JP3906513B2

JP3906513B2 - In-cylinder injection engine with supercharger

Info

Publication number: JP3906513B2
Application number: JP08122697A
Authority: JP
Inventors: 清孝間宮; 啓二荒木; 潤三佐々木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2017-03-31
Also published as: JPH10274077A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を直接燃焼室内に噴射するインジェクタを備えた筒内噴射型エンジンにおいて、特に、過給機を備えた筒内噴射型エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料を直接燃焼室に噴射するインジェクタを備え、低負荷時に、上記インジェクタから圧縮行程後期に燃料を噴射することで点火プラグまわりに混合気が偏在する状態として成層燃焼を行い、これにより燃焼安定性を確保しつつ空燃比をリーンにして燃焼改善を図るとともに、高負荷時には、吸気行程で燃料を噴射することで燃料を拡散させて均一燃焼を行い、これにより空燃比をリッチにして高いエンジン出力を発生するようにした筒内噴射型エンジンは一般に知られている。また、この種のエンジンに過給機を搭載し、吸気の過給を行うことによりエンジンのトルクアップを図ることも行われている。
【０００３】
この種のエンジンでは、燃料系で燃料を一定の圧力に加圧し、図７に示すようにＥＣＵからの開弁時間信号（パルス信号）に応じてインジェクタを作動させる、つまり、インジェクタ内のニードルをパルス幅に応じた時間だけリフトさせることにより燃料をインジェクタから噴射するようになっている。燃料の圧力（燃圧）は、圧縮行程後期の燃焼室内の圧力より高い圧力に設定され、これにより圧縮行程後期に燃焼室内に燃料を噴射できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなエンジンにおいて、特に、過給機を備えてトルクアップを図るようにしたエンジンでは、過給機駆動状態の高負荷域において短時間に多くの燃料を噴射することが要求されるため、例えば、ノズル口径が大きく設定される等、高燃圧のもとで所要量の燃料を所定期間内に噴射できるようにインジェクタが構成されている。
【０００５】
ところが、このようなエンジンでは、高負荷域での燃料噴射を良好に行うことはできるが、アイドル運転時等の極低負荷の運転域で極少量の燃料を噴射しようとすると、インジェクタの作動時間が極めて短くなり、その結果、例えば、図７に破線で示す特定量Ｑ以下の極少量の燃料を噴射する運転域では、インジェクタの作動誤差による噴射量のバラツキが大きくなり、燃料の噴射精度を低下させてしまうという問題が生じている。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、過給機を備えた筒内噴射型エンジンにおいて、過給機駆動の高負荷域での燃料要求に適切に対応しながら極低負荷運転域での燃料の噴射精度を確保することができる過給機付筒内噴射型エンジンを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の過給機付筒内噴射型エンジンは、吸気通路に過給機を備え、過給機による吸気の過給によってエンジンの高負荷側領域における過給機下流の吸気圧力を大気圧よりも高くするとともに、燃料を燃焼室内に直接噴射するインジェクタと燃料の噴射時期および噴射量を変更する燃料噴射制御手段とを備え、エンジンの低負荷側領域において空燃比が理論空燃比よりも大きい状態でインジェクタから圧縮行程に燃料を噴射して成層燃焼を行わせる一方、上記高負荷側領域においては空燃比が理論空燃比若しくはそれ以下の状態でインジェクタから吸気行程に燃料を噴射して均一燃焼を行わせるようにした過給機付筒内噴射型エンジンにおいて、インジェクタへの供給燃料圧力を変更する燃圧制御手段を設け、この燃圧制御手段と上記燃料噴射制御手段との制御により、上記低負荷側領域では圧縮行程に、上記高負荷側領域では吸気行程にそれぞれ燃料噴射を行う一方、上記低負荷側領域のうち、要求燃料噴射量が特定量よりも少ない極低負荷運転域では、上記インジェクタへの供給燃料圧力を当該極低負荷運転域よりも高負荷側の領域における供給燃料圧力よりも低い低燃圧状態として吸気行程に燃料噴射を行うようにしたものである（請求項１）。
【０００８】
このエンジンによれば、極低負荷運転域では供給燃料圧力が低くなることで燃料の要求噴射量当たりのインジェクタの作動時間が長くなりインジェクタの作動誤差による噴射量への影響が小さくなる。そのため、このような極低負荷の運転域での噴射燃料のバラツキを抑えることができる。また、吸気行程での燃料噴射により燃料の気化・霧化が促進され燃焼性が確保される。
【０００９】
このエンジンにおいては、上述のような供給燃料圧力の変更をエンジンの負荷のみに基づいて行うのが望ましい（請求項２）。このようにすれば燃料の噴射制御を簡素化することが可能となる。
【００１０】
また、上記極低負荷運転域において吸気の充填を成層燃焼状態と比べて抑制するようにすれば（請求項３）、極少量の燃料を均一燃焼させる必要がある極低負荷域での失火を効果的に回避することが可能となる。この場合、ピストンが下死点に達する前に吸気弁を閉じるように吸気時期を調整することによって吸気の充填を抑制するようにすれば（請求項４）、ポンピングロスを伴うことなく失火を回避することが可能となる。
【００１１】
また、少なくとも極低負荷運転域では過給機を停止させるのが望ましい（請求項５）。このようにすれば、吸気の過給により極低負荷域で空燃比が大きくリーンサイドに偏るのを防止することができる。
【００１２】
また、極低負荷運転域において、冷機時に暖機時よりも多くの燃料を噴射しつつ吸気行程での燃料噴射による均一燃焼を行わせるようにすれば（請求項６）、燃料の気化・霧化を促進してエンジンの暖機を促すことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る過給機付筒内噴射型エンジンの一例を示す模式図、図２は同エンジンの要部構成を示す概略図である。この図において、エンジンは、エンジン本体１０と、このエンジン本体１０に接続される吸気通路１２及び排気通路１３等で構成されている。
【００１５】
上記吸気通路１２には、上流側から順にエアクリーナ１４、エアフローメータ１５、スロットル弁１６，過給機１７、インタークーラ１８及びサージタンク１９等が配設されている。
【００１６】
上記過給機１７は、図外のエンジン出力軸により機械的に駆動されて吸気の過給を行う機械式過給機で、例えば、一対のロータを有したリショルム型の過給機からなり、ベルト伝動機構によるエンジンの回転力伝達に応じて各ロータを回転させて吸入空気を圧縮して吐出するように構成されている。また、過給機１７には、上記回転力を断続するための電磁クラッチ２０が設けられおり、この電磁クラッチ２０がオンとなったときに回転力が伝達されて過給機１７が駆動状態となり、電磁クラッチ２０がオフとなったときに回転力の伝達が遮断されて過給機１７が停止状態になるように構成されている。
【００１７】
吸気通路１２には、さらに上記過給機１７をバイパスする過給バイパス通路２１が設けられるとともに、この過給バイパス通路２１に制御弁２２が設けられており、運転状態に応じた制御弁２２の開閉に応じて吸気をバイパスさせるようになっている。
【００１８】
上記排気通路１３には、上流側から順にＯ₂センサ２３、触媒装置２４及びサイレンサ２５等が配設されている。触媒装置２４は、例えば三元触媒を備えており、排ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等を吸収して排ガスを浄化するように構成されている。
【００１９】
上記エンジン本体１０は、シリンダブロックとその上部に設置されるシリンダヘッドとから構成されている。シリンダブロックのシリンダ２７内にはピストン２８が配設され、このピストン２８の上面とシリンダヘッドの下面との間に燃焼室２９を形成している。
【００２０】
また、エンジン本体１０には、燃焼室２９に開口する吸気ポート及び排気ポートが形成され、例えば、各気筒毎に２個の吸気ポート３０と２個の排気ポート３１とが形成されている。そして、各吸気ポート３０に上記吸気通路１２を構成する吸気マニホールドがそれぞれ接続される一方、各排気ポート３１に上記排気通路１３を構成する排気マニホールドがそれぞれ接続されている。
【００２１】
各吸気ポート３０にはそれぞれ吸気弁３２が装備され、各排気ポート３１にはそれぞれ排気弁３３が装備されており、各弁３２，３３用のカムシャフトのカム（図示省略）により各弁３２，３３が駆動されるようになっている。
【００２２】
特に、吸気弁３２を駆動するカムシャフトには動弁可変装置３４（図１に示す）が組み込まれており、これにより吸気弁３２の閉時期が可変となっている。具体的に説明すると、動弁可変装置３４には、図示を省略するが２種類のカムと、これらのカムのいずれか一方のカムで吸気弁３２を作動させるように切替える切替機構とを具備した構成となっており、例えば、図５の実線に示すように、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に達する位置より若干速い位置から吸気弁３２を開いて、ピストンが下死点（ＢＤＣ）に達する位置より若干遅い位置で吸気弁３２を閉じる通常タイミングと、吸気弁３２の閉時期を下死点（ＢＤＣ）よりも若干早める早閉じタイミング（図５中に破線で示す）とに吸気弁３２の閉時期を切替えることができるようになっている。
【００２３】
また、エンジン本体１０には、図２に示すように、上記燃焼室２９内に直接燃料を噴射するインジェクタ３５と、点火プラグ３６とが設けられており、上記インジェクタ３５の先端が燃焼室２９の略周縁部に配置され、点火プラグ３６の先端が燃焼室２９の天井部の略中央に配置されている。
【００２４】
上記インジェクタ３５は、リターンスプリングにより閉弁方向に付勢されるニードルと、これをリフトさせるための電磁コイルとを備えており、電磁コイルの励磁によりニードルをリフトさせて後記燃料系で加圧された燃料を先端ノズルから噴射するように構成されている。
【００２５】
インジェクタ３５は、同図に示すように、燃焼室２９の一側方において吸気ポート３０が配設された部分の下方に配設されているとともに、インジェクタ配置部分に対向する燃焼室周縁付近に向かう斜め下方に向かって燃料を噴射するようにエンジン本体１０に傾斜した状態で取付けられている。このようにインジェクタ３５及び点火プラグ３６が配置されることにより、運転時には、図２中に符号Ｆで示すように点火プラグ３６の先端近傍に燃料が噴射されるようになっている。
【００２６】
図３は、上記エンジンの燃料系の構成の一例を示している。この図において、４０は、燃料タンクであり、この燃料タンク４０と上記インジェクタ３５との間に燃料供給通路４１及び燃料リターン通路４２が接続されている。
【００２７】
燃料供給通路４１には、燃料タンク４０側から順に低圧燃料ポンプ４３、フィルター４４及びエンジン駆動の高圧燃料ポンプ４５が設けられ、燃料リターン通路４２には、高圧レギュレータ４６と、その下流側に位置する低圧レギュレータ４７が設けられている。さらに、高圧燃料ポンプ４５をバイパスする通路４８が設けられ、この通路４８にチェックバルブ４８ａが設けられるとともに、高圧レギュレータ４６をバイパスする通路４９が設けられ、この通路４９にソレノイドバルブ４９ａが設けられている。
【００２８】
そして、この燃料系において低圧燃料ポンプ４３及び高圧燃料ポンプ４５が作動され、かつ上記ソレノイドバルブ５１が閉じられることにより、高圧レギュレータ４６が機能し、これによってインジェクタ３５に供給される燃料の圧力（以下、燃圧という）が圧縮行程後期の噴射が可能な高圧（高燃圧）に調整される一方、高圧燃料ポンプ４５が停止されて低圧燃料ポンプ４３のみが作動され、かつ上記ソレノイドバルブ５１が開かれることにより、低圧レギュレータ４７が機能し、これによって燃圧が上記第１燃圧よりも低い圧力（低燃圧）に調整されるようになっている。
【００２９】
図１において５０は、エンジン制御用のＥＣＵ（コントロールユニット）であり、このＥＣＵ５０には、アクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）を検出するアクセルセンサ３７、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３９、上記Ｏ₂センサ２３及び図外のクランク角センサ等からの信号が入力されている。
【００３０】
このＥＣＵ５０は、運転状態に応じて上記電磁クラッチ２０を制御する過給機制御手段５１と、上記動弁可変装置３４を制御することにより吸気弁３２の閉時期を切替える弁閉時期制御手段５２と、インジェクタ駆動回路５５を介して燃料の噴射時期及び噴射量を制御する燃料噴射制御手段５３と、上記燃料系の各ポンプ４３，４５及びソレノイドバルブ４９ａの駆動を制御することにより燃圧を切替える燃圧制御手段５４とを含んでいる。
【００３１】
上記ＥＣＵ５０の過給機制御手段５１による運転状態に応じた電磁クラッチ２０の制御を図４に基づいて説明する。
【００３２】
同図は、エンジンの運転状態において過給機１７が停止される運転領域である過給機停止領域Ａと、過給機１７が駆動される運転領域である過給機駆動領域Ｂとを示しており、過給機停止領域Ａでは電磁クラッチ２０がオフとされ、過給機駆動領域Ｂでは電磁クラッチ２０がオンとされる。また、同図中のラインＩは、過給機下流の吸気圧が大気圧となるときのトルク、つまり無過給時の全トルクに相当するものであり、またラインIIは、過給機１７による吸気の過給が行われた場合の全開トルクに相当するものである。
【００３３】
同図に示すように、予め設定された所定のエンジン回転数Ｎより低速側においては、ラインＩを境に低負荷側と高負荷側とで過給機１７が停止状態と駆動状態とに切替えられる。この設定回転数Ｎは、ラインIIのピーク、つまり過給機１７による吸気の過給が行われた場合の最高トルクとなるエンジンの回転数近傍の回転数とされている。一方、上記設定回転数Ｎより高速側では、低負荷側から高負荷側にわたって過給機１７が駆動状態とされる。つまり、過給機停止領域Ａは、上記設定回転数Ｎより低速側における低負荷の領域とされ、また過給機駆動領域Ｂは、設定回転数Ｎより低速側の高負荷側の領域及び設定回転数Ｎより高速側の低負荷側から高負荷側にわたる領域とされている。
【００３４】
また、ＥＣＵ５０の燃圧制御手段５４による燃圧の切替え制御は、図６に示すように、要求噴射量が特定量Ｑ₁よりも多い運転域では燃圧が高燃圧とされ、上記特定回転数Ｎ以下であって、要求噴射量が特定量Ｑ₁よりも少ない運転域では燃圧が低燃圧とされる。つまり、上記過給機停止領域Ａのうち、要求噴射量が極めて少ない極低負荷の運転域（図４中ハッチングで示す領域；以下、特定運転域αという）では燃圧が低燃圧とされ、これ以外の運転域では高燃圧とされる。
【００３５】
ここで、上記特定量Ｑ₁は、例えば、その量より少ない燃料を上記高燃圧のもとで噴射しようとするとインジェクタ３５の作動誤差による噴射量のバラツキが大きくなって噴射量の信頼性が著しく低下するような値とされている。
【００３６】
また、ＥＣＵ５０の燃料噴射制御手段５３による燃料の噴射時期及び噴射量の制御は以下のように行われる。
【００３７】
上記過給機停止領域Ａでは圧縮行程後期に燃料を噴射し、過給機駆動領域Ｂでは吸気行程に燃料を噴射するようにインジェクタ３５が制御される。但し、過給機停止領域Ａのうち、上記特定運転域αでは、吸気行程に燃料を噴射するようにインジェクタ３５が制御される。
【００３８】
燃料噴射量は、インジェクタ駆動回路５５から出力される開弁時間信号（パルス信号）のパルス幅に応じてインジェクタ３５の電磁コイルが励磁されることにより制御されるようになっている。そして、運転状態に応じて要求噴射量が演算されるとともに、この要求噴射量と燃圧とに基づいてパルス幅が求められ、このパルス幅のパルス信号がインジェクタ３５に出力されることにより所要量の燃料が噴射されるようになっている。
【００３９】
さらに、ＥＣＵ５０の弁閉時期制御手段５２による吸気弁３２の閉時期の切替え制御は、特定運転域αで吸気弁３２の閉時期を早閉じタイミングとし、これ以外の領域では通常タイミングとするようになっている。
【００４０】
以上のような当実施形態の過給機付筒内噴射型エンジンの作用効果を次に説明する。
【００４１】
上述のようなエンジンによれば、上記特定運転域αを除く運転域で、インジェクタ３５に供給される燃圧が高燃圧とされ、この燃圧に基づいて上記インジェクタ３５の作動時間、つまり電磁コイルの励磁時間が制御されることにより運転状態に応じた所要量の燃料が噴射される。そして、特定運転域αを除く過給機停止領域Ａでは、圧縮行程後期に燃料が噴射されることで点火プラグ３６まわりに混合気が偏在させられて成層燃焼が行われ、これにより空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態で安定燃焼が行われて燃費の節約が図られ、また、過給機駆動領域Ｂでは、吸気行程中に燃料が噴射されることにより、燃料の拡散が促進されて均一燃焼が行われてエンジン出力が高められる。
【００４２】
そして、上記の特定運転域αにおいては、燃圧が低燃圧に切替えられ、この低燃圧のもとでインジェクタ３５の作動時間が制御されて燃料噴射が行われるとともに、燃料噴射が吸気行程中に行われる。これにより極少量の燃料を噴射する必要がある特定運転域αでの噴射量のバラツキが抑制されて安定燃焼性が確保される。
【００４３】
すなわち、燃圧が低燃圧とされることによって、要求噴射量当たりのインジェクタ３５の作動時間が長くなるため、たとえば、図６に示すように、高燃圧のもとでは噴射量にバラツキが生じるような特定量Ｑ₁以下の要求量（Ｑ₂）であっても安定して燃料が噴射されることなる。しかも、燃料噴射が吸気行程中に行われて噴射燃料の気化・霧化が促進されるため、燃圧を下げたことにより噴射燃料がインジェクタ３５近傍に偏在するということがなく、特定運転域αにおいて安定した燃焼性が確保されることとなる。
【００４４】
なお、上記のように特定運転域αで極少量の燃料を吸気行程中に噴射して均一燃焼を行わせると、空燃比が理論空燃比よりも大きくリーンサイドに偏って失火限界を越えてしまうことが懸念されるが、上記エンジンでは、上述のように特定運転域αでは吸気弁３２の閉時期を早閉じタイミングとし、これにより吸気が抑えられるようになっているため、空燃比が失火限界を越えるのを抑えて失火を効果的に防止するという特徴もある。
【００４５】
このように当実施形態のエンジンによれば、過給機を備えた従来のこの種の筒内噴射式エンジンと比較すると、アイドル運転時等の極低負荷域から過給機駆動による高負荷域にわたって燃料を安定供給でき、そのため全運転域で安定燃焼性を確保することができる。
【００４６】
ところで、上述のエンジンは本発明に係る筒内噴射型のエンジンの一例であって、その具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４７】
例えば、上記エンジンでは、特定運転域αで吸気弁３２を早閉じすることで吸気を抑え、これによって特定運転域αでの空燃比が失火限界を越えないようにしているが、通常タイミングでも全く失火限界を越える虞れがないような場合には、吸気弁３２を固定的に通常タイミングで行うようにして動弁可変装置３４を省略するようにしてもよい。なお、このように吸気を抑える方法としては、スロットル弁の開度を調整することも考えられるが、この場合には、ポンピングロスを伴うこととなるため、この点、吸気弁３２の閉時期を早める方が有利である。また、ピストンが下死点（ＢＤＣ）に達する位置より大幅に遅い位置で吸気弁３２を閉じるようにしても早閉じの場合と同様にポンピングロスを伴うことなく吸気を抑えることができるが、この場合には、吸気行程で噴射された燃料の吹き返しにより空燃比のリーン化を促す虞れがあるため必ずしも有効ではない。
【００４８】
また、上記エンジンでは、特定回転数Ｎ以下の運転域で燃圧を切替えるようにしているが、燃圧を切替えるとこれに応じてインジェクタ３５への出力パルス幅を変動させる必要があるため、回転数に基づいて燃圧を切替える上記エンジンでは、回転数に応じてパルス幅を変動させる制御が複雑になる。そのため、回転数に拘らず負荷のみによって燃圧を切替えるようにし、これによりインジェクタ３５による燃料の噴射制御を簡素化するようにしてもよい。
【００４９】
なお、過給機１７の駆動領域、具体的な燃料の圧力やインジェクタ３５による燃料の噴射量等は、適用されるエンジンに応じて適宜設定するようにすればよい。この場合、例えば、アイドル運転時等の極低負荷運転域で過給機を駆動させて掃気性を高めるようなエンジンもあり、このようなエンジンに本発明を適用すると、上記特定運転域αにおいて吸気が過給される結果、空燃比がリーンサイドに大きく偏って失火限界を越える虞れがあるため、極低負荷域では過給機を停止させるようなエンジンに適用するのが好ましい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の過給機付筒内噴射型エンジンは、燃料を燃焼室内に直接噴射するインジェクタを備えた過給機付筒内噴射型エンジンにおいて、極低負荷運転域でのインジェクタへの供給燃料圧力をその運転域より高負荷側での燃料圧力よりも低くするとともに、この極低負荷運転域での燃料噴射を吸気行程で行うようにし、これにより極低負荷運転域において燃料の要求噴射量当たりのインジェクタの作動時間を長くしてインジェクタの作動誤差による噴射量への影響を小さくするようにしたので、過給機駆動による高負荷運転域で要求される燃料を適切に噴射するようにしながらも、極低負荷域での燃料噴射制度を適切に確保することができる。しかも、燃料圧力を低くする運転域では、燃料を吸気行程中に噴射するため燃料の気化・霧化が促進され、これにより燃料圧力を低くしながらも燃焼性を適切に確保することができる。
【００５１】
特に、このエンジンおいて、供給燃料圧力の変更をエンジンの負荷のみに基づいて行うようにすれば燃料の噴射制御を簡素化することができる。
【００５２】
また、上記極低負荷運転域において吸気の充填を成層燃焼状態と比べて抑制するようにすれば、極低負荷運転域での失火を効果的に回避することができる。この場合、ピストンが下死点に達する前に吸気弁を閉じるように吸気時期を調整し、これによって吸気の充填を抑えるようにすれば、ポンピングロスを伴うことなく失火を回避することができる。
【００５３】
さらに、極低負荷運転域で過給機を停止させるようにすれば、この運転域での失火を回避することができる。また、極低負荷運転域において、冷機時に暖機時よりも多くの燃料を噴射しつつ吸気行程での燃料噴射による均一燃焼を行わせるようにすれば、燃料の気化・霧化を促進してエンジンの暖機を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る過給機付筒内噴射型エンジンの一例を示す模式図である。
【図２】上記エンジン本体の燃焼室及びその付近を示す平面概略図である。
【図３】上記エンジンの燃料系を示す構成図である。
【図４】過給機の駆動領域及び燃料の噴射時期を説明する図である。
【図５】吸気時期を説明する図である。
【図６】燃料の圧力と噴射量と噴射時間（パルス幅）との関係を示すグラフである。
【図７】従来装置における燃料の噴射量と噴射時間（パルス幅）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０エンジン本体
１２吸気通路
１３排気通路
１７過給機
３５インジェクタ
４０燃料タンク
４１燃料供給通路
４２燃料リターン通路
４３低圧燃料ポンプ
４５高圧燃料ポンプ
５０ＥＣＵ
５１過給機制御手段
５２弁閉時期制御手段
５３燃料噴射制御手段
５４燃圧制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-cylinder injection engine having an injector that injects fuel directly into a combustion chamber, and more particularly to an in-cylinder injection engine having a supercharger.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an injector that directly injects fuel into the combustion chamber has been provided, and at low load, fuel is injected from the injector in the latter half of the compression stroke to perform stratified combustion in a state in which the air-fuel mixture is unevenly distributed around the spark plug. While ensuring stability, the air-fuel ratio is lean to improve combustion, and at high loads, fuel is injected during the intake stroke to diffuse the fuel and perform uniform combustion, thereby making the air-fuel ratio rich and high In-cylinder injection engines that generate engine output are generally known. In addition, a turbocharger is mounted on this type of engine to boost the engine torque by supercharging intake air.
[0003]
In this type of engine, the fuel is pressurized to a constant pressure in the fuel system, and the injector is operated according to the valve opening time signal (pulse signal) from the ECU as shown in FIG. 7, that is, the needle in the injector is moved. The fuel is injected from the injector by lifting for a time corresponding to the pulse width. The pressure (fuel pressure) of the fuel is set to a pressure higher than the pressure in the combustion chamber in the latter half of the compression stroke, so that the fuel can be injected into the combustion chamber in the latter half of the compression stroke.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the engine as described above, in particular, in an engine provided with a supercharger so as to increase the torque, it is required to inject a large amount of fuel in a short time in a high load region in which the supercharger is driven. For example, the injector is configured so that a required amount of fuel can be injected within a predetermined period under a high fuel pressure, such as when the nozzle diameter is set large.
[0005]
However, with such an engine, fuel injection in a high load range can be performed satisfactorily, but if a very small amount of fuel is to be injected in an extremely low load operation range such as during idling, the operating time of the injector As a result, for example, in the operating range in which a very small amount of fuel equal to or less than the specific amount Q shown by the broken line in FIG. 7 is injected, the variation in the injection amount due to the operation error of the injector becomes large, and the fuel injection accuracy is reduced. There is a problem that it is lowered.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem. In a direct injection engine equipped with a supercharger, the present invention is extremely low while appropriately responding to a fuel demand in a high load region of a supercharger drive. An object of the present invention is to provide an in-cylinder injection engine with a supercharger that can ensure fuel injection accuracy in a load operating region.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a supercharger-equipped in-cylinder injection engine of the present invention includes a supercharger in an intake passage, and supercharger in a high load side region of the engine by supercharging of intake air by the supercharger. An air-fuel ratio in the low load side region of the engine is provided with an injector that makes the downstream intake pressure higher than atmospheric pressure, an injector that directly injects fuel into the combustion chamber, and a fuel injection control means that changes the fuel injection timing and amount. Stratified combustion is performed by injecting fuel from the injector to the compression stroke in a state where the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, while in the high-load region, the injector goes from the injector to the intake stroke with the stoichiometric air-fuel ratio or less. in-cylinder injection type engine with supercharger so as to perform a homogeneous combustion by injecting fuel, provided the fuel pressure control means for changing the fuel supply pressure to the injector, this Under the control of the fuel pressure control means and the fuel injection control means, fuel injection is performed in the compression stroke in the low load side region and in the intake stroke in the high load side region. the injection quantity is less than a specified amount extremely low load operation range, the intake stroke to supply the fuel pressure to the injector as the low fuel pressure state have lower than the fuel supply pressure in the region of the extremely low load range higher load side than the it is obtained to perform the fuel injection in (claim 1).
[0008]
According to this engine, the supply fuel pressure becomes low in the extremely low load operation region, so that the operation time of the injector per the required injection amount of fuel becomes long, and the influence on the injection amount due to the operation error of the injector becomes small. Therefore, it is possible to suppress the variation of the injected fuel in such an extremely low load operation region. Further, fuel injection and fuel atomization are promoted by fuel injection in the intake stroke, and combustibility is ensured.
[0009]
In this engine, it is desirable to change the supply fuel pressure as described above based only on the engine load. In this way, fuel injection control can be simplified.
[0010]
Further, if the charging of the intake air is suppressed in the extremely low load operation region as compared with the stratified combustion state (Claim 3), misfire in the extremely low load region where it is necessary to uniformly burn a very small amount of fuel. It can be effectively avoided. In this case, if the intake timing is controlled so that the intake valve is closed before the piston reaches bottom dead center, charging of the intake air is suppressed (Claim 4), thereby avoiding misfire without pumping loss. It becomes possible to do.
[0011]
In addition, it is desirable to stop the supercharger at least in the extremely low load operation region. In this way, it is possible to prevent the air-fuel ratio from being greatly biased to the lean side in the extremely low load region due to supercharging of the intake air.
[0012]
Further, in an extremely low load operation region, if fuel is injected more in the intake stroke while injecting more fuel than when warming up, the fuel is vaporized / misted. The engine can be promoted to warm up the engine.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a supercharger-equipped in-cylinder injection engine according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing a main part configuration of the engine. In this figure, the engine includes an engine body 10 and an intake passage 12 and an exhaust passage 13 connected to the engine body 10.
[0015]
In the intake passage 12, an air cleaner 14, an air flow meter 15, a throttle valve 16, a supercharger 17, an intercooler 18, a surge tank 19, and the like are disposed in order from the upstream side.
[0016]
The supercharger 17 is a mechanical supercharger that is mechanically driven by an engine output shaft (not shown) and performs supercharging of intake air. For example, the supercharger 17 includes a Rishorum supercharger having a pair of rotors, Each rotor is rotated in accordance with the transmission of the rotational force of the engine by the belt transmission mechanism, and the intake air is compressed and discharged. Further, the supercharger 17 is provided with an electromagnetic clutch 20 for interrupting the rotational force. When the electromagnetic clutch 20 is turned on, the rotational force is transmitted and the supercharger 17 is driven. When the electromagnetic clutch 20 is turned off, the transmission of the rotational force is cut off and the supercharger 17 is stopped.
[0017]
The intake passage 12 is further provided with a supercharging bypass passage 21 that bypasses the supercharger 17, and a control valve 22 is provided in the supercharging bypass passage 21. Intake air is bypassed according to opening and closing.
[0018]
In the exhaust passage 13, an O ₂ sensor 23, a catalyst device 24, a silencer 25, and the like are arranged in this order from the upstream side. The catalyst device 24 includes a three-way catalyst, for example, and is configured to purify the exhaust gas by absorbing HC (hydrocarbon), NOx (nitrogen oxide) and the like in the exhaust gas.
[0019]
The engine body 10 includes a cylinder block and a cylinder head installed on the cylinder block. A piston 28 is disposed in the cylinder 27 of the cylinder block, and a combustion chamber 29 is formed between the upper surface of the piston 28 and the lower surface of the cylinder head.
[0020]
Further, the engine body 10 is formed with an intake port and an exhaust port that open to the combustion chamber 29. For example, two intake ports 30 and two exhaust ports 31 are formed for each cylinder. Each intake port 30 is connected to an intake manifold constituting the intake passage 12, and each exhaust port 31 is connected to an exhaust manifold constituting the exhaust passage 13.
[0021]
Each intake port 30 is provided with an intake valve 32, and each exhaust port 31 is provided with an exhaust valve 33. Each valve 32, 33 has a camshaft cam (not shown). 33 is driven.
[0022]
In particular, a variable valve operating device 34 (shown in FIG. 1) is incorporated in the camshaft that drives the intake valve 32, whereby the closing timing of the intake valve 32 is variable. More specifically, the variable valve operating device 34 includes two types of cams (not shown) and a switching mechanism that switches the intake valve 32 to operate with one of these cams. For example, as shown by the solid line in FIG. 5, the intake valve 32 is opened from a position slightly faster than the position where the piston reaches the top dead center (TDC), and the piston reaches the bottom dead center (BDC). The normal timing of closing the intake valve 32 at a position slightly later than the position, and the early closing timing (indicated by a broken line in FIG. 5) that closes the intake valve 32 slightly earlier than the bottom dead center (BDC). The closing time can be switched.
[0023]
Further, as shown in FIG. 2, the engine main body 10 is provided with an injector 35 for injecting fuel directly into the combustion chamber 29 and a spark plug 36, and the tip of the injector 35 is connected to the combustion chamber 29. The tip of the spark plug 36 is arranged at the substantially center of the ceiling of the combustion chamber 29.
[0024]
The injector 35 includes a needle urged in a valve closing direction by a return spring and an electromagnetic coil for lifting the needle, and the needle is lifted by excitation of the electromagnetic coil and pressurized by a fuel system described later. The fuel is injected from the tip nozzle.
[0025]
As shown in the figure, the injector 35 is disposed below the portion where the intake port 30 is disposed on one side of the combustion chamber 29 and toward the vicinity of the periphery of the combustion chamber facing the portion where the injector is disposed. It is attached to the engine body 10 in an inclined state so as to inject fuel obliquely downward. By arranging the injector 35 and the spark plug 36 in this manner, during operation, fuel is injected in the vicinity of the tip of the spark plug 36 as indicated by the symbol F in FIG.
[0026]
FIG. 3 shows an example of the configuration of the fuel system of the engine. In this figure, reference numeral 40 denotes a fuel tank, and a fuel supply passage 41 and a fuel return passage 42 are connected between the fuel tank 40 and the injector 35.
[0027]
The fuel supply passage 41 is provided with a low-pressure fuel pump 43, a filter 44, and an engine-driven high-pressure fuel pump 45 in order from the fuel tank 40 side. The fuel return passage 42 is located on the downstream side of the high-pressure regulator 46. A low pressure regulator 47 is provided. Further, a passage 48 that bypasses the high-pressure fuel pump 45 is provided, a check valve 48a is provided in the passage 48, a passage 49 that bypasses the high-pressure regulator 46 is provided, and a solenoid valve 49a is provided in the passage 49. Yes.
[0028]
In this fuel system, when the low pressure fuel pump 43 and the high pressure fuel pump 45 are operated and the solenoid valve 51 is closed, the high pressure regulator 46 functions, thereby the pressure of the fuel supplied to the injector 35 (hereinafter referred to as the fuel pressure). The fuel pressure is adjusted to a high pressure (high fuel pressure) that enables injection in the latter half of the compression stroke, while the high-pressure fuel pump 45 is stopped and only the low-pressure fuel pump 43 is operated, and the solenoid valve 51 is opened. Thus, the low pressure regulator 47 functions, and the fuel pressure is adjusted to a pressure (low fuel pressure) lower than the first fuel pressure.
[0029]
In FIG. 1, reference numeral 50 denotes an engine control ECU (control unit). The ECU 50 includes an accelerator sensor 37 that detects an accelerator opening (a depression amount of an accelerator pedal), an air flow meter 38 that detects an intake air amount, Signals from a water temperature sensor 39 for detecting the temperature of the engine cooling water, the O ₂ sensor 23, a crank angle sensor (not shown), and the like are input.
[0030]
The ECU 50 includes a supercharger control unit 51 that controls the electromagnetic clutch 20 according to an operating state, and a valve closing timing control unit 52 that switches the closing timing of the intake valve 32 by controlling the valve operating device 34. The fuel injection control means 53 for controlling the fuel injection timing and injection amount via the injector drive circuit 55, and the fuel pressure control for switching the fuel pressure by controlling the driving of the pumps 43 and 45 and the solenoid valve 49a of the fuel system. Means 54.
[0031]
The control of the electromagnetic clutch 20 according to the operating state by the supercharger control means 51 of the ECU 50 will be described with reference to FIG.
[0032]
The figure shows a supercharger stop region A, which is an operation region where the supercharger 17 is stopped in the engine operating state, and a supercharger drive region B, which is an operation region where the supercharger 17 is driven. In the supercharger stop region A, the electromagnetic clutch 20 is turned off, and in the supercharger drive region B, the electromagnetic clutch 20 is turned on. Further, line I in the figure corresponds to the torque when the intake pressure downstream of the supercharger becomes atmospheric pressure, that is, the total torque at the time of no supercharging, and line II represents the supercharger 17. This is equivalent to the fully open torque when the intake air is supercharged by.
[0033]
As shown in the figure, the turbocharger 17 is switched between the low load side and the high load side between the low load side and the high load side at the low speed side from the predetermined engine speed N set in advance. It is done. The set rotational speed N is set to the peak of the line II, that is, the rotational speed in the vicinity of the rotational speed of the engine that becomes the maximum torque when the supercharger 17 performs supercharging of intake air. On the other hand, on the higher speed side than the set rotational speed N, the supercharger 17 is driven from the low load side to the high load side. That is, the supercharger stop region A is a low load region on the low speed side from the set rotational speed N, and the supercharger drive region B is the high load side region and the set value on the low speed side from the set rotational speed N. The region extends from the low load side on the high speed side to the high load side from the rotational speed N.
[0034]
Further, as shown in FIG. 6, the fuel pressure switching control by the fuel pressure control means 54 of the ECU 50 is such that the fuel pressure is set to a high fuel pressure in the operating region where the required injection amount is greater than the specific amount Q _1. there, the required injection amount is fuel pressure in the low operating range than a specified amount Q ₁ are low fuel pressure. In other words, in the supercharger stop region A, the fuel pressure is set to a low fuel pressure in an extremely low load operation region where the required injection amount is extremely small (region indicated by hatching in FIG. 4; hereinafter referred to as a specific operation region α). High fuel pressure is assumed in other operating areas.
[0035]
Here, for example, if the specific amount Q ₁ is to be injected with fuel less than that amount under the high fuel pressure, the variation in the injection amount due to the operation error of the injector 35 becomes large, and the reliability of the injection amount is remarkably high. The value is set to decrease.
[0036]
Further, the fuel injection timing and the injection amount are controlled by the fuel injection control means 53 of the ECU 50 as follows.
[0037]
In the supercharger stop region A, the injector 35 is controlled so that fuel is injected in the latter half of the compression stroke, and in the supercharger drive region B, fuel is injected in the intake stroke. However, in the supercharger stop region A, in the specific operation region α, the injector 35 is controlled so as to inject fuel during the intake stroke.
[0038]
The fuel injection amount is controlled by exciting the electromagnetic coil of the injector 35 in accordance with the pulse width of the valve opening time signal (pulse signal) output from the injector drive circuit 55. Then, the required injection amount is calculated in accordance with the operating state, the pulse width is obtained based on the required injection amount and the fuel pressure, and the pulse signal having this pulse width is output to the injector 35, whereby the required amount is obtained. Fuel is injected.
[0039]
Further, the switching control of the closing timing of the intake valve 32 by the valve closing timing control means 52 of the ECU 50 is performed so that the closing timing of the intake valve 32 is set to the early closing timing in the specific operation region α and is set to the normal timing in other regions. It has become.
[0040]
The operational effects of the supercharger-equipped in-cylinder injection engine of this embodiment as described above will be described next.
[0041]
According to the engine as described above, the fuel pressure supplied to the injector 35 is set to a high fuel pressure in the operating range excluding the specific operating range α, and the operating time of the injector 35, that is, the excitation of the electromagnetic coil based on this fuel pressure. By controlling the time, a required amount of fuel according to the operating state is injected. In the supercharger stop region A excluding the specific operation region α, fuel is injected in the latter half of the compression stroke, so that the air-fuel mixture is unevenly distributed around the spark plug 36 and stratified combustion is performed. Stable combustion is performed in a state leaner than the stoichiometric air-fuel ratio to save fuel consumption. In the supercharger drive region B, fuel is injected during the intake stroke to promote fuel diffusion. Thus, uniform combustion is performed and engine output is increased.
[0042]
In the specific operating range α, the fuel pressure is switched to a low fuel pressure, the operating time of the injector 35 is controlled under this low fuel pressure, fuel injection is performed, and fuel injection is performed during the intake stroke. Is called. As a result, variations in the injection amount in the specific operation region α where it is necessary to inject a very small amount of fuel are suppressed, and stable combustibility is ensured.
[0043]
That is, when the fuel pressure is set to a low fuel pressure, the operation time of the injector 35 per required injection amount becomes longer. For example, as shown in FIG. 6, the injection amount varies under a high fuel pressure. Even if the required amount (Q ₂ ) is equal to or less than the specific amount Q _1, the fuel is stably injected. Moreover, since the fuel injection is performed during the intake stroke and the vaporization and atomization of the injected fuel is promoted, the injected fuel is not unevenly distributed in the vicinity of the injector 35 by reducing the fuel pressure. Stable flammability will be ensured.
[0044]
In addition, when a very small amount of fuel is injected during the intake stroke in the specific operating range α as described above to perform uniform combustion, the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio and leans to the lean side and exceeds the misfire limit. However, in the engine, as described above, in the specific operating range α, the closing timing of the intake valve 32 is set to the early closing timing, thereby suppressing the intake air. There is also a feature of effectively preventing misfire by suppressing the crossing.
[0045]
As described above, according to the engine of the present embodiment, compared to a conventional in-cylinder injection engine of this type equipped with a supercharger, a super-load region driven by a supercharger from an extremely low load region during idle operation or the like. The fuel can be stably supplied over the entire range, so that stable combustibility can be ensured in the entire operation range.
[0046]
By the way, the above-described engine is an example of an in-cylinder injection type engine according to the present invention, and a specific configuration thereof can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
[0047]
For example, in the engine described above, the intake valve 32 is closed early in the specific operating region α to suppress intake air so that the air-fuel ratio in the specific operating region α does not exceed the misfire limit. If there is no possibility of exceeding the misfire limit, the variable valve 34 may be omitted by performing the intake valve 32 at a fixed normal timing. In addition, as a method of suppressing the intake air in this way, it is conceivable to adjust the opening of the throttle valve. However, in this case, there is a pumping loss. It is advantageous to advance. In addition, even if the intake valve 32 is closed at a position much later than the position where the piston reaches bottom dead center (BDC), intake can be suppressed without pumping loss as in the case of early closing. In this case, there is a possibility that the lean air-fuel ratio may be promoted by blowing back the fuel injected in the intake stroke.
[0048]
Further, in the above engine, the fuel pressure is switched in the operating range of the specific rotation speed N or less. However, when the fuel pressure is switched, the output pulse width to the injector 35 needs to be changed accordingly. In the engine that switches the fuel pressure on the basis of this, the control for varying the pulse width according to the rotational speed becomes complicated. Therefore, the fuel pressure may be switched only by the load regardless of the rotational speed, thereby simplifying the fuel injection control by the injector 35.
[0049]
Note that the drive region of the supercharger 17, the specific fuel pressure, the fuel injection amount by the injector 35, and the like may be appropriately set according to the engine to which the turbocharger 17 is applied. In this case, for example, there is an engine that increases the scavenging performance by driving the supercharger in an extremely low load operation region such as during idle operation. When the present invention is applied to such an engine, As a result of the supercharging of the intake air, the air-fuel ratio may be largely biased to the lean side and exceed the misfire limit. Therefore, it is preferably applied to an engine in which the supercharger is stopped in an extremely low load range.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, the supercharger-equipped in-cylinder injection engine of the present invention is a supercharger-provided in-cylinder injection engine that includes an injector that directly injects fuel into a combustion chamber. The fuel pressure supplied to the injector is made lower than the fuel pressure on the high load side from the operating range, and the fuel injection in this extremely low load operating range is performed in the intake stroke. The operating time of the injector per required fuel injection amount has been lengthened to reduce the effect on the injection amount due to the operating error of the injector. While injecting, a fuel injection system in an extremely low load region can be appropriately secured. In addition, in the operating range where the fuel pressure is lowered, fuel is injected during the intake stroke, so that fuel vaporization and atomization is promoted, so that combustibility can be appropriately ensured while lowering the fuel pressure.
[0051]
In particular, in this engine, fuel injection control can be simplified if the supply fuel pressure is changed based only on the engine load.
[0052]
Moreover, the filling of the intake in the extremely low load range when to suppressed compared with the stratified combustion state, it is possible to effectively avoid misfire in the extremely low load operation range. In this case, if the intake timing is adjusted so that the intake valve is closed before the piston reaches the bottom dead center, thereby suppressing the charging of intake air, misfire can be avoided without pumping loss.
[0053]
Furthermore, if the supercharger is stopped in the extremely low load operation region, misfire in this operation region can be avoided. In addition, in an extremely low load operation region, fuel vaporization and atomization can be promoted by injecting more fuel at the time of cold operation than when warming up and performing uniform combustion by fuel injection in the intake stroke. The engine can be warmed up.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a supercharger-equipped in-cylinder injection engine according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing a combustion chamber of the engine body and the vicinity thereof.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a fuel system of the engine.
FIG. 4 is a diagram illustrating a driving region of a supercharger and fuel injection timing.
FIG. 5 is a diagram illustrating intake timing.
FIG. 6 is a graph showing the relationship among fuel pressure, injection amount, and injection time (pulse width).
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the fuel injection amount and the injection time (pulse width) in the conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
10 Engine Body 12 Intake Passage 13 Exhaust Passage 17 Supercharger 35 Injector 40 Fuel Tank 41 Fuel Supply Passage 42 Fuel Return Passage 43 Low Pressure Fuel Pump 45 High Pressure Fuel Pump 50 ECU
51 Supercharger control means 52 Valve closing timing control means 53 Fuel injection control means 54 Fuel pressure control means

Claims

An injector that has a supercharger in the intake passage, and increases the intake pressure downstream of the supercharger in the high load side region of the engine above the atmospheric pressure by supercharging the intake air by the supercharger and injects fuel directly into the combustion chamber And fuel injection control means for changing the fuel injection timing and injection amount, and stratified combustion is performed by injecting fuel from the injector to the compression stroke in a state where the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio in the low load side region of the engine. On the other hand, in the high load side region, a supercharged in-cylinder injection engine in which fuel is injected from the injector to the intake stroke in a state where the air-fuel ratio is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio. In
Provide fuel pressure control means to change the fuel pressure supplied to the injector,
By the control of the fuel pressure control means and the fuel injection control means, fuel injection is performed in the compression stroke in the low load side region and in the intake stroke in the high load side region. In an extremely low load operation region where the fuel injection amount is less than a specific amount, the intake stroke is performed by setting the fuel pressure supplied to the injector to a low fuel pressure state lower than the supply fuel pressure in the region on the higher load side than the extremely low load operation region. An in-cylinder injection engine with a supercharger, characterized by performing fuel injection on

The in-cylinder injection engine with a supercharger according to claim 1, wherein the supply fuel pressure is changed based only on a load of the engine.

The in-cylinder injection engine with a supercharger according to claim 1 or 2, wherein the charging of the intake air is suppressed in the extremely low load operation region as compared with the stratified combustion state.

The in-cylinder injection engine with a supercharger according to claim 3, wherein charging of the intake air is suppressed by adjusting an intake air timing so that the intake valve is closed before the piston reaches bottom dead center.

The in-cylinder injection engine with a supercharger according to claim 1, wherein the supercharger is stopped at least in the extremely low load operation region.

2. The supercharger-equipped in-cylinder injection engine according to claim 1, wherein in the extremely low load operation region, when the engine is cold, more fuel is injected in the intake stroke to perform uniform combustion.