JP2005155395A - Cylinder direct injection type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、筒内に燃料を噴射することにより成層燃焼を実現するようにした筒内直接噴射式内燃機関の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a direct injection type internal combustion engine that realizes stratified combustion by injecting fuel into a cylinder.
特許文献1には、筒内直接噴射式内燃機関の一例が開示されている。この特許文献1の内燃機関は、ピストン冠面にキャビティつまりピストンボウルを凹設するとともに、燃料噴射弁をピストンボウルの真上近傍に配置し、燃料噴霧をピストンボウル周壁面に衝突させ、ピストンボウル中心部へ向かう噴霧循環流を形成することにより、筒内に適切な成層混合気を形成するようにしており、これによって燃料消費の低減を図っている。
しかしながら、上記のような構成においては、ピストンを経由(換言すればピストンと衝突)して形成される成層混合気の大きさは、おおむねピストンキャビティの形状すなわちキャビティ容積によって定まる。 However, in the above-described configuration, the size of the stratified mixture formed via the piston (in other words, colliding with the piston) is generally determined by the shape of the piston cavity, that is, the cavity volume.
この場合、ある1つの成層運転条件において、安定燃焼を行い、かつ良好な燃費や排気エミッションを実現させようとすると、機関回転速度および負荷の異なる他の成層運転条件においては、良好な燃焼が成立せず、いわゆる跳ね返りが生じる懸念がある。 In this case, if stable combustion is performed under a certain stratified operation condition and an attempt is made to realize good fuel consumption and exhaust emission, good combustion is established under other stratified operation conditions with different engine speeds and loads. There is a concern that a so-called rebound will occur.
例えば、機関回転速度が高い場合は、機関回転速度が低い場合と比べて、混合気形成時間に対するクランク角度の進行(ピストン上昇)が相対的に早くなり、仮に同一の燃料噴射時期、燃料噴射期間(これは機関負荷に比例する)では、点火プラグ近傍に可燃混合気が到達しないうちに、所定の点火時期を迎えることになる。機関回転速度が高くなるほど噴射時期を進角側に設定することで上記問題を回避することが考えられるが、早期の噴射では、ピストンキャビティにより燃料噴霧を受け止めることが難しくなる。特に、全負荷領域において吸気行程噴射により均一混合気による燃焼を行うことを考慮すると、ある程度以上の噴霧角(傘角)で噴射される燃料噴霧を用いる必要があり、従って、成層燃焼時に過早な噴射時期に設定することはできない。 For example, when the engine speed is high, the crank angle advances (piston rise) relative to the mixture formation time is relatively faster than when the engine speed is low, and it is assumed that the fuel injection timing and fuel injection period are the same. (This is proportional to the engine load), and a predetermined ignition timing is reached before the combustible mixture reaches the vicinity of the spark plug. Although it is conceivable to avoid the above problem by setting the injection timing to the advance side as the engine rotational speed increases, in early injection, it becomes difficult to catch the fuel spray by the piston cavity. In particular, it is necessary to use fuel spray injected at a spray angle (bevel angle) of a certain degree or more in consideration of performing combustion with a uniform mixture by intake stroke injection in the entire load region. It is not possible to set the correct injection timing.
また、噴霧を受け止め易いようにキャビティを大開口にした場合には、圧縮比の観点からキャビティの深さが制約されることとなり、十分な深さがないために逆に燃料噴霧を受け止めることが難しくなる。 In addition, if the cavity is made large so that it is easy to catch the spray, the depth of the cavity will be restricted from the viewpoint of the compression ratio. It becomes difficult.
つまり、上記従来のように、成層燃焼時に常にピストンキャビティを経由した燃料に点火するようにした構成では、機関回転速度の高低に対して、安定かつ良好な燃費,排気の運転を行うことが難しい。 In other words, with the configuration in which the fuel that always passes through the piston cavity is always ignited during stratified combustion as in the conventional case, it is difficult to perform stable and good fuel consumption and exhaust operation with respect to the engine speed. .
一方、機関負荷の高低について検討すると、常に同一の混合気形成プロセスでは、低い負荷での成層運転においては、点火プラグ近傍の成層混合気がリーンとなり易く、燃焼安定性が悪くなり燃費が悪化する傾向となる。また、高い負荷での成層運転においては、点火プラグ近傍の成層混合気が過濃となり、スモークやHCが増加する懸念がある。 On the other hand, when considering the engine load level, the stratified mixture in the vicinity of the spark plug tends to become lean in the stratified operation at a low load in the same mixture formation process, and the combustion stability is deteriorated and the fuel consumption is deteriorated. It becomes a trend. In a stratified operation at a high load, the stratified mixture in the vicinity of the spark plug becomes excessively concentrated, and there is a concern that smoke and HC increase.
本発明は、上記のような問題を解決するために、成層運転条件の中において、機関回転速度や機関負荷に応じて、さらに2種類の燃焼方式に切り換えるようにし、かつこれと同時に、それぞれの燃焼方式に適した筒内のガス流動を与えるようにしたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention switches between two types of combustion systems according to the engine rotational speed and the engine load in the stratified operation conditions. The gas flow in the cylinder suitable for the combustion method is provided.
すなわち本発明の筒内直接噴射式内燃機関は、燃焼室上部に点火プラグと燃料噴射弁とを有し、かつピストン冠面の略中心付近にキャビティを有している。そして、成層燃焼を行う運転モードとして、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第1の成層運転モードと、燃料噴射終了後、ピストンを経由した燃料に点火する第2の成層運転モードと、を有している。 That is, the direct injection type internal combustion engine of the present invention has an ignition plug and a fuel injection valve in the upper part of the combustion chamber, and has a cavity near the approximate center of the piston crown surface. Then, as an operation mode for performing stratified combustion, a first stratified operation mode for igniting fuel before colliding with a piston during fuel injection or immediately after the end of fuel injection, and igniting fuel via the piston after the end of fuel injection A second stratification operation mode.
ここで、第2の成層運転モードとして燃料噴射終了後にピストンを経由して形成される混合気は、キャビティを経由することにより、十分な気化と混合がなされたのち、キャビティ上空に比較的均一な混合気分布を形成する。これにより、過濃な混合気からのスモークやCOの排出の懸念がなく、混合気分布のサイクル変動の影響を受けづらいという利点がある。 Here, in the second stratified operation mode, the air-fuel mixture formed via the piston after completion of fuel injection is sufficiently vaporized and mixed by passing through the cavity, and then is relatively uniform over the cavity. A mixture distribution is formed. Accordingly, there is an advantage that there is no concern about smoke and CO emission from the rich mixture, and it is difficult to be affected by cycle fluctuations in the mixture distribution.
しかしながら、機関回転速度の上昇に伴って、均一な混合気形成を十分に行うには、時間が不足となることが懸念される。また、機関回転速度の上昇とともに、筒内流動が強くなることで、混合気が過拡散となり、点火プラグ近傍が過薄となる恐れがある。 However, as the engine speed increases, there is a concern that time will be insufficient to sufficiently form a uniform air-fuel mixture. Further, as the engine rotational speed increases, the in-cylinder flow becomes stronger, so that the air-fuel mixture becomes excessively diffused and the vicinity of the spark plug may become excessively thin.
さらに、機関負荷が低い場合、キャビティ上空に形成される比較的均一な混合気が可燃空燃比を超えて薄くなり、失火する恐れがある。 Furthermore, when the engine load is low, a relatively uniform air-fuel mixture formed above the cavity becomes thinner than the combustible air-fuel ratio, and there is a risk of misfire.
一方、第1の成層運転モードとして燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の飛翔中の燃料噴霧は、噴射後直ちに噴霧軸の周囲から、周辺空気と混合および気化により混合気を形成する。このピストンを経由しない混合気は、機関回転速度に拘わらず燃料噴射弁直下に速やかにコンパクトな混合気として形成されるため、機関回転速度に拘わらず安定した成層燃焼を行うことができる。 On the other hand, as the first stratified operation mode, fuel spray during flight before fuel injection or before colliding with the piston immediately after the end of fuel injection is immediately mixed with ambient air from the periphery of the spray shaft by mixing and vaporization. Form. The air-fuel mixture that does not pass through the piston is quickly formed as a compact air-fuel mixture immediately below the fuel injection valve regardless of the engine speed, so that stable stratified combustion can be performed regardless of the engine speed.
また、機関負荷が低い場合でも、確実にスパークギャップ付近に燃料(混合気)を配することが可能なため、安定した燃焼が実現できる。 In addition, even when the engine load is low, fuel (air mixture) can be reliably disposed in the vicinity of the spark gap, so that stable combustion can be realized.
しかしながら、噴射中または噴射終了直後の燃料は、大きな分布を持ち、燃料噴射量の多い高負荷領域では、スパークギャップ周辺の混合気濃度が可燃空燃比を超えて濃くなり、燃焼安定性を悪化させるほか、過濃な混合気からCOまたはスモークが排出される恐れがある。 However, the fuel during or immediately after the injection has a large distribution, and in a high load region where the fuel injection amount is large, the concentration of the air-fuel mixture around the spark gap becomes deeper than the combustible air-fuel ratio, which deteriorates the combustion stability. In addition, CO or smoke may be discharged from the rich mixture.
請求項1の発明は、これらの2つの成層運転モードを、内燃機関の運転条件に応じて切り換える。すなわち、機関回転速度や負荷に応じて2つの成層運転モードを切り換えることにより、第1の成層運転モードでの局所的なリッチ混合気によるスモーク排出、第2の成層運転モードでの局所的なリーン混合気による未燃混合気の排出、を抑制できる。そして、上記スワール生成手段により、同一運転条件に対し、上記第2の成層運転モードにおけるスワール強度に比較して上記第1の成層運転モードにおけるスワール強度が相対的に高く与えられる。 The invention according to claim 1 switches between these two stratified operation modes in accordance with the operation conditions of the internal combustion engine. That is, by switching between the two stratified operation modes according to the engine speed and load, the smoke emission due to the local rich mixture in the first stratified operation mode, the local lean in the second stratified operation mode It is possible to suppress discharge of unburned air-fuel mixture due to air-fuel mixture. And the swirl intensity | strength in the said 1st stratification operation mode is given relatively high with respect to the same operation condition by the said swirl production | generation means compared with the swirl intensity | strength in the said 2nd stratification operation mode.
これは、第1の成層運転モードと第2の成層運転モードとでは、燃料噴射から点火までの時間が変化するためであり、第1の成層運転モードでは、燃料噴射から点火までの時間が、第2の成層運転モードの場合に比べて非常に短い。そのため、筒内のガス流動により、混合気を拡散させる必要が生じる。このように、第1の成層運転モードにおいて、より強いスワールによって混合気を拡散させることにより、第1の成層運転モードで問題となる局所的なリッチ混合気によるスモーク発生を抑制できる。 This is because the time from fuel injection to ignition changes in the first stratified operation mode and the second stratified operation mode. In the first stratified operation mode, the time from fuel injection to ignition is It is very short compared to the case of the second stratified operation mode. Therefore, the air-fuel mixture needs to be diffused by the gas flow in the cylinder. As described above, in the first stratified operation mode, by diffusing the air-fuel mixture by stronger swirl, it is possible to suppress the generation of smoke due to the local rich air-fuel mixture that becomes a problem in the first stratified operation mode.
より具体的な請求項2の発明では、機関回転速度が所定値よりも低い場合に、上記第2の成層運転モードとし、機関回転速度が所定値よりも高い場合に、上記第1の成層運転モードとする。そして、同一負荷に対し上記第1の成層運転モードにおけるスワール強度を上記第2の成層運転モードにおけるスワール強度よりも高くする。
In a more specific invention of
また請求項3の発明では、機関負荷が所定値よりも低い場合に、上記第1の成層運転モードとし、機関負荷が所定値よりも高い場合に、上記第2の成層運転モードとする。そして、同一回転速度に対し上記第1の成層運転モードにおけるスワール強度を上記第2の成層運転モードにおけるスワール強度よりも高くする。
In the invention of
この発明によれば、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第1の成層運転モードと、燃料噴射終了後、ピストンを経由した燃料に点火する第2の成層運転モードと、を機関運転条件に応じて切り換えることにより、機関の回転速度や負荷に拘わらず、常に安定した成層燃焼を行うことが可能となり、広い運転領域において、燃費および排気エミッションを良好なものとすることができる。そして、同時に、各成層運転モードに対応して、筒内に生成するスワールの強度を異ならせることにより、それぞれの成層運転モードにおける燃焼がより良好なものとなる。 According to the present invention, the first stratification operation mode for igniting the fuel before colliding with the piston during fuel injection or immediately after the end of the fuel injection, and the second stratification for igniting the fuel via the piston after the end of the fuel injection. By switching the operation mode according to the engine operating conditions, it becomes possible to always perform stratified combustion stably regardless of the engine speed and load, and the fuel consumption and exhaust emission are excellent in a wide operating range. It can be. At the same time, by varying the strength of the swirl generated in the cylinder corresponding to each stratified operation mode, the combustion in each stratified operation mode becomes better.
図1は、本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関の一実施例の機械的構成を示している。図示するように、シリンダヘッド1と、シリンダブロック2のシリンダ3と、ピストン4と、によって燃焼室5が形成されている。この燃焼室5は、吸気弁6を介して吸気ポート7と連通し、排気弁8を介して排気ポート9と連通している。吸気弁6は、図示しない吸気弁用カムシャフトによって開閉駆動され、排気弁8は、同じく図示しない排気弁用カムシャフトによって開閉駆動される。
FIG. 1 shows a mechanical configuration of an embodiment of a direct injection type internal combustion engine according to the present invention. As shown in the figure, a
上記燃焼室5の上面つまりシリンダヘッド1側の天井面の略中心位置に、ピストン4ヘ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁11が設けられている。この燃料噴射弁11の噴霧中心線は、シリンダ中心線とほぼ一致している。そして、この燃料噴射弁11に隣接して点火プラグ12が配置されており、そのスパークギャップ12aが燃焼室5中央付近に位置している。上記の燃料噴射弁11および点火プラグ12は、図示しないエンジンコントロールユニットからの信号に基づいて制御され、機関運転条件に応じた時期に、燃料噴射および点火が行われる。
A
また、上記燃料噴射弁11と対向するように、ピストン4の冠面の中心位置に、略円筒状のキャビティ13が形成されている。このキャビティ13は、例えばリエントラント型をなし、成層燃焼時には、主としてキャビティ13内およびその上空に、成層混合気が形成される。
A substantially
一方、主に成層燃焼時に燃焼室5内に適宜なガス流動を得るために、筒内にスワールを生成するスワール生成手段が設けられている。図4は、スワール生成手段の一例として、一対の吸気ポート7の一方に、バタフライバルブからなるスワール制御弁15を設けたものであり、このスワール制御弁15を閉じることにより、シリンダ3内に矢印Sで示すようなスワールが生成される。そして、このスワール制御弁15の開度の調節により、シリンダ3内に生成されるスワールSの強度を可変制御することができる。
On the other hand, in order to obtain an appropriate gas flow in the
また、図5は、スワール生成手段の異なる実施例として、一方の吸気ポート7の吸気弁6直前位置に、細い副吸気通路16を開口させ、吸気ポート7上流側から導いた一部の吸気を、シリンダ3の接線方向に沿って噴出させるように構成したものである。この副吸気通路16からの吸気流によって、シリンダ3内には、矢印Sで示すようなスワールが生成される。この副吸気通路16からの吸気流の流れは、副吸気通路16に介装した図示しない流量制御弁によって制御されるようになっており、これによって、シリンダ3内に生成されるスワールSの強度を可変制御することができる。
FIG. 5 shows a different embodiment of the swirl generating means, in which a narrow
図4あるいは図5のいずれの実施例でも、過渡時に、大きな応答遅れを伴わずにシリンダ3内のガス流動つまりスワールSを変化させることができる。
In any of the embodiments shown in FIGS. 4 and 5, the gas flow in the
このように構成された本発明の内燃機関では、燃焼形態として、主に圧縮行程中(特に、圧縮行程後半)に燃料噴射を行うことでリーン運転を実現し、燃費を向上させる成層燃焼モードと、吸気行程中(特に吸気行程前半)に燃料噴射を行い理論空燃比運転を実現する均質燃焼モードと、が設けられており、運転状態に応じて選択されるようになっている。 In the internal combustion engine of the present invention configured as described above, as a combustion mode, a stratified combustion mode in which lean operation is realized by performing fuel injection mainly during the compression stroke (particularly in the latter half of the compression stroke) and fuel consumption is improved. A homogeneous combustion mode in which fuel is injected during the intake stroke (particularly in the first half of the intake stroke) to realize the theoretical air-fuel ratio operation is provided, and is selected according to the operating state.
さらに、上記の成層燃焼モードの中に、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストン4に衝突する以前の燃料に点火する第1の成層運転モード(モード1)と、燃料噴射終了後ピストン4を経由した燃料に点火する第2の成層運転モード(モード2)と、の2つの成層燃焼モードを有しており、機関回転速度と機関負荷とに応じて両者を切り換えるように、機関の制御が行われる。
Further, in the stratified combustion mode, the first stratified operation mode (mode 1) for igniting the fuel before colliding with the
まず始めに、本発明における上記2つの成層運転モードにおける混合気形成過程の概略を説明する。 First, an outline of the air-fuel mixture formation process in the two stratified operation modes in the present invention will be described.
図2は、第1の成層運転モード、つまり、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストン4に衝突する以前の燃料に点火する成層運転モードでの混合気形成過程を示す。この第1の成層運転モードでは、燃料噴射時期は圧縮上死点近くに設定される。スパークギャップ12aは、燃料噴射弁11先端付近に設置されており、燃料噴射開始直後または燃料噴射終了直後に点火を行う。噴射された燃料のうち、ピストン4に衝突する以前の飛翔中の燃料に点火を行うためである。ここで、図2の(a),(b),(c)の順に示すように、噴射された燃料噴霧は噴霧軸の先端および周辺から、周囲空気との混合により、混合気を形成する。圧縮上死点に近い、比較的遅い噴射時期に設定することにより、燃料噴射時の筒内温度は高く、噴射後の燃料は速やかに気化、混合がなされる。そして、この第1の成層運転モードにおいては、燃料噴射中または直後の、急速に行われる気化・混合の過程において、可燃混合気が形成される噴霧軸周辺の燃料に点火を行う。従って、機関回転速度が高く、燃焼室5上部の燃料噴射弁11からピストン4を経由して再度燃焼室5上部の点火プラグ12へと燃料が進むような混合気形成では時間が不足し点火プラグ12への確実な可燃混合気の輸送が行えない場合や、機関負荷が低く燃料噴射量が少ないためにピストン4に衝突してキャビティ13内に広がった混合気では混合気濃度が薄すぎるものとなるような場合でも、この第1の成層運転モードによれば、安定した燃焼を実現可能である。
FIG. 2 shows the air-fuel mixture formation process in the first stratification operation mode, that is, the stratification operation mode in which fuel is ignited before colliding with the
一方、上述のような気化、混合の過程に点火する場合、燃料噴射量が多い条件では、火炎伝播中にも過濃混合気が存在し、燃焼効率や排気エミッションの悪化の恐れがある。 On the other hand, when ignition is performed in the above-described vaporization and mixing process, under a condition where the fuel injection amount is large, an excessively rich air-fuel mixture exists even during flame propagation, and there is a risk of deterioration in combustion efficiency and exhaust emission.
ここで、機関回転速度が高い場合には、機関回転速度に略比例的に増大する筒内のガス流動によって燃料の拡散、混合が相対的に早く進むが、機関回転速度が比較的低く、かつ機関負荷が高い領域では、燃料噴霧が十分に気化、混合する時間を設けることが望ましい。 Here, when the engine rotational speed is high, the diffusion and mixing of the fuel proceeds relatively quickly due to the gas flow in the cylinder that increases substantially proportionally to the engine rotational speed, but the engine rotational speed is relatively low, and In a region where the engine load is high, it is desirable to provide time for the fuel spray to be sufficiently vaporized and mixed.
次に、第2の成層運転モード、つまり燃料噴射終了後ピストン4を経由した燃料に点火する成層運転モードの混合気形成について図3を用いて説明する。図3では、(a)→(b)→(c)→(d)の順に混合気形成過程が進行する。また、(d1)は、最後の過程(d)について、負荷が高い場合の様子を示し、(d2)は、負荷が低い場合の様子を示している。
Next, the air-fuel mixture formation in the second stratification operation mode, that is, the stratification operation mode in which the fuel that has passed through the
この第2の成層運転モードでは、燃料噴射時期は、燃料噴霧がピストンキャビティ13に受け止められるように設定され、噴射された燃料噴霧はキャビティ13底面に衝突する。その後噴霧は、図(b)のように噴霧の貫徹力によってピストンキャビティ13底面に沿って進行し、燃焼室上空へと向かう。その後、燃焼室5上空をうずのように旋回しつつ、周囲の空気を巻き込みながら、点火プラグ12近傍のキャビティ13上空に比較的均質な成層混合気が生成される。
In the second stratified operation mode, the fuel injection timing is set so that the fuel spray is received by the
機関負荷が高い場合は、図(d1)のようにキャビティ13上空に比較的濃い均質混合気が形成され、機関負荷が低くなるほど、図(d2)のようにキャビティ13上空に形成される混合気濃度が薄くなる。
When the engine load is high, a relatively dense homogeneous air-fuel mixture is formed above the
ここで、形成される混合気濃度は、可燃空燃比の範囲内で、かつ排気エミッションが悪化しないように制御される。つまり、キャビティ13上空に形成される均質混合気濃度が、排気エミッションが悪化するほどに濃くなる高負荷領域では、キャビティ13の外に混合気が適量はみ出すように燃料噴射時期および点火時期を制御する。また、キャビティ13上空に形成される均質混合気濃度が、失火を引き起こす恐れがあるほどにリーンになる場合、キャビティ13上空全域に混合気が行き渡る以前に、緩やかな空燃比分布を有する混合気に点火を行うように、燃料噴射時期および点火時期を制御する。
Here, the concentration of the air-fuel mixture formed is controlled so that it is within the range of the combustible air-fuel ratio and the exhaust emission is not deteriorated. That is, the fuel injection timing and ignition timing are controlled so that an appropriate amount of the air-fuel mixture protrudes from the
機関回転速度および機関負荷に対する燃焼モードの切換を図6に示す。 FIG. 6 shows switching of the combustion mode with respect to the engine speed and the engine load.
基本的に、機関回転速度が低く、かつ機関負荷が高い領域では、第2の成層運転モード(モード2)による運転を行い、機関回転速度が高く、かつ機関負荷の低い領域では、第1の成層運転モード(モード1)による運転を行う。なお、所定の機関負荷以上の高負荷域ならびに所定の機関回転速度以上の高速域では、吸気行程噴射による均質燃焼を行う。 Basically, in the region where the engine speed is low and the engine load is high, the operation is performed in the second stratification operation mode (mode 2). In the region where the engine speed is high and the engine load is low, the first The operation is performed in the stratified operation mode (mode 1). It should be noted that homogeneous combustion is performed by intake stroke injection in a high load range that is equal to or higher than a predetermined engine load and a high speed range that is equal to or higher than a predetermined engine speed.
図7は、上記の第1の成層運転モードと第2の成層運転モードとからなる成層運転領域内でのスワールの強度の制御特性を示したマップであり、図中の斜線が等スワール強度線を示す。つまり、前述したように、例えばスワール制御弁15の開度の調節により、シリンダ3内に生成されるスワールSの強度が可変制御されるが、図7は、その制御目標となるスワール強度を示している。図示するように、第1の成層運転モード内においては、機関回転速度と機関負荷とに応じて、最適なスワール強度が設定されている。同様に、第2の成層運転モード内においても、機関回転速度と機関負荷とに応じて、最適なスワール強度が設定されている。そして、両者の境界においては、最適なスワール強度つまり目標スワール強度に段差があり、同一の運転条件に対し、第1の成層運転モードにおけるスワール強度の方が第2の成層運転モードにおけるスワール強度よりも相対的に高くなっている。これは、第1の成層運転モードと第2の成層運転モードとでは、燃料噴射から点火までの時間が変化するためであり、第1の成層運転モードでは、燃料噴射から点火までの時間が、第2の成層運転モードの場合に比べて非常に短い。そのため、筒内のガス流動により、混合気を拡散させる必要が生じる。このように、第1の成層運転モードにおいて、より強いスワールによって混合気を拡散させることにより、第1の成層運転モードで問題となる局所的なリッチ混合気によるスモーク発生を抑制できる。
FIG. 7 is a map showing the control characteristics of the swirl intensity in the stratified operation region composed of the first stratified operation mode and the second stratified operation mode, and the hatched lines in the figure are equal swirl intensity lines. Indicates. That is, as described above, the intensity of the swirl S generated in the
図8は、制御の簡略化のために、成層燃焼域の中で、第1の成層運転モードと第2の成層運転モードとを、所定の機関回転速度を境界として切り換えるようにした実施例を示し、図7と同様に、その場合のスワール強度の制御特性を示している。機関回転速度が所定値よりも低い場合に、第2の成層運転モードとし、所定値よりも高い場合に、第1の成層運転モードとする。前述したように、第1の成層運転モード内においては、機関回転速度と機関負荷とに応じて、最適なスワール強度が設定され、第2の成層運転モード内においても、機関回転速度と機関負荷とに応じて、最適なスワール強度が設定されている。そして、両者の境界においては、最適なスワール強度つまり目標スワール強度に段差があり、同一の負荷に対し、第1の成層運転モードにおけるスワール強度の方が第2の成層運転モードにおけるスワール強度よりも相対的に高く与えられる。 FIG. 8 shows an embodiment in which, in order to simplify the control, the first stratified operation mode and the second stratified operation mode are switched in the stratified combustion region with a predetermined engine speed as a boundary. Similarly to FIG. 7, the control characteristic of the swirl strength in that case is shown. The second stratification operation mode is set when the engine speed is lower than the predetermined value, and the first stratification operation mode is set when the engine speed is higher than the predetermined value. As described above, in the first stratification operation mode, the optimum swirl strength is set according to the engine rotation speed and the engine load, and even in the second stratification operation mode, the engine rotation speed and the engine load are set. The optimal swirl strength is set accordingly. At the boundary between the two, there is a step in the optimum swirl strength, that is, the target swirl strength. For the same load, the swirl strength in the first stratified operation mode is greater than the swirl strength in the second stratified operation mode. Given relatively high.
図9は、同様に、制御の簡略化のために、成層燃焼域の中で、第1の成層運転モードと第2の成層運転モードとを、所定の機関負荷を境界として切り換えるようにした実施例を示し、図7,図8と同様に、その場合のスワール強度の制御特性を示している。機関負荷が所定値よりも低い場合に、第1の成層運転モードとし、所定値よりも高い場合に、第2の成層運転モードとする。前述したように、第1の成層運転モード内においては、機関回転速度と機関負荷とに応じて、最適なスワール強度が設定され、第2の成層運転モード内においても、機関回転速度と機関負荷とに応じて、最適なスワール強度が設定されている。そして、両者の境界においては、最適なスワール強度つまり目標スワール強度に段差があり、同一の機関回転速度に対し、第1の成層運転モードにおけるスワール強度の方が第2の成層運転モードにおけるスワール強度よりも相対的に高く与えられる。 Similarly, FIG. 9 shows an implementation in which, in order to simplify the control, the first stratified operation mode and the second stratified operation mode are switched with a predetermined engine load as a boundary in the stratified combustion zone. An example is shown, and the control characteristics of swirl strength in that case are shown as in FIGS. The first stratification operation mode is set when the engine load is lower than the predetermined value, and the second stratification operation mode is set when the engine load is higher than the predetermined value. As described above, in the first stratification operation mode, the optimum swirl strength is set according to the engine rotation speed and the engine load, and even in the second stratification operation mode, the engine rotation speed and the engine load are set. The optimal swirl strength is set accordingly. At the boundary between the two, there is a step in the optimum swirl strength, that is, the target swirl strength, and for the same engine speed, the swirl strength in the first stratified operation mode is greater than that in the second stratified operation mode. Is given relatively higher than.
なお、必要なスワール強度が相対的に低い第2の成層運転モードにおいては、前述したスワール制御弁15や副吸気通路16などのスワール生成手段による付加的なスワール生成を停止するようにしてもよい。この場合には、燃料噴射弁11から噴射された燃料噴霧が生成するガス流動によって、燃料混合気の成層状態が形成される。噴霧によって生成されるガス流動は、サイクル変動が小さいため、毎サイクル、安定した燃焼を実現できる。
In the second stratified operation mode in which the required swirl strength is relatively low, additional swirl generation by the swirl generating means such as the
また、特に、アイドル時には、仮に第1の成層運転モードであっても、スワール制御弁15や副吸気通路16などのスワール生成手段による付加的なスワール生成を停止するようにしてもよい。アイドル運転時には、噴射される燃料量が非常に少ないことから、ガス流動によって燃料が拡散してしまい、リーンな混合気場が形成されて未燃燃料量が増加することがある。これに対し、付加的なスワール生成を停止することにより、燃料噴射弁11から噴射された燃料噴霧が生成するサイクル変動の小さなガス流動のみによって、成層混合気が形成されるため、安定した燃焼を実現できる。
In addition, particularly during idling, even in the first stratified operation mode, additional swirl generation by swirl generation means such as the
4…ピストン
5…燃焼室
11…燃料噴射弁
12…点火プラグ
13…キャビティ
15…スワール制御弁
16…副吸気通路
4 ...
Claims (7)
燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第1の成層運転モードと、燃料噴射終了後、ピストンを経由した燃料に点火する第2の成層運転モードと、を有し、
これらの2つの成層運転モードを、機関運転条件に応じて切り換えるとともに、
同一運転条件に対し、上記第2の成層運転モードにおけるスワール強度に比較して上記第1の成層運転モードにおけるスワール強度を相対的に高く与えることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。 An in-cylinder direct injection internal combustion engine having an ignition plug and a fuel injection valve in the upper part of the combustion chamber, a cavity near the approximate center of the piston crown, and swirl generating means for generating swirl in the cylinder In
There is a first stratification operation mode in which fuel is ignited before the collision with the piston immediately after fuel injection or immediately after fuel injection, and a second stratification operation mode in which fuel is ignited via the piston after fuel injection is completed. And
Switching between these two stratified operation modes according to engine operating conditions,
An in-cylinder direct injection internal combustion engine characterized by giving a relatively high swirl strength in the first stratified operation mode to the same operating condition as compared with a swirl strength in the second stratified operation mode.
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the swirl generating means includes a sub-intake passage for generating a swirl provided in an intake port.
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