JP2020020322A - Internal combustion engine, and control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダ内に燃料を直接噴射する火花点火式の内燃機関及び内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a spark ignition type internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder and a control device for the internal combustion engine.
従来燃料が混合された混合気に点火プラグにより点火して燃焼させるガソリンエンジン等の火花点火式の内燃機関が知られている。火花点火式の内燃機関としてシリンダ内に燃料を直接噴射する形式の内燃機関がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a spark ignition type internal combustion engine such as a gasoline engine that ignites an air-fuel mixture by a spark plug and burns the mixture is known. As a spark ignition type internal combustion engine, there is an internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder.
このような内燃機関では混合気に占める燃料の割合が少ない所定の運転状態で内燃機関の制御が行われる場合がある。例えば特許文献1には内燃機関の排気通路に備えられた触媒を昇温させる場合に内燃機関の空燃比をリーン状態にするとともに点火時期を遅らせる技術が開示されている。
In such an internal combustion engine, control of the internal combustion engine may be performed in a predetermined operating state in which the proportion of fuel in the air-fuel mixture is small. For example,
また直接噴射式の内燃機関において燃焼効率を向上させるために一つのシリンダに二つの燃料噴射弁を備える技術が提案されている。例えば特許文献2〜3には一方の燃料噴射弁をシリンダの頂部に設け他方の燃料噴射弁をシリンダの周部に設けた内燃機関が開示されている。 Further, in order to improve combustion efficiency in a direct injection type internal combustion engine, a technique has been proposed in which one cylinder is provided with two fuel injection valves. For example, Patent Documents 2 and 3 disclose an internal combustion engine in which one fuel injection valve is provided at the top of a cylinder and the other fuel injection valve is provided at the periphery of the cylinder.
しかしながら特許文献1に記載されたように空燃比をリーン状態にした場合には燃焼安定性が低下しやすくなる。これに対して点火プラグの点火部付近に燃料を直接噴射することにより燃焼安定性が向上することが知られている。これは点火部付近に燃料を直接噴射することにより火炎核の初期成長を補助する乱流が生成されることに起因する。
However, when the air-fuel ratio is set to a lean state as described in
特許文献2〜3に開示された内燃機関はシリンダの頂部に設けられた一方の燃料噴射弁から噴射される一部の燃料が点火プラグの点火部に向けられている。特許文献2には二つの燃料噴射弁からの燃料噴射量の比率は開示されていない。また特許文献3には頂部に設けられた燃料噴射弁と周部に設けられた燃料噴射弁とによる燃料噴射量の比率を1:2にすることが開示されている。 In the internal combustion engines disclosed in Patent Literatures 2 and 3, a part of fuel injected from one fuel injection valve provided at the top of the cylinder is directed to an ignition portion of a spark plug. Patent Document 2 does not disclose the ratio of the amount of fuel injected from two fuel injection valves. Patent Document 3 discloses that a ratio of a fuel injection amount between a fuel injection valve provided at a top portion and a fuel injection valve provided at a peripheral portion is set to 1: 2.
しかしながら二つの燃料噴射弁を用いて燃料を噴射する場合には吸気と燃料との混合が不十分となり、粒子状物質や窒素酸化物の排出量が増えるおそれがある。 However, when fuel is injected using two fuel injection valves, mixing of the intake air and the fuel becomes insufficient, and there is a possibility that the emission of particulate matter and nitrogen oxides increases.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、燃料噴射量が少ない場合であっても吸気と燃料との混合性及び燃焼安定性をともに向上可能な内燃機関及び内燃機関の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an internal combustion engine and a control apparatus for an internal combustion engine that can improve both the mixing performance and combustion stability of intake air and fuel even when the fuel injection amount is small. To provide.
本発明のある観点によれば、シリンダ内に燃料を直接噴射する火花点火式の内燃機関において、シリンダの頂部に備えられ、点火部を有する点火プラグと、シリンダの周部に備えられ、一燃焼サイクル中に噴射される燃料噴射量のうちの少なくとも一部の燃料を噴射する第1の燃料噴射弁と、シリンダの頂部に備えられ、一燃焼サイクル中に噴射される燃料噴射量のうちの第1の燃料噴射弁から噴射される燃料を除く少量の燃料を、第1の燃料噴射弁からの噴射後に点火部に向けて噴射する第2の燃料噴射弁と、を備え、第1の燃料噴射弁は、内燃機関の最大出力を生成可能に設定される一燃焼サイクルの燃料噴射量の燃料を正常噴霧可能であり、第2の燃料噴射弁は、第1の燃料噴射弁における正常噴霧可能な最小燃料噴射量よりも少量の燃料を正常噴霧可能であることを特徴とする内燃機関が提供される。 According to one aspect of the present invention, in a spark ignition type internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder, a spark plug provided at the top of the cylinder and having an ignition portion, and a spark plug provided at a peripheral portion of the cylinder and provided with one combustion A first fuel injection valve for injecting at least a portion of the fuel injection amount injected during the cycle; and a first fuel injection valve provided at the top of the cylinder for injecting fuel during one combustion cycle. A second fuel injection valve for injecting a small amount of fuel excluding fuel injected from the first fuel injection valve toward the ignition unit after injection from the first fuel injection valve; The valve is capable of normally spraying the fuel of the fuel injection amount of one combustion cycle set to be capable of generating the maximum output of the internal combustion engine, and the second fuel injection valve is capable of normally spraying the first fuel injection valve. Smaller than the minimum fuel injection amount Internal combustion engine, wherein the charge is possible normal spraying is provided.
また本発明の別の観点によれば、上記の内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、第1の燃料噴射弁の駆動を制御する第1の燃料噴射弁制御部と、第2の燃料噴射弁の駆動を制御する第2の燃料噴射弁制御部を備え、第2の燃料噴射弁制御部は、シリンダ内に形成される混合気中に占める燃料の割合が少ない所定の運転状態において、第2の燃料噴射弁から点火部に向けて燃料噴射量のうちの少量の燃料を噴射させることを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a control device for an internal combustion engine for controlling the internal combustion engine, wherein the first fuel injection valve control unit controls the driving of the first fuel injection valve; A second fuel injection valve control unit that controls the driving of the fuel injection valve, wherein the second fuel injection valve control unit operates in a predetermined operating state in which the proportion of fuel in the air-fuel mixture formed in the cylinder is small. The present invention provides a control device for an internal combustion engine, characterized in that a small amount of fuel in a fuel injection amount is injected from a second fuel injection valve toward an ignition section.
以上説明したように本発明によれば燃料噴射量が少ない場合であっても吸気と燃料との混合性及び燃焼安定性をともに向上させることができる。 As described above, according to the present invention, even when the fuel injection amount is small, it is possible to improve both the mixability of the intake air and the fuel and the combustion stability.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<1.内燃機関の構成例>
図1〜図2を参照して本実施形態に係る内燃機関1の構成例を説明する。図1は本実施形態の内燃機関1における一つのシリンダ11の断面を示す。図2は図1の内燃機関1を上方から見た模式図である。
<1. Configuration example of internal combustion engine>
A configuration example of the
内燃機関1はシリンダ11内に燃料を直接噴射する火花点火式のガソリンエンジンの一例である。内燃機関1はいわゆる4ストロークの火花点火式ガソリンエンジンであり、例えば自動車に搭載されて自動車の動力源として機能する。
The
内燃機関1は、シリンダ11、吸気バルブ21、排気バルブ31、吸気カムシャフト23、排気カムシャフト33、ピストン13、コンロッド15、点火プラグ41、第1の燃料噴射弁45及び第2の燃料噴射弁43を備える。
The
ピストン13はシリンダ11に摺動自在に収容される。シリンダ11内をピストン13により区画された空間が燃焼室5として機能する。燃焼室5の形状はいわゆるペントルーフ型である。
The
コンロッド15の一端部はピンを介してピストン13に支持される。コンロッド15の他端部は図示しないクランクシャフトに回転自在に支持される。ピストン13はコンロッド15を介してクランクシャフトに連結される。
One end of the connecting
吸気ポート19及び排気ポート17はそれぞれシリンダ11に接続される。吸気ポート19は管状であり吸気通路7から二つに分岐して燃焼室5に接続される(図2参照)。排気ポート17は管状であり燃焼室5に接続された二つの排気ポート17が合流して一つの排気通路9となる(図2参照)。
The
シリンダ11には二つの吸気バルブ21と二つの排気バルブ31が設置される。吸気カムシャフト23は二つの吸気バルブ21が並ぶ方向にクランクシャフトと略平行に延びる。排気カムシャフト33は二つの排気バルブ31が並ぶ方向にクランクシャフトと略平行に延びる。
The
それぞれの吸気バルブ21の一端は燃焼室5の内部であって吸気ポート19(の分岐)が燃焼室5へ開口する部位またはその近傍に位置する。それぞれの吸気バルブ21の他端には吸気カム25が当接する。
One end of each
吸気カム25は吸気カムシャフト23により回転駆動される。吸気カム25が回転することで吸気バルブ21が往復移動する。これにより吸気バルブ21は吸気ポート19(の分岐)と燃焼室5との間を開閉する。
The
同様に排気カム35が排気カムシャフト33により回転駆動されることで排気バルブ31が往復移動する。これにより排気バルブ31は排気ポート17(の分岐)と燃焼室5との間を開閉する。
Similarly, when the
点火プラグ41はシリンダ11の頂部11aに設けられる。点火プラグ41の先端に設けられた点火部41aはシリンダ11の軸心に近接する位置であって吸気ポート19と排気ポート17に囲まれた位置で燃焼室5の内部に突出する。
The
第1の燃料噴射弁45はシリンダ11の周部11bに設けられる。シリンダ11の周部11bとはシリンダ11に開口する吸気ポート19及び排気ポート17よりも概ね外側に位置する領域を指す。シリンダ11の周部11bはシリンダ11の軸方向に位置する面及びシリンダ11の周面をともに含む。第1の燃料噴射弁45の先端は吸気ポート19よりも外周側の位置で燃焼室5の内部に突出し燃焼室5内に燃料を噴射する。
The first
第2の燃料噴射弁43はシリンダ11の頂部11aに設けられる。シリンダ11の頂部11aとはシリンダ11に開口する吸気ポート19及び排気ポート17により概ね囲まれるシリンダ11の軸心を含む領域を指す。第2の燃料噴射弁43の先端は燃焼室5の内部に突出し点火プラグ41の点火部41aに向けて燃料を噴射する。
The second
内燃機関1の吸気行程では吸気バルブ21が開くとともに燃焼室5の体積が増加することで空気が吸気ポート19を介して燃焼室5に流入する。空気の流入に合わせて第1の燃料噴射弁45から、あるいは第1の燃料噴射弁45及び第2の燃料噴射弁43から燃料が噴射されて混合気が形成される。
During the intake stroke of the
吸気行程後の圧縮行程で燃焼室5の混合気が圧縮される。点火プラグ41が所定のタイミングで火花を発生すると混合気が点火されて燃焼する。これにより燃焼室5の体積が増加する(燃焼行程)。
In the compression stroke after the intake stroke, the air-fuel mixture in the
その後に排気バルブ31が開くとともに燃焼室5の体積が減少することで燃焼後の混合気が排気ポート17を介して燃焼室5から流出する(排気行程)。これらの吸気行程から排気行程を一燃焼サイクルとして燃焼によりピストン13が往復運動を行う。往復運動はコンロッド15を介してクランクシャフトの回転運動に変換される。
Thereafter, the
<2.第1の燃料噴射弁及び第2の燃料噴射弁の機能>
次に内燃機関1に備えられた第1の燃料噴射弁45及び第2の燃料噴射弁43の機能について詳細に説明する。
<2. Function of First Fuel Injection Valve and Second Fuel Injection Valve>
Next, the functions of the first
第1の燃料噴射弁45はシリンダ11の周部11bに備えられる。本実施形態に係る内燃機関1において第1の燃料噴射弁45は二つの吸気ポート19の開口の間のシリンダ11の周部11bに備えられる(図2を参照)。第1の燃料噴射弁45は一燃焼サイクル中に噴射される燃料噴射量のうちの第2の燃料噴射弁43から噴射される燃料を除く燃料を噴射する。
The first
第1の燃料噴射弁45は内燃機関1に出力させる要求トルクに応じて設定される燃料噴射量の大部分を吸気行程において噴射して燃焼室5内に混合気を形成する機能を有する。第1の燃料噴射弁45の先端は吸気ポート19の開口の近傍で燃焼室5の内部に突出し吸気ポート19を介して導入される空気流に向けて燃料を噴射する。
The first
第1の燃料噴射弁45は例えば5個以上の比較的多くの噴射孔を有する。これにより第1の燃料噴射弁45から噴射される燃料を燃焼室5全体に向けて広範に噴射させることができる。
The first
第2の燃料噴射弁43はシリンダ11の頂部11aに備えられる。第2の燃料噴射弁43は一燃焼サイクル中に噴射される燃料噴射量のうちの少量の燃料を点火プラグ41の点火部41aに向けて噴射する。
The second
第2の燃料噴射弁43は点火プラグ41による混合気への点火動作時に点火部41aに向けて少量の燃料を噴射して、形成される火炎核に乱流生成運動エネルギを付与する機能を有する。これにより火炎が燃焼室5内の混合気全体に効率的に伝播し燃焼安定性が向上する。
The second
第2の燃料噴射弁43は例えば1〜3個の噴射孔を有する。少ない数の噴射孔から燃料を噴射することにより点火プラグ41の点火部41aに向けて少量の燃料を噴射する精度を高めることができる。
The second
第1の燃料噴射弁45及び第2の燃料噴射弁43はいずれも例えば電磁式アクチュエータ又は電歪式アクチュエータを備える制御弁である。第1の燃料噴射弁45及び第2の燃料噴射弁43は制御装置(ECU:Electronic Control Unit)により制御される。
Each of the first
制御弁のアクチュエータへの電力供給を開始してから開弁するまでの応答性、アクチュエータへの電力供給を停止してから閉弁するまでの応答性、噴射孔の総断面積及び燃料通路面積等によって制御弁の噴射性能が異なる。 Responsiveness of the control valve from the start of power supply to the actuator until the valve is opened, responsiveness from the stop of power supply to the actuator until the valve is closed, the total cross-sectional area of the injection hole and the fuel passage area, etc. The injection performance of the control valve differs depending on the type.
制御弁の噴射性能が異なる場合には一燃焼サイクルにおいて正常噴霧可能な最大燃料噴射量は異なる。また制御弁の噴射性能によって最大燃料噴射量だけでなく正常噴霧可能な最小燃料噴射量も異なる。 When the injection performance of the control valve is different, the maximum fuel injection amount that allows normal spraying in one combustion cycle is different. Further, depending on the injection performance of the control valve, not only the maximum fuel injection amount but also the minimum fuel injection amount for normal spraying differs.
なお正常噴霧可能な状態とは噴射された燃料が液滴化することなく霧化される状態をいう。 The normal sprayable state refers to a state in which the injected fuel is atomized without forming droplets.
図3は第1の燃料噴射弁45及び第2の燃料噴射弁43の噴射性能を説明するための説明図である。図3中の左には内燃機関1の最大出力を生成可能に設定される一燃焼サイクルの燃料噴射量Q_flが示されている。第1の燃料噴射弁45は少なくとも一燃焼サイクル中に燃料噴射量Q_flの燃料を噴射可能に構成される。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the injection performance of the first
図3中の中央には正常噴霧可能な第1の燃料噴射弁45の最小燃料噴射量Q_minが示されている。内燃機関1の最大出力を生成可能な燃料噴射量Q_flを噴射可能に構成された第1の燃料噴射弁45は最小燃料噴射量Q_min未満の燃料を正常噴霧することができない。
In the center of FIG. 3, the minimum fuel injection amount Q_min of the first
図3中の右には点火プラグ41の点火動作により形成される火炎核に乱流生成運動エネルギを付与するために必要な燃焼補助噴射量Q_comが示されている。第2の燃料噴射弁43は燃焼補助噴射量Q_comの燃料を噴射可能に構成される。
The right side in FIG. 3 shows a combustion auxiliary injection amount Q_com required to impart turbulent flow kinetic energy to the flame kernel formed by the ignition operation of the
本実施形態に係る内燃機関1では第1の燃料噴射弁45及び第2の燃料噴射弁43からそれぞれ噴射される燃料と空気との混合が不十分になることを抑制するために吸気行程においては第1の燃料噴射弁45が目標燃料噴射量のうちの大部分の燃料を噴射する。
In the
また燃焼室5内に混合気が形成された後の点火動作時においては第2の燃料噴射弁43が混合気への燃焼を補助するために極少量の燃料を噴射する。このため第2の燃料噴射弁43は第1の燃料噴射弁45により正常噴霧可能な最小燃料噴射量Q_minよりも少ない燃焼補助噴射量Q_comの燃料を噴射可能な性能を有する。
In addition, at the time of the ignition operation after the mixture is formed in the
例えば一燃焼サイクルにおける第2の燃料噴射弁43からの燃料噴射量は第1の燃料噴射弁45からの燃料噴射量の5〜15%の範囲内であってもよい。
For example, the fuel injection amount from the second
図4〜図7は第1の燃料噴射弁45及び第2の燃料噴射弁43による噴霧の状態を示している。図4は吸気カムシャフトの軸方向に沿ってシリンダ11の側方から見た噴霧の状態を示す模式図である。図5は図4のシリンダ11を矢印Xの方向に見た噴霧の状態を示す模式図である。図6は図4のシリンダ11を矢印Yの方向に見た噴霧の状態を示す模式図である。図7は図4のシリンダ11を矢印Zの方向に見た噴霧の状態を示す模式図である。
4 to 7 show states of spraying by the first
図4〜図7において第1の燃料噴射弁45からの噴霧がドットハッチングで示され第2の燃料噴射弁43からの噴霧がクロスハッチングで示されている。なお図4〜図7は第1の燃料噴射弁45が6つの噴射孔を有し第2の燃料噴射弁43が二つの噴射孔を有する例を示している。
4 to 7, the spray from the first
シリンダ11の周部11bに備えられた第1の燃料噴射弁45は燃焼室5全体に向けられた6つの噴射孔を介して広範囲に燃料を噴射する。噴射される燃料は吸気ポート19を介して導入される空気と混合されて燃焼室5内に混合気が形成される。
The first
したがって吸気行程において内燃機関1の要求出力に応じて設定される目標噴射量のうちの大部分の燃料は第1の燃料噴射弁45から広範囲に噴射される。これにより燃焼室5内に均一に混合分散された混合気を形成することができる。
Therefore, most of the target injection amount set in accordance with the required output of the
またシリンダ11の頂部11aに備えられた第2の燃料噴射弁43は点火プラグ41の点火部41aに向けられた二つの噴射孔を介して極少量の燃料を噴射する。
The second
したがって燃焼室5内に形成された混合気に点火プラグ41により点火する際には第2の燃料噴射弁43から少量の燃料が噴射されて火炎核に乱流生成運動エネルギが付与される。これにより火炎が燃焼室5全体に効率的に伝播して燃焼安定性を向上させることができる。
Therefore, when the air-fuel mixture formed in the
第2の燃料噴射弁43から噴射される燃料は燃焼を補助するための極少量の燃料であることから第1の燃料噴射弁45から噴射される燃料と空気との均一混合分散を妨げるおそれが低減される。
Since the fuel injected from the second
<3.制御装置の構成例>
図8を参照して本実施形態に係る内燃機関1を制御する制御装置100の構成例を説明する。なお以下の制御装置100の構成例は第2の燃料噴射弁43による少量の燃料噴射をシリンダ11内に形成される混合気中に占める燃料の割合が少ない運転モード(以下、「リーン燃焼モード」ともいう。)において実行する例である。
<3. Configuration example of control device>
A configuration example of a
図8は制御装置100の構成例を機能的に示したブロック図である。制御装置100は運転モード設定部101、目標噴射量算出部103、第1の燃料噴射弁制御部107、第2の燃料噴射弁制御部105及び点火プラグ制御部109を備える。
FIG. 8 is a block diagram functionally showing a configuration example of the
制御装置100の一部又は全部は例えばマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッサユニット等で構成されてもよい。この場合制御装置100を構成する上記の各部の一部又は全部はマイクロコンピュータ等によるプログラムの実行により実現される機能であってよい。
A part or all of the
また制御装置100の一部又は全部はファームウェア等の更新可能なもので構成されてもよく、CPU(Central Processing Unit)等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。
Further, a part or the whole of the
制御装置100はRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等の図示しない記憶素子あるいは記憶装置を備える。さらに制御装置100は点火プラグ41、第1の燃料噴射弁45及び第2の燃料噴射弁43を駆動するための図示しない駆動回路を備える。
The
(運転モード設定部)
運転モード設定部101は内燃機関1の運転モードを設定する。運転モード設定部101は内燃機関1の運転モードをリーン燃焼モードに設定可能になっている。リーン燃焼モードにおいて内燃機関1のシリンダ11に供給される混合気のラムダ値は2.0〜3.0の範囲内であってもよい。
(Operation mode setting section)
The operation
リーン燃焼モードは例えば内燃機関1の排気通路9に備えられた三元触媒等の触媒を昇温して活性化させる場合に設定される。この場合運転モード設定部101は触媒温度の情報を取得して運転モードをリーン燃焼モードに設定するか否かを判定してもよい。
The lean combustion mode is set when, for example, a catalyst such as a three-way catalyst provided in the
ただしリーン燃焼モードは触媒の活性化を目的とする場合に限られず、これ以外の目的で設定されてもよい。 However, the lean combustion mode is not limited to the case of activating the catalyst, and may be set for other purposes.
(目標噴射量算出部)
目標噴射量算出部103は内燃機関1の要求出力に応じて目標燃料噴射量Q_tgtを算出する。目標燃料噴射量Q_tgtの算出方法は特に限定されない。例えば目標噴射量算出部103はあらかじめ格納された噴射量マップを参照して内燃機関1の要求出力及び内燃機関1の回転数に基づいて目標燃料噴射量Q_tgtを算出する。
(Target injection amount calculation unit)
The target injection
(第1の燃料噴射弁制御部)
第1の燃料噴射弁制御部107は第1の燃料噴射弁45の駆動を制御する。第1の燃料噴射弁制御部107は運転モードがリーン燃焼モードに設定されている場合に目標燃料噴射量Q_tgtから燃焼補助噴射量Q_comを除いた量の燃料を主として吸気行程において第1の燃料噴射弁45から噴射させる。
(First fuel injection valve control unit)
The first fuel
第1の燃料噴射弁制御部107は運転モードがリーン燃焼モードに設定されていない場合には目標燃料噴射量Q_tgtの燃料を主として吸気行程において第1の燃料噴射弁45から噴射させる。
When the operation mode is not set to the lean combustion mode, the first fuel injection
(第2の燃料噴射弁制御部)
第2の燃料噴射弁制御部105は第2の燃料噴射弁43の駆動を制御する。第2の燃料噴射弁制御部105は運転モードがリーン燃焼モードに設定されている場合に第2の燃料噴射弁43を駆動し、点火プラグ41の点火動作に合わせて燃焼補助噴射量Q_comの燃料を点火部41aに向けて噴射させる。
(Second fuel injection valve control unit)
The second fuel
燃焼補助噴射量Q_comはあらかじめ設定された固定値であってもよく目標燃料噴射量Q_tgtに応じた可変値であってもよい。 The combustion auxiliary injection amount Q_com may be a fixed value set in advance or a variable value according to the target fuel injection amount Q_tgt.
第2の燃料噴射弁制御部105は運転モードがリーン燃焼モードに設定されていない場合には第2の燃料噴射弁43の駆動を中止し第2の燃料噴射弁43による燃料噴射を行わないようにしてもよい。
When the operation mode is not set to the lean combustion mode, the second fuel
本実施形態に係る制御装置100においては混合気中の燃料の割合が少なく燃焼安定性が低下しやすいリーン燃焼モードにおいて燃焼を補助するための少量の燃料を点火プラグ41の点火部41aに向けて噴射するように構成されている。
In the
(点火プラグ制御部)
点火プラグ制御部109は点火プラグ41の駆動を制御する。点火プラグ制御部109は運転状態に応じて適宜設定される点火時期にしたがって点火プラグ41を駆動して燃焼室5内に形成された混合気に点火する。
(Spark plug control unit)
The spark
<4.内燃機関の動作例>
図9を参照して制御装置100による制御処理の一例を説明する。図9は制御装置100により実行される燃料噴射制御のフローチャートを示している。
<4. Operation example of internal combustion engine>
An example of a control process performed by the
制御装置100の目標噴射量算出部103は目標燃料噴射量Q_tgtを算出する(ステップS11)。例えば目標噴射量算出部103はアクセルペダルの踏み込み量等の要求加速度及び内燃機関1の回転数の情報に基づいて内燃機関1の要求出力を算出し、噴射量マップを参照して内燃機関1の要求出力及び回転数の情報に基づいて目標燃料噴射量Q_tgtを算出する。
The target injection
次いで制御装置100の第1の燃料噴射弁制御部107及び第2の燃料噴射弁制御部105は内燃機関1の運転モードがリーン燃焼モードに設定されているか否かを判別する(ステップS13)。
Next, the first fuel injection
運転モードがリーン燃焼モードに設定されていない場合(S13/No)、制御装置100の第1の燃料噴射弁制御部107は各シリンダ11の吸気行程において第1の燃料噴射弁45を駆動して目標燃料噴射量Q_tgtの燃料を燃焼室5内に噴射させる(ステップS21)。
When the operation mode is not set to the lean combustion mode (S13 / No), the first fuel injection
これにより吸気行程において燃焼室5に導入される空気に燃料が分散混合され燃焼室5内に混合気が形成される。
As a result, the fuel is dispersed and mixed with the air introduced into the
次いで制御装置100の点火プラグ制御部109は運転状態に応じて適宜設定された点火時期に点火プラグ41を駆動して燃焼室5内に形成された混合気に点火する(ステップS23)。
Next, the ignition
これにより火炎が燃焼室5内に伝播して燃焼室5内の混合気が燃焼する。混合気中の燃料の割合が少なくない場合には燃焼室5内に火炎が伝播しやすく燃焼安定性が保たれやすい。
Thereby, the flame propagates into the
一方上述のステップS13において運転モードがリーン燃焼モードに設定されている場合(S13/Yes)、第1の燃料噴射弁制御部107は各シリンダ11の吸気行程において第1の燃料噴射弁45を駆動して目標燃料噴射量Q_tgtから燃焼補助噴射量Q_comを除いた燃料を燃焼室5内に噴射させる(ステップS15)。
On the other hand, when the operation mode is set to the lean combustion mode in step S13 (S13 / Yes), the first fuel injection
次いで制御装置100の第2の燃料噴射弁制御部105は運転状態に応じて適宜設定された点火時期に合わせてあるいはその直前に第2の燃料噴射弁43を駆動して燃焼補助噴射量Q_comの燃料を点火プラグ41の点火部41aに向けて噴射させる(ステップS17)。
Next, the second fuel injection
次いで点火プラグ制御部109は点火時期に合わせて点火プラグ41を駆動して燃焼室5内に形成された混合気に点火する(ステップS19)。このとき点火部41aに向けて第2の燃料噴射弁43から燃料が噴射されているため形成される火炎核に乱流生成運動エネルギが付与される。
Next, the ignition
これにより混合気中の燃料の割合が少ない場合であっても火炎が燃焼室5全体に渡って効率的に伝播して燃焼安定性が向上する。
Thus, even when the proportion of fuel in the air-fuel mixture is small, the flame efficiently propagates over the
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関1はシリンダ11の周部11bに備えられて内燃機関1の最大出力を生成可能に設定される燃料噴射量Q_flの燃料を正常噴霧可能な第1の燃料噴射弁45を備える。また内燃機関1はシリンダ11の頂部11aに備えられて第1の燃料噴射弁45の正常噴霧可能な最小燃料噴射量Q_minよりも少量の燃料を正常噴霧可能な第2の燃料噴射弁43を備える。
As described above, the
このため第2の燃料噴射弁43から極少量の燃料を点火プラグ41の点火部41aに向けて噴射させることができる。したがって混合気中の燃料の割合が少ない場合であっても点火プラグ41の点火動作により形成される火炎核に乱流生成運動エネルギを付与することができ燃焼安定性を向上させることができる。
Therefore, a very small amount of fuel can be injected from the second
また本実施形態に係る内燃機関1では吸気行程に噴射されて混合気を形成する燃料は一つの第1の燃料噴射弁45から噴射されるために空気と燃料との混合が不十分となるおそれを低減することができる。
Further, in the
また本実施形態に係る内燃機関1の制御装置100は内燃機関1の運転モードがリーン燃焼モードに設定されていない場合には第1の燃料噴射弁45から目標燃料噴射量Q_tgtの燃料を噴射させる。一方制御装置100は運転モードがリーン燃焼モードに設定されている場合には目標燃料噴射量Q_tgtのうちの極少量の燃料を第2の燃料噴射弁43から点火プラグ41の点火部41aに向けて噴射させる。
Further, the
したがって混合気中の燃料の割合が少ない場合であっても点火プラグ41の点火動作により形成される火炎核に乱流生成運動エネルギを付与することができ燃焼安定性を向上させることができる。その結果粒子状物質や窒素酸化物の排出量を抑制することができる。
Therefore, even when the proportion of fuel in the air-fuel mixture is small, turbulence generating kinetic energy can be imparted to the flame kernel formed by the ignition operation of the
また本実施形態に係る内燃機関1の制御装置100は運転モードがリーン燃焼モードであるか否かにかかわらず混合気を形成するための燃料を吸気行程において一つの第1の燃料噴射弁45から噴射させる。したがって空気と燃料との混合が不十分となるおそれを低減することができる。
Further, the
このように本実施形態に係る内燃機関1及び内燃機関1の制御装置100は吸気と燃料との混合性及び燃焼安定性をともに向上させることができる。その結果粒子状物質や窒素酸化物の排出量を抑制することができる。
As described above, the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that those skilled in the art to which the present invention pertains can conceive various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
1・・・内燃機関、11・・・シリンダ、11a・・・頂部、11b・・・周部、41・・・点火プラグ、41a・・・点火部、43・・・第2の燃料噴射弁、45・・・第1の燃料噴射弁、100・・・制御装置、101・・・運転モード設定部、103・・・目標噴射量算出部、105・・・第2の燃料噴射弁制御部、107・・・第1の燃料噴射弁制御部、109・・・点火プラグ制御部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記シリンダ(11)の頂部(11a)に備えられ、点火部(41a)を有する点火プラグ(41)と、
前記シリンダ(11)の周部(11b)に備えられ、一燃焼サイクル中に噴射される燃料噴射量のうちの少なくとも一部の燃料を噴射する第1の燃料噴射弁(45)と、
前記シリンダ(11)の頂部(11a)に備えられ、一燃焼サイクル中に噴射される燃料噴射量のうちの前記第1の燃料噴射弁(45)から噴射される燃料を除く少量の燃料を、前記第1の燃料噴射弁(45)からの噴射後に前記点火部(41a)に向けて噴射する第2の燃料噴射弁(43)と、を備え、
前記第1の燃料噴射弁(45)は、前記内燃機関(1)の最大出力を生成可能に設定される一燃焼サイクルの燃料噴射量の燃料を正常噴霧可能であり、
前記第2の燃料噴射弁(43)は、前記第1の燃料噴射弁(45)における正常噴霧可能な最小燃料噴射量よりも少量の燃料を正常噴霧可能である
ことを特徴とする内燃機関。 In a spark ignition type internal combustion engine (1) in which fuel is directly injected into a cylinder (11),
An ignition plug (41) provided at the top (11a) of the cylinder (11) and having an ignition section (41a);
A first fuel injection valve (45) provided in a peripheral portion (11b) of the cylinder (11), for injecting at least a part of fuel in a fuel injection amount injected during one combustion cycle;
A small amount of fuel provided at the top (11a) of the cylinder (11) and excluding fuel injected from the first fuel injection valve (45) out of the fuel injection amount injected during one combustion cycle, A second fuel injection valve (43) that injects toward the ignition section (41a) after injection from the first fuel injection valve (45),
The first fuel injection valve (45) is capable of normally spraying fuel having a fuel injection amount of one combustion cycle set to be capable of generating the maximum output of the internal combustion engine (1),
The internal combustion engine, wherein the second fuel injection valve (43) can normally spray a smaller amount of fuel than a minimum fuel injection amount that can be normally sprayed by the first fuel injection valve (45).
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 The fuel injection amount from the second fuel injection valve (43) is in the range of 5 to 15% of the fuel injection amount from the first fuel injection valve (45). An internal combustion engine according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the second fuel injection valve (43) includes one to three injection holes directed to the ignition part (41a).
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関。 The second fuel injection valve (43) imparts turbulent flow generation kinetic energy to a flame kernel formed by an ignition operation of the ignition plug (41) by the small amount of fuel injection. An internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
前記第1の燃料噴射弁(45)の駆動を制御する第1の燃料噴射弁制御部(107)と、
前記第2の燃料噴射弁(43)の駆動を制御する第2の燃料噴射弁制御部(105)を備え、
前記第2の燃料噴射弁制御部(105)は、
前記シリンダ(11)内に形成される混合気中に占める燃料の割合が少ない所定の運転状態において、前記第2の燃料噴射弁(43)から前記点火部(41a)に向けて前記燃料噴射量のうちの少量の燃料を噴射させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 An internal combustion engine control device (100) for controlling an internal combustion engine (1) according to any one of the preceding claims,
A first fuel injection valve control unit (107) for controlling driving of the first fuel injection valve (45);
A second fuel injection valve control unit (105) for controlling the driving of the second fuel injection valve (43);
The second fuel injection valve control unit (105) includes:
In a predetermined operating state in which the proportion of fuel in the air-fuel mixture formed in the cylinder (11) is small, the fuel injection amount from the second fuel injection valve (43) toward the ignition portion (41a) is increased. A control device for an internal combustion engine, which injects a small amount of fuel.
混合気のラムダ値が2〜3の範囲内である運転状態、又は、前記内燃機関(1)の排気通路(9)に備えられた触媒を昇温させる運転状態の少なくとも一方である
ことを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の制御装置。
The predetermined operating state is:
It is at least one of an operation state in which the lambda value of the air-fuel mixture is in the range of 2-3, or an operation state in which the temperature of the catalyst provided in the exhaust passage (9) of the internal combustion engine (1) is increased. The control device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein
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