JP2012026412A - Fuel injection control device of internal combustion engine - Google Patents

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一也 金島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection control device which can reduce soot, can avoid an abrupt rise of pressure in combustion, and can reduce combustion noise.SOLUTION: The fuel injection control device 1 of an engine 3 including a fuel injection valve 5 capable of variably controlling injection pressure includes: a pilot injection part performing pilot injection and generating burned gas in a combustion chamber 37; a swirl part generating a swirl flow in the combustion chamber 37; a main injection part performing main injection in the combustion chamber 37 in which the burned gas is generated; and a fuel injection control part controlling the pilot injection, the injection timing of the main injection, and injection pressure in an ECU 10. The fuel injection control part controls injection timing so that the burned gas which is pilot-injected from an adjacent nozzle hole and generated, and made to flow by the swirl flow and main-injected fuel are superposed, and controls injection pressure so that the pilot injection pressure becomes pressure within a predetermined range lower than main injection pressure.

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。   The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine.

近年、省エネルギー化および地球温暖化防止の観点から、自動車の燃費規制の強化が進められている。ディーゼルエンジンなどの圧縮着火式内燃機関は、低燃費化と高出力化の両立に有利であることから、排ガス規制対応に伴うコスト高を解消できれば、広く普及することが期待される。   In recent years, automobile fuel efficiency regulations have been strengthened from the viewpoint of energy saving and prevention of global warming. A compression ignition type internal combustion engine such as a diesel engine is advantageous for achieving both low fuel consumption and high output. Therefore, it is expected to be widely spread if the high cost associated with compliance with exhaust gas regulations can be eliminated.

例えば、圧縮自着火式内燃機関の排気中に多く含まれるNOxを浄化するNOx触媒を不要とし、排ガスの後処理コストを削減する技術として、低温燃焼技術の開発が進められている。この低温燃焼技術では、燃焼の低温化によりNOxを低減すると同時に、予混合燃焼により煤を低減する。   For example, the development of a low-temperature combustion technique has been promoted as a technique that eliminates the need for a NOx catalyst that purifies NOx contained in the exhaust gas of a compression self-ignition internal combustion engine and reduces the post-treatment cost of exhaust gas. In this low temperature combustion technique, NOx is reduced by lowering the combustion temperature, and at the same time, soot is reduced by premixed combustion.

上記の低温燃焼技術として、主噴射(後述のメイン噴射に相当)に先立って副噴射(後述のパイロット噴射に相当)を実行する圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、主噴射と副噴射の噴射時期を最適化する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In the fuel injection control apparatus for a compression ignition type internal combustion engine that performs sub-injection (equivalent to pilot injection described later) prior to main injection (equivalent to main injection described later) as the low-temperature combustion technique, main injection and sub-injection A technique for optimizing the injection timing is proposed (for example, see Patent Document 1).

特許4404154号公報Japanese Patent No. 4404154

しかしながら、特許文献1の技術では、噴射した燃料が着火して燃焼に至るまでに燃料の予混合化を進めてNOxおよび煤を低減する代わりに、燃焼時に急激な圧力上昇を招き、かかる圧力上昇による燃焼騒音の問題が生じていた。   However, in the technique of Patent Document 1, instead of proceeding with premixing of fuel and reducing NOx and soot until the injected fuel is ignited and combusted, a rapid pressure increase is caused at the time of combustion. There was a problem of combustion noise due to.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、NOxを低減可能な低温燃焼において、煤を低減できると同時に、燃焼時の急激な圧力上昇を回避して燃焼騒音を低減できる燃料噴射制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is a fuel capable of reducing soot in low temperature combustion capable of reducing NOx and at the same time avoiding a sudden pressure increase during combustion and reducing combustion noise. To provide an injection control device.

上記目的を達成するため本発明は、先端に設けられた噴孔(例えば、後述の噴孔513)から燃料を燃焼室(例えば、後述の燃焼室37)内に噴射するとともに、噴射圧を可変制御可能な燃料噴射弁(例えば、後述の燃料噴射弁5)を備える内燃機関(例えば、後述のエンジン3)の燃料噴射制御装置(例えば、後述の燃料噴射制御装置1)を提供する。この燃料噴射制御装置は、前記燃料噴射弁によるパイロット噴射を行い、既燃ガスを前記燃焼室内に生成させるパイロット噴射手段(例えば、後述のパイロット噴射部)と、前記燃焼室内にスワール流を発生させて、当該スワール流により前記既燃ガスを流動させるスワール手段(例えば、後述のスワール制御弁73,スワール部)と、前記既燃ガスが生成した前記燃焼室内に、前記燃料噴射弁によるメイン噴射を行うメイン噴射手段(例えば、後述のメイン噴射部)と、前記パイロット噴射と前記メイン噴射の噴射時期および噴射圧を制御する燃料噴射制御手段(例えば、後述の燃料噴射制御部)と、を備え、前記燃料噴射制御手段は、隣接する噴孔から前記パイロット噴射されて生成し、前記スワール流によって流動した既燃ガスと、前記メイン噴射で噴射された燃料とが重畳するように前記噴射時期を制御するとともに、前記パイロット噴射の噴射圧が前記メイン噴射の噴射圧よりも低い所定の範囲内となるように前記噴射圧を制御することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention injects fuel into a combustion chamber (for example, a combustion chamber 37 described later) from a nozzle hole (for example, a nozzle hole 513 described later) provided at the tip, and varies the injection pressure. Provided is a fuel injection control device (for example, a fuel injection control device 1 described later) of an internal combustion engine (for example, a later-described engine 3) provided with a controllable fuel injection valve (for example, a fuel injection valve 5 described later). The fuel injection control device performs pilot injection by the fuel injection valve to generate burned gas in the combustion chamber (for example, a pilot injection unit described later), and generates a swirl flow in the combustion chamber. The swirl means for flowing the burned gas by the swirl flow (for example, a swirl control valve 73 and a swirl unit, which will be described later), and the main injection by the fuel injection valve into the combustion chamber generated by the burned gas. Main injection means for performing (for example, a main injection section described later), and fuel injection control means (for example, a fuel injection control section described later) for controlling the injection timing and injection pressure of the pilot injection and the main injection, The fuel injection control means includes the burned gas generated by the pilot injection from the adjacent nozzle holes and flowing by the swirl flow, The injection timing is controlled so that the fuel injected by the main injection overlaps, and the injection pressure is controlled so that the injection pressure of the pilot injection is within a predetermined range lower than the injection pressure of the main injection It is characterized by doing.

本発明では、隣接する噴孔からパイロット噴射されて生成し、スワール流によって流動した既燃ガスと、メイン噴射で高圧噴射された燃料とが重畳するように、それぞれの噴射時期を制御した。
これにより、パイロット噴射された燃料が燃焼(以下、「パイロット燃焼」という)することにより生成した既燃ガスによって雰囲気温度が上昇することで、メイン噴射された燃料の着火が促進され、拡散燃焼主体の燃焼形態を呈する。このため、シリンダ内の未燃燃料がある時期に一気に着火して急激に圧力が上昇し、燃焼騒音が増大するのを回避できる。
また、既燃ガスと高圧にてメイン噴射された燃料とを重畳させるため、高圧にてメイン噴射された燃料が燃焼(以下、「メイン燃焼」という)する期間中において、混合気をリッチからリーンへと推移させて、燃焼の進行とともに混合気を均質化させることができる。このため、圧力上昇による燃焼騒音を低減できると同時に、煤の発生量を低減できる。
In the present invention, the injection timing is controlled so that the burned gas generated by pilot injection from the adjacent nozzle holes and flowing by the swirl flow and the fuel injected at high pressure by the main injection overlap.
As a result, the ignition temperature of the main injected fuel is promoted by increasing the ambient temperature by the burned gas generated by burning the fuel injected by the pilot (hereinafter referred to as “pilot combustion”). The combustion form is exhibited. For this reason, it can be avoided that the unburnt fuel in the cylinder is ignited at a time when there is unburned fuel, the pressure suddenly increases, and the combustion noise increases.
Further, in order to superimpose the burned gas and the fuel injected at high pressure, the mixture is changed from rich to lean during the period in which the fuel injected at high pressure burns (hereinafter referred to as “main combustion”). The air-fuel mixture can be homogenized as the combustion progresses. For this reason, combustion noise due to pressure rise can be reduced, and at the same time, the amount of soot generated can be reduced.

ところで、パイロット噴射の噴射圧は、メイン燃焼時における圧力上昇および煤の発生量と高い相関がある。具体的には、パイロット噴射圧が高すぎる場合には、パイロット噴射された燃料が燃焼室の壁面に衝突して分散が促進され、パイロット噴射により生成した既燃ガスとメイン噴射された燃料との重なり度合が小さくなる。このため、メイン燃焼時における圧力上昇の抑制効果が十分に発揮されなくなる結果、圧力上昇が増大して燃焼騒音が増大する。一方、パイロット噴射圧が低すぎる場合には、メイン噴射された燃料が比較的大きな液滴として存在している燃料噴射弁の近傍で、パイロット噴射により生成した既燃ガスとメイン噴射された燃料とが重畳して燃焼する結果、煤の発生量が増加する。
これに対して本発明では、パイロット噴射の噴射圧が、壁面に衝突するように設定されているメイン噴射の噴射圧よりも低い所定の範囲内となるように、それぞれの噴射圧を制御した。これにより、パイロット噴射された燃料が燃焼室の壁面に衝突するのを抑制でき、且つ燃料噴射弁からある程度離れた領域に漂うように制御できる。従って、上記のような不具合を回避でき、メイン燃焼時の圧力上昇による燃焼騒音および煤の発生量をより低減できる。
By the way, the injection pressure of the pilot injection is highly correlated with the pressure increase and the amount of soot generated during the main combustion. Specifically, when the pilot injection pressure is too high, the pilot injected fuel collides with the wall of the combustion chamber to promote dispersion, and the burned gas generated by pilot injection and the main injected fuel The degree of overlap is reduced. For this reason, the effect of suppressing the pressure increase during the main combustion is not sufficiently exhibited. As a result, the pressure increase increases and the combustion noise increases. On the other hand, when the pilot injection pressure is too low, the burned gas generated by the pilot injection and the main injected fuel are in the vicinity of the fuel injection valve where the main injected fuel exists as relatively large droplets. As a result of overlapping and burning, the amount of soot generated increases.
On the other hand, in the present invention, each injection pressure is controlled so that the injection pressure of the pilot injection is within a predetermined range lower than the injection pressure of the main injection set to collide with the wall surface. Thereby, it is possible to suppress the pilot-injected fuel from colliding with the wall surface of the combustion chamber, and to control the fuel so as to drift to a certain distance from the fuel injection valve. Therefore, the above problems can be avoided, and the amount of combustion noise and soot generated due to pressure increase during main combustion can be further reduced.

前記燃料噴射制御手段は、前記メイン噴射の噴射圧に対する前記パイロット噴射の噴射圧の比が、前記内燃機関の負荷の増加に伴い低下するように前記噴射圧を制御することが好ましい。   Preferably, the fuel injection control means controls the injection pressure such that a ratio of the injection pressure of the pilot injection to the injection pressure of the main injection decreases with an increase in the load of the internal combustion engine.

この発明では、メイン噴射の噴射圧に対するパイロット噴射の噴射圧の比(以下、「パイロット噴射圧比」という)が、内燃機関の負荷の増加に伴い低下するように、それぞれの噴射圧を制御した。ここで、パイロット噴射時における内燃機関の負荷は、例えば低過給条件や高EGR条件などでは酸素分圧が低い低負荷状態にあり、このような場合には、パイロット噴射された燃料の燃焼が十分に進行せず、メイン燃焼時の圧力上昇抑制効果が期待できない。そこで、この発明では、低負荷のときほど、パイロット噴射圧比を高めてパイロット燃焼を促進させ、内燃機関の負荷が増加するに伴い、パイロット噴射圧の比が低下するように噴射圧を制御するため、広い運転領域でメイン燃焼時の圧力上昇を抑制して、燃焼騒音を低減できる。   In the present invention, each injection pressure is controlled so that the ratio of the injection pressure of the pilot injection to the injection pressure of the main injection (hereinafter referred to as “pilot injection pressure ratio”) decreases as the load of the internal combustion engine increases. Here, the load of the internal combustion engine at the time of pilot injection is in a low load state in which the oxygen partial pressure is low under, for example, a low supercharging condition or a high EGR condition. In such a case, combustion of the fuel injected by the pilot is not performed. It does not progress sufficiently, and the effect of suppressing pressure rise during main combustion cannot be expected. Therefore, in the present invention, the pilot injection pressure ratio is increased to increase the pilot combustion as the load is lower, and the injection pressure is controlled so that the ratio of the pilot injection pressure decreases as the load on the internal combustion engine increases. In a wide operating range, the pressure rise during main combustion can be suppressed and combustion noise can be reduced.

前記燃料噴射制御装置は、前記内燃機関が所定の高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷運転状態判定手段(例えば、後述の高負荷運転状態判定部)をさらに備え、前記パイロット噴射手段は、前記内燃機関が前記所定の高負荷運転状態ではないと判定されたときには、前記パイロット噴射を1回行うシングルパイロット噴射を実行し、前記燃料噴射制御手段は、前記メイン噴射の噴射圧に対する前記シングルパイロット噴射の噴射圧の比が、略2割〜略3割の範囲内となるように前記噴射圧を制御することが好ましい。   The fuel injection control device further includes high load operation state determination means (for example, a high load operation state determination unit described later) for determining whether or not the internal combustion engine is in a predetermined high load operation state. When it is determined that the internal combustion engine is not in the predetermined high load operation state, the means executes single pilot injection for performing the pilot injection once, and the fuel injection control means is configured to perform injection with respect to the injection pressure of the main injection. It is preferable to control the injection pressure so that the ratio of the injection pressure of the single pilot injection is within a range of approximately 20% to approximately 30%.

この発明では、内燃機関が高負荷運転状態ではない場合には、パイロット噴射としてシングルパイロット噴射を実行するとともに、メイン噴射の噴射圧に対するシングルパイロット噴射の噴射圧の比が略2割〜略3割の範囲内となるように、それぞれの噴射圧を制御した。
これにより、シングルパイロット噴射された燃料の到達距離が適切な範囲に制御されることで、燃料が燃焼室の壁面に衝突するのをより抑制でき、且つ燃料噴射弁からある程度離れた領域に漂うように制御できる。従って、メイン燃焼時の圧力上昇による燃焼騒音および煤の発生量をより確実に低減できる。
In the present invention, when the internal combustion engine is not in a high load operation state, single pilot injection is performed as pilot injection, and the ratio of the injection pressure of the single pilot injection to the injection pressure of the main injection is approximately 20% to approximately 30%. Each injection pressure was controlled so as to be within the range.
As a result, the reach of the single pilot-injected fuel is controlled to an appropriate range, so that the fuel can be further prevented from colliding with the wall of the combustion chamber and drift to a certain distance from the fuel injection valve. Can be controlled. Therefore, the amount of combustion noise and soot generated due to the pressure increase during main combustion can be more reliably reduced.

前記燃料噴射制御装置は、前記内燃機関が所定の高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷運転状態判定手段(例えば、後述の高負荷運転状態判定部)をさらに備え、前記パイロット噴射手段は、前記内燃機関が前記所定の高負荷運転状態であると判定されたときには、第1パイロット噴射と第2パイロット噴射を順次行うダブルパイロット噴射を実行し、前記燃料噴射制御手段は、前記第1パイロット噴射により生成した既燃ガスと、前記第2パイロット噴射で噴射された燃料とが重畳し、且つ当該第2パイロット噴射により生成した既燃ガスと、前記メイン噴射で噴射された燃料とが重畳するように前記噴射時期を制御することが好ましい。   The fuel injection control device further includes high load operation state determination means (for example, a high load operation state determination unit described later) for determining whether or not the internal combustion engine is in a predetermined high load operation state. When it is determined that the internal combustion engine is in the predetermined high-load operation state, the means executes double pilot injection that sequentially performs first pilot injection and second pilot injection, and the fuel injection control means The burned gas generated by the first pilot injection overlaps the fuel injected by the second pilot injection, and the burned gas generated by the second pilot injection and the fuel injected by the main injection are It is preferable to control the injection timing so as to overlap.

この発明では、内燃機関が高負荷運転状態である場合には、第1パイロット噴射と第2パイロット噴射を順次行うダブルパイロット噴射を実行するように構成した。これにより、圧力上昇率が高い高負荷運転状態においてパイロット噴射を2回に分けて行うことで、パイロット噴射総量を低減することなく、パイロット燃焼時の圧力上昇を低減できる。また、パイロット噴射総量を維持できるため、メイン燃焼時の圧力上昇を低減でき、燃焼騒音を低減できる。
また、第1パイロット噴射により生成した既燃ガスと、第2パイロット噴射された燃料とが重畳し、且つ第2パイロット噴射により生成した既燃ガスと、メイン噴射で噴射された燃料とが重畳するように、それぞれの噴射時期を制御した。即ち、それぞれの噴射間隔を、前噴射の既燃ガスと噴射燃料とが重畳するように設定することにより、燃料噴射弁からある程度離れた領域で、第1パイロット噴射と第2パイロット噴射との複合により生成した既燃ガスを、メイン噴射燃料と干渉させる構成とした。これにより、第1パイロット燃焼によって第2パイロット燃焼が促進され、かかる第2パイロット燃焼によってメイン燃焼が促進されるため、シリンダ内の未燃燃料がある時期に一気に着火して急激に圧力が上昇し、燃焼騒音が増大するのを回避できる。
In the present invention, when the internal combustion engine is in a high-load operation state, double pilot injection is performed in which the first pilot injection and the second pilot injection are sequentially performed. Thus, by performing the pilot injection in two times in a high-load operation state with a high pressure increase rate, it is possible to reduce the pressure increase during pilot combustion without reducing the total amount of pilot injection. Further, since the total amount of pilot injection can be maintained, the pressure increase during main combustion can be reduced, and combustion noise can be reduced.
In addition, the burned gas generated by the first pilot injection and the fuel injected by the second pilot injection overlap, and the burned gas generated by the second pilot injection and the fuel injected by the main injection overlap. Thus, each injection timing was controlled. That is, by setting the respective injection intervals so that the burned gas and the injected fuel of the pre-injection overlap each other, the first pilot injection and the second pilot injection are combined in a region somewhat away from the fuel injection valve. The burned gas generated by the above is configured to interfere with the main injected fuel. As a result, the second pilot combustion is promoted by the first pilot combustion, and the main combustion is promoted by the second pilot combustion. Therefore, the unburnt fuel in the cylinder is ignited at once and the pressure suddenly increases. Thus, increase in combustion noise can be avoided.

前記燃焼室のアスペクト比(例えば、後述のアスペクト比D1/H)が、3.3以上であることが好ましい。   It is preferable that an aspect ratio (for example, an aspect ratio D1 / H described later) of the combustion chamber is 3.3 or more.

この発明では、内燃機関の燃焼室を、3.3以上の大きなアスペクト比で構成した。これにより、燃料噴射弁の先端から燃焼室の壁面までの距離が長くなり、パイロット噴射された燃料と燃焼室の壁面との干渉を緩和できる。このため、パイロット噴射された燃料の分散が抑制されて、パイロット噴射されて生成した既燃ガスとメイン噴射された燃料との重なり度合が大きくなる結果、メイン燃焼時における圧力上昇を抑制でき、燃焼騒音を抑制できる。即ち、パイロット噴射の噴射圧を低下させるのと同等の効果が得られる。   In the present invention, the combustion chamber of the internal combustion engine is configured with a large aspect ratio of 3.3 or more. Thereby, the distance from the front-end | tip of a fuel injection valve to the wall surface of a combustion chamber becomes long, and can reduce the interference with the fuel by which pilot injection was carried out, and the wall surface of a combustion chamber. For this reason, the dispersion of the fuel injected by the pilot injection is suppressed, and the degree of overlap between the burned gas generated by the pilot injection and the fuel injected by the main injection is increased. Noise can be suppressed. That is, an effect equivalent to that of reducing the injection pressure of pilot injection can be obtained.

前記燃焼室を形成するピストンリップ部(例えば、後述のピストンリップ部335)が、段付き構造(例えば、後述の段差337)であることが好ましい。   It is preferable that a piston lip portion (for example, a piston lip portion 335 described later) forming the combustion chamber has a stepped structure (for example, a step 337 described later).

この発明では、燃焼室を形成するピストンリップ部を、段付き構造とした。これにより、段付き構造でない従来の燃焼室において、スキッシュエリアで局所的に高濃度酸素領域が形成されて煤と残存酸素との混合が緩慢となる結果、煤の酸化、低減が不十分となる事態を回避できる。即ち、この発明の燃焼室では、高圧でメイン噴射された燃料と空気の混合気は、燃焼室の壁面に衝突した後、段差が設けられたスキッシュエリアに流出する際に、段差部で再度、壁面衝突する。このとき、ピストン周方向への混合気の分散が促進される一方で、半径方向への混合気の貫徹力が弱められる結果、高濃度酸素領域がシリンダライナー壁面に沿って層状に形成される。この高濃度酸素領域と、所謂逆スキッシュ流によって燃焼室から流入してくる残存酸素との間に煤が挟まれる格好となり、煤の酸化、低減が促進される。   In this invention, the piston lip portion forming the combustion chamber has a stepped structure. As a result, in a conventional combustion chamber that does not have a stepped structure, a high-concentration oxygen region is locally formed in the squish area, resulting in slow mixing of soot and residual oxygen, resulting in insufficient oxidation and reduction of soot. The situation can be avoided. That is, in the combustion chamber of the present invention, when the fuel / air mixture injected at high pressure collides with the wall surface of the combustion chamber and then flows out into the squish area where the step is provided, Collide with the wall. At this time, the dispersion of the air-fuel mixture in the circumferential direction of the piston is promoted, while the penetration force of the air-fuel mixture in the radial direction is weakened. As a result, the high-concentration oxygen region is formed in layers along the cylinder liner wall surface. Soot is sandwiched between this high-concentration oxygen region and the residual oxygen flowing in from the combustion chamber by a so-called reverse squish flow, and soot oxidation and reduction are promoted.

本発明によれば、NOxを低減可能な低温燃焼において、煤を低減できると同時に、燃焼時の急激な圧力上昇を回避して燃焼騒音を低減できる燃料噴射制御装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel injection control device capable of reducing soot in low temperature combustion capable of reducing NOx, and at the same time avoiding a sudden pressure increase during combustion and reducing combustion noise.

本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel injection control device according to an embodiment of the present invention and an internal combustion engine to which the fuel injection control device is applied. 上記実施形態に係る燃料噴射弁の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the fuel injection valve which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るピストンの上部斜視図である。It is a top perspective view of the piston concerning the above-mentioned embodiment. 図3のA−A線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG. 3. 低負荷運転状態における検証結果を示す図であり、(A)がパイロット燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(B)がメイン燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(C)が煤発生度のスワール比−パイロット噴射圧マップ図である。It is a figure which shows the verification result in a low load driving | running state, (A) is a swirl ratio-pilot injection pressure map figure of the maximum pressure increase rate (dp / d (theta)) max at the time of pilot combustion, (B) is at the time of main combustion FIG. 3 is a swirl ratio-pilot injection pressure map of maximum pressure increase rate (dp / dθ) max at (C), and (C) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of the degree of soot generation. 中負荷運転状態における検証結果を示す図であり、(A)がパイロット燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(B)がメイン燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(C)が煤発生度のスワール比−パイロット噴射圧マップ図である。It is a figure which shows the verification result in a medium load driving | running state, (A) is a swirl ratio-pilot injection pressure map figure of the maximum pressure increase rate (dp / d (theta)) max at the time of pilot combustion, (B) is at the time of main combustion FIG. 3 is a swirl ratio-pilot injection pressure map of maximum pressure increase rate (dp / dθ) max at (C), and (C) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of the degree of soot generation. 高負荷運転状態における検証結果を示す図であり、(A)がパイロット燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(B)がメイン燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(C)が煤発生度のスワール比−パイロット噴射圧マップ図である。It is a figure which shows the verification result in a high load driving | running state, (A) is a swirl ratio-pilot injection pressure map figure of the maximum pressure increase rate (dp / d (theta)) max at the time of pilot combustion, (B) is at the time of main combustion FIG. 3 is a swirl ratio-pilot injection pressure map of maximum pressure increase rate (dp / dθ) max at (C), and (C) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of the degree of soot generation. メイン噴射圧に対するパイロット噴射圧の比とメイン噴射量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between ratio of the pilot injection pressure with respect to main injection pressure, and main injection amount. メイン噴射量に対するパイロット噴射量の比とメイン噴射量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between ratio of the pilot injection quantity with respect to main injection quantity, and main injection quantity. 燃焼室のアスペクト比を変化させたときのメイン燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxを示す図であり、(A)がアスペクト比3.3のものであり、(B)がアスペクト比2.9のものである。It is a figure which shows the maximum pressure increase rate (dp / d (theta)) max at the time of main combustion when changing the aspect ratio of a combustion chamber, (A) is an aspect ratio of 3.3, (B) is an aspect. The ratio is 2.9.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置1およびこれを適用した内燃機関(以下、「エンジン」という)3の概略構成を示す図である。エンジン3は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel injection control device 1 according to an embodiment of the present invention and an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 to which the fuel injection control device 1 is applied. The engine 3 is a diesel engine that directly injects fuel into a cylinder.

エンジン3は、吸気管7、排気管9および過給機2を備えている。過給機2は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン21と、タービン21により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ23と、を備えている。
タービン21は、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数を変更できるように構成されている。タービン21のベーン開度は、電子制御ユニット(以下、「ECU」という)10により電磁的に制御される。
The engine 3 includes an intake pipe 7, an exhaust pipe 9 and a supercharger 2. The supercharger 2 includes a turbine 21 that is driven by exhaust kinetic energy, and a compressor 23 that is rotationally driven by the turbine 21 and compresses intake air.
The turbine 21 includes a plurality of variable vanes (not shown), and is configured to change the turbine rotational speed by changing the opening of the variable vanes. The vane opening degree of the turbine 21 is electromagnetically controlled by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 10.

吸気管7は、途中で吸気管7A,7Bに分岐して構成されている。吸気管7A内には、当該吸気管7Aを介して吸入される空気量を制限してエンジン3の燃焼室37内にスワール流を発生させるスワール制御弁73が設けられている。スワール制御弁73は、図示しないアクチュエータを介して、ECU10により開閉制御および開度制御される。   The intake pipe 7 is configured to be branched into intake pipes 7A and 7B on the way. In the intake pipe 7A, a swirl control valve 73 is provided that generates a swirl flow in the combustion chamber 37 of the engine 3 by limiting the amount of air sucked through the intake pipe 7A. The swirl control valve 73 is controlled to be opened and closed by the ECU 10 via an actuator (not shown).

排気管9のタービン21の上流側と、吸気管7Bとの間には、排気を吸気管7Bに還流する排気還流通路6が設けられている。排気還流通路6には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁61が設けられている。排気還流制御弁61は、図示しないアクチュエータを介して、ECU10により開閉制御および開度制御される。   An exhaust gas recirculation passage 6 that recirculates exhaust gas to the intake pipe 7B is provided between the upstream side of the turbine 21 of the exhaust pipe 9 and the intake pipe 7B. The exhaust gas recirculation passage 6 is provided with an exhaust gas recirculation control valve 61 for controlling the exhaust gas recirculation amount. The exhaust gas recirculation control valve 61 is subjected to open / close control and opening degree control by the ECU 10 via an actuator (not shown).

エンジン3は、4つの気筒31(1つの一部のみ図示)を備えている。各気筒31のピストン33とシリンダヘッド35との間には、燃焼室37が形成されている。   The engine 3 includes four cylinders 31 (only one part is shown). A combustion chamber 37 is formed between the piston 33 and the cylinder head 35 of each cylinder 31.

シリンダヘッド35には、吸気管7A,7Bで構成された吸気ポート71と、排気管9に連通する排気ポート91が燃焼室37に連通して設けられている。吸気ポート71には、吸気ポート71と燃焼室37との連通を制御する2つの吸気弁72(1つのみ図示)が設けられている。排気ポート91には、排気ポート91と燃焼室37との連通を制御する2つの排気弁92(1つのみ図示)が設けられている。   The cylinder head 35 is provided with an intake port 71 constituted by the intake pipes 7A and 7B and an exhaust port 91 communicating with the exhaust pipe 9 so as to communicate with the combustion chamber 37. The intake port 71 is provided with two intake valves 72 (only one is shown) that controls communication between the intake port 71 and the combustion chamber 37. The exhaust port 91 is provided with two exhaust valves 92 (only one is shown) that controls communication between the exhaust port 91 and the combustion chamber 37.

また、シリンダヘッド35には、燃料噴射弁5が燃焼室37内に臨むように設けられている。燃料噴射弁5は、ECU10に電気的に接続されており、燃料噴射弁5はECU10により開閉制御される。燃料噴射弁5から噴射された燃料は、吸気ポート71から燃焼室37に吸入された空気と混合される。混合により生成した混合気は、燃焼室37内で燃焼される。   Further, the cylinder head 35 is provided with the fuel injection valve 5 so as to face the combustion chamber 37. The fuel injection valve 5 is electrically connected to the ECU 10, and the fuel injection valve 5 is controlled to open and close by the ECU 10. The fuel injected from the fuel injection valve 5 is mixed with the air drawn into the combustion chamber 37 from the intake port 71. The air-fuel mixture generated by mixing is burned in the combustion chamber 37.

燃料噴射弁5による燃料噴射としては、メイン噴射とパイロット噴射が実行される。メイン噴射は、エンジン3のトルク発生のための噴射動作であり、パイロット噴射は、メイン噴射に先立って予め少量の燃料を噴射することで燃焼室37内の温度を上昇させ、メイン噴射で噴射される燃料の着火を促進する噴射動作である。
また、本実施形態では、エンジン3の運転状態に応じて、上記のパイロット噴射として、メイン噴射の前にパイロット噴射を1回行うシングルパイロット噴射と、メイン噴射の前に第1パイロット噴射と第2パイロット噴射を順次行うダブルパイロット噴射とが実行される。
As fuel injection by the fuel injection valve 5, main injection and pilot injection are executed. The main injection is an injection operation for generating torque of the engine 3, and the pilot injection is injected by the main injection by increasing the temperature in the combustion chamber 37 by injecting a small amount of fuel in advance prior to the main injection. This is an injection operation that promotes ignition of the fuel.
Moreover, in this embodiment, according to the driving | running state of the engine 3, as said pilot injection, the single pilot injection which performs pilot injection once before main injection, and 1st pilot injection and 2nd before main injection. Double pilot injection is performed in which pilot injection is sequentially performed.

図2は、燃料噴射弁5の概略構成を示す模式図である。燃料噴射弁5は、燃料の噴射圧を可変制御可能な増圧式の燃料噴射弁である。
燃料噴射弁5は、バルブボディ510内に進退可能に設けられたニードルバルブ51と、バルブボディ510とニードルバルブ51との隙間に形成された燃料供給通路511と、バルブボディ510の先端に例えば円周方向に60°間隔で離間して6つ設けられ、燃料供給通路511を介して供給された燃料を噴射する噴孔513と、バルブボディ510の軸方向に移動可能なニードルピストン52と、このニードルピストン52を駆動させるニードルコントロールバルブNCV53と、を備える。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fuel injection valve 5. The fuel injection valve 5 is a pressure increase type fuel injection valve capable of variably controlling the fuel injection pressure.
The fuel injection valve 5 includes a needle valve 51 provided in the valve body 510 so as to be able to advance and retreat, a fuel supply passage 511 formed in a gap between the valve body 510 and the needle valve 51, and a tip of the valve body 510, for example. Six nozzle holes 513 that are provided at intervals of 60 ° in the circumferential direction and inject fuel supplied through the fuel supply passage 511, a needle piston 52 that is movable in the axial direction of the valve body 510, A needle control valve NCV53 for driving the needle piston 52.

また、燃料噴射弁5は、増圧機構として、上記軸方向に移動可能な増圧ピストン54および増圧プランジャ55と、これら増圧ピストン54および増圧プランジャ55を駆動させる増圧コントロールバルブICV56と、を備える。   The fuel injection valve 5 includes, as a pressure increasing mechanism, a pressure increasing piston 54 and a pressure increasing plunger 55 that are movable in the axial direction, and a pressure increasing control valve ICV 56 that drives the pressure increasing piston 54 and the pressure increasing plunger 55. .

ニードルコントロールバルブNCV53および増圧コントロールバルブICV56は、燃料を蓄圧するコモンレール4と、燃料供給管41を介して連結されている。燃料供給管41は、途中で分岐して上記燃料供給通路511と、燃料チェックバルブ57を介して連結されている。   The needle control valve NCV 53 and the pressure increase control valve ICV 56 are connected to the common rail 4 for accumulating fuel via the fuel supply pipe 41. The fuel supply pipe 41 branches in the middle and is connected to the fuel supply passage 511 via the fuel check valve 57.

この燃料噴射弁5では、上記の増圧機構により噴射圧を増圧でき、噴射圧の可変制御が可能となっている。増圧比は、増圧ピストン54と増圧プランジャ55の断面積比により決定される。例えば、メイン噴射時のみ、上記の増圧機構を駆動させることにより、メイン噴射の噴射圧よりもパイロット噴射の噴射圧を低く制御できる。   In the fuel injection valve 5, the injection pressure can be increased by the above-described pressure increase mechanism, and the injection pressure can be variably controlled. The pressure increase ratio is determined by the cross-sectional area ratio between the pressure increase piston 54 and the pressure increase plunger 55. For example, the injection pressure of the pilot injection can be controlled to be lower than the injection pressure of the main injection by driving the pressure increasing mechanism only during the main injection.

図3は、本実施形態に係るピストン33の上部斜視図であり、図4は、図3のA−A線断面図である。
円筒状のピストン33は、その頂面331に、ピストン33の中心軸Xを中心とするキャビティ333が凹設されている。ピストン33の頂面は、中心軸Xから径方向外側に向かうに従い下方に傾斜する所謂ペントルーフ状に形成されている。また、ピストン33の頂面331には、環状の段差337が設けられている。
FIG. 3 is a top perspective view of the piston 33 according to the present embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
The cylindrical piston 33 has a cavity 333 that is centered on the central axis X of the piston 33 on the top surface 331 thereof. The top surface of the piston 33 is formed in a so-called pent roof shape that inclines downward from the central axis X toward the outside in the radial direction. An annular step 337 is provided on the top surface 331 of the piston 33.

図4に示すように、シリンダヘッド35の下面とキャビティ333とにより形成される燃焼室37は、浅皿形の燃焼室である。また、環状の段差337は、シリンダヘッド35の下面とピストン33の頂面331とで形成されるスキッシュエリア339の内側端部のピストンリップ部335に設けられている。   As shown in FIG. 4, the combustion chamber 37 formed by the lower surface of the cylinder head 35 and the cavity 333 is a shallow dish-shaped combustion chamber. The annular step 337 is provided in the piston lip 335 at the inner end of the squish area 339 formed by the lower surface of the cylinder head 35 and the top surface 331 of the piston 33.

図4に示すように、キャビティ333と上記シリンダヘッド35の下面とで形成される燃焼室37のアスペクト比は、D1/Hで表される。本実施形態の燃焼室37は、3.3以上の大きなアスペクト比に設定されている。   As shown in FIG. 4, the aspect ratio of the combustion chamber 37 formed by the cavity 333 and the lower surface of the cylinder head 35 is represented by D1 / H. The combustion chamber 37 of the present embodiment is set to a large aspect ratio of 3.3 or higher.

図1に戻って、ECU10は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下、「CPU」という)とを備える。この他、ECU10は、CPUで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、燃料噴射弁5などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。以上のようなハードウェア構成により、ECU10には、燃料噴射処理を実行するモジュールとして、パイロット噴射部、スワール部、メイン噴射部、燃料噴射制御部および高負荷運転状態判定部の各モジュールが構成される。   Returning to FIG. 1, the ECU 10 forms an input signal waveform from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and the like. And an arithmetic processing unit (hereinafter referred to as “CPU”). In addition, the ECU 10 includes a storage circuit that stores various calculation programs and calculation results executed by the CPU, and an output circuit that outputs a control signal to the fuel injection valve 5 and the like. With the hardware configuration described above, the ECU 10 is configured with modules including a pilot injection unit, a swirl unit, a main injection unit, a fuel injection control unit, and a high-load operation state determination unit as modules for executing fuel injection processing. The

パイロット噴射部は、燃料噴射弁5によるパイロット噴射を実行する。これにより、燃焼室37内に既燃ガスを生成させ、メイン噴射前の燃焼室37内の温度を上昇させる。
また、パイロット噴射部は、後述する高負荷運転状態判定部でエンジン3が高負荷運転状態ではないと判定された場合には、シングルパイロット噴射を実行し、高負荷運転状態であると判定された場合には、ダブルパイロット噴射を実行する。
The pilot injection unit executes pilot injection by the fuel injection valve 5. Thereby, burnt gas is generated in the combustion chamber 37, and the temperature in the combustion chamber 37 before main injection is raised.
Further, the pilot injection unit performs single pilot injection and is determined to be in the high load operation state when the engine 3 is determined not to be in the high load operation state by a high load operation state determination unit described later. In that case, double pilot injection is performed.

スワール部は、スワール制御弁73を開閉制御および開度制御することにより、燃焼室37内に、スワール流を発生させるとともに、そのスワール比を制御する。これにより、燃料噴射弁5から噴射された燃料と吸気された空気との混合が促進される。   The swirl unit controls the swirl of the swirl flow by generating the swirl flow in the combustion chamber 37 by controlling the opening / closing and opening of the swirl control valve 73. As a result, mixing of the fuel injected from the fuel injection valve 5 and the intake air is promoted.

メイン噴射部は、燃料噴射弁5によるメイン噴射を実行する。これにより、エンジン3のトルクを発生させる。   The main injection unit performs main injection by the fuel injection valve 5. Thereby, the torque of the engine 3 is generated.

燃料噴射制御部は、パイロット噴射とメイン噴射それぞれの噴射時期、噴射圧および噴射量を制御する。
噴射時期については、隣接する噴孔からパイロット噴射されて生成し、スワール流によって流動した既燃ガスと、メイン噴射で噴射された燃料とが重畳するように制御する。特に、ダブルパイロット噴射を実行する場合には、スワール流の上流側に隣接する噴孔から第1パイロット噴射により噴射されて生成した既燃ガスと、第2パイロット噴射された燃料とが重畳し、且つスワール流の上流側に隣接する噴孔から第2パイロット噴射により噴射されて生成した既燃ガスと、メイン噴射された燃料とが重畳するように制御する。
The fuel injection control unit controls the injection timing, injection pressure, and injection amount of each of the pilot injection and the main injection.
The injection timing is controlled so that the burned gas generated by pilot injection from the adjacent nozzle holes and flowing by the swirl flow overlaps the fuel injected by the main injection. In particular, when performing the double pilot injection, the burned gas generated by the first pilot injection from the nozzle adjacent to the upstream side of the swirl flow and the fuel injected by the second pilot are superimposed, In addition, the burned gas generated by the second pilot injection from the nozzle adjacent to the upstream side of the swirl flow is controlled so as to overlap the main injected fuel.

噴射圧については、パイロット噴射の噴射圧が、メイン噴射の噴射圧よりも低い所定の範囲の噴射圧となるように制御する。また、パイロット噴射圧比が、エンジン3の負荷の増加に伴い低下するように制御する。
特に、シングルパイロット噴射を実行する場合には、メイン噴射の噴射圧に対するシングルパイロット噴射の噴射圧の比が、略2割〜略3割の範囲内となるように制御する。ここで、「略2割」および「略3割」とは、±0.2割(即ち1.8割〜3.2割)まで含まれることを意味する。
The injection pressure is controlled so that the injection pressure of the pilot injection is in a predetermined range lower than the injection pressure of the main injection. Further, the pilot injection pressure ratio is controlled so as to decrease as the load of the engine 3 increases.
In particular, when performing single pilot injection, control is performed such that the ratio of the injection pressure of the single pilot injection to the injection pressure of the main injection is within a range of approximately 20% to approximately 30%. Here, “approximately 20%” and “approximately 30%” mean that ± 0.2% (that is, 1.8% to 3.2%) is included.

噴射量については、要求トルクに応じて制御する他、エンジン3の負荷が低下するに伴い、パイロット燃焼を促進するためにメイン噴射量に対するパイロット噴射量の比(以下、「パイロット噴射量比」という)を高く制御するのが好ましい。また、パイロット噴射量比の増加に伴い、パイロット噴射圧比を高めるのが好ましい。   The injection amount is controlled according to the required torque, and the ratio of the pilot injection amount to the main injection amount (hereinafter referred to as “pilot injection amount ratio”) in order to promote pilot combustion as the load on the engine 3 decreases. ) Is preferably controlled to be high. Further, it is preferable to increase the pilot injection pressure ratio as the pilot injection amount ratio increases.

高負荷運転状態判定部は、エンジン3が所定の高負荷運転状態であるか否かを判定する。例えば、前回噴射された噴射量が所定の噴射量以上である場合には、高負荷運転状態であると判定する。
噴射量は、エンジン3により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出する図示しないアクセルセンサからの検出信号に基づいて、ECU10により算出される。また、所定の噴射量は、シングルパイロット噴射によっては、パイロット燃焼時およびメイン燃焼時双方における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxを低減することができなくなるときの噴射量に設定される。
The high load operation state determination unit determines whether or not the engine 3 is in a predetermined high load operation state. For example, when the injection amount injected last time is equal to or greater than a predetermined injection amount, it is determined that the vehicle is in a high load operation state.
The injection amount is calculated by the ECU 10 based on a detection signal from an accelerator sensor (not shown) that detects the depression amount (accelerator opening) of the accelerator pedal of the vehicle driven by the engine 3. In addition, the predetermined injection amount is set to an injection amount when the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max cannot be reduced both in the pilot combustion and the main combustion depending on the single pilot injection.

また、高負荷運転状態判定部は、例えば所定の過給圧以上の高過給領域にある場合には、エンジン3は所定の高負荷運転状態であると判定する。
上記の過給圧は、吸気管7B内に設けられた図示しない過給圧センサにより検出される。また、所定の過給圧は、シングルパイロット噴射によっては、パイロット燃焼時およびメイン燃焼時双方における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxを低減することができなくなるときの過給圧に設定される。
Further, the high load operation state determination unit determines that the engine 3 is in a predetermined high load operation state, for example, when the engine 3 is in a high supercharging region that is equal to or higher than a predetermined supercharging pressure.
The above supercharging pressure is detected by a supercharging pressure sensor (not shown) provided in the intake pipe 7B. The predetermined supercharging pressure is set to a supercharging pressure at which the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max in both pilot combustion and main combustion cannot be reduced depending on the single pilot injection. .

以上のような構成を備える本実施形態の燃料噴射制御装置1によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、隣接する噴孔513からパイロット噴射されて生成し、スワール流によって流動した既燃ガスと、メイン噴射で高圧噴射された燃料とが重畳するように、それぞれの噴射時期を制御した。
これにより、パイロット燃焼することにより生成した既燃ガスによって雰囲気温度が上昇することで、メイン噴射された燃料の着火が促進され、拡散燃焼主体の燃焼形態を呈する。このため、シリンダ内の未燃燃料がある時期に一気に着火して急激に圧力が上昇し、燃焼騒音が増大するのを回避できる。
また、既燃ガスと高圧にてメイン噴射された燃料とを重畳させるため、メイン燃焼する期間中において、混合気をリッチからリーンへと推移させて、燃焼の進行とともに混合気を均質化させることができる。このため、圧力上昇による燃焼騒音を低減できると同時に、煤の発生量を低減できる。
According to the fuel injection control device 1 of the present embodiment having the above-described configuration, the following effects are exhibited.
In the present embodiment, each injection timing is controlled so that the burned gas generated by pilot injection from the adjacent nozzle holes 513 and flowed by the swirl flow and the fuel high-pressure injected by the main injection overlap. .
As a result, the ambient temperature rises by the burned gas generated by the pilot combustion, whereby the ignition of the main injected fuel is promoted, and a combustion mode mainly composed of diffusion combustion is exhibited. For this reason, it can be avoided that the unburnt fuel in the cylinder is ignited at a time when there is unburned fuel, the pressure suddenly increases, and the combustion noise increases.
Also, in order to superimpose burned gas and fuel injected at high pressure, the mixture is changed from rich to lean during the main combustion period, and the mixture is homogenized as the combustion progresses. Can do. For this reason, combustion noise due to pressure rise can be reduced, and at the same time, the amount of soot generated can be reduced.

ところで、パイロット噴射の噴射圧は、メイン燃焼時における圧力上昇および煤の発生量と高い相関がある。具体的には、パイロット噴射圧が高すぎる場合には、パイロット噴射された燃料が燃焼室37の壁面に衝突して分散が促進され、パイロット噴射により生成した既燃ガスとメイン噴射された燃料との重なり度合が小さくなる。このため、メイン燃焼時における圧力上昇の抑制効果が十分に発揮されなくなる結果、圧力上昇が増大して燃焼騒音が増大する。一方、パイロット噴射圧が低すぎる場合には、メイン噴射された燃料が比較的大きな液滴として存在している燃料噴射弁5の近傍で、パイロット噴射により生成した既燃ガスとメイン噴射された燃料とが重畳して燃焼する結果、煤の発生量が増加する。
これに対して本実施形態では、パイロット噴射の噴射圧が、壁面に衝突するように設定されているメイン噴射の噴射圧よりも低い所定の範囲内となるように、それぞれの噴射圧を制御した。これにより、パイロット噴射された燃料が燃焼室37の壁面に衝突するのを抑制でき、且つ燃料噴射弁5からある程度離れた領域に漂うように制御できる。従って、上記のような不具合を回避でき、メイン燃焼時の圧力上昇による燃焼騒音および煤の発生量をより低減できる。
By the way, the injection pressure of the pilot injection is highly correlated with the pressure increase and the amount of soot generated during the main combustion. Specifically, when the pilot injection pressure is too high, the pilot-injected fuel collides with the wall surface of the combustion chamber 37 to promote dispersion, and the burned gas generated by the pilot injection and the main-injected fuel The overlapping degree of becomes smaller. For this reason, the effect of suppressing the pressure increase during the main combustion is not sufficiently exhibited. As a result, the pressure increase increases and the combustion noise increases. On the other hand, when the pilot injection pressure is too low, the burned gas generated by the pilot injection and the main injected fuel in the vicinity of the fuel injection valve 5 in which the main injected fuel exists as relatively large droplets. The amount of soot increases as a result of overlapping and burning.
On the other hand, in the present embodiment, each injection pressure is controlled so that the injection pressure of the pilot injection falls within a predetermined range lower than the injection pressure of the main injection set to collide with the wall surface. . Thereby, it is possible to suppress the pilot-injected fuel from colliding with the wall surface of the combustion chamber 37 and to control the fuel so that it drifts to a certain distance from the fuel injection valve 5. Therefore, the above problems can be avoided, and the amount of combustion noise and soot generated due to pressure increase during main combustion can be further reduced.

また、本実施形態では、パイロット噴射圧比がエンジン3の負荷の増加に伴い低下するように、それぞれの噴射圧を制御した。ここで、パイロット噴射時におけるエンジン3の負荷は、例えば低過給条件や高EGR条件などでは酸素分圧が低い低負荷状態にあり、このような場合には、パイロット噴射された燃料の燃焼が十分に進行せず、メイン燃焼時の圧力上昇抑制効果が期待できない。そこで、本実施形態では、低負荷のときほど、パイロット噴射圧比を高めてパイロット燃焼を促進させ、エンジン3の負荷が増加するに伴い、パイロット噴射圧の比が低下するように噴射圧を制御するため、広い運転領域でメイン燃焼時の圧力上昇を抑制して、燃焼騒音を低減できる。   In the present embodiment, each injection pressure is controlled so that the pilot injection pressure ratio decreases as the load of the engine 3 increases. Here, the load of the engine 3 at the time of pilot injection is in a low load state in which the oxygen partial pressure is low under, for example, a low supercharging condition or a high EGR condition. In such a case, combustion of the fuel injected by the pilot is not performed. It does not progress sufficiently, and the effect of suppressing pressure rise during main combustion cannot be expected. Thus, in the present embodiment, the pilot injection pressure ratio is increased to promote pilot combustion as the load is lower, and the injection pressure is controlled so that the pilot injection pressure ratio decreases as the load on the engine 3 increases. Therefore, it is possible to suppress the increase in pressure during main combustion in a wide operation region and reduce combustion noise.

また、本実施形態では、エンジン3が高負荷運転状態ではない場合には、パイロット噴射としてシングルパイロット噴射を実行するとともに、メイン噴射の噴射圧に対するシングルパイロット噴射の噴射圧の比が略2割〜略3割の範囲内となるように、それぞれの噴射圧を制御した。
これにより、シングルパイロット噴射された燃料の到達距離が適切な範囲に制御されることで、燃料が燃焼室37の壁面に衝突するのをより抑制でき、且つ燃料噴射弁5からある程度離れた領域に漂うように制御できる。従って、メイン燃焼時の圧力上昇による燃焼騒音および煤の発生量をより確実に低減できる。
In the present embodiment, when the engine 3 is not in a high load operation state, single pilot injection is performed as pilot injection, and the ratio of the injection pressure of the single pilot injection to the injection pressure of the main injection is approximately 20% to Each injection pressure was controlled so as to be within a range of approximately 30%.
Thereby, the reach of the single pilot-injected fuel is controlled to an appropriate range, so that it is possible to further suppress the fuel from colliding with the wall surface of the combustion chamber 37 and to a region away from the fuel injection valve 5 to some extent. It can be controlled to drift. Therefore, the amount of combustion noise and soot generated due to the pressure increase during main combustion can be more reliably reduced.

また、本実施形態では、エンジン3が高負荷運転状態である場合には、第1パイロット噴射と第2パイロット噴射を順次行うダブルパイロット噴射を実行するように構成した。これにより、圧力上昇率が高い高負荷運転状態においてパイロット噴射を2回に分けて行うことで、パイロット噴射総量を低減することなく、パイロット燃焼時の圧力上昇を低減できる。また、パイロット噴射総量を維持できるため、メイン燃焼時の圧力上昇を低減でき、燃焼騒音を低減できる。
また、第1パイロット噴射により生成した既燃ガスと、第2パイロット噴射された燃料とが重畳し、且つ第2パイロット噴射により生成した既燃ガスと、メイン噴射で噴射された燃料とが重畳するように、それぞれの噴射時期を制御した。即ち、それぞれの噴射間隔を、前噴射の既燃ガスと噴射燃料とが重畳するように設定することにより、燃料噴射弁5からある程度離れた領域で、第1パイロット噴射と第2パイロット噴射との複合により生成した既燃ガスを、メイン噴射燃料と干渉させる構成とした。これにより、第1パイロット燃焼によって第2パイロット燃焼が促進され、かかる第2パイロット燃焼によってメイン燃焼が促進されるため、シリンダ内の未燃燃料がある時期に一気に着火して急激に圧力が上昇し、燃焼騒音が増大するのを回避できる。
Further, in the present embodiment, when the engine 3 is in a high load operation state, the double pilot injection that sequentially performs the first pilot injection and the second pilot injection is executed. Thus, by performing the pilot injection in two times in a high-load operation state with a high pressure increase rate, it is possible to reduce the pressure increase during pilot combustion without reducing the total amount of pilot injection. Further, since the total amount of pilot injection can be maintained, the pressure increase during main combustion can be reduced, and combustion noise can be reduced.
In addition, the burned gas generated by the first pilot injection and the fuel injected by the second pilot injection overlap, and the burned gas generated by the second pilot injection and the fuel injected by the main injection overlap. Thus, each injection timing was controlled. That is, by setting the respective injection intervals so that the burned gas and the injected fuel of the pre-injection overlap each other, the first pilot injection and the second pilot injection are performed at a certain distance from the fuel injection valve 5. The burned gas generated by the combination is configured to interfere with the main injected fuel. As a result, the second pilot combustion is promoted by the first pilot combustion, and the main combustion is promoted by the second pilot combustion. Therefore, the unburnt fuel in the cylinder is ignited at once and the pressure suddenly increases. Thus, increase in combustion noise can be avoided.

また、本実施形態では、エンジン3の燃焼室37を、3.3以上の大きなアスペクト比で構成した。これにより、燃料噴射弁5の先端から燃焼室37の壁面までの距離が長くなり、パイロット噴射された燃料と燃焼室37の壁面との干渉を緩和できる。このため、パイロット噴射された燃料の分散が抑制されて、パイロット噴射されて生成した既燃ガスとメイン噴射された燃料との重なり度合が大きくなる結果、メイン燃焼時における圧力上昇を抑制でき、燃焼騒音を抑制できる。即ち、パイロット噴射の噴射圧を低下させるのと同等の効果が得られる。   In the present embodiment, the combustion chamber 37 of the engine 3 is configured with a large aspect ratio of 3.3 or more. Thereby, the distance from the front-end | tip of the fuel injection valve 5 to the wall surface of the combustion chamber 37 becomes long, and interference with the fuel injected by pilot and the wall surface of the combustion chamber 37 can be relieved. For this reason, the dispersion of the fuel injected by the pilot injection is suppressed, and the degree of overlap between the burned gas generated by the pilot injection and the fuel injected by the main injection is increased. Noise can be suppressed. That is, an effect equivalent to that of reducing the injection pressure of pilot injection can be obtained.

また、本実施形態では、燃焼室37を形成するピストンリップ部335に段差337を設けて、段付き構造とした。これにより、段付き構造でない従来の燃焼室において、スキッシュエリア339で局所的に高濃度酸素領域が形成されて煤と残存酸素との混合が緩慢となる結果、煤の酸化、低減が不十分となる事態を回避できる。即ち、本実施形態の燃焼室37では、高圧でメイン噴射された燃料と空気の混合気は、燃焼室37の壁面に衝突した後、段差337が設けられたスキッシュエリア339に流出する際に、段差337で再度、壁面衝突する。このとき、ピストン33周方向への混合気の分散が促進される一方で、半径方向への混合気の貫徹力が弱められる結果、高濃度酸素領域がシリンダライナー壁面に沿って層状に形成される。この高濃度酸素領域と、所謂逆スキッシュ流によって燃焼室37から流入してくる残存酸素との間に煤が挟まれる格好となり、煤の酸化、低減が促進される。   Further, in the present embodiment, a step 337 is provided in the piston lip portion 335 forming the combustion chamber 37 to form a stepped structure. As a result, in a conventional combustion chamber that does not have a stepped structure, a high-concentration oxygen region is locally formed in the squish area 339, resulting in slow mixing of soot and residual oxygen, resulting in insufficient oxidation and reduction of soot. Can be avoided. That is, in the combustion chamber 37 of the present embodiment, when the fuel / air mixture mainly injected at high pressure collides with the wall surface of the combustion chamber 37 and then flows out into the squish area 339 provided with the step 337, The wall collides again at the step 337. At this time, while the dispersion of the air-fuel mixture in the circumferential direction of the piston 33 is promoted, the penetration force of the air-fuel mixture in the radial direction is weakened. As a result, the high-concentration oxygen region is formed in layers along the cylinder liner wall surface. . Soot is sandwiched between this high-concentration oxygen region and the residual oxygen flowing from the combustion chamber 37 by a so-called reverse squish flow, and soot oxidation and reduction are promoted.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

[検証]
パイロット噴射で生成した既燃ガスとメイン噴射で噴射された燃料とを重畳させるとともに、メイン噴射圧およびパイロット噴射圧を最適化することにより、燃焼時の圧力上昇による燃焼騒音および煤の発生量を低減できる点について、検証を行った。
具体的には、表1に示すような主要諸元の単気筒エンジンを用い、表2に示すような低負荷運転状態、中負荷運転状態および高負荷運転状態の3つの運転状態について、パイロット噴射で生成した既燃ガスとメイン噴射された燃料とが重畳するように噴射時期を設定したうえで、スワール比とパイロット噴射圧を変化させたときの燃焼時の最大圧力上昇率(dp/dθ)maxおよび煤発生量を調べた。結果を図5〜図7に示した。
[Verification]
By superimposing the burned gas generated by pilot injection and the fuel injected by main injection, and optimizing the main injection pressure and pilot injection pressure, the amount of combustion noise and soot generated due to pressure increase during combustion can be reduced. We verified the points that can be reduced.
Specifically, using a single-cylinder engine having main specifications as shown in Table 1, pilot injection is performed in three operating states, such as a low load operation state, a medium load operation state, and a high load operation state as shown in Table 2. The maximum pressure increase rate during combustion (dp / dθ) when the swirl ratio and the pilot injection pressure are changed after setting the injection timing so that the burned gas generated in step 1 and the main injected fuel overlap each other Max and wrinkle generation amount were examined. The results are shown in FIGS.

図5は、低負荷運転状態における検証結果を示す図であり、(A)がパイロット燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(B)がメイン燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(C)が煤発生度のスワール比−パイロット噴射圧マップ図である。図5の(C)は、気筒内で生じた煤の最大量で正規化して求めた煤発生度により作成したマップ図である。なお、以下の検証では、目標の燃焼騒音を達成可能な最大圧力上昇率を0.5MPa/°CAとし、最大圧力上昇率が0.5MPa/°CA以下であり且つ煤発生量を低減できる領域(例えば、煤発生度が0.9以下)を好ましい領域とした。   FIG. 5 is a diagram showing a verification result in a low-load operation state, where (A) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of a maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during pilot combustion, and (B). Is a swirl ratio-pilot injection pressure map of maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during main combustion, and (C) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of soot generation degree. FIG. 5C is a map diagram created based on the degree of soot occurrence obtained by normalizing with the maximum amount of soot produced in the cylinder. In the following verification, the maximum pressure increase rate that can achieve the target combustion noise is 0.5 MPa / ° CA, the maximum pressure increase rate is 0.5 MPa / ° CA or less, and the amount of soot generation can be reduced. (For example, the degree of wrinkle generation is 0.9 or less) was set as a preferable region.

図5の(A)に示すように、低負荷運転状態では、全領域でパイロット燃焼時の最大圧力上昇率(dp/dθ)maxの値は0.5MPa/°CAを下回っており、燃焼騒音の問題は生じなかった。また、図5の(B)に示すように、スワール比が大きく且つパイロット噴射圧が高いごく一部の領域を除いて、メイン燃焼時の最大圧力上昇率(dp/dθ)maxの値は0.5MPa/°CAを下回っていた。また、図5の(C)に示すように、スワール比が2.1を下回り且つパイロット噴射圧が比較的低い領域と、スワール比が2.5を上回り且つパイロット噴射圧が低い一部の領域を除いて、煤の発生量を低減できることが判った。
以上の結果から、燃焼時の最大圧力上昇率が0.5MPa/°CAであり、且つ煤の発生量を低減できる領域は、図5の(B)および(C)に示す破線領域内であることが判った。特に、スワール比が2.1〜2.5の領域であれば、燃焼騒音および煤の発生量を低減できることが判った。
As shown in FIG. 5A, in the low load operation state, the value of the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during pilot combustion is lower than 0.5 MPa / ° CA in all regions, and combustion noise The problem did not occur. Further, as shown in FIG. 5B, the value of the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max at the time of main combustion is 0 except for a very small region where the swirl ratio is large and the pilot injection pressure is high. It was below 5 MPa / ° CA. Further, as shown in FIG. 5C, a region where the swirl ratio is less than 2.1 and the pilot injection pressure is relatively low, and a part of the region where the swirl ratio is greater than 2.5 and the pilot injection pressure is low. It was found that the amount of soot generated can be reduced.
From the above results, the maximum pressure increase rate during combustion is 0.5 MPa / ° CA, and the region where the amount of soot can be reduced is within the broken line region shown in FIGS. I found out. In particular, it was found that if the swirl ratio is in the range of 2.1 to 2.5, the amount of combustion noise and soot generation can be reduced.

次に、図6は、中負荷運転状態における検証結果を示す図であり、(A)がパイロット燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(B)がメイン燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(C)が煤発生度のスワール比−パイロット噴射圧マップ図である。
図6の(A)に示すように、中負荷運転状態では、パイロット噴射圧が高い一部の領域を除いて、パイロット噴射時の最大圧力上昇率(dp/dθ)maxの値は0.5MPa/°CAを下回っていた。また、図6の(B)に示すように、メイン燃焼時の最大圧力上昇率(dp/dθ)maxの値が0.5MPa/°CAを下回っていたのは、スワール比が2.1〜2.5であり且つパイロット噴射圧が75MPa以下の領域であった。また、図6の(C)に示すように、スワール比が約2を下回る領域と、パイロット噴射圧が45MPaを下回る領域(ただし、スワール比が3.1以上の領域を除く)を除いて、煤の発生量を低減できることが判った。
以上の結果から、燃焼時の最大圧力上昇率が0.5MPa/°CAであり、且つ煤の発生量を低減できる領域は、図6の(B)および(C)に示す破線領域内であることが判った。具体的には、スワール比が約2.1〜2.5であり且つパイロット噴射圧が45MPa〜75MPa(パイロット噴射圧比が略2割〜略3割)の領域であることが判った。
Next, FIG. 6 is a diagram showing a verification result in a medium load operation state, where (A) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of a maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during pilot combustion, (B) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during main combustion, and (C) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of soot generation degree.
As shown in FIG. 6A, in the medium load operation state, the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max at the time of pilot injection is 0.5 MPa except for a part of the region where the pilot injection pressure is high. / ° CA. As shown in FIG. 6B, the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during main combustion was less than 0.5 MPa / ° CA because the swirl ratio was 2.1 to 2.5 and the pilot injection pressure was 75 MPa or less. Further, as shown in FIG. 6C, except for a region where the swirl ratio is less than about 2 and a region where the pilot injection pressure is less than 45 MPa (except for a region where the swirl ratio is 3.1 or more), It was found that the amount of soot generated can be reduced.
From the above results, the maximum pressure increase rate during combustion is 0.5 MPa / ° CA, and the region where the amount of soot can be reduced is within the broken line region shown in FIGS. 6B and 6C. I found out. Specifically, it was found that the swirl ratio was about 2.1 to 2.5 and the pilot injection pressure was in the range of 45 MPa to 75 MPa (the pilot injection pressure ratio was about 20% to about 30%).

次に、図7は、高負荷運転状態における検証結果を示す図であり、(A)がパイロット燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(B)がメイン燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxのスワール比−パイロット噴射圧マップ図であり、(C)が煤発生度のスワール比−パイロット噴射圧マップ図である。
図7の(A)に示すように、高負荷運転状態では、上記の低負荷運転状態および中負荷運転状態に比して、全領域でパイロット燃焼時の最大圧力上昇率(dp/dθ)maxが大きく、ほぼ全領域で0.5MPa/°CAを上回っていた。この結果から、高負荷運転状態では、シングルパイロット噴射を実行すると、パイロット燃焼時に燃焼騒音の問題が生じてしまうことが判った。従って、高負荷運転状態では、ダブルパイロット噴射を行うことが有効であることが示唆された。
また、メイン燃焼時の最大圧力上昇率が0.5MPa/°CA以下であり、且つ煤の発生量を低減できる領域は、図7の(B)および(C)に示す破線領域内であることが示唆された。
Next, FIG. 7 is a diagram showing a verification result in a high-load operation state, in which (A) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of a maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during pilot combustion, (B) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during main combustion, and (C) is a swirl ratio-pilot injection pressure map of soot generation degree.
As shown in FIG. 7A, in the high load operation state, the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during pilot combustion in the entire region as compared with the low load operation state and the medium load operation state described above. Was larger than 0.5 MPa / ° CA in almost all regions. From this result, it was found that when single pilot injection is executed in a high load operation state, a problem of combustion noise occurs during pilot combustion. Therefore, it was suggested that it is effective to perform the double pilot injection in the high load operation state.
Further, the maximum pressure increase rate during main combustion is 0.5 MPa / ° CA or less, and the region where the amount of soot can be reduced is within the broken line region shown in FIGS. 7B and 7C. Was suggested.

以上の検証結果をまとめると、シングルパイロット噴射では燃焼騒音の問題が生じてしまう高負荷運転状態を除いて、低負荷運転状態および中負荷運転状態では、スワール比が約2.1〜2.5であり且つパイロット噴射圧比が略2割〜略3割の領域であれば、メイン燃焼時の最大圧力上昇率が0.5MPa/°CA以下であり且つ煤の発生量を低減できることが検証された。
なお、上記のスワール比2.1〜2.5は、上記実施形態および上記検証に用いた浅皿形燃焼室の好ましいスワール比として通常採用されるスワール比である。このため、NOxを低減可能な上死点近傍における低温燃焼において、積極的にスワール比を制御することなく、シングルパイロット噴射圧比を略2割〜略3割に制御することにより、燃焼騒音および煤の発生量を低減できると言える。
To summarize the above verification results, the swirl ratio is about 2.1 to 2.5 in the low load operation state and the medium load operation state except for the high load operation state in which the problem of combustion noise occurs in the single pilot injection. And the pilot injection pressure ratio is in the range of approximately 20% to approximately 30%, it was verified that the maximum pressure increase rate during main combustion is 0.5 MPa / ° CA or less and the amount of soot generated can be reduced. .
In addition, said swirl ratio 2.1-2.5 is a swirl ratio normally employ | adopted as a preferable swirl ratio of the shallow dish type combustion chamber used for the said embodiment and the said verification. For this reason, in low-temperature combustion near the top dead center where NOx can be reduced, by controlling the single pilot injection pressure ratio from approximately 20% to approximately 30% without actively controlling the swirl ratio, combustion noise and soot are reduced. It can be said that the generation amount of can be reduced.

次に、上記で検証された燃焼騒音および煤発生量の同時低減が可能な領域において、噴射圧と噴射量との関係について検証を行った。
表3は、上記で検証された燃焼騒音および煤発生量の同時低減が可能な領域において、パイロット噴射の噴射圧および噴射量と、メイン噴射の噴射圧および噴射量の一例を示したものである。なお、高負荷運転状態については、第1パイロット噴射と第2パイロット噴射を順次行うダブルパイロット噴射を行った例を示したものであり、第1パイロット噴射により生成した既燃ガスと第2パイロット噴射で噴射された燃料とが重畳し、且つ第2パイロット噴射により生成した既燃ガスとメイン噴射で噴射された燃料とが重畳するように噴射時期を設定した例を示したものである。
Next, the relationship between the injection pressure and the injection amount was verified in the region where the combustion noise and the soot generation amount verified above can be simultaneously reduced.
Table 3 shows an example of the injection pressure and the injection amount of the pilot injection and the injection pressure and the injection amount of the main injection in the region where the combustion noise and the soot generation amount verified as described above can be simultaneously reduced. . As for the high-load operation state, an example in which double pilot injection in which the first pilot injection and the second pilot injection are sequentially performed is shown. The burned gas generated by the first pilot injection and the second pilot injection are shown. This shows an example in which the injection timing is set so that the fuel injected in step S3 overlaps with the burned gas generated by the second pilot injection and the fuel injected in the main injection.

図8は、表3に示したデータに基づいた、メイン噴射圧に対するパイロット噴射圧の比とメイン噴射量との関係を示す図である。図8に示すように、メイン噴射圧に対してパイロット噴射圧を低く設定するとともに、メイン噴射量が増加するに伴い、メイン噴射圧に対するパイロット噴射圧の比を低く設定することにより、燃焼騒音および煤発生量の同時低減が可能であることが判る。ここで、図8では、メイン噴射量が大きいほどエンジンは高負荷運転状態にあることを意味し、メイン噴射量が小さいほど低負荷運転状態にあることを意味する。従って、エンジンの負荷が増加するに伴い、メイン噴射圧に対するパイロット噴射圧の比を低く設定することにより、燃焼騒音および煤発生量の同時低減が可能であることが判る。
なお、ダブルパイロット噴射を行った高負荷運転状態では、メイン噴射量が増加するに伴い、メイン噴射圧に対する第1パイロット噴射圧の比を低く設定するとともに、メイン噴射圧に対する第2パイロット噴射圧の比を低く設定することにより、燃焼騒音および煤発生量の同時低減が可能であることが判る。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the ratio of the pilot injection pressure to the main injection pressure and the main injection amount based on the data shown in Table 3. As shown in FIG. 8, the pilot injection pressure is set lower than the main injection pressure, and the ratio of the pilot injection pressure to the main injection pressure is set lower as the main injection amount increases. It can be seen that the amount of soot generated can be reduced simultaneously. Here, in FIG. 8, the larger the main injection amount, the more the engine is in a high load operation state, and the smaller the main injection amount, the lower the load operation state. Therefore, it can be seen that the combustion noise and the soot generation amount can be simultaneously reduced by setting the ratio of the pilot injection pressure to the main injection pressure low as the engine load increases.
In the high-load operation state in which the double pilot injection is performed, the ratio of the first pilot injection pressure to the main injection pressure is set low as the main injection amount increases, and the second pilot injection pressure to the main injection pressure is set. It can be seen that by setting the ratio low, combustion noise and soot generation can be simultaneously reduced.

また、図9は、表3に示したデータに基づいた、パイロット噴射量比とメイン噴射量との関係を示す図である。図9に示すように、メイン噴射量が低下するに伴い、パイロット噴射量比を高く設定することにより、燃焼騒音および煤発生量の同時低減が可能であることが判る。即ち、エンジンの負荷が低下するに伴い、パイロット噴射量比を高く設定することにより、燃焼騒音および煤発生量の同時低減が可能であることが判る。これは、低過給運転や高EGR運転などの酸素分圧の低い低負荷運転状態では、パイロット噴射量が少量であるとパイロット燃焼せずにメイン燃焼と同時に燃焼して圧力上昇を抑制できないところ、パイロット噴射量比を高めてパイロット燃焼を発生させるためである。なお、図8および図9から、パイロット噴射量比の増加に伴い、パイロット噴射圧比を高めるのが好ましいことが判る。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the pilot injection amount ratio and the main injection amount based on the data shown in Table 3. As shown in FIG. 9, it can be seen that combustion noise and soot generation can be simultaneously reduced by setting the pilot injection amount ratio higher as the main injection amount decreases. That is, it can be seen that the combustion noise and the soot generation amount can be simultaneously reduced by setting the pilot injection amount ratio high as the engine load decreases. This is because in low-load operation conditions where the oxygen partial pressure is low, such as low supercharging operation or high EGR operation, if the pilot injection amount is small, the pilot combustion does not occur and combustion occurs simultaneously with the main combustion, and the pressure rise cannot be suppressed. This is because pilot combustion is generated by increasing the pilot injection amount ratio. 8 and 9, it can be seen that it is preferable to increase the pilot injection pressure ratio as the pilot injection amount ratio increases.

次に、燃焼室のアスペクト比を3.3以上に設定することにより、燃焼騒音をより低減できる点について、検証を行った。
具体的には、上述の単気筒エンジンにおいて、燃焼室のアスペクト比を変化させたときのメイン燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxを調べた。パイロット噴射およびメイン噴射の噴射条件は、表3の中負荷運転状態の噴射条件と同一とした。
Next, it verified about the point which can reduce a combustion noise more by setting the aspect-ratio of a combustion chamber to 3.3 or more.
Specifically, in the above-described single cylinder engine, the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during main combustion when the aspect ratio of the combustion chamber was changed was examined. The injection conditions of the pilot injection and the main injection were the same as those in the medium load operation state in Table 3.

図10は、燃焼室のアスペクト比を変化させたときのメイン燃焼時における最大圧力上昇率(dp/dθ)maxを示す図であり、(A)がアスペクト比が3.3のときのものであり、(B)がアスペクト比2.9のときのものである。これらの図から、燃焼室のアスペクト比が3.3のときに、最大圧力上昇率(dp/dθ)maxを、目標の燃焼騒音を達成可能な上限値0.5MPa/°CAを下回ることができ、アスペクト比が3.3を下回ると、最大圧力上昇率(dp/dθ)maxが0.5MPa/°CAを超えてしまうことが判る。この結果から、燃焼室のアスペクト比を3.3以上に設定することにより、燃焼騒音をより低減できることが検証された。   FIG. 10 is a diagram showing the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max during main combustion when the aspect ratio of the combustion chamber is changed, and (A) is the one when the aspect ratio is 3.3. Yes, when (B) has an aspect ratio of 2.9. From these figures, when the aspect ratio of the combustion chamber is 3.3, the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max may be lower than the upper limit of 0.5 MPa / ° CA at which the target combustion noise can be achieved. When the aspect ratio is less than 3.3, it can be seen that the maximum pressure increase rate (dp / dθ) max exceeds 0.5 MPa / ° CA. From this result, it was verified that the combustion noise can be further reduced by setting the aspect ratio of the combustion chamber to 3.3 or more.

1…燃料噴射制御装置
3…エンジン(内燃機関)
5…燃料噴射弁
10…ECU(パイロット噴射手段、スワール手段、メイン噴射手段、燃料噴射制御手段、高負荷運転状態判定手段)
33…ピストン
37…燃焼室
73…スワール制御弁(スワール手段)
335…ピストンリップ部
337…段差(段付き構造)
513…噴孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel-injection control apparatus 3 ... Engine (internal combustion engine)
5 ... Fuel injection valve 10 ... ECU (Pilot injection means, swirl means, main injection means, fuel injection control means, high load operation state determination means)
33 ... Piston 37 ... Combustion chamber 73 ... Swirl control valve (swirl means)
335 ... Piston lip 337 ... Step (stepped structure)
513 ... nozzle hole

Claims (6)

先端に設けられた噴孔から燃料を燃焼室内に噴射するとともに、噴射圧を可変制御可能な燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射弁によるパイロット噴射を行い、既燃ガスを前記燃焼室内に生成させるパイロット噴射手段と、
前記燃焼室内にスワール流を発生させて、当該スワール流により前記既燃ガスを流動させるスワール手段と、
前記既燃ガスが生成した前記燃焼室内に、前記燃料噴射弁によるメイン噴射を行うメイン噴射手段と、
前記パイロット噴射と前記メイン噴射の噴射時期および噴射圧を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
前記燃料噴射制御手段は、
隣接する噴孔から前記パイロット噴射されて生成し、前記スワール流によって流動した既燃ガスと、前記メイン噴射で噴射された燃料とが重畳するように前記噴射時期を制御するとともに、前記パイロット噴射の噴射圧が前記メイン噴射の噴射圧よりも低い所定の範囲内となるように前記噴射圧を制御することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
A fuel injection control device for an internal combustion engine that includes a fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber from a nozzle hole provided at a tip and is capable of variably controlling an injection pressure,
Pilot injection means for performing pilot injection by the fuel injection valve and generating burned gas in the combustion chamber;
Swirl means for generating a swirl flow in the combustion chamber and causing the burned gas to flow by the swirl flow;
Main injection means for performing main injection by the fuel injection valve in the combustion chamber generated by the burned gas;
Fuel injection control means for controlling the injection timing and injection pressure of the pilot injection and the main injection,
The fuel injection control means includes
The injection timing is controlled so that the burned gas generated by the pilot injection from the adjacent nozzle holes and flowing by the swirl flow and the fuel injected by the main injection overlap, and the pilot injection A fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein the injection pressure is controlled so that an injection pressure falls within a predetermined range lower than an injection pressure of the main injection.
前記燃料噴射制御手段は、前記メイン噴射の噴射圧に対する前記パイロット噴射の噴射圧の比が、前記内燃機関の負荷の増加に伴い低下するように前記噴射圧を制御することを特徴とする請求項1記載の燃料噴射制御装置。   The fuel injection control means controls the injection pressure so that a ratio of an injection pressure of the pilot injection to an injection pressure of the main injection decreases as the load of the internal combustion engine increases. The fuel injection control device according to 1. 前記燃料噴射制御装置は、前記内燃機関が所定の高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷運転状態判定手段をさらに備え、
前記パイロット噴射手段は、前記内燃機関が前記所定の高負荷運転状態ではないと判定されたときには、前記パイロット噴射を1回行うシングルパイロット噴射を実行し、
前記燃料噴射制御手段は、前記メイン噴射の噴射圧に対する前記シングルパイロット噴射の噴射圧の比が、略2割〜略3割の範囲内となるように前記噴射圧を制御することを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device further includes a high load operation state determination unit that determines whether or not the internal combustion engine is in a predetermined high load operation state,
When it is determined that the internal combustion engine is not in the predetermined high load operation state, the pilot injection means performs single pilot injection that performs the pilot injection once,
The fuel injection control means controls the injection pressure so that a ratio of an injection pressure of the single pilot injection to an injection pressure of the main injection is in a range of approximately 20% to approximately 30%. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2.
前記燃料噴射制御装置は、前記内燃機関が所定の高負荷運転状態であるか否かを判定する高負荷運転状態判定手段をさらに備え、
前記パイロット噴射手段は、前記内燃機関が前記所定の高負荷運転状態であると判定されたときには、第1パイロット噴射と第2パイロット噴射を順次行うダブルパイロット噴射を実行し、
前記燃料噴射制御手段は、前記第1パイロット噴射により生成した既燃ガスと、前記第2パイロット噴射で噴射された燃料とが重畳し、且つ当該第2パイロット噴射により生成した既燃ガスと、前記メイン噴射で噴射された燃料とが重畳するように前記噴射時期を制御することを特徴とする請求項1または2記載の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device further includes a high load operation state determination unit that determines whether or not the internal combustion engine is in a predetermined high load operation state,
The pilot injection means, when it is determined that the internal combustion engine is in the predetermined high-load operation state, performs a double pilot injection that sequentially performs a first pilot injection and a second pilot injection;
The fuel injection control means includes the burned gas generated by the first pilot injection and the fuel injected by the second pilot injection, and the burned gas generated by the second pilot injection, 3. The fuel injection control apparatus according to claim 1, wherein the injection timing is controlled so that the fuel injected in the main injection overlaps.
前記燃焼室のアスペクト比が、3.3以上であることを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の燃料噴射制御装置。   The fuel injection control device according to any one of claims 1 to 4, wherein an aspect ratio of the combustion chamber is 3.3 or more. 前記燃焼室を形成するピストンリップ部が、段付き構造であることを特徴とする請求項1から5いずれか1項記載の燃料噴射制御装置。   6. The fuel injection control device according to claim 1, wherein the piston lip portion forming the combustion chamber has a stepped structure.
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