JP2014194158A - Fuel injection control device for diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection control device for a diesel engine.
従来、ディーゼルエンジンにおいては、燃焼を制御することにより着火性の改善、排気ガスのNOxや煤の発生量の低減、燃焼音及び振動の低減を図っている。
例えば、特許文献1には急激な燃焼を抑制し、燃焼音及びNOxを低減するために、メイン噴射に先立って微量のプレ噴射を行うものが記載されている。
Conventionally, in diesel engines, combustion is controlled to improve ignitability, to reduce the amount of exhaust gas NOx and soot, and to reduce combustion noise and vibration.
For example,
一方、本発明者は先に、燃焼室の周縁部に中心を挟んで相対向するように一対の燃料噴射弁を配置し、一対の燃焼噴射弁は互いに異なる領域に燃料を噴射させることで、対向する燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧との重なりを回避し、燃料噴霧のピストン壁面に到達するまでの飛翔距離を長く確保することにより、各噴霧の飛翔中に燃料噴霧が十分に霧化され空気を取り込めるようにし、燃焼室内に存在する空気の利用率を高め、酸素が過度に少ない環境下で燃焼が起きることを抑制して、煤の発生量を効果的に低減するディーゼルエンジンを提案した。(特願2013-018824)。 On the other hand, the present inventor first arranges a pair of fuel injection valves so as to face each other with the center on the periphery of the combustion chamber, and the pair of combustion injection valves injects fuel into different regions, The fuel spray is sufficiently atomized during the flight of each spray by avoiding overlapping with the fuel spray injected from the opposing fuel injection valve and ensuring a long flight distance until the fuel spray reaches the piston wall surface. Proposes a diesel engine that effectively reduces the amount of soot generated by taking in air, increasing the utilization rate of air present in the combustion chamber, and suppressing combustion in an environment with too little oxygen did. (Japanese Patent Application 2013-018824).
ところで、上記特許文献1のようにメイン噴射とプレ噴射の噴射間隔は互いに近接し、加えて、微量であるプレ噴射の貫徹力は小さく、一方、噴射量の多いメイン噴射の貫徹力は大きい。このため、メイン噴射が噴射されるまでの間隔におけるプレ噴射の飛翔距離は短く、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧とが重なってしまい、メイン噴射の燃料噴霧が空気を取り込むことを阻害しスモークが発生するという問題を有する。
By the way, as in
特願2013-018824で提案した燃焼室の周縁部に中心を挟んで相対向するように一対の燃料噴射弁を配置し、一対の燃焼噴射弁は互いに異なる領域に燃料を噴射させるディーゼルエンジンにおいては、空気利用率の向上では大きな効果が見られるものの、燃焼音の低減やNOxの低減については解決されていない。そこで、この課題を解決するために、上記特許文献1に開示されているようなプレ噴射システムを組み込むことが考えられるが、プレ噴射を行う所定の運転領域では、先行するプレ噴射の燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧とが重なることで、メイン噴射の燃料噴霧が空気を取り込むことを阻害するため、ピストン壁面に到達するまでの飛翔距離の長さを確保したことによる空気の利用率向上効果を得られていない。
In a diesel engine in which a pair of fuel injection valves are arranged so as to face each other across the center of the periphery of the combustion chamber proposed in Japanese Patent Application 2013-018824, and the pair of combustion injection valves inject fuel into different regions Although a great effect can be seen in improving the air utilization rate, reduction of combustion noise and NOx have not been solved. Therefore, in order to solve this problem, it is conceivable to incorporate a pre-injection system as disclosed in
このプレ噴射とメイン噴射の重なりを防止する対策として、例えばプレ噴射とメイン噴射の噴射間隔を長く設定する方法が考えられるが、噴射間隔が長いとプレ噴射による予混合燃焼とメイン噴射による拡散燃焼との間隔が広がってしまいメイン噴射による急激な燃焼を抑制することができない。一方、噴射間隔が短いと上述のように燃料噴霧が重なってしまうため、適切な燃料噴射制御には燃料噴霧の飛翔距離に加えて燃焼時期まで考慮しなければならず、従来よりも高度な燃料噴射制御技術が要求される。また、ディーゼルエンジンでは着火時期などが燃焼室内の状態に強く影響されるため、エンジン回転数、負荷などをさらに加味して燃料噴射制御を行わなければならず現実的には非常に困難である。 As a countermeasure for preventing the overlap between the pre-injection and the main injection, for example, a method of setting a long injection interval between the pre-injection and the main injection is conceivable, but if the injection interval is long, premixed combustion by the pre-injection and diffusion combustion by the main injection are considered. And the rapid combustion due to the main injection cannot be suppressed. On the other hand, if the injection interval is short, the fuel sprays overlap as described above, so appropriate fuel injection control must take into account not only the flight distance of the fuel sprays but also the combustion timing. Injection control technology is required. Further, in a diesel engine, the ignition timing and the like are strongly influenced by the state in the combustion chamber, so that fuel injection control must be performed in consideration of the engine speed, load, etc., which is very difficult in practice.
本発明は、斯かる課題に鑑みてなされたものであり、プレ噴射を行う所定の運転領域においても、燃焼室内の空気の利用率を高めて煤の発生量を効果的に低減したディーゼルエンジンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and even in a predetermined operation region in which pre-injection is performed, a diesel engine that effectively reduces the generation amount of soot by increasing the utilization rate of air in the combustion chamber. The purpose is to provide.
上記課題を解決するものとして、請求項1に記載の発明は、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料を自着火により燃焼させるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、シリンダ軸線方向から見た燃焼室の平面視中心を挟んで相対向するシリンダ周辺位置に配置された第1燃料噴射弁および第2燃料噴射弁を有し、上記第1燃料噴射弁および第2燃料噴射弁の双方を通る直線を対称軸とし、シリンダ軸線方向から見た燃焼室の平面視領域を該対称軸で二分した場合の一側を第1領域、他側を第2領域としたとき、上記第1燃料噴射弁は上記第1領域に向けて燃料を噴射し、上記第2燃料噴射弁は上記第2領域に向けて燃料を噴射するよう配置されており、
一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行った場合、他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行うことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置である。
In order to solve the above problems, the invention according to
The fuel injection control device for a diesel engine is characterized in that when pre-injection is performed by one fuel injection valve, main injection is performed by the other fuel injection valve.
本発明によれば、メイン噴射とプレ噴射とを相対向且つ噴射領域が重複しない燃料噴射弁にそれぞれ分担することで、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧とが重なることを防止し、結果として燃焼室内の空気の利用率を高めて煤の発生量を効果的に低減することが可能となる。 According to the present invention, the pre-injection flame or fuel spray and the main injection fuel spray overlap each other by sharing the main injection and the pre-injection with the fuel injection valves that face each other and do not overlap the injection region. As a result, the utilization rate of air in the combustion chamber can be increased and the amount of soot generated can be effectively reduced.
請求項2に記載の発明は、上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、上記メイン噴射の要求噴射量が所定量以上の場合、上記メイン噴射を上記一方の燃料噴射弁と上記他方の燃料噴射弁とで分割して噴射することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置である。 According to a second aspect of the present invention, when the pre-injection is performed by the one fuel injection valve and the main injection is performed by the other fuel injection valve, when the required injection amount of the main injection is a predetermined amount or more, A fuel injection device for a diesel engine, wherein main injection is divided and injected by the one fuel injection valve and the other fuel injection valve.
この構成によれば、シリンダ周辺位置に中心を挟んで相対向するように一対の燃料噴射弁を配置し、一対の燃焼噴射弁は互いに異なる領域に燃料を噴射するディーゼルエンジンでは、燃料噴射弁のピストン壁面に傾いた側では燃料噴射弁とピストン壁面との距離が近くなってしまい、燃料噴射弁とピストン壁面との距離を長くするためには噴射方向を限定する必要があり、一方の燃料噴射弁で噴射可能な燃料量は従来のディーゼルエンジンに比べて少なくなっているが、メイン噴射を両燃料噴射弁で分割することで、要求噴射量を確保する。加えて、プレ噴射と同じ噴射弁から噴射するメイン噴射の燃料噴射量は分割された分だけ少量になっているため貫徹力が小さく飛翔距離も短くなっており、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧とが重なる部分が減り、結果として適切な燃料噴射と、燃焼室内の空気の利用率を高めた煤の発生量の効果的な低減とを両立することが可能となる。 According to this configuration, in the diesel engine in which the pair of fuel injection valves are arranged so as to face each other with the center between the cylinder peripheral positions, and the pair of combustion injection valves inject fuel into different regions, the fuel injection valve On the side inclined to the piston wall surface, the distance between the fuel injection valve and the piston wall surface becomes short, and in order to increase the distance between the fuel injection valve and the piston wall surface, it is necessary to limit the injection direction. Although the amount of fuel that can be injected by the valve is smaller than that of a conventional diesel engine, the required injection amount is ensured by dividing the main injection by both fuel injection valves. In addition, the fuel injection amount of the main injection injected from the same injection valve as the pre-injection is small by the divided amount, so the penetration force is small and the flight distance is short, and the flame or fuel of the preceding pre-injection The portion where the spray and the fuel spray of the main injection overlap is reduced, and as a result, it becomes possible to achieve both appropriate fuel injection and effective reduction of the amount of soot generated by increasing the air utilization rate in the combustion chamber. .
請求項3に記載の発明は、上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、上記メイン噴射の要求噴射量が所定量以上の場合、所定量のメイン噴射を他方の燃料噴射弁により噴射し、所定量と要求噴射量の差分を上記一方の燃料噴射弁により噴射することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置である。 According to a third aspect of the present invention, when the pre-injection is performed by the one fuel injection valve and the main injection is performed by the other fuel injection valve, the required injection amount of the main injection is greater than or equal to a predetermined amount, A fuel injection device for a diesel engine, wherein a fixed amount of main injection is injected by the other fuel injection valve, and a difference between a predetermined amount and a required injection amount is injected by the one fuel injection valve.
この構成によれば、要求噴射量に足りない噴射量だけを一方の燃料噴射弁から噴射するため、プレ噴射と同じ噴射弁から噴射するメイン噴射の燃料噴射量を必要最低限に抑えることでメイン噴射の貫徹力及び飛翔距離も抑制され、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧とが重なる部分がさらに減り、結果として適切な燃料噴射と、燃焼室内の空気の利用率を高めた煤の発生量の効果的な低減とを両立することが可能となる。 According to this configuration, since only the injection amount that is less than the required injection amount is injected from one fuel injection valve, the main injection fuel injection amount that is injected from the same injection valve as the pre-injection is suppressed to the minimum necessary. The penetration force and flight distance of the injection are also suppressed, and the portion where the preceding pre-injection flame or fuel spray overlaps with the fuel spray of the main injection is further reduced, resulting in an appropriate fuel injection and the utilization rate of air in the combustion chamber. It is possible to achieve both an effective reduction in the amount of generated soot.
請求項4に記載の発明は上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記一方の燃料噴射弁及び上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、一方の燃料噴射弁によるメイン噴射は、他方の燃料噴射弁によるメイン噴射の噴射時期に比べて遅角させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 According to a fourth aspect of the present invention, when the one fuel injection valve performs pre-injection and the one fuel injection valve and the other fuel injection valve perform main injection, the main injection by one fuel injection valve is A fuel injection control device for a diesel engine, wherein the fuel injection control device retards the injection timing of main injection by the other fuel injection valve.
この構成によれば、拡散燃焼に相当するメイン噴射の着火時期は他方のメイン噴射の噴射開始時期により決まるため、プレ噴射による予混合燃焼とメイン噴射による拡散燃焼との間隔を広げることなく、プレ噴射とメイン噴射との噴射間隔を広げ、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧との重なりを減らし、結果として適切な燃焼間隔の制御と、燃焼室内の空気の利用率を高めた煤の発生量の効果的な低減を両立することが可能となる。 According to this configuration, since the ignition timing of the main injection corresponding to diffusion combustion is determined by the injection start timing of the other main injection, the pre-combustion combustion by the pre-injection and the diffusion combustion by the main injection are not widened. Increase the injection interval between the injection and the main injection, reduce the overlap between the preceding pre-injection flame or fuel spray and the main injection fuel spray, resulting in proper combustion interval control and utilization of air in the combustion chamber It is possible to achieve both an effective reduction in the amount of generated soot.
請求項5に記載の発明は上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記一方の燃料噴射弁及び上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、一方の燃料噴射弁によるメイン噴射の噴射終了時期を、他方の燃料噴射弁によるメイン噴射の燃料噴射終了時期と同期させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置である。 According to the fifth aspect of the present invention, pre-injection is performed by the one fuel injection valve, and main injection by the one fuel injection valve is performed when the main injection is performed by the one fuel injection valve and the other fuel injection valve. A fuel injection control device for a diesel engine, characterized in that an injection end timing is synchronized with a fuel injection end timing of main injection by the other fuel injection valve.
この構成によれば、一方の燃料噴射弁によるメイン噴射の燃料噴射終了時期を他方の燃料噴射弁によるメイン噴射の燃料噴射終了時期と同期させるため、一方のメイン噴射の燃料噴射時期を遅角したとしても燃焼期間を広げることなく、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧との重なりを減らし、結果として適切な燃焼終了時期の制御と、燃焼室内の空気の利用率を高めた煤の発生量の効果的な低減とを両立することが可能となる。 According to this configuration, in order to synchronize the fuel injection end timing of the main injection by one fuel injection valve with the fuel injection end timing of the main injection by the other fuel injection valve, the fuel injection timing of one main injection is retarded However, without extending the combustion period, the overlap between the preceding pre-injection flame or fuel spray and the main injection fuel spray is reduced, and as a result, the control of the appropriate combustion end timing and the utilization rate of air in the combustion chamber are increased. It is possible to achieve both an effective reduction in the amount of soot generated.
請求項6に記載の発明は上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記一方の燃料噴射弁及び上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、一方の燃料噴射弁によるメイン噴射の燃料噴射時期の遅角量を運転状態に応じて決定することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置である。 According to the sixth aspect of the present invention, pre-injection is performed by the one fuel injection valve, and main injection by the one fuel injection valve is performed when main injection is performed by the one fuel injection valve and the other fuel injection valve. A fuel injection control device for a diesel engine, wherein a retard amount of fuel injection timing is determined according to an operating state.
この構成によれば、車両の運転状態に応じて一方の燃料噴射弁によるメイン噴射の燃料噴射時期の遅角量を決定することにより、運転状態のその時々に応じて運転への影響の少ない範囲での遅角量を設定できるため、運転状態へ影響を与えずにプレ噴射による予混合燃焼とメイン噴射による拡散燃焼との間隔を広げ、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧との重なりを減らし、結果として適切な運転状態の維持と、燃焼室内の空気の利用率を高めた煤の発生量の効果的な低減とを両立することが可能となる。 According to this configuration, by determining the retardation amount of the fuel injection timing of the main injection by the one fuel injection valve according to the driving state of the vehicle, a range having a small influence on the driving according to the driving state from time to time. Since the delay amount can be set at the time, the interval between the premixed combustion by the pre-injection and the diffusion combustion by the main injection is expanded without affecting the operation state, and the preceding pre-injected flame or fuel spray and the fuel of the main injection As a result, it is possible to reduce the overlap with spraying and maintain both an appropriate operating state and effectively reduce the amount of soot generated by increasing the utilization rate of air in the combustion chamber.
以上説明したように、前記のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によると、プレ噴射を行う運転領域にあるときには、一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行うとともに、一方の噴射弁とは相対向且つ噴射領域が重複しない他方の噴射弁によりメイン噴射を行うことで、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧とが重なることを防止して、燃焼室内の空気の利用率を高めて煤の発生量を効果的に低減することができる。
As described above, according to the fuel injection control device for a diesel engine described above, when in the operation region in which the pre-injection is performed, the pre-injection is performed by one fuel injection valve, and the one injection valve is opposed to and injects. By performing the main injection with the other injection valve that does not overlap the region, the preceding pre-injection flame or fuel spray and the main injection fuel spray are prevented from overlapping, and the utilization rate of air in the combustion chamber is increased. The amount of soot can be effectively reduced.
(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
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行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10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
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
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の運転状態がプレ噴射を実行する運転領域か否かをマップ(図示省略)から判定する。プレ噴射を実行する運転領域であればYESとなり、ステップS4に進む。そして。ステップS4では、エンジン要求出力とエンジン回転速度とに基づいてプレ噴射の燃料噴射量が設定される。続くステップS5ではエンジン要求出力とエンジン回転速度とに基づいてメイン噴射の燃料噴射量が設定される。
In step S3, it is determined from a map (not shown) whether or not the operating state of the
ステップS6では、メイン噴射の燃料噴射量が所定量T以下であればYESとなりステップS7へ進む。そして、ステップS7において、第1燃料噴射弁4Aによりプレ噴射を実行し、続くステップS8において、第2燃料噴射弁4Bによりメイン噴射を実行しリターンする。尚、所定量Tは燃料噴射弁の性能、燃料噴射弁とピストン壁面の距離などを考慮して設定される。
In step S6, if the fuel injection amount of the main injection is equal to or less than the predetermined amount T, the determination becomes YES and the process proceeds to step S7. Then, in step S7, pre-injection is executed by the first
これにより、図8に示すように、メイン噴射とプレ噴射とを相対向且つ噴射領域が重複しない燃料噴射弁にそれぞれ分担することで、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧との重なりが回避される。結果として燃焼室内の空気の利用率を高めて煤の発生量を効果的に低減することが可能となる。 Thus, as shown in FIG. 8, the main injection and the pre-injection are respectively assigned to the fuel injection valves that are opposed to each other and do not overlap the injection region, so that the preceding pre-injection flame or fuel spray and the main injection fuel spray Overlap is avoided. As a result, it is possible to increase the utilization rate of air in the combustion chamber and effectively reduce the amount of soot generated.
また、ステップS6において、メイン噴射の燃料噴射量が所定量Tより大きい場合NOとなりステップS9へ進む。ステップS9では、ステップS5で演算されたメイン噴射の燃料噴射量が第2燃料噴射弁4Bにより噴射されるメイン噴射(初段)と第1燃料噴射弁4Aにより噴射される分割メイン噴射とに分割するよう演算される。具体的には、メイン噴射(初段)の燃料噴射量がTに設定され、分割メイン噴射の燃料噴射量がステップS5で演算されたメイン噴射の燃料噴射量からTを引いた値に設定される。ステップS10では、分割メイン噴射がメイン噴射(初段)の噴射時期に対してΔθだけ遅れて噴射されるよう、エンジン要求出力とエンジン回転速度とに基づいてΔθが演算される。ステップS11において、第1燃料噴射弁4Aによりプレ噴射を実行し、続くステップS12において、第2燃料噴射弁4Bによりメイン噴射(初段)を実行する。ステップS13においてメイン噴射(初段)の噴射時期からΔθ遅れて第1燃料噴射弁4Aから分割メイン噴射を実行しリターンする。
In step S6, if the fuel injection amount of the main injection is larger than the predetermined amount T, NO is determined and the process proceeds to step S9. In step S9, the fuel injection amount of the main injection calculated in step S5 is divided into main injection (first stage) injected by the second
これにより、プレ噴射と同じ噴射弁により実行される分割メイン噴射の間隔を空け、加えて、分割メイン噴射の燃料噴射量は分割している分だけの少量であり貫徹力が小さく飛翔距離が短いため、図9に示すように、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧と分割メイン噴射の燃料噴霧との重なりが回避され、結果として適切な燃料噴射と燃焼室内の空気の利用率を高めた煤の発生量の効果的な低減とを両立することが可能となる。 Thereby, the interval of the divided main injection executed by the same injection valve as that of the pre-injection is made, and in addition, the fuel injection amount of the divided main injection is a small amount corresponding to the division, the penetration force is small and the flight distance is short. Therefore, as shown in FIG. 9, the overlap of the preceding pre-injection flame or fuel spray and the split main-injection fuel spray is avoided, and as a result, the appropriate fuel injection and the utilization rate of air in the combustion chamber are increased. It is possible to achieve both an effective reduction in the amount of generation.
また、Δθが大きいと分割メイン噴射の燃焼時期が遅れトルクが低くなってしまい、特にトルクが必要な運転状態では影響が大きい。したがって、Δθをトルクが必要な運転状態では小さい値に設定するなど、運転状態に応じて適切な範囲に設定することが好ましい。 Further, if Δθ is large, the combustion timing of the divided main injection is delayed and the torque becomes low, and the influence is great particularly in an operating state where torque is required. Therefore, it is preferable to set Δθ to an appropriate range according to the driving state, such as setting a small value in the driving state where torque is required.
これにより、運転状態のその時々に応じて運転への影響の少ない範囲での遅角量を設定できるため、運転状態へ影響を与えずにプレ噴射による予混合燃焼とメイン噴射による拡散燃焼との間隔を広げ、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧とメイン噴射の燃料噴霧との重なりを減らし、結果として適切な運転状態の維持と、燃焼室内の空気の利用率を高めた煤の発生量の効果的な低減とを両立することが可能となる。 As a result, it is possible to set the retard amount in a range where the influence on the operation is small depending on the operation state, so that the premixed combustion by the pre-injection and the diffusion combustion by the main injection are not affected without affecting the operation state. Widening the interval, reducing the overlap between the preceding pre-injection flame or fuel spray and the main injection fuel spray, resulting in the maintenance of proper operating conditions and increased soot generation that increases the utilization of air in the combustion chamber It is possible to achieve both effective reduction.
図10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S13においては、図10に示すように、第1燃料噴射弁4Bのメイン噴射(初段)の噴射開始時期からΔθだけ遅れて第2燃料噴射弁4Aの分割メイン噴射が実行される。
FIG. 10 is a time chart showing the injection timing of the first and second
In step S13 of the flowchart of FIG. 7, as shown in FIG. 10, the divided main injection of the second
図11は、別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11に示すように、第1燃料噴射弁4Bのメイン噴射(初段)の噴射終了時期と第2燃料噴射弁4Aの分割メイン噴射の終了時期とを同期させても良い。
FIG. 11 is a time chart showing the injection timing of the first and second
As shown in FIG. 11, the injection end timing of the main injection (first stage) of the first
これにより、燃焼期間を広げることなく、プレ噴射と同じ噴射弁により実行される分割メイン噴射の間隔を空け、加えて、分割メイン噴射の燃料噴射量は分割している分だけの少量であり貫徹力が小さく飛翔距離が短いため、先行するプレ噴射の火炎もしくは燃料噴霧と分割メイン噴射の燃料噴霧との重なりが回避され、結果として適切な燃焼期間の制御と燃焼室内の空気の利用率を高めた煤の発生量の効果的な低減とを両立することが可能となる。 This increases the interval of the divided main injection executed by the same injection valve as the pre-injection without widening the combustion period. In addition, the fuel injection amount of the divided main injection is a small amount corresponding to the divided amount, and is not penetrated. Since the force is small and the flight distance is short, the overlap between the preceding pre-injection flame or fuel spray and the split main-injection fuel spray is avoided, resulting in an appropriate control of the combustion period and increased utilization of air in the combustion chamber It is possible to achieve both an effective reduction in the amount of soot generated.
なお、上記実施形態では、第1燃料噴射弁4Aがプレ噴射及び分割メイン噴射を実行し、第2燃料噴射弁4Bメイン噴射及びメイン噴射(初段)を実行していたが、第1燃料噴射弁4Bがプレ噴射及び分割メイン噴射を実行し、第1燃料噴射弁4Aがメイン噴射及びメイン噴射(初段)するように変更しても良く、所定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 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.
本発明はディーゼルエンジンに関する発明であり、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 diesel engine, and is useful when stable combustion is performed 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
Claims (6)
シリンダ軸線方向から見た燃焼室の平面視中心を挟んで相対向するシリンダ周辺位置に配置された第1燃料噴射弁および第2燃料噴射弁を有し、上記第1燃料噴射弁および第2燃料噴射弁の双方を通る直線を対称軸とし、シリンダ軸線方向から見た燃焼室の平面視領域を該対称軸で二分した場合の一側を第1領域、他側を第2領域としたとき、上記第1燃料噴射弁は上記第1領域に向けて燃料を噴射し、上記第2燃料噴射弁は上記第2領域に向けて燃料を噴射するよう配置されており、
一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行った場合、他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行うことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 In a fuel injection control device for a diesel engine that burns fuel injected from a fuel injection valve into a combustion chamber by self-ignition,
A first fuel injection valve and a second fuel injection valve are disposed at cylinder peripheral positions facing each other across the center of the combustion chamber as viewed from the cylinder axial direction. When a straight line passing through both of the injection valves is a symmetric axis, and when the plane view region of the combustion chamber viewed from the cylinder axial direction is divided by the symmetric axis, one side is a first region and the other side is a second region, The first fuel injection valve is arranged to inject fuel toward the first region, and the second fuel injection valve is arranged to inject fuel toward the second region;
A fuel injection control device for a diesel engine, characterized in that when pre-injection is performed by one fuel injection valve, main injection is performed by the other fuel injection valve.
上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、メイン噴射の要求噴射量が所定量以上の場合、メイン噴射を上記一方の燃料噴射弁と上記他方の燃料噴射弁とで分割して噴射することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。 The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 1,
When pre-injection is performed by the one fuel injection valve and main injection is performed by the other fuel injection valve, if the required injection amount of the main injection is greater than or equal to a predetermined amount, the main injection is changed to the one fuel injection valve and the above A fuel injection device for a diesel engine, wherein the fuel injection device is divided and injected with the other fuel injection valve.
上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、メイン噴射の要求噴射量が所定量以上の場合、所定量のメイン噴射を他方の燃料噴射弁により噴射し、所定量と要求噴射量の差分を上記一方の燃料噴射弁により噴射することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。 The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 1,
When the pre-injection is performed by the one fuel injection valve and the main injection is performed by the other fuel injection valve, if the required injection amount of the main injection is equal to or greater than a predetermined amount, the predetermined amount of main injection is changed to the other fuel injection valve. The fuel injection device for a diesel engine is characterized in that a difference between a predetermined amount and a required injection amount is injected by the one fuel injection valve.
上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記一方の燃料噴射弁及び上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、一方の燃料噴射弁によるメイン噴射は、他方の燃料噴射弁によるメイン噴射の噴射時期に比べて遅角させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 In the fuel-injection control apparatus of the diesel engine of Claims 2-3,
When performing the pre-injection by the one fuel injection valve and performing the main injection by the one fuel injection valve and the other fuel injection valve, the main injection by one fuel injection valve is the main injection by the other fuel injection valve. A fuel injection control device for a diesel engine, wherein the fuel injection control device is retarded compared to an injection timing of injection.
上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記一方の燃料噴射弁及び上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、一方の燃料噴射弁によるメイン噴射の噴射終了時期を、他方の燃料噴射弁によるメイン噴射の燃料噴射の終了時期と同期させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 4,
When the pre-injection is performed by the one fuel injection valve and the main injection is performed by the one fuel injection valve and the other fuel injection valve, the injection end timing of the main injection by the one fuel injection valve is determined as the other fuel injection valve. A fuel injection control device for a diesel engine, wherein the fuel injection control device is synchronized with a fuel injection end timing of main injection by an injection valve.
上記一方の燃料噴射弁によりプレ噴射を行い、上記一方の燃料噴射弁及び上記他方の燃料噴射弁によりメイン噴射を行う際に、一方の燃料噴射弁によるメイン噴射の燃料噴射時期の遅角量を運転状態に応じて決定することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device for a diesel engine according to claim 4,
When performing the pre-injection by the one fuel injection valve and performing the main injection by the one fuel injection valve and the other fuel injection valve, the retard amount of the fuel injection timing of the main injection by the one fuel injection valve is set. A fuel injection control device for a diesel engine, which is determined in accordance with an operating state.
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