JP4349297B2 - Cylinder injection internal combustion engine fuel injection device and cylinder injection internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は燃焼室に燃料噴射弁(以下インジェクタと称す)によって直接燃料を供給する筒内噴射型内燃機関(以下エンジンと称す)に関するものである。   The present invention relates to a direct injection internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) in which fuel is directly supplied to a combustion chamber by a fuel injection valve (hereinafter referred to as an injector).

特開平11−159382号公報には、燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁(以下インジェクタと称す)を備え、内燃機関(以下エンジンと称す)が低負荷低回転の運転領域にある時に圧縮行程で燃料を噴射することにより混合気を成層化させて燃焼させる筒内噴射エンジンにおいて、成層燃焼を実行する領域内でエンジンの負荷および回転数の少なくとも一方が比較的高い運転領域にあるときに、圧縮行程で燃料を複数回に分割して噴射することにより、成層運転領域を拡大し、燃費を向上させる技術が記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 11-159382 discloses a fuel injection valve (hereinafter referred to as an injector) that injects fuel directly into a combustion chamber, and compresses the internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) when it is in a low-load low-rotation operating region. In a cylinder injection engine that stratifies and burns an air-fuel mixture by injecting fuel in a stroke, when at least one of the engine load and the rotational speed is in a relatively high operating region within a region where stratified combustion is performed In the compression stroke, the fuel is divided into a plurality of times and injected to expand the stratified operation region and improve the fuel efficiency.

また特開平7−119507 号公報には、高負荷低回転時の均一燃焼(均質燃焼と同意)領域で燃料を分割噴射して1回当たりの燃料の噴射量を少なくして燃料を効果的に霧化拡散させ、良好な均一燃焼を得る技術が記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-119507 discloses that fuel is divided and injected efficiently in a uniform combustion (agreement with homogeneous combustion) region at high load and low rotation to reduce the amount of fuel injected per time, and the fuel is effectively used. A technique for atomizing and diffusing to obtain good uniform combustion is described.

特開平11−159382号公報JP 11-159382 A 特開平7−119507号公報JP-A-7-119507

しかし、上記従来の技術では、いずれもインジェクタとして燃料噴霧のペネトレーションが長いものを使用してピストンをガイドとして使用したり、プラグを直撃しているので、成層燃焼領域で噴射燃料がピストンに付着したり、点火プラグを通り過ぎて燃焼室壁面に付着し、理論上ほど燃費の向上や、エミッションの改善ができていない。また、1回の燃料噴射タイミングで燃料を複数回に分割噴射してもシステムの性質上ピストンや燃焼室壁面に多くの燃料が接触してしまうという問題があり、十分な燃費の向上や、エミッションの改善が得られない。   However, in each of the above conventional techniques, a fuel spray with a long penetration is used as an injector and the piston is used as a guide, or the plug is directly hit, so the injected fuel adheres to the piston in the stratified combustion region. Or, it passes through the spark plug and adheres to the wall surface of the combustion chamber. In addition, even if the fuel is divided and injected several times at the same fuel injection timing, there is a problem that a lot of fuel comes in contact with the piston and the combustion chamber wall surface due to the nature of the system. Cannot be improved.

本発明の目的は、安定燃焼領域を従来より広げることにある。   An object of the present invention is to widen the stable combustion region.

本発明は上記目的を達成するために、成層燃焼状態のうちの特定の成層燃焼領域ではペネトレーションの短い噴霧で燃料を噴射し、均質燃焼状態のうちの特定の均質燃焼領域では成層燃焼状態のときのペネトレーションよりペネトレーションの長い噴霧状態に切り替えるように構成した。   To achieve the above object, the present invention injects fuel with a short-penetration spray in a specific stratified combustion region in a stratified combustion state, and in a stratified combustion state in a specific homogeneous combustion region in a homogeneous combustion state. It was configured to switch to a spray state having a longer penetration than the previous penetration.

上記のように構成した本発明では、筒内噴射エンジンにおいて、エンジンの安定燃焼領域を拡大することができるので、燃費の向上,排気(エミッション)の改善を図ることができた。   In the present invention configured as described above, the stable combustion region of the engine can be expanded in the in-cylinder injection engine, so that it is possible to improve fuel consumption and exhaust (emission).

本発明が適用される筒内噴射エンジンの一つのシステム例を図1および図2に示す。   One system example of a direct injection engine to which the present invention is applied is shown in FIGS.

エンジン30には、2本の吸気管A,Bと、それらをそれぞれ上下に仕切る板20と、この板20の開始点に空気流動制御弁21を設けた。   The engine 30 is provided with two intake pipes A and B, a plate 20 that divides them up and down, and an air flow control valve 21 at the starting point of the plate 20.

これらにより、燃焼室内に吸気弁10側から排気弁11側,ピストン31へと向かう順タンブル空気流動50を形成するように構成した。   Thus, a forward tumble air flow 50 from the intake valve 10 side to the exhaust valve 11 side and the piston 31 is formed in the combustion chamber.

空気流動50の強度は電子制御されるアクチュエータ21Aでリンク21Bを介して空気流動制御弁21の開度を制御することにより変化させることができるよう構成した。   The strength of the air flow 50 can be changed by controlling the opening degree of the air flow control valve 21 via a link 21B by an electronically controlled actuator 21A.

タンブル空気流動50を保持しやすいようにピストン31の頂面にはタンブル空気流動をガイドするタンブル保存溝50Aを設けた。   In order to easily maintain the tumble air flow 50, a tumble storage groove 50A for guiding the tumble air flow is provided on the top surface of the piston 31.

点火プラグ32は燃焼室中央部に配置し、燃焼室内に直接燃料を噴射供給するインジェクタ1は燃焼室に設けられた2つの吸気弁10の間に燃料噴射孔をシリンダ側にして水平から約30度上方に傾けて配置した。   The spark plug 32 is disposed at the center of the combustion chamber, and the injector 1 for directly injecting fuel into the combustion chamber has a fuel injection hole between the two intake valves 10 provided in the combustion chamber, and is approximately 30 from the horizontal. It was tilted upwards.

インジェクタ1は電磁コイルを備えた電磁弁で構成し、エンジンコントロールユニット(以下ECUと称す)41からの制御信号により開閉制御するよう構成した。   The injector 1 is composed of a solenoid valve having an electromagnetic coil, and is configured to be controlled to open and close by a control signal from an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 41.

ECU41からの燃料噴射制御信号がインジェクタ駆動回路40に入力されると、後で詳述するインジェクタ1の電磁コイル2がバッテリーVBにより付勢され、プランジャ3が引き上げられ、プランジャ3の先端に取付けられている弁体3aが弁座(図示せず)から離れ、図示しない高圧ポンプで加圧された高圧燃料が燃焼室内に噴射される。   When a fuel injection control signal from the ECU 41 is input to the injector drive circuit 40, an electromagnetic coil 2 of the injector 1 described in detail later is energized by the battery VB, and the plunger 3 is pulled up and attached to the tip of the plunger 3. The valve body 3a is separated from the valve seat (not shown), and high-pressure fuel pressurized by a high-pressure pump (not shown) is injected into the combustion chamber.

燃料はインジェクタ1の弁3aの上流に設けたスワラ4により旋回力が与えられて噴射されるため、燃焼室内圧力が低い吸気行程噴射では中空の円錐噴霧となる。   Since the fuel is injected with a swirling force given by a swirler 4 provided upstream of the valve 3a of the injector 1, it is a hollow conical spray in the intake stroke injection where the pressure in the combustion chamber is low.

一方、燃焼室内圧力が高い圧縮行程噴射では噴霧がつぶれて中実噴霧となる。   On the other hand, in the compression stroke injection with a high pressure in the combustion chamber, the spray is crushed and becomes a solid spray.

本実施例では、成層燃焼領域においては図に示すように先行して噴射された噴霧60aがプラグ32方向に拡散してプラグ32付近で留まり、次に噴射された噴霧60bを火種として燃焼するよう構成した。   In the present embodiment, in the stratified combustion region, as shown in the figure, the spray 60a previously injected diffuses in the direction of the plug 32 and stays in the vicinity of the plug 32, and then the injected spray 60b is burned as a fire type. Configured.

図中32aは点火コイルで、ECU41からの点火信号を受けて点火プラグ32に点火用スパークを発生させる。   In the figure, reference numeral 32a denotes an ignition coil that receives an ignition signal from the ECU 41 and causes the spark plug 32 to generate an ignition spark.

図3(a),(b)に基づき本実施例の概要を説明する。   An outline of the present embodiment will be described based on FIGS. 3 (a) and 3 (b).

本実施例では、圧縮行程の非常に近接した時間に燃料を複数回に分割して噴射する。   In the present embodiment, the fuel is divided into a plurality of times and injected at a time very close to each other in the compression stroke.

スワラ付きインジェクタで一括噴射(1回の燃料噴射タイミングの間に1回の開弁で燃焼に必要な燃料を一括噴射すること)した場合の噴霧は図3(a)のようにL1のペネトレーションを有する。   When spraying with a swirler injector (injecting fuel necessary for combustion in a single valve opening during a single fuel injection timing), spraying is performed as shown in Fig. 3 (a). Have.

同じ噴射量を2回に分割して噴射した場合は図3(b)に示すように、一回当たりの噴射量が少なくなるため噴霧の貫通力が小さくなる。   When the same injection quantity is divided into two injections, as shown in FIG. 3B, the injection quantity per injection is reduced, so that the spray penetration force is reduced.

第1噴射のペネトレーションL2と第2噴射のペネトレーションL3の長い方を、一括噴射のペネトレーションL1と比較すると前者のペネトレーションL2(L3)の方が短い。   When the longer one of the penetration L2 of the first injection and the penetration L3 of the second injection is compared with the penetration L1 of the batch injection, the former penetration L2 (L3) is shorter.

そして、弁の上流にスワラを備えていないインジェクタと同様に比較すると、同じ燃料供給量、同じ燃料圧力の場合、弁の上流にスワラを備えた本実施例の方が同じ噴射量を2回に分割して噴射した場合のペネトレーションの短くなる度合いが大きかった。   And when compared with an injector that does not have a swirler upstream of the valve, the same injection amount is twice in the present embodiment with a swirler upstream of the valve when the same fuel supply amount and the same fuel pressure are used. The degree of shortening of the penetration when divided and injected was large.

また、同一圧力雰囲気中で連続2回噴射を実施すると、第1噴射の噴霧60aが直進力を失って滞留しているところへ第2噴射60bが重なるようにして到達し、全体として狭い領域に高濃度で噴霧が滞留するのが確認できた。   Further, when two continuous injections are performed in the same pressure atmosphere, the second injection 60b arrives at the place where the spray 60a of the first injection has lost its linear advance force and stays there, and the whole area is narrow. It was confirmed that the spray stayed at a high concentration.

しかし、実際の燃焼室では第1噴射60aと第2噴射60bが噴射されるタイミングにおける燃焼室内圧力は異なる(第1噴射60aの時点の方が第2噴射60bの時点より低い)。   However, in the actual combustion chamber, the pressure in the combustion chamber at the timing when the first injection 60a and the second injection 60b are injected is different (the time of the first injection 60a is lower than the time of the second injection 60b).

ところで、スワラを備えたインジェクタでは、雰囲気圧力が低いと中空円錐噴霧となり、雰囲気圧力が高いと中実のコンパクトな噴霧となる。   By the way, in the injector provided with the swirler, when the atmospheric pressure is low, it becomes a hollow cone spray, and when the atmospheric pressure is high, it becomes a solid compact spray.

このため実機では、図3(c)のように低圧状態の燃焼室に噴射された中空円錐噴霧の第1噴射の噴霧60aは軽いので空気流動に乗って広く分布し、比較的高圧状態の燃焼室に噴射された中実の第2噴射の噴霧60bは比較的燃料粒が重いことと空気流動が弱まっていることで先行した第1噴射60a程は拡散せず、プラグの周りに集まる。   For this reason, in the actual machine, as shown in FIG. 3 (c), the first injection spray 60a of the hollow cone spray injected into the low-pressure combustion chamber is light, so it is widely distributed along the air flow, and the combustion in a relatively high-pressure state The solid second injection spray 60b injected into the chamber does not diffuse as much as the preceding first injection 60a due to relatively heavy fuel particles and weak air flow, and collects around the plug.

この雰囲気圧力差によりプラグ周りに濃い混合気層、その周囲に薄い混合気層、という理想的な混合気が形成できた。   Due to this atmospheric pressure difference, an ideal air-fuel mixture was formed in which a rich air-fuel mixture layer around the plug and a thin air-fuel mixture layer around it.

また、噴射期間T1が2m秒を超えるような長い場合には、スワラ付きインジェクタから噴射された中空円錐噴霧は、噴霧内外の圧力差により噴霧が釣り鐘型となり、燃料噴霧の広がり角度(θ1,θ2)が狭角化され噴霧の分散が抑えられる。   When the injection period T1 is longer than 2 milliseconds, the hollow cone spray injected from the injector with the swirler becomes a bell-shaped spray due to the pressure difference between the inside and outside of the spray, and the fuel spray spread angle (θ1, θ2) ) Is narrowed and spray dispersion is suppressed.

これに対し、複数回に分割して噴射すると1回当たりの噴射期間が短縮され、噴霧の広がり角度の狭角化を防止でき、燃料を広く分散させることができる(θ1<θ2)。   On the other hand, if the injection is divided into a plurality of times, the injection period per time can be shortened, the narrowing of the spread angle of the spray can be prevented, and the fuel can be widely dispersed (θ1 <θ2).

スワラ付きインジェクタでは一括噴射にするか、2回に分割して噴射するかによって燃料の広がり角度を制御できる。   In the injector with swirler, the spread angle of the fuel can be controlled by performing batch injection or by dividing the injection into two.

図4に本実施例による噴射方法のパターン、図5に本実施例を実施した筒内噴射エンジンの運転領域を示す。   FIG. 4 shows the pattern of the injection method according to this embodiment, and FIG. 5 shows the operating region of the direct injection engine in which this embodiment is implemented.

図5は横軸が回転数、縦軸が負荷であり、(1)(2)の領域は均質運転、(3)は弱成層運転、(4)(5)は成層運転を行う領域である。   In FIG. 5, the horizontal axis represents the rotational speed and the vertical axis represents the load. Regions (1) and (2) are homogeneous operation, (3) is weak stratification operation, and (4) and (5) are regions in which stratification operation is performed. .

(1)の高負荷高回転の均質運転領域では、短時間に多量の燃料を噴射する必要があることから、図4(1)のように吸気行程で一括噴射、もしくは排気行程から吸気行程にかけて一括で噴射する。高回転高負荷では燃焼室内の空気流動が強く、噴霧が吸気弁側に集中して空気利用率が悪いが、排気弁側まで到達して混合を促進できるように貫通力が強い一括噴射を行うことで、出力の向上,燃費の改善を図る。   In the high load and high speed homogeneous operation region of (1), it is necessary to inject a large amount of fuel in a short time. Therefore, as shown in FIG. 4 (1), batch injection in the intake stroke or from the exhaust stroke to the intake stroke Inject all at once. At high rotation and high load, the air flow in the combustion chamber is strong, and spray is concentrated on the intake valve side and the air utilization rate is bad, but batch injection with strong penetrating force is performed to reach the exhaust valve side and promote mixing This will improve output and improve fuel efficiency.

(2)の高負荷低回転の領域では、図4(2)に示すように、吸気行程に複数回に分割して燃料を噴射することで、噴霧の貫通力(ペネトレーション)を低減し、排気側シリンダ壁面やピストン冠面への燃料付着を低減する。   In the region of high load and low rotation of (2), as shown in FIG. 4 (2), the fuel is injected in a plurality of times during the intake stroke, thereby reducing the penetration force (penetration) of the spray and exhausting. Reduces fuel adhesion to the side cylinder wall and piston crown.

また、1回当たりの噴射期間を短縮することで、第1噴射60aの噴霧角を拡大して混合を促進できる。   Moreover, by shortening the injection period per time, the spray angle of the first injection 60a can be expanded to promote mixing.

(3)は弱成層運転領域で、図4(3)に示すように吸気行程と圧縮行程に分割して噴射する。   (3) is a weak stratification operation region, and the injection is divided into an intake stroke and a compression stroke as shown in FIG. 4 (3).

吸気行程噴射で周囲に希薄混合気を形成し、圧縮行程噴射の噴霧を点火火種として弱成層燃焼を達成する。   A lean air-fuel mixture is formed around by the intake stroke injection, and weak stratified combustion is achieved using the spray of the compression stroke injection as an ignition type.

(4)は成層運転領域であるが、そのなかでも比較的高回転領域であり、図4(4)に示すように圧縮行程で一括噴射して成層燃焼する。   (4) is a stratified operation region, and is a relatively high rotation region, and stratified combustion is performed by batch injection in the compression stroke as shown in FIG. 4 (4).

(5)の低負荷低回転の成層運転領域では、図4(5)に示す圧縮行程複数回噴射の燃料噴霧を空気流動でガイドすることにより従来のいかなるエンジンでも成層燃焼による安定燃焼が困難とされる領域において、成層燃焼による安定燃焼を実現できた。   In the stratified operation region of low load and low rotation of (5), stable combustion by stratified combustion is difficult in any conventional engine by guiding the fuel spray of the multiple compression stroke injection shown in FIG. 4 (5) by air flow. In this area, stable combustion by stratified combustion was realized.

この結果、従来より成層燃焼領域が拡大し、燃費低減と、エミッションの改善が図れた。   As a result, the stratified charge combustion area has been expanded, and fuel consumption has been reduced and emissions have been improved.

図4(5)に示す圧縮行程複数回(2回)噴射では図8に示すように、第1噴射は圧縮行程前乃至中期に行い、プラグ近傍に希薄混合気層60aを形成し、第2噴射を圧縮行程中乃至後期に行い、噴霧60bが点火プラグへ到達したときに点火して燃焼させる。   In the compression stroke multiple injections (twice) shown in FIG. 4 (5), as shown in FIG. 8, the first injection is performed before or during the compression stroke, and a lean air-fuel mixture layer 60a is formed in the vicinity of the plug. The injection is performed during or after the compression stroke, and is ignited and burned when the spray 60b reaches the spark plug.

点火プラグに可燃混合気層、その周囲に希薄な混合気層さらに外側に空気層があることで、混合気が効率よく燃焼し、また壁面に混合気が存在しないため、火炎伝播できないクエンチ層からのHCの生成が減少し、HCの排出量が低減できる。   Because the spark plug has a combustible air-fuel mixture layer, a lean air-fuel mixture layer around it, and an air layer on the outside, the air-fuel mixture burns efficiently, and since there is no air-fuel mixture on the wall surface, the quench layer cannot propagate flame HC production is reduced, and HC emissions can be reduced.

この場合、第2噴射が圧縮行程の後期の空気流動が非常に弱い状況において行われるので従来のシステムであれば噴霧がプラグまで到達する貫通力を持たない。   In this case, since the second injection is performed in a situation where the air flow in the latter stage of the compression stroke is very weak, in the conventional system, the spray does not have a penetrating force to reach the plug.

しかし、本実施例では先に説明した理由と、図9に示すように、第1噴射がプラグ方向への流動を生成するため、第2噴射はこの流動に引っ張られる作用の両方で点火プラグまで到達することができる。これより、安定燃焼領域が広がり、燃費が更に向上する。   However, in this embodiment, since the first injection generates a flow in the plug direction as shown in FIG. 9 as shown in FIG. 9, the second injection reaches both the spark plug and the action pulled by the flow. Can be reached. As a result, the stable combustion region is expanded and the fuel consumption is further improved.

図4(5)に示す圧縮行程2回噴射で第1噴射と第2噴射のタイミングを非常に近接した時間(1.5ms程度)にすると、図10のように混合気がプラグを通過する時間を延長することができる。   When the timings of the first injection and the second injection are made very close (about 1.5 ms) in the compression stroke injection shown in FIG. 4 (5), the time required for the air-fuel mixture to pass through the plug as shown in FIG. Can be extended.

タンブル空気流動により燃料を点火プラグまで搬送するいわゆるタンブルガイドエンジンでは、混合気が点火プラグを通過する期間でのみ点火ができるため、第1噴射と第2噴射のタイミングを最適化すると噴霧が連続して2回通り過ぎ、その両方のタイミングで点火することが可能となり、燃焼安定領域が拡大する。   In a so-called tumble guide engine that transports fuel to the spark plug by tumble air flow, ignition can be performed only during the period when the air-fuel mixture passes through the spark plug. Therefore, when the timing of the first injection and the second injection is optimized, the spray continues. It is possible to ignite at both timings and the combustion stable region is expanded.

以上のように、圧縮行程複数回噴射では、第1噴射と第2噴射の間隔を制御することにより、混合気の弱成層化による燃費向上(図11混合気曲線60)と、混合気のプラグ通過時間延長による燃焼安定領域拡大(図11混合気曲線61)、という2つの効果が得られる。   As described above, in the multiple compression stroke injection, by controlling the interval between the first injection and the second injection, the fuel efficiency is improved by the weak stratification of the mixture (FIG. 11 mixture curve 60), and the mixture plug Two effects are obtained: expansion of the combustion stable region by extension of the passage time (FIG. 11 mixture curve 61).

更に、始動時に触媒が十分に暖機されていない状況では、図4(6)に示すように圧縮行程と膨張行程に燃料を噴射する。   Further, in a situation where the catalyst is not sufficiently warmed up at the time of starting, fuel is injected in the compression stroke and the expansion stroke as shown in FIG.

圧縮行程で希薄燃焼させ、膨張行程に燃料を噴射し、第1燃焼での余剰空気と燃焼による熱で、2度目の噴霧を燃焼させ、排気温度を向上,触媒暖機時間を低減する。触媒早期活性化により、排気浄化が可能となるため、排気の低減効果がある。   The lean combustion is performed in the compression stroke, the fuel is injected in the expansion stroke, the second spray is combusted by the surplus air in the first combustion and the heat from the combustion, the exhaust temperature is improved, and the catalyst warm-up time is reduced. Since exhaust gas purification can be achieved by early activation of the catalyst, there is an effect of reducing exhaust gas.

このような領域では空気流そのものが少ないので空気流動による燃料ガイド効果が低いので燃料噴射期間を他の2回噴射領域の噴射期間より長くしてペネトレーションを長くし、プラグ周辺に届き易くする。   In such a region, since the air flow itself is small, the fuel guide effect by the air flow is low, so that the fuel injection period is longer than the injection period of the other two-time injection regions, the penetration is made longer, and it is easy to reach the periphery of the plug.

始動時の中でもスタータでエンジンを駆動しているような低回転領域では、ピストンが圧縮行程途中で停止している気筒に燃料を噴射して一発目を燃焼させるが、本実施例の1噴射タイミング複数回噴射を用いれば、一発目の燃焼から成層燃焼で始動を行う事ができ、HCの発生が少なく、燃費の良い直接燃料噴射装置が得られる。   In the low-speed region where the engine is driven by the starter even during start-up, fuel is injected into the cylinder where the piston is stopped in the middle of the compression stroke to burn the first shot. By using multiple timing injections, it is possible to start from the first combustion by stratified combustion, and a direct fuel injection device with less HC generation and good fuel efficiency can be obtained.

通常、始動時は燃料圧力が低く噴射率が低いため、噴射期間を通常運転時の数倍長くする必要がある。このため従来の直接燃料噴射装置においては、燃料噴霧のペネトレーションが長くなりすぎて対向壁面への燃料付着が生じたり、燃料が点火タイミング時に点火プラグ位置を通り過ぎたり、またこのような運転状態では燃料の圧力が低くて燃料の微粒化も不十分であるという問題もあって、成層燃焼が実現できず、均質燃焼で始動していた。   Usually, since the fuel pressure is low and the injection rate is low at the time of starting, it is necessary to make the injection period several times longer than that in normal operation. For this reason, in the conventional direct fuel injection device, the fuel spray penetration becomes too long and the fuel adheres to the opposite wall surface, or the fuel passes through the spark plug position at the ignition timing. Due to the problem that the fuel pressure was low and the atomization of the fuel was insufficient, stratified combustion could not be realized and it was started with homogeneous combustion.

本実施例では一燃料噴射タイミングでインジェクタを2回駆動して、1回の噴射燃料を分割して噴射することにより、ペネトレーションを低減することができたので対向壁面への燃料付着を防止でき、また燃料量が少ない分、低い圧力でも燃料が十分霧化され、これにより、一発目の燃焼から成層燃焼で始動を行う事が可能となる。   In this embodiment, by driving the injector twice at one fuel injection timing and dividing and injecting one injection fuel, penetration can be reduced, so that fuel adhesion to the opposing wall surface can be prevented, Further, since the amount of fuel is small, the fuel is sufficiently atomized even at a low pressure, so that it is possible to start from the first combustion by stratified combustion.

図7に示すように、ECU41はエンジンに取り付けられた各種センサから、エンジン冷却水温度,エンジン潤滑油温度,エンジン回転数,負荷,スロットル弁開度,クランクシャフトの回転角度,A/F(空燃比センサ出力あるいは酸素濃度検出器出力)などの信号を受けてエンジンの状態を判定し、さらに図6のフローチャートで噴射方法を選定し、噴射時期,噴射期間,点火時期などをインジェクタ駆動回路40や、点火回路32aへ出力する(図2の32bは点火コイルを示す。)。   As shown in FIG. 7, the ECU 41 detects engine coolant temperature, engine lubricating oil temperature, engine speed, load, throttle valve opening, crankshaft rotation angle, A / F (empty) from various sensors attached to the engine. The engine state is determined by receiving a signal such as a fuel ratio sensor output or an oxygen concentration detector output), and an injection method is selected in the flowchart of FIG. 6, and an injection timing, an injection period, an ignition timing, etc. And output to the ignition circuit 32a (32b in FIG. 2 indicates an ignition coil).

均質運転時には2回の噴射時期で燃焼室圧力はほとんど変化しないが、成層運転時には図12に示すように燃焼室圧力が変化する。また、その変化割合は噴射時期や、回転数,吸入空気量の関数となるため、条件にあわせた噴射間隔が要求される。   In the homogeneous operation, the combustion chamber pressure hardly changes at the two injection timings, but in the stratified operation, the combustion chamber pressure changes as shown in FIG. Further, since the change ratio is a function of the injection timing, the rotation speed, and the intake air amount, an injection interval that matches the conditions is required.

噴射間隔(時間)が同じ場合、(b)を基準条件とすると、吸入空気が多い(a)のような条件では2回目の噴射時の燃焼室圧力が高く、コンパクトな噴霧となるため、1回目の噴霧と2回目の噴霧の間が開いて、分離する可能性がある。   When the injection interval (time) is the same, if (b) is used as a reference condition, the combustion chamber pressure during the second injection is high under conditions such as (a) where there is a large amount of intake air, resulting in a compact spray. There may be a separation between the first and second sprays.

低回転の(c)のような場合は、圧力変化が少ないため、噴霧の定常試験に近い結果が得られると考えられる。   In the case of the low rotation (c), since the pressure change is small, it is considered that a result close to a steady spray test can be obtained.

燃焼に最適な混合気を得るために、図13に示すように回転数,吸入空気量が大きくなり、あるいは噴射時期が遅くなるにつれて第1,2噴射の間の噴射休止間隔D1を短縮する。   In order to obtain an air-fuel mixture optimal for combustion, as shown in FIG. 13, the injection pause interval D1 between the first and second injections is shortened as the rotational speed and the intake air amount are increased or the injection timing is delayed.

ただし、D1はインジェクタへ電力を供給する昇圧回路のコンデンサのチャージに必要な時間(約1.5ms)以下となってはならない。   However, D1 must not be less than the time required for charging the capacitor of the booster circuit that supplies power to the injector (about 1.5 ms).

図14に示すように、回転数,吸入空気量が大きくなり、あるいは噴射時期が遅くなるにつれてT2/T3を小さくする。   As shown in FIG. 14, T2 / T3 is decreased as the rotational speed and the intake air amount are increased or the injection timing is delayed.

つまり、T3を延長する。ただし、T2は図15に示す無効噴射パルス幅以下になってはならない。   That is, T3 is extended. However, T2 must not be less than the invalid injection pulse width shown in FIG.

図15は、噴射期間と燃料流量の関係を示しており、ほぼ比例関係にあることがわかる。だが、噴射期間を短縮するとインジェクタのプランジャの開弁までの遅れや、プランジャの動作が不安定になることなどが原因で、流量に直線性が得られない領域が出現する。   FIG. 15 shows the relationship between the injection period and the fuel flow rate, and it can be seen that there is a substantially proportional relationship. However, if the injection period is shortened, a region where linearity cannot be obtained appears due to delay in the opening of the plunger of the injector or unstable operation of the plunger.

直線性が得られない領域の噴射期間を無効噴射パルス幅と呼び、この領域は使用しない。   An injection period in a region where linearity cannot be obtained is called an invalid injection pulse width, and this region is not used.

この領域に噴射パルス幅(噴射期間)が入る場合は、燃料圧力を低く設定して流量を低減し、その分噴射パルス幅を長くして対応する。   When the injection pulse width (injection period) enters this region, the fuel pressure is set low to reduce the flow rate, and the injection pulse width is increased accordingly.

第1の実施例のエンジンにおいては、プラグに到達できる噴霧角得るために広角噴霧型のインジェクタであるスワラ付きインジェクタを用いた。そして比較的長いペネトレーションが要求される低回転低負荷の領域では、圧縮行程複数回噴射を適用した。   In the engine of the first embodiment, an injector with a swirler that is a wide-angle spray type injector is used to obtain a spray angle that can reach the plug. And in the region of low rotation and low load where a relatively long penetration is required, multiple compression stroke injections were applied.

第2の実施例を図16に示す。   A second embodiment is shown in FIG.

この実施例では比較的長いペネトレーションを確保できる狭角噴霧あるいは中実噴霧型のインジェクタを使用し、低回転低負荷の噴射期間の短い条件では1噴射タイミング1回噴射とし、中回転でペネトレーションが長くなり過ぎて壁面への付着が問題となる領域で1噴射タイミング2回噴射とした。   In this embodiment, a narrow-angle spray or solid spray type injector that can ensure a relatively long penetration is used, and one injection timing is one injection in a short condition of a low rotation and low load injection period, and the penetration is long at medium rotation. In the region where adhesion to the wall surface becomes a problem because it becomes too much, one injection timing is set to twice injection.

狭角噴霧型インジェクタを用いることで、均質高負荷条件でも吸気弁からの強い下降流に負けずに分散しやすい燃料噴霧状態を形成する事ができた。   By using a narrow-angle spray type injector, it was possible to form a fuel spray state that was easy to disperse without losing strong downflow from the intake valve even under homogeneous high load conditions.

低負荷条件では噴射パルスが短いため、噴射を2回に分割すると、1回の噴射パルス幅が、無効噴射パルス幅以下になる可能性があるが、このような領域では燃料圧力を低くして噴射パルス幅を長くすることが有効である。   Since the injection pulse is short under low load conditions, if the injection is divided into two times, the injection pulse width of one injection may be less than the invalid injection pulse width. It is effective to increase the ejection pulse width.

第3の実施例を図17に示す。これは、インジェクタをエンジンヘッドの側面ではなく、燃焼室中心部の点火プラグ横に配置した構造である。成層運転では圧縮行程2回噴射により、ペネトレーションが抑制できるためピストン冠面への付着が低減でき、混合気を2層化でき、理想的な混合状態を得られる。また、燃焼室中心から噴射しているため、噴霧が通過することがなく混合気が中心部に留まるため、広い噴射,点火時期で安定燃焼できる。均質運転では、燃焼室の形状に合った噴霧形状となるため、空気を有効に利用できる。均質運転でも圧縮行程2回噴射によりペネトレーション抑制による壁面付着低減,噴霧拡大による混合の促進が可能である。   A third embodiment is shown in FIG. This is a structure in which the injector is arranged beside the ignition plug at the center of the combustion chamber, not on the side of the engine head. In the stratified operation, the penetration can be suppressed by the compression stroke injection twice, so that the adhesion to the piston crown surface can be reduced, the air-fuel mixture can be made into two layers, and an ideal mixed state can be obtained. In addition, since the fuel is injected from the center of the combustion chamber, the air-fuel mixture remains in the center without passing through the spray, so that stable combustion can be performed with wide injection and ignition timing. In the homogeneous operation, since the spray shape matches the shape of the combustion chamber, air can be used effectively. Even in homogeneous operation, it is possible to reduce wall adhesion by suppressing penetration and promote mixing by spray expansion by injecting twice in the compression stroke.

昇圧器によってバッテリー電圧を昇圧して高電圧をコイルに印加することで、開弁するインジェクタでは、近接した短時間に複数回インジェクタを開弁するためには、噴射間隔を広く取る必要がある。それはバッテリー電圧から電圧をチャージするための時間が必要であり、十分に電圧がチャージされない場合、2回目の開弁が遅れ、必要噴射量が得られない可能性があるからである。よって約1.5ms以上の間隔が必要である。   In an injector that opens a valve by boosting the battery voltage with a booster and applying a high voltage to the coil, it is necessary to widen the injection interval in order to open the injector multiple times in a short time. This is because it takes time to charge the voltage from the battery voltage, and if the voltage is not sufficiently charged, the second valve opening may be delayed and the required injection amount may not be obtained. Therefore, an interval of about 1.5 ms or more is necessary.

バッテリー電圧で駆動可能なインジェクタを用いた場合、電圧チャージが必要ないため、非常に近接した時間で複数回噴射を行うことが可能である。この場合、成層運転の高回転領域でも圧縮行程で近接に2回噴射して、安定領域の拡大を測ることが可能である。   When an injector that can be driven by a battery voltage is used, voltage charging is not required, and therefore it is possible to perform injection several times in a very close time. In this case, it is possible to measure the expansion of the stable region by injecting twice in the compression stroke even in the high rotation region of the stratified operation.

また、上記方法は42Vバッテリー搭載のエンジンにおいてはさらに小さなパルス幅でも燃料流量が不安定にならないので、低負荷領域でも燃料圧力を落とすことなく、複数回噴射することを可能にできる。   Further, in the engine equipped with a 42V battery, the fuel flow rate does not become unstable even with a smaller pulse width, so that it is possible to inject a plurality of times without dropping the fuel pressure even in a low load region.

以上の実施形態は空気で混合気をガイドして成層化するエンジンに関して記載したが、ピストンキャビティ180で混合気をガイドする図18のような構成でも使える。   Although the above embodiment has been described with reference to an engine in which the air-fuel mixture is guided by air and stratified, it can also be used in the configuration shown in FIG.

図19の冠面がフラットなピストンを備えた筒内噴射エンジンでは、インジェクタ1から噴射した燃料を点火プラグ32へ直撃させて混合気を形成する。   In the in-cylinder injection engine having a piston with a flat crown surface in FIG. 19, the fuel injected from the injector 1 is directly hit the spark plug 32 to form an air-fuel mixture.

インジェクタ1は、筒内圧力の変化により噴霧形状が変わりにくい例えば中実噴霧型インジェクタを用いる。   As the injector 1, for example, a solid spray-type injector is used in which the spray shape is hardly changed due to a change in the in-cylinder pressure.

特に、点火プラグ方向の噴霧角が変化しないことが重要であり、これにより、噴射時期,回転数の影響を受けることなく点火プラグへ燃料を到達させることができる。   In particular, it is important that the spray angle in the direction of the spark plug does not change, so that the fuel can reach the spark plug without being affected by the injection timing and the rotational speed.

また、ピストンはキャビティを持たないフラットな形状であるため、ピストン冠面の冷却損失,吸気損失を低減でき、燃費向上が図れる。   Further, since the piston has a flat shape without a cavity, it is possible to reduce the cooling loss and intake loss of the piston crown surface and improve the fuel efficiency.

この構成のエンジンでは、噴霧が点火プラグを通過する時間が短いが、一噴射タイミングでの噴射を複数回に分割してその第1回目と2回目の間隔を適宜設定することで、点火プラグに混合気が存在する時間を延長し、燃焼安定領域を拡大できる。   In the engine with this configuration, the time for the spray to pass through the spark plug is short. However, by dividing the injection at one injection timing into a plurality of times and appropriately setting the first and second intervals, The time during which the air-fuel mixture exists can be extended and the combustion stable region can be expanded.

また、一噴射タイミングでの噴射を複数回に分けることにより、ペネトレーションを短くできるため、排気バルブ側の壁面への燃料付着を低減でき、燃費,排気を改善できる。   Further, by dividing the injection at one injection timing into a plurality of times, the penetration can be shortened, so that fuel adhesion to the wall surface on the exhaust valve side can be reduced, and fuel consumption and exhaust can be improved.

実施例ではスワラ付きインジェクタ,中実噴霧型インジェクタに関して述べたが、ホールノズル型のインジェクタやプレートノズル型のインジェクタなども使用できる。   Although the embodiment has been described with respect to the injector with the swirler and the solid spray type injector, a hole nozzle type injector, a plate nozzle type injector, or the like can also be used.

実施例では噴射を2回に分割した例を述べたが、それ以上の回数に分割してもよい。   Although the example which divided | segmented injection into 2 times was described in the Example, you may divide | segment into the frequency | count beyond it.

次に、本実施例に用いるスワラ付きインジェクタ及び、バッテリー電圧で駆動されるインジェクタの詳細構成を図20(a),(b),図21(a),(b),(c)に沿って説明する。   Next, detailed configurations of the injector with swirler and the injector driven by the battery voltage used in this embodiment are shown in FIGS. 20 (a), (b), 21 (a), (b), (c). explain.

図21(a)は、インジェクタのノズル先端部分の拡大図であり、本実施例にかかるスワラ117が示されている。スワラ117には、軸方向溝212と径方向溝221と、更に径方向溝221出口部分に環状の室251とが形成されている。   FIG. 21A is an enlarged view of the nozzle tip portion of the injector, and shows a swirler 117 according to the present embodiment. The swirler 117 is formed with an axial groove 212, a radial groove 221, and an annular chamber 251 at the outlet of the radial groove 221.

軸方向溝212はスワラ117の円筒の側面を、2つの平行な平面で切り取った平面とノズルの筒状内周面とで囲まれた断面半月上の通路で形成される。   The axial groove 212 is formed by a passage on a half-moon section surrounded by a plane obtained by cutting a cylindrical side surface of the swirler 117 by two parallel planes and a cylindrical inner peripheral surface of the nozzle.

これらの軸方向溝212,径方向溝221は上方より導入される燃料の通路であるが、軸方向溝212を通過した燃料は径方向溝221によって弁軸心に対して偏心して弁座上流の旋回室231に導入される。これにより、燃料にいわゆる旋回力が付与される。ここで、ノズル208から噴射された燃料噴射の拡がり角、すなわち噴射角は、スワラ117に設ける径方向溝221のオフセットL(弁軸心と溝の中心間距離:図20(b)に示される)や溝の幅,深さを調整することで調整ができる。   The axial groove 212 and the radial groove 221 are fuel passages introduced from above, but the fuel that has passed through the axial groove 212 is eccentric with respect to the valve shaft center by the radial groove 221 and is upstream of the valve seat. It is introduced into the swirl chamber 231. As a result, a so-called turning force is applied to the fuel. Here, the divergence angle of the fuel injection injected from the nozzle 208, that is, the injection angle, is indicated by the offset L of the radial groove 221 provided in the swirler 117 (the distance between the center of the valve shaft and the groove: FIG. 20B). ) And the width and depth of the groove can be adjusted.

径方向溝221のオフセットLが小さい場合や、あるいは溝の幅や深さを大きくした場合には旋回流を生じ易くなるが、環状の室251はこの旋回燃料の変動分を緩和する効果がある。   When the offset L of the radial groove 221 is small, or when the width and depth of the groove are increased, a swirl flow is likely to occur. However, the annular chamber 251 has an effect of alleviating the fluctuation of the swirl fuel. .

環状室251は、その下流の燃料旋回室231に比べて直径が大きいので、径方向溝
221を通過する燃料の流速を下げた場合でも該径方向溝221のオフセットLを大きくすれば旋回力を増大させることができ、その結果、旋回室を有効に使うことができる。
Since the annular chamber 251 has a larger diameter than the downstream fuel swirl chamber 231, even if the flow velocity of the fuel passing through the radial groove 221 is lowered, the swirl force can be increased by increasing the offset L of the radial groove 221. As a result, the swirl chamber can be used effectively.

これにより、未然に変動分を回避できると共に、燃料のミキシングを積極的に促進することができる。   As a result, fluctuations can be avoided and fuel mixing can be actively promoted.

1回の噴射タイミングで弁116が弁座210から2回離れると燃料はその都度縦方向通路212,径方向溝221,環状室251,旋回室231,噴射口190と流れて燃焼室内に噴射される。   When the valve 116 leaves the valve seat 210 twice at one injection timing, the fuel flows through the longitudinal passage 212, the radial groove 221, the annular chamber 251, the swirl chamber 231, and the injection port 190 each time and is injected into the combustion chamber. The

第1噴射と第2噴射との間の閉弁区間では燃料は専ら環状室251に滞留して第2噴射の初期から確実に噴射が生じるよう待機している。   In the valve-closing section between the first injection and the second injection, the fuel stays exclusively in the annular chamber 251 and stands by for sure injection from the initial stage of the second injection.

この環状溝が無い場合は弁が短時間の間に開閉を繰り返した場合燃料の供給がそれに追いつかず燃料切れを生じることがある。   Without this annular groove, when the valve is repeatedly opened and closed within a short period of time, fuel supply may not catch up with it and fuel may run out.

かくして、本実施例に供する燃料噴射弁は1回の噴射タイミングの間に複数回、径方向通路221を通して径方向外側から内側に向かって燃料が供給されるが、高速の分割噴霧によってもまったく燃料の旋回作用に変化が無く、燃料噴口で安定した微粒化作用を奏し、高圧の燃焼室内への安定した燃料噴射が可能となった。   Thus, in the fuel injection valve provided in this embodiment, fuel is supplied from the radially outer side to the inner side through the radial passage 221 a plurality of times during one injection timing. There was no change in the swirling action, and a stable atomization action was achieved at the fuel nozzle, enabling stable fuel injection into the high-pressure combustion chamber.

スワラを持たないインジェクタでは実現できない分割噴射での燃料微粒化効果と、高速弁駆動に対する燃料供給応答性を得られた。   The fuel atomization effect in the divided injection and the fuel supply response to the high-speed valve drive, which cannot be realized with an injector without swirler, were obtained.

次に、図21(a),(b),(c)を用いて本実施例に供するインジェクタ及び燃料噴射装置の一実施例について説明する。   Next, an embodiment of an injector and a fuel injection device used in this embodiment will be described with reference to FIGS. 21 (a), (b), and (c).

図21(a)はインジェクタ1の全体構造を示す断面図(先端ノズル部の拡大図は、図20(a)に示す)、図21(b)は燃料噴射装置(インジェクタ1とインジェクタ駆動回路40)の配線構成を示す模式図である。   21A is a cross-sectional view showing the overall structure of the injector 1 (an enlarged view of the tip nozzle portion is shown in FIG. 20A), and FIG. 21B is a fuel injection device (injector 1 and injector drive circuit 40). It is a schematic diagram which shows the wiring structure of ().

まず、図21(a)を用いてインジェクタ1の構造を説明する。   First, the structure of the injector 1 will be described with reference to FIG.

インジェクタ1は、燃料ポンプから加圧された燃料が供給されており、弁体を成すボール弁116とヨークケーシング114側に形成されたシート面(弁座面)210との間で燃料通路の開閉を行い、燃料噴射孔190からの燃料の噴射量を制御している。   The injector 1 is supplied with pressurized fuel from a fuel pump, and opens and closes a fuel passage between a ball valve 116 forming a valve body and a seat surface (valve seat surface) 210 formed on the yoke casing 114 side. The fuel injection amount from the fuel injection hole 190 is controlled.

ボール弁116はプランジャ115の先端に取り付けられており、シート面210の上流近傍には燃料微粒化のためのスワラ117が具備されている。   The ball valve 116 is attached to the tip of the plunger 115, and a swirler 117 for atomizing fuel is provided in the vicinity of the upstream of the seat surface 210.

ボール弁116の駆動力を発生する手段として、インジェクタ1にはコントロールコイル111とホールドコイル112が具備されており、これらのコイルが通電されると磁束が発生し、コア113,ヨーク114とプランジャ115を通る磁路が形成され、その結果、コア113とプランジャ115との対向する端面間に吸引力が発生する。   As a means for generating a driving force for the ball valve 116, the injector 1 is provided with a control coil 111 and a hold coil 112. When these coils are energized, a magnetic flux is generated, and a core 113, a yoke 114 and a plunger 115 are generated. As a result, an attractive force is generated between the opposing end surfaces of the core 113 and the plunger 115.

これによりプランジャ115及びボール弁116がシート面210から離れる方向に
(図では右側に)変位し、燃料が噴射される。
As a result, the plunger 115 and the ball valve 116 are displaced away from the seat surface 210 (to the right in the drawing), and fuel is injected.

また、コントロールコイル111とホールドコイル112による吸引力が無いとき(無通電状態)は、リターンスプリング118のばね力でプランジャ115を介してボール弁116がシート面210に押し付けられ、インジェクタ1は閉弁状態となる。   When there is no suction force by the control coil 111 and the hold coil 112 (non-energized state), the ball valve 116 is pressed against the seat surface 210 via the plunger 115 by the spring force of the return spring 118, and the injector 1 is closed. It becomes a state.

コントロールコイル111とホールドコイル112の一端は、電気的に接続されB端子となっている。また、コントロールコイル111のもう一端はC端子となり、ホールドコイル112のもう一端は、H端子となっている。   One end of the control coil 111 and the hold coil 112 is electrically connected to form a B terminal. The other end of the control coil 111 is a C terminal, and the other end of the hold coil 112 is an H terminal.

B端子にバッテリーのプラス端子をつなぎ、C端子,H端子をバッテリーのマイナス端子につなぐとコントロールコイル111とホールドコイル112に等しい向き(互いに強め合う向き)の磁束が発生するように、2つのコイルの巻き方,配線が決定されている。   Two coils so that when the positive terminal of the battery is connected to the B terminal and the C terminal and the H terminal are connected to the negative terminal of the battery, a magnetic flux is generated in the same direction as the control coil 111 and the hold coil 112 (intensifying each other). The winding method and wiring are determined.

尚、図面では、配線の引き回しを模式的に記述している。   In the drawing, wiring routing is schematically described.

次に、図21(b)を用いてインジェクタ駆動回路100の配線構成を説明する。   Next, the wiring configuration of the injector drive circuit 100 will be described with reference to FIG.

インジェクタ1についてはコア113とコントロールコイル111とホールドコイル
112が記載されている。
For the injector 1, a core 113, a control coil 111, and a hold coil 112 are described.

インジェクタ制御回路100には、バッテリーVBよりバッテリー電圧が供給されており、エンジンコントローラ41からの噴射信号に基づき、コントロールコイル111,ホールドコイル112への通電制御を行う。   The injector control circuit 100 is supplied with a battery voltage from the battery VB, and performs energization control to the control coil 111 and the hold coil 112 based on an injection signal from the engine controller 41.

インジェクタ制御回路100には、ホールドコイル112への通電制御を行うホールドコイルトランジスタON/OFF回路104とコントロールコイル111への通電制御を行うコントロールコイルトランジスタON/OFF回路114とがある。   The injector control circuit 100 includes a hold coil transistor ON / OFF circuit 104 that controls energization of the hold coil 112 and a control coil transistor ON / OFF circuit 114 that controls energization of the control coil 111.

それぞれのトランジスタON/OFF回路は、ホールドコイル電流検出抵抗103R,コントロールコイル電流検出抵抗113Rで検出された、それぞれのコイルへの電流情報を共有し、これらの情報と、エンジンコントローラ1からの噴射信号を基準とした信号処理回路120の出力に応じてホールドコイル用パワートランジスタ102t,コントロールコイル用パワートランジスタ112tに通電信号を送る。   Each transistor ON / OFF circuit shares current information to each coil detected by the hold coil current detection resistor 103R and the control coil current detection resistor 113R, and these information and the injection signal from the engine controller 1 Is applied to the hold coil power transistor 102t and the control coil power transistor 112t in accordance with the output of the signal processing circuit 120 with reference to.

ホールドコイル用パワートランジスタ102t,コントロールコイル用パワートランジスタ112tがオンになると、ホールドコイル112とコントロールコイル111にバッテリーVBの電圧が印加されることになる。   When the hold coil power transistor 102 t and the control coil power transistor 112 t are turned on, the voltage of the battery VB is applied to the hold coil 112 and the control coil 111.

101R,111Rは、それぞれホールドコイル112とコントロールコイル111の内部抵抗及び駆動回路の等価抵抗である。   101R and 111R are the internal resistance of the hold coil 112 and the control coil 111 and the equivalent resistance of the drive circuit, respectively.

コントロールコイル111とホールドコイル112は、それぞれ異なった電気特性となっている。これはコントロールコイル111とホールドコイル112が、それぞれ閉弁・開弁・開弁保持・閉弁の各段階においての役割が違うからである。   The control coil 111 and the hold coil 112 have different electrical characteristics. This is because the control coil 111 and the hold coil 112 have different roles in the respective stages of closing, opening, holding and closing.

コントロールコイル111は、この実施例においては、専ら開弁初期状態で使うコイルであり、ホールドコイル112は開弁保持状態で使うコイルである。   In this embodiment, the control coil 111 is a coil exclusively used in the initial valve opening state, and the hold coil 112 is a coil used in the valve opening holding state.

以下、それぞれの違いを述べる。   Each difference is described below.

まず、開弁時にコイルに要求される特性を以下に示す。   First, characteristics required for the coil when the valve is opened are shown below.

開弁時には、前述のリターンスプリング118によるセット荷重と、加圧された燃料による燃圧がボール弁に働くため、開弁動作に対して大きな阻止力が働く。   When the valve is opened, the set load by the return spring 118 described above and the fuel pressure by the pressurized fuel act on the ball valve, so that a large blocking force acts on the valve opening operation.

電磁力が、これらの力に打ち勝つ大きさに到達した時点で、初めてプランジャ115が変位を始める。   When the electromagnetic force reaches a magnitude that overcomes these forces, the plunger 115 starts to be displaced for the first time.

従って、力を発生するのに必要な時間は、開弁遅れに影響を及ぼすため、できるだけ短くする必要がある。   Therefore, the time required to generate the force affects the valve opening delay, and therefore needs to be as short as possible.

起磁力は、コイルの巻数N(T)に流入電流I(A)を掛け合わせた値U(=NI)であり、微少時間Δtに到達できる磁気力の評価に適用できる。   The magnetomotive force is a value U (= NI) obtained by multiplying the number of turns N (T) of the coil by the inflow current I (A), and can be applied to the evaluation of the magnetic force that can reach the minute time Δt.

駆動回路の内部抵抗がゼロの場合は、巻数を少なくすればするほど、インダクタンス成分と抵抗成分が小さくなり、たくさん電流が流れ、結果として微小時間Δtの間に到達できる起磁力は大きくなる。   When the internal resistance of the drive circuit is zero, the smaller the number of turns, the smaller the inductance component and the resistance component, and a larger amount of current flows. As a result, the magnetomotive force that can be reached during the minute time Δt increases.

起磁力はコイルの巻数が減少すれば減少するが、コイルのインダクタンスが巻数Nの2乗に比例するため、巻数の減少による起磁力の減少よりもインダクタンスの減少による電流の増加が大きいことが分かった。   The magnetomotive force decreases as the number of turns of the coil decreases. However, since the inductance of the coil is proportional to the square of the number of turns N, it can be seen that the increase in current due to the decrease in inductance is larger than the decrease in magnetomotive force due to the decrease in the number of turns. It was.

すなわち、バッテリー電圧等、低電圧で駆動して開弁時に大きな磁気力を得るためには、巻数で起磁力を稼ぐより電流で起磁力を稼ぐほうが応答性向上には望ましいと考えられる。   In other words, in order to obtain a large magnetic force when the valve is opened by driving at a low voltage such as a battery voltage, it is considered desirable to improve the responsiveness by increasing the magnetomotive force with current rather than increasing the magnetomotive force with the number of turns.

しかしながら、実際には駆動回路内部には内部抵抗が存在し、到達起磁力の最大値に制限を加えると同時に、最適な巻き数が駆動回路内部抵抗値により変化する。   However, in reality, there is an internal resistance inside the drive circuit, and at the same time as limiting the maximum value of the ultimate magnetomotive force, the optimum number of turns varies depending on the internal resistance value of the drive circuit.

さらに、電流の流れ易さは、インジェクタ内のコイルのみならず、制御回路側の内部抵抗,スイッチングデバイスの抵抗,電圧降下にも影響される。   Furthermore, the ease of current flow is influenced not only by the coil in the injector, but also by the internal resistance on the control circuit side, the resistance of the switching device, and the voltage drop.

このため、制御回路側の内部抵抗,スイッチングデバイスの抵抗,電圧降下は極力小さくする必要がある。   For this reason, it is necessary to minimize the internal resistance on the control circuit side, the resistance of the switching device, and the voltage drop.

開弁時のコイル、すなわち本実施例のコントロールコイル111とこのコイル111のパワートランジスタ112tは、以下のように構成する。   The coil at the time of valve opening, that is, the control coil 111 of this embodiment and the power transistor 112t of this coil 111 are configured as follows.

まず、コントロールコイル111の巻線径は、抵抗率の小さい太い巻線とする。   First, the winding diameter of the control coil 111 is a thick winding with a small resistivity.

また、パワートランジスタ112tはバイポーラ、CMOSまたはバイCMOSとすることにより通電時のON抵抗を低減し、コントロールコイル回路の等価内部抵抗111Rを低減する。   Further, the power transistor 112t is bipolar, CMOS or bi-CMOS to reduce the ON resistance when energized and to reduce the equivalent internal resistance 111R of the control coil circuit.

さらに、そのような構成に基づき決定される内部抵抗111Rの抵抗値に応じて到達起磁力が最も大きい近辺の巻き数とする。   Furthermore, the number of turns in the vicinity where the ultimate magnetomotive force is the largest is determined according to the resistance value of the internal resistance 111R determined based on such a configuration.

通常、開弁保持動作では、開弁時に比べ小さな起磁力で弁体を開状態に保持できる。   Normally, in the valve opening holding operation, the valve body can be held in an open state with a smaller magnetomotive force than when the valve is opened.

これは、開弁により燃料が噴射されボール弁16の前後で圧力がバランスし、燃圧による力が小さくなると同時に、コア113,ヨーク114とプランジャ115のエアギャップが小さくなるため、空間ギャップの磁束密度が上昇し起磁力を有効に使えるためである。   This is because the fuel is injected by opening the valve, the pressure is balanced before and after the ball valve 16, the force due to the fuel pressure is reduced, and at the same time, the air gap between the core 113, the yoke 114 and the plunger 115 is reduced. This is because the magnetomotive force can be effectively used.

さらに開弁保持に続く閉弁時は、電圧印加を中止することにより開弁保持時の起磁力が低下し、磁気力が低下していき、スプリング118のセット荷重以下になると閉弁動作を始めるのであるが、開弁保持時の起磁力が大き過ぎると、閉弁遅れに繋がる。   Further, when the valve is closed after the valve is opened, the magnetomotive force at the time of holding the valve is lowered by stopping the application of the voltage, and the magnetic force is lowered. When the load is below the set load of the spring 118, the valve closing operation is started. However, if the magnetomotive force at the time of holding the valve is too large, the valve closing delay will be caused.

従って開弁保持時には、保持限界に近い、低い起磁力で保持しておく必要がある。   Therefore, when the valve is held open, it is necessary to hold it with a low magnetomotive force close to the holding limit.

開弁保持時のコイル、すなわち本実施例のホールドコイル112とこのホールドコイル112のパワートランジスタ102は、以下のように構成する。まず、ホールドコイル
112は一般にその内部抵抗を特別に小さくする必要はなく、スペースファクタを優先して線径を選べばよい。
The coil at the time of opening and holding, that is, the hold coil 112 of the present embodiment and the power transistor 102 of the hold coil 112 are configured as follows. First, the hold coil 112 generally does not need to have a particularly small internal resistance, and the wire diameter may be selected giving priority to the space factor.

本実施例においては、開弁時にコイルに要求される特性をコントロールコイル111に持たせ、開弁保持時にコイルに要求される特性をホールドコイル112に持たせ、単純に切り替えて通電することにより、それぞれの段階において、理想的な動作を可能とする。   In this embodiment, the control coil 111 has the characteristics required for the coil when the valve is opened, and the hold coil 112 has the characteristics required for the coil when the valve is held open. Ideal operation is possible at each stage.

さらに上述のコントロールコイル111と、ホールドコイル112のコア113,ヨーク114への配置は、コントロールコイル111をプランジャ115に近いほうに配置するほうが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the control coil 111 and the hold coil 112 are disposed on the core 113 and the yoke 114 as described above.

これは、コア113,ヨーク114およびプランジャ115で構成される磁気回路において、磁束が集中するのはコイル近辺であり、特に大きな磁気力が要求される開弁時に、大きな起磁力が早期に投入されるコントロールコイル111をプランジャ115に近い配置にするほうが有利だからである。   This is because in the magnetic circuit composed of the core 113, the yoke 114, and the plunger 115, the magnetic flux concentrates in the vicinity of the coil, and a large magnetomotive force is applied at an early stage particularly when the valve is opened, which requires a large magnetic force. This is because it is advantageous to arrange the control coil 111 close to the plunger 115.

本実施例では性能基準となる広いダイナミックレンジを達成することができる。   In this embodiment, a wide dynamic range as a performance standard can be achieved.

ダイナミックレンジ拡大のためには、最小噴射流量を低く抑える必要がある。噴射量は、噴射信号のオン時間により制御され、最小噴射流量を与える噴射信号は極限まで短くなる。この短い噴射信号に対して開弁,閉弁遅れを低減する必要があるが、本実施例においては、以下のように構成している。   In order to expand the dynamic range, it is necessary to keep the minimum injection flow rate low. The injection amount is controlled by the ON time of the injection signal, and the injection signal that gives the minimum injection flow rate is shortened to the limit. Although it is necessary to reduce valve opening and closing delays with respect to this short injection signal, this embodiment is configured as follows.

コントロールコイル111の通電はTpにて中止されるが、ホールドコイル112の通電は噴射信号が立ち下がる、すなわちTpを過ぎて閉弁指令まで続けられる。   The energization of the control coil 111 is stopped at Tp, but the energization of the hold coil 112 is continued until the valve closing command after the injection signal falls, that is, after Tp.

閉弁開始時においては、各コイル111及び112の電流値が小さいほど磁束の立ち下がりが早く行われ閉弁遅れの短縮に有利である。   At the start of valve closing, the smaller the current value of each of the coils 111 and 112, the faster the magnetic flux falls, which is advantageous for shortening the valve closing delay.

特にホールドコイル112は、コントロールコイル111に比べ起磁力の立ち下がりが遅いので、ホールドコイル112の電流は、必要最低限とすることが望ましい。   In particular, since the hold coil 112 has a slower magnetomotive force falling compared to the control coil 111, it is desirable that the current of the hold coil 112 be minimized.

コントロールコイル111の電圧印加後微小時間に到達する起磁力が、開弁動作に必要な磁気力を発生するのに十分であるようにホールドコイル112の電気特性を決定する。   The electrical characteristics of the hold coil 112 are determined so that the magnetomotive force that reaches a minute time after the voltage application of the control coil 111 is sufficient to generate the magnetic force necessary for the valve opening operation.

ホールドコイル112への通電開始は、噴射信号入力と同時でなくても良く、遅れてからでも十分である。ホールドコイル112の噴射信号立ち下がり時の到達電流は、噴射信号と同時に通電を開始する場合より低くすることができる。   The start of energization of the hold coil 112 may not be simultaneous with the injection signal input, and is sufficient even after a delay. The current reached when the injection signal falls of the hold coil 112 can be made lower than when energization is started simultaneously with the injection signal.

このように、ホールドコイル12への通電を遅らせることにより、噴射信号立ち下がり時、即ち閉弁指令時の電流を低減することができ、閉弁遅れを短縮することができる。   As described above, by delaying the energization to the hold coil 12, the current at the falling edge of the injection signal, that is, the valve closing command can be reduced, and the valve closing delay can be shortened.

本実施例では、このように特性が決定されたコントロールコイル111,ホールドコイル112には1回の噴射タイミングにおいて2回の電流通流遮断が生じる。   In the present embodiment, the control coil 111 and the hold coil 112 whose characteristics are determined in this way cause two current flow interruptions at one injection timing.

このように構成された燃料噴射装置は次のように動作する(図21(c)参照)。   The fuel injection device configured as described above operates as follows (see FIG. 21C).

ECU41が機関の運転状態に応じて複数回噴射の指令Tsgを駆動回路40に出力する。   The ECU 41 outputs a command Tsg for multiple injections to the drive circuit 40 in accordance with the operating state of the engine.

駆動回路40は第1噴射T2のために、信号処理回路120から回路114を介してコントロールコイル用トランジスタ112tとホールドコイル用トランジスタ102tをオンする。バッテリーから見たときの総合電流は図20(c)の下側の図に太い線で示されている。トランジスタ112tは通電から時間t2が経過した後にOFFされる。トランジスタ102tは第1噴射期間T2の間ずっとON状態に制御される。これによって両コイルの起磁力の総和で開弁した弁はコイル111の保持力で開弁状態が維持される。この間燃料はスワラを通って噴射口から燃焼室内に噴射される。   The drive circuit 40 turns on the control coil transistor 112t and the hold coil transistor 102t from the signal processing circuit 120 through the circuit 114 for the first injection T2. The total current when viewed from the battery is indicated by a thick line in the lower diagram of FIG. The transistor 112t is turned off after the time t2 has elapsed since energization. The transistor 102t is controlled to be ON during the first injection period T2. As a result, the valve opened by the sum of the magnetomotive forces of both coils is maintained in the open state by the holding force of the coil 111. During this time, the fuel is injected from the injection port into the combustion chamber through the swirler.

時間T2が経過すると、トランジスタ102tへの通電も断たれるのでコイルは消磁されプランジャ115がリターンスプリング118で押し戻されて弁116は弁座120に着座し、燃料噴口を塞ぐ。   When the time T2 elapses, the energization of the transistor 102t is also cut off, so that the coil is demagnetized, the plunger 115 is pushed back by the return spring 118, the valve 116 is seated on the valve seat 120, and the fuel injection hole is closed.

しかしながら、わずかな閉弁区間t4の後、駆動回路40は第2噴射T3のために、再び信号処理回路120から回路114を介してコントロールコイル用トランジスタ112tとホールドコイル用トランジスタ102tをオンする。   However, after a slight valve closing period t4, the drive circuit 40 turns on the control coil transistor 112t and the hold coil transistor 102t from the signal processing circuit 120 through the circuit 114 again for the second injection T3.

バッテリーから見たときの総合電流は図20(c)の下側の図(左)に太い線で示されている。   The total current when viewed from the battery is indicated by a thick line in the lower diagram (left) of FIG.

トランジスタ112tは通電から時間t3が経過した後にOFFされる。   The transistor 112t is turned off after the time t3 has elapsed since energization.

トランジスタ102tは第2噴射期間T3の間ずっとON状態に制御される。これによって両コイルの起磁力の総和で開弁した弁はコイル111の保持力で開弁状態が維持される。この間燃料はスワラを通って噴射口から燃焼室内に噴射される。   The transistor 102t is controlled to be ON during the second injection period T3. As a result, the valve opened by the sum of the magnetomotive forces of both coils is maintained in the open state by the holding force of the coil 111. During this time, the fuel is injected from the injection port into the combustion chamber through the swirler.

時間T3が経過すると、トランジスタ112tへの通電も断たれるのでコイルは消磁されプランジャ115がリターンスプリング118で押し戻されて弁116は弁座120に着座し、燃料噴口を塞ぎ第2回目の噴射が終了する。   When the time T3 elapses, the current to the transistor 112t is also cut off, so that the coil is demagnetized, the plunger 115 is pushed back by the return spring 118, the valve 116 is seated on the valve seat 120, the fuel injection port is closed, and the second injection is performed. finish.

この実施例ではインジェクタは高速で駆動されるにもかかわらず電源電圧で駆動できる。   In this embodiment, the injector can be driven by the power supply voltage despite being driven at high speed.

しかも開弁後はわずかな保持電流で保持するため1噴射タイミングの間に2回あるいはそれ以上インジェクタを開閉動作させても電力消費は少なくて済む。   Moreover, since the valve is held with a small holding current after the valve is opened, power consumption can be reduced even if the injector is opened or closed twice or more during one injection timing.

尚、バッテリーVBが42ボルトバッテリーになれば電圧が高くなった分駆動電流を下げたり、電流を同じにしておく場合はコイルの巻き数を減じることができインジェクタを小さくできる。   If the battery VB is a 42 volt battery, the drive current is reduced by the increase in voltage, or if the current is kept the same, the number of turns of the coil can be reduced and the injector can be made smaller.

以上説明した複数の種類のインジェクタはそれぞれの特徴を併せ持ったインジェクタとして構成できる。つまり、スワラ付きインジェクタを2コイル型のバッテリー駆動インジェクタで構成することができる。中実噴霧あるいは狭角噴霧型のインジェクタを2コイル型のバッテリー駆動インジェクタで構成することができる。   The plurality of types of injectors described above can be configured as injectors having both characteristics. That is, the swirler-equipped injector can be configured with a two-coil battery-powered injector. The solid spray or narrow angle spray type injector can be constituted by a two-coil type battery driven injector.

いずれのインジェクタを用いた場合にも図22に示す如く、その先端に燃料噴射方向をプラグ側に変更する変更要素199を備えた偏向噴霧型のインジェクタとすることができる。この実施例では変更要素199はインジェクタの中心軸線h1に対してプラグ取付け方向に角度δだけ中心軸線が傾斜した燃料導出通路198を有する突出部として構成した。   When any injector is used, as shown in FIG. 22, a deflecting spray type injector having a change element 199 for changing the fuel injection direction to the plug side at the tip can be obtained. In this embodiment, the changing element 199 is configured as a protrusion having a fuel outlet passage 198 whose central axis is inclined by an angle δ in the plug mounting direction with respect to the central axis h1 of the injector.

このインジェクタによれば1回の噴射タイミングの間に少なくとも2つの偏向噴霧がプラグに向かって供給されることになる。   According to this injector, at least two deflected sprays are supplied toward the plug during one injection timing.

本構成によれば空気やピストンのキャビティのようなガイド機構が不要になる。   According to this configuration, a guide mechanism such as air or a piston cavity is not necessary.

従って、冠面のフラットなピストンと組み合わせて用いることができる。   Therefore, it can be used in combination with a piston having a flat crown surface.

また、吸気ポートにタンブル空気流動生成装置を設ける必要もなくなる。   Further, it is not necessary to provide a tumble air flow generating device at the intake port.

本実施例で解決しようとする従来技術の課題は以下の通りである。   The problems of the prior art to be solved in the present embodiment are as follows.

筒内噴射型内燃機関に従来使われているインジェクタはコンデンサを含む高電圧発生装置で駆動されているため、インジェクタを1回の噴射タイミングの間に複数回開閉駆動する場合、各噴射の間の閉弁区間の間にコンデンサをチャージする時間が必要であり、噴射間隔を小さくすることができず、エンジンの高回転領域で燃焼行程の時間が短い場合には1回の噴射タイミングの間に複数回噴射させることができないという問題がある。   An injector conventionally used in a direct injection internal combustion engine is driven by a high voltage generator including a capacitor. Therefore, when the injector is driven to open and close several times during one injection timing, it is necessary to When it is necessary to charge the capacitor during the valve closing section, the injection interval cannot be reduced, and the combustion stroke time is short in the high engine speed region, a plurality of injection timings are required during one injection timing. There is a problem that it is not possible to inject twice.

更に、上記従来技術ではスタータが駆動されているような内燃機関の運転領域での成層燃焼については論じられていない。これはこのような状態で成層燃焼させて燃焼に失敗すると通常の何倍ものHCが排出され、厳しいヨーロッパの排気ガス規制をクリアできなくなるから、燃焼に失敗しないように濃い空燃比で始動させる狙いによるものである。   Furthermore, the above-mentioned prior art does not discuss stratified combustion in the operating region of an internal combustion engine in which a starter is driven. This is because when stratified combustion is performed in this state and combustion fails, many times as many HCs as usual are discharged, and it becomes impossible to satisfy strict European exhaust gas regulations, so the aim is to start with a rich air-fuel ratio so that combustion does not fail Is due to.

しかし、濃い空燃比で始動するとそれだけHCは多く排出される。   However, when starting at a rich air-fuel ratio, more HC is discharged.

また、上記従来技術では1回の燃料噴射タイミングに複数回インジェクタを駆動するに当たり電力の消費が激しいことについて考慮されていない。   Further, the conventional technology does not take into consideration that the power consumption is high when the injector is driven a plurality of times at one fuel injection timing.

本実施例の目的は以下の通りである。   The purpose of this embodiment is as follows.

成層燃焼領域を従来より広げ、燃費の向上,エミッションの改善を図ることにある。   The purpose is to expand the stratified charge combustion area to improve fuel efficiency and emissions.

また、1回の噴射タイミングの間に複数回噴射させる運転領域を拡大して燃費の向上,エミッションの改善を図ることにある。   Another object is to increase the fuel consumption and the emission by expanding the operating range in which injection is performed a plurality of times during one injection timing.

更に別の目的は、1回の燃料噴射タイミングに複数回インジェクタを開閉駆動しても電力消費を少なく抑えることにある。   Yet another object is to reduce power consumption even if the injector is driven to open and close multiple times at one fuel injection timing.

実施例によれば、上記目的は以下のようにして達成される。   According to the embodiment, the above object is achieved as follows.

第1に、
燃料噴射弁は開弁起動状態とその後の開弁保持状態とで電磁コイルに流れる電流の状態が変化するように構成し、且つ1回の燃料噴射タイミングの間に、開弁起動状態と開弁保持状態のサイクルが、少なくとも2回繰り返されるように構成した。
First,
The fuel injection valve is configured such that the state of the current flowing through the electromagnetic coil changes between the valve opening activation state and the subsequent valve opening holding state, and the valve opening activation state and valve opening are performed during one fuel injection timing. The holding state cycle was configured to be repeated at least twice.

第2に、
燃料噴射弁に2つの電磁コイルを設け、その噴射弁の開弁起動状態とその後の開弁保持状態とで2つの電磁コイルに流れる電流の状態が切り替わるように構成し、且つ1回の燃料噴射タイミングの間に、開弁起動状態と開弁保持状態のサイクルが、少なくとも2回繰り返され、その都度電流の流れる状態が切り替わるよう構成した。
Second,
The fuel injection valve is provided with two electromagnetic coils, and the state of the current flowing through the two electromagnetic coils is switched between the opening start state of the injection valve and the subsequent valve opening holding state, and one fuel injection During the timing, the cycle of the valve opening activation state and the valve opening holding state is repeated at least twice, and the current flowing state is switched each time.

好適には、
第1,2の構成において1回の噴射タイミングの間に、開弁起動状態と開弁保持状態のサイクルが、所定の閉弁区間を挟んで少なくとも2回繰り返されるよう構成される。
Preferably,
In the first and second configurations, the cycle of the valve opening activation state and the valve opening holding state is configured to be repeated at least twice with a predetermined valve closing section between one injection timing.

第3に、
燃料噴射弁は燃料通路を開閉する弁体と弁座を有し、且つこの弁座の上流に燃料に旋回力を付与する半径方向外側から内側に向かう放射状の燃料通路を有し、当該燃料通路には1回の燃料噴射タイミングの間に少なくとも2回の半径方向外側から内側に向かう燃料の流れが形成されるように構成した。
Third,
The fuel injection valve has a valve body that opens and closes a fuel passage and a valve seat, and has a radial fuel passage from the radially outer side to the inside that imparts a turning force to the fuel upstream of the valve seat, and the fuel passage In this configuration, at least two fuel flows from the radially outer side to the inner side are formed during one fuel injection timing.

第4に、
スタータ駆動中に、燃料噴射弁が1回の燃料噴射タイミングの間に少なくとも2回燃料通路を開閉するように構成した。
Fourth,
During the starter drive, the fuel injection valve is configured to open and close the fuel passage at least twice during one fuel injection timing.

第5に、
燃料噴射弁はペネトレーションの長い噴霧状態とペネトレーションの短い噴霧状態に切り替えられるように構成し、成層燃焼状態ではペネトレーションの短い噴霧状態に切り替え、均質燃焼状態ではペネトレーションの長い噴霧状態に切り替え、且つペネトレーションが短い状態では1回の噴射タイミングの間に少なくとも2回燃料を噴射するように構成した。
Fifth,
The fuel injection valve is configured to be switched to a spray state with a long penetration and a spray state with a short penetration. In a short state, the fuel is injected at least twice during one injection timing.

第6に、
燃料噴射弁は燃料噴射孔部に燃料噴霧をプラグの方向に変更する変更要素を含んでおり、且つ当該変更要素から、1回の噴射タイミングの間に少なくとも2回点火プラグに向けて燃料を噴射するよう構成した。
Sixth,
The fuel injection valve includes a changing element that changes fuel spray in the direction of the plug in the fuel injection hole, and injects fuel from the changing element toward the spark plug at least twice during one injection timing. Configured to do.

第7に、
吸気ポートに設けた空気流動生成装置により燃焼室内に空気流動を生成し、燃料噴射弁から燃焼に必要な燃料を複数回に分割して噴射し、空気流動で複数回の燃料噴霧を点火プラグ方向へガイドするよう構成した。
ものである。
Seventh,
Air flow is generated in the combustion chamber by the air flow generator provided at the intake port, and the fuel required for combustion is divided into multiple injections from the fuel injection valve. Configured to guide.
Is.

本実施例では、筒内噴射エンジンにおいて、一層成層運転領域を広げることができた。また別の実施例では混合気形成を運転条件にあわせて多様に制御し、エンジンの燃焼安定性,燃費,排気を向上させることができた。また別の実施例では電力消費の少ないシステムを実現できた。   In the present embodiment, the stratified operation range could be further expanded in the cylinder injection engine. In another embodiment, the formation of the air-fuel mixture can be controlled in various ways according to the operating conditions to improve the combustion stability, fuel consumption, and exhaust of the engine. In another embodiment, a system with low power consumption can be realized.

本実施例の実施の態様は以下の通りである。   The embodiment of this example is as follows.

(実施の態様1)
燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射弁は電磁コイルを有し、当該電磁コイルは前記噴射弁の開弁起動状態とその後の開弁保持状態とで電流の流れる状態が変化するように構成されており、
且つ、1回の燃料噴射タイミングの間に、開弁起動状態と開弁保持状態のサイクルが、少なくとも2回繰り返される筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置。
Embodiment 1
In a fuel injection device for a direct injection internal combustion engine provided with a fuel injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber,
The fuel injection valve has an electromagnetic coil, and the electromagnetic coil is configured such that a state in which a current flows is changed between a valve opening activation state of the injection valve and a valve opening holding state thereafter,
A fuel injection device for a direct injection internal combustion engine in which the cycle of the valve opening activation state and the valve opening holding state is repeated at least twice during one fuel injection timing.

(実施の態様2)
燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射弁は2つの電磁コイルを有し、当該2つの電磁コイルは前記噴射弁の開弁起動状態とその後の開弁保持状態とで電流の流れる状態が切り替わるように構成されており、且つ、1回の燃料噴射タイミングの間に、開弁起動状態と開弁保持状態のサイクルが、少なくとも2回繰り返されるように電流の流れる状態が切り替わる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置。
(Embodiment 2)
In a fuel injection device for a direct injection internal combustion engine provided with a fuel injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber,
The fuel injection valve has two electromagnetic coils, and the two electromagnetic coils are configured to switch a current flow state between a valve opening activation state of the injection valve and a subsequent valve opening holding state; and A fuel injection device for a direct injection internal combustion engine in which a state in which a current flows is switched so that a cycle of a valve opening activation state and a valve opening holding state is repeated at least twice during a single fuel injection timing.

(実施の態様3)
実施の態様1,2において、1回の噴射タイミングの間に、開弁起動状態と開弁保持状態のサイクルが、所定の閉弁区間を挟んで少なくとも2回繰り返される筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置。
(Embodiment 3)
In Embodiments 1 and 2, in a cylinder injection type internal combustion engine, a cycle of the valve opening activation state and the valve opening holding state is repeated at least twice with a predetermined valve closing section between one injection timing. Fuel injection device.

(実施の態様4)
燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射弁は燃料通路を開閉する弁体と弁座を有し、且つこの弁座の上流に燃料に旋回力を付与する半径方向外側から内側に向かう放射状の燃料通路を有し、当該燃料通路には1回の燃料噴射タイミングの間に少なくとも2回の半径方向外側から内側に向かう燃料の流れが形成される筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置。
Embodiment 4
In a fuel injection device for a direct injection internal combustion engine provided with a fuel injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber,
The fuel injection valve has a valve body that opens and closes a fuel passage and a valve seat, and has a radial fuel passage from the radially outer side to the inside that imparts a turning force to the fuel upstream of the valve seat. A fuel injection device for a direct injection internal combustion engine, wherein a flow of fuel from the radially outer side to the inner side is formed at least twice in a passage during one fuel injection timing.

(実施の態様5)
スタータによって起動され、且つ燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射型内燃機関の燃料制御方法において、
前記スタータ駆動中に、前記燃料噴射弁が1回の燃料噴射タイミングの間に少なくとも2回燃料通路を開閉するように構成した筒内噴射型内燃機関の燃料制御方法。
(Embodiment 5)
In a fuel control method for a direct injection internal combustion engine provided with a fuel injection valve that is started by a starter and directly injects fuel into a combustion chamber,
A fuel control method for a direct injection internal combustion engine, wherein the fuel injection valve opens and closes the fuel passage at least twice during one start of fuel injection during the starter drive.

(実施の態様6)
燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備え、成層燃焼状態と均質燃焼状態に燃焼状態を切り替えられるように構成した筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射弁はペネトレーションの長い噴霧状態とペネトレーションの短い噴霧状態に切り替えられるように構成し、前記成層燃焼状態のうちの特定の成層燃焼領域ではペネトレーションの短い噴霧状態に切り替え、前記均質燃焼状態のうちの特定の成層燃焼領域ではペネトレーションの長い噴霧状態に切り替え、且つペネトレーションが短い状態では1回の噴射タイミングの間に少なくとも2回燃料を噴射するように構成した筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置。
(Embodiment 6)
In a fuel injection device for a direct injection internal combustion engine comprising a fuel injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber and configured to be able to switch the combustion state between a stratified combustion state and a homogeneous combustion state,
The fuel injection valve is configured to be switched between a spray state having a long penetration and a spray state having a short penetration, and in a specific stratified combustion region of the stratified combustion state, the spray valve is switched to a spray state having a short penetration. Fuel injection of a cylinder injection type internal combustion engine configured to switch to a spray state with a long penetration in a specific stratified combustion region and to inject fuel at least twice during one injection timing in a state where the penetration is short apparatus.

(実施の態様7)
燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁と、当該燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧に着火する点火プラグを備えた筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射弁は、当該燃料噴射弁の燃料噴射孔部に燃料噴霧を前記プラグの方向に変更する変更要素を含んでおり、且つ当該変更要素から、1回の噴射タイミングの間に少なくとも2回前記点火プラグに向けて燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関の燃料噴射装置。
(Embodiment 7)
In a fuel injection device for a direct injection internal combustion engine comprising a fuel injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber and an ignition plug for igniting fuel spray injected from the fuel injection valve,
The fuel injection valve includes a changing element that changes fuel spray in the direction of the plug in the fuel injection hole of the fuel injection valve, and from the changing element, at least twice during one injection timing. A fuel injection device for a direct injection type internal combustion engine that injects fuel toward the spark plug.

(実施の態様8)
空気が吸入される燃焼室と、前記燃焼室に直接燃料を供給する燃料噴射弁と、燃料に点火する点火プラグと、燃焼室容積を変化させるピストンを有し、吸気ポートに設けた流動生成装置により燃焼室内に空気流動を生成し、それにより噴霧を点火プラグ方向へガイドするよう構成し、更に前記燃料噴射弁から燃焼に必要な燃料を複数回に分割して噴射するよう制御する噴射制御手段を設けた筒内噴射型内燃機関。
(Embodiment 8)
A flow generating device provided in an intake port, having a combustion chamber into which air is sucked, a fuel injection valve that directly supplies fuel to the combustion chamber, an ignition plug that ignites the fuel, and a piston that changes the volume of the combustion chamber An injection control means configured to generate air flow in the combustion chamber and thereby guide the spray in the direction of the spark plug, and to control the fuel injection valve so as to divide and inject the fuel necessary for combustion into a plurality of times A cylinder injection type internal combustion engine provided with

(実施の態様9)
前記噴射制御手段は、低回転低負荷の成層運転領域において燃料を圧縮行程に複数回に分割して噴射するよう制御する実施の態様8に記載の筒内噴射型内燃機関。
(Embodiment 9)
9. The direct injection internal combustion engine according to the eighth embodiment, wherein the injection control means performs control so that fuel is divided and injected into a plurality of compression strokes in a low rotation and low load stratified operation region.

(実施の態様10)
前記噴射制御手段は、複数回に分割した噴霧がとぎれることなく連続的に前記点火プラグを通過するように各回の噴射時期を制御する実施の態様8または9に記載の筒内噴射型内燃機関。
(Embodiment 10)
The direct injection internal combustion engine according to embodiment 8 or 9, wherein the injection control means controls the injection timing of each time so that the spray divided into a plurality of times passes continuously through the spark plug without being interrupted.

(実施の態様11)
前記噴射制御手段は、先行噴射で燃料噴射弁から点火プラグ方向への燃料噴霧の流動を生成し、当該燃料流動により引き続く後噴射による燃料噴霧を点火プラグへガイドするように燃料噴射時期を制御する実施の態様8乃至10のいずれかに記載の筒内噴射型内燃機関。
(Embodiment 11)
The injection control means generates a fuel spray flow from the fuel injection valve toward the spark plug in the preceding injection, and controls the fuel injection timing so as to guide the fuel spray by the subsequent injection to the spark plug by the fuel flow. The direct injection internal combustion engine according to any one of Embodiments 8 to 10.

(実施の態様12)
前記噴射制御手段は、機関の低回転低負荷時には前記燃料噴射弁から1回の燃料噴射タイミングの間に1回の開弁で燃料を噴射するよう制御し、前記燃料噴射弁は当該燃料噴霧が点火プラグへ到達するだけのペネトレーションを持つ狭角型燃料噴射弁を用いた実施の態様8乃至11のいずれかに記載の筒内噴射型内燃機関。
(Embodiment 12)
The injection control means controls the fuel injection valve to inject fuel by one opening during a single fuel injection timing from the fuel injection valve at low engine speed and low load. The direct injection internal combustion engine according to any one of Embodiments 8 to 11, which uses a narrow-angle fuel injection valve having a penetration that only reaches the spark plug.

(実施の態様13)
前記燃料噴射弁は燃焼室中央に設けられ、燃焼室上部から燃焼室内へ向けて燃料を噴射するものである実施の態様8乃至12のいずれかに記載の筒内噴射型内燃機関。
(Embodiment 13)
The direct injection internal combustion engine according to any one of embodiments 8 to 12, wherein the fuel injection valve is provided in the center of the combustion chamber and injects fuel from the upper portion of the combustion chamber into the combustion chamber.

(実施の態様14)
前記燃料噴射弁は上流スワラ型燃料噴射弁を用いた実施の態様8乃至13のいずれかに記載の筒内噴射型内燃機関。
(Embodiment 14)
The direct injection internal combustion engine according to any one of Embodiments 8 to 13, wherein the fuel injection valve is an upstream swirler type fuel injection valve.

(実施の態様15)
前記燃料噴射弁は内燃機関に搭載されたバッテリーの発生電圧以下の電圧で駆動する燃料噴射弁を用いた実施の態様8乃至14のいずれかに記載の筒内噴射型内燃機関。
(Embodiment 15)
The direct injection internal combustion engine according to any one of embodiments 8 to 14, wherein the fuel injection valve is a fuel injection valve that is driven at a voltage equal to or lower than a voltage generated by a battery mounted on the internal combustion engine.

タンブルガイド筒内噴射エンジン斜視図。The tumble guide cylinder injection engine perspective view. タンブルガイド筒内噴射エンジン断面図。A tumble guide cylinder injection engine sectional view. (a),(b),(c)は一括噴射と2回噴射の噴霧特性の相違を説明するための図面。(A), (b), (c) is a figure for demonstrating the difference in the spray characteristic of collective injection and two injections. 各運転領域における噴射方法を説明するための図面。Drawing for demonstrating the injection method in each driving | operation area | region. 回転数−負荷による噴射方法マップ。The injection method map by rotation speed-load. 噴射方法選択のフローチャート。The flowchart of the injection method selection. エンジンコントロールユニットの構成を説明するための図面。Drawing for explaining composition of an engine control unit. 2回噴射による弱成層混合気分布(第一と第二噴射の間隔大)を説明するための図面。The figure for demonstrating weakly stratified air-fuel | gaseous mixture distribution (large interval of 1st and 2nd injection) by 2 times of injection. 第一噴射により生成されるプラグ方向への空気流動を説明するための図面。The figure for demonstrating the air flow to the plug direction produced | generated by 1st injection. 2回噴射による弱成層混合気分布(第一と第二噴射の間隔小)を説明するための図面。The figure for demonstrating the weak stratified gas mixture distribution (the space | interval of the 1st and 2nd injection is small) by 2 injections. クランク角度とプラグ付近混合気濃度の関係を説明するための図面。The drawing for explaining the relationship between the crank angle and the air-fuel mixture concentration near the plug. 噴射時の筒内圧力が噴霧に与える影響を説明するための図面。The figure for demonstrating the influence which the cylinder pressure at the time of injection has on spraying. 噴射間隔D1の最適値を説明するための図面。The figure for demonstrating the optimal value of the injection space | interval D1. 噴射比率T1/T2の最適値を説明するための図面。The figure for demonstrating the optimal value of injection ratio T1 / T2. 噴射期間と燃料流量の関係を説明するための図面。Drawing for demonstrating the relationship between an injection period and a fuel flow volume. タンブルガイド筒内噴射エンジンに狭角噴霧のインジェクタを適用した場合の説明をするための図面。The figure for demonstrating the case where the injector of a narrow angle spray is applied to the tumble guide cylinder injection engine. 直上噴射筒内噴射エンジンに2回噴射を適用した場合の説明をするための図面。The figure for demonstrating the case where twice injection is applied to a direct injection cylinder direct injection engine. 壁ガイド筒内噴射エンジンに2回噴射を適用した場合の説明をするための図面。The figure for demonstrating the case where twice injection is applied to a wall guide cylinder injection engine. フラットピストン型筒内噴射エンジンに2回噴射を適用した場合の説明をするための図面。The figure for demonstrating the case where twice injection is applied to a flat piston type cylinder injection engine. (a),(b)はインジェクタの主要部を説明するための図面。(A), (b) is drawing for demonstrating the principal part of an injector. (a)はインジェクタの構成を説明するための図面、(b)はインジェクタの制御回路の構成を説明するための図面、(c)はインジェクタの動作を説明するための図面。(A) is a drawing for explaining the configuration of the injector, (b) is a drawing for explaining the configuration of the control circuit of the injector, and (c) is a drawing for explaining the operation of the injector. 偏向噴霧型インジェクタの主要部を説明するための図面。The figure for demonstrating the principal part of a deflection | deviation spray type injector.

符号の説明Explanation of symbols

1…インジェクタ、2…コイル、3…プランジャ、4…スワラ、10…吸気弁、21…空気流動制御弁、30…エンジン、31…ピストン、32…点火プラグ、50…空気流動、60…噴霧、111…排気弁。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Injector, 2 ... Coil, 3 ... Plunger, 4 ... Swirler, 10 ... Intake valve, 21 ... Air flow control valve, 30 ... Engine, 31 ... Piston, 32 ... Spark plug, 50 ... Air flow, 60 ... Spraying, 111: Exhaust valve.

Claims (2)

シリンダヘッドの斜め側方に配置され燃料を直接燃焼室に噴射する噴射弁を有し、前記燃料噴射弁から噴射される噴霧の一部が点火プラグの電極方向を指向するように噴霧形状を構成し、圧縮行程に燃料を噴射して成層燃焼を行う内燃機関の制御装置において、
成層燃焼時に、エンジン回転数が所定より高い場合には、圧縮行程に1回の噴射を行い、エンジン回転数が所定より低い場合には圧縮行程に2回以上の噴射を行うことを特徴とする制御装置。
It has an injection valve that is arranged obliquely to the cylinder head and injects fuel directly into the combustion chamber, and the spray shape is configured so that a part of the spray injected from the fuel injection valve is directed to the electrode direction of the spark plug In a control device for an internal combustion engine that performs stratified combustion by injecting fuel during the compression stroke,
During stratified combustion, when the engine speed is higher than a predetermined value, one injection is performed during the compression stroke, and when the engine speed is lower than the predetermined value, two or more injections are performed during the compression stroke. Control device.
前記内燃機関は、燃焼室内に縦渦を生成するガス流動生成手段を備えることを特徴とする請求項1記載の制御装置。   The control apparatus according to claim 1, wherein the internal combustion engine includes a gas flow generation unit that generates a vertical vortex in the combustion chamber.
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