JP2010209710A - 筒内噴射式火花点火機関およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】噴霧角を変更可能な燃料噴射弁106を設け、吸気行程での燃料噴射時に、一吸気行程内で吸気弁104のリフト量が大きくなるにつれて、燃料噴射弁106から噴射される噴霧角度を狭く制御する。
【選択図】図7
Description
図1は、本実施例における筒内噴射式火花点火機関の構成を示す縦断面図、図2は、本実施例における筒内噴射式火花点火機関の構成を示す斜視図である。
弁体1の移動量が大きいときは、弁体1とノズル2との隙間にある燃料流路4を通ってきた燃料は、絞り部12とノズル側テーパ面11と弁体側テーパ面9で構成される流路拡大部13を通り、燃料噴射装置の外部へ噴射される。
外開き弁では、弁体1が外方向にリフトすることでノズル2と弁体1の間に微小な隙間が生じ、この隙間が噴口となって、高圧の燃料が燃料ジェットFFLとなって噴出される。そして、狭い噴口を通過することによって薄い液膜が形成され、この液膜が分裂することで中空コーン形状の噴霧が形成される。エンジンを所定の回転数、負荷で運転するために必要な噴射流量を確保しつつ、噴口部で充分に薄い液膜を作るためには、噴口部の直径DINJをある程度大きくする必要があり、本実施例では、直径DINJは例えば5mm程度である。
図5に、エンジン制御装置(ECU)内で実施されるエンジン制御の手順を示す。
処理S501において、筒内噴射エンジンE1に対する要求トルクとエンジン回転数から、燃焼モードの判定を行う。筒内噴射エンジンE1の要求トルクは、アクセルペダル位置や変速ギアポジション、車速、油水温等の情報から総合的に求められる。図6に示すようにエンジン回転数とトルクのマップに対して燃焼モードが割り付けられており、本マップに従い、要求トルクとエンジン回転数に基づいて、均質燃焼にするか、成層燃焼にするかの判断が行われる。
第1噴射は、吸気行程の初期に行われるため、この噴射タイミングにおいてピストン103は燃焼室110の上方に位置する。そして、吸気弁104のリフト量は小さい。
図5の処理S501において、筒内噴射エンジンE1に対する要求トルクとエンジン回転数から燃焼モードの判定を行い、成層燃焼モードと判定された場合は、燃料噴射弁106から噴射する噴霧角度がθmaxとなるように設定する(処理S507)。より具体的には、ECUから燃料噴射弁106に対して、噴霧角指令値1を出力する。引き続いて、圧縮行程の後期において(例えば圧縮上死点前30degCA)燃料噴射を実施する(処理S508)。燃料噴射量は、要求されるエンジン負荷に応じて、燃焼室内の平均空燃比が概ね25〜100になるように決められる。その後、圧縮行程の所定タイミングにおいて点火指示を行い(処理S509)、成層燃焼が実施される。
第3噴射は、吸気行程の末期に行われる。従って、第3噴射の噴射タイミングにおいて、ピストン103はピストンストローク長さ程度まで下がっており、燃料噴射弁106の先端とピストン103との間の距離は非常に大きくなっている。また、吸気弁104のリフト量は小さくなっている。第3噴射では、このようなピストン位置、吸気弁位置において、燃料噴射弁106より噴霧角θmaxとなる広角な噴霧SPWを燃焼室110上部からピストン方向に向けて噴射する。
2…ノズル
3…噴射孔
4…燃料流路
5…弁体側ガイド部
6…ノズル側ガイド部
7…開弁用ばね
8…燃料供給口
9…弁体側テーパ面
10…ノズル上流側テーパ面
11…ノズル下流側テーパ面
12…ノズル内の絞り部
13…流路拡大部
14…ノズル上流側テーパ面のテーパ角
15…ノズル下流側テーパ面のテーパ角
16…弁体側テーパ面のテーパ角
18…ノズル側テーパ面に沿った燃料流れ
19…弁体側テーパ面に沿った燃料流れ
26…弁体側ガイド部のカット面
30…燃料噴射弁の駆動部
31…コイル
32…コア
33…アンカー
34…スワラー
35…噴口
100…シリンダヘッド
102…シリンダブロック
103…ピストン
104…吸気弁
105…排気弁
106…燃料噴射弁
107…点火プラグ
109…吸気ポート
110…燃焼室
111…排気ポート
E1…直上噴射式の筒内噴射エンジン(筒内噴射式火花点火機関)
E2…サイド噴射式の筒内噴射エンジン(筒内噴射式火花点火機関)
DINJ…噴口部の直径
ECU…エンジン制御装置
FFL…燃料流れ
GF…吸気ガス流れ
LF1…吸気弁上の液膜
LF2…燃焼室壁面上の液膜
MX…燃料と空気の混合気
P…噴霧のペネトレーション
SP…噴霧
SPN…狭角噴霧角の噴霧
SPW…広角噴霧角の噴霧
θ…噴霧角
θmin…狭角側噴霧角
θmax…広角側噴霧角
Claims (12)
- 筒内噴射式火花点火機関であって、
燃焼室内に噴射する燃料の噴霧角を変更可能な燃料噴射弁と、
該燃料噴射弁を制御して一吸気行程内で前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に噴射される燃料の噴霧角を吸気弁のリフト量に応じて変更する制御手段と、
を有することを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。 - 前記制御手段は、吸気行程における燃料噴射時に、一吸気行程内で前記吸気弁のリフト量が大きくなるに応じて前記噴霧角度が狭くなるように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 前記制御手段は、吸気行程における燃料噴射時に、一吸気行程内で吸気弁のリフト量が大きいときの噴霧角を、リフト量が小さいときの噴霧角に比べて狭くするように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 前記制御手段は、一吸気行程内で複数回に分けて燃料を噴射させる場合に、吸気弁のリフト量が大きいときの噴射時期における噴霧角を、吸気弁のリフト量が小さいときの噴射時期における噴霧角に比べて狭くするように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 前記制御手段は、一吸気行程内で複数回に分けて燃料を噴射させる場合に、これら複数回のうちの一回の噴射時期における噴霧角を、吸気弁のリフト量が前記一回の噴射時期における吸気弁のリフト量よりも小さい他のいずれか一回の噴射時期における噴霧角に比べて狭くするように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 前記制御手段は、要求出力に応じて均質燃焼モードと成層燃焼モードのいずれか一方を選択し、前記均質燃焼モードが選択された場合は、前記成層燃焼モードが選択された場合よりも噴霧角を狭くするように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 前記燃料噴射弁と点火プラグが、前記燃焼室の上部でかつ略中央に配設されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の側部に配設され、前記点火プラグは、前記燃焼室の上部で且つ略中央に配設されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 前記燃料噴射弁は、外開き弁であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 前記燃料噴射弁は、前記制御手段からの噴霧角指令に応じて、少なくとも2種類以上の異なる噴霧角で燃料を噴射可能な構成を有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 前記燃料噴射弁は、前記制御手段からの噴霧角指令に応じて、前記噴霧角を狭い噴霧角と広い噴霧角との間で無段階に連続的に可変変更可能な構成を有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 燃焼室内に噴射する燃料の噴霧角を変更可能な燃料噴射弁を有する筒内噴射式火花点火機関の制御方法であって、
エンジン回転数と要求出力に基づいて均質燃焼モードと成層燃焼モードのいずれか一方を選択し、
前記均質燃焼モードを選択した場合に、吸気行程の燃料噴射時におけるリフト量に基づいて噴霧角を設定するステップと、
を含むことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関の制御方法。
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