JP2007002795A - Controller for direct injection spark controller for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine - Google Patents
Controller for direct injection spark controller for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007002795A JP2007002795A JP2005185910A JP2005185910A JP2007002795A JP 2007002795 A JP2007002795 A JP 2007002795A JP 2005185910 A JP2005185910 A JP 2005185910A JP 2005185910 A JP2005185910 A JP 2005185910A JP 2007002795 A JP2007002795 A JP 2007002795A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- internal combustion
- combustion engine
- compression ratio
- direct injection
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
Description
この発明は、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関し、特に、排気系の触媒コンバータの早期昇温(早期活性化)が要求される冷間始動時などにおける噴射時期および点火時期の制御に関する。 The present invention relates to an in-cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder, and in particular, at a cold start in which early temperature rise (early activation) of an exhaust system catalytic converter is required. It relates to control of injection timing and ignition timing.
特許文献1には、筒内直接噴射式火花点火内燃機関の触媒暖機方法として、排気浄化用の触媒コンバータが活性温度よりも低い未暖機状態のときに、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、部分的な空燃比の濃淡を有する混合気を燃焼室内に形成する後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室内に生成する早期噴射と、の少なくとも2回の分割噴射を行い、かつ点火時期をMBT点より所定量リタードさせるとともに、機関の無負荷領域では点火時期を圧縮上死点よりも前に設定し、無負荷領域を除く低速低負荷領域では点火時期を圧縮上死点以降までリタードさせる技術が記載されている。上記後期噴射は、圧縮行程の中期以降、例えば120°BTDC〜45°BTDCに行われる。 In Patent Document 1, as a catalyst warm-up method for a direct injection spark-ignition internal combustion engine, a period from the intake stroke to the ignition timing when the exhaust gas catalytic converter is in an unwarmed state lower than the activation temperature. In this case, it is possible to spread the fuel by the late injection in which the air-fuel mixture having a partial air-fuel ratio concentration is formed in the combustion chamber, the fuel is injected before this late injection, and the fuel of the late injection and the combustion of the late injection And at least two split injections of early injection for generating an air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber, and retarding the ignition timing by a predetermined amount from the MBT point, and no engine load A technique is described in which the ignition timing is set before the compression top dead center in the region, and the ignition timing is retarded until the compression top dead center in the low speed and low load region excluding the no-load region. The latter-stage injection is performed, for example, at 120 ° BTDC to 45 ° BTDC after the middle of the compression stroke.
また、内燃機関の低中負荷域での熱効率向上を図ると同時に高負荷域でのノッキングを回避するために、機関の機械的な圧縮比つまり公称圧縮比を変化させることができる可変圧縮比機構が種々提案されている。特許文献2は、本出願人が先に提案したものであって、複リンク式ピストン−クランク機構を用いてピストンの上死点位置を変化させるようにした可変圧縮比機構が開示されている。
内燃機関の冷機時における触媒の早期活性化および後燃えによるHC低減のためには、点火時期の遅角が有効であり、より大きな効果を得るためには、圧縮上死点以降の点火(ATDC点火)が望ましい。ATDC点火で安定した燃焼を行わせるためには、燃焼期間を短縮する必要があり、そのために、筒内の乱れを強化して、燃焼速度(火炎伝播速度)を上昇させることが必要である。 For early activation of the catalyst when the internal combustion engine is cold and HC reduction due to afterburning, retarding the ignition timing is effective. To obtain a greater effect, ignition after compression top dead center (ATDC) Ignition) is desirable. In order to perform stable combustion by ATDC ignition, it is necessary to shorten the combustion period. For this reason, it is necessary to increase the combustion speed (flame propagation speed) by strengthening the turbulence in the cylinder.
このような乱れの強化のために、筒内に高圧で噴射される燃料噴霧のエネルギにより筒内に乱れを生成することが考えられる。 In order to strengthen such disturbance, it is conceivable that the disturbance is generated in the cylinder by the energy of the fuel spray injected at a high pressure in the cylinder.
しかしながら、特許文献1では、主に、1回目の燃料噴射(早期噴射)を吸気行程中に行い、2回目の燃料噴射(後期噴射)を圧縮行程中の120°BTDC〜45°BTDCに行っている。このように最後の燃料噴射が圧縮上死点よりも前では、その噴霧により筒内に乱れを生成しても、圧縮上死点以降はその乱れが減衰してしまい、ATDC点火での火炎伝播速度上昇には寄与しない。 However, in Patent Document 1, the first fuel injection (early injection) is performed during the intake stroke, and the second fuel injection (late injection) is performed from 120 ° BTDC to 45 ° BTDC during the compression stroke. Yes. As described above, before the last fuel injection is before the compression top dead center, even if the spray generates turbulence in the cylinder, the turbulence is attenuated after the compression top dead center, and the flame propagation in ATDC ignition Does not contribute to speed increase.
例えば、図9は、吸気ポート内に設けたガス流動制御弁(例えばタンブル制御弁)を作動させた場合とこのようなガス流動制御弁を具備しない場合とについて、筒内の乱れの大きさを示したものであるが、ガス流動制御弁を作動させることで吸気行程中に生成した乱れ(符号Aの部分)は、圧縮行程の進行とともに減衰し、圧縮行程後期のタンブル流の崩壊に伴い一時的に乱れが大きくなる(符号Bの部分)ものの、圧縮上死点以降は符号Cで示すように急速に減衰してしまい、その乱れを用いた燃焼改善(火炎伝播向上)はあまり期待できない。燃料噴霧による乱れについても同様であり、圧縮上死点より前の燃料噴射により乱れが生成されたとしても、圧縮上死点以降の点火燃焼には寄与しない。 For example, FIG. 9 shows the magnitude of turbulence in the cylinder when a gas flow control valve (for example, a tumble control valve) provided in the intake port is operated and when such a gas flow control valve is not provided. As shown, the turbulence (part A) generated during the intake stroke by operating the gas flow control valve is attenuated as the compression stroke progresses, and is temporarily accompanied by the collapse of the tumble flow in the latter half of the compression stroke. Although the turbulence increases (the portion indicated by reference symbol B), after the compression top dead center, as shown by the reference symbol C, it rapidly attenuates, and combustion improvement (improving flame propagation) using the turbulence cannot be expected so much. The same applies to turbulence caused by fuel spray, and even if turbulence is generated by fuel injection before compression top dead center, it does not contribute to ignition combustion after compression top dead center.
このため、ATDC点火の方が排温上昇やHC低減に有利であるが、燃焼安定性が成立しないため、特許文献1では、無負荷領域では点火時期を圧縮上死点前(BTDC点火)としている。 For this reason, ATDC ignition is more advantageous for increasing exhaust temperature and reducing HC, but combustion stability is not established. Therefore, in Patent Document 1, the ignition timing is set to before compression top dead center (BTDC ignition) in the no-load region. Yes.
本発明は、このような実状を踏まえて、触媒の早期活性化およびHC低減などのためのATDC点火での燃焼安定性を改善することを目的としている。 The present invention aims to improve the combustion stability in ATDC ignition for early activation of the catalyst, reduction of HC, and the like based on such a situation.
本発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、かつ点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のとき、例えば触媒コンバータの冷機時のような排気ガス温度の昇温が必要な場合などに、点火時期を圧縮上死点後に設定するとともに、この点火時期前でかつ圧縮上死点後に燃料を噴射する超リタード燃焼を行う。なお、NOxを吸着するNOxトラップ触媒においては、硫黄成分(SOx)が触媒に付着することによりNOx吸着性能が低下するので、触媒を強制的に高温化してSOxを放出するSOx放出処理(硫黄被毒解除)を行う必要があるが、このSOx放出処理の際の排気ガス温度の昇温を、上記の超リタード燃焼を利用して行うことも可能である。そして、特に、本発明では、内燃機関の機械的圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えており、上記の超リタード燃焼での運転の際に、この可変圧縮比機構により高圧縮比状態とする。 The present invention provides a control device for a direct injection type spark ignition internal combustion engine that includes a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder and that includes an ignition plug. When the exhaust gas temperature needs to be raised, such as when the engine is cold, the ignition timing is set after the compression top dead center, and super retard combustion is performed to inject fuel before the ignition timing and after the compression top dead center. . In the NOx trap catalyst that adsorbs NOx, the sulfur component (SOx) adheres to the catalyst, so that the NOx adsorption performance deteriorates. However, it is also possible to raise the temperature of the exhaust gas during the SOx release process using the above-mentioned super retard combustion. In particular, the present invention includes a variable compression ratio mechanism that changes the mechanical compression ratio of the internal combustion engine. During operation in the above-described super retard combustion, the variable compression ratio mechanism allows a high compression ratio state to be obtained. To do.
すなわち、圧縮上死点以降では、吸気行程や圧縮行程で生成された乱れは減衰してしまうが、圧縮上死点以降の膨張行程中になされる燃料噴射によって、筒内の乱れを生成・強化することができ、ATDC点火での火炎伝播が促進される。従って、点火時期を圧縮上死点後とした超リタード燃焼が安定的に成立する。 In other words, after the compression top dead center, the turbulence generated in the intake stroke and the compression stroke is attenuated, but the in-cylinder turbulence is generated and strengthened by the fuel injection performed during the expansion stroke after the compression top dead center. Flame propagation with ATDC ignition is facilitated. Therefore, super retard combustion with the ignition timing after the compression top dead center is established stably.
また、超リタード燃焼の際に圧縮比を高くすることで、噴霧のペネトレーションつまり噴霧到達距離が短くなり、噴霧がコンパクトになるため、噴霧の拡散が抑制され、燃焼安定性が向上する。しかも、圧縮比に伴って筒内温度が上昇するため、燃料の気化が促進され、この点からも燃焼安定性が向上する。従って、低圧縮比時に比べて点火時期をより大きく遅角させた超リタード燃焼が可能となる。 Further, by increasing the compression ratio during super retard combustion, the penetration of the spray, that is, the spray reach distance is shortened and the spray becomes compact, so that the diffusion of the spray is suppressed and the combustion stability is improved. Moreover, since the in-cylinder temperature rises with the compression ratio, fuel vaporization is promoted, and the combustion stability is also improved from this point. Therefore, it is possible to perform super retard combustion in which the ignition timing is more retarded than when the compression ratio is low.
さらに、圧縮比を高くすることで熱効率が向上し、等トルクに対する必要な空気量および燃料量が相対的に減少するので、HCの発生量そのものがより少なくなる。 Furthermore, by increasing the compression ratio, the thermal efficiency is improved, and the amount of air and fuel required for equal torque are relatively reduced, so that the amount of HC generated itself is reduced.
なお、圧縮比を高くすることで排気温度は相対的に低下するが、上述の燃焼安定性の向上により点火時期をさらに遅角させることで、この高圧縮比化に伴う排気温度の低下を相殺することが可能である。 The exhaust temperature is relatively lowered by increasing the compression ratio, but the ignition timing is further retarded by improving the combustion stability as described above, thereby offsetting the decrease in the exhaust temperature accompanying the increase in the compression ratio. Is possible.
上記可変圧縮比機構としては、クランク角が所定の圧縮上死点位置にあるときのピストン位置を上下に変化させることにより機械的圧縮比を変更するような形式のものを用いることができる。 As the variable compression ratio mechanism, a mechanism that changes the mechanical compression ratio by changing the piston position up and down when the crank angle is at a predetermined compression top dead center position can be used.
例えば、上記可変圧縮比機構は、一端がピストンにピストンピンを介して連結されるアッパリンクと、このアッパリンクの他端が第1連結ピンを介して連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、このロアリンクに第2連結ピンを介して一端が連結されるとともに、他端が内燃機関本体に対して揺動可能に支持されるコントロールリンクと、を備えた複リンク式ピストン−クランク機構からなり、上記コントロールリンクの内燃機関本体に対する揺動支持位置を変位させることにより機関圧縮比を可変制御することができる。 For example, the variable compression ratio mechanism has an upper link whose one end is connected to a piston via a piston pin, and the other end of the upper link is connected via a first connection pin, and is connected to the crank pin of the crankshaft. A lower link that is rotatably mounted, and a control link that is connected to the lower link via a second connecting pin and that has the other end swingably supported with respect to the internal combustion engine body. The engine compression ratio can be variably controlled by displacing the swing support position of the control link with respect to the internal combustion engine body.
この発明によれば、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼の燃焼安定性を十分に確保することができ、例えば冷間始動の際に、触媒の早期活性化および後燃えによるHC低減を達成することができる。特に、同時に、機械的圧縮比を高く制御することで、燃焼安定性がより高く得られ、点火時期の大幅なリタードが可能になる。 According to the present invention, it is possible to sufficiently ensure the combustion stability of the super retard combustion in which the ignition timing is set after the compression top dead center. For example, at the time of cold start, the catalyst is activated early and the HC due to the afterburning. Reduction can be achieved. In particular, at the same time, by controlling the mechanical compression ratio to be high, combustion stability can be improved and ignition timing can be significantly retarded.
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明が適用される筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシステム構成を示す構成説明図である。 FIG. 1 is a configuration explanatory view showing a system configuration of a direct injection type spark ignition internal combustion engine to which the present invention is applied.
この内燃機関1のピストン2により形成される燃焼室3には、吸気弁(図示せず)を介して吸気通路4が接続され、かつ排気弁(図示せず)を介して排気通路5が接続されている。上記吸気通路4には、吸入空気量を検出するエアフロメータ6が配設されているとともに、制御信号によりアクチュエータ8を介して開度制御される電子制御スロットル弁7が配設されている。排気通路5には、排気浄化用の触媒コンバータ10が配設されているとともに、その上流側および下流側にそれぞれ空燃比センサ11,12が設けられており、さらに、上流側の空燃比センサ11と並んで、触媒コンバータ10入口側での排気温度を検出する排気温度センサ13が設けられている。なお、上記ピストン2は後述する可変圧縮比機構100となる複リンク式ピストン−クランク機構を介してクランクシャフト26に連係している。
An intake passage 4 is connected to the
燃焼室3の中央頂上部には、点火プラグ14が配置されている。また、燃焼室3の吸気通路4側の側部に、該燃焼室3内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁15が配置されている。この燃料噴射弁15には、高圧燃料ポンプ16およびプレッシャレギュレータ17によって所定圧力に調圧された燃料が、高圧燃料通路18を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁15が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。なお、19は、燃圧を検出する燃圧センサ、20は、上記高圧燃料ポンプ16へ燃料を送る低圧燃料ポンプである。
A
また内燃機関1には、機関冷却水温を検出する水温センサ21が設けられているとともに、クランク角を検出するクランク角センサ22が設けられている。さらに、運転者によるアクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ23が設けられている。
In addition, the internal combustion engine 1 is provided with a
上記内燃機関1の燃料噴射量や噴射時期、点火時期、等は、後述する圧縮比とともに、コントロールユニット25によって制御される。このコントロールユニット25には、上述した各種のセンサ類の検出信号が入力されている。コントロールユニット25は、これらの入力信号により検出される機関運転条件に応じて、燃焼方式つまり均質燃焼とするか成層燃焼とするかを決定するとともに、これに合わせて、電子制御スロットル弁7の開度、燃料噴射弁15の燃料噴射時期および燃料噴射量、点火プラグ14の点火時期、等を制御する。
The fuel injection amount, injection timing, ignition timing, and the like of the internal combustion engine 1 are controlled by the
図2は、上記内燃機関の機械的圧縮比(公称圧縮比)を可変制御する可変圧縮比機構100の構成を示している。なお、この可変圧縮比機構自体は、前述した特許文献2等によって公知となっているものである。
FIG. 2 shows a configuration of a variable
この可変圧縮比機構100は、複リンク式ピストン−クランク機構を利用したもので、ピストン2にピストンピン104を介して一端が連結されたアッパリンク105と、このアッパリンク105の他端に連結ピン106を介して連結されるとともに、クランクシャフト26のクランクピン108に回転可能に連結されたロアリンク109と、このロアリンク109の自由度を制限するために該ロアリンク109にさらに連結ピン110を介して一端が連結され、かつ他端が内燃機関本体に揺動可能に支持されたコントロールリンク111と、を備えており、上記コントロールリンク111の揺動支持位置が制御軸112の偏心カム部113によって可変制御される構成となっている。
The variable
上記制御軸112はクランクシャフト26と平行に配置され、かつシリンダブロック107に回転自在に支持されている。そして、この制御軸112は、歯車機構114を介して、電動モータからなるアクチュエータ115によって回転方向に駆動され、その回転位置が制御されるようになっている。
The
上記構成の可変圧縮比機構100では、上記制御軸112の回転位置つまり偏心カム部113の位置によってコントロールリンク111下端の揺動支持位置が変化し、ロアリンク109の初期の姿勢が変わるため、これに伴ってピストン2の上死点位置、ひいては圧縮比が変化する。図2に示したように、上記アクチュエータ115の回転位置は、機関運転条件に基づき、コントロールユニット25によって制御される。
In the variable
上記の構成において、暖機完了後においては、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転として、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前の時期に点火が行われる。燃料噴霧は点火プラグ14近傍に層状に集められ、これにより、空燃比を30〜40程度とした極リーンの成層燃焼が実現される。また、高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転として、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のMBT点近傍において点火が行われる。この場合は、燃料は筒内で均質な混合気となる。この均質燃焼運転としては、運転条件に応じて、空燃比を理論空燃比とした均質ストイキ燃焼と、空燃比を20〜30程度のリーンとした均質リーン燃焼と、がある。
In the above configuration, after the warm-up is completed, in a predetermined region on the low speed and low load side, fuel injection is performed at an appropriate time in the compression stroke as a normal stratified combustion operation, and the time before the compression top dead center Is ignited. The fuel spray is collected in the vicinity of the
なお、これらの通常の成層燃焼運転モードおよび均質燃焼運転モードの際の圧縮比制御は、図3に概略を示すように、基本的に負荷に応じたものとなり、部分負荷時には熱効率向上のために高圧縮比に制御され、高負荷時には、ノッキング回避のために低圧縮比に制御される。 Note that the compression ratio control in these normal stratified combustion operation mode and homogeneous combustion operation mode basically corresponds to the load as shown in FIG. 3 in order to improve the thermal efficiency at the partial load. It is controlled to a high compression ratio, and at a high load, it is controlled to a low compression ratio to avoid knocking.
本発明は、触媒コンバータ10の早期昇温が要求される内燃機関1の冷間始動時において、排気温度を高温とするように、超リタード燃焼を行うものであり、以下、この超リタード燃焼の燃料噴射時期および点火時期を図4に基づいて説明する。
The present invention performs super retard combustion so that the exhaust gas temperature becomes high at the time of cold start of the internal combustion engine 1 where early temperature rise of the
図4は、超リタード燃焼の3つの実施例を示しており、実施例1では、点火時期を15°〜30°ATDC(例えば20°ATDC)とし、燃料噴射時期(詳しくは燃料噴射開始時期)を、圧縮上死点以降でかつ点火時期前に設定する。なお、このとき、空燃比は、理論空燃比ないしはこれよりも若干リーン(16〜17程度)に設定される。 FIG. 4 shows three examples of super retard combustion. In Example 1, the ignition timing is set to 15 ° to 30 ° ATDC (for example, 20 ° ATDC), and the fuel injection timing (specifically, the fuel injection start timing) is shown. Is set after the compression top dead center and before the ignition timing. At this time, the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio or slightly lean (about 16 to 17).
すなわち、触媒暖機促進ならびにHC低減のためには、点火時期遅角が有効であり、上死点以降の点火(ATDC点火)が望ましいが、ATDC点火で安定した燃焼を行わせるためには、燃焼期間を短縮する必要があり、そのためには、乱れによる火炎伝播を促進しなければならない。前述したように、圧縮上死点以降では、吸気行程や圧縮行程で生成された乱れは減衰してしまうが、本発明では、圧縮上死点以降の膨張行程中になされる高圧の燃料噴射によって、ガス流動が生じ、これにより筒内の乱れを生成・強化することができる。従って、ATDC点火での火炎伝播が促進され、安定した燃焼が可能となる。 That is, in order to promote catalyst warm-up and reduce HC, ignition timing retardation is effective, and ignition after top dead center (ATDC ignition) is desirable, but in order to perform stable combustion with ATDC ignition, It is necessary to shorten the combustion period, and for this purpose, flame propagation due to turbulence must be promoted. As described above, after the compression top dead center, the turbulence generated in the intake stroke and the compression stroke is attenuated, but in the present invention, by the high pressure fuel injection performed during the expansion stroke after the compression top dead center. The gas flow is generated, and thereby the turbulence in the cylinder can be generated and strengthened. Therefore, flame propagation by ATDC ignition is promoted and stable combustion is possible.
図4の実施例2は、燃料噴射を2回に分割した例であり、1回目の燃料噴射を吸気行程中に行い、2回目の燃料噴射を圧縮上死点以降に行う。なお、点火時期および空燃比(2回の噴射を合わせた空燃比)は実施例1と同様である。 Example 2 of FIG. 4 is an example in which fuel injection is divided into two times, and the first fuel injection is performed during the intake stroke, and the second fuel injection is performed after the compression top dead center. The ignition timing and the air-fuel ratio (the air-fuel ratio obtained by combining the two injections) are the same as those in the first embodiment.
このように、圧縮上死点後の燃料噴射(膨張行程噴射)に先立ち、吸気行程中に燃料噴射(吸気行程噴射)を行うと、吸気行程噴射の燃料噴霧による乱れは圧縮行程後半で減衰してしまい、圧縮上死点後におけるガス流動強化には殆ど影響を与えないが、噴射燃料が燃焼室全体に拡散していて、ATDC点火によるHCの後燃えの促進に寄与するので、HC低減および排温上昇には有効である。 As described above, when fuel injection (intake stroke injection) is performed during the intake stroke prior to fuel injection after the compression top dead center (expansion stroke injection), disturbance due to fuel spray in the intake stroke injection is attenuated in the latter half of the compression stroke. However, since the injected fuel is diffused throughout the combustion chamber and contributes to the promotion of HC afterburning by ATDC ignition, the HC reduction and It is effective for raising the exhaust temperature.
また、図4の実施例3は、燃料噴射を2回に分割し、1回目の燃料噴射を圧縮行程にて行い、2回目の燃料噴射を圧縮上死点以降に行う。このように、圧縮上死点後の燃料噴射(膨張行程噴射)に先立ち、圧縮行程中に燃料噴射(圧縮行程噴射)を行うと、実施例2の吸気行程噴射に比べれば、圧縮行程噴射の方が、その燃料噴霧による乱れの減衰が遅くなるため、この1回目の燃料噴射による乱れが残り、圧縮上死点以降に2回目の燃料噴射を行うことで、1回目の燃料噴射で生成した乱れを助長するように乱れを強化でき、圧縮上死点付近における更なるガス流動強化が図れる。 In the third embodiment shown in FIG. 4, the fuel injection is divided into two, the first fuel injection is performed in the compression stroke, and the second fuel injection is performed after the compression top dead center. As described above, when the fuel injection (compression stroke injection) is performed during the compression stroke prior to the fuel injection after the compression top dead center (expansion stroke injection), the compression stroke injection is compared with the intake stroke injection of the second embodiment. However, since the disturbance of the turbulence due to the fuel spray is delayed, the turbulence due to the first fuel injection remains, and the second fuel injection is performed after the compression top dead center, which is generated by the first fuel injection. The turbulence can be strengthened to promote the turbulence, and the gas flow can be further strengthened near the compression top dead center.
この実施例3の場合に、1回目の圧縮行程噴射は、圧縮行程前半でもよいが、圧縮行程後半(90°BTDC以降)に設定すると、上死点付近での乱れをより高めることができる。特に、この1回目の圧縮行程噴射を、45°BTDC以降、より望ましくは20°BTDC以降とすると、圧縮上死点以降のガス流動をより強化することができる。 In the case of Example 3, the first compression stroke injection may be in the first half of the compression stroke, but if it is set in the second half of the compression stroke (after 90 ° BTDC), the disturbance near the top dead center can be further increased. In particular, if the first compression stroke injection is 45 ° BTDC or later, more desirably 20 ° BTDC or later, the gas flow after compression top dead center can be further enhanced.
このように、実施例1〜3の超リタード燃焼によれば、点火の直前に燃料噴霧により筒内の乱れを生成・強化することができ、火炎伝播を促進して、安定した燃焼を行わせることができる。特に、点火時期を15°〜30°ATDCまで遅角させることにより、触媒の早期活性化およびHC低減のための十分な後燃え効果を得ることができる。換言すれば、このように点火時期を大きく遅らせても、その直前まで燃料噴射を遅らせて、乱れの生成時期も遅らせることで、火炎伝播向上による燃焼改善を達成できるのである。そして、本発明では、このような超リタード燃焼の際に、図3に示すように、同時に圧縮比を高圧縮比とすることで、燃焼安定性がより一層向上する。 As described above, according to the super retarded combustion of the first to third embodiments, the turbulence in the cylinder can be generated and strengthened by the fuel spray immediately before the ignition, and the flame propagation is promoted to perform stable combustion. be able to. In particular, by retarding the ignition timing from 15 ° to 30 ° ATDC, a sufficient afterburning effect for early activation of the catalyst and reduction of HC can be obtained. In other words, even if the ignition timing is greatly delayed in this way, the fuel injection is delayed until just before that, and the generation time of the turbulence is also delayed, so that the combustion improvement by improving the flame propagation can be achieved. In the present invention, during such super retard combustion, the combustion stability is further improved by simultaneously setting the compression ratio to a high compression ratio as shown in FIG.
図5は、上述した実施例1の超リタード燃焼を例にして、圧縮行程から膨張行程の間における、筒内圧、ガス流動、乱れ強さ、筒内温度、燃料噴射期間IT、点火時期ADV、の各々を示している。また、筒内圧および筒内温度については、低圧縮比時の特性を実線で、高圧縮比時の特性を破線でもって、それぞれ示している。 FIG. 5 is an example of the super retarded combustion of the first embodiment described above, and the in-cylinder pressure, gas flow, turbulence strength, in-cylinder temperature, fuel injection period IT, ignition timing ADV, during the compression stroke to the expansion stroke, Each of which is shown. For the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature, the characteristics at the time of the low compression ratio are indicated by solid lines, and the characteristics at the time of the high compression ratio are indicated by broken lines.
さらに、図6は、圧縮比変化に対する、噴霧のペネトレーション(噴霧到達距離)、上死点でのピストン位置、燃焼室のS/V比、排気温度、熱効率、回転変動(燃焼安定度)、の特性をそれぞれ示している。なお、回転変動が小さいほど、燃焼安定性は高い。 Further, FIG. 6 shows spray penetration (spray reach distance), piston position at top dead center, S / V ratio of combustion chamber, exhaust temperature, thermal efficiency, rotational fluctuation (combustion stability) with respect to compression ratio change. Each characteristic is shown. Note that the smaller the rotational fluctuation, the higher the combustion stability.
これらの図から明らかなように、超リタード燃焼の際に圧縮比を高くすることで、噴霧到達距離(ペネトレーション)が短くなり、噴霧がコンパクトになるため、燃焼室内の乱れが比較的大きい上死点後の段階にあっても、噴霧の拡散が抑制され、燃焼安定性が向上する。しかも、圧縮比に伴って筒内温度が上昇するため、燃料の気化が促進され、この点からも燃焼安定性が向上する。従って、低圧縮比時に比べて点火時期をより大きく遅角させた超リタード燃焼が可能となる。 As is clear from these figures, by increasing the compression ratio during super retard combustion, the spray reach distance (penetration) is shortened and the spray becomes compact, so the turbulence in the combustion chamber is relatively large. Even in the later stage, diffusion of the spray is suppressed and combustion stability is improved. Moreover, since the in-cylinder temperature rises with the compression ratio, fuel vaporization is promoted, and the combustion stability is also improved from this point. Therefore, it is possible to perform super retard combustion in which the ignition timing is more retarded than when the compression ratio is low.
また、燃焼室内でのHCの発生量そのものは、燃料量および空気量の大小に相関するが、圧縮比を高くすることで熱効率が向上し、等トルクに対する必要な空気量および燃料量が相対的に減少するので、HCの発生量そのものがより少なくなる。 In addition, the amount of HC generated in the combustion chamber itself correlates with the amount of fuel and the amount of air, but increasing the compression ratio improves thermal efficiency, and the required amount of air and fuel relative to equal torque are relatively Therefore, the amount of HC generated itself becomes smaller.
一方、圧縮比を高くすることで排気温度は相対的に低下するが、図7に示すように、点火時期を遅角させるほど排気温度が高くなるので、上述の燃焼安定性の向上を利用して点火時期をさらに遅角させることで、高圧縮比化に伴う排気温度の低下(例えばΔT)を相殺することが可能である。 On the other hand, the exhaust temperature is relatively lowered by increasing the compression ratio. However, as shown in FIG. 7, the exhaust temperature increases as the ignition timing is retarded. By further retarding the ignition timing, it is possible to cancel the exhaust temperature decrease (for example, ΔT) accompanying the increase in the compression ratio.
また、図8は、前述した可変圧縮比機構100を構成する複リンク式ピストン−クランク機構のピストンストローク特性を、一般的な単リンク式ピストン−クランク機構(ピストンピンとクランクピンとを単一のリンク(コンロッド)で連結した機構)のピストンストローク特性(破線で示す)と対比して示したものであるが、この図に示すように、複リンク式ピストン−クランク機構では、各リンクの適切な設定により、上死点前後のピストン速度を小さくし、下死点前後のピストン速度を大きくすることが可能である。つまり、実線で示す特性のように、破線で示す単リンク式ピストン−クランク機構の特性に比べて、上死点前後のピストン速度をより小さくし、かつ下死点前後のピストン速度をより大きくすることができる。従って、上記の複リンク式ピストン−クランク機構と組み合わせた構成では、超リタード燃焼の際に燃料が噴射される圧縮上死点付近でのピストン2の動きがより一層緩慢なものとなり、より一層安定した場を得ることができため、噴霧の拡散が抑制され、燃焼安定性の上でより有利となる。
FIG. 8 shows the piston stroke characteristics of the multi-link piston-crank mechanism constituting the variable
なお、本発明の超リタード燃焼は、排気系の触媒コンバータ10としてNOxトラップ触媒を用いた場合の硫黄被毒解除のためにも利用することができる。NOxトラップ触媒は、流入する排気の排気空燃比がリーンであるときにNOxを吸着し、流入する排気の排気空燃比がリッチであると、吸着していたNOxを放出して触媒作用により浄化処理するものであるが、燃料中の硫黄成分(SOx)が触媒に結合するとNOx吸着性能が低下する。そのため、適当な時期に、触媒を強制的に高温化してSOxを放出除去する処理(いわゆる硫黄被毒解除)が必要である。本発明の超リタード燃焼は、非常に高い排気温度を得られるので、このNOxトラップ触媒の硫黄被毒解除処理に適したものとなる。
The super retarded combustion of the present invention can also be used for releasing sulfur poisoning when a NOx trap catalyst is used as the exhaust system
3…燃焼室
10…触媒コンバータ
14…点火プラグ
15…燃料噴射弁
25…コントロールユニット
100…可変圧縮比機構
DESCRIPTION OF
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005185910A JP2007002795A (en) | 2005-06-27 | 2005-06-27 | Controller for direct injection spark controller for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005185910A JP2007002795A (en) | 2005-06-27 | 2005-06-27 | Controller for direct injection spark controller for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007002795A true JP2007002795A (en) | 2007-01-11 |
Family
ID=37688635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005185910A Pending JP2007002795A (en) | 2005-06-27 | 2005-06-27 | Controller for direct injection spark controller for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007002795A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010209869A (en) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | Engine |
JP2014047631A (en) * | 2012-08-29 | 2014-03-17 | Mazda Motor Corp | Electric spark ignition direct-injection engine |
JP2014047630A (en) * | 2012-08-29 | 2014-03-17 | Mazda Motor Corp | Spark ignition type direct-injection engine |
WO2014122946A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-14 | 日産自動車株式会社 | Device and method for controlling internal combustion engine |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03164549A (en) * | 1989-11-22 | 1991-07-16 | Fuji Heavy Ind Ltd | Engine control device of two-cycle engine |
JP2001263099A (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-26 | Nissan Motor Co Ltd | Controller for internal combustion engine |
JP2001342859A (en) * | 2000-06-02 | 2001-12-14 | Nissan Motor Co Ltd | Internal combustion engine |
JP2003083124A (en) * | 2001-09-06 | 2003-03-19 | Mazda Motor Corp | Control device for spark ignition type direct injection engine |
JP2003232233A (en) * | 2001-12-06 | 2003-08-22 | Nissan Motor Co Ltd | Control device of internal combustion engine |
JP2004036461A (en) * | 2002-07-02 | 2004-02-05 | Toyota Motor Corp | Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine |
JP2004278415A (en) * | 2003-03-17 | 2004-10-07 | Toyota Motor Corp | Control at operation starting time of internal combustion engine capable of changing compression ratio |
-
2005
- 2005-06-27 JP JP2005185910A patent/JP2007002795A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03164549A (en) * | 1989-11-22 | 1991-07-16 | Fuji Heavy Ind Ltd | Engine control device of two-cycle engine |
JP2001263099A (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-26 | Nissan Motor Co Ltd | Controller for internal combustion engine |
JP2001342859A (en) * | 2000-06-02 | 2001-12-14 | Nissan Motor Co Ltd | Internal combustion engine |
JP2003083124A (en) * | 2001-09-06 | 2003-03-19 | Mazda Motor Corp | Control device for spark ignition type direct injection engine |
JP2003232233A (en) * | 2001-12-06 | 2003-08-22 | Nissan Motor Co Ltd | Control device of internal combustion engine |
JP2004036461A (en) * | 2002-07-02 | 2004-02-05 | Toyota Motor Corp | Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine |
JP2004278415A (en) * | 2003-03-17 | 2004-10-07 | Toyota Motor Corp | Control at operation starting time of internal combustion engine capable of changing compression ratio |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010209869A (en) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | Engine |
JP2014047631A (en) * | 2012-08-29 | 2014-03-17 | Mazda Motor Corp | Electric spark ignition direct-injection engine |
JP2014047630A (en) * | 2012-08-29 | 2014-03-17 | Mazda Motor Corp | Spark ignition type direct-injection engine |
WO2014122946A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-14 | 日産自動車株式会社 | Device and method for controlling internal combustion engine |
JP5999199B2 (en) * | 2013-02-06 | 2016-09-28 | 日産自動車株式会社 | Control device and control method for internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4483706B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
KR19980033086A (en) | Exhaust temperature increaser of cylinder type internal combustion engine | |
JP4400379B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4379286B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4643967B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4539439B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP2007002795A (en) | Controller for direct injection spark controller for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP4631725B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP2009243360A (en) | Engine combustion control device | |
JP4529832B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4525494B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP2006177179A (en) | Control device for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP2007303428A (en) | Control device for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP2007032376A (en) | Control device for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP4525479B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4333548B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4281663B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4389831B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4385916B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4581867B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4631724B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4609200B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4337724B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP2007032378A (en) | Control device for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP2008075533A (en) | Control device and control method for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080326 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100118 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100126 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100319 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100810 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101207 |