JP2015169139A - Control device of direct injection gasoline engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce cooling loss in a case when a temperature of a wall surface of a combustion chamber is low.SOLUTION: An engine 1 includes an engine body having a piston 15 disposed in a cylinder 11 to define a combustion chamber 17 by the cylinder 11 and the piston 15, an injector 33 for injecting a fuel including at least gasoline into the combustion chamber 17 from a nozzle port 41, and an engine controller 100 forming an air-fuel mixture layer G1 at a central portion 17, and forming a heat-insulating gas layer G2 around the air-fuel mixture layer G1 by controlling an injection mode of the injector 33. The engine controller 100 increases a thickness of the heat-insulating gas layer G2 in accordance with decrease of a temperature of a wall surface of the combustion chamber 17.

Description

ここに開示された技術は、直噴ガソリンエンジンの制御装置に関するものである。   The technology disclosed herein relates to a control device for a direct injection gasoline engine.

エンジンにおいては熱効率を向上させることが好ましく、その１つの手法として冷却損失を低減させることがある。特許文献１に係るエンジンにおいては、燃焼室を区画する壁面を断熱材で構成することによって、燃焼室の壁面における冷却損失を低減している。   In an engine, it is preferable to improve thermal efficiency, and one of the methods is to reduce cooling loss. In the engine according to Patent Document 1, the cooling loss on the wall surface of the combustion chamber is reduced by configuring the wall surface defining the combustion chamber with a heat insulating material.

特開２００９−２４３３５５号公報JP 2009-243355 A

例えば、エンジン始動時、燃料カット後に燃料噴射を再開するとき、及び、アイドル運転状態時等においては、燃焼室の壁面の温度が低くなる場合がある。燃焼室の壁面の温度が低いときには、該壁面に放熱される熱量が大きくなるため、上記冷却損失が大きくなる。   For example, the temperature of the wall surface of the combustion chamber may be low when the engine is started, when fuel injection is resumed after fuel cut, and when the engine is idling. When the temperature of the wall surface of the combustion chamber is low, the amount of heat dissipated to the wall surface increases, and thus the cooling loss increases.

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼室の壁面の温度が低い場合に冷却損失の低減を図ることにある。   The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to reduce the cooling loss when the temperature of the wall surface of the combustion chamber is low.

ここに開示された技術は、直噴ガソリンエンジンの制御装置を対象としている。この直噴ガソリンエンジンの制御装置は、気筒内に設けられたピストンを有し、該気筒及び該ピストンによって燃焼室が区画されるエンジン本体と、少なくともガソリンを含む燃料を上記燃焼室内に噴口を介して噴射するインジェクタと、上記インジェクタの噴射態様を制御することによって、上記燃焼室の中央部に混合気層を形成し且つ該混合気層の周囲に断熱ガス層を形成する制御部とを備え、上記制御部は、上記燃焼室の壁面の温度が低いほど、上記断熱ガス層の厚みを厚くするガス層制御を行う。   The technology disclosed herein is directed to a control device for a direct injection gasoline engine. This control device for a direct injection gasoline engine has a piston provided in a cylinder, an engine main body in which a combustion chamber is defined by the cylinder and the piston, and fuel containing at least gasoline in the combustion chamber via an injection port. An injector for injecting, and a control unit for controlling the injection mode of the injector to form an air-fuel mixture layer at the center of the combustion chamber and to form an adiabatic gas layer around the air-fuel mixture layer, The said control part performs gas layer control which thickens the thickness of the said heat insulation gas layer, so that the temperature of the wall surface of the said combustion chamber is low.

混合気層は、燃焼室内に、可燃混合気によって構成及び形成される層である。あるいは、混合気層は、当量比φ＝０．１以上の混合気層であると定義してもよい。その場合、断熱ガス層は、当量比φ＝０．１未満のガス層であると定義される。また、燃料の噴射開始から時間が経過すればするほど、燃料噴霧は拡散することから、混合気層の大きさ及び燃料濃度は、着火時点での大きさ及び濃度としてもよい。従って、着火時点において、燃焼室内で当量比φ＝０．１以上となった空間領域を、混合気層と定義することが可能であり、その着火時点での混合気層における燃料濃度を特定することが可能である。さらに、着火とは、例えば、燃料の燃焼質量割合が１％以上となることをもって判定することができる。   The air-fuel mixture layer is a layer constituted and formed by a combustible air-fuel mixture in the combustion chamber. Alternatively, the air-fuel mixture layer may be defined as an air-fuel mixture layer having an equivalent ratio φ = 0.1 or more. In that case, the adiabatic gas layer is defined as a gas layer having an equivalent ratio φ = 0.1. Further, as the time elapses from the start of fuel injection, the fuel spray diffuses. Therefore, the size of the air-fuel mixture layer and the fuel concentration may be the size and concentration at the time of ignition. Therefore, the space region where the equivalence ratio φ = 0.1 or more in the combustion chamber at the time of ignition can be defined as the air-fuel mixture layer, and the fuel concentration in the air-fuel mixture layer at the time of ignition is specified. It is possible. Furthermore, the ignition can be determined when, for example, the combustion mass ratio of the fuel becomes 1% or more.

上記の構成によれば、制御部は、燃焼室内の中央部に混合気層を形成し且つ該混合気層の周囲に断熱ガス層を形成する。混合気層と燃焼室の壁面との間に断熱ガス層を設けることによって、燃焼火炎が燃焼室の壁面に接触することを抑制すると共に、断熱ガス層を、燃焼火炎と燃焼室の壁面との間に介在する断熱層として機能させることで、冷却損失が低減する。   According to said structure, a control part forms a gas mixture layer in the center part in a combustion chamber, and forms a heat insulation gas layer around this gas mixture layer. By providing a heat insulating gas layer between the air-fuel mixture layer and the wall surface of the combustion chamber, the combustion flame is prevented from coming into contact with the wall surface of the combustion chamber, and the heat insulating gas layer is formed between the combustion flame and the wall surface of the combustion chamber. The cooling loss is reduced by functioning as a heat insulating layer interposed therebetween.

通常、燃焼室の壁面の温度が低いほど、燃焼火炎から燃焼室の壁面への放熱量が増大する。それに対して、制御部は、燃焼室の壁面の温度が低いほど断熱ガス層の厚みを厚くする。これによって、燃焼室の壁面の温度が低い場合であっても、該壁面からの放熱量を低減することができる。   In general, the lower the temperature of the wall surface of the combustion chamber, the greater the amount of heat released from the combustion flame to the wall surface of the combustion chamber. In contrast, the control unit increases the thickness of the heat insulating gas layer as the temperature of the wall surface of the combustion chamber decreases. Thereby, even when the temperature of the wall surface of the combustion chamber is low, the amount of heat released from the wall surface can be reduced.

上記制御部は、上記エンジン本体の始動時、上記インジェクタからの燃料噴射を停止した後に燃料噴射を再開するとき（以下、噴射再開時という場合がある。）、又は上記エンジン本体のアイドル運転時に上記ガス層制御を行うようにしてもよい。   The control unit is configured to start the engine body, restart fuel injection after stopping fuel injection from the injector (hereinafter, sometimes referred to as injection restart), or idle operation of the engine body. Gas layer control may be performed.

これらエンジン始動時、噴射再開時及びアイドル運転時には、燃焼室の壁面の温度が、燃焼安定性に影響を与えるほどに低下する場合がある。エンジンの始動時は、それ以前に燃焼が行われていないので燃焼室の壁面の温度が低くなる場合がある。噴射再開時は、それ以前の燃料噴射停止期間が長い場合には、燃焼室の壁面の温度が大きく低下する場合がある。アイドル運転時には、噴射量や環境温度等によっては燃焼室の壁面の温度が低くなる場合がある。このような場合には、上記ガス層制御を行うことによって、冷却損失を低減し、燃焼安定性を向上させることができる。   When the engine is started, the injection is resumed, and the engine is idling, the temperature of the wall surface of the combustion chamber may be lowered to the extent that it affects the combustion stability. When the engine is started, the temperature of the wall surface of the combustion chamber may be low because combustion has not been performed before that time. When the injection is resumed, the temperature of the wall surface of the combustion chamber may greatly decrease if the previous fuel injection stop period is long. During idle operation, the temperature of the wall surface of the combustion chamber may become low depending on the injection amount, environmental temperature, and the like. In such a case, by performing the gas layer control, the cooling loss can be reduced and the combustion stability can be improved.

また、上記インジェクタは、上記噴口の有効断面積を調整可能に構成されており、上記制御部は、上記噴口の有効断面積を調整することによって上記ガス層制御を行うようにしてもよい。   Further, the injector may be configured to be able to adjust an effective sectional area of the nozzle hole, and the control unit may perform the gas layer control by adjusting an effective sectional area of the nozzle hole.

ここで、噴口の有効断面積が調整されると、噴口から噴射される燃料噴霧の粒径が変化する。燃料噴霧の粒径が変わると、燃料噴霧の運動量が変化する。燃料噴霧の運動量が変わると、燃料噴霧の飛散距離が変化する。例えば、噴口の有効断面積が小さくなるほど、燃料噴霧の粒径が小さくなり、燃料噴霧の飛散距離が短くなる。   Here, when the effective sectional area of the nozzle is adjusted, the particle size of the fuel spray injected from the nozzle changes. When the particle size of the fuel spray changes, the momentum of the fuel spray changes. When the momentum of the fuel spray changes, the scattering distance of the fuel spray changes. For example, as the effective sectional area of the nozzle becomes smaller, the particle size of the fuel spray becomes smaller and the scattering distance of the fuel spray becomes shorter.

また、燃料噴霧の粒径が小さくなると、燃料噴射時に形成される負圧領域に引き寄せられやすくなる。詳しくは、噴口を通じて燃焼室内に燃料が噴射されたときには、コアンダ効果によって噴口の近傍には負圧になる領域が発生する。燃料噴霧の粒径が小さい場合は、燃料噴霧は、負圧に引き寄せられ、広がりが抑制される。一方、燃料噴霧の粒径が大きい場合は、燃料噴霧は、負圧にあまり引き寄せられず、拡散しやすくなる。   Further, when the particle size of the fuel spray is reduced, the fuel spray is easily attracted to a negative pressure region formed at the time of fuel injection. Specifically, when fuel is injected into the combustion chamber through the nozzle, a negative pressure region is generated in the vicinity of the nozzle due to the Coanda effect. When the particle size of the fuel spray is small, the fuel spray is attracted to a negative pressure and the spread is suppressed. On the other hand, when the particle size of the fuel spray is large, the fuel spray is not attracted to the negative pressure so much and is easily diffused.

したがって、噴口の有効断面積を調整することによって、混合気層の大きさを調整することができ、ひいては、断熱ガス層の厚さを調整することができる。   Therefore, by adjusting the effective cross-sectional area of the nozzle hole, the size of the air-fuel mixture layer can be adjusted, and consequently the thickness of the heat insulating gas layer can be adjusted.

さらに、上記制御部は、上記インジェクタに上記噴口の有効断面積の増減を繰り返させ、上記燃焼室の壁面の温度が低いほど、該噴口の有効断面積の増減幅を大きくするようにしてもよい。   Further, the control unit may cause the injector to repeatedly increase or decrease the effective cross-sectional area of the nozzle hole, and increase or decrease the effective cross-sectional area of the nozzle hole as the temperature of the wall surface of the combustion chamber decreases. .

上記の構成によれば、噴口の有効断面積の増減が繰り返される。噴口の有効断面積の増減が繰り返されると、有効断面積が減少したときには粒径が小さい燃料噴霧が噴射されるため、噴口の有効断面積を一定にして燃料噴射を行う場合と比較して、燃料噴霧の広がりが抑制される。   According to said structure, increase / decrease in the effective cross-sectional area of a nozzle hole is repeated. When the effective area of the nozzle hole is repeatedly increased and decreased, when the effective area decreases, a fuel spray with a small particle size is injected, so compared with the case where fuel injection is performed with the effective area of the nozzle constant, The spread of fuel spray is suppressed.

そして、燃焼室の壁面の温度が低いほど、噴口の有効断面積の増減幅が大きく調整される。増減幅が大きくなるほど、粒径が小さい燃料噴霧の割合が増加するので、燃料噴霧の広がりが抑制される傾向にある。その結果、燃焼室の壁面の温度が低いほど、混合気層の大きさが小さくなり、断熱ガス層の厚さが厚くなる。   And the increase / decrease width of the effective cross-sectional area of a nozzle hole is adjusted large, so that the temperature of the wall surface of a combustion chamber is low. As the increase / decrease width increases, the ratio of the fuel spray having a small particle size increases, so that the spread of the fuel spray tends to be suppressed. As a result, the lower the temperature of the wall surface of the combustion chamber, the smaller the mixture layer size and the thicker the heat insulating gas layer.

また、上記制御部は、上記インジェクタに上記噴口の有効断面積の増減を繰り返させ、上記燃焼室の壁面の温度が低いほど、隣り合う、該噴口の有効断面積のピークの時間間隔を長くするようにしてもよい。   In addition, the control unit causes the injector to repeatedly increase and decrease the effective sectional area of the nozzle hole, and the lower the temperature of the wall surface of the combustion chamber, the longer the time interval of the peak of the adjacent effective sectional area of the nozzle hole. You may do it.

上記の構成によれば、隣り合う、噴口の有効断面積のピークの時間間隔が長いことは、噴口の有効断面積が小さい期間の割合が大きいことを意味する。そのため、噴口の有効断面積のピークの時間間隔が長くなるほど、負圧領域に引き寄せられる燃料噴霧が多くなり、燃料噴霧の広がりが抑制される。その結果、燃焼室の壁面の温度が低いほど、混合気層の大きさが小さくなり、断熱ガス層の厚さが厚くなる。   According to said structure, that the time interval of the peak of the effective cross-sectional area of an adjacent nozzle hole is long means that the ratio of the period when the effective cross-sectional area of a nozzle hole is small is large. Therefore, the longer the time interval of the peak of the effective cross-sectional area of the nozzle hole, the more fuel spray that is attracted to the negative pressure region, and the spread of the fuel spray is suppressed. As a result, the lower the temperature of the wall surface of the combustion chamber, the smaller the mixture layer size and the thicker the heat insulating gas layer.

また、上記インジェクタは、上記噴口が形成されたノズル本体と、該噴口を開閉する弁体とを有し、該弁体のリフト量に応じて該噴口の有効断面積が変化するように構成されているようにしてもよい。   The injector includes a nozzle body in which the nozzle hole is formed and a valve body that opens and closes the nozzle hole, and is configured so that an effective sectional area of the nozzle port changes according to a lift amount of the valve body. You may be allowed to.

上記のインジェクタによれば、弁体のリフト量を調整することによって、噴口の有効断面積を調整することができ、ひいては、燃料噴霧の粒径を変更することができる。   According to the injector, by adjusting the lift amount of the valve body, it is possible to adjust the effective cross-sectional area of the injection hole, and thus, the particle size of the fuel spray can be changed.

上記構成によれば、燃焼室の壁面の温度が低い場合に冷却損失を低減することができる。   According to the above configuration, the cooling loss can be reduced when the temperature of the wall surface of the combustion chamber is low.

直噴ガソリンエンジンを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a direct injection gasoline engine. インジェクタの内部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of an injector. エンジンの運転マップを例示する図である。It is a figure which illustrates the driving | operation map of an engine. 燃焼室内に形成する混合気層の形状を概念的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows notionally the shape of the air-fuel | gaseous mixture layer formed in a combustion chamber. インジェクタから噴射する燃料噴霧の広がり方向を説明する図である。It is a figure explaining the spread direction of the fuel spray injected from an injector. 燃料の噴射間隔を示す図である。It is a figure which shows the injection interval of a fuel. 外開弁式のインジェクタのリフト量を示す図である。It is a figure which shows the lift amount of an outside valve-opening type injector. （Ａ）燃料の噴射間隔が長いときの燃料噴霧の広がりを示す概念図、（Ｂ）燃料の噴射間隔が短いときの燃料噴霧の広がりを示す概念図である。(A) Conceptual diagram showing the spread of fuel spray when the fuel injection interval is long, (B) Conceptual diagram showing the spread of fuel spray when the fuel injection interval is short. （Ａ）インジェクタのリフト量が小さいときの燃料噴霧の広がりを示す概念図、（Ｂ）インジェクタのリフト量が大きいときの燃料噴霧の広がりを示す概念図である。(A) The conceptual diagram which shows the spread of fuel spray when the lift amount of an injector is small, (B) The conceptual diagram which shows the spread of fuel spray when the lift amount of an injector is large. 始動領域及びアイドル領域における噴射態様を示す図であり、（Ａ）は、燃焼室の壁面の温度が第１温度未満の場合を、（Ｂ）は、燃焼室の温度が第１温度以上第２温度未満の場合を、（Ｃ）は、燃焼室の壁面の温度が第２温度以上の場合を示す。It is a figure which shows the injection aspect in a starting area | region and an idle area | region, (A) is a case where the temperature of the wall surface of a combustion chamber is less than 1st temperature, (B) is 2nd more than temperature 1st temperature. (C) shows a case where the temperature of the wall surface of the combustion chamber is equal to or higher than the second temperature. 始動領域及びアイドル領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。It is a figure which shows the fuel concentration distribution of the combustion chamber in a starting area | region and an idle area | region. その他の実施形態に係るインジェクタの内部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the injector which concerns on other embodiment.

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、直噴エンジン１（以下、単にエンジン１という）を概略的に示す。エンジン１は、エンジン本体に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及び、該センサからの信号に基づきアクチュエータを制御するエンジン制御器１００を含む。   FIG. 1 schematically shows a direct injection engine 1 (hereinafter simply referred to as an engine 1). The engine 1 includes various actuators associated with the engine body, various sensors, and an engine controller 100 that controls the actuators based on signals from the sensors.

エンジン１は、自動車等の車両に搭載され、その出力軸は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。エンジン１のエンジン本体は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ（気筒）１１が形成されている（図１では、シリンダ１１を１つのみ示す）。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、図示は省略するが冷却水が流れるウォータージャケットが形成されている。   The engine 1 is mounted on a vehicle such as an automobile, and its output shaft is connected to drive wheels via a transmission, although not shown. The vehicle is propelled by the output of the engine 1 being transmitted to the drive wheels. The engine body of the engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 mounted thereon, and a plurality of cylinders 11 are formed in the cylinder block 12 (in FIG. 1). , Only one cylinder 11 is shown). Although not shown, a water jacket through which cooling water flows is formed inside the cylinder block 12 and the cylinder head 13.

ここで、エンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。   Here, the fuel of the engine 1 is gasoline in the present embodiment, but it may be gasoline containing bioethanol or the like, and may be any fuel as long as it is a liquid fuel containing at least gasoline.

各シリンダ１１内には、ピストン１５が摺動自在にそれぞれ嵌挿されている。ピストン１５は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。図例では、燃焼室１７は所謂ペントルーフ型であり、その天井面（つまり、シリンダヘッド１３の下面）は吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン１５の冠面は、上記天井面に対応した凸形状をなしていて、冠面の中心部には、凹状のキャビティ（凹部）１５ａが形成されている。尚、上記天井面及びピストン１５の冠面の形状は、後述の、高い幾何学的圧縮比が実現するのであれば、どのような形状であってもよい。例えば、天井面及びピストン１５の冠面（つまり、キャビティ１５ａを除く部分）の両方が、シリンダ１１の中心軸に対して垂直な面で構成されていてもよく、天井面が上記のように三角屋根状をなす一方、ピストン１５の冠面（つまり、キャビティ１５ａを除く部分）がシリンダ１１の中心軸に対して垂直な面で構成されていてもよい。   A piston 15 is slidably inserted into each cylinder 11. The piston 15 divides the combustion chamber 17 together with the cylinder 11 and the cylinder head 13. In the illustrated example, the combustion chamber 17 is a so-called pent roof type, and its ceiling surface (that is, the lower surface of the cylinder head 13) has a triangular roof shape composed of two inclined surfaces on the intake side and the exhaust side. The crown surface of the piston 15 has a convex shape corresponding to the ceiling surface, and a concave cavity (concave portion) 15a is formed at the center of the crown surface. The shape of the ceiling surface and the crown surface of the piston 15 may be any shape as long as a high geometric compression ratio described later is realized. For example, both the ceiling surface and the crown surface of the piston 15 (that is, the portion excluding the cavity 15a) may be configured by surfaces perpendicular to the central axis of the cylinder 11, and the ceiling surface is triangular as described above. While forming a roof shape, the crown surface of the piston 15 (that is, the portion excluding the cavity 15 a) may be configured by a surface perpendicular to the central axis of the cylinder 11.

図１には１つのみ示すが、シリンダ１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（つまり、燃焼室１７の天井面における吸気側の傾斜面）に開口することで燃焼室１７に連通している。同様に、シリンダ１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（つまり、燃焼室１７の天井面の排気側の傾斜面）に開口することで燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、シリンダ１１内に導入される新気が流れる吸気通路（図示省略）に接続されている。吸気通路には、吸気流量を調整するスロットル弁２０が介設しており、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、スロットル弁２０の開度が調整される。一方、排気ポート１９は、各シリンダ１１からの既燃ガス（つまり、排気ガス）が流れる排気通路（図示省略）に接続されている。排気通路には、図示は省略するが、１つ以上の触媒コンバータを有する排気ガス浄化システムが配置される。触媒コンバータは、三元触媒を含む。   Although only one is shown in FIG. 1, two intake ports 18 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11, each of which is a lower surface of the cylinder head 13 (that is, an inclined surface on the intake side on the ceiling surface of the combustion chamber 17). Opening to communicate with the combustion chamber 17. Similarly, two exhaust ports 19 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11, and each opens to the lower surface of the cylinder head 13 (that is, the inclined surface on the exhaust side of the ceiling surface of the combustion chamber 17). 17 communicates. The intake port 18 is connected to an intake passage (not shown) through which fresh air introduced into the cylinder 11 flows. A throttle valve 20 for adjusting the intake flow rate is interposed in the intake passage, and the opening degree of the throttle valve 20 is adjusted in response to a control signal from the engine controller 100. On the other hand, the exhaust port 19 is connected to an exhaust passage (not shown) through which burned gas (that is, exhaust gas) from each cylinder 11 flows. Although not shown, an exhaust gas purification system having one or more catalytic converters is disposed in the exhaust passage. The catalytic converter includes a three-way catalyst.

シリンダヘッド１３には、吸気弁２１及び排気弁２２が、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構により、排気弁２２は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動される。吸気弁２１及び排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、シリンダ１１内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、図示は省略するが、それぞれ、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランクシャフトの回転と同期して回転する。また、少なくとも吸気弁駆動機構は、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式、電動式又は機械式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）２３を含んで構成されている。尚、ＶＶＴ２３と共に、弁リフト量を連続的に変更可能なリフト可変機構（ＣＶＶＬ（Continuous Variable Valve Lift））を備えるようにしてもよい。   The cylinder head 13 is provided with an intake valve 21 and an exhaust valve 22 so that the intake port 18 and the exhaust port 19 can be shut off (closed) from the combustion chamber 17, respectively. The intake valve 21 is driven by an intake valve drive mechanism, and the exhaust valve 22 is driven by an exhaust valve drive mechanism. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 reciprocate at a predetermined timing to open and close the intake port 18 and the exhaust port 19, respectively, and perform gas exchange in the cylinder 11. Although not shown, the intake valve drive mechanism and the exhaust valve drive mechanism each have an intake camshaft and an exhaust camshaft that are drivingly connected to the crankshaft. These camshafts are synchronized with the rotation of the crankshaft. Rotate. In addition, at least the intake valve drive mechanism includes a hydraulic, electric, or mechanical variable phase mechanism (VVT) 23 that can continuously change the phase of the intake camshaft within a predetermined angle range. It consists of In addition, you may make it provide the variable lift mechanism (CVVL (Continuous Variable Valve Lift)) which can change a valve lift amount continuously with VVT23.

また、シリンダヘッド１３には、点火プラグ３１が配設されている。この点火プラグ３１は、例えば、ねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に取付固定されている。点火プラグ３１は、図例では、シリンダ１１の中心軸に対し、排気側に傾斜した状態で取付固定されており、その先端部は燃焼室１７の天井部に臨んでいる。この点火プラグ３１の先端部は、後述のインジェクタ３３のノズル口４１の近傍に位置する。尚、点火プラグ３１の配置はこれに限定されるものではない。本実施形態では、点火プラグ３１は、プラズマ点火式のプラグであり、点火システム３２はプラズマ発生回路を備える。そして、点火プラグ３１は、点火システム３２によって放電でプラズマを発生させ、そのプラズマを点火プラグ３１の先端から気筒内にジェット状に噴射させて、燃料の点火を行う。点火システム３２は、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、点火プラグ３１が所望の点火タイミングでプラズマを発生するよう、それに通電する。尚、点火プラグ３１は、プラズマ点火式のプラグに限らず、一般によく使用されている火花点火式のプラグであってもよい。   A spark plug 31 is disposed on the cylinder head 13. The spark plug 31 is attached and fixed to the cylinder head 13 by a known structure such as a screw. In the illustrated example, the spark plug 31 is attached and fixed in a state inclined to the exhaust side with respect to the central axis of the cylinder 11, and the tip thereof faces the ceiling of the combustion chamber 17. The tip of the spark plug 31 is located in the vicinity of a nozzle port 41 of an injector 33 described later. The arrangement of the spark plug 31 is not limited to this. In the present embodiment, the ignition plug 31 is a plasma ignition type plug, and the ignition system 32 includes a plasma generation circuit. The spark plug 31 generates plasma by discharge by the ignition system 32 and injects the plasma into the cylinder from the tip of the spark plug 31 to ignite the fuel. The ignition system 32 receives a control signal from the engine controller 100 and energizes the ignition plug 31 to generate plasma at a desired ignition timing. The spark plug 31 is not limited to a plasma ignition type plug, but may be a spark ignition type plug that is commonly used.

シリンダヘッド１３におけるシリンダ１１の中心軸上には、気筒内（つまり、燃焼室１７内）に燃料を直接噴射するインジェクタ３３が配設されている。このインジェクタ３３は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド１３に取付固定されている。インジェクタ３３の先端は、燃焼室１７の天井部の中心に臨んでいる。   On the central axis of the cylinder 11 in the cylinder head 13, an injector 33 that directly injects fuel into the cylinder (that is, in the combustion chamber 17) is disposed. The injector 33 is fixedly attached to the cylinder head 13 with a known structure such as using a bracket. The tip of the injector 33 faces the center of the ceiling of the combustion chamber 17.

図２に示すように、インジェクタ３３は、シリンダ１１内に燃料を噴射するノズル口４１が形成されたノズル本体４０と、ノズル口４１を開閉する外開弁４２とを有する、外開弁式のインジェクタである。インジェクタ３３は、所定の中心軸Ｓに対して傾斜する方向であって該中心軸Ｓを中心とする径方向外側へ広がる方向へ燃料を噴射すると共に、ノズル口４１の有効断面積を調整可能に構成されている。ノズル口４１は、噴口の一例であり、外開弁４２は、弁体の一例である。   As shown in FIG. 2, the injector 33 has an outer valve-opening type having a nozzle body 40 in which a nozzle port 41 for injecting fuel into the cylinder 11 is formed, and an outer valve 42 for opening and closing the nozzle port 41. It is an injector. The injector 33 injects fuel in a direction that is inclined with respect to a predetermined central axis S and spreads radially outward from the central axis S, and can adjust the effective sectional area of the nozzle port 41. It is configured. The nozzle port 41 is an example of a nozzle hole, and the outer opening valve 42 is an example of a valve body.

ノズル本体４０は、中心軸Ｓに沿って延びる管状の部材であって、その内部を燃料が流通する。ノズル口４１の開口縁は、ノズル本体４０の先端部において、先端側ほど径が大きくなるテーパ状に形成されている。ノズル本体４０の基端側の端部は、内部にピエゾ素子４４が配設されたケース４５に接続されている。外開弁４２は、弁本体４２ａと、弁本体４２ａからノズル本体４０内を通ってピエゾ素子４４に接続された連結部４２ｂとを有している。弁本体４２ａは、ノズル本体４０の先端においてノズル本体４０から外側に露出している。弁本体４２ａの連結部４２ｂ側の部分が、ノズル口４１の開口縁と略同じ形状を有しており、該部分がノズル口４１の開口縁に当接（つまり、着座）しているときには、ノズル口４１が閉状態となる。   The nozzle body 40 is a tubular member extending along the central axis S, and the fuel circulates therein. The opening edge of the nozzle port 41 is formed in a tapered shape whose diameter increases toward the tip side at the tip portion of the nozzle body 40. The proximal end of the nozzle body 40 is connected to a case 45 in which a piezo element 44 is disposed. The outer opening valve 42 includes a valve main body 42 a and a connecting portion 42 b that is connected from the valve main body 42 a through the nozzle main body 40 to the piezo element 44. The valve body 42 a is exposed to the outside from the nozzle body 40 at the tip of the nozzle body 40. When the portion of the valve body 42a on the side of the connecting portion 42b has substantially the same shape as the opening edge of the nozzle port 41, and the portion abuts (that is, sits) on the opening edge of the nozzle port 41, The nozzle port 41 is closed.

インジェクタ３３は、中心軸Ｓがシリンダ１１の中心軸Ｘ（つまり、気筒中心軸Ｘ）と一致し、ノズル口４１が燃焼室１７の天井部に臨む状態で配置されている。   The injector 33 is arranged such that the central axis S coincides with the central axis X of the cylinder 11 (that is, the cylinder central axis X) and the nozzle port 41 faces the ceiling portion of the combustion chamber 17.

ピエゾ素子４４は、電圧の印加による変形により、外開弁４２を中心軸方向に押圧してノズル本体４０のノズル口４１の開口縁からリフトさせることによって、ノズル口４１を開放する。このとき、燃料がノズル口４１から中心軸Ｓに対して傾斜した方向であって中心軸Ｓを中心とする半径方向へ広がる方向へ噴射される。具体的には、燃料は、中心軸Ｓを中心とするコーン状（詳しくはホローコーン状）に噴射される。そのコーンのテーパ角は、本実施形態では、９０°〜１００°である（ホローコーンにおける内側の中空部のテーパ角は７０°程度である）。そして、ピエゾ素子４４への電圧の印加が停止すると、ピエゾ素子４４が元の状態に復帰することで、外開弁４２がノズル口４１を再び閉状態とする。このとき、ケース４５内における連結部４２ｂの周囲に配設された圧縮コイルバネ４６がピエゾ素子４４の復帰を助長する。   The piezo element 44 opens the nozzle port 41 by pressing the outer opening valve 42 in the direction of the central axis and lifting it from the opening edge of the nozzle port 41 of the nozzle body 40 by deformation due to application of voltage. At this time, the fuel is injected in a direction that is inclined with respect to the central axis S from the nozzle opening 41 and spreads in a radial direction centering on the central axis S. Specifically, the fuel is injected in a cone shape (specifically, a hollow cone shape) around the central axis S. The taper angle of the cone is 90 ° to 100 ° in the present embodiment (the taper angle of the inner hollow portion of the hollow cone is about 70 °). When the application of voltage to the piezo element 44 is stopped, the piezo element 44 returns to the original state, and the outer opening valve 42 closes the nozzle port 41 again. At this time, the compression coil spring 46 disposed around the connecting portion 42 b in the case 45 facilitates the return of the piezo element 44.

ピエゾ素子４４に印加する電圧が大きいほど、外開弁４２の、ノズル口４１を閉じた状態からのリフト量（以下、単にリフト量という）が大きくなる（図７も参照）。このリフト量が大きいほど、ノズル口４１の開度（つまり、有効断面積）が大きくなってノズル口４１から気筒内に噴射される燃料噴霧の粒径が大きくなる。逆に、リフト量が小さいほど、ノズル口４１の開度が小さくなってノズル口４１から気筒内に噴射される燃料噴霧の粒径が小さくなる。ピエゾ素子４４の応答は速く、例えば１サイクル中に２０回程度の多段噴射が可能である。但し、外開弁４２を駆動する手段としては、ピエゾ素子４４には限られない。   As the voltage applied to the piezo element 44 increases, the lift amount (hereinafter simply referred to as lift amount) of the outer open valve 42 from the state in which the nozzle port 41 is closed increases (see also FIG. 7). The larger the lift amount, the larger the opening degree (that is, the effective sectional area) of the nozzle port 41 and the larger the particle size of the fuel spray injected from the nozzle port 41 into the cylinder. Conversely, the smaller the lift amount, the smaller the opening of the nozzle port 41 and the smaller the particle size of the fuel spray injected from the nozzle port 41 into the cylinder. The response of the piezo element 44 is fast, and, for example, about 20 multistage injections are possible in one cycle. However, the means for driving the outer valve 42 is not limited to the piezo element 44.

燃料供給システム３４は、外開弁４２（ピエゾ素子４４）を駆動するための電気回路と、インジェクタ３３に燃料を供給する燃料供給系とを備えている。エンジン制御器１００は、所定のタイミングで、リフト量に応じた電圧を有する噴射信号を上記電気回路に出力することで、該電気回路を介してピエゾ素子４４及び外開弁４２を作動させて、所望量の燃料を、気筒内に噴射させる。上記噴射信号の非出力時（つまり、噴射信号の電圧が０であるとき）には、外開弁４２によりノズル口４１が閉じられた状態となる。このようにピエゾ素子４４は、エンジン制御器１００からの噴射信号によって、その作動が制御される。こうしてエンジン制御器１００は、ピエゾ素子４４の作動を制御して、インジェクタ３３のノズル口４１からの燃料噴射及び該燃料噴射時におけるリフト量を制御する。   The fuel supply system 34 includes an electric circuit for driving the outer opening valve 42 (piezo element 44) and a fuel supply system for supplying fuel to the injector 33. The engine controller 100 outputs an injection signal having a voltage corresponding to the lift amount to the electric circuit at a predetermined timing, thereby operating the piezo element 44 and the outer valve 42 via the electric circuit, A desired amount of fuel is injected into the cylinder. When the injection signal is not output (that is, when the voltage of the injection signal is 0), the nozzle opening 41 is closed by the outer opening valve. Thus, the operation of the piezo element 44 is controlled by the injection signal from the engine controller 100. Thus, the engine controller 100 controls the operation of the piezo element 44 to control the fuel injection from the nozzle port 41 of the injector 33 and the lift amount during the fuel injection.

上記燃料供給系には、図示省略の高圧燃料ポンプやコモンレールが設けられており、その高圧燃料ポンプは、低圧燃料ポンプを介して燃料タンクより供給されてきた燃料をコモンレールに圧送し、コモンレールは、その圧送された燃料を、所定の燃料圧力で蓄える。そして、インジェクタ３３が作動する（つまり、外開弁４２がリフトされる）ことによって、上記コモンレールに蓄えられている燃料がノズル口４１から噴射される。   The fuel supply system is provided with a high-pressure fuel pump (not shown) and a common rail, and the high-pressure fuel pump pumps the fuel supplied from the fuel tank via the low-pressure fuel pump to the common rail. The pumped fuel is stored at a predetermined fuel pressure. The fuel stored in the common rail is injected from the nozzle port 41 by operating the injector 33 (that is, the outer opening valve 42 is lifted).

エンジン制御器１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。エンジン制御器１００は、制御部の一例である。   The engine controller 100 is a controller based on a well-known microcomputer, and includes a central processing unit (CPU) that executes a program, a memory that is configured by, for example, RAM and ROM, and stores a program and data, And an input / output (I / O) bus for inputting and outputting signals. The engine controller 100 is an example of a control unit.

エンジン制御器１００は、少なくとも、エアフローセンサ７１からの吸気流量に関する信号、クランク角センサ７２からのクランク角パルス信号、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７３からのアクセル開度信号、車速センサ７４からの車速信号、及び、水温センサ７５からの水温信号をそれぞれ受ける。エンジン制御器１００は、これらの入力信号に基づいて、例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等といった、エンジン１の制御パラメータを計算する。そして、エンジン制御器１００は、それらの信号を、スロットル弁２０（正確には、スロットル弁２０を動かすスロットルアクチュエータ）、燃料供給システム３４（正確には、上記電気回路）、点火システム３２、及び、ＶＶＴ２３等に出力する。   The engine controller 100 includes at least a signal related to the intake air flow from the air flow sensor 71, a crank angle pulse signal from the crank angle sensor 72, an accelerator opening signal from the accelerator opening sensor 73 that detects the amount of depression of the accelerator pedal, A vehicle speed signal from the vehicle speed sensor 74 and a water temperature signal from the water temperature sensor 75 are received. Based on these input signals, the engine controller 100 calculates control parameters of the engine 1, such as a desired throttle opening signal, fuel injection pulse, ignition signal, valve phase angle signal, and the like. Then, the engine controller 100 converts these signals into a throttle valve 20 (more precisely, a throttle actuator that moves the throttle valve 20), a fuel supply system 34 (more precisely, the above electric circuit), an ignition system 32, and Output to VVT23 or the like.

また、図示は省略するが、このエンジン１は、吸気通路と排気通路とをつなぐＥＧＲ通路が設けられており、排気ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲシステムを備えている。エンジン制御器１００は、ＥＧＲシステムを通じた排気ガスの還流量を、エンジン１の運転状態に応じて調整する。   Although not shown, the engine 1 is provided with an EGR passage that connects the intake passage and the exhaust passage, and includes an EGR system that recirculates part of the exhaust gas to the intake air. The engine controller 100 adjusts the exhaust gas recirculation amount through the EGR system according to the operating state of the engine 1.

このエンジン１の幾何学的圧縮比εは、１５以上４０以下とされている。本実施形態では、エンジン１は圧縮比＝膨張比となる構成から、高圧縮比と同時に、比較的高い膨張比を有するエンジン１でもある。幾何学的圧縮比を高くすることによって、熱効率の向上を図る。   The geometric compression ratio ε of the engine 1 is 15 or more and 40 or less. In the present embodiment, the engine 1 is also an engine 1 having a relatively high expansion ratio as well as a high compression ratio, because the compression ratio = expansion ratio. The thermal efficiency is improved by increasing the geometric compression ratio.

燃焼室１７は、図１に示すように、シリンダ１１の壁面と、ピストン１５の冠面と、シリンダヘッド１３の下面（つまり、天井面）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されている。そして、このエンジン１では、冷却損失を低減するべく、これらの各面に、断熱層６１，６２，６３，６４，６５を設けることによって、燃焼室１７を断熱化している。尚、以下において、これらの断熱層６１〜６５を総称する場合は、断熱層に符号「６」を付す場合がある。断熱層６は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、これらの区画面の一部に設けてもよい。また、図例では、シリンダ壁面の断熱層６１は、ピストン１５が上死点に位置した状態で、そのピストンリング１４よりも上側の位置に設けられており、これにより断熱層６１上をピストンリング１４が摺動しない構成としている。但し、シリンダ壁面の断熱層６１はこの構成に限らず、断熱層６１を下向きに延長することによって、ピストン１５のストロークの全域、又は、その一部に断熱層６１を設けてもよい。また、燃焼室１７を直接区画する壁面ではないが、吸気ポート１８や排気ポート１９における、燃焼室１７の天井面側の開口近傍のポート壁面に断熱層を設けてもよい。尚、図１に図示する各断熱層６１〜６５の厚みは実際の厚みを示すものではなく単なる例示であると共に、各面における断熱層の厚みの大小関係を示すものでもない。   As shown in FIG. 1, the combustion chamber 17 includes a wall surface of the cylinder 11, a crown surface of the piston 15, a lower surface (that is, a ceiling surface) of the cylinder head 13, and valve heads of the intake valve 21 and the exhaust valve 22. And a surface. And in this engine 1, in order to reduce a cooling loss, the heat insulation layer 61, 62, 63, 64, 65 is provided in each of these surfaces, and the combustion chamber 17 is thermally insulated. In addition, below, when these heat insulation layers 61-65 are named generically, a code | symbol "6" may be attached | subjected to a heat insulation layer. The heat insulation layer 6 may be provided on all of these section screens, or may be provided on a part of these section screens. Further, in the illustrated example, the heat insulating layer 61 on the cylinder wall surface is provided at a position above the piston ring 14 in a state where the piston 15 is located at the top dead center. 14 is configured not to slide. However, the heat insulating layer 61 on the cylinder wall surface is not limited to this configuration, and the heat insulating layer 61 may be provided over the entire stroke or a part of the stroke of the piston 15 by extending the heat insulating layer 61 downward. Further, a heat insulating layer may be provided on the port wall surface near the opening on the ceiling surface side of the combustion chamber 17 in the intake port 18 and the exhaust port 19, although it is not the wall surface that directly partitions the combustion chamber 17. In addition, the thickness of each heat insulation layer 61-65 illustrated in FIG. 1 does not show actual thickness, but is only an illustration, and does not show the magnitude relationship of the thickness of the heat insulation layer in each surface.

燃焼室１７の断熱構造について、さらに詳細に説明する。燃焼室１７の断熱構造は、上述の如く、燃焼室１７を区画する各区画面に設けた断熱層６１〜６５によって構成されるが、これらの断熱層６１〜６５は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。ここで、シリンダ１１の壁面に設けた断熱層６１については、シリンダブロック１２が母材であり、ピストン１５の冠面に設けた断熱層６２についてはピストン１５が母材であり、シリンダヘッド１３の天井面に設けた断熱層６３については、シリンダヘッド１３が母材であり、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッド面に設けた断熱層６４，６５については、吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ母材である。したがって、母材の材質は、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１３及びピストン１５については、アルミニウム合金や鋳鉄となり、吸気弁２１及び排気弁２２については、耐熱鋼や鋳鉄等となる。   The heat insulation structure of the combustion chamber 17 will be described in more detail. As described above, the heat insulating structure of the combustion chamber 17 is constituted by the heat insulating layers 61 to 65 provided on the respective screens that define the combustion chamber 17, and these heat insulating layers 61 to 65 are the combustion gas in the combustion chamber 17. Therefore, the heat conductivity is set to be lower than that of the metal base material constituting the combustion chamber 17. Here, for the heat insulating layer 61 provided on the wall surface of the cylinder 11, the cylinder block 12 is the base material, and for the heat insulating layer 62 provided on the crown surface of the piston 15, the piston 15 is the base material. For the heat insulating layer 63 provided on the ceiling surface, the cylinder head 13 is a base material, and for the heat insulating layers 64 and 65 provided on the valve head surfaces of the intake valve 21 and the exhaust valve 22, respectively, the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are provided. Are the base materials. Accordingly, the base material is aluminum alloy or cast iron for the cylinder block 12, cylinder head 13 and piston 15, and heat-resistant steel or cast iron for the intake valve 21 and exhaust valve 22.

また、断熱層６は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、燃焼室１７内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動するが、燃焼室１７の断熱構造を有しない従来のエンジンは、シリンダヘッドやシリンダブロック内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、燃焼室１７を区画する面の温度は、燃焼サイクルの進行にかかわらず、概略一定に維持される。   In addition, the heat insulating layer 6 preferably has a volumetric specific heat smaller than that of the base material in order to reduce cooling loss. That is, the gas temperature in the combustion chamber 17 varies with the progress of the combustion cycle, but in a conventional engine that does not have the heat insulation structure of the combustion chamber 17, the cooling water flows in a water jacket formed in the cylinder head or cylinder block. Thus, the temperature of the surface defining the combustion chamber 17 is maintained substantially constant regardless of the progress of the combustion cycle.

一方で、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定されることから、ガス温度と壁面の温度との差温が大きくなればなるほど冷却損失は大きくなってしまう。冷却損失を抑制するためには、ガス温度と区画面の温度との差温は小さくすることが望ましいが、冷却水によって燃焼室１７の区画面の温度を概略一定に維持した場合、ガス温度の変動に伴い差温が大きくなることは避けられない。そこで、断熱層６の熱容量を小さくして、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化するようにすることが好ましい。   On the other hand, since the cooling loss is determined by cooling loss = heat transfer coefficient × heat transfer area × (gas temperature−temperature of the section screen), the cooling temperature increases as the temperature difference between the gas temperature and the wall surface temperature increases. The loss will increase. In order to suppress the cooling loss, it is desirable to reduce the difference between the gas temperature and the temperature of the section screen. However, when the temperature of the section screen of the combustion chamber 17 is maintained substantially constant by cooling water, It is unavoidable that the temperature difference increases with fluctuation. Therefore, it is preferable to reduce the heat capacity of the heat insulating layer 6 so that the temperature of the section screen of the combustion chamber 17 changes following the fluctuation of the gas temperature in the combustion chamber 17.

上記断熱層６は、例えば、母材上にＺｒＯ２等のセラミック材料をプラズマ溶射によってコーティングして形成すればよい。このセラミック材料の中には、多数の気孔を含んでいてもよい。このようにすれば、断熱層６の熱伝導率及び容積比熱をより低くすることができる。 The heat insulating layer 6 may be formed, for example, by coating a ceramic material such as ZrO 2 on the base material by plasma spraying. The ceramic material may contain a number of pores. If it does in this way, the thermal conductivity and volume specific heat of the heat insulation layer 6 can be made lower.

また、本実施形態では、図１に示すように、熱伝導率が非常に低くて断熱性に優れかつ耐熱性にも優れたチタン酸アルミニウム製のポートライナ１８１を、シリンダヘッド１３に一体的に鋳ぐるむことによって、吸気ポート１８に断熱層を設けている。この構成は、新気が吸気ポート１８を通過するときに、シリンダヘッド１３から受熱して温度が上がることを抑制乃至回避し得る。これによってシリンダ１１内に導入する新気の温度（初期のガス温度）が低くなるため、燃焼時のガス温度が低下し、ガス温度と燃焼室１７の区画面との差温を小さくする上で有利になる。燃焼時のガス温度を低下させることは熱伝達率を低くし得るから、そのことによる冷却損失の低減にも有利になる。尚、吸気ポート１８に設ける断熱層の構成は、ポートライナ１８１の鋳ぐるみに限定されない。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a port liner 181 made of aluminum titanate having an extremely low thermal conductivity, excellent heat insulation, and excellent heat resistance is integrated with the cylinder head 13. A heat insulating layer is provided in the intake port 18 by casting. With this configuration, when fresh air passes through the intake port 18, it is possible to suppress or avoid an increase in temperature due to heat received from the cylinder head 13. As a result, the temperature of the fresh air introduced into the cylinder 11 (initial gas temperature) is lowered, so that the gas temperature at the time of combustion is lowered and the temperature difference between the gas temperature and the section screen of the combustion chamber 17 is reduced. Become advantageous. Lowering the gas temperature at the time of combustion can lower the heat transfer rate, which is advantageous for reducing the cooling loss. In addition, the structure of the heat insulation layer provided in the intake port 18 is not limited to the casting of the port liner 181.

このエンジン１では、上述の通り幾何学的圧縮比εを１５≦ε≦４０に設定している。理論サイクルであるオットーサイクルにおける理論熱効率ηｔｈは、ηｔｈ＝１−１／（εκ−１）であり、圧縮比εを高くすればするほど、理論熱効率ηｔｈは高くなる。しかしながら、エンジン（正確には、燃焼室の断熱構造を有しないエンジン）の図示熱効率は、所定の幾何学的圧縮比ε（例えば１５程度）でピークになり、幾何学的圧縮比εをそれ以上に高めても図示熱効率は高くならず、逆に、図示熱効率は低下することになる。これは、燃料量及び吸気量を一定のままで幾何学的圧縮比を高くした場合、圧縮比が高くなればなるほど、燃焼圧力及び燃焼温度が高くなることに起因している。上述したように、燃焼圧力及び燃焼温度が高くなることは、冷却損失を増大させることになるためである。 In the engine 1, the geometric compression ratio ε is set to 15 ≦ ε ≦ 40 as described above. The theoretical thermal efficiency η th in the Otto cycle, which is the theoretical cycle, is η th = 1−1 / (ε κ−1 ), and the theoretical thermal efficiency η th increases as the compression ratio ε increases. However, the illustrated thermal efficiency of the engine (more precisely, the engine having no combustion chamber insulation structure) peaks at a predetermined geometric compression ratio ε (for example, about 15), and the geometric compression ratio ε is more than that. However, the illustrated thermal efficiency does not increase, and conversely, the illustrated thermal efficiency decreases. This is because, when the geometric compression ratio is increased while the fuel amount and the intake air amount are kept constant, the higher the compression ratio, the higher the combustion pressure and the combustion temperature. As described above, the combustion pressure and the combustion temperature are increased because the cooling loss is increased.

これに対し、このエンジン１では、高い幾何学的圧縮比εにおいて図示熱効率が高まるように、上述の通り、燃焼室１７の断熱構造を組み合わせている。つまり、燃焼室１７の断熱化により冷却損失を低減させ、それによって図示熱効率を高める。   On the other hand, in this engine 1, the heat insulating structure of the combustion chamber 17 is combined as described above so that the illustrated thermal efficiency is increased at a high geometric compression ratio ε. That is, the heat loss of the combustion chamber 17 is reduced to reduce the cooling loss, thereby increasing the indicated thermal efficiency.

一方で、燃焼室１７を断熱化して冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて図示熱効率の向上にはあまり寄与しないところ、このエンジン１では、上述したように、高圧縮比化に伴う高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギを、機械仕事に効率よく変換している。すなわち、このエンジン１は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、図示熱効率を大幅に向上させているということができる。   On the other hand, merely reducing the cooling loss by insulating the combustion chamber 17 converts the reduced cooling loss into the exhaust loss and does not contribute much to the improvement in the illustrated thermal efficiency. In addition, the high expansion ratio accompanying the high compression ratio efficiently converts the combustion gas energy corresponding to the reduction in cooling loss into mechanical work. That is, it can be said that the engine 1 greatly improves the illustrated thermal efficiency by adopting a configuration that reduces both the cooling loss and the exhaust loss.

このエンジン１では、上記の燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造に加えて、気筒内（燃焼室１７内）において断熱ガス層（以下、ガス層という場合もある。）による断熱層を形成することで、冷却損失をさらに低減するようにしている。以下、このことについて詳細に説明する。   In the engine 1, in addition to the heat insulating structure of the combustion chamber 17 and the intake port 18, a heat insulating layer is formed in the cylinder (in the combustion chamber 17) by a heat insulating gas layer (hereinafter sometimes referred to as a gas layer). Thus, the cooling loss is further reduced. This will be described in detail below.

図３は、エンジン１の温間時の運転マップを例示している。このエンジン１は、基本的には、運転領域の全域において、燃焼室１７内の混合気を圧縮自己着火によって燃焼させるように構成されている。図３に示す運転マップにおいて、所定負荷よりも低い低負荷領域、及び、低負荷領域よりも負荷の高い中負荷領域において、燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成する。つまり、エンジン負荷が比較的低くかつ、それによって燃料噴射量が比較的少ない運転状態においては、燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成することによって、冷却損失を低減し、熱効率の向上を図る。ここで、低負荷領域及び中負荷領域はそれぞれ、エンジンの負荷領域を低、中、及び高の３つの領域に区分（例えば、三等分）したときの、低領域及び中領域に相当する、と定義してもよい。また、特に中負荷領域は、例えば全開負荷に対する所定負荷以下（例えば７０％負荷以下）の領域としてもよい。   FIG. 3 illustrates an operation map when the engine 1 is warm. The engine 1 is basically configured to burn the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 by compression self-ignition over the entire operation region. In the operation map shown in FIG. 3, a heat insulating layer made of a gas layer is formed in the combustion chamber 17 in a low load region lower than a predetermined load and a medium load region where the load is higher than the low load region. In other words, in an operating state where the engine load is relatively low and the fuel injection amount is relatively small, a heat insulation layer is formed in the combustion chamber 17 by a gas layer, thereby reducing cooling loss and improving thermal efficiency. Plan. Here, the low load region and the medium load region respectively correspond to the low region and the medium region when the engine load region is divided into three regions of low, medium, and high (for example, divided into three equal parts). May be defined. In particular, the middle load region may be a region of a predetermined load or less (for example, 70% load or less) with respect to the fully open load, for example.

図４は、低負荷及び中負荷領域において、燃焼室１７内に形成する混合気層の形状を概念的に示している。燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成するとは、同図に示すように、燃焼室１７内の中央部に混合気層Ｇ１を形成すると共に、その周囲に新気を含むガス層Ｇ２を形成することである。   FIG. 4 conceptually shows the shape of the air-fuel mixture layer formed in the combustion chamber 17 in the low load and medium load regions. The formation of a heat insulating layer by a gas layer in the combustion chamber 17 means that an air-fuel mixture layer G1 is formed at the center of the combustion chamber 17 and a gas layer G2 containing fresh air is formed around it as shown in FIG. Is to form.

ここでいう混合気層Ｇ１は、可燃混合気（例えば当量比φ＝０．１以上の混合気）によって構成される層と定義している。また、燃料の噴射開始から時間が経過すればするほど、燃料噴霧は拡散することから、混合気層Ｇ１の大きさは、着火時点での大きさである。さらに、着火とは、例えば、燃料の燃焼質量割合が１％以上となることをもって判定することができる。   The air-fuel mixture layer G1 here is defined as a layer composed of a combustible air-fuel mixture (for example, an air-fuel mixture having an equivalence ratio φ = 0.1 or more). Further, as the time elapses from the start of fuel injection, the fuel spray diffuses, so the size of the air-fuel mixture layer G1 is the size at the time of ignition. Furthermore, the ignition can be determined when, for example, the combustion mass ratio of the fuel becomes 1% or more.

また、ガス層Ｇ２は、φ＝０．１未満の混合気によって構成される層と定義している。ガス層Ｇ２は、新気のみであってもよく、新気に加えて、既燃ガス（つまり、ＥＧＲガス）を含んでいてもよい。尚、後述の通り、ガス層Ｇ２が断熱層の役割を果たす限度において、ガス層Ｇ２に少量の燃料が混じることは許容される。   Further, the gas layer G2 is defined as a layer composed of an air-fuel mixture having a diameter of less than φ = 0.1. The gas layer G2 may be only fresh air, and may contain burned gas (that is, EGR gas) in addition to fresh air. As will be described later, it is allowed that a small amount of fuel is mixed in the gas layer G2 as long as the gas layer G2 serves as a heat insulating layer.

尚、燃料室内の混合気層Ｇ１及びガス層Ｇ２は、シュリーレン法、又は燃料にシリコンオイルを混入させ該燃料の噴霧を光学的に読み取る手法等によって可視化することができる。そして、可視化された燃料噴霧に基づいて、当量比φを求めることができ、混合気層Ｇ１及びガス層Ｇ２を判別することができる。例えば、所定の当量比φに相当する輝度により、混合気層Ｇ１とガス層Ｇ２とを判別することができる。   The air-fuel mixture layer G1 and the gas layer G2 in the fuel chamber can be visualized by a schlieren method or a technique of mixing silicon oil into the fuel and optically reading the fuel spray. Then, the equivalence ratio φ can be obtained based on the visualized fuel spray, and the gas mixture layer G1 and the gas layer G2 can be discriminated. For example, the air-fuel mixture layer G1 and the gas layer G2 can be discriminated based on the luminance corresponding to the predetermined equivalent ratio φ.

混合気層Ｇ１の表面積（Ｓ）と体積（Ｖ）との比（Ｓ／Ｖ比）を小さくすることによって、燃焼時に周囲のガス層Ｇ２との伝熱面積が小さくなると共に、混合気層Ｇ１とシリンダ１１の壁面との間のガス層Ｇ２により、混合気層Ｇ１の火炎がシリンダ１１の壁面に接触することが抑制され、また、ガス層Ｇ２自体が断熱層となって、シリンダ１１の壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。この結果、冷却損失を大幅に低減することができる。   By reducing the ratio (S / V ratio) between the surface area (S) and the volume (V) of the gas mixture layer G1, the heat transfer area with the surrounding gas layer G2 is reduced during combustion, and the gas mixture layer G1. The gas layer G2 between the cylinder 11 and the wall surface of the cylinder 11 suppresses the flame of the gas mixture layer G1 from coming into contact with the wall surface of the cylinder 11, and the gas layer G2 itself becomes a heat insulating layer. The release of heat from can be suppressed. As a result, the cooling loss can be greatly reduced.

エンジン制御器１００は、燃焼室１７内の中央部に混合気層Ｇ１が形成され且つ、混合気層Ｇ１の周囲にガス層Ｇ２が形成されるように、圧縮行程後半から膨張行程初期の期間にインジェクタ３３のノズル口４１からシリンダ１１内に燃料を噴射させるべく、燃料供給システム３４の電気回路に噴射信号を出力する。ここで、圧縮行程後半は、圧縮行程を、前半と後半との２つの領域に区分（例えば、二等分）したときの後半である。また、膨張行程初期は、膨張行程を、初期、中期及び終期の３つの領域に区分（例えば、三等分）したときの初期である。   The engine controller 100 is configured so that the gas mixture layer G1 is formed in the center of the combustion chamber 17 and the gas layer G2 is formed around the gas mixture layer G1 in the period from the latter half of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke. An injection signal is output to the electric circuit of the fuel supply system 34 in order to inject fuel into the cylinder 11 from the nozzle port 41 of the injector 33. Here, the second half of the compression stroke is the second half when the compression stroke is divided into two regions, for example, the first half and the second half (for example, divided into two equal parts). In addition, the initial stage of the expansion stroke is an initial stage when the expansion stroke is divided into three regions (for example, three equal parts) of the initial stage, the middle period, and the final stage.

低負荷領域においては、燃料噴射量が相対的に少ないことから、シリンダ１１の中心軸Ｘ上に配設されたインジェクタ３３から、圧縮行程後半から膨張行程初期の期間に、シリンダ１１内に燃料を噴射することによって燃料噴霧の広がりを抑制して、燃焼室１７内の中央部の混合気層Ｇ１と、その周囲のガス層Ｇ２とを形成することが比較的、容易に実現する。しかしながら、燃焼噴射量が増えるに従い、燃料噴射期間が長くなることから、燃料噴霧は特にシリンダ１１の中心軸Ｘの方向に広がるようになり、その結果、混合気層Ｇ１は、例えばピストン１５の冠面に触れるようになる。つまり、混合気層Ｇ１の周囲のガス層Ｇ２が確実に形成されなくなる。上述の通り、このエンジン１は、幾何学的圧縮比が高く、それに伴い燃焼室（つまり、ピストンが圧縮上死点に位置したときのシリンダ内空間）の容積が小さい。そのため、このエンジン１は、燃料噴霧がシリンダ１１の中心軸Ｘの方向に広がったときに、混合気層Ｇ１はピストン１５の冠面に触れやすい。   In the low load region, since the fuel injection amount is relatively small, fuel is injected into the cylinder 11 from the injector 33 disposed on the central axis X of the cylinder 11 in the second half of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke. It is relatively easy to form the air-fuel mixture layer G1 in the center of the combustion chamber 17 and the surrounding gas layer G2 by suppressing the spread of the fuel spray by injection. However, since the fuel injection period becomes longer as the combustion injection amount increases, the fuel spray spreads particularly in the direction of the central axis X of the cylinder 11, and as a result, the air-fuel mixture layer G 1 is, for example, the crown of the piston 15. Touch the surface. That is, the gas layer G2 around the gas mixture layer G1 is not reliably formed. As described above, the engine 1 has a high geometric compression ratio, and accordingly, the volume of the combustion chamber (that is, the space in the cylinder when the piston is located at the compression top dead center) is small. Therefore, in the engine 1, when the fuel spray spreads in the direction of the central axis X of the cylinder 11, the air-fuel mixture layer G <b> 1 tends to touch the crown surface of the piston 15.

そこで、このエンジン１は、燃料噴射量が増える中負荷領域においても燃焼室１７内の中心部の混合気層Ｇ１とその周囲のガス層Ｇ２とを確実に形成するために、燃焼室１７内に形成する混合気層Ｇ１の形状をコントロールする。具体的には、図４に白抜きの矢印で示すように、燃料噴射量が増えたときには、燃料噴霧を、シリンダ１１の中心軸Ｘに交差する径方向の外方に広がるようにする。そのことによって、混合気層Ｇ１の中心軸Ｘの方向の長さが長くなることを抑制して混合気層Ｇ１がピストン１５の冠面に触れることを回避しつつ、中心軸Ｘの方向よりも空間的な余裕のある径方向の外方に混合気層Ｇ１を広げることによって、混合気層Ｇ１がシリンダ１１の内壁に触れることも回避する。燃焼室１７内に形成する混合気層Ｇ１の形状をコントロールすることは、燃焼室１７内に形成される混合気層Ｇ１の中心軸方向の長さをＬ、径方向の幅をＷとしたときに、長さＬと幅Ｗとの比（Ｌ／Ｗ）を調整することであり、上述のＳ／Ｖ比を小さくする上で、Ｌ／Ｗ比を所定以上にしつつも、燃料噴射量が増えたときには、Ｌ／Ｗ比を小さくすることになる。   Therefore, the engine 1 is provided in the combustion chamber 17 in order to reliably form the air-fuel mixture layer G1 in the center of the combustion chamber 17 and the surrounding gas layer G2 even in the middle load region where the fuel injection amount increases. The shape of the air-fuel mixture layer G1 to be formed is controlled. Specifically, as shown by the white arrow in FIG. 4, when the fuel injection amount increases, the fuel spray spreads outward in the radial direction intersecting the central axis X of the cylinder 11. As a result, the length of the air-fuel mixture layer G1 in the direction of the central axis X is suppressed and the air-fuel mixture layer G1 is prevented from touching the crown surface of the piston 15 while being longer than the direction of the central axis X. The air-fuel mixture layer G1 is also prevented from touching the inner wall of the cylinder 11 by expanding the air-fuel mixture layer G1 outward in the radial direction with a sufficient space. The shape of the air-fuel mixture layer G1 formed in the combustion chamber 17 is controlled when the length in the central axis direction of the air-fuel mixture layer G1 formed in the combustion chamber 17 is L and the width in the radial direction is W. In addition, the ratio (L / W) between the length L and the width W is adjusted. In order to reduce the above-described S / V ratio, the fuel injection amount is increased while keeping the L / W ratio at a predetermined value or more. When it increases, the L / W ratio is reduced.

このような混合気層Ｇ１の形状のコントロールを実現するために、エンジン１では、インジェクタ３３による燃料噴射の間隔（図６参照）とリフト量（図７参照）とがそれぞれ調整される。これにより、図５に示すように、燃料噴霧の進行方向への広がりと燃料噴霧の径方向への広がりとが独立して制御される。燃料噴射の間隔は、図６に概念的に示すように、燃料噴射の終了から、次の燃料噴射の開始までの間隔と定義される。上述の通り、このインジェクタ３３は高応答であり、１〜２ｍｓｅｃの間に、２０回程度の多段噴射が可能である。また、インジェクタ３３のリフト量は、図７に概念的に示すように、燃料の噴射開口面積に比例し、上述の通り、リフト量が大きいほど、噴射開口面積（即ち、ノズル口４１の有効断面積）は大きくなり、リフト量が小さいほど、噴射開口面積は小さくなる。   In order to realize such control of the shape of the air-fuel mixture layer G1, in the engine 1, the fuel injection interval (see FIG. 6) and the lift amount (see FIG. 7) by the injector 33 are adjusted. Thereby, as shown in FIG. 5, the spread of the fuel spray in the traveling direction and the spread of the fuel spray in the radial direction are controlled independently. The interval between fuel injections is defined as the interval from the end of fuel injection to the start of the next fuel injection, as conceptually shown in FIG. As described above, this injector 33 has a high response and can perform about 20 multistage injections within 1 to 2 msec. Further, as conceptually shown in FIG. 7, the lift amount of the injector 33 is proportional to the fuel injection opening area. As described above, the larger the lift amount, the more the injection opening area (that is, the effective disconnection of the nozzle port 41). Area) increases, and the smaller the lift amount, the smaller the injection opening area.

図８は、インジェクタ３３のリフト量を一定にした上で、燃料の噴射間隔を長くしたとき（同図（Ａ））と、噴射間隔を短くしたとき（同図（Ｂ））との燃料噴霧の広がりの違いを、概念的に示している。インジェクタ３３からホローコーン状に噴射された燃料噴霧は、燃焼室１７内を高速で流れる。そのため、コアンダ効果により、ホローコーンの内側においてインジェクタ３３の中心軸Ｓに沿うように、負圧領域が発生する。燃料噴射間隔が長いときには、燃料噴射から次の燃料噴射までの間に、負圧領域の圧力が回復するようになるため、負圧領域は小さくなる。これに対し、燃料噴射間隔が短いときには、間を空けずに燃料噴射が繰り返されるため、負圧領域の圧力回復が抑制される。その結果、負圧領域は、図８（Ｂ）に示すように、大きくなる。   FIG. 8 shows a fuel spray when the fuel injection interval is lengthened (FIG. (A)) and when the injection interval is shortened (FIG. (B)) while the lift amount of the injector 33 is made constant. Conceptually shows the difference in the spread of The fuel spray injected in a hollow cone shape from the injector 33 flows in the combustion chamber 17 at a high speed. Therefore, a negative pressure region is generated along the central axis S of the injector 33 inside the hollow cone due to the Coanda effect. When the fuel injection interval is long, the pressure in the negative pressure region recovers between the fuel injection and the next fuel injection, so the negative pressure region becomes smaller. On the other hand, when the fuel injection interval is short, fuel injection is repeated without leaving a gap, so that pressure recovery in the negative pressure region is suppressed. As a result, the negative pressure region becomes large as shown in FIG.

燃料噴霧は、この負圧に引き寄せされるようになる。負圧領域は中心軸Ｓを中心とする径方向の中央側に形成されるため、負圧領域が相対的に大きいときには、図８（Ｂ）に示すように、燃料噴霧の径方向への広がりは抑制される。これに対し、負圧領域が相対的に小さいときには、図８（Ａ）に示すように、燃料噴霧は、あまり引き寄せられないため、径方向へ広がりやすくなる。つまり、インジェクタ３３の燃料の噴射間隔を短くすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを抑制することが可能になる一方、その噴射間隔を長くすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを促進することが可能になる。   The fuel spray is attracted to this negative pressure. Since the negative pressure region is formed on the center side in the radial direction around the central axis S, when the negative pressure region is relatively large, as shown in FIG. 8B, the fuel spray expands in the radial direction. Is suppressed. On the other hand, when the negative pressure region is relatively small, as shown in FIG. 8 (A), the fuel spray is not attracted so much, and thus tends to spread in the radial direction. That is, if the fuel injection interval of the injector 33 is shortened, the radial spread of the fuel spray can be suppressed. On the other hand, if the injection interval is increased, the radial spread of the fuel spray is promoted. Is possible.

図９は、燃料の噴射間隔を一定にした上で、インジェクタ３３のリフト量を小さくしたとき（同図（Ａ））と、リフト量を大きくしたとき（同図（Ｂ））との燃料噴霧の広がりの違いを、概念的に示している。この場合、噴射間隔が同じであるため、燃焼室１７内の負圧領域は同じになるものの、リフト量が相違することによって、燃料噴霧の粒径が異なる。つまり、インジェクタ３３のリフト量を小さくしたときには、燃料噴霧の粒径も小さくなるため、燃料噴霧の運動量が小さくなる。このため、燃料噴霧は、負圧によって径方向の中央側に引き寄せられやすくなり、図９（Ａ）に示すように、径方向の外方への広がりが抑制される。これに対し、インジェクタ３３のリフト量を大きくしたときには、燃料噴霧の粒径が大きくなるため、燃料噴霧の運動量が大きくなる。このため、燃料噴霧は、負圧に引き寄せられにくくなり、図９（Ｂ）に示すように、径方向の外方に広がり易くなる。つまり、インジェクタ３３のリフト量を大きくすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを促進することが可能になる一方、そのリフト量を小さくすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを抑制することが可能になる。   FIG. 9 shows a fuel spray when the lift amount of the injector 33 is reduced (FIG. (A)) and the lift amount is increased (FIG. (B)) while the fuel injection interval is made constant. Conceptually shows the difference in the spread of In this case, since the injection interval is the same, the negative pressure region in the combustion chamber 17 is the same, but the particle size of the fuel spray is different due to the difference in the lift amount. That is, when the lift amount of the injector 33 is reduced, the particle size of the fuel spray is also reduced, so that the momentum of the fuel spray is reduced. For this reason, the fuel spray is easily attracted to the center side in the radial direction by the negative pressure, and the outward spreading in the radial direction is suppressed as shown in FIG. On the other hand, when the lift amount of the injector 33 is increased, the particle size of the fuel spray increases, so the momentum of the fuel spray increases. For this reason, the fuel spray is less likely to be attracted to the negative pressure and easily spreads outward in the radial direction as shown in FIG. 9B. That is, if the lift amount of the injector 33 is increased, the spread of the fuel spray in the radial direction can be promoted. On the other hand, if the lift amount is decreased, the spread of the fuel spray in the radial direction can be suppressed. become.

また、粒径が大きい燃料噴霧は、運動量が大きいので、進行方向への飛散距離も長くなる。さらに、粒径が大きい燃料噴霧は、負圧領域の影響を受けて減速しにくく、このことによっても飛散距離が長くなる。それに対し、粒径が小さい燃料噴霧は、運動量が小さいので、進行方向への飛散距離が短くなる。さらに、粒径が小さい燃料噴霧は、負圧領域の影響を受けて減速しやすく、このことによっても飛散距離が短くなる。   Further, since the fuel spray having a large particle size has a large momentum, the scattering distance in the traveling direction becomes long. Furthermore, the fuel spray having a large particle size is not easily decelerated due to the influence of the negative pressure region, and this also increases the scattering distance. On the other hand, since the fuel spray with a small particle size has a small momentum, the scattering distance in the traveling direction becomes short. Further, the fuel spray having a small particle size is easily decelerated under the influence of the negative pressure region, and this also shortens the scattering distance.

このように、インジェクタ３３の噴射間隔及びリフト量を変更することによって、燃料噴霧の広がりを、径方向と進行方向との２方向について独立して制御することが可能になる。そこで、このエンジン１では、リフト量が相対的に大きく且つ噴射間隔が相対的に大きい複数回の燃料噴射を含む第１噴射群と、リフト量が相対的に小さく且つ噴射間隔が相対的に小さい複数回の燃料噴射を含む第２噴射群とを組み合わせて、混合気層Ｇ１の形状を制御している。何れの噴射群においても、複数回の燃料噴射を行う多段噴射が実行される。ここで、多段噴射とは、燃料の噴射間隔（燃料噴射の終了から次の燃料噴射の開始までの間隔）が０．５ｍｓ以下の断続的な燃料噴射を意味する。   As described above, by changing the injection interval and the lift amount of the injector 33, it is possible to independently control the spread of the fuel spray in the two directions of the radial direction and the traveling direction. Therefore, in this engine 1, the lift amount is relatively small and the injection interval is relatively small, and the first injection group including a plurality of fuel injections having a relatively large lift amount and a relatively large injection interval. The shape of the air-fuel mixture layer G1 is controlled in combination with the second injection group including a plurality of fuel injections. In any of the injection groups, multi-stage injection that performs fuel injection a plurality of times is executed. Here, the multistage injection means intermittent fuel injection in which the fuel injection interval (interval from the end of fuel injection to the start of the next fuel injection) is 0.5 ms or less.

詳しくは、第１噴射群は、インジェクタ３３のリフト量を第２噴射群よりも大きくし且つ、燃料の噴射間隔を第２噴射群よりも大きくした、所定回数の燃料噴射を含む。噴射間隔を広くすることによって負圧領域が小さくなる。それに加えて、リフト量を大きくして燃料噴霧の粒径を大きくすることによって、燃料噴霧の運動量が大きくなる。その結果、進行方向への飛散距離が相対的に長く且つ径方向へ広がった燃料噴霧が形成される。   Specifically, the first injection group includes a predetermined number of fuel injections in which the lift amount of the injector 33 is larger than that of the second injection group and the fuel injection interval is larger than that of the second injection group. By increasing the injection interval, the negative pressure region becomes smaller. In addition, the momentum of the fuel spray is increased by increasing the lift amount to increase the particle size of the fuel spray. As a result, a fuel spray is formed in which the scattering distance in the traveling direction is relatively long and spread in the radial direction.

第２噴射群は、インジェクタ３３のリフト量を第１噴射群よりも小さくし且つ、燃料の噴射間隔を第１噴射群よりも小さくした、所定回数の燃料噴射を含む。噴射間隔を狭くすることによって負圧領域が拡大される。それに加えて、リフト量を小さくして燃料噴霧の粒径を小さくすることによって、燃料噴霧の運動量が小さくなる。その結果、進行方向への飛散距離が相対的に短く且つ径方向への広がりが抑制された燃料噴霧が形成される。   The second injection group includes a predetermined number of fuel injections in which the lift amount of the injector 33 is smaller than that of the first injection group and the fuel injection interval is smaller than that of the first injection group. By reducing the injection interval, the negative pressure region is expanded. In addition, the momentum of the fuel spray is reduced by reducing the lift amount and the particle size of the fuel spray. As a result, a fuel spray is formed in which the scattering distance in the traveling direction is relatively short and the spread in the radial direction is suppressed.

エンジン制御器１００は、エンジン１の運転状態に応じて第１噴射群と第２噴射群との割合を変更することによって、混合気層Ｇ１をエンジン１の運転状態に応じた形状に制御している。基本的な原理としては、第１噴射群の割合を多くすることによって、径方向外方へ広がった混合気層Ｇ１が形成される一方、第２噴射群の割合を多くすることによって、径方向外側への広がりが抑制された混合気層Ｇ１が形成される。   The engine controller 100 changes the ratio of the first injection group and the second injection group according to the operating state of the engine 1 to control the air-fuel mixture layer G1 to a shape according to the operating state of the engine 1. Yes. As a basic principle, by increasing the proportion of the first injection group, an air-fuel mixture layer G1 spreading outward in the radial direction is formed, while by increasing the proportion of the second injection group, the radial direction An air-fuel mixture layer G1 that is prevented from spreading outward is formed.

尚、エンジン１の運転状態によっては、第１噴射群が省略され、第２噴射群だけが実行される場合や、第１噴射群に含まれる燃料噴射が１回だけで、あとは第２噴射群となる場合や、第２噴射群が省略され、第１噴射群だけが実行される場合や、第２噴射群に含まれる燃料噴射が１回だけで、あとは第１噴射群となる場合もある。また、第１噴射群の後に第２噴射群を実行してもよいし、第２噴射群のあとに第１噴射群を実行してもよい。   Depending on the operating state of the engine 1, the first injection group is omitted and only the second injection group is executed, or only one fuel injection is included in the first injection group, and the second injection is performed thereafter. When the second injection group is omitted and only the first injection group is executed, or when the fuel injection included in the second injection group is only once and the first injection group is used. There is also. Further, the second injection group may be executed after the first injection group, or the first injection group may be executed after the second injection group.

エンジン制御器１００は、上述の多段噴射を前提として、エンジン１の運転状態に応じて噴射態様をさらに細かく制御している。図１０は、エンジン１の始動領域及びアイドル領域における噴射態様を示す図である。図１１は、始動領域及びアイドル領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。   The engine controller 100 controls the injection mode more finely according to the operating state of the engine 1 on the premise of the above-described multistage injection. FIG. 10 is a diagram showing injection modes in the start region and the idle region of the engine 1. FIG. 11 is a diagram showing the fuel concentration distribution in the combustion chamber in the start region and the idle region.

具体的には、エンジン制御器１００は、図４に示す、エンジン１の運転状態が始動領域Ａ０に含まれるときには、燃焼室１７の壁面の温度に応じてガス層Ｇ２の厚みを調整するガス層制御を行う。エンジン制御器１００は、水温センサ７５の出力に基づいて燃焼室１７の壁面の温度を推定している。   Specifically, the engine controller 100 adjusts the thickness of the gas layer G2 according to the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 when the operating state of the engine 1 is included in the start region A0, as shown in FIG. Take control. The engine controller 100 estimates the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 based on the output of the water temperature sensor 75.

ここで、始動領域Ａ０は、始動時のエンジン１の運転状態が含まれる領域である。エンジン１の始動には、車両の運転を開始するときの通常のエンジン始動と、エンジン１の運転中に所定の停止条件が成立することによりエンジン１を停止した後、所定の再始動条件が成立したときにエンジン１を始動させる再始動とを少なくとも含む。また、この始動領域は、エンジン１のアイドル運転を行うアイドル領域と重複している。つまり、エンジン制御器１００は、エンジン１の始動時だけでなく、アイドル運転時も以下のガス層制御を行う。   Here, the starting area A0 is an area including the operating state of the engine 1 at the time of starting. The engine 1 is started when a normal engine is started when the vehicle is started, and after a predetermined stop condition is satisfied during the operation of the engine 1, the engine 1 is stopped and then a predetermined restart condition is satisfied. And at least restarting the engine 1 when it is started. In addition, this start region overlaps with an idle region where the engine 1 is idling. That is, the engine controller 100 performs the following gas layer control not only when the engine 1 is started but also during idle operation.

燃焼室１７の壁面の温度が所定の第１温度より高い場合には、エンジン制御器１００は、図１０（Ａ）に示すように、インジェクタ３３に一定のリフト量で連続噴射を行わせる。この噴射態様を一定連続噴射と称する。一定連続噴射においては、燃料がリフト量に応じた一定の粒径の燃料が連続的に噴射される。この場合、後述する変動連続噴射と比較して、燃料噴霧が広がりやすく、図１１の破線で示すように、混合気層Ｇ１は大きくなり、ガス層Ｇ２は薄くなる。   When the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 is higher than the predetermined first temperature, the engine controller 100 causes the injector 33 to perform continuous injection with a constant lift amount, as shown in FIG. This injection mode is called constant continuous injection. In the constant continuous injection, fuel with a constant particle diameter corresponding to the lift amount is continuously injected. In this case, as compared with the variable continuous injection described later, the fuel spray is easily spread, and as shown by the broken line in FIG. 11, the air-fuel mixture layer G1 becomes larger and the gas layer G2 becomes thinner.

燃焼室１７の壁面の温度が第１温度以下である場合には、エンジン制御器１００は、図１０（Ｂ），（Ｃ）に示すように、リフト量の増減を繰り返しながらの連続噴射を、インジェクタ３３に行わせる。このとき、エンジン制御器１００は、燃焼室１７の壁面の温度に応じて、リフト量の増減幅を調整する。具体的には、エンジン制御器１００は、リフト量の最大値を一定とし、燃焼室１７の壁面の温度が低くなるほどリフト量の最小値を小さくする。リフト量の最大値は、一定連続噴射におけるリフト量と同じ値である。この噴射態様を変動連続噴射と称する。また、図１０（Ｂ），（Ｃ）の例では、リフト量の変化率が一定であるので、リフト量の最小値が小さくなるほど、隣り合うピーク（最大値）の時間間隔は長くなる。   When the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 is equal to or lower than the first temperature, the engine controller 100 performs continuous injection while repeatedly increasing and decreasing the lift amount as shown in FIGS. 10 (B) and 10 (C). Let the injector 33 perform this. At this time, the engine controller 100 adjusts the increase / decrease width of the lift amount according to the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17. Specifically, the engine controller 100 makes the maximum value of the lift amount constant, and decreases the minimum value of the lift amount as the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 decreases. The maximum value of the lift amount is the same value as the lift amount in constant continuous injection. This injection mode is referred to as variable continuous injection. In the examples of FIGS. 10B and 10C, the rate of change of the lift amount is constant, so that the time interval between adjacent peaks (maximum value) increases as the minimum value of the lift amount decreases.

変動連続噴射によれば、一定連続噴射に比べて、リフト量が減少したときに粒径が小さい燃料が噴射される。粒径が小さい燃料噴霧は、負圧領域に引き寄せられやすい。そのため、図１０（Ｂ）に示すようにリフト量を増減させると、図１１の二点鎖線で示すように燃料噴霧の広がりが小さくなる。そして、リフト量の増減量が大きくなるほど、すなわち、リフト量の最小値が小さくなるほど、燃料噴霧は負圧領域に引き寄せられやすくなり、燃料噴霧の広がりが抑制される。図１０（Ｃ）に示すようにリフト量の最小値が零になるときが、図１１の一点鎖線で示すように燃料噴霧の広がりが最も小さくなる。また、隣り合う、リフト量のピークの時間間隔が長くなるほど、リフト量が小さい期間が長くなり、それは、粒径が小さい燃料噴霧の割合が多くなることを意味する。こうして、リフト量を増減させることによって、図１１の二点鎖線及び一点鎖線で示すように、一定連続噴射のときと比べて、混合気層Ｇ１は小さくなり、ガス層Ｇ２は厚くなる。そして、最小値を小さくするほど、混合気層Ｇ１はより小さく、ガス層Ｇ２はより厚くなる。   According to the variable continuous injection, fuel having a smaller particle diameter is injected when the lift amount is reduced as compared with the constant continuous injection. The fuel spray having a small particle size is easily attracted to the negative pressure region. Therefore, when the lift amount is increased or decreased as shown in FIG. 10B, the spread of the fuel spray becomes smaller as shown by the two-dot chain line in FIG. Then, as the increase / decrease amount of the lift amount increases, that is, as the minimum value of the lift amount decreases, the fuel spray is more easily attracted to the negative pressure region, and the spread of the fuel spray is suppressed. When the minimum value of the lift amount becomes zero as shown in FIG. 10C, the spread of the fuel spray becomes the smallest as shown by the one-dot chain line in FIG. Further, the longer the time interval between adjacent lift amount peaks, the longer the period during which the lift amount is small, which means that the proportion of fuel sprays having a small particle size increases. Thus, by increasing / decreasing the lift amount, as shown by the two-dot chain line and the one-dot chain line in FIG. 11, the gas mixture layer G1 becomes smaller and the gas layer G2 becomes thicker than in the case of constant continuous injection. As the minimum value is decreased, the gas mixture layer G1 is smaller and the gas layer G2 is thicker.

このように、ガス層制御によれば、燃焼室１７の壁面の温度が低いほど、ガス層Ｇ２が厚くなるようにインジェクタ３３の噴射態様が制御される。そのため、燃焼室１７の壁面の温度が低くなったとしても、ガス層Ｇ２の厚みが厚くなるので、燃焼室１７の壁面への放熱が抑制される。その結果、冷却損失が低減され、燃焼安定性が向上する。特に、燃焼室１７の壁面の温度が第１温度以下であるときは、所謂、冷間時であり、エンジン１の始動に不利な状況にある。そのような状況であっても、ガス層制御により冷却損失を低減して燃焼安定性を向上させることによって、エンジン１の始動性を向上させることができる。   Thus, according to the gas layer control, the injection mode of the injector 33 is controlled such that the gas layer G2 becomes thicker as the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 is lower. Therefore, even if the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 is lowered, the thickness of the gas layer G2 is increased, so that heat radiation to the wall surface of the combustion chamber 17 is suppressed. As a result, cooling loss is reduced and combustion stability is improved. In particular, when the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 is equal to or lower than the first temperature, it is a so-called cold state, which is disadvantageous for starting the engine 1. Even in such a situation, the startability of the engine 1 can be improved by reducing the cooling loss by the gas layer control and improving the combustion stability.

特に、圧縮自己着火により燃料を燃焼させる構成においては、冷却損失を低減して燃焼安定性を向上させることは有利である。   In particular, in a configuration in which fuel is combusted by compression self-ignition, it is advantageous to reduce cooling loss and improve combustion stability.

また、エンジン始動時やアイドル運転時には、燃焼室１７の温度が低く、燃料の霧化に不利な環境となる場合がある。そのため、インジェクタ３３のリフト量は、比較的小さな値に設定されている。これにより、燃料噴霧の粒径が小さくなり、燃料の霧化に有利となる。   Further, when the engine is started or during idling, the temperature of the combustion chamber 17 is low, which may be an adverse environment for fuel atomization. Therefore, the lift amount of the injector 33 is set to a relatively small value. Thereby, the particle size of the fuel spray is reduced, which is advantageous for fuel atomization.

尚、燃焼室１７の壁面の温度が所定の第２温度（＞第１温度）を超えると、エンジン制御器１００は、ガス層制御を行わず、燃焼室１７の壁面の温度とは異なる観点で噴射態様を制御する。   In addition, when the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 exceeds a predetermined second temperature (> first temperature), the engine controller 100 does not perform gas layer control and is different from the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17. The injection mode is controlled.

以上のように、エンジン１は、シリンダ１１内に設けられたピストン１５を有し、該シリンダ１１及び該ピストン１５によって燃焼室１７が区画されるエンジン本体と、少なくともガソリンを含む燃料を上記燃焼室１７内にノズル口４１を介して噴射するインジェクタ３３と、上記インジェクタ３３の噴射態様を制御することによって、上記燃焼室１７の中央部に混合気層Ｇ１を形成し且つ該混合気層Ｇ１の周囲に断熱ガス層Ｇ２を形成するエンジン制御器１００とを備え、上記エンジン制御器１００は、上記燃焼室１７の壁面の温度が低いほど、上記断熱ガス層Ｇ２の厚みを厚くする。   As described above, the engine 1 has the piston 15 provided in the cylinder 11, the engine body in which the combustion chamber 17 is partitioned by the cylinder 11 and the piston 15, and the fuel including at least gasoline at the combustion chamber. By controlling the injector 33 that is injected into the nozzle 17 through the nozzle port 41 and the injection mode of the injector 33, an air-fuel mixture layer G1 is formed at the center of the combustion chamber 17 and the periphery of the air-fuel mixture layer G1. And the engine controller 100 for forming the heat insulating gas layer G2. The engine controller 100 increases the thickness of the heat insulating gas layer G2 as the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 decreases.

この構成によれば、燃焼室１７の壁面の温度が低くなるほど、ガス層Ｇ２の厚みが厚くなるので、燃焼室１７の壁面の温度が低下することが原因で冷却損失が大きくなることを抑制することができる。   According to this configuration, as the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 becomes lower, the thickness of the gas layer G2 becomes thicker, so that an increase in cooling loss due to a decrease in the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 is suppressed. be able to.

また、エンジン制御器１００は、エンジン１の始動時、再始動時、又はアイドル運転時にガス層制御を行う。   The engine controller 100 performs gas layer control when the engine 1 is started, restarted, or idle.

つまり、エンジン１の始動時及び再始動時においては、エンジン１の始動性を向上させることができる。また、エンジン１のアイドル運転時には燃焼安定性を向上させることができる。   That is, when the engine 1 is started and restarted, the startability of the engine 1 can be improved. In addition, combustion stability can be improved when the engine 1 is idling.

さらに、インジェクタ３３は、ノズル口４１の有効断面積を調整可能に構成されており、エンジン制御器１００は、ノズル口４１の有効断面積を調整することによってガス層制御を行う。具体的には、エンジン制御器１００は、インジェクタ３３にノズル口４１の有効断面積の増減を繰り返させ、燃焼室１７の壁面の温度が低いほど、ノズル口４１の有効断面積の増減の幅を大きくする。または、エンジン制御器１００は、インジェクタ３３にノズル口４１の有効断面積の増減を繰り返させ、燃焼室１７の壁面の温度が低いほど、隣り合う、ノズル口４１の有効断面積のピークの時間間隔を長くする。   Further, the injector 33 is configured to be able to adjust the effective sectional area of the nozzle port 41, and the engine controller 100 performs gas layer control by adjusting the effective sectional area of the nozzle port 41. Specifically, the engine controller 100 causes the injector 33 to repeatedly increase and decrease the effective cross-sectional area of the nozzle port 41, and increase or decrease the effective cross-sectional area of the nozzle port 41 as the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 decreases. Enlarge. Alternatively, the engine controller 100 causes the injector 33 to repeatedly increase and decrease the effective cross-sectional area of the nozzle port 41, and the lower the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17, the adjacent time interval of the peak of the effective cross-sectional area of the nozzle port 41. Lengthen.

これにより、燃料噴射時の負圧領域の大きさを調整して、混合気層Ｇ１の大きさ及びガス層Ｇ２の厚さを調整することができる。   Thereby, the magnitude | size of the negative pressure area | region at the time of fuel injection can be adjusted, and the magnitude | size of the gas mixture layer G1 and the thickness of the gas layer G2 can be adjusted.

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 << Other Embodiments >>
As described above, the embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed. Moreover, it is also possible to combine each component demonstrated by the said embodiment and it can also be set as new embodiment. In addition, among the components described in the accompanying drawings and detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to exemplify the above technique. May also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential as those non-essential components are described in the accompanying drawings and detailed description.

上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。   About the said embodiment, it is good also as the following structures.

例えば、ガス層制御を行うのは、始動領域に限られるものではない。始動領域以外の運転領域においては、エンジン１の暖機が完了しており、燃焼室１７の壁面の温度が十分に高いと予想される。しかし、始動領域以外の運転領域であっても燃焼室１７の壁面の温度が低い状況が想定される場合には、ガス層制御を行ってもよい。   For example, the gas layer control is not limited to the starting region. In the operation region other than the start region, the engine 1 has been warmed up, and the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 is expected to be sufficiently high. However, the gas layer control may be performed when the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 is assumed to be low even in the operation region other than the start region.

上記ガス層制御では、変動連続噴射におけるリフト量の増減幅を燃焼室１７の壁面の温度に応じて変更しているが、一定であってもよい。つまり、燃焼室１７の壁面の温度に応じて、一定連続噴射、及びリフト量の増減幅が一定の変動連続噴射を切り替える構成であってもよい。ただし、変動連続噴射におけるリフト量の増減幅を燃焼室１７の壁面の温度に応じて変更した方が、ガス層Ｇ２の厚さを細かく調整することができる。   In the gas layer control, the increase / decrease width of the lift amount in the variable continuous injection is changed according to the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17, but may be constant. That is, a configuration in which constant continuous injection and variable continuous injection with a constant increase / decrease in lift amount are switched according to the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17 may be employed. However, the thickness of the gas layer G2 can be finely adjusted by changing the increase / decrease width of the lift amount in the variable continuous injection according to the temperature of the wall surface of the combustion chamber 17.

さらに、１回の変動連続噴射において、リフト量の変化率、最大値、最小値及び増減幅は、一定でなくてもよい。   Furthermore, the change rate, maximum value, minimum value, and increase / decrease range of the lift amount may not be constant in one fluctuation continuous injection.

また、インジェクタの構成は、上記実施形態に限られるものではない。噴口の有効断面積を変更できる限り、任意のインジェクタを採用することができる。例えば、図１２に示すような、ＶＣＯ（Valve Covered Orifice）ノズルタイプのインジェクタ２３３であってもよい。図１２は、インジェクタ２３３の内部構成を示す断面図である。   Moreover, the structure of an injector is not restricted to the said embodiment. As long as the effective cross-sectional area of the nozzle can be changed, any injector can be employed. For example, a VCO (Valve Covered Orifice) nozzle type injector 233 as shown in FIG. 12 may be used. FIG. 12 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the injector 233.

詳しくは、インジェクタ２３３は、シリンダ１１内に燃料を噴射するノズル口２４１が形成されたノズル本体２４０と、ノズル口２４１を開閉するニードル弁２４２とを有する。ノズル本体２４０は、所定の中心軸Ｓに沿って延びる管状の部材であって、その内部を燃料が流通する。ノズル本体２４０の先端部は、円錐状に形成されている。ノズル本体２４０の先端部の内周面には、すり鉢状のシート部２４３が形成されている。ノズル本体２４０の先端部に、複数のノズル口２４１が貫通形成されている。ノズル口２４１の一端は、シート部２４３に開口している。ノズル口２４１は、中心軸Ｓ回りに等間隔で複数配置されている。ニードル弁２４２の先端部は、円錐状に形成され、ノズル本体２４０のシート部２４３に着座するようになっている。ノズル口２４１は、ニードル弁２４２がシート部２４３に着座することによって閉鎖されるようになっている。ノズル口２４１は、噴口の一例であり、ニードル弁２４２は、弁体の一例である。   Specifically, the injector 233 includes a nozzle body 240 in which a nozzle port 241 that injects fuel into the cylinder 11 is formed, and a needle valve 242 that opens and closes the nozzle port 241. The nozzle body 240 is a tubular member extending along a predetermined central axis S, and the fuel circulates therein. The tip of the nozzle body 240 is formed in a conical shape. A mortar-shaped sheet portion 243 is formed on the inner peripheral surface of the tip portion of the nozzle body 240. A plurality of nozzle openings 241 are formed through the tip of the nozzle body 240. One end of the nozzle port 241 opens into the sheet portion 243. A plurality of nozzle ports 241 are arranged around the central axis S at equal intervals. The tip end portion of the needle valve 242 is formed in a conical shape and is seated on the seat portion 243 of the nozzle body 240. The nozzle port 241 is closed when the needle valve 242 is seated on the seat portion 243. The nozzle port 241 is an example of an injection port, and the needle valve 242 is an example of a valve body.

ニードル弁２４２は、インジェクタ３３と同様にピエゾ素子により駆動される。ニードル弁２４２が駆動され、シート部２４３からリフトされると、シート部２４３とニードル弁２４２との間に燃料が流通可能な隙間が形成され、この隙間を流通する燃料がノズル口２４１を介してノズル本体２４０の外部に噴射される。   The needle valve 242 is driven by a piezo element similarly to the injector 33. When the needle valve 242 is driven and lifted from the seat portion 243, a gap through which fuel can flow is formed between the seat portion 243 and the needle valve 242, and the fuel flowing through this gap passes through the nozzle port 241. Injected outside the nozzle body 240.

このとき、ノズル口２４１の内周面には、燃料が流通する際にキャビテーションが発生する。このキャビテーションの度合い（例えば、キャビテーションが発生する領域の大きさ）は、ニードル弁２４２とシート部２４３との隙間、即ち、ニードル弁２４２のリフト量に応じて変化する。具体的には、ニードル弁２４２のリフト量が小さく、ニードル弁２４２とシート部２４３との隙間が小さいときには、キャビテーションが発生する領域も大きくなる。一方、ニードル弁２４２のリフト量が大きく、ニードル弁２４２とシート部２４３との隙間が大きいときには、キャビテーションが発生する領域も小さくなる。キャビテーションが発生する領域が大きいと、ノズル口２４１の有効断面積は小さくなる。キャビテーションが発生する領域が小さいと、ノズル口２４１の有効断面積は大きくなる。つまり、ニードル弁２４２のリフト量が小さいほど、ノズル口２４１の有効断面積は小さくなり、ニードル弁２４２のリフト量が大きいほど、ノズル口２４１の有効断面積は大きくなる。   At this time, cavitation occurs on the inner peripheral surface of the nozzle port 241 when fuel flows. The degree of cavitation (for example, the size of a region where cavitation occurs) varies according to the gap between the needle valve 242 and the seat portion 243, that is, the lift amount of the needle valve 242. Specifically, when the lift amount of the needle valve 242 is small and the gap between the needle valve 242 and the seat portion 243 is small, the region where cavitation occurs also becomes large. On the other hand, when the lift amount of the needle valve 242 is large and the gap between the needle valve 242 and the seat portion 243 is large, the region where cavitation occurs is also small. When the area where cavitation occurs is large, the effective sectional area of the nozzle port 241 is small. When the area where cavitation occurs is small, the effective cross-sectional area of the nozzle port 241 increases. That is, the smaller the lift amount of the needle valve 242, the smaller the effective sectional area of the nozzle port 241. The larger the lift amount of the needle valve 242, the larger the effective sectional area of the nozzle port 241.

さらに、上記実施形態では、インジェクタ３３のリフト量、リフト量の増減幅、又は燃料噴射間隔を変更することによって、燃焼室１７内の混合気層の形状を変更することが可能であるが、これに加えて、燃料圧力を高くすることは、インジェクタ３３のリフト量と燃料噴射間隔との変更に伴う、混合気層の形状の変更幅を、さらに拡大する。つまり、燃料圧力を高くすることによって、インジェクタ３３のリフト量を大きくしたときには、燃料噴霧の運動エネルギがより大きくなり、燃料噴射間隔を狭くしたときには、負圧の程度が高くなって負圧領域がより拡大する。その結果、混合気層の形状の変更幅が、さらに拡大する。   Furthermore, in the above embodiment, the shape of the air-fuel mixture layer in the combustion chamber 17 can be changed by changing the lift amount of the injector 33, the increase / decrease width of the lift amount, or the fuel injection interval. In addition to this, increasing the fuel pressure further expands the range of change in the shape of the air-fuel mixture layer accompanying the change in the lift amount of the injector 33 and the fuel injection interval. That is, when the lift amount of the injector 33 is increased by increasing the fuel pressure, the kinetic energy of the fuel spray becomes larger, and when the fuel injection interval is reduced, the degree of negative pressure increases and the negative pressure region becomes larger. Expand more. As a result, the change width of the shape of the air-fuel mixture layer is further expanded.

尚、上記の例では、燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造を採用するようにしたが、ここに開示する技術は、燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造を採用しないエンジンにも適用することができる。   In the above example, the heat insulation structure of the combustion chamber 17 and the intake port 18 is adopted. However, the technique disclosed herein is also applied to an engine that does not employ the heat insulation structure of the combustion chamber 17 and the intake port 18. be able to.

また、上記エンジン１は、運転領域の全域において圧縮自己着火による燃焼を行っているが、これに限られるものではない。点火プラグでの点火により燃焼を行わせる構成であってもよいし、圧縮自己着火と点火とを運転領域に応じて使い分ける構成であってもよい。   Moreover, although the said engine 1 is combusting by compression self-ignition in the whole operation area | region, it is not restricted to this. A configuration in which combustion is performed by ignition with an ignition plug may be used, or a configuration in which compression self-ignition and ignition are selectively used according to an operation region may be used.

以上説明したように、ここに開示された技術は、直噴ガソリンエンジンの制御装置について有用である。   As described above, the technology disclosed herein is useful for a control device for a direct injection gasoline engine.

１ エンジン
１１ シリンダ（気筒）
１５ ピストン
１７ 燃焼室
３３ インジェクタ
４０ ノズル本体
４１ ノズル口（噴口）
４２ 外開弁（弁体）
１００ エンジン制御器（制御部）
２３３ インジェクタ
２４１ ノズル口（噴口）
２４２ ニードル弁（弁体）
Ｓ 中心軸
Ｘ 中心軸 1 Engine 11 Cylinder
15 Piston 17 Combustion chamber 33 Injector 40 Nozzle body 41 Nozzle port (jet port)
42 Outside valve (valve)
100 Engine controller (control unit)
233 Injector 241 Nozzle port
242 Needle valve
S Center axis X Center axis

Claims (6)

気筒内に設けられたピストンを有し、該気筒及び該ピストンによって燃焼室が区画されるエンジン本体と、
少なくともガソリンを含む燃料を上記燃焼室内に噴口を介して噴射するインジェクタと、
上記インジェクタの噴射態様を制御することによって、上記燃焼室の中央部に混合気層を形成し且つ該混合気層の周囲に断熱ガス層を形成する制御部とを備え、
上記制御部は、上記燃焼室の壁面の温度が低いほど、上記断熱ガス層の厚みを厚くするガス層制御を行う直噴ガソリンエンジンの制御装置。 An engine body having a piston provided in the cylinder, and a combustion chamber defined by the cylinder and the piston;
An injector for injecting fuel including at least gasoline into the combustion chamber through a nozzle;
A control unit that controls the injection mode of the injector to form an air-fuel mixture layer in the center of the combustion chamber and to form a heat insulating gas layer around the air-fuel mixture layer;
The said control part is a control apparatus of the direct injection gasoline engine which performs gas layer control which makes the thickness of the said heat insulation gas layer thick, so that the temperature of the wall surface of the said combustion chamber is low. 請求項１に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
上記制御部は、上記エンジン本体の始動時、上記インジェクタからの燃料噴射を停止した後に燃料噴射を再開するとき、又は上記エンジン本体のアイドル運転時に上記ガス層制御を行う直噴ガソリンエンジンの制御装置。 In the direct injection gasoline engine control device according to claim 1,
The control unit controls the direct injection gasoline engine that performs the gas layer control when starting the engine body, restarting fuel injection after stopping fuel injection from the injector, or during idle operation of the engine body . 請求項１又は２に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
上記インジェクタは、上記噴口の有効断面積を調整可能に構成されており、
上記制御部は、上記噴口の有効断面積を調整することによって上記ガス層制御を行う直噴ガソリンエンジンの制御装置。 In the direct injection gasoline engine control device according to claim 1 or 2,
The injector is configured to be able to adjust the effective cross-sectional area of the nozzle hole,
The said control part is a control apparatus of the direct injection gasoline engine which performs the said gas layer control by adjusting the effective cross-sectional area of the said nozzle hole. 請求項３に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
上記制御部は、上記インジェクタに上記噴口の有効断面積の増減を繰り返させ、上記燃焼室の壁面の温度が低いほど、該噴口の有効断面積の増減幅を大きくする直噴ガソリンエンジンの制御装置。 The control apparatus for a direct injection gasoline engine according to claim 3,
The control unit causes the injector to repeatedly increase and decrease the effective cross-sectional area of the injection port, and increases the increase / decrease width of the effective cross-sectional area of the injection port as the temperature of the wall surface of the combustion chamber decreases. . 請求項３又は４に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
上記制御部は、上記インジェクタに上記噴口の有効断面積の増減を繰り返させ、上記燃焼室の壁面の温度が低いほど、隣り合う、該噴口の有効断面積のピークの時間間隔を長くする直噴ガソリンエンジンの制御装置。 The direct-injection gasoline engine control device according to claim 3 or 4,
The control unit causes the injector to repeatedly increase and decrease the effective cross-sectional area of the injection port, and the lower the temperature of the wall surface of the combustion chamber, the longer the time interval between adjacent effective cross-sectional area peaks of the injection port becomes longer. Control device for gasoline engine. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
上記インジェクタは、上記噴口が形成されたノズル本体と、該噴口を開閉する弁体とを有し、該弁体のリフト量に応じて該噴口の有効断面積が変化するように構成されている直噴ガソリンエンジンの制御装置。 In the control apparatus of the direct-injection gasoline engine according to any one of claims 1 to 4,
The injector has a nozzle body in which the nozzle hole is formed, and a valve body that opens and closes the nozzle hole, and is configured such that an effective sectional area of the nozzle hole changes according to a lift amount of the valve body. Control unit for direct injection gasoline engine.
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