JP2006274946A - Spark ignition type direct injection engine - Google Patents

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統之 太田
Masahiko Fujimoto
昌彦 藤本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the increase of HC and smoke due to the deterioration of combustion by sufficiently promoting the vaporization of atomized fuel when an engine is cool or rotating at a low speed in an intermediate or high load area and reducing the adherence of the fuel to the wall surface of a cylinder in the direct injection engine in which multi-nozzle hole type injectors are disposed on the peripheral edge part of a combustion chamber in the cylinder so that the fuel can be jetted toward near an ignition plug. <P>SOLUTION: The orientations of nozzle holes 18e are set so that the geometric jetting area of an atomized fuel S1 toward near the ignition plug 16 is positioned between the valve stems 11a of two intake valves 11 in a plan view as viewed along a cylinder centerline Z. An ECU 40 comprises a fuel injection control part 40a starting fuel injection at the former of the intake stroke of the cylinder 2 in a specific operating state such that the engine is cool or the engine is rotating at a low speed in an intermediate or high load area and a means 40d changing the distribution of the flow velocity of intake air by closing flow control valves 34 and 35. A high-speed intake air from the intake valve 11 is set to directly and effectively hit the atomized fuel S1 heading near the ignition plug 16. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、気筒内に燃料を直接、噴射して、点火プラグにより点火するようにした火花点火式直噴エンジンに関し、特に、そうして気筒内に噴射した燃料の混合気形成に関する技術分野に属する。   The present invention relates to a spark ignition direct injection engine in which fuel is directly injected into a cylinder and ignited by a spark plug, and more particularly to a technical field relating to the formation of a mixture of fuel injected into a cylinder. Belongs.

従来より、この種の直噴エンジンでは、気筒内の燃焼室に燃料を高圧で直接、噴射することから、この燃焼室に均一な混合気を形成することが難しいとされている。そのため、一般に直噴エンジンでは、気筒内に吸入される空気の流動(スワールやタンブル)を利用して、この吸気と燃料噴霧との混合や燃料液滴の気化を促進するようにしているが、それだけでは不十分なことが多い。   Conventionally, in this type of direct injection engine, since fuel is directly injected into a combustion chamber in a cylinder at a high pressure, it is difficult to form a uniform air-fuel mixture in the combustion chamber. Therefore, in general, direct injection engines use the flow of air (swirl and tumble) sucked into a cylinder to promote mixing of the intake air and fuel spray and vaporization of fuel droplets. That alone is often insufficient.

すなわち、例えば、燃焼室に向かってその周縁部に配置したインジェクタにより燃料を噴射する場合は、このインジェクタの噴口と対向する気筒壁面との間の距離が比較的短いことから、噴射された燃料の一部が液滴のまま気筒壁面に付着することも多く、こうして気筒壁面に付着した燃料の気化が遅れたり、或いは不十分になることによって、局所的に過濃な混合気が形成されてしまい、このことが混合気の不均一化を招く一因となる。   That is, for example, when fuel is injected by an injector disposed at the peripheral edge toward the combustion chamber, the distance between the injector nozzle and the opposing cylinder wall surface is relatively short. In many cases, some of the liquid droplets adhere to the cylinder wall surface, and the vaporization of the fuel adhering to the cylinder wall surface is delayed or insufficient, resulting in the formation of a locally rich mixture. This contributes to the non-uniformity of the air-fuel mixture.

特に、気筒内の流動が弱い低回転域において負荷の増大に応じて燃料噴射量を多くすると、気筒壁面への燃料付着量が多くなりやすく、また、気筒壁面の温度が低いエンジンの冷機時には、付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなりやすいので、前記のような混合気の不均一度合いが大きくなってしまう。さらに、そうして気筒壁面に付着した燃料液滴の一部が気化することなくエンジンオイルに混入すると、いわゆるオイル希釈などの弊害を引き起こすことになる。   In particular, if the fuel injection amount is increased as the load increases in a low rotation range where the flow in the cylinder is weak, the amount of fuel attached to the cylinder wall surface tends to increase, and when the engine is cold, the temperature of the cylinder wall surface is low. Since the delay in vaporization of the adhering fuel droplets tends to increase, the degree of non-uniformity of the air-fuel mixture as described above increases. Furthermore, if a part of the fuel droplets adhering to the cylinder wall surface is mixed into the engine oil without being vaporized, it causes a problem such as so-called oil dilution.

この点について、例えば特許文献1に開示される直噴エンジンでは、インジェクタからの燃料の噴射方向をピストンの頂面に向かうよう下向きに偏向させて、燃料噴霧が直接は気筒壁面に到達しないようにした上で、さらに、エンジンの冷機時には燃料噴射圧を低下させ、燃料噴霧の貫徹力を弱めることによって、前記ピストン頂面で跳ね返った燃料の気筒壁面への付着も阻止するようにしている。   In this regard, for example, in the direct injection engine disclosed in Patent Document 1, the fuel injection direction from the injector is deflected downward toward the top surface of the piston so that the fuel spray does not directly reach the cylinder wall surface. In addition, when the engine is cold, the fuel injection pressure is reduced and the penetration force of the fuel spray is weakened to prevent the fuel bounced off the piston top surface from adhering to the cylinder wall surface.

ところで、前記のような従来の直噴エンジンに用いられるインジェクタは、一般的に、単一の噴口から燃料を旋回流として噴射させて略円錐状の燃料噴霧を形成するスワーラ型のものであり、燃料噴霧の広がり角が気筒内圧に応じて変化することから、気筒の圧縮行程で燃料を噴射するときには混合気を点火プラグ周りに集めて成層化させ易く、また、吸気行程で噴射するときには燃料を気筒内全体に広く分散させ易いという特長を有する。   Incidentally, the injector used in the conventional direct injection engine as described above is generally a swirler type in which fuel is injected as a swirling flow from a single injection port to form a substantially conical fuel spray, Since the spread angle of the fuel spray changes according to the cylinder internal pressure, it is easy to stratify the air-fuel mixture when the fuel is injected in the compression stroke of the cylinder, and the fuel is injected when the fuel is injected in the intake stroke. It has the feature of being easily dispersed widely throughout the cylinder.

その一方で、スワーラ型のインジェクタでは、単一の噴口径をあまり小さくすることができないので、ここから噴出する燃料の液滴もあまり小さくはできず、噴射圧を高くして燃料の分裂を促すようにしても、その微粒化を十分には図れないという難がある。そこで、近年、例えば特許文献2に開示されるように、インジェクタの先端部に非常に小さな噴口を複数、設けて、この複数の噴口からそれぞれ燃料を噴出させるようにした多噴口型のインジェクタが開発されている。   On the other hand, with a swirler injector, the diameter of a single nozzle cannot be made too small, so the fuel droplets ejected from here cannot be made too small, and the injection pressure is increased to promote fuel splitting. Even so, there is a difficulty that the atomization cannot be sufficiently achieved. Therefore, in recent years, as disclosed in, for example, Patent Document 2, a multi-injector type injector has been developed in which a plurality of very small injection holes are provided at the tip of the injector so that fuel is ejected from the plurality of injection holes, respectively. Has been.

前記特許文献2のエンジンでは、複数の噴口の向きを個別に設定できるという多噴口型インジェクタの特徴を生かし、燃焼室の周縁部に配設したインジェクタの大半の噴口から下方のピストン頂面に向かって燃料を噴射させて、気筒内に広く分散させるとともに、例えば2個の噴口からの燃料噴霧は点火プラグに向けて、この点火プラグ近傍に可燃混合気がより確実に形成されるようにしている。   The engine of Patent Document 2 takes advantage of the features of the multi-injector type in which the orientations of a plurality of injection holes can be set individually, and is directed from the most injection holes of the injector arranged at the peripheral edge of the combustion chamber to the lower piston top surface. The fuel is injected and dispersed widely in the cylinder, and for example, the fuel spray from the two injection holes is directed toward the spark plug so that a combustible air-fuel mixture is more reliably formed in the vicinity of the spark plug. .

また、同文献には、燃料の多量の噴射や微粒化が必要とされる始動時、高負荷高回転時及び冷機時において、それ以外の時に比べて燃料噴射圧(燃圧)を高めるのがよい、という知見が開示されている。
特開平9−68072号公報 特開2003−161224号公報
Also, in the same document, it is better to increase the fuel injection pressure (fuel pressure) at the time of start-up, high-load high-rotation and cold-cooling, which require a large amount of fuel injection and atomization, as compared with other times. The knowledge that is disclosed.
JP-A-9-68072 JP 2003-161224 A

ところが、前記のような多噴口型インジェクタを採用した場合は、上述の如く微小な噴口から燃料を噴射するために、スワーラ型のものに比べて通常、燃料噴射圧を高くする必要があり、このことで燃料噴霧の貫徹力が相対的に強くなる傾向にある。このため、前記後者の従来例(特許文献2)のように高負荷時や冷機時に燃圧を高めると、各噴口からの燃料噴霧の貫徹力がかなり強くなってしまい、特に点火プラグ近傍に向けた燃料噴霧においては液滴のままで気筒壁面に到達する燃料の量が多くなる。   However, when the multi-injector type injector as described above is employed, in order to inject fuel from the minute injection port as described above, it is usually necessary to increase the fuel injection pressure as compared with the swirler type. As a result, the penetration force of the fuel spray tends to be relatively strong. For this reason, when the fuel pressure is increased at the time of high load or cold as in the latter conventional example (Patent Document 2), the penetration force of the fuel spray from each nozzle becomes considerably strong, particularly toward the vicinity of the spark plug. In fuel spraying, the amount of fuel that reaches the cylinder wall surface as droplets increases.

そうして液滴のままで気筒壁面に到達しても、多噴口型インジェクタの燃料噴霧は十分に微粒化されているので、冷機時であっても、また暖機後であれば少々、燃料付着量が多くても、殆どの燃料が点火までの間に気化することになり、そのままエンジンオイルに混入する可能性は低いが、そうして気筒壁面に付着した燃料の気化が相対的に遅くなることは避けられない。   Even if it reaches the cylinder wall surface in the form of droplets, the fuel spray of the multi-injector type injector is sufficiently atomized, so even if it is cold or after warming up, a little fuel Even if the amount of deposit is large, most of the fuel will be vaporized before ignition, and it is unlikely to be mixed into the engine oil as it is, but the vaporization of the fuel adhering to the cylinder wall surface is relatively slow. It is inevitable.

そして、そのように燃料の気化が遅れたり、不十分になったりすると、局所的に混合気の濃度が高くなり、その過濃部分の燃焼によって煤が生成されて、いわゆるスモークが発生するとともに、その煤がエンジンオイルに混入して粘度を低下させるという問題(以下、このことを含めてオイル希釈という)も生じる。   And when the fuel vaporization is delayed or insufficient, the concentration of the air-fuel mixture increases locally, soot is generated by the combustion of the excessively concentrated portion, so-called smoke is generated, There also arises a problem that the soot mixes with the engine oil to lower the viscosity (hereinafter referred to as oil dilution).

さらに、前記のように点火プラグ近傍に向けた燃料噴霧の一部が付着するのは、燃焼室の天井部から周壁部(気筒壁面)との境界付近にかけてであり、通常、この付近には火炎面の伝播しない領域が形成されることになるから、前記のように燃料の気化が不十分になったり、過濃な混合気が形成されたりすると、その結果として排気中のHC濃度がかなり高くなってしまうという問題もある。   Further, as described above, part of the fuel spray directed to the vicinity of the spark plug adheres from the ceiling portion of the combustion chamber to the vicinity of the boundary with the peripheral wall portion (cylinder wall surface). Since the area where the surface does not propagate is formed, if the fuel is insufficiently vaporized or an excessively rich air-fuel mixture is formed as described above, as a result, the HC concentration in the exhaust gas is considerably high. There is also the problem of becoming.

一方、前記前者の従来例(特許文献1)では、上述したように燃料の微粒化に難のあるスワーラ型のインジェクタを採用しており、エンジンの冷機時に燃圧を低下させた場合には、これにより燃料噴霧の貫徹力を弱めて、燃料液滴の気筒壁面への付着は阻止できるとしても、その燃圧の低下に起因して燃料噴霧全体で液滴の粒径が大きくなってしまい、冷間であることも相俟って燃料の気化が不十分なものとなる。このことで、燃焼の悪化によるHCやスモークの増大という問題を生じる。   On the other hand, in the former conventional example (Patent Document 1), as described above, a swirler type injector, which is difficult to atomize the fuel, is employed, and when the fuel pressure is reduced when the engine is cold, Even though the penetrating force of the fuel spray can be weakened by this and the fuel droplets can be prevented from adhering to the cylinder wall surface, the drop of the fuel pressure causes the droplet diameter to increase throughout the fuel spray, resulting in cold In combination with this, fuel vaporization is insufficient. This causes a problem of increase in HC and smoke due to deterioration of combustion.

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インジェクタを気筒の燃焼室周縁部に配設する場合に、燃料の微粒化に優れるが、噴霧の貫徹力は比較的強いという多噴口型のものの特長に着目して、エンジンが所定の運転状態にあるときに、燃料噴霧の気化を十分に促進し、気筒壁面への燃料付着を軽減して、燃焼悪化によるHCやスモークの増大を抑制することにある。   The present invention has been made in view of such various points, and the object of the present invention is to achieve excellent atomization of fuel when the injector is disposed at the peripheral portion of the combustion chamber of the cylinder, but the penetration force of the spray. Focusing on the features of the multi-hole type that is relatively strong, when the engine is in a predetermined operating state, it sufficiently promotes the vaporization of fuel spray, reduces fuel adhesion to the cylinder wall surface, and worsens combustion This is to suppress the increase of HC and smoke due to the above.

前記の目的を達成するために、本発明では、エンジンが例えば冷機時や低回転中高負荷などの特定の運転状態にあるときに、少なくとも点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧に対し、吸気弁と吸気ポート開口部との間の環状の隙間(カーテンエリア)を通って燃焼室に流入する高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てることによって、その燃料液滴の気化を促進し、これにより燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、気筒内のスワール流を強化して、燃料噴霧の気筒壁面への付着を軽減するようにした。   In order to achieve the above object, according to the present invention, when the engine is in a specific operating state such as when it is cold or during low rotation and high load, the intake valve and the intake port are at least against fuel spray directed toward the vicinity of the spark plug. Vaporization of the fuel droplets is promoted by directly and effectively blowing high-speed intake air flowing into the combustion chamber through an annular gap (curtain area) between the opening and the fuel. In addition to weakening the penetration force of the spray, the swirl flow in the cylinder was strengthened to reduce the adhesion of fuel spray to the cylinder wall.

具体的に、請求項1の発明では、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されていて、少なくとも1つの噴口からの燃料噴霧が燃焼室中央寄りの点火プラグ近傍に向けられ、また、別の少なくとも1つの噴口からの燃料噴霧がピストンの側に向けられている火花点火式直噴エンジンを対象とし、前記気筒の中心線に沿って見て、前記複数の噴口が設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う2つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、前記点火プラグ近傍に向けられた燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記2つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定されているものとする。   Specifically, in the invention of claim 1, a multi-injector type injector having a plurality of injection holes is disposed so as to inject fuel from a peripheral portion thereof into a combustion chamber in a cylinder, and from at least one injection hole. Is directed to a spark ignition direct injection engine in which the fuel spray is directed to the vicinity of the spark plug near the center of the combustion chamber and the fuel spray from another at least one nozzle is directed to the piston side. A fuel spray directed to the vicinity of the spark plug while the tip of the injector provided with the plurality of nozzle holes is located at the peripheral edge of the combustion chamber between two adjacent intake valves as viewed along the center line It is assumed that the direction of the nozzle hole from which the fuel spray is ejected is set so that the geometric spray area is located between the valve shafts of the two intake valves.

そして、エンジンが特定の運転状態にあるときに、前記2つの吸気弁のうち、一方の吸気弁と吸気通路開口部との間の環状隙間部(以下、カーテンエリアともいう)から燃焼室に流入する吸気の流量が他方よりも多くなり、且つその一方の吸気弁周りで少なくとも気筒中心に向かう吸気の流速が高くなるように、吸気の流れを変更する吸気流変更手段と、前記特定運転状態において前記インジェクタによる燃料の噴射が気筒の吸気行程前半で始まるように、該インジェクタを制御する燃料噴射制御手段と、を備える構成とする。   Then, when the engine is in a specific operating state, it flows into the combustion chamber from an annular gap (hereinafter also referred to as a curtain area) between one of the two intake valves and the intake passage opening. An intake flow changing means for changing the flow of intake air so that the flow rate of intake air is greater than that of the other, and the flow velocity of the intake air toward at least the center of the cylinder is increased around the one intake valve; Fuel injection control means for controlling the injector so that fuel injection by the injector starts in the first half of the intake stroke of the cylinder.

前記の構成により、まず、多噴口型インジェクタの複数の噴口のうち、少なくとも1つの噴口からの燃料噴霧が点火プラグ近傍に向けられているため、この噴口からの燃料噴霧によって点火プラグ近傍の混合気濃度を適切なものとなるように調整することができる。一方、別の少なくとも1つの噴口からの燃料噴霧がピストンの側に向けられているので、燃料を気筒内に広く分散させて、均一な混合気を形成する上で有利になる。   According to the above configuration, first, the fuel spray from at least one of the plurality of nozzle holes of the multi-hole injector is directed to the vicinity of the spark plug. The concentration can be adjusted to be appropriate. On the other hand, since the fuel spray from at least one other nozzle is directed to the piston side, it is advantageous to disperse the fuel widely in the cylinder to form a uniform air-fuel mixture.

また、前記インジェクタの先端部が2つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置し、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧は、その幾何学的噴霧エリアが平面視で前記2つの吸気弁の弁軸間に位置するものとなるが、ここで、前記幾何学的噴霧エリアとは、仮に燃焼室に吸気などの流動がないとした場合の燃料噴霧の液滴のエリアのことであり、前記のように位置づけられた燃料噴霧は、ちょうど2つの吸気弁のカーテンエリアからそれぞれ燃焼室に流入する高速の吸気流が直接、吹き当たるような位置を通ることになり、この吸気流によって燃料の気化を促進することができる。   Further, the tip of the injector is located at the peripheral edge of the combustion chamber between the two intake valves, and the fuel spray toward the vicinity of the spark plug has a geometric spray area in plan view and the valve shafts of the two intake valves. Here, the geometric spray area is an area of fuel spray droplets when there is no flow of intake air or the like in the combustion chamber. The fuel spray positioned at the point passes through a position where high-speed intake air flowing into the combustion chamber directly from the curtain area of each of the two intake valves directly hits the fuel. can do.

そして、エンジンが特定の運転状態にあるときには、吸気通路における吸気の流れが吸気流変更手段によって変更され、前記2つの吸気弁のうちの一方から燃焼室に流入する吸気の流量が他方よりも多くなることで、気筒内の吸気流動のスワール成分が強化される。また、その一方の吸気弁と吸気通路開口部との間のカーテンエリアから放射状に流出する吸気の流速が、少なくとも気筒中心に向かう範囲で高められる。   When the engine is in a specific operating state, the flow of intake air in the intake passage is changed by the intake flow changing means, and the flow rate of intake air flowing into the combustion chamber from one of the two intake valves is greater than the other. As a result, the swirl component of the intake air flow in the cylinder is strengthened. Further, the flow velocity of the intake air that radially flows out from the curtain area between the one intake valve and the intake passage opening is increased at least in the range toward the center of the cylinder.

同時に、燃料噴射制御手段による前記インジェクタの制御によって、燃料の噴射が気筒の吸気行程前半で開始されるようになり、このことで、前記点火プラグ近傍に向けられた燃料噴霧は、前記一方の吸気弁のリフト途中でカーテンエリアからの吸気流速が最も高いときに、その近傍の前記吸気流速の高い範囲を通過することになる。   At the same time, the injection of fuel is started in the first half of the intake stroke of the cylinder by the control of the injector by the fuel injection control means, so that the fuel spray directed to the vicinity of the spark plug becomes the one intake air. When the intake flow velocity from the curtain area is highest during the lift of the valve, it passes through the vicinity of the high intake flow velocity range.

つまり、エンジンが特定の運転状態にあるときには、前記一方の吸気弁周りの高速の吸気流のうちでも特に流速の高められている範囲を、しかも、その吸気流速が最も高いときに前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧が通過して、この燃料噴霧に対し高速の吸気流が吹き当たることになる。これにより前記燃料噴霧の気化が極めて効果的に促進されるようになり、元来、微粒化に優れた多噴口型インジェクタの燃料噴霧は十分に気化して、均一度の高い混合気を形成するようになる。   In other words, when the engine is in a specific operating state, a range where the flow velocity is particularly increased among the high-speed intake air flow around the one intake valve, and near the spark plug when the intake air flow velocity is the highest. The fuel spray toward the vehicle passes, and a high-speed intake flow blows against the fuel spray. As a result, the vaporization of the fuel spray is promoted very effectively, and the fuel spray of the multi-injector type that is originally excellent in atomization is sufficiently vaporized to form a highly uniform mixture. It becomes like this.

そうして気化が促進されて液滴の粒径がさらに小さくなることで、その運動量が減少するので、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧の貫徹力が弱くなり、気筒壁面へ液滴のままで到達する燃料の量が少なくなるとともに、さらに、そうして気筒壁面へ到達しようとする燃料液滴が、前記のように強化された気筒内のスワール流によって周方向に運ばれることによっても、燃料の気筒壁面への付着量が減少する。   Since vaporization is promoted and the particle size of the droplet is further reduced, the momentum is reduced, so that the penetration force of the fuel spray toward the vicinity of the spark plug is weakened, and the droplet remains on the cylinder wall surface. The amount of fuel that reaches is reduced, and further, the fuel droplets that attempt to reach the cylinder wall surface are carried in the circumferential direction by the swirl flow in the cylinder that has been strengthened as described above. The amount of adhering to the cylinder wall surface decreases.

斯くして燃料噴霧の気化を十分に促進し、気筒壁面への燃料の付着を軽減して、冷機時や低回転中高負荷域などの特定の運転状態においてもHC、スモークの増大やオイル希釈の不具合を抑制することができる。この結果として、従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定可能になるから、燃費低減などの効果も得られるようになる。   Thus, the vaporization of the fuel spray is sufficiently promoted, the adhesion of fuel to the cylinder wall surface is reduced, and HC and smoke are increased and oil dilution is reduced even in specific operating conditions such as when the engine is cold or during low rotation and high load. Problems can be suppressed. As a result, it is possible to set the fuel injection timing in a wider range than before, so that an effect such as fuel consumption reduction can be obtained.

上述の構成の火花点火式エンジンにおいて、好ましいのは、前記のように点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧は、これが噴出する噴口のレイアウトによって、少なくとも2つの燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが点火プラグの電極を側方から挟むように形成されるようにすることである(請求項2の発明)。こうすれば、燃料の液滴が点火プラグの電極を濡らすことなく、この電極を側方の2つの燃料噴霧によって形成される混合気塊が包み込むようになり、成層燃焼に適した混合気形成が行える。   In the spark ignition type engine having the above-described configuration, it is preferable that the fuel spray directed to the vicinity of the spark plug as described above has at least two geometrical spray areas of the fuel spray depending on the layout of the nozzle from which the fuel spray is ejected. The electrode is formed so as to be sandwiched from the side (invention of claim 2). In this way, the fuel droplets do not wet the electrode of the spark plug, and the gas mixture formed by the two fuel sprays on the side wraps around this electrode, so that the mixture formation suitable for stratified combustion is achieved. Yes.

また、好ましいのは、前記吸気流変更手段として、一方の吸気弁周りの流速分布が少なくとも周方向に変化するように吸気の流れを調整する吸気流調整手段と、特定運転状態において、前記一方の吸気弁周りで相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動するように、前記吸気流調整手段を制御する吸気流制御手段と、を備えるものとすることである(請求項3の発明)。   Preferably, as the intake flow changing means, the intake flow adjusting means for adjusting the flow of intake air so that the flow velocity distribution around one intake valve changes at least in the circumferential direction; Intake flow control means for controlling the intake flow adjustment means so that a relatively high flow velocity range around the intake valve moves toward the other intake valve side. Invention of 3).

この構成では、エンジンが特定の運転状態にあるときには前記吸気流制御手段によって吸気流調整手段の制御が行われて、一方の吸気弁の周りでカーテンエリアからの吸気流の流速分布が周方向に変化し、相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動する。すなわち、カーテンエリアから燃焼室に流入する高速の吸気流の中でも、特に点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧に吹き当たる範囲の流速が高められることになり、これにより燃料の気化をより効果的に促進することができる。   In this configuration, when the engine is in a specific operating state, the intake flow control means is controlled by the intake flow control means, and the flow velocity distribution of the intake air flow from the curtain area around one intake valve is circumferential. The range where the flow velocity is relatively high moves toward the other intake valve side. That is, among the high-speed intake air flowing from the curtain area into the combustion chamber, the flow velocity in the range where the fuel spray is directed toward the vicinity of the spark plug, in particular, is increased, thereby promoting fuel vaporization more effectively. be able to.

より具体的には、例えば、気筒内の燃焼室にそれぞれ連通する2つの吸気通路が互いに並んで延びるように設けられている場合に、前記吸気流調整手段には、前記2つの吸気通路のうちの一方に配設され、吸気の流れを絞って前記他方の吸気通路寄りに片寄らせる絞り弁と、他方の吸気通路を開閉する開閉弁とを備えるものとして、前記絞り弁により一方の吸気通路の吸気の流れを絞るときに、前記開閉弁により他方の吸気通路を閉じるように構成すればよい(請求項4の発明)。   More specifically, for example, when two intake passages communicating with the combustion chambers in the cylinders are provided so as to extend side by side, the intake flow adjusting means includes the two intake passages. Provided with a throttle valve that restricts the flow of intake air toward the other intake passage and an open / close valve that opens and closes the other intake passage. What is necessary is just to comprise so that the other intake passage may be closed by the said on-off valve when restrict | squeezing the flow of intake air (Invention of Claim 4).

この構成では、開閉弁によって他方の吸気通路が閉ざされることで、一方の吸気通路における吸気の流通量が増大し、この一方の吸気通路からカーテンエリアを通って燃焼室に流入する吸気の流速が高くなって、燃料の気化をより一層、効果的に促進できるようになるとともに、そうして一方の吸気弁のみから吸気が燃焼室に流入することで、強いスワール流が生成される。   In this configuration, the other intake passage is closed by the open / close valve, whereby the amount of intake air flowing in one intake passage increases, and the flow rate of the intake air flowing from one intake passage through the curtain area into the combustion chamber is increased. The fuel vaporization becomes higher and fuel vaporization can be more effectively promoted, and the intake air flows into the combustion chamber from only one intake valve, thereby generating a strong swirl flow.

また、前記一方の吸気通路における吸気の流れを絞り弁により絞って、その吸気の流れを他方の吸気通路寄りに片寄らせることで、この吸気通路からカーテンエリアを通って燃焼室に流入する吸気の流速分布を、相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動するように変化させることができる。   In addition, the intake flow in the one intake passage is throttled by a throttle valve, and the intake flow is shifted toward the other intake passage so that the intake air flowing into the combustion chamber from the intake passage through the curtain area can be reduced. The flow velocity distribution can be changed so that a relatively high flow velocity range moves toward the other intake valve side.

前記吸気流変更手段の別の構成として、吸気流調整手段を、一方の吸気通路の開口部付近を下流側ほど気筒中心側に向くように湾曲させてなる通路湾曲部と、他方の吸気通路に配設された開閉弁と、を有するものとし、吸気流制御手段は、エンジンが特定運転状態にあるときに、前記開閉弁によって他方の吸気通路の少なくとも一部を閉じるものとすることもできる(請求項5の発明)。   As another configuration of the intake flow changing means, an intake flow adjusting means is provided with a curved passage portion formed by bending the vicinity of the opening portion of one intake passage toward the cylinder center toward the downstream side, and the other intake passage. And the intake flow control means can close at least a part of the other intake passage by the open / close valve when the engine is in a specific operating state ( Invention of Claim 5).

こうすれば、他方の吸気通路を開閉弁により閉じることで、一方の吸気通路における吸気の流通量を増大させて、一方の吸気弁周りで少なくとも気筒中心に向かう吸気の流速が高くなるように、吸気の流れを変更することができる。   In this way, by closing the other intake passage with the opening / closing valve, the flow rate of intake air in one intake passage is increased, and the flow velocity of intake air toward at least the cylinder center around one intake valve is increased. The flow of intake can be changed.

そうした場合に、より好ましいのは、エンジンの特定運転状態が、少なくとも負荷によって規定した特定の運転領域にあるときとして、前記吸気流制御手段を、前記特定運転領域では他方の吸気通路を開閉弁によって閉じる一方、それよりも高負荷側の運転領域では開放するものとすることである(請求項6の発明)。こうすれば、エンジンが特定運転領域よりも高負荷側にあって気筒の充填効率を高める必要があるときには、開閉弁などを開くことにより通路断面積を拡大して、吸気の流通抵抗を減らすことができる。   In such a case, more preferably, when the specific operation state of the engine is at least in a specific operation region defined by a load, the intake flow control means is provided, and in the specific operation region, the other intake passage is provided by an on-off valve. On the other hand, in the operating region on the higher load side than that, it is opened (invention of claim 6). In this way, when the engine is on a higher load side than the specific operating range and it is necessary to increase the charging efficiency of the cylinder, the passage cross-sectional area is expanded by opening the on-off valve and the like, thereby reducing the intake flow resistance. Can do.

より具体的には、例えばエンジンが低回転域の中負荷乃至高負荷域に設定した運転領域にあるときを前記特定運転状態とすればよい(請求項7の発明)。低回転域ではピストンスピードが低いことから、吸気流動が弱くなり、それにも拘わらず比較的燃料噴射量が多くなる中負荷乃至高負荷域では、自ずと燃料の気化が難しくなり、気筒壁面への燃料付着量も多くなりやすいからである。   More specifically, for example, when the engine is in an operation range set to a medium load or a high load range of a low rotation range, the specific operation state may be set (invention of claim 7). Since the piston speed is low in the low rotation range, the intake air flow becomes weak. Nevertheless, in the medium to high load range where the fuel injection amount is relatively large, it becomes difficult for the fuel to vaporize naturally and the fuel to the cylinder wall surface. This is because the amount of adhesion tends to increase.

また、例えばエンジンの冷機時を前記特定運転状態としてもよい。このときには、気筒壁面の温度が低いため、付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなりやすいからである。そして、その場合には、インジェクタによる燃料噴射圧を暖機後の同一運転状態と比較して低くなるように変更する燃圧変更手段を備えることが好ましい(請求項8の発明)。   Further, for example, the specific operation state may be set when the engine is cold. This is because the temperature of the cylinder wall surface is low at this time, and the delay in vaporization of the adhering fuel droplets tends to increase. In that case, it is preferable to provide a fuel pressure changing means for changing the fuel injection pressure by the injector to be lower than that in the same operation state after warm-up (invention of claim 8).

そのように燃料噴射圧を低下させることで、燃料噴霧の貫徹力を弱め、そのことによっても気筒壁面への燃料の付着を軽減することができる。また、そのように燃圧を低下させると、これにより燃料の微粒化は悪くなるが、上述の如くカーテンエリアからの高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てることによって、燃料液滴の気化を促進できるので、問題は生じない。   By reducing the fuel injection pressure in this way, the penetration force of the fuel spray is weakened, and it is also possible to reduce the adhesion of fuel to the cylinder wall surface. In addition, if the fuel pressure is reduced in this way, the atomization of the fuel is worsened. However, as described above, the fuel droplets are vaporized by directly and effectively blowing the high-speed intake air flow from the curtain area. Will not cause any problems.

さらにまた、上述の構成の火花点火式エンジンにおいて、燃料噴射制御手段を、インジェクタにより燃料を複数回に分割して噴射させるとともに、その複数回の燃料噴射がいずれも気筒の吸気行程前半で始まるように、該インジェクタを制御するものとするのが好ましい(請求項9の発明)。こうすれば、分割噴射によって全体として燃料噴霧の貫徹力を弱めることができ、このことによっても気筒壁面への燃料の付着を軽減できる。   Furthermore, in the spark ignition engine having the above-described configuration, the fuel injection control means causes the injector to divide the fuel into a plurality of times and injects the fuel into the first half of the intake stroke of the cylinder. In addition, it is preferable to control the injector (the invention of claim 9). If it carries out like this, the penetration force of a fuel spray can be weakened as a whole by division | segmentation injection, and the adhesion of the fuel to a cylinder wall surface can also be reduced by this.

以上、説明したように、本願発明に係る火花点火式直噴エンジンによると、多噴口型のインジェクタを気筒の燃焼室周縁部に配置して、少なくとも1つの燃料噴霧を点火プラグ近傍に向かわせるとともに、別の少なくとも1つの噴口からの燃料噴霧をピストンの側に向かわせるようにした場合に、エンジンの冷機時や低回転中高負荷などの特定の運転状態では、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧に対して、吸気弁と吸気ポート開口部との間の環状の隙間(カーテンエリア)からの高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てることによって、その燃料液滴の気化を十分に促進し、燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、2つの吸気弁のうちの一方からの吸気流量を他方よりも多くして、気筒内に強いスワール流を生成することで、燃料噴霧の気筒壁面への付着を軽減することができる。これにより、HC、スモークの増大やオイル希釈などの問題を十分に抑制できるとともに、燃費低減などの効果も得られる。   As described above, according to the spark ignition direct injection engine according to the present invention, the multi-injector type injector is disposed in the peripheral portion of the combustion chamber of the cylinder, and at least one fuel spray is directed to the vicinity of the spark plug. When the fuel spray from at least one other nozzle is directed toward the piston, the fuel spray is directed toward the vicinity of the spark plug in a specific operating state such as when the engine is cold or when the engine speed is low and the engine speed is low. On the other hand, by directly and effectively blowing a high-speed intake flow from the annular gap (curtain area) between the intake valve and the intake port opening, the vaporization of the fuel droplets is sufficiently promoted. The fuel spray is weakened by reducing the penetration force of the fuel spray and increasing the intake flow rate from one of the two intake valves more than the other to generate a strong swirl flow in the cylinder. It is possible to reduce the adhesion to the cylinder wall. As a result, problems such as an increase in HC and smoke and oil dilution can be sufficiently suppressed, and effects such as a reduction in fuel consumption can be obtained.

特に、エンジンが低回転域の中負荷乃至高負荷域に設定した運転領域にあるときを前記特定運転状態とすれば、全体として吸気流動が弱いにも拘わらず燃料噴射量の多くなるときに前記のような効果が得られ、極めて有効である(請求項7の発明)。   In particular, if the engine is in an operation range set to a medium load or a high load range of a low rotation range, the specific operation state, the fuel injection amount increases despite the weak intake flow as a whole. The following effects are obtained and are extremely effective (invention of claim 7).

また、エンジンの冷機時を前記特定運転状態とし、さらに、そのときには燃圧を低下させて燃料噴霧の貫徹力を弱めるようにすれば、前記のような効果がより確実に得られ、極めて有効である(請求項8の発明)。   Further, if the engine is cold when the specific operating state is set, and further, the fuel pressure is lowered to weaken the fuel spray penetration force, the above-described effect can be obtained more reliably and is extremely effective. (Invention of Claim 8).

さらに、燃料を分割して噴射させることによって、燃料噴霧の貫徹力を弱めるようにすれば、前記の効果をより高めることができる(請求項9の発明)。
Furthermore, if the penetration force of the fuel spray is weakened by dividing and injecting the fuel, the above effect can be further enhanced (invention of claim 9).

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.

図1は本発明に係る火花点火式直噴エンジン1の全体構成を示し、このエンジン1は、車両に搭載された多気筒ガソリンエンジンである。このエンジン1は、複数の気筒2,2,…(1つのみ図示する)が設けられたシリンダブロック3を有し、そのシリンダブロック3上にシリンダヘッド4が配置されている。各気筒2内には、その中心線Z(図2参照)に沿って往復動するようにピストン5が嵌挿されており、このピストン5の頂面とシリンダヘッド4の底面との間に燃焼室6が形成されるようになっている。ピストン5はコネクティングロッドによってクランク軸7に連結されており、このクランク軸7の一端側にはその回転角(クランク角)を検出するためのクランク角センサ8が配設されている。   FIG. 1 shows the overall configuration of a spark ignition direct injection engine 1 according to the present invention, which is a multi-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle. The engine 1 has a cylinder block 3 provided with a plurality of cylinders 2, 2,... (Only one is shown), and a cylinder head 4 is disposed on the cylinder block 3. In each cylinder 2, a piston 5 is inserted so as to reciprocate along the center line Z (see FIG. 2), and combustion occurs between the top surface of the piston 5 and the bottom surface of the cylinder head 4. A chamber 6 is formed. The piston 5 is connected to the crankshaft 7 by a connecting rod, and a crank angle sensor 8 for detecting the rotation angle (crank angle) is disposed on one end side of the crankshaft 7.

前記各気筒2毎の燃焼室6は、詳しくは図2、3などに拡大して示すように、天井部が吸気及び排気側の2つの傾斜面からなるペントルーフ型のものであり、この天井部に相対するピストン5の頂面には、前記2つの傾斜面に対応するように吸気及び排気側にそれぞれ傾斜面を形成した上で、後述するインジェクタ18からの燃料噴霧Sとの干渉を避けるようにキャビティ5aを形成している。尚、この実施形態では、気筒2内の説明などにおいて便宜上、気筒中心線Zの方向を上下方向と呼び、天井部の方を上方とし、ピストン5の方を下方とする。   The combustion chamber 6 for each cylinder 2 is of a pent roof type in which the ceiling portion is composed of two inclined surfaces on the intake and exhaust sides as shown in detail in FIGS. On the top surface of the piston 5 opposite to the inclined surface, inclined surfaces are formed on the intake and exhaust sides so as to correspond to the two inclined surfaces, respectively, so as to avoid interference with a fuel spray S from an injector 18 which will be described later. Cavity 5a is formed in In this embodiment, for convenience in the description of the cylinder 2 and the like, the direction of the cylinder center line Z is referred to as the up-down direction, the ceiling portion is the upper side, and the piston 5 is the lower side.

前記燃焼室6の天井部における吸気及び排気側の各傾斜面には、それぞれ2つずつ開口するように吸気ポート9,9及び排気ポート10,10が形成され、その燃焼室6への開口部には各々吸気及び排気弁11,12が配設されている。前記2つの吸気ポート9,9はそれぞれ燃焼室6から斜め上方に向かって延びていて、シリンダヘッド4の一側面に互いに独立して開口しており、一方、前記2つの排気ポート10,10は途中で1つに合流して略水平に延び、シリンダヘッド4の他側面に開口している。   The intake ports 9 and 9 and the exhaust ports 10 and 10 are formed on the inclined surfaces on the intake and exhaust sides of the ceiling portion of the combustion chamber 6 so as to open two each, and the opening to the combustion chamber 6 is formed. Are provided with intake and exhaust valves 11 and 12, respectively. The two intake ports 9 and 9 respectively extend obliquely upward from the combustion chamber 6 and open independently on one side of the cylinder head 4, while the two exhaust ports 10 and 10 In the middle, they merge into one and extend substantially horizontally, and open on the other side of the cylinder head 4.

前記吸気弁11及び排気弁12は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された2本のカム軸13,14がタイミングベルトを介してクランク軸7により回転駆動されることで、各気筒2毎に所定のタイミングで開閉作動されるようになっている。図1にのみ示すが、吸気側のカム軸13には、クランク軸7に対する回転位相を所定の角度範囲において連続的に変化させる公知の可変動弁機構15(以下、VVTと略称する)が付設されており、このVVT15の作動により前記吸気弁11の開閉作動時期が変更可能になっている。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are respectively driven by the crankshaft 7 via the timing belt with the two camshafts 13 and 14 disposed in the cylinder head 4. An opening / closing operation is performed at a predetermined timing. Although only shown in FIG. 1, the camshaft 13 on the intake side is provided with a known variable valve mechanism 15 (hereinafter abbreviated as VVT) that continuously changes the rotational phase with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angular range. The operation timing of the intake valve 11 can be changed by the operation of the VVT 15.

また、前記燃焼室6の天井部の略中央には、4つの吸排気弁11,…,12,…に取り囲まれるようにして点火プラグ16が配設されており、該点火プラグ16の基端部には点火回路17(図1にのみ示す)が接続されていて、各気筒2毎に所定の点火タイミングで点火プラグ16に通電するようになっている。一方、燃焼室6の吸気側には、2つの吸気ポート9,9の下方においてそれらに挟まれるようにして、インジェクタ18が配設されている。   In addition, a spark plug 16 is disposed substantially at the center of the ceiling portion of the combustion chamber 6 so as to be surrounded by the four intake and exhaust valves 11,. An ignition circuit 17 (shown only in FIG. 1) is connected to the unit, and the ignition plug 16 is energized at a predetermined ignition timing for each cylinder 2. On the other hand, an injector 18 is disposed on the intake side of the combustion chamber 6 so as to be sandwiched between the two intake ports 9 and 9 below them.

前記インジェクタ18は、それぞれ燃料を噴射する微小な噴口を複数個、有する多噴口型のものであり、そのように複数の噴口が設けられている先端部が2つの吸気弁11,11の間の燃焼室6周縁部に位置して、当該燃焼室6内に燃料を直接、噴射するように設けられている。より具体的には図4に一例を示すように、インジェクタ18の先端部には6個の噴口18a,…,18b,…が概略上下に分かれて3つずつ、配設されており、この各噴口18a,…,18b,…からそれぞれ10〜20°くらいの広がり角で燃料が噴射されるようになっている。   Each of the injectors 18 is a multi-hole type having a plurality of minute nozzle holes for injecting fuel, and the tip portion provided with the plurality of nozzle holes is between the two intake valves 11, 11. Located at the peripheral edge of the combustion chamber 6, the fuel is directly injected into the combustion chamber 6. More specifically, as shown in an example in FIG. 4, six injection holes 18 a,..., 18 b,. Fuel is injected from the nozzle holes 18a,..., 18b,.

前記図4は、インジェクタ18の軸心に沿ってその先端部を見たときの、該軸心に対する噴口18a,…,18b,…の傾斜角度を模式的に示す図であって、上側の3つの噴口18a,…は、それぞれインジェクタ18の軸心から燃料の流れる向きに上向きに傾斜しており、この各噴口18a,…からそれぞれ噴出する燃料噴霧S1,…は、図2、3に示すように、仮に燃焼室6に吸気などの流動がないとした場合には燃焼室6中央寄りの点火プラグ16近傍に向かって直線的に進行し、その進行方向に見てV字状に点火プラグ16の電極(点火位置)を下方から囲むようになっている。   4 is a diagram schematically showing the inclination angles of the nozzle holes 18a,..., 18b,... With respect to the axial center when the tip end portion is viewed along the axial center of the injector 18. The two nozzle holes 18a,... Are inclined upward from the axial center of the injector 18 in the direction in which the fuel flows, and the fuel sprays S1,. If there is no flow of intake air or the like in the combustion chamber 6, it proceeds linearly toward the vicinity of the ignition plug 16 near the center of the combustion chamber 6, and the ignition plug 16 is V-shaped when viewed in the traveling direction. The electrode (ignition position) is surrounded from below.

より詳しくは、前記V字状をなす3つの燃料噴霧S1,…のうち、V字の下部に位置する1つの燃料噴霧S1は、その幾何学的噴霧エリアが点火プラグ16電極の直下を通過するに形成され、V字の上部に位置する2つの燃料噴霧S1,S1は、その幾何学的噴霧エリアが点火プラグ16の電極を側方から挟むように形成される。このことで、3つの燃料噴霧S1,…はいずれも燃料の液滴が点火プラグ16の電極を濡らすことなく気化して、これにより形成される混合気塊が電極を包み込むようになる。   More specifically, among the three V-shaped fuel sprays S1,..., One fuel spray S1 located in the lower part of the V shape has its geometric spray area passing directly below the spark plug 16 electrode. The two fuel sprays S1 and S1 located at the top of the V-shape are formed so that the geometric spray area sandwiches the electrode of the spark plug 16 from the side. As a result, the three fuel sprays S1,... Vaporize without the fuel droplets getting wet to the electrode of the spark plug 16, and the air-fuel mixture formed thereby encloses the electrode.

また、そのように燃焼室6の周縁部から中央寄りの点火プラグ16近傍に向かって噴射される上側の3つの燃料噴霧S1,…は、前記のように吸気流動などがないと仮定した場合、図5に模式的に示すように、2つの吸気弁11,11の弁軸11a,11a間に位置するものとなる。このように上側の3つの燃料噴霧S1,…の幾何学的噴霧エリアが、いずれも平面視で2つの吸気弁11,11の弁軸11a,11a間に位置することで、例えばインジェクタ18を気筒2の吸気行程で作動させるときに、吸気弁11,11がリフトしていても、その吸気弁11,11と燃料噴霧S1,…との干渉を抑えることができる。   Further, when it is assumed that the upper three fuel sprays S1,... Injected from the peripheral edge of the combustion chamber 6 to the vicinity of the spark plug 16 closer to the center have no intake flow as described above, As schematically shown in FIG. 5, the two intake valves 11 and 11 are positioned between the valve shafts 11 a and 11 a. Thus, the geometric spray areas of the upper three fuel sprays S1,... Are positioned between the valve shafts 11a, 11a of the two intake valves 11, 11 in plan view, so that, for example, the injector 18 is connected to the cylinder. Even when the intake valves 11 and 11 are lifted when operating in the intake stroke of 2, the interference between the intake valves 11 and 11 and the fuel sprays S1,.

一方、前記下側の3つの噴口18b,…の向きは、いずれも燃料噴霧を前記上側の3つの燃料噴霧S1,…から離して、気筒2内に広く燃料を分散させるように設定されている。すなわち、3つのうちで上側に位置するものはインジェクタ18の軸心に沿うように形成され、残りの2つの噴口18b,18bは、それぞれインジェクタ18の軸心から燃料の流れる向きに下向きに傾斜している。そして、インジェクタ18の軸心自体が気筒2の横断面に対して下向きに傾斜しているため、前記3つの噴口18b,…からそれぞれ噴出する燃料噴霧S2,…は、いずれも気筒2内を斜め下方に(ピストン5の側に)向かって進行するようになる。   On the other hand, the direction of the lower three nozzle holes 18b,... Is set so that the fuel spray is separated from the upper three fuel sprays S1,. . That is, the upper one of the three is formed along the axis of the injector 18, and the remaining two nozzle holes 18 b and 18 b are inclined downward from the axis of the injector 18 in the direction of fuel flow. ing. Since the axis of the injector 18 itself is inclined downward with respect to the cross section of the cylinder 2, the fuel sprays S2,... Ejected from the three nozzle holes 18b,. It progresses downward (toward the piston 5).

前記のような噴口18a,…,18b,…のレイアウトにより、例えば成層燃焼、弱成層燃焼、或いは均一燃焼などの種々の燃焼状態において、それぞれ望ましい混合気形成を実現することができる。すなわち、アイドル運転時のように燃料噴射量が少ないときでも、インジェクタ18を気筒2の圧縮行程の適切な時期に作動させれば、上述したように、上側の3つの噴口18a,…からの燃料噴霧S1,…によって、点火プラグ16の電極近傍に着火性に優れた混合気塊を形成することができる。   The layout of the nozzle holes 18a,..., 18b,... Can realize desirable air-fuel mixture formation in various combustion states such as stratified combustion, weakly stratified combustion, and uniform combustion. That is, even when the fuel injection amount is small as in the idling operation, if the injector 18 is operated at an appropriate time in the compression stroke of the cylinder 2, the fuel from the upper three injection holes 18a,. By the sprays S1,..., An air-fuel mixture having excellent ignitability can be formed in the vicinity of the electrode of the spark plug 16.

また、反対に燃料噴射量の多い高負荷運転時にはインジェクタ18を気筒2の吸気行程で作動させ、各噴口18a,…,18b,…からの燃料噴霧S1,…,S2,…を吸気流動により広く分散させて、気筒2内に概ね均一な混合気を形成することができる。この際、上側の3つの噴口18a,…からの燃料噴霧S1,…は、リフトしている吸気弁11と吸気ポート9開口部との間の環状の隙間(カーテンエリア)から燃焼室6に流入する高速の吸気流に巻き込まれ、一方、下側の3つの噴口18b,…からの燃料噴霧S2,…は、下降するピストン5を追いかけるように下方に進行しつつ、気筒2内全体に形成される大きな流動に巻き込まれる。   On the other hand, during high load operation with a large amount of fuel injection, the injector 18 is operated in the intake stroke of the cylinder 2 so that the fuel sprays S1,..., S2,. It is possible to form a substantially uniform air-fuel mixture in the cylinder 2 by being dispersed. At this time, fuel sprays S1,... From the upper three nozzle holes 18a,... Flow into the combustion chamber 6 from an annular gap (curtain area) between the intake valve 11 being lifted and the intake port 9 opening. On the other hand, fuel sprays S2,... From the lower three injection holes 18b,... Are formed in the entire cylinder 2 while proceeding downward so as to follow the descending piston 5. Get involved in a big flow.

さらに、前記インジェクタ18により気筒2の吸気行程及び圧縮行程の両方でそれぞれ燃料を噴射すれば、気筒2内全体に概ね均一な混合気を形成するとともに、点火プラグ16近傍の混合気濃度を適度に高めて、着火安定性を高めることができる。このことは、例えばエンジン1の始動直後に排気系の触媒39を急速暖機するために、点火時期を大きく遅角させるときなどに特に有効である。   Further, if fuel is injected by the injector 18 in both the intake stroke and the compression stroke of the cylinder 2, a substantially uniform mixture is formed in the entire cylinder 2, and the mixture concentration in the vicinity of the spark plug 16 is appropriately set. This can increase the ignition stability. This is particularly effective when, for example, the ignition timing is greatly retarded in order to quickly warm up the exhaust system catalyst 39 immediately after the engine 1 is started.

前記各気筒2毎のインジェクタ18には、全ての気筒2,2,…に共通の燃料分配管19が接続されていて、燃料供給系20からの高圧の燃料が分配供給されるようになっている。その燃料供給系20は、例えば図6に模式的に示すように構成され、燃料分配管19と燃料タンク21とを連通する主燃料通路22には、その上流側から下流側に向かって、低圧燃料ポンプ23、低圧レギュレータ24、燃料フィルタ25、高圧燃料ポンプ26及び高圧レギュレータ27が順に配設されている。   A common fuel distribution pipe 19 is connected to all the cylinders 2, 2... To the injector 18 for each cylinder 2, and high-pressure fuel from the fuel supply system 20 is distributed and supplied. Yes. The fuel supply system 20 is configured, for example, schematically as shown in FIG. 6, and the main fuel passage 22 that connects the fuel distribution pipe 19 and the fuel tank 21 has a low pressure from the upstream side toward the downstream side. A fuel pump 23, a low pressure regulator 24, a fuel filter 25, a high pressure fuel pump 26, and a high pressure regulator 27 are arranged in this order.

そして、前記低圧燃料ポンプ23により燃料タンク21から吸い上げられた燃料が低圧レギュレータ24により調圧され、燃料フィルタ25により濾過されて、高圧燃料ポンプ26に圧送される。この高圧燃料ポンプ26によってさらに昇圧された燃料の一部が高圧レギュレータ27により流量調整されて燃料分配管19へ供給される一方、残りの燃料は低圧レギュレータ28によって圧力調整されつつ、燃料タンク21に戻される。   Then, the fuel sucked up from the fuel tank 21 by the low-pressure fuel pump 23 is regulated by the low-pressure regulator 24, filtered by the fuel filter 25, and pumped to the high-pressure fuel pump 26. A part of the fuel further boosted by the high-pressure fuel pump 26 is adjusted in flow rate by the high-pressure regulator 27 and supplied to the fuel distribution pipe 19, while the remaining fuel is pressure-adjusted by the low-pressure regulator 28 while being supplied to the fuel tank 21. Returned.

そのようにして燃料分配管19へ供給される燃料の圧力(燃圧)が概ねインジェクタ18による燃料の噴射圧になる。この実施形態では、前記燃料分配管19にその内部の燃料の圧力状態を検出するように燃圧センサ29が配設されており、このセンサ29からの信号に基づいて後述の如くECU40により前記高圧レギュレータ27(燃圧変更手段)が制御されることによって、燃圧が予め設定した範囲(例えば12〜20MPa)で調整されるようになっている。   In this manner, the pressure (fuel pressure) of the fuel supplied to the fuel distribution pipe 19 becomes approximately the fuel injection pressure by the injector 18. In this embodiment, a fuel pressure sensor 29 is disposed in the fuel distribution pipe 19 so as to detect the pressure state of the fuel therein, and based on a signal from the sensor 29, the ECU 40 performs the high pressure regulator as will be described later. By controlling 27 (fuel pressure changing means), the fuel pressure is adjusted within a preset range (for example, 12 to 20 MPa).

前記図1においてエンジン1の右側に位置するシリンダヘッド4の一側面には、各気筒2の吸気ポート9,9にそれぞれ連通するように、吸気通路30が接続されている。この吸気通路30は、エンジン1の各気筒2の燃焼室6に対して図外のエアクリーナにより濾過した空気を供給するためのものであり、サージタンク31の上流の共通通路には、図示しない電動モータにより駆動される電気式スロットル弁32と、その弁体の位置(スロットル開度)を検出するスロットル位置センサ33とが配設されている。   In FIG. 1, an intake passage 30 is connected to one side surface of the cylinder head 4 located on the right side of the engine 1 so as to communicate with the intake ports 9 and 9 of each cylinder 2. The intake passage 30 is for supplying air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 6 of each cylinder 2 of the engine 1, and an electric motor (not shown) is connected to the common passage upstream of the surge tank 31. An electric throttle valve 32 driven by a motor and a throttle position sensor 33 for detecting the position of the valve body (throttle opening) are provided.

一方、前記サージタンク31の下流では吸気通路30は各気筒2毎の独立通路とされていて、これら各独立通路の下流端部がさらに2つに分岐して個別に吸気ポート9,9に連通している。この各気筒2毎2つの分岐通路30a,30bは、前記図3に仮想線で示すように互いに並んで延びていて、その双方にそれぞれ吸気流調整手段としての流動制御弁34、35が配設されている。尚、分岐通路には、前記図3においてのみ、符号30a,30bを付す。   On the other hand, the intake passage 30 is an independent passage for each cylinder 2 downstream of the surge tank 31, and the downstream end portion of each of the independent passages is further branched into two to communicate with the intake ports 9, 9 individually. is doing. The two branch passages 30a and 30b for each cylinder 2 extend side by side as indicated by phantom lines in FIG. 3, and flow control valves 34 and 35 as intake flow adjusting means are provided on both of them. Has been. Note that reference numerals 30a and 30b are attached to the branch passages only in FIG.

前記流動制御弁34,35は、その一例を図3に示すようにいずれも蝶弁からなるもので、2つの分岐通路30a、30bのうちの一方(同図の左側に位置する方)に配設された流動制御弁34は、その弁体において他方の分岐通路に近い側の略半分が切り欠かれており、閉状態では前記略半分の通路断面を残して、分岐通路30aを閉じるようになっている。こうして一方の分岐通路30aの略半分が閉じられると、吸気の流れが絞られて前記他方の分岐通路30b寄りに片寄ることになるので、その意味で前記一方の分岐通路30aの流動制御弁34を絞り弁とも呼ぶものとする。   As shown in FIG. 3, the flow control valves 34 and 35 are both made of butterfly valves, and are arranged in one of the two branch passages 30a and 30b (the one located on the left side of the figure). The provided flow control valve 34 has a substantially half of the valve body close to the other branch passage cut out, and in the closed state, the branch passage 30a is closed while leaving the substantially half passage cross section. It has become. When substantially half of one branch passage 30a is closed in this way, the flow of intake air is throttled and deviated closer to the other branch passage 30b. In this sense, the flow control valve 34 of the one branch passage 30a is Also referred to as a throttle valve.

また、前記図3において右側に位置する他方の分岐通路30bに配設された流動制御弁35は、その通路断面全体を開閉する開閉弁であり(以下、単に開閉弁35とも呼ぶ)、これにより他方の分岐通路30bを閉じれば、吸気の流れは全て前記一方の分岐通路30aに向かい、この分岐通路30aに連なる一方の吸気ポート9(図3の左側のもの)のみから気筒2内に流入するようになる。ここで、前記絞り弁34及び開閉弁35の弁体は共通のシャフトに結合されており、このシャフトが図示しないアクチュエータにより回動されて、開閉弁35により他方の分岐通路30bが閉じられるときには、前記一方の分岐通路30aの略半分が絞り弁34により閉じられる。   Also, the flow control valve 35 disposed in the other branch passage 30b located on the right side in FIG. 3 is an on-off valve that opens and closes the entire passage section (hereinafter also simply referred to as an on-off valve 35). If the other branch passage 30b is closed, all of the intake air flows toward the one branch passage 30a, and flows into the cylinder 2 only from one intake port 9 (the left side in FIG. 3) connected to the branch passage 30a. It becomes like this. Here, the valve bodies of the throttle valve 34 and the on-off valve 35 are coupled to a common shaft, and when this shaft is rotated by an actuator (not shown) and the other branch passage 30b is closed by the on-off valve 35, Approximately half of the one branch passage 30 a is closed by the throttle valve 34.

そのように2つの吸気ポート9,9のうちの一方のみを吸気が流れ、しかも、その流れが絞り弁34により絞られることで、この吸気ポート9から気筒2内に流入する吸気の流れはかなり速くなる。また、他方の吸気ポート9に吸気が流れないことから、気筒2内には強い吸気スワール流が生成される。さらに、前記一方の吸気ポート9に連通する分岐通路30aにおいて吸気の流れが他方の分岐通路30b寄りに片寄ることにより、吸気ポート9の開口部(バルブシート)と吸気弁11の傘部との間のカーテンエリアから燃焼室6に流入する吸気の流速分布においては、図7に一例を示すように、吸気弁11から概略気筒中心に向かう流れが最も速くなる。   In this way, the intake air flows through only one of the two intake ports 9, 9, and the flow is throttled by the throttle valve 34, so that the flow of the intake air flowing into the cylinder 2 from the intake port 9 is considerably large. Get faster. In addition, since intake air does not flow to the other intake port 9, a strong intake swirl flow is generated in the cylinder 2. Further, in the branch passage 30 a communicating with the one intake port 9, the flow of intake air is shifted toward the other branch passage 30 b, so that the space between the opening portion (valve seat) of the intake port 9 and the umbrella portion of the intake valve 11. In the flow velocity distribution of the intake air flowing into the combustion chamber 6 from the curtain area, the flow from the intake valve 11 toward the center of the cylinder is the fastest as shown in FIG.

すなわち、一般的に、気筒内に流入する吸気の流れは吸気ポートの延びる方向に速くなり、この実施形態のような4弁式のものでは、吸気弁周りの吸気の流速分布において相対的に流速の高い範囲(吸気弁軸を中心とする角度範囲)は、図示しないが、概略、排気弁側へ向かうものとなる(この実施形態のエンジン1において流動制御弁34,35を開いた場合も同じである)。   That is, generally, the flow of the intake air flowing into the cylinder becomes faster in the direction in which the intake port extends, and in the four-valve type like this embodiment, the flow velocity is relatively high in the flow velocity distribution of the intake air around the intake valve. The high range (the angular range centered on the intake valve shaft) is not shown, but is generally toward the exhaust valve side (the same applies when the flow control valves 34 and 35 are opened in the engine 1 of this embodiment). Is).

これに対し、前記の如く流動制御弁34,35を閉じれば、前記図7に示すように、一方の吸気ポート9のカーテンエリアを燃焼室6に向かって放射状に流れる吸気流が全体として高速化されるとともに、この吸気ポート9の上流で吸気の流れが片寄ることによって、吸気弁11周りで相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁11側に向かって(図において反時計回りに)移動し、図に矢印で示す方向の流れが概略、最も速くなる。   On the other hand, if the flow control valves 34 and 35 are closed as described above, as shown in FIG. 7, the overall flow of the intake air flowing radially toward the combustion chamber 6 in the curtain area of one intake port 9 is increased. At the same time, the flow of the intake air is shifted upstream of the intake port 9 so that the relatively high flow velocity range moves around the intake valve 11 toward the other intake valve 11 (counterclockwise in the figure). However, the flow in the direction indicated by the arrow in the figure is roughly the fastest.

このとき、同図にA−Aとして示す気筒中心の縦断面における吸気の流速分布は、図8(a)に示すようになり、前記のように片寄った吸気の流れがカーテンエリアから放射状に吹出すことによって、燃焼室6の天井部に近い範囲(I)(図に点線で囲んで示す範囲)において特に流速が高くなることが分かる。また、同図にB−Bとして示す気筒の横断面における流速分布は図(b)のようになり、前記と略同じ範囲(I)において特に流速が高くなるとともに、気筒2内に生成された強いスワール流によって、排気側周縁部(範囲(II))に比較的速い周方向の流れが形成されることが分かる。   At this time, the flow velocity distribution of the intake air in the longitudinal section at the center of the cylinder shown as AA in FIG. 8 is as shown in FIG. 8 (a), and the flow of the intake air that is offset as described above blows radially from the curtain area. By taking out, it turns out that especially the flow velocity becomes high in the range (I) (range shown with a dotted line in a figure) near the ceiling part of the combustion chamber 6. FIG. Also, the flow velocity distribution in the cross section of the cylinder shown as B-B in the same figure is as shown in Fig. (B), and the flow velocity is particularly high in the same range (I) as described above and is generated in the cylinder 2. It can be seen that due to the strong swirl flow, a relatively fast circumferential flow is formed at the exhaust peripheral edge (range (II)).

ここで、前記図8(a),(b)に示す角度範囲C−Cは、概略、インジェクタ18の各噴口18a,…,18b,…からの燃料噴霧S1,…,S2,…の全体の噴射範囲に対応するものであり、同図によれば、上側の3つの噴口18a,…から点火プラグ16近傍に向かって噴射される燃料噴霧のエリアが、ちょうど前記のように特に流速が高くなる範囲(I)に含まれることが分かる。このことから、吸気弁11の開作動に同期して吸気行程の所定の時期にインジェクタ18による燃料の噴射を開始すれば、そこから点火プラグ16近傍に向かう上側の3つの燃料噴霧S1,…には、前記のように高速化された吸気流が直接、吹き当たるようになり、これにより燃料の気化を効果的に促進することができる。   Here, the angle range C-C shown in FIGS. 8A and 8B is roughly the whole of the fuel sprays S1,..., S2, ... from the injection holes 18a, ..., 18b, ... of the injector 18. According to this figure, according to the figure, the area of fuel spray injected from the upper three injection holes 18a,... Toward the vicinity of the spark plug 16 has a particularly high flow rate as described above. It can be seen that it is included in the range (I). From this, if the fuel injection by the injector 18 is started at a predetermined timing in the intake stroke in synchronization with the opening operation of the intake valve 11, the upper three fuel sprays S1,. As described above, the intake air flow speeded up as described above is directly blown, thereby effectively promoting fuel vaporization.

前記のような吸気通路30が接続されているのとは反対側のシリンダヘッド側面には、前記図1に示すように、各気筒2の燃焼室6から既燃ガス(排気)を排出する排気通路36が接続されている。この排気通路36の上流側は、各気筒2毎に分岐してそれぞれ排気ポート10に連通する排気マニホルド37からなり、この排気マニホルド37の集合部には排気中の酸素濃度を検出するためのセンサ38が配設されている。また、排気マニホルド37よりも下流側の排気通路36には、排気中の有害成分を浄化するための触媒39が配設されている。   Exhaust gas for exhausting burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 6 of each cylinder 2 on the side of the cylinder head opposite to the side where the intake passage 30 is connected as shown in FIG. A passage 36 is connected. The upstream side of the exhaust passage 36 is composed of an exhaust manifold 37 that branches into each cylinder 2 and communicates with the exhaust port 10. A sensor for detecting the oxygen concentration in the exhaust is provided at a collection portion of the exhaust manifold 37. 38 is disposed. A catalyst 39 for purifying harmful components in the exhaust is disposed in the exhaust passage 36 downstream of the exhaust manifold 37.

そして、上述の如く構成されたエンジン1の運転制御を行うために、エンジンコントロールユニット40(以下、ECUという)が設けられている。これは、周知の如くCPU、メモリ、I/Oインターフェース回路等を備えており、少なくとも、クランク角センサ8、燃圧センサ29、酸素濃度センサ38からの信号と、吸気通路30における空気の流量を計測するエアフローセンサ41からの信号と、図示しないウオータジャケットの冷却水温度(エンジン水温)を検出する水温センサ42からの信号と、図示しないアクセルペダルの操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ43からの信号と、を入力する。   An engine control unit 40 (hereinafter referred to as ECU) is provided to perform operation control of the engine 1 configured as described above. As is well known, it includes a CPU, a memory, an I / O interface circuit, etc., and measures at least signals from the crank angle sensor 8, the fuel pressure sensor 29, the oxygen concentration sensor 38, and the air flow rate in the intake passage 30. A signal from the airflow sensor 41 that performs, a signal from the water temperature sensor 42 that detects a coolant temperature (engine water temperature) of a water jacket (not shown), and an accelerator opening that detects an operation amount (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown). The signal from the sensor 43 is input.

そうして、ECU40は、前記センサからの信号などに基づいてエンジン1の運転状態(例えば負荷状態及びエンジン回転速度)を判定し、これに応じてVVT15、点火回路17、インジェクタ18、燃料供給系20、電気式スロットル弁32、流動制御弁34,35などを制御する。すなわち、例えばエンジン1を成層燃焼状態で運転するのであれば、インジェクタ18により、図9(a)に模式的に示すように気筒2の圧縮行程で燃料を噴射させ、点火プラグ16周りに混合気を層状に分布させた状態で燃焼させる。   Then, the ECU 40 determines the operating state (for example, load state and engine speed) of the engine 1 based on the signal from the sensor and the like, and according to this, the VVT 15, the ignition circuit 17, the injector 18, and the fuel supply system 20, the electric throttle valve 32, the flow control valves 34, 35 and the like are controlled. That is, for example, if the engine 1 is operated in a stratified combustion state, fuel is injected by the injector 18 in the compression stroke of the cylinder 2 as schematically shown in FIG. Is burned in a state of being distributed in layers.

その際、ポンピングロスを減らすためにはスロットル弁32を相対的に大きく開くようにすればよく、このときの燃焼室6の平均的な空燃比は理論空燃比(A/F≒14.7)よりもリーンな状態になる。また、そのときに流動制御弁34,35を閉じれば、燃焼室6に生成する流動のスワール成分を強化することができる。   At this time, in order to reduce the pumping loss, the throttle valve 32 may be opened relatively large, and the average air-fuel ratio of the combustion chamber 6 at this time is the theoretical air-fuel ratio (A / F≈14.7). It becomes leaner than. If the flow control valves 34 and 35 are closed at that time, the swirl component of the flow generated in the combustion chamber 6 can be strengthened.

一方、エンジン1を均一燃焼状態で運転するのであれば、インジェクタ18により、図9(b)の如く気筒2の吸気行程で燃料を噴射させて、燃焼室6に概ね均一な混合気を形成した上で燃焼させるようにする。このときには、混合気の空燃比が略理論空燃比乃至それよりもリッチになるように燃料噴射量やスロットル開度等を制御する。また、吸気抵抗を減らすためには流動制御弁34,35を開くことが好ましい。   On the other hand, if the engine 1 is operated in a uniform combustion state, fuel is injected by the injector 18 in the intake stroke of the cylinder 2 as shown in FIG. 9B, and a substantially uniform mixture is formed in the combustion chamber 6. Let it burn above. At this time, the fuel injection amount, throttle opening, etc. are controlled so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio or richer than that. In order to reduce the intake resistance, it is preferable to open the flow control valves 34 and 35.

その際に、前記インジェクタ18により燃料を複数回に分割して噴射させるとともに、図9(c)の如く、その複数回の燃料噴射がいずれも気筒2の吸気行程前半で始まるようにすることもできる。こうして分割噴射を行えば、燃料の微粒化をあまり損なわずに、噴霧の貫徹力を適度に弱めることができる。   At this time, the fuel is divided into a plurality of times and injected by the injector 18, and the plurality of fuel injections may all start in the first half of the intake stroke of the cylinder 2 as shown in FIG. 9 (c). it can. If split injection is performed in this way, the penetration force of the spray can be moderately reduced without significantly impairing the atomization of the fuel.

さらに、前記インジェクタ18への燃圧の制御は、例えば図10に示すように冷機時(冷間)と暖機後(温間)とで特性を切替えて、主にエンジン回転速度に基づいて行われ、暖機後は低回転側で相対的に低く、高回転側では高くなるように、燃料供給系20の高圧レギュレータ27を制御して、燃圧を2段階に変化させるようにしている。また、冷機時は暖機後に比べて燃圧を低下させ、特に低回転側で低下度合いが大きくなるようにしている。   Further, the control of the fuel pressure to the injector 18 is performed mainly on the basis of the engine rotation speed by switching the characteristics between when cold (cold) and after warm (warm) as shown in FIG. 10, for example. The high pressure regulator 27 of the fuel supply system 20 is controlled to change the fuel pressure in two stages so that it is relatively low on the low rotation side after warm-up and high on the high rotation side. In addition, the fuel pressure is lowered when the engine is cold compared to after the engine is warmed, and the degree of decrease is increased particularly on the low rotation side.

尚、図の例では、暖機後の燃圧を高低、2段階に変化させるようにしているが、これに限らず、燃圧をエンジン回転速度の上昇に応じて徐々に高めるようにしてもよいし、或いはエンジン回転速度によらず燃圧は略一定に維持するようにしてもよい。また、冷機時の燃圧は低回転側で略一定とし、高回転側で回転上昇に連れて徐々に高めるようにしているが、これに限らず、燃圧を段階的に変化させるようにしてもよいし、或いはエンジン回転速度によらず略一定に維持するようにしてもよい。   In the example shown in the figure, the fuel pressure after warm-up is changed in two steps, high and low. However, the present invention is not limited to this, and the fuel pressure may be gradually increased as the engine speed increases. Alternatively, the fuel pressure may be maintained substantially constant regardless of the engine speed. In addition, the fuel pressure during cold operation is substantially constant on the low rotation side and gradually increased as the rotation increases on the high rotation side. However, the present invention is not limited to this, and the fuel pressure may be changed stepwise. Alternatively, it may be maintained substantially constant regardless of the engine speed.

前記のようなインジェクタ18、燃料供給系20、スロットル弁32、流動制御弁34,35の制御は、ECU40のメモリに電子的に格納されている制御プログラムがCPUにより実行されることによって、実現する。その意味で、ECU40は、前記のようにインジェクタ18を作動制御する燃料噴射制御部40a、燃料供給系20の高圧レギュレータ27を制御する燃圧制御部40b、スロットル弁32を制御するスロットル制御部40c、流動制御弁34,35を制御する吸気流動制御部40d等を、それぞれソフトウエアの形態で備えている。   Control of the injector 18, the fuel supply system 20, the throttle valve 32, and the flow control valves 34 and 35 as described above is realized by executing a control program electronically stored in the memory of the ECU 40 by the CPU. . In that sense, the ECU 40, as described above, the fuel injection control unit 40a that controls the operation of the injector 18, the fuel pressure control unit 40b that controls the high pressure regulator 27 of the fuel supply system 20, the throttle control unit 40c that controls the throttle valve 32, An intake flow control unit 40d that controls the flow control valves 34 and 35 is provided in the form of software.

(特定運転状態での制御)
ところで、前記の如くエンジン1を均一燃焼状態とするために気筒2の吸気行程で燃料を噴射させるときには、気筒2内が負圧になっていることから燃料噴霧の貫徹力が相対的に強くなってしまう。そして、上述の如く燃焼室6の周縁部に配置した多噴口型インジェクタ18の上側の3つの噴口18a,…から点火プラグ16の近傍に向けた燃料噴霧S1,…においては、噴口18a,…から気筒壁面までの距離が比較的短いことも相俟って、燃料の一部が気化せずに液滴のままで気筒2の壁面に到達して、付着することになる。
(Control in specific operating conditions)
By the way, when fuel is injected in the intake stroke of the cylinder 2 in order to make the engine 1 in a uniform combustion state as described above, the penetration force of the fuel spray becomes relatively strong because the inside of the cylinder 2 has a negative pressure. End up. In the fuel sprays S1,... Directed from the upper three injection holes 18a,... Of the multi-injector type injector 18 arranged at the peripheral edge of the combustion chamber 6 to the vicinity of the spark plug 16, as described above, from the injection holes 18a,. In combination with the relatively short distance to the cylinder wall surface, a part of the fuel does not vaporize but reaches the wall surface of the cylinder 2 as a droplet and adheres.

そのように液滴のままで気筒壁面に到達しても、多噴口型インジェクタ18の場合は、その燃料液滴が十分に微粒化されているので、通常は殆どが点火までの間に気化することになり、エンジンオイルに混入する可能性は低い。しかし、気筒壁面に付着した燃料液滴は気化が遅れたり、気化が不十分になったりするので、その付近に局所的に混合気の過濃な部分が形成され、この過濃部分の燃焼により煤が生成されて、いわゆるスモークが発生するとともに、その煤がエンジンオイルに混入してその粘度を低下させるというオイル希釈の問題が生じる。   Even when the liquid droplets reach the cylinder wall surface as they are, in the case of the multi-hole injector 18, the fuel liquid droplets are sufficiently atomized, so that most of them normally vaporize before ignition. Therefore, the possibility of being mixed into engine oil is low. However, the fuel droplets adhering to the cylinder wall surface are delayed in vaporization or insufficiently vaporized, so that an excessively rich portion of the air-fuel mixture is locally formed in the vicinity of the fuel droplets. Soot is generated and so-called smoke is generated, and the problem of oil dilution occurs that the soot mixes with engine oil and lowers its viscosity.

また、前記のように点火プラグ16近傍に向けた上側の3つの燃料噴霧S1,…が付着するのは、燃焼室6天井部から周壁部(気筒壁面)との境界付近にかけてであり、この付近には、気筒2の上死点近傍において燃焼室6天井部とピストン5頂面との間隔が非常に狭くなって、火炎面の伝播しない領域が形成されることから、前記の如く形成された混合気の過濃部分の一部が燃焼せずに気筒2から排出され、排気中のHC濃度がかなり高くなるという問題も生じる。   Also, as described above, the upper three fuel sprays S1,... Directed toward the vicinity of the spark plug 16 are attached from the ceiling portion of the combustion chamber 6 to the vicinity of the boundary with the peripheral wall portion (cylinder wall surface). In the vicinity of the top dead center of the cylinder 2, the space between the ceiling portion of the combustion chamber 6 and the top surface of the piston 5 becomes very narrow, and a region where the flame surface does not propagate is formed. There is also a problem that a part of the rich portion of the air-fuel mixture is discharged from the cylinder 2 without burning, and the HC concentration in the exhaust gas becomes considerably high.

そのような問題は、例えばピストンスピードが相対的に低く、気筒2内の流動が弱い低回転域において、エンジン負荷の増大に応じて燃料噴射量を増やしたときに、これにより気筒壁面への燃料付着量が多くなることから、大きな問題になりやすい。また、気筒壁面の温度が低いエンジン冷機時には、付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなることから、やはり大きな問題になりやすい。   Such a problem is caused by, for example, when the fuel injection amount is increased in response to an increase in engine load in a low rotation range where the piston speed is relatively low and the flow in the cylinder 2 is weak, thereby Since the amount of adhesion increases, it tends to be a big problem. Also, when the engine is cold, the temperature of the cylinder wall surface is low, and the delay in vaporization of the adhering fuel droplets becomes large.

そこで、この実施形態では、エンジン1が例えば図11に斜線を入れて示すような低回転且つ中高負荷の運転域(低、中、高負荷に分けた場合、中負荷域における高負荷側の略半分の領域と高負荷域における低負荷側の略半分の領域とを合わせたもの)にあるときや、冷機時などの特定の運転状態において、前記のように気筒壁面への燃料の付着が懸念される上側の3つの燃料噴霧S1,…に対し、吸気弁11周りの高速の吸気流を直接且つ効果的に吹き当てることによって、その燃料液滴の気化を促進し、これにより燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、気筒2内に強いスワール流を生成して、燃料噴霧の気筒壁面への付着を軽減するようにしたものである。   Therefore, in this embodiment, the engine 1 is operated at a low rotation speed and a medium and high load as shown by hatching in FIG. 11, for example. In a specific operating state such as when the engine is cold or when the engine is in a cold state, the fuel may adhere to the cylinder wall as described above. The high-speed intake air flow around the intake valve 11 is directly and effectively sprayed on the upper three fuel sprays S1,... To promote the vaporization of the fuel droplets, thereby penetrating the fuel spray. In addition to weakening the force, a strong swirl flow is generated in the cylinder 2 to reduce the adhesion of fuel spray to the cylinder wall surface.

すなわち、エンジン1が冷機時であったり、或いは暖機後の低回転中高負荷域にあるときには、まず、ECU40の燃料噴射制御部40aによって、気筒2の吸気行程前半で燃料の噴射が始まるようにインジェクタ18が制御される。こうすると、インジェクタ18の上側の3つの噴口18a,…から点火プラグ16近傍に向かって噴射される燃料噴霧S1,…は、吸気弁11のリフト途中でカーテンエリアからの吸気の流速が最も高いときに、このカーテンエリア近傍の流速の高い範囲(図8に示す範囲(I))を通過するようになる。   That is, when the engine 1 is cold or in the low-rotation medium-high load range after warm-up, the fuel injection control unit 40a of the ECU 40 first starts fuel injection in the first half of the intake stroke of the cylinder 2. The injector 18 is controlled. In this way, the fuel sprays S1,... Injected from the three injection holes 18a,... On the upper side of the injector 18 toward the vicinity of the spark plug 16 have the highest intake flow velocity from the curtain area during the lift of the intake valve 11. Furthermore, it passes through a high flow velocity range (range (I) shown in FIG. 8) near the curtain area.

前記の燃料噴射時期(開始時期)は、例えばエンジン1が低回転側にあるときに、気筒2の吸気行程の1/5が経過してから1/2が経過するまでの間とすればよく、吸気上死点後(ATDC)40〜80°CAとするのがより好ましい。こうすることで、前記流速の高い範囲(I)において高速の吸気流が燃料噴霧S1,…に直接、吹き当たり、燃料の気化を促進するようになる。   The fuel injection timing (start timing) may be, for example, between 1/5 of the intake stroke of the cylinder 2 and 1/2 of the intake stroke when the engine 1 is on the low speed side. More preferably, after intake top dead center (ATDC), 40 to 80 ° CA. By doing so, the high-speed intake flow blows directly on the fuel sprays S1,... In the high flow velocity range (I), and promotes the fuel vaporization.

その際、ECU40の吸気流動制御部40dによって流動制御弁34,35が閉じられることで、前記図7、図8を参照して上述したように気筒2内の吸気流動場が変化して、燃料の気化が効果的に促進されるようになる。すなわち、2つの吸気ポート9,9のうちの一方のみから吸気が流入することで、その吸気流速が全体として高くなり、気筒2内に強い吸気スワール流が生成されるようになる。   At this time, the flow control valves 34 and 35 are closed by the intake flow control unit 40d of the ECU 40, whereby the intake flow field in the cylinder 2 changes as described above with reference to FIGS. Vaporization is effectively promoted. That is, when intake air flows from only one of the two intake ports 9, 9, the intake flow velocity increases as a whole, and a strong intake swirl flow is generated in the cylinder 2.

また、前記一方の吸気ポート9の吸気の流れが片寄ることによって、この吸気ポート9の開口部と吸気弁11との間のカーテンエリアから放射状に燃焼室6に流入する吸気の流速分布が周方向に変化し、そのうちの特に流れの速い範囲(I)に、前記点火プラグ16近傍に向かう上側の3つの燃料噴霧S1,…のエリアが含まれて、この燃料噴霧S1,…に前記の特に速い吸気流が直接、吹き当たるようになる。   Further, the flow of intake air flowing into the combustion chamber 6 radially from the curtain area between the opening of the intake port 9 and the intake valve 11 is changed in the circumferential direction because the flow of intake air in the one intake port 9 is offset. The area of the upper three fuel sprays S1,... Toward the vicinity of the spark plug 16 is included in the particularly fast flow range (I), and the fuel spray S1,. The inspiratory flow comes to blow directly.

つまり、点火プラグ16近傍に向かう燃料噴霧S1,…は、カーテンエリアからの高速の吸気流のうちでも特に流速の高められている範囲(I)を、その吸気流速が最も高いときに通過することになり、極めて効果的に気化が促進される。このため、元来、微粒化に優れた多噴口型インジェクタ18からの燃料噴霧S1,…において液滴の粒径がさらに小さくなり、その運動量が減少することで、前記燃料噴霧S1,…の貫徹力が弱くなって、気筒壁面へ液滴のままで到達する燃料の量が少なくなる。   That is, the fuel sprays S1,... Toward the vicinity of the spark plug 16 pass through the range (I) in which the flow velocity is particularly increased in the high-speed intake flow from the curtain area when the intake flow velocity is the highest. And vaporization is promoted very effectively. For this reason, in the fuel spray S1,... From the multi-injector type injector 18 which is originally excellent in atomization, the particle size of the droplet is further reduced and the momentum is reduced, so that the fuel spray S1,. The force is weakened, and the amount of fuel that reaches the cylinder wall surface as droplets decreases.

さらに、そうして気筒壁面へ到達しようとする燃料液滴が、前記のように強化された気筒2内のスワール流によって周方向に運ばれることにより(図8(b)の範囲(II)を参照)、燃料の気筒壁面への付着量は十分に軽減される。   Further, the fuel droplets that attempt to reach the cylinder wall surface are carried in the circumferential direction by the swirl flow in the cylinder 2 strengthened as described above (the range (II) in FIG. 8B). See), and the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface is sufficiently reduced.

これに加えて、エンジン冷機時には、ECU40の燃圧制御部40bにより、暖機後の同一運転状態と比較して燃圧が低くなるように燃料供給系20の高圧レギュレータ27が制御されるので(図10(b)を参照)、前記燃料噴霧S1,…の貫徹力がさらに弱くなり、このことによっても気筒壁面への燃料の付着を軽減できる。   In addition, when the engine is cold, the high pressure regulator 27 of the fuel supply system 20 is controlled by the fuel pressure control unit 40b of the ECU 40 so that the fuel pressure becomes lower than that in the same operating state after warming up (FIG. 10). (see (b)), the penetrating force of the fuel sprays S1,... is further weakened, and this can also reduce the adhesion of fuel to the cylinder wall surface.

そのように燃圧を低下させることは、各噴口18a,…,18b,…から噴出する際の燃料の分裂には不利になるから、燃料噴霧S全体で燃料液滴の粒径はやや大きくなるが、上側の燃料噴霧S1,…については、上述の如くカーテンエリアからの高速の吸気流によって燃料液滴の気化を効果的に促進できるので問題はなく、むしろ、低温の気筒壁面に付着する燃料液滴をより少なくできることのメリットの方が大きい。   Reducing the fuel pressure in this manner is disadvantageous for the fuel splitting when ejected from the nozzle holes 18a,..., 18b,. As for the upper fuel sprays S1,..., There is no problem because the vaporization of the fuel droplets can be effectively promoted by the high-speed intake flow from the curtain area as described above. The advantage of having fewer drops is greater.

したがって、この実施形態に係る火花点火式直噴エンジン1によると、多噴口型のインジェクタ18を気筒2内の燃焼室6周縁部に配置して、上側の3つの噴口18a,…から点火プラグ16の近傍に向けて燃料を噴射するとともに、下側の3つの噴口18b,…からは下方に向けて燃料を噴射するようにしたことで、成層燃焼や均一燃焼などのいずれの燃焼状態においても望ましい混合気形成を実現することができる。   Therefore, according to the spark ignition direct injection engine 1 according to this embodiment, the multi-injector type injector 18 is arranged at the peripheral edge of the combustion chamber 6 in the cylinder 2 and the ignition plug 16 is inserted from the upper three injection holes 18a,. The fuel is injected toward the vicinity of the fuel tank and the fuel is injected downward from the lower three nozzle holes 18b, which is desirable in any combustion state such as stratified combustion or uniform combustion. Mixture formation can be realized.

また、エンジンが例えば冷機時や低回転中高負荷などの特定の運転状態にあるときに、前記上側の3つの噴口18b,…からの燃料噴霧S1,…に対してカーテンエリアからの高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てることによって気化を十分に促進し、これにより燃料噴霧S1,…の貫徹力を弱めるとともに、気筒2内に強いスワール流を生成して、燃料の気筒壁面への付着を軽減することができる。   Further, when the engine is in a specific operating state such as when it is cold or during a low rotation and high load, a high-speed intake flow from the curtain area with respect to the fuel sprays S1,. Is directly and effectively sprayed to sufficiently evaporate, thereby weakening the penetration force of the fuel sprays S1,... And generating a strong swirl flow in the cylinder 2, thereby Adhesion can be reduced.

こうして燃料噴霧の気化を十分に促進し、気筒壁面への燃料の付着を軽減できることから、HC、スモークの増大やオイル希釈の不具合を十分に抑制することができ、この結果として従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定できるようになるから、燃費低減などの効果も得られる。   In this way, the vaporization of fuel spray can be sufficiently promoted and the adhesion of fuel to the cylinder wall surface can be reduced, so that the increase in HC and smoke and the problem of oil dilution can be sufficiently suppressed, resulting in a wider range than before. This makes it possible to set the fuel injection timing, so that the effect of reducing fuel consumption can be obtained.

図12は、この実施形態のものと略同じ構成の直噴エンジンにおいて、気筒2内の吸気流動の状態を変化させて、それぞれ、吸気行程における燃料噴射時期の変更によってスモーク濃度が変化する様子を示している。図に実線で示すのはこの実施形態のものであり、点線及び破線で示すのは、それぞれ気筒内にタンブル流やスワール流を生成させるようにしたものである。図示の如く、気筒2内の吸気流動の状態に拘わらず、燃料噴射時期をあまり進角させると、ピストン5の頂面に付着する燃料の量が多くなることに起因して、スモーク濃度が高くなる。   FIG. 12 shows how the smoke concentration changes in the direct injection engine having substantially the same configuration as that of this embodiment by changing the state of the intake air flow in the cylinder 2 and changing the fuel injection timing in the intake stroke. Show. In the figure, the solid line shows this embodiment, and the dotted line and broken line show a tumble flow and a swirl flow respectively generated in the cylinder. As shown in the figure, regardless of the state of intake air flow in the cylinder 2, if the fuel injection timing is advanced too much, the amount of fuel adhering to the top surface of the piston 5 increases, resulting in a high smoke concentration. Become.

一方、噴射時期を遅角させた場合には、吸気流動の減衰によって燃料の気筒壁面への付着が多くなるとともに、燃料の気化が悪くなり、さらに、噴射から点火までの時間が短くなることによっても気化が不十分になって燃焼が悪化し、スモーク濃度が高くなるという傾向が見られる。しかし、この実施形態のようにカーテンエリアからの高速の吸気流によって燃料の気化を効果的に促進し、且つ気筒2内に強いスワール流を生成するようにすれば、タンブル流やスワール流を利用するだけのものに比べて燃料の気筒壁面への付着を大幅に軽減でき、燃料の気化も良くなって燃焼性が向上することから、図示の如く噴射時期を大幅に遅角できることが分かる。   On the other hand, when the injection timing is retarded, the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface increases due to the attenuation of the intake flow, the fuel vaporization worsens, and the time from injection to ignition is shortened. However, there is a tendency that the vaporization becomes insufficient, the combustion deteriorates, and the smoke concentration increases. However, if fuel vaporization is effectively promoted by a high-speed intake flow from the curtain area as in this embodiment, and a strong swirl flow is generated in the cylinder 2, a tumble flow or a swirl flow is used. It can be seen that the adhesion of the fuel to the cylinder wall surface can be greatly reduced as compared with the case where only the fuel injection is performed, the fuel vaporization is improved and the combustibility is improved, so that the injection timing can be greatly retarded as shown.

こうして従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定できるようになり、これにより点火時期の設定の自由度も高くなるので、燃費の低減や排気の清浄化についても有利になるとともに、例えば冷間始動直後に触媒39の急速暖機のために、点火時期を大幅に遅角させることもできるようになる。   In this way, it becomes possible to set the fuel injection timing in a wider range than before, which increases the degree of freedom in setting the ignition timing, which is advantageous for reducing fuel consumption and purifying exhaust gas, for example, cold start Immediately after that, the ignition timing can be significantly retarded for rapid warm-up of the catalyst 39.

加えて、エンジン1の冷機時には、燃圧を低下させて燃料噴霧S1,…,S2,…の貫徹力を弱めることで、気筒壁面への燃料付着をさらに軽減することができ、冷間におけるHC、スモークの増大をより効果的に抑制することができる。   In addition, when the engine 1 is cold, by reducing the fuel pressure and weakening the penetration force of the fuel sprays S1,..., S2,. The increase in smoke can be suppressed more effectively.

図13(a)、(b)は、この実施形態の直噴エンジン1における燃料噴射圧(燃圧)と排気中のHC、スモーク濃度との関係を示し、同図に実線で示すように、エンジン冷機時には燃圧を低下させることによって、HC、スモークの増大を抑制できることが分かる。特にスモークについて効果が大きいのは、気筒壁面への燃料付着が軽減されることによって、過濃な混合気の形成が抑制されることを示している。   FIGS. 13 (a) and 13 (b) show the relationship between the fuel injection pressure (fuel pressure) and the HC and smoke concentrations in the exhaust in the direct injection engine 1 of this embodiment. As shown by the solid lines in FIG. It can be seen that the increase in HC and smoke can be suppressed by lowering the fuel pressure when cold. In particular, the effect of smoke is great, which indicates that the formation of a rich mixture is suppressed by reducing fuel adhesion to the cylinder wall surface.

尚、暖機後(温間)については、燃圧によらずあまりHCは変わらないが、この実施形態のように冷間に比べて燃圧を高くすることで、スモーク濃度を低減できることが分かる。これは、燃料噴霧の微粒化がさらに促進されることによると考えられる。   Note that after warming up (warm), HC does not change much regardless of the fuel pressure, but it can be seen that the smoke concentration can be reduced by increasing the fuel pressure as compared to cold as in this embodiment. This is considered to be due to further promotion of atomization of fuel spray.

(他の実施形態)
本発明の構成は、前記した実施形態のものには限定されず、その他の種々の構成をも包含する。すなわち、前記実施形態では、図4に示すようにインジェクタ18の先端部に6個の噴口18a,…,18b,…を上下に3つずつレイアウトしているが、噴口の個数やレイアウトはそれに限定されるものではなく、例えば図14(a)〜(f)に示すように、噴口数は5個以下でもよいし、反対に7個以上とすることもできる。
(Other embodiments)
The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes other various configurations. That is, in the embodiment, as shown in FIG. 4, six nozzle holes 18a,..., 18b,... Are laid out three at the top and bottom at the tip of the injector 18, but the number and layout of the nozzle holes are limited thereto. For example, as shown in FIGS. 14 (a) to (f), the number of nozzles may be 5 or less, and conversely, it may be 7 or more.

同図(a),(b)に示す噴口18a,…のレイアウトは、気筒2内に燃料を分散させて均一燃焼状態とするのに適したものであり、特に図(b)のものでは、リフトしている吸気バルブ11に燃料噴霧の中心が干渉しないようにしながら、比較的多数の各噴口18a,…を配置できる。また、同図(c)〜(f)にそれぞれ示す噴口18a,…,18b,…のレイアウトは、前記実施形態のものと同様に点火プラグ16近傍に向けて燃料を噴射する噴口18a,…と、それ以外の方向に分散するように燃料を噴射する噴口18b,…とを設けて、均一燃焼及び成層燃焼の双方に適合するようにしたものである。   The layout of the nozzle holes 18a,... Shown in FIGS. 11A and 11B is suitable for dispersing fuel in the cylinder 2 to achieve a uniform combustion state, and particularly in the case of FIG. A relatively large number of nozzles 18a,... Can be arranged so that the center of the fuel spray does not interfere with the lifted intake valve 11. Further, the layout of the nozzle holes 18a,..., 18b,... Shown in the same figure (c) to (f) are the nozzle holes 18a,. The nozzles 18b for injecting fuel so as to be dispersed in the other directions are provided so as to be adapted to both uniform combustion and stratified combustion.

また、前記実施形態においては、吸気弁11周りの吸気流速分布を調整するための吸気流調整手段として、図3に示すように、吸気通路30の各気筒2毎2つの分岐通路30a,30bにそれぞれ配設した流動制御弁34(絞り弁),35(開閉弁)を用いており、その絞り弁34の弁体は、他方の分岐通路30bに近い略半分を切り欠いたものとしているが、これに限るものではない。   Further, in the above-described embodiment, as an intake flow adjusting means for adjusting the intake flow velocity distribution around the intake valve 11, as shown in FIG. 3, the two branch passages 30 a and 30 b are provided for each cylinder 2 of the intake passage 30. The flow control valves 34 (throttle valves) and 35 (open / close valves) disposed respectively are used, and the valve body of the throttle valve 34 is cut out from a substantially half near the other branch passage 30b. This is not a limitation.

すなわち、例えば図15に示すように、絞り弁34の弁体において他方の分岐通路30bに近い略半分のうちの上側のみを切り欠いてもよいし、反対に、図16のように下側のみを切り欠いてもよい。図15のように弁体の他方の分岐通路30bに近い上側略1/4を切り欠くと、この弁体を閉じたときに吸気流が吸気ポート9の上側に片寄るため、その吸気ポート9の延びる方向に向かう流れが比較的強くなり、気筒2内の流動においてスワール成分がさらに強化される。   That is, as shown in FIG. 15, for example, only the upper half of the valve body of the throttle valve 34 that is close to the other branch passage 30b may be cut out, or conversely, only the lower side as shown in FIG. May be cut off. As shown in FIG. 15, if the upper quarter of the valve body close to the other branch passage 30b is cut away, the intake flow is shifted to the upper side of the intake port 9 when the valve body is closed. The flow in the extending direction becomes relatively strong, and the swirl component is further strengthened in the flow in the cylinder 2.

一方、図16のように弁体の他方の分岐通路30bに近い下側略1/4を切り欠くと、この弁体を閉じたときに吸気流が吸気ポート9の下側に片寄り、その燃焼室6への開口部と吸気弁11の傘部との間を放射状に拡がる流れが強化されるので、点火プラグ16近傍に向けた燃料噴霧S1,…に直接、吹き当たる吸気流速がさらに高くなる。   On the other hand, as shown in FIG. 16, when the lower side of the valve body, which is close to the other branch passage 30b, is cut out by about 1/4, the intake flow is shifted to the lower side of the intake port 9 when the valve body is closed. Since the flow that radially expands between the opening to the combustion chamber 6 and the umbrella portion of the intake valve 11 is strengthened, the intake flow velocity directly hitting the fuel sprays S1,. Become.

さらに、吸気流変更手段は、例えば図17に模式的に示すように、一方の吸気ポート9(同図の上側の吸気ポート)を所謂ヘリカルポートとして、その開口部付近に、下流側ほど気筒中心側に向くように湾曲する通路湾曲部を形成するとともに、前記実施形態と同様に他方の分岐通路30bには開閉弁である流動制御弁35を配設することによって、構成することもできる。   Further, for example, as schematically shown in FIG. 17, the intake flow changing means uses one intake port 9 (upper intake port in the same figure) as a so-called helical port, near the opening thereof, toward the center of the cylinder toward the downstream side. It is also possible to form a passage bending portion that curves toward the side and to arrange a flow control valve 35 that is an on-off valve in the other branch passage 30b as in the above embodiment.

こうすれば、エンジン1が特定運転状態にあるときに、ECU40の吸気流動制御部40dによって前記流動制御弁35を閉じることで、一方の分岐通路30aから前記一方の吸気ポート9に向かう吸気の流通量を増大させて、その一方の吸気ポート開口部と吸気弁11の間のカーテンエリアから流出する吸気の流速を全体として高めることができる。   In this way, when the engine 1 is in a specific operation state, the flow of intake air from one branch passage 30a to the one intake port 9 is closed by closing the flow control valve 35 by the intake flow control unit 40d of the ECU 40. By increasing the amount, the flow velocity of the intake air flowing out from the curtain area between the one intake port opening and the intake valve 11 can be increased as a whole.

さらにまた、前記実施形態においては、エンジン1の冷機時と暖機後とで燃圧の制御特性と切替えて、冷機時の燃圧が暖機後の同一運転状態のときよりも低くなるようにしているが、これに限らず、例えば図18に一例を示すように、エンジン水温に応じて燃圧を連続的に変化させるようにしてもよい。また、エンジン1の温度状態をエンジン水温によらず、例えばエンジンオイルの温度などに基づいて検出することもできる。図において破線で示すのは、前記実施形態のように冷機時と暖機後とで燃圧を切り替えるようにした場合の制御特性である。   Furthermore, in the above embodiment, the fuel pressure control characteristics are switched between when the engine 1 is cold and after it is warmed up so that the fuel pressure when it is cold is lower than that in the same operating state after warming up. However, the present invention is not limited to this, and the fuel pressure may be continuously changed according to the engine water temperature, for example, as shown in FIG. Further, the temperature state of the engine 1 can be detected based on the temperature of the engine oil, for example, regardless of the engine water temperature. In the figure, the broken line indicates the control characteristics when the fuel pressure is switched between when cold and after warming up as in the above embodiment.

また、前記実施形態においては、エンジン1の特定運転領域を例えば図11に示すように低回転中高負荷域としているが、これに限らず、特定運転領域は低回転域の中負荷乃至高負荷域に適宜、設定すればよいし、或いは、負荷状態のみによって規定することもできる。   Moreover, in the said embodiment, although the specific operation area | region of the engine 1 is made into the low rotation middle high load area | region as shown, for example in FIG. 11, it is not restricted to this, The specific operation area | region is a medium load thru | or high load area | region of a low rotation area. May be set as appropriate, or may be defined only by the load state.

また、前記実施形態において、エンジン1が特定の運転状態にあるときには、ECU40の燃料噴射制御部40aによって、図9(c)に示すようにインジェクタ18により燃料を複数回(図の例では2回)に分割して噴射させるとともに、その複数回の燃料噴射がいずれも気筒2の吸気行程前半で始まるように、当該インジェクタ18を制御するようにしてもよい。こうすれば、分割噴射によって全体として燃料噴霧の貫徹力を弱めることができ、このことによって気筒壁面への燃料の付着を一層、軽減することができる。   Further, in the above embodiment, when the engine 1 is in a specific operating state, the fuel injection control unit 40a of the ECU 40 causes the injector 18 to supply the fuel a plurality of times (in the example shown in FIG. 9 twice). ), And the injector 18 may be controlled so that the plurality of fuel injections all start in the first half of the intake stroke of the cylinder 2. In this way, the penetration force of the fuel spray as a whole can be weakened by the divided injection, and this can further reduce the adhesion of fuel to the cylinder wall surface.

以上、説明したように、本発明に係る火花点火式直噴エンジンは、多噴口型インジェクタを燃焼室周縁部に配置した場合に、冷間や低回転中高負荷などの特定の運転状態においても燃料噴霧の気化を十分に促進し、気筒壁面への燃料の付着を軽減して、排気中のHC、スモークの増大やオイル希釈の問題を抑制することができ、燃費低減などの効果も得られるものなので、例えば自動車用エンジンなどに好適なものである。   As described above, the spark-ignition direct injection engine according to the present invention has a fuel injection even in a specific operation state such as cold, low rotation, medium / high load, etc., when a multi-injector type injector is arranged at the periphery of the combustion chamber. Vaporization of spray is sufficiently promoted, fuel adhesion to the cylinder wall surface is reduced, and problems such as increase in HC and smoke in exhaust and oil dilution can be suppressed, and effects such as fuel efficiency reduction can also be obtained. Therefore, it is suitable for an automobile engine, for example.

本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンの全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of a spark ignition direct injection engine according to an embodiment of the present invention. 気筒の構造を拡大して示す正面図である。It is a front view which expands and shows the structure of a cylinder. 同斜視図である。It is the same perspective view. インジェクタの各噴口のレイアウトを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the layout of each nozzle hole of an injector. 気筒中心線に沿って見て、上側の燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアの位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position of the geometric spray area of an upper fuel spray seeing along a cylinder centerline. 燃料供給系の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a fuel supply system. 流動制御弁を閉じたときの吸気弁周りの流速分布をCFDにより求めた図である。It is the figure which calculated | required the flow velocity distribution around the intake valve when a flow control valve was closed by CFD. 上側の燃料噴霧を含む範囲の吸気の流速分布をCFDにより求めた図であり、(a)は気筒の中心付近の縦断面を、また、(b)は天井部付近の横断面を示す。It is the figure which calculated | required the flow velocity distribution of the intake air of the range containing an upper fuel spray by CFD, (a) shows the longitudinal cross section near the center of a cylinder, (b) shows the cross section near a ceiling part. インジェクタによる燃料の噴射時期を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the injection timing of the fuel by an injector. エンジン回転速度に基づく燃圧制御の特性を示す説明図であり、(a)は暖機後を、また、(b)は冷機時を示す。It is explanatory drawing which shows the characteristic of the fuel pressure control based on an engine speed, (a) is after warm-up, (b) shows the time of cold. エンジンの特定運転領域の一例を示すマップ図である。It is a map figure which shows an example of the specific driving | operation area | region of an engine. 燃料噴射時期の変更によるスモーク濃度の変化を、従来例と対比して示すグラフ図である。It is a graph which shows the change of the smoke density | concentration by the change of a fuel-injection timing compared with a prior art example. 燃圧の変化によるHC、スモーク濃度の変化を示すグラフ図である。It is a graph which shows the change of HC and a smoke density | concentration by the change of a fuel pressure. 噴口のレイアウトの他の実施形態を示す図4相当図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4 showing another embodiment of the layout of the nozzle hole. 流動制御弁の他の実施形態を示す図3相当図である。FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 3 showing another embodiment of the flow control valve. 流動制御弁の他の実施形態を示す図3相当図である。FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 3 showing another embodiment of the flow control valve. 一方の吸気ポートをヘリカルポートとした他の実施形態を示す図5相当図である。FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5 showing another embodiment in which one intake port is a helical port. エンジン水温に基づく他の燃圧制御の特性図である。It is a characteristic view of other fuel pressure control based on engine water temperature.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
2 気筒
6 燃焼室
9 吸気ポート(吸気通路)
11 吸気弁
16 点火プラグ
18 インジェクタ
18a 少なくとも1つの噴口
18b 別の少なくとも1つの噴口
27 高圧レギュレータ(燃圧変更手段)
30 吸気通路
30a,30b 分岐通路(吸気通路)
34 流動制御弁(絞り弁)
35 流動制御弁(開閉弁)
40 ECU
40a 燃料噴射制御部(燃料噴射制御手段)
40b 燃圧制御部(燃圧変更手段)
40d 吸気流動制御部(吸気流制御手段)
Z 気筒中心線
1 Engine 2 Cylinder 6 Combustion chamber 9 Intake port (intake passage)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Intake valve 16 Spark plug 18 Injector 18a At least 1 nozzle 18b Another at least 1 nozzle 27 High pressure regulator (fuel pressure change means)
30 Intake passage 30a, 30b Branch passage (intake passage)
34 Flow control valve (throttle valve)
35 Flow control valve (open / close valve)
40 ECU
40a Fuel injection control unit (fuel injection control means)
40b Fuel pressure control unit (fuel pressure changing means)
40d Intake flow control unit (intake flow control means)
Z cylinder center line

Claims (9)

複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されていて、少なくとも1つの噴口からの燃料噴霧が燃焼室中央寄りの点火プラグ近傍に向けられ、また、別の少なくとも1つの噴口からの燃料噴霧がピストンの側に向けられている火花点火式直噴エンジンにおいて、
前記気筒の中心線に沿って見て、前記複数の噴口が設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う2つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、前記点火プラグ近傍に向けられた燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記2つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定され、
特定の運転状態において、前記2つの吸気弁のうち、一方の吸気弁と吸気通路開口部との間の環状隙間部から燃焼室に流入する吸気の流量が他方よりも多くなり、且つその一方の吸気弁周りで少なくとも気筒中心に向かう吸気の流速が高くなるように、吸気の流れを変更する吸気流変更手段と、
前記特定運転状態で前記インジェクタによる燃料の噴射が気筒の吸気行程前半で始まるように、該インジェクタを制御する燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
A multi-hole type injector having a plurality of nozzle holes is disposed so as to inject fuel from a peripheral portion thereof into a combustion chamber in a cylinder, and the fuel spray from at least one nozzle hole is an ignition plug closer to the center of the combustion chamber In a spark ignition direct injection engine directed to the vicinity and fuel spray from another at least one nozzle to the piston side,
When viewed along the center line of the cylinder, the tip of the injector provided with the plurality of nozzle holes is located at the peripheral edge of the combustion chamber between two adjacent intake valves and directed toward the vicinity of the spark plug. The direction of the nozzle hole from which the fuel spray is ejected is set so that the geometric spray area of the fuel spray is located between the valve shafts of the two intake valves.
In a specific operation state, of the two intake valves, the flow rate of the intake air flowing into the combustion chamber from the annular clearance between one intake valve and the intake passage opening is larger than the other, and An intake flow changing means for changing the flow of the intake air so that the flow velocity of the intake air at least toward the cylinder center around the intake valve is increased;
And a fuel injection control means for controlling the injector so that fuel injection by the injector starts in the first half of the intake stroke of the cylinder in the specific operation state.
請求項1の火花点火式直噴エンジンにおいて、
点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧は、少なくとも2つの燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが点火プラグの電極を側方から挟むように形成されることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
The spark ignition direct injection engine of claim 1,
A spark ignition direct injection engine characterized in that the fuel spray toward the vicinity of the spark plug is formed so that at least two geometric spray areas of the fuel spray sandwich the electrode of the spark plug from the side.
請求項1又は2のいずれかの火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気流変更手段は、
一方の吸気弁周りの流速分布が少なくとも周方向に変化するように吸気の流れを調整する吸気流調整手段と、
特定運転状態において、前記一方の吸気弁周りで相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動するように、前記吸気流調整手段を制御する吸気流制御手段と、を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
In the spark ignition direct injection engine according to claim 1 or 2,
The intake flow changing means is
Intake air flow adjusting means for adjusting the flow of intake air so that the flow velocity distribution around one intake valve changes at least in the circumferential direction;
An intake air flow control means for controlling the intake air flow adjusting means so that a relatively high flow velocity range around the one intake valve moves toward the other intake valve in the specific operation state. This is a spark ignition direct injection engine.
請求項3の火花点火式直噴エンジンにおいて、
気筒内の燃焼室にそれぞれ連通する2つの吸気通路が互いに並んで延びるように設けられ、
吸気流調整手段は、前記2つの吸気通路のうちの一方に配設され、吸気の流れを絞って前記他方の吸気通路寄りに片寄らせる絞り弁と、他方の吸気通路を開閉する開閉弁とを備えて、前記絞り弁により一方の吸気通路の吸気の流れを絞るときに、前記開閉弁により他方の吸気通路を閉じるように構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
The spark ignition direct injection engine according to claim 3,
Two intake passages communicating with the combustion chambers in the cylinders are provided to extend side by side,
The intake air flow adjusting means is disposed in one of the two intake air passages, and includes a throttle valve that restricts the flow of intake air so as to be biased toward the other air intake passage, and an open / close valve that opens and closes the other air intake passage. The spark ignition type direct injection engine is configured to close the other intake passage by the opening / closing valve when the throttle valve restricts the flow of intake air in the one intake passage.
請求項1又は2のいずれかの火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気流変更手段は、
一方の吸気通路の開口部付近を下流側ほど気筒中心側に向くように湾曲させてなる通路湾曲部と、他方の吸気通路に配設された開閉弁と、を有する吸気流調整手段と、
特定運転状態において、前記開閉弁によって他方の吸気通路の少なくとも一部を閉じる吸気流制御手段と、を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
In the spark ignition direct injection engine according to claim 1 or 2,
The intake flow changing means is
An intake flow adjusting means having a passage bending portion formed by bending the vicinity of the opening portion of one intake passage toward the cylinder center toward the downstream side, and an on-off valve disposed in the other intake passage;
A spark ignition direct injection engine comprising: an intake flow control means for closing at least a part of the other intake passage by the on-off valve in a specific operation state.
請求項4又は5のいずれかの火花点火式直噴エンジンにおいて、
特定運転状態は、少なくとも負荷によって規定された特定の運転領域であり、
吸気流制御手段は、前記特定運転領域では他方の吸気通路を開閉弁によって閉じる一方、それよりも高負荷側の運転領域では開放するものであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
In the spark ignition direct injection engine according to claim 4 or 5,
The specific operation state is a specific operation region defined by at least the load,
The spark-ignition direct-injection engine is characterized in that the intake air flow control means closes the other intake passage by an on-off valve in the specific operation region, and opens it in an operation region on the higher load side.
請求項1〜6のいずれか1つの火花点火式直噴エンジンにおいて、
特定運転状態は、低回転域の中負荷乃至高負荷域に設定した運転領域であることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
In the spark ignition direct injection engine according to any one of claims 1 to 6,
The spark-ignited direct injection engine characterized in that the specific operation state is an operation region set to a medium load to a high load region in a low rotation region.
請求項1〜6のいずれか1つの火花点火式直噴エンジンにおいて、
特定運転状態が冷機時であり、このときのインジェクタによる燃料噴射圧を、暖機後の同一運転状態と比較して低くなるように変更する燃圧変更手段を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
In the spark ignition direct injection engine according to any one of claims 1 to 6,
A spark ignition type direct current characterized by comprising a fuel pressure changing means for changing the fuel injection pressure by the injector at this time to be lower than that in the same operation state after warm-up when the specific operation state is cold. Jet engine.
請求項1〜8のいずれか1つの火花点火式直噴エンジンにおいて、
燃料噴射制御手段は、インジェクタにより燃料を複数回に分割して噴射させるとともに、その複数回の燃料噴射がいずれも気筒の吸気行程前半で始まるように、該インジェクタを制御するものであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
The spark ignition direct injection engine according to any one of claims 1 to 8,
The fuel injection control means divides and injects the fuel into a plurality of times by the injector, and controls the injector so that each of the plurality of fuel injections starts in the first half of the intake stroke of the cylinder. A spark ignition direct injection engine.
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