JP2007177740A - Spark-ignition direct-injection engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の噴口を有する燃料噴射弁を備えた火花点火式直噴エンジンに関するものである。 The present invention relates to a spark ignition direct injection engine having a fuel injection valve having a plurality of injection holes.
従来、特許文献1に開示されているように、点火プラグを備えるとともに、燃料を燃焼室内に直接供給する燃料噴射弁(インジェクタ)を備え、成層燃焼を行うことによって燃費改善を図るようにして火花点火式直噴エンジンが知られている。成層燃焼を行う場合、1つの気筒に2つの吸気弁を有する場合には、平面視において、2つの吸気弁間において燃焼室周縁部に燃料噴射弁を配設することも行われている。燃料噴射弁の噴口を直接電極に指向させた場合は、電極に燃料が液滴となって付着し易く、着火性が悪化するという問題がある。このため、特許文献1には、燃焼室周縁部に配設した燃料噴射弁を、例えば8つの噴口を有するマルチホール型として、そのうちの3つの噴口を、点火プラグの電極近傍の下方に指向された下側噴口(特定噴口)、電極近傍で左方に指向された左側噴口、電極近傍で右方に指向された右側噴口として、この3つの噴口からの燃料噴霧によって電極近傍に濃混合気層を形成する成層化を得るようにしたものが開示されている。
Conventionally, as disclosed in
また、特許文献1には、上記3つの噴口以外の5つの噴口を、均一燃焼のために、電極から離れた部分となるピストン頂面に指向させたものが開示されている。そして、特許文献1のものでは、燃料噴射弁の軸心にもっとも近い軸線(軸心)を有する噴口が、ピストン側が噴口のうち下側噴口の真下方向に位置される噴口となるように設定されたものが開示されている。
また、特許文献1には、さらに次のような技術内容も開示されている。すなわち、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域において、成層燃焼のために、圧縮行程途中で燃料噴射を行って電極周りにリッチな混合気を生成する一方、その他の運転領域では吸気行程中に燃料噴射を行って均一燃焼を行うことが開示されている。また、複数の噴口から噴射された燃料噴霧同士の相互干渉効果を利用して、点火プラグの電極周りに効果的にリッチとすることも提案されている。なお、特許文献2にも、特許文献1と同様なマルチホール型の燃料噴射弁を燃焼室周縁部に設けたものが開示されている。
さらに、特許文献3には、マルチホール型燃料噴射弁を、点火プラグと同様に燃焼室の略中央部に設けたものが開示されている。この特許文献3のものは、燃料噴射弁からの燃料噴霧をピストン頂面に指向させて、ピストン頂面で反射されて上昇される燃料噴霧が電極近傍を通過するようにしたものとなっている。さらにまた、特許文献4には、吸気弁の開弁特性を変更するもの、特に位相変更機構とリフト量変更機構とを組み合わせて、開閉時期やリフト量等を変更できるようにしたものが開示されている。
前述のように、燃焼室周縁部でかつ平面視において2つの吸気弁の間に配設された燃料噴射弁においては、吸気行程において燃料噴射を行う場合に、電極近傍の左右側方に指向される左側噴口と右側噴口からの燃料噴霧が、吸気弁と干渉してしまう時期がある。すなわち、吸気上死点付近で開弁されて、吸気上死点付近で閉弁される通常の開弁特性に設定された吸気弁にあっては、吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と、低リフト状態となる開弁前期および開弁後期には干渉を生じないが、吸気弁が上記以外のリフト量にあるとき(吸気弁が中リフト量状態にあるとき)は、左右の噴口からの燃料噴霧と吸気弁とが干渉を生じてしまうことになる。そして、通常は、吸気行程で燃料噴射を行うときは、燃料の気化、霧化促進が要求されるときなので、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期に燃料噴射を行うようにしてある。すなわち、吸気弁の高リフト状態では、ピストン速度が十分に上昇していて吸気流動が早い状態となっているので、この早い吸気流動を有効に利用して燃料噴霧の気化、霧化を促進するために、吸気弁が高リフト状態のときに燃料噴射を行うようになっている。なお、上記干渉が生じてしまうと、スモークやNOx増大の原因となる。 As described above, in the fuel injection valve disposed between the two intake valves at the periphery of the combustion chamber and in plan view, when fuel injection is performed in the intake stroke, the fuel injection valve is directed to the left and right sides in the vicinity of the electrodes. There are times when the fuel spray from the left and right nozzles interferes with the intake valve. That is, in an intake valve set to a normal valve opening characteristic that is opened near the intake top dead center and closed near the intake top dead center, the intake valve is in a high lift state during the high lift state. If the intake valve is in a lift amount other than the above (when the intake valve is in a medium lift amount state), there is no interference in the first and second valve opening periods when the valve is in a low lift state. The fuel spray and the intake valve will interfere with each other. Normally, when fuel injection is performed during the intake stroke, fuel vaporization and atomization are required to be accelerated. Therefore, fuel injection is performed during the middle of the valve opening when the intake valve is in a high lift state. In other words, when the intake valve is in a high lift state, the piston speed is sufficiently increased and the intake flow is fast, so that the rapid intake flow is effectively utilized to promote fuel vaporization and atomization. For this reason, fuel injection is performed when the intake valve is in a high lift state. In addition, if the said interference arises, it will cause a smoke and NOx increase.
ところで、燃料噴射弁は製造誤差を有するものであり、例えば燃料噴射弁の軸線と各噴口の軸線との間の開き角等に若干の製造誤差例えば±3.5度程度の誤差を有するものである。したがって、吸気行程において燃料噴射を行う場合に、燃料噴射弁の製造誤差によって、一部の特定気筒では、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期に燃料噴射を行っても、左右の噴口からの燃料噴霧が吸気弁と干渉してしまうという可能性がでてくる。 By the way, the fuel injection valve has a manufacturing error. For example, the fuel injection valve has a slight manufacturing error, for example, an error of about ± 3.5 degrees in the opening angle between the axis of the fuel injection valve and the axis of each nozzle. is there. Therefore, when fuel injection is performed in the intake stroke, due to manufacturing errors of the fuel injection valve, even if fuel injection is performed in the middle of the valve opening when the intake valve is in a high lift state due to manufacturing errors of the fuel injection valve, The fuel spray may interfere with the intake valve.
上述した吸気行程で燃料噴射を行うときの左右の噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉という問題は、吸気弁の開弁特性を変更したときにも生じることになる。すなわち、ポンピングロス低減(さらなる燃費向上)のために、吸気弁の閉弁時期を、通常の開弁特性から、吸気下死点よりも早い時期に閉弁する吸気早閉じとした場合や、逆に吸気下死点よりもかなり遅い時期に閉弁する吸気遅閉じとした場合に、燃料噴射を通常の開弁特性とした場合と同じ時期に行ったのでは、左右の燃料噴霧と吸気弁とが干渉してしまうことになる。 The problem of interference between the fuel spray from the left and right nozzles and the intake valve when performing fuel injection in the intake stroke described above also occurs when the valve opening characteristic of the intake valve is changed. In other words, in order to reduce pumping loss (further improvement in fuel consumption), the intake valve closing timing is based on the normal valve opening characteristics when the intake valve is closed earlier than the intake bottom dead center, or vice versa. If the intake valve is closed at a time much later than the intake bottom dead center, the fuel injection is performed at the same time as the normal valve opening characteristics. Will interfere.
本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、電極近傍の左右に指向された左右噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉を防止できるようにした火花点火式直噴エンジンを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is spark ignition that can prevent interference between the fuel spray from the left and right injection nozzles directed to the left and right in the vicinity of the electrode and the intake valve. It is to provide a direct injection engine.
前記目的を達成するため、本発明における火花点火式直噴エンジンにあっては次のような第1の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項1に記載のように、
各気筒毎に、2つの吸気弁と、燃焼室の略中央部に電極が位置するように配設された点火プラグと、平面視において2つの吸気弁の間の燃焼室周縁部に配設されて燃焼室内に直接燃料噴射を行う複数の噴口を有するマルチホール型の燃料噴射弁とが設けられ、
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気行程において燃料噴射を実行する吸気行程噴射領域において、吸気弁が高リフト状態の開弁中期を基本噴射時期として設定する基本噴射時期設定手段と、
前記基本噴射時期に燃料噴射を実行したときに、前記左右噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉を検出する干渉検出手段と、
前記吸気行程噴射領域において、前記干渉検出手段手段によって干渉が検出された特定気筒についての燃料噴射時期を、前記基本噴射時期での燃料噴射を前記干渉が生じないように制限すると共に、吸気弁が低リフト状態の開弁前期と開弁後期との少なくとも一方の期間に燃料噴射を行なわせる噴射時期変更手段と、
を備えているようにしてある。
To achieve the above object, the following first solution is adopted in the spark ignition direct injection engine of the present invention. That is, as described in
For each cylinder, two intake valves, a spark plug disposed so that an electrode is positioned at substantially the center of the combustion chamber, and a combustion chamber peripheral portion between the two intake valves in a plan view. And a multi-hole fuel injection valve having a plurality of injection holes for directly injecting fuel into the combustion chamber,
In the spark ignition direct injection engine set to have at least a left-side nozzle directed to the left side of the electrode and a right-side nozzle directed to the right side of the electrode as the plurality of nozzles,
Basic injection timing setting means for setting, as a basic injection timing, a valve opening middle period in which the intake valve is in a high lift state in an intake stroke injection region in which fuel injection is performed in the intake stroke;
Interference detecting means for detecting interference between the fuel spray from the left and right nozzles and the intake valve when fuel injection is performed at the basic injection timing;
In the intake stroke injection region, the fuel injection timing for the specific cylinder in which the interference is detected by the interference detection means is limited so that the fuel injection at the basic injection timing does not cause the interference. Injection timing changing means for performing fuel injection during at least one of the first and second valve opening periods in a low lift state;
It is supposed to be equipped with.
上記解決手法によれば、基本噴射時期に燃料噴射を実行したのでは、左右噴口からの燃料噴霧と吸気弁とが干渉してしまう特定気筒については、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期での燃料噴射を干渉しないように制限しつつ、この制限された分だけ、吸気弁が低リフト状態となる開弁前期、開弁後期の少なくとも一方の期間つまり干渉を生じない時期に燃料噴射時期を変更するので、所定の燃料噴射量を確保しつつ、燃料噴霧と吸気弁との干渉が防止されることになる。 According to the above-described solution technique, if fuel injection is performed at the basic injection timing, the middle stage of valve opening in which the intake valve is in a high lift state for a specific cylinder in which the fuel spray from the left and right injection ports interferes with the intake valve The fuel injection timing is limited so as not to interfere with the fuel injection at the fuel injection timing and at least one of the first and second valve opening periods when the intake valve is in the low lift state, that is, the time when there is no interference. Therefore, interference between the fuel spray and the intake valve is prevented while securing a predetermined fuel injection amount.
上記第1の解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項2〜請求項7に記載のとおりである。すなわち、
前記噴射時期変更手段による前記基本噴射時期での燃料噴射の制限が、吸気弁がより高リフト状態の狭い期間に限定して燃料噴射を行わせることにより行われる、ようにしてある(請求項2対応)。この場合、吸気流動の大きい燃料噴射時期として最適な開弁中期での燃料噴射を行いつつ、干渉を防止することができる。
A preferred mode based on the first solution is as set forth in
The restriction of fuel injection at the basic injection timing by the injection timing changing means is performed by allowing the fuel injection to be performed only during a narrow period when the intake valve is in a higher lift state. Correspondence). In this case, interference can be prevented while performing fuel injection in the middle of the valve opening, which is optimal as a fuel injection timing with a large intake flow.
前記噴射時期変更手段による前記基本噴射時期での燃料噴射の制限が、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期での燃料噴射を禁止することにより行われる、ようにしてある(請求項3対応)。この場合、干渉を簡単かつ確実に防止する上で好ましいものとなる。 The restriction of fuel injection at the basic injection timing by the injection timing changing means is performed by prohibiting fuel injection in the middle of the valve opening when the intake valve is in a high lift state. ). In this case, it is preferable to prevent interference easily and reliably.
前記噴射時期変更手段による変更後の燃料噴射が、吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と吸気弁の低リフト状態となる開弁前期と開弁後期との3つの期間のうち少なくとも2つの期間で実行される分割噴射とされる、ようにしてある(請求項4対応)。この場合、複数の期間に分けて燃料噴射を実行することにより、所定の燃料噴射量を確実に確保する上で好ましいものとなる。 The fuel injection after the change by the injection timing changing means is at least two of the three periods of the valve opening middle period when the intake valve is in the high lift state and the valve opening early period and the valve opening late period when the intake valve is in the low lift state. The divided injection is executed in a period (corresponding to claim 4). In this case, it is preferable to ensure the predetermined fuel injection amount by executing the fuel injection in a plurality of periods.
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように成層燃焼を行う領域での高負荷域において、圧縮行程中に燃料噴射を行う後段噴射と、吸気行程中に燃料噴射を行う前段噴射との分割噴射を行うように設定され、
前記特定気筒における前記前段噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期または低リフト状態の開弁後期の少なくとも一方の期間において行われる、
ようにしてある(請求項5対応)。この場合、後段噴射によって電極周りの局所空燃比を適度にリッチ化した成層化が確実に得られる。また、前段噴射の噴射時期の設定によって、出力確保に必要となる燃料の気化、霧化促進を十分に図ることができる。なお、前段噴射で要求される燃料噴射量は少なくてすむので、吸気弁の開弁中期であっても極めてリフト量が大きくなっている小さいクランク角範囲で燃料噴射を完了させて、吸気弁と燃料噴霧とが干渉させないようにすることができる。
Split injection of post-stage injection in which fuel injection is performed during the compression stroke and pre-stage injection in which fuel injection is performed during the intake stroke in a high load range where stratified combustion is performed so that the local air-fuel ratio around the electrode becomes rich Is set to do
The pre-stage injection in the specific cylinder is performed in at least one period of a middle period when the intake valve is in a high lift state or a late stage when the intake valve is in a low lift state.
(Corresponding to claim 5). In this case, stratification in which the local air-fuel ratio around the electrode is appropriately enriched by the post-injection can be reliably obtained. Further, by setting the injection timing of the pre-stage injection, it is possible to sufficiently promote the vaporization and atomization of the fuel necessary for securing the output. In addition, since the fuel injection amount required for the pre-stage injection is small, the fuel injection is completed in a small crank angle range in which the lift amount is extremely large even in the middle of the opening of the intake valve. It can be made not to interfere with fuel spray.
エンジンの運転状態に応じて、電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域と、該成層燃焼領域よりも高負荷、高回転となって吸気行程でのみ燃料噴射を行う均一燃焼領域と、該成層燃焼領域と均一燃焼領域との境界領域とされて圧縮行程および吸気行程で燃料噴射が行われる遷移領域との3つの領域が設定され、
前記遷移領域において、前記特定気筒に対する吸気行程での燃料噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期と低リフト状態の開弁前期と開弁後期との3つの期間のうち少なくとも1つの期間で行われる、
ようにしてある(請求項6対応)。この場合、遷移領域の設定によって、成層燃焼領域と均一燃焼領域との間での移行をスムーズに行うことができる。そして、遷移領域において、燃料噴霧の気化、霧化を十分に促進させる上で好ましいものとなる。なお、燃料噴射量は少なくてすむので、吸気弁の開弁中期であっても極めてリフト量が大きくなっている小さいクランク角範囲で燃料噴射を完了させて、吸気弁と燃料噴霧とが干渉させないようにすることができる。
Depending on the operating state of the engine, a stratified combustion region in which fuel injection is performed at least in the compression stroke so that the local air-fuel ratio around the electrode becomes rich, and a higher load and higher rotation than the stratified combustion region in the intake stroke Three regions are set: a uniform combustion region in which only fuel injection is performed, and a transition region in which fuel injection is performed in the compression stroke and the intake stroke as a boundary region between the stratified combustion region and the uniform combustion region,
In the transition region, the fuel injection in the intake stroke for the specific cylinder is at least one period of three periods of a middle period of opening of the intake valve when the intake valve is in a high lift state, a first period of opening of the valve during a low lift state, and a late period of opening the valve. Done in
(Corresponding to claim 6). In this case, the transition between the stratified combustion region and the uniform combustion region can be smoothly performed by setting the transition region. And in a transition area | region, it becomes preferable when vaporization of fuel spray and atomization are fully accelerated | stimulated. Since the fuel injection amount is small, the fuel injection is completed in a small crank angle range where the lift amount is extremely large even in the middle of the opening of the intake valve so that the intake valve and the fuel spray do not interfere with each other. Can be.
吸気行程でのみ燃料噴射を行うと共に筒内空燃比を理論空燃比以下のリッチ(λ≦1)となるようにする均一燃焼領域において、前記特定気筒についての燃料噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期と低リフト状態の開弁前期と開弁後期との3つの期間のうち少なくとも2つの期間で行われる分割噴射とされる、ようにしてある(請求項7対応)。この場合、燃料噴射量が多くなるが、少なくとも2つの期間に分けた分割噴射によって、吸気弁の開弁中期であっても極めてリフト量が大きくなっている小さいクランク角範囲で燃料噴射を完了させて、吸気弁と燃料噴霧とが干渉させないようにすることができる。 In a uniform combustion region in which fuel injection is performed only in the intake stroke and the in-cylinder air-fuel ratio is rich (λ ≦ 1) below the stoichiometric air-fuel ratio, fuel injection for the specific cylinder is performed in a high lift state of the intake valve The split injection is performed in at least two periods among the three periods of the middle valve opening period, the first valve opening period in the low lift state, and the second valve opening period (corresponding to claim 7). In this case, the fuel injection amount increases, but the fuel injection is completed in a small crank angle range where the lift amount is extremely large even in the middle of the opening of the intake valve by the divided injection divided into at least two periods. Thus, the intake valve and the fuel spray can be prevented from interfering with each other.
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第2の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項8に記載のように
各気筒毎に、2つの吸気弁と、燃焼室の略中央部に電極が位置するように配設された点火プラグと、平面視において2つの吸気弁の間の燃焼室周縁部に配設されて燃焼室内に直接燃料噴射を行う複数の噴口を有するマルチホール型の燃料噴射弁とが設けられ、
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での高負荷域、または筒内空燃比が均一となるように少なくとも吸気行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での低負荷域において、有効圧縮比が小さくなるように吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも所定クランク角前とする吸気早閉じとされ、
吸気弁の低リフト状態となる開弁前期と開弁後期との2つの期間のうち少なくとも一方の期間に燃料噴射が行われる、
ようにしてある。上記解決手法によれば、吸気早閉じによるポンピングロス低減によって燃費向上を図りつつ、燃料噴射時期の適切な設定によって燃料噴霧と吸気弁との干渉を防止して燃料噴霧の気化、霧化が促進されて、スモークやNOxを低減することができる。
In order to achieve the above object, the following second solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 8 in the claims, for each cylinder, two intake valves, an ignition plug disposed so that an electrode is positioned at a substantially central portion of the combustion chamber, and a plan view A multi-hole type fuel injection valve having a plurality of injection holes disposed on the periphery of the combustion chamber between the two intake valves and directly injecting fuel into the combustion chamber;
In the spark ignition direct injection engine set to have at least a left-side nozzle directed to the left side of the electrode and a right-side nozzle directed to the right side of the electrode as the plurality of nozzles,
Stratified combustion in which fuel injection is performed at least in the intake stroke so that the local air-fuel ratio around the electrode is rich in a high-load region in which fuel injection is performed in at least the compression stroke or in-cylinder air-fuel ratio is uniform. In the low load range in the region, the intake valve close timing is set to a predetermined crank angle before the intake bottom dead center so that the effective compression ratio becomes small,
Fuel injection is performed in at least one of the two periods of the first and second valve opening periods when the intake valve is in a low lift state.
It is like that. According to the above solution, fuel efficiency is improved by reducing the pumping loss due to early closing of the intake air, and fuel spray vaporization and atomization are promoted by preventing the fuel spray and the intake valve from interfering with each other by appropriately setting the fuel injection timing. Thus, smoke and NOx can be reduced.
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第3の解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項9に記載のように
各気筒毎に、2つの吸気弁と、燃焼室の略中央部に電極が位置するように配設された点火プラグと、平面視において2つの吸気弁の間の燃焼室周縁部に配設されて燃焼室内に直接燃料噴射を行う複数の噴口を有するマルチホール型の燃料噴射弁とが設けられ、
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での高負荷域と、筒内空燃比が均一となるように少なくとも吸気行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での低負荷域において、有効圧縮比が小さくなるように吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも所定クランク角後とする吸気遅閉じとされ、
吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と圧縮行程との2つの期間のうち少なくとも一方の期間に燃料噴射が行われる、
ようにしてある。上記解決手法によれば、吸気遅閉じによるポンピングロス低減によって燃費向上を図りつつ、燃料噴射時期の適切な設定によって燃料噴霧と吸気弁との干渉を防止して燃料噴霧の気化、霧化が促進されて、スモークやNOxを低減することができる。
In order to achieve the above object, the following third solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 9 in the claims, for each cylinder, two intake valves, a spark plug disposed so that an electrode is positioned substantially at the center of the combustion chamber, and in plan view A multi-hole type fuel injection valve having a plurality of injection holes disposed on the periphery of the combustion chamber between the two intake valves and directly injecting fuel into the combustion chamber;
In the spark ignition direct injection engine set to have at least a left-side nozzle directed to the left side of the electrode and a right-side nozzle directed to the right side of the electrode as the plurality of nozzles,
Stratified combustion in which fuel injection is performed at least in the intake stroke so that the in-cylinder air-fuel ratio is uniform, and a high load region in the stratified combustion region in which fuel injection is performed at least in the compression stroke so that the local air-fuel ratio around the electrode becomes rich In the low load region in the region, the intake valve closing timing is determined to be after the predetermined crank angle from the intake bottom dead center so that the effective compression ratio becomes small,
Fuel injection is performed in at least one of the two periods of the valve opening middle period in which the intake valve is in a high lift state and the compression stroke.
It is like that. According to the above solution, fuel efficiency is improved by reducing pumping loss due to late intake closing, and fuel spray vaporization and atomization are promoted by preventing fuel spray and intake valve from interfering with appropriate settings of fuel injection timing. Thus, smoke and NOx can be reduced.
上記各解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項10に記載のとおりである。すなわち、
前記電極近傍に指向される噴口として、該電極の先端近傍でその延長線付近に指向された下側噴口を有し、
前記下側噴口、左側噴口および右側噴口の各噴口から前記電極までの距離が20mm以上に設定され、
前記下側噴口と前記左側噴口とのなす開き角が15度〜25の度の範囲に設定されて、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域で該下側噴口からの燃料噴霧と該左側噴口からの燃料噴霧が相互干渉効果によって互いに連続したものとなるように設定され、
前記下側噴口と前記右側噴口とのなす開き角が15度〜25の度の範囲に設定されて、前記所定運転領域で該下側噴口からの燃料噴霧と該右側噴口からの燃料噴霧が相互干渉効果によって互いに連続したものとなるように設定されている、
ようにしてある(請求項10対応)。この場合、電極周りでの成層化状態が、燃料噴射弁から電極を見たとき、濃混合気が略V字状となって電極の下方および左右側方を囲んだ状態となって、成層化として極めて好ましい状態が得られる。
A preferred mode based on each of the above solutions is as set forth in
As a nozzle directed to the vicinity of the electrode, it has a lower nozzle directed to the extension near the tip of the electrode,
The distance from each of the lower nozzle hole, the left nozzle hole and the right nozzle hole to the electrode is set to 20 mm or more,
The opening angle formed between the lower nozzle hole and the left nozzle hole is set in a range of 15 degrees to 25 degrees, and fuel spray from the lower nozzle hole is generated in a predetermined operation region that is a low rotation / low load region of the engine. The fuel spray from the left nozzle is set to be continuous with each other by the mutual interference effect,
An opening angle between the lower nozzle and the right nozzle is set in a range of 15 to 25 degrees, and the fuel spray from the lower nozzle and the fuel spray from the right nozzle are mutually in the predetermined operation region. Set to be continuous with each other due to interference effects,
(Corresponding to claim 10). In this case, the stratified state around the electrode is such that when the electrode is viewed from the fuel injection valve, the rich air-fuel mixture becomes substantially V-shaped and surrounds the lower and left and right sides of the electrode. As a result, a very preferable state can be obtained.
本発明によれば、燃料噴霧と吸気弁との干渉を防止することができ、その結果スモークやNOx低減を図ることができる。 According to the present invention, interference between the fuel spray and the intake valve can be prevented, and as a result, smoke and NOx reduction can be achieved.
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明するが、まず全体の概要について説明し、その後、燃料噴射制御の詳細について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an overview of the whole will be described, and then details of fuel injection control will be described.
図1は、火花点火式直噴エンジン1を示し、このエンジン1は、紙面直角方向に直列に複数の気筒2を有する直列多気筒(実施形態では4気筒)エンジンとされている(図1では1つの気筒のみが示される)。各気筒2は、シリンダブロック3と、このシリンダブロック3上に配置されたシリンダヘッド4とを有しており、気筒2内にはピストン5が上下方向に往復動可能に嵌挿されている。このピストン5とシリンダヘッド4との間の気筒2内には燃焼室6が区画されている。燃焼室6は、気筒2の天井部における略中央部からシリンダヘッド4の下端面付近まで延びる2つの傾斜面を有するいわゆるペントルーフ型燃焼室とされている。
FIG. 1 shows a spark ignition
シリンダヘッド4には、図2に示すように、2つの吸気ポート10(2つの吸気ポートを区別するときは符合10A、10Bでもって示すこととする)と、2つの排気ポート11とが形成されている(図1ではいずれも1つのみ開示)。この2つの吸気ポート10は、その各一端が各気筒2天井部における傾斜面の一方から燃焼室6に開口され、その各他端側が燃焼室6から斜め上方に延びて、エンジン1の一側面(図1中右側面)に互いに独立して開口されている。各吸気ポート10の燃焼室6側の開口端には、それぞれ所定のタイミングで開閉作動される吸気弁12が配置されている(図1ではいずれも1つのみ開示)。2つの排気ポート11には、その各一端が各気筒2の天井部における傾斜面の他方から燃焼室6に開口され、その各他端側は、途中で1つに合流した後略水平に延びてエンジン1の他端面(図1中左側面)に開口されている。各排気ポート11の燃焼室6側の開口端には、それぞれ所定のタイミングで開閉作動される排気弁13が配置されている(図1ではいずれも1つのみ開示)。
As shown in FIG. 2, the
各吸気ポート10は、吸気通路30に接続されている。この吸気通路30には、それぞれ図示を略すが、その上流側から下流側へ順次、エアクリーナ、吸入空気量センサ、スロットル弁、サージタンク等が配設されている。なお、上記スロットル弁は、実施形態では、アクセルペダルとは機械的な連係が遮断されて、アクセル開度に応じて電子的にその開度が変更制御されるようになっている。また、上記サージタンクは、各気筒毎に対して個々独立した独立分岐管によって接続されている(図2で示す吸気通路30はこの独立分岐管が示される)。
Each
各排気ポート11は、排気通路31に接続されている。この排気通路31には、図14に示すように、その上流側から下流側へ順次、空燃比センサとしてのリニア酸素センサS6、第1三元触媒71、NOx吸収・還元触媒72、第2三元触媒73、リニア酸素センサS6Bが設けられている。なお、上記リニア酸素センサS6、S6Bは、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられるもので、理論空燃比を含む所定範囲において酸素濃度に対してリニアな出力が得られるようになっている。ただし、空燃比制御用の空燃比センサとしては、上流側にあるリニア酸素センサS6が用いられる。そして、下流側のリニア酸素センサS6Bの検出値は、上流側のリニアセンサS6での検出値とも比較されて、排気ガス浄化の状態や各触媒の劣化状態等を検出するために用いられる。また、NOx吸収・還元触媒72は、排気中の酸素濃度の高い雰囲気でNOxを吸収する一方、酸素濃度の低下に伴い吸収したNOxを放出し、その放出NOxを排気中のHC、CO等により還元浄化するNOx吸収還元タイプのものとされている。なお、第1三元触媒71とNOx吸収・還元触媒72とは離間しているが、NOx吸収・還元触媒72と第2三元触媒73とは接近されていて、この第2三元触媒73は、もっぱら、NOx吸収・還元触媒72からのNOx放出、還元後の有害成分浄化用とされる。
Each
図14において、吸気弁の位相変更用の可変位相機構が符合81で示され(クランクシャフトとカムシャフトとの位相変更)、また、吸気弁のリフト量変更機構用のアクチュエータが符合82で示される。なお、位相およびリフト量変更のための各機構は、前述した特許文献4に記載のものと同様のものを用いてあり、またこのような機構は従来から種々提案されているので(例えば、吸気弁を直接アクチュエータによって駆動制御するもの等)、この各機構の詳細な説明は省略する。
In FIG. 14, a variable phase mechanism for changing the phase of the intake valve is indicated by reference numeral 81 (phase change between the crankshaft and the camshaft), and an actuator for the lift amount changing mechanism of the intake valve is indicated by
再び図1において、燃焼室6の上部には、4つの吸排気ポート10,11(4つの吸排気弁12、13)に囲まれた燃焼室6の略中心に、点火プラグ16が配設されている(図2をも参照)。この点火プラグ16の先端の電極Eは、燃焼室6の天井部から所定距離だけ突出した位置にある。また、燃焼室6の周縁部には、2つの吸気ポート10間で、その各吸気ポート10下方において、燃料噴射弁18が配設されている。この燃料噴射弁18は、複数の噴口、具体的には6つの噴口を備えたマルチホール型の燃料噴射弁とされている。各噴口は、当該各噴口から噴射される燃料噴霧が後述するよう点火プラグ16の電極E近傍及びピストン5上方側に指向するよう、その燃料噴射弁18の燃料噴射方向が設定されている。
Referring again to FIG. 1, an
図2において、一方の吸気ポート10Aに関連して、スワール弁40が設けられている。すなわち、2つの吸気ポート10Aと10Bとは、シリンダヘッド4内において隔壁4aによって互いに個々独立されている一方、吸気通路30の下流端部(独立分岐管の下流端部)には、隔壁4aに連なる隔壁30aが形成されて、2つの吸気ポート10Aと10Bとは、燃焼室6側から上流側に向けて所定距離だけ互いに独立した通路となるように構成されている。そして、隔壁30aには、一方の吸気ポート10Aの開度変更を行うスワール弁40が配設され、このスワール弁40の駆動が電磁式のアクチュエータ40aによって行われる。これにより、スワール弁40を全開としたときは、2つの吸気ポート10A、10Bからほど同量の吸気が導入されて、燃焼室6内でのスワールの生成は実質的に行われないことになる。スワール弁40を全閉とすることにより、他方の吸気ポート10Bからのみ燃焼室6内に吸気が供給されて、燃焼室6内には図2矢印で示すように吸気のスワールが生成されることになる。スワール弁40の開度を調整することにより、スワールの強さが変更される。
In FIG. 2, a
図3に示すように、燃料噴射弁18の基端部には、全気筒2に共通の燃料分配管19が接続されており、その燃料分配管19は、燃料供給系20から供給される高圧の燃料を各気筒2に分配供給するようになっている。この燃料供給系20は、燃料分配管19と燃料タンク21とを接続する燃料通路22を有し、この燃料通路22には、その上流側から下流側に向けて順次、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及び燃圧を調節可能とされる高圧レギュレータ27が接続されている。高圧燃料ポンプ26及び高圧レギュレータ27は、リターン通路29により燃料タンク21側に接続されている。なお、符合28は、燃料タンク21側に戻す燃料の圧力状態を整える低圧レギュレータである。これにより、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は、低圧レギュレータ24により調圧された後、燃料フィルタ25を介して高圧燃料ポンプ26に圧送される。そして、高圧燃料ポンプ26によって昇圧した燃料の一部を高圧レギュレータ27により流量調節しながらリターン通路29によって燃料タンク21側に戻すことで、燃料分配管19へ供給する燃料の圧力状態を適正値、例えば、12MPa〜20MPaに調整する。
As shown in FIG. 3, a
図4には、エンジン1を制御するための制御系統が示される。この図4において、50は、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ(制御ユニット)である。このコントローラ50によって、点火回路17(点火時期制御用)、燃料噴射弁18(燃料噴射量および燃料噴射タイミング制御用)、燃料供給系20の高圧レギュレータ27(燃圧調整用)、スワール弁40(のアクチュエータ40a)が制御される他、前述した吸気通路30に配設された電子制御式のスロットル弁が制御される。このコントローラ50には、エンジン回転数センサS1からのエンジン回転数信号、アクセル開度センサS2からのアクセル開度信号、温度センサS3からのエンジン冷却水温度信号が、クランク角センサS4からのクランク角信号、排気通路に設けた空燃比センサ(前述したリニア酸素センサで構成される)S6、後述するイオン電流検出回路42で検出されたイオン電流の大きさが入力される。
FIG. 4 shows a control system for controlling the
次に、コントローラ50による制御の内容について説明する。
1.燃料噴射制御
燃料噴射制御は、エンジン温度に応じて燃料噴射制御マップが切換えられ、その切換えられたマップに従ってその制御が行われる。燃料噴射制御マップは、エンジン温度が所定値(例えば60度C)以上の温間時は、図5に示す温間時のマップが選択される。温間時のマップは、エンジンの運転状態が低負荷・低回転の所定運転領域にある時、成層燃焼領域とされ、その他の運転領域では均一燃焼領域とされる。また、冷間時の燃料噴射制御マップは、図示を略すが、全ての運転領域において均一燃焼領域とされる。
Next, the contents of control by the
1. Fuel Injection Control In fuel injection control, a fuel injection control map is switched according to the engine temperature, and the control is performed according to the switched map. As the fuel injection control map, when the engine temperature is warm above a predetermined value (for example, 60 degrees C), the map during warm time shown in FIG. 5 is selected. The warm map is a stratified combustion region when the operating state of the engine is in a predetermined operating region of low load and low rotation, and a uniform combustion region in the other operating regions. In addition, the cold fuel injection control map is not shown in the figure, but is a uniform combustion region in all operation regions.
成層燃焼領域では、燃料噴射弁18による燃料噴射時期を圧縮行程の所定時期、例えば、一括噴射の場合、圧縮上死点前(BTDC)0°〜60°の範囲に燃料を噴射させて、点火プラグ16の近傍に混合気が層状に偏在する状態で燃焼させる成層燃焼が行われる。この成層燃焼領域では、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側になるように、燃料噴射量やスロットル開度が制御される。また、成層燃焼領域以外の領域は、均一燃焼領域とされており、吸気行程において燃料噴射弁18から燃料を噴射させて吸気と十分に混合し、燃焼室6内に均一な混合気を形成した上で燃焼させる均一燃焼が行われる。この均一燃焼領域では、大部分の運転領域で混合気の空燃比が略理論空燃比(A/F≒14.7)になるように、燃料噴射量やスロットル開度が制御されるが、全負荷運転状態では、空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比(A/F=13程度)に制御して、高負荷に対応した大出力が得られるようになっている。なお、エンジン冷間時は、前述したように、全運転領域において均一燃焼が行われる(空燃比は理論空燃比あるいはそれよりもリッチ)。
In the stratified combustion region, the fuel injection timing by the
また、上記低回転・低負荷域となる所定運転領域での高負荷域では、図7に示すように、例えば2段階での分割噴射が実行される。図7に示す分割噴射では、遅い時期に燃料噴射が行われる後段噴射の開始は、例えばBTDC30度〜40度の範囲に設定され、早い時期に燃料噴射が行われる前段噴射は、後段噴射時期よりも例えばクランク角で40度程度早い時期に噴射が開始される。上記所定運転領域での高負荷域において、要求される燃料噴射量のうち、後段噴射で噴射される燃料量はほぼ一定量とされて、燃料噴射量の変更は、前段噴射での燃料噴射量の変更によって行われる。また、前段噴射の噴射時期を、吸気行程に設定することもできる。なお、燃料噴霧と吸気弁との干渉に関連した燃料噴射時期(燃料噴射態様)の設定(変更)については、後述する。
Further, in the high load range in the predetermined operation range that is the low rotation / low load range, as shown in FIG. 7, for example, split injection is performed in two stages. In the divided injection shown in FIG. 7, the start of the post-stage injection in which the fuel injection is performed at a later time is set in a range of, for example,
2.燃圧制御
燃圧制御は、エンジン温度に応じて燃圧制御マップが切換えられ、その切換えられたマップに従ってその制御が行われる。燃圧制御マップは、エンジン温度が所定値(例えば、60度C)以上の温間時は、図6に示す温間時のマップが選択される。この図6のマップでは、成層燃焼領域では、エンジン回転数の増大に応じて燃圧が徐々に大きくなるように変化され(最低燃圧a1が例えば12MPaとされ、最高燃圧a2が例えば20MPaとされる)。また、均一燃焼領域では、常時、成層燃焼領域での最高燃圧a2という一定値とされて、エンジン回転数上昇に伴う燃圧上昇が抑制された状態となる。なお、エンジン温度が所定値よりも低い冷間時は、常時、成層燃焼領域での最高燃圧a2に相当する燃圧とされる。また、エンジン始動時の燃圧は、高圧燃料ポンプ26がカム軸によって駆動される関係で燃圧が十分に上がらないことから、例えば、0.5MPa程度になっている。
2. Fuel pressure control In the fuel pressure control, the fuel pressure control map is switched according to the engine temperature, and the control is performed according to the switched map. As the fuel pressure control map, when the engine temperature is a predetermined value (for example, 60 degrees C) or more, the map for the warm time shown in FIG. 6 is selected. In the map of FIG. 6, in the stratified combustion region, the fuel pressure is gradually increased as the engine speed increases (the minimum fuel pressure a1 is set to 12 MPa, for example, and the maximum fuel pressure a2 is set to 20 MPa, for example). . Further, in the uniform combustion region, a constant value of the maximum fuel pressure a2 in the stratified combustion region is always set to a constant value, and a fuel pressure increase accompanying an increase in engine speed is suppressed. When the engine temperature is colder than a predetermined value, the fuel pressure is always set to the fuel pressure corresponding to the maximum fuel pressure a2 in the stratified combustion region. Further, the fuel pressure at the time of starting the engine is, for example, about 0.5 MPa because the fuel pressure does not sufficiently increase because the high-
3.スワール制御
エンジン低回転・低負荷域となる所定運転領域では、スワール弁40が開かれて、燃焼室6内に吸気のスワールが生成される。この場合、スワール弁40の開度は、上記所定運転領域においては、エンジン負荷の大小にかかわらず例えば常に全閉としてもよいが、低負荷域では開度が大きくされ(全開に近い)、エンジン負荷の増大に伴って徐々に開度が小さくされ、高負荷域で全閉となるように設定することもできる。
3. Swirl Control In a predetermined operation region that is an engine low speed / low load region, the
次に、図8〜図11を参照しつつ、燃料噴射弁18の各噴口について詳述する。まず、図8〜図10は、燃料噴射弁18の各噴口から噴射された燃料噴霧の状態を互いに異なる方向から見た状態を示すものである。また、図11は、マルチホール型の燃料噴射弁18の軸線を中心に燃料噴射方向先端側を見た時の軸線に対する各噴口の軸線との三次元傾斜角を模式的に示した図である。
Next, each nozzle hole of the
図11において、LBはマルチホール型の燃料噴射弁18の軸線、L1ないしL6は第1噴口〜第6噴口の各軸線、A1〜A6は第1噴口〜第6噴口から噴射された燃料の噴霧角、Eは点火プラグの電極を示している。全噴口の噴口径は同一とされており、例えば、0.15mmに設定されている。ピストン軸線方向から見たとき、点火プラグ16の電極Eを通る気筒2の直径方向延長線上に、燃料噴射弁18の軸線LBが位置するように、燃料噴射弁18が配設されている。図11において、軸線LBを中心とする径方向の目盛りは、1目盛りが5度の開き角を示しており、また、軸線LBを中心とする周方向の目盛りは、1目盛りが15度の開き角を示している。
In FIG. 11, LB is an axis of the multi-hole type
各噴口の軸線の位置関係について説明すると、まず、点火プラグ16の電極E周りに濃混合気を成層化するための噴口が、第1噴口〜第3噴口とされている。この第1噴口は下側噴口となるもので、その軸線L1は、軸線LBから電極E近傍で下方の所定位置に指向するよう配置されている。なお、第1噴口の軸線L1、噴霧角A1は、2つの吸気弁12の最大リフト位置の間に位置、つまり、吸気弁の可動範囲外に位置されている。また、第2噴口は、左側噴口となるもので、その軸線L2は、軸線LBから電極E近傍で側方(図中左側)の所定位置に指向するよう配置されている。さらに、第3噴口は右側噴口となるもので、その軸線L3は、軸線LBから電極E近傍で側方(図中右側)の所定位置に指向するよう配置されている。なお、第2噴口の軸線L2、噴霧角A2、第3噴口の軸線L3、噴霧角A3は、ともに吸気弁12の最大リフト位置の可動範囲内に位置されている。このように、第1噴口と第2噴口と第3噴口との各軸線は、電極Eの近傍を指向しつつ、しかも下方および左右側方から電極Eを取り囲むように設定されている。
The positional relationship of the axis of each nozzle will be described. First, the nozzles for stratifying the rich air-fuel mixture around the electrode E of the
第4噴口〜第6噴口は、それぞれピストン側噴口となるもので、電極E近傍以外となるピストン頂面に向けて燃料噴射を行うものである。第4噴口の軸線L4は、軸線LBからピストン側(図中下方側)でピストン下死点位置よりも上方側の所定位置(図中左側)に指向するよう配置されている。第5噴口の軸線L5は、軸線LBからピストン側(図中下方側)で、ピストン下死点位置よりも上方側の所定位置(図中センター位置で、第1噴口の軸線L1の真下位置)に指向するよう配置されている。第6噴口の軸線L6は、軸線LBからピストン側(図中下方側)でピストン下死点位置よりも上方側の所定位置(図中右側)に指向するよう配置されている。なお、全噴口から噴射された全体の燃料噴霧は、軸線LBを中心とする70°以下の円錐空間内に収まるように設定されている。 The fourth to sixth nozzle holes serve as piston-side nozzle holes, respectively, and perform fuel injection toward the piston top surface other than the vicinity of the electrode E. The axis L4 of the fourth nozzle hole is disposed so as to be directed from the axis LB to a predetermined position (left side in the figure) above the piston bottom dead center position on the piston side (lower side in the figure). The axis L5 of the fifth nozzle hole is a predetermined position above the piston bottom dead center position on the piston side (lower side in the figure) from the axis LB (a center position in the figure, a position directly below the axis L1 of the first nozzle hole). It is arranged to point to. The axis L6 of the sixth nozzle hole is arranged so as to be directed from the axis LB to a predetermined position (right side in the figure) above the piston bottom dead center position on the piston side (lower side in the figure). It should be noted that the entire fuel spray injected from all the injection holes is set so as to be within a conical space of 70 ° or less centering on the axis LB.
電極E周りに燃料噴霧を噴射する3つの噴口、つまり下側噴口、左側噴口、右側噴口のうち、下側噴口の燃料噴霧のペネトレーションが左側噴口と右側噴口からのペネトレーションよりも大きくなるように、下側噴口の軸長が左側噴口の軸長および右側噴口の軸長よりも長く設定されている。なお、電極E周り以外に燃料噴霧を噴射する各ピストン側噴口の軸長は、左側噴口の軸長および右側噴口の軸長と同一に設定されている。以上に加えて、全噴口のうち下側噴口の軸線L1が、燃料噴射弁18の軸線LBにもっとも近い位置となるように設定されており、しかも軸線L1の軸線LBに対する開き角も、他の噴口における軸線L2〜L6の軸線LBに対する開き角よりも小さくなるように設定されている。
Of the three nozzle holes that inject fuel spray around the electrode E, that is, the lower nozzle hole, the left nozzle hole, and the right nozzle hole, the fuel spray penetration of the lower nozzle hole is larger than the penetration from the left nozzle hole and the right nozzle hole. The axial length of the lower nozzle is set longer than the axial length of the left nozzle and the right nozzle. In addition, the axial length of each piston side nozzle hole which injects fuel spray other than around the electrode E is set to be the same as the axial length of the left nozzle hole and the axial length of the right nozzle hole. In addition to the above, the axis L1 of the lower nozzle among all the nozzles is set so as to be closest to the axis LB of the
以上説明したように、点火プラグの電極Eの下方及び両側方に、第1噴口〜第3噴口の軸線L1〜L3が配置されているため、成層燃焼時、点火プラグの電極E近傍に微粒化された混合気を集めることができ、着火性を向上することができる。また、軸線LBよりもピストン側に第4噴口〜第6噴口の軸線L4〜L6が配置されているため、燃焼室6全体に混合気を存在させることができ、均一燃焼時における混合気の均質化を向上することができる。また、第1噴口と第4噴口〜第6噴口の各軸線L1、L4〜L6は、吸気弁12の可動範囲外に配置されるため、多噴口としながらも大半の噴口を吸気弁12の可動範囲外に配置でき、各噴口から噴射される燃料噴霧が吸気弁12に衝突することを抑制することができる。なお、左右の噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉防止のための燃料噴射時期の設定(変更)の点については後述する。
As described above, since the axis lines L1 to L3 of the first to third nozzle holes are disposed below and on both sides of the electrode E of the spark plug, atomization occurs near the electrode E of the spark plug during stratified combustion. The collected air-fuel mixture can be collected, and the ignitability can be improved. Further, since the axis lines L4 to L6 of the fourth nozzle hole to the sixth nozzle hole are arranged on the piston side with respect to the axis line LB, the air-fuel mixture can be present in the
ここで、点火プラグの電極E近傍に配置される第1噴口〜第3噴口の各軸線L1〜L3とは、相互干渉効果を得るために、次のような関係に設定されている。すなわち、第1噴口〜第3噴口(第4噴口〜第6噴口についても同じ)は、電極Eに対して20mm以上離間した距離とされている。また、第1噴口の軸線L1と第2噴口の軸線L2との開き角が15度〜25度の範囲(実施形態では20度)となるように設定され、かつ、第1噴口の軸線L1と第3噴口の軸線L3との開き角が15度〜25度の範囲(実施形態では20度)となるように設定されている。これにより、第1噴口からの燃料噴霧と第2噴口からの燃料噴霧とが相互干渉効果によって電極E近傍で互いに連続したものとなり、同様に、第1噴口からの燃料噴霧と第3噴口からの燃料噴霧とが相互干渉効果によって電極E近傍で互いに連続したものとなる。この相互干渉効果が得られた状態では、図11において、電極E近傍において、軸線L1からL2に向けて伸びる連続した燃料噴霧が生成され、かつ軸線L1から軸線L3に向けて伸びる連続した燃料噴霧が生成されることになる(図11において連続した燃料噴霧の形状が略V字形状となる)。下側噴口からの燃料噴霧のペネトレーションが、左側噴口および右側噴口からの燃料噴霧のペネトレーションよりも大きくなるように設定することにより、相互干渉効果によって、軸線L1が電極Eに対して下方から接近する方向へと大きく移動されてしまう事態が防止あるいは抑制されることになる。 Here, the axes L1 to L3 of the first nozzle hole to the third nozzle hole arranged in the vicinity of the electrode E of the spark plug are set in the following relationship in order to obtain a mutual interference effect. That is, the first to third nozzle holes (the same applies to the fourth to sixth nozzle holes) are separated from the electrode E by 20 mm or more. Further, the opening angle between the axis L1 of the first nozzle hole and the axis L2 of the second nozzle is set to be in a range of 15 degrees to 25 degrees (20 degrees in the embodiment), and the axis L1 of the first nozzle hole The opening angle with the axis L3 of the third nozzle hole is set to be in a range of 15 degrees to 25 degrees (20 degrees in the embodiment). Thereby, the fuel spray from the first nozzle and the fuel spray from the second nozzle become continuous with each other in the vicinity of the electrode E due to the mutual interference effect. Similarly, the fuel spray from the first nozzle and the fuel spray from the third nozzle The fuel spray becomes continuous in the vicinity of the electrode E due to the mutual interference effect. In a state in which this mutual interference effect is obtained, in FIG. 11, in the vicinity of the electrode E, a continuous fuel spray extending from the axis L1 to L2 is generated and a continuous fuel spray extending from the axis L1 to the axis L3. Is generated (the shape of the continuous fuel spray in FIG. 11 is substantially V-shaped). By setting the fuel spray penetration from the lower nozzle hole to be larger than the fuel spray penetration from the left and right nozzles, the axis L1 approaches the electrode E from below by the mutual interference effect. The situation of being greatly moved in the direction is prevented or suppressed.
ここで、エンジン低回転・低負荷域での高負荷域では、筒内圧力が大きくなるため、各噴口から噴射された燃料噴霧のペネトレーションが小さくなる。このペネトレーションが小さくなるということは、特に成層化に関連した第1噴口〜第3噴口から噴射された燃料噴霧が、電極Eを通りすぎて反対側のシリンダ壁に向かう割合が減少して、電極E付近に留まる割合が大きくなることを意味する。したがって、成層化を行う所定運転領域において、特に所定運転領域の高負荷域において、スワールを生成することにより、電極E周りの濃混合気層が、気筒軸線方向から見たとき、電極Eを通って燃料噴射弁の軸線と直交する方向のうち、スワールに乗る側に移動、拡散されるので、この高負荷域において電極E周りが過度にリッチになりすぎるのを防止する上で好ましいものとなる。 Here, since the in-cylinder pressure increases in the high load range in the low engine speed / low load range, the penetration of the fuel spray injected from each nozzle becomes small. This reduction in penetration means that the ratio of the fuel spray injected from the first to third nozzles particularly related to stratification passing through the electrode E toward the cylinder wall on the opposite side decreases. This means that the ratio of staying in the vicinity of E increases. Accordingly, by generating swirl in a predetermined operation region where stratification is performed, particularly in a high load region of the predetermined operation region, the rich mixture layer around the electrode E passes through the electrode E when viewed from the cylinder axial direction. In the direction perpendicular to the axis of the fuel injection valve, it moves and diffuses toward the swirl side, which is preferable in preventing the area around the electrode E from becoming excessively rich in this high load region. .
上述した電極E周りでの過度なリッチ化防止のために、前述のように、スワール生成が行われると共に、圧縮行程中での分割噴射が実行される。スワール生成により、電極Eを取り囲んでいた濃混合気層はスワールの勢いによって、全体的に電極Eからシリンダ壁面方向へと移動されて、電極E周辺のうち、濃混合気層の移動方向とは反対側には濃混合気層が位置されない状態となる。これにより、初期燃焼割合が低減されて、燃費向上となる。とりわけ、エンジン低回転・低負荷域での低負荷域から、エンジン負荷の増大に伴って徐々にスワールの強さを強くする(スワール弁の開度をエンジン負荷の増大に応じて徐々に小さくする)ことにより、燃料噴射量の増大に応じた適切な強さのスワールとして、電極E周りに生成される濃混合気層を、着火性を確保しつつ燃費向上を図ることのできる最適な状態に設定することができる。 In order to prevent excessive enrichment around the electrode E described above, swirl generation is performed as described above, and divided injection is performed during the compression stroke. Due to the swirl generation, the rich mixture layer surrounding the electrode E is moved from the electrode E to the cylinder wall surface as a whole by the force of the swirl. What is the moving direction of the rich mixture layer around the electrode E? On the opposite side, the rich mixture layer is not located. Thereby, the initial combustion rate is reduced, and fuel efficiency is improved. In particular, the swirl strength is gradually increased as the engine load increases from the low load range in the low engine speed / low load range (the swirl valve opening is gradually decreased as the engine load increases). As a swirl of appropriate strength according to the increase in the fuel injection amount, the rich air-fuel mixture layer generated around the electrode E is brought into an optimum state in which fuel efficiency can be improved while ensuring ignitability. Can be set.
以上に加えて、前述した分割噴射を行うことによって、一括噴射(例えば図7後段噴射時期で全ての燃料噴射量を実行する噴射)を行う場合に比して、電極E周りの濃混合気層生成をより一層促進することができる。すなわち、同じ量の燃料噴射を行う場合であっても、分割噴射の場合は、前段噴射された分の燃料噴霧は、電極Eへの通電(点火)実行までの期間に燃焼室6内においてかなりの割合が拡散されてしまい、電極E周りでの濃混合気層生成には殆ど寄与しないこととなる(後段噴射された燃料噴霧のみが実質的に電極E周りでの濃混合気層生成に寄与する)。エンジン低回転・低負荷域となる所定運転領域での電極E周りの混合気濃度は、該所定運転領域での低負荷域での電極E周りの混合気濃度とほぼ同程度となるように設定するのが好ましいものである。
In addition to the above, by performing the above-described divided injection, a rich air-fuel mixture layer around the electrode E compared to a case where collective injection (for example, injection in which all the fuel injection amounts are executed at the subsequent injection timing in FIG. 7) is performed. Production can be further promoted. That is, even in the case of performing the same amount of fuel injection, in the case of split injection, the amount of fuel spray for the previous stage injection is considerably increased in the
図12,図13は、燃料噴射弁18のシリンダヘッド4に対する取付例を示すものである。図中、45はシリンダヘッド4に形成された取付孔であり、図12では、取付孔45がシリンダヘッド4の外部への開口端面に開口されている様子が示される。シリンダヘッド4の外側端面には、取付孔45の周縁部において、2つの位置決め用の突起部4c、4dが形成されている。この2つの突起部4cと4dとの間の距離(相対向する面の間の距離)は、所定寸法となるように精度よく仕上げられている。
12 and 13 show an example of attachment of the
燃料噴射弁18は、前記取付孔45にがたつきなく挿入される筒部18cと、筒部18cの基端部からほぼ径方向に伸びる突起部18dとを有し、この突起部18dの先端部が、外部からの通電用のカプラが着脱自在に接続される接続端子部18eとされている。なお、実施形態では、筒部18cと突起部18dとが一体成形されているが(電気的接続部分は除く)、突起部18dを筒部18cとは別体に形成して、後に互いに周方向および筒部18cの軸線方向に移動しないように規制された状態で一体に組付するようにしてもよい。
The
燃料噴射弁18のシリンダヘッド4に対する取付けは、その筒部18cを所定深さまで取付孔45に挿入することにより行われる。このとき、燃料噴射弁18の突起部18cが、シリンダヘッド4に形成された一対の突起部4cと4dとの間に位置される(挟まれる)。燃料噴射弁18のc突起部18cの幅は、一対の突起部4cと4dとの間の寸法に対応して精度よく仕上げられて、突起部18cが、一対の突起部4cと4dとの間にがたつきなく挿入される状態とされる(この状態が図13の状態である)。そして、図13の取付状態においては、各噴口の電極Eに対する位置関係が図11の状態となるように設定されている。このように、燃料噴射弁18の突起部18cは、シリンダヘッド4に形成された一対の突起部4c、4dと共に、燃料噴射弁18を所定の取付角度(回動角度)でもってシリンダヘッド4に取付けるための位置決め(用の治具)の機能をも果たすようになっている。前述したように、下側噴口の軸線L1が燃料噴射弁18の軸線LBにもっとも近い位置にあるため、燃料噴射弁18をエンジンへの取付状態からその周方向に回動させたときに、軸線L1の電極Eに対する上下方向の距離の変動量が、他の軸線L2〜L6に比して軸線L1がもっとも小さいものとなる。すなわち、軸線L1と電極Eとの上下方向距離が極力一定値となるようにする上で好ましい設定となっている。
The
図15、図16は、電極Eと左右噴口からの燃料噴霧とが干渉(衝突)しているか否かを検出するための手法を示すもので、電極(中心電極と周辺電極)を通して流れるイオン電流の大きさに応じて干渉の有無を判別する手法を示すものである。すなわち、電極周りの局所空燃比の大きさに応じてイオン電流の大きさが変化されるが、吸気行程での所定時期に燃料噴射したときに、燃料噴霧と吸気弁との干渉が生じていると、干渉が生じていない場合に比して、電極周りでの局所空燃比が相当にリーンとなるので、イオン電流の大きさをみることによって(例えば所定のしきい値との大小関係をみる)、干渉の有無を判断できることになる。 FIGS. 15 and 16 show a method for detecting whether or not the electrode E and the fuel spray from the left and right nozzles interfere (collision), and the ionic current flowing through the electrodes (center electrode and peripheral electrodes). The method of discriminating the presence or absence of interference according to the size of the image is shown. That is, the magnitude of the ionic current changes according to the magnitude of the local air-fuel ratio around the electrode, but when fuel is injected at a predetermined time in the intake stroke, interference between the fuel spray and the intake valve occurs. Compared to the case where no interference occurs, the local air-fuel ratio around the electrode is considerably leaner. Therefore, by observing the magnitude of the ion current (for example, see the magnitude relationship with a predetermined threshold) ), The presence or absence of interference can be determined.
まず、点火プラグ16は、既知のように、その周辺電極がエンジン1を介してグランドされ、その中心電極が点火回路17に接続されている。点火回路17と点火プラグ16との間に、イオン電流を検出する電流検出回路42が設けられている。この電流検出回路42は、点火回路17から点火プラグ16へ向けての電流の流れのみを許容する逆流防止ダイオード42aを有する。また、電流検出回路42は、逆流防止ダイオード42aよりも点火プラグ16側において、互いに直列に接続された逆流防止ダイオード42b、基準電圧源42c、抵抗器42dを有して、これらの構成要素42b〜42dを介して点火プラグ16がグランドされている。さらに、電流検出回路42は、抵抗器42c間での電圧を検出する電圧計42eを有している。
First, the
エンジン1を運転したとき、吸気行程で燃料噴射(後述するように吸気弁が高リフト状態となる開弁中期での燃料噴射)を実行した直後において、電極回りに存在する燃料噴霧によって中心電極と周辺電極との間にイオン電流が流れ、このイオン電流の大きさに応じた電圧が電圧計42eによって検出される(検出電圧が大きいほどイオン電流が大)。イオン電流は、電極E回りの混合気の空燃比の変化によって図16に示すように変化する。なお、検出されるイオン電流(記憶されるイオン電流または電圧)は微妙にその大きさが変化されるが、検出値の中での最大値を検出、記憶するようにしてある。混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを前提とすると、検出されるイオン電流が大きいほど空燃比がリッチとなる(空燃比が理論空燃比よりもリッチな場合はこの逆)。このようにして、各気筒についてそれぞれイオン電流(つまり干渉の有無)が検出、記憶されることになる(少なくとも干渉を生じている気筒が記憶される)。なお、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるかリッチであるかは、例えば空燃比を現在値よりもリーン側に補正したとき(燃料噴射量を減量補正したとき)に、検出されるイオン電流値が小さくなれば現在の空燃比が理論空燃比よりもリーンであり、検出されるイオン電流値が大きくなれば現在の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるということが理解される。なお、イオン電流検出は、エンジンの定常運転状態のときに行えばよい。
When the
上述した電流検出回路42は、各気筒(各点火プラグ16)毎に個々に設けてよいが、イオン電流検出回路42を各気筒共通用として使用することもできる(イオン電流を検出するタイミングが各気筒間において相違するので共通化が可能)。また、イオン電流検出回路42が搭載された状態でエンジンを出荷することなく、例えばエンジン組立工場での最終検査段階で、イオン電流検出回路42をエンジンに組み込んで、前述したイオン電流の検出、記憶を行わせた後、イオン電流検出回路42をエンジンから除去するようにしてもよい(コストの大幅低減となる)。
The above-described
図17は、電流検出回路42に代えて、抵抗検出回路43を用いたものであり、図15と同一構成要素には同一符合を付してその重複した説明は省略する。本実施形態では、抵抗器42d等に対して直列に電流計43aを組み込んで、点火直前のタイミング(電極周りに混合気が存在する状態)で、電流計43aで電流を検出すればよい。検出される電流は、中心電極と周辺電極との間の絶縁抵抗に相当するが、この絶縁抵抗は、電極周りの混合気の空燃比がリッチであるほど小さくなる。つまり、電極周りの局所空燃比が相当にリーンとなっていて絶縁抵抗が大きいときに、干渉を生じていると判断される。
FIG. 17 uses a
次に、燃料噴霧(左右の噴口からの燃料噴霧)と吸気弁との干渉の点について説明する。まず、図18は、吸気弁12の開弁特性が基本特性とされた場合を示す。この基本特性では、吸気弁12は、一般に行われているように、吸気上死点付近(吸気上死点よりも若干早い時期)に開弁され、吸気下死点付近(吸気下死点よりも若干遅い時期)で閉弁される。吸気弁12のリフト量が、図18のδ1と前記δ2との間の領域に位置するときは、設計上の燃料噴霧と吸気弁12とが干渉を生じる領域となる。この図18から理解されるように、干渉を生じないのは、吸気弁12の開弁前期(c1よりも前の時期)と、開弁中期(c2とc3との間の時期)と、開弁後期(c4よりも後の時期)であり、c1とc2との間、およびc3とc4との間は干渉を生じることになる。そして、吸気行程での基本的な燃料噴射時期は、開弁中期とされる。これは、ピストン速度が大きくなって吸気流動が十分に高まっているときに燃料噴射を行うことにより、燃料噴霧の気化、霧化が十分に促進されるためである。この開弁中期での燃料噴射が符合JBで示される。
Next, the point of interference between the fuel spray (fuel spray from the left and right nozzles) and the intake valve will be described. First, FIG. 18 shows a case where the valve opening characteristic of the
開弁中期での燃料噴射JBを行なう場合に、製造誤差による左右噴口の位置ずれによって、c2とc3とが相互に接近する状態となって、燃料噴射JBをそのまま実行したので、干渉を生じてしまう場合がある。干渉の有無は、前述したイオン電流検出や絶縁抵抗検出によって判別することができる。干渉を生じる特定気筒がある場合は、この特定気筒の吸気行程での燃料噴射時期が、次のように変更される。すなわち、まず、干渉を生じる開弁中期での燃料噴射JBが、干渉を生じないように制限される。この制限は、開弁中期での燃料噴射を実行しつつ、噴射開始時期を遅くすることと噴射終了時期を早くすることとの少なくとも一方によって行われるが、両方を行うのが好ましい(開弁中期での燃料噴射量減量補正となる)。このような制限を行う場合、吸気弁12の最大リフト位置となるクランク角を基準クランク角として、それよりも所定クランク角CK分だけ前となる開始時期に燃料噴射を開始させると共に、所定クランク角CK分だけ後となる終了時期に燃料噴射を終了させて、この燃料噴射開始時期と終了時期との範囲となる2CKのクランク角範囲を、干渉防止に十分な小さい範囲となるように制限するのが好ましい。また、上記のような制限に代えて、制限内容を開弁中期での燃料噴射を禁止するものとして設定してもよい(開弁中期での燃料噴射量が0)。
When the fuel injection JB is performed in the middle of the valve opening, c2 and c3 are brought close to each other due to the positional deviation of the left and right nozzles due to a manufacturing error, and the fuel injection JB is executed as it is. May end up. The presence or absence of interference can be determined by the above-described ion current detection or insulation resistance detection. When there is a specific cylinder that causes interference, the fuel injection timing in the intake stroke of this specific cylinder is changed as follows. That is, first, the fuel injection JB in the middle of the valve opening that causes interference is limited so as not to cause interference. This restriction is performed by at least one of delaying the start timing of injection and accelerating the end timing of injection while executing fuel injection in the middle period of valve opening, but it is preferable to perform both. This is the fuel injection amount reduction correction at the same time.) When performing such a restriction, the crank angle at which the
上記開弁中期での制限によって生じる不足分の燃料噴射量が、開弁中期あるいは開弁後期の少なくとも一方の期間で燃料噴射を実行することにより補償される。この補償のための燃料噴射は、燃料噴霧の気化、霧化促進を考慮した場合は開弁前期に行うのが好ましく、気化、霧化促進を優先しないときは開弁後期に行えばよい。勿論、開弁前期と開弁後期との両方で燃料噴射を行ってもよく、特に開弁中期で燃料噴射を実行しないときは、開弁前期と開弁後期との両方で燃料噴射を実行することにより、所定の燃料噴射量を確実に確保する上で好ましいものとなる。所定の燃料噴射量を確実に確保するという観点からは、開弁中期と開弁前期と開弁後期との3つの期間のうち少なくと2つの期間での分割噴射を行うののが好ましく、3つの期間全てで燃料噴射を行う場合は極めて多量の燃料噴射量であっても確実に確保されることになる。なお、燃料噴射弁18の製造誤差を考慮した確実な干渉防止のために、開弁前期での燃料噴射は、c1よりも十分早い時期に終了させ、開弁後期での燃料噴射はC4よりも十分遅い時期に開始させるように設定される。
The insufficient fuel injection amount caused by the restriction in the middle of the valve opening is compensated by executing the fuel injection in at least one of the middle period of the valve opening or the late stage of the valve opening. The fuel injection for this compensation is preferably performed in the first half of the valve opening in consideration of vaporization and atomization promotion of the fuel spray, and may be performed in the latter half of the valve opening when priority is not given to vaporization and atomization promotion. Of course, fuel injection may be performed in both the first and second valve opening periods. In particular, when fuel injection is not performed in the middle valve opening period, fuel injection is performed in both the first and second valve opening periods. This is preferable in ensuring a predetermined fuel injection amount. From the viewpoint of ensuring a predetermined fuel injection amount, it is preferable to perform split injection in at least two periods out of the three periods of the middle valve opening period, the first valve opening period, and the second valve opening period. In the case where fuel injection is performed in all of the two periods, even a very large amount of fuel injection is reliably ensured. In order to reliably prevent interference in consideration of manufacturing errors of the
図5に示す成層燃焼領域での高負荷域においては、比較的燃料噴射量が多くなるので、圧縮行程後半での後段噴射と圧縮行程前半での前段噴射との分割噴射とされるが、この前段噴射を吸気行程において行うようにすることもできる。この場合、干渉を生じる特定気筒については、吸気行程での燃料噴射を、開弁中期または開弁後期の少なくとも一方において行うことができ、特に開弁後期において行うのが、電極周りを適度にリッチ化しつつ、必要量の燃料噴射量を確保するという観点から好ましいものとなる(均一燃焼の場合に比して燃料噴霧の気化、霧化促進は重視されないので)。 In the high load region in the stratified combustion region shown in FIG. 5, since the fuel injection amount is relatively large, it is divided into post injection in the latter half of the compression stroke and pre-injection in the first half of the compression stroke. It is also possible to perform the pre-injection in the intake stroke. In this case, for a specific cylinder that causes interference, fuel injection in the intake stroke can be performed at least in the middle of the valve opening or in the latter half of the valve opening. However, it is preferable from the viewpoint of securing a necessary amount of fuel injection (because fuel spray vaporization and atomization promotion are not emphasized as compared with the case of uniform combustion).
ここで、図5の破線で示すように、成層燃焼領域と均一燃焼領域との間に、遷移領域を設定してもよい。遷移領域は、成層燃焼領域と均一燃焼領域との間で燃料噴射態様をスムーズに移行させるためのもので、基本的に、圧縮行程での燃料噴射と吸気行程での燃料噴射との両方が行われる。遷移領域において、成層燃焼領域から均一燃焼領域に近づくにつれて、圧縮行程での燃料噴射量が徐々に低減されて、この分吸気行程での燃料噴射量が増大される(均一燃焼領域から成層燃焼領域へ近づくときはこの逆)。遷移領域において、干渉を生じる特定気筒については、吸気行程での燃料噴射が、開弁中期と開弁前期と開弁後期との3つの期間のうち少なくとも1つの期間で行われるが、成層燃焼領域から均一燃焼領域へ近づくにつれて、開弁後期の燃料噴射から開弁中期あるいは開弁前期への燃料噴射へと徐々に変更していくこともできる。 Here, as indicated by a broken line in FIG. 5, a transition region may be set between the stratified combustion region and the uniform combustion region. The transition region is for smoothly shifting the fuel injection mode between the stratified combustion region and the uniform combustion region. Basically, both the fuel injection in the compression stroke and the fuel injection in the intake stroke are performed. Is called. In the transition region, as the stratified combustion region approaches the uniform combustion region, the fuel injection amount in the compression stroke is gradually reduced, and the fuel injection amount in the intake stroke is increased by this amount (from the uniform combustion region to the stratified combustion region). Vice versa) In the transition region, for a specific cylinder that causes interference, fuel injection in the intake stroke is performed in at least one of the three periods of the middle valve opening period, the first valve opening period, and the second valve opening period. The fuel injection in the latter half of the valve opening can be gradually changed to the fuel injection in the middle of the valve opening or the first half of the valve opening as it approaches the uniform combustion region.
吸気行程でのみ燃料噴射が行われる均一燃焼領域では、筒内空燃比が理論空燃比以下のリッチ(λ≦1)とされて、多量の燃料噴射量が要求されることになる。このような均一燃焼領域では、干渉を生じる特定気筒については、開弁中期と開弁前期と開弁後期との3つの期間のうち、少なくとも2つの期間で燃料噴射を行う分割噴射とするのが好ましい(開弁中期での燃料噴射は、干渉を防止するための前述した制限が与えられたものとなる)。 In a uniform combustion region where fuel injection is performed only in the intake stroke, the in-cylinder air-fuel ratio is rich (λ ≦ 1) below the stoichiometric air-fuel ratio, and a large amount of fuel injection is required. In such a uniform combustion region, the specific cylinder that causes interference may be divided injection in which fuel injection is performed in at least two periods among the three periods of the middle valve opening period, the first valve opening period, and the second valve opening period. Preferably (fuel injection in the middle of the valve opening is given the above-mentioned limitations to prevent interference).
図19は、本発明の別の実施形態を示すものであり、ポンピングロス低減のために吸気早閉じとした場合である。なお、本実施形態は、特定気筒という一部の気筒についての燃料噴射態様ではなく、全気筒共通の燃料噴射態様とされる。本実施形態では、吸気弁12の開弁特性が、図18の基本特性から変更されて、閉弁時期が吸気下死点よりも相当大きな所定分だけ早い時期とされ、しかもリフト量も基本特性の場合に比して小さくなるように設定される。このような吸気早閉じが行われる領域は、図5に示す成層燃焼領域での高負荷域、あるいは均一燃焼領域での低負荷域となる(遷移領域を設定した場合は遷移領域であってもよい)。
FIG. 19 shows another embodiment of the present invention, which is a case where the intake air is quickly closed to reduce the pumping loss. Note that this embodiment is not a fuel injection mode for a part of the specific cylinders, but a fuel injection mode common to all cylinders. In the present embodiment, the valve opening characteristic of the
上記吸気早閉じとした場合は、吸気弁12の高リフト状態となる開弁中期では、吸気弁12と燃料噴霧とが常に干渉してしまう領域となる。したがって、本実施形態では、開弁前期と開弁後期との2つの期間のうち、少なくとも一方の期間で燃料噴射を実行するようにしてある。成層燃焼領域では、ある程度電極周りにリッチな混合気層を形成するために、開弁後期に燃料噴射を行うのが好ましい(燃料噴射量が不足するときは、不足分を開弁前期で燃料噴射する)。また、燃料噴霧の気化、霧化促進が要求される均一燃焼領域では、開弁前期に燃料噴射を行うのが好ましい(燃料噴射量が不足するときは、不足分を開弁後期で燃料噴射する)。なお、図19の場合では、燃料噴射弁18の製造誤差があっても吸気弁12と燃料噴霧との確実な干渉防止のために、開弁前期で燃料噴射する場合はc11で示す時点よりも十分早い時期に燃料噴射を終了するのが好ましく、開弁後期で燃料噴射する場合はc12で示す時点よりも十分遅い時期に燃料噴射を開始するようにされる。
When the intake valve is closed early, the
図20は本発明のさらに別の実施形態を示すもので、ポンピングロス低減のために吸気遅閉じとした場合である。なお、本実施形態は、図18の場合と同様に、特定気筒という一部の気筒についての燃料噴射態様ではなく、全気筒共通の燃料噴射態様とされる。本実施形態では、吸気弁12の開弁特性が、図18の基本特性を遅い側に所定分位相変更したものに相当し、したがってリフト量は基本特性の場合と同じである。本実施形態では、開弁時期が吸気上死点よりも相当大きな所定分だけ遅い時期とされ、また、閉弁時期が吸気下死点よりも相当大きな所定分だけ遅い時期となって、圧縮行程前半の時期とされる。このような吸気遅閉じ行われる領域は、図18の場合と同様に、図5に示す成層燃焼領域での高負荷域、あるいは均一燃焼領域での低負荷域となる(遷移領域を設定した場合は遷移領域であってもよい)。本実施形態では、c21とc22との間、およびc23とc24との間の領域が吸気弁12と燃料噴霧とが干渉する領域となる。燃料噴射時期は、開弁中期と圧縮行程(に圧縮行程前半)との2つの期間の少なくとも一方とされる。成層燃焼領域では、圧縮行程に燃料噴射を行うのが好ましい(燃料噴射量が不足するときは、不足分を開弁中期で燃料噴射する)。また、均一燃焼領域では、開弁中期に燃料噴射を行うのが好ましい(燃料噴射量が不足するときは、不足分を圧縮行程で燃料噴射する)。なお、開弁前期は、吸気遅閉じが行われる領域の設定からくる要求からして、燃料噴射を行わないようにしてあるが、この開弁前期に燃料噴射を行うことも可能である。また、開弁中期での燃料噴射は、燃料噴射弁18の製造誤差に起因する干渉を確実に防止するのために、燃料噴射開始時期がc22時点よりも十分に遅い時期とされ、燃料噴射終了時期がc23時点よりも十分早い時期とされる。
FIG. 20 shows still another embodiment of the present invention, which is a case where the intake air is closed late in order to reduce the pumping loss. Note that, in the present embodiment, as in the case of FIG. 18, the fuel injection mode is common to all cylinders, not the fuel injection mode for a part of the specific cylinders. In the present embodiment, the valve opening characteristic of the
以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、特許請求の範囲に記載された範囲において種々の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。燃料噴射弁18(18B)の噴口の数は、5あるいは7以上であってもよい。1つの気筒について、吸気ポート(切換弁)の数は1あるいは3以上であってもよい。電極E周りの濃混合気層生成を抑制するために、スワール生成と圧縮行程での分割噴射との両方を行うことなく、いずれか一方のみを行うようにしてもよく、スワールを生成しないものであってもよい。4気筒エンジンに限らず、2気筒以上の多気筒エンジンに適用できるものである。各噴口の設定(径や長さ)は適宜設定できるものであり、全噴口共に同じ設定とすることもできる。成層燃焼域の全域において、圧縮行程後半のみに燃料噴射を行うものであってもよい。特定気筒に対する燃料噴射時期を変更したとき、他の気筒全ての燃料噴射時期を特定気筒について変更された燃料噴射時期に変更するようにしてもよい。干渉を生じる特定気筒について、吸気弁の開弁中期での燃料噴射量を徐々に低減させて、つまり噴射開始時期を徐々に遅らせると共に噴射終了時期を徐々に早めて、干渉を生じない範囲でもって開弁中期での燃料噴射を実行するようにしてもよい。勿論、本発明の目的として、実質的に好ましいあるいは利点として表現された発明を提供することをも暗黙的に含むものである。 Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made within the scope described in the scope of claims. For example, the present invention includes the following cases. The number of nozzle holes of the fuel injection valve 18 (18B) may be 5 or 7 or more. For one cylinder, the number of intake ports (switching valves) may be 1 or 3 or more. In order to suppress the formation of the rich air-fuel mixture around the electrode E, only one of the swirl generation and the split injection in the compression stroke may be performed without generating the swirl. There may be. The present invention can be applied not only to a four-cylinder engine but also to a multi-cylinder engine having two or more cylinders. The settings (diameter and length) of each nozzle can be set as appropriate, and all nozzles can be set to the same setting. The fuel injection may be performed only in the latter half of the compression stroke in the entire stratified combustion region. When the fuel injection timing for the specific cylinder is changed, the fuel injection timing for all the other cylinders may be changed to the fuel injection timing changed for the specific cylinder. For specific cylinders that cause interference, gradually reduce the fuel injection amount in the middle of the opening of the intake valve, that is, gradually delay the injection start timing and gradually advance the injection end timing so that interference does not occur. You may make it perform the fuel injection in the middle of valve opening. Of course, the object of the present invention also implicitly includes providing an invention that is substantially preferred or expressed as an advantage.
1:エンジン
3:シリンダブロック
4:シリンダヘッド
5:ピストン
6:燃焼室
10(10A、10B):吸気ポート
12:吸気弁
16:点火フプラグ
17:点火回路
18:燃料噴射弁
42:イオン電流検出回路(干渉検出手段)
43:絶縁抵抗検出回路(干渉検出手段手段)
50:コントローラ(基本噴射時期設定手段、噴射時期変更手段、開弁特性制御手段)
E:点火プラグの電極
LB:燃料噴射弁の軸線
L1:第1噴口(下側噴口)の軸線
A1:第1噴口(下側噴口)から噴射された燃料の噴霧角
L2:第2噴口(左側噴口)の軸線
A2:第2噴口(左側噴口)から噴射された燃料の噴霧角
L3:第3噴口(右側噴口)の軸線
A3:第3噴口(右側噴口)から噴射された燃料の噴霧角
81:吸気弁の位相変更機構(開弁特性変更手段)
82:吸気弁のリフト量変更用アクチュエータ(リフト量変更手段)
1: Engine 3: Cylinder block 4: Cylinder head 5: Piston 6: Combustion chamber 10 (10A, 10B): Intake port 12: Intake valve 16: Ignition valve 17: Ignition circuit 18: Fuel injection valve 42: Ion current detection circuit (Interference detection means)
43: Insulation resistance detection circuit (interference detection means)
50: Controller (basic injection timing setting means, injection timing changing means, valve opening characteristic control means)
E: Spark plug electrode LB: Fuel injection valve axis L1: First injection port (lower injection port) axis A1: Spray angle of fuel injected from the first injection port (lower injection port) L2: Second injection port (left side) Axis A2 of the nozzle): spray angle of fuel injected from the second nozzle (left nozzle) L3: axis A3 of the third nozzle (right nozzle) A3:
82: Actuator for changing lift amount of intake valve (lift amount changing means)
Claims (10)
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気行程において燃料噴射を実行する吸気行程噴射領域において、吸気弁が高リフト状態の開弁中期を基本噴射時期として設定する基本噴射時期設定手段と、
前記基本噴射時期に燃料噴射を実行したときに、前記左右噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉を検出する干渉検出手段と、
前記吸気行程噴射領域において、前記干渉検出手段手段によって干渉が検出された特定気筒についての燃料噴射時期を、前記基本噴射時期での燃料噴射を前記干渉が生じないように制限すると共に、吸気弁が低リフト状態の開弁前期と開弁後期との少なくとも一方の期間に燃料噴射を行なわせる噴射時期変更手段と、
を備えていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 For each cylinder, two intake valves, a spark plug disposed so that an electrode is positioned at substantially the center of the combustion chamber, and a combustion chamber peripheral portion between the two intake valves in a plan view. And a multi-hole fuel injection valve having a plurality of injection holes for directly injecting fuel into the combustion chamber,
In the spark ignition direct injection engine set to have at least a left-side nozzle directed to the left side of the electrode and a right-side nozzle directed to the right side of the electrode as the plurality of nozzles,
Basic injection timing setting means for setting, as a basic injection timing, a valve opening middle period in which the intake valve is in a high lift state in an intake stroke injection region in which fuel injection is performed in the intake stroke;
Interference detecting means for detecting interference between the fuel spray from the left and right nozzles and the intake valve when fuel injection is performed at the basic injection timing;
In the intake stroke injection region, the fuel injection timing for the specific cylinder in which the interference is detected by the interference detection means is limited so that the fuel injection at the basic injection timing does not cause the interference. Injection timing changing means for performing fuel injection during at least one of the first and second valve opening periods in a low lift state;
A spark ignition type direct injection engine characterized by comprising:
前記噴射時期変更手段による前記基本噴射時期での燃料噴射の制限が、吸気弁がより高リフト状態の狭い期間に限定して燃料噴射を行わせることにより行われる、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 In claim 1,
A spark ignition type characterized in that the restriction of fuel injection at the basic injection timing by the injection timing changing means is performed by allowing fuel injection to be performed only during a narrow period when the intake valve is in a higher lift state. Direct injection engine.
前記噴射時期変更手段による前記基本噴射時期での燃料噴射の制限が、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期での燃料噴射を禁止することにより行われる、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 In claim 1,
The spark ignition type direct current is characterized in that the fuel injection restriction at the basic injection timing by the injection timing changing means is performed by prohibiting fuel injection in the middle of the valve opening when the intake valve is in a high lift state. Jet engine.
前記噴射時期変更手段による変更後の燃料噴射が、吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と吸気弁の低リフト状態となる開弁前期と開弁後期との3つの期間のうち少なくとも2つの期間で実行される分割噴射とされる、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The fuel injection after the change by the injection timing changing means is at least two of the three periods of the valve opening middle period when the intake valve is in the high lift state and the valve opening early period and the valve opening late period when the intake valve is in the low lift state. A spark ignition direct injection engine characterized by being divided injection executed in a period.
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように成層燃焼を行う領域での高負荷域において、圧縮行程中に燃料噴射を行う後段噴射と、吸気行程中に燃料噴射を行う前段噴射との分割噴射を行うように設定され、
前記特定気筒における前記前段噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期または低リフト状態の開弁後期の少なくとも一方の期間において行われる、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 In claim 1,
Split injection of post-stage injection in which fuel injection is performed during the compression stroke and pre-stage injection in which fuel injection is performed during the intake stroke in a high load range where stratified combustion is performed so that the local air-fuel ratio around the electrode becomes rich Is set to do
The pre-stage injection in the specific cylinder is performed in at least one period of a middle period when the intake valve is in a high lift state or a late stage when the intake valve is in a low lift state.
This is a spark ignition direct injection engine.
エンジンの運転状態に応じて、電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域と、該成層燃焼領域よりも高負荷、高回転となって吸気行程でのみ燃料噴射を行う均一燃焼領域と、該成層燃焼領域と均一燃焼領域との境界領域とされて圧縮行程および吸気行程で燃料噴射が行われる遷移領域との3つの領域が設定され、
前記遷移領域において、前記特定気筒に対する吸気行程での燃料噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期と低リフト状態の開弁前期と開弁後期との3つの期間のうち少なくとも1つの期間で行われる、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 In claim 1,
Depending on the operating state of the engine, a stratified combustion region in which fuel injection is performed at least in the compression stroke so that the local air-fuel ratio around the electrode becomes rich, and a higher load and higher rotation than the stratified combustion region in the intake stroke Three regions are set: a uniform combustion region in which only fuel injection is performed, and a transition region in which fuel injection is performed in the compression stroke and the intake stroke as a boundary region between the stratified combustion region and the uniform combustion region,
In the transition region, the fuel injection in the intake stroke for the specific cylinder is at least one period of three periods of a middle period of opening of the intake valve when the intake valve is in a high lift state, a first period of opening of the valve during a low lift state, and a late period of opening the valve. Done in
This is a spark ignition direct injection engine.
吸気行程でのみ燃料噴射を行うと共に筒内空燃比を理論空燃比以下のリッチ(λ≦1)となるようにする均一燃焼領域において、前記特定気筒についての燃料噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期と低リフト状態の開弁前期と開弁後期との3つの期間のうち少なくとも2つの期間で行われる分割噴射とされる、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 In claim 1,
In a uniform combustion region in which fuel injection is performed only in the intake stroke and the in-cylinder air-fuel ratio is rich (λ ≦ 1) below the stoichiometric air-fuel ratio, fuel injection for the specific cylinder is performed in a high lift state of the intake valve A spark-ignition direct injection engine, characterized in that it is divided injection that is performed in at least two periods among three periods of a middle valve opening period, a low valve lift first period valve opening period, and a second valve opening period.
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での高負荷域、または筒内空燃比が均一となるように少なくとも吸気行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での低負荷域において、有効圧縮比が小さくなるように吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも所定クランク角前とする吸気早閉じとされ、
吸気弁の低リフト状態となる開弁前期と開弁後期との2つの期間のうち少なくとも一方の期間に燃料噴射が行われる、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 For each cylinder, two intake valves, a spark plug disposed so that an electrode is positioned at substantially the center of the combustion chamber, and a combustion chamber peripheral portion between the two intake valves in a plan view. And a multi-hole fuel injection valve having a plurality of injection holes for directly injecting fuel into the combustion chamber,
In the spark ignition direct injection engine set to have at least a left-side nozzle directed to the left side of the electrode and a right-side nozzle directed to the right side of the electrode as the plurality of nozzles,
Stratified combustion in which fuel injection is performed at least in the intake stroke so that the local air-fuel ratio around the electrode is rich in a high-load region in which fuel injection is performed in at least the compression stroke or in-cylinder air-fuel ratio is uniform. In the low load range in the region, the intake valve close timing is set to a predetermined crank angle before the intake bottom dead center so that the effective compression ratio becomes small,
Fuel injection is performed in at least one of the two periods of the first and second valve opening periods when the intake valve is in a low lift state.
This is a spark ignition direct injection engine.
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での高負荷域と、筒内空燃比が均一となるように少なくとも吸気行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での低負荷域において、有効圧縮比が小さくなるように吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも所定クランク角後とする吸気遅閉じとされ、
吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と圧縮行程との2つの期間のうち少なくとも一方の期間に燃料噴射が行われる、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 For each cylinder, two intake valves, a spark plug disposed so that an electrode is positioned at substantially the center of the combustion chamber, and a combustion chamber peripheral portion between the two intake valves in a plan view. And a multi-hole fuel injection valve having a plurality of injection holes for directly injecting fuel into the combustion chamber,
In the spark ignition direct injection engine set to have at least a left-side nozzle directed to the left side of the electrode and a right-side nozzle directed to the right side of the electrode as the plurality of nozzles,
Stratified combustion in which fuel injection is performed at least in the intake stroke so that the in-cylinder air-fuel ratio is uniform, and a high load region in the stratified combustion region in which fuel injection is performed at least in the compression stroke so that the local air-fuel ratio around the electrode becomes rich In the low load region in the region, the intake valve closing timing is determined to be after the predetermined crank angle from the intake bottom dead center so that the effective compression ratio becomes small,
Fuel injection is performed in at least one of the two periods of the valve opening middle period in which the intake valve is in a high lift state and the compression stroke.
This is a spark ignition direct injection engine.
前記電極近傍に指向される噴口として、該電極の先端近傍でその延長線付近に指向された下側噴口を有し、
前記下側噴口、左側噴口および右側噴口の各噴口から前記電極までの距離が20mm以上に設定され、
前記下側噴口と前記左側噴口とのなす開き角が15度〜25の度の範囲に設定されて、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域で該下側噴口からの燃料噴霧と該左側噴口からの燃料噴霧が相互干渉効果によって互いに連続したものとなるように設定され、
前記下側噴口と前記右側噴口とのなす開き角が15度〜25の度の範囲に設定されて、前記所定運転領域で該下側噴口からの燃料噴霧と該右側噴口からの燃料噴霧が相互干渉効果によって互いに連続したものとなるように設定されている、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 In any one of Claims 1 thru | or 9,
As a nozzle directed to the vicinity of the electrode, it has a lower nozzle directed to the extension near the tip of the electrode,
The distance from each of the lower nozzle hole, the left nozzle hole and the right nozzle hole to the electrode is set to 20 mm or more,
The opening angle formed between the lower nozzle hole and the left nozzle hole is set in a range of 15 degrees to 25 degrees, and fuel spray from the lower nozzle hole is generated in a predetermined operation region that is a low rotation / low load region of the engine. The fuel spray from the left nozzle is set to be continuous with each other by the mutual interference effect,
An opening angle between the lower nozzle and the right nozzle is set in a range of 15 to 25 degrees, and the fuel spray from the lower nozzle and the fuel spray from the right nozzle are mutually in the predetermined operation region. Set to be continuous with each other due to interference effects,
This is a spark ignition direct injection engine.
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JP2010511121A (en) * | 2006-11-30 | 2010-04-08 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Fuel injection valve and fuel injection system |
JP2015034521A (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-19 | 株式会社デンソー | Fuel injection control device |
JP2017172492A (en) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | 本田技研工業株式会社 | Fuel injection device of internal combustion engine |
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- 2005-12-28 JP JP2005379036A patent/JP2007177740A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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