JP2010007619A - Fuel injection control device and fuel injection control method for diesel engine - Google Patents

Fuel injection control device and fuel injection control method for diesel engine Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device capable of shortening total combustion period without increasing smoke even if a plurality of times of divided injection are performed during one cycle. <P>SOLUTION: This device is provided with a fuel supply device 10 capable of directly injecting fuel by dividing it into a plurality of times into a combustion chamber near compression top dead center of each cylinder during one cycle, and a flame position control means 21 controlling flame position by previous stage injection and flame position by next stage injection by using the fuel supply device 10 in such a manner that the flame position by the previous stage and the flame position by the next stage injection do not spatially overlap while a period of time when flame by the previous stage injection exists and a period of time when flame by the next stage injection exists overlap. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel injection control device and a fuel injection control method for a diesel engine.

燃焼騒音、排気低減の両立等のため、燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し、各噴射による燃料噴霧の燃焼が断続的に行われるように燃料の噴射圧力および燃料噴射量を制御することにより、複数回の噴射による燃料噴霧のそれぞれについて新気が十分に導入された状態での燃焼を可能とし、これによってスモークをも低減するものがある(特許文献1参照)。
特開2005−291161号公報
In order to achieve both combustion noise and exhaust emission reduction, fuel is divided into multiple times near the compression top dead center of each cylinder and directly injected into the combustion chamber so that fuel spray is burnt intermittently by each injection. By controlling the fuel injection pressure and fuel injection amount, it is possible to perform combustion in a state where fresh air is sufficiently introduced for each of the fuel sprays by multiple injections, thereby reducing smoke. (See Patent Document 1).
JP 2005-291116 A

ところで、上記特許文献1の技術は、1サイクル中の複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われるよう、前段噴射による燃料噴霧の燃焼が終了した後に後段噴射による燃料噴霧の燃焼を開始させる、つまり各噴射毎の火炎位置が時間的に重ならないように各噴射毎の火炎位置を制御する構成であるため、複数回の噴射による全体の燃焼期間が従来より長引くことになっている。このため、長引く燃焼期間では全体の燃焼が成立しない高負荷側にまで適用範囲を拡大することができず、限られた領域での適用範囲となっている。   By the way, the technique of the above-mentioned patent document 1 starts combustion of the fuel spray by the post-stage injection after the combustion of the fuel spray by the pre-stage injection is completed so that each of the combustion by the multiple injections in one cycle is intermittently performed. In other words, since the flame position for each injection is controlled so that the flame positions for each injection do not overlap in time, the entire combustion period by a plurality of injections is longer than the conventional one. For this reason, in the prolonged combustion period, the application range cannot be expanded to the high load side where the entire combustion is not established, and the application range is limited.

そこで本発明は、1サイクル中に複数回の分割噴射を行わせてもスモークを増大させることなく、複数回の噴射による全体の燃焼期間を短縮し得る装置及び方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and a method capable of shortening the entire combustion period by a plurality of injections without increasing smoke even if a plurality of divided injections are performed in one cycle. .

本発明は、1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置を備え、前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料供給装置を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御するように構成する。   The present invention includes a fuel supply device that can divide the fuel into a plurality of times near the compression top dead center of each cylinder during one cycle and directly inject the fuel into the combustion chamber. The flame position by the next stage injection and the flame by the next stage injection are used so that the flame position by the next stage injection does not spatially overlap the flame position by the previous stage injection while overlapping with the time when the flame by Configure to control position.

また、本発明は、1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得ると共に、燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構を有する燃料噴射弁を備え、前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料噴射弁を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御するように構成する。   Further, the present invention has an injection direction variable mechanism that can divide the fuel into a plurality of times in the vicinity of the compression top dead center of each cylinder and inject it directly into the combustion chamber during one cycle, and can change the fuel injection direction. With a fuel injection valve, the time when the flame due to the previous stage injection and the time when the flame due to the next stage injection overlap, while the flame position due to the next stage injection does not spatially overlap the flame position due to the previous stage injection, The fuel injection valve is used to control the flame position by the previous stage injection and the flame position by the next stage injection.

本発明によれば、1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置を備え、前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料供給装置を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御するので、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。   According to the present invention, the fuel supply device is provided that can divide the fuel into a plurality of times in the vicinity of the compression top dead center of each cylinder during one cycle and directly inject the fuel into the combustion chamber. The flame position and the next stage injection by the preceding stage injection using the fuel supply device so that the flame position by the next stage injection overlaps the time at which the flame by the stage injection exists and does not spatially overlap the flame position by the previous stage injection. Since the flame position is controlled, it is possible to shorten the entire combustion period by a plurality of injections without increasing the smoke, and the application range can be expanded to a higher load side than the conventional apparatus.

また、本発明によれば、1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得ると共に、燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構を有する燃料噴射弁を備え、前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料噴射弁を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御するので、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。   Further, according to the present invention, the injection direction variable mechanism that can divide the fuel into a plurality of times in the vicinity of the compression top dead center of each cylinder and inject it directly into the combustion chamber during one cycle and change the fuel injection direction. The time when the flame due to the previous stage injection and the time when the flame due to the next stage injection overlap overlap with each other so that the flame position due to the next stage injection does not spatially overlap the flame position due to the previous stage injection. In addition, because the fuel injection valve is used to control the flame position by the pre-stage injection and the flame position by the next-stage injection, it becomes possible to shorten the entire combustion period by the multiple injections without increasing the smoke. The application range can be expanded to a higher load side than the conventional device.

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の燃料噴射制御装置を備えたディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」ともいう。)の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diesel engine (hereinafter also simply referred to as “engine”) provided with a fuel injection control device of the present invention.

図1において、エンジン1の排気通路2と吸気通路3のコレクタ部3aとを結ぶEGR通路4に、ステッピングモータ5は、コントロールユニット21からの制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のEGR率を得るようにしている。   In FIG. 1, a stepping motor 5 is driven by a control signal from a control unit 21 in an EGR passage 4 that connects an exhaust passage 2 of an engine 1 and a collector portion 3a of an intake passage 3. A predetermined EGR rate is obtained.

エンジン1には燃料供給装置としてのコモンレール式燃料噴射装置10を備える。この燃料噴射装置10は、主に燃料タンク11、サプライポンプ12、コモンレール(蓄圧室)13、気筒毎に設けられる燃料噴射弁15とから大略構成され、サプライポンプ12により加圧された燃料はコモンレール13にいったん蓄えられたあと、コモンレール13内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁15に分配される。   The engine 1 includes a common rail fuel injection device 10 as a fuel supply device. This fuel injection device 10 is mainly composed of a fuel tank 11, a supply pump 12, a common rail (accumulation chamber) 13, and a fuel injection valve 15 provided for each cylinder, and the fuel pressurized by the supply pump 12 is common rail. Once stored in 13, the high-pressure fuel in the common rail 13 is distributed to the fuel injection valve 15 of each cylinder.

上記コモンレール13には、コモンレール13内の燃料圧力および燃料温度を検出するために、燃料圧力センサ34および燃料温度センサ35が設けられている。また、コモンレール13内の燃料圧力を目標値に制御するために、サプライポンプ12からの吐出燃料の一部が、一方向弁18が設けられたオーバーフロー通路17を介してから燃料供給通路16に戻されるようになっている。詳しくは、オーバーフロー通路17の流路面積を変えるための圧力制御弁19が設けられており、この圧力制御弁19がエンジンコントロールユニット21からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路17の流路面積を変化させる。これにより、サプライポンプ12からコモンレール13への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール13内の燃料圧力が目標値へと制御される。   The common rail 13 is provided with a fuel pressure sensor 34 and a fuel temperature sensor 35 in order to detect the fuel pressure and fuel temperature in the common rail 13. Further, in order to control the fuel pressure in the common rail 13 to the target value, a part of the fuel discharged from the supply pump 12 is returned to the fuel supply passage 16 through the overflow passage 17 provided with the one-way valve 18. It is supposed to be. Specifically, a pressure control valve 19 for changing the flow passage area of the overflow passage 17 is provided, and the pressure control valve 19 changes the flow passage area of the overflow passage 17 in accordance with a duty signal from the engine control unit 21. Let Thereby, the substantial fuel discharge amount from the supply pump 12 to the common rail 13 is adjusted, and the fuel pressure in the common rail 13 is controlled to the target value.

燃料噴射弁15は、エンジンコントロールユニット21からのON−OFF信号によって開閉される電子式の噴射弁であって、ON信号によって燃料を燃焼室に噴射し、OFF信号によって噴射を停止する。そして、燃料噴射弁15へ印加されるON信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール13の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。   The fuel injection valve 15 is an electronic injection valve that is opened and closed by an ON-OFF signal from the engine control unit 21, and injects fuel into the combustion chamber by the ON signal and stops injection by the OFF signal. The fuel injection amount increases as the period of the ON signal applied to the fuel injection valve 15 increases, and the fuel injection amount increases as the fuel pressure of the common rail 13 increases.

このようなコモンレール式燃料噴射装置10の特徴として、1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射することが可能であることが挙げられる。さらに、コモンレール式燃料噴射装置10は複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を変更可能な噴射時期可変機構及び複数回の各噴射毎の燃料噴霧の到達距離を変更可能な到達距離可変機構をも有している。   A characteristic of such a common rail fuel injection device 10 is that it is possible to divide the fuel into a plurality of times in the vicinity of the compression top dead center of each cylinder and inject it directly into the combustion chamber during one cycle. Further, the common rail fuel injection device 10 has an injection timing variable mechanism that can change the fuel injection timing for each of the plurality of injections, and an arrival distance variable mechanism that can change the arrival distance of the fuel spray for each of the plurality of injections. Have.

エンジンコントロールユニット21には、上記燃料圧力センサ34からのコモンレール圧力(コモンレール14の燃料圧力)Pcrの信号、燃料温度センサ35からの燃料温度Tfの信号のほかに、水温センサ31からの冷却水温Twの信号、クランク角度検出用クランク角センサ32からのクランク角度(エンジン回転速度Neの基礎となる)の信号、気筒判別用クランク角センサ33からの気筒判別信号Cyl、アクセル開度センサ36からのアクセル開度(アクセルペダルの踏み込み量のこと)L(エンジン負荷相当)の信号、エアフローメータ7からの吸入空気量Qaの信号が入力され、エンジンコントロールユニット21では、エンジン回転速度とアクセル開度に応じて主燃料噴射量を算出し、算出した主燃料噴射量に対応して燃料噴射弁15のON時間を制御するほか、燃料噴射弁15のONへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所定の噴射開始時期(噴射時期)を得るようにしている。   In addition to the signal of the common rail pressure (fuel pressure of the common rail 14) Pcr from the fuel pressure sensor 34 and the signal of the fuel temperature Tf from the fuel temperature sensor 35, the engine control unit 21 includes the coolant temperature Tw from the water temperature sensor 31. , A crank angle signal from the crank angle detection crank angle sensor 32 (which is the basis of the engine speed Ne), a cylinder discrimination signal Cyl from the cylinder discrimination crank angle sensor 33, and an accelerator opening sensor 36 A signal of opening degree (depressing amount of the accelerator pedal) L (equivalent to engine load) and a signal of intake air amount Qa from the air flow meter 7 are inputted, and the engine control unit 21 responds to the engine speed and the accelerator opening degree. The main fuel injection amount is calculated and the fuel corresponding to the calculated main fuel injection amount is calculated. In addition to controlling the ON time of the injection valve 15, by controlling the switching phase of the ON of the fuel injection valve 15, so as to obtain the predetermined injection start timing according to the operating conditions (injection timing).

EGR通路4の開口部下流の排気通路2に可変容量ターボチャージャ25を備える。これは、排気タービン26のスクロール入口に、アクチュエータ28により駆動される可変ノズル27を設けたもので、エンジンコントロールユニット21により、可変ノズル27は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側では排気タービン26に導入される排気の流速を高めるノズル開度に、高回転速度側では排気を抵抗なく排気タービン26に導入させるノズル開度に制御する。   A variable capacity turbocharger 25 is provided in the exhaust passage 2 downstream of the opening of the EGR passage 4. This is a variable nozzle 27 driven by an actuator 28 at the scroll inlet of the exhaust turbine 26. The engine control unit 21 allows the variable nozzle 27 to obtain a predetermined supercharging pressure from a low rotational speed range. In addition, the nozzle opening degree is controlled to increase the flow rate of the exhaust gas introduced into the exhaust turbine 26 on the low rotation speed side, and to the nozzle opening degree to introduce the exhaust gas into the exhaust turbine 26 without resistance on the high rotation speed side.

排気タービン26下流には後処理装置(例えば酸化触媒、NOxトラップ触媒)41を備えている。45はアクチュエータにより駆動される吸気絞り弁である。   A post-treatment device (for example, an oxidation catalyst or a NOx trap catalyst) 41 is provided downstream of the exhaust turbine 26. An intake throttle valve 45 is driven by an actuator.

ところで、燃焼騒音、排気低減を両立するため、燃料の噴射を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分けて行い、各噴射による燃料噴霧の燃焼が断続的に行われるように燃料の噴射圧及び燃料噴射量を制御することにより、スモーク及び燃焼騒音の同時低減を可能とした燃焼方式がある。   By the way, in order to achieve both combustion noise and exhaust emission reduction, fuel injection is performed in multiple times near the compression top dead center of each cylinder, and fuel injection is performed so that combustion of fuel spray by each injection is performed intermittently. There is a combustion system that enables simultaneous reduction of smoke and combustion noise by controlling pressure and fuel injection amount.

しかしながら、この燃焼方式は一段噴射(1サイクル中に1回だけの燃料噴射)と比較して複数回の噴射による全体の燃焼期間が時間的に長引くため、高負荷側にまで適用できず、適用できる運転領域が限られた領域のみとなっている。   However, this combustion method cannot be applied to the high-load side because the entire combustion period by multiple injections is prolonged in time compared with single-stage injection (only one fuel injection in one cycle). Only a limited range of operation is possible.

さて、燃料噴射弁15はピストン軸上にあって燃焼室に直接臨んでおり、噴孔が6個の場合、1回の噴射による燃料は噴孔から燃焼室周縁に向けて6方向に等分に噴かれ、6方向に噴かれた燃料噴霧のそれぞれは図2に示したように周囲の空気を巻き込んで噴霧の塊48を形成しつつ燃焼室内のスワール(ガス流動)によりピストン中心軸を中心にして円周方向に回転する。図2(A)では1回目噴射による噴霧塊が噴孔より半径方向外側に所定量Lsだけ移動しかつ噴射方向より所定量Lr1だけ円周方向(時計方向)に回転した状態にあることを示している。そして、ピストンの上動に伴う燃焼室内の圧力上昇によりこの噴霧塊48が気化し自着火して火炎を形成するものとする。すると、1回目噴射による噴霧塊48(あるいは火炎)は燃焼室内で空間的に偏在するのであり、1回目噴射による噴霧塊48(火炎)のあるところよりも1回目噴射による噴霧塊48(火炎)のない領域のほうがむしろ多いことがわかる。   Now, the fuel injection valve 15 is on the piston shaft and directly faces the combustion chamber. When there are six injection holes, the fuel from one injection is equally divided in six directions from the injection hole toward the periphery of the combustion chamber. As shown in FIG. 2, each of the fuel sprays injected in the six directions entrains the surrounding air to form a spray lump 48, and swirls (gas flow) in the combustion chamber to center the piston central axis. And rotate in the circumferential direction. FIG. 2 (A) shows that the spray mass by the first injection has moved by a predetermined amount Ls radially outward from the nozzle hole and rotated in the circumferential direction (clockwise) by a predetermined amount Lr1 from the injection direction. ing. The spray mass 48 is vaporized and self-ignited by the pressure increase in the combustion chamber accompanying the upward movement of the piston to form a flame. Then, the spray lump 48 (or flame) by the first injection is spatially unevenly distributed in the combustion chamber, and the spray lump 48 (flame) by the first injection rather than where the spray lump 48 (flame) by the first injection exists. It can be seen that there are more areas with no symbol.

そこで、本発明では、複数回の各噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置)(この各噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を、以下「各噴射毎の火炎位置」という。)を演算し、1回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎(この1回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎を、以下単に「1回目噴射による火炎」という。)が存在する時間と、2回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎(この2回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎を、以下単に「2回目噴射による火炎」という。)が存在する時間とが重なりつつ、2回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置(この2回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を、以下単に「2回目噴射による火炎位置」という。)が1回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置(この1回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を、以下単に「1回目噴射による火炎位置」という。)と空間的に重ならないように、1回目噴射による火炎位置及び2回目噴射による火炎位置を制御する。例えば図2(A)において2回目噴射による噴霧塊が噴射方向より所定量Lr2だけ時計方向に回転した状態で気化し自着火して火炎を形成するようにする。   Therefore, in the present invention, the position of the flame formed by the fuel spray lump by each injection multiple times (the position of the flame formed by the fuel spray lump by each injection) is hereinafter referred to as "flame position for each injection" The flame formed by the fuel spray lump by the first injection (hereinafter, the flame formed by the fuel spray lump by the first injection is simply referred to as “flame by the first injection”). And the flame formed by the fuel spray lump by the second injection (hereinafter, the flame formed by the fuel spray lump by the second injection is simply referred to as “flame by the second injection”). The position of the flame formed by the fuel spray lump by the second injection (the position of the flame formed by the fuel spray lump by the second injection is The position of the flame formed by the fuel spray lump by the first injection is simply referred to as “the position of the flame formed by the fuel spray lump by the first injection”. The flame position by the first injection and the flame position by the second injection are controlled so as not to spatially overlap with the “flame position by the first injection”. For example, in FIG. 2A, the spray mass by the second injection is vaporized in a state where it is rotated clockwise by a predetermined amount Lr2 from the injection direction, and is self-ignited to form a flame.

1サイクル中の噴射回数が3回の場合に3回目噴射を行うときには、1回目噴射による火炎が存在する時間及び2回目噴射による火炎が存在する時間と3回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎(この3回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎を、以下単に「3回目噴射による火炎」という。)が存在する時間とが重なりつつ、3回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置(この3回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を、以下単に「3回目噴射による火炎位置」という。)が2回目噴射による火炎位置及び1回目噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、3回目噴射による火炎位置を制御する。例えば図2(A)において3回目噴射による噴霧塊が噴射方向より所定量Lr3だけ時計方向に回転した状態で気化し自着火して火炎を形成するようにする。なお、図2(A)において3回目噴射による噴霧塊と上記の2回目噴射による噴霧塊は1つだけしか示していない。   When the third injection is performed when the number of injections in one cycle is 3, it is formed by the time during which the flame by the first injection exists, the time by which the flame by the second injection exists, and the lump of fuel spray by the third injection. (The flame formed by the fuel spray lump by the third injection is hereinafter simply referred to as “flame by the third injection”) and overlapped by the time of the fuel spray lump by the third injection. The position of the flame to be generated (the position of the flame formed by the fuel spray lump by the third injection is hereinafter simply referred to as “the flame position by the third injection”) is the flame position by the second injection and the flame by the first injection The flame position by the third injection is controlled so as not to spatially overlap the position. For example, in FIG. 2A, the spray mass by the third injection is vaporized in a state where it rotates clockwise by a predetermined amount Lr3 from the injection direction, and self-ignites to form a flame. In FIG. 2A, only one spray mass by the third injection and the above-mentioned spray mass by the second injection are shown.

ここで、各気筒の圧縮上死点近傍で行われる複数回の噴射は多段噴射ともいわれる。1サイクル中の噴射回数が2回の場合に、1回目噴射は前段噴射、これに対して2回目噴射は次段噴射といわれる。1サイクル中の噴射回数が3回の場合には、1回目噴射が前段噴射、これに対して2回目噴射及び3回目噴射が次段噴射となる。   Here, a plurality of injections performed near the compression top dead center of each cylinder is also referred to as multistage injection. When the number of injections in one cycle is two, the first injection is referred to as the pre-stage injection, while the second injection is referred to as the next-stage injection. When the number of injections in one cycle is 3, the first injection is the preceding injection, while the second injection and the third injection are the next injection.

次に、運転条件の相違を図2を参照してさらに説明すると、図2(A)は高ペネトレーション(高噴射圧、低吸気圧)かつ高スワール条件において1回目噴射を行ったところ、1回目噴射による6個の噴霧塊48が半径方向ではキャビティ44を超えてピストン冠面周縁部43にさしかかったところまで達し、かつ円周方向では高スワールによって噴射方向から時計方向に大きく移動した状態にあることを示している。こうした場合には、2回目噴射及び3回目噴射を行うときに噴射方向に1回目噴射による噴霧塊48がないので、1回目噴射の噴射開始タイミングより2回目噴射の噴射開始タイミング、3回目噴射の噴射開始タイミングまでの各噴射間隔を小さくする、つまり1回目噴射開始タイミングから遅れることなく2回目噴射及び3回目噴射を開始する。   Next, the difference in operating conditions will be further described with reference to FIG. 2. FIG. 2A shows that the first injection is performed under high penetration (high injection pressure, low intake pressure) and high swirl conditions. In the radial direction, the six spray lumps 48 have reached the point where they have reached the piston crown surface peripheral portion 43 beyond the cavity 44 in the radial direction, and in the circumferential direction, they are greatly moved clockwise from the injection direction by the high swirl. It is shown that. In such a case, when performing the second injection and the third injection, there is no spray lump 48 due to the first injection in the injection direction, so the injection start timing of the second injection and the injection of the third injection from the injection start timing of the first injection. Each injection interval until the injection start timing is reduced, that is, the second injection and the third injection are started without delay from the first injection start timing.

一方、図2(B)は低ペネトレーション(低噴射圧、高吸気圧)かつ低スワール条件において1回目噴射を行ったところ、1回目噴射による噴霧塊48が半径方向ではキャビティ44内にとどまり、かつ円周方向では低スワールによって噴射方向からほどんど移動していない状態にあることを示している。こうした場合には、2回目噴射及び3回目噴射を行うときに噴射方向に1回目噴射による噴霧塊48があるので、1回目噴射の噴射開始タイミングより2回目噴射の噴射開始タイミング、3回目噴射の噴射開始タイミングまでの各噴射間隔を大きくする、つまり噴射方向から1回目噴射による噴霧塊48が移動していなくなるのを待って2回目噴射及び3回目噴射を開始する。   On the other hand, FIG. 2 (B) shows that when the first injection is performed under the low penetration (low injection pressure, high intake pressure) and low swirl conditions, the spray mass 48 by the first injection stays in the cavity 44 in the radial direction, and In the circumferential direction, it is shown that there is little movement from the injection direction due to low swirl. In such a case, when performing the second injection and the third injection, there is a spray lump 48 by the first injection in the injection direction, so the injection start timing of the second injection from the injection start timing of the first injection, Each injection interval up to the injection start timing is increased, that is, the second injection and the third injection are started after the spray mass 48 from the first injection stops moving.

このように、同一の運転条件においても、また運転条件が相違しても各噴射毎の火炎位置が空間的に重ならないように各噴射毎の火炎位置を制御し、各噴射による燃焼は空間的に分断するけれども各燃焼は時間的に重複して生じさせることによって複数回の噴射による全体の燃焼期間を従来装置より短縮し、これによって高負荷側でも適用可能とするのである。   In this way, the flame position for each injection is controlled so that the flame positions for each injection do not overlap spatially even under the same operating conditions or even if the operating conditions are different. However, each combustion is caused to overlap in time, thereby shortening the entire combustion period by a plurality of injections as compared with the conventional apparatus, thereby making it applicable even on the high load side.

エンジンコントロールユニット21で実行されるこの制御を以下のフローチャートに基づいて詳述する。   This control executed by the engine control unit 21 will be described in detail based on the following flowchart.

図3はメインのフローチャートである。図3は処理の流れを示すものであり、一定時間毎に繰り返し実行するものでない。   FIG. 3 is a main flowchart. FIG. 3 shows the flow of processing and is not executed repeatedly at regular intervals.

ステップ1ではクランク角センサにより検出されるエンジン回転速度Ne、アクセル開度センサ36により検出される負荷Lを読み込み、ステップ2でこれらの値に基づいて目標燃料噴射量Q0および1サイクル中の噴射回数Niを決定する。目標燃料噴射量Q0はそのときのエンジン回転速度Neと負荷Lにおいて1燃焼サイクル当たりに必要となる燃料量を定めるものである。   In step 1, the engine rotational speed Ne detected by the crank angle sensor and the load L detected by the accelerator opening sensor 36 are read. In step 2, the target fuel injection amount Q0 and the number of injections in one cycle are read based on these values. Ni is determined. The target fuel injection amount Q0 determines the amount of fuel required per combustion cycle at the engine speed Ne and load L at that time.

本発明では、圧縮上死点付近を中心に複数回の分割噴射(多段噴射)を行うが、噴射回数Niはその分割噴射の回数を定めるものである。噴射回数Niは少なくとも2回である。ここでは、噴射回数が3回である場合で説明する。噴射回数が3回である場合には、目標燃料噴射量Q0を3つに分割し、圧縮上死点付近を中心に3回に分けて分割噴射することとなる。エンジン回転速度が一定の条件で負荷が大きくなるとき噴射回数Niを多くするのか少なくするのか、あるいは負荷が一定の条件でエンジン回転速度が高くなるとき噴射回数Niを多くするのか少なくするのかについては適合により定める。   In the present invention, divided injection (multistage injection) is performed a plurality of times centering around the compression top dead center, and the number of injections Ni determines the number of divided injections. The number of injections Ni is at least twice. Here, the case where the number of injections is 3 will be described. When the number of injections is three, the target fuel injection amount Q0 is divided into three, and divided injection is divided into three parts around the compression top dead center. Whether to increase or decrease the number of injections Ni when the load increases under a constant engine speed, or whether to increase or decrease the number of injections Ni when the engine speed increases under a constant load Determined by conformance.

ステップ3では各噴射毎の火炎位置、つまり1回目噴射による火炎位置、2回目噴射による火炎位置及び3回目噴射による火炎位置を演算(予測)する。   In step 3, the flame position for each injection, that is, the flame position by the first injection, the flame position by the second injection, and the flame position by the third injection are calculated (predicted).

なお、簡単のため1回目噴射の噴射開始タイミングは予め定まっているものとする。そして、各噴射毎の火炎位置の演算は1回目噴射を行う以前に行うものである。すなわち、後述するように、1回目噴射に先立って2回目噴射の噴射開始タイミングと3回目噴射の噴射タイミングを決定した後に、1回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき1回目噴射を行い、この1回目噴射の後に、決定した2回目噴射の噴射開始タイミングと3回目噴射の噴射タイミングに従い、2回目噴射と3回目噴射とを行うこととなる。   For simplicity, it is assumed that the injection start timing of the first injection is determined in advance. The calculation of the flame position for each injection is performed before the first injection. That is, as will be described later, after determining the injection start timing of the second injection and the injection timing of the third injection prior to the first injection, the first injection is performed when the injection start timing of the first injection is reached. After the first injection, the second injection and the third injection are performed according to the determined injection start timing of the second injection and the injection timing of the third injection.

各噴射毎の火炎位置の演算については図4のフローにより説明する。図4(図3ステップ3のサブルーチン)においてステップ11では噴射時期(噴射開始タイミング)の筒内状態、燃料噴射状態を演算または検出する。具体的には、筒内圧Pic、スワール比Sr、吸入空気量Qa、コモンレール圧(噴射圧)Pcr、EGR率Regr、燃料性状Cf、吸入空気温度Ta、ピストン位置Ppの少なくとも一つのパラメータを演算または検出する。ここで、吸入空気量Qaはエアフローメータ7により、コモンレール圧Pcrは燃料圧力センサ34により検出して求めればよい。   The calculation of the flame position for each injection will be described with reference to the flow of FIG. In FIG. 4 (subroutine of step 3 in FIG. 3), in step 11, the in-cylinder state and the fuel injection state at the injection timing (injection start timing) are calculated or detected. Specifically, at least one parameter of the in-cylinder pressure Pic, the swirl ratio Sr, the intake air amount Qa, the common rail pressure (injection pressure) Pcr, the EGR rate Regr, the fuel property Cf, the intake air temperature Ta, and the piston position Pp is calculated or To detect. Here, the intake air amount Qa may be obtained by detecting the air flow meter 7 and the common rail pressure Pcr by the fuel pressure sensor 34.

筒内圧Pic、燃料性状Cf、吸入空気温度Taは図示しないセンサにより検出して求めればよい。スワール比Srはエンジンの仕様とスワール弁の制御方法により求めることができる。例えばスワール弁が全開状態と半開状態とに制御されるものであれば、全開状態のときスワール比はゼロ、半開状態のときスワール比はゼロでない所定値を採ることとなる。EGR率Regrは目標EGR率Megrの一次遅れで算出することが公知であるので、この公知の方法を用いればよい。また、センサを設けることは必須でなく、公知の方法により演算できるパラメータであれば、その公知の方法によりパラメータを演算させればよい。   The in-cylinder pressure Pic, the fuel property Cf, and the intake air temperature Ta may be obtained by detection by a sensor (not shown). The swirl ratio Sr can be determined by the engine specifications and the swirl valve control method. For example, if the swirl valve is controlled to a fully open state and a half open state, the swirl ratio is zero when the swirl valve is fully open, and a predetermined value that is not zero when the swirl valve is half open. Since it is known that the EGR rate Regr is calculated with a first-order lag of the target EGR rate Megr, this known method may be used. In addition, it is not essential to provide a sensor. If the parameter can be calculated by a known method, the parameter may be calculated by the known method.

ステップ12ではステップ11で検出または演算した少なくとも一つのパラメータに基づいて各噴射毎の火炎位置を演算する。   In step 12, the flame position for each injection is calculated based on at least one parameter detected or calculated in step 11.

図2で前述したように1回の噴射による6つの各噴霧塊48はピストン軸に直交する平面上をピストン中心軸を中心として半径方向と円周方向とに移動しこの6つの各噴霧塊が気化して自着火により火炎を生成するため、半径方向の噴霧塊の位置(つまり半径方向の火炎位置)と円周方向(回転方向)の噴霧塊の位置(つまり回転方向の火炎位置)とから平面上の火炎位置を決定することができる。この場合、6つの各噴霧塊(火炎)はピストン中心軸を中心としてほぼ同じ動きをするので、1つの噴霧塊(火炎)に着目してその位置を決定すれば足りる。   As described above with reference to FIG. 2, each of the six spray masses 48 by one injection moves in a radial direction and a circumferential direction around the piston central axis on a plane orthogonal to the piston axis. Because it vaporizes and generates a flame by self-ignition, from the position of the spray mass in the radial direction (that is, the radial flame position) and the position of the spray mass in the circumferential direction (the rotational direction) (that is, the flame position in the rotational direction) The flame position on the plane can be determined. In this case, since each of the six spray masses (flame) moves substantially the same around the piston central axis, it is sufficient to focus on one spray mass (flame) and determine its position.

ここで、ペネトレーションLsにより半径方向の噴霧塊の位置(火炎位置)が、また回転方向移動量Lrにより回転方向の噴霧塊の位置(火炎位置)(角度)がそれぞれ定まる。上記のペネトレーションLsとは噴霧到達距離のことである。1サイクル中の噴射回数が3回の場合に、各噴射のペネトレーションLsは図2(A)、図2(B)に示したようにほぼ同じである。ペネトレーションLsに影響する因子は、図5に示したように吸入空気量Qa、筒内圧Pic、コモンレール圧Pcr、EGR率Regr、燃料性状Cf、吸入空気温度Ta、ピストン位置Ppである。   Here, the position of the spray mass in the radial direction (flame position) is determined by the penetration Ls, and the position (flame position) (angle) of the spray mass in the rotational direction is determined by the rotation amount Lr. The above penetration Ls is the spray reach distance. When the number of injections in one cycle is 3, the penetration Ls of each injection is substantially the same as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). Factors affecting the penetration Ls are the intake air amount Qa, the in-cylinder pressure Pic, the common rail pressure Pcr, the EGR rate Regr, the fuel property Cf, the intake air temperature Ta, and the piston position Pp as shown in FIG.

また、各噴射毎の噴霧塊は噴射直後から燃焼室内に生成されているスワールによってピストン軸の周りに回転する。上記の回転方向移動量Lrとは噴射方向を基準の位置として噴射による噴霧塊が火炎を生成するまでにスワールによって回転する角度のことである。この回転方向移動量Lrは、1サイクル中の噴射回数が3回の場合に、図2(A)に示したように3つあり(第1回転方向移動量Lr1、第2回転方向移動量Lr2、第3回転方向移動量Lr3)、第1回転方向移動量Lr1が最大で、第2回転方向移動量Lr2は第1回転方向移動量Lr1より小さく、第3回転方向移動量Lr3は第2回転方向移動量Lr2より小さい。従って、ここでは、最大の回転方向移動量(角度)である第1回転方向移動量Lr1を回転方向移動量Lrとして採用する。なお、スワールがないときには回転方向移動量Lrはゼロである。回転方向移動量Lrに影響する因子は、図5に示したようにスワール比Srのみである。   Further, the spray mass for each injection rotates around the piston shaft by a swirl generated in the combustion chamber immediately after the injection. The amount of movement Lr in the rotational direction is an angle by which the sprayed mass is rotated by the swirl until the spray lump generates a flame with the injection direction as a reference position. As shown in FIG. 2A, when the number of injections in one cycle is three, there are three rotation direction movement amounts Lr (first rotation direction movement amount Lr1, second rotation direction movement amount Lr2). , The third rotation direction movement amount Lr3), the first rotation direction movement amount Lr1 is the maximum, the second rotation direction movement amount Lr2 is smaller than the first rotation direction movement amount Lr1, and the third rotation direction movement amount Lr3 is the second rotation amount. The direction moving amount is smaller than Lr2. Therefore, here, the first rotation direction movement amount Lr1 that is the maximum rotation direction movement amount (angle) is adopted as the rotation direction movement amount Lr. When there is no swirl, the rotational movement amount Lr is zero. As shown in FIG. 5, the swirl ratio Sr is the only factor that affects the rotational movement amount Lr.

図5は吸入空気量Qa、筒内圧Pic、コモンレール圧Pcr、EGR率Regr、燃料性状Cf、吸入空気温度Ta、スワール比Sr、ピストン位置Ppの相違によりペネトレーションLs、回転方向移動量Lr、噴霧角θsがどのように変化するのかの概略をまとめたものである。図5において「?」は実験してみないとどちら側に変化するのか決められないことを表している。ここで、ピストン位置Ppは筒内圧Picの代用値である。ピストン位置はクランク角より求めることができる。   FIG. 5 shows the intake air amount Qa, the in-cylinder pressure Pic, the common rail pressure Pcr, the EGR rate Regr, the fuel property Cf, the intake air temperature Ta, the swirl ratio Sr, the penetration Ls, the rotational movement amount Lr, and the spray angle depending on the piston position Pp. This is a summary of how θs changes. In FIG. 5, “?” Indicates that it cannot be determined which side to change unless an experiment is performed. Here, the piston position Pp is a substitute value for the in-cylinder pressure Pic. The piston position can be obtained from the crank angle.

さて、1回目噴射の噴射開始タイミングを予め定めておくことによって、そのときのパラメータから各噴射のペネトレーションLs(=半径方向火炎位置)が定まり、またそのときのスワール比Srから各噴射の回転方向移動量Lr(=回転方向火炎位置)が定まるため、各噴射毎の火炎位置が決まる。   Now, by determining the injection start timing of the first injection in advance, the penetration Ls (= radial flame position) of each injection is determined from the parameters at that time, and the rotation direction of each injection is determined from the swirl ratio Sr at that time. Since the movement amount Lr (= rotational direction flame position) is determined, the flame position for each injection is determined.

ステップ13ではステップ11で検出または演算した少なくとも一つのパラメータに基づいて噴霧角θsを演算する。噴霧角θsとは1つの噴孔に着目した場合に、その噴孔から噴霧の広がる角度のことである。なお、6つの各噴孔は同等に構成してあり、従って噴霧角は6つの各噴孔に共通である。ここでは、噴霧角が図5に示したように吸入空気量等のパラメータにより変化するので、その変化する噴霧角を求めている。   In step 13, the spray angle θs is calculated based on at least one parameter detected or calculated in step 11. The spray angle θs is an angle at which spray spreads from one nozzle hole when attention is paid to one nozzle hole. The six nozzle holes are configured in the same manner, and therefore the spray angle is common to the six nozzle holes. Here, since the spray angle changes depending on parameters such as the intake air amount as shown in FIG. 5, the changing spray angle is obtained.

このようにして、各噴射毎の火炎位置と噴霧角θsとを演算(予測)したら、図3に戻り、ステップ4で各噴射による火炎が存在する時間が重なりつつ各噴射毎の火炎位置が空間的に重ならないように火炎位置の制御を行う。この火炎位置の制御については図6のフローにより説明する。   When the flame position and spray angle θs for each injection are thus calculated (predicted), the flow returns to FIG. The flame position is controlled so as not to overlap. This flame position control will be described with reference to the flowchart of FIG.

図6(図3ステップ4のサブルーチン)においてステップ21ではペネトレーションLs、回転方向移動量Lr、噴射角θsを読み込み(図4のステップ12で演算済み)、このうちペネトレーションLsと回転方向移動量Lrとから図7を内容とするマップを検索することにより噴射間隔を決定する。1サイクル中の噴射回数が3回の場合に、噴射間隔とは、1回目噴射の噴射開始タイミングより2回目噴射の噴射開始タイミングまでの間隔及び2回目噴射の噴射開始タイミングより3回目噴射の噴射開始タイミングまでの間隔のことである。ここでは簡単のため、1回目噴射の噴射開始タイミングより2回目噴射の噴射開始タイミングまでの間隔と2回目噴射の噴射開始タイミングより3回目噴射の噴射開始タイミングまでの間隔とは等しいとする。噴射間隔の単位としては例えば[degCA]を採用すればよい。   In FIG. 6 (subroutine of step 4 in FIG. 3), in step 21, the penetration Ls, the rotational movement amount Lr, and the injection angle θs are read (calculated in step 12 of FIG. 4). The injection interval is determined by searching a map having the contents shown in FIG. When the number of injections in one cycle is 3, the injection interval is the interval from the injection start timing of the first injection to the injection start timing of the second injection and the injection of the third injection from the injection start timing of the second injection This is the interval until the start timing. Here, for simplicity, it is assumed that the interval from the injection start timing of the first injection to the injection start timing of the second injection is equal to the interval from the injection start timing of the second injection to the injection start timing of the third injection. For example, [degCA] may be adopted as the unit of the injection interval.

図7において縦軸の半径方向火炎位置(=ペネトレーションLs)が同じであるとき、横軸の回転方向火炎位置(=回転方向移動量Lr)が大きいほど噴射間隔を短くし、また横軸の回転方向火炎位置が同じであるとき、縦軸の半径方向火炎位置が大きいほど噴射間隔を短くしている。これは、2回目噴射による火炎位置が1回目噴射による火炎位置と空間的に重ならない領域に2回目噴射による火炎を形成させ、また3回目噴射による火炎位置が1回目噴射による火炎位置及び2回目噴射による火炎位置と空間的に重ならない領域に3回目噴射による火炎を形成させるためである。   In FIG. 7, when the radial flame position (= penetration Ls) on the vertical axis is the same, the larger the rotational flame position (= rotation amount Lr) on the horizontal axis, the shorter the injection interval, and the horizontal axis rotation. When the directional flame position is the same, the larger the radial flame position on the vertical axis, the shorter the injection interval. This is because the flame position by the second injection is formed in an area where the flame position by the second injection does not spatially overlap the flame position by the first injection, and the flame position by the third injection is the flame position by the first injection and the second time. This is because a flame caused by the third injection is formed in a region that does not spatially overlap with the flame position caused by the injection.

図7において、縦軸の半径方向火炎位置がキャビティ半径Rc(図8参照)を超えたときにキャビティ半径Rcを超える直前より噴射間隔を短くすることにしているのは、ピストン冠面に穿設されるキャビティ44とピストン冠面周縁部43との段差の影響を考慮したものである。   In FIG. 7, when the radial flame position on the vertical axis exceeds the cavity radius Rc (see FIG. 8), the injection interval is shortened immediately before exceeding the cavity radius Rc. The effect of the step between the cavity 44 and the piston crown surface peripheral portion 43 is taken into consideration.

図7において、横軸の回転方向火炎位置が噴孔間隔θn(図8参照)を超えると回転方向火炎位置がゼロのときからの特性を繰り返すことにしているのは、隣の噴孔からの噴霧と重なることを考慮したものである。ここで、噴孔間隔θnとは図8に示したように、隣り合う噴孔間の角度(噴孔が6個のときは60°)のことである。なお、図8は6個の噴孔が等間隔で設けられている場合の例である。これに限定されるものでなく、噴孔が7個〜10個あるものにも本発明の適用がある。   In FIG. 7, when the rotational flame position on the horizontal axis exceeds the nozzle hole interval θn (see FIG. 8), the characteristic from the time when the rotational flame position is zero is repeated from the adjacent nozzle hole. This is in consideration of overlapping with spraying. Here, the nozzle hole interval θn is an angle between adjacent nozzle holes as shown in FIG. 8 (60 ° when there are six nozzle holes). FIG. 8 shows an example in which six nozzle holes are provided at equal intervals. The present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to those having 7 to 10 nozzle holes.

図7において、横軸の範囲としては噴孔間隔θnの1.5倍程度までしか記載していないが、横軸をどの程度まで記載すべきかは、回転方向火炎位置の最大値により定まる。なお、燃料噴射弁15の仕様やエンジン1の仕様が異なればマップ特性も異なることになる。   In FIG. 7, the range of the horizontal axis is only described up to about 1.5 times the nozzle hole interval θn, but to what extent the horizontal axis is to be described is determined by the maximum value of the rotational flame position. Note that the map characteristics differ if the specifications of the fuel injection valve 15 and the engine 1 differ.

実際には図7により得られる噴射間隔に対して噴霧角補正を行って目標噴射間隔を算出する、つまり次式により目標噴射間隔を算出する。   Actually, the target injection interval is calculated by correcting the spray angle with respect to the injection interval obtained in FIG. 7, that is, the target injection interval is calculated by the following equation.

目標噴射間隔=噴射間隔×噴霧角補正係数1 …(1)
ここで、噴霧角補正係数1が必要となるのは次の理由からである。例えば、吸入空気量が第1所定値Qa1の場合とこれより大きい第2所定値Qa2の場合とを考える。図5より第1所定値Qa1の場合の噴霧角より第2所定値Qa2の場合の噴霧角のほうが小さくなる。この噴霧角の違いで第2所定値Qa2の場合の噴霧塊の大きさが第1所定値Qa1の場合の噴霧塊の大きさより仮に小さくなるとすると、その縮小した分だけ第2所定値Qa2の場合のほうが第1所定値Qa1の場合より火炎のない領域が広がるため、第2所定値Qa2の場合の噴射間隔を第1所定値Qa1の場合の噴射間隔より小さくすることができる。このように、噴霧角が噴射間隔に影響するので、噴霧角補正係数1を導入して噴射間隔を補正することで、各噴射毎の火炎位置の制御をより精度良く行うことができることとなる。噴霧角補正係数1は最終的には適合により定める。現段階では実験していないので、ここでは噴霧角補正係数1=1.0、つまり目標噴射間隔=噴射間隔として説明する。
Target injection interval = injection interval × spray angle correction coefficient 1 (1)
Here, the spray angle correction coefficient 1 is necessary for the following reason. For example, consider a case where the intake air amount is the first predetermined value Qa1 and a case where the intake air amount is a second predetermined value Qa2 larger than this. From FIG. 5, the spray angle in the case of the second predetermined value Qa2 is smaller than the spray angle in the case of the first predetermined value Qa1. If the size of the spray mass in the case of the second predetermined value Qa2 is smaller than the size of the spray mass in the case of the first predetermined value Qa1 due to the difference in the spray angle, the case of the second predetermined value Qa2 by the reduced amount is assumed. Since the region where there is no flame is wider than when the first predetermined value Qa1, the injection interval for the second predetermined value Qa2 can be made smaller than the injection interval for the first predetermined value Qa1. Thus, since the spray angle affects the injection interval, the flame position for each injection can be controlled with higher accuracy by introducing the spray angle correction coefficient 1 and correcting the injection interval. The spray angle correction coefficient 1 is finally determined by conformance. Since no experiment has been performed at this stage, the spray angle correction coefficient 1 = 1.0, that is, the target injection interval = injection interval will be described here.

このようにして噴射間隔を決定したら図3に戻り、ステップ5でこの噴射間隔を用いて各噴射の燃料噴射制御を行う。すなわち、1回目噴射の噴射開始タイミングは予め定まっているので、この1回目噴射の噴射開始タイミングより噴射間隔だけ遅角側の値が2回目噴射の噴射開始タイミングとして、さらに2回目噴射の噴射開始タイミングより噴射間隔だけ遅角側の値が3回目噴射の噴射開始タイミングとして定まる。また、1噴射当たりの燃料噴射量は目標燃料噴射量の1/3である。このようにして定まる各噴射毎の噴射開始タイミングで燃料噴射弁15を3回断続的に開いて燃料噴射を行う。なお、各噴射毎の燃料噴射時期を変更可能な噴射時期可変機構は、コモンレール式燃料噴射装置10が有している。   When the injection interval is determined in this manner, the flow returns to FIG. 3, and in step 5, fuel injection control of each injection is performed using this injection interval. That is, since the injection start timing of the first injection is determined in advance, the value that is retarded by the injection interval from the injection start timing of the first injection is used as the injection start timing of the second injection, and the injection start of the second injection is further started. The value on the retard side by the injection interval from the timing is determined as the injection start timing of the third injection. The fuel injection amount per injection is 1/3 of the target fuel injection amount. Fuel injection is performed by intermittently opening the fuel injection valve 15 three times at the injection start timing for each injection determined in this way. The common rail fuel injection device 10 has an injection timing variable mechanism that can change the fuel injection timing for each injection.

ここで、本実施形態の作用効果を図9を参照して説明する。   Here, the effect of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.

図9は1サイクル中の噴射回数が3回の場合に本実施形態と従来装置とで熱発生パターンがどのように異なるかを示している。左側に示す従来装置では、1回目噴射による熱発生パターンと2回目噴射による熱発生パターンとが、また2回目噴射による熱発生パターンと3回目噴射による熱発生パターンとが時間的に(つまり横軸方向に)殆ど重なっておらず、このため3回の噴射による全体の燃焼期間が長引いている。   FIG. 9 shows how the heat generation pattern differs between this embodiment and the conventional apparatus when the number of injections in one cycle is three. In the conventional apparatus shown on the left side, the heat generation pattern by the first injection and the heat generation pattern by the second injection are temporally (that is, the horizontal axis represents the heat generation pattern by the second injection and the heat generation pattern by the third injection). In the direction), so that the overall combustion period of the three injections is prolonged.

これに対して、右側に示す本実施形態によれば、1回目噴射による熱発生パターンと2回目噴射による熱発生パターンとが、また2回目噴射による熱発生パターンと3回目噴射による熱発生パターンとが時間的に(横軸方向に)大きく重なっており、このため3回の噴射による全体の燃焼期間が短くなっている。これは、本実施形態では空間的に分断して各噴射による燃焼を行わせることで、各噴射による熱発生パターンが時間的に重なることになるためである。なお、縦軸のR.O.H.Rは熱発生率のことである。   On the other hand, according to this embodiment shown on the right side, the heat generation pattern by the first injection and the heat generation pattern by the second injection, the heat generation pattern by the second injection, and the heat generation pattern by the third injection Are greatly overlapped in time (in the direction of the horizontal axis), so that the entire combustion period by three injections is shortened. This is because in this embodiment, the heat generation patterns by the respective injections are overlapped in time by spatially dividing and causing the combustion by the respective injections. Note that R. on the vertical axis. O. H. R is the heat generation rate.

このように、左側に示す従来装置と比較し、右側に示す本実施形態によれば、3回の噴射による全体の燃焼期間が従来装置よりも短縮できるぶんだけ従来装置よりも高負荷側に適用することができる。   Thus, according to this embodiment shown on the right side compared to the conventional device shown on the left side, the entire combustion period by three injections can be shortened compared to the conventional device, so that it is applied to the higher load side than the conventional device. can do.

このように、本実施形態(請求項1、10に記載の発明)によれば、コモンレール式燃料噴射装置10(1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置)を備え、1回目噴射(前段噴射)による火炎が存在する時間と2回目噴射(次段噴射)による火炎が存在する時間とが、また2回目噴射(次段噴射)による火炎が存在する時間と3回目噴射(次段噴射)による火炎が存在する時間とがそれぞれ重なりつつ、1回目噴射(前段噴射)による火炎位置、2回目噴射(次段噴射)による火炎位置、3回目噴射(次段噴射)による火炎位置が空間的に互いに重ならないように、燃料供給装置10を用いて1回目噴射(前段噴射)による火炎位置及び2回目噴射(次段噴射)による火炎位置、3回目噴射(次段噴射)による火炎位置を制御する(図3のステップ4、図6のステップ21、22参照)ので、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。   As described above, according to the present embodiment (inventions according to claims 1 and 10), the common rail fuel injection device 10 (in which a fuel is divided into a plurality of times near the compression top dead center of each cylinder during one cycle). A fuel supply device that can be directly injected into the combustion chamber), a time during which a flame is present by the first injection (previous stage injection) and a time during which a flame is present by the second injection (next stage injection), and the second injection ( The flame position by the first injection (previous stage injection) and the flame position by the second stage injection (next stage injection) while the time during which the flame by the next stage injection) and the time by which the flame by the third injection (next stage injection) exists overlap each other The flame position by the first injection (previous stage injection) and the second injection (next stage injection) using the fuel supply device 10 so that the flame position by the third injection (next stage injection) does not spatially overlap each other. ) Since the flame position by the third injection (next stage injection) is controlled (see Step 4 in FIG. 3 and Steps 21 and 22 in FIG. 6), the entire combustion period by a plurality of injections can be increased without increasing the smoke. It becomes possible to shorten the range, and the application range can be expanded to a higher load side than the conventional apparatus.

本実施形態(請求項2に記載の発明)によれば、筒内圧を検出するかまたは演算する筒内圧検出・演算手段と、スワール比を検出するかまたは演算するスワール比検出・演算手段と、吸入空気量を検出するかまたは演算する吸入空気量検出・演算手段と、噴射圧を検出するかまたは演算する噴射圧検出・演算手段と、EGR率を検出するかまたは演算するEGR率検出・演算手段と、燃料性状を検出するかまたは演算する燃料性状検出・演算手段と、吸入空気温度を検出するかまた演算する吸入空気温度検出・演算手段と、ピストン位置を検出するかまたは演算するピストン位置検出・演算手段との少なくとも一つと、複数回の各噴射毎の火炎位置を演算する火炎位置演算手段(図3のステップ3、図4のステップ11、12参照)とを備え、火炎位置演算検出手段は、検出されたかまたは演算された筒内圧、スワール比、吸入空気量、噴射圧、EGR率、燃料性状、吸入空気温度、ピストン位置の少なくとも一つに基づいて各噴射毎の火炎位置を演算するので(図4のステップ11、12参照)、筒内圧、スワール比、吸入空気量、噴射圧、EGR率、燃料性状、吸入空気温度、ピストン位置が相違しても、各噴射毎の火炎位置を精度良く演算することができる。   According to this embodiment (the invention described in claim 2), the in-cylinder pressure detecting / calculating means for detecting or calculating the in-cylinder pressure, the swirl ratio detecting / calculating means for detecting or calculating the swirl ratio, Intake air amount detection / calculation means for detecting or calculating intake air amount, injection pressure detection / calculation means for detecting or calculating injection pressure, and EGR rate detection / calculation for detecting or calculating EGR rate Means, fuel property detection / calculation means for detecting or calculating fuel properties, intake air temperature detection / calculation means for detecting or calculating intake air temperature, and piston position for detecting or calculating piston position And at least one of detection / calculation means and flame position calculation means for calculating the flame position for each of a plurality of injections (see step 3 in FIG. 3 and steps 11 and 12 in FIG. 4). The flame position calculation detection means is configured for each injection based on at least one of the detected or calculated in-cylinder pressure, swirl ratio, intake air amount, injection pressure, EGR rate, fuel property, intake air temperature, and piston position. Since the flame position is calculated (see steps 11 and 12 in FIG. 4), each injection is performed even if the in-cylinder pressure, swirl ratio, intake air amount, injection pressure, EGR rate, fuel property, intake air temperature, and piston position are different. Each flame position can be calculated with high accuracy.

本実施形態(請求項3に記載の発明)によれば、燃料供給装置10は複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を変更可能な噴射時期可変機構を有し、火炎位置制御手段はこの噴射時期可変機構を用いて複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を制御するので(図3のステップ5参照)、公知の燃料供給装置10を用いて構成することができる。   According to the present embodiment (the invention described in claim 3), the fuel supply device 10 has an injection timing variable mechanism capable of changing the fuel injection timing for each of a plurality of injections, and the flame position control means performs this injection. Since the fuel injection timing for each of a plurality of injections is controlled using the timing variable mechanism (see step 5 in FIG. 3), it can be configured using a known fuel supply device 10.

本実施形態(請求項4に記載の発明)によれば、火炎位置制御手段は、2回目噴射(次段噴射)による火炎位置、3回目噴射(次段噴射)による火炎位置が1回目噴射(前段噴射)による火炎のない領域にくるように1回目噴射(前段噴射)の燃料噴射時期及び2回目噴射、3回目噴射(次段噴射)の燃料噴射時期を制御するので(図3のステップ5参照)、各噴射によるそれぞれの燃料噴霧に十分な空気導入が行われることからスモークが低減される。   According to this embodiment (the invention described in claim 4), the flame position control means is configured such that the flame position by the second injection (next stage injection), the flame position by the third injection (next stage injection) is the first injection ( Since the fuel injection timing of the first injection (previous injection) and the fuel injection timing of the second injection and the third injection (next injection) are controlled so as to be in a flame-free region due to (pre-stage injection) (step 5 in FIG. 3). See), and sufficient air introduction for each fuel spray by each injection reduces smoke.

図10、図11は第2実施形態で、それぞれ第1実施形態の図3、図6と置き換わるものである。図10、図11において図3、図6と同一部分には同一のステップ番号を付けている。   10 and 11 show the second embodiment, which replaces FIGS. 3 and 6 of the first embodiment, respectively. 10 and 11, the same step numbers are assigned to the same portions as those in FIGS.

第2実施形態は、第1実施形態の噴射間隔に代えて到達距離を決定するものである。第2実施形態の考え方を図13を参照して説明すると、第2実施形態は主にスワールが生起されないエンジンを対象とするものである。1回目噴射による噴霧塊(火炎)は図13に示したように噴孔よりペネトレーションにより定まる距離まで半径方向に移動する。ということは、1回目噴射のペネトレーションをある程度長くしておけば、1回目噴射による噴霧塊の手前つまり噴孔側に1回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎(この1回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎を、以下単に「1回目噴射による火炎」という。)の存在しない領域ができる。従って、1回目噴射による火炎の存在しない領域に2回目噴射による火炎及び3回目噴射による火炎がくるようにすれば、1回目噴射による火炎位置と2回目噴射による火炎位置及び3回目噴射による火炎位置とが空間的に重なることがない。つまり、噴孔から1回目噴射による火炎位置までの距離よりも噴孔から2回目噴射による火炎位置までの距離のほうが短くなるように2回目噴射の到達距離(S2)を決定するのである。また、1サイクル中の噴射回数が3回の場合において2回目噴射による火炎位置が1回目噴射による火炎位置より手前(噴孔側)にあるとき、噴孔から2回目噴射による火炎位置までの距離よりも噴孔から3回目噴射による火炎位置までの距離のほうが短くなるように3回目噴射の到達距離(S3)を決定する。   In the second embodiment, the reach distance is determined instead of the injection interval of the first embodiment. If the concept of 2nd Embodiment is demonstrated with reference to FIG. 13, 2nd Embodiment will mainly target the engine in which a swirl does not arise. The spray mass (flame) by the first injection moves in the radial direction from the nozzle hole to a distance determined by penetration as shown in FIG. This means that if the penetration of the first injection is made somewhat long, the flame formed by the fuel spray lump by the first injection in front of the spray lump by the first injection, that is, the injection hole side (the fuel by this first injection) The flame formed by the mass of spray is hereinafter simply referred to as “flame by the first injection”). Therefore, if the flame by the second injection and the flame by the third injection come in the region where the flame by the first injection does not exist, the flame position by the first injection, the flame position by the second injection, and the flame position by the third injection And do not overlap spatially. That is, the arrival distance (S2) of the second injection is determined so that the distance from the nozzle hole to the flame position by the second injection is shorter than the distance from the nozzle hole to the flame position by the first injection. In addition, when the number of injections in one cycle is 3, the distance from the nozzle hole to the flame position by the second injection when the flame position by the second injection is in front of the flame position by the first injection (on the injection hole side) The third injection range (S3) is determined so that the distance from the nozzle hole to the flame position by the third injection becomes shorter.

第2実施形態によれば、特に燃焼室内にスワールが生起されないエンジンにおいても各噴射毎の火炎位置を空間的に重ねることなく燃焼させることができることとなる。なお、第2実施形態は、スワールの生起されるエンジンに対しても単独で適用可能である。また、スワールの生起されるエンジンに対しては第2実施形態にさらに第1実施形態を組み合わせることができる。   According to the second embodiment, in particular, even in an engine in which no swirl is generated in the combustion chamber, it is possible to burn without overlapping the flame positions for each injection spatially. In addition, 2nd Embodiment is applicable independently with respect to the engine in which a swirl arises. Further, the first embodiment can be further combined with the second embodiment for an engine in which a swirl is generated.

第1実施形態との違いを主に説明すると、図10のステップ31では各噴射毎の火炎位置が空間的に重ならないようにかつ時間的に重なるように各噴射毎の火炎位置の制御を行う。この各噴射毎の火炎位置の制御については図11のフローにより説明する。   The difference from the first embodiment will be mainly described. In step 31 of FIG. 10, the flame position for each injection is controlled so that the flame positions for each injection do not overlap spatially and temporally. . The control of the flame position for each injection will be described with reference to the flowchart of FIG.

図11(図10ステップ31のサブルーチン)においてステップ21ではペネトレーションLs、回転方向移動量Lr、噴射角θsを読み込み(図4のステップ12で演算済み)、このうちペネトレーションLsと回転方向移動量Lrとから図12を内容とするマップを検索することにより到達距離を決定する。ここで、到達距離とは、各噴射による噴霧塊が自着火する直前までに到達する距離のことである。この到達距離は、1サイクル中の噴射回数が3回の場合に、図13に示したように3つあり(第1到達距離S1、第2到達距離S2、第3到達距離S3)、第1到達距離S1が最大で、第2到達距離S2は第1到達距離S1より小さく、第3到達距離S3は第2到達距離S2より小さい。従って、ここでは、最大の到達距離である第1到達距離S1を到達距離として採用する。   In FIG. 11 (subroutine of step 31 in FIG. 10), in step 21, the penetration Ls, the rotation direction movement amount Lr, and the injection angle θs are read (calculated in step 12 in FIG. 4), among these the penetration Ls and the rotation direction movement amount Lr. The reach distance is determined by searching a map having the contents shown in FIG. Here, the reach distance is the distance that is reached immediately before the spray lump by each injection self-ignites. When the number of injections in one cycle is three, there are three such reach distances (first reach distance S1, second reach distance S2, and third reach distance S3) as shown in FIG. The arrival distance S1 is the maximum, the second arrival distance S2 is smaller than the first arrival distance S1, and the third arrival distance S3 is smaller than the second arrival distance S2. Therefore, here, the first reachable distance S1, which is the maximum reachable distance, is adopted as the reachable distance.

図12において縦軸の半径方向火炎位置(=ペネトレーションLs)が同じであるとき、横軸の回転方向火炎位置(=回転方向移動量Lr)が大きいほど到達距離を大きくし、また横軸の回転方向火炎位置が同じであるとき、縦軸の半径方向火炎位置が大きいほど到達距離を大きくしている。これは、2回目噴射による火炎位置が1回目噴射による火炎と空間的に重ならない領域に2回目噴射による火炎を形成させ、また3回目噴射による火炎位置が1回目噴射による火炎及び2回目噴射による火炎と空間的に重ならない領域に3回目噴射による火炎を形成させるためである。   In FIG. 12, when the radial flame position (= penetration Ls) on the vertical axis is the same, the reach distance increases as the rotational flame position (= rotational movement amount Lr) on the horizontal axis increases, and the horizontal axis rotates. When the directional flame position is the same, the reach distance is increased as the radial flame position on the vertical axis is larger. This is because the flame position by the second injection is formed in a region where the flame position by the second injection does not spatially overlap the flame by the first injection, and the flame position by the third injection is caused by the flame by the first injection and the second injection. This is because a flame caused by the third injection is formed in an area that does not spatially overlap with the flame.

図12において、縦軸の半径方向火炎位置がキャビティ半径Rc(図8参照)を超えたときにキャビティ半径Rcを超える直前より到達距離を大きくすることにしているのは、ピストン冠面に穿設されるキャビティ44とピストン冠面周縁部43との段差の影響を考慮したものである。   In FIG. 12, when the radial flame position on the vertical axis exceeds the cavity radius Rc (see FIG. 8), the reach distance is increased from immediately before the cavity radius Rc is exceeded. The effect of the step between the cavity 44 and the piston crown surface peripheral portion 43 is taken into consideration.

図12において、横軸の回転方向火炎位置が噴孔間隔θn(図8参照)を超えると回転方向火炎位置がゼロのときからの特性を繰り返すことにしているのは、隣の噴孔からの噴霧と重なることを考慮したものである。ここで、噴孔間隔θnとは図8に示したように、隣り合う噴孔間の角度(噴孔が6個のときは60°)のことである。   In FIG. 12, when the rotational flame position on the horizontal axis exceeds the nozzle hole interval θn (see FIG. 8), the characteristics from the time when the rotational flame position is zero are repeated from the adjacent nozzle holes. This is in consideration of overlapping with spraying. Here, the nozzle hole interval θn is an angle between adjacent nozzle holes as shown in FIG. 8 (60 ° when there are six nozzle holes).

図12においても、横軸の範囲としては噴孔間隔θnの1.5倍程度までしか記載していないが、横軸をどの程度まで記載すべきかは、回転方向火炎位置の最大値により定まる。なお、燃料噴射弁15の仕様やエンジン1の仕様が異なればマップ特性も異なることになる。   Also in FIG. 12, the range of the horizontal axis is only described up to about 1.5 times the nozzle hole interval θn, but to what extent the horizontal axis is to be described is determined by the maximum value of the rotational flame position. Note that the map characteristics differ if the specifications of the fuel injection valve 15 and the engine 1 differ.

実際には図12により得られる到達距離に対して噴霧角補正を行って目標到達距離を算出する、つまり次式により目標到達距離を算出する。   Actually, the target arrival distance is calculated by correcting the spray angle with respect to the arrival distance obtained by FIG. 12, that is, the target arrival distance is calculated by the following equation.

目標到達距離=到達距離×噴霧角補正係数2 …(2)
ここで、噴霧角補正係数2が必要となるのは次の理由からである。例えば、吸入空気量が第1所定値Qa1の場合とこれより大きい第2所定値Qa2の場合とを考える。第1所定値Qa1の場合の噴霧角より第2所定値Qa2の場合の噴霧角のほうが小さくなる。この噴霧角の違いで第2所定値Qa2の場合の噴霧塊の大きさが第1所定値Qa1の場合の噴霧塊の大きさより仮に小さくなるとすると、その縮小した分だけ第2所定値Qa2の場合のほうが第1所定値Qa1の場合より火炎のない領域が広がるため、第2所定値Qa2の場合の到達距離を第1所定値Qa1の場合の到達距離より小さくすることができる。このように、噴霧角が到達距離に影響するので、噴霧角補正係数2を導入して到達距離を補正することで、各噴射毎の火炎位置の制御をより精度良く行うことができることとなる。噴霧角補正係数2は最終的には適合により定める。現段階では実験していないので、ここでは噴霧角補正係数2=1.0、つまり目標到達距離=到達距離として説明する。
Target reach distance = arrival distance × spray angle correction coefficient 2 (2)
Here, the reason why the spray angle correction coefficient 2 is required is as follows. For example, consider a case where the intake air amount is the first predetermined value Qa1 and a case where the intake air amount is a second predetermined value Qa2 larger than this. The spray angle for the second predetermined value Qa2 is smaller than the spray angle for the first predetermined value Qa1. If the size of the spray mass in the case of the second predetermined value Qa2 is smaller than the size of the spray mass in the case of the first predetermined value Qa1 due to the difference in the spray angle, the case of the second predetermined value Qa2 by the reduced amount is assumed. Since the region having no flame is wider than that in the case of the first predetermined value Qa1, the reach distance in the case of the second predetermined value Qa2 can be made smaller than the reach distance in the case of the first predetermined value Qa1. Thus, since the spray angle affects the reach distance, the flame position for each injection can be controlled more accurately by introducing the spray angle correction coefficient 2 and correcting the reach distance. The spray angle correction coefficient 2 is finally determined by conformity. Since no experiment has been performed at this stage, the spray angle correction coefficient 2 = 1.0, that is, the target reaching distance = the reaching distance will be described here.

このようにして到達距離を決定したら図10に戻り、ステップ32でこの到達距離を用いて各噴射の燃料噴射制御を行う。各噴射毎の噴霧塊(燃料噴霧)の到達距離を変更可能な到達距離可変機構は、コモンレール式燃料噴射装置10が有している。すなわち、噴射圧を変更することによって各噴射毎の噴霧塊の到達距離を変更し得るので、到達距離に応じて1回目噴射時の噴射圧(この噴射圧を「第1噴射圧」とする。)を定める。2回目噴射時の噴射圧(この噴射圧を「第2噴射圧」とする。)は、第1噴射圧より低くする。3回目噴射時の噴射圧(この噴射圧を「第3噴射圧」とする。)は、第2噴射圧より低くする。第2噴射圧を第1噴射圧に対してどのくらい低くするか、また第3噴射圧を第2噴射圧に対してどのくらい低くするかは、最終的には適合により定める。第2実施形態では噴射間隔は基本的に一定である。つまり、噴射毎の噴射開始タイミングは予め定まっている。また、1噴射当たりの燃料噴射量は目標燃料噴射量の1/3である。従って、1回目噴射の噴射開始タイミングでは第1噴射圧の状態で、2回目噴射の噴射開始タイミングでは第2噴射圧の状態で、3回目噴射の噴射開始タイミングでは第3噴射圧の状態で燃料噴射弁15をそれぞれ開く。このようにして各噴射毎の噴射圧を用い燃料噴射弁15を3回断続的に開いて燃料噴射を行う。   When the reach distance is determined in this way, the flow returns to FIG. 10 and in step 32, fuel injection control of each injection is performed using this reach distance. The common rail fuel injection device 10 has a variable reach mechanism that can change the reach of the spray mass (fuel spray) for each injection. That is, by changing the injection pressure, the arrival distance of the spray lump for each injection can be changed, so that the injection pressure at the first injection (this injection pressure is referred to as “first injection pressure”) according to the arrival distance. ). The injection pressure at the second injection (this injection pressure is referred to as “second injection pressure”) is set lower than the first injection pressure. The injection pressure at the time of the third injection (this injection pressure is referred to as “third injection pressure”) is set lower than the second injection pressure. How much the second injection pressure is made lower than the first injection pressure and how much the third injection pressure is made lower than the second injection pressure are finally determined by adaptation. In the second embodiment, the injection interval is basically constant. That is, the injection start timing for each injection is determined in advance. The fuel injection amount per injection is 1/3 of the target fuel injection amount. Accordingly, the fuel is in the state of the first injection pressure at the injection start timing of the first injection, in the state of the second injection pressure at the injection start timing of the second injection, and in the state of the third injection pressure at the injection start timing of the third injection. Each injection valve 15 is opened. In this way, fuel injection is performed by intermittently opening the fuel injection valve 15 three times using the injection pressure for each injection.

第2実施形態(請求項1、10に記載の発明)によれば、コモンレール式燃料噴射装置10(1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置)を備え、1回目噴射(前段噴射)による火炎が存在する時間と2回目噴射(次段噴射)による火炎が存在する時間とが、また2回目噴射(次段噴射)による火炎が存在する時間と3回目噴射(次段噴射)による火炎が存在する時間とがそれぞれ重なりつつ、1回目噴射(前段噴射)による火炎位置、2回目噴射(次段噴射)による火炎位置、3回目噴射(次段噴射)による火炎位置が空間的に互いに重ならないように、燃料供給装置10を用いて1回目噴射(前段噴射)による火炎位置及び2回目噴射(次段噴射)による火炎位置、3回目噴射(次段噴射)による火炎位置を制御する(図10のステップ31、図11のステップ21、41参照)ので、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。   According to the second embodiment (inventions according to claims 1 and 10), the common rail fuel injection device 10 (in one cycle, fuel is divided into a plurality of times near the compression top dead center of each cylinder and is divided into the combustion chamber. A fuel supply device capable of direct injection), a time during which a flame is present by the first injection (previous stage injection) and a time during which a flame is present by the second injection (next stage injection), and the second injection (next stage injection) ) The flame position by the first injection (previous stage injection) and the flame position by the second injection (next stage injection) while the time when the flame by the third stage (second stage injection) exists overlaps the time when the flame by The flame position by the first injection (previous injection) and the flame by the second injection (next stage injection) using the fuel supply device 10 so that the flame positions by the third injection (next stage injection) do not overlap each other spatially. Position, third time Since the flame position by the shot (next stage injection) is controlled (see step 31 in FIG. 10 and steps 21 and 41 in FIG. 11), the entire combustion period by multiple injections is shortened without increasing the smoke. Therefore, the application range can be expanded to a higher load side than the conventional device.

第2実施形態(請求項5に記載の発明)によれば、燃料供給装置10は複数回の各噴射毎の燃料噴霧の到達距離を変更可能な到達距離可変機構を有し、火炎位置制御手段はこの到達距離可変機構を用いて複数回の各噴射毎の到達距離を制御するので(図10のステップ32参照)、公知の燃料供給装置10を用いて構成することができる。   According to the second embodiment (the invention described in claim 5), the fuel supply device 10 has a variable reach distance mechanism capable of changing the reach distance of the fuel spray for each of a plurality of injections, and flame position control means Since this reaching distance variable mechanism is used to control the reaching distance for each of a plurality of injections (see step 32 in FIG. 10), it can be configured using a known fuel supply device 10.

第2実施形態(請求項6に記載の発明)によれば、火炎位置制御手段は、2回目噴射(次段噴射)による火炎位置、3回目噴射(次段噴射)による火炎位置が1回目噴射(前段噴射)による火炎のない領域にくるように1回目噴射(前段噴射)による燃料噴霧の到達距離及び2回目噴射、3回目噴射(次段噴射)による燃料噴霧の到達距離を制御するので(図10のステップ32参照)、各噴射によるそれぞれの燃料噴霧に十分な空気導入が行われることからスモークが低減される。   According to the second embodiment (the invention described in claim 6), the flame position control means is configured such that the flame position by the second injection (next stage injection), the flame position by the third injection (next stage injection) is the first injection. Since the fuel spray reach distance by the first injection (previous stage injection) and the fuel spray reach distance by the second injection and the third injection (next stage injection) are controlled so as to come to a region where there is no flame by (pre-stage injection) ( Smoke is reduced because sufficient air is introduced into each fuel spray by each injection.

図14は第3実施形態の燃料噴射弁51の先端部分の断面図である。この燃料噴射弁51は、傘角の変更可能な傘角可変機構(噴射方向可変機構)を有している。この傘角可変機構そのものは特開2006−118370号公報により公知であるので、以下概説する。   FIG. 14 is a cross-sectional view of the tip portion of the fuel injection valve 51 of the third embodiment. The fuel injection valve 51 has a bevel angle variable mechanism (injection direction variable mechanism) that can change the bevel angle. Since this bevel angle varying mechanism itself is known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-118370, it will be outlined below.

59は燃料噴射弁51の先端部分に形成されたニードルホルダ、54はニードルホルダ59内に軸線A−A方向に摺動可能に挿入された中空管形状の第2ニードル弁、52は第2ニードル弁14内の内側に同軸状に挿入された第1ニードル弁である。60はニードルホルダ59と第2ニードル弁54及び第1ニードル弁52と第2ニードル弁54の間に形成され、燃料で満たされる燃料室である。   59 is a needle holder formed at the tip of the fuel injection valve 51, 54 is a hollow needle-shaped second needle valve that is slidably inserted into the needle holder 59 in the direction of the axis AA, and 52 is a second needle valve. The first needle valve is coaxially inserted inside the needle valve 14. A fuel chamber 60 is formed between the needle holder 59 and the second needle valve 54 and between the first needle valve 52 and the second needle valve 54 and is filled with fuel.

燃料室60は図示しない燃料供給通路に接続されており、図示しない燃料ポンプによって所定の圧力がかけられた状態で燃料が供給される。そして、第1ニードル弁52もしくは第2ニードル弁54が駆動されることによって後述する第1噴孔53もしくは第2噴孔55が開かれると、開かれた噴孔から燃焼室内に向けて所定の圧力で燃料が噴出する。   The fuel chamber 60 is connected to a fuel supply passage (not shown), and fuel is supplied in a state where a predetermined pressure is applied by a fuel pump (not shown). When a first nozzle hole 53 or a second nozzle hole 55, which will be described later, is opened by driving the first needle valve 52 or the second needle valve 54, a predetermined value is directed from the opened nozzle hole toward the combustion chamber. Fuel is ejected by pressure.

第1ニードル弁52、第2ニードル弁54はそれぞれ電磁式のアクチュエータによって駆動され、アクチュエータへの通電時間を変えることによって開弁時間が制御される。なお、アクチュエータは、空圧、油圧等の流体力により駆動するものであってもかまわない。   The first needle valve 52 and the second needle valve 54 are each driven by an electromagnetic actuator, and the valve opening time is controlled by changing the energization time to the actuator. The actuator may be driven by a fluid force such as pneumatic pressure or hydraulic pressure.

第1ニードル弁52の先端部にはテーパ面52aが形成されており、このテーパ面52aがニードルホルダ59の先端部内側にテーパ状に形成された第1シート位置57に着座する。第1シート位置57には、燃料噴射弁51の外部と燃料室60とを連通する第1噴孔53が設けられており、この第1噴孔53は第1ニードル弁52が着座したときに閉鎖される。一方、第2ニードル弁54の先端部にも同様にテーパ面54aが形成されており、テーパ面54aはニードルホルダ59の先端部内側にテーパ状に形成された第2シート位置58に着座する。第2シート位置58には、燃料噴射弁51の外部と燃料室60とを連通する第2噴孔55が設けられており、この第2噴孔55は第2ニードル弁54が着座したときに閉鎖される。   A tapered surface 52 a is formed at the distal end portion of the first needle valve 52, and this tapered surface 52 a is seated at a first seat position 57 formed in a tapered shape inside the distal end portion of the needle holder 59. The first seat position 57 is provided with a first injection hole 53 that allows the outside of the fuel injection valve 51 to communicate with the fuel chamber 60, and this first injection hole 53 is formed when the first needle valve 52 is seated. Closed. On the other hand, a tapered surface 54 a is similarly formed at the distal end portion of the second needle valve 54, and the tapered surface 54 a is seated at a second seat position 58 formed in a tapered shape inside the distal end portion of the needle holder 59. The second seat position 58 is provided with a second injection hole 55 that allows the outside of the fuel injection valve 51 to communicate with the fuel chamber 60, and this second injection hole 55 is formed when the second needle valve 54 is seated. Closed.

第1噴孔53は第2噴孔55よりも先端側に設けられており、また、軸線A−Aに対する角度は、第1噴孔53のほうが第2噴孔55よりも大きい。第1噴孔53の大きさと第2噴孔55の大きさは同じである。   The first injection hole 53 is provided on the tip side of the second injection hole 55, and the angle of the first injection hole 53 is larger than that of the second injection hole 55 with respect to the axis AA. The size of the first nozzle hole 53 and the size of the second nozzle hole 55 are the same.

次に、燃料噴射弁51の燃料噴霧について図15を参照して説明すると、図15(a)は広傘角での燃料噴射を行う場合、図15(b)は狭傘角での燃料噴射を行う場合を示す。ここで、傘角とは燃焼室内に形成される燃料噴霧の、軸線A−Aからの広がり角度のことであり、これが大きい場合を広傘角、小さい場合を狭傘角という。   Next, fuel spraying of the fuel injection valve 51 will be described with reference to FIG. 15. FIG. 15A shows fuel injection at a wide bevel angle, and FIG. 15B shows fuel injection at a narrow bevel angle. The case where is performed is shown. Here, the bevel angle is the spread angle of the fuel spray formed in the combustion chamber from the axis A-A, and when it is large, it is called the wide bevel angle, and when it is small, it is called the narrow bevel angle.

広傘角で燃料噴射を行う場合には、図15(a)に示すように、第1ニードル弁52がリフトして、第1噴孔53から燃料が噴射される。このとき、燃料噴霧が軸線A−Aとなす角度をθ1とする。一方、狭傘角で燃料噴射を行う場合には、図15(b)に示すように、第2ニードル弁54がリフトして、第2噴孔55から燃料が噴射される。このとき、燃料噴霧が軸線A−Aとなす角度をθ2とする。なお、燃料噴射時には、第1ニードル弁52、第2ニードル弁54はそれぞれ第1噴孔53、第2噴孔55が開いた状態となる所定の位置に保持される。これにより、燃料噴射中に傘角は略一定に保たれる。   When fuel injection is performed at a wide bevel angle, the first needle valve 52 is lifted and fuel is injected from the first injection holes 53 as shown in FIG. At this time, an angle between the fuel spray and the axis AA is θ1. On the other hand, when fuel injection is performed at a narrow bevel angle, the second needle valve 54 is lifted and fuel is injected from the second injection hole 55 as shown in FIG. At this time, an angle between the fuel spray and the axis AA is θ2. At the time of fuel injection, the first needle valve 52 and the second needle valve 54 are held at predetermined positions where the first injection hole 53 and the second injection hole 55 are opened, respectively. Thereby, the bevel angle is kept substantially constant during fuel injection.

これで燃料噴射弁51の概説を終了する。   This completes the outline of the fuel injection valve 51.

さて、第3実施形態は、1回目噴射による火炎が存在する時間と2回目噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、2回目噴射による火炎位置と1回目噴射による火炎位置とが空間的に重ならないように、上記の記燃料噴射弁51を用いて1回目噴射による火炎位置及び2回目噴射による火炎位置を制御するものである。   In the third embodiment, the time at which the flame by the first injection exists and the time at which the flame by the second injection exists overlap, and the flame position by the second injection and the flame position by the first injection are spatially separated. In order not to overlap, the above-described fuel injection valve 51 is used to control the flame position by the first injection and the flame position by the second injection.

第3実施形態の考え方を図16を参照して説明すると、図16はピストン61が圧縮上死点付近にあるときの燃焼室62の断面を示し、広傘角噴射による燃料噴霧の形状と、狭傘角噴射による燃料噴霧の形状とを重ねて示している。ピストン中心軸から広傘角噴射の噴霧方向までの角度は第1傘角θ1であり、ピストン中心軸から狭傘角噴射の噴霧方向までの角度は第2傘角θ2である。ただし、広傘角噴射と狭傘角噴射とが同時に行われることは決してない。   The concept of the third embodiment will be described with reference to FIG. 16. FIG. 16 shows a cross section of the combustion chamber 62 when the piston 61 is in the vicinity of the compression top dead center, and the shape of fuel spray by wide bevel angle injection, The shape of fuel spray by narrow umbrella angle injection is shown in an overlapping manner. The angle from the piston central axis to the spray direction of the wide bevel angle injection is the first bevel angle θ1, and the angle from the piston central axis to the spray direction of the narrow bevel angle injection is the second bevel angle θ2. However, the wide umbrella angle injection and the narrow umbrella angle injection are never performed simultaneously.

これら第1傘角θ1と第2傘角θ2の2つの角度の間に一点鎖線で示したように境界を設けたとき、この境界でピストン61が圧縮上死点付近にあるときの燃焼室容積が第1容積Vaと第2容積Vbとにほぼ2分されるように境界を定める。そして、2分される燃焼室容積のうち上側に位置する第1容積Vaに対して広傘角噴射を行い、下側に位置する第2容積Vbに対して狭傘角噴射を行うようにすると、広傘角噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置(この広傘角噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を以下単に「広傘角噴射による火炎位置」という。)は第1容積Va内にだけ、また狭傘角噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置(この狭傘角噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を以下単に「狭傘角噴射による火炎位置」という。)は第2容積Vb内にだけそれぞれ存在することとなり、広傘角噴射による火炎位置と狭傘角噴射による火炎位置とが空間的に重なることがない。言い替えると、ピストン61が圧縮上死点付近にあるときの燃焼室容積を第1容積Vaと第2容積Vbとにほぼ2分し、2分される燃焼室容積のうち上側に位置する第1容積Vaに対して広傘角噴射が行われるように、また下側に位置する第2容積Vbに対して狭傘角噴射が行われるように、第1傘角θ1及び第2傘角θ2を設定するのである。   When a boundary is provided between the two angles of the first bevel angle θ1 and the second bevel angle θ2, as indicated by a one-dot chain line, the combustion chamber volume when the piston 61 is near the compression top dead center at the boundary. Is defined so that the first volume Va and the second volume Vb are substantially divided into two. Then, when the wide umbrella angle injection is performed on the first volume Va located on the upper side of the combustion chamber volume divided into two, and the narrow umbrella angle injection is performed on the second volume Vb located on the lower side. The position of the flame formed by the fuel spray lump by the wide umbrella angle injection (hereinafter, the position of the flame formed by the fuel spray lump by the wide umbrella angle injection is simply referred to as “flame position by the wide umbrella angle injection”). Is the position of the flame formed only by the first volume Va and by the fuel spray lump by the narrow umbrella angle injection (hereinafter, the position of the flame formed by the fuel spray lump by the narrow umbrella angle injection is simply referred to as “narrow umbrella The flame position by angular injection ") exists only in the second volume Vb, and the flame position by wide umbrella angle injection and the flame position by narrow umbrella angle injection do not overlap spatially. In other words, the combustion chamber volume when the piston 61 is in the vicinity of the compression top dead center is approximately divided into the first volume Va and the second volume Vb, and the first one located above the combustion chamber volume divided into two. The first bevel angle θ1 and the second bevel angle θ2 are set so that the wide bevel angle injection is performed on the volume Va and the narrow bevel angle injection is performed on the second volume Vb located on the lower side. Set it.

従って、このような傘角可変機構を有する燃料噴射弁51を用いれば、各噴射による火炎が存在する時間が重なりつつ各噴射毎の火炎位置が空間的に重ならないように多段噴射を行わせることができる。ただし、この燃料噴射弁51は、1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得るものとする。   Therefore, by using the fuel injection valve 51 having such a bevel angle varying mechanism, it is possible to perform multi-stage injection so that the flame positions of the respective injections do not overlap spatially while the flames of the respective injections overlap. Can do. However, this fuel injection valve 51 can divide the fuel into a plurality of times near the compression top dead center of each cylinder and inject it directly into the combustion chamber during one cycle.

図17は第3実施形態のメインのフローチャートで、第1実施形態の図3と置き換わるものである。図3と同一部分には同一のステップ番号を付けている。   FIG. 17 is a main flowchart of the third embodiment, which replaces FIG. 3 of the first embodiment. The same steps as those in FIG. 3 are given the same step numbers.

ここでは、1サイクル中の噴射回数が2回の場合で説明すると、ステップ51では傘角噴射制御を行う。ここで、各噴射毎の噴射開始タイミングは予め定まっているものとする。そして、1回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、1回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/2を供給し、2回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、2回目噴射を狭傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/2を供給する。この逆に、1回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、1回目噴射を狭傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/2を供給し、2回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、2回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/2を供給することとしてもかまわない。   Here, if the number of injections in one cycle is described as two, step 51 performs umbrella angle injection control. Here, it is assumed that the injection start timing for each injection is determined in advance. Then, when the injection start timing of the first injection is reached, 1/2 of the target fuel injection amount Q0 is supplied by making the first injection a wide bevel angle injection, and the injection start timing of the second injection is reached By setting the second injection to be a narrow umbrella angle injection, ½ of the target fuel injection amount Q0 is supplied. On the contrary, when the injection start timing of the first injection is reached, 1/2 of the target fuel injection amount Q0 is supplied by setting the first injection to be a narrow bevel angle injection, and the injection start timing of the second injection is reached. In this case, ½ of the target fuel injection amount Q0 may be supplied by setting the second injection as a wide bevel angle injection.

このように、第3実施形態(請求項9に記載の発明)によれば、傘角可変機構(燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構)を有する燃料噴射弁51を備え、1回目噴射(前段噴射)による火炎が存在する時間と2回目噴射(次段噴射)による火炎が存在する時間とが重なりつつ、2回目噴射(次段噴射)による火炎位置が1回目噴射(前段噴射)による火炎位置と空間的に重ならないように、燃料噴射弁51を用いて1回目噴射(前段噴射)による火炎位置及び2回目噴射(後段噴射)による火炎位置を制御するので(図17のステップ51参照)、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。   Thus, according to the third embodiment (the invention described in claim 9), the fuel injection valve 51 having the bevel angle variable mechanism (the injection direction variable mechanism capable of changing the fuel injection direction) is provided. The flame position by the second injection (next stage injection) is the first injection (previous stage injection) while the time when the flame by the injection (previous stage injection) and the time by which the flame by the second injection (next stage injection) exists overlap. Since the fuel injection valve 51 is used to control the flame position by the first injection (previous injection) and the flame position by the second injection (subsequent injection) so that they do not spatially overlap with each other (step 51 in FIG. 17). Reference), the entire combustion period by a plurality of injections can be shortened without increasing the smoke, and the application range can be expanded to a higher load side than the conventional apparatus.

傘角可変機構を有する燃料噴射弁51を用いて行う多段噴射はこの場合に限られない。例えば燃焼室内にスワールが生成されないエンジンに対しては次のようにすることで、1サイクル中の噴射回数が3回の場合にも適用することができる。すなわち、ここでも各噴射毎の噴射開始タイミングは予め定まっているものとする。   The multistage injection performed using the fuel injection valve 51 having the bevel angle varying mechanism is not limited to this case. For example, an engine in which no swirl is generated in the combustion chamber can be applied to the case where the number of injections in one cycle is three by performing the following. In other words, the injection start timing for each injection is also determined in advance here.

〈1〉1回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、1回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/3を供給する。   <1> When the injection start timing of the first injection is reached, 1/3 of the target fuel injection amount Q0 is supplied by making the first injection a wide bevel angle injection.

〈2〉2回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、2回目噴射を狭傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/3を供給する。   <2> At the injection start timing of the second injection, 1/3 of the target fuel injection amount Q0 is supplied by setting the second injection to be a narrow bevel angle injection.

〈3〉3回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、3回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/3を供給する。   <3> When the injection start timing of the third injection is reached, 1/3 of the target fuel injection amount Q0 is supplied by setting the third injection to wide bevel angle injection.

この場合、1回目噴射と3回目噴射とが同じ広傘角噴射となる、つまり1回目噴射と3回目噴射とで噴射方向が同じになるので、1回目噴射と3回目噴射に対して第2実施形態を適用する。すなわち、燃焼室内にスワールが生成されないエンジンに対して、3回目噴射による火炎位置が1回目噴射による火炎のない領域にくるように3回目噴射による噴霧塊の到達距離を制御する。具体的には噴孔から1回目噴射による火炎位置までの距離よりも噴孔から3回目噴射による火炎位置までの距離のほうが短くなるように3回目噴射による燃料噴霧の到達距離を決定して3回目噴射を行わせることにより、1回目噴射(=広傘角噴射)による火炎位置と3回目噴射(=広傘角噴射)による火炎位置とが空間的に重ならないようにするのである。   In this case, the first injection and the third injection are the same wide-angle injection, that is, the injection direction is the same for the first injection and the third injection, so the second injection is the second for the first injection and the third injection. The embodiment is applied. That is, for the engine in which no swirl is generated in the combustion chamber, the reach of the spray mass by the third injection is controlled so that the flame position by the third injection is in a region where there is no flame by the first injection. Specifically, the arrival distance of the fuel spray by the third injection is determined to be 3 so that the distance from the nozzle hole to the flame position by the third injection is shorter than the distance from the nozzle hole to the flame position by the first injection. By performing the second injection, the flame position by the first injection (= wide umbrella angle injection) and the flame position by the third injection (= wide umbrella angle injection) are prevented from spatially overlapping.

また、燃焼室内にスワールが生成されるエンジンに対しては、次のようにすることで、1サイクル中の噴射回数が3回の場合にも適用することができる。ただし、ここでは1回目噴射と2回目噴射の各噴射開始タイミングは予め定まっているものとする。
Moreover, it can apply also to the case where the frequency | count of injection in 1 cycle is 3 by doing as follows with respect to the engine in which a swirl is produced | generated in a combustion chamber. However, here, it is assumed that the injection start timings of the first injection and the second injection are determined in advance.
.

〈4〉予め定めている1回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、1回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/3を供給する。   <4> When the predetermined injection start timing of the first injection is reached, 1/3 of the target fuel injection amount Q0 is supplied by setting the first injection to the wide bevel angle injection.

〈5〉予め定めている2回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、2回目噴射を狭傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/3を供給する。   <5> When the predetermined injection start timing of the second injection is reached, the second injection is set to the narrow bevel angle injection to supply 1/3 of the target fuel injection amount Q0.

〈6〉3回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Q0の1/3を供給する。   <6> Supplying 1/3 of the target fuel injection amount Q0 by setting the third injection to the wide bevel angle injection.

この場合、1回目噴射と3回目噴射とが同じ広傘角噴射となる、つまり1回目噴射と3回目噴射とで噴射方向が同じになるので、1回目噴射と3回目噴射に対して第1実施形態を適用する。すなわち、燃焼室内にスワールが生成されるエンジンに対して1回目噴射による火炎位置及び3回目噴射による火炎位置を演算し、3回目噴射による火炎位置が1回目噴射による火炎のない領域にくるように3回目噴射の燃料噴射時期を制御することにより、1回目噴射(=広傘角噴射)による火炎位置と3回目噴射(=広傘角噴射)による火炎位置とが空間的に重ならないようにするのである。
In this case, the first injection and the third injection are the same wide-angle injection, that is, the injection direction is the same for the first injection and the third injection, so the first injection and the third injection are the first. The embodiment is applied. That is, for the engine in which the swirl is generated in the combustion chamber, the flame position by the first injection and the flame position by the third injection are calculated, and the flame position by the third injection is in an area where there is no flame by the first injection. By controlling the fuel injection timing of the third injection, the flame position by the first injection (= wide umbrella angle injection) and the flame position by the third injection (= wide umbrella angle injection) are not spatially overlapped. It is.
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このように、第3実施形態(請求項7に記載の発明)によれば、燃料供給装置10は傘角可変機構(燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構)を有する燃料噴射弁51を備え、火炎位置制御手段はこの燃料噴射弁51を用いて複数回の各噴射後毎の噴射方向を制御するので、公知の燃料噴射弁51を用いて構成することができる。   Thus, according to the third embodiment (the invention described in claim 7), the fuel supply device 10 has a fuel injection valve 51 having a bevel angle variable mechanism (an injection direction variable mechanism capable of changing the fuel injection direction). The flame position control means uses the fuel injection valve 51 to control the injection direction after each of a plurality of injections, so that it can be configured using a known fuel injection valve 51.

第3実施形態(請求項8に記載の発明)によれば、火炎位置制御手段は、3回目噴射(次段噴射)による火炎位置が1回目噴射(前段噴射)による火炎のない領域にくるように1回目噴射(前段噴射)の噴射方向及び3回目噴射(次段噴射)の噴射方向を制御するので、各噴射によるそれぞれの燃料噴霧に十分な空気導入が行われることからスモークが低減される。   According to the third embodiment (the invention described in claim 8), the flame position control means causes the flame position by the third injection (next stage injection) to be in an area where there is no flame by the first injection (previous stage injection). In addition, since the injection direction of the first injection (previous injection) and the injection direction of the third injection (next injection) are controlled, smoke is reduced because sufficient air introduction is performed for each fuel spray by each injection. .

請求項1において、火炎位置制御手段の機能は図3のステップ4、図6のステップ21、22によりそれぞれ果たされている。   In claim 1, the function of the flame position control means is performed by step 4 in FIG. 3 and steps 21 and 22 in FIG.

請求項10において、火炎位置制御処理手順は図3のステップ4、図6のステップ21、22によりそれぞれ果たされている。   In claim 10, the flame position control processing procedure is performed by step 4 in FIG. 3 and steps 21 and 22 in FIG.

請求項9において、火炎位置制御手段の機能は図17のステップ51により果たされている。   In claim 9, the function of the flame position control means is performed by step 51 of FIG.

本発明の燃料噴射制御装置を備えたディーゼルエンジンの概略構成図。The schematic block diagram of the diesel engine provided with the fuel-injection control apparatus of this invention. 第1実施形態の各噴射毎の噴霧塊の挙動を示すモデル図。The model figure which shows the behavior of the spray lump for every injection of 1st Embodiment. 第1実施形態のメインフローチャート。The main flowchart of 1st Embodiment. 第1実施形態の各噴射毎の火炎位置の演算を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the calculation of the flame position for every injection of 1st Embodiment. 各パラメータとペネトレーション、回転方向移動量、噴霧角の関係を示す表図。The table which shows the relationship between each parameter, penetration, rotational direction movement amount, and spray angle. 第1実施形態の火炎位置制御を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the flame position control of 1st Embodiment. 噴射間隔の特性図。The characteristic diagram of an injection interval. ピストン冠面の平面図。The top view of a piston crown surface. 第1実施形態の熱発生パターンを示す図。The figure which shows the heat generation pattern of 1st Embodiment. 第2実施形態のメインフローチャート。The main flowchart of 2nd Embodiment. 第2実施形態の火炎位置制御を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the flame position control of 2nd Embodiment. 到達距離の特性図。The characteristic diagram of the reach. 第2実施形態の各噴射毎の噴霧塊の挙動を示すモデル図。The model figure which shows the behavior of the spray lump for every injection of 2nd Embodiment. 第3実施形態の燃料噴射弁の一部拡大断面図。The partial expanded sectional view of the fuel injection valve of 3rd Embodiment. 広傘角噴射時、狭傘角噴射時の燃料噴射弁の一部拡大断面図。The partial expanded sectional view of the fuel injection valve at the time of wide umbrella angle injection and narrow umbrella angle injection. 燃焼室の概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of a combustion chamber. 第3実施形態のメインフローチャート。The main flowchart of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料噴射装置
21 エンジンコントロールユニット
51 燃料噴射弁
10 Fuel Injection Device 21 Engine Control Unit 51 Fuel Injection Valve

Claims (10)

1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置と、
前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料供給装置を用いて前段噴射火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御する火炎位置制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
A fuel supply device capable of dividing the fuel into a plurality of times near the compression top dead center of each cylinder and directly injecting the fuel into the combustion chamber during one cycle;
The fuel supply device is used so that the time when the flame due to the previous stage injection and the time when the flame due to the next stage injection overlap, the flame position due to the next stage injection does not spatially overlap the flame position due to the previous stage injection. And a flame position control means for controlling the flame position by the preceding stage injection flame and the next stage injection, and a fuel injection control device for a diesel engine.
筒内圧を検出するかまたは演算する筒内圧検出・演算手段と、
スワール比を検出するかまたは演算するスワール比検出・演算手段と、
吸入空気量を検出するかまたは演算する吸入空気量検出・演算手段と、
噴射圧を検出するかまたは演算する噴射圧検出・演算手段と、
EGR率を検出するかまたは演算するEGR率検出・演算手段と、
燃料性状を検出するかまたは演算する燃料性状検出・演算手段と、
吸入空気温度を検出するかまた演算する吸入空気温度検出・演算手段と、
ピストン位置を検出するかまたは演算するピストン位置検出・演算手段と
の少なくとも一つと、
複数回の各噴射毎の火炎位置を演算する火炎位置演算手段と
を備え、
前記火炎位置演算検出手段は、検出されたかまたは演算された筒内圧、スワール比、吸入空気量、噴射圧、EGR率、燃料性状、吸入空気温度、ピストン位置の少なくとも一つに基づいて前記各噴射毎の火炎位置を演算することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
In-cylinder pressure detection / calculation means for detecting or calculating in-cylinder pressure;
Swirl ratio detection / calculation means for detecting or calculating the swirl ratio;
Intake air amount detection / calculation means for detecting or calculating the intake air amount;
Injection pressure detection / calculation means for detecting or calculating the injection pressure;
EGR rate detection / calculation means for detecting or calculating the EGR rate;
Fuel property detection / calculation means for detecting or calculating the fuel property;
Intake air temperature detection / calculation means for detecting or calculating the intake air temperature;
At least one of piston position detection / calculation means for detecting or calculating the piston position;
Flame position calculating means for calculating the flame position for each injection of a plurality of times,
The flame position calculation detecting means is configured to detect or calculate each of the injections based on at least one of the detected or calculated in-cylinder pressure, swirl ratio, intake air amount, injection pressure, EGR rate, fuel property, intake air temperature, and piston position. The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 1, wherein a flame position for each is calculated.
前記燃料供給装置は前記複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を変更可能な噴射時期可変機構を有し、
前記火炎位置制御手段はこの噴射時期可変機構を用いて前記複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
The fuel supply device includes an injection timing variable mechanism capable of changing a fuel injection timing for each of the plurality of injections.
2. The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 1, wherein the flame position control means controls the fuel injection timing for each of the plurality of injections using the injection timing variable mechanism.
前記火炎位置制御手段は、前記次段噴射による火炎位置が前記前段噴射による火炎のない領域にくるように前記前段噴射の燃料噴射時期及び前記次段噴射の燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項3に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。   The flame position control means controls the fuel injection timing of the preceding stage injection and the fuel injection timing of the next stage injection so that the flame position by the next stage injection comes in a region where there is no flame by the preceding stage injection. The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 3. 前記燃料供給装置は前記複数回の各噴射毎の燃料噴霧の到達距離を変更可能な到達距離可変機構を有し、
前記火炎位置制御手段はこの到達距離可変機構を用いて前記複数回の各噴射毎の到達距離を制御することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
The fuel supply device has an arrival distance variable mechanism capable of changing an arrival distance of fuel spray for each of the plurality of injections,
2. The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 1, wherein the flame position control unit controls an arrival distance for each of the plurality of injections using the arrival distance variable mechanism.
前記火炎位置制御手段は、前記次段噴射による火炎位置が前記前段噴射による火炎のない領域にくるように前記前段噴射による燃料噴霧の到達距離及び前記次段噴射による燃料噴霧の到達距離を制御することを特徴とする請求項5に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。   The flame position control means controls an arrival distance of the fuel spray by the previous stage injection and an arrival distance of the fuel spray by the next stage injection so that the flame position by the next stage injection comes in a region where there is no flame by the previous stage injection. The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 5. 前記燃料供給装置は燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構を有する燃料噴射弁を備え、
前記火炎位置制御手段はこの燃料噴射弁を用いて前記複数回の各噴射後毎の噴射方向を制御することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
The fuel supply device includes a fuel injection valve having an injection direction variable mechanism capable of changing a fuel injection direction,
2. The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 1, wherein the flame position control means controls the injection direction after each of the plurality of injections using the fuel injection valve.
前記火炎位置制御手段は、前記次段噴射による火炎位置が前記前段噴射による火炎のない領域にくるように前記前段噴射の噴射方向及び前記次段噴射の噴射方向を制御することを特徴とする請求項7に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。   The flame position control means controls the injection direction of the previous stage injection and the injection direction of the next stage injection so that the flame position by the next stage injection is in a region where there is no flame by the previous stage injection. Item 8. A fuel injection control device for a diesel engine according to Item 7. 1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得ると共に、燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構を有する燃料噴射弁と、
前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料噴射弁を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御する火炎位置制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
A fuel injection valve having an injection direction variable mechanism capable of changing the injection direction of the fuel while allowing the fuel to be divided into a plurality of times near the compression top dead center of each cylinder and injected directly into the combustion chamber during one cycle;
The fuel injection valve is used so that the time when the flame due to the previous stage injection and the time when the flame due to the next stage injection overlap, the flame position due to the next stage injection does not spatially overlap the flame position due to the previous stage injection. And a flame position control means for controlling the flame position by the pre-stage injection and the flame position by the next-stage injection.
1サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置
を備え、
前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料供給装置を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御する火炎位置制御処理手順と
を含むことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
A fuel supply device capable of dividing the fuel into a plurality of times near the compression top dead center of each cylinder and directly injecting the fuel into the combustion chamber during one cycle;
The fuel supply device is used so that the time when the flame due to the previous stage injection and the time when the flame due to the next stage injection overlap, the flame position due to the next stage injection does not spatially overlap the flame position due to the previous stage injection. And a flame position control processing procedure for controlling the flame position by the pre-stage injection and the flame position by the next-stage injection.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015183580A (en) * 2014-03-24 2015-10-22 株式会社デンソー Fuel spray spread angle detector
JP2016169723A (en) * 2015-03-16 2016-09-23 株式会社デンソー Atomization interference determination device and air flow control device
JP2016169722A (en) * 2015-03-16 2016-09-23 株式会社デンソー Combustion zone estimation device, nox generation amount estimation device and air flow control device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08296533A (en) * 1995-04-26 1996-11-12 Nippon Clean Engine Lab Co Ltd Fuel injection nozzle and combustion system therefor
JPH1182139A (en) * 1997-08-29 1999-03-26 Denso Corp Fuel injection control device for internal combustion engine
JP2000297683A (en) * 1999-04-16 2000-10-24 Mitsubishi Motors Corp Internal combustion engine
JP2005163567A (en) * 2003-12-01 2005-06-23 Denso Corp Fuel injection nozzle and internal combustion engine
JP2005291161A (en) * 2004-04-02 2005-10-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Compression ignition type internal combustion engine and its fuel injection control device
JP2006118370A (en) * 2004-10-19 2006-05-11 Nissan Motor Co Ltd Fuel injection device for internal combustion engine
JP2006274981A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp Control device for diesel engine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08296533A (en) * 1995-04-26 1996-11-12 Nippon Clean Engine Lab Co Ltd Fuel injection nozzle and combustion system therefor
JPH1182139A (en) * 1997-08-29 1999-03-26 Denso Corp Fuel injection control device for internal combustion engine
JP2000297683A (en) * 1999-04-16 2000-10-24 Mitsubishi Motors Corp Internal combustion engine
JP2005163567A (en) * 2003-12-01 2005-06-23 Denso Corp Fuel injection nozzle and internal combustion engine
JP2005291161A (en) * 2004-04-02 2005-10-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Compression ignition type internal combustion engine and its fuel injection control device
JP2006118370A (en) * 2004-10-19 2006-05-11 Nissan Motor Co Ltd Fuel injection device for internal combustion engine
JP2006274981A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp Control device for diesel engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015183580A (en) * 2014-03-24 2015-10-22 株式会社デンソー Fuel spray spread angle detector
JP2016169723A (en) * 2015-03-16 2016-09-23 株式会社デンソー Atomization interference determination device and air flow control device
JP2016169722A (en) * 2015-03-16 2016-09-23 株式会社デンソー Combustion zone estimation device, nox generation amount estimation device and air flow control device

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