JP2016130495A - Internal combustion engine - Google Patents

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JP2016130495A JP2015005298A JP2015005298A JP2016130495A JP 2016130495 A JP2016130495 A JP 2016130495A JP 2015005298 A JP2015005298 A JP 2015005298A JP 2015005298 A JP2015005298 A JP 2015005298A JP 2016130495 A JP2016130495 A JP 2016130495A
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flow
tumble
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intake
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JP2015005298A
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洋志 坂井
Hiroshi Sakai
洋志 坂井
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Toyota Motor Corp
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine capable of stably obtaining satisfactory stratified combustion.SOLUTION: An ignition plug 16 is disposed at a center in an upper portion of a cylinder 12. A tumble flow 36 is generated within the cylinder 12. An internal combustion engine comprises a cylinder injection valve 18 that injects fuel into the cylinder 12. The cylinder injection valve 18 injects the fuel toward a high-speed part 38 of the tumble flow 36 with timing when the high-speed part 38 moves toward the cylinder injection valve 18 set as injection timing θa. The high-speed part 38 is a part of the tumble flow 36 which a part thereof at a higher flow speed than an average flow speed of the tumble flow 36.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、内燃機関に係り、特に、車両への搭載に適した内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine suitable for mounting on a vehicle.

特許文献1には、燃料を直接筒内に噴射する筒内噴射弁と、筒内の上部中央に配置された点火プラグとを備える筒内噴射式火花点火内燃機関が開示されている。この内燃機関の吸気系は、吸気の流れによって筒内にタンブル流が発生するように設けられている。また、特許文献1には、ピストン上面から筒内噴射弁に向かって吹き上げてくるタンブル流に衝突させるように燃料を噴射することで、良好な成層燃焼が得られることが開示されている。   Patent Document 1 discloses a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine including an in-cylinder injection valve that directly injects fuel into a cylinder, and an ignition plug disposed in the upper center of the cylinder. The intake system of the internal combustion engine is provided so that a tumble flow is generated in the cylinder by the flow of intake air. Patent Document 1 discloses that good stratified combustion can be obtained by injecting fuel so as to collide with a tumble flow blown from the upper surface of the piston toward the in-cylinder injection valve.

ピストン上面から吹き上げてくるタンブル流に噴霧燃料を衝突させると、その燃料をタンブル流の中心側に偏向させることができる。タンブル流の中心付近は、その周囲に比べて低圧である。このため、タンブル流の中心側に偏向された燃料は、その中心部分に保持され易い。この状態で圧縮行程を進行させれば、気筒内の上部中央、即ち、点火プラグの設置位置に濃度の高い混合気を成層することができる。このため、上記従来の内燃機関によれば、高い確率で良好な成層燃焼を得ることができる。   When the atomized fuel collides with the tumble flow blown up from the upper surface of the piston, the fuel can be deflected toward the center side of the tumble flow. The pressure around the center of the tumble flow is lower than that around it. For this reason, the fuel deflected to the center side of the tumble flow is easily held at the center portion. If the compression stroke is advanced in this state, a high-concentration air-fuel mixture can be stratified at the upper center in the cylinder, that is, at the position where the spark plug is installed. For this reason, according to the conventional internal combustion engine, good stratified combustion can be obtained with high probability.

特開2004−162577号公報JP 2004-162577 A 特開2002−030969号公報JP 2002-030969 A 特開2002−332849号公報JP 2002-332849 A 特開2009−114916号公報JP 2009-114916 A

ところで、気筒内に発生するタンブル流は、一様な流速を有するものではない。このため、タンブル流と衝突するように燃料を噴射しても、衝突箇所の流速が十分でなければ、燃料がタンブル流を貫徹してしまい、狙い通りの偏向が得られないことがある。この場合、点火プラグの周辺に高濃度の混合気を誘導することができず、良好な成層燃焼が得られない事態が生じ得る。   By the way, the tumble flow generated in the cylinder does not have a uniform flow velocity. For this reason, even if the fuel is injected so as to collide with the tumble flow, if the flow velocity at the collision portion is not sufficient, the fuel penetrates the tumble flow and the desired deflection may not be obtained. In this case, a high-concentration air-fuel mixture cannot be induced around the spark plug, and a situation where good stratified combustion cannot be obtained may occur.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、噴霧燃料の貫徹力をタンブル流により安定的に抑制し、良好な成層燃焼を安定的に得ることのできる内燃機関を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an internal combustion engine that can stably suppress the penetration force of sprayed fuel by a tumble flow and stably obtain good stratified combustion. The purpose is to do.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
気筒の上部中央に配置された点火プラグと、
気筒内にタンブル流を発生させるタンブル発生機構と、
気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、を備え、
前記筒内噴射弁は、タンブル流の高速部が前記筒内噴射弁に向かって移動してくる時期を噴射タイミングとして、当該高速部に向けて燃料を噴射し、
前記高速部とは、前記タンブル流の一部であり、当該タンブル流の平均流速より速い流速を持つ一連の部分であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an internal combustion engine,
A spark plug located in the upper center of the cylinder;
A tumble generating mechanism for generating a tumble flow in the cylinder;
An in-cylinder injection valve for injecting fuel into the cylinder,
The in-cylinder injection valve injects fuel toward the high-speed portion, with the timing at which the high-speed portion of the tumble flow moves toward the in-cylinder injection valve as an injection timing,
The high-speed portion is a part of the tumble flow, and is a series of portions having a flow velocity faster than the average flow velocity of the tumble flow.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記噴射タイミングは、吸気上死点後160〜180°CA内のクランク角に対応する時点を含み、
前記筒内噴射弁は、吸気上死点後160〜180°CA時におけるタンブル流の高速部と衝突する方向に燃料を噴射するように構成されていることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The injection timing includes a time point corresponding to a crank angle within 160 to 180 ° CA after intake top dead center,
The in-cylinder injection valve is configured to inject fuel in a direction that collides with a high speed portion of a tumble flow at 160 to 180 ° CA after intake top dead center.

また、第3の発明は、第1又は第2の発明において、
内燃機関の始動直後のアイドル回転速度を暖機終了後の通常アイドル回転速度より高い回転速度とするファストアイドルの実行条件を判定する制御ユニットを備え、
前記筒内噴射弁は、前記ファストアイドルの実行条件成立中に、前記噴射タイミングで燃料を噴射することを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
A control unit for determining a fast idle execution condition for setting the idle rotation speed immediately after the start of the internal combustion engine to a higher rotation speed than the normal idle rotation speed after the end of warm-up;
The in-cylinder injection valve injects fuel at the injection timing while the fast idle execution condition is satisfied.

また、第4の発明は、第1から第3の発明の何れかにおいて、
目標空燃比をストイキより薄いリーン空燃比とするリーンバーン運転の実行条件成否を判定する制御ユニットを備え、
前記筒内噴射弁は、前記リーンバーン運転の実行条件成立中に、前記噴射タイミングで燃料を噴射することを特徴とする。
In addition, a fourth invention is any one of the first to third inventions,
A control unit for determining whether or not the execution condition of the lean burn operation in which the target air-fuel ratio is thinner than the stoichiometric lean air-fuel ratio is satisfied,
The in-cylinder injection valve injects fuel at the injection timing while the execution condition of the lean burn operation is satisfied.

また、第5の発明は、第1から第4の発明の何れかにおいて、
前記タンブル発生機構は、
前記筒内噴射弁と、
前記タンブル流と同じ方向の気流を気筒内に発生させるタイミングで当該筒内噴射弁に燃料のプレ噴射を行わせる制御ユニットと、を含み、
前記噴射タイミングは、前記プレ噴射による燃料噴射量が多いほど進角されることを特徴とする。
In addition, a fifth invention is any one of the first to fourth inventions,
The tumble generating mechanism is
The in-cylinder injection valve;
A control unit that causes the in-cylinder injection valve to perform pre-injection of fuel at a timing at which an airflow in the same direction as the tumble flow is generated in the cylinder,
The injection timing is advanced as the fuel injection amount by the pre-injection increases.

また、第6の発明は、第1から第5の発明の何れかにおいて、
吸気通路に設けられたスロットル弁を備え、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記噴射タイミングは、前記スロットル弁の開度が大きいほど進角されることを特徴とする。
In addition, a sixth aspect of the present invention provides any one of the first to fifth aspects,
It has a throttle valve provided in the intake passage,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The injection timing is advanced as the opening of the throttle valve increases.

また、第7の発明は、第1から第6の発明の何れかにおいて、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記タンブル流を発生させる吸気の流れを制御するタンブル制御弁を備え、
前記噴射タイミングは、前記タンブル制御弁の開度がタンブル流の強度を強める方向に制御されるほど進角されることを特徴とする。
In addition, a seventh invention is any one of the first to sixth inventions,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
A tumble control valve that controls the flow of intake air that generates the tumble flow;
The injection timing is advanced as the opening degree of the tumble control valve is controlled to increase the strength of the tumble flow.

また、第8の発明は、第1から第7の発明の何れかにおいて、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記噴射タイミングは、機関回転速度が高いほど進角されることを特徴とする。
Further, an eighth invention is any one of the first to seventh inventions,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The injection timing is advanced as the engine speed increases.

また、第9の発明は、第1から第8の発明の何れかにおいて、
内燃機関の吸気弁の開弁タイミングを変化させる可変動弁機構を備え、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記噴射タイミングは、吸気弁の開弁タイミングが進角されるほど進角されることを特徴とする。
Further, a ninth invention is any one of the first to eighth inventions,
A variable valve mechanism for changing the opening timing of the intake valve of the internal combustion engine,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The injection timing is advanced as the intake valve opening timing is advanced.

また、第10の発明は、第1から第9の発明の何れかにおいて、
前記噴射タイミングは、1サイクル中に複数回設定され、1サイクル中に噴射すべき燃料噴射量は、前記複数回に分割されて噴射されることを特徴とする。
According to a tenth invention, in any one of the first to ninth inventions,
The injection timing is set a plurality of times during one cycle, and the fuel injection amount to be injected during one cycle is divided into the plurality of times and injected.

また、第11の発明は、第10の発明において、
複数回に分割されて噴射される燃料の割合を演算する制御ユニットを備え、
前記制御ユニットは、1サイクル内における噴射の順番が遅いほど燃料噴射量が少量となるように前記割合を演算することを特徴とする。
The eleventh aspect of the invention is the tenth aspect of the invention,
A control unit that calculates the ratio of fuel that is divided and injected multiple times,
The control unit calculates the ratio so that the fuel injection amount becomes smaller as the order of injection in one cycle is slower.

また、第12の発明は、第10又は第11の発明において、
吸気通路に設けられたスロットル弁を備え、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記複数回の噴射タイミングのインターバルは、前記スロットル弁の開度が大きいほど短くなることを特徴とする。
The twelfth invention is the tenth or eleventh invention,
It has a throttle valve provided in the intake passage,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The interval between the plurality of injection timings is shorter as the opening of the throttle valve is larger.

また、第13の発明は、第10から第12の発明の何れかにおいて、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記タンブル流を発生させる吸気の流れを制御するタンブル制御弁を備え、
前記複数回の噴射タイミングのインターバルは、前記タンブル制御弁の開度がタンブル流の強度を強める方向に制御されるほど短くなることを特徴とする。
The thirteenth aspect of the invention is any one of the tenth to twelfth aspects of the invention,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
A tumble control valve that controls the flow of intake air that generates the tumble flow;
The interval between the plurality of injection timings is shortened as the opening of the tumble control valve is controlled in a direction to increase the strength of the tumble flow.

また、第14の発明は、第10から第13の発明の何れかにおいて、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記複数回の噴射タイミングのインターバルは、機関回転速度が高いほど短くなることを特徴とする。
In addition, a fourteenth invention is any one of the tenth to thirteenth inventions,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The interval between the plurality of injection timings is shorter as the engine speed is higher.

また、第15の発明は、第10から第14の発明の何れかにおいて、
内燃機関の吸気弁の開弁タイミングを変化させる可変動弁機構を備え、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記複数回の噴射タイミングのインターバルは、吸気弁の開弁タイミングが進角されるほど短くなることを特徴とする。
The fifteenth aspect of the invention is any one of the tenth to fourteenth aspects of the invention,
A variable valve mechanism for changing the opening timing of the intake valve of the internal combustion engine,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The interval between the plurality of injection timings is shorter as the opening timing of the intake valve is advanced.

第1の発明によれば、筒内噴射弁から噴射される燃料を、タンブル流の高速部に衝突させることができる。高速部は、タンブル流の中で速い流速を有する部分であるから、燃料の貫徹力を良好に抑制することができる。このため、本発明によれば、気筒の上部中央に位置する点火プラグの周囲に高濃度の混合気層を安定的に導くことができ、良好な成層燃焼を安定的に発生させることができる。   According to the first aspect of the invention, the fuel injected from the in-cylinder injection valve can collide with the high speed portion of the tumble flow. Since the high speed portion is a portion having a high flow velocity in the tumble flow, the penetration force of the fuel can be satisfactorily suppressed. Therefore, according to the present invention, a high-concentration air-fuel mixture layer can be stably guided around the spark plug located in the upper center of the cylinder, and good stratified combustion can be stably generated.

第2の発明によれば、吸気上死点後160〜180°CA内のクランク角に対応する時点に筒内噴射弁から燃料を噴射させることができる。吸気上死点後160〜180°CAは、ピストンの移動速度が最速となる吸気上死点後90°CA付近にて吸気された高速の気流がタンブル流となって噴射弁方向に向かい始める期間である。本発明によれば、その高速の気流に燃料を衝突させることにより、燃料の貫徹力を良好に抑制することができる。   According to the second invention, fuel can be injected from the in-cylinder injection valve at a time corresponding to a crank angle within 160 to 180 ° CA after the intake top dead center. From 160 to 180 ° CA after the intake top dead center, a period in which the high-speed air flow sucked in the vicinity of 90 ° CA after the intake top dead center where the moving speed of the piston is the fastest becomes a tumble flow and starts toward the injection valve It is. According to the present invention, the fuel penetration force can be satisfactorily suppressed by causing the fuel to collide with the high-speed airflow.

第3の発明によれば、ファストアイドルの実行中に、点火プラグの周囲に安定的に高濃度の混合気層を導くことができる。このため、本発明によれば、ファストアイドル時の燃焼特性に優れた内燃機関を提供することができる。   According to the third aspect of the present invention, it is possible to stably introduce a high-concentration air-fuel mixture around the spark plug during execution of fast idle. For this reason, according to the present invention, it is possible to provide an internal combustion engine having excellent combustion characteristics during fast idling.

第4の発明によれば、リーンバーン運転の実行中に、点火プラグの周囲に安定的に高濃度の混合気層を導くことができる。このため、本発明によれば、リーンバーン運転時の燃焼特性に優れた内燃機関を提供することができる。   According to the fourth aspect of the invention, it is possible to stably introduce a high-concentration air-fuel mixture around the spark plug during the lean burn operation. For this reason, according to the present invention, it is possible to provide an internal combustion engine having excellent combustion characteristics during lean burn operation.

第5の発明によれば、燃料のプレ噴射によってタンブル流を発生させることができる。このタンブル流は、プレ噴射による燃料噴射量が多いほど高速となる。タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かい始める時期は、その流速が高いほど早くなる。本発明によれば、その時期の変化に噴射タイミングを合せることができるため、燃料の貫徹力を安定的に抑制することができる。   According to the fifth aspect, the tumble flow can be generated by the pre-injection of fuel. The tumble flow becomes faster as the fuel injection amount by the pre-injection increases. The time when the high speed portion of the tumble flow begins to move toward the in-cylinder injection valve becomes faster as the flow velocity becomes higher. According to the present invention, since the injection timing can be matched to the change in the timing, the fuel penetration force can be stably suppressed.

第6の発明によれば、吸気の流れによってタンブル流を発生させることができる。このタンブル流は、スロットル開度が大きく吸気量が多いほど高速となる。従って、タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かい始める時期は、スロットル開度が大きいほど早くなる。本発明によれば、その時期の変化に噴射タイミングを合せることができるため、燃料の貫徹力を安定的に抑制することができる。   According to the sixth aspect, a tumble flow can be generated by the flow of intake air. This tumble flow becomes faster as the throttle opening is larger and the intake air amount is larger. Therefore, the timing at which the high speed portion of the tumble flow starts to move toward the in-cylinder injection valve is earlier as the throttle opening is larger. According to the present invention, since the injection timing can be matched to the change in the timing, the fuel penetration force can be stably suppressed.

第7の発明によれば、吸気の流れによってタンブル流を発生させることができ、その流速をタンブル制御弁で制御することができる。そして、タンブル制御弁の状態に応じて噴射タイミングを変化させることにより、タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かい始める時期と燃料噴射のタイミングとを安定的に同期させることができる。このため、本発明によっても、燃料の貫徹力を安定的に抑制することができる。   According to the seventh aspect, a tumble flow can be generated by the flow of intake air, and the flow velocity can be controlled by the tumble control valve. Then, by changing the injection timing in accordance with the state of the tumble control valve, the timing at which the high speed portion of the tumble flow starts to move toward the in-cylinder injection valve can be stably synchronized with the fuel injection timing. For this reason, also by this invention, the penetration force of a fuel can be suppressed stably.

第8の発明によれば、吸気の流れによってタンブル流を発生させることができる。このタンブル流の流速は機関回転速度が高いほど高速となる。従って、タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かい始める時期は、機関回転速度が高いほど早くなる。本発明によれば、その時期の変化に噴射タイミングを合せることができるため、燃料の貫徹力を安定的に抑制することができる。   According to the eighth aspect, a tumble flow can be generated by the flow of intake air. The flow rate of the tumble flow becomes higher as the engine speed is higher. Accordingly, the timing at which the high speed portion of the tumble flow starts to move toward the in-cylinder injection valve becomes faster as the engine speed increases. According to the present invention, since the injection timing can be matched to the change in the timing, the fuel penetration force can be stably suppressed.

第9の発明によれば、吸気の流れによってタンブル流を発生させることができる。このタンブル流の流速は、吸気弁の開弁タイミングが進角されるほど高速となる。従って、タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かい始める時期は、その開弁タイミングが進角されるほど早くなる。本発明によれば、その時期の変化に噴射タイミングを合せることができるため、燃料の貫徹力を安定的に抑制することができる。   According to the ninth aspect, a tumble flow can be generated by the flow of intake air. The flow rate of the tumble flow becomes higher as the opening timing of the intake valve is advanced. Therefore, the timing at which the high speed portion of the tumble flow starts to move toward the in-cylinder injection valve becomes earlier as the valve opening timing is advanced. According to the present invention, since the injection timing can be matched to the change in the timing, the fuel penetration force can be stably suppressed.

第10の発明によれば、タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かってくるタイミングに合せて、噴射タイミングを1サイクル中に複数回設定することができる。噴射が複数回に分割されれば、一度に噴かれる場合に比して、各回の燃料噴射量は減少する。噴射された燃料の貫徹力は、噴射量が少ないほど弱くなる。このため、本発明によれば、燃料が一度に噴かれる場合に比して、噴射された燃料の貫徹力を抑制することができ、より安定的に良好な成層燃焼を発生させることができる。   According to the tenth invention, the injection timing can be set a plurality of times in one cycle in accordance with the timing at which the high speed portion of the tumble flow comes toward the in-cylinder injection valve. If the injection is divided into a plurality of times, the fuel injection amount at each time is reduced as compared with the case where the injection is performed at a time. The penetration force of the injected fuel becomes weaker as the injection amount is smaller. Therefore, according to the present invention, the penetration force of the injected fuel can be suppressed as compared with the case where the fuel is injected all at once, and good stratified combustion can be generated more stably.

第11の発明によれば、1サイクル中に分割して噴射される燃料の割合を、噴射の進行と共に小さくすることができる。タンブル流の流速は、初回の燃料噴射の後、圧縮行程の進行に伴って遅くなる。そして、噴射された燃料の貫徹力に対するタンブル流の抑制効果は、その流速が遅くなるに連れ低下する。本発明によれば、その抑制力の大きさに合せて燃料噴射量を変化させることにより、全体として高い貫徹抑制効果を達成することができる。   According to the eleventh aspect, it is possible to reduce the ratio of the fuel that is divided and injected during one cycle as the injection proceeds. The flow rate of the tumble flow becomes slower as the compression stroke proceeds after the first fuel injection. The effect of suppressing the tumble flow with respect to the penetrating force of the injected fuel decreases as the flow velocity becomes slower. According to the present invention, it is possible to achieve a high penetration suppression effect as a whole by changing the fuel injection amount in accordance with the magnitude of the suppression force.

第12の発明によれば、タンブル流の流速は、スロットル開度が小さいほど低くなる。タンブル流は、流速が低いほど衰え易い。また、タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かう周期は、タンブル流の流速が衰えるほど長期化する。本発明によれば、噴射タイミングのインターバルを、スロットル開度に応じて変化させることにより、その周期に合せることができる。このため、本発明によれば、分割噴射される燃料のそれぞれに対して、高い貫徹力抑制効果を発生させることができる。   According to the twelfth aspect, the flow rate of the tumble flow decreases as the throttle opening decreases. The tumble flow is more likely to decline as the flow velocity is lower. Further, the cycle of the high speed portion of the tumble flow toward the in-cylinder injection valve becomes longer as the flow velocity of the tumble flow decreases. According to the present invention, by changing the injection timing interval according to the throttle opening, it is possible to match the cycle. For this reason, according to this invention, the high penetration force suppression effect can be generated with respect to each of the separately injected fuel.

第13の発明によれば、タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かう周期は、タンブル制御弁の状態に応じて変化する。本発明によれば、噴射タイミングのインターバルを、タンブル制御弁の状態に合せて変化させることにより、その周期に合せることができる。このため、本発明によれば、分割噴射される燃料のそれぞれに対して、高い貫徹力抑制効果を発生させることができる。   According to the thirteenth aspect, the cycle of the high speed portion of the tumble flow toward the in-cylinder injection valve varies depending on the state of the tumble control valve. According to the present invention, by changing the interval of the injection timing according to the state of the tumble control valve, it is possible to match the cycle. For this reason, according to this invention, the high penetration force suppression effect can be generated with respect to each of the separately injected fuel.

第14の発明によれば、タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かう周期は、機関回転速度に応じて変化する。本発明によれば、噴射タイミングのインターバルを、機関回転速度に応じて変化させることにより、その周期に合せることができる。このため、本発明によれば、分割噴射される燃料のそれぞれに対して、高い貫徹力抑制効果を発生させることができる。   According to the fourteenth aspect, the period during which the high-speed portion of the tumble flow is directed to the in-cylinder injection valve changes according to the engine speed. According to the present invention, the interval of the injection timing can be adjusted to the cycle by changing it according to the engine speed. For this reason, according to this invention, the high penetration force suppression effect can be generated with respect to each of the separately injected fuel.

第15の発明によれば、タンブル流の高速部が筒内噴射弁に向かう周期は、吸気弁の開弁タイミングに応じて変化する。本発明によれば、噴射タイミングのインターバルを、吸気弁の開弁タイミングに応じて変化させることにより、その周期に合せることができる。このため、本発明によれば、分割噴射される燃料のそれぞれに対して、高い貫徹力抑制効果を発生させることができる。   According to the fifteenth aspect, the cycle of the high speed portion of the tumble flow toward the in-cylinder injection valve changes according to the opening timing of the intake valve. According to the present invention, by changing the injection timing interval according to the opening timing of the intake valve, it is possible to match the cycle. For this reason, according to this invention, the high penetration force suppression effect can be generated with respect to each of the separately injected fuel.

本発明の実施の形態1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1が用いる噴射タイミングθaが満たすべき条件を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conditions which the injection timing (theta) a which Embodiment 1 of this invention uses should satisfy | fill. 本発明の実施の形態1における燃料の噴射タイミングθaとスロットル開度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fuel injection timing (theta) a and throttle opening in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における燃料の噴射タイミングθaと、タンブル制御弁(TCV)開度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fuel injection timing (theta) a in Embodiment 1 of this invention, and a tumble control valve (TCV) opening degree. 本発明の実施の形態1において実行される処理ルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the process routine performed in Embodiment 1 of this invention. 燃料の噴射タイミングθaと機関回転速度との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the injection timing (theta) a of a fuel, and an engine speed. 燃料の噴射タイミングθaと吸気弁の開弁期間との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the fuel injection timing (theta) a and the valve opening period of an intake valve. 燃料の噴射タイミングθaと吸気弁の開弁タイミングとの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the fuel injection timing (theta) a and the valve opening timing of an intake valve. 本発明の実施の形態2が用いる噴射タイミングθa、θbが満たすべき条件を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conditions which injection timing (theta) a and (theta) b which Embodiment 2 of this invention should satisfy | fill. 本発明の実施の形態2における複数の噴射タイミングθa、θbとスロットル開度との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between several injection timing (theta) a, (theta) b and throttle opening in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における複数の噴射タイミングθa、θb、θcと、TCV開度並びにスロットル開度との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between several injection timing (theta) a, (theta) b, (theta) c in Embodiment 2 of this invention, TCV opening degree, and throttle opening degree. 噴射タイミングθa、θbにおけるタンブル流高速部の流速と、噴射タイミングθa、θbにおいて噴射される燃料量の割合との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the flow velocity of the tumble flow high-speed part in injection timing (theta) a, (theta) b, and the ratio of the fuel amount injected in injection timing (theta) a, (theta) b. 本発明の実施の形態2において実行される処理ルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the process routine performed in Embodiment 2 of this invention. 複数の噴射タイミングθa、θbと機関回転速度との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between several injection timing (theta) a, (theta) b, and an engine speed. 複数の噴射タイミングθa、θbと吸気弁の開弁期間との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between several injection timing (theta) a, (theta) b, and the valve opening period of an intake valve. 複数の噴射タイミングθa、θbと吸気弁の開弁タイミングとの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between several injection timing (theta) a, (theta) b, and the valve opening timing of an intake valve. 本発明の実施の形態3で実行される燃料のプレ噴射及びメイン噴射とタンブル流高速部の位相との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the pre-injection of fuel performed in Embodiment 3 of this invention, main injection, and the phase of a tumble flow high-speed part. 本発明の実施の形態3でプレ噴射の燃料割合を決定するための原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle for determining the fuel ratio of pre-injection in Embodiment 3 of this invention. プレ噴射とメイン噴射のインターバルを定義するための図である。It is a figure for defining the interval of pre-injection and main injection. プレ噴射される燃料量とインターバルとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fuel quantity and the interval which are pre-injected. プレ噴射される燃料量とインターバルとメイン噴射される燃料量との関係を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the relationship between the fuel quantity pre-injected, an interval, and the fuel quantity injected main. 本発明の実施の形態3において実行される処理ルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the process routine performed in Embodiment 3 of this invention. 逆タンブル流の高速部に燃料を衝突させた状態を表す図である。It is a figure showing the state which made the fuel collide with the high-speed part of a reverse tumble flow.

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通又は対応する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common or respond | corresponds, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関10(以下、単に「内燃機関10」とする)の構成を示す。内燃機関10は、気筒12内にピストン14を備えている。気筒12の上部中央には点火プラグ16が備えられている。点火プラグ16は、気筒12の頂面に火花発生部を突出させるように組みつけられている。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 shows a configuration of an internal combustion engine 10 (hereinafter simply referred to as “internal combustion engine 10”) according to Embodiment 1 of the present invention. The internal combustion engine 10 includes a piston 14 in a cylinder 12. A spark plug 16 is provided in the upper center of the cylinder 12. The spark plug 16 is assembled so that a spark generating portion protrudes from the top surface of the cylinder 12.

気筒12の上面には、更に、気筒12内に燃料を噴射するための筒内噴射弁18が設けられている。筒内噴射弁18は、高圧の燃料供給を受けており、開弁時間TAUに応じた量の燃料を気筒12内に噴射することができる。本実施形態において、筒内噴射弁18は、気筒12内の吸気側上部側方からピストン14上面に向けて斜めに燃料を噴射するように構成されている。   An in-cylinder injection valve 18 for injecting fuel into the cylinder 12 is further provided on the upper surface of the cylinder 12. The in-cylinder injection valve 18 receives high-pressure fuel supply, and can inject an amount of fuel into the cylinder 12 according to the valve opening time TAU. In the present embodiment, the in-cylinder injection valve 18 is configured to inject fuel obliquely from the intake side upper side in the cylinder 12 toward the upper surface of the piston 14.

気筒12には、吸気通路20が連通している。吸気通路20が気筒12に連通するポート部分21には吸気弁22が配置されている。本実施形態において、吸気通路20のポート部分21は、吸気の流れによって気筒12内に強い縦回転の渦、即ち強いタンブル流が生成されるように形成されている。   An intake passage 20 communicates with the cylinder 12. An intake valve 22 is disposed in a port portion 21 where the intake passage 20 communicates with the cylinder 12. In the present embodiment, the port portion 21 of the intake passage 20 is formed such that a strong vertical rotation vortex, that is, a strong tumble flow is generated in the cylinder 12 by the flow of intake air.

吸気弁22の上流には、タンブル制御弁(TCV)24が配置されている。TCV24は、吸気通路20の流路面積を変化させるバタフライ式の弁機構であり、開度に応じた偏流を吸気に与えることでタンブル流の強さを変化させることができる。本実施形態では、具体的には、TCV24の開度を高めることにより、気筒12内のタンブル強度を高めることができる。   A tumble control valve (TCV) 24 is disposed upstream of the intake valve 22. The TCV 24 is a butterfly-type valve mechanism that changes the flow passage area of the intake passage 20 and can change the strength of the tumble flow by applying a drift according to the opening degree to the intake air. In the present embodiment, specifically, the tumble strength in the cylinder 12 can be increased by increasing the opening of the TCV 24.

吸気通路20には、TCV24の更に上流にあたる位置にスロットル弁26が配置されている。スロットル弁26は、アクセル開度に応じて作動する電子制御式の弁機構であり、その開度に応じて吸入空気量を変化させることができる。   A throttle valve 26 is disposed in the intake passage 20 at a position further upstream of the TCV 24. The throttle valve 26 is an electronically controlled valve mechanism that operates according to the accelerator opening, and the intake air amount can be changed according to the opening.

内燃機関10の気筒12には、排気通路28が連通している。排気通路28には、気筒12と連通する部分に、排気弁30が組み込まれている。また、内燃機関10は、ピストン14下方のクランクケースに装着されたクランク角センサ32を備えている。クランク角センサ32は、図示しないクランク軸の回転に応じた信号を発するセンサである。   An exhaust passage 28 communicates with the cylinder 12 of the internal combustion engine 10. An exhaust valve 30 is incorporated in the exhaust passage 28 at a portion communicating with the cylinder 12. The internal combustion engine 10 also includes a crank angle sensor 32 mounted on a crankcase below the piston 14. The crank angle sensor 32 is a sensor that emits a signal corresponding to the rotation of a crankshaft (not shown).

図1に示すように、本実施の形態のシステムは、電子式の制御ユニット(ECU)34を備えている。ECU34には、上述したクランク角センサ32が接続されている。ECU34は、クランク角センサ32の出力信号に基づいて、クランク軸の回転位置、即ちクランク角と、機関回転速度NEとを検知することができる。   As shown in FIG. 1, the system according to the present embodiment includes an electronic control unit (ECU) 34. The aforementioned crank angle sensor 32 is connected to the ECU 34. Based on the output signal of the crank angle sensor 32, the ECU 34 can detect the rotational position of the crankshaft, that is, the crank angle and the engine rotational speed NE.

ECU34にはまた、上述したTCV24及びスロットル弁26が接続されている。ECU34は、TCV24及びスロットル弁26に対してそれぞれ開度の指示信号を供給することができると共に、それらから供給される信号に基づいて、それらの開度を検知することができる。   The ECU 34 is also connected to the TCV 24 and the throttle valve 26 described above. The ECU 34 can supply opening degree instruction signals to the TCV 24 and the throttle valve 26, respectively, and can detect the opening degrees based on the signals supplied from them.

ECU34には更に、上述した点火プラグ16及び筒内噴射弁18が接続されている。ECU34は、点火プラグ16に対して、所望の点火タイミングで火花の発生を指示することができ、また、筒内噴射弁18に対して、所望の噴射タイミングで所望量の燃料噴射を指示することができる。   Further, the ignition plug 16 and the in-cylinder injection valve 18 described above are connected to the ECU 34. The ECU 34 can instruct the spark plug 16 to generate a spark at a desired ignition timing, and can instruct the in-cylinder injection valve 18 to inject a desired amount of fuel at a desired injection timing. Can do.

尚、図示は省略するが、ECU34には、上記のセンサ及びアクチュエータに加えて、吸入空気量を検出するエアフロメータ、冷却水温を検出する水温センサなど、一般的に内燃機関に搭載される各種センサが接続されている。   Although not shown, the ECU 34 includes various sensors that are generally mounted in an internal combustion engine, such as an air flow meter that detects the intake air amount and a water temperature sensor that detects the cooling water temperature, in addition to the sensors and actuators described above. Is connected.

[燃料噴射タイミングθaの条件]
次に、図2乃至図4を参照して本実施形態の内燃機関10の特徴について説明する。図2は、本実施形態において、内燃機関10が用いる燃料の噴射タイミングθaの条件を説明するための図である。
[Conditions for fuel injection timing θa]
Next, features of the internal combustion engine 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram for explaining the condition of the fuel injection timing θa used by the internal combustion engine 10 in the present embodiment.

図2において、左側に示す図形は、吸気上死点(TDC)から吸気下死点(BDC)に向けてクランク角が90°CA程度変化した時点の状態を示している。図中、符号36を付して示す円弧状の曲線は気筒12内に発生した「タンブル流」を、符号38を付して示す白抜きの矢印曲線はタンブル流36の「高速部」を、それぞれ表している。   In FIG. 2, the graphic shown on the left side shows a state when the crank angle has changed by about 90 ° CA from the intake top dead center (TDC) to the intake bottom dead center (BDC). In the figure, an arcuate curve indicated by reference numeral 36 indicates a “tumble flow” generated in the cylinder 12, and an open arrow curve indicated by reference numeral 38 indicates a “high-speed portion” of the tumble flow 36. Represents each.

本実施形態の内燃機関10では、吸気の過程において気筒12内に空気が流入するのに伴い、気筒12内にタンブル流36が発生する。ピストン14の速度は、吸気TDC後90°CA程度の時点で最も速くなる。この際、吸気の流速も早くなることから、タンブル流36内に、他の部分に比して流速の速い高速部38が生成される。尚、本実施形態では、タンブル流36の平均流速より速い流速を持つ一連の部分、特に、平均流速より20%程度以上速い流速を持つ一連の部分を高速部38としている。   In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, a tumble flow 36 is generated in the cylinder 12 as air flows into the cylinder 12 during the intake process. The speed of the piston 14 becomes the highest at about 90 ° CA after the intake TDC. At this time, since the flow velocity of the intake air is also increased, a high speed portion 38 having a higher flow velocity than other portions is generated in the tumble flow 36. In the present embodiment, a series of portions having a flow velocity faster than the average flow velocity of the tumble flow 36, particularly a series of portions having a flow velocity about 20% or more faster than the average flow velocity is used as the high speed portion 38.

図2において、中央に示す図形は、高速部38の渦流がピストン14の上面に接する位相まで移動してきた状態を示している。この状態は、吸気TDC後160〜180°CA程度の時点で形成される。   In FIG. 2, the graphic shown in the center shows a state where the vortex of the high speed portion 38 has moved to a phase in contact with the upper surface of the piston 14. This state is formed at a time of about 160 to 180 ° CA after the intake TDC.

ここで、同図形中に符号40を付して示す白抜き三角形は筒内噴射弁18による噴射のイメージを表している。また、符号42を付して示す太線の矢印は噴射された燃料の流動(以下、「噴霧流動」とする)を表している。この図形が示すように、本実施形態では、タンブル流36の高速部38の渦流がピストン14の上面に接する状態となる適当な時点、つまり、吸気TDC後160〜180°CA内の適当な時点を、燃料の噴射タイミングとして決定する。以下、この噴射タイミングを、その時点におけるクランク角「θa」で表すこととする。   Here, a white triangle indicated by reference numeral 40 in the figure represents an image of injection by the in-cylinder injection valve 18. Also, a thick arrow indicated by reference numeral 42 represents the flow of injected fuel (hereinafter referred to as “spray flow”). As shown in this figure, in this embodiment, an appropriate time when the vortex of the high speed portion 38 of the tumble flow 36 comes into contact with the upper surface of the piston 14, that is, an appropriate time within 160 to 180 ° CA after the intake TDC. Is determined as the fuel injection timing. Hereinafter, this injection timing is represented by the crank angle “θa” at that time.

図2の中央に示す図形において、タンブル流36の高速部38は、ピストン14の上面を掠めて、進行方向を上向きに変化させようとしている。つまり、高速部38は、この時点で、筒内噴射弁18に向かう方向の速度成分を持ち始めている。   In the figure shown in the center of FIG. 2, the high speed portion 38 of the tumble flow 36 is about to give up the upper surface of the piston 14 and change the traveling direction upward. That is, the high speed unit 38 starts to have a speed component in the direction toward the in-cylinder injection valve 18 at this time.

筒内噴射弁18が、気筒12上方からピストン14に向けて燃料を噴射するように構成されていることは上記の通りであるが、本実施形態の筒内噴射弁18は、より具体的には、吸気TDC後160〜180°CA程度の位置関係において、ピストン14の中央部上面に向けて燃料を噴射することができるように構成されている。このため、図2の中央図形に対応する時点を噴射タイミングθaに決定すれば、噴霧流動42を、これに向かって進行してくるタンブル流36の高速部38に衝突させることができる。   As described above, the in-cylinder injection valve 18 is configured to inject fuel from above the cylinder 12 toward the piston 14, but the in-cylinder injection valve 18 of the present embodiment is more specific. Is configured such that fuel can be injected toward the upper surface of the central portion of the piston 14 in a positional relationship of about 160 to 180 ° CA after the intake TDC. For this reason, if the time corresponding to the central graphic in FIG. 2 is determined as the injection timing θa, the spray flow 42 can collide with the high-speed portion 38 of the tumble flow 36 traveling toward this.

図2の右側に示す図形は、噴射タイミングθaの直後における噴霧流動42の様子を表している。高い流速を持つ高速部38は、タンブル流36の他の領域と比べても高い能力で、噴射された燃料の貫徹力を抑制する。その結果、噴霧流動42は、直進を維持することができず、タンブル流の回転中心に向けて、引いては気筒12の頂面に向けて進行方向を変化させる。   The graphic shown on the right side of FIG. 2 represents the state of the spray flow 42 immediately after the injection timing θa. The high-speed part 38 having a high flow rate has a higher ability than the other regions of the tumble flow 36 and suppresses the penetration force of the injected fuel. As a result, the spray flow 42 cannot maintain straight travel, and changes the traveling direction toward the rotation center of the tumble flow and then toward the top surface of the cylinder 12.

タンブル流36の渦の内外は、その渦の部分に比して低圧である。このため、噴霧流動42がタンブル流36の中央に向かうと、以後吸気から圧縮の行程にかけて、濃度の高い燃料がタンブル流36の中に留まり、その結果、最終的に気筒12の頂面、つまり点火プラグ16の周囲に高濃度の混合気層が生成される。一方、燃料がタンブル流36を貫徹してしまうと、その燃料が気筒12の頂面には導かれず、点火プラグ16の周囲に高濃度の混合気層が形成されにくい。   The inside and outside of the vortex of the tumble flow 36 has a lower pressure than that of the vortex portion. For this reason, when the spray flow 42 moves toward the center of the tumble flow 36, the fuel having a high concentration remains in the tumble flow 36 from the intake to the compression stroke, and as a result, finally, the top surface of the cylinder 12, that is, A high concentration air-fuel mixture layer is generated around the spark plug 16. On the other hand, if the fuel penetrates the tumble flow 36, the fuel is not guided to the top surface of the cylinder 12, and it is difficult to form a high-concentration mixture layer around the spark plug 16.

上述した通り、噴霧流動42がタンブル流36の高速部38と衝突するように噴射タイミングθaを決定すると、噴霧流動42がタンブル流36を貫徹してしまうのを阻止し、その進行方向をタンブル流の中央(気筒12の頂面)に向けることができる。そして、この場合、点火プラグ16の周囲に高濃度の混合気層を安定的に生成することが可能となる。このため、本実施形態では、上記の条件が満たされるように噴射タイミングθaを決定する。   As described above, when the injection timing θa is determined so that the spray flow 42 collides with the high-speed portion 38 of the tumble flow 36, the spray flow 42 is prevented from penetrating the tumble flow 36, and the traveling direction thereof is changed to the tumble flow. Can be directed to the center of the cylinder (the top surface of the cylinder 12). In this case, a high-concentration air-fuel mixture layer can be stably generated around the spark plug 16. Therefore, in the present embodiment, the injection timing θa is determined so that the above condition is satisfied.

[燃料噴射タイミングθaの決定方法]
次に、燃料の噴射タイミングθaを決定する方法について説明する。
本実施形態の内燃機関10には、特定の条件下で成層燃焼による運転が求められる。成層燃焼は、例えば、リーンバーン運転の際、或いはファストアイドル運転の際に求められる。リーンバーン運転は、特定の機関回転速度領域等で、ストイキに比して薄い所望のリーン空燃比を目標として行われる。リーンバーン運転の下では、安定した点火及び燃焼の伝播を得るうえで成層燃焼が必要とされる。ファストアイドル運転は、内燃機関10の冷間始動直後等に、アイドル回転速度を、暖機終了後の通常アイドル回転速度より高く維持するために行われる。ファストアイドルの際に成層燃焼を行うこととすると、空燃比を大きくリッチ化することなく、点火プラグ16の周囲にだけ燃料濃度の高い混合気層を生成することができ、冷間始動後の内燃機関10の運転状態を安定化させることができる。
[Method for Determining Fuel Injection Timing θa]
Next, a method for determining the fuel injection timing θa will be described.
The internal combustion engine 10 of this embodiment is required to operate by stratified combustion under specific conditions. Stratified combustion is required, for example, during lean burn operation or fast idle operation. The lean burn operation is performed with a desired lean air-fuel ratio as a target, which is thinner than stoichiometric, in a specific engine speed region or the like. Under lean burn operation, stratified combustion is required to obtain stable ignition and combustion propagation. The fast idle operation is performed to maintain the idle rotation speed higher than the normal idle rotation speed after the warm-up is completed, for example, immediately after the cold start of the internal combustion engine 10. If stratified combustion is performed during fast idling, an air-fuel mixture layer having a high fuel concentration can be generated only around the spark plug 16 without greatly enriching the air-fuel ratio. The operating state of the engine 10 can be stabilized.

成層燃焼は、上記のような特定の環境下で要求されるのが通常であるが、そのような環境下でも内燃機関10の運転状態は常に一定ではない。具体的には、成層燃焼が求められる環境化でも、例えば、スロットル開度やTCV開度には変化が生ずることがある。スロットル開度が変化すると、内燃機関10の吸入空気量が変化して、タンブル流の速度に変化が生ずる。同様にTCV開度の変化によってもタンブル比には変化が現れる。   Stratified combustion is usually required under the specific environment as described above, but the operating state of the internal combustion engine 10 is not always constant even under such an environment. Specifically, even in an environment where stratified combustion is required, for example, the throttle opening or the TCV opening may change. When the throttle opening changes, the intake air amount of the internal combustion engine 10 changes, and the tumble flow speed changes. Similarly, a change appears in the tumble ratio due to a change in the TCV opening.

タンブル流の速度が変われば、タンブル流36の高速部38がピストン14の上面を掠める時期、即ち、高速部38が筒内噴射弁18に向かう速度成分を持ち始める時期と、クランク角との関係にも変化が生ずる。このため、タンブル流36による燃料の貫徹阻止の効果を十分に高めるためには、タンブル流の速度に合せて噴射タイミングθaを微修正することが必要である。   If the speed of the tumble flow changes, the relationship between the crank angle and the time when the high speed portion 38 of the tumble flow 36 gives up the upper surface of the piston 14, that is, the time when the high speed portion 38 starts to have a speed component toward the in-cylinder injection valve 18. Changes also occur. Therefore, in order to sufficiently enhance the effect of preventing fuel penetration by the tumble flow 36, it is necessary to finely correct the injection timing θa in accordance with the speed of the tumble flow.

図3は、スロットル開度と燃料噴射タイミングθaとの関係を示している。尚、図3に示すWOT(Wide Open Throttle)とは全開開度を意味する。本実施形態の内燃機関10では、スロットル開度が開くほどタンブル流は高速となり、高速部38がピストン14上面を掠めて筒内噴射弁18に向かい始める時期が早まる。このため、噴射タイミングθaは、図3に示すように、スロットル開度が大きいほど進角させる必要がある。   FIG. 3 shows the relationship between the throttle opening and the fuel injection timing θa. In addition, WOT (Wide Open Throttle) shown in FIG. 3 means a full opening degree. In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, the tumble flow becomes faster as the throttle opening is opened, and the time at which the high speed portion 38 starts to face the in-cylinder injection valve 18 over the upper surface of the piston 14 is advanced. For this reason, as shown in FIG. 3, the injection timing θa needs to be advanced as the throttle opening increases.

図4は、TCV開度と燃料噴射タイミングθaとの関係を示している。本実施形態の内燃機関10では、TCV開度が大きいほど吸気の偏流が強められ、タンブル流が高速となる。このため、噴射タイミングθaは、図4に示すように、TCV開度が大きいほど進角させる必要がある。   FIG. 4 shows the relationship between the TCV opening and the fuel injection timing θa. In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, the larger the TCV opening, the stronger the drift of intake air, and the higher the tumble flow. For this reason, as shown in FIG. 4, the injection timing θa needs to be advanced as the TCV opening increases.

[実施の形態1の制御]
ECU34は、図3及び図4の傾向をマップ化した2次元マップを記憶しており、成層燃料が求められる場合に、そのマップを参照して噴射タイミングθaを設定する。以下、図5を参照して、本実施形態においてECU34が実行する特徴的な制御について説明する。
[Control of Embodiment 1]
The ECU 34 stores a two-dimensional map in which the trends in FIGS. 3 and 4 are mapped, and when stratified fuel is obtained, the injection timing θa is set with reference to the map. Hereinafter, characteristic control executed by the ECU 34 in the present embodiment will be described with reference to FIG.

図5は、ECU34が実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンは、内燃機関10の1サイクル毎に実行される。このルーチンが起動されると、先ず、内燃機関10の運転状態に関する各種パラメータが読み込まれる(ステップ100)。ここでは、具体的には、機関回転速度、スロットル開度、TCV開度に加え、吸入空気量や冷却水温などが各種センサから読み込まれる。   FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the ECU 34. This routine is executed for each cycle of the internal combustion engine 10. When this routine is started, first, various parameters relating to the operating state of the internal combustion engine 10 are read (step 100). Specifically, in addition to the engine speed, the throttle opening, and the TCV opening, the intake air amount, the cooling water temperature, and the like are read from various sensors.

次に、内燃機関10において成層条件が成立しているか否かが判別される(ステップ102)。本実施形態では、内燃機関10の各種パラメータから、リーンバーン運転の実行が求められていると判断される場合、及びファストアイドル運転の実行が求められていると判断される場合に、成層条件が成立していると判断される。   Next, it is determined whether or not a stratification condition is established in the internal combustion engine 10 (step 102). In this embodiment, when it is determined from the various parameters of the internal combustion engine 10 that execution of lean burn operation is required and when it is determined that execution of fast idle operation is required, the stratification condition is It is judged that it is established.

上記ステップ102において、成層条件が成立していないと判定された場合は、点火プラグ16の周辺に高濃度混合気を成層する必要がないことから、成層燃焼を行わない通常の燃料噴射タイミングが演算される(ステップ104)。   If it is determined in step 102 that the stratification condition is not satisfied, since it is not necessary to stratify the high-concentration mixture around the spark plug 16, the normal fuel injection timing without stratified combustion is calculated. (Step 104).

一方、成層条件の成立が判定された場合は、上述した噴射タイミングθaの演算が行われる(ステップ106)。本実施形態において、成層条件は、成層燃焼が求められる幾つかの場面で成立する。ECU34は、それらの場面毎に、上述した噴射タイミングθaの2次元マップを有している。本ステップでは、具体的には、先ず、今回の場面に対応する2次元マップが特定される。次いで、その2次元マップから、現在のスロットル開度及びTCV開度に対応する噴射タイミングθaが決定される。上記の処理によれば、現在の運転条件下で、タンブル流36の高速部38がピストン14上面を掠めて筒内噴射弁18に向かって進み始める時期と正確に整合するように、噴射タイミングθaを決めることができる。   On the other hand, when it is determined that the stratification condition is established, the above-described calculation of the injection timing θa is performed (step 106). In the present embodiment, the stratification condition is satisfied in several scenes where stratified combustion is required. The ECU 34 has a two-dimensional map of the above-described injection timing θa for each scene. Specifically, in this step, first, a two-dimensional map corresponding to the current scene is specified. Next, the injection timing θa corresponding to the current throttle opening and TCV opening is determined from the two-dimensional map. According to the above processing, the injection timing θa is accurately aligned with the timing when the high speed portion 38 of the tumble flow 36 starts moving toward the in-cylinder injection valve 18 over the upper surface of the piston 14 under the current operating conditions. Can be decided.

上記の処理が終わると、演算した噴射タイミングで燃料を噴射する処理が実行され(ステップ108)、今回のルーチンが終了する。以上の処理によれば、成層条件の成立時には、タンブル流36の高速部38に燃料を衝突させることができ、噴霧流動42を安定的にタンブル流36の中心方向に向けさせることができる。このため、本実施形態によれば、成層燃焼が求められる場面において、点火プラグ16の周辺に高濃度の混合気層が生成される状態を安定的に作り出すことができる。   When the above process is completed, a process of injecting fuel at the calculated injection timing is executed (step 108), and the current routine ends. According to the above processing, when the stratification condition is satisfied, the fuel can collide with the high speed portion 38 of the tumble flow 36, and the spray flow 42 can be stably directed toward the center of the tumble flow 36. For this reason, according to this embodiment, in a scene where stratified combustion is required, a state in which a high concentration air-fuel mixture layer is generated around the spark plug 16 can be stably created.

[実施の形態1の変形例]
上述した実施の形態1は、スロットル開度とTCV開度の2次元マップに基づいて噴射タイミングθaを演算しているが、その演算手法はこれに限定されるものではない。例えば、スロットル開度及びTCV開度のそれぞれに関する1次元マップを用意し、2つのマップから得られた値を関数式に代入して噴射タイミングθaを演算するような手法を用いることとしてもよい。
[Modification of Embodiment 1]
In the first embodiment described above, the injection timing θa is calculated based on the two-dimensional map of the throttle opening and the TCV opening, but the calculation method is not limited to this. For example, a method may be used in which a one-dimensional map relating to each of the throttle opening and the TCV opening is prepared, and the injection timing θa is calculated by substituting values obtained from the two maps into functional expressions.

また、上述した実施の形態1では、内燃機関10がTCV24を備えているが、TCV24は本発明に必須の要素ではない。内燃機関10がTCV24を備えていない場合には、TCV開度を考慮することなく、スロットル開度に基づいて噴射タイミングθaを演算することができる。   Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, although the internal combustion engine 10 is equipped with TCV24, TCV24 is not an essential element for this invention. When the internal combustion engine 10 does not include the TCV 24, the injection timing θa can be calculated based on the throttle opening without considering the TCV opening.

また、上述した実施の形態1は、スロットル開度及びTCV開度がタンブル流の速度に与える影響を考慮して、それらの開度を噴射タイミングθaに反映させているが、この反映は本発明に必須の要素ではない。すなわち、噴射タイミングθaは、噴射した燃料を高速部38に衝突させることができれば、特定のクランク角に固定してもよい。   In the above-described first embodiment, the opening degree is reflected in the injection timing θa in consideration of the influence of the throttle opening degree and the TCV opening degree on the speed of the tumble flow. Is not an essential element. That is, the injection timing θa may be fixed at a specific crank angle as long as the injected fuel can collide with the high speed portion 38.

また、上述した実施の形態1では、成層燃焼が求められる場面毎に2次元マップを準備することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、スロットル開度とTCV開度を除く他のパラメータの影響は無視して、成層条件が成立する全ての場面において、同一の2次元マップを用いることとしてもよい。   In Embodiment 1 described above, a two-dimensional map is prepared for each scene where stratified combustion is required, but the present invention is not limited to this. That is, the same two-dimensional map may be used in all scenes where the stratification condition is satisfied, ignoring the influence of other parameters except the throttle opening and the TCV opening.

以上の変形例については、以下に説明する実施の形態2についても同様に展開することができる。重複した説明を避けるため、実施の形態2の欄では、これらについての説明は省略する。   About the above modification, it can expand | deploy similarly about Embodiment 2 demonstrated below. In order to avoid redundant description, description of these will be omitted in the column of the second embodiment.

上述した実施の形態1では、成層条件の成立時にタンブル流の速度に大きな影響を与えるパラメータは、スロットル開度とTCV開度だけであるとの前提の下、それらの影響を噴射タイミングθaに反映させることとしている。しかしながら、内燃機関10においてタンブル流の速度に影響を与えるパラメータは、これら2つだけではない。例えば、タンブル流の速度は機関回転速度にも影響を受ける。また、吸気弁22の開弁タイミングを変化させる可変動弁機構が内燃機関10に備わっている場合には、その開弁タイミングによってもタンブル流の速度は変化する。このため、成層条件の成立時に、それらに大きな変化が生ずるのであれば、スロットル開度やTCV開度に加えて、或いはそれらに代えて、機関回転速度や、吸気弁22の開弁タイミングを噴射タイミングθaに反映させることとしてもよい。   In the first embodiment described above, on the premise that only the throttle opening and the TCV opening are the parameters that greatly affect the speed of the tumble flow when the stratification condition is satisfied, those influences are reflected in the injection timing θa. I am going to let you. However, these two parameters do not affect the tumble flow speed in the internal combustion engine 10. For example, the tumble flow speed is also affected by the engine speed. When the internal combustion engine 10 is provided with a variable valve mechanism that changes the opening timing of the intake valve 22, the speed of the tumble flow also changes depending on the opening timing. For this reason, if a large change occurs in the stratification conditions, the engine speed and the opening timing of the intake valve 22 are injected in addition to or instead of the throttle opening and the TCV opening. It may be reflected in the timing θa.

図6は、機関回転速度と燃料噴射タイミングθaとの関係を示している。本実施形態の内燃機関10では、機関回転速度が高いほど吸気の流速が早くなり、その結果タンブル流が高速となる。このため、機関回転速度を噴射タイミングθaに反映させる場合は、図3に示すように、機関回転速度が高いほどθaを進角させることになる。   FIG. 6 shows the relationship between the engine speed and the fuel injection timing θa. In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, the higher the engine rotation speed, the faster the flow rate of intake air, resulting in a higher tumble flow. For this reason, when the engine speed is reflected in the injection timing θa, as shown in FIG. 3, the higher the engine speed, the more advanced θa.

図7は、吸気弁22の開弁期間と燃料噴射タイミングθaとの関係を示している。また、図8は、吸気弁22の開弁タイミングと燃料噴射タイミングθaとの関係を示している。本実施形態の内燃機関10では、吸気弁22の開弁タイミング(開弁期間)が進角されるほど吸気の流速が早くなり、その結果タンブル流が高速となる。このため、吸気弁22の開弁タイミング(開弁期間)を噴射タイミングθaに反映させる場合は、図7又は図8に示すように、開弁タイミング(開弁期間)が進角されるほど、噴射タイミングθaも進角させることになる。   FIG. 7 shows the relationship between the valve opening period of the intake valve 22 and the fuel injection timing θa. FIG. 8 shows the relationship between the opening timing of the intake valve 22 and the fuel injection timing θa. In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, the flow rate of intake air becomes faster as the valve opening timing (opening period) of the intake valve 22 is advanced, and as a result, the tumble flow becomes faster. For this reason, when the valve opening timing (valve opening period) of the intake valve 22 is reflected in the injection timing θa, as the valve opening timing (valve opening period) is advanced, as shown in FIG. 7 or FIG. The injection timing θa is also advanced.

図6に示す傾向、或いは図7及び図8に示す傾向は、θaの演算に用いられるマップ又は関数式にそれらの傾向を反映させることにより、噴射タイミングθaに反映させることができる。   The trends shown in FIG. 6 or the trends shown in FIGS. 7 and 8 can be reflected in the injection timing θa by reflecting those tendencies in the map or function equation used for calculating θa.

尚、上述した実施の形態1においては、ポート部分21を含む吸気系構造の全体が、前記第1の発明における「タンブル発生機構」に相当する。   In the first embodiment described above, the entire intake system structure including the port portion 21 corresponds to the “tumble generating mechanism” in the first invention.

実施の形態2.
次に、図1と共に図9乃至図13を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本発明の実施の形態2は、実施の形態1と同様に図1に示すハードウェア構成により実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 13 together with FIG. The second embodiment of the present invention can be realized by the hardware configuration shown in FIG. 1 as in the first embodiment.

[実施の形態2の第1の特徴]
図9は、本実施形態において用いられる複数の噴射タイミングθa及びθbが満たすべき条件を説明するための図である。図9上段に示す3つの図形は、図2に示す3つの図形と同じであり、吸気圧縮行程前半の状態変化を表している。これに対して、図9下段に示す3つの図形は、吸気圧縮行程後半の状態変化を表している。
[First Feature of Embodiment 2]
FIG. 9 is a diagram for explaining the conditions to be satisfied by the plurality of injection timings θa and θb used in the present embodiment. The three figures shown in the upper part of FIG. 9 are the same as the three figures shown in FIG. 2 and represent the state change in the first half of the intake compression stroke. On the other hand, the three figures shown in the lower part of FIG. 9 represent the state change in the latter half of the intake compression stroke.

内燃機関10の気筒12内では、1回の吸気圧縮行程において、タンブル流36が複数回縦回転する。このため、高速部38がピストン14の上面を掠めて筒内噴射弁18に向かい始める時点は、1サイクル中に複数回発生する。図9に示す一連の動きの中では、上段の中央に示す時点(クランク角=θaの時点)と、下段右側に示す時点(クランク角=θbの時点)とに、その状態が形成されている。   In the cylinder 12 of the internal combustion engine 10, the tumble flow 36 rotates vertically several times in one intake compression stroke. For this reason, the point when the high speed portion 38 starts to face the in-cylinder injection valve 18 after giving up the upper surface of the piston 14 occurs a plurality of times during one cycle. In the series of movements shown in FIG. 9, the state is formed at the time point shown at the center of the upper stage (time point of crank angle = θa) and the time point shown on the right side of the lower stage (time point of crank angle = θb). .

図9上段中央の状態は、図2中央の状態と同様に、吸気TDC後160〜180°CA程度の時点で形成される。一方、図9下段右側の状態は、圧縮TDC前80〜100°CAの範囲で形成される。ここで、図9下段右側の図形中に符号44を付して示す白抜き三角形は筒内噴射弁18による噴射のイメージである。また、符号46を付して示す太線の矢印はここで噴射された燃料の流動、つまり噴霧流動である。この図形が示すように、本実施形態では、高速部38が筒内噴射弁18に向かい始める2度目のタイミングに、2度目の燃料噴射を行う。以下、この噴射タイミングを、その時点におけるクランク角「θb」で表すこととする。   The state in the upper center of FIG. 9 is formed at a time of about 160 to 180 ° CA after the intake TDC, similarly to the state in the center of FIG. On the other hand, the state on the right side of the lower stage of FIG. 9 is formed in the range of 80 to 100 ° CA before compression TDC. Here, a white triangle indicated by a reference numeral 44 in the figure on the right side of the lower stage of FIG. 9 is an image of injection by the in-cylinder injection valve 18. A thick arrow indicated by reference numeral 46 indicates the flow of the fuel injected here, that is, the spray flow. As shown in the figure, in the present embodiment, the second fuel injection is performed at the second timing when the high speed portion 38 starts to face the in-cylinder injection valve 18. Hereinafter, this injection timing is represented by a crank angle “θb” at that time.

筒内噴射弁18が噴射タイミングθbで噴射した燃料は、タンブル流36の高速部38と衝突する。その結果、噴霧流動46は、1度目の噴霧流動42と同様、タンブル流36の回転中心に向けて、引いては気筒12の頂面に向けて進行方向を変化させる。このため、2度目に噴射された燃料も、最終的には、1度目に噴射された燃料と共に、点火プラグ16の周辺に導かれることとなる。   The fuel injected by the in-cylinder injection valve 18 at the injection timing θb collides with the high speed portion 38 of the tumble flow 36. As a result, the spray flow 46 changes the traveling direction toward the rotation center of the tumble flow 36 and then toward the top surface of the cylinder 12, similarly to the first spray flow 42. For this reason, the fuel injected for the second time is finally led to the periphery of the spark plug 16 together with the fuel injected for the first time.

1サイクル中に噴射する燃料を分割して噴射することとすれば、燃料がまとめて噴射される場合に比して、各回に噴かれる燃料量が少量となる。噴射された燃料がタンブル流を貫徹する力は、燃料が多量になるほど強くなる。このため、燃料を分割噴射することとすれば、噴射された燃料の貫徹力に対するタンブル流の抑制力を相対的に高めることができ、タンブル流を貫徹する燃料量を減らすことができる。従って、本実施形態によれば、実施の形態1の場合に比して更に安定的に、高濃度の混合気層を点火プラグ16の周辺に作り出すことができる。   If the fuel to be injected during one cycle is divided and injected, the amount of fuel injected at each time is smaller than when the fuel is injected all at once. The force with which the injected fuel penetrates the tumble flow increases as the amount of fuel increases. For this reason, if the fuel is divided and injected, the suppression force of the tumble flow against the penetration force of the injected fuel can be relatively increased, and the amount of fuel penetrating the tumble flow can be reduced. Therefore, according to the present embodiment, a high-concentration air-fuel mixture layer can be created around the spark plug 16 more stably than in the case of the first embodiment.

[実施の形態2の第2の特徴]
図10は、本実施形態で用いられる複数の燃料噴射タイミングθa、θbとスロットル開度との関係を示す。図10は、スロットル開度が大きく、タンブル流が高速であるほど、噴射タイミングθaが進角される点において実施の形態1(図3)の場合と同様である。第2の噴射タイミングθbにも同様の傾向が現れているが、θbに与える進角量はθaに与えた進角量と同じではない。
[Second feature of the second embodiment]
FIG. 10 shows the relationship between the plurality of fuel injection timings θa, θb and the throttle opening used in the present embodiment. FIG. 10 is the same as in the case of the first embodiment (FIG. 3) in that the injection timing θa is advanced as the throttle opening is larger and the tumble flow is faster. A similar tendency appears in the second injection timing θb, but the advance amount given to θb is not the same as the advance amount given to θa.

即ち、気筒12内に生じたタンブル流は、その流速が高いほど減衰し難い。そして、タンブル流36の高速部38が筒内噴射弁18に向かい始める1度目のタイミングから2度目のタイミングまでの周期は、タンブル流が衰え難いほど短くなる。このため、図10において、2度目の噴射タイミングθbは、スロットル開度が大きいほど、θaとθbの間隔が短くなるように設定されている。   That is, the tumble flow generated in the cylinder 12 is less likely to be attenuated as the flow velocity is higher. Then, the period from the first timing to the second timing at which the high speed portion 38 of the tumble flow 36 starts moving toward the in-cylinder injection valve 18 becomes so short that the tumble flow is difficult to decay. Therefore, in FIG. 10, the second injection timing θb is set such that the larger the throttle opening, the shorter the interval between θa and θb.

図11は、本実施形態で用いられる複数の燃料噴射タイミングθa、θbとTCV開度との関係を示す。図11に示す第1の噴射タイミングθaは、実施の形態1(図4)の場合と同様に、TCV開度が大きくタンブル流が高速となるほど、進角されている。また、図11に示す第2の噴射タイミングθbは、上記図10に示すθbと同様に、TCV開度が大きく、タンブル流が高速となるほど、θaとθbの間隔が短くなるように設定されている。   FIG. 11 shows a relationship between a plurality of fuel injection timings θa and θb and a TCV opening degree used in the present embodiment. As in the case of the first embodiment (FIG. 4), the first injection timing θa shown in FIG. 11 is advanced as the TCV opening is larger and the tumble flow is faster. Further, the second injection timing θb shown in FIG. 11 is set so that the interval between θa and θb becomes shorter as the TCV opening degree is larger and the tumble flow is faster, similarly to θb shown in FIG. Yes.

第2の噴射タイミングθbを上記のように設定すると、タンブル流がどのように減衰するかに関わらず、第2の噴射タイミングθbの時点においても、燃料を正確に高速部38に衝突させることができる。このため、本実施形態によれば、燃料が分割噴射される各回の全てにおいて、タンブル流36により適切に燃料の貫徹を阻止することができる。   When the second injection timing θb is set as described above, the fuel can be caused to collide with the high speed portion 38 accurately even at the time of the second injection timing θb regardless of how the tumble flow is attenuated. it can. For this reason, according to the present embodiment, the fuel can be appropriately prevented from penetrating by the tumble flow 36 every time the fuel is divided and injected.

尚、図11には、タンブル強度を最大とするTCV開度に対して、第3の噴射タイミングθcが描かれている。内燃機関10においては、TCV24が最大開度付近にまで作動した場合に、高速部38がピストン14上面を掠めて筒内噴射弁18に向かい始める状態が1サイクル中に3回繰り返される場合がある。本実施形態では、そのような場合には、図11に示すように、第3の噴射タイミングθcを設定することとしている。   In FIG. 11, the third injection timing θc is drawn with respect to the TCV opening that maximizes the tumble strength. In the internal combustion engine 10, when the TCV 24 is operated to the vicinity of the maximum opening, the state in which the high speed portion 38 gives up the upper surface of the piston 14 and starts to the in-cylinder injection valve 18 may be repeated three times in one cycle. . In the present embodiment, in such a case, the third injection timing θc is set as shown in FIG.

[実施の形態2の第3の特徴]
図12は、タンブル流の高速部38の流速と、分割噴射される燃料量の割合との関係を示す。図12左側の図形は、第1の噴射タイミングθaにおける高速部38の流速と、第2の噴射タイミングθbにおける高速部38の流速とを対比して表している。タンブル流36は、吸気圧縮行程が進むに連れて押しつぶされ、流速を低下させる。このため、この図形が示すように、θa時の流速は、θb時の流速に比して十分に高いものとなる。
[Third feature of the second embodiment]
FIG. 12 shows the relationship between the flow velocity of the high-speed part 38 of the tumble flow and the ratio of the fuel amount to be dividedly injected. The graphic on the left side of FIG. 12 represents the flow velocity of the high speed portion 38 at the first injection timing θa and the flow velocity of the high speed portion 38 at the second injection timing θb. The tumble flow 36 is crushed as the intake compression stroke proceeds to reduce the flow velocity. For this reason, as this figure shows, the flow velocity at θa is sufficiently higher than the flow velocity at θb.

図12右側の図形は、本実施形態において演算される各回の燃料噴射量を対比して表している。この図形に示すように、本実施形態では、高速部38の流速に合せて、第1の噴射タイミングθaにおける噴射量を、第2の噴射タイミングθbにおける噴射量より多くすることとしている。より具体的には、本実施形態では、θa時とθb時の噴射量比がθa時とθb時の高速部38の流速比と一致するように、各回の燃料噴射量を決定することとしている。   The graphic on the right side of FIG. 12 represents the fuel injection amount calculated in this embodiment in comparison. As shown in this figure, in the present embodiment, the injection amount at the first injection timing θa is set to be larger than the injection amount at the second injection timing θb in accordance with the flow velocity of the high speed unit 38. More specifically, in this embodiment, the fuel injection amount at each time is determined so that the injection amount ratio at θa and θb matches the flow rate ratio of the high speed portion 38 at θa and θb. .

タンブル流36の高速部38は、流速が高いほど燃料の貫徹阻止に関して優れた効果を発揮する。一方、燃料は、その量が多いほど高い貫徹力を有するようになる。このため、一定量の燃料を分割して噴射して、トータルの燃料貫徹量を最小とするためには、流速の高い高速部38に多量の燃料を衝突させ、流速の落ちた高速部38に衝突させる燃料を少量とすることが望ましい。本実施形態では、上述した通り、分割噴射される燃料の各回の燃料量が、この要求が満たされるように設定される。このため、本実施形態によれば、噴射された燃料の貫徹を十分に抑制することができ、成層燃焼に適した良好化状況を安定的に形成することができる。   The high speed portion 38 of the tumble flow 36 exhibits an excellent effect for preventing the penetration of fuel as the flow velocity increases. On the other hand, the greater the amount of fuel, the higher the penetration power. For this reason, in order to divide and inject a certain amount of fuel and minimize the total fuel penetration amount, a large amount of fuel is caused to collide with the high speed portion 38 having a high flow velocity, and the high speed portion 38 having a low flow velocity is caused to collide. It is desirable to use a small amount of fuel for collision. In the present embodiment, as described above, the amount of fuel for each split injection is set so that this requirement is satisfied. For this reason, according to the present embodiment, penetration of the injected fuel can be sufficiently suppressed, and a favorable state suitable for stratified combustion can be stably formed.

[実施の形態2の制御]
図13に示すルーチンは、ステップ106がステップ110〜114に置き換えられている点、及びステップ108がステップ116に置き換えられている点を除いて、図5に示すルーチンと同様である。ここでは、重複する説明を避け、主に本ルーチンに特有の箇所について説明する。
[Control of Embodiment 2]
The routine shown in FIG. 13 is the same as the routine shown in FIG. 5 except that step 106 is replaced with steps 110 to 114 and step 108 is replaced with step 116. Here, a description specific to this routine will be mainly described while avoiding redundant description.

図13に示すルーチンでは、ステップ102において成層条件の成立が認められた場合、次に、複数の噴射タイミングθa、θb及びθc(θcについては存在する場合のみ)が演算される(ステップ110)。本実施形態において、ECU34は、図10及び図11の傾向をマップ化した2次元マップを記憶している。また、ECU34は、実施の形態1の場合と同様に、成層燃焼が求められる幾つかの場面毎に、その2次元マップを有している。本ステップでは、図5に示すステップ106の場合と同様に、先ず、今回の成層燃焼の場面に対応する2次元マップが選択される。次いでそのマップから、現在のスロットル開度及びTCV開度に対応する複数の噴射タイミングθa、θb及びθcが決定される。本ステップの処理によれば、タンブル流36の流速及び減衰に正確に対応した複数の噴射タイミングθa、θb及びθcを決定することができる。   In the routine shown in FIG. 13, if the establishment of the stratification condition is recognized in step 102, next, a plurality of injection timings θa, θb, and θc (only when θc exists) are calculated (step 110). In the present embodiment, the ECU 34 stores a two-dimensional map in which the trends in FIGS. 10 and 11 are mapped. Further, as in the case of the first embodiment, the ECU 34 has a two-dimensional map for each of several scenes where stratified combustion is required. In this step, as in the case of step 106 shown in FIG. 5, first, a two-dimensional map corresponding to the current stratified combustion scene is selected. Next, a plurality of injection timings θa, θb, and θc corresponding to the current throttle opening and TCV opening are determined from the map. According to the processing in this step, it is possible to determine a plurality of injection timings θa, θb, and θc that accurately correspond to the flow velocity and attenuation of the tumble flow 36.

上記の処理が終わると、次に、θa、θb及びθcの夫々の時点での高速部38の流速が演算される(ステップ112)。本実施形態において、ECU34は、内燃機関10の運転状態をパラメータとして、高速部38の流速をクランク角との関係で定めたマップを記憶している。本ステップでは、このマップを参照することにより、θa、θb及びθcの夫々に対応する流速が演算される。   When the above processing is completed, the flow velocity of the high speed unit 38 at each time of θa, θb, and θc is calculated (step 112). In the present embodiment, the ECU 34 stores a map in which the operating speed of the internal combustion engine 10 is used as a parameter and the flow velocity of the high speed unit 38 is determined in relation to the crank angle. In this step, the flow velocity corresponding to each of θa, θb, and θc is calculated by referring to this map.

次に、分割して噴射される燃料の割合が演算される(ステップ114)。ここでは、具体的には、θa、θb及びθcの夫々に対応するものとして上記ステップ112において演算された高速部38の流速の比が、そのままθa、θb及びθcの夫々における燃料噴射比となるように、各回の燃料割合が演算される。   Next, the ratio of fuel that is divided and injected is calculated (step 114). Here, specifically, the ratio of the flow velocity of the high speed section 38 calculated in step 112 as corresponding to each of θa, θb, and θc is directly the fuel injection ratio in each of θa, θb, and θc. Thus, the fuel ratio of each time is calculated.

図13に示すルーチンでは、ステップ104又はステップ114の処理に続いて燃料噴射の処理が行われる(ステップ116)。本ステップの処理は、このステップがステップ104に続いて実行される場合は、図5に示すステップ108の場合と同様である。一方、本ステップが、ステップ114に次いで実行される場合には、以下の処理が行われる。
1.今回のサイクルで噴射すべき総燃料量を読み出す。
2.総燃料量に、上記ステップ114で演算した噴射割合を掛け合わせて、分割噴射の各回の燃料噴射量を算出する。
3.算出された各回の噴射量を、θa、θb及びθcのクランク角噴射タイミングにおいて筒内噴射弁18に噴射させる。
In the routine shown in FIG. 13, fuel injection processing is performed following step 104 or step 114 (step 116). The processing in this step is the same as that in step 108 shown in FIG. 5 when this step is executed following step 104. On the other hand, when this step is executed after step 114, the following processing is performed.
1. Read the total amount of fuel to be injected in this cycle.
2. By multiplying the total fuel amount by the injection ratio calculated in step 114, the fuel injection amount for each split injection is calculated.
3. The calculated injection amount at each time is injected to the in-cylinder injection valve 18 at crank angle injection timings of θa, θb, and θc.

上記の処理によれば、(1)一度に噴射される燃料が少量であること、(2)タンブル流の減衰によらず常に正確に燃料が高速部38に衝突すること、並びに、(3)燃料の貫徹力(噴射量)が高速部38の抑制力(流速)に応じて抑えられること、の3点により、燃料を効果的に点火プラグ16の周辺に導くことが可能である。このため、本実施形態によれば、実施の形態1の場合に比して更に安定的に、点火プラグ16の周辺に高濃度の混合気層が生成される状態を作り出すことができる。   According to the above processing, (1) the amount of fuel injected at a time is small, (2) the fuel always collides with the high speed portion 38 accurately regardless of the attenuation of the tumble flow, and (3) The fuel can be effectively guided to the periphery of the spark plug 16 by the three points that the penetration force (injection amount) of the fuel is suppressed according to the suppression force (flow velocity) of the high speed portion 38. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to create a state where a high-concentration air-fuel mixture layer is generated around the spark plug 16 more stably than in the case of the first embodiment.

[実施の形態2の変形例] [Modification of Embodiment 2]

上述した実施の形態2は、複数の噴射タイミングθa、θb及びθcを、スロットル開度とTCV開度とに基づいて設定している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、機関回転速度や、内燃機関10が可変動弁機構を備えている場合には吸気弁22の開弁タイミングを、噴射タイミングθa、θb及びθcに反映させることとしてもよい。   In the second embodiment described above, the plurality of injection timings θa, θb, and θc are set based on the throttle opening and the TCV opening. However, the present invention is not limited to this. For example, the engine rotation speed or the opening timing of the intake valve 22 when the internal combustion engine 10 includes a variable valve mechanism may be reflected in the injection timings θa, θb, and θc.

図14は、機関回転速度と、複数の燃料噴射タイミングθa、θbとの関係を示す。本実施形態の内燃機関10では、機関回転速度が高いほど吸気の流速が早くなり、タンブル流が減衰し難い状態となる。このため、機関回転速度を噴射タイミングθa、θbに反映させる場合は、図14に示すように、機関回転速度が高いほどθaとθbとの間隔は短くなるように設定することになる。   FIG. 14 shows the relationship between the engine speed and a plurality of fuel injection timings θa and θb. In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, the higher the engine rotational speed, the faster the flow rate of the intake air, and the tumble flow becomes difficult to attenuate. For this reason, when the engine speed is reflected in the injection timings θa and θb, as shown in FIG. 14, the interval between θa and θb is set to be shorter as the engine speed is higher.

図15は、吸気弁22の開弁期間と、複数の燃料噴射タイミングθa、θbとの関係を示す。また、図16は、吸気弁22の開弁タイミングと、複数の燃料噴射タイミングθa、θbとの関係を示す。本実施形態の内燃機関10では、吸気弁22の開弁タイミング(開弁期間)が進角されるほど吸気の流速が早くなり、その結果タンブル流が減衰し難い状態となる。このため、吸気弁22の開弁タイミング(開弁期間)を噴射タイミングθa、θbに反映させる場合は、図15又は図16に示すように、開弁タイミング(開弁期間)が進角されるほど、噴射タイミングθaとθbとの間隔は短くなるように設定することになる。   FIG. 15 shows the relationship between the valve opening period of the intake valve 22 and the plurality of fuel injection timings θa and θb. FIG. 16 shows the relationship between the opening timing of the intake valve 22 and a plurality of fuel injection timings θa and θb. In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, the flow rate of the intake air becomes faster as the valve opening timing (opening period) of the intake valve 22 is advanced, and as a result, the tumble flow becomes difficult to attenuate. Therefore, when the valve opening timing (valve opening period) of the intake valve 22 is reflected in the injection timings θa and θb, the valve opening timing (valve opening period) is advanced as shown in FIG. The interval between the injection timings θa and θb is set to be shorter.

図14に示す傾向、或いは図15及び図16に示す傾向は、θa、θb及びθcの演算に用いられるマップ又は関数式にそれらの傾向を反映させることにより、噴射タイミングθa、θb及びθcに反映させることができる。   The trends shown in FIG. 14 or the trends shown in FIGS. 15 and 16 are reflected in the injection timings θa, θb, and θc by reflecting those tendencies in the map or function expression used for the calculation of θa, θb, and θc. Can be made.

尚、上述した実施の形態2においては、実施の形態1の場合と同様に、ポート部分21を含む吸気系構造の全体が、前記第1の発明における「タンブル発生機構」に相当する。   In the second embodiment described above, as in the first embodiment, the entire intake system structure including the port portion 21 corresponds to the “tumble generating mechanism” in the first invention.

実施の形態3.
[実施の形態3の構成]
次に、図1及び図17乃至図22を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施形態では、下記の点を除いて図1に示す構造と同様の構造を有する内燃機関が用いられる。便宜上、本実施形態の説明も図1を参照して行うこととし、内燃機関には符号10を付することとする。
Embodiment 3 FIG.
[Configuration of Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIGS. In the present embodiment, an internal combustion engine having the same structure as that shown in FIG. 1 is used except for the following points. For convenience, this embodiment will also be described with reference to FIG. 1, and the reference numeral 10 is assigned to the internal combustion engine.

内燃機関10の気筒12内に強いタンブル流が発生すると、その気流の影響で、気筒12内の熱が冷損により失われ易くなる。本実施形態の内燃機関10は、この冷損の低減を狙ってタンブル流を弱め、空間燃焼を狙った構成を有している。実施の形態1及び2では、吸気のポート部分21が、強いタンブル流を発生するように形成されているが、本実施形態では、そのポート部分21が、強いタンブル流を発生させない構成となっている。また、本実施形態では、吸気通路20にTCV24は備わっていないものとする。   When a strong tumble flow is generated in the cylinder 12 of the internal combustion engine 10, the heat in the cylinder 12 is likely to be lost due to cold damage due to the influence of the air flow. The internal combustion engine 10 of the present embodiment has a configuration aimed at spatial combustion by weakening the tumble flow with the aim of reducing this cooling loss. In the first and second embodiments, the intake port portion 21 is formed so as to generate a strong tumble flow. However, in this embodiment, the port portion 21 does not generate a strong tumble flow. Yes. In the present embodiment, it is assumed that the intake passage 20 is not provided with the TCV 24.

[実施の形態3の第1の特徴]
本実施形態の内燃機関10では、吸気行程の適切なタイミングで筒内噴射弁18に燃料をプレ噴射させることにより、吸気の流速を増大させ、気筒12内にタンブル流を発生させることができる。図17左端の図形は、そのプレ噴射48によって気筒12内にタンブル流36と、高速部38が生成された状態を表している。
[First Feature of Embodiment 3]
In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, the in-cylinder injection valve 18 is pre-injected with fuel at an appropriate timing of the intake stroke, whereby the flow rate of intake air can be increased and a tumble flow can be generated in the cylinder 12. The graphic at the left end of FIG. 17 represents a state where the tumble flow 36 and the high speed portion 38 are generated in the cylinder 12 by the pre-injection 48.

プレ噴射48によって生成されたタンブル流36及び高速部38は、実施の形態1又は2の場合に比して低速ではあるが、吸気圧縮行程の進行中に気筒12内を縦方向に回転する。図17右端の図形は、回転を続ける高速部38が、ピストン14上面を掠めて筒内噴射弁18に向かい始める時点の状態を表している。また、この図形中に符号50を付して示す白抜きの三角形は、この時点を噴射タイミングとして筒内噴射弁18が行うメイン噴射のイメージを表している。   Although the tumble flow 36 and the high speed portion 38 generated by the pre-injection 48 are at a lower speed than in the case of the first or second embodiment, the tumble flow 36 and the high speed section 38 rotate in the longitudinal direction in the cylinder 12 while the intake compression stroke proceeds. The graphic at the right end of FIG. 17 represents a state at the time when the high-speed portion 38 that continues to rotate starts to face the in-cylinder injection valve 18 with the upper surface of the piston 14 being given up. A white triangle denoted by reference numeral 50 in the figure represents an image of main injection performed by the in-cylinder injection valve 18 with this point in time as the injection timing.

上記の噴射タイミングでメイン噴射50が実行されると、噴射された燃料はタンブル流36の高速部38に衝突する。その結果、実施の形態1又は2の場合と同様に、燃料が気筒12の頂面付近に導かれ、点火プラグ16の周辺に高濃度の混合気層が生成される。このため、本実施形態の内燃機関10によれば、冷損低減を狙った構成を採用しながら、必要に応じて、成層燃焼に好適な状態を安定的に作り出すことができる。   When the main injection 50 is executed at the above injection timing, the injected fuel collides with the high speed portion 38 of the tumble flow 36. As a result, as in the case of the first or second embodiment, the fuel is guided to the vicinity of the top surface of the cylinder 12 and a high-concentration air-fuel mixture layer is generated around the spark plug 16. For this reason, according to the internal combustion engine 10 of the present embodiment, it is possible to stably create a state suitable for stratified combustion as needed while adopting a configuration aimed at reducing the cooling loss.

[プレ噴射とメイン噴射の割合]
図18は、プレ噴射48の割合と燃焼速度との関係(実線)、並びにプレ噴射の割合と達成される成層度との関係(破線)を示す。1サイクル中に噴射する燃料の総量は、内燃機関10の状態に応じて決められるため、プレ噴射48の割合が上がればメイン噴射50の割合は下がる。このため、プレ噴射48の割合は、燃焼速度及び成層度に、図18に示すような影響を与える。
[Ratio of pre-injection and main injection]
FIG. 18 shows the relationship between the pre-injection 48 ratio and the combustion rate (solid line) and the relationship between the pre-injection ratio and the degree of stratification achieved (broken line). Since the total amount of fuel injected during one cycle is determined according to the state of the internal combustion engine 10, the ratio of the main injection 50 decreases as the ratio of the pre-injection 48 increases. For this reason, the ratio of the pre-injection 48 affects the combustion speed and the stratification degree as shown in FIG.

内燃機関10において実現するべき燃焼速度や成層度は、内燃機関10の運転状態に応じて決定される。従って、内燃機関10において実現するべきプレ噴射の割合も、図18に示す関係から自ずと決定される。本実施形態において、ECU34には、そのようにして決定されるプレ噴射の割合が、内燃機関10の運転状態との関係で記憶されている。ECU34は、成層燃焼による運転が求められる場合に、その関係を参照してプレ噴射の割合を決定する。   The combustion speed and the stratification degree to be realized in the internal combustion engine 10 are determined according to the operating state of the internal combustion engine 10. Therefore, the proportion of pre-injection to be realized in the internal combustion engine 10 is also automatically determined from the relationship shown in FIG. In the present embodiment, the ECU 34 stores the pre-injection ratio determined in this way in relation to the operating state of the internal combustion engine 10. ECU34 determines the ratio of pre-injection with reference to the relationship, when the driving | operation by stratified combustion is calculated | required.

[実施の形態3の第2の特徴]
図19は、プレ噴射48とメイン噴射50のインターバルを定義するための図である。図19に示すように、ここでは、プレ噴射48の終了時からメイン噴射50の開始時までを両者の「インターバル」とする。
[Second Feature of Embodiment 3]
FIG. 19 is a diagram for defining an interval between the pre-injection 48 and the main injection 50. As shown in FIG. 19, here, the interval from the end of the pre-injection 48 to the start of the main injection 50 is defined as the “interval” between them.

図20は、プレ噴射48の燃料量と上記のインターバルとの関係を示す。本実施形態において、プレ噴射48は、タンブル流36を促進するタイミングで行われる。従って、タンブル流36の流速は、プレ噴射48の燃料量が多いほど高くなる。そして、プレ噴射48によって生じた高速部38(図17左端参照)が、ピストン14上面を掠めて筒内噴射弁18に向かう位相(図17右端参照)に回転してくるまでの時間は、タンブル流36の流速が早いほど短時間となる。このため、プレ噴射からメイン噴射までのインターバルは、図20に示すように、プレ噴射48の燃料量が多いほど短時間となる。   FIG. 20 shows the relationship between the fuel amount of the pre-injection 48 and the above interval. In the present embodiment, the pre-injection 48 is performed at a timing that promotes the tumble flow 36. Therefore, the flow rate of the tumble flow 36 increases as the fuel amount of the pre-injection 48 increases. The time required for the high speed portion 38 (see the left end in FIG. 17) generated by the pre-injection 48 to rotate to the phase toward the in-cylinder injection valve 18 (see the right end in FIG. 17) over the top surface of the piston 14 is tumble. The faster the flow velocity of the flow 36, the shorter the time. For this reason, as shown in FIG. 20, the interval from the pre-injection to the main injection becomes shorter as the fuel amount of the pre-injection 48 increases.

尚、プレ噴射48は、インターバルの後メイン噴射50を行うことを前提として実行される。このため、そのインターバルは、筒内噴射弁18の最小噴射期間taumin、即ち、筒内噴射弁18の開閉に要する最小時間より短くすることはできない。一方、プレ噴射48の燃料量は、インターバルが最小値に達する値以上には増やすことができない。このため、インターバルの最小値とプレ噴射の最大燃料量とは、最小噴射期間tauminとの関係で決められる。図20には、参考のため、それらの関係を併記している。 The pre-injection 48 is executed on the assumption that the main injection 50 is performed after the interval. For this reason, the interval cannot be shorter than the minimum injection period tau min of the in-cylinder injection valve 18, that is, the minimum time required to open and close the in-cylinder injection valve 18. On the other hand, the fuel amount of the pre-injection 48 cannot be increased beyond the value at which the interval reaches the minimum value. For this reason, the minimum value of the interval and the maximum fuel amount of the pre-injection are determined in relation to the minimum injection period tau min . FIG. 20 also shows the relationship between them for reference.

図21は、プレ噴射48の燃料割合と、メイン噴射50の噴射タイミングとの関係を模式的に表した図である。図21に示すように、本実施形態では、プレ噴射48の燃料割合が大きいほど、メイン噴射50の燃料量が少なくなり、かつ、メイン噴射50の噴射タイミングが進角される。このような手法によれば、メイン噴射50の燃料をタンブル流36の高速部38に正確に衝突させることができ、所望の成層度を実現するのに好適な状態を安定的に作り出すことができる。   FIG. 21 is a diagram schematically showing the relationship between the fuel ratio of the pre-injection 48 and the injection timing of the main injection 50. As shown in FIG. 21, in this embodiment, the larger the fuel ratio of the pre-injection 48, the smaller the fuel amount of the main injection 50 and the advance timing of the main injection 50. According to such a method, the fuel of the main injection 50 can be accurately collided with the high speed portion 38 of the tumble flow 36, and a state suitable for realizing a desired stratification degree can be stably created. .

[実施の形態3の制御]
図22に示すルーチンは、ステップ106がステップ120及び122に置き換えられている点、及びステップ108がステップ124に置き換えられている点を除いて、図5に示すルーチンと同様である。ここでは、重複する説明を避け、主に本ルーチンに特有の箇所について説明する。
[Control of Embodiment 3]
The routine shown in FIG. 22 is the same as the routine shown in FIG. 5 except that step 106 is replaced with steps 120 and 122 and step 108 is replaced with step 124. Here, a description specific to this routine will be mainly described while avoiding redundant description.

図22に示すルーチンでは、ステップ102において成層条件の成立が認められた場合、次に、プレ噴射48の燃料割合が演算される(ステップ120)。上述した通り、ECU34には、図18に示す関係に基づいて、プレ噴射48の噴射割合を内燃機関10の運転状態との関係で定めたマップを記憶している。本ステップでは、そのマップに従って、現在の運転状態に適合するプレ噴射48の噴射割合が算出される。   In the routine shown in FIG. 22, if the establishment of the stratification condition is recognized in step 102, then the fuel ratio of the pre-injection 48 is calculated (step 120). As described above, the ECU 34 stores a map that defines the injection ratio of the pre-injection 48 in relation to the operating state of the internal combustion engine 10 based on the relationship shown in FIG. In this step, the injection ratio of the pre-injection 48 that matches the current operating state is calculated according to the map.

次に、メイン噴射50の噴射タイミングが演算される(ステップ122)。本実施形態において、ECU34は、図21に示す傾向が反映されるように、メイン噴射50の噴射タイミングをクランク角との関係で定めたマップを記憶している。本ステップ122では、このマップに従って、プレ噴射48の噴射割合に対応するメイン噴射50の噴射タイミングが決定される。この処理によれば、メイン噴射50の噴射タイミングを、燃料を正確に高速部38に衝突させることのできる時点に設定することができる。   Next, the injection timing of the main injection 50 is calculated (step 122). In the present embodiment, the ECU 34 stores a map that determines the injection timing of the main injection 50 in relation to the crank angle so that the tendency shown in FIG. 21 is reflected. In step 122, the injection timing of the main injection 50 corresponding to the injection ratio of the pre-injection 48 is determined according to this map. According to this process, the injection timing of the main injection 50 can be set to a time point at which the fuel can collide with the high speed portion 38 accurately.

図22に示すルーチンでは、ステップ104又はステップ122の処理に続いて燃料噴射の処理が行われる(ステップ124)。本ステップの処理は、このステップがステップ104に続いて実行される場合は、図5に示すステップ108の場合と同様である。一方、本ステップが、ステップ122に次いで実行される場合には、以下の処理が行われる。
1.今回のサイクルで噴射すべき総燃料量を読み出す。
2.総燃料量に、上記ステップ120で演算したプレ噴射48の噴射割合を掛け合わせてプレ噴射48の燃料量を算出する。
3.総燃料量からプレ噴射48の噴射量を減じてメイン噴射50の噴射量を算出する。
4.算出された各回の噴射量を、プレ噴射48の噴射タイミング(固定)と、ステップ122で決定されたメイン噴射50の噴射タイミングにおいて筒内噴射弁18に噴射させる。
In the routine shown in FIG. 22, fuel injection processing is performed following step 104 or step 122 (step 124). The processing in this step is the same as that in step 108 shown in FIG. 5 when this step is executed following step 104. On the other hand, when this step is executed next to step 122, the following processing is performed.
1. Read the total amount of fuel to be injected in this cycle.
2. The fuel amount of the pre-injection 48 is calculated by multiplying the total fuel amount by the injection ratio of the pre-injection 48 calculated in step 120 above.
3. The injection amount of the main injection 50 is calculated by subtracting the injection amount of the pre-injection 48 from the total fuel amount.
4). The calculated injection amount at each time is injected into the in-cylinder injection valve 18 at the injection timing (fixed) of the pre-injection 48 and the injection timing of the main injection 50 determined in step 122.

以上の処理によれば、冷損の低減を狙った吸気系を有する内燃機関10において、必要に応じて、成層燃焼の運転に必要な成層度を安定的に作り出すことができる。   According to the above process, in the internal combustion engine 10 having the intake system aimed at reducing the cooling loss, the stratification required for the operation of the stratified combustion can be stably generated as necessary.

[実施の形態3の変形例]
上述した実施の形態3では、プレ噴射48の噴射タイミングを特定のクランク角に固定することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、最も効率的にタンブル流を発生(促進)させることができるプレ噴射48の噴射タイミングを内燃機関10の運転状態との関係で予め定めており、その噴射タイミングを、内燃機関10の運転状態に応じて適宜設定することとしてもよい。
[Modification of Embodiment 3]
In Embodiment 3 described above, the injection timing of the pre-injection 48 is fixed to a specific crank angle, but the present invention is not limited to this. That is, the injection timing of the pre-injection 48 that can generate (promote) the tumble flow most efficiently is predetermined in relation to the operating state of the internal combustion engine 10, and the injection timing is determined based on the operating state of the internal combustion engine 10. It is good also as setting suitably according to.

また、上述した実施の形態3では、吸気のポート部分21に強いタンブル流を発生させないこととしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、プレ噴射48によりタンブル流を発生(促進)させ、プレ噴射48の噴射割合に応じてメイン噴射50の噴射タイミングを定める思想は、実施の形態1又は2の構成と組み合わせて用いることとしてもよい。   In the third embodiment described above, a strong tumble flow is not generated in the intake port portion 21, but the present invention is not limited to this. That is, the idea of generating (promoting) a tumble flow by the pre-injection 48 and determining the injection timing of the main injection 50 according to the injection ratio of the pre-injection 48 may be used in combination with the configuration of the first or second embodiment. Good.

尚、上述した実施の形態3においては、筒内噴射弁18と、筒内噴射弁18にプレ噴射48を実行させるECU34とが、前記第1の発明における「タンブル流発生機構」に相当している。   In the third embodiment described above, the in-cylinder injection valve 18 and the ECU 34 that causes the in-cylinder injection valve 18 to perform the pre-injection 48 correspond to the “tumble flow generating mechanism” in the first aspect of the invention. Yes.

[実施の形態1乃至3に共通の変形例]
上述した実施の形態1乃至3では、タンブル流が、吸気側で上昇し排気側で下降する正タンブル流とされている。しかしながら、本発明の適用が可能なタンブル流はこれに限定されるものではない。
[Modification Common to Embodiments 1 to 3]
In the first to third embodiments described above, the tumble flow is a positive tumble flow that rises on the intake side and descends on the exhaust side. However, the tumble flow to which the present invention can be applied is not limited to this.

図23は、気筒12内に、吸気側で下降し排気側で上昇する逆タンブル流52が発生しており、その逆タンブル流52の高速部54に、燃料が衝突している様子を表している。この図に示すように、本発明は、逆タンブル流52を発生させる内燃機関に対しても適用することが可能である。   FIG. 23 shows a state in which a reverse tumble flow 52 that descends on the intake side and rises on the exhaust side is generated in the cylinder 12, and fuel collides with the high speed portion 54 of the reverse tumble flow 52. Yes. As shown in this figure, the present invention can also be applied to an internal combustion engine that generates a reverse tumble flow 52.

10 内燃機関
12 気筒
16 点火プラグ
18 筒内噴射弁
21 ポート部分
24 タンブル制御弁(TCV)
26 スロットル弁
34 制御ユニット(ECU)
36;52 タンブル流
38;44;54 高速部
42;46 噴霧流動
48 プレ噴射
50 メイン噴射
θa,θb,θc 噴射タイミング

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 12 Cylinder 16 Spark plug 18 In-cylinder injection valve 21 Port part 24 Tumble control valve (TCV)
26 Throttle valve 34 Control unit (ECU)
36; 52 Tumble flow 38; 44; 54 High speed section 42; 46 Spray flow 48 Pre-injection 50 Main injection θa, θb, θc Injection timing

Claims (15)

気筒の上部中央に配置された点火プラグと、
気筒内にタンブル流を発生させるタンブル発生機構と、
気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、を備え、
前記筒内噴射弁は、タンブル流の高速部が前記筒内噴射弁に向かって移動してくる時期を噴射タイミングとして、当該高速部に向けて燃料を噴射し、
前記高速部とは、前記タンブル流の一部であり、当該タンブル流の平均流速より速い流速を持つ一連の部分であることを特徴とする内燃機関。
A spark plug located in the upper center of the cylinder;
A tumble generating mechanism for generating a tumble flow in the cylinder;
An in-cylinder injection valve for injecting fuel into the cylinder,
The in-cylinder injection valve injects fuel toward the high-speed portion, with the timing at which the high-speed portion of the tumble flow moves toward the in-cylinder injection valve as an injection timing,
The internal combustion engine, wherein the high-speed portion is a part of the tumble flow, and is a series of portions having a flow velocity faster than an average flow velocity of the tumble flow.
前記噴射タイミングは、吸気上死点後160〜180°CA内のクランク角に対応する時点を含み、
前記筒内噴射弁は、吸気上死点後160〜180°CA時におけるタンブル流の高速部と衝突する方向に燃料を噴射するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
The injection timing includes a time point corresponding to a crank angle within 160 to 180 ° CA after intake top dead center,
The in-cylinder injection valve is configured to inject fuel in a direction that collides with a high speed portion of a tumble flow at 160 to 180 ° CA after intake top dead center. Internal combustion engine.
内燃機関の始動直後のアイドル回転速度を暖機終了後の通常アイドル回転速度より高い回転速度とするファストアイドルの実行条件を判定する制御ユニットを備え、
前記筒内噴射弁は、前記ファストアイドルの実行条件成立中に、前記噴射タイミングで燃料を噴射することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。
A control unit for determining a fast idle execution condition for setting the idle rotation speed immediately after the start of the internal combustion engine to a higher rotation speed than the normal idle rotation speed after the end of warm-up;
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the in-cylinder injection valve injects fuel at the injection timing while the fast idle execution condition is satisfied.
目標空燃比をストイキより薄いリーン空燃比とするリーンバーン運転の実行条件成否を判定する制御ユニットを備え、
前記筒内噴射弁は、前記リーンバーン運転の実行条件成立中に、前記噴射タイミングで燃料を噴射することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の内燃機関。
A control unit for determining whether or not the execution condition of the lean burn operation in which the target air-fuel ratio is thinner than the stoichiometric lean air-fuel ratio is satisfied,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the in-cylinder injection valve injects fuel at the injection timing while an execution condition for the lean burn operation is satisfied.
前記タンブル発生機構は、
前記筒内噴射弁と、
前記タンブル流と同じ方向の気流を気筒内に発生させるタイミングで当該筒内噴射弁に燃料のプレ噴射を行わせる制御ユニットと、を含み、
前記噴射タイミングは、前記プレ噴射による燃料噴射量が多いほど進角されることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の内燃機関。
The tumble generating mechanism is
The in-cylinder injection valve;
A control unit that causes the in-cylinder injection valve to perform pre-injection of fuel at a timing at which an airflow in the same direction as the tumble flow is generated in the cylinder,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the injection timing is advanced as the fuel injection amount by the pre-injection increases.
吸気通路に設けられたスロットル弁を備え、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記噴射タイミングは、前記スロットル弁の開度が大きいほど進角されることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の内燃機関。
It has a throttle valve provided in the intake passage,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the injection timing is advanced as the opening of the throttle valve increases.
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記タンブル流を発生させる吸気の流れを制御するタンブル制御弁を備え、
前記噴射タイミングは、前記タンブル制御弁の開度がタンブル流の強度を強める方向に制御されるほど進角されることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の内燃機関。
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
A tumble control valve that controls the flow of intake air that generates the tumble flow;
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the injection timing is advanced as the opening degree of the tumble control valve is controlled in a direction in which the strength of the tumble flow is increased.
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記噴射タイミングは、機関回転速度が高いほど進角されることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の内燃機関。
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the injection timing is advanced as the engine speed increases.
内燃機関の吸気弁の開弁タイミングを変化させる可変動弁機構を備え、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記噴射タイミングは、吸気弁の開弁タイミングが進角されるほど進角されることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の内燃機関。
A variable valve mechanism for changing the opening timing of the intake valve of the internal combustion engine,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein the injection timing is advanced as the valve opening timing of the intake valve is advanced.
前記噴射タイミングは、1サイクル中に複数回設定され、1サイクル中に噴射すべき燃料噴射量は、前記複数回に分割されて噴射されることを特徴とする請求項1から9の何れか1項に記載の内燃機関。   The injection timing is set a plurality of times in one cycle, and a fuel injection amount to be injected in one cycle is divided and injected in the plurality of times. The internal combustion engine according to item. 複数回に分割されて噴射される燃料の割合を演算する制御ユニットを備え、
前記制御ユニットは、1サイクル内における噴射の順番が遅いほど燃料噴射量が少量となるように前記割合を演算することを特徴とする請求項10に記載の内燃機関。
A control unit that calculates the ratio of fuel that is divided and injected multiple times,
11. The internal combustion engine according to claim 10, wherein the control unit calculates the ratio so that the fuel injection amount becomes smaller as the order of injection in one cycle is slower.
吸気通路に設けられたスロットル弁を備え、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記複数回の噴射タイミングのインターバルは、前記スロットル弁の開度が大きいほど短くなることを特徴とする請求項10又は11に記載の内燃機関。
It has a throttle valve provided in the intake passage,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The internal combustion engine according to claim 10 or 11, wherein an interval between the plurality of injection timings becomes shorter as an opening of the throttle valve is larger.
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記タンブル流を発生させる吸気の流れを制御するタンブル制御弁を備え、
前記複数回の噴射タイミングのインターバルは、前記タンブル制御弁の開度がタンブル流の強度を強める方向に制御されるほど短くなることを特徴とする請求項10から12の何れか1項に記載の内燃機関。
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
A tumble control valve that controls the flow of intake air that generates the tumble flow;
The interval between the plurality of injection timings becomes shorter as the opening degree of the tumble control valve is controlled in a direction to increase the strength of the tumble flow. Internal combustion engine.
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記複数回の噴射タイミングのインターバルは、機関回転速度が高いほど短くなることを特徴とする請求項10から13の何れか1項に記載の内燃機関。
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The internal combustion engine according to any one of claims 10 to 13, wherein the interval between the plurality of injection timings becomes shorter as the engine rotational speed becomes higher.
内燃機関の吸気弁の開弁タイミングを変化させる可変動弁機構を備え、
前記タンブル発生機構は、吸気の流れにより前記タンブル流を発生させるように構成された吸気系構造を含み、
前記複数回の噴射タイミングのインターバルは、吸気弁の開弁タイミングが進角されるほど短くなることを特徴とする請求項10から14の何れか1項に記載の内燃機関。
A variable valve mechanism for changing the opening timing of the intake valve of the internal combustion engine,
The tumble generating mechanism includes an intake system structure configured to generate the tumble flow by an intake flow,
The internal combustion engine according to any one of claims 10 to 14, wherein the interval between the plurality of injection timings becomes shorter as the opening timing of the intake valve is advanced.
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