JP5012594B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダ内をピストンが往復運動する内燃機関に関し、さらに詳しくは、複数の吸気ポートのそれぞれに燃料供給手段である燃料噴射弁を備える内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine in which a piston reciprocates in a cylinder.
点火プラグによって燃焼室内の混合気に点火する火花点火式の内燃機関では、空気をシリンダ内へ導入する吸気ポートに燃料を噴射する内燃機関が広く用いられている。例えば、特許文献1には、2本の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を備える内燃機関が開示されている。 In a spark ignition type internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber by an ignition plug, an internal combustion engine that injects fuel into an intake port that introduces air into the cylinder is widely used. For example, Patent Document 1 discloses an internal combustion engine provided with fuel injection valves in two intake ports.
ピストンがシリンダ内を往復運動する内燃機関では、排気口側におけるシリンダの内面に燃料が付着することがある。また、吸気ポートに燃料を噴射する場合、吸気弁や吸気ポートへ燃料が付着する。このような燃料は、未燃の燃料としてシリンダ内から排出されて、有効に燃焼していなかった。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の内部への燃料の付着を低減することを目的とする。 In an internal combustion engine in which a piston reciprocates in a cylinder, fuel may adhere to the inner surface of the cylinder on the exhaust port side. Further, when fuel is injected into the intake port, the fuel adheres to the intake valve and the intake port. Such fuel was discharged from the cylinder as unburned fuel and was not burned effectively. The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to reduce the adhesion of fuel to the inside of an internal combustion engine.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、前記燃焼空間に接続して開口する複数の吸気通路と、それぞれの吸気通路に備えられて前記燃料を噴射する燃料供給手段とを有し、それぞれの前記燃料供給手段が、前記燃料を前記燃焼空間の内部で互いに交差する方向に沿って噴射するとともに、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記燃焼空間の内部の燃焼形態を、前記複数の燃料供給手段の燃料噴射時期に時間差を設ける均質燃焼と、前記複数の燃料供給手段の燃料噴射時期を同時とする成層燃焼とに切り替えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine according to the present invention is a space in a cylinder in which a piston reciprocates, a combustion space in which a mixture of fuel and air burns, A plurality of intake passages that are open to connect to the combustion space; and a fuel supply unit that is provided in each intake passage and injects the fuel, and each of the fuel supply units sends the fuel to the combustion space. with injecting along a direction crossing with each other internally, depending on the operating conditions of the internal combustion engine, the combustion mode of the internal prior Symbol combustion space, providing a time difference in the fuel injection timing of said plurality of fuel supply means homogeneous combustion And switching to stratified combustion with simultaneous fuel injection timings of the plurality of fuel supply means .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、前記燃焼空間に接続されて開口する第1の吸気通路及び第2の吸気通路と、前記第1の吸気通路へ備えられて前記燃料を噴射する第1の燃料供給手段と、前記第2の吸気通路へ備えられて前記燃料を噴射する第2の燃料供給手段とを有し、前記第1の燃料供給手段と前記第2の燃料供給手段とが、前記燃料を前記燃焼空間の内部で互いに交差する方向に沿って噴射するとともに、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記燃焼空間の内部の燃焼形態を、前記第1の燃料供給手段の燃料噴射時期と前記第2の燃料供給手段の燃料噴射時期とに時間差を設ける均質燃焼と、前記第1の燃料供給手段の燃料噴射時期と第2の燃料供給手段の燃料噴射時期とを同時とする成層燃焼とに切り替えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine according to the present invention is a space in a cylinder in which a piston reciprocates, a combustion space in which a mixture of fuel and air burns, A first intake passage and a second intake passage which are connected to the combustion space and open; a first fuel supply means which is provided in the first intake passage and injects the fuel; and the second intake passage. And a second fuel supply means for injecting the fuel, wherein the first fuel supply means and the second fuel supply means intersect the fuel inside the combustion space. with injecting along the direction, in response to said operating condition of the internal combustion engine, fuel before SL internal combustion mode of the combustion space, wherein the fuel injection timing of the first fuel supply means the second fuel supply means a homogeneous combustion to provide the injection timing and the secondary time difference, And switches the fuel injection timing of the serial first fuel supply means and the fuel injection timing of the second fuel supply means to the stratified combustion to the same time.
これによって、すべての燃料供給手段からの燃料噴霧が燃焼空間内で交差するように噴射されるので、排気口側におけるシリンダの内面まで到達する燃料は減少する。また、シリンダの中心軸を通り、内燃機関のクランク軸と直交する平面に対して対称に配置される一対の燃料供給手段が噴射する燃料噴霧は、前記平面寄りに形成される、吸気弁と吸気口との隙間を通過するので、吸気通路や吸気弁に付着する燃料の量を低減できる。 As a result, fuel sprays from all the fuel supply means are injected so as to intersect within the combustion space, so that the fuel reaching the inner surface of the cylinder on the exhaust port side is reduced. Further, the fuel spray injected by the pair of fuel supply means disposed symmetrically with respect to the plane orthogonal to the crankshaft of the internal combustion engine passing through the central axis of the cylinder is formed near the plane, and the intake valve and the intake valve Since it passes through the gap with the mouth, the amount of fuel adhering to the intake passage and intake valve can be reduced.
本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関において、前記成層燃焼は、大量の排ガスを燃焼空間へ再循環させる領域で運転されている場合に行なわれ、前記均質燃焼は、大量の排ガスを燃焼空間へ再循環させる領域で運転されていなく、かつ、アクセル開度がアクセル開度閾値よりも大きい場合に行なわれることが好ましい。 In a preferred embodiment of the present invention, in the internal combustion engine, the stratified combustion is performed when operating in a region where a large amount of exhaust gas is recirculated to the combustion space, and the homogeneous combustion is performed using a large amount of exhaust gas in the combustion space. It is preferable that the operation is performed when the vehicle is not operated in the recirculation region and the accelerator opening is larger than the accelerator opening threshold .
本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間内の燃焼形態を成層燃焼とする場合には、前記燃焼空間内の燃焼形態を均質燃焼とする場合よりも、前記燃料の噴射時期を遅角させることが好ましい。 As a preferred aspect of the present invention, in the internal combustion engine, when the combustion mode in the combustion space is stratified combustion, the fuel injection timing is higher than when the combustion mode in the combustion space is homogeneous combustion. Is preferably retarded.
本発明は、内燃機関の内部への燃料の付着を低減できる。 The present invention can reduce the adhesion of fuel to the inside of an internal combustion engine.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態(以下実施形態という)によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, or those that are substantially the same, so-called equivalent ranges.
本実施形態は、ピストンが往復運動するシリンダ内の燃焼空間に接続して開口する複数の吸気通路を備える内燃機関において、それぞれの吸気通路に、燃料を噴射する燃料供給手段(例えば燃料噴射弁)を設けるとともに、それぞれの燃料供給手段が噴射する燃料噴霧が燃焼空間の内部で交差する方向に、それぞれの燃料供給手段が燃料を噴射する点に特徴がある。 In this embodiment, in an internal combustion engine including a plurality of intake passages that are connected to a combustion space in a cylinder in which a piston reciprocates and opens, fuel supply means (for example, a fuel injection valve) that injects fuel into each intake passage And each fuel supply means injects fuel in a direction in which the fuel sprays injected by the fuel supply means intersect within the combustion space.
図1は、本実施形態に係る内燃機関を示す説明図である。次の説明では、内燃機関1が備える単一の気筒を取り出して説明するが、本発明は多気筒の内燃機関、単気筒の内燃機関を問わずに適用できる。内燃機関1は、ピストン5がシリンダ1Sの内部を往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an internal combustion engine according to the present embodiment. In the following description, a single cylinder provided in the internal combustion engine 1 is taken out and described. However, the present invention can be applied regardless of a multi-cylinder internal combustion engine or a single cylinder internal combustion engine. The internal combustion engine 1 is a so-called reciprocating internal combustion engine in which a
内燃機関1は、機関ECU(Electronic Control Unit)50によって制御される。内燃機関1のシリンダ1Sは、円筒状の構造体であって、一端部がシリンダヘッド1Hに取り付けられ、他端部がクランクケース1Cに取り付けられる。シリンダ1Sの内面1SWと、ピストン5の頂面と、シリンダヘッド1Hの内面とで囲まれる空間1Bが、内燃機関1へ供給される燃料Fが燃焼する空間となる。この空間1Bを、燃焼空間1Bという。内燃機関1へ供給される燃料Fは、炭化水素を含む燃料であり、例えばガソリンが用いられる。
The internal combustion engine 1 is controlled by an engine ECU (Electronic Control Unit) 50. The
シリンダ1Sには、ウォータージャケットWJが形成される。内燃機関1の運転中には、ウォータージャケットWJに内燃機関1を冷却するための水(冷却水)が流されて、内燃機関1を冷却する。冷却水の温度は、冷却水温度センサ42によって検出され、機関ECU50に取り込まれ、内燃機関1の制御に用いられる。
A water jacket WJ is formed in the
シリンダヘッド1Hには、燃料Fの燃焼に供する空気(燃焼用空気)Aを燃焼空間1Bへ導入するための第1の吸気通路である第1吸気ポート4A及び第2の吸気通路である第2吸気ポート4Bが形成される。このように、内燃機関1は、燃焼空間1Bに接続して開口する複数の吸気通路(吸気ポート)を備える。また、内燃機関1のシリンダヘッド1Hには、燃焼空間1Bで燃料Fが燃焼した後の燃焼ガス(排ガス)Exを燃焼空間1Bの外部へ排出する排気通路である排気ポート9が形成される。
The
第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4B及び排気ポート9は、それぞれ燃焼空間1Bに接続されるとともに、燃焼空間1Bにはそれぞれの一方の端部が開口して開口部を形成し、シリンダヘッド1Hには、それぞれの他方の端部が開口する。燃焼空間1Bに開口する第1吸気ポート4Aの開口部(第1吸気口)4Ao、第2吸気ポート4Bの開口部(第2吸気口)4Boには、それぞれ第1吸気弁10A、第2吸気弁10Bが配置され、燃焼空間1Bに開口する排気ポート9の開口部(排気口)9oには排気弁15が配置される。第1吸気弁10Aは第1吸気口4Aoを、第2吸気弁10Bは第2吸気口4Boを開閉し、排気弁15は排気口9oを開閉する。
The
第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bから流入する流体(空気A、あるいは空気A及び燃料F)は、燃焼空間1B内でタンブル流Tを形成する。このタンブル流Tは、シリンダヘッド1H側において、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bから排気ポート9へ向かい、ピストン5の頂部5T近傍では、排気ポート9から第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bへ向かう流れである。なお、タンブル流Tの方向はこれに限定されるものではなく、反対方向でもよい。ピストン5の頂部5Tは、タンブル流Tの流れを阻害しないように、凹部5Uが形成される。
The fluid (air A or air A and fuel F) flowing in from the
内燃機関1は、内燃機関1へ供給する第1の燃料供給手段として、第1ポート噴射弁2Aを第1吸気ポート4Aに備え、内燃機関1へ供給する第2の燃料供給手段として、第2ポート噴射弁2Bを第2吸気ポート4Bに備える。また、内燃機関1のシリンダヘッド1Hには、燃焼空間1B内に形成される、燃料Fと空気Aとの混合気に点火する点火手段として、点火プラグ7が取り付けられる。
The internal combustion engine 1 includes a first port injection valve 2 </ b> A in the first intake port 4 </ b> A as a first fuel supply unit that supplies the internal combustion engine 1, and a second fuel supply unit that supplies the internal combustion engine 1 as a second fuel supply unit. A
燃焼空間1B内の混合気は、点火プラグ7からの放電によって点火され、燃焼する。このように、内燃機関1は、いわゆる火花点火式の内燃機関である。ここで、なお、吸気通路である吸気ポートの本数は2本に限定されるものではなく、燃料供給手段であるポート噴射弁の個数も2個に限定されるものではない。
The air-fuel mixture in the
第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bは、ポート噴射弁用燃料分配管20に取り付けられており、機関ECU50の機関制御部53によって動作が制御される。そして、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bは、ポート噴射弁用燃料分配管20から燃料が供給されて、第1吸気口4Ao、第2吸気口4Boに向かって燃料Fを噴射する。これによって、内燃機関1へ燃料Fを供給する。第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bから噴射された燃料Fは、燃料噴霧となって第1吸気ポート4A、第2吸気ポート4Bを流れる空気Aと混合しながら、燃焼空間1Bへ流入する。そして、燃焼空間1Bには、空気Aと燃料Fとの混合気が形成される。
The first
第1吸気ポート4A、第2吸気ポート4Bとつながる吸気通路である吸気導入通路8には、スロットル弁14が取り付けられる。スロットル弁14は、弁体14Vと、弁体14Vに取り付けられてこれを動作させるスロットル弁用アクチュエータ14Aとで構成される。弁体14Vの開度を調整することにより、吸気導入通路8の通路断面積が変化して、燃焼空間1Bへ導入される空気Aの量が調整される。
A
スロットル弁14の弁体14Vよりも空気Aの流れ方向の上流側には、エアフローセンサ40が配置されており、吸気通路を流れる空気Aの流量(質量流量)、すなわち、燃焼空間1Bへ流入する空気Aの流量が計測される。エアフローセンサ40が計測した空気Aの流量は、機関ECU50に取り込まれ、内燃機関1の制御に用いられる。エアフローセンサ40よりも空気Aの流れ方向の上流側には、エアクリーナー70が配置されており、吸気導入通路8へ流入し、内燃機関1の燃焼空間1Bへ流入する空気Aから塵やごみ等が取り除かれる。
An
第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bから噴射される燃料Fは、燃料タンク19内へ貯留される。燃料タンク19の内部にはフィードポンプ13が配置されている。フィードポンプ13とポート噴射弁用燃料分配管20とは、燃料配管18で接続されており、フィードポンプ13が吐出する燃料タンク19内の燃料Fは、燃料配管18を通ってポート噴射弁用燃料分配管20へ送られる。フィードポンプ13の動作は、機関ECU50の機関制御部53によって制御される。
The fuel F injected from the first port injection valve 2 </ b> A and the second port injection valve 2 </ b> B is stored in the
第1吸気弁10A、第2吸気弁10Bが開き、ピストン5が下死点へ向かうと、第1吸気口4Ao、第2吸気口4Boから燃焼空間1Bへ向かって、空気Aと燃料Fとの混合気が流入する(吸気行程)。ここで、燃料Fは、吸気行程の前に、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bから第1吸気ポート4A、第2吸気ポート4Bへ供給されたものであり、この燃料Fの噴射態様を、吸気非同期噴射という。内燃機関1では、吸気行程で第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bから燃料Fを噴射することもあり、この燃料Fの噴射態様を、吸気同期噴射という。
When the
ピストン5が下死点を通過し、第1吸気弁10A、第2吸気弁10B及び排気弁15が閉じた状態でピストン5が上死点(すなわちシリンダヘッド1Hの方向)へ向かうと、燃焼空間1B内に形成される、燃料Fと空気Aとの混合気が圧縮される(圧縮行程)。ピストン5が上死点に到達する前に、点火プラグ7が放電して圧縮された前記混合気へ点火する。これによって、燃焼空間1B内の前記混合気が燃焼する。ここで、点火プラグ7の点火タイミングは、機関ECU50の機関制御部53によって制御される。
When the
前記混合気が燃焼したときの燃焼圧力によりピストン5が下死点へ向かって移動する(膨張行程)。下死点を通過したピストン5は、再び上死点へ向かって移動するが、このとき排気弁15が開いて、燃焼空間1B内の燃焼ガス(排ガスEx)が排気口9oを通って排気ポート9へ排出される(排気行程)。これによって、内燃機関の1サイクルが終了する。排気ポート9へ排出された排ガスExは、排気通路(例えば、エキゾーストマニホールド)9Mに集められた後、浄化触媒71で浄化されてから、大気中に放出される。なお、次のサイクルの燃料Fは、例えば、排気行程中に第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bから第1吸気ポート4A、第2吸気ポート4B内へ供給される。
The
ピストン5が上死点の近傍にくると、第1吸気弁10A、第2吸気弁10Bが開き、排気弁15は閉じて、内燃機関1の次のサイクルが開始する。このように、内燃機関1は、ピストン5がシリンダ1S内を2往復する間に1サイクルが終了する、4ストローク1サイクルの内燃機関である。ピストン5の往復運動は、コネクティングロッド3を介してクランクケース1C内のクランクシャフト6へ伝達され、回転運動へ変換される。
When the
クランクシャフト6の回転角度は、クランク角センサ41によって検出される。機関ECU50の機関制御部53は、クランク角センサ41が検出したクランクシャフト6の回転角度を取り込み、これに基づいてクランクシャフト6の回転数(機関回転数)を演算する。ここで、機関回転数は、単位時間あたりにおけるクランクシャフト6の回転数である。
The rotation angle of the
図1に示すように、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bと、排気ポート9からの排ガスExが集められる排気通路9Mとは、排ガス再循環通路16で接続される。排ガス再循環通路16には、機関ECU50で制御される弁装置(以下排ガス再循環制御弁という)17が設けられる。排ガス再循環制御弁17は、排ガス再循環通路16の通路断面積(排ガス再循環通路16を流れる排ガスExの流れ方向に直交する断面の面積)を変更する機能を有する。
As shown in FIG. 1, the first intake port 4 </ b> A and the second intake port 4 </ b> B and the
これによって、排気通路9Mと第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bとを排ガス再循環通路16で連通したり、排気通路9Mと第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bとの連通を遮断したりする。その結果、排気通路9Mの排ガスExを、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bへ導入したり、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bへの排ガスExの導入を停止したりすることができる。
As a result, the
排ガス再循環制御弁17は、例えば、ON−OFF弁を用いたり、流量調整弁を用いたりすることができる。排ガス再循環制御弁17にON−OFF弁を用いる場合、開時間と閉時間との比率を変更することにより、排ガス再循環通路16を流れる排ガスExの量を調整できる。排ガス再循環制御弁17に流量調整弁を用いる場合、排ガス再循環制御弁17の開度を調整することにより、すなわち、排ガス再循環制御弁17によって排ガス再循環通路16の通路断面積を変更することによって、排ガス再循環通路16を流れる排ガスExの量を調整できる。
As the exhaust gas recirculation control valve 17, for example, an ON-OFF valve or a flow rate adjustment valve can be used. When an ON-OFF valve is used as the exhaust gas recirculation control valve 17, the amount of exhaust gas Ex flowing through the exhaust
内燃機関1の運転中に排ガス再循環(以下EGR(Exhaust Gas Recirculation)という)を実行する際には排ガス再循環制御弁17が開かれ、排ガス再循環通路16は、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bを介して、燃焼空間1Bから排出された排ガスExを燃焼空間1Bへ戻す。そして、排ガスExが燃焼空間1Bに存在する状態で、燃料Fと空気Aとの混合気を燃焼させる。これによって、窒素酸化物の発生を抑制し、また内燃機関1の燃料消費量を低減する。
When exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR (Exhaust Gas Recirculation)) is performed during operation of the internal combustion engine 1, the exhaust gas recirculation control valve 17 is opened, and the exhaust
次に、機関ECU50について説明する。機関ECU50は、入出力部50IOと、処理部50Pと、内燃機関1の制御に用いる各種マップ等を格納する記憶部50Mとを有する。入出力部50IOには、エアフローセンサ40、クランク角センサ41、冷却水温度センサ42、アクセル開度センサ43、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2B、点火プラグ7、フィードポンプ13、スロットル弁用アクチュエータ14A、排ガス再循環制御弁17が接続される。そして、入出力部50IOは、エアフローセンサ40やクランク角センサ41等からの入力信号や、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2B等への出力信号の入出力を行う。
Next, the
処理部50Pは、例えば、メモリ及びCPU(Central Processing Unit:中央演算装置)により構成されている。処理部50Pは、制御条件判定部51と、燃料噴射制御部52と、機関制御部53とを有している。記憶部50Mは、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ROM(Read Only Memory)のような読み出しのみが可能なメモリ、あるいはRAM(Random Access Memory)のような読み書きが可能なメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成できる。記憶部50Mには、内燃機関1を制御する際に用いる制御プログラムや制御用データマップ等が格納してある。
The
図2は、本実施形態に係る内燃機関のシリンダヘッドに形成される吸気口を開閉する吸気弁が開いた状態を示す模式図である。本実施形態に係る内燃機関1は、それぞれの燃料供給手段、すなわち第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bが噴射する燃料Fの噴霧が燃焼空間1Bの内部で交差する方向に向かって、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bが燃料Fを噴射する。これを実現する場合、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bは、上述した吸気同期噴射で燃料Fを噴射する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which an intake valve that opens and closes an intake port formed in the cylinder head of the internal combustion engine according to the present embodiment is opened. The internal combustion engine 1 according to the present embodiment is directed in a direction in which the sprays of fuel F injected by the respective fuel supply means, that is, the first
吸気同期噴射は、図2に示すように、吸気行程において、第1吸気弁10Aの傘部12Aと第1吸気口4Aoとの間、及び第2吸気弁10Bの傘部12Bと第2吸気口4Boとの間に隙間ができたときに、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから燃料Fを噴射する。
As shown in FIG. 2, the intake-synchronized injection is performed between the
この場合、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bが噴射する燃料Fの噴霧が燃焼空間1Bの内部で交差するように燃料Fが噴射される。したがって、第1ポート噴射弁2Aは、第1吸気弁10Aのステム11Aよりも図2に示すシリンダ1Sの中心軸(シリンダ中心軸)Z寄りの隙間RAに向かって燃料Fを噴射する。また、第2ポート噴射弁2Bは、第2吸気弁10Bのステム11Bよりもシリンダ中心軸Z寄りの隙間RBに向かって燃料Fを噴射する。すなわち、第1吸気弁10Aと第2吸気弁10Bとの間、より具体的にはステム11Aとステム11Bとの間に向かって燃料Fが噴射される。これによって、第1ポート噴射弁2Aが噴射した燃料Fの噴霧、及び第2ポート噴射弁2Aが噴射した燃料Fの噴霧は、燃焼空間1B内に流入する。
In this case, the fuel F is injected so that the spray of the fuel F injected by the first
本実施形態では、吸気同期噴射、すなわち、第1吸気弁10A及び第2吸気弁10Bが開いている間に、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから噴射される燃料Fの噴霧が燃焼空間1Bの内部で交差するように、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから燃料Fを噴射する。これによって、燃料噴霧は、シリンダ中心軸Z寄りに形成される、吸気弁と吸気口との隙間を通過するので、第1吸気ポート4A、第2吸気ポート4Bや、第1吸気弁10A、第2吸気弁10Bに付着する燃料Fの量を低減できる。また、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bからの燃料噴霧が燃焼空間1B内で交差するように噴射されるので、図1に示す排気口9o側におけるシリンダ1Sの内面1SWまで到達する燃料Fは減少する。その結果、内燃機関1の内部への燃料付着が抑制され、噴射された燃料噴霧が確実に燃焼空間1B内へ導入される。これによって、空気Aの冷却に燃料Fの気化潜熱が有効に利用されて、ノッキング改善(吸入空気温度低減効果)、及び燃焼空間1Bへの吸入空気充填量増加(吸入空気温度低減による吸入空気の質量増加)という効果が確実に得られる。
In the present embodiment, the intake F synchronous injection, that is, the spray of the fuel F injected from the first
また、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから噴射された燃料Fは、第1吸気口4Ao及び第2吸気口4Boから流入する空気Aによって、第1吸気口4Aoと第2吸気口4Boとの間に形成される、ピストン5に向かう強い流れ、すなわちタンブル流T(図1)によって、シリンダ1S内に拡散されていく。この過程で、燃料Fと空気Aとが十分に混合される。また、タンブル流Tによってシリンダ1Sの内面1SWに向かう燃料Fが低減するので、シリンダ1Sの内面1SWに付着する燃料Fの量が低減される。その結果、内燃機関1の摺動部を潤滑する潤滑油の燃料希釈を抑制でき、また、燃焼空間1Bから排出される未燃の燃料Fを低減できる。
In addition, the fuel F injected from the first
第1ポート噴射弁2Aが噴射した燃料Fの噴霧は隙間RAに向かうように、また第2ポート噴射弁2Bが噴射した燃料Fの噴霧は隙間RBに向かうようにするとともに、燃焼空間1B内で両者が交差するように、それぞれの燃料Fの噴射方向が設定される。すなわち、第1ポート噴射弁2Aによる燃料Fの噴霧及び第2ポート噴射弁2Bによる燃料Fの噴霧の方向は、シリンダ中心軸Zを通り、かつ図1に示すクランクシャフト6と直交する平面寄りとし、両方の燃料Fの噴霧が接近し合うようにする。これによって、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから同時に燃料Fを噴射すると、第1ポート噴射弁2Aが噴射した燃料Fの噴霧と第2ポート噴射弁2Bが噴射した燃料Fの噴霧とが交差して、衝突する。なお、吸気通路及び燃料供給手段であるポート噴射弁が3本以上である場合には、すべての燃料供給手段から噴射される燃料噴霧が交差するように燃料が噴射される。
The fuel F spray injected by the first
図3−1、図3−2は、本実施形態に係る内燃機関を均質燃焼で運転する場合の燃料噴射の態様を示す模式図である。図4−1、図4−2は、本実施形態に係る内燃機関を成層燃焼で運転する場合の燃料噴射の態様を示す模式図である。本実施形態では、内燃機関1の運転条件に応じて、燃焼空間1Bの内部の燃焼形態を、均質燃焼と成層燃焼とに切り替えて内燃機関1を運転する。
FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams illustrating fuel injection modes when the internal combustion engine according to the present embodiment is operated by homogeneous combustion. FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams illustrating fuel injection modes when the internal combustion engine according to the present embodiment is operated by stratified combustion. In the present embodiment, the internal combustion engine 1 is operated by switching the combustion mode in the
均質燃焼で内燃機関1を運転する場合、シリンダ1Sの内部(燃焼空間1Bの内部)で燃料Fを空気Aへ十分に拡散させるため、吸気行程の初期で燃料Fを噴射するとともに、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期と、第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期とに時間差を設ける。これによって、図3−1に示すように、第1ポート噴射弁2Aからの燃料噴霧(第1燃料噴霧)FmAと、第2ポート噴射弁2Bからの燃料噴霧(第2燃料噴霧)FmBとは衝突しない。そして、図3−2の二点鎖線で示すタンブル流T、すなわち、第1吸気口4Aoと第2吸気口4Boとの間に形成される、ピストン5に向かう強い流れで第1燃料噴霧FmA及び第2燃料噴霧FmBの燃料を空気Aに拡散させる。本実施形態では、ピストン5の頂部に凹部5Uが形成されているため、タンブル流Tの減衰を抑制できるので、燃料噴霧Fmの燃料が十分に空気Aへ拡散される。燃料が空気Aへ十分に拡散し、シリンダ1S内(燃焼空間1B内)に均質な混合気Gmが形成された後に、点火プラグ7によって前記混合気に点火する。吸気行程の初期とは、例えば、点火上死点前400度〜350度の範囲であり、好ましくは点火上死点前420度〜360度の範囲である。
When operating the internal combustion engine 1 with homogeneous combustion, in order to sufficiently diffuse the fuel F into the air A inside the
成層燃焼で内燃機関1を運転する場合、吸気行程の後期で燃料Fを噴射するとともに、成層燃焼で内燃機関1を運転する場合、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期と、第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期とを同時とする。これによって、図4−1に示すように、第1燃料噴霧FmAと第2燃料噴霧FmBとが、燃焼空間1Bの内部、かつ第1吸気口4Aoと第2吸気口4Boとの間で衝突する。吸気行程の後期とは、例えば、点火上死点前220度〜180度の範囲であり、好ましくは点火上死点前200度〜240度の範囲である。すなわち、成層燃焼では、均質燃焼よりも燃料の噴射時期を遅角させる。
When the internal combustion engine 1 is operated by stratified combustion, the fuel F is injected at the latter stage of the intake stroke, and when the internal combustion engine 1 is operated by stratified combustion, the fuel injection timing of the first
上述した燃料噴霧同士の衝突によって燃料Fを微粒化するとともに、燃料Fが燃焼空間1B全体へ拡散することを抑制する。また、吸気行程の後期で燃料Fを噴射することにより、すなわち、均質燃焼よりも燃料の噴射時期を遅角させることにより、第1吸気口4Aoと第2吸気口4Boとの間に形成されるタンブル流Tが弱まり、燃料Fの拡散が抑制されて、点火プラグ7の近傍に微粒化された燃料Fが留まるようになる。その結果、図4−2に示すように、点火プラグ7の近傍に混合気Gmの層が形成されて、燃焼空間1B内における成層化が促進される。点火プラグ7の近傍に混合気Gmが形成された後に、点火プラグ7によって前記混合気に点火する。
While the fuel F is atomized by the collision between the fuel sprays described above, the fuel F is prevented from diffusing into the
例えば、EGRの実行により大量の排ガスExが燃焼空間1B内へ導入されることによって、混合気Gmの着火性が低下したり、火炎の消失が発生したりといった燃焼悪化が発生する。しかし、本実施形態の成層燃焼によれば、点火プラグの近傍に混合気Gmの層を効果的に作り出すことができるので、燃焼悪化を抑制できる。
For example, when a large amount of exhaust gas Ex is introduced into the
ここで、例えば、図3−1、図4−1に示すように、第1燃料噴霧FmAの軸線(第1噴霧軸線)ZFAと、第2燃料噴霧FmBの軸線(第2噴霧軸線)ZFBとが交わるようにしてもよい。このようにすれば、確実に第1燃料噴霧FmAと第2燃料噴霧FmBとが燃焼空間1Bの内部で交差して、成層燃焼の場合には両者を確実に衝突させることができる。燃料供給手段(例えば、ポート噴射弁)が3本以上である場合には、すべての燃料供給手段から噴射される燃料噴霧の軸線が交わるようにすればよい。
Here, for example, as shown in FIG. 3A and FIG. 4A, the axis (first spray axis) ZFA of the first fuel spray FmA and the axis (second spray axis) ZFB of the second fuel spray FmB May be crossed. In this way, the first fuel spray FmA and the second fuel spray FmB can be reliably crossed inside the
なお、第1噴霧軸線ZFAと第2噴霧軸線ZFBとが交わらなくても、燃焼空間1B内で第1燃料噴霧FmAと第2燃料噴霧FmBとが交差するように燃料が噴射されればよい。燃料供給手段が3本以上である場合には、すべての燃料供給手段から噴射される燃料噴霧が交差するように燃料が噴射されればよい。次に、本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御を説明する。
Even if the first spray axis ZFA and the second spray axis ZFB do not intersect with each other, the fuel may be injected so that the first fuel spray FmA and the second fuel spray FmB intersect in the
図5は、本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御の手順を示すフローチャートである。図6〜9は、本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御に用いる制御情報が記述されたデータマップの概念図である。本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御(以下燃料供給制御という)を実行するにあたり、ステップS101において、機関ECU50の処理部50Pを構成する制御条件判定部51は、内燃機関1が始動してから経過した時間(始動後経過時間)tを取得し、予め定めた始動後経過時間閾値tcと比較する。
FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of fuel supply control of the internal combustion engine according to the present embodiment. 6 to 9 are conceptual diagrams of data maps in which control information used for fuel supply control of the internal combustion engine according to the present embodiment is described. In executing the fuel supply control (hereinafter referred to as fuel supply control) of the internal combustion engine according to the present embodiment, in step S101, the control
ステップS101でNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がt≦tcであると判定した場合、本実施形態に係る燃料供給制御は実行しない。内燃機関1の始動後、所定の時間(始動後経過時間閾値tc)が経過していない場合、内燃機関1の状態が安定しないためである。
When it is determined No in step S101, that is, when the control
ステップS101でYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がt>tcであると判定した場合、ステップS102へ進む。ステップS102で、制御条件判定部51は、冷却水温度センサ42から内燃機関1の冷却水温度Twを取得して、冷却水温度閾値Twcと比較する。冷却水温度閾値Twcは、内燃機関1の暖機が終了したか否かを判定するためのものである。
When it is determined Yes in step S101, that is, when the control
ステップS102でNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がTw≦Twcであると判定した場合、内燃機関1の暖機が完了していないので、本実施形態に係る燃料供給制御は実行しない。ステップS102でYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がTw>Twcであると判定した場合、内燃機関1の暖機が完了したので、ステップS103へ進む。
When it is determined No in step S102, that is, when the control
ステップS103で、制御条件判定部51は、内燃機関1が大量EGR、すなわち、大量の排ガスExを燃焼空間1Bへ再循環させる領域で運転されているか否かを判定する。大量EGRとは、例えば、内燃機関1で想定されている最大のEGR率の80%以上でEGRを実行する場合である。ここで、EGR率は、燃焼空間1B内へ導入される排ガスExの量をQe、燃焼空間1B内へ導入される空気Aの量(吸入空気量)をQaとすると、Qe/(Qe+Qa)×100(%)となる。
In step S103, the control
大量の排ガスExが燃焼空間1Bへ導入されると、燃焼空間1B内の混合気は燃焼しにくくなり、失火や火炎の消失といった燃焼悪化が起こりやすい。このため、本実施形態では、大量EGRを実行するときに、成層燃焼で内燃機関1を運転して、燃焼悪化を抑制する。このため、ステップS103では、内燃機関1が大量EGRを実行する領域で運転されているか否かを判定する。
When a large amount of exhaust gas Ex is introduced into the
内燃機関1の負荷率KLと機関回転数Neとによって、EGRを実行する領域が判定され、そのときのEGR率が決定される。図6に示すデータマップは、内燃機関1の負荷率KLと機関回転数Neとに応じてEGR率(E1、E2、E3)が記述されている。このデータマップを、EGR率設定マップ60という。EGR率がE1よりも外の領域は、EGRを実行しない領域、すなわち、EGR率=0である。また、EGR率設定マップ60のEGR_Lで示す領域が、大量EGRを実行する領域である。
A region in which EGR is executed is determined based on the load factor KL of the internal combustion engine 1 and the engine speed Ne, and the EGR rate at that time is determined. The data map shown in FIG. 6 describes EGR rates (E1, E2, E3) according to the load factor KL of the internal combustion engine 1 and the engine speed Ne. This data map is referred to as an EGR
制御条件判定部51は、図1に示すクランク角センサ41が検出したクランクシャフト6の信号に基づいて機関回転数Neを求め、エアフローセンサ40が検出した信号から得られる内燃機関1の吸入空気量Qaに基づいて負荷率KLを求める。負荷率KL及び機関回転数Neが得られたら、制御条件判定部51は、図6に示すEGR率設定マップ60に負荷率KL及び機関回転数Neを与えて、大量EGRを実行する領域で内燃機関1が運転されているか否かを判定する。
The control
ステップS103においてNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51が、大量EGRを実行する領域で内燃機関1は運転されていないと判定した場合、ステップS104へ進む。ステップS104において、制御条件判定部51は、アクセル開度センサ43からアクセル開度OAを取得し、予め定めたアクセル開度閾値OAcと比較する。
When it determines with No in step S103, ie, when the control
均質燃焼は、燃料Fと空気Aとを十分に混合してから点火するため、燃焼が円滑に進むので高出力を得ることができる。アクセル開度OAがアクセル開度閾値OAcよりも大きい場合、運転者は内燃機関1に高出力を要求していると判断できるので、均質燃焼で内燃機関1を運転する。このように、アクセル開度閾値OAcは、均質燃焼で内燃機関1を運転するか否かを判定するためのものである。 In the homogeneous combustion, the fuel F and the air A are sufficiently mixed and then ignited, so that the combustion proceeds smoothly, so that a high output can be obtained. When the accelerator opening OA is larger than the accelerator opening threshold OAc, it can be determined that the driver is requesting a high output from the internal combustion engine 1, so the internal combustion engine 1 is operated by homogeneous combustion. Thus, the accelerator opening threshold value OAc is used to determine whether or not to operate the internal combustion engine 1 with homogeneous combustion.
ステップS104でNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がOA≦OAcであると判定した場合、内燃機関1には高出力が要求されず、かつ大量EGRも実行されないと判定できる。この場合、本実施形態に係る燃料供給制御は実行せず、例えば、吸気非同期噴射で第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから燃料を噴射する。
When it is determined No in step S104, that is, when the control
ステップS104でYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がOA>OAcであると判定した場合、内燃機関1には高出力が要求されると判定できる。この場合、ステップS105で、制御条件判定部51は、内燃機関1を均質燃焼モードで運転すると判定する。ステップS106へ進み、機関ECU50の処理部50Pを構成する燃料噴射制御部52は、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定する。この場合、均質燃焼における燃料噴射時期及び燃料噴射量が決定される。
If it is determined Yes in step S104, that is, if the control
内燃機関1の運転条件によって定まる全燃料供給量をτaとすると、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射量は、それぞれτa/2となる。上述したように、均質燃焼モードでは、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期と、第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期とに時間差を設ける。図7のデータマップは、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期を記述した均質燃焼時第1燃料噴射時期マップ61であり、図8のデータマップは、第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期を記述した均質燃焼時第2燃料噴射時期マップ62である。
When the total fuel supply amount determined by the operating conditions of the internal combustion engine 1 is τa, the fuel injection amounts of the first
均質燃焼時第1燃料噴射時期マップ61、均質燃焼時第2燃料噴射時期マップ62は、いずれも点火上死点を基準として、点火上死点前(BTDC:Before Top Dead Center)のクランク角度で燃料噴射時期を記述してある。また、均質燃焼時第1燃料噴射時期マップ61、均質燃焼時第2燃料噴射時期マップ62は、ともに内燃機関1の機関回転数Neと負荷率KLとの関係で、燃料噴射時期が記述してある。すなわち、均質燃焼時第1燃料噴射時期マップ61、均質燃焼時第2燃料噴射時期マップ62に内燃機関1の機関回転数Neと負荷率KLとを与えれば、対応する燃料噴射時期が得られる。
The homogeneous fuel first fuel
図7に示す均質燃焼時第1燃料噴射時期マップ61において、ISA1、ISA2、ISA3、ISA4の順に、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期は進角側、すなわち点火上死点側から離れる方向に移行する。ISA1、ISA2、ISA3、ISA4は点火上死点を基準として、点火上死点前(BTDC)におけるクランク角度で表したものなので、ISA1<ISA2<ISA3<ISA4となる。すなわち、点火上死点前におけるクランク角度が大きくなるほど、進角側となる。
In the first fuel
図8に示す均質燃焼時第2燃料噴射時期マップ62において、ISB1、ISB2の順に、第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期は進角側、すなわち点火上死点側に移行する。ISB1、ISB2は点火上死点前(BTDC)におけるクランク角度で表したものなので、ISB1<ISB2となる。
In the homogeneous combustion second fuel
第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期のうちISA1は、最も遅角側、すなわち点火上死点に対して最も遅い燃料噴射時期である。また、第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期のうちISB2は、最も進角側、すなわち点火上死点に対して最も早い時期の燃料噴射時期である。ISA1とISB2とを比較すると、ISB2の方がISA1よりも遅角側、すなわち、点火上死点に対して遅い時期となる(ISA1>ISB2)。このように、第1ポート噴射弁2Aの最も遅角側における燃料噴射時期ISA1よりも、第2ポート噴射弁2Bの最も進角側における燃料噴射時期ISB2の方が遅角側なので、同じ負荷率KLかつ機関回転数Neでは、必ず第1ポート噴射弁2Aの方が第2ポート噴射弁2Bよりも早く燃料を噴射する。
Of the fuel injection timings of the first
均質燃焼時第1燃料噴射時期マップ61及び均質燃焼時第2燃料噴射時期マップ62から分かるように、本実施形態では、負荷率KLの増加とともに第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期を進角側に移行させる。負荷率KLの増加により燃料噴射量τも増加するので、負荷率KLが増加するにしたがって燃料噴射時期を進角側とすることにより、負荷率KLの増加によって増加した燃料を確実に噴射して燃焼空間1Bへ導入できる。
As can be seen from the first fuel
また、本実施形態では、機関回転数Neの増加とともに第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期を進角側に移行させる。機関回転数Neの増加により燃料を噴射できる期間も短くなるので、機関回転数Neが増加するにしたがって燃料噴射時期を進角側とすることにより、全燃料を確実に燃焼空間1Bへ導入できる。
In this embodiment, the fuel injection timing of the first
ステップS106において、燃料噴射制御部52は、クランク角センサ41が検出したクランクシャフト6の信号に基づいて機関回転数Neを求め、エアフローセンサ40が検出した信号から得られる内燃機関1の吸入空気量Qaに基づいて負荷率KLを求める。そして、燃料噴射制御部52は、求めた機関回転数Ne及び負荷率KLを、均質燃焼時第1燃料噴射時期マップ61及び均質燃焼時第2燃料噴射時期マップ62に与えて、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期を決定する。
In step S106, the fuel
ステップS106で、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期及び燃料噴射量が決定されたら、ステップS107へ進む。ステップS107において、燃料噴射制御部52は、ステップS106で決定された燃料噴射時期及び燃料噴射量で、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから燃料を噴射する。これによって、吸気行程の初期で燃焼空間1Bの内部へ噴射された第1燃料噴霧FmAと第2燃料噴霧FmBとは衝突せず、図3−2に示すタンブル流Tによって燃料が空気に拡散して、燃焼空間1B内に均質な混合気が形成される。機関制御部53は、内燃機関1の運転条件に応じて適切な点火時期を設定し、点火プラグ7から放電させて燃焼空間1B内の混合気に点火する。上述したように、燃焼空間1B内の混合気は十分に均質なので、良好な燃焼が得られる。
When the fuel injection timing and fuel injection amount of the first
次に、ステップS103へ戻って説明する。ステップS103でYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51が、大量EGRを実行する領域で内燃機関1が運転されていると判定した場合、ステップS108へ進み、制御条件判定部51は、内燃機関1を成層燃焼モードで運転すると判定する。次にステップS106へ進み、燃料噴射制御部52は、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定する。この場合、成層燃焼における燃料噴射時期及び燃料噴射量が決定される。
Next, it returns to step S103 and demonstrates. When it is determined Yes in step S103, that is, when the control
内燃機関1の運転条件によって定まる全燃料供給量をτaとすると、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射量は、上述したように、それぞれτa/2となる。また、上述したように、成層燃焼モードでは、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期と、第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期とを同一にする。図9のデータマップは、成層燃焼時における第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期を記述した、成層燃焼時燃料噴射時期マップ63である。
Assuming that the total fuel supply amount determined by the operating conditions of the internal combustion engine 1 is τa, the fuel injection amounts of the first
成層燃焼時燃料噴射時期マップ63は、いずれも点火上死点を基準として、点火上死点前のクランク角度(BTDC)で燃料噴射時期を記述してある。また、成層燃焼時燃料噴射時期マップ63は、ともに内燃機関1の機関回転数Neと負荷率KLとの関係で、燃料噴射時期が記述してある。すなわち、成層燃焼時燃料噴射時期マップ63に内燃機関1の機関回転数Neと負荷率KLとを与えれば、対応する第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期が得られる。
The stratified combustion fuel
図9に示す成層燃焼時燃料噴射時期マップ63において、IS1、IS2、IS3の順に、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期は進角側、すなわち点火上死点側から離れる方向に移行する。IS1、IS2、IS3は点火上死点を基準として、点火上死点前(BTDC)におけるクランク角度で表したものなので、IS1<IS2<IS3となる。すなわち、点火上死点前におけるクランク角度が大きくなるほど、進角側となる。
In the stratified combustion fuel
成層燃焼時における燃料噴射時期のうちIS3は、最も進角側、すなわち、成層燃焼時においては、点火上死点に対して最も早い時期の燃料噴射時期である。一方、均質燃焼時における第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期のうちISB1は、最も遅角側、すなわち、均質燃焼時においては、すべての第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期の中で、点火上死点に対して最も遅い燃料噴射時期である。
Of the fuel injection timings during stratified combustion, IS3 is the most advanced fuel injection timing, that is, the earliest fuel injection timing with respect to ignition top dead center during stratified combustion. On the other hand, among the fuel injection timings of the second
IS3とISB1とを比較すると、IS3の方がISB1よりも遅角側、すなわち、点火上死点に対して遅い時期となる(IS3<ISB1)。このように、均質燃焼時において最も遅角側における燃料噴射時期ISB1よりも、成層燃焼時において最も進角側における燃料噴射時期IS1の方が遅角側なので、同じ負荷率KLかつ機関回転数Neでは、必ず成層燃焼時の方が均質燃焼時よりも遅く燃料を噴射することになる。 Comparing IS3 and ISB1, IS3 is retarded from ISB1, that is, later than the ignition top dead center (IS3 <ISB1). In this way, since the fuel injection timing IS1 on the most advanced angle side in the stratified combustion is on the more retarded side than the fuel injection timing ISB1 on the most retarded side in the homogeneous combustion, the load factor KL and the engine speed Ne are the same. Then, the fuel is always injected later in the stratified combustion than in the homogeneous combustion.
成層燃焼時燃料噴射時期マップ63から分かるように、本実施形態では、負荷率KLの増加とともに第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期を進角側に移行させる。負荷率KLの増加により燃料噴射量τも増加するので、負荷率KLが増加するにしたがって燃料噴射時期を進角側とすることにより、負荷率KLの増加によって増加した燃料を確実に噴射して燃焼空間1Bへ導入できる。
As can be seen from the stratified combustion fuel
また、本実施形態では、機関回転数Neの増加とともに第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期を進角側に移行させる。機関回転数Neの増加により燃料を噴射できる期間も短くなるので、機関回転数Neが増加するにしたがって燃料噴射時期を進角側とすることにより、全燃料を確実に燃焼空間1Bへ導入できる。
In this embodiment, the fuel injection timing of the first
ステップS106において、燃料噴射制御部52は、クランク角センサ41が検出したクランクシャフト6の信号に基づいて機関回転数Neを求め、エアフローセンサ40が検出した信号から得られる内燃機関1の吸入空気量Qaに基づいて負荷率KLを求める。そして、燃料噴射制御部52は、求めた機関回転数Ne及び負荷率KLを、成層燃焼時燃料噴射時期マップ63に与えて、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射時期及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期を決定する。
In step S106, the fuel
ステップS106で、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの燃料噴射時期及び燃料噴射量が決定されたら、ステップS107へ進む。ステップS107において、燃料噴射制御部52は、ステップS106で決定された燃料噴射時期及び燃料噴射量で、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから燃料を噴射する。これによって、吸気行程の後期で噴射された第1燃料噴霧FmAと第2燃料噴霧FmBとが燃焼空間1B内で衝突して燃料が微粒化されるとともに、燃料が燃焼空間1B全体へ拡散することが抑制される。その結果、図4−2に示すように、点火プラグ7の近傍に混合気の層が形成される。
When the fuel injection timing and fuel injection amount of the first
機関制御部53は、内燃機関1の運転条件に応じて適切な点火時期を設定し、点火プラグ7から放電させて燃焼空間1B内の混合気に点火する。また、機関制御部53は、図1に示す排ガス再循環制御弁17を所定の開度に開き、EGRを実行する。上記手順により、大量EGRによって大量の排ガスExが燃焼空間1Bに存在していても、点火プラグ7の近傍に混合気の層が形成されているので、燃焼悪化が抑制される。
The
以上、本実施形態では、複数の吸気通路を備える内燃機関において、それぞれの吸気通路に、燃料を噴射する燃料供給手段を設けるとともに、燃料供給手段は、それぞれの燃料供給手段が噴射する燃料噴霧が燃焼空間の内部で交差する方向に燃料を噴射する。これによって、すべての燃料供給手段からの燃料噴霧が燃焼空間内で交差するように噴射されるので、排気口側におけるシリンダの内面まで到達する燃料は減少する。また、シリンダの中心軸を通り、内燃機関のクランク軸と直交する平面に対して対称に配置される一対の燃料供給手段が噴射する燃料噴霧は、シリンダの中心軸寄り(より具体的には前記平面寄り)に形成される、吸気弁と吸気口との隙間を通過するので、吸気通路や吸気弁に付着する燃料の量を低減できる。その結果、内燃機関の内部へ付着する燃料の量が低減されるので、噴射された燃料噴霧が確実に燃焼空間内へ導入される。これによって、空気の冷却に燃料の気化潜熱が有効に利用されて、確実にノッキングを改善でき、また、燃焼空間への吸入空気の充填量が増加する。 As described above, in the present embodiment, in an internal combustion engine having a plurality of intake passages, fuel supply means for injecting fuel is provided in each intake passage, and the fuel supply means is configured to perform fuel spray injected by each fuel supply means. Fuel is injected in a direction that intersects within the combustion space. As a result, fuel sprays from all the fuel supply means are injected so as to intersect within the combustion space, so that the fuel reaching the inner surface of the cylinder on the exhaust port side is reduced. Further, the fuel spray injected by the pair of fuel supply means disposed symmetrically with respect to the plane orthogonal to the crankshaft of the internal combustion engine passing through the central axis of the cylinder is closer to the central axis of the cylinder (more specifically, the above-mentioned Since it passes through the gap between the intake valve and the intake port formed near the plane, the amount of fuel adhering to the intake passage and the intake valve can be reduced. As a result, the amount of fuel adhering to the inside of the internal combustion engine is reduced, so that the injected fuel spray is reliably introduced into the combustion space. Thus, the latent heat of vaporization of the fuel is effectively used for cooling the air, so that knocking can be reliably improved and the amount of intake air charged into the combustion space is increased.
以上のように、本発明に係る内燃機関は、吸気ポートに燃料噴射弁を備える内燃機関に有用であり、特に、均質燃焼、成層燃焼に適した混合気を燃焼空間内に生成することに適している。 As described above, the internal combustion engine according to the present invention is useful for an internal combustion engine having a fuel injection valve in an intake port, and particularly suitable for generating an air-fuel mixture suitable for homogeneous combustion and stratified combustion in a combustion space. ing.
1 内燃機関
1B 燃焼空間(空間)
1C クランクケース
1H シリンダヘッド
1S シリンダ
1SW 内面
2A 第1ポート噴射弁
2B 第2ポート噴射弁
3 コネクティングロッド
4A 第1吸気ポート
4B 第2吸気ポート
4Ao 第1吸気口
4Bo 第2吸気口
5 ピストン
5T 頂部
5U 凹部
6 クランクシャフト
7 点火プラグ
8 吸気導入通路
9 排気ポート
9o 排気口
9M 排気通路
10A 第1吸気弁
10B 第2吸気弁
11A、11B ステム
12A、12B 傘部
15 排気弁
20 ポート噴射弁用燃料分配管
40 エアフローセンサ
41 クランク角センサ
42 冷却水温度センサ
43 アクセル開度センサ
50 機関ECU
50IO 入出力部
50M 記憶部
50P 処理部
51 制御条件判定部
52 燃料噴射制御部
53 機関制御部
60 EGR率設定マップ
61 均質燃焼時第1燃料噴射時期マップ
62 均質燃焼時第2燃料噴射時期マップ
63 成層燃焼時燃料噴射時期マップ
1
50IO Input /
Claims (4)
前記燃焼空間に接続して開口する複数の吸気通路と、
それぞれの吸気通路に備えられて前記燃料を噴射する燃料供給手段とを有し、
それぞれの前記燃料供給手段が、前記燃料を前記燃焼空間の内部で互いに交差する方向に沿って噴射するとともに、
前記内燃機関の運転条件に応じて、
前記燃焼空間の内部の燃焼形態を、前記複数の燃料供給手段の燃料噴射時期に時間差を設ける均質燃焼と、前記複数の燃料供給手段の燃料噴射時期を同時とする成層燃焼とに切り替えることを特徴とする内燃機関。 A space in the cylinder in which the piston reciprocates, and a combustion space in which a mixture of fuel and air burns;
A plurality of intake passages that connect and open to the combustion space;
Fuel supply means for injecting the fuel provided in each intake passage,
Each of the fuel supply means injects the fuel along a direction intersecting each other inside the combustion space,
Depending on the operating conditions of the internal combustion engine ,
The combustion mode of the internal prior Symbol combustion space, a homogeneous combustion providing a time difference in the fuel injection timing of said plurality of fuel supply means, the switching to the stratified combustion to simultaneously the fuel injection timing of said plurality of fuel supply means the internal combustion engine shall be the feature.
前記燃焼空間に接続されて開口する第1の吸気通路及び第2の吸気通路と、
前記第1の吸気通路へ備えられて前記燃料を噴射する第1の燃料供給手段と、
前記第2の吸気通路へ備えられて前記燃料を噴射する第2の燃料供給手段とを有し、
前記第1の燃料供給手段と前記第2の燃料供給手段とが、前記燃料を前記燃焼空間の内部で互いに交差する方向に沿って噴射するとともに、
前記内燃機関の運転条件に応じて、
前記燃焼空間の内部の燃焼形態を、前記第1の燃料供給手段の燃料噴射時期と前記第2の燃料供給手段の燃料噴射時期とに時間差を設ける均質燃焼と、前記第1の燃料供給手段の燃料噴射時期と第2の燃料供給手段の燃料噴射時期とを同時とする成層燃焼とに切り替えることを特徴とする内燃機関。 A space in the cylinder in which the piston reciprocates, and a combustion space in which a mixture of fuel and air burns;
A first intake passage and a second intake passage which are connected to the combustion space and open;
First fuel supply means provided in the first intake passage for injecting the fuel;
Second fuel supply means provided in the second intake passage for injecting the fuel;
The first fuel supply means and the second fuel supply means inject the fuel along a direction intersecting each other inside the combustion space;
Depending on the operating conditions of the internal combustion engine ,
The interior of the combustion mode before Symbol combustion space, said first and homogeneous combustion to provide a fuel injection timing and the secondary time difference of fuel injection timing and the second fuel supply means in the fuel supply means, said first fuel supply means timing of fuel injection and the inner combustion engine you and switches to the stratified combustion to simultaneously the fuel injection timing of the second fuel supply means.
前記均質燃焼は、大量の排ガスを燃焼空間へ再循環させる領域で運転されていなく、かつ、アクセル開度がアクセル開度閾値よりも大きい場合に行なわれることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の内燃機関。 The homogeneous combustion is performed when the engine is not operated in a region where a large amount of exhaust gas is recirculated to the combustion space and the accelerator opening is larger than an accelerator opening threshold. 3. The internal combustion engine according to 2.
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