increases in the geometrical relationship of the crank mechanism and the intake air flow becomes slightly faster). This is because the injected fuel and air are mixed well by being injected, and the amount of the injected fuel adhering to the intake valve 2 is gradually reduced.
The reason why the amount of smoke generated and the torque becomes worse as the fuel injection start timing is made closer to TDC or BDC is that the amount of injected fuel adhering to the top of the piston 6 increases and the intake air in the cylinder 1a. This is probably because the vaporization and atomization of the fuel is not promoted as a whole due to the slow flow and the mixing property between the injected fuel and air being lowered.
[0031]
Further, the reason why the intake charge amount increases by gradually retarding the fuel injection start timing during the intake stroke is considered to be due to the intake air cooling effect resulting from the fuel injection. That is, the peripheral intake air is cooled by the vaporization of the injected fuel, whereby the intake air volume is reduced, and more intake air can be introduced into the combustion chamber 4. Therefore, when fuel is injected at the later stage of the intake stroke, a large amount of intake air can be introduced into the combustion chamber 4 immediately before the intake valve 2 is closed by such intake air cooling. On the other hand, when fuel is injected in the first half of the intake stroke, such an intake cooling effect is once obtained, but the intake air that has been cooled as the piston 6 descends comes into contact with the wall surface of the cylinder 1a and is warmed. When the intake valve 2 is closed, the intake air cooling effect cannot be obtained. Therefore, even if fuel is injected in the first half of the intake stroke, the intake charge amount is not increased.
[0032]
Further, the reason why the HC emission amount is improved by setting the fuel injection start timing to the middle of the first half of the intake stroke is that the fuel injection is performed early in addition to the use of the fast intake flow in the cylinder 1a. This is because the period until ignition becomes longer, and vaporization of the fuel injected during this time is promoted for a long time. If the injection timing is advanced to the vicinity of TDC, a large amount of the injected fuel adheres to the top of the piston 6 and the like, and it is considered that HC deteriorates due to this large amount of attached fuel.
[0033]
(Fuel injection control)
In the present embodiment related to the direct injection engine 1 equipped with the turbocharger 15 based on the experimental results as described above, the fuel injection timing is set as shown in FIG.
A steady operation state in an operation region in which the engine speed is equal to or lower than the intercept rotation number, specifically, an operation region in which the engine speed is low and in a low load state (however, an operation region in a medium rotation and medium load state may be included. In the steady operation state at), fuel injection is executed at a predetermined time within the first period D1 advanced from the regulation period DR. The first period D1 is a region where the intake air flow in the cylinder 1a is fast and the amount of smoke generated is small. At this time, the torque is relatively large and the HC emission amount is small, but the intake charge amount is slightly small. Therefore, the amount of exhaust gas (that is, exhaust energy) is not so large. Specifically, the first period D1 is preferably in the range of 40 ° CA to 80 ° CA after the intake stroke top dead center. Note that if the fuel injection is executed at a further advanced angle than the first period D1, the amount of smoke generated and the amount of HC discharged increase, and the torque also decreases.
[0034]
When the engine operating state shifts from such a steady operation region to acceleration, fuel injection is executed at a predetermined time within the second period D2 in the initial stage of acceleration immediately after the start of acceleration. The second period D2 is a period retarded from the regulation period DR and is a region where the intake air flow in the cylinder 1a is fast and the amount of smoke generated is small. At this time, the torque is large and the intake charge amount is also large. Further, the exhaust energy can be increased, and the turbocharging efficiency of the turbocharger 15 can be improved. On the other hand, the HC emission amount is larger than that in the case where fuel injection is executed in the first period D1. Specifically, the second period D2 is preferably in the range of 120 ° CA to 160 ° CA after the intake stroke top dead center (before the intake stroke bottom dead center, 20 ° CA to 60 ° CA). When the operation is executed with a delay from the second period D2, the amount of smoke generated and the amount of HC discharged increases, and the torque also decreases.
In the latter half of the acceleration after the start of acceleration, for example, the engine torque is the fully open torque (the engine torque that can be generated with respect to the intake charge amount obtained in this state during steady operation when the opening of the throttle valve 12 is fully open). In this state, the fuel injection timing is returned to the first period D1 so that the amount of HC emission is small. Accelerate with.
[0035]
By controlling the fuel injection timing in this way, it is possible to suppress the generation of smoke and HC during steady operation or in the later stage of acceleration where the torque increase effect due to supercharging can be sufficiently obtained. Then, it is possible to improve the turbo lag of the turbocharger 15 by increasing the intake charge amount while suppressing the occurrence of smoke.
In the latter half of the acceleration, the fuel injection may be executed in both the first period D1 and the second period D2, and may be returned to the first period D1 after the acceleration is completed. In the vicinity of the middle stage of the removed intake stroke, fuel injection can be performed in a state where the intake air flow in the cylinder 1a is fast, and further, the fuel injected in the first period D1 is heavier than the fuel injected in the first period D1. (In other words, when a large amount of fuel is injected all at once, the fuel spray at the initial stage of injection does not overlap with the spray of fuel injected thereafter), so mixing of the injected fuel and air As a result, the high torque can be secured while suppressing the generation of smoke and HC. (Refer to one form of injection shown by the broken line in FIG. 4)
[0036]
Next, the control procedure in this embodiment will be described in detail with reference to the control flowchart of FIG.
FIG. 5 shows a flowchart that starts each time the crank angle reaches a predetermined angle. After the start, crank angle information, intake air amount information, and the like are input in step S1. The engine speed is determined based on the crank angle information, and the engine load is determined based on the intake air amount information. In addition to the fuel injection control, the engine control unit 22 controls the opening of the throttle valve 12 based on an accelerator opening signal or the like, thereby adjusting the intake air amount.
Next, in step S2, it is determined whether or not the acceleration is sudden from a low rotation and low load operation region. If the acceleration request is a high acceleration, go to step S3, otherwise steady operation or slow acceleration. The process proceeds to step S4 on the assumption that the vehicle is in a state of rapid acceleration from a high rotation region where the turbo lag is extremely small. The determination of sudden acceleration at this time is determined as acceleration when the rate of change of the intake air amount (change amount per unit time) exceeds a predetermined value within a low rotation range where the engine speed is equal to or lower than the intercept speed. . Note that the rapid acceleration determination is not limited to this, and the amount of change in the accelerator opening, or its annealing value, within a low speed range where the engine speed is equal to or lower than the intercept speed based on the characteristics of the turbocharger 15. Alternatively, the determination may be made based on when the related value such as is equal to or greater than a predetermined value.
[0037]
In step S4, an injection form is set based on a control map (not shown). Specifically, the control map has the horizontal axis as the engine speed and the vertical axis as the engine load, and based on these, the mode of fuel injection timing and the injection amount are stored for each operating state. As a result, the fuel injection timing is set to a predetermined timing within the first period D1 in the operating state where the engine speed is in the low rotation speed range. In addition, since high output is required in the high engine speed range where the engine speed is equal to or higher than the intercept engine speed, the fuel can be used regardless of the change rate of the intake air amount (that is, regardless of whether it is suddenly or slowly accelerated). The injection timing is set to two times, a predetermined time in the first period D1 and a predetermined time in the second period D2.
In this control map, the fuel injection amount is set to increase as the engine speed increases or the engine load increases.
[0038]
In step S3, it is determined whether or not it is in the initial stage of acceleration. If it is in the initial stage of acceleration, the process proceeds to step S5.
The determination at this time is determined by the control map of FIG. 6, and according to this control map, the fully open torque of the engine 1 is obtained in advance according to the engine speed. At the time of acceleration determination, when the current torque at the current engine speed is smaller than the line L in the control map of FIG. 6 (point A in FIG. 6), it is determined that the acceleration is in the initial stage. When it is within the range defined between L and the line L ′ that is smaller than the line L by a predetermined torque and approaches the line L (point B in the figure), it is determined that it is the late stage of acceleration. The current torque is obtained from the intake air amount and the fuel injection amount.
Note that the determination at the initial stage of acceleration is not limited to this. For example, after the start of acceleration, a period after a predetermined time may be determined as the initial stage of acceleration, and after a predetermined period may be determined as the late stage of acceleration.
[0039]
In step S5, since the acceleration is early, the fuel injection timing is set to a predetermined timing within the second period D2. In step S6, since it is the late stage of acceleration, the fuel injection timing is set within the first period D1, or a predetermined time within the first period D1 and a predetermined time within the second period D2. In these steps S5 and S6, the fuel injection amount is set by the fuel injection amount control map set in the same manner as the fuel injection amount characteristic of the control map in step S4.
After each fuel injection mode is set in steps S4, S5, and S6, fuel injection is executed with the set fuel injection amount when the set fuel injection timing is reached by the fuel injection valve (step S4). S7), return.
[0040]
(Second Embodiment)
In the first embodiment of the present invention, the engine 1 that performs fuel injection only in the second period D2 in the initial stage of acceleration has been described, but instead, the fuel injection is performed in the first period D1 in the initial stage of acceleration. And the second period D2, both of which may be described in detail below. In this case, the overall configuration and basic control of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
As shown in FIG. 7, as in the first embodiment, in the steady operation state, fuel injection is performed at a predetermined time within the first period D1. Depending on the operating state, fuel injection may be performed additionally at a predetermined time within the second period D2, or instead of fuel injection within the first period D1. (Refer to the fuel injection Fadd indicated by the broken line in FIG. 7) Specifically, in a region where the operation state is a steady operation state and the engine speed is low, the predetermined time within the first period D1 is reached. Fuel injection is performed or fuel is injected at a predetermined time within the second period D2, and when the operating state is a steady operating state and the engine speed is high, the predetermined period within the first period D1. The fuel may be injected at the time and at a predetermined time within the second period D2.
[0041]
In the early stage of acceleration and the late stage of acceleration, fuel is injected at predetermined timings in the first period D1 and the second period D2. In this case, the fuel injection amount in the fuel injection in the second period D2 is larger than the injection amount in the fuel injection in the first period D1. On the other hand, in the later stage of acceleration, the fuel injection amount in the fuel injection in the second period D2 is smaller than the injection amount in the fuel injection in the first period D1.
Even with such a configuration, fuel injection can be performed in a state where the intake air flow in the cylinder 1a is faster near the middle of the intake stroke excluding the regulation period DR, and further, the fuel injected in the first period D1 Since the fuel injected in the second period D2 does not overlap, the mixing property between the injected fuel and air is improved, and the turbo lag can be improved while suppressing the generation of smoke and HC.
[0042]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the engine that performs the operation with the air-fuel ratio of the engine 1 set to the stoichiometric air-fuel ratio in a region other than the high-rotation and high-load operation state has been described. However, the present invention is not limited to this. Instead, the engine 1 may be a lean burn engine that performs a so-called lean burn operation. That is, in the lean burn engine, as shown in FIG. 8, the engine air-fuel ratio (A / F) is changed to the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = A / F) in the region R1 where the engine operating state is low rotation and low load. For example, the fuel injection is performed at a predetermined time from the middle stage to the latter stage of the compression stroke. Further, in the region R2 on the higher speed and higher load side than the region R1, the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio. At this time, the fuel injection is performed within the first period D1 or the second period D2 in the intake stroke. , Set to a predetermined time.
[0043]
In such an engine, when the operation state is a steady operation in the region R1, fuel injection is performed in the middle of the compression stroke, and lean burn by stratified combustion is performed (C1 in FIG. 8). If acceleration is determined from this state, fuel injection is executed at a predetermined time within the second period D2 in the intake stroke at the initial stage of acceleration even if the operating state is within the region R1 (C2 in FIG. 8). At this time, fuel less than half of the total fuel injection amount may be additionally executed in a predetermined period within the first period D1. Then, when it shifts to the latter half of acceleration, fuel injection is performed at a predetermined time within the first period D1 in the intake stroke.
[0044]
With such a configuration, even in a direct-injection lean burn engine with a turbocharger, it is possible to improve the acceleration performance by improving the turbo lag of the turbocharger 15 in the early stage of acceleration while suppressing the generation of smoke during acceleration. .
[0045]
In the above embodiment, the fuel injection at a predetermined time in the first period D1 or the second period D2 has been described as one time. However, the injection is performed in a plurality of times within the first period D1. Alternatively, the injection may be performed in a plurality of times within the second period D2.
Further, in the above embodiment, the swirl nozzle type injector is used as the fuel injection valve 5, but the present invention is not limited to this. For example, the fuel injection valve 5 is a type having a narrow spray angle and a high penetration force. In the state where the piston 6 is located on the top dead center side, the fuel may be injected so as to collide with the top of the piston 6 or the intake air flow.
Further, the variable valve timing mechanism 21 obtains the time when the intake valve 2 reaches the maximum valve opening amount according to the operating state, and the first period D1 and the second period D2 are changed according to the operating state based on this. You may control as follows.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, in the first invention according to the present invention, when the engine is in a steady operation state, fuel injection is performed in the first period that is more advanced than the regulation period during the intake stroke. It is possible to execute fuel injection during the intake stroke with less occurrence of smoke while further suppressing the occurrence of smoke. At this time, since fuel injection is performed at an early stage, the generation of HC can be suppressed. In addition, during acceleration, fuel injection is performed in the second period that is retarded from the regulation period during the intake stroke, so excessive turbocharger excess due to an increase in the intake charge amount is suppressed while suppressing the occurrence of smoke. Turbo lag can be improved by improving the feed performance.
In the second invention according to the present invention, during the acceleration, the fuel injection in the second period retarded from the regulation period during the intake stroke is set to be greater than the fuel injection in the first period. Since the fuel injection is performed in an increased amount, the fuel and air mixing characteristics can be improved by split fuel injection, thereby suppressing the occurrence of smoke and reducing the turbocharger excess due to the increase in the intake charge amount. The turbo lag can be improved by improving the feed performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an outline of an engine 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a spray form of fuel injected from a fuel injection valve 5 into a combustion chamber 4;
FIG. 3 is a graph showing experimental results regarding various data such as smoke generation amount when the fuel injection timing is changed in the intake stroke.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a form of fuel injection operation according to the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure according to the first embodiment.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a determination method at the early stage of acceleration.
FIG. 7 is a schematic view showing a form of fuel injection operation according to the second embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an operating state of a lean burn engine.
[Explanation of symbols]
2: Intake valve
4: Combustion chamber
5: Fuel injection valve
7: Spark plug
15: Turbocharger
D1: First period
D2: Second period
DR: Regulatory period

Claims (6)

エンジンの燃焼室から排出される排気ガスにより、吸気を過給するターボ過給機と、
吸気通路と該燃焼室とを連通可能にするとともに、吸気行程の少なくとも所定の期間において開弁することにより、該ターボ過給機により過給された吸気を該燃焼室に供給する吸気弁と、
該燃焼室内に燃料を直接噴射するとともに、該燃焼室をピストン往復動方向から見た状態において、燃料が、該燃焼室の外周側から該燃焼室内に配置された点火プラグ近傍に指向して噴射されるよう配置された燃料噴射弁と、
該燃料噴射弁による燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段とを備えたターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
上記噴射時期制御手段は、吸気行程で燃料噴射時期が設定される場合において、上記吸気弁の開弁量が最大となる最大開弁時期の近傍で燃料噴射を規制する規制期間を設け、
エンジンが定常運転状態のときには、吸気行程中で規制期間より進角側となる第1期間に燃料噴射を実行し、定常運転状態からの加速時においては、吸気行程中で規制期間より遅角側の第2期間に燃料噴射を実行するよう制御することを特徴とするターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置。
A turbocharger that supercharges intake air by exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine;
An intake valve that allows the intake passage and the combustion chamber to communicate with each other, and that opens the valve during at least a predetermined period of the intake stroke to supply the intake air supercharged by the turbocharger to the combustion chamber;
The fuel is directly injected into the combustion chamber, and the fuel is injected from the outer peripheral side of the combustion chamber toward the vicinity of a spark plug disposed in the combustion chamber when the combustion chamber is viewed from the reciprocating direction of the piston. A fuel injection valve arranged to be
In a control device for a spark ignition direct injection engine with a turbocharger, comprising an injection timing control means for controlling the injection timing of fuel by the fuel injection valve,
The injection timing control means provides a regulation period for regulating fuel injection in the vicinity of the maximum valve opening timing at which the valve opening amount of the intake valve becomes maximum when the fuel injection timing is set in the intake stroke,
When the engine is in a steady operation state, fuel injection is performed in a first period that is more advanced than the regulation period during the intake stroke, and during acceleration from the steady operation state, the fuel injection is delayed from the regulation period during the intake stroke. A control device for a spark-ignition direct injection engine with a turbocharger, wherein control is performed so that fuel injection is performed during the second period.
上記噴射時期制御手段は、加速開始後、上記ターボ過給機により増大するエンジントルクが所定値に近づくような加速後期で、燃料噴射を第1期間に実行するよう制御することを特徴とする請求項1記載のターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置。The injection timing control means controls the fuel injection to be executed in the first period after the start of acceleration, at a later stage of acceleration such that the engine torque increased by the turbocharger approaches a predetermined value. Item 2. A control device for a spark ignition direct injection engine with a turbocharger according to Item 1. 上記噴射時期制御手段は、加速開始後、上記ターボ過給機により増大するエンジントルクが所定値に近づくような加速後期で、燃料噴射を第1期間及び第2期間に実行するよう制御することを特徴とする請求項1記載のターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置。The injection timing control means performs control so that fuel injection is executed in the first period and the second period in the latter period of acceleration such that the engine torque increased by the turbocharger approaches a predetermined value after the start of acceleration. The control device for a spark ignition direct injection engine with a turbocharger according to claim 1. 上記ターボ過給機により過給された吸気の過給圧が所定値以上となった時に、該ターボ過給機上流の排気ガスの一部を該ターボ過給機の下流にバイパスするよう開弁動作するウエストゲートバルブを備え、
エンジンの定常運転状態とは、エンジンの運転状態が、吸気通路に配置されて吸気量を調整するスロットル弁が全開の時に該ウエストゲートバルブが全閉から開成状態に移行するエンジン回転数よりも低回転域内にあることを特徴とする請求項1記載のターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置。
When the supercharging pressure of the intake air supercharged by the turbocharger exceeds a predetermined value, the valve is opened so as to bypass a part of the exhaust gas upstream of the turbocharger downstream of the turbocharger. With operating wastegate valve,
The engine operating state is lower than the engine speed at which the wastegate valve shifts from a fully closed state to an open state when the throttle valve that is disposed in the intake passage and adjusts the intake air amount is fully opened. The control device for a spark ignition direct injection engine with a turbocharger according to claim 1, wherein the control device is in a rotation range.
エンジンの燃焼室から排出される排気ガスにより、吸気を過給するターボ過給機と、
吸気通路と該燃焼室とを連通可能にするとともに、吸気行程の少なくとも所定の期間において開弁することにより、該ターボ過給機により過給された吸気を該燃焼室に供給する吸気弁と、
該燃焼室内に燃料を直接噴射するとともに、該燃焼室をピストン往復動方向から見た状態において、燃料が、該燃焼室の外周側から該燃焼室内に配置された点火プラグ近傍に指向して噴射されるよう配置された燃料噴射弁と、
該燃料噴射弁による燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段とを備えたターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置において、
上記噴射時期制御手段は、吸気行程で燃料噴射時期が設定される場合において、上記吸気弁の開弁量が最大となる最大開弁時期の近傍で燃料噴射を規制する規制期間を設け、エンジンが定常運転状態のときは、吸気行程中で規制期間より進角側となる第1期間、あるいは、吸気行程中で規制期間より遅角側となる第2期間の少なくとも一方で燃料噴射を実行するとともに、定常運転状態からの加速時においては、第1期間及び第2期間で燃料噴射を実行し、且つ第2期間で実行される燃料噴射の噴射量を、第1期間で実行される燃料噴射の噴射量より多くしたことを特徴とするターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置。
A turbocharger that supercharges intake air by exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine;
An intake valve that allows the intake passage and the combustion chamber to communicate with each other, and that opens the valve during at least a predetermined period of the intake stroke to supply the intake air supercharged by the turbocharger to the combustion chamber;
The fuel is directly injected into the combustion chamber, and the fuel is injected from the outer peripheral side of the combustion chamber toward the vicinity of a spark plug disposed in the combustion chamber when the combustion chamber is viewed from the reciprocating direction of the piston. A fuel injection valve arranged to be
In a control device for a spark ignition direct injection engine with a turbocharger, comprising an injection timing control means for controlling the injection timing of fuel by the fuel injection valve,
When the fuel injection timing is set in the intake stroke, the injection timing control means provides a regulation period for restricting fuel injection in the vicinity of the maximum valve opening timing at which the valve opening amount of the intake valve is maximized. During the steady operation state, fuel injection is performed at least in the first period that is advanced from the regulation period during the intake stroke or the second period that is retarded from the regulation period during the intake stroke. During acceleration from the steady operation state, the fuel injection is executed in the first period and the second period, and the injection amount of the fuel injection executed in the second period is the same as the fuel injection executed in the first period. A control device for a spark-ignition direct injection engine with a turbocharger, characterized in that it is greater than the injection amount.
上記ターボ過給機により過給された吸気の過給圧が所定値以上となった時に、該ターボ過給機上流の排気ガスの一部を該ターボ過給機の下流にバイパスするよう開弁動作するウエストゲートバルブを備え、
エンジンの定常運転状態とは、エンジンの運転状態が、吸気通路に配置されて吸気量を調整するスロットル弁が全開の時に該ウエストゲートバルブが全閉から開成状態に移行するエンジン回転数よりも低回転域内にある状態であって、
上記噴射制御手段は、該低回転域内におけるより低回転状態の時には、第1期間、あるいは第2期間の一方で燃料噴射を実行するとともに、該低回転域内における高回転状態の時には、第1期間及び第2期間の双方で燃料噴射を実行するよう制御することを特徴とする請求項6記載のターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置。
When the supercharging pressure of the intake air supercharged by the turbocharger exceeds a predetermined value, the valve is opened so as to bypass a part of the exhaust gas upstream of the turbocharger downstream of the turbocharger. With operating wastegate valve,
The engine operating state is lower than the engine speed at which the wastegate valve shifts from a fully closed state to an open state when the throttle valve that is disposed in the intake passage and adjusts the intake air amount is fully opened. In a state of rotation,
The injection control means executes fuel injection during one of the first period and the second period when the engine is in a lower rotation state within the low rotation region, and when the engine is in the high rotation state within the low rotation region. 7. The control device for a spark ignition direct injection engine with a turbocharger according to claim 6, wherein control is performed so that fuel injection is performed both in the second period.
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