JP2005113885A - Internal combustion engine - Google Patents

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Akira Tayama
彰 田山
Hirobumi Tsuchida
博文 土田
Shunichi Shiino
俊一 椎野
Taisuke Shiraishi
泰介 白石
Masaaki Kubo
賢明 久保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder direct injection type engine capable of suppressing increase of an amount of smoke generation at the time of catalyst warming up operation and the like. <P>SOLUTION: The engine 1 is equipped with a combustion chamber 7, an ignition plug 9, a fuel injection valve 10, a piston 8 and a control unit 21. The ignition plug 9 and the fuel injection valve 10 are positioned in the approximately center of an upper part of the combustion chamber 7. An inside cavity 8b is formed in the approximately center of a crown face of the piston 8. At the time of catalyst warming up operation, the control unit 21 injects fuel from the fuel injection valve 10 toward the inside cavity 8b in a compression stroke, forms predetermined air fuel mixture at an air fuel ratio richer than a theoretical air fuel ratio, only in a region inside and above the inside cavity 8b, performs ignition combustion by the ignition plug 9. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関、特に、筒内直接噴射式の内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an in-cylinder direct injection internal combustion engine.

通常、エンジン(内燃機関)の熱効率は、一般に、低速回転・高負荷運転領域で良く、低負荷運転領域や高速回転運転領域になるほど悪くなる。このようなエンジンの熱効率を改善するための手法として、スロットル開度を大きくしてポンプ損失(絞りによる損失)を低減するとともに、混合気の空燃比をリーン化することで作動ガスの比熱比を大きくして、理論熱効率を向上する手法が知られている。   In general, the thermal efficiency of an engine (internal combustion engine) is generally sufficient in a low-speed rotation / high-load operation region, and becomes worse as a low-load operation region or a high-speed rotation operation region. As a method for improving the thermal efficiency of such an engine, the throttle opening is increased to reduce pump loss (loss due to throttling), and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made lean to increase the specific heat ratio of the working gas. A method for increasing the theoretical thermal efficiency by increasing the size is known.

しかしながら、従来のエンジンでは、空燃比をリーン化すると燃焼期間が長期化して燃焼安定度が悪化するため、空燃比のリーン化には限界がある。   However, in the conventional engine, when the air-fuel ratio is made lean, the combustion period is prolonged and the combustion stability is deteriorated, so that there is a limit to making the air-fuel ratio lean.

このような燃焼安定度の悪化を避けながら空燃比をリーン化するエンジンとして、筒内直接噴射式エンジンが実用に供されている。このエンジンでは、圧縮行程後期に燃料を筒内(燃焼室内)に直接噴射することで、成層混合気を形成し、点火プラグ近傍領域の空燃比を局所的に燃焼可能なレベルにし、それ以外の領域の空燃比を小さくする。これにより、安定的な燃焼が行われるとともに、筒内をトータルで見ると大幅な空燃比のリーン化が実現することになる。このようなエンジンを採用すれば、低速回転・低負荷運転領域における熱効率の向上を図ることができる。例えば、特許文献1に、筒内直接噴射式エンジンが開示されている。
特開平10−169488号公報
An in-cylinder direct injection engine has been put to practical use as an engine that makes the air-fuel ratio lean while avoiding such deterioration in combustion stability. In this engine, fuel is injected directly into the cylinder (combustion chamber) in the latter half of the compression stroke, thereby forming a stratified mixture, bringing the air-fuel ratio in the vicinity of the spark plug to a combustible level, Reduce the air / fuel ratio in the region. As a result, stable combustion is performed, and a drastic air-fuel ratio reduction is realized when the cylinder interior is viewed in total. By adopting such an engine, it is possible to improve the thermal efficiency in the low-speed rotation / low-load operation region. For example, Patent Document 1 discloses an in-cylinder direct injection engine.
JP-A-10-169488

特許文献1に示されている筒内直接噴射式エンジンでは、排気ガスの温度を上昇させる必要があるときに、点火プラグの周りに局所的に理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気を形成させ、この混合気を点火燃焼させている。このようにすることで、混合気の不完全燃焼が起こり、それによって発生したCOが周りに拡散する過程で周囲の酸素(局所的にリッチな空燃比の混合気を取り巻いていた空気中の酸素)と反応して再燃焼する。すると、発生時期の遅い再燃焼によって生じる熱が、エンジン出力に変換されることなく、排気ガスの温度を上昇させることになる。   In the in-cylinder direct injection engine disclosed in Patent Document 1, when it is necessary to raise the temperature of the exhaust gas, an air-fuel mixture that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio is locally provided around the spark plug. This mixture is ignited and burned. By doing so, incomplete combustion of the air-fuel mixture occurs, and in the process in which the generated CO diffuses around, the surrounding oxygen (the oxygen in the air surrounding the air-fuel mixture that is locally rich) ) And react again. Then, heat generated by re-combustion with a late generation time increases the temperature of the exhaust gas without being converted into engine output.

このように、特許文献1の技術を利用すれば、筒内直接噴射式エンジンにおいて、排気通路に配設した排気浄化装置(以下、触媒という。)を暖機する触媒暖機運転などを行うときに、排気ガスの温度をうまく上昇させることができる。   As described above, when the technique of Patent Document 1 is used, in a direct injection type engine, when performing a catalyst warm-up operation for warming up an exhaust purification device (hereinafter referred to as a catalyst) disposed in an exhaust passage. In addition, the temperature of the exhaust gas can be raised well.

ところで、特許文献1に開示されているエンジンでは、燃料噴射弁を燃焼室の上部の周辺部分に配置しており、点火プラグの周りに局所的に理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気を形成させる場合には、燃料噴射から点火までの時間を極めて短くする必要が生じる。すなわち、燃焼室の上部の周辺部分に配置した燃料噴射弁からピストンの冠面へ向けて燃料を噴射し、ピストンの冠面の形状によって噴霧状態の燃料を点火プラグ近傍へ導く構造の筒内直接噴射式エンジンでは、噴射後の燃料が時間の経過とともに拡散し易いため、局所的にリッチな空燃比の状態で混合気を燃焼させるには、燃料噴射から点火までの時間を極めて短くする必要が生じる。   By the way, in the engine disclosed in Patent Document 1, the fuel injection valve is disposed in the upper peripheral portion of the combustion chamber, and the air-fuel ratio mixture that is locally richer than the stoichiometric air-fuel ratio around the spark plug. When the fuel cell is formed, it is necessary to extremely shorten the time from fuel injection to ignition. That is, fuel is injected from the fuel injection valve arranged in the upper peripheral portion of the combustion chamber toward the crown surface of the piston, and the fuel is directly sprayed into the vicinity of the spark plug by the shape of the piston crown surface. In an injection engine, the fuel after injection is likely to diffuse over time, so in order to burn the air-fuel mixture in a locally rich air-fuel ratio state, the time from fuel injection to ignition must be extremely short. Arise.

しかし、燃料噴射から点火までの時間が短くなると、ピストンの冠面に付着した燃料の気化が点火までに間に合わなくなり、スモ−クの発生量が増加するという問題がある。   However, when the time from fuel injection to ignition is shortened, there is a problem that the vaporization of the fuel adhering to the crown surface of the piston is not in time for ignition and the amount of smoke generated increases.

本発明の目的は、このようなスモ−クの発生量の増加という問題を抑制できるエンジン(内燃機関)を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an engine (internal combustion engine) that can suppress the problem of an increase in the amount of smoke generated.

本発明に係る内燃機関は、燃焼室と、点火プラグと、燃料噴射弁と、ピストンと、制御装置とを備えている。点火プラグは、燃焼室内の混合気に点火する。燃焼噴射弁は、燃焼室の上部の略中央に位置し、燃焼室内に直接燃料を噴射する。ピストンは、燃焼室内の混合気の爆発によって往復動するものであり、その冠面の略中央にキャビティが形成されている。制御装置は、燃焼室から排出される排気ガスの温度を高めることが要求される所定運転時に、圧縮行程において燃料噴射弁からキャビティへ向けて燃料を噴射させて、キャビティ内およびキャビティの上空の領域だけに、理論空燃比よりもリッチな空燃比の所定混合気を形成させる。また、制御装置は、こうして形成させた所定混合気を、点火プラグにより点火燃焼させる。   An internal combustion engine according to the present invention includes a combustion chamber, a spark plug, a fuel injection valve, a piston, and a control device. The spark plug ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber. The combustion injection valve is located substantially at the center of the upper part of the combustion chamber and injects fuel directly into the combustion chamber. The piston reciprocates due to the explosion of the air-fuel mixture in the combustion chamber, and a cavity is formed in the approximate center of the crown surface. The control device injects fuel from the fuel injection valve toward the cavity in the compression stroke during a predetermined operation required to increase the temperature of the exhaust gas exhausted from the combustion chamber, and in the cavity and the area above the cavity. Therefore, a predetermined air-fuel mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio is formed. In addition, the control device ignites and burns the predetermined air-fuel mixture thus formed by means of a spark plug.

このように、燃焼室の上部の略中央に燃料噴射弁を配置し、ピストンの冠面の略中央に形成されたキャビティへ向けて燃料を噴射させる内燃機関の構成では、キャビティ内およびキャビティの上空の領域に燃料を比較的長時間保持することができる。このため、所定運転時において理論空燃比よりもリッチな空燃比の所定混合気を形成させる場合にも、燃料噴射から点火までの時間を長く取ることができ、スモークの発生を抑制することができるようになる。   As described above, in the configuration of the internal combustion engine in which the fuel injection valve is arranged in the approximate center of the upper portion of the combustion chamber and the fuel is injected toward the cavity formed in the approximately center of the crown surface of the piston, The fuel can be held in this region for a relatively long time. For this reason, even when a predetermined air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is formed during a predetermined operation, the time from fuel injection to ignition can be increased and smoke can be suppressed. It becomes like this.

また、所定運転時において外側キャビティではなく内側キャビティの中および内側キャビティの上空の領域だけに理論空燃比よりもリッチな空燃比の所定混合気を形成する構成とした場合には、その所定混合気の周りの領域に十分な量の酸素を残存させることができるようになるため、理論空燃比よりもリッチな空燃比の所定混合気の燃焼において発生するCOを、良好に再燃焼させることができる。これにより、燃焼室から排出される排気ガスの温度をより効果的に高めることが可能となる。   In addition, when a predetermined air-fuel mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio is formed only in a region inside the inner cavity and above the inner cavity during the predetermined operation, the predetermined air-fuel mixture As a result, a sufficient amount of oxygen can be left in the region around the gas, so that CO generated in the combustion of a predetermined air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio can be recombusted satisfactorily. . Thereby, the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber can be increased more effectively.

本発明に係る内燃機関では、燃焼室の上部の略中央の燃料噴射弁からピストンの冠面の略中央のキャビティへ向けて燃料を噴射させる構成としているため、所定運転時において理論空燃比よりもリッチな空燃比の所定混合気を形成させる場合にも、燃料噴射から点火までの時間を長く取ることができ、スモークの発生を抑制することができるようになる。   In the internal combustion engine according to the present invention, the fuel is injected from the substantially central fuel injection valve in the upper part of the combustion chamber toward the substantially central cavity of the crown surface of the piston. Even when a predetermined air-fuel ratio rich air-fuel mixture is formed, it is possible to increase the time from fuel injection to ignition, and to suppress the occurrence of smoke.

また、所定運転時において外側キャビティではなく内側キャビティの中および内側キャビティの上空の領域だけに理論空燃比よりもリッチな空燃比の所定混合気を形成する構成とした場合には、燃焼室から排出される排気ガスの温度をより効果的に高めることが可能となる。   In addition, if the configuration is such that a predetermined air / fuel ratio richer than the stoichiometric air / fuel ratio is formed not only in the outer cavity but in the inner cavity and in the region above the inner cavity during the predetermined operation, the exhaust gas is discharged from the combustion chamber. It is possible to increase the temperature of the exhaust gas that is produced more effectively.

<エンジンの概略構成および動作>
本発明の一実施形態に係るエンジン(内燃機関)およびその制御装置を、図1に示す。
<Schematic configuration and operation of the engine>
FIG. 1 shows an engine (internal combustion engine) and a control device thereof according to an embodiment of the present invention.

エンジン1は、吸気通路2、燃焼室7、排気通路12、電制スロットル5、吸気バルブ6、排気バルブ11、点火プラグ9、燃料噴射弁10、コントロールユニット(制御装置)21などから構成されている。   The engine 1 includes an intake passage 2, a combustion chamber 7, an exhaust passage 12, an electric throttle 5, an intake valve 6, an exhaust valve 11, a spark plug 9, a fuel injection valve 10, a control unit (control device) 21, and the like. Yes.

吸気通路2は、燃焼室7に空気を吸入させるための通路であり、エアクリーナ3、エアーフローメータ4、電制スロットル5が配置されている。エアーフローメータ4の信号がコントロールユニット21に送られると、コントロールユニット21が燃焼室7へ吸入させる吸入空気量を演算し、電制スロットル5に指令を送る。電制スロットル5は、燃焼室7への吸入空気量を調整するためのスロットルバルブであり、コントロールユニット21からの指令に基づき燃焼室7に入る空気の量を調節する。   The intake passage 2 is a passage for sucking air into the combustion chamber 7, and an air cleaner 3, an air flow meter 4, and an electric throttle 5 are arranged. When the signal from the air flow meter 4 is sent to the control unit 21, the control unit 21 calculates the amount of intake air to be taken into the combustion chamber 7 and sends a command to the electric throttle 5. The electric throttle 5 is a throttle valve for adjusting the amount of intake air into the combustion chamber 7, and adjusts the amount of air entering the combustion chamber 7 based on a command from the control unit 21.

吸気バルブ6は、吸気通路2を流れてくる空気を、所定のタイミングで燃焼室7に導入させる。この吸気バルブ6は、図示しないクランクシャフトの回転に応じて回転する吸気カム16により駆動される。   The intake valve 6 introduces air flowing through the intake passage 2 into the combustion chamber 7 at a predetermined timing. The intake valve 6 is driven by an intake cam 16 that rotates according to the rotation of a crankshaft (not shown).

燃焼室7内には、ピストン8が上下往復運動可能に配置されている。ピストン8の冠面には、外側キャビティ8aと内側キャビティ8bとが設けられている。2つのキャビティ8a、8bは、ピストン中心軸A1と直交する断面の形状が略円形である。2つのキャビティ8a、8bの中心は、いずれもピストン中心軸A1上にある。   A piston 8 is disposed in the combustion chamber 7 so as to be capable of reciprocating vertically. An outer cavity 8 a and an inner cavity 8 b are provided on the crown surface of the piston 8. The two cavities 8a and 8b have a substantially circular cross-sectional shape orthogonal to the piston center axis A1. The centers of the two cavities 8a and 8b are both on the piston center axis A1.

燃焼室7の上部には、点火プラグ9および燃料噴射弁10が配設されている。燃料噴射弁10は、筒内(燃焼室内)に直接燃料を噴射する装置であり、シリンダ中心軸A1(ピストン中心軸A1と同じ軸)上に位置している。すなわち、燃料噴射弁10は、燃焼室7の上部においてほぼ中央に位置している。そして、燃料噴射弁10は、ピストン8の冠面に向けて、中空円錐状に燃料を噴射する。   An ignition plug 9 and a fuel injection valve 10 are disposed in the upper part of the combustion chamber 7. The fuel injection valve 10 is a device that directly injects fuel into the cylinder (combustion chamber), and is located on the cylinder center axis A1 (the same axis as the piston center axis A1). That is, the fuel injection valve 10 is located substantially in the center in the upper part of the combustion chamber 7. The fuel injection valve 10 injects fuel in a hollow conical shape toward the crown surface of the piston 8.

そして、燃料噴射弁10から燃焼室7に直接燃料を噴射できるように、燃圧(燃料の圧力)を上昇させるための高圧燃料ポンプ18が、吸気カム16のカム軸上に配置され、カム軸の回転で駆動される。この高圧燃料ポンプ18は、吸気カム16のカム軸以外の回転力を利用したもので駆動してもよいし、エンジン1の回転力を利用しない電動機で駆動してもよい。高圧燃料ポンプ18で昇圧された燃料は、高圧燃料配管19を通り、燃料噴射弁10へと導かれる。   A high-pressure fuel pump 18 for increasing the fuel pressure (fuel pressure) is arranged on the cam shaft of the intake cam 16 so that fuel can be directly injected into the combustion chamber 7 from the fuel injection valve 10. Driven by rotation. The high-pressure fuel pump 18 may be driven by a rotational force other than the cam shaft of the intake cam 16 or may be driven by an electric motor that does not utilize the rotational force of the engine 1. The fuel boosted by the high-pressure fuel pump 18 is guided to the fuel injection valve 10 through the high-pressure fuel pipe 19.

高圧燃料配管19には燃圧センサ20が配置されており、その燃圧センサ20の信号はコントロールユニット21に送られる。運転状態に応じて必要な燃圧が変化するため、コントロールユニット21により高圧燃料ポンプ18の作動制御が行なわれる。コントロールユニット21には、アクセル開度センサ25、クランク角センサ26、冷却水温センサ27の各信号が入力される。これらのアクセル信号、クランク角信号および冷却水温センサ信号を基に、コントロールユニット21は、それぞれ、要求トルク、エンジン回転数、エンジン温度を演算し、エンジン1の運転状態および要求トルクに応じて、燃料噴射弁10や点火プラグ9を作動させる。   A fuel pressure sensor 20 is disposed in the high-pressure fuel pipe 19, and a signal from the fuel pressure sensor 20 is sent to the control unit 21. Since the required fuel pressure changes according to the operating state, the control unit 21 controls the operation of the high-pressure fuel pump 18. The control unit 21 receives signals from an accelerator opening sensor 25, a crank angle sensor 26, and a coolant temperature sensor 27. Based on the accelerator signal, the crank angle signal, and the coolant temperature sensor signal, the control unit 21 calculates the required torque, the engine speed, and the engine temperature, respectively, and determines the fuel according to the operating state and the required torque of the engine 1. The injection valve 10 and the spark plug 9 are operated.

なお、燃料噴射弁10からの燃料噴射のタイミングによって、燃焼室7内における噴射燃料の動きは、以下のように異なる。   Depending on the timing of fuel injection from the fuel injection valve 10, the movement of the injected fuel in the combustion chamber 7 varies as follows.

まず、燃料噴射弁10が圧縮行程中の比較的早い時期(ピストン8の位置が低いとき)に燃料噴射を行い、噴射した燃料が外側キャビティ8aの底面に衝突する場合には、衝突後の燃料は、外側キャビティ8aの側面に沿って上昇する。このような燃料の運動により、外側キャビティ8a内とその上空の領域には、比較的大きな混合気の塊が形成されることになる。   First, when the fuel injection valve 10 performs fuel injection relatively early in the compression stroke (when the position of the piston 8 is low) and the injected fuel collides with the bottom surface of the outer cavity 8a, the fuel after the collision Rises along the side of the outer cavity 8a. Due to such movement of the fuel, a relatively large mixture of air-fuel mixtures is formed in the outer cavity 8a and in the region above it.

次に、燃料噴射弁10が圧縮行程中の比較的遅い時期(ピストン8の位置が高いとき)に燃料噴射を行い、噴射した燃料が内側キャビティ8bの底面に衝突する場合には、衝突後の燃料は、内側キャビティ8bの側面に沿って上昇する。このような燃料の運動により、内側キャビティ8b内とその上空の領域には、比較的小さな混合気の塊が形成されることになる。   Next, when the fuel injection valve 10 performs fuel injection at a relatively late time during the compression stroke (when the position of the piston 8 is high), the injected fuel collides with the bottom surface of the inner cavity 8b. The fuel rises along the side surface of the inner cavity 8b. Due to such a movement of the fuel, a relatively small mixture of air-fuel mixtures is formed in the inner cavity 8b and the region above it.

そして、燃料噴射弁10が吸気行程中に燃料噴射を行った場合には、燃焼室7の全域に均質な混合気が形成されることになる。   When the fuel injection valve 10 performs fuel injection during the intake stroke, a homogeneous air-fuel mixture is formed throughout the combustion chamber 7.

燃焼室7の上部において略中央に位置する点火プラグ9は、燃料噴射弁10に隣接するように配置されており、上記の3種類の混合気に対して良好な点火が行えるようにされている。具体的には、点火プラグ9は、噴射燃料が内側キャビティ8bの底面に衝突して内側キャビティ8b内とその上空の領域だけに比較的小さな混合気の塊ができたときにも良好な点火が行えるように、その混合気の塊が存在する内側キャビティ8bの上空の領域に位置している。なお、点火プラグ9による点火時期は、コントロールユニット21によって調節される。   An ignition plug 9 located substantially in the center of the upper portion of the combustion chamber 7 is disposed adjacent to the fuel injection valve 10 so that the above three types of air-fuel mixture can be ignited satisfactorily. . Specifically, the spark plug 9 can provide a good ignition even when the injected fuel collides with the bottom surface of the inner cavity 8b and a relatively small air-fuel mixture mass is formed only in the inner cavity 8b and the region above it. In order to be able to do so, it is located in the region above the inner cavity 8b where the air-fuel mixture mass exists. The ignition timing by the spark plug 9 is adjusted by the control unit 21.

排気通路12は、燃焼室7内で燃焼したガスを燃焼室7から排出するための通路である。この排気通路12と燃焼室7との間に配置される排気バルブ11は、クランクシャフトの回転に応じて回転する排気カム17により駆動される。排気バルブ11が開くと、燃焼室7内のガスは、排気通路12に導かれて排出される。排気通路12には、排気空燃比センサ13と、排気浄化触媒14とが配設されている。また、排気浄化触媒14には、温度センサ15が設置されている。これらのセンサ13、15により検出された排気空燃比および触媒温度のデータは、随時コントロールユニット21に送られる。コントロールユニット21は、排気空燃比センサ13の出力値が排気浄化に必要な空燃比になるように、燃料噴射弁10から噴射する燃料量を演算する。また、コントロールユニット21は、排気浄化触媒14の温度センサ15で検出された触媒温度に応じて、排気浄化触媒14の触媒活性状態を判定する。   The exhaust passage 12 is a passage for discharging the gas burned in the combustion chamber 7 from the combustion chamber 7. The exhaust valve 11 disposed between the exhaust passage 12 and the combustion chamber 7 is driven by an exhaust cam 17 that rotates in accordance with the rotation of the crankshaft. When the exhaust valve 11 is opened, the gas in the combustion chamber 7 is guided to the exhaust passage 12 and discharged. An exhaust air / fuel ratio sensor 13 and an exhaust purification catalyst 14 are disposed in the exhaust passage 12. A temperature sensor 15 is installed in the exhaust purification catalyst 14. The exhaust air / fuel ratio and catalyst temperature data detected by these sensors 13 and 15 are sent to the control unit 21 as needed. The control unit 21 calculates the amount of fuel injected from the fuel injection valve 10 so that the output value of the exhaust air / fuel ratio sensor 13 becomes the air / fuel ratio necessary for exhaust purification. Further, the control unit 21 determines the catalyst activation state of the exhaust purification catalyst 14 according to the catalyst temperature detected by the temperature sensor 15 of the exhaust purification catalyst 14.

<コントロールユニットによる触媒暖機制御および通常制御>
次に、コントロールユニット21による触媒暖機制御について図2〜図4に示すフローに従い説明するとともに、触媒暖機制御の比較対象となる通常制御についても簡単に説明を行う。触媒暖機制御は、燃焼室7から排出される排気ガスの温度を高めて排気浄化触媒14の活性化を促すことが要求されるときの触媒暖機運転を行うための制御である。図2〜図4に示すフローチャートは、基準クランク角信号Ref毎に計算される。
<Catalyst warm-up control and normal control by control unit>
Next, the catalyst warm-up control by the control unit 21 will be described according to the flow shown in FIGS. 2 to 4, and the normal control to be compared with the catalyst warm-up control will be briefly described. The catalyst warm-up control is a control for performing the catalyst warm-up operation when it is required to increase the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 7 to promote the activation of the exhaust purification catalyst 14. The flowcharts shown in FIGS. 2 to 4 are calculated for each reference crank angle signal Ref.

ステップS1では、エンジン負荷L、エンジン回転数Ne、水温Tw、触媒温度Tcatが、各種センサ出力から演算される。エンジン回転数Neは、クランク角センサの出力から計算され、エンジン負荷Lは、アクセルポジションから要求される負荷として計算される。   In step S1, the engine load L, the engine speed Ne, the water temperature Tw, and the catalyst temperature Tcat are calculated from various sensor outputs. The engine speed Ne is calculated from the output of the crank angle sensor, and the engine load L is calculated as a load required from the accelerator position.

ステップS2では、触媒温度Tcatが所定温度Tcatkに達しているか否かが判断される。所定温度Tcatkは、排気浄化触媒14が完全に活性する温度である。触媒温度Tcatが所定温度Tcatkに達していない場合には、ステップS3に移行して、触媒暖機制御を実行するか否かが判断される。なお、ここでは、触媒温度Tcatにより排気浄化触媒14の活性判定を行っているが、水温Twによる排気浄化触媒14の活性判定など、その他の方法を用いても構わない。   In step S2, it is determined whether or not the catalyst temperature Tcat has reached a predetermined temperature Tcatk. The predetermined temperature Tcatk is a temperature at which the exhaust purification catalyst 14 is completely activated. If the catalyst temperature Tcat has not reached the predetermined temperature Tcatk, the routine proceeds to step S3, where it is determined whether or not to perform catalyst warm-up control. Here, the activity determination of the exhaust purification catalyst 14 is performed based on the catalyst temperature Tcat, but other methods such as the activity determination of the exhaust purification catalyst 14 based on the water temperature Tw may be used.

ステップS3では、現在のエンジン1の運転状態が触媒暖機制御の可能な運転状態か否かが判断される。触媒暖機制御では成層燃焼運転を行なうことになるため、具体的には、ステップS3では、エンジン1の運転が成層燃焼運転の可能な領域で行われているか否かが判定される。なお、成層燃焼運転の可能な領域は、実験等により予め決められているものである。   In step S3, it is determined whether or not the current operation state of the engine 1 is an operation state in which catalyst warm-up control is possible. Since the stratified charge combustion operation is performed in the catalyst warm-up control, specifically, in step S3, it is determined whether or not the operation of the engine 1 is performed in a region where the stratified charge combustion operation is possible. The region where the stratified combustion operation can be performed is determined in advance by experiments or the like.

現在のエンジン1の運転が成層燃焼運転の可能な領域にある場合には、ステップS31へ移行して、触媒暖機制御が行われる。   When the current operation of the engine 1 is in a region where the stratified charge combustion operation is possible, the routine proceeds to step S31, where catalyst warm-up control is performed.

このステップS31の触媒暖機制御のフローを、図3に示す。まず、ステップS4では、エンジン負荷Lとエンジン回転数Neとに応じた基本燃料噴射量Tp0が、コントロールユニット21が保持するマップM5より算出される。この基本燃料噴射量Tp0のマップM5は、例えば図5に示すようなマップであり、エンジン1に要求されるエンジン負荷Lを発生するために必要な燃料噴射量である基本燃料噴射量Tp0を、エンジン回転数Neによって決めることができる。   FIG. 3 shows the flow of the catalyst warm-up control in step S31. First, in step S4, a basic fuel injection amount Tp0 corresponding to the engine load L and the engine speed Ne is calculated from a map M5 held by the control unit 21. The map M5 of the basic fuel injection amount Tp0 is, for example, a map as shown in FIG. 5, and the basic fuel injection amount Tp0, which is a fuel injection amount required to generate the engine load L required for the engine 1, It can be determined by the engine speed Ne.

ステップS5では、触媒温度Tcatに応じて点火時の混合気を理論空燃比よりもリッチ化してCO発生量を増加させるための燃料噴射量Tpを決定する。具体的には、ステップS5において、触媒温度Tcatに応じた燃料増量補正値Hoscoを演算して、基本燃料噴射量Tp0に燃料増量補正値Hoscoを乗じて燃料噴射量Tpを求める。すなわち、次式により、燃料噴射量Tpが決定される。   In step S5, the fuel injection amount Tp for increasing the CO generation amount by enriching the air-fuel mixture at the time of ignition with respect to the catalyst air temperature Tcat is determined. Specifically, in step S5, a fuel increase correction value Hosco corresponding to the catalyst temperature Tcat is calculated, and the fuel injection amount Tp is obtained by multiplying the basic fuel injection amount Tp0 by the fuel increase correction value Hosco. That is, the fuel injection amount Tp is determined by the following equation.

式:Tp=Tp0×Hosco
触媒温度Tcatに応じた燃料増量補正値Hoscoは、基本的には、図6に示すように、排気浄化触媒14内でのCOの酸化反応速度の増加とともに、すなわち触媒温度Tcatとともに、CO発生量を多くする値とされる。したがって、まず、触媒温度Tcatk0からTcatkに向けて、触媒温度Tcatとともに燃料増量補正値Hoscoを大きくする。そして、触媒温度Tcatが完全活性温度Tcatkに近づくと、燃料増量補正値Hoscoを小さくする。但し、ある触媒温度Tcatk0以下ではCOを発生させても排気浄化触媒14が活性しないため、燃料増量補正値Hoscoを1とし、燃料増量補正が実質的に為されないようにする。なお、触媒温度Tcatが完全活性温度Tcatk以上になると、ステップS2からステップS32の通常制御に移行するため、この触媒暖機制御のフローには入ってこない。また、図6に示す触媒温度Tcatに基づく燃料増量補正値Hoscoは一例であり、使用する触媒の特性に応じて図6のカーブを最適なものにしたり、触媒の劣化度合いによって図6のカーブを変化させたりすることも想定される。
Formula: Tp = Tp0 × Hosco
As shown in FIG. 6, the fuel increase correction value Hosco corresponding to the catalyst temperature Tcat is basically the amount of CO generated as the oxidation reaction rate of CO in the exhaust purification catalyst 14 increases, that is, together with the catalyst temperature Tcat. It is assumed that the value increases. Therefore, first, the fuel increase correction value Hosco is increased together with the catalyst temperature Tcat from the catalyst temperature Tcatk0 to Tcatk. When the catalyst temperature Tcat approaches the complete activation temperature Tcatk, the fuel increase correction value Hosco is decreased. However, at a catalyst temperature Tcatk0 or lower, the exhaust purification catalyst 14 is not activated even if CO is generated. Therefore, the fuel increase correction value Hosco is set to 1 so that the fuel increase correction is not substantially performed. Note that, when the catalyst temperature Tcat becomes equal to or higher than the complete activation temperature Tcatk, the control shifts from step S2 to the normal control of step S32, and thus the flow of the catalyst warm-up control does not enter. The fuel increase correction value Hosco based on the catalyst temperature Tcat shown in FIG. 6 is an example, and the curve in FIG. 6 is optimized according to the characteristics of the catalyst used, or the curve in FIG. It is also possible to change.

ステップS6では、目標吸入空気量Qを算出する。目標吸入空気量Qは、内側キャビティ8b内および内側キャビティ8bの上空の領域だけに、基本燃料噴射量Tp0の燃料で理論空燃比の混合気を形成する空気量である。点火時(ピストン8が上死点近傍にある時)における燃焼室7の全容積と混合気を形成する領域の容積との比率をαとした場合、混合気を形成する領域内に存在する空気量は、[Q×α]で表される。この空気量[Q×α]と基本燃料噴射量Tp0との比が理論空燃比となるようにすることで、目標吸入空気量Qを次式で求めることができる。   In step S6, a target intake air amount Q is calculated. The target intake air amount Q is the amount of air that forms a stoichiometric air-fuel mixture with the fuel of the basic fuel injection amount Tp0 only in the region inside the inner cavity 8b and the region above the inner cavity 8b. When the ratio of the total volume of the combustion chamber 7 to the volume of the region forming the air-fuel mixture at the time of ignition (when the piston 8 is near the top dead center) is α, the air existing in the region forming the air-fuel mixture The quantity is expressed as [Q × α]. By making the ratio of the air amount [Q × α] and the basic fuel injection amount Tp0 equal to the theoretical air-fuel ratio, the target intake air amount Q can be obtained by the following equation.

式:Q=理論空燃比×Tp0/α
このような目標吸入空気量Qの設定により、内側キャビティ8b内および内側キャビティ8bの上空の領域に形成される混合気の空燃比は、点火時において、燃料増量補正値Hoscoで増量した分だけ理論空燃比よりもリッチとなる。
Formula: Q = Theoretical air-fuel ratio x Tp0 / α
By setting the target intake air amount Q in this way, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in the inner cavity 8b and in the region above the inner cavity 8b is theoretically equivalent to the amount increased by the fuel increase correction value Hosco at the time of ignition. Richer than the air-fuel ratio.

なお、燃焼室7全体の平均空燃比は、[Q/Tp]、すなわち[理論空燃比/(α×Hosco)]となる。したがって、[α×Hosco]を1よりも小さくすれば、燃焼室7全体の平均空燃比を理論空燃比よりもリーンにすることができる。一般に、触媒に流入させる排気ガスの空燃比(=燃焼室7全体の平均空燃比)を15〜17程度のリーン空燃比にすれば触媒を効率よく暖機できることが判明しているので、このことを考慮して上記の燃料増量補正値Hoscoの設定を行うとよい。   The average air-fuel ratio of the entire combustion chamber 7 is [Q / Tp], that is, [theoretical air-fuel ratio / (α × Hosco)]. Therefore, if [α × Hosco] is made smaller than 1, the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber 7 can be made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. In general, it has been found that if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst (= the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber 7) is set to a lean air-fuel ratio of about 15 to 17, the catalyst can be warmed up efficiently. The above fuel increase correction value Hosco may be set in consideration of the above.

ステップS7では、ステップS6でセットした目標吸入空気量Qを実現するように、電制スロットル5を駆動制御する。   In step S7, the electric throttle 5 is driven and controlled so as to realize the target intake air amount Q set in step S6.

ステップS8では、ステップS5での燃料増量補正によりエンジン1の出力トルクが過剰とならないように、燃料増量補正に応じてリタードした点火時期ADVを計算する。具体的には、まず、基本点火時期ADV0が、基本燃料噴射量Tp0とエンジン回転数Neに応じたマップ(図示せず)から算出される。そして、この基本点火時期ADV0が燃料増量補正値Hoscoに応じた点火時期リタード量Hosretにより補正され、次式のように点火時期ADVが求められる。   In step S8, the ignition timing ADV retarded according to the fuel increase correction is calculated so that the output torque of the engine 1 does not become excessive due to the fuel increase correction in step S5. Specifically, first, the basic ignition timing ADV0 is calculated from a map (not shown) corresponding to the basic fuel injection amount Tp0 and the engine speed Ne. Then, the basic ignition timing ADV0 is corrected by the ignition timing retard amount Hosret corresponding to the fuel increase correction value Hosco, and the ignition timing ADV is obtained by the following equation.

式:ADV=ADV0−Hosret
なお、燃料増量補正値Hoscoと点火時期リタード量Hosretとの関係は、例えば図7に示すような関係となる。基本的には、燃料増量補正値Hoscoが大きくなり燃料増量が増えるにつれ、点火時期リタード量Hosretが大きくなる。
Formula: ADV = ADV0−Hosret
The relationship between the fuel increase correction value Hosco and the ignition timing retard amount Hosret is, for example, as shown in FIG. Basically, as the fuel increase correction value Hosco increases and the fuel increase increases, the ignition timing retard amount Hosret increases.

ステップS9では、ステップS5で計算された燃料噴射量Tpの全量を圧縮行程中に噴射可能であるか否かを判定する。内側キャビティ8b内および内側キャビティ8bの上空の領域だけに混合気を形成するためには、ピストン8の位置が高いときに燃料噴射を行う必要があり、燃料噴射が可能な期間(ピストン8の高さ位置の範囲)が限定される。そこで、本ステップS9では、圧縮行程における限定された期間内に噴射可能な最大燃料量Tpmaxと燃料噴射量Tpとを比較し、燃料噴射量Tpが最大燃料量Tpmax以下であるときに、燃料噴射量Tpの全量を圧縮行程中に噴射することが可能であると判断する。なお、燃料噴射可能な期間がエンジン回転数Neによって変化するので、コントロールユニット21は、上記の比較において、エンジン回転数Neに応じた最大燃料量Tpmaxを用いることになる。   In step S9, it is determined whether or not the entire fuel injection amount Tp calculated in step S5 can be injected during the compression stroke. In order to form the air-fuel mixture only in the inner cavity 8b and the region above the inner cavity 8b, it is necessary to perform fuel injection when the position of the piston 8 is high. The range of the position is limited. Therefore, in step S9, the maximum fuel amount Tpmax that can be injected within a limited period in the compression stroke is compared with the fuel injection amount Tp, and when the fuel injection amount Tp is equal to or less than the maximum fuel amount Tpmax, fuel injection is performed. It is determined that the entire amount Tp can be injected during the compression stroke. Since the fuel injection period varies depending on the engine speed Ne, the control unit 21 uses the maximum fuel amount Tpmax corresponding to the engine speed Ne in the above comparison.

そして、ステップS9において、燃料噴射量Tpの全量を1回の圧縮行程中に噴射することが可能であると判断すると、ステップS10へ移行する。ステップS10では、圧縮行程燃料噴射量Tpaに燃料噴射量Tpをセットし、吸気行程燃料噴射量Tpkにゼロ(0)をセットする。圧縮行程燃料噴射量Tpaは、圧縮行程中に燃料噴射弁10から噴射させる燃料量である。吸気行程燃料噴射量Tpkについては後述する。   If it is determined in step S9 that the entire fuel injection amount Tp can be injected during one compression stroke, the process proceeds to step S10. In step S10, the fuel injection amount Tp is set to the compression stroke fuel injection amount Tpa, and zero (0) is set to the intake stroke fuel injection amount Tpk. The compression stroke fuel injection amount Tpa is the amount of fuel injected from the fuel injection valve 10 during the compression stroke. The intake stroke fuel injection amount Tpk will be described later.

一方、ステップS9において、燃料噴射量Tpの全量を1回の圧縮行程中に噴射することができないと判断すると、ステップS11に移行する。ステップS11では、圧縮行程燃料噴射量Tpaに最大燃料量Tpmaxをセットし、吸気行程燃料噴射量Tpkに、全燃料噴射量Tpから圧縮行程燃料噴射量Tpaを差し引いた量をセットする。   On the other hand, if it is determined in step S9 that the entire fuel injection amount Tp cannot be injected during one compression stroke, the process proceeds to step S11. In step S11, the maximum fuel amount Tpmax is set as the compression stroke fuel injection amount Tpa, and the amount obtained by subtracting the compression stroke fuel injection amount Tpa from the total fuel injection amount Tp is set as the intake stroke fuel injection amount Tpk.

吸気行程燃料噴射量Tpkは、圧縮行程の前の吸気行程において内側キャビティ8bに向けて燃料噴射弁10から噴射させる燃料量である。吸気行程中の燃料噴射であっても、その噴射時期をピストン8の上死点近傍に設定すれば、噴射した燃料が内側キャビティ8bの底面に付着し、燃料が比較的長い時間内側キャビティ8b内に保持されることになる。これに鑑み、このエンジン1では、燃料噴射量Tpの全量を1回の圧縮行程中に噴射することができない場合に、その前の吸気行程中の上死点近傍で最初の(1回目の)噴射を行わせ、圧縮行程中に2回目の噴射を行わせて、点火プラグ9による点火時において内側キャビティ8b内および内側キャビティ8bの上空の領域だけに、理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気を形成するようにしている。これにより、必要となる燃料増量補正が大きい場合にも、その増量された燃料量(燃料噴射量Tp)が確保されるようになっている。なお、燃焼室7全体の平均空燃比を理論空燃比以上にすることで、点火プラグ9による点火時において内側キャビティ8b内および内側キャビティ8bの上空の領域だけに理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気が形成されるときには、その混合気の周りに理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気が形成されることになる。   The intake stroke fuel injection amount Tpk is the amount of fuel injected from the fuel injection valve 10 toward the inner cavity 8b in the intake stroke before the compression stroke. Even in the fuel injection during the intake stroke, if the injection timing is set near the top dead center of the piston 8, the injected fuel adheres to the bottom surface of the inner cavity 8b, and the fuel stays in the inner cavity 8b for a relatively long time. Will be held. In view of this, in the engine 1, when the entire fuel injection amount Tp cannot be injected during one compression stroke, it is the first (first) in the vicinity of the top dead center during the previous intake stroke. The injection is performed, and the second injection is performed during the compression stroke. When the ignition is performed by the spark plug 9, the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is obtained only in the area inside the inner cavity 8b and above the inner cavity 8b. An air-fuel mixture is formed. Thereby, even when the required fuel increase correction is large, the increased fuel amount (fuel injection amount Tp) is ensured. Note that by making the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber 7 equal to or higher than the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio only in the inner cavity 8b and the area above the inner cavity 8b during ignition by the spark plug 9 When the air / fuel mixture is formed, an air / fuel mixture leaner than the stoichiometric air / fuel ratio is formed around the air / fuel mixture.

ステップS12では、吸気行程における燃料噴射弁10による燃料噴射と、圧縮行程における燃料噴射弁10による燃料噴射とのそれぞれにおける燃料噴射時期ITを、マップ(図示せず)より計算する。   In step S12, the fuel injection timing IT in each of the fuel injection by the fuel injection valve 10 in the intake stroke and the fuel injection by the fuel injection valve 10 in the compression stroke is calculated from a map (not shown).

ステップS13では、圧縮行程燃料噴射時間Tiaと吸気行程燃料噴射時間Tikとを、無効パルス幅(燃料噴射弁10への作動指示後に実際に燃料噴射弁10が開くまでの時間)を考慮して、圧縮行程燃料噴射量Tpaおよび吸気行程燃料噴射量Tpkから、それぞれ算出する。これにより、圧縮行程および吸気行程における燃料噴射時期および燃料噴射時間が決定され、触媒暖機制御のフローが終了する。   In step S13, the compression stroke fuel injection time Tia and the intake stroke fuel injection time Tik are set in consideration of the invalid pulse width (the time until the fuel injection valve 10 actually opens after the operation instruction to the fuel injection valve 10). It calculates from the compression stroke fuel injection amount Tpa and the intake stroke fuel injection amount Tpk, respectively. Thereby, the fuel injection timing and the fuel injection time in the compression stroke and the intake stroke are determined, and the flow of the catalyst warm-up control is ended.

なお、上記の触媒暖機制御では燃料増量補正を行っているが、燃料噴射量等を後述の通常制御と同様に設定しつつ、燃料噴射時期のみを変更して触媒暖機制御を行うことも可能である。例えば、通常制御であれば外側キャビティ8aに向けて燃料を噴射するべき燃料噴射量のときに燃料噴射時期を遅らせて内側キャビティ8bに向けて燃料を噴射させると、内側キャビティ8b内と内側キャビティ8bの上空の領域だけに理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気の塊を形成することができる。   In the above catalyst warm-up control, the fuel increase correction is performed. However, the catalyst warm-up control may be performed by changing only the fuel injection timing while setting the fuel injection amount and the like in the normal control described later. Is possible. For example, in the case of normal control, when the fuel injection timing is delayed and fuel is injected toward the inner cavity 8b when the fuel injection amount is to be injected toward the outer cavity 8a, the inside of the inner cavity 8b and the inner cavity 8b It is possible to form a mixture of air-fuel mixtures richer than the stoichiometric air-fuel ratio only in the region above the air.

以上が触媒暖機制御のフローである。一方、ステップS2もしくはステップS3で、触媒暖機制御を行なわない、あるいは触媒暖機制御を行える運転状態ではないと判定した場合には、ステップS32へ移行し、通常制御が行われる。   The above is the flow of catalyst warm-up control. On the other hand, if it is determined in step S2 or step S3 that the catalyst warm-up control is not performed or that the catalyst warm-up control is not possible, the process proceeds to step S32 and normal control is performed.

このステップS32の通常制御のフローを、図4に示す。まず、ステップS14では、図9に示すエンジン負荷Lとエンジン回転数Neに応じた目標当量比マップM9より、目標当量比TFBYAを算出する。当量比とは、理論空燃比と空燃比との比(=理論空燃比/空燃比)である。そして、ステップS14で設定する目標当量比TFBYAは、燃焼室7全体の平均空燃比の目標値で理論空燃比を除した値である。   The normal control flow in step S32 is shown in FIG. First, in step S14, the target equivalent ratio TFBYA is calculated from the target equivalent ratio map M9 corresponding to the engine load L and the engine speed Ne shown in FIG. The equivalence ratio is a ratio of the stoichiometric air fuel ratio to the air fuel ratio (= theoretical air fuel ratio / air fuel ratio). The target equivalent ratio TFBYA set in step S14 is a value obtained by dividing the stoichiometric air-fuel ratio by the target value of the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber 7.

ステップS15では、要求されるエンジン負荷Lと目標当量比TFBYAとから求まる目標吸入空気量Qが確保されるように、電制スロットル5を駆動制御する。目標吸入空気量Qは、次式で計算される。   In step S15, the electric throttle 5 is driven and controlled so that the target intake air amount Q obtained from the required engine load L and the target equivalent ratio TFBYA is secured. The target intake air amount Q is calculated by the following equation.

式:Q=L/TFBYA×Kt (Ktは単位を合せる定数)
ステップS16では、目標吸入空気量Q、エンジン回転数Ne、目標当量比TFBYAから、燃料噴射量Tpを次式により算出する。
Formula: Q = L / TFBYA x Kt (Kt is a constant that matches the unit)
In step S16, the fuel injection amount Tp is calculated by the following equation from the target intake air amount Q, the engine speed Ne, and the target equivalent ratio TFBYA.

式:Tp=Q/Ne×TFBYA×Ktc (Ktcは単位を合せる定数)
ステップS17では、燃料噴射量Tpとエンジン回転数Neとから、燃料噴射時期ITをマップにより算出する。成層燃焼運転時と均質燃焼運転時とでは燃料噴射時期ITが大きく異なるため、コントロールユニット21は、目標当量比TFBYAに応じた燃料噴射時期ITのマップを複数持っている(図1参照)。
Formula: Tp = Q / Ne x TFBYA x Ktc (Ktc is a constant that matches the unit)
In step S17, the fuel injection timing IT is calculated from the fuel injection amount Tp and the engine speed Ne using a map. Since the fuel injection timing IT differs greatly between the stratified combustion operation and the homogeneous combustion operation, the control unit 21 has a plurality of maps of the fuel injection timing IT corresponding to the target equivalence ratio TFBYA (see FIG. 1).

目標当量比TFBYAが1以上であるとき(すなわち、空燃比が理論空燃比またはそれよりもリッチな空燃比のとき)は、均質燃焼を行うので、燃料噴射時期ITが吸気行程中に設定されている均質燃焼運転用マップM0を参照する。   When the target equivalent ratio TFBYA is 1 or more (that is, when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio richer than that), homogeneous combustion is performed, so the fuel injection timing IT is set during the intake stroke. Reference is made to the homogeneous combustion operation map M0.

目標当量比TFBYAが1より小さいとき(すなわち、空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比のとき)は、成層燃焼を行うので、燃料噴射時期ITが圧縮行程中に設定されている成層燃焼運転用マップM1あるいは成層燃焼運転用マップM2を参照する。ここでは、成層燃焼運転用マップが2種類用意されている。目標当量比TFBYAが比較的大きい(燃料噴射量が多い)ときは、圧縮行程中の比較的早い時期に燃料噴射を行って外側キャビティ8a内および外側キャビティ8aと内側キャビティ3bとの上空の領域に比較的大きな混合気の塊を形成させるための成層燃焼運転用マップM1が参照される。一方、目標当量比TFBYAが比較的小さい(燃料噴射量が少ない)ときは、圧縮行程中の比較的遅い時期に燃料噴射を行って内側キャビティ8b内および内側キャビティ8bの上空の領域に比較的小さな混合気の塊を形成させるための成層燃焼運転用マップM2が参照される。   When the target equivalent ratio TFBYA is smaller than 1 (that is, when the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio), stratified combustion is performed, so stratified combustion in which the fuel injection timing IT is set during the compression stroke The operation map M1 or the stratified combustion operation map M2 is referred to. Here, two types of stratified combustion operation maps are prepared. When the target equivalent ratio TFBYA is relatively large (the amount of fuel injection is large), fuel injection is performed at a relatively early time during the compression stroke, and in the area above the outer cavity 8a and the outer cavity 8a and the inner cavity 3b. Reference is made to a stratified combustion operation map M1 for forming a relatively large mixture of air-fuel mixtures. On the other hand, when the target equivalent ratio TFBYA is relatively small (the amount of fuel injection is small), fuel is injected at a relatively late time during the compression stroke, and is relatively small in the inner cavity 8b and the area above the inner cavity 8b. Reference is made to a stratified combustion operation map M2 for forming an air-fuel mixture mass.

ステップS18では、点火時期ADVを燃料噴射量Tpとエンジン回転数Neからマップ(図示せず)により算出する。   In step S18, the ignition timing ADV is calculated from the fuel injection amount Tp and the engine speed Ne using a map (not shown).

ステップS19では、無効パルス幅を考慮して、燃料噴射量Tpから燃料噴射時間Tiを算出する。これにより、燃料噴射時期および燃料噴射時間が決定され、通常制御のフローが終了する。   In step S19, the fuel injection time Ti is calculated from the fuel injection amount Tp in consideration of the invalid pulse width. Thus, the fuel injection timing and the fuel injection time are determined, and the normal control flow is completed.

<エンジンの特徴>
(1)
エンジン1では、燃焼室7から排出される排気ガスの温度を高めて排気浄化触媒14の活性化を促すことが要求される触媒暖機運転時に、圧縮行程において燃料噴射弁10からピストン8の冠面の内側キャビティ8bへ向けて燃料を噴射させ、内側キャビティ8b内および内側キャビティ8bの上空の領域だけに、理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気(以下、リッチ混合気という。)を形成させている。そして、内側キャビティ8b内および内側キャビティ8bの上空の領域だけに、リッチ混合気が形成され、そのリッチ混合気の周りには理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気が形成された状態において、点火プラグ9による点火が行われる。
<Engine features>
(1)
In the engine 1, the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 7 is increased to promote the activation of the exhaust purification catalyst 14, and during the catalyst warm-up operation, the crown of the piston 8 from the fuel injection valve 10 during the compression stroke is required. Fuel is injected toward the inner cavity 8b on the surface, and an air-fuel mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter referred to as a rich air-fuel mixture) is only in the inner cavity 8b and the region above the inner cavity 8b. It is formed. A rich air-fuel mixture is formed only in the area inside the inner cavity 8b and above the inner cavity 8b. In the state where an air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is formed around the rich air-fuel mixture. Then, ignition by the spark plug 9 is performed.

ここでは、燃焼室7の上部の略中央にある燃料噴射弁10から、ピストン8の冠面の略中央に形成された内側キャビティ8bへ向けて燃料を噴射させるため、内側キャビティ8b内および内側キャビティ8bの上空の領域だけにリッチ混合気を比較的長時間保持することができている。このため、燃料噴射弁10による燃料噴射から点火プラグ9による点火までの時間を長く取ることができ、スモークの発生が殆どなくなっている。   Here, in order to inject fuel from the fuel injection valve 10 at the approximate center of the upper portion of the combustion chamber 7 toward the inner cavity 8b formed at the approximate center of the crown surface of the piston 8, The rich air-fuel mixture can be held for a relatively long time only in the area above 8b. For this reason, the time from the fuel injection by the fuel injection valve 10 to the ignition by the spark plug 9 can be made long, and the generation of smoke is almost eliminated.

また、触媒暖機運転時において外側キャビティ8aではなく内側キャビティ8bの中および内側キャビティ8bの上空の領域だけにリッチ混合気を形成させているため、そのリッチ混合気の周りの領域に十分な量の酸素を残存させることができており、リッチ混合気の燃焼で発生するCOを良好に再燃焼させることができている。これにより、燃焼室7から排出される排気ガスの温度は、効果的に高められている。   Further, during the catalyst warm-up operation, the rich mixture is formed not only in the outer cavity 8a but in the region inside the inner cavity 8b and above the inner cavity 8b, so that a sufficient amount is provided in the region around the rich mixture. The remaining oxygen can be made to remain, and the CO generated by the combustion of the rich mixture can be reburned well. Thereby, the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 7 is effectively increased.

(2)
エンジン1では、通常制御における成層燃焼運転時には、成層混合気を完全燃焼させる必要があるので、コントロールユニット21は、成層混合気の空燃比が理論空燃比の近傍の値になるように制御している。このため、燃料噴射量が多いときは大きな成層混合気が形成され、燃料噴射量が少ないときは小さな成層混合気が形成されるように、燃料噴射時期が設定されている(図8(A)参照)。すなわち、燃料噴射量が多いときは燃料噴射時期が早く、燃料がピストン8の両キャビティ8a、8bに噴射されることで両キャビティ8a、8bの上空の領域に大きな成層混合気が形成され、燃料噴射量が少ないときは、燃料噴射時期が遅く、燃料がピストン8の内側キャビティ8bに噴射されることで内側キャビティ8bの上空の領域だけに小さな成層混合気が形成される。
(2)
In the engine 1, during the stratified combustion operation in the normal control, it is necessary to completely burn the stratified mixture. Therefore, the control unit 21 performs control so that the air-fuel ratio of the stratified mixture becomes a value close to the theoretical air-fuel ratio. Yes. For this reason, the fuel injection timing is set so that a large stratified mixture is formed when the fuel injection amount is large and a small stratified mixture is formed when the fuel injection amount is small (FIG. 8A). reference). That is, when the fuel injection amount is large, the fuel injection timing is early, and the fuel is injected into both cavities 8a and 8b of the piston 8, whereby a large stratified mixture is formed in the area above both cavities 8a and 8b. When the injection amount is small, the fuel injection timing is late, and the fuel is injected into the inner cavity 8b of the piston 8, so that a small stratified mixture is formed only in the region above the inner cavity 8b.

これに対して、触媒暖機制御中には、コントロールユニット21は、小さな成層混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御する。このため、通常制御中であれば大きな成層混合気を形成する燃料噴射量でも、触媒暖機運転中では小さな成層混合気が形成される場合が出てくる(図6(A)参照)。例えば、図8(A)、(B)に示すように、燃料噴射量Tpz1〜Tpz2の範囲では、通常運転においては外側キャビティ8aに燃料を噴射するのに対し、触媒暖機運転においては燃料噴射時期を遅らせて内側キャビティ8bに燃料を噴射する。換言すると、同一燃料噴射量(および同一エンジン回転数)で比較した場合、触媒暖機制御中の燃料噴射時期は、通常制御中の燃料噴射時期よりも遅れ側に設定される。   On the other hand, during the catalyst warm-up control, the control unit 21 controls the air-fuel ratio of the small stratified mixture to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, even if the fuel injection amount forms a large stratified mixture during normal control, a small stratified mixture may be formed during the catalyst warm-up operation (see FIG. 6A). For example, as shown in FIGS. 8A and 8B, in the range of fuel injection amounts Tpz1 to Tpz2, fuel is injected into the outer cavity 8a during normal operation, whereas fuel injection is performed during catalyst warm-up operation. The fuel is injected into the inner cavity 8b at a delayed time. In other words, when compared with the same fuel injection amount (and the same engine speed), the fuel injection timing during the catalyst warm-up control is set to be delayed from the fuel injection timing during the normal control.

このように、触媒暖機運転において不完全燃焼によりCOを発生させるために必要な燃料噴射量が多い場合には、燃料の増量に加えて燃料噴射時期をリタードすることによって、点火時における点火プラグ9近傍のリッチ混合気の高いリッチ度合いを確保できるようにしている。   Thus, when the amount of fuel injection required for generating CO due to incomplete combustion in the catalyst warm-up operation is large, the ignition plug at the time of ignition is retarded by retarding the fuel injection timing in addition to the increase in fuel. A high degree of richness of the rich air-fuel mixture in the vicinity of 9 can be secured.

(3)
エンジン1のコントロールユニット21は、触媒暖機運転において、排気浄化触媒14の暖機度合いに応じてリッチ混合気のリッチ度合いを変化させている。具体的には、図6に示すように、触媒温度Tcatに応じて燃料増量補正値Hoscoを変化させることで、点火時に点火プラグ9の近傍に形成されるリッチ混合気の空燃比のリッチ度合いを変えている。
(3)
In the catalyst warm-up operation, the control unit 21 of the engine 1 changes the rich degree of the rich mixture according to the warm-up degree of the exhaust purification catalyst 14. Specifically, as shown in FIG. 6, by changing the fuel increase correction value Hosco in accordance with the catalyst temperature Tcat, the richness of the air-fuel ratio of the rich air-fuel mixture formed in the vicinity of the spark plug 9 at the time of ignition is changed. It is changing.

これにより、排気浄化触媒14の暖機状態に応じてリッチ混合気の不完全燃焼により発生するCO発生量を変化させ、排気浄化触媒14の暖機時間の短縮を行いつつ有害な排気ガスの排出を抑えることができている。   As a result, the amount of CO generated due to the incomplete combustion of the rich air-fuel mixture is changed according to the warm-up state of the exhaust purification catalyst 14, and the exhaust gas is discharged while reducing the warm-up time of the exhaust purification catalyst 14. Can be suppressed.

なお、上記のように、図6に示す触媒温度Tcatに基づく燃料増量補正値Hoscoは一例であり、使用する触媒の特性に応じて図6のカーブを最適なものにしたり、触媒の劣化度合いによって図6のカーブを変化させたりすることが有効である。   As described above, the fuel increase correction value Hosco based on the catalyst temperature Tcat shown in FIG. 6 is an example, and the curve in FIG. 6 is optimized according to the characteristics of the catalyst used, or depending on the degree of deterioration of the catalyst. It is effective to change the curve of FIG.

例えば、水分やHCを除くとCOの酸化反応が常温から起こる常温活性触媒を排気浄化触媒14として用いた場合には、排気浄化触媒14が活性していない始動直後から多量のCOと0とを排気浄化触媒14に送り込み、速やかに排気浄化触媒14の暖機を行わせることが望ましい。その後は、触媒温度Tcatの上昇とともに暖機が不要になるために、リッチ度合いを下げることが望ましい。 For example, in the case of using a normal temperature active catalyst oxidation reaction of CO Excluding moisture and HC occur from room temperature as the exhaust purification catalyst 14, immediately after the start of the exhaust purification catalyst 14 is not activated and a large amount of CO 0 2 and Is preferably sent to the exhaust purification catalyst 14 to quickly warm up the exhaust purification catalyst 14. After that, since warming up becomes unnecessary as the catalyst temperature Tcat increases, it is desirable to reduce the rich degree.

また、常温活性触媒ではなく通常の三元触媒等を排気浄化触媒14として用いた場合は、ある程度まで触媒温度Tcatが上昇するまでは、COと0とを排気浄化触媒14に送っても酸化反応が生じないため、エンジン1の始動直後など触媒温度Tcatが酸化反応の生じない温度では通常運転を行い、触媒温度Tcatが酸化反応の生じる温度以上になってから、COと0とを排気浄化触媒14に送ることが望ましい。その後は、温度上昇に伴って酸化反応が早くなるため、リッチ混合気リッチ度合いを高めて排気浄化触媒14の酸化反応熱を増加させることによって、排気浄化触媒14の完全暖機までの時間を短縮させることが望ましい。 In the case of using the conventional three-way catalyst or the like as an exhaust purification catalyst 14 instead of the normal temperature active catalyst, until the catalyst temperature Tcat rises to a certain extent, be sent to the CO and 0 2 in the exhaust purification catalyst 14 oxidation exhaust since the reaction does not occur, performs the normal operation at a temperature where the catalyst temperature Tcat such as immediately after starting of the engine 1 does not occur oxidation reaction, from the catalyst temperature Tcat is equal to or higher than the temperature of occurrence of the oxidation reaction, a CO and 0 2 It is desirable to send it to the purification catalyst 14. Thereafter, as the temperature rises, the oxidation reaction becomes faster. Therefore, by increasing the rich mixture rich degree and increasing the oxidation reaction heat of the exhaust purification catalyst 14, the time until the exhaust purification catalyst 14 is completely warmed up is shortened. It is desirable to make it.

(4)
エンジン1では、触媒暖機運転時に、燃焼室7全体の平均空燃比を理論空燃比よりもリーンにして、具体的には燃焼室7全体の平均空燃比を15〜17程度のリーン空燃比に設定して、排気浄化触媒14を効率よく暖機させている。このように、排気浄化触媒14に流入させる排気ガスの空燃比(排気空燃比)を15〜17になるように吸入空気量を制御することで、点火プラグ9近傍のリッチ混合気から発生したCOが酸化反応するために必要な酸素濃度がリッチ混合気の周囲において確保されるとともに、不要な作動空気による排気ガス温度の低下も抑えることができている。
(4)
In the engine 1, during the catalyst warm-up operation, the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber 7 is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, specifically, the average air-fuel ratio of the entire combustion chamber 7 is made a lean air-fuel ratio of about 15-17. Thus, the exhaust purification catalyst 14 is efficiently warmed up. In this way, by controlling the intake air amount so that the air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 14 becomes 15 to 17, CO generated from the rich mixture near the spark plug 9 As a result, the oxygen concentration required for the oxidation reaction is ensured around the rich air-fuel mixture, and a decrease in exhaust gas temperature due to unnecessary working air can be suppressed.

<他の実施形態>
(A)
上記実施形態では、燃料を噴霧するときの噴霧角(中空円錐状噴霧の頂角)が一定である燃料噴射弁10を前提として説明を行ったが、図10に示すような噴霧角を変更できる燃料噴射弁50を使用すると、より広い範囲で燃料噴射弁50からピストン8の内側キャビティ8bへの噴射を行うことができるようになる。具体的には、例えば噴霧角を小さくすると、上記のステップS9で登場する最大燃料量Tpmaxを大きくすることができ、吸気行程における燃料噴射を使わずに圧縮行程における燃料噴射だけで触媒暖機制御を行える範囲が広くなる。また、燃料噴射時期を通常制御時と同様に設定しつつ、噴霧角のみを変更して、点火時における内側キャビティ8b内及びその上空の領域にリッチ混合気を形成させることができる。すなわち、通常運転中であれば外側キャビティ8aに向けて燃料を噴射するべき燃料噴射量のときにも、噴霧角を小さくすると、燃料噴射時期を変更しなくても内側キャビティ8bに向けて燃料を噴射して触媒暖機運転を行うことができるようになる。
<Other embodiments>
(A)
In the above embodiment, the fuel injection valve 10 has a constant spray angle when spraying fuel (vertical angle of the hollow cone spray), but the spray angle as shown in FIG. 10 can be changed. When the fuel injection valve 50 is used, it is possible to perform injection from the fuel injection valve 50 to the inner cavity 8b of the piston 8 in a wider range. Specifically, for example, if the spray angle is decreased, the maximum fuel amount Tpmax that appears in step S9 can be increased, and the catalyst warm-up control is performed only by fuel injection in the compression stroke without using fuel injection in the intake stroke. The range that can be used becomes wider. In addition, while setting the fuel injection timing in the same manner as during normal control, only the spray angle can be changed, and a rich air-fuel mixture can be formed in the inner cavity 8b and the region above it during ignition. In other words, even during the normal operation, even when the fuel injection amount is to be injected toward the outer cavity 8a, if the spray angle is reduced, the fuel is injected toward the inner cavity 8b without changing the fuel injection timing. The catalyst can be warmed up by injecting.

以下に、可変噴霧角を持つ燃料噴射弁50を、図10および図11を参照して説明する。   Below, the fuel injection valve 50 with a variable spray angle is demonstrated with reference to FIG. 10 and FIG.

図10は、可変噴霧角を持つ燃料噴射弁50の噴射部分の縦断面構造である。燃料噴射弁50は、本体51と、針弁52とを備えている。本体51の中には、メイン流路50a、第1枝流路50c、および第2枝流路50dが形成されている。本体51の下面には、噴孔50bが形成されている。第1枝流路50cおよび第2枝流路50dは、メイン流路50aと噴孔50bとを結ぶ流路であるが、メイン流路50aと連絡する位置が異なっており、それぞれ異なる角度でメイン流路50aから噴孔50bに延びている。この燃料噴射弁50では、針弁52のリフトによって燃料を遮断したり燃料を噴孔50bから噴射したりすることができる。また、燃料噴射弁50は、針弁52のリフト量の大小によって、燃料が第1枝流路50cへ流れる量および第2枝流路50dへ流れる量を変更できる構造となっている。   FIG. 10 is a longitudinal sectional structure of an injection portion of the fuel injection valve 50 having a variable spray angle. The fuel injection valve 50 includes a main body 51 and a needle valve 52. In the main body 51, a main channel 50a, a first branch channel 50c, and a second branch channel 50d are formed. A nozzle hole 50 b is formed on the lower surface of the main body 51. The first branch channel 50c and the second branch channel 50d are channels that connect the main channel 50a and the nozzle hole 50b. However, the first branch channel 50c and the second branch channel 50d are in different positions at which the main channel 50a communicates with the main channel 50a. It extends from the flow path 50a to the nozzle hole 50b. In the fuel injection valve 50, the fuel can be shut off or the fuel can be injected from the injection hole 50b by the lift of the needle valve 52. Further, the fuel injection valve 50 has a structure in which the amount of fuel flowing to the first branch channel 50c and the amount of fuel flowing to the second branch channel 50d can be changed depending on the lift amount of the needle valve 52.

燃料噴射弁50の作動について、図11を参照しながら説明する。   The operation of the fuel injection valve 50 will be described with reference to FIG.

本体51に対して針弁52が一番下にある時には、第1枝流路50cおよび第2枝流路50dが針弁52によって遮断され、噴孔50bから燃料は噴射されない。   When the needle valve 52 is at the lowest position with respect to the main body 51, the first branch flow path 50c and the second branch flow path 50d are blocked by the needle valve 52, and fuel is not injected from the injection hole 50b.

針弁52が上に移動していく(リフトしていく)と、まず、メイン流路50aから第1枝流路50cに燃料が流れ、噴孔50bから燃料が噴射される。この場合、第1枝流路50cを通って燃料が噴射されるため、第1枝流路50cの角度によって噴霧角が決定される。   When the needle valve 52 moves upward (lifts), first, fuel flows from the main flow path 50a to the first branch flow path 50c, and the fuel is injected from the injection holes 50b. In this case, since the fuel is injected through the first branch channel 50c, the spray angle is determined by the angle of the first branch channel 50c.

さらに針弁52が上に移動すると、第1枝流路50cだけでなく、第2枝流路50dにも燃料が流れるようになる。そして、噴孔50bから燃料が噴射されるが、第1枝流路50cの角度と第2枝流路50dの角度との違いにより噴射された燃料同士がぶつかり、両流路50c,50dを流れる燃料量の割合によって噴霧角が変化する。   When the needle valve 52 further moves upward, the fuel flows not only through the first branch channel 50c but also through the second branch channel 50d. Then, the fuel is injected from the nozzle hole 50b, but the injected fuel collides due to the difference between the angle of the first branch channel 50c and the angle of the second branch channel 50d, and flows through both channels 50c and 50d. The spray angle varies depending on the fuel amount ratio.

針弁52が最大リフト量まで上に移動すると、第2枝流路50dのみを通って燃料が噴孔50bから噴射されるようになり、第2枝流路50dの角度によって噴霧角が決定される。   When the needle valve 52 moves up to the maximum lift amount, fuel is injected from the injection hole 50b only through the second branch channel 50d, and the spray angle is determined by the angle of the second branch channel 50d. The

このような燃料噴射弁50の作動から明らかなように、針弁52のリフト量の調節によって、燃料噴射弁50からの燃料の噴霧角(噴霧方向)を変えることができる。なお、針弁52のリフト量を所望値にするためには、例えば、電圧によって変形量が変わるピエゾ素子を針弁52のアクチュエータに用いたピエゾ式燃料噴射弁を、燃料噴射弁50として採用すればよい。   As apparent from the operation of the fuel injection valve 50, the spray angle (spray direction) of the fuel from the fuel injection valve 50 can be changed by adjusting the lift amount of the needle valve 52. In order to set the lift amount of the needle valve 52 to a desired value, for example, a piezo-type fuel injection valve using a piezo element whose deformation amount changes depending on the voltage as the actuator of the needle valve 52 is employed as the fuel injection valve 50. That's fine.

(B)
上記実施形態における触媒暖機制御は、排気浄化触媒14の活性化のために排気ガスの温度を高めることが要求されるエンジン始動直後や外気温度が低い環境下における低負荷運転時以外にも、例えば排気浄化触媒14に付着したSOx除去のために排気浄化触媒14の温度を上げる運転を行うときにも、採用することができる。
(B)
The catalyst warm-up control in the embodiment described above is not only immediately after engine start, which is required to increase the temperature of the exhaust gas for activation of the exhaust purification catalyst 14, or during low load operation in an environment where the outside air temperature is low, For example, it can also be employed when performing an operation of raising the temperature of the exhaust purification catalyst 14 in order to remove SOx adhering to the exhaust purification catalyst 14.

本発明に係る内燃機関では、触媒暖機運転などの排気ガスの温度を上げる必要がある所定運転時において、理論空燃比よりもリッチな空燃比の所定混合気を形成させる場合に、燃料噴射から点火までの時間を長く取ることができ、スモークの発生を抑制することができるようになる。したがって、本発明に係る内燃機関は、筒内直接噴射式の内燃機関として有用である。   In the internal combustion engine according to the present invention, when a predetermined mixture having an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is formed during a predetermined operation in which it is necessary to raise the temperature of the exhaust gas such as a catalyst warm-up operation, The time until ignition can be increased, and the occurrence of smoke can be suppressed. Therefore, the internal combustion engine according to the present invention is useful as an in-cylinder direct injection internal combustion engine.

本発明に係るエンジンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine according to the present invention. 基準クランク角信号Ref毎に実行される制御のフローチャートである。It is a flowchart of the control performed for every reference | standard crank angle signal Ref. 触媒暖機制御のフローチャートである。It is a flowchart of catalyst warm-up control. 通常制御のフローチャートである。It is a flowchart of normal control. エンジン負荷、回転数に対する基本燃料噴射量を示すマップである。It is a map which shows the basic fuel injection quantity with respect to engine load and rotation speed. 触媒温度に対する燃料増量補正値を示すグラフである。It is a graph which shows the fuel increase correction value with respect to catalyst temperature. 燃料増量補正値に対する点火時期補正のリタード量を示すグラフである。It is a graph which shows the retard amount of ignition timing correction | amendment with respect to a fuel increase correction value. (A)通常運転における圧縮行程時の燃料噴射時期を示すグラフである。(A) It is a graph which shows the fuel-injection time at the time of the compression stroke in normal driving | operation.

(B)触媒暖機運転における圧縮行程時の燃料噴射時期を示すグラフである。
エンジン負荷、回転数に対する目標当量比を示すマップである。 他の実施形態における燃料噴射弁の断面図である。 他の実施形態における燃料噴射弁の作動を示す図である。
(B) It is a graph which shows the fuel-injection time at the time of the compression stroke in catalyst warm-up operation.
It is a map which shows the target equivalence ratio with respect to engine load and rotation speed. It is sectional drawing of the fuel injection valve in other embodiment. It is a figure which shows the action | operation of the fuel injection valve in other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
7 燃焼室
8 ピストン
8a 外側キャビティ
8b 内側キャビティ
9 点火プラグ
10 燃料噴射弁
14 排気浄化触媒
21 コントロールユニット
50 燃料噴射弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 7 Combustion chamber 8 Piston 8a Outer cavity 8b Inner cavity 9 Spark plug 10 Fuel injection valve 14 Exhaust gas purification catalyst 21 Control unit 50 Fuel injection valve

Claims (12)

燃焼室と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、
前記燃焼室の上部の略中央に位置し、前記燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
キャビティが冠面の略中央に形成されたピストンと、
前記燃焼室から排出される排気ガスの温度を高めることが要求される所定運転時に、圧縮行程において前記燃料噴射弁から前記キャビティへ向けて燃料を噴射させて前記キャビティ内および前記キャビティの上空の領域だけに理論空燃比よりもリッチな空燃比の所定混合気を形成させ、前記所定混合気を前記点火プラグにより点火燃焼させる、制御装置と、
を備える内燃機関。
A combustion chamber;
A spark plug for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber;
A fuel injection valve that is located substantially in the center of the upper portion of the combustion chamber and injects fuel directly into the combustion chamber;
A piston with a cavity formed substantially in the center of the crown surface;
During a predetermined operation required to increase the temperature of exhaust gas discharged from the combustion chamber, fuel is injected from the fuel injection valve toward the cavity in a compression stroke, and the regions in the cavity and above the cavity A control device that only forms a predetermined air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio and ignites and burns the predetermined air-fuel mixture with the spark plug;
An internal combustion engine.
前記キャビティは、少なくとも、内側キャビティと、前記内側キャビティの周りに位置する外側キャビティとに分かれており、
前記制御装置は、前記所定運転時には、圧縮行程において前記燃料噴射弁から前記内側キャビティへ向けて燃料を噴射して前記内側キャビティ内および前記内側キャビティの上空の領域だけに前記所定混合気を形成させる、
請求項1に記載の内燃機関。
The cavity is divided into at least an inner cavity and an outer cavity located around the inner cavity;
In the predetermined operation, the control device injects fuel from the fuel injection valve toward the inner cavity in a compression stroke, and forms the predetermined air-fuel mixture only in the area inside the inner cavity and above the inner cavity. ,
The internal combustion engine according to claim 1.
前記点火プラグは、前記燃焼室の上部の略中央に配置されており、前記所定運転時に形成される前記所定混合気が存在する領域に位置する、
請求項1又は2に記載の内燃機関。
The spark plug is disposed substantially at the center of the upper portion of the combustion chamber, and is located in a region where the predetermined air-fuel mixture formed during the predetermined operation exists.
The internal combustion engine according to claim 1 or 2.
前記制御装置は、前記所定運転時には、圧縮行程において前記燃料噴射弁から前記キャビティへ向けて燃料を噴射させて、前記キャビティ内および前記キャビティの上空の領域だけに理論空燃比よりもリッチな空燃比の所定混合気を形成させるとともに、前記所定混合気の周りに理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気あるいは燃料を含まない空気を形成させる、
請求項1から3のいずれかに記載の内燃機関。
The control device, during the predetermined operation, injects fuel from the fuel injection valve toward the cavity in a compression stroke, and has an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio only in the cavity and in the region above the cavity. Forming a predetermined air-fuel mixture, and forming an air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio or air containing no fuel around the predetermined air-fuel mixture.
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
前記制御装置は、通常運転時ならば前記燃料噴射弁から前記外側キャビティ内に燃料を噴射させるような燃料量の場合においても、前記所定運転時には、前記燃料噴射弁から前記内側キャビティ内に燃料を噴射させる、
請求項2に記載の内燃機関。
Even when the amount of fuel is such that fuel is injected from the fuel injection valve into the outer cavity during normal operation, the control device supplies fuel from the fuel injection valve into the inner cavity during the predetermined operation. Spray,
The internal combustion engine according to claim 2.
前記制御装置は、前記所定運転時には、通常運転時に較べ燃料量を増やして前記燃料噴射弁から前記キャビティ内に燃料を噴射させることによって、前記所定混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにする、
請求項1から5のいずれかに記載の内燃機関。
The control device makes the air-fuel ratio of the predetermined air-fuel mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio by increasing the amount of fuel during the predetermined operation and injecting fuel into the cavity from the fuel injection valve compared to the normal operation. To
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
前記制御装置は、前記所定運転時には、通常運転時に較べ燃料噴射の時期を遅角化させて前記燃料噴射弁から前記キャビティ内に燃料を噴射させることによって、前記所定混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにする、
請求項1から6のいずれかに記載の内燃機関。
The control device, during the predetermined operation, retards the timing of fuel injection compared to during normal operation and injects fuel into the cavity from the fuel injection valve, thereby reducing the air-fuel ratio of the predetermined air-fuel mixture to the stoichiometric air-fuel ratio. Make it richer than the fuel ratio,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6.
前記燃焼噴射弁は、噴霧する燃料の噴霧方向を変えることができ、
前記制御装置は、前記所定運転時には、通常運転時に較べ前記燃焼噴射弁による燃料の噴霧方向を変えて前記燃料噴射弁から前記内側キャビティ内に燃料を噴射させることによって、前記所定混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにする、
請求項2に記載の内燃機関。
The combustion injection valve can change the spray direction of fuel to be sprayed,
The control device changes the spray direction of the fuel by the combustion injection valve during the predetermined operation and injects the fuel into the inner cavity from the fuel injection valve as compared with the normal operation, so that the air-fuel ratio of the predetermined mixture is increased. To make it richer than the theoretical air-fuel ratio,
The internal combustion engine according to claim 2.
前記制御装置は、前記所定運転時には、圧縮行程において前記燃料噴射弁から前記内側キャビティへ向けて燃料を噴射させるとともに、さらに吸気行程において前記燃料噴射弁から前記内側キャビティへ向けて燃料を噴射させて、前記点火プラグによる点火時において前記内側キャビティ内および前記内側キャビティの上空の領域だけに前記所定混合気を形成させる、
請求項2に記載の内燃機関。
During the predetermined operation, the control device injects fuel from the fuel injection valve toward the inner cavity in a compression stroke, and further injects fuel from the fuel injection valve toward the inner cavity in an intake stroke. The predetermined air-fuel mixture is formed only in the area inside the inner cavity and above the inner cavity at the time of ignition by the spark plug.
The internal combustion engine according to claim 2.
前記所定運転時は、前記排気ガスを清浄化するための触媒を暖機する必要がある時である、
請求項1から9のいずれかに記載の内燃機関。
The predetermined operation is a time when it is necessary to warm up the catalyst for purifying the exhaust gas.
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9.
前記制御装置は、前記所定運転時には、前記触媒の暖機度合いに応じて、前記所定混合気の空燃比のリッチ度合いを変化させる、
請求項10に記載の内燃機関。
The controller changes the rich degree of the air-fuel ratio of the predetermined mixture according to the warm-up degree of the catalyst during the predetermined operation.
The internal combustion engine according to claim 10.
前記制御装置は、前記所定運転時には、燃焼室内の平均空燃比が約15〜17となるように吸入空気量を制御する、
請求項1から11のいずれかに記載の内燃機関。
The control device controls the intake air amount so that the average air-fuel ratio in the combustion chamber is about 15 to 17 during the predetermined operation.
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 11.
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