JP4839335B2 - In-cylinder injection engine - Google Patents
In-cylinder injection engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP4839335B2 JP4839335B2 JP2008102398A JP2008102398A JP4839335B2 JP 4839335 B2 JP4839335 B2 JP 4839335B2 JP 2008102398 A JP2008102398 A JP 2008102398A JP 2008102398 A JP2008102398 A JP 2008102398A JP 4839335 B2 JP4839335 B2 JP 4839335B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- injection
- fuel injection
- combustion chamber
- valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Description
本発明は、燃料を燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射エンジンに関する。 The present invention relates to an in-cylinder injection engine provided with a fuel injection valve that directly injects fuel into a combustion chamber.
従来の筒内噴射エンジンとして、吸気弁と排気弁の開閉期間を変更可能なバルブタイミング可変機構を備え、空燃比センサにより検出される排気通路の酸素濃度から新気吹き抜け量を推定し、この新気吹き抜け量に応じて、バルブオーバーラップ量を制御することにより筒内残留ガス量を低減し、充填効率を向上させるものがある(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional in-cylinder injection engine, it has a variable valve timing mechanism that can change the opening and closing periods of the intake and exhaust valves, and the new air blow-off amount is estimated from the oxygen concentration in the exhaust passage detected by the air-fuel ratio sensor. Some control the valve overlap amount in accordance with the amount of blow-through, thereby reducing the in-cylinder residual gas amount and improving the filling efficiency (for example, see Patent Document 1).
シリンダ内で燃焼したガスは排気行程においてピストンにより押し出されるが、シリンダヘッドのすきまの容積分は掃気できず燃焼室内に高温のガスが残留する。燃焼室内に高温のガスが残留すると、過給器を搭載しない無過給エンジンでは残留ガスにより新気が暖められ空気密度が下がり充填効率が低下する。過給器を搭載した過給エンジンでは、中負荷以上の運転領域において、ノッキングを回避するために出力や燃費の最適点火時期から遅らせて点火する必要があり、出力と燃費が悪化する。 The gas combusted in the cylinder is pushed out by the piston in the exhaust stroke, but the volume of the clearance of the cylinder head cannot be scavenged, and high-temperature gas remains in the combustion chamber. When high-temperature gas remains in the combustion chamber, in a non-supercharged engine not equipped with a supercharger, fresh air is warmed by the residual gas, the air density is lowered, and the charging efficiency is lowered. In a supercharged engine equipped with a supercharger, in order to avoid knocking in an operation region of a medium load or higher, it is necessary to ignite after the optimal ignition timing of output and fuel consumption, and output and fuel consumption deteriorate.
そこで、残留ガスの影響を小さくするために、特許文献1のように、吸気ポートから排気ポートへの新気の吹き抜けにより残留ガスを燃焼室から押し出す方法がある。しかしながら、この方法は吸排気弁の可変機構が必要であり、吸気管と排気管の圧力差が小さい条件では残留ガスを押し出す効果が弱い。
Therefore, in order to reduce the influence of the residual gas, there is a method of pushing out the residual gas from the combustion chamber by blowing new air from the intake port to the exhaust port as in
他の方法として、燃焼室に直接燃料を噴射し、燃料の気化冷却効果を利用する方法がある。この方法は、燃料を残留ガスに向けて噴射することにより、燃料が加熱、気化する際に発生する顕熱と潜熱を利用するもので、吸排気弁の可変機構は必要なく適用範囲も限定されない特徴がある。 As another method, there is a method of injecting fuel directly into the combustion chamber and utilizing the evaporative cooling effect of the fuel. This method uses sensible heat and latent heat generated when the fuel is heated and vaporized by injecting the fuel toward the residual gas. There is no need for a variable mechanism for the intake and exhaust valves, and the application range is not limited. There are features.
燃料の気化冷却効果を利用する方法では、吸気弁が開いて新気が燃焼室に流入すると残留ガスが新気により希釈されることから、残留ガスを積極的に冷却するには噴霧を吸気行程初期に噴射する必要がある。しかしながら、一度にすべての燃料を吸気行程初期に噴射すると、燃料噴射弁からピストンまでの距離が短いためピストンへの燃料付着が増加する。ピストンへ付着した燃料は、残留ガスの熱ではなくピストンの熱により気化するため、残留ガスを冷却できなくなる。 In the method using the evaporative cooling effect of fuel, when the intake valve opens and fresh air flows into the combustion chamber, the residual gas is diluted with fresh air. It is necessary to inject early. However, if all the fuel is injected at the beginning of the intake stroke at a time, the distance from the fuel injection valve to the piston is short, so that fuel adhesion to the piston increases. Since the fuel adhering to the piston is vaporized not by the heat of the residual gas but by the heat of the piston, the residual gas cannot be cooled.
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、中負荷以上の運転領域においてノッキングを発生させることなく、効率的に燃料室内の残留ガスを冷却し、出力と燃費を向上させた筒内噴射エンジンを提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and in-cylinder injection engine that efficiently cools the residual gas in the fuel chamber without causing knocking in an operation region of a medium load or higher and improves output and fuel consumption. Is to provide.
上記目的を達成すべく本発明に係る筒内噴射エンジンは、燃料を燃焼室内に直接噴射可能な位置に配置した燃料噴射弁と、その燃料噴射弁の開閉制御を行う制御手段とを備えた筒内噴射エンジンにおいて、制御手段は、中負荷以上の運転領域において1サイクル内の吸気行程中に燃料を2回以上に分割して噴射させる燃料噴射制御範囲を設定しており、かつ、その噴射分割回数を、エンジン回転数及び燃焼室の充填効率が小さい運転領域で増やし、エンジン回転数及び充填効率の少なくとも一方が高い運転領域において減らすよう制御するものである。 In order to achieve the above object, an in-cylinder injection engine according to the present invention includes a fuel injection valve disposed at a position where fuel can be directly injected into a combustion chamber, and a cylinder provided with control means for controlling opening and closing of the fuel injection valve. In the internal injection engine, the control means sets a fuel injection control range in which fuel is divided and injected two or more times during an intake stroke in one cycle in an operation region of medium load or more, and the injection division The number of times is controlled so as to increase in an operation region where the engine speed and the charging efficiency of the combustion chamber are small, and to decrease in an operation region where at least one of the engine speed and the charging efficiency is high.
本発明によれば、中負荷以上の運転領域においてノッキングを発生させることなく、効率的に燃焼室内の残留ガスを冷却し、出力と燃費を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to efficiently cool the residual gas in the combustion chamber and improve the output and fuel consumption without causing knocking in an operation region of medium load or higher.
本発明は、1サイクルの吸気行程中に噴霧される燃料を分割して噴霧し、吸気行程初期に噴霧される燃料噴射量を1吸気行程中に噴霧される全燃料噴射量に対して少なくすることで、噴霧燃料がピストンに付着するのを低減し、効率的に残留ガスに燃料を噴霧するものである。すなわち、本発明では、吸気行程初期の燃料噴射量を少なくするべく、吸気行程中に噴射される燃料の分割回数を運転条件に基づいて増加することで、吸入行程初期の噴霧燃料量を少なくする制御、或いは、吸入行程初期の噴霧燃料量を少なくし、吸入行程の中間〜後期の噴霧燃料量を初期の噴霧燃料よりも多くする制御を行っている。以下の実施形態では、運転条件によって分割回数を決定すること及び2回目以降の噴霧燃料量を1回目の噴霧燃料量より多くすることの両方を併せて実施することで、より効率的に残留ガスに燃料を噴霧する形態について説明する。 The present invention divides and sprays the fuel sprayed during the intake stroke of one cycle, and reduces the fuel injection amount sprayed at the initial stage of the intake stroke with respect to the total fuel injection amount sprayed during one intake stroke. Thus, the sprayed fuel is prevented from adhering to the piston, and the fuel is efficiently sprayed on the residual gas. That is, in the present invention, in order to reduce the fuel injection amount at the initial stage of the intake stroke, the number of divided fuels injected during the intake stroke is increased based on the operating conditions, thereby reducing the amount of sprayed fuel at the initial stage of the intake stroke. Control or control is performed to reduce the amount of sprayed fuel in the initial stage of the intake stroke and to increase the amount of sprayed fuel in the middle to later stages of the intake stroke as compared with the initial sprayed fuel. In the following embodiments, the residual gas is more efficiently obtained by performing both the determination of the number of divisions according to the operating conditions and the increase in the amount of fuel sprayed for the second and subsequent times from the amount of fuel sprayed for the first time. Next, a mode of spraying fuel will be described.
図1は、第1の実施形態の筒内噴射エンジンを示す断面図である。本実施形態の筒内噴射エンジンは過給器を備える。図1に示すように、筒内噴射エンジンは、シリンダヘッド1と、シリンダブロック2と、シリンダブロック2に挿入されたピストン3とにより燃焼室30が形成され、燃焼室30の中心頂部に点火プラグ4が設けられている。燃焼室30には、吸気ポート5と排気ポート6がそれぞれ開口しており、各開口部を開閉する吸気弁7と排気弁8が設けられている。吸気弁7と排気弁8は一般に用いられているカム動作方式の弁であり、吸気弁7は上死点閉じ、排気弁8は上死点開きとしている。吸気弁7の開口期間は220deg(クランク軸11が上死点にあるときのクランク角を0degとする)となっている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a direct injection engine according to the first embodiment. The in-cylinder injection engine of this embodiment includes a supercharger. As shown in FIG. 1, the in-cylinder injection engine includes a
燃焼室30の吸気ポート5側には燃焼室30に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁9が設けられる。図2に示すように、燃料噴射弁9は6つの噴孔からそれぞれ噴射されるマルチホールインジェクタである。図3は、噴孔から噴射された噴霧24a〜24fの噴孔先端から30mm下(A−A線)の断面形状を示している。噴霧24a〜24fは、吸気弁7のリフト量が最大(吸気弁全開)となった条件で燃料を噴射しても、吸気弁7と接触しない形状となっており、噴霧24aが点火プラグの方向となるように燃料噴射弁9は配置されている。燃料は、高圧燃料ポンプ(図示しない)により昇圧されて燃料噴射弁9を介して燃焼室30内に噴射される。なお、燃料の噴射圧力は、燃料噴射弁9と高圧燃料ポンプ間の燃料配管に設けられた燃料圧力センサから算出される。
A
ピストン3はコンロッド10を介してクランク軸11と連結されている。クランク軸11には、エンジン回転数を算出するためのクランク角センサ12が取り付けられている。シリンダブロック2には、エンジン冷却水の温度を算出するための水温センサ13とエンジンの振動周波数を算出するためのノックセンサ14が取り付けられている。
The
吸気ポート5に接続される吸気管5Aの上流にはコレクタ15が接続されており、吸入する新気の量はスロットル弁16によって調節される。スロットル弁16は、例えば電子制御式であり、アクセル(図示せず)の踏み込み量に応じて動作し、踏み込み量が多いほど開度が大きくなるように設定されている。図2では1気筒のみ記載しているが、本実施形態は1気筒の排気量500cc、圧縮比11の4気筒エンジンでコレクタ15から各気筒に空気が分配されている。
A
コレクタ15の上流にはインタークーラー17、コンプレッサ18が設けられている。コンプレッサ18は、タービン20と連結しており、排気ガスのエネルギーによりタービン20を回転させることにより大気圧以上の新気をエンジン(コレクタ15)内に押し込むことができる。過給された空気は温度が高くなり密度が低下するため、インタークーラー17によって冷却している。コレクタ15には吸気圧センサ19が取り付けられており、吸気管圧力(過給圧)を算出できる。
An
排気ポート6に接続される排気管6Aの下流には排気温度センサ21が取り付けられ、タービン20の上流にはバイパス流路22が接続されている。バイパス流路22には排気温度が所定値以上になると開くように動作する制御弁23が設けられており、排気ガスをバイパス流路22に逃がして過給量を制御している。タービン20の下流には図示しない三元触媒や空燃比センサ等が設けられている。
An
制御手段であるエンジンコントロールユニット(図示せず)は各センサ(クランク角センサ12,水温センサ13,ノックセンサ14,吸気圧センサ19,排気温度センサ21,燃料圧力センサ等)の信号を受け取り、それら信号に基づいて各デバイス(吸気弁7,排気弁8,燃料噴射弁9,制御弁23等)を制御するよう接続されており、ECU内のROMにはエンジン回転数や水温、排気温度、空燃比、コレクタ圧力に応じた各種デバイスの設定値がマップデータとして記録されている。
An engine control unit (not shown), which is a control means, receives signals from sensors (
本実施形態の筒内噴射エンジンで用いられる過給条件の燃料噴射マップデータを図4に示す。横軸はクランク角センサ12により検出されたエンジン回転数、縦軸は吸気圧センサ19により検出された充填効率を示す。ただし、充填効率は、本実施形態の筒内噴射エンジンは過給器を搭載しており、過給圧として表している。図中のnは1サイクル中の燃料噴射回数(噴射分割数)を示し、エンジン回転数と過給圧が高いほど噴射回数が少なくなるように設定されている。例えば、エンジン回転数2000r/minの過給圧0.2barの条件では燃焼に必要な燃料を4分割して噴射することを表す。
FIG. 4 shows fuel injection map data for the supercharging condition used in the in-cylinder injection engine of this embodiment. The horizontal axis represents the engine speed detected by the
次に、図1の過給器を搭載した筒内噴射エンジンにおいて、運転条件(エンジン回転数及び過給圧)を種々に変更した動作についてそれぞれ実施例1〜4として以下に説明する。
(実施例1)
実施例1は走行中にアクセルを踏み込み加速を開始した条件(中負荷運転条件)で動作した例である。ただし、スロットルは全開にはなっていない。まず、クランク角センサ12の信号により回転数が算出され、吸気圧センサ19の信号により吸気管圧力が算出される。本実施例ではエンジン回転数は2000r/min、吸気管圧力は1.2bar(過給圧0.2barに相当)であり、エンジン回転数と吸気管圧力を基にマップデータから新気量が算出される。空燃比はエンジン回転数と吸気管圧力を基にマップデータから決定され、新気量と空燃比から燃料噴射量が算出される。本実施例では1サイクル、1気筒当たりの新気量は712mg、空燃比は12であり、目標となる燃料噴射量は59.3mgとなる。
Next, in the in-cylinder injection engine equipped with the supercharger shown in FIG.
Example 1
The first embodiment is an example in which the vehicle is operated under a condition (medium load operation condition) in which acceleration is started by depressing the accelerator during traveling. However, the throttle is not fully open. First, the rotational speed is calculated from the signal from the
同様に、エンジン回転数と吸気管圧力から噴射分割数と分割噴射する各噴射量の割合、分割された噴射に応じた噴射時期が図4のマップデータから決定される。クランク角に対する噴射時期と噴射パルス幅の関係を図5に、各噴射パルス幅のグラフを図6にそれぞれ示す。図5に示すように、噴射分割数は4であり、1回目は16%、2回目は20%、3回目は32%、4回目は32%となる。1回目に対し2回目以降の噴射割合が多くなるように設定されている。これらから各噴射に対する目標噴射量は1回目が9.49mg、2回目が11.86mg、3回目が18.98mg、4回目が18.98mgとなる。 Similarly, from the engine speed and the intake pipe pressure, the injection division number, the ratio of each injection amount to be divided and the injection timing corresponding to the divided injection are determined from the map data of FIG. FIG. 5 shows a relationship between the injection timing and the injection pulse width with respect to the crank angle, and FIG. 6 shows a graph of each injection pulse width. As shown in FIG. 5, the number of injection divisions is 4, and the first time is 16%, the second time is 20%, the third time is 32%, and the fourth time is 32%. It is set so that the injection ratio after the second time is increased with respect to the first time. Accordingly, the target injection amount for each injection is 9.49 mg for the first time, 11.86 mg for the second time, 18.98 mg for the third time, and 18.98 mg for the fourth time.
燃料圧力センサの信号により燃料圧力が算出されると、予めECUに記録された計算式により、目標燃料噴射量となる噴射パルス幅が算出される。各噴射パルス幅T1〜T4は、図6に示すように、T1=0.4ms、T2=0.5ms、T3=0.8ms、T4=0.8msとなる。エンジン回転数と噴射回数のマップデータから、噴射に対する噴射開始時期が決定される。本実施例では1回目は20degATDC、2回目は60degATDC、3回目は100degATDC、4回目は140degATDCとなっている。 When the fuel pressure is calculated from the signal from the fuel pressure sensor, an injection pulse width that is a target fuel injection amount is calculated by a calculation formula recorded in advance in the ECU. As shown in FIG. 6, the ejection pulse widths T1 to T4 are T1 = 0.4 ms, T2 = 0.5 ms, T3 = 0.8 ms, and T4 = 0.8 ms. The injection start timing for the injection is determined from the map data of the engine speed and the number of injections. In this embodiment, the first time is 20 degATDC, the second time is 60 degATDC, the third time is 100 degATDC, and the fourth time is 140 degATDC.
図7は、1回目の燃料を噴射した直後の燃焼室30内の様子を示す断面図である。図7に示すように、吸気行程初期では吸気弁7が開き始め、排気弁8は閉状態にあり、燃焼室30内には前のサイクルで燃焼した残留ガス25が残っている。この残留ガスは、例えば約700℃の高温ガスである。残留ガス25は、吸気弁7が開き新気が入ってくることで排気弁8側に押されていく。噴霧燃料24は、吸気行程初期である20degATDC時に噴射しているため、残留ガス25と衝突し、残留ガス25を冷却する。1回目の燃料噴射量を全体(1吸気行程内で噴射される全燃料量)の16%と少なくして、燃料を噴射しているため噴霧の持つ運動エネルギーは小さく貫通力は弱い。そのため、噴霧燃料24は、ピストン3に殆ど衝突せず残留ガスを効率よく冷却することができる。なお、燃料噴射弁9が吸気弁7の近くに配置された構成では、燃料噴射弁9から噴射される噴霧燃料24と吸気弁7から流入する新気(図中、矢印5a)とが干渉するが、本実施例ではエンジン回転数はそれほど高回転ではなく、また過給圧も低いため新気が噴霧に及ぼす影響は小さい。また、本実施例では1回目の噴射時期を20degATDCとしたが、燃料噴霧の特性やエンジンのストロークで最適な噴射時期は変化する。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the inside of the
図8は、吸気行程で2回目の燃料を噴射した直後の燃焼室30内の様子を示す断面図である。図8に示すように、ピストン3の下降により新気5aが燃焼室30に流入すると、残留ガス25は新気5aと混合し、噴霧目標とする残留ガス25の高温部分はピストン3の移動に合わせて噴霧点から遠ざかっていく。そのため、2回目の燃料噴射量を全体の20%と1回目の16%よりも増加させて噴霧燃料24の貫通力を大きくすることにより、遠ざかる残留ガス25に燃料噴霧燃料24が到達し効率良く残留ガスを冷却できる。なお、2回目の噴霧で残りの燃料をすべて噴射すると噴霧燃料24の貫通力が強すぎてピストン3への付着量が増加し冷却効果が低下する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the inside of the
図9は、吸気行程で3回目の燃料を噴射した直後の燃焼室30内の様子を示す断面図である。図9に示すように、ピストン3は2回目の噴射時期よりも下降しており、噴霧点と残留ガス25の高温部との距離は遠くなっている。そこで、3回目の燃料噴射量を2回目の燃料噴射量20%よりも増加させた32%とし、噴霧燃料24の貫通力を増加させている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the inside of the
吸気行程での4回目の噴霧燃料24は、ピストン位置が3回目の噴射時期よりも下降し噴霧点と残留ガス25の高温部分との距離は遠くなる。しかし、噴射時期が遅い条件では噴射から点火時期までの時間が短く、燃料噴射量を増加させると燃焼に最適な均一混合気を形成することが困難となるため3回目の燃料噴射量と同じ32%の噴射割合としている。
(実施例2)
第2の実施例における、クランク角に対する噴射時期と噴射パルス幅の関係を図10,11に示す。本実施例の運転条件は実施例1と同じである。実施例1と異なる点は、吸気行程での各燃料噴射量の噴射割合を1回目16%、2回目24%、3回目36%、4回目34%とし、4回目の噴射割合が3回目よりも少ない点である。噴射パルス幅はT1=0.4ms、T2=0.6ms、T3=0.9ms、T4=0.6msとなる。本実施例では、実施例1に対し、2回目と3回目の燃料割合を増やしているためピストン3への付着が増加し新気を冷却する効果はやや低下するが、噴射燃料がピストン3の熱により短期間で気化し、更に噴射から点火までの時間を長く確保できるため混合気の均一化され燃焼速度が速くなる。これにより、実施例1よりも耐ノック性を向上させることができる。
(実施例3)
第3の実施例における、クランク角に対する噴射時期と噴射パルス幅の関係を図12,13に示す。運転条件は実施例1よりもアクセルを踏み込んだ条件(中負荷〜高負荷運転条件)とし、エンジン回転数は2500r/min、吸気管圧力は1.4bar(過給圧0.4barに相当)である。本実施例では1サイクル、1気筒当たりの新気量は830mg、空燃比は11.5であり、目標となる燃料噴射量は72.2mgとなる。
In the
(Example 2)
The relationship between the injection timing and the injection pulse width with respect to the crank angle in the second embodiment is shown in FIGS. The operating conditions of this example are the same as those of Example 1. The difference from the first embodiment is that the injection ratio of each fuel injection amount in the intake stroke is 16% for the first time, 24% for the second time, 36% for the third time, and 34% for the fourth time. There are few points. The injection pulse width is T1 = 0.4 ms, T2 = 0.6 ms, T3 = 0.9 ms, and T4 = 0.6 ms. In this embodiment, since the fuel ratio of the second and third times is increased with respect to the first embodiment, the adhesion to the
(Example 3)
The relationship between the injection timing and the injection pulse width with respect to the crank angle in the third embodiment is shown in FIGS. The operating conditions are conditions where the accelerator is depressed more than in the first embodiment (medium load to high load operating conditions), the engine speed is 2500 r / min, and the intake pipe pressure is 1.4 bar (corresponding to a supercharging pressure of 0.4 bar). In this embodiment, the fresh air amount per cycle, 830 mg, the air-fuel ratio is 11.5, and the target fuel injection amount is 72.2 mg.
実施例1と同様に、エンジン回転数と吸気管圧力から、噴射分割数、分割噴射する各噴射量の割合、及び分割された噴射に応じた噴射時期がマップデータから決定される。図12に示すように、本実施例の噴射分割数は3であり、1回目は16%、2回目は32%、3回目は52%となる。各噴射に対する目標噴射量は1回目が11.55mg、2回目が23.1mg、3回目が37.54mgとなる。 Similar to the first embodiment, the number of injection divisions, the ratio of each injection quantity to be divided and the injection timing corresponding to the divided injection are determined from the map data from the engine speed and the intake pipe pressure. As shown in FIG. 12, the number of injection divisions in this embodiment is 3, which is 16% for the first time, 32% for the second time, and 52% for the third time. The target injection amount for each injection is 11.55 mg for the first time, 23.1 mg for the second time, and 37.54 mg for the third time.
ECUに記録された計算式により目標燃料噴射量となる噴射パルス幅が算出され、各噴射パルス幅は、図13に示すように、T1=0.5ms、T2=1.0ms、T3=1.6msとなる。エンジン回転数と噴射回数のマップデータから、各噴射に対する噴射開始時期が決定され、1回目は20degATDC、2回目は70degATDC、3回目は120degATDCとしている。また、各噴射間隔(T1とT2との間、T2とT3との間、T3とT4との間)は、燃料噴射弁9に供給される電圧の昇圧時間を要するため、2ms以上としている。
The injection pulse width that is the target fuel injection amount is calculated by the calculation formula recorded in the ECU, and each injection pulse width is T1 = 0.5 ms, T2 = 1.0 ms, and T3 = 1.6 ms as shown in FIG. . The injection start timing for each injection is determined from the map data of the engine speed and the number of injections, and the first time is 20 degATDC, the second time is 70 degATDC, and the third time is 120 degATDC. Further, each injection interval (between T1 and T2, between T2 and T3, and between T3 and T4) is set to 2 ms or more because it requires a voltage boosting time to be supplied to the
本実施例では実施例1,2に対してエンジン回転数が高くなっているため、新気の流入によって生じる吸気弁周りの流速が速くなり、吸気管圧力も高くなっているため新気の密度が大きくなっている。そのため、実施例1、2と同じように噴射燃料を4分割すると各噴霧燃料24の運動量(貫通力)が小さくなってしまい、新気に流されて残留ガス25に到達できなくなる。本実施例では、分割数を3と少なくすることで吸気弁周りの新気流れの影響を小さくし、噴霧燃料24によって残留ガス25を冷却することができる。
(実施例4)
第4の実施例における、クランク角に対する噴射時期と噴射パルス幅の関係を図14,15に示す。本実施例の運転条件は、アクセルを踏み込んだ高速走行条件(高負荷運転条件)とし、エンジン回転数は3000r/min、吸気管圧力は1.6bar(過給圧0.6barに相当)である。本実施例では1サイクル、1気筒当たりの新気量は949mg、空燃比は11であり、目標となる燃料噴射量は86.3mgとなる。
In this embodiment, since the engine speed is higher than in the first and second embodiments, the flow velocity around the intake valve caused by the inflow of fresh air becomes faster, and the intake pipe pressure is also higher, so the fresh air density is higher. Is getting bigger. Therefore, if the injected fuel is divided into four as in the first and second embodiments, the momentum (penetrating force) of each sprayed
Example 4
14 and 15 show the relationship between the injection timing and the injection pulse width with respect to the crank angle in the fourth embodiment. The operating conditions of the present embodiment are high speed driving conditions (high load operating conditions) with the accelerator depressed, the engine speed is 3000 r / min, and the intake pipe pressure is 1.6 bar (corresponding to a supercharging pressure of 0.6 bar). In this embodiment, the amount of fresh air per cycle and cylinder is 949 mg, the air-fuel ratio is 11, and the target fuel injection amount is 86.3 mg.
実施例1と同様に、エンジン回転数と吸気管圧力から、噴射分割数、分割噴射する各噴射量の割合、及び分割された噴射に応じた噴射時期がマップデータから決定される。図14に示すように、噴射分割数は2であり、1回目は16%、2回目は84%となる。各噴射に対する目標噴射量は1回目が13.81mg、2回目が72.49mgとなる。 Similar to the first embodiment, the number of injection divisions, the ratio of each injection quantity to be divided and the injection timing corresponding to the divided injection are determined from the map data from the engine speed and the intake pipe pressure. As shown in FIG. 14, the number of injection divisions is 2, which is 16% for the first time and 84% for the second time. The target injection amount for each injection is 13.81 mg for the first time and 72.49 mg for the second time.
ECUに記録された計算式により目標燃料噴射量となる噴射パルス幅が算出され、各噴射パルス幅は、図15に示すように、T1=0.59ms、T2=3.11msとなる。エンジン回転数と噴射回数のマップデータから、各噴射に対する噴射開始時期が決定され、1回目の噴射開始時期は20degATDC、2回目の噴射開始時期は60degATDCとしている。 The injection pulse width which becomes the target fuel injection amount is calculated by the calculation formula recorded in the ECU, and each injection pulse width is T1 = 0.59 ms and T2 = 3.11 ms as shown in FIG. The injection start timing for each injection is determined from the map data of the engine speed and the number of injections. The first injection start timing is 20 degATDC, and the second injection start timing is 60 degATDC.
本実施例では実施例1〜3に対しエンジン回転数と吸気管圧力が高くなっていることから、分割数を実施例1〜3よりも少なくする、すなわち分割数を2にすることで吸気弁周りの新気の流れの影響を小さくし、噴霧燃料24によって残留ガス25を冷却することができる。
In this embodiment, since the engine speed and the intake pipe pressure are higher than those in the first to third embodiments, the number of divisions is made smaller than those in the first to third embodiments, that is, the number of divisions is set to two. The influence of the surrounding fresh air flow can be reduced, and the
以上、本実施形態の筒内噴射エンジンによれば、1吸気行程中に噴射される燃料噴射量のうち、吸気行程初期で噴射される燃料を少なくするべく、複数回に分割して噴射することにより、ノッキングが発生しうる中負荷以上の運転領域において、効率的に残留ガスを低減することができる。特に、分割して噴射される各燃料噴霧について、吸気行程初期に1回目の燃料を噴射し、2回目以降は1回目よりも多量の噴霧燃料24を噴射することにより、ピストン3の下降によって噴霧点から遠ざかる高温の残留ガス25に到達させることができ、ピストン3への燃料付着を抑え、燃料の顕熱と潜熱により効率良く残留ガスを冷却することができる。また、エンジン回転数と充填効率が高くなるに応じて分割回数を減らし、新気の流動が燃料噴霧に付与する影響を小さくすることができる。これらにより、耐ノック性を向上させると共に、残留ガスを冷却することができる。ひいては、出力と燃費の向上を図ることができる。
As described above, according to the in-cylinder injection engine of the present embodiment, among the fuel injection amounts injected during one intake stroke, the fuel is injected divided into a plurality of times in order to reduce the fuel injected at the beginning of the intake stroke. As a result, the residual gas can be efficiently reduced in an operation region of a medium load or higher where knocking may occur. In particular, for each fuel spray injected in a divided manner, the first fuel is injected at the beginning of the intake stroke, and after the second time, a larger amount of sprayed
第2の実施形態について説明する。 A second embodiment will be described.
図16は、本実施形態の筒内噴射エンジンの構成を示す断面図である。図16に示すように、本実施形態の筒内エンジンは、前実施形態の筒内噴射エンジンで使用した、過給器を無しとしている。スロットル弁16の上流にはエアフローセンサ26を設けている。本実施例では、エアフローセンサ26の出力信号に基づいて充填効率を算出している点で図1のエンジン構成と異なる。新気量は、エアフローセンサ26の信号とエンジン回転数とから算出される。また、充填効率は最大で110%程度であり、燃料噴射弁9に要求される流量(燃料噴射量)は前実施形態に比べて小さくなるように設計されている。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration of the in-cylinder injection engine of the present embodiment. As shown in FIG. 16, the in-cylinder engine of the present embodiment has no supercharger used in the in-cylinder injection engine of the previous embodiment. An
図17は、本実施形態の燃料噴射マップデータである。横軸はクランク角センサ12により検出されたエンジン回転数、縦軸はエアフローセンサ26により算出された充填効率を示す。図中のnは1サイクル中の燃料噴射回数を示し、エンジン回転数と充填効率が高いほど噴射回数が少なくなるように設定されている。
FIG. 17 is fuel injection map data of the present embodiment. The horizontal axis indicates the engine speed detected by the
(実施例5)
次に、図16の筒内噴射エンジンにおいて、一運転条件(エンジン回転数及び充填効率)における動作について実施例5として以下に説明する。
(Example 5)
Next, in the in-cylinder injection engine of FIG. 16, the operation under one operating condition (engine speed and charging efficiency) will be described as a fifth embodiment.
第5の実施例は走行中にアクセルを踏み込み加速を開始した条件であり、スロットルは全開にはなっていない。まず、クランク角センサ12の信号からエンジン回転数が算出され、エアフローセンサ26及び吸気圧センサの信号とエンジン回転数のマップデータから新気量が算出される。本実施例ではエンジン回転数は2000r/min、1気筒当たりの新気量は充填効率80%の474mgである。エンジン回転数と充填効率のマップデータから空燃比が決定され、新気量と空燃比から燃料噴射量が算出される。本実施例では空燃比は14であり、目標となる燃料噴射量は33.9mgとなる。
The fifth embodiment is a condition in which acceleration is started by depressing the accelerator during traveling, and the throttle is not fully opened. First, the engine speed is calculated from the signal of the
エンジン回転数と充填効率から、噴射分割数(図17のマップデータ)、分割噴射する各噴射量の割合、及び分割された噴射に応じた噴射時期が決定される。クランク角に対する噴射時期と噴射パルス幅の関係を図18,19に示す。図18に示すように、噴射分割数は4であり、1回目は16%、2回目は20%、3回目は32%、4回目は32%となる。これらから各噴射に対する目標噴射量は1回目が5.42mg、2回目が6.78mg、3回目が10.85mg、4回目が10.85mgとなる。 From the engine speed and the charging efficiency, the number of injection divisions (map data in FIG. 17), the ratio of each injection quantity to be divided and the injection timing according to the divided injections are determined. The relationship between the injection timing and the injection pulse width with respect to the crank angle is shown in FIGS. As shown in FIG. 18, the number of injection divisions is 4, which is 16% for the first time, 20% for the second time, 32% for the third time, and 32% for the fourth time. Therefore, the target injection amount for each injection is 5.42 mg for the first time, 6.78 mg for the second time, 10.85 mg for the third time, and 10.85 mg for the fourth time.
燃料圧力センサの信号により燃料圧力が算出されると、予めECUに記録された計算式により、目標燃料噴射量となる噴射パルス幅が算出される。各噴射パルス幅は、図19に示すように、T1=0.64ms、T2=0.81ms、T3=1.32ms、T4=1.32msとなる。エンジン回転数と噴射回数のマップデータから、各噴射に対する噴射開始時期が決定される。本実施例では1回目は20degATDC、2回目は60degATDC、3回目は100degATDC、4回目は140degATDCとなっている。 When the fuel pressure is calculated from the signal from the fuel pressure sensor, an injection pulse width that is a target fuel injection amount is calculated by a calculation formula recorded in advance in the ECU. As shown in FIG. 19, the ejection pulse widths are T1 = 0.64 ms, T2 = 0.81 ms, T3 = 1.32 ms, and T4 = 1.32 ms. The injection start timing for each injection is determined from the map data of the engine speed and the number of injections. In this embodiment, the first time is 20 degATDC, the second time is 60 degATDC, the third time is 100 degATDC, and the fourth time is 140 degATDC.
本実施形態でも、前実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、過給器無しの筒内噴射エンジンにおいても噴霧を分割し噴霧点と残留ガスの距離に合わせて噴射パルス幅を決定することにより効率良く残留ガスを冷却することができる。また、過給器無しの筒内噴射エンジンでは、充填効率の向上を実現することができる。 This embodiment also has the same operational effects as the previous embodiment. That is, even in a cylinder injection engine without a supercharger, the residual gas can be efficiently cooled by dividing the spray and determining the injection pulse width according to the distance between the spray point and the residual gas. Further, in a cylinder injection engine without a supercharger, it is possible to improve the charging efficiency.
以上、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定される。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other ones are assumed.
9 燃料噴射弁
12 クランク角センサ
18 コンプレッサ
19 吸気圧センサ
24 噴霧燃料
25 残留ガス
30 燃焼室
9
Claims (4)
前記制御手段は、中負荷以上の運転領域において1サイクル内の吸気行程中に前記燃料を2回以上に分割して噴射させる燃料噴射制御範囲を設定しており、かつ、その噴射分割回数を、エンジン回転数及び前記燃焼室の充填効率が小さい運転領域で増やし、前記エンジン回転数及び前記充填効率の少なくとも一方が高い運転領域において減らすよう制御すると共に、前記分割された個々の燃料噴射量が前記ピストンの下降に伴って多くなるように前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする筒内噴射エンジン。 A piston disposed in the combustion chamber, wherein an intake port for supplying air to the combustion chamber, a fuel injection valve arranged fuel injection possible positions directly into the combustion chamber, the supplied air and fuel into said combustion chamber In a cylinder injection engine comprising an ignition plug for igniting an air-fuel mixture and a control means for performing opening / closing control of the fuel injection valve,
The control means sets a fuel injection control range in which the fuel is divided into two or more injections during an intake stroke in one cycle in an operation region of medium load or more, and the number of injection divisions is increase charging efficiency of the engine speed and the combustion chamber in a small operation region, the combination with at least one of the engine speed and the charging efficiency is controlled to reduce the high operating region, the divided individual fuel injection amount is the An in-cylinder injection engine that controls the fuel injection valve so as to increase as the piston descends .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008102398A JP4839335B2 (en) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | In-cylinder injection engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008102398A JP4839335B2 (en) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | In-cylinder injection engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009250194A JP2009250194A (en) | 2009-10-29 |
JP4839335B2 true JP4839335B2 (en) | 2011-12-21 |
Family
ID=41311135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008102398A Expired - Fee Related JP4839335B2 (en) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | In-cylinder injection engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4839335B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013007305A (en) * | 2011-06-23 | 2013-01-10 | Toyota Motor Corp | Internal combustion engine |
JP2014077421A (en) * | 2012-10-12 | 2014-05-01 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Engine control device and engine control method |
JP2014159772A (en) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Control device for internal combustion engine |
JP7252170B2 (en) * | 2020-03-31 | 2023-04-04 | 本田技研工業株式会社 | Control device for internal combustion engine |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003097317A (en) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Hitachi Ltd | Method for controlling ignition timing of premixed compression-ignition engine |
JP3876788B2 (en) * | 2002-08-01 | 2007-02-07 | マツダ株式会社 | Engine fuel injection control device |
JP4422677B2 (en) * | 2005-12-28 | 2010-02-24 | 株式会社日立製作所 | In-cylinder injection internal combustion engine and fuel injection method |
JP2009002176A (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Toyota Motor Corp | Control device for cylinder injection type internal combustion engine |
JP2009103096A (en) * | 2007-10-25 | 2009-05-14 | Toyota Motor Corp | Control device of internal combustion engine |
-
2008
- 2008-04-10 JP JP2008102398A patent/JP4839335B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009250194A (en) | 2009-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10570808B2 (en) | Method and system for controlling engine | |
JP5482715B2 (en) | Diesel engine and control method of diesel engine | |
US8667952B2 (en) | Method and device for controlling diesel engine with forced induction system | |
JP4251123B2 (en) | Internal combustion engine | |
JP4075588B2 (en) | diesel engine | |
JP4007310B2 (en) | Internal combustion engine capable of premixed compression self-ignition operation using two types of fuel | |
JP2003097317A (en) | Method for controlling ignition timing of premixed compression-ignition engine | |
WO1997013063A1 (en) | Control device for an internal combustion engine | |
CN103375299B (en) | Many cylinders petrol engine | |
US20130192561A1 (en) | Ignition delay period estimation apparatus and ignition time control apparatus for internal combustion engine | |
JP4297288B2 (en) | Control method of ignition timing of premixed compression ignition engine | |
CN102016274B (en) | Direct injection spark ignition internal combustion engine, and fuel injection control method therefor | |
JP4839335B2 (en) | In-cylinder injection engine | |
US10907567B2 (en) | System and method for operating a fuel injector | |
JP4117799B2 (en) | Control method of ignition timing of premixed compression ignition engine | |
EP2522841A1 (en) | Fuel injection control device for internal-combustion engine | |
JP4506001B2 (en) | Fuel injection system for diesel engine | |
EP2405120B1 (en) | Combustion controller for internal combustion engine | |
JP2016070200A (en) | diesel engine | |
WO2012032627A1 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP4403641B2 (en) | Fuel injection system for diesel engine | |
JP6631575B2 (en) | Control device for homogeneous charge compression ignition engine | |
JP2002054489A (en) | Fuel injection control device for diesel engine | |
JP2005163686A (en) | Internal combustion engine capable of self-ignition operation for permitting compressive self-ignition of air-fuel mixture | |
WO2022168422A1 (en) | Control device for engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20100108 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100416 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110623 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110803 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110906 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111003 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141007 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4839335 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |