JP5594022B2 - Gasoline engine combustion control device - Google Patents

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Description

本発明は、HCCI(Homogeneous-Charge Compression-Ignition)燃焼、所謂、予混合圧縮着火の燃焼を行うガソリンエンジンの燃焼制御装置に関するものである。  The present invention relates to a combustion control device for a gasoline engine that performs HCCI (Homogeneous-Charge Compression-Ignition) combustion, that is, so-called premixed compression ignition combustion.

少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンにおいては、特許文献1に記載のように、HCCI燃焼を行うものがある。このHCCI燃焼においては、空燃比が理論空燃比よりも相当にリーンな雰囲気でも着火、燃焼が可能であり、しかも急速燃焼されることから、燃費向上の上で極めて好ましい燃焼形態となる。この特許文献1に記載の技術は、予混合圧縮着火用となる第1燃料噴射を行った後、第2燃料噴射によって成層領域を形成するもので、いずれの燃料噴射も着火(点火)開始前に行われるものとなっている。そして、NOx発生が問題となる高負荷域では、上記第1燃料噴射の噴射量を0にするようになっている。  Some gasoline engines to which a fuel containing at least gasoline is supplied perform HCCI combustion as described in Patent Document 1. In this HCCI combustion, ignition and combustion can be performed even in an atmosphere in which the air-fuel ratio is considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and since rapid combustion is performed, this is a very preferable combustion mode for improving fuel consumption. In the technique described in Patent Document 1, a stratified region is formed by second fuel injection after performing first fuel injection for premixed compression ignition, and any fuel injection is before ignition (ignition) starts. It is to be done. In the high load region where NOx generation is a problem, the injection amount of the first fuel injection is set to zero.

特開2009−74488号公報JP 2009-74488 A

ところで、HCCI燃焼においては、燃料噴射量が多くなる高負荷域では、急速燃焼に起因して、燃焼圧力が極めて高くなり、そのために騒音の発生はもとより、燃焼温度も極めて高くなってNOxの発生が大きな問題となる。このため、高負荷域では、実質的にHCCI燃焼を行わないようにするか、あるいはNOx浄化触媒を別途排気通路に設ける必要がある。 By the way, in HCCI combustion, in a high load region where the fuel injection amount is large, combustion pressure becomes extremely high due to rapid combustion, so that not only noise but also combustion temperature becomes extremely high and NOx is generated. Is a big problem. For this reason, it is necessary to substantially prevent HCCI combustion in a high load region or to separately provide a NOx purification catalyst in the exhaust passage.

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、高負荷域において、HCCI燃焼を行いつつNOx発生を抑制できるようにしたガソリンエンジンの燃焼制御装置を提供することにある。  The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a combustion control apparatus for a gasoline engine capable of suppressing NOx generation while performing HCCI combustion in a high load range. is there.

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項1に記載のように、
少なくとも部分的にガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンの燃焼制御装置であって、
エンジン高負荷域において、圧縮上死点よりも前にHCCI(予混合圧縮着火)燃焼用となる前段燃料噴射を行う一方、圧縮上死点以降に後段燃料噴射を行うようにされ、
前記前段燃料噴射が、HCCI燃焼用の初回噴射と該HCCI燃焼の着火源用となる2回目噴射とに分割して行われると共に、該2回目噴射の噴射量が該初回噴射の噴射量よりも少なくされ、
前記後段燃料噴射の噴射時期が、該後段燃料噴射によって噴射された燃料が前記HCCI燃焼の終了から間隔をあけて燃焼開始されるように設定され、
燃料噴射量が少ない負荷域では、前記高負荷域に比して、前段燃料噴射時期と後段燃料噴射時期のクランク角間隔が短縮される、
ようにしてある。上記解決手法によれば、前段燃料噴射による予混合圧縮着火を実行して、燃費向上を図ることができる。また、燃焼は、予混合圧縮着火による燃焼と、その後に行われる後段燃料噴射による燃焼との分割された燃焼形態となるので、全体として筒内圧力つまり筒内温度の上昇を抑制して、騒音抑制は勿論のこと、NOxの発生を抑制することができる。特に、前段燃料噴射における2回目噴射の噴射量を初回噴射の噴射量よりも少なくしてあるので、2回目噴射に起因するNOx発生の問題も回避することができる。さらに、前段燃料噴射での2回目噴射によってHCCI燃焼の着火時期を進角させることにより、後段燃料噴射時期を遅角させることなく該後段燃料噴射された燃料が気化する時間を確保して、高い熱効率つまりトルクを確保しつつ後段燃料噴射による燃焼でのスモーク発生を抑制することができる。以上に加えて、スモーク発生が問題となりにくい相対的に低負荷のときは、燃焼が全体的に極力圧縮上死点付近で行われるようにして、燃費向上の上で好ましいものとなる。
In order to achieve the above object, the following solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 1 in the claims,
A combustion control device for a gasoline engine to which a fuel containing at least a gasoline is supplied,
In the engine high load region, the front stage fuel injection for HCCI (premixed compression ignition) combustion is performed before the compression top dead center, while the rear stage fuel injection is performed after the compression top dead center.
The pre-stage fuel injection is divided into an initial injection for HCCI combustion and a second injection for an ignition source of the HCCI combustion, and the injection amount of the second injection is greater than the injection amount of the initial injection. Less,
The injection timing of the latter fuel injection is set so that the fuel injected by the latter fuel injection starts to burn at an interval from the end of the HCCI combustion ,
In the load region where the fuel injection amount is small, the crank angle interval between the front fuel injection timing and the rear fuel injection timing is shortened compared to the high load region.
It is like that. According to the above solution, it is possible to improve fuel efficiency by executing premixed compression ignition by pre-stage fuel injection. In addition, the combustion is a combustion mode that is divided into combustion by premixed compression ignition and combustion by subsequent fuel injection performed thereafter. The generation of NOx can be suppressed as well as the suppression. In particular, since the injection amount of the second injection in the front stage fuel injection is made smaller than the injection amount of the first injection, the problem of NOx generation caused by the second injection can also be avoided. Further, by advancing the ignition timing of HCCI combustion by the second injection in the front stage fuel injection, it is possible to secure a time for the fuel injected by the rear stage fuel to vaporize without delaying the rear stage fuel injection timing. It is possible to suppress the occurrence of smoke in combustion by the subsequent fuel injection while ensuring thermal efficiency, that is, torque. In addition to the above, when the load is relatively low where the occurrence of smoke is unlikely to be a problem, the combustion is preferably performed as close to the compression top dead center as possible as a whole in order to improve fuel efficiency.

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項2以下に記載のとおりである。すなわち、
前記2回目の燃料噴射が、圧縮上死点より前に行われる、ようにしてある(請求項2対応)。この場合、圧縮上死点前に着火させて、前段燃料噴射による燃焼での燃費向上の上で好ましいものとなる。
A preferred mode based on the above solution is as described in claim 2 and the following claims. That is,
The second fuel injection is performed before the compression top dead center (corresponding to claim 2). In this case, ignition is performed before the compression top dead center, which is preferable in terms of improving fuel efficiency in combustion by the pre-stage fuel injection.

前記2回目の燃料噴射後でかつ圧縮上死点前に、点火プラグによって着火アシストが行われる、ようにしてある(請求項3対応)。この場合、点火プラグを利用して、より確実に圧縮上死点前に前段燃料噴射された燃料を着火させて、請求項2に対応した効果をより一層十分に発揮させることができる。   After the second fuel injection and before compression top dead center, ignition assist is performed by a spark plug (corresponding to claim 3). In this case, by using the spark plug, the fuel injected before the compression top dead center can be ignited more reliably, and the effect corresponding to claim 2 can be more fully exhibited.

前記高負荷域でのG/F(筒内全ガス量/筒内に供給される燃料量)が20以上とされている、ようにしてある(請求項4対応)。この場合、燃費向上とNOx抑制とを共に高い次元で満足させることができる。   The G / F (the total amount of gas in the cylinder / the amount of fuel supplied into the cylinder) in the high load range is set to 20 or more (corresponding to claim 4). In this case, both fuel efficiency improvement and NOx suppression can be satisfied at a high level.

前記初回噴射の噴射量と前記2回目の噴射量との合計噴射量が、前記後段燃料噴射の噴射量以下とされている、ようにしてある(請求項対応)。この場合、HCCI燃焼される燃料量を極力少なくして、NOx発生を抑制する上でより好ましいものとなる。 The total injection amount of the initial injection amount and the second injection amount is set to be equal to or less than the injection amount of the subsequent fuel injection (corresponding to claim 5 ). In this case, the amount of fuel burned by HCCI is reduced as much as possible, which is more preferable in suppressing NOx generation.

前記初回噴射の噴射量と前記2回目の噴射量との合計噴射量が、前記HCCI燃焼の最高温度がNOx発生が問題とならない所定温度以下となる範囲に制限されている、ようにしてある(請求項対応)。この場合、HCCI燃焼によるNOx発生を確実に抑制することができる。 The total injection amount of the initial injection amount and the second injection amount is limited to a range in which the maximum temperature of the HCCI combustion is not more than a predetermined temperature at which NOx generation does not become a problem ( Corresponding to claim 6 ). In this case, NOx generation due to HCCI combustion can be reliably suppressed.

本発明によれば、高負荷域において、HCCI燃焼を行って燃費向上を図りつつNOx発生を抑制できる。また、スモークを低減しつつ高い熱効率を確保することができる。  According to the present invention, it is possible to suppress NOx generation while improving fuel efficiency by performing HCCI combustion in a high load region. Moreover, high thermal efficiency can be ensured while reducing smoke.

本発明が適用されたエンジンの燃焼室付近の状態を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the state of the combustion chamber vicinity of the engine to which this invention was applied. 本発明の制御系統例をブロック図的に示す図。The figure which shows the example of a control system of this invention in a block diagram. 運転領域の設定例を示す図。The figure which shows the example of a setting of an operation area | region. 領域Bにおける燃料噴射タイミングと熱発生割合と筒内温度との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the fuel-injection timing in the area | region B, a heat generation rate, and cylinder temperature. 領域Cにおける燃料噴射タイミングと熱発生割合との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the fuel injection timing in the area | region C, and a heat generation rate.

図1は、エンジン1の燃焼室付近の様子を概略的に示す。実施形態では、エンジン1は、往復動型とされた直列4気筒の自動車用ガソリンエンジンとされている。なお、エンジン1は、ガソリンを含有する燃料であれば、ガソリン100%の場合に限らず、例えばエタノール等の他の燃料を含有するものであってもよい。この図1において、2はシリンダ、3はシリンダ2内に摺動自在に嵌合されたピストンである。ピストン3の上方に燃焼室4が画成され、圧縮上死点位置において燃焼室容積を確保するために、ピストン3の上面中央部に凹部5が形成されている。 FIG. 1 schematically shows the vicinity of the combustion chamber of the engine 1. In the embodiment, the engine 1 is an in-line four-cylinder automobile gasoline engine that is a reciprocating type. The engine 1 is not limited to gasoline 100% as long as it contains fuel, and may contain other fuel such as ethanol, for example. In FIG. 1, 2 is a cylinder, and 3 is a piston slidably fitted in the cylinder 2. A combustion chamber 4 is defined above the piston 3, and a recess 5 is formed at the center of the upper surface of the piston 3 in order to ensure the combustion chamber volume at the compression top dead center position.

シリンダ2内つまり燃焼室4内には、吸気ポート6および排気ポート7が開口されている。吸気ポート6は吸気弁8により開閉され、排気ポート7は排気弁9により開閉される。また、圧縮上死点付近にある燃焼室4(凹部5)に臨ませて、燃料噴射弁10,点火プラグ11が配設されている。燃料噴射弁10は多孔式とされて、燃焼室4(凹部5)の径方向に分散して燃料を噴射するようにされている。 An intake port 6 and an exhaust port 7 are opened in the cylinder 2, that is, in the combustion chamber 4. The intake port 6 is opened and closed by an intake valve 8, and the exhaust port 7 is opened and closed by an exhaust valve 9. Further, a fuel injection valve 10 and a spark plug 11 are disposed so as to face the combustion chamber 4 (recessed portion 5) near the compression top dead center. The fuel injection valve 10 is of a porous type and is dispersed in the radial direction of the combustion chamber 4 (recess 5) to inject fuel.

排気ポート7に連なる排気通路(図示を略す)には、排気ガス浄化触媒としての三元触媒が配設されているが、排気通路には、NOx触媒は配設されていないものとなっている。すなわち、本実施形態では、後述するように、リーンな空燃比でもってHCCI(予混合圧縮着火)燃焼を行っても、NOxそのものの発生を抑制するようにしてあるので、NOx触媒を必要としない設定とされている。  In the exhaust passage (not shown) connected to the exhaust port 7, a three-way catalyst as an exhaust gas purification catalyst is disposed, but in the exhaust passage, a NOx catalyst is not disposed. . That is, in this embodiment, as described later, even if HCCI (premixed compression ignition) combustion is performed with a lean air-fuel ratio, the generation of NOx itself is suppressed, so a NOx catalyst is not required. It is set.

エンジン1は、ガソリンエンジンとしては高圧縮比とされている。実施形態では、1気筒あたりの容積が略500ccで、幾何学的圧縮比が18とされている。なお、自動車用エンジンとして一般的な1気筒あたりの容積(排気量)が400cc〜600ccである場合に、幾何学的圧縮比は例えば15〜21(好ましくは17〜20)の範囲で適宜設定することができる。 The engine 1 has a high compression ratio as a gasoline engine. In the embodiment, the volume per cylinder is approximately 500 cc, and the geometric compression ratio is 18. In addition, when the volume (displacement amount) per cylinder, which is common as an automobile engine, is 400 cc to 600 cc, the geometric compression ratio is appropriately set within a range of, for example, 15 to 21 (preferably 17 to 20). be able to.

図2は、エンジン1の制御系統例を示すものである。この図2において、Uは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラである。このコントローラUには、各種センサS1〜S4からの信号が入力される。センサS1は、エンジン負荷を検出する負荷センサである。センサS2は、エンジン回転数を検出する回転数センサである。センサS3は、筒内圧力を検出する圧力センサであり、実施形態では点火プラグ11内に組み込まれている。なお、筒内圧力は、筒内温度と略比例関係にあるので、筒内圧力の検出は、筒内温度の検出ともなる。センサS4は、エンジン冷却水温度を検出する水温センサである。また、コントローラUは、前述した燃料噴射弁10からの燃料噴射量および燃料噴射タイミングを制御し、また点火プラグ11の点火タイミングを制御する。 FIG. 2 shows an example of a control system of the engine 1. In FIG. 2, U is a controller configured using a microcomputer. The controller U receives signals from various sensors S1 to S4. The sensor S1 is a load sensor that detects an engine load. The sensor S2 is a rotational speed sensor that detects the engine rotational speed. The sensor S3 is a pressure sensor that detects in-cylinder pressure, and is incorporated in the spark plug 11 in the embodiment. Since the in-cylinder pressure has a substantially proportional relationship with the in-cylinder temperature, the detection of the in-cylinder pressure is also the detection of the in-cylinder temperature. The sensor S4 is a water temperature sensor that detects the engine coolant temperature. The controller U controls the fuel injection amount and fuel injection timing from the fuel injection valve 10 described above, and controls the ignition timing of the spark plug 11.

図3は、冷機時以外において、運転状態に応じたエンジン1の燃焼形態の設定例を示すものである。なお、冷機時は、全て、圧縮上死点前に燃料噴射を行って、圧縮上死点前に点火プラグ11による点火を実行する通常のガソリンエンジンの燃焼形態とされる。この図3において、運転領域が、エンジン回転とエンジン負荷とをパラメータとして設定される。運転領域は、図中α線とβ線とγ線とによって、4つの領域に分けられている。 FIG. 3 shows a setting example of the combustion mode of the engine 1 in accordance with the operating state except when cold. Note that, when the engine is cold, the fuel is injected before the compression top dead center, and the combustion mode of a normal gasoline engine in which ignition by the spark plug 11 is performed before the compression top dead center. In FIG. 3, the operation region is set with the engine rotation and the engine load as parameters. The operation region is divided into four regions by α rays, β rays and γ rays in the figure.

上記α線とβ線とγ線とはそれぞれ線形に設定されて、α線よりもβ線の方が高負荷域に設定され、β線よりもγ線の方が高負荷域に設定されている。そして、α線とβ線とγ線とはそれぞれ、エンジン回転数が大きくなるほど低負荷となるように設定されている。  The α ray, β ray, and γ ray are set linearly, the β ray is set to a higher load region than the α ray, and the γ ray is set to a higher load region than the β ray. Yes. The α ray, β ray, and γ ray are set so that the load becomes lower as the engine speed increases.

α線よりも下方の領域A、α線とβ線との間の領域B、β線とγ線との間の領域Cは、それぞれ、HCCI燃焼が実行される領域とされている。また、γ線より高負荷の領域Dは、通常のガソリンエンジンと同様に、HCCI燃焼は行われずに、点火プラグ11の点火実行による燃焼形態とされる(圧縮上死点前に燃料噴射して、圧縮上死点前に点火プラグ11による点火実行)。 A region A below the α ray, a region B between the α ray and the β ray, and a region C between the β ray and the γ ray are regions where HCCI combustion is performed. Further, in the region D where the load is higher than the γ-ray, HCCI combustion is not performed as in the case of a normal gasoline engine, but the combustion mode is performed by executing the ignition of the spark plug 11 (the fuel is injected before the compression top dead center). , Ignition by the spark plug 11 before compression top dead center).

HCCI燃焼が実行される領域A、B、Cにおいては、それぞれ、圧縮上死点前に予混合圧縮着火用の燃料噴射が実行されるが、領域Aにおいては、この予混合圧縮着火用の燃料噴射のみが実行される。領域Aではかなり低負荷域となるので、筒内温度はNOx発生が問題となるしきい値温度としての所定温度(例えば1800K)までは上昇しないものである。  In regions A, B, and C where HCCI combustion is performed, fuel injection for premixed compression ignition is performed before compression top dead center. In region A, fuel for premixed compression ignition is performed. Only injection is performed. Since the region A is a considerably low load region, the in-cylinder temperature does not rise to a predetermined temperature (for example, 1800 K) as a threshold temperature at which NOx generation becomes a problem.

領域Bでは、領域Aに比して高負荷であり、要求燃料量を全て予混合圧縮着火した場合は、筒内温度が上昇して、NOxの問題が生じる。このため、要求燃料量の一部を、予混合圧縮着火用として圧縮上死点前に行ない(前段燃料噴射)、残りの燃料量全てについて、圧縮上死点以後でかつ予混合圧縮着火による燃焼が開始した後に噴射する(後段燃料噴射)ようにしてある。つまり、前段燃料噴射によるHCCI燃焼が終了した後に、後段燃料噴射が行われる(燃焼のピークが合計で2回生じる)。後段燃料噴射は圧縮上死点から大きく遅角されない範囲で行われることにより、燃費向上の上で好ましいものとなる。なお、圧力センサS3で検出される筒内圧力に基づいて決定される筒内温度が、NOx発生が問題なる所定温度(例えば1800K)を超えないように、前段燃料噴射の噴射量が制限される。また、燃料噴射量は、筒内温度がNOx発生が問題となる所定温度を超えてしまうのを確実に防止するために、後段燃料噴射量を前段燃料噴射量以上にするのが好ましいものである。  In the region B, the load is higher than that in the region A, and when the required fuel amount is all premixed compression ignition, the in-cylinder temperature rises and the problem of NOx occurs. For this reason, part of the required fuel amount is used for premix compression ignition before compression top dead center (pre-stage fuel injection), and the remaining fuel amount is burned after compression top dead center and by premix compression ignition The fuel is injected after the start of fuel (second-stage fuel injection). That is, after the HCCI combustion by the front stage fuel injection is completed, the rear stage fuel injection is performed (combustion peaks occur twice in total). The latter-stage fuel injection is performed in a range that is not largely retarded from the compression top dead center, which is preferable for improving fuel efficiency. Note that the injection amount of the front stage fuel injection is limited so that the in-cylinder temperature determined based on the in-cylinder pressure detected by the pressure sensor S3 does not exceed a predetermined temperature (for example, 1800 K) at which NOx generation is a problem. . Further, the fuel injection amount is preferably set so that the post-stage fuel injection amount is equal to or higher than the pre-stage fuel injection amount in order to surely prevent the in-cylinder temperature from exceeding a predetermined temperature at which NOx generation becomes a problem. .

図4は、領域Bにおいて、燃料噴射タイミングと単位クランク角あたりの発熱量(熱発生割合)と筒内温度との関係を示すものである。この図4の(a)が燃料噴射タイミングを示し、符合Fが予混合圧縮着火用の燃料噴射タイミングを示し、符合Rが後段燃料噴射のタイミングを示す。図4の(b)は、単位クランク角あたりの発熱量つまり熱発生割合を示すもので、符合Faが予混合圧縮着火での燃焼に対応し、符合Raが後段燃料噴射での燃焼に対応する。そして、図4の(c)は、筒内温度を示し、符合Fbが予混合圧縮着火での燃焼に対応し、符合Rbが後段燃料噴射での燃焼に対応する。この図4の(c)において、KXで示す温度が、NOx発生が問題となるしきい値としての所定温度(例えば1800K)である。この図4からも理解されるように、筒内温度は、NOx発生が問題となる所定温度以下の範囲に抑制される。なお、領域Bにおいては、G/F(筒内全ガス量/筒内に供給される燃料量)が20以上とされる。筒内全ガス量は、新規量とEGRガス量との合計量となるが、EGRガス量が実質的に0である場合は、空燃比が20以上ということになる。 FIG. 4 shows the relationship between the fuel injection timing, the heat generation amount per unit crank angle (heat generation ratio), and the in-cylinder temperature in the region B. 4A shows the fuel injection timing, the symbol F shows the fuel injection timing for premixed compression ignition, and the symbol R shows the timing of the subsequent fuel injection. FIG. 4 (b) shows the amount of heat generated per unit crank angle, that is, the heat generation rate. Symbol Fa corresponds to combustion in premixed compression ignition, and symbol Ra corresponds to combustion in post-stage fuel injection. . FIG. 4C shows the in-cylinder temperature, where symbol Fb corresponds to combustion in premixed compression ignition and symbol Rb corresponds to combustion in post-stage fuel injection. In FIG. 4C, the temperature indicated by KX is a predetermined temperature (for example, 1800 K) as a threshold value at which NOx generation becomes a problem. As can be understood from FIG. 4, the in-cylinder temperature is suppressed to a range equal to or lower than a predetermined temperature at which NOx generation becomes a problem. In the region B, G / F (total in-cylinder gas amount / fuel amount supplied into the cylinder) is 20 or more. The in-cylinder total gas amount is the total amount of the new amount and the EGR gas amount, but when the EGR gas amount is substantially zero, the air-fuel ratio is 20 or more.

ここで、各燃料噴射を行うに際しては、圧力センサS3で検出される圧力に応じて決定される筒内温度が、常にNOx発生が問題となる所定温度以下になるように、燃料噴射時期や燃料噴射量を設定することができる。この場合、既述のように、予混合圧縮着火用となる前段燃料噴射に際しては、燃料噴射量を、筒内温度が所定温度以下となるように制限しつつ、安定して自己着火する温度範囲(例えば1200K〜1800K)の燃焼が得られるようにするのが好ましい。また、筒内温度が上記所定温度以下になる範囲では、ベストトルクが得られるように燃料噴射時期や燃料噴射量を選択するのが好ましいものである。 Here, when each fuel injection is performed, the fuel injection timing and the fuel are set so that the in-cylinder temperature determined according to the pressure detected by the pressure sensor S3 is always equal to or lower than a predetermined temperature at which NOx generation is a problem. The injection amount can be set. In this case, as described above, during the pre-stage fuel injection for premixed compression ignition, the temperature range in which the self-ignition is stably performed while limiting the fuel injection amount so that the in-cylinder temperature is equal to or lower than the predetermined temperature. It is preferable to obtain combustion (for example, 1200K to 1800K). In addition, it is preferable to select the fuel injection timing and the fuel injection amount so that the best torque is obtained in the range where the in-cylinder temperature is equal to or lower than the predetermined temperature.

領域Cでは、領域Bと同様に、圧縮上死点前に燃料噴射される予混合圧縮着火用の前段燃料噴射と、圧縮上死点後に燃料噴射される後段燃料噴射とが行われる。特に、領域Cでは、前段燃料噴射による燃焼の終了から十分な間隔をあけて、後段燃料噴射による燃焼が開始されるようにしてある。そして、領域Cでは、前段燃料噴射による燃焼を領域Bの場合に比して進角させて、その分後段燃料噴射された燃料が気化する時間を十分に確保して、スモーク発生を抑制するようにしてある。  In the region C, as in the region B, the pre-stage fuel injection for premixed compression ignition in which fuel is injected before the compression top dead center and the post-stage fuel injection in which fuel is injected after the compression top dead center are performed. In particular, in region C, the combustion by the subsequent fuel injection is started after a sufficient interval from the end of the combustion by the previous fuel injection. In the region C, the combustion by the front stage fuel injection is advanced as compared with the case of the region B, and the time required for vaporizing the fuel injected by the rear stage fuel is sufficiently secured to suppress the generation of smoke. It is.

領域Cでは、前段燃料噴射による燃焼開始を進角させるため、2回の分割噴射が行われる。すなわち、初回噴射は、HCCI燃焼用となるもので、圧縮上死点よりも前に行われる。また、2回目噴射は、成層燃焼用で、初回噴射の後でかつ圧縮上死点前に行われる。この2回目噴射は初回噴射によるHCCI燃焼の着火促進のために行われるもので、2回目噴射の噴射量は初回噴射の噴射量よりも十分に少なくものとされる。この2回目噴射によって、初回噴射された燃料(より具体的には初回噴射の燃料+2回目噴射の燃料)が早期に着火されることになる。前段燃料噴射された燃料の着火をより確実に進角させるために、点火プラグ11による着火アシストを行うこともできる(点火プラグ11の作動による混合気の活性化で、点火そのものによる着火ではない)。前段燃料噴射による燃焼つまりHCCI燃焼によるNOx発生の問題を回避するために、前段燃料噴射の噴射量は、圧力センサS3で検出され筒内圧力に応じて決定される筒内温度が前記所定温度以下の範囲となるように制限される。  In the region C, two divided injections are performed in order to advance the start of combustion by the preceding stage fuel injection. That is, the initial injection is for HCCI combustion, and is performed before the compression top dead center. The second injection is for stratified combustion, and is performed after the first injection and before the compression top dead center. The second injection is performed to promote ignition of HCCI combustion by the first injection, and the injection amount of the second injection is sufficiently smaller than the injection amount of the first injection. By this second injection, the fuel injected for the first time (more specifically, the fuel for the first injection + the fuel for the second injection) is ignited early. In order to more reliably advance the ignition of the fuel injected by the front stage fuel, it is possible to perform an ignition assist by the spark plug 11 (activation of the air-fuel mixture by the operation of the spark plug 11 is not ignition by the ignition itself). . In order to avoid the problem of NOx generation due to combustion by the front stage fuel injection, that is, HCCI combustion, the in-cylinder temperature detected by the pressure sensor S3 and determined according to the in-cylinder pressure is equal to or lower than the predetermined temperature. It is limited to be in the range.

領域Cでの後段燃料噴射は、領域Bでの後段燃料噴射とほぼ同じ時期あるいは若干遅い時期に噴射される。これにより、前段燃料噴射された燃料の燃焼終了から間隔をあけて、後段燃料噴射された燃料の燃焼が開始される。後段燃料噴射された燃料は、十分に気化されて、スモーク発生が抑制される。後段燃料噴射の噴射時期は、熱効率向上つまりトルク確保の観点から、燃料の十分な気化が確保される範囲で、極力圧縮上死点に近いタイミングとするのが好ましい。領域Cにおいても、HCCI燃焼を行いつつNOx発生の問題を回避することができ、またスモーク発生も抑制することができる。  The post-stage fuel injection in the region C is injected at substantially the same time or slightly later than the post-stage fuel injection in the region B. As a result, the combustion of the fuel injected by the rear stage fuel is started after an interval from the end of the combustion of the fuel injected by the front stage fuel. The fuel injected by the latter stage fuel is sufficiently vaporized to suppress the generation of smoke. The injection timing of the post-stage fuel injection is preferably set as close to the compression top dead center as much as possible within a range in which sufficient fuel vaporization is ensured from the viewpoint of improving thermal efficiency, that is, securing torque. Also in the region C, the problem of NOx generation can be avoided while performing HCCI combustion, and the generation of smoke can also be suppressed.

図5は、領域Cにおける燃料噴射タイミングと熱発生割合の様子を示すものである(筒内温度は熱発生割合に応じたものとなる)。すなわち、燃料噴射視タイミングを示す図5の(a)において、FX1が前段燃料噴射における初回噴射を示し、FX2が2回目噴射を示し、RXが後段燃料噴射を示す。また、熱発生割合を示す図5の(b)において、FXaが前段燃料噴射による燃焼を示し(FX1+FX2での燃料噴射対応)、RXaが後段燃料噴射による燃焼を示す(RXでの燃料噴射対応)。また、図5の(b)において、比較のために、領域Bにおける前段燃料噴射での熱発生割合を破線で示してあり(図4の(b)の符合Fa対応)、領域Cでは領域Bの場合に比して、前段燃料噴射による燃焼が進角されていることが理解される。 FIG. 5 shows the fuel injection timing and the heat generation rate in the region C (the in-cylinder temperature depends on the heat generation rate). That is, in FIG. 5A showing the fuel injection timing, FX1 indicates the initial injection in the front stage fuel injection, FX2 indicates the second injection, and RX indicates the rear stage fuel injection. Further, in FIG. 5B showing the heat generation rate, FXa indicates combustion by the front stage fuel injection (corresponding to fuel injection at FX1 + FX2), and RXa indicates combustion by the rear stage fuel injection (corresponding to fuel injection by RX) . Further, in FIG. 5B, for comparison, the heat generation rate in the preceding stage fuel injection in the region B is indicated by a broken line (corresponding to the sign Fa in FIG. 4B), and in the region C, the region B It is understood that the combustion by the front stage fuel injection is advanced as compared with the case of.

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。予混合圧縮着火を行う際、特に低温時やエンジン1が十分に暖機されていない中温時に、点火プラグ11を作動させて混合気を活性化させるようにしてもよい(点火プラグ11の点火による着火ではない)。トルク確保等の観点から、勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。  Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and appropriate modifications can be made within the scope of the claims. When premixed compression ignition is performed, the air-fuel mixture may be activated by operating the spark plug 11 particularly at low temperatures or at an intermediate temperature when the engine 1 is not sufficiently warmed up (by ignition of the spark plug 11). Not ignition). Of course, from the standpoint of securing torque, etc., the object of the present invention is not limited to what is explicitly stated, but implicitly includes providing what is substantially preferred or expressed as an advantage.

本発明は、例えば自動車用エンジンに適用して、高負荷域において、燃費向上とNOx発生抑制と熱効率向上とスモーク抑制とを行うことができる。  The present invention can be applied to, for example, an automobile engine, and can improve fuel consumption, suppress NOx generation, improve thermal efficiency, and suppress smoke in a high load range.

1:エンジン
2:シリンダ
3:ピストン
4:燃焼室
5:凹部
6:吸気通路
7:排気通路
8:吸気弁
9:排気弁
10:燃料噴射弁
11:点火プラグ
A:領域(予混合圧縮着火のみ)
B:領域(1回の前段燃料噴射+後段燃料噴射)
C:領域(2回に分割された前段燃料噴射+後段燃料噴射)
1: Engine 2: Cylinder 3: Piston 4: Combustion chamber 5: Recess 6: Intake passage 7: Exhaust passage 8: Intake valve 9: Exhaust valve 10: Fuel injection valve 11: Spark plug A: Region (premixed compression ignition only )
B: Area (one front fuel injection + rear fuel injection)
C: Region (front-stage fuel injection divided into two times + rear-stage fuel injection)

Claims (6)

少なくとも部分的にガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンの燃焼制御装置であって、
エンジン高負荷域において、圧縮上死点よりも前にHCCI(予混合圧縮着火)燃焼用となる前段燃料噴射を行う一方、圧縮上死点以降に後段燃料噴射を行うようにされ、
前記前段燃料噴射が、HCCI燃焼用の初回噴射と該HCCI燃焼の着火源用となる2回目噴射とに分割して行われると共に、該2回目噴射の噴射量が該初回噴射の噴射量よりも少なくされ、
前記後段燃料噴射の噴射時期が、該後段燃料噴射によって噴射された燃料が前記HCCI燃焼の終了から間隔をあけて燃焼開始されるように設定され、
燃料噴射量が少ない負荷域では、前記高負荷域に比して、前段燃料噴射時期と後段燃料噴射時期のクランク角間隔が短縮される、
ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御装置。
A combustion control device for a gasoline engine to which a fuel containing at least a gasoline is supplied,
In the engine high load region, the front stage fuel injection for HCCI (premixed compression ignition) combustion is performed before the compression top dead center, while the rear stage fuel injection is performed after the compression top dead center.
The pre-stage fuel injection is divided into an initial injection for HCCI combustion and a second injection for an ignition source of the HCCI combustion, and the injection amount of the second injection is greater than the injection amount of the initial injection. Less,
The injection timing of the latter fuel injection is set so that the fuel injected by the latter fuel injection starts to burn at an interval from the end of the HCCI combustion ,
In the load region where the fuel injection amount is small, the crank angle interval between the front fuel injection timing and the rear fuel injection timing is shortened compared to the high load region.
A combustion control device for a gasoline engine.
請求項1において、
前記2回目の燃料噴射が、圧縮上死点より前に行われる、ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御装置。
In claim 1,
2. A gasoline engine combustion control apparatus, wherein the second fuel injection is performed before compression top dead center.
請求項2において、
前記2回目の燃料噴射後でかつ圧縮上死点前に、点火プラグによって着火アシストが行われる、ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御装置。
In claim 2,
A combustion control apparatus for a gasoline engine, wherein ignition assistance is performed by a spark plug after the second fuel injection and before compression top dead center.
請求項1において、
前記高負荷域でのG/F(筒内全ガス量/筒内に供給される燃料量)が20以上とされている、ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御装置。
In claim 1,
G / F (total amount of gas in cylinder / amount of fuel supplied to the cylinder) in the high load range is 20 or more, a combustion control apparatus for a gasoline engine,
請求項1において、
前記初回噴射の噴射量と前記2回目の噴射量との合計噴射量が、前記後段燃料噴射の噴射量以下とされている、ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御装置。
In claim 1,
The gasoline engine combustion control apparatus, wherein a total injection amount of the initial injection amount and the second injection amount is equal to or less than an injection amount of the rear fuel injection.
請求項1ないし請求項のいずれか1項において、
前記初回噴射の噴射量と前記2回目の噴射量との合計噴射量が、前記HCCI燃焼の最高温度がNOx発生が問題とならない所定温度以下となる範囲に制限されている、ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5 ,
The total injection amount of the injection amount of the first injection and the injection amount of the second injection is limited to a range where the maximum temperature of the HCCI combustion is not more than a predetermined temperature at which NOx generation does not become a problem. Gasoline engine combustion control device.
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