JP4715687B2 - In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。 The present invention relates to a direct injection spark ignition internal combustion engine.
筒内噴射式火花点火内燃機関において均質燃焼を実施するためには、吸気行程において気筒内に生成されるタンブル流を利用して噴射燃料を気筒内全体に分散させることが好ましい。そのためには、タンブル流の進行方向に沿ってタンブル流中へ燃料を噴射することが好ましく、燃料噴射弁が、気筒上部周囲の吸気弁側に配置されても、気筒上部略中心に配置されても、燃料噴射弁はシリンダボアの排気弁側へ向けて燃料を噴射することとなる。 In order to perform homogeneous combustion in an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, it is preferable to disperse the injected fuel throughout the cylinder using a tumble flow generated in the cylinder during the intake stroke. For this purpose, it is preferable to inject fuel into the tumble flow along the traveling direction of the tumble flow, and even if the fuel injection valve is arranged on the intake valve side around the cylinder upper portion, it is arranged at the approximate center of the cylinder upper portion. However, the fuel injection valve injects fuel toward the exhaust valve side of the cylinder bore.
しかしながら、こうしてシリンダボアに向けて燃料を噴射すると、多くの燃料はタンブル流と共に気筒内を旋回して意図するように気筒内全体に分散するが、一部の燃料がタンブル流を突き抜けてシリンダボアへ到達し、シリンダボアに付着してエンジンオイルを希釈させることがある。この問題を解決するために、必要燃料量を複数に分割して噴射し、分割により少量とされたことで各噴射燃料の貫徹力を小さくして、噴射燃料をシリンダボアへ到達しないようにすることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 However, when fuel is injected into the cylinder bore in this way, a large amount of fuel swirls in the cylinder along with the tumble flow and is dispersed throughout the cylinder as intended, but some fuel penetrates the tumble flow and reaches the cylinder bore. Then, it may adhere to the cylinder bore and dilute the engine oil. In order to solve this problem, the required amount of fuel is divided into a plurality of parts and injected, and the amount of fuel injected is reduced to reduce the penetration force of each injected fuel so that the injected fuel does not reach the cylinder bore. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
こうして、分割噴射によりエンジンオイルの希釈の問題は解決することができる。しかしながら、分割噴射においては、燃料噴射毎のインターバル(無噴射期間)が含まれるために燃料噴射時間が長くなり、機関回転数が高くなると、そのままでは、燃料噴射終了から点火までの時間が短くなって燃料が十分に気化せずに燃焼が悪化する。また、分割噴射をやめて一回の連続噴射として燃料噴射時間を短くしても、機関回転数がかなり高い時には、依然として噴射燃料の十分な気化時間を確保することができず、良好な均質燃焼を実現することはできない。 Thus, the problem of engine oil dilution can be solved by split injection. However, in the split injection, since the interval (no injection period) for each fuel injection is included, the fuel injection time becomes longer, and when the engine speed increases, the time from the end of fuel injection to ignition becomes shorter as it is. As a result, the fuel does not vaporize sufficiently and the combustion deteriorates. Even if split injection is stopped and the fuel injection time is shortened as a single continuous injection, when the engine speed is considerably high, sufficient vaporization time of the injected fuel cannot still be secured, and good homogeneous combustion is achieved. It cannot be realized.
従って、本発明の目的は、シリンダボアへ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備して均質燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、シリンダボアへの燃料付着に伴うエンジンオイル希釈を抑制すると共に、機関回転数がかなり高くなった時にも噴射燃料を十分に気化させて良好な均質燃焼を実現可能とする燃料噴射制御装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress dilution of engine oil accompanying fuel adhesion to a cylinder bore in a direct injection spark ignition internal combustion engine that includes a fuel injection valve that injects fuel toward the cylinder bore and performs homogeneous combustion. At the same time, it is an object of the present invention to provide a fuel injection control device capable of sufficiently vaporizing the injected fuel and realizing good homogeneous combustion even when the engine speed becomes considerably high.
本発明による請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、シリンダボアへ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備して均質燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁は、第一噴射圧力での燃料噴射と、前記第一噴射圧力より高圧の第二噴射圧力での燃料噴射とを実施可能であり、第一機関回転数と前記第一機関回転数より高い第二機関回転数とが設定され、機関回転数が前記第一機関回転数以下である時には、前記燃料噴射弁により前記第一噴射圧力での燃料噴射を分割して実施させ、機関回転数が前記第二機関回転数以上である時には、前記燃料噴射弁により前記第二噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施させることを特徴とする。
A fuel injection control device for an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が前記第一機関回転数と前記第二機関回転数との間である時には、前記燃料噴射弁により前記第二噴射圧力での燃料噴射を分割して実施させることを特徴とする。
The fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項3に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項1又2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁は、前記第一噴射圧力より低圧の第三噴射圧力での燃料噴射も実施可能であり、前記第一機関回転数より低い第三機関回転数が設定され、機関回転数が前記第三機関回転数より低く機関負荷が第一機関負荷より低い時には、前記燃料噴射弁により前記第三噴射圧力での燃料噴射を分割して実施させることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to the first or second aspect, wherein the fuel injection control device is a fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine. The valve can also perform fuel injection at a third injection pressure lower than the first injection pressure, a third engine speed lower than the first engine speed is set, and the engine speed is the third engine When the engine load is lower than the rotation speed and lower than the first engine load, fuel injection at the third injection pressure is divided and performed by the fuel injection valve.
本発明による請求項4に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項1又は2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記第二機関回転数は、機関負荷が低いほど高くなるように機関負荷毎に設定されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to the first aspect of the present invention. The engine speed is set for each engine load so as to increase as the engine load decreases.
本発明による請求項5に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が前記第一機関回転数以下である時に、前記燃料噴射弁により前記第一噴射圧力での燃料噴射を機関負荷が高いほど多数に分割して実施させることを特徴とする。
A fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項6に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項1又は5に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が前記第一機関回転数以下である時に、機関負荷が第二機関負荷より低ければ、前記燃料噴射弁により前記第一噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施させることを特徴とする。
A fuel injection control device for a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項7に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が前記第一機関回転数と前記第二機関回転数との間である時に、前記燃料噴射弁により前記第二噴射圧力での燃料噴射を機関負荷が高いほど多数に分割して実施させることを特徴とする。
A fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項8に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項2又は7に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が前記第一機関回転数と前記第二機関回転数との間である時に、機関負荷が第三機関負荷より低ければ、前記燃料噴射弁により前記第二噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施させることを特徴とする。
The fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項9に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項3に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が前記第三機関回転数より低く機関負荷が前記第一機関負荷より低い時に、前記燃料噴射弁により前記第三噴射圧力での燃料噴射を機関負荷が高いほど多数に分割して実施させることを特徴とする。
A fuel injection control device for a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項10に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項3又は9に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が前記第三機関回転数より低く機関負荷が前記第一機関負荷より低い時に、機関負荷が前記第一機関負荷より低い第四機関負荷より低ければ、前記燃料噴射弁により前記第三噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施させることを特徴とする。
A fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項11に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項1から10のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、シリンダボアの排気弁側上部へ向けて燃料を噴射することを特徴とする。
The fuel injection control device for a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、機関回転数が第一機関回転数以下である時には、燃料噴射弁により低圧の第一噴射圧力での燃料噴射を分割して実施させるために、分割された各噴射燃料の貫徹力が弱くなり、各噴射燃料がシリンダボアへ到達してエンジンオイルを希釈することは抑制される。また、機関回転数が第二機関回転数以上となってかなり高い時には、燃料噴射弁により高圧の第二噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施させるようになっている。それにより、燃料噴射時間が十分に短くなり、この時でも燃料噴射終了から点火までに十分な燃料気化時間を確保することができ、良好な均質燃焼を実現することができる。また、このように機関回転数がかなり高い時には、気筒内に生成されるタンブル流が強くなるために、高圧で連続的に噴射される燃料でもタンブル流に取り込まれて、ほぼ全てがタンブル流と共に移動し、シリンダボアへ到達してエンジンオイルを希釈することは抑制される。
According to the fuel injection control device for a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が第一機関回転数と第二機関回転数との間である時には、機関回転数が第一機関回転数以下である時と同様に低圧の第一噴射圧力で分割噴射を実施すると、インターバルを含むために長くなる燃料噴射時間に対して燃料気化時間の確保が困難となるために、燃料噴射弁により高圧の第二噴射圧力での燃料噴射を分割して実施させ、それにより分割噴射であっても燃料噴射時間が短くなり、噴射燃料を十分に気化させて良好な均質燃焼を実現することができる。
According to the fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項3に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項1又2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、第一機関回転数より低い第三機関回転数が設定され、機関回転数が第三機関回転数より低く機関負荷が第一機関負荷より低い時には、必要燃料量が少なく、機関回転数が第一機関回転数以下である時の第一噴射圧力で分割噴射を実施しようとしても、燃料噴射弁の最小開弁時間に伴う最少噴射量の存在によって分割が困難となるために、噴射圧力をさらに低圧の第三噴射圧力として最少噴射量を少なくし、燃料噴射弁により燃料噴射を確実に分割して実施させるようになっている。それにより、噴射燃料がシリンダボアに到達してエンジンオイルを希釈することは抑制されると共に分割回数を多くすることもでき、分割回数が多くなるほど、それぞれの噴射量が少なくなって、それぞれの噴射燃料が気化し易くなるために、良好な均質燃焼を実現することができる。
According to the fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項4に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項1又は2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、第二機関回転数は、機関負荷が低いほど高くなるように機関負荷毎に設定されている。それにより、いずれの機関負荷においても機関回転数が第二機関回転数以上となる時には、気筒内へ供給される吸気量が多くなって気筒内に生成されるタンブル流が強くなるために、燃料噴射時間を短くして十分な燃料気化時間が確保されるように高圧の第二噴射圧力で分割せずに燃料噴射を実施させても、噴射燃料のほぼ全てをタンブル流と共に移動させることができ、噴射燃料がシリンダボアへ到達してエンジンオイルを希釈することは抑制される。
According to a fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項5に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が第一機関回転数以下である時に、燃料噴射弁により第一噴射圧力での燃料噴射を機関負荷が高いほど多数に分割して実施させるようになっており、それにより、分割された各燃料噴射の噴射量を十分に少なくすることができ、噴射燃料をシリンダボアへ確実に到達し難くしてエンジンオイルの希釈を抑制することができると共に、それぞれの噴射燃料が気化し易くなるために、良好な均質燃焼を実現することができる。
According to the fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項6に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項1又は5に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が第一機関回転数以下である時に、機関負荷が第二機関負荷より低ければ、必要燃料量が少なく燃料噴射弁の最少噴射量の存在により噴射燃料を分割することができないことがあり、燃料噴射弁により第一噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施させる。しかしながら、このように燃料噴射量が少なければ、噴射燃料がシリンダボアへ到達してエンジンオイルを希釈することは十分に抑制される。
According to the fuel injection control device for a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項7に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が第一機関回転数と第二機関回転数との間である時に、燃料噴射弁により第二噴射圧力での燃料噴射を機関負荷が高いほど多数に分割して実施させるようになっており、それにより、分割された各燃料噴射の噴射量を十分に少なくすることができ、噴射燃料をシリンダボアへ確実に到達し難くしてエンジンオイルの希釈を抑制することができると共に、それぞれの噴射燃料が気化し易くなるために、良好な均質燃焼を実現することができる。
According to the fuel injection control device for a direct injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項8に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項2又は7に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が第一機関回転数と第二機関回転数との間である時に、機関負荷が第三機関負荷より低ければ、必要燃料量が少なく燃料噴射弁の最少噴射量の存在により噴射燃料を分割することができないことがあり、燃料噴射弁により第二噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施させる。しかしながら、このように燃料噴射量が少なければ、噴射燃料がシリンダボアへ到達してエンジンオイルを希釈することは十分に抑制される。
According to the fuel injection control device for a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項9に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項3に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が第三機関回転数より低く機関負荷が第一機関負荷より低い時に、燃料噴射弁により第三噴射圧力での燃料噴射を機関負荷が高いほど多数に分割して実施させるようになっており、それにより、分割された各燃料噴射の噴射量を十分に少なくすることができ、噴射燃料をシリンダボアへ確実に到達し難くしてエンジンオイルの希釈を抑制することができると共に、それぞれの噴射燃料が気化し易くなるために、良好な均質燃焼を実現することができる。
According to the fuel injection control device of a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項10に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項3又は9に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関回転数が第三機関回転数より低く機関負荷が第一機関負荷より低い時に、機関負荷が第一機関負荷より低い第四機関負荷より低ければ、必要燃料量が少なく燃料噴射弁の最少噴射量の存在により噴射燃料を分割することができないことがあり、燃料噴射弁により第三噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施させる。しかしながら、このように燃料噴射量が少なければ、噴射燃料がシリンダボアへ到達してエンジンオイルを希釈することは十分に抑制される。
According to the fuel injection control device for a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to claim 10 of the present invention, the fuel injection control device for a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項11に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項1から10のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射弁は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、シリンダボアの排気弁側上部へ向けて燃料を噴射するようになっている。それにより、燃料噴射弁は、シリンダボアの排気弁側に沿って下降して吸気弁側に沿って上昇するタンブル流の進行方向に沿ってタンブル流中へ燃料を噴射することができ、タンブル流を利用して噴射燃料を気筒内へ広く分散させることができると共に、噴射燃料の貫徹力によりタンブル流を強めることができ、タンブル流による乱れが点火時期において気筒内に存在すれば、均質燃焼の燃焼速度を速めることができる。
According to the fuel injection control device of a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to claim 11 of the present invention, the fuel injection of the cylinder injection type spark ignition internal combustion engine according to any one of
図1は本発明による燃料噴射制御装置により制御される筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図であり、均質燃焼のための燃料噴射開始時期である吸気行程後半を示している。同図において、1は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、2は気筒上部周囲の吸気弁側に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。図示されていないが、気筒上部の右側には一対の吸気弁を介して一対の吸気ポート5が接続されており、左側には一対の排気弁を介して一対の排気ポート6が接続されている。この場合において、燃料噴射弁2は、二つの吸気弁の間に配置されている。3はピストンである。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an embodiment of a direct injection spark ignition internal combustion engine controlled by a fuel injection control device according to the present invention, showing the latter half of an intake stroke which is a fuel injection start timing for homogeneous combustion. ing. In the figure,
燃料噴射弁2は、シリンダボアの排気弁側上部へ向けて、水平方向に対して僅かに斜め下方向へ燃料Fを噴射する。燃料噴射弁2の燃料噴射開始時期は、例えば、吸気行程後半とされ、それにより、燃料Fは、吸気ポート5を介して気筒内へ供給された吸気により、吸気行程において気筒内に生成されたタンブル流TBの進行方向に沿ってタンブル流TB中へ噴射される。ここで、タンブル流TBは、シリンダボアの排気弁側に沿って下降してシリンダボアの吸気弁側に沿って上昇するように気筒内を縦方向に旋回する気流である。
The
このようにタンブル流TB内へ噴射された燃料Fは、タンブル流TBと共に気筒内を旋回して気筒内全体に分散し、良好な均質混合気を形成し易い。図2は、図1のP−P断面図である。同図において、4は開弁中の一対の吸気弁であり、燃料噴射弁2は、例えば、スリット状噴孔を有し、比較的厚さの薄い平らな略扇形状の燃料噴霧Fを噴射する。略扇形状の燃料噴霧Fは、幅方向が水平面(気筒軸線に垂直な平面)に対して略平行とされ、進行方向が水平面に対して斜め下方向とされ、開弁中の吸気弁4に衝突しないようにされる。
In this way, the fuel F injected into the tumble flow TB swirls in the cylinder together with the tumble flow TB and is dispersed throughout the cylinder, so that a good homogeneous mixture is easily formed. 2 is a cross-sectional view taken along the line PP in FIG. In the figure,
もちろん、燃料噴射弁2から噴射される燃料噴霧形状は、略扇形状に限定されることなく、例えば、中空又は中実円錐形状、又は、中実柱形状等とすることができる。また、図2に対応する図3に示すように、複数の中実円形断面噴霧とすることもできる。この場合において、中心燃料噴霧F1二つの吸気弁4の間の下方を通りがシリンダボアの排気弁側上部へ向けて水平方向に対して僅かに斜め下方向へ噴射されるようにし、その他の燃料噴霧F2は中心燃料噴霧F1に対して僅かな角度で噴射されるようにし、いずれの燃料噴霧F1及びF2も開弁中の吸気弁4に衝突しないようにされる。
Of course, the fuel spray shape injected from the
いずれの燃料噴霧の場合にも、燃料噴霧は貫徹力を有するために、タンブル流TBの進行方向に沿ってタンブル流TB中へ噴射されると、タンブル流TBを強めるように作用する。それによって、タンブル流TBが圧縮行程後半まで持続するようになって、圧縮行程末期の点火時期において気筒内に乱れを発生させることができれば、燃焼速度を速めて良好な均質燃焼を実現することができる。 In any fuel spray, since the fuel spray has a penetrating force, when it is injected into the tumble flow TB along the traveling direction of the tumble flow TB, it acts to strengthen the tumble flow TB. As a result, if the tumble flow TB is sustained until the latter half of the compression stroke and turbulence can be generated in the cylinder at the ignition timing at the end of the compression stroke, the combustion speed can be increased to achieve good homogeneous combustion. it can.
しかしながら、噴射燃料の貫徹力が強いと、タンブル流TBを良好に強めることができても、一部の燃料がタンブル流TBを突き抜けてシリンダボアに到達して付着することがある。この付着燃料は燃焼に寄与しなくなるだけでなく、エンジンオイルを希釈させてしまう。それにより、機関運転状態毎の必要燃料量は、分割して噴射され、分割されたそれぞれ噴射燃料を少量として貫徹力を小さくし、シリンダボアに到達し難くしている。 However, when the penetrating force of the injected fuel is strong, even if the tumble flow TB can be enhanced satisfactorily, some fuel may penetrate the tumble flow TB and reach the cylinder bore and adhere. This adhered fuel not only contributes to combustion, but also dilutes engine oil. As a result, the required fuel amount for each engine operating state is divided and injected, and the divided force is made small to reduce the penetration force and make it difficult to reach the cylinder bore.
好ましくは、図4に示すタイムチャートのように、機関運転状態毎の必要燃料量を噴射するための燃料噴射開始時期t1から燃料噴射終了時期t2までの開弁時間Tは、等分割され(例えば、四等分T/4)とされ、間にインターバルI(例えば、2から2.5ms)を設けて分割噴射される。 Preferably, as shown in the time chart of FIG. 4, the valve opening time T from the fuel injection start timing t1 to the fuel injection end timing t2 for injecting the required fuel amount for each engine operating state is equally divided (for example, , Quadrant T / 4), and divided injection is performed with an interval I (for example, 2 to 2.5 ms) provided therebetween.
図5は、低回転中負荷(三角印)及び低回転高負荷(丸印)においてそれぞれの必要燃料量が第一噴射圧力(例えば、12MPa)で噴射された時の最大機関出力を発生させる燃料噴射終了時期(圧縮上死点前クランク角度)とシリンダボアへの燃料付着量との関係を分割回数毎(図中に示された数字が分割回数である)に示している。 FIG. 5 shows the fuel that generates the maximum engine output when the required fuel amount is injected at the first injection pressure (for example, 12 MPa) at the low rotation medium load (triangle mark) and the low rotation high load (circle mark). The relationship between the injection end timing (crank angle before compression top dead center) and the amount of fuel adhering to the cylinder bore is shown for each number of divisions (the number shown in the figure is the number of divisions).
図5に示すように、全体的には、必要燃料量が多い低回転高負荷時の方が、必要燃料量の少ない低回転中負荷時に比べて、同じ噴射圧力でも噴射燃料の貫徹力が強くなり、シリンダボアへの燃料付着量が多くなる。また、いずれの機関運転状態においても、分割しない燃料噴射(分割回数1)に比べて、分割すれば、それぞれの噴射量が少なくなって貫徹力が小さくなるために、燃料付着量が少なくなり、また、分割回数が多くなるほど、それぞれの噴射量がさらに少なくなってさらに貫徹力が小さくなるために、燃料付着量をさらに少なくすることができる。 As shown in FIG. 5, as a whole, the penetration force of the injected fuel is stronger at low rotation and high load with a large amount of required fuel even at the same injection pressure than at low load and low load with a small amount of required fuel. Thus, the amount of fuel adhering to the cylinder bore increases. Also, in any engine operating state, if divided, compared to fuel injection that is not divided (number of divisions 1), each injection amount is reduced and the penetration force is reduced. Further, as the number of divisions increases, the amount of fuel injected becomes smaller and the penetration force becomes smaller, so that the amount of fuel adhesion can be further reduced.
こうして、本実施形態の燃料噴射制御装置は、図8に示すマップにおいて、機関回転数が第一機関回転数N1以下である時(領域A、A’、及びD)には、燃料噴射弁2により第一噴射圧力(12MPa)での燃料噴射を分割して実施させるようにし、シリンダボアへの燃料付着量を低減してエンジンオイル希釈を抑制する。また、この時においては、前述したように、分割回数を多くした方が燃料付着量の減少に有利となる。しかしながら、燃料噴射弁2は、一般的に、アクチュエータの応答性に起因する最小開弁時間を有し、最小開弁時間に対応する最少噴射量が存在するために、最少噴射量より少なくなるように必要燃料量を分割することはできない。
Thus, in the map shown in FIG. 8, the fuel injection control device of the present embodiment is configured such that when the engine speed is equal to or lower than the first engine speed N1 (regions A, A ′, and D), the
それにより、機関負荷が高いほど、すなわち、必要燃料量が多くなるほど、燃料噴射を多数に分割して噴射するようにし、分割された噴射量が最少噴射量を下回ることなく、可能な限り多数に燃料噴射を分割して噴射するようにすれば、シリンダボアへの燃料付着量を最少としてエンジンオイル希釈を良好に抑制することができる。また、燃料噴射を多数の分割するほど、噴射燃料毎の一塊の燃料量が少なくなるために気化し易くなり、可能な限り多数に燃料噴射を分割することは良好な均質混合気を形成するのにも有効である。 As a result, the higher the engine load, that is, the greater the required amount of fuel, the more fuel injection is divided and injected, and the divided injection amount does not fall below the minimum injection amount as much as possible. If the fuel injection is divided and injected, the amount of fuel adhering to the cylinder bore can be minimized and engine oil dilution can be satisfactorily suppressed. In addition, the more the fuel injection is divided, the easier it is to vaporize because the amount of fuel for each injected fuel decreases, so dividing the fuel injection into as many as possible forms a good homogeneous mixture Also effective.
機関負荷が低く、必要燃料量が燃料噴射弁2の最少噴射量の二倍より少ない時には、燃料噴射を分割することはできず、連続噴射することとなる。また、機関負荷が低く、必要燃料量が燃料噴射弁2の最少噴射量の二倍より僅かに多い時にも、この程度の噴射量では分割噴射しなくてもシリンダボアへの燃料付着量は僅かであり、連続噴射するようにしても良い。
When the engine load is low and the required fuel amount is less than twice the minimum injection amount of the
しかしながら、このように分割噴射を実施する際には、図4に示すように、連続噴射に比較してインターバルIが含まれるために燃料噴射終了時期t2がt2’となり燃料噴射時間が長くなる。機関回転数が第一機関回転数N1以下でそれほど機関回転数が高くない時には、燃料噴射終了時期t2’から点火時期までに比較的長い時間があり、この間で噴射燃料が十分に気化することができる。しかしながら、機関回転数がかなり高い時には、第一噴射圧力での燃料噴射を分割したのでは、燃料噴射終了時期t2’から点火時期までの時間が非常に短くなって、この間では噴射燃料は十分に気化することができずに燃焼が悪化してしまう。 However, when the divided injection is performed in this way, as shown in FIG. 4, since the interval I is included as compared with the continuous injection, the fuel injection end timing t2 becomes t2 'and the fuel injection time becomes longer. When the engine speed is equal to or lower than the first engine speed N1 and the engine speed is not so high, there is a relatively long time from the fuel injection end timing t2 ′ to the ignition timing, and the injected fuel may be sufficiently vaporized during this time. it can. However, when the engine speed is quite high, dividing the fuel injection at the first injection pressure results in a very short time from the fuel injection end timing t2 ′ to the ignition timing. Combustion worsens without being able to vaporize.
図6は、高回転高負荷時における噴射圧力と発生トルクとの関係を分割回数毎(図中に示された数字が分割回数である)に示している。分割回数が少なくなるほど含まれるインターバルIの数が少なくなるために燃料噴射時間が短くなり、また、噴射圧力を高くするほど燃料噴射時間が短くなり、燃料噴射終了から点火までの時間が長くなって燃料が気化し易くなるために発生トルクが高くなる。 FIG. 6 shows the relationship between the injection pressure and the generated torque at the time of high rotation and high load for each number of divisions (the number shown in the figure is the number of divisions). As the number of divisions decreases, the number of included intervals I decreases, so the fuel injection time decreases. As the injection pressure increases, the fuel injection time decreases, and the time from the end of fuel injection to ignition increases. The generated torque increases because the fuel is easily vaporized.
それにより、本実施形態の燃料噴射制御装置は、図8に示すマップにおいて、機関回転数が第二機関回転数N2以上である時(領域B及びB’)には、燃料噴射弁2により第一噴射圧力より高圧の第二噴射圧力(20MPa)での燃料噴射を分割せずに実施させる。こうして、燃料噴射時間を短くして点火までの燃料気化時間を確保するようにしている。ところで、このように機関回転数が高い時には、吸気量が多くなり吸気行程において気筒内に生成されるタンブル流TBが強くなるために、高圧で分割されずに噴射される燃料の貫徹力は非常に大きくなるが、このような噴射燃料でもタンブル流TBと共に気筒内を旋回し、殆どタンブル流TBを突き抜けることがなく、それにより、シリンダボアへの燃料付着量は十分に低減され、エンジンオイル希釈を抑制することができる。 As a result, the fuel injection control device of the present embodiment is configured so that when the engine speed is equal to or higher than the second engine speed N2 (regions B and B ′) in the map shown in FIG. The fuel injection at the second injection pressure (20 MPa) higher than the one injection pressure is performed without being divided. Thus, the fuel injection time is shortened to ensure the fuel vaporization time until ignition. By the way, when the engine speed is high as described above, the intake amount increases and the tumble flow TB generated in the cylinder in the intake stroke becomes strong. However, even such injection fuel swirls in the cylinder together with the tumble flow TB and hardly penetrates the tumble flow TB, thereby reducing the amount of fuel adhering to the cylinder bore and reducing engine oil dilution. Can be suppressed.
また、図7は高回転高負荷時の連続噴射における燃料噴射開始時期(圧縮上死点前クランク角度)とスモーク発生量との関係を噴射圧力毎に示している。本実施形態の燃料噴射開始時期(吸気行程後半)である270度以降(数値が少ない側)においては、顕著に噴射圧力が低いほどスモーク発生量が増大している。これは、噴射圧力が低いほど噴射燃料の貫徹力が小さくなり、燃料噴射弁2から噴射された直後において、強いタンブル流TBによりシリンダヘッド側へ押しやられてシリンダヘッドに付着し易くなるためである(図1参照)。それにより、このように機関回転数が高い時に、噴射圧力を高圧(第二噴射圧力)にすれば、スモークの発生を抑制するのにも有効である。また、噴射燃料の貫徹力を強くすると、飛行中の吸気との摩擦力が大きくなって噴射燃料は気化し易くなり、良好な均質混合気の形成にも有利である。
FIG. 7 shows the relationship between the fuel injection start timing (crank angle before compression top dead center) and the amount of smoke generated for each injection pressure in continuous injection at high rotation and high load. After the fuel injection start timing (second half of the intake stroke) of the present embodiment after 270 degrees (the side with a smaller value), the smoke generation amount increases as the injection pressure decreases significantly. This is because as the injection pressure is lower, the penetration force of the injected fuel becomes smaller, and immediately after being injected from the
図8に示すマップにおいて、機関回転数が第一機関回転数N1と第二機関回転数N2との間である時(領域C及びC’)には、第一機関回転数N1以下である時と同様に第一噴射圧力での燃料噴射を分割して実施したのでは、第二機関回転数N2以上である時ほどではないが、燃料噴射終了時期から点火時期までの時間が短くなるために、十分な燃料気化時間を確保することができなくなる。それにより、第二機関回転数N2以上である時と同様に第二噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施しても良い。しかしながら、この時には、気筒内にそれほど強いタンブル流TBは生成されないために、第二噴射圧力での連続噴射では、シリンダボアへの燃料付着量が多少増大してしまう。 In the map shown in FIG. 8, when the engine speed is between the first engine speed N1 and the second engine speed N2 (regions C and C ′), when the engine speed is equal to or lower than the first engine speed N1. Since the fuel injection at the first injection pressure is divided and carried out in the same manner as in the case of the second engine speed N2, the time from the fuel injection end timing to the ignition timing is shortened. As a result, sufficient fuel vaporization time cannot be secured. Accordingly, the fuel injection at the second injection pressure may be performed without being divided as in the case where the second engine speed N2 or more. However, at this time, since a very strong tumble flow TB is not generated in the cylinder, the amount of fuel adhering to the cylinder bore slightly increases in the continuous injection at the second injection pressure.
本実施形態の燃料噴射制御装置では、機関回転数が第一機関回転数N1と第二機関回転数N2との間である時(領域C及びC’)には、燃料噴射弁2により第二噴射圧力(20MPa)での燃料噴射を分割して実施させる。それにより、第一噴射圧力での分割噴射に比較して、噴射圧力が高い分、燃料噴射時間を短くすることができ、燃料噴射終了時期から点火時期までの時間が長くなって、十分な燃料気化時間を確保することができると共に、分割されたそれぞれの燃料噴射の貫徹力は連続噴射に比較して小さくなるために、シリンダボアへの燃料付着量は増大することなく、エンジンオイル希釈を抑制することができる。
In the fuel injection control device of the present embodiment, when the engine speed is between the first engine speed N1 and the second engine speed N2 (regions C and C ′), the
また、機関回転数が第一機関回転数N1より低い第三機関回転数N3より低く、機関負荷が第一機関負荷L1より低い図8のマップの領域Dにおいては、第一噴射圧力での燃料噴射を分割して実施しても良いが、必要燃料量が少なくなるために、燃料噴射弁の最少噴射量の存在により分割回数が少なくなってしまう。それにより、本実施形態の燃料噴射制御装置は、噴射圧力を第一噴射圧力(12MPa)より低い第三噴射圧力(例えば、4MPa)として燃料噴射弁2の同じ最小開弁時間に対する最少噴射量を少なくし、燃料噴射弁2により分割噴射を実施させる。
Further, in the region D of the map of FIG. 8 in which the engine speed is lower than the third engine speed N3 lower than the first engine speed N1 and the engine load is lower than the first engine load L1, the fuel at the first injection pressure is obtained. Although the injection may be divided and performed, since the required fuel amount is reduced, the number of divisions is reduced due to the presence of the minimum injection amount of the fuel injection valve. Thereby, the fuel injection control apparatus of this embodiment sets the minimum injection amount for the same minimum valve opening time of the
それにより、分割回数を多くすることができるために、分割されたそれぞれの燃料噴射において、噴射量が少なくなるためにそれぞれの噴射燃料は気化し易くなって良好な均質混合気が形成され、貫徹力が小さくなるためにシリンダボアへの燃料付着量が減少してエンジンオイル希釈を抑制することができる。 Accordingly, since the number of divisions can be increased, in each divided fuel injection, the injection amount is reduced, so that each injected fuel is easily vaporized and a good homogeneous mixture is formed. Since the force is reduced, the amount of fuel adhering to the cylinder bore is reduced, and engine oil dilution can be suppressed.
機関運転状態毎の必要燃料量は、吸気量に対して気筒内に理論空燃比の均質混合気が形成される燃料量とされる。もちろん、吸気量に対して所望リーン空燃比又は所望リッチ空燃比の均質混合気が形成される燃料量としても良い。また、図8のマップにおける領域A’、B’、及びC’は、最大負荷領域であり、高い機関出力が必要とされるために、必要燃料量は、吸気量に対してリッチ空燃比(例えば12.5)の均質混合気が形成される燃料量とすることが好ましい。この場合において、領域A’、B’、及びC’においては、領域A、B、及びCにおけるより、同じ吸気量に対する必要燃料量が多くなる。 The required amount of fuel for each engine operating state is the amount of fuel that forms a stoichiometric air-fuel ratio homogeneous mixture in the cylinder with respect to the intake air amount. Of course, it may be the amount of fuel that forms a homogeneous mixture of a desired lean air-fuel ratio or a desired rich air-fuel ratio with respect to the intake air amount. Further, regions A ′, B ′, and C ′ in the map of FIG. 8 are maximum load regions, and a high engine output is required. Therefore, the required fuel amount is a rich air-fuel ratio ( For example, it is preferable to set the fuel amount so that a homogeneous mixture of 12.5) is formed. In this case, in the regions A ′, B ′, and C ′, the required fuel amount for the same intake air amount is larger than in the regions A, B, and C.
図9は、図8のマップにおいて分割された領域において機関負荷毎に燃料噴射の分割回数(図中の数字が分割回数である)を設定したマップである。但し、図9においては、第二機関回転数N2は、機関負荷に対して一定ではなく、機関負荷が低いほど高くなるように設定されている。現在の機関回転数が現在の機関負荷に対してこのように設定された第二機関回転数以上である時には、燃料噴射弁2により第二噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施させる(分割回数1)。 FIG. 9 is a map in which the number of fuel injection divisions (the number in the figure is the number of divisions) is set for each engine load in the region divided in the map of FIG. However, in FIG. 9, the second engine speed N2 is not constant with respect to the engine load, and is set to be higher as the engine load is lower. When the current engine speed is equal to or higher than the second engine speed set in this way with respect to the current engine load, fuel injection at the second injection pressure is performed without being divided by the fuel injection valve 2 ( Number of divisions 1).
実際的には、気筒内へ供給される吸気量は、機関回転数だけでなく機関負荷によっても変化し、現在の機関回転数が現在の機関負荷に対する第二機関回転数(機関負荷が低いほど高くなるように設定された)以上である時には、気筒内への吸気量が十分に多くなって吸気行程において気筒内に生成されるタンブル流TBは確実に強くなるために、この時には、前述したようにシリンダヘッドへの燃料付着の問題もあり、高圧の第二噴射圧力(20MPa)で燃料噴射を分割せずに実施することが良好な均質燃焼にとって好ましく、図9のマップによってタンブル流が強くなる時には確実に第二噴射圧力での連続噴射が実施される。 In practice, the amount of intake air supplied into the cylinder varies not only with the engine speed but also with the engine load, and the current engine speed is the second engine speed relative to the current engine load (the lower the engine load, the lower the engine load). In this case, the tumble flow TB generated in the cylinder in the intake stroke is surely increased during the intake stroke. Thus, there is also a problem of fuel adhesion to the cylinder head, so that it is preferable to perform fuel injection without dividing it at a high second injection pressure (20 MPa) for good homogeneous combustion, and the tumble flow is strong according to the map of FIG. When this happens, continuous injection at the second injection pressure is reliably performed.
また、機関回転数が第一機関回転数N1以下である時には、低圧の第一噴射圧力(12MPa)での燃料噴射を機関負荷が高いほど多数に分割して噴射するようにし、シリンダボアへの燃料付着量を最少としてエンジンオイル希釈を良好に抑制する。また、燃料噴射を多数の分割するほど、噴射燃料毎の一塊の燃料量が少なくなるために気化し易くなり、可能な限り多数に燃料噴射を分割することは良好な均質混合気を形成するのにも有効である。 Further, when the engine speed is equal to or lower than the first engine speed N1, fuel injection at a low first injection pressure (12 MPa) is divided into a larger number as the engine load is higher, and the fuel to the cylinder bore is Reduces engine oil dilution well by minimizing the amount of adhesion. In addition, the more the fuel injection is divided, the easier it is to vaporize because the amount of fuel for each injected fuel decreases, so dividing the fuel injection into as many as possible forms a good homogeneous mixture Also effective.
また、前述したように、必要燃料量が燃料噴射弁2の最少噴射量の二倍より少ない時には、燃料噴射を分割することはできず、また、必要燃料量が燃料噴射弁2の最少噴射量の二倍より僅かに多い時にも、この程度の噴射量では分割噴射しなくてもシリンダボアへの燃料付着量は僅かであり、このように、機関負荷が第二機関負荷L2より低い時には、低圧の第一噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施する(分割回数1)。
Further, as described above, when the required fuel amount is less than twice the minimum injection amount of the
現在の機関回転数が、第一機関回転数N1と現在の機関負荷に対する第二機関回転数との間である時には、噴射圧力を高圧の第二噴射圧力(20MPa)として燃料噴射時間を短くし、燃料噴射を機関負荷が高いほど多数に分割して噴射するようにしている。それにより、シリンダボアへの燃料付着量を最少としてエンジンオイル希釈を良好に抑制し、また、噴射燃料を気化させ易くして良好な均質混合気を形成することができる。 When the current engine speed is between the first engine speed N1 and the second engine speed relative to the current engine load, the fuel injection time is shortened by setting the injection pressure to a high second injection pressure (20 MPa). The fuel injection is divided into a larger number as the engine load is higher. Thereby, the amount of fuel adhering to the cylinder bore can be minimized, the engine oil dilution can be suppressed well, and the injected fuel can be easily vaporized to form a good homogeneous mixture.
機関負荷が低く、必要燃料量が燃料噴射弁2の第二噴射圧力での最少噴射量の二倍より少ない時には、燃料噴射を分割することはできず、連続噴射することとなる。また、機関負荷が低く、必要燃料量が燃料噴射弁2の最少噴射量の二倍より僅かに多い時にも、この程度の噴射量では分割噴射しなくてもシリンダボアへの燃料付着量は僅かであり、このように、機関負荷が第三機関負荷L3より低い時には、高圧の第二噴射圧力での燃料噴射を分割せずに実施する(分割回数1)。第二噴射圧力の最少噴射量は第一噴射圧力の最少噴射量より多くなるために、第三機関負荷L3は第二機関負荷L2より高く設定される。
When the engine load is low and the required fuel amount is less than twice the minimum injection amount at the second injection pressure of the
また、機関回転数が第三機関回転数N3より低く、機関負荷が第一機関負荷L1より低い時には、噴射圧力を第一噴射圧力(12MPa)より低い第三噴射圧力(例えば、4MPa)として燃料噴射弁2の同じ最小開弁時間に対する最少噴射量を少なくし、燃料噴射を機関負荷が高いほど多数に分割して噴射するようにしている。それにより、分割回数を可能な限り多くすることができ、分割されたそれぞれの燃料噴射において、噴射量が少なくなるためにそれぞれの噴射燃料は気化し易くなって良好な均質混合気が形成され、貫徹力が小さくなるためにシリンダボアへの燃料付着量が減少してエンジンオイル希釈を抑制することができる。
Further, when the engine speed is lower than the third engine speed N3 and the engine load is lower than the first engine load L1, the fuel is set at a third injection pressure (for example, 4 MPa) lower than the first injection pressure (12 MPa). The minimum injection amount for the same minimum valve opening time of the
機関負荷が低く、必要燃料量が燃料噴射弁2の第三噴射圧力での最少噴射量の二倍より少ない時には、燃料噴射を分割することはできず、連続噴射することとなる。また、機関負荷が低く、必要燃料量が燃料噴射弁2の最少噴射量の二倍より僅かに多い時にも、この程度の噴射量では分割噴射しなくてもシリンダボアへの燃料付着量は僅かであり、このように、機関負荷が第四機関負荷L4より低い時には、極低圧の第三噴射圧力(4MPa)での燃料噴射を分割せずに実施する(分割回数1)。第三噴射圧力の最少噴射量は第一噴射圧力の最少噴射量より少なくなるために、第四機関負荷L4は第二機関負荷L2より低く設定することができる。
When the engine load is low and the required fuel amount is less than twice the minimum injection amount at the third injection pressure of the
本実施形態において、噴射圧力は低圧の第一噴射圧力(例えば、12MPa)と、高圧の第二噴射圧力(例えば、20MPa)と、極低圧の第三噴射圧力(例えば、4MPa)との三段階に切り換え可能となっている。このような噴射圧力の切り換えは、各気筒の燃料噴射弁へ燃料を供給する蓄圧室内の燃料圧力を変化させることにより実施される。また、噴射圧力の切り換えは、噴射時における燃料噴射弁の弁体のリフト量を変化させて、噴孔に連通する燃料溜内の燃料圧力を変化させる(リフト量を小さくするほど燃料溜内の燃料圧力は低くなる)ことでも実施可能である。 In the present embodiment, the injection pressure has three stages of a low first injection pressure (for example, 12 MPa), a high pressure second injection pressure (for example, 20 MPa), and an extremely low pressure third injection pressure (for example, 4 MPa). Can be switched to. Such switching of the injection pressure is performed by changing the fuel pressure in the pressure accumulating chamber for supplying fuel to the fuel injection valve of each cylinder. The injection pressure is changed by changing the lift amount of the valve body of the fuel injection valve at the time of injection to change the fuel pressure in the fuel reservoir communicating with the injection hole (the smaller the lift amount, This can also be done by lowering the fuel pressure.
ところで、本筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁2の位置は、気筒上部周囲の吸気弁側としたが、これは本発明を限定するものではなく、タンブル流又は逆タンブル流(内燃機関によってはシリンダボアの吸気弁側に沿って下降して排気弁側に沿って上昇するようなタンブル流とは逆方向に気筒内を縦旋回する逆タンブル流が生成されることもある)の進行方向に沿ってタンブル流又は逆タンブル流内へ燃料を噴射するために、燃料噴射弁は任意の位置に配置することができる。例えば、燃料噴射弁は気筒上部略中心に配置しても良く、いずれにしても、このように燃料を噴射する場合には、燃料噴射弁は吸気行程(吸気行程後半の燃料噴射開始時期から)においてシリンダボアに向けて燃料を噴射することとなる。
By the way, in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, the
1 点火プラグ
2 燃料噴射弁
3 ピストン
4 吸気弁
TB タンブル流
F 噴射燃料
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