JP2015187394A - internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関に関する。 The present invention relates to an in-cylinder direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber of a cylinder.
一般的な火花点火式内燃機関に実装されている点火装置では、イグナイタが消弧した際に点火コイルに発生する高電圧を点火プラグの中心電極に印加することで、点火プラグの中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起し、点火する。 In an ignition device mounted on a general spark ignition type internal combustion engine, a high voltage generated in the ignition coil when the igniter extinguishes is applied to the center electrode of the ignition plug, so that the center electrode of the ignition plug is grounded. A spark discharge is caused between the electrodes and ignited.
近時では、気筒の燃焼室内にある混合気に確実に着火させ、安定した火炎を得ることができるようにするために、高周波発振器が出力する高周波またはマグネトロンが出力するマイクロ波を燃焼室内に放射する「アクティブ点火(アクティブ着火)」法が試みられている(例えば、下記特許文献を参照)。アクティブ点火法によれば、中心電極と接地電極との間の空間に高周波電界またはマイクロ波電界が形成され、この電界中で発生したプラズマが成長して、火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きな火炎核を生成することができる。 Recently, in order to ensure that the air-fuel mixture in the combustion chamber of the cylinder is ignited and a stable flame can be obtained, the high frequency output from the high frequency oscillator or the microwave output from the magnetron is radiated into the combustion chamber. An “active ignition” method has been attempted (see, for example, the following patent document). According to the active ignition method, a high-frequency electric field or a microwave electric field is formed in the space between the center electrode and the ground electrode, and the plasma generated in this electric field grows to form a large flame nucleus that starts flame propagation combustion. Can be generated.
筒内直接噴射式の内燃機関では、燃費性能の向上を目論み、部分負荷領域(アクセル開度が全開ないし全開に近い高負荷ではない運転領域)にて、成層燃焼(層状燃焼)を行うことが通例である。成層燃焼とは、気筒の燃焼室内全体としては空燃比をリーンとしながら、点火プラグの電極近傍には着火燃焼に適した理論空燃比に近い混合気を配置する混合気の成層化を行うことで、希薄燃焼を成立させるものである。 In-cylinder direct injection internal combustion engines aim to improve fuel efficiency, and stratified combustion (stratified combustion) can be performed in a partial load region (operation region where the accelerator opening is not fully open or close to full open). It is customary. Stratified combustion is stratification of an air-fuel mixture in which the air-fuel ratio is lean for the entire combustion chamber of the cylinder, and an air-fuel mixture close to the stoichiometric air-fuel ratio suitable for ignition combustion is placed near the electrode of the spark plug. This establishes lean combustion.
しかし、アクセル開度が小さい低負荷領域では、燃料噴射量が顕著に少なくなり、燃焼室内に噴射した燃料が必要十分に拡散せず、点火プラグの電極の周辺に点火に適した空燃比を有する可燃混合気を配置することが難しいという問題が存在する。 However, in the low load region where the accelerator opening is small, the fuel injection amount is remarkably reduced, the fuel injected into the combustion chamber does not diffuse sufficiently and has an air-fuel ratio suitable for ignition around the spark plug electrode. There is a problem that it is difficult to place a combustible mixture.
本発明は、筒内直接噴射式の内燃機関の低負荷領域での成層燃焼の安定化を実現することを所期の目的とする。 An object of the present invention is to realize stabilization of stratified combustion in a low load region of a direct injection type internal combustion engine.
本発明では、気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関であり、吸気バルブを吸気下死点よりも早いタイミングで閉弁可能なものであって、アクセル開度が所定以下の低負荷領域において、吸気バルブの閉弁タイミングを吸気下死点よりも早めた上、その吸気バルブの閉弁後に燃料噴射を実行する内燃機関を構成した。 The present invention is an in-cylinder direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber of a cylinder, and is capable of closing an intake valve at a timing earlier than the intake bottom dead center. In the low load region below a predetermined level, the internal combustion engine is configured such that the closing timing of the intake valve is advanced from the intake bottom dead center and fuel injection is performed after the intake valve is closed.
本発明によれば、筒内直接噴射式の内燃機関の低負荷領域での成層燃焼の安定化を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, stabilization of the stratified combustion in the low load area | region of the direct injection internal combustion engine can be implement | achieved.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、筒内直接噴射式の4ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒1(例えば、三気筒エンジン。図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1には、その吸気ポートに臨む位置に、燃料を噴射するインジェクタ11を設置している。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine of the present embodiment is a direct injection type four-stroke gasoline engine, and includes a plurality of cylinders 1 (for example, a three-cylinder engine, one of which is shown in FIG. 1). Yes. Each cylinder 1 is provided with an
図2に、点火系の電気回路を示している。点火コイル14は、点火プラグ12に印加するべき火花放電用の高電圧を供給するものであり、半導体スイッチング素子であるイグナイタ13とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。内燃機関の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0からの点火信号iをイグナイタ13が受けると、まずイグナイタ13が点弧して点火コイル14の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ13が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、点火コイル14の一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この誘導電圧が点火プラグ12の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電が生じる。
FIG. 2 shows an electric circuit of the ignition system. The ignition coil 14 supplies a high voltage for spark discharge to be applied to the
本実施形態の内燃機関では、その点火系に気筒1の燃焼室内に電界を発生させる電界発生装置6を付設している。この電界発生装置6は、燃焼室内でプラズマを生成する目的で高周波を発生させるものである。電界発生装置6の具体例としては、高周波の交流電圧を出力する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を出力する脈流電圧発生回路等を挙げることができる。 In the internal combustion engine of the present embodiment, an electric field generator 6 for generating an electric field in the combustion chamber of the cylinder 1 is attached to the ignition system. The electric field generator 6 generates a high frequency for the purpose of generating plasma in the combustion chamber. Specific examples of the electric field generator 6 include an AC voltage generation circuit that outputs a high-frequency AC voltage, a pulsating voltage generation circuit that outputs a high-frequency pulsating voltage, and the like.
図3及び図4に示すように、電界発生装置6は、車載のバッテリを電源とし、低圧直流を高圧交流に変換する回路を含む。具体的には、バッテリが提供する約12Vの直流電圧を100V〜500Vに昇圧するDC−DCコンバータ61と、DC−DCコンバータ61が出力する直流電圧を利用して交流の高周波を出力する交流発振器たる高周波発生回路62と、高周波発生回路62が出力する交流の高周波をさらに高い電圧に昇圧する昇圧トランス63とを構成要素とする。
As shown in FIGS. 3 and 4, the electric field generation device 6 includes a circuit that converts a low-voltage direct current into a high-voltage alternating current using a vehicle-mounted battery as a power source. Specifically, a DC-
DC−DCコンバータ61は、ECU0からの指令lを受けて、高周波発生回路62に印加する直流の駆動電圧の大きさを変化させることができ、ひいては、昇圧トランス63の下流における高周波電圧の振幅を変化させることができる。昇圧トランス63の下流における高周波電圧は、周波数が200kHz〜3000kHz程度、振幅が3kVp−p〜10kVp−p程度であることが好ましい。
The DC-
本実施形態において、高周波発生回路62は、DC−DCコンバータ61が出力する直流電圧を交流電圧に変換するHブリッジ回路である。図4に、このHブリッジ回路の構成例を示している。
In the present embodiment, the high
電界発生装置6の出力端には、第一ダイオード64及び第二ダイオード65を介設する。第一ダイオード64は、カソードが昇圧トランス63の二次側巻線の信号ラインに接続し、アノードが点火コイル14との結節点であるミキサ66に接続している。第二ダイオード65は、アノードが昇圧トランス63の二次側巻線のグランドラインに接続し、カソードが接地している。これら第一ダイオード64及び第二ダイオード65は、昇圧トランス63の下流において交流の高周波を半波整流して脈流化するとともに、点火タイミングにおいて点火コイル14の二次側から流れ込む負の高圧パルス電流を遮る役割を担う。
A
因みに、電界発生装置6として脈流電圧発生回路を採用する場合、当該脈流電圧発生回路は周期的に電圧が変化する直流電圧を発生させるものであればよく、その波形も任意であってよい。ここに言う脈流電圧は、基準電圧(0Vであることがある)から一定周期で一定電圧まで変動するパルス電圧や、交流電圧に直流バイアスを加味した電圧等を含む。 Incidentally, when a pulsating voltage generation circuit is employed as the electric field generator 6, the pulsating voltage generation circuit may be any circuit that generates a DC voltage whose voltage periodically changes, and its waveform may be arbitrary. . The pulsating voltage mentioned here includes a pulse voltage that varies from a reference voltage (which may be 0 V) to a constant voltage at a constant period, a voltage obtained by adding a DC bias to an AC voltage, and the like.
電界発生装置6が発生させる高周波の脈流電圧は、ミキサ66を介して点火プラグ12の中心電極に印加する。つまり、気筒1の燃焼室内に臨む点火プラグ12の中心電極を、電界を放射するアンテナとする。これにより、燃焼室内における、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間の空間に、高周波電界が形成される。そして、高周波電界中で火花放電を行うことによりプラズマが発生し、このプラズマが火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きなラジカルプラズマ火炎核を生成する。
A high-frequency pulsating voltage generated by the electric field generator 6 is applied to the center electrode of the
上記は、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、OHラジカルやNラジカルになるとともに、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体も電離した状態、即ちプラズマ状態となることで、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎核も大きくなるのである。この結果、火花放電のみによる二次元的な着火から三次元的な着火に増幅され、燃焼が燃焼室内に急速に伝播、高い燃焼速度で拡大することとなる。 In the above, the flow of electrons due to the spark discharge and the ions and radicals generated by the spark discharge are vibrated and meandered by the influence of the electric field, resulting in a long path length and a dramatic increase in the number of collisions with surrounding water and nitrogen molecules. This is due to the increase. Water molecules and nitrogen molecules that have been struck by ions and radicals become OH radicals and N radicals, and the surrounding gas that has been struck by ions and radicals is also ionized, that is, a plasma state. In addition, the region of ignition of the air-fuel mixture increases and the flame kernel also increases. As a result, the two-dimensional ignition by only the spark discharge is amplified to the three-dimensional ignition, and the combustion rapidly propagates into the combustion chamber and expands at a high combustion speed.
アクティブ点火を実行する場合の、点火プラグ12の中心電極に高周波を印加するタイミングは、通常、火花放電開始と略同時、火花放電開始直前、または火花放電開始直後である。
In the case of performing active ignition, the timing at which a high frequency is applied to the center electrode of the
勿論、本実施形態の内燃機関は、アクティブ点火ではない従来型の火花点火、即ち点火プラグ12の中心電極からの高周波電界の放射を伴わない火花放電によって混合気に着火することもできる。安定的に着火して燃焼させることが容易な(燃焼不良に陥りにくい)状況下では、従来型の火花点火を実行することとして電力消費を抑制することが考えられる。
Of course, the internal combustion engine of the present embodiment can also ignite the air-fuel mixture by conventional spark ignition that is not active ignition, that is, spark discharge that does not involve emission of a high-frequency electric field from the center electrode of the
内燃機関の気筒1に吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
An intake passage 3 for supplying intake air to the cylinder 1 of the internal combustion engine takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
気筒1から排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
The exhaust passage 4 for exhausting the exhaust from the cylinder 1 guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-
外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における触媒41の上流側と吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側とを連通するEGR通路21と、EGR通路21上に設けたEGRクーラ22と、EGR通路21を開閉し当該EGR通路21を流れるEGRガスの流量を制御するEGRバルブ23とを要素とする。EGR通路21の入口は、排気通路4における排気マニホルド42またはその下流の所定箇所に接続している。EGR通路21の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク33に接続している。
The external EGR (Exhaust Gas Recirculation) device 2 realizes a so-called high pressure loop EGR, and an
図5に示すように、本実施形態の内燃機関では、クランクスプロケット71、吸気側スプロケット72及び排気側スプロケット73にタイミングチェーン74を巻き掛け、このタイミングチェーン74により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット72を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット73を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。
As shown in FIG. 5, in the internal combustion engine of the present embodiment, a
その上で、吸気側スプロケット72と吸気カムシャフトとの間に、可変バルブタイミング(Variable Valve Timing)機構8を介設している。本実施形態におけるVVT機構8は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより吸気バルブの開閉タイミングを変化させるものである。
In addition, a variable
VVT機構8のハウジング81は、吸気側スプロケット72に固着しており、吸気側スプロケット72とハウジング81とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ82は、ハウジング81内に収納され、吸気側スプロケット72及びハウジング81に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング81の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ82の外周部に成形されたベーン821によって進角室812と遅角室811とに区画される。
The
VVT機構8の液圧(特に、油圧)回路には、オイルパン831内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ832より供給される。液圧ポンプ832は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ832とVVT機構8との間には、切換制御弁であるOCV(Oil Control Valve)9を設けている。作動液の流量及び方向をこのOCV9を介して操作することで、オイルパン831から汲み上げた作動液を進角室812または遅角室811に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング81がロータ82に対して相対回動し、吸気バルブの開閉タイミングを進角または遅角させることができる。
The hydraulic fluid stored in the
OCV9は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。スプール96は、ソレノイド97によって駆動する。即ち、制御信号nとしてソレノイド97に入力するパルス電流(または、電圧)のデューティ比に応じて、スプール96の進退の距離が変化する。
The
制御信号nのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ832から吐出される作動液圧がAポート92を通じて進角室812に供給される一方、既に遅角室811に貯留していた作動液がBポート93を通じてオイルパン831に向けて流下することとなり、進角室812の容積が拡大、遅角室811の容積が縮小するようにベーン821及びロータ82が回動する。結果、吸気カムシャフトの回転位相、換言すれば吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気バルブのバルブタイミングが進角化する。
When the duty ratio of the control signal n is relatively large, the hydraulic fluid pressure discharged from the
逆に、制御信号nのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ832から吐出される作動液圧がBポート93を通じて遅角室811に供給される一方、既に進角室812に貯留していた作動液がAポート92を通じてオイルパン831に向けて流下することとなり、遅角室811の容積が拡大、進角室812の容積が縮小するようにベーン821及びロータ82が回動する。結果、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気バルブのバルブタイミングが遅角化する。
On the other hand, when the duty ratio of the control signal n is relatively small, the hydraulic fluid pressure discharged from the
内燃機関の運転制御を司るECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキスイッチまたはマスタシリンダ圧センサから出力されるブレーキ踏量信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号g、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号h等が入力される。 The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle and engine speed of the crankshaft, and depression of an accelerator pedal. An accelerator opening degree signal c output from a sensor that detects the amount or the opening degree of the throttle valve 32 as an accelerator opening degree (so-called required load), and a brake switch or master cylinder pressure sensor that detects the depression amount of the brake pedal. Brake pedal amount signal d, intake air temperature / intake pressure signal e output from temperature / pressure sensor for detecting intake air temperature and intake pressure in intake passage 3 (especially surge tank 33), and cooling water temperature of internal combustion engine are detected. The cooling water temperature signal f output from the water temperature sensor, the intake camshaft or the exhaust camshaft A cam angle signal g at the cam angle is output from the cam angle sensor, an atmospheric pressure signal h or the like to be outputted from the atmospheric pressure sensor for detecting the atmospheric pressure is inputted.
出力インタフェースからは、点火プラグ12に付随するイグナイタ13に対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、DC−DCコンバータ61に対して当該DC−DCコンバータ61が出力する駆動電圧の大きさを指令する電圧指令信号l、EGRバルブ23に対して開度操作信号m、OCV9に対して制御信号n等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i for the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、燃焼室内に高周波電界を印加するか否かやその電界の強度、要求EGR率(または、EGR量)、吸気バルブの開閉タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、m、nを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
本実施形態の内燃機関では、アクセル開度が全開ないし全開に近い高負荷ではない部分負荷の運転領域において、気筒1の燃焼室内全体としては空燃比をリーンとしながら、点火プラグ12の電極近傍には着火燃焼に適した理論空燃比に近い混合気を配置して、これに着火する成層燃焼を実施することが可能である。
In the internal combustion engine of the present embodiment, in the partial load operation region where the accelerator opening is not fully open or close to full open, the entire combustion chamber of the cylinder 1 is in the vicinity of the electrode of the
混合気の成層化を具現する手法は幾つかあるが、本実施形態ではいわゆるスプレーガイド方式を想定している。スプレーガイド方式とは、気筒1の圧縮行程中にインジェクタ11から直接点火プラグ12の電極に向けて燃料を噴射する方式である。燃料噴射から点火までの間隔が短いことから、燃料の過度の拡散を防止でき、燃料のピストンへの衝突も抑制できるので、未燃の燃料成分(特に、HC)の排出が少なく、高い燃焼効率を実現できる利点がある。
Although there are several methods for realizing the stratification of the air-fuel mixture, a so-called spray guide method is assumed in the present embodiment. The spray guide method is a method in which fuel is injected directly from the
反面、スプレーガイド方式では、インジェクタ11から噴射した燃料を確実に点火プラグ12の電極近傍まで導かねばならず、また、その噴射した燃料が点火プラグ12の電極近傍を通過するタイミングで点火を行う必要がある。アクセル開度が小さい低負荷領域では、燃料噴射量が顕著に少なくなり、燃焼室内に噴射した燃料が必要十分に拡散せず、点火プラグ12の電極近傍に点火に適した空燃比を有する可燃混合気の層を配置することが難しい。
On the other hand, in the spray guide system, the fuel injected from the
そこで、本実施形態では、アクセル開度が所定以下である低負荷の運転領域において、VVT機構6を介して各気筒1の吸気行程における吸気バルブの閉弁タイミングを吸気下死点よりも一定以上進角させる早閉じ制御を実施するとともに、吸気バルブの閉弁後に燃料噴射を実行することとしている。 Therefore, in the present embodiment, in the low load operation region where the accelerator opening is equal to or less than a predetermined value, the closing timing of the intake valve in the intake stroke of each cylinder 1 via the VVT mechanism 6 is a certain level or more than the intake bottom dead center. While performing early closing control to advance the angle, fuel injection is executed after the intake valve is closed.
より具体的には、吸気下死点よりも早いタイミングで吸気バルブを閉弁し、その吸気バルブの閉弁後、吸気下死点前または吸気下死点後の比較的早い時期(吸気下死点からのクランク角度が所定範囲内にある圧縮行程の初期ないし中期)つまりは筒内圧力(気筒1の燃焼室内圧力)が低い時期に、インジェクタ11から燃焼室内に燃料を噴射する。さすれば、この噴射した燃料が減圧沸騰を起こして気化し、インジェクタ11から燃焼室内に拡散する。結果、燃料噴射量が少なくとも、点火プラグ12の電極近傍に可燃混合気の層を配置することが可能となり、安定した成層燃焼を得られるようになる。
More specifically, the intake valve is closed at a timing earlier than the intake bottom dead center, and after the intake valve is closed, before intake bottom dead center or after intake bottom dead center (intake bottom dead center). Fuel is injected from the
また、吸気バルブの早閉じ制御は、実効的に圧縮行程のストローク長を膨張行程のストローク長よりも短くするミラーサイクルを実現することにもなり、ポンピングロスを低減しながら排熱量を減少させて熱機械変換効率をより一層高めることができる。 In addition, the early closing control of the intake valve also realizes a mirror cycle that effectively shortens the stroke length of the compression stroke than the stroke length of the expansion stroke, reducing the amount of exhaust heat while reducing the pumping loss. The thermomechanical conversion efficiency can be further increased.
但し、低負荷領域にて吸気バルブの早閉じ制御を実施すると、気筒1の吸気下死点における筒内温度(燃焼室内温度)が顕著に低下し、場合によっては氷点下に達する。筒内温度の低下は、混合気の着火燃焼の不安定化につながる懸念がある。アクセル開度が所定以下の低負荷領域において吸気バルブを早閉じ制御する場合には、上述のアクティブ点火を実行し、確実に混合気を着火燃焼させるようにすることが好ましい。 However, if the early closing control of the intake valve is performed in the low load region, the in-cylinder temperature (combustion chamber temperature) at the intake bottom dead center of the cylinder 1 is remarkably lowered, and in some cases, reaches the freezing point. There is a concern that a decrease in the in-cylinder temperature may lead to instability of the ignition and combustion of the air-fuel mixture. When the intake valve is controlled to be closed early in a low load region where the accelerator opening is equal to or less than a predetermined value, it is preferable to execute the above-described active ignition so that the air-fuel mixture is ignited and burned reliably.
本実施形態では、気筒1の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関であり、吸気バルブを吸気下死点よりも早いタイミングで閉弁可能なものであって、アクセル開度が所定以下の低負荷領域において、吸気バルブの閉弁タイミングを吸気下死点よりも早めた上、その吸気バルブの閉弁後に燃料噴射を実行する内燃機関を構成した。 In the present embodiment, the cylinder 1 is a direct injection type internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber of the cylinder 1. The intake valve can be closed earlier than the intake bottom dead center. In the low load region where the degree is less than or equal to a predetermined value, the internal combustion engine is configured such that the closing timing of the intake valve is advanced from the intake bottom dead center and fuel injection is performed after the intake valve is closed.
本実施形態によれば、燃料噴射量の少ない低負荷領域においても、点火プラグ12の電極の周辺に可燃混合気を配置しやすくなる。即ち、低負荷領域において安定した成層燃焼を得られるようになるため、燃料消費量の削減及び未燃燃料成分の排出の抑止(燃費及びエミッションの良化)に資する。
According to this embodiment, it becomes easy to arrange the combustible air-fuel mixture around the electrode of the
また、混合気の燃焼の安定性が低下する低負荷領域での成層燃焼時等を除いた平常時は火花放電のみによる点火を行うようにし、低負荷領域での成層燃焼時に限って早閉じ制御とともにアクティブ点火による混合気の着火燃焼を遂行する態様をとることもできる。この場合には、燃焼室内への電界放射による電力消費を削減できる。 In addition, ignition is performed only by spark discharge during normal times except during stratified combustion in low-load regions where the stability of the combustion of the air-fuel mixture decreases, and early closing control is only possible during stratified combustion in low-load regions. At the same time, it is possible to perform an ignition combustion of the air-fuel mixture by active ignition. In this case, power consumption due to electric field emission into the combustion chamber can be reduced.
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、低負荷領域において吸気バルブの早閉じ制御を伴う成層燃焼を実施する場合に、必ずアクティブ点火を実行しなければならないわけではない。混合気への着火が可能であるならば、従来型の火花点火によって混合気を燃焼させるようにしても構わない。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, when performing stratified combustion accompanied by intake valve early closing control in a low load region, it is not always necessary to execute active ignition. If the mixture can be ignited, the mixture may be burned by conventional spark ignition.
気筒1の燃焼室内に電界を印加するための電界発生装置6は、高周波の交流電圧を印加する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を印加する脈流電圧発生回路に限定されない。電界発生装置6としてマイクロ波を出力するマグネトロン等を採用し、気筒1の燃焼室内にマイクロ波電界を印加してアクティブ点火を実行するものとしてもよい。 The electric field generator 6 for applying an electric field to the combustion chamber of the cylinder 1 is not limited to an AC voltage generating circuit for applying a high-frequency AC voltage or a pulsating voltage generating circuit for applying a high-frequency pulsating voltage. A magnetron or the like that outputs a microwave may be employed as the electric field generator 6, and active ignition may be performed by applying a microwave electric field into the combustion chamber of the cylinder 1.
上記実施形態では、点火プラグ12の中心電極を電界放射用のアンテナとしていたが、点火プラグ12とは別体のアンテナを気筒1に設け、これを介して気筒1の燃焼室内に高周波電界またはマイクロ波電界を放射してもよい。
In the above-described embodiment, the center electrode of the
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関として利用することができる。 The present invention can be used as an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
12…点火プラグ、アンテナ
6…電界発生装置
0 ... Control unit (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (1)
アクセル開度が所定以下の低負荷領域において、吸気バルブの閉弁タイミングを吸気下死点よりも早めた上、その吸気バルブの閉弁後に燃料噴射を実行する内燃機関。 A direct injection type internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber of the cylinder, and can close the intake valve at a timing earlier than the intake bottom dead center,
An internal combustion engine in which, in a low load region where the accelerator opening is equal to or less than a predetermined value, the closing timing of the intake valve is advanced from the intake bottom dead center and fuel injection is performed after the intake valve is closed.
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JP2014064331A JP2015187394A (en) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | internal combustion engine |
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JP2014064331A Pending JP2015187394A (en) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | internal combustion engine |
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2014
- 2014-03-26 JP JP2014064331A patent/JP2015187394A/en active Pending
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