JP2014156852A - Compression ignition engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒内の燃焼室に直接燃料を噴射するための圧縮着火エンジンに関する。 The present invention relates to a compression ignition engine for injecting fuel directly into a combustion chamber in a cylinder.
従来、直噴式のディーゼルエンジンにおいては、例えば特許文献1のように燃料噴射弁を燃焼室のほぼ中央に配置(センター噴射)し、ピストンの頂面にキャビティを形成し、ピストンの圧縮上死点近傍で燃焼室の中央に配置した燃料噴射弁から燃料をキャビティ内に放射状に噴射して圧縮着火させるものが一般的である。
これは、燃焼室中央に燃料噴射弁を配置して燃焼室内に放射状に燃料を噴射することで、燃焼室内の空気を均等に利用している。
Conventionally, in a direct-injection diesel engine, for example, as in
In this method, a fuel injection valve is arranged in the center of the combustion chamber, and fuel is injected radially into the combustion chamber, so that air in the combustion chamber is evenly used.
図10に従来のセンター噴射を行うディーゼルエンジンの燃焼状態を表す模式図を示す。燃焼室203の中央に配置された燃料噴射弁205から燃焼室半径Rd方向に噴射された燃料は、燃焼室203内で圧縮着火し、圧縮着火した火炎202が燃焼室壁面204に衝突する。そして、衝突により火炎202が燃焼室壁面204に対して接触面積が広がって行くことで、火炎202の熱エネルギが燃焼室壁面の広い範囲からピストン213に伝わることで冷却損失が大きくなり、エンジンの熱効率が低下してしまう。
このようなセンター噴射における冷却損失を改善するためには、燃料噴射弁の燃料噴射孔から燃焼室壁面の距離を長くして噴霧の飛翔距離を長くすることが考えられる。図11に燃料噴射弁を燃焼室中央からシリンダ外方に配置(サイド噴射)させた際の燃焼状態を表す模式図を示す。燃焼室中央より半径Rcだけ外側にオフセットさせた燃料噴射弁4Aから噴射された燃料は、燃料噴射弁4Aから燃焼室壁面13aまでの噴霧の飛翔距離は最大で燃焼室3の直径分の距離を確保することができる。よって、火炎301と燃焼室壁面13aが直接接触することを抑制できる結果、上記冷却損失を低減することが可能となる。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the combustion state of a diesel engine that performs conventional center injection. The fuel injected in the direction of the combustion chamber radius Rd from the fuel injection valve 205 disposed in the center of the combustion chamber 203 is compressed and ignited in the combustion chamber 203, and the flame 202 that has been compressed and ignited collides with the combustion chamber wall surface 204. The contact area of the flame 202 with respect to the combustion chamber wall surface 204 increases due to the collision, so that the heat energy of the flame 202 is transmitted from the wide range of the combustion chamber wall surface to the piston 213, resulting in a large cooling loss. Thermal efficiency will decrease.
In order to improve the cooling loss in such center injection, it is conceivable to increase the spray flight distance by increasing the distance from the fuel injection hole of the fuel injection valve to the wall surface of the combustion chamber. FIG. 11 is a schematic diagram showing a combustion state when the fuel injection valve is disposed outside the cylinder from the center of the combustion chamber (side injection). The fuel injected from the
しかしながら、上記サイド噴射として燃焼室壁面までの飛翔距離を確保すると、噴孔を配置する範囲が限定されるため、燃料噴射弁から噴射する噴射量が低減する。 However, if the flight distance to the combustion chamber wall surface is secured as the side injection, the range in which the injection holes are arranged is limited, and the injection amount injected from the fuel injection valve is reduced.
噴射量を確保しようと燃料噴射圧を高くすると、火炎と壁面の衝突時の流速が速くなり、熱伝達率が増加し、冷却損失が増大するため、上記サイド噴射のメリットがなくなってしまう。
これに対して、発明者らは、特願2013−018824号に開示したように冷却損失の改善を図り、且つ、十分な燃料噴射量を確保するために、複数の燃料噴射弁、具体的にはシリンダ外周に2つの燃料噴射弁を配置し、筒内に燃料を噴射するディーゼルエンジンを発明した。
If the fuel injection pressure is increased so as to secure the injection amount, the flow velocity at the time of the collision between the flame and the wall surface is increased, the heat transfer rate is increased, and the cooling loss is increased, so that the merit of the side injection is lost.
On the other hand, the inventors have disclosed a plurality of fuel injection valves, specifically, in order to improve the cooling loss and secure a sufficient fuel injection amount as disclosed in Japanese Patent Application No. 2013-018824. Has invented a diesel engine in which two fuel injection valves are arranged on the cylinder outer periphery and fuel is injected into the cylinder.
上記特願2013−018824号に記載のディーゼルエンジンによれば、筒内に予め形成されたスワール流に沿って燃料噴射を行うため、燃料噴霧の根元部分に絶えずシリンダ外周部の新鮮な空気が供給される。その結果として、一般的に用いられている1つの燃料噴射弁によるセンター噴射のディーゼルエンジンよりも、空気と燃料の混合が促進されて比較的リーンな混合気を形成することができ、すすの発生を抑制することができる。
しかしながら、当該のディーゼルエンジンでは,空気と燃料の混合が促進されるため、燃料噴射量の少なく、すすの発生が問題とならない低負荷領域においては、過度に混合気の燃料濃度が低下してしまう。燃料濃度が低すぎる混合気は、そのものが着火困難である上に、噴射量のバラツキやエンジン筒内に導入される空気量のバラツキ、および筒内の乱れといった各種の変動要因の影響を受けやすいため、サイクル毎の着火時期が安定せず、トルクが変動してしまう。特に、冷間始動時や寒冷地での運転では失火に至ってしまうこともある。
According to the diesel engine described in the above Japanese Patent Application No. 2013-018824, the fuel is injected along the swirl flow formed in advance in the cylinder, so that fresh air is continuously supplied from the outer periphery of the cylinder to the base portion of the fuel spray. Is done. As a result, compared to the center-injected diesel engine with one commonly used fuel injection valve, the mixing of air and fuel is promoted to form a relatively lean mixture, and soot is generated. Can be suppressed.
However, in the diesel engine, since the mixing of air and fuel is promoted, the fuel concentration of the air-fuel mixture is excessively reduced in a low load region where the amount of fuel injection is small and soot generation does not become a problem. . An air-fuel mixture whose fuel concentration is too low is difficult to ignite, and is susceptible to various fluctuation factors such as variations in the injection amount, variations in the amount of air introduced into the engine cylinder, and turbulence in the cylinder. Therefore, the ignition timing for each cycle is not stable, and the torque varies. In particular, misfire may occur during cold start or operation in cold regions.
上記サイクル変動を小さくして燃焼安定性を向上するために噴射量を増量することが考えられる。しかし、噴射量を多くすると要求出力以上の出力が出てしまう。
そこで、エンジンの要求出力に合わせるために、燃料噴射弁から噴射する噴射タイミングをリタードさせて、エンジンの出力を強制的に低下させる必要がある。しかし、このように強制的に出力を抑える制御は、燃料噴射量に対する熱効率を悪化させる結果となり、燃費が悪化する。
It is conceivable to increase the injection amount in order to reduce the cycle fluctuation and improve the combustion stability. However, if the injection amount is increased, an output exceeding the required output will be produced.
Therefore, in order to match the required output of the engine, it is necessary to retard the output of the engine by retarding the injection timing of injection from the fuel injection valve. However, the control for forcibly suppressing the output in this manner results in deterioration of the thermal efficiency with respect to the fuel injection amount, and the fuel efficiency is deteriorated.
本発明は、斯かる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒内に複数のインジェクタを備えた圧縮着火エンジンにおいて、サイクル変動が大きくなる所定の運転領域においても燃費を悪化させることなく安定した圧縮着火燃焼を行うところにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to improve fuel efficiency even in a predetermined operation region in which cycle fluctuations are large in a compression ignition engine having a plurality of injectors in a cylinder. This is where stable compression ignition combustion is performed without deteriorating.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、シリンダと、該シリンダ内を往復動するピストンと、上記シリンダ及びピストンとともに燃焼室を規定するシリンダヘッドと、該シリンダヘッドの上記シリンダの軸線よりも外周側に配置された複数の燃料噴射弁とを有し、上記燃料噴射弁を制御するコントローラを有する圧縮着火ルエンジンであって、
上記複数の燃料噴射弁がそれぞれ、燃料噴霧を該燃料噴射弁の中心軸よりも上記シリンダの内周側に指向する噴孔を複数有しており、上記コントローラが、
上記圧縮着火エンジンの負荷が、第1負荷以上のときには、上記複数の燃料噴射弁から燃料を噴射し、
上記圧縮着火エンジンの負荷が、第1負荷未満のときには、上記複数の燃料噴射弁のうち1つの燃料噴射弁が燃料を噴射するように、上記複数の燃料噴射弁を制御するよう構成されていることを特徴とする圧縮着火エンジンである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
Each of the plurality of fuel injection valves has a plurality of injection holes for directing fuel spray to the inner peripheral side of the cylinder from the central axis of the fuel injection valve, and the controller includes:
When the load of the compression ignition engine is equal to or higher than the first load, fuel is injected from the plurality of fuel injection valves,
When the load of the compression ignition engine is less than the first load, the plurality of fuel injection valves are controlled such that one of the plurality of fuel injection valves injects fuel. This is a compression ignition engine characterized by that.
本発明によれば、上記第1負荷未満の低負荷運転領域においては、1つの燃料噴射弁からのみ燃料を噴射することで、1つの燃料噴射弁から噴射する燃料噴射量を複数の燃料噴射弁に分けて噴射する場合に比べて増量することができるので、燃焼が不安定となることを防止でき、結果として熱効率を向上させることができる。 According to the present invention, in the low load operation region less than the first load, fuel is injected from only one fuel injection valve so that the fuel injection amount injected from one fuel injection valve is a plurality of fuel injection valves. Since the amount can be increased as compared with the case of injecting separately, it is possible to prevent the combustion from becoming unstable, and as a result, it is possible to improve the thermal efficiency.
そして、上記第1負荷以上の運転領域では、1つの気筒に対して複数の燃料噴射弁からサイド噴射により燃料を噴射することで、燃料噴射弁から燃焼室壁面までの噴霧の飛翔距離を長くすることができ、燃焼室壁面からの冷却損失を低減でき、エンジンの熱効率を向上させることができる。 And in the operating region above the first load, fuel is injected by side injection from a plurality of fuel injection valves to one cylinder, thereby extending the spray flight distance from the fuel injection valves to the combustion chamber wall surface. The cooling loss from the wall surface of the combustion chamber can be reduced, and the thermal efficiency of the engine can be improved.
以上のように、本発明では、低負荷領域から高負荷領域の広い範囲に亘ってエンジンの熱効率を向上させることができる。 As described above, in the present invention, the thermal efficiency of the engine can be improved over a wide range from the low load region to the high load region.
請求項2に記載の発明は、好ましくは、上記コントローラは、上記第1負荷未満のときには、上記複数の燃料噴射弁のうち、気筒内に燃料を噴射する1つの燃料噴射弁を所定サイクル毎に切替えることを特徴とする圧縮着火エンジンである。 Preferably, when the controller is less than the first load, the controller sets one fuel injection valve that injects fuel into the cylinder among the plurality of fuel injection valves every predetermined cycle. A compression ignition engine characterized by switching.
この構成によれば、複数の燃料噴射弁のうち、特定の燃料噴射弁からのみ燃料を噴射して燃焼サイクルが繰り返し行われると、燃料を噴射しない燃料噴射弁が焼付きを起こしてしまうことを防止することができる。 According to this configuration, when fuel is injected only from a specific fuel injection valve among a plurality of fuel injection valves and the combustion cycle is repeatedly performed, the fuel injection valve that does not inject fuel will cause seizure. Can be prevented.
請求項3に記載の発明は、好ましくは、上記コントローラは、上記第1負荷未満のときには、スワール流が弱くなるようにスワール制御手段を制御することを特徴とする圧縮着火エンジンである。
The invention according to
この構成によれば、気筒内に噴射した燃料を1つの燃料噴射弁からのみ噴射する際は、筒内に発生させるスワール流を弱くし、気筒内に噴射した噴霧の濃度分布がサイクル毎に変動することを防止することができる。よって、所定の運転領域においては気筒内の燃焼安定性を向上させることができ、所定の運転領域以外の領域においては、スワール流を強化することで、筒内の空気と燃料の混合を良好に行い、煤の発生を防止することができる。 According to this configuration, when the fuel injected into the cylinder is injected from only one fuel injection valve, the swirl flow generated in the cylinder is weakened, and the concentration distribution of the spray injected into the cylinder varies from cycle to cycle. Can be prevented. Therefore, combustion stability in the cylinder can be improved in a predetermined operation region, and in a region other than the predetermined operation region, the swirl flow is strengthened to improve the mixing of air and fuel in the cylinder. And the generation of wrinkles can be prevented.
請求項4に記載の発明は、好ましくは、燃焼室内に2つの燃料噴射弁が備えられ、上記コントローラは上記2つの燃料噴射弁から噴射された噴霧は互いに衝突しないようにオフセットして、吸気のスワール流と同方向に噴射するように制御することを特徴とする圧縮着火エンジンである。 In the invention according to claim 4, preferably, two fuel injection valves are provided in the combustion chamber, and the controller offsets the sprays injected from the two fuel injection valves so that they do not collide with each other. A compression ignition engine that is controlled to inject in the same direction as a swirl flow.
この構成によれば、筒内に備えられた2つの燃料噴射弁から噴射される燃料が互いに衝突することなくオフセットして噴射することにより、燃料が衝突することで筒内に相対的にリッチな混合気が発生することを防止し、さらに、スワール流と同方向に噴射することで筒内の燃料と空気の混合を良好にし、煤の発生を防止することができる。 According to this configuration, the fuel injected from the two fuel injection valves provided in the cylinder is injected with an offset without colliding with each other. It is possible to prevent the air-fuel mixture from being generated, and to improve the mixing of the fuel and air in the cylinder by injecting in the same direction as the swirl flow and to prevent the generation of soot.
以上説明したように、本発明の制御装置によると、筒内に複数の燃料噴射弁を備えたディーゼルエンジンにおいて、低負荷領域から高負荷領域の広い領域に亘って燃費を悪化させることなく安定した圧縮着火燃焼を行うことができる。 As described above, according to the control device of the present invention, in a diesel engine provided with a plurality of fuel injection valves in a cylinder, the fuel consumption is stabilized over a wide region from a low load region to a high load region without deteriorating fuel consumption. Compression ignition combustion can be performed.
(1)エンジンの全体構成
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1、図2は、本実施形態に適用されたディーゼルエンジンの全体構成図を示すものである。図1に示されるディーゼルエンジンは、車両に搭載される4サイクルの4気筒ディーゼルエンジンである。このディーゼルエンジンについては、4つの気筒2が直列に並ぶ直列4気筒型のエンジン本体1と、各気筒に吸気を導入するための吸気通路20と、各気筒内の燃焼により生成された排気ガスを排出するための排気通路25とを備えている。
吸気通路20には、各気筒2の吸気ポート6に吸気を分配するための独立吸気通路21を備えており、独立吸気通路21の内部には各気筒内のスワール流を制御するスワールコントロールバルブ(SCV)19を備えている。
そして、各独立吸気通路21の上流部には共通に接続されたサージタンク22を備え、サージタンク22の上流部にはサージタンク22に吸気を導入する1本の吸気管23を備えている。
(1) Overall Configuration of Engine Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 and FIG. 2 show an overall configuration diagram of a diesel engine applied to this embodiment. The diesel engine shown in FIG. 1 is a four-cycle four-cylinder diesel engine mounted on a vehicle. For this diesel engine, an in-line four-
The
A
排気通路25には、各気筒2の排気ポート7より排気ガスを排出するための独立排気通路26を備え、各独立排気通路26の下流部が1つに集合した集合部27と、集合部27から下流側に延びる1本の排気管28を備えている。
各気筒2には、燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁が備えられており、
各気筒2に対して第1燃料噴射弁4Aと第2燃料噴射弁4Bの2つのインジェクタをそれぞれ備えている。
The
Each
Each
各気筒2の第1燃料噴射弁4Aは、気筒の列方向に延びる共通の第1コモンレール30に接続されている。第1コモンレール30には燃料タンク35に貯蔵された燃料を第1高圧燃料ポンプ32により高圧にされた燃料が供給される。第1コモンレール30に供給された高圧の燃料は第1燃料噴射弁4Aから噴射される。
第2燃料噴射弁4Bも同様に、気筒の列方向に延びる共通の第2コモンレール31に接続されている。第2コモンレール31には燃料タンク35に貯蔵された燃料を第2高圧燃料ポンプ33により高圧にされた燃料が供給される。第2コモンレール31に供給された高圧の燃料は第2燃料噴射弁4Bから噴射される。
The first
Similarly, the second
エンジン本体1の各気筒2の構成については図2に示すように、シリンダヘッド12と、シリンダヘッド12の下方に各気筒2を形成するシリンダブロック11を備え、各気筒2の内部には往復摺動可能に挿入されたピストン13を備えている。そして、ピストン13の上方に燃焼室3が区画形成され、ピストン13の往復動によって燃焼室3の容積が変化する。
また、エンジン1のシリンダヘッド12には、気筒2毎に吸気ポート6及び排気ポート7が形成されて、それぞれ燃焼室3の天井部に開口している。吸気ポート6及び排気ポート7の開口端には個々に吸気弁8及び排気弁9が備えられており、図示は省略するが、カムシャフト等の動弁機構によって駆動され、吸気ポート6及び排気ポート7をそれぞれ所定のタイミングで開閉するようになっている。
As shown in FIG. 2, the configuration of each
In addition, an intake port 6 and an exhaust port 7 are formed in the
また、ECU100によるエンジン1の基本的な制御については、図示は省略するがエンジン1に備えられた各種センサ等(アクセル開度センサ、クランク角センサ、大気圧センサ、エンジン水温センサ)の検出値に基づいて、第1、第2燃料ポンプ32、33や第1、第2燃料噴射弁4A、4Bの制御を実施する。詳細な制御手段については図7に示すフローチャートを用いて後述する。
Further, the basic control of the
また、燃焼室3では第1、第2燃料噴射弁4A、4Bから噴射される燃料が空気と混合されて、燃焼室3内で燃料が圧縮着火することにより燃焼し、燃焼による熱エネルギにより燃焼室3を膨張させ、ピストン13を往復運動させる。そして、ピストン13の往復運動が、コネクティングロッド16を介して出力軸であるクランク軸5の回転運動に変換される。当実施形態のディーゼルエンジンでは4サイクル式であるため、クランク軸5の回転に伴い、各気筒2では、吸気、圧縮、膨張、排気の4工程がこの順に繰り返し実行される。
In the
(2)燃料噴射弁の構成
図3は本実施形態に適用される燃料噴射弁の先端部の構造を示す断面図であり、図4は燃料噴射弁を側方から見た側面図である。
燃料噴射弁の構成については図3の断面図に示すように、筒状のバルブボディ41と、バルブボディ41内の中央には軸方向に移動可能なニードル弁43を備えており、バルブボディ41とニードル弁43にとによって燃料が流通可能な燃料流路42が形成されている。バルブボディ41の先端部には、内部の燃料流路42と連通する複数の噴孔44a〜44fが形成されている。エンジンの運転中においては、ニードル弁43が図示しないソレノイドによって上下に移動可能に駆動される。そして、ニードル弁43の駆動に伴って噴孔44a〜44fが開弁または閉弁される。
つまり、ニードル弁43の端部がバルブボディ41の端部と接触するまで下方に移動させた際には、燃料流路42が遮断され、燃料が噴孔44a〜44fから噴射されないようになる。また、ニードル弁が上方に移動させた際には燃料流路42が解放され、燃料が噴孔44a〜44fへ導かれ、燃料が噴射される。そして、噴孔44a〜44fの解放時間を制御制御することにより燃料噴射量を調整する。
(2) Configuration of Fuel Injection Valve FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the tip of the fuel injection valve applied to this embodiment, and FIG. 4 is a side view of the fuel injection valve as viewed from the side.
As shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the configuration of the fuel injection valve includes a
In other words, when the
次に、図5および図6に示す平面図および側面図により、各気筒2における第1燃料噴射弁4Aおよび第2燃料噴射弁4Bの位置関係について説明する。図5は、ある気筒2の第1、第2燃料噴射弁4A、4Bを燃焼室3の天井側から見た平面図であり、図6は当該気筒2のピストン13が圧縮上死点まで上昇したときの燃焼室3の側面図である。
なお、図5では、ピストン13の冠面に設けられたキャビティ部13aの周縁、つまり、キャビティ部13aとその周囲のスキッシュ部13bとの境界線を2点鎖線で表しており、図6では、このキャビティ部13aの周縁の半径をRcとして表記している。
図5および図6に示すように、第1燃料噴射弁4Aの先端部は、燃焼室3の天井部(シリンダヘッド12の下壁)の一箇所であって、燃焼室3の中心Pからキャビティ部13aの半径Rcだけ吸気側にオフセットした位置に配置されている。
Next, the positional relationship between the first
In FIG. 5, the peripheral edge of the
As shown in FIGS. 5 and 6, the front end portion of the first fuel injection valve 4 </ b> A is one place on the ceiling of the combustion chamber 3 (the lower wall of the cylinder head 12), and the cavity from the center P of the
一方、第2燃料噴射弁4Bの先端部は、燃焼室3を天井側から見た平面視において、燃焼室3の中心Pを中心として第1噴射弁4Aを180°回転させた位置、つまり、第1燃料噴射弁4Aに対し燃焼室3の中心Pを挟んで点対称の排気側の位置に配置されている。つまり、第1噴射弁4Aと第2燃料噴射弁4Bは燃焼室4の中心Pを挟んで対向するような位置に設定せれている。
図5および図6において、第1燃料噴射弁4Aから延びる矢印a1〜a6と、第2燃料噴射弁4Bから延びる矢印b1〜b4は、燃料噴射弁4の各噴孔44a〜44fから噴射された燃料噴霧の中心線を表している。
具体的に、第1燃料噴射弁4Aについては、噴孔44aからの噴霧がa1、噴孔44bからの噴霧がa2、噴孔44cからの噴霧がa3、噴孔44dからの噴霧がa4、噴孔44eからの噴霧がa5、噴孔44fからの噴霧がa6である。ただし、図5の平面図では、周方向位置が同じ噴孔からの噴霧が重なり合って見えるので、a1,a2の組と、a3,a4の組と、a5,a6の組とをそれぞれ重ねて示している。また、図6の側面図では、上下位置が同じ噴孔からの噴霧が重なり合って見えるので、a1,a3,a5の組と、a2,a4,a6の組とをそれぞれ重ねて示している。また、第2燃料噴射弁4Bについても同様に示している。
On the other hand, the tip of the second
5 and 6, arrows a1 to a6 extending from the first
Specifically, for the first
図5において、第1燃料噴射弁4Aおよび第燃料2噴射弁4Bの各中心を通る線を設定し、これを対称軸SLとする。また、この対称軸SLによって燃焼室3の平面領域を二分した場合の一側を第1領域D1、他側を第2領域D2とした際に、第1燃料噴射弁4Aは、その先端部の6つの噴孔44a〜44fから第1領域D1に向けて放射状に燃料を噴射し、第2燃料噴射弁4Bは、その先端部の6つの噴孔44a〜44fから第2領域D2に向けて燃料を噴射する。これにより、第1燃料噴射弁4Aから噴射される燃料の噴霧a1〜a6と、第2燃料噴射弁4Bから噴射される燃料の噴霧b1〜b6とが、互いにオフセットした方向に延び、途中で交差することがないように設定されている。
In FIG. 5, lines passing through the centers of the first
また、第1燃料噴射弁4Aから噴射される6つの噴霧a1〜a6のうち、対称軸SLに最も近い噴霧は、噴孔44a,44bからの噴霧a1,a2である。この噴霧a1,a2の中心線と対称軸SLとのなす角度(噴霧角)をr1とすると、当該噴霧角r1は、7°以上15°以下に設定されている。
また、第1燃料噴射弁4Aから噴射される6つの噴霧a1〜a6のうち、対称軸SLに2番目に近い噴霧は、噴孔44c,44dからの噴霧a3,a4である。さらに、対称軸SLから最も遠い噴霧は、噴孔44e,44fからの噴霧a5,a6である。これら各噴霧の平均の角度、つまり、噴霧a3,a4の中心線と対称軸SLとのなす角度と、噴霧a5,a6の中心線と対称軸SLとのなす角度とを平均した角度を平均噴霧角r2とすると、当該平均噴霧角r2は、45±10°に設定されている。第2燃料噴射弁4Bについても同様である。
Of the six sprays a1 to a6 injected from the first
Of the six sprays a1 to a6 injected from the first
また、図5に示すように、第1燃料噴射弁4Aからの噴霧a1〜a6の飛翔方向、および第2噴射弁4Bからの噴霧b1〜b6の飛翔方向は、それぞれ、燃焼室3に形成されるスワール流S1の流れに沿うように設定されている。
そして、第1、第2燃料噴射弁4A,4Bがそれぞれ有する6つの噴孔44a〜44fは、対称軸SLから遠い噴霧に対応するものほど孔径が小さくなるように形成されている。すなわち、対称軸SLに最も近い噴霧a1,a2(またはb1,b2)に対応する噴孔44a,44bの孔径よりも、対称軸SLに2番目に近い噴霧a3,a4(またはb3,b4)に対応する噴孔44c,44dの孔径の方が小さい値に設定され、当該噴孔44c,44dの孔径よりも、対称軸SLに最も遠い噴霧a5,a6(またはb5,b6)に対応する噴孔44e,44fの孔径の方が小さい値に設定されている。
Further, as shown in FIG. 5, the flight directions of the sprays a1 to a6 from the first
The six
(3)燃料噴射弁の燃料噴射制御手段
次に、第1、第2燃料噴射弁4A, 4Bの燃料噴射制御手段について図7のフローチャートと図9の第1、第2燃料噴射弁4A,
4Bの噴射時期を表すタイムチャート図を参照して具体的に説明する。
(3) Fuel Injection Control Means of Fuel Injection Valve Next, the fuel injection control means of the first and second
This will be specifically described with reference to a time chart showing the injection timing of 4B.
まず、スタート後のステップS1では、各種センサ101〜104等からの信号をECUに入力し、続くステップS2では、エンジン要求出力、エンジン回転速度を演算する。エンジン回転速度はクランク角センサ102からの信号に基づいて演算され、エンジン要求出力は、エンジン回転速度とアクセル開度とに基づいて、予めECU100に記憶されているマップ(図示省略)から読み込まれる。尚、そのマップには、アクセル開度が大きいほど、またエンジン回転速度が高いほど、そのエンジン要求出力が大きくなるように設定されている。
First, in step S1 after the start, signals from various sensors 101 to 104 are input to the ECU, and in the subsequent step S2, an engine request output and an engine rotation speed are calculated. The engine rotation speed is calculated based on a signal from the crank angle sensor 102, and the engine request output is read from a map (not shown) stored in advance in the
ステップS3では、前記ステップ2で求めたエンジン要求出力、エンジン回転速度から、エンジン1の運転状態が図8に示すように相対的に低負荷側の第1負荷未満であればYESとなり、ステップS4に進む。そして、ステップS4では、1つの気筒2に対して現在の燃焼サイクルの1つ前のサイクルで第1、第2燃料噴射弁4A,4Bの両方から燃料噴射を実施したか、それとも、1つの燃料噴射弁からのみ燃料を噴射したかどうかを判定する。そして、前のサイクルで第1、第2燃料噴射弁4A,4Bの両方から燃料噴射を実施していればYESとなり、次のステップS5に進む。そして、ステップS5では、第1燃料噴射弁4Aから燃料噴射を実行し、第2燃料噴射弁4Bは閉弁状態を維持して燃料噴射を遮断してからリターンする。
In step S3, if the operating state of the
これにより、第1負荷未満の低負荷領域において、1つの気筒2内に2つの第1、第2燃料噴射弁4A,4Bを備えたエンジンでも、第1燃料噴射4Aからのみ燃料を噴射することで,筒内に噴射した噴霧の濃度分布がわずかな乱流等によってばらつくことなく、燃焼安定性を確保することができる。
燃焼が不安定となる低負荷運転領域において、例えば、複数の燃料噴射弁から同時に同量の燃料を噴射する場合、複数の燃料噴射弁から噴射する燃料量を多くすることで燃焼安定性を向上することができる。しかし、噴射量を多くすると低負荷運転領域で求められるエンジンの要求出力以上の出力が出てしまう。
エンジンの要求出力に合わせようとすると燃料噴射弁から噴射する噴射タイミングをリタードさせて、エンジンの出力を低下させる制御を行う必要がある。
このように強制的に出力を抑えることは、燃料噴射量に対する熱効率を悪化させる結果となってしまう。
第1負荷未満の低負荷運転領域において、1つの燃料噴射弁からのみ燃料を噴射することで安定的に着火する濃度の混合気を形成することができ、燃焼安定性を向上させながら熱効率を向上させることができるのである。
Thereby, even in an engine provided with two first and second
In the low-load operation region where combustion becomes unstable, for example, when the same amount of fuel is injected simultaneously from multiple fuel injection valves, combustion stability is improved by increasing the amount of fuel injected from multiple fuel injection valves can do. However, if the injection amount is increased, an output that exceeds the required output of the engine required in the low load operation region will be output.
In order to match the required output of the engine, it is necessary to perform control to retard the output of the engine by retarding the injection timing of injection from the fuel injection valve.
Forcibly suppressing the output in this manner results in a deterioration in thermal efficiency with respect to the fuel injection amount.
In the low-load operation region below the first load, fuel mixture can be formed at a concentration that ignites stably by injecting fuel only from one fuel injection valve, improving thermal efficiency while improving combustion stability It can be made.
また、ステップS4において、1つの気筒2に対して現在の燃焼サイクルの1つ前のサイクルで1つの燃料噴射弁からのみ燃料を噴射していれば、NOとなり、ステップS7へ進む。そして、ステップS7において、前サイクルで第1燃料噴射弁4Aから噴射したか、それとも、第2燃料噴射弁4Bから噴射したかどうかを判定する。
これにより、第1負荷未満の低負荷領域において、1つの気筒2内に2つの第1、第2燃料噴射弁4A,4Bを備えたエンジンでも、第1燃料噴射4Aからのみ燃料を噴射することで筒内に噴射した噴霧の濃度分布がわずかな乱流等によって、ばらつくことなく、燃焼安定性を向上させることができる。
In step S4, if fuel is injected only from one fuel injection valve in one cycle before the current combustion cycle for one
Thereby, even in an engine provided with two first and second
例えば、燃焼が不安定となる低負荷運転領域で複数の燃料噴射弁から同時に燃料を噴射して、燃焼安定性を向上させようとすると複数の燃料噴射弁から噴射する燃料量を多くする必要がある。噴射量を多くすると低負荷運転領域で求められるエンジンの要求出力以上の出力が出てしまう。
エンジンの要求出力に合わせようとすると燃料噴射弁から噴射する噴射タイミングをリタードさせて、エンジンの出力を低下させる制御を行う必要がある。
このように強制的に出力を抑えることは、燃料噴射量に対する熱効率を悪化させる結果となってしまう。
つまり、第1負荷未満の低負荷運転領域においては、1つの燃料噴射弁からのみ燃料を噴射することで燃焼安定性を向上させながら熱効率を向上させることができるのである。
For example, in order to improve combustion stability by simultaneously injecting fuel from a plurality of fuel injection valves in a low load operation region where combustion becomes unstable, it is necessary to increase the amount of fuel injected from the plurality of fuel injection valves. is there. If the injection amount is increased, an output exceeding the required output of the engine required in the low load operation region will be output.
In order to match the required output of the engine, it is necessary to perform control to retard the output of the engine by retarding the injection timing of injection from the fuel injection valve.
Forcibly suppressing the output in this manner results in a deterioration in thermal efficiency with respect to the fuel injection amount.
That is, in a low load operation region less than the first load, it is possible to improve thermal efficiency while improving combustion stability by injecting fuel only from one fuel injection valve.
また、ステップS4において、1つの気筒2に対して現在の燃焼サイクルの1つ前のサイクルで1つの燃料噴射弁からのみ燃料を噴射していれば、NOとなり、ステップS7へ進む。そして、ステップS7において、前サイクルで第1燃料噴射弁4Aから噴射したか、それとも、第2燃料噴射弁4Bから噴射したかどうかを判定する。
In step S4, if fuel is injected only from one fuel injection valve in one cycle before the current combustion cycle for one
そして、ステップS7で第2燃料噴射弁4Bから噴射していれば、NOとなり、前記ステップS5に進む。また、ステップS7で第1燃料噴射弁4Aから噴射していればYESとなり、ステップS8へと進む。そして、ステップS8では、第1燃料噴射弁4Aは閉弁状態として燃料噴射を遮断し、第2燃料噴射弁4Bは燃料噴射を実行してリターンする。
And if it is injecting from the 2nd
このように、第1負荷未満の低負荷領域で第1燃料噴射弁4Aからの燃料噴射と、第2燃料噴射弁4Bからの燃料噴射をサイクル毎に切り替えることにより、片側の燃料噴射弁が焼付いてしまうことを防止することができる。
Thus, the fuel injection valve on one side is seized by switching the fuel injection from the first
また、前記ステップS3でエンジン1の運転状態が図8に示すように相対的に高負荷側の第1負荷以上であれば、NOとなり、第1、第2燃料噴射弁4A,4Bの両方から1つの気筒2に対して燃料を噴射させて、リターンする。
Further, if the operating state of the
図9は、本実施形態における第1、第2燃料噴射弁4A,4Bの噴射時期を表すタイムチャート図である。
図7の前記フローチャートの前記ステップS5においては、図9(a)に示すように圧縮工程において、第1燃料噴射弁4Aのみt1からt2までの所定期間だけ開弁させ、第2燃料噴射弁4Bは閉弁状態を維持させる。そして、前記ステップS8においては、図9(b)に示すように第1燃料噴射弁4Aは閉弁を維持し、第2燃料噴射弁4Bのみt1からt2までの所定期間だけ開弁して気筒2への燃料噴射を行う。
FIG. 9 is a time chart showing the injection timings of the first and second
In step S5 of the flowchart of FIG. 7, as shown in FIG. 9 (a), in the compression process, only the first
また、前記ステップS6においては、図9(c)に示すように第1、第2燃料噴射弁4A,4Bの両方をt1からt2までの所定期間だけ開弁させて燃料噴射を行う。
In step S6, as shown in FIG. 9C, fuel injection is performed by opening both the first and second
なお、上記実施形態では、1サイクル毎に第1燃料噴射弁4Aと、第2燃料噴射弁4Bを切り替えているが、1サイクル毎でなく数サイクル毎に切り替えても良い。
また、各インジェクタからは1サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する多段噴射であっても良い。
その他、本発明を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
In the above-described embodiment, the first
Further, each injector may be a multi-stage injection in which fuel injection is performed a plurality of times during one cycle.
It goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明は圧縮着火エンジンに関する発明であり、特に、筒内に複数の燃料噴射弁を備えた圧縮着火エンジンで安定した燃焼を行う場合に有用である。 The present invention relates to a compression ignition engine, and is particularly useful when performing stable combustion in a compression ignition engine having a plurality of fuel injection valves in a cylinder.
2 気筒
3 燃焼室
4A 第1燃料噴射弁
4B 第2燃料噴射弁
19 スワールコントロールバルブ(SCV)
100 ECU
101 アクセル開度センサ
102 クランク角センサ
103 大気圧センサ
104 エンジン水温センサ
2
100 ECU
101 Accelerator opening sensor 102
Claims (4)
上記複数の燃料噴射弁がそれぞれ、燃料噴霧を該燃料噴射弁の中心軸よりも上記シリンダの内周側に指向する噴孔を複数有しており、
上記コントローラが、
上記圧縮着火エンジンの負荷が、第1負荷以上のときには、上記複数の燃料噴射弁から燃料を噴射し、
上記圧縮着火エンジンの負荷が、第1負荷未満のときには、上記複数の燃料噴射弁のうち1つの燃料噴射弁が燃料を噴射するように、
上記複数の燃料噴射弁を制御するよう構成されていることを特徴とする圧縮着火エンジン。 A cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, a cylinder head that defines a combustion chamber together with the cylinder and the piston, and a plurality of fuel injection valves disposed on the outer peripheral side of the cylinder axis of the cylinder head. A compression ignition engine having a controller for controlling the fuel injection valve,
Each of the plurality of fuel injection valves has a plurality of injection holes that direct fuel spray to the inner peripheral side of the cylinder from the central axis of the fuel injection valve,
The controller
When the load of the compression ignition engine is equal to or higher than the first load, fuel is injected from the plurality of fuel injection valves,
When the load of the compression ignition engine is less than the first load, so that one fuel injection valve among the plurality of fuel injection valves injects fuel,
A compression ignition engine configured to control the plurality of fuel injection valves.
上記コントローラは、上記第1負荷未満のときには、上記複数の燃料噴射弁のうち、気筒内に燃料を噴射する1つの燃料噴射弁を所定サイクル毎に切替えることを特徴とする圧縮着火エンジン。 The compression ignition engine according to claim 1,
The compression ignition engine characterized in that the controller switches one fuel injection valve that injects fuel into the cylinder among the plurality of fuel injection valves at every predetermined cycle when the controller is less than the first load.
上記コントローラは、上記第1負荷未満のときには、スワール流が弱くなるようにスワール制御手段を制御することを特徴とする圧縮着火エンジン。 The compression ignition engine according to claim 1 or 2,
The compression ignition engine characterized by controlling the swirl control means so that the swirl flow becomes weak when the controller is less than the first load.
燃焼室内に2つの燃料噴射弁が備えられ、上記コントローラは上記2つの燃料噴射弁から噴射された噴霧は互いに衝突しないようにオフセットして、吸気のスワール流と同方向に噴射するように制御することを特徴とする圧縮着火エンジン。 The compression ignition engine according to any one of claims 1 to 3,
Two fuel injection valves are provided in the combustion chamber, and the controller controls the sprays injected from the two fuel injection valves to be offset so as not to collide with each other and to be injected in the same direction as the swirl flow of the intake air. A compression ignition engine characterized by that.
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