JP2019070329A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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Toshimi Kashiwakura
利美 柏倉
吉松 昭夫
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Abstract

To generate stable diffusion combustion.SOLUTION: A fuel injection valve (9) is arranged in the center of a combustion chamber (4), an ignition plug (10) is arranged around the combustion chamber (4) which is apart from the fuel injection valve (9) by a half or a longer distance of a cylinder bore radius, and fuel injection is performed into the combustion chamber (4) from the fuel injection valve (9) a plurality of times during one cycle. After generating a flame by igniting a spray generated by first fuel injection by the ignition plug (10), a spray generated by second fuel injection is injected into the flame, and diffused and combusted. When an in-cylinder temperature at the second fuel injection is lower than a stable diffusion combustion temperature, an actual compression ratio is raised.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

燃焼室の中央部に配置された燃料噴射弁からの噴射燃料をスプレイガイド方式により点火するために燃料噴射弁に近接して点火プラグを配置し、1サイクル中に燃料噴射弁から燃焼室内に燃料噴射を2回行い、1回目の燃料噴射による噴霧を点火プラグにより点火させて火炎を発生させた後、2回目の燃料噴射による噴霧をこの火炎内に噴射して拡散燃焼させ、それにより安定したリーン燃焼を確保すようにした内燃機関が公知である(例えば特許文献1を参照)。このようにリーン燃焼を行っている場合には、燃料噴射弁からの噴射燃料量は少なく、噴射燃料の貫徹力が低いために、噴射燃料は噴射後、短時間の間に気化、拡散し、可燃混合気となる。従って、燃料噴射弁に点火プラグを近接配置しても、即ち燃料噴射弁と点火プラグとの距離を短くしても、噴射燃料が点火プラグに到達する頃には、噴射燃料は十分に気化、拡散し、可燃混合気になっており、従って、点火プラグにより点火された噴射燃料を良好に燃焼させることができる。   A spark plug is disposed in the vicinity of the fuel injection valve to ignite fuel injected from the fuel injection valve disposed at the central portion of the combustion chamber by the spray guide method, and fuel is injected from the fuel injection valve into the combustion chamber during one cycle. After performing injection twice and igniting the spray by the first fuel injection with the spark plug to generate a flame, the spray by the second fuel injection is injected into this flame to diffuse and burn, thereby stabilizing An internal combustion engine that ensures lean combustion is known (see, for example, Patent Document 1). As described above, when performing lean combustion, the amount of fuel injected from the fuel injection valve is small, and the penetration power of the injected fuel is low, so the injected fuel is vaporized and diffused in a short time after injection, It becomes a flammable mixture. Therefore, even if the spark plug is disposed close to the fuel injection valve, that is, even if the distance between the fuel injection valve and the spark plug is shortened, the injected fuel is sufficiently vaporized when the injected fuel reaches the spark plug. The mixture is diffused and has a combustible mixture, so that the injected fuel ignited by the spark plug can be burned well.

特開2007−278257号公報JP 2007-278257 A

しかしながら、燃焼すべき混合気の空燃比を小さくすると、例えば、三元触媒を用いて排気浄化を行うために燃焼すべき混合気の空燃比を理論空燃比にすると、燃料噴射弁からの噴射燃料量が多くなり、噴射燃料の貫徹力が高くなる。従って、上述の内燃機関におけるように、燃料噴射弁と点火プラグとの距離が短いと、噴射燃料が点火プラグに到達するまでに、噴射燃料は十分に気化、拡散することができず、点火プラグ周りの混合気が過濃となる。その結果、噴射燃料が点火プラグにより点火されて燃焼せしめられたときの未燃成分の発生量が増大し、またこのときの空気利用率が低いために燃焼効率が低下するという問題を生ずる。更に、この内燃機関では、筒内温度が低下した場合には、拡散燃焼を行えなくなるという問題がある。   However, if the air-fuel ratio of the mixture to be combusted is reduced, for example, if the air-fuel ratio of the mixture to be combusted to perform exhaust gas purification using a three-way catalyst is made the stoichiometric air-fuel ratio, the injected fuel from the fuel injection valve The quantity increases and the penetration of injected fuel increases. Therefore, as in the above-described internal combustion engine, if the distance between the fuel injection valve and the spark plug is short, the injected fuel can not be sufficiently vaporized and diffused until the injected fuel reaches the spark plug, and the spark plug The mixture around it becomes rich. As a result, the amount of unburned components generated when the injected fuel is ignited and burned by the spark plug increases, and there is a problem that the combustion efficiency decreases due to the low air utilization at this time. Furthermore, in this internal combustion engine, there is a problem that diffusion combustion can not be performed when the in-cylinder temperature decreases.

上記問題を解決するために、本発明によれば、燃焼室内に燃料噴射弁と点火プラグとを配置し、1サイクル中に燃料噴射弁から燃焼室内に燃料噴射を複数回行い、1回目の燃料噴射による噴霧を点火プラグにより点火させて火炎を発生させた後、2回目以降の燃料噴射による噴霧を該火炎内に噴射して拡散燃焼させるようにした内燃機関の制御装置において、燃料噴射弁を燃焼室の中央部に配置すると共に、燃料噴射弁からシリンダボア半径の1/2以上離れた燃焼室の周辺部に点火プラグを配置し、2回目以降の燃料噴射時の筒内温度が安定拡散燃焼温度未満の場合には、実圧縮比を高くする内燃機関の制御装置が提供される。   In order to solve the above problems, according to the present invention, the fuel injection valve and the spark plug are disposed in the combustion chamber, and fuel injection is performed a plurality of times from the fuel injection valve into the combustion chamber in one cycle. In a control device of an internal combustion engine in which a spray by a fuel injection is ignited by a spark plug to generate a flame, and then a spray by a second or subsequent fuel injection is injected into the flame to diffuse and burn the fuel injection valve. The spark plug is disposed at the center of the combustion chamber and at the periphery of the combustion chamber at a distance of 1/2 or more of the cylinder bore radius from the fuel injection valve, and the in-cylinder temperature during the second and subsequent fuel injections is stable diffusion combustion If the temperature is lower than the temperature, a control device for an internal combustion engine is provided to increase the actual compression ratio.

燃焼すべき混合気の空燃比を小さくされたとしても、燃料噴射弁からシリンダボア半径の1/2以上離れた燃焼室の周辺部に点火プラグを配置することによって、噴射燃料が点火プラグに到達する頃には、噴射燃料は十分に気化、拡散し、可燃混合気になる。従って、噴射燃料が点火プラグにより点火されたときに良好に燃焼させることができる。更に、2回目以降の燃料噴射時の筒内温度が安定拡散燃焼温度未満の場合に、実圧縮比を高くすることによって筒内温度を上昇させ、それによって安定した拡散燃焼を行うことができる。   Even if the air-fuel ratio of the mixture to be burned is reduced, the injected fuel reaches the spark plug by arranging the spark plug at the periphery of the combustion chamber at a distance of 1/2 or more of the cylinder bore radius from the fuel injection valve. Around that time, the injected fuel is sufficiently vaporized and diffused to form a combustible mixture. Therefore, the injected fuel can be well burned when ignited by the spark plug. Furthermore, when the in-cylinder temperature at the time of fuel injection for the second and subsequent times is less than the stable diffusion combustion temperature, the in-cylinder temperature can be raised by raising the actual compression ratio, whereby stable diffusion combustion can be performed.

図1は内燃機関の縦断面図であって、(B)は(A)の側面断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an internal combustion engine, and (B) is a side sectional view of (A). 図2は燃焼室を下方から見たときの図である。FIG. 2 is a view when the combustion chamber is viewed from below. 図3は噴射時期と点火時期を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the injection timing and the ignition timing. 図4は燃焼確認領域を示す図である。FIG. 4 is a view showing a combustion confirmation area. 図5は燃焼可能域を示す図である。FIG. 5 is a view showing a combustible region. 図6は吸気弁の開弁期間を示す図である。FIG. 6 is a view showing an opening period of the intake valve. 図7は拡散燃焼域および火炎伝播燃焼域を示す図である。FIG. 7 is a view showing a diffusion combustion area and a flame propagation combustion area. 図8は機関の運転制御を行うためのフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart for performing operation control of the engine.

図1にガソリンを用いた内燃機関の縦断面図を示し、図2に図1に示される内燃機関の燃焼室を下方から見たときの図を示す。なお、図1において、図(B)は図(A)の側面断面図を示す。図1および図2を参照すると、1はシリンダブロック、2はシリンダブロック1上に取り付けされたシリンダヘッド、3はシリンダブロック1内で往復動するピストン、4はシリンダヘッド2ピストン3間に形成された燃焼室、5は吸気弁、6は吸気ポート、7は排気弁、8は排気ポートを夫々示す。   FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of an internal combustion engine using gasoline, and FIG. 2 shows a view from below of the combustion chamber of the internal combustion engine shown in FIG. In addition, in FIG. 1, a figure (B) shows side surface sectional drawing of a figure (A). 1 and 2, 1 is a cylinder block, 2 is a cylinder head mounted on a cylinder block 1, 3 is a piston reciprocating in the cylinder block 1, 4 is formed between a cylinder head 2 and a piston 3 A combustion chamber 5, an intake valve 5, an intake port 6, an exhaust valve 7, and an exhaust port 8, respectively.

図1および図2に示されるように燃料噴射弁9は燃焼室4の中央部、図1および図2に示される例では、燃焼室4の上壁面の中央に配置されており、図1(A)および図2(A)に示されるように燃料噴射弁9からは燃焼室4の周辺部に向けて放射状に燃料噴霧F1が噴射される。一方、図1(A)および図2(A)、(B)に示されるように、燃焼室4の周辺部には点火プラグ10が配置される。図1(A)および図2(A)、(B)に示される例では、シリンダボア中心軸に対して反対側の燃焼室4周辺部に、一対の点火プラグ10が配置されている。図1(A)および図2(A)に示されるように、これら点火プラグ10は、燃料噴射弁9から燃料が噴射されたときに燃料噴霧F1内に位置するように配置される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel injection valve 9 is disposed at the center of the combustion chamber 4, in the example shown in FIGS. 1 and 2, at the center of the upper wall of the combustion chamber 4. As shown in A) and FIG. 2A, the fuel spray F1 is injected radially from the fuel injection valve 9 toward the periphery of the combustion chamber 4. On the other hand, as shown in FIG. 1 (A) and FIGS. 2 (A) and 2 (B), a spark plug 10 is disposed around the combustion chamber 4. In the example shown in FIG. 1 (A) and FIGS. 2 (A) and 2 (B), a pair of spark plugs 10 are disposed at the periphery of the combustion chamber 4 opposite to the cylinder bore central axis. As shown in FIGS. 1A and 2A, these spark plugs 10 are disposed so as to be located in the fuel spray F1 when fuel is injected from the fuel injection valve 9.

図1(B)に示されるように、吸入空気は吸入空気量検出器11を介して吸気ポート6内に流入し、次いで吸気弁5を介して燃焼室4内に供給される。また、本発明による実施例では、燃焼室4内の圧力を検出するための圧力センサが設けられている。この圧力センサは、図1(A)に示されるように、燃料噴射弁9に取り付けられた、例えばピエゾ圧電素子からなる圧力センサ12からなり、この圧力センサ12の出力信号は、デジタルコンピュータからなる電子制御ユニット13に入力される。なお、図には示していないが、大気温を検出するための大気温検出センサ、大気圧を検出するための大気圧検出センサおよび機関回転数を検出するための回転数検出センサを具備しており、これら大気温検出センサ、大気圧検出センサおよび回転数検出センサの出力信号は、電子制御ユニット13に入力される。   As shown in FIG. 1B, the intake air flows into the intake port 6 through the intake air amount detector 11 and is then supplied into the combustion chamber 4 through the intake valve 5. In the embodiment according to the present invention, a pressure sensor for detecting the pressure in the combustion chamber 4 is provided. This pressure sensor, as shown in FIG. 1A, comprises a pressure sensor 12 attached to the fuel injection valve 9, for example consisting of a piezoelectric element, and the output signal of this pressure sensor 12 comprises a digital computer It is input to the electronic control unit 13. In addition, although not shown in the figure, an atmospheric temperature detection sensor for detecting an atmospheric temperature, an atmospheric pressure detection sensor for detecting an atmospheric pressure, and a rotational speed detection sensor for detecting an engine rotational speed are provided. The output signals of the atmospheric temperature detection sensor, the atmospheric pressure detection sensor, and the rotation speed detection sensor are input to the electronic control unit 13.

一方、図1(B)に示されるように、吸気弁5は吸気弁駆動用カムを備えたカムシャフト14によって開閉制御されており、このカムシャフト14は吸気弁駆動用カムを進角側或いは遅角側に移動制御することのできる可変バルブタイミング機構15に連結されている。本発明による実施例では、この可変バルブタイミング機構15によって、吸気弁5の閉弁時期が進角側或いは遅角側に制御される。   On the other hand, as shown in FIG. 1B, the intake valve 5 is controlled to open and close by a camshaft 14 provided with an intake valve drive cam, and this camshaft 14 advances the intake valve drive cam or It is connected to a variable valve timing mechanism 15 capable of movement control to the retard side. In the embodiment according to the present invention, the variable valve timing mechanism 15 controls the closing timing of the intake valve 5 to the advance side or the retard side.

次に、図3を参照しつつ、本発明の実施例における噴射時期および点火時期について説明する。なお、図3において、横軸はクランク角を示しており、横軸におけるTDCは圧縮上死点を示している。図3を参照すると、本発明による実施例では、圧縮上死点TDC前に予備噴射が行われ、この予備噴射の燃料噴霧が図1(A)および図2(A)においてF1で示されている。図1(A)および図2(A)に示されるように、この予備噴射の燃料噴霧F1が点火プラグ10に到達すると、この予備噴射の燃料噴霧F1は点火プラグ10によって点火される。この予備噴射の燃料噴霧F1の点火時期が図3に示されており、図3に示されるように、予備噴射の燃料噴霧F1は圧縮上死点TDC前に点火される。なお、この場合、予備噴射の燃料噴霧F1の点火時期は、予備噴射の噴射時期によって制御され、従って、点火プラグ10として点火時期の制御が可能なスパークプラグを用いることもできるが、点火プラグ10として点火時期の管理が不要な、例えばグロープラグのような加熱体を用いることもできる。   Next, with reference to FIG. 3, the injection timing and the ignition timing in the embodiment of the present invention will be described. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the crank angle, and TDC on the horizontal axis indicates the compression top dead center. Referring to FIG. 3, in the embodiment according to the present invention, the preinjection is performed before the compression top dead center TDC, and the fuel spray of this preinjection is indicated by F1 in FIGS. 1 (A) and 2 (A). There is. As shown in FIGS. 1A and 2A, when the fuel spray F1 of this preinjection reaches the spark plug 10, the fuel spray F1 of this preinjection is ignited by the spark plug 10. The ignition timing of this pre-injection fuel spray F1 is shown in FIG. 3, and as shown in FIG. 3, the pre-injection fuel spray F1 is ignited before the compression top dead center TDC. In this case, the ignition timing of the fuel spray F1 of the preliminary injection is controlled by the injection timing of the preliminary injection. Therefore, a spark plug whose ignition timing can be controlled can be used as the spark plug 10, but It is also possible to use a heater such as a glow plug, which does not require the control of the ignition timing.

予備噴射の燃料噴霧F1が点火されると火炎が生成され、点火当初における火炎の生成領域が図2(B)においてSFで示されている。次いで、この火炎の生成領域SFは燃焼室4の中心部に向けて次第に広がっていく。次いで、図3に示されるように、圧縮上死点TDC付近において主噴射が行われ、この主噴射の燃料噴霧が図2(B)においてF2で示されている。この主噴射は生成されている火炎内に向けて噴射され、この主噴射の燃料噴霧F2は火炎内に送り込まれると、図2(B)においてSDで示されるように、順次、拡散燃焼せしめられる。拡散燃焼は、燃料液滴からの燃料の蒸発速度で律速された穏やかな燃焼であり、従って、拡散燃焼が行われるとノッキングを発生することがない。なお、本発明の実施例では、予備噴射の燃料量と主噴射の燃料量が、燃焼室4内において燃焼せしめられる混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料量とされている。   When the fuel spray F1 of the preinjection is ignited, a flame is generated, and the generation area of the flame at the beginning of ignition is indicated by SF in FIG. 2 (B). Then, the flame generation area SF gradually spreads toward the center of the combustion chamber 4. Next, as shown in FIG. 3, the main injection is performed near the compression top dead center TDC, and the fuel spray of the main injection is indicated by F2 in FIG. 2 (B). The main injection is injected into the flame being generated, and when the fuel spray F2 of the main injection is fed into the flame, it is sequentially diffused and burned as indicated by SD in FIG. 2 (B). . Diffusion combustion is a gentle combustion that is rate-limited by the evaporation rate of the fuel from the fuel droplets, and therefore does not cause knocking when diffusion combustion is performed. In the embodiment of the present invention, the amount of fuel for the preliminary injection and the amount of fuel for the main injection are set as the amount of fuel necessary to make the air-fuel ratio of the mixture burned in the combustion chamber 4 the theoretical air-fuel ratio There is.

燃料噴射弁9と点火プラグ10との距離が短いと、予備噴射の燃料噴霧F1が点火プラグ10に到達するまでに、燃料は十分に気化、拡散することができず、点火プラグ10周りの混合気が過濃となる。その結果、予備噴射の燃料が点火プラグ10により点火されて燃焼せしめられたときの未燃成分の発生量が増大し、またこのときの空気利用率が低いために燃焼効率が低下する。これに対し、燃料噴射弁9と点火プラグ10との距離を長くとると、予備噴射の燃料噴霧F1が点火プラグ10に到達する頃には、燃料は十分に気化、拡散し、可燃混合気になっている。従って、予備噴射の燃料噴霧F1が点火プラグ10により点火されたときに良好に燃焼させることが可能となる。   If the distance between the fuel injection valve 9 and the spark plug 10 is short, the fuel can not be sufficiently vaporized and diffused until the fuel spray F1 of the preinjection reaches the spark plug 10, and the mixture around the spark plug 10 My heart is overwhelmed. As a result, the amount of unburned components generated when the pre-injection fuel is ignited and burned by the spark plug 10 increases, and the air utilization rate at this time decreases, resulting in a decrease in combustion efficiency. On the other hand, when the distance between the fuel injection valve 9 and the spark plug 10 is increased, the fuel is sufficiently vaporized and diffused by the time the fuel spray F1 of the preliminary injection reaches the spark plug 10, and the combustible mixture air It has become. Therefore, when the fuel spray F1 of the preinjection is ignited by the spark plug 10, it can be well burned.

図4は、シリンダボア中心軸Oに配置された燃料噴射弁9からの点火プラグ10の距離Xと、予備噴射の燃料噴霧F1が点火プラグ10により点火されたときに良好に燃焼せしめられることが確認された燃焼確認領域との関係を示す実験結果を示している。図4に示される実験結果から、燃料噴射弁9と点火プラグ10との距離Xをシリンダボア半径の1/2以上にすると、即ち、燃料噴射弁9からシリンダボア半径の1/2以上離れた燃焼室4の周辺部に点火プラグ10を配置すると、予備噴射の燃料噴霧F1が点火プラグ10により点火されたときに良好に燃焼せしめられることがわかる。従って、本発明の実施例では、燃料噴射弁9からシリンダボア半径の1/2以上離れた燃焼室4の周辺部に点火プラグ10が配置されている。   FIG. 4 shows that the distance X of the spark plug 10 from the fuel injection valve 9 disposed on the cylinder bore central axis O and that the fuel spray F1 of the preinjection is well burned when ignited by the spark plug 10 The experimental results showing the relationship with the determined combustion confirmation area are shown. From the experimental results shown in FIG. 4, when the distance X between the fuel injection valve 9 and the spark plug 10 is 1/2 or more of the cylinder bore radius, that is, a combustion chamber separated from the fuel injection valve 9 by 1/2 or more of the cylinder bore radius. If the spark plug 10 is arranged at the periphery of 4, it is understood that the fuel spray F1 of the preinjection can be well burned when ignited by the spark plug 10. Therefore, in the embodiment of the present invention, the spark plug 10 is disposed at the periphery of the combustion chamber 4 which is separated from the fuel injection valve 9 by 1/2 or more of the cylinder bore radius.

一方、予備噴射の燃料噴霧F1が良好に燃焼せしめられたとしても、主噴射が噴射されたときの燃焼室4内の温度が低いと、安定した主噴射燃料の拡散燃焼は行われず、安定した主噴射燃料の拡散燃焼を行うには、主噴射燃料の噴射時における燃焼室4内の温度が或る程度高いことが必要である。図5は、圧縮上死点TDCにおける燃焼室4内の温度(以下、TDC温度と称す)と、安定した主噴射燃料の拡散燃焼を行うことのできる燃焼可能域との関係を示す実験結果を示している。図5から、TDC温度がTK以上であれば安定した主噴射燃料の拡散燃焼を行えることがわかる。なお、本発明の実施例では、この安定した主噴射燃料の拡散燃焼を行うことのできるTDC温度の下限温度TKを安定拡散燃焼温度と称している。図5に示される実施例では、この安定拡散燃焼温度TKは1100Kである。そこで、本発明の実施例では、主噴射燃料を拡散燃焼すべきときに、TDC温度が安定拡散燃焼温度TK、即ち、1100K以下のときには、実圧縮比を増大させることによりTDC温度が安定拡散燃焼温度TKを越えるようにしている。   On the other hand, even if the fuel spray F1 of the preinjection is well burned, if the temperature in the combustion chamber 4 when the main injection is injected is low, stable diffusion combustion of the main injection fuel is not performed, and the fuel injection is stable. In order to perform the diffusion combustion of the main injection fuel, it is necessary that the temperature in the combustion chamber 4 at the time of injection of the main injection fuel be somewhat high. FIG. 5 shows the experimental results showing the relationship between the temperature in the combustion chamber 4 at the compression top dead center TDC (hereinafter referred to as TDC temperature) and the combustible area where stable diffusion combustion of the main injection fuel can be performed. It shows. It can be understood from FIG. 5 that stable diffusion combustion of the main injection fuel can be performed if the TDC temperature is equal to or higher than TK. In the embodiment of the present invention, the lower limit temperature TK of the TDC temperature capable of performing the stable diffusion combustion of the main injection fuel is referred to as a stable diffusion combustion temperature. In the embodiment shown in FIG. 5, this stable diffusion combustion temperature TK is 1100K. Therefore, in the embodiment of the present invention, when the main injection fuel is to be diffused and burned, when the TDC temperature is the stable diffusion combustion temperature TK, that is, 1100 K or less, the TDC temperature is stably diffused combustion by increasing the actual compression ratio. The temperature Tk is to be exceeded.

即ち、本発明では、燃焼室4内に燃料噴射弁9と点火プラグ10とを配置し、1サイクル中に燃料噴射弁9から燃焼室4内に燃料噴射を複数回行い、1回目の燃料噴射による噴霧を点火プラグ10により点火させて火炎を発生させた後、2回目以降の燃料噴射による噴霧をこの火炎内に噴射して拡散燃焼させるようにした内燃機関の制御装置において、燃料噴射弁9を燃焼室4の中央部に配置すると共に、燃料噴射弁9からシリンダボア半径の1/2以上離れた燃焼室4の周辺部に点火プラグ10を配置し、2回目以降の燃料噴射時の筒内温度が安定拡散燃焼温度TK未満の場合には、実圧縮比が高くされる。   That is, in the present invention, the fuel injection valve 9 and the spark plug 10 are disposed in the combustion chamber 4 and fuel injection is performed a plurality of times from the fuel injection valve 9 into the combustion chamber 4 in one cycle. The control device for an internal combustion engine according to an internal combustion engine in which a spray by the second fuel injection is injected into this flame for diffusion combustion after the spray by the spark is generated by the spark plug 10 to generate a flame. Is disposed at the central portion of the combustion chamber 4, and the spark plug 10 is disposed at the periphery of the combustion chamber 4 separated from the fuel injection valve 9 by a half or more of the cylinder bore radius. When the temperature is less than the stable diffusion combustion temperature TK, the actual compression ratio is increased.

次に、実圧縮比の増大方法について、図6を参照しつつ簡単に説明する。本発明の実施例では、可変バルブタイミング機構15により吸気弁5の閉弁時期を制御することにより、実圧縮比を増大させるようにしている。図6(A)および(B)は、吸気弁5の開弁期間を示しており、BDCおよびTDCは夫々圧縮下死点および圧縮上死点を示している。また、図6(A)および(B)において、矢印は吸気弁5の開弁期間を示しており、ICおよびIC‘は吸気弁5の閉弁時期を示している。また、図6(A)は、吸気弁5の閉弁時期を制御することにより燃焼室4内への吸入空気量を制御するアトキンソンサイクルが採用されている場合を示しており、図6(B)は、吸気弁5の閉弁時期を制御することにより燃焼室4内への吸入空気量を制御するミラーサイクルが採用されている場合を示している。   Next, a method of increasing the actual compression ratio will be briefly described with reference to FIG. In the embodiment of the present invention, the actual compression ratio is increased by controlling the closing timing of the intake valve 5 by the variable valve timing mechanism 15. FIGS. 6A and 6B show the opening period of the intake valve 5, and BDC and TDC indicate compression bottom dead center and compression top dead center, respectively. Further, in FIGS. 6A and 6B, arrows indicate the opening period of the intake valve 5, and IC and IC ‘indicate the closing timing of the intake valve 5. Further, FIG. 6 (A) shows a case where an Atkinson cycle for controlling the amount of intake air into the combustion chamber 4 by controlling the closing timing of the intake valve 5 is adopted, and FIG. The figure shows the case where a mirror cycle for controlling the amount of intake air into the combustion chamber 4 by controlling the closing timing of the intake valve 5 is employed.

図6(A)において、実線は、機関の運転状態から定まる吸気弁5の基準開弁期間を示しており、ICは、吸気弁5の基準閉弁時期を示している。アトキンソンサイクルが採用されている場合において実圧縮比を増大すべきときには、可変バルブタイミング機構15によりカムシャフト14の吸気弁駆動用カムが進角側に移動せしめられ、その結果、図6(A)において破線で示されるように吸気弁5の閉弁時期IC‘が進角される。吸気弁5の閉弁時期IC‘が進角されると実圧縮比が増大し、TDC温度が高められる。一方、図6(B)においても、実線は、機関の運転状態から定まる吸気弁5の基準開弁期間を示しており、ICは、吸気弁5の基準閉弁時期を示している。ミラーサイクルが採用されている場合において実圧縮比を増大すべきときには、可変バルブタイミング機構15によりカムシャフト14の吸気弁駆動用カムが遅角側に移動せしめられ、その結果、図6(A)において破線で示されるように吸気弁5の閉弁時期IC‘が遅角される。吸気弁5の閉弁時期IC‘が遅角されると実圧縮比が増大し、TDC温度が高められる。   In FIG. 6A, the solid line indicates the reference opening period of the intake valve 5 determined from the operating state of the engine, and IC indicates the reference closing timing of the intake valve 5. When the actual compression ratio is to be increased when the Atkinson cycle is adopted, the intake valve drive cam of the camshaft 14 is moved to the advance side by the variable valve timing mechanism 15, and as a result, FIG. The closing timing IC 'of the intake valve 5 is advanced as indicated by the broken line in FIG. When the closing timing IC ‘of the intake valve 5 is advanced, the actual compression ratio is increased, and the TDC temperature is raised. On the other hand, also in FIG. 6B, the solid line indicates the reference valve-opening period of the intake valve 5 determined from the operating state of the engine, and IC indicates the reference valve-closing timing of the intake valve 5. When the actual compression ratio is to be increased when the Miller cycle is employed, the variable valve timing mechanism 15 moves the intake valve drive cam of the camshaft 14 to the retard side, as a result, as shown in FIG. The closing timing IC 'of the intake valve 5 is retarded as indicated by the broken line in FIG. When the closing timing IC ‘of the intake valve 5 is retarded, the actual compression ratio is increased, and the TDC temperature is increased.

図7は、火炎伝播燃焼域と、拡散燃焼域と、エンジン回転数と、エンジンの出力トルクとの関係を示している。図7に示される例では、燃料噴射量が多く、エンジンの出力トルクが高いときに拡散燃焼域となり、この拡散燃焼域では図3に示されるように、予備噴射と主噴射とが行われて主噴射の燃料噴霧F2が拡散燃焼せしめられる。一方、図7に示される例では、燃料噴射量が少なく、エンジンの出力トルクが低いときに火炎伝播燃焼域となり、この火炎伝播燃焼域では圧縮上死点TDC前に燃料噴射弁9から全燃料が噴射され、点火プラグ10の点火作用により生成された火炎によって全燃料が火炎伝播燃焼せしめられる。   FIG. 7 shows the relationship between the flame propagation combustion area, the diffusion combustion area, the engine speed, and the output torque of the engine. In the example shown in FIG. 7, when the fuel injection amount is large and the output torque of the engine is high, a diffusion combustion area is set. In this diffusion combustion area, as shown in FIG. 3, the preliminary injection and the main injection are performed. The main fuel spray F2 is diffused and burned. On the other hand, in the example shown in FIG. 7, when the fuel injection amount is small and the output torque of the engine is low, the flame propagation combustion area is reached. In this flame propagation combustion area, all fuel is injected from the fuel injection valve 9 before compression top dead center TDC. Is injected, and the flame generated by the ignition action of the spark plug 10 causes the entire fuel to be flame propagated and burned.

次に、図8を参照しつつ機関の運転制御ルーチンについて説明する。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。なお、前述したように、点火プラグ10として、点火時期の制御が可能なスパークプラグを用いることもできし、点火時期の管理が不要な、例えばグロープラグのような加熱体を用いることもできるが、以下、点火プラグ10として点火時期の制御が可能なスパークプラグを用いた場合を例にとって、機関の運転制御ルーチンについて説明する。また、吸気弁5の閉弁時期を制御することにより燃焼室4内への吸入空気量を制御するアトキンソンサイクルが採用されている場合を例にとって、機関の運転制御ルーチンについて説明する。   Next, an engine operation control routine will be described with reference to FIG. This routine is executed by interruption every fixed time. As described above, a spark plug capable of controlling the ignition timing can be used as the ignition plug 10, and a heating element such as a glow plug which does not require management of the ignition timing can also be used. Hereinafter, an operation control routine of the engine will be described by taking a spark plug capable of controlling the ignition timing as the spark plug 10 as an example. Further, an operation control routine of the engine will be described by taking, as an example, a case in which an Atkinson cycle for controlling the amount of intake air into the combustion chamber 4 by controlling the closing timing of the intake valve 5 is employed.

図8を参照すると、まず初めにステップ20において、機関の運転状態が図7に示される拡散燃焼域であるか否かが判別される。機関の運転状態が図7に示される拡散燃焼域でないと判別されたとき、即ち、機関の運転状態が図7に示される火炎伝播燃焼域であると判別されたときには、ステップ21に進んで火炎伝播燃焼が行われる。即ち、ステップ21では、電子制御ユニット13のROM内に予め記憶されている機関の運転状態に応じた吸気弁5の基準閉弁時期が読み込まれ、吸気弁5の閉弁時期がこの基準閉弁時期とされる。次いで、ステップ22では、電子制御ユニット13のROM内に予め記憶されている機関の運転状態に応じた全噴射燃料量、噴射時期、点火時期が読み込まれ、これらの値に従って燃料噴射弁9からの燃料噴射制御および点火プラグ10の点火制御が行われる。このとき、点火プラグ10の点火作用により生成された火炎によって、燃料噴射弁9から噴射された全燃料が火炎伝播燃焼せしめられる。   Referring to FIG. 8, first, at step 20, it is judged if the operating condition of the engine is in the diffusion combustion zone shown in FIG. When it is determined that the operating state of the engine is not in the diffusion combustion zone shown in FIG. 7, that is, when the operating state of the engine is determined to be the flame propagation combustion zone shown in FIG. Propagation combustion is performed. That is, in step 21, the reference closing timing of the intake valve 5 corresponding to the operating state of the engine stored in advance in the ROM of the electronic control unit 13 is read, and the closing timing of the intake valve 5 is the reference closing. It is considered time. Next, at step 22, the total injection fuel amount, the injection timing and the ignition timing according to the operating state of the engine prestored in the ROM of the electronic control unit 13 are read, and according to these values Fuel injection control and ignition control of the spark plug 10 are performed. At this time, all the fuel injected from the fuel injection valve 9 is subjected to flame propagation combustion by the flame generated by the ignition action of the spark plug 10.

一方、ステップ20において機関の運転状態が図7に示される拡散燃焼域であると判別されたときにはステップ23に進んで、圧力センサ12の出力信号から圧縮上死点TDCにおける燃焼室4内の圧力(TDC筒内圧)が算出される。次いで、ステップ24では、吸入空気量検出器11により検出された吸入空気量、大気圧検出センサにより検出された大気圧、大気温検出センサにより検出された大気温、回転数検出センサにより検出されたエンジン回転数から、燃焼室4内に充填された吸入空気量(g)が算出される。次いでステップ25では、例えば、状態方程式(PV=nRT)を用いて、圧縮上死点TDCにおける燃焼室4内の温度、即ち、TDC温度が算出される。即ち、圧力センサ12の出力信号から算出された圧縮上死点TDCにおける筒内圧Pと,燃焼室容積Vと、燃焼室4内に充填された吸入空気量(g)および空気の重量(g/mol)から算出されたモル数nと、ガス定数Rとから、TDC温度Tが算出される。なお、この場合、このようにして算出されたTDC温度を、吸気行程時にシリンダ内に残留している残留ガス量でもって補正することもできる。   On the other hand, when it is determined in step 20 that the operating state of the engine is in the diffusion combustion area shown in FIG. 7, the process proceeds to step 23, and the pressure in the combustion chamber 4 at the compression top dead center TDC from the output signal of (TDC in-cylinder pressure) is calculated. Next, at step 24, the intake air amount detected by the intake air amount detector 11, the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure detection sensor, the atmospheric temperature detected by the atmospheric temperature detection sensor, the rotational speed detection sensor The amount (g) of intake air charged into the combustion chamber 4 is calculated from the engine speed. Next, at step 25, for example, using the equation of state (PV = nRT), the temperature in the combustion chamber 4 at the compression top dead center TDC, that is, the TDC temperature is calculated. That is, the in-cylinder pressure P at the compression top dead center TDC calculated from the output signal of the pressure sensor 12, the combustion chamber volume V, the intake air amount (g) filled in the combustion chamber 4 and the weight of air (g / g The TDC temperature T is calculated from the number of moles n calculated from mol) and the gas constant R. In this case, the TDC temperature calculated in this manner can be corrected by the amount of residual gas remaining in the cylinder during the intake stroke.

次いで、ステップ26では、TDC温度が、安定拡散燃焼温度TK(図5)よりも高いか否かが判別される。TDC温度が安定拡散燃焼温度TKよりも低いときにはステップ27に進んで可変バルブタイミング機構15により吸気弁5の閉弁時期が1度だけ進角され、次いでステップ22に進む。このときには、火炎伝播燃焼域が行われる。その後、ステップ26においてTDC温度が安定拡散燃焼温度TKよりも高くなったと判別されるまで、吸気弁5の閉弁時期が1度だけ進角され続ける。次いで、ステップ26においてTDC温度が安定拡散燃焼温度TKよりも高くなったと判別されたときには安定した拡散燃焼を行うことが可能と判別され、ステップ28に進む。   Next, at step 26, it is judged if the TDC temperature is higher than the stable diffusion combustion temperature TK (FIG. 5). When the TDC temperature is lower than the stable diffusion combustion temperature TK, the process proceeds to step 27, the valve closing timing of the intake valve 5 is advanced by one degree by the variable valve timing mechanism 15, and then the process proceeds to step 22. At this time, a flame propagation combustion zone is performed. Thereafter, the closing timing of the intake valve 5 continues to be advanced by one degree until it is determined in step 26 that the TDC temperature is higher than the stable diffusion combustion temperature TK. Next, when it is determined in step 26 that the TDC temperature is higher than the stable diffusion combustion temperature TK, it is determined that stable diffusion combustion can be performed, and the process proceeds to step 28.

ステップ28では、TDC温度が安定拡散燃焼温度TK+αであるか否か、即ち、TDC温度が安定拡散燃焼温度TKよりも過度に高くなったか否かが判別される。TDC温度が安定拡散燃焼温度TK+αよりも低いと判別されたときには、ステップ30に進む。ステップ30では、電子制御ユニット13のROM内に予め記憶されている機関の運転状態に応じた予備噴射の燃料量、噴射時期、点火時期が読み込まれ、これらの値に従って燃料噴射弁9からの予備噴射の燃料噴射制御および点火プラグ10の点火制御が行われる。このとき、点火プラグ10の点火作用により火炎が生成される。次いで、ステップ31では、電子制御ユニット13のROM内に予め記憶されている機関の運転状態に応じた主噴射の燃料量および噴射時期が読み込まれ、これらの値に従って燃料噴射弁9からの主噴射の燃料噴射制御御が行われる。このとき、主噴射燃料は、生成されていた火炎内に噴射され、安定した拡散燃焼が行われる。   In step 28, it is judged if the TDC temperature is the stable diffusion combustion temperature TK + α, that is, if the TDC temperature is excessively higher than the stable diffusion combustion temperature TK. If it is determined that the TDC temperature is lower than the stable diffusion combustion temperature TK + α, the process proceeds to step 30. In step 30, the amount of fuel for preliminary injection, the injection timing, and the ignition timing according to the operating state of the engine stored in advance in the ROM of the electronic control unit 13 are read, and preliminary values from the fuel injection valve 9 are read according to these values. Fuel injection control of injection and ignition control of the spark plug 10 are performed. At this time, a flame is generated by the ignition action of the spark plug 10. Next, at step 31, the fuel amount and injection timing of the main injection according to the operating state of the engine stored in advance in the ROM of the electronic control unit 13 are read, and the main injection from the fuel injection valve 9 is performed according to these values. Fuel injection control is performed. At this time, the main injection fuel is injected into the generated flame, and stable diffusion combustion is performed.

一方、TDC温度が安定拡散燃焼温度TK+αよりも高くなったと判別されたときには、ステップ29に進んで、可変バルブタイミング機構15により吸気弁5の閉弁時期が1度だけ遅角される。次いでステップ30に進む。なお、ステップ26において行われてTDC温度が安定拡散燃焼温度TKを越えたか否かの判断は、回転数検出センサ、即ち、クランク角センサの出力信号からクランクシャフトの角速度の変化を検出することにより判断することもできる。即ち、圧縮上死点TDCの直前では、筒内温度が上昇し、それにより筒内圧力が上昇してクランクシャフトの角速度が低下する。この場合、筒内温度の上昇量が大きいとクランクシャフトの角速度の低下量が大きくなる。従って、圧縮上死点TDCの直前におけるクランクシャフトの角速度の低下量が所定値を越えたときには、TDC温度が安定拡散燃焼温度TKを越えていると判断することができる。   On the other hand, when it is determined that the TDC temperature has become higher than the stable diffusion combustion temperature TK + α, the routine proceeds to step 29, where the variable valve timing mechanism 15 retards the closing timing of the intake valve 5 by one degree. Next, the process proceeds to step 30. The determination of whether the TDC temperature exceeds the stable diffusion combustion temperature TK performed in step 26 is made by detecting the change in angular velocity of the crankshaft from the output signal of the rotation number detection sensor, that is, the crank angle sensor. It can also be judged. That is, immediately before the compression top dead center TDC, the in-cylinder temperature rises, thereby increasing the in-cylinder pressure and reducing the angular velocity of the crankshaft. In this case, if the increase amount of the in-cylinder temperature is large, the decrease amount of the angular velocity of the crankshaft becomes large. Therefore, when the reduction amount of the angular velocity of the crankshaft immediately before the compression top dead center TDC exceeds a predetermined value, it can be determined that the TDC temperature exceeds the stable diffusion combustion temperature TK.

4 燃焼室
5 吸気弁
7 排気弁
9 燃料噴射弁
13 電子制御ユニット
4 combustion chamber 5 intake valve 7 exhaust valve 9 fuel injection valve 13 electronic control unit

Claims (1)

燃焼室内に燃料噴射弁と点火プラグとを配置し、1サイクル中に燃料噴射弁から燃焼室内に燃料噴射を複数回行い、1回目の燃料噴射による噴霧を点火プラグにより点火させて火炎を発生させた後、2回目以降の燃料噴射による噴霧を該火炎内に噴射して拡散燃焼させるようにした内燃機関の制御装置において、該燃料噴射弁を燃焼室の中央部に配置すると共に、該燃料噴射弁からシリンダボア半径の1/2以上離れた燃焼室の周辺部に該点火プラグを配置し、2回目以降の燃料噴射時の筒内温度が安定拡散燃焼温度未満の場合には、実圧縮比を高くする内燃機関の制御装置。   A fuel injection valve and an ignition plug are disposed in the combustion chamber, fuel injection is performed a plurality of times from the fuel injection valve into the combustion chamber in one cycle, and the spray by the first fuel injection is ignited by the ignition plug to generate a flame. Then, in the control device for an internal combustion engine in which the spray by the second and subsequent fuel injections is injected into the flame for diffusion combustion, the fuel injection valve is disposed at the central portion of the combustion chamber, and the fuel injection is performed. If the spark plug is placed at the periphery of the combustion chamber at a distance of 1/2 or more of the cylinder bore radius from the valve and the in-cylinder temperature at the time of fuel injection for the second and subsequent times is less than the stable diffusion combustion temperature Control system for internal combustion engines to raise.
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