JP4134708B2 - Combustion assist device for internal combustion engine - Google Patents

Combustion assist device for internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP4134708B2
JP4134708B2 JP2002359543A JP2002359543A JP4134708B2 JP 4134708 B2 JP4134708 B2 JP 4134708B2 JP 2002359543 A JP2002359543 A JP 2002359543A JP 2002359543 A JP2002359543 A JP 2002359543A JP 4134708 B2 JP4134708 B2 JP 4134708B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion chamber
fuel
injection
combustion
side wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002359543A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004003428A (en
Inventor
久人 広岡
猛 奥村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2002359543A priority Critical patent/JP4134708B2/en
Publication of JP2004003428A publication Critical patent/JP2004003428A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4134708B2 publication Critical patent/JP4134708B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃焼室内に気体を噴射する燃焼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンのシリンダ内に高圧空気を噴射して高負荷時の燃焼後半における拡散燃焼を速やかに完了させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、直噴ディーゼルエンジンにおいて、燃焼室内に空気噴射弁を配設し、膨張行程中に燃料噴射方向の旋回流下流側に向けて高圧空気を噴射することで、密集している燃料を擾乱させる技術(例えば、特許文献2参照)、シリンダボア壁に、燃料噴射弁方向又は燃焼室接線方向に1つ以上の空気噴射孔を設け、ピストンの下死点時に圧縮空気を噴射することで、噴射燃料の貫徹制御、拡散防止、燃料の微粒化促進を行う技術(例えば、特許文献3参照)、筒内直噴エンジンにおいて、燃焼室内に空気噴射弁を配設し、燃料噴射時に高圧空気を噴射することで、噴射した燃料の分散を抑制し、点火プラグ近傍に可燃混合気を形成させる技術(例えば、特許文献4参照)、燃料を噴射する気筒内の圧力よりも高い圧力の他の気筒から圧縮空気をアシストエアとして供給する技術(例えば、特許文献5参照)が知られている。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−319837号公報(第3頁、図1)
【特許文献2】
特開昭62−267519号公報(第2、3頁、図1)
【特許文献3】
実開平1−74323号公報(第3−7頁、図1)
【特許文献4】
特開2001−248443号公報(第3、4頁、図1、2)
【特許文献5】
特開平2−115569号公報(第2−4頁、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の技術によるノッキング防止の効果は燃焼室内の初期燃焼(0〜10%燃焼期間)と、ノッキングが主に発生する後期燃焼(10〜90%燃焼期間)と、の双方に作用するため、後期燃焼における燃焼速度低下のみを改善することは出来ず、ノッキング防止のための根本的原因の改善とはならない。
【0005】
また、直接噴射型内燃機関で噴射した燃料が燃焼室内に付着する問題においても、圧縮着火式内燃機関では燃焼室内温度を上昇させるなどして噴射燃料の気化を促進するなどの方法があるが、火花点火型内燃機関では、燃焼室内温度を上昇させることよる前記ノッキングなどの問題が発生する。
【0006】
本発明は前記のような事情に鑑み、燃焼過程後期の燃焼速度を増加させることによるノッキングの抑制、および燃焼室内側壁面への燃料付着を防止することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の燃焼室内側壁面に設けられて燃焼室内に気体を噴射する複数の高圧気体噴孔と、高圧気体噴射孔より燃焼室内に気体を噴射する高圧気体噴射弁と、前記高圧気体噴孔より噴射する高圧気体を供給する高圧気体供給手段とを備える内燃機関の燃焼補助装置を使用した。
【0008】
前記内燃機関はその燃焼室内に乱流を発生させる乱流発生手段を有し、前記乱流発生手段は、燃焼室内側壁面に設けられた噴孔より、その燃焼室内側壁面に向かって気体を噴射する噴射手段であることとした。
【0009】
ノッキングが発生する原因は、火源である点火装置より伝播する火炎面が燃焼室端部に到達する前に、燃焼室内側壁面周辺より混合気が自然発火し、急激に燃焼することに起因する。よって、点火装置より発生する火炎面の伝播速度を速めて、燃焼室端部から発火する前に燃焼室端部まで火炎面を到達させる。これに加えて、燃焼室内側壁面の加熱された混合気を撹拌することにより燃焼室内側壁面周辺の気体の温度を均一化する。この均一化により、他の部分に比べて高温となる箇所が発生しなくなり、この結果、燃焼室内側壁面周辺の気体が自然発火しなくなる。これらノッキングを低減するために、燃焼室内側壁面に複数の噴孔を設けて、この噴孔より燃焼室内に気体を噴射する。
【0010】
この噴射される気体は主として空気であり、外部より取り込んだ空気を高圧ポンプ等の高圧気体供給手段で加圧して高圧にする。また、噴孔には構造的に弁を設けることが難しいので、高圧ポンプと噴孔との間の通路に噴射弁を設けて、この弁により空気の噴射制御を行うことが好ましい。
【0011】
前記噴孔より噴射される空気は燃焼室内の壁面、若しくは他の噴孔より噴射される空気の流れに接触することにより、その流れが乱され、乱流が発生する。また、噴射する時期としては、ピストンが上昇して、混合気が十分に圧縮されて点火装置により点火される直前が良い。したがって、この噴孔が取り付けられる位置は、ピストンが上昇しても燃焼室内側壁面を形成している位置、すなわち燃焼室の上部である、シリンダブロックとシリンダヘッドの接合面付近に取り付けられるのがよい。この噴孔の噴射位置は、均一に乱流が発生するように取り付けられることが望ましい。
【0012】
前記の乱流が燃焼室端部に発生することにより、この燃焼室端部に停滞していた混合気が撹拌され、その燃焼速度を増加することが可能となる。
【0013】
次に、前記燃焼補助装置の形態を用いて、前記内燃機関はその燃焼室内に燃焼室内側壁面に沿って流れる壁流を発生させる壁流発生手段を有し、前記壁流発生手段は、燃焼室内側壁面に設けられた噴孔より、その燃焼室内側壁面に沿って気体を噴射する噴射手段であることとした。
【0014】
燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射型内燃機関では、液体である燃料を細粒化して燃焼室内に噴射する。一般に燃焼室内温度は高温であるため、この噴射された燃料は気化するが、一部は気化する前に燃焼室内側壁面まで達し、この燃焼室内側壁面に付着する。
【0015】
前記燃焼室は、その側壁内部に内燃機関を冷却する冷却水路を有している。よって冷却水路を流れる冷却水により燃焼室内側壁面は冷却され、噴射されてこの燃焼室内側壁面に付着した燃料は、より気化し難い状態になる。そして、気化していない燃料は、内燃機関の燃焼行程において不完全燃焼を起こしやすくなる。その結果として煤、HC等の汚染物質を発生させる。
【0016】
よって、燃料が燃焼室内側壁面に付着防止するために、燃焼室内側壁面に気体を噴射する噴孔を設け、この噴孔より燃焼室内側壁面に沿って気体を噴射し、この気体による気流の壁を形成する。この形成された気流の壁により、燃焼室壁面に近づいた細粒化された燃料は、気流内に取り込まれて燃焼室内中を漂い、壁面に付着することが無くなる。また、この細粒化された燃料が燃焼室内を漂う途中で気化することもある。
【0017】
この壁流を形成するために、噴孔は燃焼室内側壁面に沿う形状に気体を噴射するように設けられる。前記噴孔は、同一位置に均等な間隔で並ぶように燃焼室内側壁面に設けられる。
【0018】
噴孔より噴射を行う時期としては、燃焼室内に燃料が噴射されてこの噴射された燃料が燃焼室内側壁面に到達する以前である。また、前記噴孔は、この燃料が噴射された時点でのピストン位置よりも上方に設けられる。
【0019】
前記内燃機関の稼働状態に応じて前記燃焼室内に気体を噴射する気体噴射制御手段を有することとした。
【0020】
前記火花点火式内燃機関では、ノッキング防止のために当該燃焼補助装置を使用する。よって内燃機関がノッキングの起こらない条件にて稼働している状態では、当該燃焼補助装置を使用する必要性は無い。また前記筒内直接噴射型内燃機関では、噴射された燃料が燃焼室側壁への付着防止のために当該燃焼補助装置を使用する。よって燃料付着が起きない条件であるならば、当該燃焼補助装置を使用する必要は無い。したがって、内燃機関の諸条件により、当該燃焼補助装置の気体噴射を実行するかどうかを決定する。
【0021】
本発明においては、前記気体噴射制御手段は、前記噴孔より噴射された気体に内燃機関の燃焼による火炎が到達する前に気体の噴射を停止させることができることとした。
【0022】
前記噴孔より噴射された気体に内燃機関の燃焼による火炎が到達すると、この空気により火炎が冷却され、燃焼速度が低下する虞がある。燃焼速度が低下することにより、ノッキングが発生し易くなるため、火炎到達前に気体の噴射を停止させてノッキングの発生を抑制する。
【0023】
本発明においては、混合気への点火時期を前記内燃機関の稼動状態に応じて変更する点火手段をさらに備え、前記気体噴射制御手段は、気体噴射停止と点火時期との間隔を一定とすることができることとした。
【0024】
一般に内燃機関が高回転になると点火時期が進角される。ここで、気体の噴射の停止時期もこれに連動して進角させることにより、気体噴射停止時期と点火時期との間隔を一定に保つことができる。これにより、火炎温度の低下を抑制することが可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】
<第1の実施の形態>
本発明に係る内燃機関の燃焼補助装置を、火花点火式内燃機関であるガソリンエンジンシステムに適用した実施の形態について説明する。
【0026】
図1において、内燃機関(以下、エンジンという)1は、燃料供給系10、燃焼室20、吸気系30及び排気系40等を主要部として構成される直列4気筒のガソリンエンジンシステムである。以下、本ガソリンエンジンシステムの構成について説明する。
【0027】
燃料供給系10は、サプライポンプ11、蓄圧室(コモンレール)12、燃料噴射弁13、機関燃料通路P1等を備えて構成される。
【0028】
サプライポンプ11は燃料タンク(図外)からくみ上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路P1を介してコモンレール12に供給する。コモンレール12はサプライポンプ11から供給された高圧燃料を所定の圧力に保持(蓄圧)する機能を有し、この蓄圧した燃料を吸気ポート内に設けられた各燃料噴射弁13に分配する。燃料噴射弁13はその内部に電磁ソレノイド(図外)を備えた電磁弁であり、適宜開弁して吸気ポート内に燃料を供給噴射する。
【0029】
吸気系30は、各燃焼室20内に供給される吸気空気の通路(吸気通路)を形成する。一方、排気系40は、各燃焼室20から排出される排気ガスの通路(排気通路)を形成する。
【0030】
吸気系30において、大気より取り入れられた吸入空気は、エアクリーナ31で濾過される。このエアクリーナ31より下流に設けられたスロットル弁32は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸気通路の流路面積を絞り、同吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有する。そしてこの供給量を調整された空気はエンジン1の吸気ポートへ送られ、ここで前記燃料噴射弁13より噴射される燃料と混合され、混合気となる。
【0031】
排気系40において、燃焼室より接続する排気集合管40より下流側には、排気ガスの流路に沿って排気通路40b、その下流に触媒ケーシング42、更に下流に排気通路40cが順次連結されている。触媒ケーシング42には、排気ガス中に含まれるNOx等の有害成分を浄化する三元触媒、若しくは吸蔵還元型NOx触媒が収容されている。
【0032】
また、エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、当該部位の環境条件やエンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
【0033】
すなわち、レール圧センサ70は、コモンレール12内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。エアフローメータ72は、吸気系30内のスロットル弁32上流において吸入空気の流量(吸気量)に応じた検出信号を出力する。酸素濃度(A/F)センサ73は、排気系40の触媒ケーシング42上流において排気ガス中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。触媒流出排気温度センサ74は、同じく排気系40の触媒ケーシング42下流において排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。
【0034】
また、アクセル開度センサ76はアクセルペダル(図外)に取り付けられ、同ペダルの踏込量に応じてエンジン1において要求する仕事量の基となる検出信号を出力する。クランク角センサ77は、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力する。これら各センサ70〜79は、電子制御装置(ECU)80と電気的に接続されている。
【0035】
ECU80は中央演算処理装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び運転停止後も記憶した情報が消去されないバックアップRAM、タイマカウンタ等と、A/D変換器を含む入力ポートと、出力ポートとが、双方向性バスにより接続されて構成される論理演算回路を備える。
【0036】
ECU80は、前記各種センサの検出信号を入力ポートを介して入力し、これら信号に基づいてECU80に有するCPUにおいて、ROMに記憶されているプログラムから、エンジン1の燃料噴射等についての基本制御を行う他、エンジン1の運転状態に関係する各種制御を行う。
【0037】
図2に示すように燃焼室20は、側壁をシリンダブロック21、上壁をシリンダヘッド22にて形成され、このシリンダブロック21内にピストン23が下方より挿入されて形成される。燃焼室20の側壁を形成するシリンダブロック21にはシリンダライナ24が貫入されて、このシリンダライナ24の内面が燃焼室20の内側壁面となると共に、このシリンダライナ24とシリンダブロック21とのの接合面には冷却水路25が各気筒のシリンダライナ24側面を流通するように設けられている。
【0038】
燃焼室20の上壁を形成するシリンダヘッド22には、吸気系30より連なる吸気ポート33、排気系40へ連なる排気ポート38が設けられている。そして吸気バルブ27a、排気バルブ27bがそれぞれ吸気ポート33、排気ポート38の弁となるように取り付けられる。また、シリンダヘッド21の燃焼室20中央部には点火装置となる点火プラグ28が取り付けられる。
【0039】
燃焼室20の下方に設けられたピストン23はその下部でコンロッド(図外)の一端に連結され、このコンロッドは他端をクランクシャフト(図外)に連結する。そしてピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変更する。
【0040】
前記シリンダヘッド22とシリンダブロック21の間にはスペーサ52が狭持されると共に、燃焼室20との接続部には噴孔付きリング53が狭持される。この噴孔付きリング53には、円形の断面を持つ燃焼室20の法線に対して斜に穿設されて、燃焼室20内部に高圧空気を噴射する複数の噴孔54と、この複数の噴孔54に環状に連なる環状通路55とが設けられている。
【0041】
前記スペーサ52には前記環状通路55に連なり、シリンダブロック21側面まで連なる高圧空気通路56を穿設する。前記高圧空気通路56の上流には、高圧空気を噴射する際の弁となる高圧空気噴射弁51が設けられている。この高圧空気噴射弁51の上流には、空気を加圧して高圧空気噴射弁51に送る高圧ポンプ50が設けられている。そして高圧ポンプ50には前記吸気系30よりエアクリーナ31にて浄化された空気が流入する。
【0042】
以下、前記噴孔54より噴射される高圧空気によるノッキング抑制方法について述べる。通常の燃焼工程では、混合気が吸気ポート33より燃焼室20内部に流入し、ピストン23でこの混合気が圧縮されて点火プラグ28により点火されて燃焼、体積膨張し、ピストン23を下方に押し戻す。これに対してノッキングはピストン23により圧縮された混合気が、この圧縮による自己発熱と、燃焼室温度とにより、点火プラグ28で点火された火炎面が燃焼室端部に到達する前に、燃焼室端部より自然発火して急激に延焼する現象である。よってノッキングを抑制するには、燃焼室端部より自然発火する前に火炎面を燃焼室端部まで到達させる方法や、局部的に過熱状態となった混合気を他の非過熱状態の混合気と撹拌し、温度を低下させる方法がある。
【0043】
具体的な方法としては、ピストン23により混合気が圧縮され、点火プラグ28により混合気に点火される。そして点火された火炎の火炎面は燃焼室20中央に設けられた点火プラグ28位置より燃焼室端部へ広がっていく。この時に高圧空気噴射弁51を開放し、シリンダヘッド22とシリンダブロック21との間に狭持したリング53に設けた複数の噴孔54より圧縮空気を噴射して燃焼室20側壁近傍に乱流を発生させる。
【0044】
前記高圧空気噴射弁51はECU80によりその噴射時期を制御される。より具体的には、ECU80はクランク角センサ77やアクセル開度センサ76等より検出する信号に基づいて点火プラグ28の点火時期、及び燃焼噴射弁13より噴射される燃料噴射量を決定し、この決定された添加時期、燃料噴射量、及びクランク角センサ77より求められるピストン位置から高圧空気噴射弁51の高圧空気噴射時期を制御する。また、高圧ポンプ50はクランクシャフトと連動し、クランクシャフトが回転すると共に噴射する空気を加圧する。
【0045】
噴孔54は図3に示すように、それぞれ法線に対して同一角度で設けられており、また噴孔54より噴射される圧縮空気流は、隣接する噴孔54より発射される圧縮空気流と干渉し、この干渉により乱流が発生する。乱流が発生することにより、燃焼室内側壁面周辺で停滞していた混合気は撹拌されることになる。よって火炎面が乱流域まで到達した時点で火炎面伝播速度は加速され、ノッキングが開始する前に燃焼室内側壁面まで火炎面を到達させることが可能となる。また、乱流が発生し、混合気が撹拌されることで、燃焼室内側壁面で加熱されている混合気も均一に撹拌されて、部分的温度上昇が緩やかになり、自然発火を起こしにくくなる。
【0046】
なお、前記ノッキング抑制方法を行うにあたり、エンジン1の稼働状態がノッキングを誘発する状態でないならば、特にこのノッキング抑制方法を行う必要はない。ノッキングは図4に示すように高回転であり、かつ高負荷時(高出力時)のみ発生している。よって、予め高圧空気噴射を行わない状況でノッキング発生領域を計測し、この計測結果に基づいて回転数と負荷にてノッキング発生領域をマッピングする。そしてエンジン1の稼働状態がこのマッピングの領域内ならば、本実施の形態1にある、高圧空気噴射による燃焼補助装置を作動させ、領域外ならばノッキングを抑制する必要はないため、燃料補助装置は作動されない。
【0047】
以上ノッキング抑制方法を図5のチャートに基づいて説明する。先ず、S501でエンジン1の稼働状態がノッキングを誘発する状態であるかどうかを判断する。ここでノッキングが発生する状態であるならばS502へ進み、ノッキングが発生しない状態であるならばS507へ進んで本チャートを終了する。
【0048】
次に、S502で点火プラグ28によって点火する直前に高圧空気噴射弁51を開放し、噴孔54より高圧空気を発射する。
【0049】
次に、S503で複数の噴孔54より噴射された高圧空気は他の噴孔54より噴射された高圧空気と干渉し、燃焼室内側壁面周辺に乱流を発生して高乱流域を形成する。この高圧空気で高乱流域を形成することにより、燃焼室内側壁面周辺の混合気は停滞することが無くなるため、燃焼室内側壁面周辺の混合気のみが加熱されることが無くなる。
【0050】
次に、S504でS502の時に点火プラグ28により点火された火炎の火炎面が高乱流域に到達する。高乱流域では気流の流れが速くなっているため、S505で、この気流の流れによって火炎面の伝播が加速され、燃焼速度の低下を防止する。
【0051】
そしてS506でノッキングの発生を抑制した後にS507へ進み本チャートを終了する。
【0052】
尚、本実施の形態1では、乱流を発生させることによって燃焼速度が増加すると共に、この乱流を発生させることによる混合気の撹拌が進み、より燃焼効率を高めることが可能となる。
<第2の実施の形態>
次に、本発明に係る実施の形態2について、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射型内燃機関である、ディーゼルエンジンシステムに適用した実施の形態について説明する。
【0053】
図6において、エンジン101は、燃料供給系110、燃焼室120、吸気系130及び排気系140等を主要部として構成される直列4気筒のディーゼルエンジンシステムである。以下、本ディーゼルエンジンシステムの構成について説明する。
【0054】
燃料供給系110は、サプライポンプ111、蓄圧室(コモンレール)112、燃料噴射弁113、機関燃料通路P1等を備えて構成される。
【0055】
サプライポンプ111は燃料タンク(図外)からくみ上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路P1を介してコモンレール112に供給する。コモンレール112はサプライポンプ111から供給された高圧燃料を所定の圧力に保持(蓄圧)する機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁113に分配する。燃料噴射弁113はその内部に電磁ソレノイド(図外)を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室120内に燃料を供給噴射する。
【0056】
吸気系130は、各燃焼室120内に供給される吸気空気の通路(吸気通路)を形成する。一方、排気系140は、各燃焼室120から排出される排気ガスの通路(排気通路)を形成する。
【0057】
また、このエンジン101には、周知の過給器(ターボチャージャ)145が備えられている。ターボチャージャ145は、シャフト146を介して連結されたタービンホイール147とコンプレッサ148とを備える。一方のコンプレッサ148は吸気系130内の吸気に晒され、他方のタービンホイール147は排気系140内の排気ガスに晒されている。このような構成を有するターボチャージャ145は、タービンホイール147が受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサ148を回転させ、吸気圧を高める効果(過給効果)を有する。
【0058】
吸気系130において、ターボチャージャ145の下流に設けられたインタークーラ131は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ131よりも更に下流に設けられたスロットル弁132は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸気通路の流路面積を絞り、同吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有する。
【0059】
また、エンジン101には、燃焼室120の上流(吸気系130)及び下流(排気系140)をバイパスする排気環流通路(EGR通路)160が形成されている。具体的には、EGR通路160は排気系140におけるターボチャージャ145上流の排気集合管140aと吸気系130におけるスロットル弁132の下流側を連通している。このEGR通路160は、排気ガスの一部を適宜吸気系130に戻す機能を有する。EGR通路160には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調節することが可能なEGR弁161と、EGR通路160を通過(環流)する排気ガスを冷却するためのEGRクーラ162が設けられている。
【0060】
また、排気系140において、燃焼室より接続する排気集合管140a、タービンホイール147が設けられた部位より下流側には、排気ガスの流路に沿って排気通路140b、その下流に触媒ケーシング142、更に下流に排気通路140cが順次連結されている。触媒ケーシング142には、排気ガス中に含まれるNOx等の有害成分を浄化する吸蔵還元型NOx触媒が収容されている。
【0061】
また、エンジン101の各部位には、各種センサが取り付けられており、当該部位の環境条件やエンジン101の運転状態に関する信号を出力する。
【0062】
すなわち、レール圧センサ170は、コモンレール112内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。エアフローメータ172は、吸気系130内のスロットル弁132上流において吸入空気の流量(吸気量)に応じた検出信号を出力する。酸素濃度(A/F)センサ173は、排気系140の触媒ケーシング142上流において排気ガス中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。触媒流出排気温度センサ174は、同じく排気系140の触媒ケーシング142下流において排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。
【0063】
また、アクセル開度センサ176はアクセルペダル(図外)に取り付けられ、同ペダルの踏込量に応じてエンジン101において要求する仕事量の基となる検出信号を出力する。クランク角センサ177は、エンジン101の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力する。これら各センサ170〜177は、電子制御装置(ECU)180と電気的に接続されている。
【0064】
ECU180は中央演算処理装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び運転停止後も記憶した情報が消去されないバックアップRAM、タイマカウンタ等と、A/D変換器を含む入力ポートと、出力ポートとが、双方向性バスにより接続されて構成される論理演算回路を備える。
【0065】
ECU180は、前記各種センサの検出信号を入力ポートを介して入力し、これら信号に基づいてECU180に有するCPUにおいて、ROMに記憶されているプログラムから、エンジン101の燃料噴射等についての基本制御を行う他、エンジン101の運転状態に関係する各種制御を行う。
【0066】
図7に示す燃焼室120は、側壁をシリンダブロック121、上壁をシリンダヘッド122にて形成され、このシリンダブロック121内にピストン123が下方より挿入されて形成される。燃焼室120の側壁を形成するシリンダブロック121にはシリンダライナ124が貫入されて、このシリンダライナ124の内面が燃焼室120の内側壁面となると共に、このシリンダライナ124とシリンダブロック121とのの接合面には冷却水路125が各気筒のシリンダライナ124側面を流通するように設けられている。
【0067】
燃焼室120の上壁を形成するシリンダヘッド122には、吸気系130より連なる吸気ポート133、排気系140へ連なる排気ポート138が設けられている。そして吸気バルブ127a、排気バルブ127bがそれぞれ吸気ポート133、排気ポート138の弁となるように取り付けられる。また、シリンダヘッド122の燃焼室120中央には燃焼室120内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置113が取り付けられる。
【0068】
前記シリンダヘッド122とシリンダブロック121の間にはスペーサ152が狭持されると共に、燃焼室120との接続部にはリング153が狭持される。このリング153には、断面形状が円形である燃焼室120に向かう法線に対して斜に穿設されて、燃焼室120内部に高圧空気を噴射する複数の噴孔154と、この複数の噴孔154に環状に連なる環状通路155とが設けられている。前記スペーサ152には前記環状通路155に連なり、シリンダブロック121側面まで連なる高圧空気通路156を穿設する。
【0069】
前記高圧空気通路156の上流には、高圧空気を噴射する際の弁となる高圧空気噴射弁151が設けられている。この高圧空気噴射弁151の上流には、空気を加圧して高圧空気噴射弁151に送る高圧ポンプ150が設けられている。そして高圧ポンプ150には前記吸気系130よりエアクリーナにて浄化された空気が流入する。
【0070】
前記ピストン123の頂部には、凹部が設けられている。この凹部は前記燃料噴射装置113の噴出孔に対応して、噴出孔よりの燃料がこの凹部に向けて噴射される。そしてこの凹部に燃料が噴射されることにより、この凹部周辺に噴射された燃料が停滞することになる。
【0071】
前記のように燃料室120内に噴射された燃料は、ピストン123の凹部に噴射されることにより、ほぼ燃焼室120中心部に留まることとなるが、燃料の一部は、噴射された際に、燃焼室内側壁面であるシリンダライナ124に付着する。このシリンダライナ124は、冷却水で冷却されているため、その表面温度が燃焼室温度に対して低くなるようになっている。よってシリンダライナ124に付着した燃料は、燃焼室内に噴射されて浮遊している燃料に比べて、蒸発しにくい状態にある。そして、この付着して気化しない燃料は、燃焼室内で燃焼が起こる際に、不完全燃焼を起こし、その結果として排気中のHCや煤等を増加させることになる。
【0072】
以下、前記噴孔154より噴射される高圧空気による燃料の燃焼室内側壁面への付着抑制方法について述べる。通常の燃焼工程では、まず最初にピストン123が上昇することにより燃焼室120内に取り込まれた空気を圧縮する。そして圧縮された状態、すなわちピストン123が上方へあがった状態で燃料を噴射する。その後更にピストン123は上昇し、上死点付近で圧縮された空気の自己発熱により燃料に点火し、燃焼が始まる。
【0073】
よって、燃料の燃焼室内側壁面への付着を防止するためには、燃料噴射後、着火し、火炎が広がるまでの間に、噴射された燃料が燃焼室内側壁面に付着しないようにすればよい。このため、図8に示すように前記噴孔154より、空気を噴射してエアカーテンを形成し、このエアカーテンにより噴射された燃料が燃焼室内側壁面に付着するのを防止する。
【0074】
具体的な手順としては、燃焼室120内に燃料が噴射されると同時か、若しくはその直前に高圧空気噴射弁151を開放し、複数設けられた噴孔154より高圧空気を噴射する。この噴孔154は燃焼室内側壁面に沿って空気が噴射できるように設けられている。各噴孔154より燃焼室内側壁面に沿って空気を噴出することにより、燃焼室内側面に沿って環状の気流が発生する。この発生した環状の気流をエアカーテンとして、噴射された燃料が燃焼室内側壁面に付着することを防止する。
【0075】
本実施の形態2では、燃焼室内に噴射された燃料が燃焼室内側壁面に付着しないようにすることを目的としている。よって噴射された燃料が燃焼室内側壁面に付着しない条件、例えばエンジン101が高温の状態で、噴射される燃料が少量である等の条件では本実施の形態2を行わなくても燃料が燃焼室内側壁面に付着することは無い。よって各条件によって本実施の形態2を行うかどうかを定めることにより、空気を高圧にする際のエンジン1の動力損失を減少することが可能となる。
【0076】
また、本実施の形態2では筒内直接噴射型内燃機関としてディーゼルエンジンシステムを用いたが、燃焼室内に直接燃料を噴射する形態の内燃機関であるならば、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関にも本実施の形態2を適応することが可能である。
【0077】
また、本実施の形態2では気体の流れによる壁流を形成して、燃焼室内側壁面に付着に付着する燃料を減少させることにより、燃焼室内に噴射された燃料の完全燃焼する割合を高めることができる。つまりは燃焼室内に噴射された燃料の燃焼効率が高まることになる。
【0078】
本実施の形態1及び本実施の形態2では、燃焼室内に高圧空気を噴射することにより、吸気ポートから取り入れる空気とは別に燃焼室内に空気を取り込む結果となっている。しかし、本実施の形態で、噴射される高圧空気として取り込まれる空気の量は、例えば、噴孔面積約0.1mm^2、噴射時間約0.5ミリ秒、噴射圧力10MPaで行っており、これによる空燃比(A/F)の変化は約0.2〜0.1程度となる。この値は、本実施の形態では特に問題となるような値でない。よって特に空燃比の再設定は行われていないが、他の形態においては空燃比も考慮して本実施の形態と同様に高圧空気を噴射する方法も想定される。
【0079】
また、本実施の形態1及び本実施の形態2では、高圧空気を作成するのに高圧ポンプを用いて、この高圧ポンプより直接高圧空気を高圧空気噴射弁より噴射した。この他にも、予め蓄圧室を設けて高圧空気を溜め、この蓄圧室より高圧空気噴射弁に高圧空気を送り噴射しても良い。この蓄圧室を設けることにより、エンジンが低負荷時に予め高圧ポンプで高圧空気を貯留しておき、高負荷時に高圧ポンプを停止することが可能となる。これにより動力を最も必要とする高負荷時に、高圧ポンプを稼働することによる動力損失を起こすことなく本実施の形態を行うことが可能となる。
<第3の実施の形態>
本実施の形態では、燃焼室内で混合気が燃焼したときの火炎が噴射された高圧空気に到達する前に高圧空気の噴射を停止させる。これを実現させるために、本実施の形態では、混合気の点火時期に連動して高圧空気の噴射時期を変化させる。
【0080】
尚、本実施の形態では、火花点火式内燃機関であるガソリンエンジンシステムに適用した実施の形態について説明するが、ディーゼルエンジンシステムにおいても、点火プラグによる点火時期を燃料噴射弁による燃料噴射時期に置き換えることにより適用可能となる。
【0081】
本実施の形態においては、高圧空気の噴射制御が異なるものの、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成は第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0082】
ここで、燃焼室20内に噴射される高圧空気は、燃焼室20内の火炎よりも温度が低いため、噴射直後の高圧空気に火炎が接触すると、該火炎の温度が低下する。これにより、火炎伝播速度が遅くなると、火炎面が燃焼室端部に到達する前に混合気が自然着火してノッキングが発生してしまう。よって、ノッキングの発生を抑制するには、火炎面が高圧空気に到達する前に高圧空気の噴射を停止させ、燃焼後期の燃焼速度の低下を抑制し、燃焼室端部より自然発火する前に火炎面を燃焼室端部まで到達させることが有効である。
【0083】
本実施の形態では、点火プラグ28の点火時期と連動して高圧空気の噴射開始時期及び噴射停止時期を変化させる。尚、本実施の形態では、高圧空気を噴射している期間を一定とするため、噴射開始時期及び噴射停止時期の変更量は等しくなる。
【0084】
図9は、点火プラグ28の点火時期と高圧空気噴射期間との関係を示したタイムチャート図である。図9(A)は進角前、図9(B)は進角後の状態を示している。点火時期は、エンジン1が高回転になると進角される。これにより、高圧空気噴射開始時期も同角度進角させる。これにより、高圧噴射停止時期も同角度進角され、点火時期と一定の間隔を保つことができる。この一定の間隔は、ノッキングが発生する虞のない間隔を予め実験等により求めておく。
【0085】
以上説明したように、本実施の形態によれば、高圧空気の噴射時期を混合気の点火時期と連動させることにより、高圧空気による火炎温度の低下及び火炎伝播速度の低下を抑制することが可能となり、ノッキングを抑制することができる。
【0086】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の燃焼補助装置を用いることにより、燃焼過程後期の燃焼速度を増加させることによるノッキングの抑制、および燃焼室内側壁面への燃料付着を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態1に係る火花点火式内燃機関を示す概略構成図。
【図2】本実施の形態1に係る燃焼室周辺の概略断面図。
【図3】本実施の形態1に係る噴孔周辺の概略図。
【図4】本実施の形態1に係る内燃機関の稼働状態と高圧空気噴射との関係を示すグラフ。
【図5】本実施の形態1に係る高圧空気噴射を行う際のフローチャート。
【図6】本実施の形態2に係る筒内直接噴射型内燃機関を示す概略構成図。
【図7】本実施の形態2に係る燃焼室周辺の概略断面図。
【図8】本実施の形態2に係る噴孔周辺の概略図。
【図9】本実施の形態3に係る点火プラグの点火時期と高圧空気噴射期間との関係を示したタイムチャート図。図9(A)は進角前、図9(B)は進角後の状態を示している。
【符号の説明】
1 エンジン
10 燃料供給系
11 サプライポンプ
12 コモンレール
13 燃料噴射弁
20 燃焼室
21 シリンダブロック
22 シリンダヘッド
23 ピストン
24 シリンダライナ
25 冷却水路
27a 吸気バルブ
27b 排気バルブ
28 点火プラグ
30 吸気系
31 エアクリーナ
32 スロットル弁
33 吸気ポート
38 排気ポート
40 排気系
40a 排気集合管
40b 排気通路
40c 排気通路
42 触媒ケーシング
50 高圧ポンプ
51 高圧空気噴射弁
52 スペーサ
53 リング
54 噴孔
55 環状通路
56 高圧空気通路
70 レール圧センサ
72 エアフローメータ
73 酸素濃度センサ
74 触媒流出排気温度センサ
76 アクセル開度センサ
77 クランク角センサ
101 エンジン
110 燃料供給系
111 サプライポンプ
112 コモンレール
113 燃料噴射弁
120 燃焼室
121 シリンダブロック
122 シリンダヘッド
123 ピストン
124 シリンダライナ
125 冷却水路
127a 吸気バルブ
127b 排気バルブ
130 吸気系
131 インタークーラ
132 スロットル弁
133 吸気ポート
138 排気ポート
140 排気系
140a 排気集合管
140b 排気通路
140c 排気通路
142 触媒ケーシング
145 ターボチャージャ
146 シャフト
147 タービンホイール
148 コンプレッサ
150 高圧ポンプ
151 高圧空気噴射弁
152 スペーサ
153 リング
154 噴孔
155 環状通路
156 高圧空気通路
160 EGR通路
161 EGR弁
162 EGRクーラ
170 レール圧センサ
172 エアフローメータ
173 酸素濃度センサ
174 触媒流出排気温度センサ
176 アクセル開度センサ
177 クランク角センサ
P1 機関燃料通路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion control device that injects gas into a combustion chamber of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
A technique is known in which high-pressure air is injected into a cylinder of a diesel engine to quickly complete diffusion combustion in the latter half of combustion under high load (see, for example, Patent Document 1). Further, in a direct injection diesel engine, an air injection valve is provided in the combustion chamber, and high pressure air is injected toward the swirl flow downstream side in the fuel injection direction during the expansion stroke, thereby disturbing the dense fuel. Technology (for example, see Patent Document 2), the cylinder bore wall is provided with one or more air injection holes in the fuel injection valve direction or the combustion chamber tangential direction, and the compressed fuel is injected at the bottom dead center of the piston. In a technique for controlling penetration, preventing diffusion, and promoting fuel atomization (see, for example, Patent Document 3), an in-cylinder direct injection engine, an air injection valve is provided in the combustion chamber, and high-pressure air is injected during fuel injection. Thus, the dispersion of the injected fuel is suppressed and a combustible air-fuel mixture is formed in the vicinity of the spark plug (see, for example, Patent Document 4), and compression is performed from another cylinder at a pressure higher than the pressure in the cylinder in which the fuel is injected. Air Supplied as Shisutoea art (e.g., see Patent Document 5) are known.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-319837 (page 3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 62-267519 A (2nd and 3rd pages, FIG. 1)
[Patent Document 3]
Japanese Utility Model Publication No. 1-74323 (page 3-7, FIG. 1)
[Patent Document 4]
JP 2001-248443 A (3rd and 4th pages, FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 5]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-115569 (page 2-4, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The effect of preventing knocking according to the above-described conventional technique acts on both initial combustion in the combustion chamber (0 to 10% combustion period) and late combustion in which knocking mainly occurs (10 to 90% combustion period). However, it is not possible to improve only the lowering of the burning rate in the late combustion, and it does not improve the root cause for preventing knocking.
[0005]
Further, in the problem that the fuel injected by the direct injection type internal combustion engine adheres to the combustion chamber, there is a method of promoting the vaporization of the injected fuel by increasing the temperature of the combustion chamber in the compression ignition type internal combustion engine. In the spark ignition type internal combustion engine, problems such as knocking due to an increase in the temperature in the combustion chamber occur.
[0006]
In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to suppress knocking by increasing the combustion rate in the later stage of the combustion process and to prevent fuel from adhering to the side wall surface of the combustion chamber.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of high-pressure gas injection holes that are provided on a side wall surface of a combustion chamber of an internal combustion engine and injects gas into the combustion chamber, and injects gas into the combustion chamber from the high-pressure gas injection holes. A combustion auxiliary device for an internal combustion engine comprising a high-pressure gas injection valve and high-pressure gas supply means for supplying high-pressure gas injected from the high-pressure gas injection hole was used.
[0008]
The internal combustion engine has turbulent flow generating means for generating turbulent flow in the combustion chamber, and the turbulent flow generating means allows gas to flow toward the combustion chamber side wall surface from a nozzle hole provided in the combustion chamber side wall surface. The jetting means for jetting was used.
[0009]
The cause of knocking is that the air-fuel mixture spontaneously ignites from the vicinity of the side wall surface of the combustion chamber and rapidly burns before the flame surface propagating from the ignition device as the fire source reaches the end of the combustion chamber. . Therefore, the propagation speed of the flame surface generated from the ignition device is increased, and the flame surface reaches the combustion chamber end before firing from the combustion chamber end. In addition, the temperature of the gas around the side wall surface of the combustion chamber is made uniform by stirring the heated air-fuel mixture on the side wall surface of the combustion chamber. Due to this homogenization, there are no places where the temperature is higher than in other parts. As a result, the gas around the side wall surface of the combustion chamber does not spontaneously ignite. In order to reduce these knocks, a plurality of injection holes are provided on the side wall surface of the combustion chamber, and gas is injected into the combustion chamber from these injection holes.
[0010]
The injected gas is mainly air, and the air taken in from the outside is pressurized to high pressure by a high-pressure gas supply means such as a high-pressure pump. Further, since it is difficult to structurally provide a valve in the nozzle hole, it is preferable to provide an injection valve in a passage between the high-pressure pump and the nozzle hole and perform air injection control using this valve.
[0011]
When the air injected from the nozzle hole comes into contact with the wall surface of the combustion chamber or the flow of air injected from another nozzle hole, the flow is disturbed and a turbulent flow is generated. Also, the timing of injection is preferably immediately before the piston is raised and the air-fuel mixture is sufficiently compressed and ignited by the ignition device. Therefore, the nozzle hole is attached at a position where the side wall surface of the combustion chamber is formed even when the piston is raised, that is, near the joint surface between the cylinder block and the cylinder head, which is the upper portion of the combustion chamber. Good. It is desirable that the injection positions of the injection holes are attached so that turbulent flow is uniformly generated.
[0012]
When the turbulent flow is generated at the end of the combustion chamber, the air-fuel mixture stagnating at the end of the combustion chamber is agitated, and the combustion speed can be increased.
[0013]
Next, using the form of the combustion assist device, the internal combustion engine has a wall flow generating means for generating a wall flow flowing along the side wall surface of the combustion chamber in the combustion chamber, and the wall flow generating means is a combustion The nozzle is an injection means for injecting gas along the combustion chamber side wall surface from the nozzle hole provided in the chamber side wall surface.
[0014]
In a direct injection type internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber, liquid fuel is atomized and injected into the combustion chamber. Generally, since the temperature in the combustion chamber is high, the injected fuel is vaporized, but part of the fuel reaches the side wall surface of the combustion chamber before vaporization and adheres to the side wall surface of the combustion chamber.
[0015]
The combustion chamber has a cooling water passage for cooling the internal combustion engine inside the side wall thereof. Therefore, the side wall surface of the combustion chamber is cooled by the cooling water flowing through the cooling water channel, and the fuel that is injected and adheres to the side wall surface of the combustion chamber becomes more difficult to vaporize. And the fuel which is not vaporized tends to cause incomplete combustion in the combustion stroke of the internal combustion engine. As a result, pollutants such as soot and HC are generated.
[0016]
Therefore, in order to prevent fuel from adhering to the side wall surface of the combustion chamber, an injection hole for injecting gas is provided on the side wall surface of the combustion chamber, and gas is injected from the injection hole along the side wall surface of the combustion chamber. Form a wall. The finely divided fuel approaching the combustion chamber wall surface is taken into the airflow and drifts in the combustion chamber due to the formed airflow wall, and does not adhere to the wall surface. In addition, the finely divided fuel may be vaporized while drifting in the combustion chamber.
[0017]
In order to form this wall flow, the nozzle hole is provided so as to inject gas into a shape along the side wall surface of the combustion chamber. The nozzle holes are provided on the side wall surface of the combustion chamber so as to be arranged at equal intervals at the same position.
[0018]
The time of injection from the injection hole is before fuel is injected into the combustion chamber and the injected fuel reaches the side wall surface of the combustion chamber. The nozzle hole is provided above the piston position at the time when the fuel is injected.
[0019]
Gas injection control means for injecting gas into the combustion chamber according to the operating state of the internal combustion engine is provided.
[0020]
In the spark ignition internal combustion engine, the combustion assist device is used to prevent knocking. Therefore, there is no need to use the combustion assist device when the internal combustion engine is operating under conditions where knocking does not occur. In the in-cylinder direct injection internal combustion engine, the combustion assist device is used to prevent the injected fuel from adhering to the combustion chamber side wall. Therefore, it is not necessary to use the combustion assisting device if the fuel is not attached. Therefore, whether to perform gas injection of the combustion assisting device is determined according to various conditions of the internal combustion engine.
[0021]
In the present invention, the gas injection control means can stop the gas injection before the flame injected by the combustion of the internal combustion engine reaches the gas injected from the nozzle hole.
[0022]
When a flame due to combustion of the internal combustion engine reaches the gas injected from the nozzle hole, the flame is cooled by this air, and the combustion speed may be reduced. As the combustion speed decreases, knocking is likely to occur. Therefore, the injection of gas is stopped before reaching the flame to suppress the occurrence of knocking.
[0023]
In the present invention, ignition means for changing the ignition timing of the air-fuel mixture according to the operating state of the internal combustion engine is further provided, and the gas injection control means makes the interval between the gas injection stop and the ignition timing constant. I was able to
[0024]
In general, the ignition timing is advanced when the internal combustion engine reaches a high speed. Here, the interval between the gas injection stop timing and the ignition timing can be kept constant by advancing the gas injection stop timing in conjunction with this. Thereby, it becomes possible to suppress the fall of flame temperature.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
An embodiment in which a combustion assist device for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a gasoline engine system which is a spark ignition type internal combustion engine will be described.
[0026]
In FIG. 1, an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1 is an in-line four-cylinder gasoline engine system having a fuel supply system 10, a combustion chamber 20, an intake system 30, an exhaust system 40, and the like as main parts. Hereinafter, the configuration of the gasoline engine system will be described.
[0027]
The fuel supply system 10 includes a supply pump 11, a pressure accumulation chamber (common rail) 12, a fuel injection valve 13, an engine fuel passage P1, and the like.
[0028]
The supply pump 11 increases the pressure of the fuel pumped up from the fuel tank (not shown) and supplies it to the common rail 12 through the engine fuel passage P1. The common rail 12 has a function of holding (accumulating) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 11 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to each fuel injection valve 13 provided in the intake port. The fuel injection valve 13 is an electromagnetic valve provided with an electromagnetic solenoid (not shown) therein, and is appropriately opened to supply and inject fuel into the intake port.
[0029]
The intake system 30 forms a passage (intake passage) for intake air supplied into each combustion chamber 20. On the other hand, the exhaust system 40 forms a passage (exhaust passage) for exhaust gas discharged from each combustion chamber 20.
[0030]
In the intake system 30, the intake air taken from the atmosphere is filtered by the air cleaner 31. The throttle valve 32 provided downstream of the air cleaner 31 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted in a stepless manner. It has a function of adjusting (reducing) the supply amount of intake air. Then, the air whose supply amount has been adjusted is sent to the intake port of the engine 1, where it is mixed with the fuel injected from the fuel injection valve 13 to become an air-fuel mixture.
[0031]
In the exhaust system 40, an exhaust passage 40 b is connected to the downstream side of the exhaust collecting pipe 40 connected from the combustion chamber along the exhaust gas flow path, the catalyst casing 42 is connected downstream thereof, and the exhaust passage 40 c is further connected downstream. Yes. The catalyst casing 42 accommodates a three-way catalyst that purifies harmful components such as NOx contained in the exhaust gas, or an NOx storage reduction catalyst.
[0032]
Further, various sensors are attached to each part of the engine 1, and signals related to the environmental conditions of the part and the operating state of the engine 1 are output.
[0033]
That is, the rail pressure sensor 70 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 12. The air flow meter 72 outputs a detection signal corresponding to the flow rate (intake amount) of intake air upstream of the throttle valve 32 in the intake system 30. The oxygen concentration (A / F) sensor 73 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst casing 42 of the exhaust system 40. Similarly, the catalyst outflow exhaust temperature sensor 74 outputs a detection signal corresponding to the temperature of exhaust gas (exhaust temperature) downstream of the catalyst casing 42 of the exhaust system 40.
[0034]
Further, the accelerator opening sensor 76 is attached to an accelerator pedal (not shown), and outputs a detection signal that is a basis of a work amount required in the engine 1 according to the depression amount of the pedal. The crank angle sensor 77 outputs a detection signal (pulse) every time the output shaft (crankshaft) of the engine 1 rotates by a certain angle. Each of these sensors 70 to 79 is electrically connected to an electronic control unit (ECU) 80.
[0035]
The ECU 80 includes a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a backup RAM in which stored information is not erased even after the operation is stopped, a timer counter, etc., and an input including an A / D converter A logic operation circuit including a port and an output port connected by a bidirectional bus is provided.
[0036]
The ECU 80 inputs the detection signals of the various sensors through the input port, and performs basic control on the fuel injection and the like of the engine 1 from the program stored in the ROM in the CPU included in the ECU 80 based on these signals. In addition, various controls related to the operating state of the engine 1 are performed.
[0037]
As shown in FIG. 2, the combustion chamber 20 is formed by a cylinder block 21 on a side wall and a cylinder head 22 on an upper wall, and a piston 23 is inserted into the cylinder block 21 from below. A cylinder liner 24 is inserted into the cylinder block 21 that forms the side wall of the combustion chamber 20, and the inner surface of the cylinder liner 24 becomes the inner wall surface of the combustion chamber 20, and the cylinder liner 24 and the cylinder block 21 are joined to each other. A cooling water passage 25 is provided on the surface so as to circulate on the side surface of the cylinder liner 24 of each cylinder.
[0038]
The cylinder head 22 forming the upper wall of the combustion chamber 20 is provided with an intake port 33 connected to the intake system 30 and an exhaust port 38 connected to the exhaust system 40. The intake valve 27a and the exhaust valve 27b are attached so as to be the valves of the intake port 33 and the exhaust port 38, respectively. A spark plug 28 serving as an ignition device is attached to the center of the combustion chamber 20 of the cylinder head 21.
[0039]
A piston 23 provided below the combustion chamber 20 is connected to one end of a connecting rod (not shown) at the lower portion thereof, and the other end of the connecting rod is connected to a crankshaft (not shown). Then, the reciprocating motion of the piston is changed to the rotational motion of the crankshaft.
[0040]
A spacer 52 is sandwiched between the cylinder head 22 and the cylinder block 21, and a ring 53 with an injection hole is sandwiched at a connection portion with the combustion chamber 20. The ring 53 with nozzle holes is formed obliquely with respect to the normal line of the combustion chamber 20 having a circular cross section, and a plurality of nozzle holes 54 for injecting high-pressure air into the combustion chamber 20, and the plurality of nozzle holes 54. An annular passage 55 that is annularly connected to the nozzle hole 54 is provided.
[0041]
The spacer 52 is provided with a high-pressure air passage 56 that continues to the annular passage 55 and continues to the side of the cylinder block 21. A high-pressure air injection valve 51 serving as a valve for injecting high-pressure air is provided upstream of the high-pressure air passage 56. A high-pressure pump 50 is provided upstream of the high-pressure air injection valve 51 to pressurize and send air to the high-pressure air injection valve 51. Then, the air purified by the air cleaner 31 flows into the high-pressure pump 50 from the intake system 30.
[0042]
Hereinafter, a method of suppressing knocking by high-pressure air injected from the injection hole 54 will be described. In the normal combustion process, the air-fuel mixture flows into the combustion chamber 20 from the intake port 33, and the air-fuel mixture is compressed by the piston 23, ignited by the spark plug 28, combusted and volume expanded, and the piston 23 is pushed back downward. . On the other hand, in the knocking, the air-fuel mixture compressed by the piston 23 is burned before the flame surface ignited by the spark plug 28 reaches the end of the combustion chamber due to the self-heating by the compression and the combustion chamber temperature. It is a phenomenon that spontaneously ignites from the end of the room and spreads rapidly. Therefore, in order to suppress knocking, a method of causing the flame surface to reach the end of the combustion chamber before spontaneous ignition from the end of the combustion chamber, or a mixture that is locally overheated is mixed with another non-superheated mixture. And the temperature is lowered.
[0043]
As a specific method, the air-fuel mixture is compressed by the piston 23, and the air-fuel mixture is ignited by the spark plug 28. The flame surface of the ignited flame spreads from the position of the spark plug 28 provided at the center of the combustion chamber 20 to the end of the combustion chamber. At this time, the high-pressure air injection valve 51 is opened, and compressed air is injected from a plurality of injection holes 54 provided in a ring 53 sandwiched between the cylinder head 22 and the cylinder block 21 to turbulently flow near the side wall of the combustion chamber 20. Is generated.
[0044]
The injection timing of the high-pressure air injection valve 51 is controlled by the ECU 80. More specifically, the ECU 80 determines the ignition timing of the spark plug 28 and the fuel injection amount injected from the combustion injection valve 13 based on signals detected by the crank angle sensor 77, the accelerator opening sensor 76, and the like. The high-pressure air injection timing of the high-pressure air injection valve 51 is controlled from the determined addition timing, fuel injection amount, and piston position obtained from the crank angle sensor 77. Further, the high-pressure pump 50 is interlocked with the crankshaft, and pressurizes the air to be injected as the crankshaft rotates.
[0045]
As shown in FIG. 3, the nozzle holes 54 are provided at the same angle with respect to the normal line, and the compressed air flow injected from the nozzle holes 54 is compressed air flow emitted from the adjacent nozzle holes 54. Turbulence is generated by this interference. By generating the turbulent flow, the air-fuel mixture stagnating around the side wall surface of the combustion chamber is agitated. Therefore, when the flame surface reaches the turbulent flow region, the flame surface propagation speed is accelerated, and the flame surface can reach the combustion chamber side wall surface before knocking starts. In addition, turbulent flow is generated and the mixture is agitated, so that the mixture heated on the side wall surface of the combustion chamber is evenly agitated, and the partial temperature rise is moderated, making it difficult to cause spontaneous ignition. .
[0046]
In performing the knocking suppression method, if the operating state of the engine 1 is not a state that induces knocking, it is not particularly necessary to perform the knocking suppression method. As shown in FIG. 4, knocking occurs at high speed and occurs only at high load (at high output). Therefore, the knocking occurrence region is measured in a state where high-pressure air injection is not performed in advance, and the knocking occurrence region is mapped by the rotation speed and the load based on the measurement result. If the operating state of the engine 1 is within this mapping region, the combustion assist device by high-pressure air injection in the first embodiment is operated. If it is outside the region, it is not necessary to suppress knocking. Is not activated.
[0047]
The knocking suppression method will be described based on the chart of FIG. First, in S501, it is determined whether or not the operating state of the engine 1 is a state that induces knocking. If knocking occurs, the process proceeds to S502, and if knocking does not occur, the process proceeds to S507 to end the chart.
[0048]
Next, immediately before the ignition plug 28 is ignited in S <b> 502, the high-pressure air injection valve 51 is opened, and high-pressure air is emitted from the injection hole 54.
[0049]
Next, the high-pressure air injected from the plurality of injection holes 54 in S503 interferes with the high-pressure air injected from the other injection holes 54, and generates turbulent flow around the side wall surface of the combustion chamber to form a high turbulent flow region. . By forming a high turbulent flow region with this high-pressure air, the air-fuel mixture around the side wall surface of the combustion chamber does not stagnate, so that only the air-fuel mixture around the side wall surface of the combustion chamber is not heated.
[0050]
Next, in S504, the flame surface of the flame ignited by the spark plug 28 at S502 reaches the high turbulent flow region. In the high turbulent flow region, the flow of the airflow is fast, and in S505, the propagation of the flame surface is accelerated by the flow of the airflow, thereby preventing a decrease in the combustion speed.
[0051]
Then, after suppressing the occurrence of knocking in S506, the process proceeds to S507 and this chart is finished.
[0052]
In the first embodiment, the combustion speed is increased by generating the turbulent flow, and the stirring of the air-fuel mixture by generating the turbulent flow is advanced, so that the combustion efficiency can be further improved.
<Second Embodiment>
Next, an embodiment applied to a diesel engine system, which is an in-cylinder direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber, will be described for the second embodiment according to the present invention.
[0053]
In FIG. 6, an engine 101 is an in-line four-cylinder diesel engine system that includes a fuel supply system 110, a combustion chamber 120, an intake system 130, an exhaust system 140, and the like as main parts. Hereinafter, the configuration of the diesel engine system will be described.
[0054]
The fuel supply system 110 includes a supply pump 111, a pressure accumulation chamber (common rail) 112, a fuel injection valve 113, an engine fuel passage P1, and the like.
[0055]
The supply pump 111 raises the fuel pumped up from the fuel tank (not shown) and supplies it to the common rail 112 through the engine fuel passage P1. The common rail 112 has a function of holding (accumulating) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 111 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to each fuel injection valve 113. The fuel injection valve 113 is an electromagnetic valve provided with an electromagnetic solenoid (not shown) therein, and is appropriately opened to supply and inject fuel into the combustion chamber 120.
[0056]
The intake system 130 forms a passage (intake passage) for intake air supplied into each combustion chamber 120. On the other hand, the exhaust system 140 forms a passage (exhaust passage) for exhaust gas discharged from each combustion chamber 120.
[0057]
The engine 101 is provided with a known supercharger (turbocharger) 145. The turbocharger 145 includes a turbine wheel 147 and a compressor 148 connected via a shaft 146. One compressor 148 is exposed to intake air in the intake system 130, and the other turbine wheel 147 is exposed to exhaust gas in the exhaust system 140. The turbocharger 145 having such a configuration has an effect of increasing the intake pressure (supercharging effect) by rotating the compressor 148 using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the turbine wheel 147.
[0058]
In the intake system 130, an intercooler 131 provided downstream of the turbocharger 145 forcibly cools intake air whose temperature has been increased by supercharging. The throttle valve 132 provided further downstream than the intercooler 131 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted in a stepless manner, and restricts the flow passage area of the intake passage under predetermined conditions. The function of adjusting (reducing) the supply amount of the intake air is provided.
[0059]
Further, an exhaust gas circulation passage (EGR passage) 160 that bypasses the upstream (intake system 130) and the downstream (exhaust system 140) of the combustion chamber 120 is formed in the engine 101. Specifically, the EGR passage 160 communicates the exhaust manifold 140 a upstream of the turbocharger 145 in the exhaust system 140 and the downstream side of the throttle valve 132 in the intake system 130. The EGR passage 160 has a function of returning a part of the exhaust gas to the intake system 130 as appropriate. The EGR passage 160 is opened and closed steplessly by electronic control, and the exhaust gas flowing through the EGR passage 160 (circulating) is cooled by an EGR valve 161 that can freely adjust the exhaust flow rate flowing through the passage. EGR cooler 162 is provided.
[0060]
Further, in the exhaust system 140, on the downstream side of the portion where the exhaust collecting pipe 140a connected from the combustion chamber and the turbine wheel 147 are provided, an exhaust passage 140b along the exhaust gas flow path, and downstream of the catalyst casing 142, Further, the exhaust passage 140c is sequentially connected downstream. The catalyst casing 142 accommodates an NOx storage reduction catalyst that purifies harmful components such as NOx contained in the exhaust gas.
[0061]
Further, various sensors are attached to each part of the engine 101, and signals related to the environmental conditions of the part and the operating state of the engine 101 are output.
[0062]
In other words, the rail pressure sensor 170 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 112. The air flow meter 172 outputs a detection signal corresponding to the flow rate (intake amount) of intake air upstream of the throttle valve 132 in the intake system 130. The oxygen concentration (A / F) sensor 173 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst casing 142 of the exhaust system 140. Similarly, the catalyst outflow exhaust temperature sensor 174 outputs a detection signal corresponding to the exhaust gas temperature (exhaust temperature) downstream of the catalyst casing 142 of the exhaust system 140.
[0063]
Further, the accelerator opening sensor 176 is attached to an accelerator pedal (not shown), and outputs a detection signal that is a basis of a work amount required in the engine 101 according to the depression amount of the pedal. The crank angle sensor 177 outputs a detection signal (pulse) every time the output shaft (crankshaft) of the engine 101 rotates by a certain angle. Each of these sensors 170 to 177 is electrically connected to an electronic control unit (ECU) 180.
[0064]
The ECU 180 includes a central processing unit (CPU), a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), a backup RAM in which stored information is not erased even after operation is stopped, a timer counter, etc., and an input including an A / D converter A logic operation circuit including a port and an output port connected by a bidirectional bus is provided.
[0065]
The ECU 180 inputs detection signals of the various sensors through the input port, and based on these signals, the CPU included in the ECU 180 performs basic control on the fuel injection of the engine 101 from the program stored in the ROM. In addition, various controls related to the operating state of the engine 101 are performed.
[0066]
The combustion chamber 120 shown in FIG. 7 is formed by a cylinder block 121 having a side wall and a cylinder head 122 having an upper wall, and a piston 123 is inserted into the cylinder block 121 from below. A cylinder liner 124 is inserted into the cylinder block 121 that forms the side wall of the combustion chamber 120, and the inner surface of the cylinder liner 124 becomes the inner wall surface of the combustion chamber 120, and the cylinder liner 124 and the cylinder block 121 are joined to each other. A cooling water passage 125 is provided on the surface so as to circulate on the side surface of the cylinder liner 124 of each cylinder.
[0067]
The cylinder head 122 that forms the upper wall of the combustion chamber 120 is provided with an intake port 133 that continues from the intake system 130 and an exhaust port 138 that continues to the exhaust system 140. The intake valve 127a and the exhaust valve 127b are attached to be the valves of the intake port 133 and the exhaust port 138, respectively. A fuel injection device 113 that directly injects fuel into the combustion chamber 120 is attached to the center of the combustion chamber 120 of the cylinder head 122.
[0068]
A spacer 152 is sandwiched between the cylinder head 122 and the cylinder block 121, and a ring 153 is sandwiched between the connecting portion with the combustion chamber 120. The ring 153 has a plurality of injection holes 154 that are formed obliquely with respect to the normal line toward the combustion chamber 120 having a circular cross-sectional shape and that injects high-pressure air into the combustion chamber 120. An annular passage 155 that is annularly connected to the hole 154 is provided. The spacer 152 is provided with a high-pressure air passage 156 that continues to the annular passage 155 and continues to the side of the cylinder block 121.
[0069]
A high-pressure air injection valve 151 serving as a valve for injecting high-pressure air is provided upstream of the high-pressure air passage 156. A high pressure pump 150 is provided upstream of the high pressure air injection valve 151 to pressurize the air and send it to the high pressure air injection valve 151. Air purified by an air cleaner flows into the high-pressure pump 150 from the intake system 130.
[0070]
A concave portion is provided at the top of the piston 123. This recess corresponds to the ejection hole of the fuel injection device 113, and fuel from the ejection hole is injected toward this recess. And by injecting fuel into this recessed part, the fuel injected around this recessed part will stagnate.
[0071]
As described above, the fuel injected into the fuel chamber 120 is injected into the concave portion of the piston 123, so that the fuel stays almost in the center of the combustion chamber 120. However, when a part of the fuel is injected, Adhering to the cylinder liner 124 which is the side wall surface of the combustion chamber. Since the cylinder liner 124 is cooled with cooling water, the surface temperature of the cylinder liner 124 becomes lower than the temperature of the combustion chamber. Therefore, the fuel adhering to the cylinder liner 124 is less likely to evaporate than the fuel that is injected and floated in the combustion chamber. The fuel that adheres and does not vaporize causes incomplete combustion when combustion occurs in the combustion chamber, resulting in an increase in HC, soot, etc. in the exhaust.
[0072]
Hereinafter, a method for suppressing the adhesion of fuel to the side wall of the combustion chamber by the high-pressure air injected from the nozzle hole 154 will be described. In a normal combustion process, first, the piston 123 ascends to compress the air taken into the combustion chamber 120. Then, fuel is injected in a compressed state, that is, in a state where the piston 123 is moved upward. Thereafter, the piston 123 further rises, and the fuel is ignited by self-heating of the compressed air near the top dead center, and combustion starts.
[0073]
Therefore, in order to prevent the fuel from adhering to the side wall surface of the combustion chamber, it is only necessary to prevent the injected fuel from adhering to the side wall surface of the combustion chamber during the period after the fuel is injected and ignited until the flame spreads. . For this reason, as shown in FIG. 8, air is injected from the nozzle hole 154 to form an air curtain, and the fuel injected by the air curtain is prevented from adhering to the side wall surface of the combustion chamber.
[0074]
As a specific procedure, the high-pressure air injection valve 151 is opened at the same time or just before fuel is injected into the combustion chamber 120, and high-pressure air is injected from a plurality of nozzle holes 154. The nozzle hole 154 is provided so that air can be injected along the side wall surface of the combustion chamber. By ejecting air from each nozzle hole 154 along the side wall surface of the combustion chamber, an annular air flow is generated along the side surface of the combustion chamber. The generated annular airflow is used as an air curtain to prevent the injected fuel from adhering to the side wall surface of the combustion chamber.
[0075]
The purpose of the second embodiment is to prevent the fuel injected into the combustion chamber from adhering to the side wall surface of the combustion chamber. Therefore, under the condition that the injected fuel does not adhere to the side wall surface of the combustion chamber, for example, when the engine 101 is in a high temperature state and the amount of injected fuel is small, the fuel remains in the combustion chamber without performing the second embodiment. It does not adhere to the inner wall surface. Therefore, by determining whether or not the second embodiment is performed according to each condition, it becomes possible to reduce the power loss of the engine 1 when the pressure of the air is increased.
[0076]
In the second embodiment, the diesel engine system is used as the direct injection internal combustion engine. However, if the internal combustion engine directly injects fuel into the combustion chamber, a spark ignition internal combustion engine such as a gasoline engine is used. The second embodiment can also be applied to the above.
[0077]
In the second embodiment, a wall flow is formed by a gas flow to reduce the fuel adhering to the side wall surface of the combustion chamber, thereby increasing the rate of complete combustion of the fuel injected into the combustion chamber. Can do. That is, the combustion efficiency of the fuel injected into the combustion chamber is increased.
[0078]
In the first embodiment and the second embodiment, by injecting high-pressure air into the combustion chamber, the air is taken into the combustion chamber separately from the air taken in from the intake port. However, in the present embodiment, the amount of air taken in as the high-pressure air to be injected is, for example, at the nozzle hole area of about 0.1 mm ^ 2, the injection time of about 0.5 milliseconds, and the injection pressure of 10 MPa. As a result, the change in the air-fuel ratio (A / F) is about 0.2 to 0.1. This value is not a value that causes a particular problem in the present embodiment. Therefore, the air-fuel ratio is not particularly reset, but in another embodiment, a method of injecting high-pressure air in the same manner as in the present embodiment is also considered in consideration of the air-fuel ratio.
[0079]
In the first embodiment and the second embodiment, a high pressure pump is used to create high pressure air, and high pressure air is directly injected from the high pressure pump from the high pressure air injection valve. In addition to this, a pressure accumulating chamber may be provided in advance to accumulate high pressure air, and high pressure air may be sent from the pressure accumulating chamber to the high pressure air injection valve for injection. By providing this pressure accumulating chamber, it is possible to store high-pressure air with a high-pressure pump in advance when the engine is at a low load, and stop the high-pressure pump at a high load. This makes it possible to carry out the present embodiment without causing power loss due to operating the high-pressure pump at the time of a high load that requires the most power.
<Third Embodiment>
In the present embodiment, the injection of high-pressure air is stopped before reaching the high-pressure air into which the flame when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber is injected. In order to realize this, in the present embodiment, the injection timing of the high-pressure air is changed in conjunction with the ignition timing of the air-fuel mixture.
[0080]
In the present embodiment, an embodiment applied to a gasoline engine system which is a spark ignition type internal combustion engine will be described. In the diesel engine system, the ignition timing by the spark plug is replaced with the fuel injection timing by the fuel injection valve. Can be applied.
[0081]
In the present embodiment, although the injection control of high-pressure air is different, the basic configuration of the engine and other hardware to be applied is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0082]
Here, since the temperature of the high-pressure air injected into the combustion chamber 20 is lower than that of the flame in the combustion chamber 20, when the flame contacts the high-pressure air immediately after injection, the temperature of the flame decreases. As a result, when the flame propagation speed becomes slow, the air-fuel mixture spontaneously ignites before the flame surface reaches the end of the combustion chamber and knocking occurs. Therefore, in order to suppress the occurrence of knocking, before the flame surface reaches high pressure air, stop the injection of high pressure air, suppress the decrease in the combustion speed in the late stage of combustion, and before spontaneous ignition from the end of the combustion chamber It is effective to make the flame surface reach the end of the combustion chamber.
[0083]
In the present embodiment, the injection start timing and injection stop timing of the high-pressure air are changed in conjunction with the ignition timing of the spark plug 28. In the present embodiment, since the period during which high-pressure air is injected is made constant, the amount of change in the injection start timing and the injection stop timing becomes equal.
[0084]
FIG. 9 is a time chart showing the relationship between the ignition timing of the spark plug 28 and the high-pressure air injection period. FIG. 9A shows a state before advance, and FIG. 9B shows a state after advance. The ignition timing is advanced when the engine 1 reaches a high speed. Thereby, the high-pressure air injection start timing is also advanced by the same angle. As a result, the high-pressure injection stop timing is also advanced by the same angle, and a constant interval can be maintained from the ignition timing. The fixed interval is obtained in advance by experiments or the like so that there is no possibility of occurrence of knocking.
[0085]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in flame temperature and a flame propagation speed due to the high-pressure air by linking the injection timing of the high-pressure air with the ignition timing of the air-fuel mixture. Thus, knocking can be suppressed.
[0086]
【The invention's effect】
By using the combustion assist device for an internal combustion engine according to the present invention, it becomes possible to suppress knocking by increasing the combustion speed in the later stage of the combustion process and to prevent fuel from adhering to the side wall surface of the combustion chamber.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a spark ignition internal combustion engine according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view around a combustion chamber according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic view around a nozzle hole according to the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine according to the first embodiment and high-pressure air injection.
FIG. 5 is a flowchart when performing high-pressure air injection according to the first embodiment.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a direct injection type internal combustion engine according to the second embodiment.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view around a combustion chamber according to a second embodiment.
FIG. 8 is a schematic view around a nozzle hole according to the second embodiment.
FIG. 9 is a time chart showing the relationship between the ignition timing of the ignition plug and the high-pressure air injection period according to the third embodiment. FIG. 9A shows a state before advance, and FIG. 9B shows a state after advance.
[Explanation of symbols]
1 engine
10 Fuel supply system
11 Supply pump
12 Common rail
13 Fuel injection valve
20 Combustion chamber
21 Cylinder block
22 Cylinder head
23 piston
24 Cylinder liner
25 Cooling channel
27a Intake valve
27b Exhaust valve
28 Spark plug
30 Intake system
31 Air cleaner
32 Throttle valve
33 Intake port
38 Exhaust port
40 Exhaust system
40a Exhaust collecting pipe
40b Exhaust passage
40c Exhaust passage
42 Catalyst casing
50 High pressure pump
51 High-pressure air injection valve
52 Spacer
53 rings
54 injection hole
55 Annular passage
56 High pressure air passage
70 Rail pressure sensor
72 Air Flow Meter
73 Oxygen concentration sensor
74 Exhaust temperature sensor for catalyst outflow
76 Accelerator position sensor
77 Crank angle sensor
101 engine
110 Fuel supply system
111 Supply pump
112 common rail
113 Fuel injection valve
120 Combustion chamber
121 cylinder block
122 Cylinder head
123 piston
124 cylinder liner
125 Cooling channel
127a Intake valve
127b Exhaust valve
130 Intake system
131 Intercooler
132 Throttle valve
133 Intake port
138 Exhaust port
140 Exhaust system
140a Exhaust collecting pipe
140b Exhaust passage
140c Exhaust passage
142 Catalyst casing
145 Turbocharger
146 shaft
147 Turbine wheel
148 Compressor
150 High pressure pump
151 High-pressure air injection valve
152 Spacer
153 ring
154 nozzle hole
155 Annular passage
156 High pressure air passage
160 EGR passage
161 EGR valve
162 EGR cooler
170 Rail pressure sensor
172 Air flow meter
173 oxygen concentration sensor
174 Catalyst exhaust temperature sensor
176 Accelerator opening sensor
177 Crank angle sensor
P1 Engine fuel passage

Claims (4)

内燃機関の燃焼室内側壁面に設けられて燃焼室内に気体を噴射する複数の高圧気体噴孔と、
高圧気体噴射孔より燃焼室内に気体を噴射する高圧気体噴射弁と、
前記高圧気体噴孔より噴射する高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、
混合気に点火され火炎面が燃焼室端部へ広がっていくときに高圧気体を噴射して燃焼室側壁近傍に乱流を発生させる乱流発生手段と、
前記内燃機関の稼働状態に応じて前記燃焼室内に気体を噴射する気体噴射制御手段と、を備え、
前記気体噴射制御手段は、前記噴孔より噴射された気体に内燃機関の燃焼による火炎が到達する前に気体の噴射を停止させることを特徴とする内燃機関の燃焼補助装置。
A plurality of high-pressure gas injection holes provided on the combustion chamber side wall surface of the internal combustion engine for injecting gas into the combustion chamber;
A high-pressure gas injection valve that injects gas into the combustion chamber from the high-pressure gas injection hole;
High-pressure gas supply means for supplying a high-pressure gas to be injected from the high-pressure gas nozzle;
Turbulent flow generating means for injecting high-pressure gas and generating turbulent flow in the vicinity of the combustion chamber side wall when the air-fuel mixture is ignited and the flame surface spreads toward the combustion chamber end;
Gas injection control means for injecting gas into the combustion chamber according to the operating state of the internal combustion engine,
The combustion assisting device for an internal combustion engine, wherein the gas injection control means stops the gas injection before a flame caused by combustion of the internal combustion engine reaches the gas injected from the nozzle hole .
前記乱流発生手段は、燃焼室内側壁面に設けられた噴孔より、その燃焼室内側壁面に向かって気体を噴射する噴射手段であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼補助装置。  2. The combustion of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the turbulent flow generating means is an injection means that injects gas toward a side wall surface of the combustion chamber from an injection hole provided on a side wall surface of the combustion chamber. Auxiliary device. 前記内燃機関はその燃焼室内に燃焼室内側壁面に沿って流れる壁流を発生させる壁流発生手段を有し、前記壁流発生手段は、燃焼室内側壁面に設けられた噴孔より、その燃焼室内側壁面に沿って気体を噴射する噴射手段であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼補助装置。  The internal combustion engine has a wall flow generating means for generating a wall flow flowing along the side wall surface of the combustion chamber in the combustion chamber, and the wall flow generation means is combusted from an injection hole provided on the side wall surface of the combustion chamber. 2. The combustion assisting device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the combustion assisting device is an injection means for injecting gas along the indoor side wall surface. 混合気への点火時期を前記内燃機関の稼動状態に応じて変更する点火手段をさらに備え、前記気体噴射制御手段は、気体噴射停止と点火時期との間隔を一定とすることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の内燃機関の燃焼補助装置。An ignition means for changing an ignition timing for the air-fuel mixture according to an operating state of the internal combustion engine is further provided, and the gas injection control means makes the interval between the gas injection stop and the ignition timing constant. Item 4. The combustion auxiliary device for an internal combustion engine according to any one of Items 1 to 3 .
JP2002359543A 2002-04-24 2002-12-11 Combustion assist device for internal combustion engine Expired - Fee Related JP4134708B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002359543A JP4134708B2 (en) 2002-04-24 2002-12-11 Combustion assist device for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002121827 2002-04-24
JP2002359543A JP4134708B2 (en) 2002-04-24 2002-12-11 Combustion assist device for internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004003428A JP2004003428A (en) 2004-01-08
JP4134708B2 true JP4134708B2 (en) 2008-08-20

Family

ID=30447350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002359543A Expired - Fee Related JP4134708B2 (en) 2002-04-24 2002-12-11 Combustion assist device for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4134708B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4033160B2 (en) * 2004-03-30 2008-01-16 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine capable of premixed compression self-ignition operation
JP2011099353A (en) * 2009-11-04 2011-05-19 Denso Corp Fuel injection device
FR2986564B1 (en) * 2012-02-06 2014-02-28 Vianney Rabhi SPARK IGNITION DEVICE AND HIGH PRESSURE STRATIFICATION FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE
JP2022119265A (en) 2021-02-04 2022-08-17 株式会社Subaru engine system
CN115095431B (en) * 2022-07-08 2024-01-05 北京理工大学 Method for inhibiting knocking of gasoline engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004003428A (en) 2004-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5482716B2 (en) Diesel engine control device and diesel engine control method
JP5115651B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP5158266B2 (en) Combustion control device for internal combustion engine
JP2009167821A (en) Fuel injection control device of internal combustion engine
JP4161974B2 (en) Control device for diesel internal combustion engine
WO2006090884A1 (en) Inernal combustion engine
JP5392418B2 (en) Ignition delay period estimation device and ignition timing control device for internal combustion engine
JP2009293595A (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
JP2009275654A (en) Fuel injection control device of internal combustion engine
EP1701027A1 (en) A method for using partial homgeneous charge compression ignition in a diesel internal combustion engine for NOx trap regeneration
JP2009293383A (en) Fuel injection control device for internal combustion engine, and automatic adapting device for internal combustion engine
JP2009299490A (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
JP2018040264A (en) Control device for internal combustion engine
JP5177326B2 (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
JP2009138658A (en) Fuel injection controller of internal combustion engine
JP5126421B2 (en) Combustion control device for internal combustion engine
JP5229185B2 (en) Combustion control device for internal combustion engine
JP4134708B2 (en) Combustion assist device for internal combustion engine
JP5093407B2 (en) Combustion control device for internal combustion engine
JP2012092748A (en) Apparatus for estimating generation amount of nox in internal combustion engine, and control apparatus
JP2010265814A (en) Control device of internal combustion engine
JP5257520B2 (en) Control device for internal combustion engine
JP5170317B2 (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
JPWO2012032627A1 (en) Control device for internal combustion engine
JP5672897B2 (en) Combustion control device for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051005

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071026

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080205

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080404

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080507

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080520

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110613

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees