JP5834650B2 - Spark ignition direct injection engine - Google Patents

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Description

本発明は、外開弁式のインジェクタを備えた火花点火式直噴エンジンに関する技術分野に属する。   The present invention belongs to a technical field related to a spark ignition direct injection engine provided with an outer valve-open injector.

例えば特許文献1には、火花点火式ガソリンエンジンの理論熱効率を高めるべく、シリンダヘッド下面に凹陥したキャビティと、ピストン冠面に凸設した突起部と、によって、燃焼室内を中央燃焼室と主燃焼室とに区画しつつ、燃焼室全体として、圧縮比を16程度の高圧縮比に設定すると共に、中央燃焼室内では混合気を相対的にリッチに、主燃焼室内では混合気を相対的にリーンにすることで、燃焼室全体として、混合気をリーンにしたエンジンが記載されている。   For example, in Patent Document 1, in order to increase the theoretical thermal efficiency of a spark-ignition gasoline engine, a cavity recessed in the lower surface of the cylinder head and a protrusion projecting from the piston crown surface divide the combustion chamber into the central combustion chamber and the main combustion chamber. The combustion chamber as a whole is set to a compression ratio as high as about 16, and the air-fuel mixture is relatively rich in the central combustion chamber, and the air-fuel mixture is relatively lean in the main combustion chamber. Thus, an engine having a lean air-fuel mixture is described for the entire combustion chamber.

また、例えば特許文献2には、冷却損失を低減させて熱効率を向上させる観点から、エンジンの燃焼室を区画形成する面を、多数の気泡を含んだ断熱材によって構成する技術が開示されている。この特許文献2のエンジンの圧縮比は16とされている。   Further, for example, Patent Document 2 discloses a technique in which a surface that forms a combustion chamber of an engine is formed of a heat insulating material including a large number of bubbles from the viewpoint of reducing cooling loss and improving thermal efficiency. . The compression ratio of the engine of this Patent Document 2 is 16.

特開平9−217627号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-217627 特開2009−243355号公報JP 2009-243355 A

ところで、火花点火式エンジンの理論サイクルであるオットーサイクルにおいては、エンジンの圧縮比を高めれば高めるほど、また、ガスの比熱比を高めれば高めるほど、理論熱効率が高くなる。このため、特許文献1に記載されているような高圧縮比化と混合気のリーン化との組み合わせは、熱効率(図示熱効率)の向上に、ある程度は有利になる。しかし、この場合、圧縮比15程度で図示熱効率が最大になり、それ以上に圧縮比を高めても、図示熱効率は高くならない(逆に、圧縮比を高めれば高めるほど、図示熱効率が低くなる)。これは、混合気がリーンであるため比較的大量の空気がシリンダ内に導入される一方で、そのシリンダ内の大量の空気が、高圧縮比化に伴い大きく圧縮されて燃焼圧力及び燃焼温度が大幅に高くなってしまうためである。つまり、高い燃焼圧力及び燃焼温度によってシリンダの壁面等を通じた熱の放出量が増え、冷却損失が大幅に増大する結果、図示熱効率が低くなってしまうのである。   By the way, in the Otto cycle, which is the theoretical cycle of a spark ignition engine, the theoretical thermal efficiency increases as the compression ratio of the engine increases and as the specific heat ratio of the gas increases. For this reason, the combination of a high compression ratio and lean air-fuel mixture as described in Patent Document 1 is advantageous to some extent for improving thermal efficiency (illustration thermal efficiency). However, in this case, the illustrated thermal efficiency is maximized at a compression ratio of about 15, and even if the compression ratio is increased further, the illustrated thermal efficiency does not increase (inversely, the higher the compression ratio is, the lower the illustrated thermal efficiency is). . This is because, since the air-fuel mixture is lean, a relatively large amount of air is introduced into the cylinder. On the other hand, a large amount of air in the cylinder is greatly compressed as the compression ratio increases, and the combustion pressure and temperature are reduced. This is because it becomes significantly higher. That is, the amount of heat released through the cylinder wall and the like is increased by a high combustion pressure and combustion temperature, and the cooling loss is greatly increased. As a result, the illustrated thermal efficiency is lowered.

この点に関して、特許文献2に記載されているように、シリンダ壁面を断熱材によって構成することで燃焼室の断熱化を行うようにすれば、冷却損失を低減することができる。   In this regard, as described in Patent Document 2, if the cylinder wall surface is made of a heat insulating material to insulate the combustion chamber, the cooling loss can be reduced.

ところが、特許文献2のように断熱材を用いた燃焼室の断熱化による冷却損失の低減には限界があり、幾何学的圧縮比を、例えば30程度に高めようとした場合には、冷却損失を大幅に低減することは困難であり、また、たとえ冷却損失の大幅な低減を実現できたとしても、コストが大幅にアップしてしまう。   However, as in Patent Document 2, there is a limit to the reduction of the cooling loss due to the heat insulation of the combustion chamber using the heat insulating material, and when trying to increase the geometric compression ratio to about 30 for example, the cooling loss It is difficult to drastically reduce the cost, and even if a significant reduction in cooling loss can be realized, the cost is greatly increased.

そこで、エンジンの気筒内の外周部に新気を含むガス層(新気と既燃ガスとを含んでいても良い)を形成しかつ中心部に混合気層を形成して、この混合気層を燃焼させるようにすれば、混合気層とシリンダ壁面との間の上記ガス層により、混合気層の火炎がシリンダ壁面に接触することがなく、上記ガス層が断熱層となって、シリンダ壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。このようなガス層及び混合気層は、圧縮行程においてインジェクタにより気筒内に燃料を噴射させかつその燃料噴霧のペネトレーションを、燃料噴霧が気筒内の外周部まで届かないような大きさ(長さ)に抑えるようにすれば、形成することが可能である。   Therefore, a gas layer containing fresh air (which may contain fresh air and burned gas) is formed at the outer peripheral portion in the cylinder of the engine, and an air-fuel mixture layer is formed at the central portion. If the gas is burned, the gas layer between the gas mixture layer and the cylinder wall surface prevents the flame of the gas mixture layer from coming into contact with the cylinder wall surface, and the gas layer serves as a heat insulating layer. The release of heat from can be suppressed. The gas layer and the gas mixture layer have such a size (length) that the fuel is injected into the cylinder by the injector during the compression stroke, and the penetration of the fuel spray does not reach the outer periphery of the cylinder. If it suppresses to, it can be formed.

上記インジェクタとしては、ペネトレーションが基本的に小さくかつペネトレーションを自在に変更することが可能な外開弁式のインジェクタが好ましい。この外開弁式のインジェクタでは、ノズル口を開閉する外開弁の、該ノズル口を閉じた状態からのリフト量が大きいほど、ノズル口から気筒内に噴射される燃料噴霧のペネトレーションが大きくなる。   As the injector, an outer valve-opening type injector that has a basically small penetration and can freely change the penetration is preferable. In this outer valve type injector, the penetration of fuel spray injected from the nozzle port into the cylinder increases as the lift amount of the outer valve that opens and closes the nozzle port from the closed state increases. .

ここで、エンジンの運転状態(特に燃料噴射時の気筒内圧力)が変化すると、燃料噴霧のペネトレーションが変化して、燃料噴霧が気筒内の外周部まで届くような大きさになる場合がある。このため、エンジンの運転状態に応じて、燃料噴霧のペネトレーションを、燃料噴霧が気筒内の外周部まで届かないような所定の大きさ(長さ)に調整する必要があるが、この調整は、インジェクタの外開弁の上記リフト量の変更によって行うか、又は、エンジンのカムシャフトによって駆動される燃料ポンプ(高圧燃料ポンプ)からインジェクタに供給される燃料圧力を調整する調圧弁による燃料圧力の変更によって行うようにすることが考えられる。   Here, when the operating state of the engine (in particular, the cylinder pressure at the time of fuel injection) changes, the fuel spray penetration may change, and the fuel spray may reach a size that reaches the outer periphery of the cylinder. For this reason, it is necessary to adjust the fuel spray penetration to a predetermined size (length) so that the fuel spray does not reach the outer periphery of the cylinder according to the operating state of the engine. Change of the fuel pressure by adjusting the fuel pressure supplied to the injector from the fuel pump (high pressure fuel pump) driven by the camshaft of the engine or by changing the lift amount of the injector open valve. It is conceivable to do so.

しかし、上記調圧弁により燃料圧力を変更する場合、エンジン負荷が低負荷領域にあるときには、エンジン負荷に対する燃料ポンプによる機械抵抗の占める割合が大きくなって、燃費が悪化する場合が生じる。一方、上記リフト量を変更する場合、エンジン負荷が高負荷領域にあるときには、リフト量が基本的に大きくて噴射量が多くかつ燃料噴霧の粒径が大きくなるので、噴射された燃料の一部が燃えずに煤が発生したり炭化したりして、エミッションが悪化する場合が生じる。   However, when the fuel pressure is changed by the pressure regulating valve, when the engine load is in the low load region, the ratio of the mechanical resistance by the fuel pump to the engine load increases, and the fuel consumption may deteriorate. On the other hand, when the lift amount is changed, when the engine load is in the high load region, the lift amount is basically large, the injection amount is large, and the particle size of the fuel spray is large. In some cases, soot is not burned and carbon is generated or carbonized, resulting in a worse emission.

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、気筒内の外周部にガス層を形成しかつ中心部に混合気層を形成するべく、エンジンの運転状態に応じて、外開弁式のインジェクタにより気筒内に噴射される燃料噴霧のペネトレーションを所定の大きさに調整する場合に、燃費及びエミッションの悪化を出来る限り抑制しようとすることにある。   The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to operate the engine in order to form a gas layer in the outer peripheral portion of the cylinder and an air-fuel mixture layer in the central portion. Accordingly, when adjusting the penetration of the fuel spray injected into the cylinder by the outer valve-opening injector to a predetermined magnitude, it is intended to suppress deterioration of fuel consumption and emission as much as possible.

上記の目的を達成するために、本発明では、気筒内に燃料を噴射するノズル口を開閉する外開弁と、該外開弁を該ノズル口を閉じた状態からリフトさせてノズル口を開放することで、ノズル口から気筒内に燃料を噴射させる外開弁駆動手段とを有し、上記外開弁の、上記ノズル口を閉じた状態からのリフト量が大きいほど、上記ノズル口から気筒内に噴射される燃料噴霧のペネトレーションが大きくなるよう構成されたインジェクタを備えた火花点火式直噴エンジンを対象として、上記エンジンの回転部材を介して駆動され、該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、上記燃料ポンプから上記インジェクタに供給される燃料圧力を調整する燃圧調整手段と、上記外開弁駆動手段及び上記燃圧調整手段の作動を制御して、上記エンジンの気筒内の外周部に新気を含むガス層が形成されかつ中心部に混合気層が形成されるように、圧縮行程において上記ノズル口から気筒内に燃料を噴射させかつ該噴射された燃料噴霧のペネトレーションを所定の大きさに調整する噴射制御手段とを更に備え、上記噴射制御手段は、エンジン負荷が所定値以下である低負荷領域にあるときにおいては、上記燃料圧力を一定値に設定するとともに、上記エンジンの運転状態に応じて、上記外開弁駆動手段により上記リフト量を変更することによって、上記燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整する一方、エンジン負荷が上記所定値よりも高い高負荷領域にあるときにおいては、上記リフト量を一定値に設定するとともに、上記エンジンの運転状態に応じて、上記燃圧調整手段により燃料圧力を変更することによって、上記燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整するよう構成されている、という構成とした。 In order to achieve the above object, according to the present invention, an open valve that opens and closes a nozzle port for injecting fuel into a cylinder, and the nozzle port is opened by lifting the open valve from a state in which the nozzle port is closed. The valve opening drive means for injecting fuel into the cylinder from the nozzle port, and the larger the lift amount of the outer valve from the closed state of the nozzle port, the larger the lift amount from the nozzle port to the cylinder. A fuel pump that is driven through a rotating member of the engine and supplies fuel to the spark ignition direct injection engine having an injector configured to increase the penetration of fuel spray injected into the inside And controlling the operation of the fuel pressure adjusting means for adjusting the fuel pressure supplied from the fuel pump to the injector, the valve opening drive means and the fuel pressure adjusting means, In the compression stroke, fuel is injected into the cylinder from the nozzle port so that a gas layer containing fresh air is formed at the outer periphery of the cylinder and an air-fuel mixture layer is formed at the center, and the injected fuel spray Injection control means for adjusting the penetration of the fuel to a predetermined magnitude, and the injection control means sets the fuel pressure to a constant value when the engine load is in a low load region where the engine load is equal to or less than a predetermined value. At the same time, the fuel spray penetration is adjusted to the predetermined magnitude by changing the lift amount by the outer valve drive means according to the operating state of the engine, while the engine load is more than the predetermined value. in case also in higher high load region, as well as setting the lift amount to a constant value, depending on operating conditions of the engine, by the fuel pressure adjusting means By changing the charge pressure, and the penetration of the fuel spray a configuration that is configured to adjust to the predetermined size.

上記の構成により、混合気層の周囲に位置するガス層により、混合気層の火炎がシリンダ壁面に接触することがなく、そのガス層が断熱層となって、シリンダ壁面からの熱の放出を抑えることができる。これにより、幾何学的圧縮比が高くなっても、冷却損失を大幅に低減することができる。   With the above configuration, the gas layer located around the gas mixture layer prevents the flame of the gas mixture layer from coming into contact with the cylinder wall surface, and the gas layer serves as a heat insulating layer to release heat from the cylinder wall surface. Can be suppressed. Thereby, even if a geometric compression ratio becomes high, a cooling loss can be reduced significantly.

そして、エンジン負荷が低負荷領域にあるときにおいては、リフト量が基本的に小さくて噴射量が少なくかつ燃料噴霧の粒径が小さく、これにより、噴射された燃料全体が正常に燃焼する。この結果、エンジンの運転状態に応じて、外開弁のリフト量を変更することによって、燃料噴霧のペネトレーションを所定の大きさ(燃料噴霧が気筒内の外周部(ガス層)まで届かないような大きさ)に調整することで、リフト量が大きい場合のようにエミッションが悪化するようなことはない。また、エンジン負荷が低負荷領域にあるときには、燃料圧力を、エンジン負荷に対する燃料ポンプによる機械抵抗の占める割合が出来る限り小さくなるような一定値に設定しておけば、燃費の悪化を抑制することができる。   When the engine load is in the low load region, the lift amount is basically small, the injection amount is small, and the particle size of the fuel spray is small, whereby the entire injected fuel burns normally. As a result, by changing the lift amount of the outer valve according to the operating state of the engine, the penetration of the fuel spray does not reach a predetermined size (the fuel spray does not reach the outer periphery (gas layer) in the cylinder). By adjusting the size, the emission does not deteriorate as in the case where the lift amount is large. In addition, when the engine load is in the low load region, the fuel pressure is set to a constant value so that the ratio of the mechanical resistance of the fuel pump to the engine load becomes as small as possible to suppress the deterioration of fuel consumption. Can do.

一方、エンジン負荷が高負荷領域にあるときにおいては、燃料圧力を変更しても、エンジン負荷に対する燃料ポンプによる機械抵抗の占める割合は基本的に小さくて、その機械抵抗の感度が小さく、燃費への影響は殆どない。この結果、エンジンの運転状態に応じて、燃料圧力を変更することによって、燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整することで、燃費の悪化を抑制することができる。また、エンジン負荷が高負荷領域にあるときには、外開弁のリフト量を、噴射された燃料全体が正常に燃焼するような一定値に設定しておけば、エミッションの悪化を抑制することができる。   On the other hand, when the engine load is in the high load region, even if the fuel pressure is changed, the ratio of the mechanical resistance by the fuel pump to the engine load is basically small, the sensitivity of the mechanical resistance is small, and the fuel efficiency is reduced. There is almost no influence. As a result, fuel consumption can be prevented from deteriorating by adjusting the fuel spray penetration to the predetermined magnitude by changing the fuel pressure according to the operating state of the engine. Further, when the engine load is in a high load region, the deterioration of the emission can be suppressed by setting the lift amount of the outer valve to a constant value so that the entire injected fuel burns normally. .

上記火花点火式直噴エンジンにおいて、上記エンジンの幾何学的圧縮比が18以上40以下であり、上記噴射制御手段は、圧縮行程後期において上記ノズル口から気筒内に燃料を噴射させるよう構成されている、ことが好ましい。   In the spark ignition direct injection engine, the geometric compression ratio of the engine is 18 or more and 40 or less, and the injection control means is configured to inject fuel into the cylinder from the nozzle opening in the latter half of the compression stroke. It is preferable.

すなわち、幾何学的圧縮比が18以上40以下である場合には、燃焼室の断熱化による冷却損失の低減には限界があるが、本発明では、気筒内(燃焼室内)においてガス層による断熱層を形成することで、冷却損失を大幅に低減することができるようになる。また、圧縮行程後期の燃料噴射により、点火までの時間が短くなって、その噴射された燃料が外周部のガス層と混じり難くなり、燃焼時においてガス層を確保することができる。   That is, when the geometric compression ratio is 18 or more and 40 or less, there is a limit to the reduction of cooling loss due to the heat insulation of the combustion chamber, but in the present invention, heat insulation by the gas layer in the cylinder (combustion chamber). By forming the layer, the cooling loss can be greatly reduced. Further, the fuel injection in the latter half of the compression stroke shortens the time until ignition, and the injected fuel is less likely to mix with the gas layer on the outer peripheral portion, so that the gas layer can be secured during combustion.

或いは、上記エンジンの幾何学的圧縮比が18以上40以下であり、上記噴射制御手段は、エンジン負荷が上記高負荷領域にあるときにおいて、燃料の燃焼開始が圧縮上死点以降となるように、圧縮上死点付近で上記ノズル口から気筒内に燃料を噴射させるよう構成されていてもよい。   Alternatively, when the geometric compression ratio of the engine is 18 or more and 40 or less, and the injection control means is such that when the engine load is in the high load region, the start of fuel combustion is after compression top dead center. The fuel may be injected from the nozzle opening into the cylinder near the compression top dead center.

このことにより、エンジンのモータリング時におけるクランク角変化に対する気筒内の圧力変化である圧力上昇率が負の最大値となるクランク角時点(通常、圧縮上死点後4°〜15°CA)乃至その近傍で、燃料を燃焼させるようにすることができ、この結果、エンジン負荷が高くても、振動騒音(所謂NVH)レベルを低減することができる。   As a result, the crank angle point (usually 4 ° to 15 ° CA after compression top dead center) when the pressure increase rate, which is the pressure change in the cylinder with respect to the crank angle change during motoring of the engine, becomes a negative maximum value. In the vicinity thereof, the fuel can be combusted. As a result, even if the engine load is high, the vibration noise (so-called NVH) level can be reduced.

上記火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジン負荷が上記低負荷領域にあるときには、気筒内全体の空気過剰率λが2以上、又は、気筒内におけるガスの燃料に対する重量比G/Fが30以上に設定される、ことが好ましい。   In the spark ignition direct injection engine, when the engine load is in the low load region, the excess air ratio λ in the entire cylinder is 2 or more, or the weight ratio G / F of gas to fuel in the cylinder is 30 or more. It is preferably set.

このことで、低負荷領域において、断熱層による断熱化を図って図示熱効率を向上させながら、RawNOxを低減することができる。   As a result, in the low load region, RawNOx can be reduced while achieving thermal insulation by the heat insulation layer and improving the illustrated thermal efficiency.

以上説明したように、本発明の火花点火式直噴エンジンによると、エンジン負荷が所定値以下である低負荷領域にあるときにおいては、燃料圧力を一定値に設定するとともに、エンジンの運転状態に応じて、外開弁駆動手段により外開弁のリフト量を変更することによって、燃料噴霧のペネトレーションを所定の大きさに調整する一方、エンジン負荷が上記所定値よりも高い高負荷領域にあるときにおいては、上記リフト量を一定値に設定するとともに、エンジンの運転状態に応じて、燃圧調整手段により燃料圧力を変更することによって、燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整するようにしたことにより、燃費の悪化やエミッションの悪化を抑制しながら、エンジンの運転状態に応じて燃料噴霧のペネトレーションを調整することが可能になる。 As described above, according to the spark ignition direct injection engine of the present invention, when the engine load is in the low load region where the engine load is equal to or less than the predetermined value, the fuel pressure is set to a constant value and the engine operating state is set. Accordingly, the fuel spray penetration is adjusted to a predetermined size by changing the lift amount of the outer valve by the outer valve drive means, while the engine load is in a high load region higher than the predetermined value. In the above, the lift amount is set to a constant value, and the fuel pressure penetration is adjusted to the predetermined magnitude by changing the fuel pressure by the fuel pressure adjusting means according to the operating state of the engine. By adjusting the fuel spray penetration according to the operating state of the engine while suppressing deterioration of fuel consumption and emission Rukoto becomes possible.

本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンを示す概略図である。1 is a schematic view showing a spark ignition direct injection engine according to an embodiment of the present invention. インジェクタの内部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of an injector. リフト量制御と燃圧制御とを切り換える制御マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control map which switches lift amount control and fuel pressure control. リフト量とペネトレーションとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a lift amount and penetration. 燃料圧力とペネトレーションとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a fuel pressure and penetration.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジン1(以下、単にエンジン1という)を概略的に示す。本実施形態では、エンジン1は、エンジン本体に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及び、該センサからの信号に基づきアクチュエータを制御するエンジン制御器100を含む。   FIG. 1 schematically shows a spark ignition direct injection engine 1 (hereinafter simply referred to as an engine 1) according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the engine 1 includes various actuators attached to the engine body, various sensors, and an engine controller 100 that controls the actuators based on signals from the sensors.

エンジン1は、自動車等の車両に搭載され、その出力軸は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン1の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。エンジン1のエンジン本体は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えており、シリンダブロック12の内部に複数のシリンダ11(気筒)が形成されている(図1では、1つのみ示す)。シリンダブロック12及びシリンダヘッド13の内部には、図示は省略するが冷却水が流れるウォータージャケットが形成されている。   The engine 1 is mounted on a vehicle such as an automobile, and its output shaft is connected to drive wheels via a transmission, although not shown. The vehicle is propelled by the output of the engine 1 being transmitted to the drive wheels. The engine body of the engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 mounted thereon, and a plurality of cylinders 11 (cylinders) are formed inside the cylinder block 12 (in FIG. 1). Only one is shown). Although not shown, a water jacket through which cooling water flows is formed inside the cylinder block 12 and the cylinder head 13.

各シリンダ11内には、ピストン15が摺動自在にそれぞれ嵌挿されており、ピストン15は、シリンダ11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室17を区画している。本実施形態では、燃焼室17は所謂ペントルーフ型であり、その天井面(シリンダヘッド13の下面)は吸気側及び排気側の2つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン15の冠面は、上記天井面に対応した凸形状をなしていて、冠面の中心部には、凹状のキャビティ15aが形成されている。尚、上記天井面及びピストン1の冠面の形状は、後述の高い幾何学的圧縮比が可能であれば、どのような形状であってもよく、例えば、天井面及びピストン1の冠面(キャビティ15aを除く部分)の両方が、シリンダ11の中心軸に対して垂直な面で構成されていてもよく、天井面が上記のように三角屋根状をなす一方、ピストン1の冠面(キャビティ15aを除く部分)がシリンダ11の中心軸に対して垂直な面で構成されていてもよい。   A piston 15 is slidably inserted into each cylinder 11, and the piston 15 defines a combustion chamber 17 together with the cylinder 11 and the cylinder head 13. In this embodiment, the combustion chamber 17 is a so-called pent roof type, and the ceiling surface (the lower surface of the cylinder head 13) has a triangular roof shape composed of two inclined surfaces on the intake side and the exhaust side. The crown surface of the piston 15 has a convex shape corresponding to the ceiling surface, and a concave cavity 15a is formed at the center of the crown surface. The shape of the ceiling surface and the crown surface of the piston 1 may be any shape as long as a high geometric compression ratio described later is possible. For example, the ceiling surface and the crown surface of the piston 1 ( Both of the portions excluding the cavity 15a may be configured by a surface perpendicular to the central axis of the cylinder 11, and the ceiling surface forms a triangular roof as described above, while the crown surface (cavity) of the piston 1 The portion excluding 15a) may be constituted by a plane perpendicular to the central axis of the cylinder 11.

図1には1つのみ示すが、シリンダ11毎に2つの吸気ポート18がシリンダヘッド13に形成され、それぞれがシリンダヘッド13の下面(燃焼室17の天井面)における吸気側の傾斜面に開口することで燃焼室17に連通している。同様に、シリンダ11毎に2つの排気ポート19がシリンダヘッド13に形成され、それぞれがシリンダヘッド13の下面(燃焼室17の天井面)における排気側の傾斜面に開口することで燃焼室17に連通している。吸気ポート18は、シリンダ11内に導入される新気が流れる吸気通路(図示省略)に接続されている。吸気通路には、吸気流量を調整するスロットル弁20が介設しており、エンジン制御器100からの制御信号を受けて、スロットル弁20の開度が調整される。一方、排気ポート19は、各シリンダ11からの既燃ガス(排気ガス)が流れる排気通路(図示省略)に接続されている。排気通路には、図示は省略するが、1つ以上の触媒コンバータを有する排気ガス浄化システムが配置される。   Although only one is shown in FIG. 1, two intake ports 18 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11, and each is open to an inclined surface on the intake side on the lower surface of the cylinder head 13 (the ceiling surface of the combustion chamber 17). By doing so, it communicates with the combustion chamber 17. Similarly, two exhaust ports 19 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11, and each of the exhaust ports 19 opens to an inclined surface on the exhaust side of the lower surface of the cylinder head 13 (the ceiling surface of the combustion chamber 17). Communicate. The intake port 18 is connected to an intake passage (not shown) through which fresh air introduced into the cylinder 11 flows. A throttle valve 20 for adjusting the intake flow rate is interposed in the intake passage, and the opening degree of the throttle valve 20 is adjusted in response to a control signal from the engine controller 100. On the other hand, the exhaust port 19 is connected to an exhaust passage (not shown) through which burned gas (exhaust gas) from each cylinder 11 flows. Although not shown, an exhaust gas purification system having one or more catalytic converters is disposed in the exhaust passage.

シリンダヘッド13には、吸気弁21及び排気弁22が、それぞれ吸気ポート18及び排気ポート19を燃焼室17から遮断(閉)することができるように配設されている。吸気弁21は吸気弁駆動機構により、排気弁22は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動される。吸気弁21及び排気弁22は所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート18及び排気ポート19を開閉し、シリンダ11内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、図示は省略するが、それぞれ、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランクシャフトの回転と同期して回転する。また、少なくとも吸気弁駆動機構は、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は機械式の位相可変機構(Variable Valve Timing:VVT)23を含んで構成されている。尚、VVT23と共に、弁リフト量を連続的に変更可能なリフト可変機構(CVVL(Continuous Variable ValveLift))を備えるようにしてもよい。   The cylinder head 13 is provided with an intake valve 21 and an exhaust valve 22 so that the intake port 18 and the exhaust port 19 can be shut off (closed) from the combustion chamber 17, respectively. The intake valve 21 is driven by an intake valve drive mechanism, and the exhaust valve 22 is driven by an exhaust valve drive mechanism. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 reciprocate at a predetermined timing to open and close the intake port 18 and the exhaust port 19, respectively, and perform gas exchange in the cylinder 11. Although not shown, the intake valve drive mechanism and the exhaust valve drive mechanism each have an intake camshaft and an exhaust camshaft that are drivingly connected to the crankshaft. These camshafts are synchronized with the rotation of the crankshaft. Rotate. Further, at least the intake valve drive mechanism includes a hydraulic or mechanical phase variable mechanism (Variable Valve Timing: VVT) 23 that can continuously change the phase of the intake camshaft within a predetermined angle range. ing. In addition, you may make it provide the lift variable mechanism (CVVL (Continuous Variable ValveLift)) which can change a valve lift amount continuously with VVT23.

また、シリンダヘッド13には、点火プラグ31が配設されている。この点火プラグ31は、例えばねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド13に取付固定されている。点火プラグ31は、本実施形態では、シリンダ11の中心軸に対し、排気側に傾斜した状態で取付固定されており、その先端部(電極)は燃焼室17の天井部に臨んでいる。この点火プラグ31の先端部は、後述のインジェクタ33のノズル口41の近傍に位置する。尚、点火プラグ31の配置はこれに限定されるものではない。そして、点火プラグ31は、点火システム32によって火花を発生する。点火システム32は、エンジン制御器100からの制御信号を受けて、点火プラグ31が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。一例として、点火システム32はプラズマ発生回路を備え、点火プラグはプラズマ点火式のプラグとしてもよい。着火エネルギの高いプラズマ点火式のプラグの採用は、着火安定性を向上する上で有利になる。   A spark plug 31 is disposed on the cylinder head 13. The ignition plug 31 is attached and fixed to the cylinder head 13 by a known structure such as a screw. In the present embodiment, the spark plug 31 is attached and fixed in a state inclined to the exhaust side with respect to the central axis of the cylinder 11, and the tip (electrode) thereof faces the ceiling of the combustion chamber 17. The tip of the spark plug 31 is located in the vicinity of a nozzle port 41 of an injector 33 described later. The arrangement of the spark plug 31 is not limited to this. The spark plug 31 generates a spark by the ignition system 32. The ignition system 32 receives a control signal from the engine controller 100 and energizes the spark plug 31 to generate a spark at a desired ignition timing. As an example, the ignition system 32 may include a plasma generation circuit, and the ignition plug may be a plasma ignition type plug. The use of a plasma ignition type plug with high ignition energy is advantageous in improving the ignition stability.

シリンダヘッド13におけるシリンダ11の中心軸上には、気筒内(燃焼室17内)に燃料を直接噴射するインジェクタ33が配設されている。このインジェクタ33は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド13に取付固定されている。インジェクタ33の先端は、燃焼室17の天井部の中心に臨んでいる。   An injector 33 that directly injects fuel into the cylinder (inside the combustion chamber 17) is disposed on the central axis of the cylinder 11 in the cylinder head 13. The injector 33 is fixedly attached to the cylinder head 13 with a known structure such as using a bracket. The tip of the injector 33 faces the center of the ceiling of the combustion chamber 17.

図2に示すように、インジェクタ33は、気筒内に燃料を噴射するノズル口41を開閉する外開弁42を有する、外開弁式のインジェクタである。ノズル口41は、シリンダ11の中心軸に沿って延びる燃料管43の先端部において、先端側ほど径が大きくなるテーパ状に形成されている。燃料管43の基端側の端部は、内部に外開弁駆動手段としてのピエゾ素子44が配設されたケース45に接続されている。外開弁42は、弁本体42aと、弁本体42aから燃料管43内を通ってピエゾ素子44に接続された連結部42bとを有している。弁本体42aの連結部42b側の部分が、ノズル口41と略同じ形状を有しており、該部分がノズル口41に当接(着座)しているときには、ノズル口41が閉状態となる。このとき、弁本体42aの先端側の部分は、燃料管43の外側に突出した状態となっている。   As shown in FIG. 2, the injector 33 is an outer valve-opening type injector having an outer valve 42 that opens and closes a nozzle port 41 that injects fuel into the cylinder. The nozzle port 41 is formed in a tapered shape whose diameter increases toward the distal end side at the distal end portion of the fuel pipe 43 extending along the central axis of the cylinder 11. The end of the fuel pipe 43 on the base end side is connected to a case 45 in which a piezo element 44 serving as an external valve opening drive means is disposed. The outer opening valve 42 includes a valve main body 42 a and a connecting portion 42 b that is connected from the valve main body 42 a through the fuel pipe 43 to the piezo element 44. A portion of the valve body 42a on the side of the connecting portion 42b has substantially the same shape as the nozzle port 41, and when the portion is in contact (sitting) with the nozzle port 41, the nozzle port 41 is closed. . At this time, the tip side portion of the valve main body 42 a is in a state of protruding to the outside of the fuel pipe 43.

ピエゾ素子44は、電圧の印加による変形により、外開弁42をシリンダ11の中心軸方向の燃焼室17側に押圧することで、その外開弁42を、ノズル口41を閉じた状態からリフトさせてノズル口41を開放する。このとき、ノズル口41から気筒内に燃料が、シリンダ11の中心軸を中心とするコーン状(詳しくはホローコーン状)に噴射される。そのコーンのテーパ角は、本実施形態では、90°〜100°である(内側の中空部のテーパ角は70°程度である)。そして、ピエゾ素子44への電圧の印加が停止すると、ピエゾ素子44が元の状態に復帰することで、外開弁42がノズル口41を再び閉状態とする。このとき、ケース45内における連結部42bの周囲に配設された圧縮コイルバネ46がピエゾ素子44の復帰を助長する。   The piezo element 44 lifts the outer open valve 42 from the state in which the nozzle opening 41 is closed by pressing the outer open valve 42 toward the combustion chamber 17 in the central axis direction of the cylinder 11 by deformation due to application of voltage. Then, the nozzle port 41 is opened. At this time, fuel is injected from the nozzle port 41 into the cylinder in a cone shape (specifically, a hollow cone shape) centered on the central axis of the cylinder 11. The taper angle of the cone is 90 ° to 100 ° in this embodiment (the taper angle of the inner hollow portion is about 70 °). When the application of voltage to the piezo element 44 is stopped, the piezo element 44 returns to the original state, and the outer opening valve 42 closes the nozzle port 41 again. At this time, the compression coil spring 46 disposed around the connecting portion 42 b in the case 45 facilitates the return of the piezo element 44.

ピエゾ素子44に印加する電圧が大きいほど、外開弁42の、ノズル口41を閉じた状態からのリフト量(以下、単にリフト量という)が大きくなる。このリフト量が大きいほど、ノズル口41の開度が大きくなってノズル口41から気筒内に噴射される燃料噴霧のペネトレーションが大きくなる(長くなる)とともに、単位時間当たりに噴射される燃料量が多くなりかつ燃料噴霧の粒径が大きくなる。   As the voltage applied to the piezo element 44 increases, the lift amount (hereinafter simply referred to as lift amount) of the outer open valve 42 from the state in which the nozzle port 41 is closed increases. The larger the lift amount, the larger the opening of the nozzle port 41, the greater the penetration of fuel spray injected from the nozzle port 41 into the cylinder, and the longer the amount of fuel injected per unit time. The particle size of the fuel spray increases and increases.

燃料供給システム34は、外開弁42(ピエゾ素子44)を駆動するための電気回路35と、インジェクタ33に燃料を供給する燃料供給系とを備えている。エンジン制御器100は、所定のタイミングで、リフト量に応じた電圧を有する噴射信号を上記電気回路35に出力することで、該電気回路35を介してピエゾ素子44及び外開弁42を作動させて、所望量の燃料を、気筒内に噴射させる。上記噴射信号の非出力時(噴射信号の電圧が0であるとき)には、外開弁42によりノズル口41が閉じられた状態となる。このようにピエゾ素子44は、エンジン制御器100からの噴射信号によって、その作動が制御される。こうしてエンジン制御器100は、ピエゾ素子44の作動を制御して、インジェクタのノズル口41からの燃料噴射及び該燃料噴射時におけるリフト量を制御する。   The fuel supply system 34 includes an electric circuit 35 for driving the outer opening valve 42 (piezo element 44) and a fuel supply system for supplying fuel to the injector 33. The engine controller 100 outputs an injection signal having a voltage corresponding to the lift amount to the electric circuit 35 at a predetermined timing, thereby operating the piezo element 44 and the outer valve 42 via the electric circuit 35. Thus, a desired amount of fuel is injected into the cylinder. When the injection signal is not output (when the voltage of the injection signal is 0), the nozzle port 41 is closed by the outer opening valve 42. Thus, the operation of the piezo element 44 is controlled by the injection signal from the engine controller 100. Thus, the engine controller 100 controls the operation of the piezo element 44 to control the fuel injection from the nozzle port 41 of the injector and the lift amount during the fuel injection.

上記燃料供給系には、高圧燃料ポンプ37や図示省略のコモンレールが設けられており、その高圧燃料ポンプ37は、不図示の低圧燃料ポンプを介して燃料タンクより供給されてきた燃料をコモンレールに圧送し、このコモンレールは、その圧送された燃料を、所定の燃料圧力で蓄える。そして、インジェクタ33が作動する(外開弁42がリフトされる)ことによって、上記コモンレールに蓄えられている燃料がノズル口41から噴射される。上記高圧燃料ポンプ37は、プランジャー式のポンプであって、エンジンの回転部材(例えばカムシャフト)によって駆動されて、インジェクタ33に上記コモンレールを介して燃料を供給する。   The fuel supply system is provided with a high-pressure fuel pump 37 and a common rail (not shown). The high-pressure fuel pump 37 pumps fuel supplied from a fuel tank via a low-pressure fuel pump (not shown) to the common rail. The common rail stores the pumped fuel at a predetermined fuel pressure. The fuel stored in the common rail is injected from the nozzle port 41 by the operation of the injector 33 (the open valve 42 is lifted). The high-pressure fuel pump 37 is a plunger-type pump, and is driven by an engine rotation member (for example, a camshaft) to supply fuel to the injector 33 via the common rail.

上記コモンレールで蓄えられる所定の燃料圧力(つまり、上記高圧燃料ポンプ37からインジェクタ33に供給される燃料圧力)は、上記高圧燃料ポンプ37に設けられた調圧弁36によって調整可能になっている。この調圧弁36は、電磁弁で構成されていて、エンジン制御器100により作動制御される。すなわち、エンジン制御器100が弁制御信号を出力すると、調圧弁36は、上記電気回路35とは別の不図示の電気回路を介して、その弁制御信号の電圧に応じた開度になるように作動する。この調圧弁36の開度に応じて、上記燃料圧力が決まる。したがって、調圧弁36は、高圧燃料ポンプ37からインジェクタ33に供給される燃料圧力を調整する燃圧調整手段を構成することになる。   A predetermined fuel pressure stored in the common rail (that is, a fuel pressure supplied from the high-pressure fuel pump 37 to the injector 33) can be adjusted by a pressure regulating valve 36 provided in the high-pressure fuel pump 37. The pressure regulating valve 36 is constituted by an electromagnetic valve, and the operation is controlled by the engine controller 100. That is, when the engine controller 100 outputs a valve control signal, the pressure regulating valve 36 has an opening corresponding to the voltage of the valve control signal via an electric circuit (not shown) different from the electric circuit 35. Operates on. The fuel pressure is determined according to the opening of the pressure regulating valve 36. Therefore, the pressure regulating valve 36 constitutes a fuel pressure adjusting means for adjusting the fuel pressure supplied from the high pressure fuel pump 37 to the injector 33.

ここで、エンジン1の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む燃料(液体燃料)であれば、どのような燃料であってもよい。   Here, the fuel of the engine 1 is gasoline in the present embodiment, but may be gasoline containing bioethanol or the like, and any fuel as long as it is a fuel (liquid fuel) containing at least gasoline. Also good.

エンジン制御器100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(CPU)と、例えばRAMやROMにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力(I/O)バスと、を備えている。   The engine controller 100 is a controller based on a well-known microcomputer, and includes a central processing unit (CPU) that executes a program, a memory that is configured by, for example, RAM and ROM, and stores a program and data, And an input / output (I / O) bus for inputting and outputting signals.

エンジン制御器100は、少なくとも、エアフローセンサ71からの吸気流量に関する信号、クランク角センサ72からのクランク角パルス信号、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ73からのアクセル開度信号、及び、車速センサ74からの車速信号をそれぞれ受ける。エンジン制御器100は、これらの入力信号に基づいて、例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等といった、エンジン1の制御パラメーターを計算する。そして、エンジン制御器100は、それらの信号を、スロットル弁20(スロットル弁20を動かすスロットルアクチュエータ)、燃料供給システム34(電気回路35及び調圧弁36)、点火システム32、VVT23等に出力する。   The engine controller 100 includes at least a signal related to the intake air flow from the air flow sensor 71, a crank angle pulse signal from the crank angle sensor 72, an accelerator opening signal from the accelerator opening sensor 73 that detects the amount of depression of the accelerator pedal, And the vehicle speed signal from the vehicle speed sensor 74 is received, respectively. Based on these input signals, the engine controller 100 calculates control parameters of the engine 1 such as a desired throttle opening signal, a fuel injection pulse, an ignition signal, a valve phase angle signal, and the like. Then, the engine controller 100 outputs these signals to the throttle valve 20 (throttle actuator that moves the throttle valve 20), the fuel supply system 34 (the electric circuit 35 and the pressure regulating valve 36), the ignition system 32, the VVT 23, and the like.

このエンジン1の幾何学的圧縮比εは、18以上40以下とされている。この幾何学的圧縮比εは、特に25以上35以下が好ましい。本実施形態では、エンジン1は圧縮比=膨張比となる構成から、高圧縮比と同時に、比較的高い膨張比を有するエンジン1でもある。尚、圧縮比≦膨張比となる構成(例えばアトキンソンサイクルや、ミラーサイクル)を採用してもよい。   The geometric compression ratio ε of the engine 1 is 18 or more and 40 or less. The geometric compression ratio ε is particularly preferably 25 or more and 35 or less. In the present embodiment, the engine 1 is also an engine 1 having a relatively high expansion ratio as well as a high compression ratio, because the compression ratio = expansion ratio. In addition, you may employ | adopt the structure (for example, Atkinson cycle and a mirror cycle) used as compression ratio <= expansion ratio.

燃焼室17は、図1に示すように、シリンダ11の壁面と、ピストン15の冠面と、シリンダヘッド13の下面(天井面)と、吸気弁21及び排気弁22それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されている。そして、冷却損失を低減するべく、これらの各面に、断熱層61,62,63,64,65が設けられることによって、燃焼室17が断熱化されている。尚、以下において、これらの断熱層61〜65を総称する場合は、断熱層に符号「6」を付す場合がある。断熱層6は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、これらの区画面の一部に設けてもよい。また、図例では、シリンダ壁面の断熱層61は、ピストン15が上死点に位置した状態で、そのピストンリング14よりも上側の位置に設けられており、これにより断熱層61上をピストンリング14が摺動しない構成としている。但し、シリンダ壁面の断熱層61はこの構成に限らず、断熱層61を下向きに延長することによって、ピストン15のストロークの全域、又は、その一部に断熱層61を設けてもよい。また、燃焼室17を直接区画する壁面ではないが、吸気ポート18や排気ポート19における、燃焼室17の天井面側の開口近傍のポート壁面に断熱層を設けてもよい。尚、図1に図示する各断熱層61〜65の厚みは実際の厚みを示すものではなく単なる例示であると共に、各面における断熱層の厚みの大小関係を示すものでもない。   As shown in FIG. 1, the combustion chamber 17 includes a wall surface of the cylinder 11, a crown surface of the piston 15, a lower surface (ceiling surface) of the cylinder head 13, and a valve head surface of each of the intake valve 21 and the exhaust valve 22. , Are partitioned. And in order to reduce a cooling loss, the combustion chamber 17 is thermally insulated by providing the heat insulation layers 61, 62, 63, 64, and 65 on each of these surfaces. In addition, below, when these heat insulation layers 61-65 are named generically, a code | symbol "6" may be attached | subjected to a heat insulation layer. The heat insulation layer 6 may be provided on all of these section screens, or may be provided on a part of these section screens. Further, in the illustrated example, the heat insulating layer 61 on the cylinder wall surface is provided at a position above the piston ring 14 in a state where the piston 15 is located at the top dead center. 14 is configured not to slide. However, the heat insulating layer 61 on the cylinder wall surface is not limited to this configuration, and the heat insulating layer 61 may be provided over the entire stroke or a part of the stroke of the piston 15 by extending the heat insulating layer 61 downward. Further, a heat insulating layer may be provided on the port wall surface near the opening on the ceiling surface side of the combustion chamber 17 in the intake port 18 and the exhaust port 19, although it is not the wall surface that directly partitions the combustion chamber 17. In addition, the thickness of each heat insulation layer 61-65 illustrated in FIG. 1 does not show actual thickness, but is only an illustration, and does not show the magnitude relationship of the thickness of the heat insulation layer in each surface.

燃焼室17の断熱構造について、さらに詳細に説明する。燃焼室17の断熱構造は、上述の如く、燃焼室17を区画する各区画面に設けた断熱層61〜65によって構成されるが、これらの断熱層61〜65は、燃焼室17内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室17を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。ここで、シリンダ11の壁面に設けた断熱層61については、シリンダブロック12が母材であり、ピストン15の冠面に設けた断熱層62についてはピストン15が母材であり、シリンダヘッド13の天井面に設けた断熱層63については、シリンダヘッド13が母材であり、吸気弁21及び排気弁22それぞれのバルブヘッド面に設けた断熱層64,65については、吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ母材である。したがって、母材の材質は、シリンダブロック12、シリンダヘッド13及びピストン15については、アルミニウム合金や鋳鉄となり、吸気弁21及び排気弁22については、耐熱鋼や鋳鉄等となる。   The heat insulation structure of the combustion chamber 17 will be described in more detail. As described above, the heat insulating structure of the combustion chamber 17 is constituted by the heat insulating layers 61 to 65 provided on the respective screens that define the combustion chamber 17, and these heat insulating layers 61 to 65 are the combustion gas in the combustion chamber 17. Therefore, the heat conductivity is set to be lower than that of the metal base material constituting the combustion chamber 17. Here, for the heat insulating layer 61 provided on the wall surface of the cylinder 11, the cylinder block 12 is the base material, and for the heat insulating layer 62 provided on the crown surface of the piston 15, the piston 15 is the base material. For the heat insulating layer 63 provided on the ceiling surface, the cylinder head 13 is a base material, and for the heat insulating layers 64 and 65 provided on the valve head surfaces of the intake valve 21 and the exhaust valve 22, respectively, the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are provided. Are the base materials. Accordingly, the base material is aluminum alloy or cast iron for the cylinder block 12, cylinder head 13 and piston 15, and heat-resistant steel or cast iron for the intake valve 21 and exhaust valve 22.

また、断熱層6は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、燃焼室17内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動するが、燃焼室17の断熱構造を有しない従来のエンジンは、シリンダヘッドやシリンダブロック内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、燃焼室17を区画する面の温度は、燃焼サイクルの進行にかかわらず、概略一定に維持される。   In addition, the heat insulating layer 6 preferably has a volumetric specific heat smaller than that of the base material in order to reduce cooling loss. That is, the gas temperature in the combustion chamber 17 varies with the progress of the combustion cycle, but in a conventional engine that does not have the heat insulation structure of the combustion chamber 17, the cooling water flows in a water jacket formed in the cylinder head or cylinder block. Thus, the temperature of the surface defining the combustion chamber 17 is maintained substantially constant regardless of the progress of the combustion cycle.

一方で、冷却損失は、冷却損失=熱伝達率×伝熱面積×(ガス温度−区画面の温度)によって決定されることから、ガス温度と壁面の温度との差温が大きくなればなるほど冷却損失は大きくなってしまう。冷却損失を抑制するためには、ガス温度と区画面の温度との差温は小さくすることが望ましいが、冷却水によって燃焼室17の区画面の温度を概略一定に維持した場合、ガス温度の変動に伴い差温が大きくなることは避けられない。そこで、断熱層6の熱容量を小さくして、燃焼室17の区画面の温度が、燃焼室17内のガス温度の変動に追従して変化するようにすることが好ましい。   On the other hand, since the cooling loss is determined by cooling loss = heat transfer coefficient × heat transfer area × (gas temperature−temperature of the section screen), the cooling temperature increases as the temperature difference between the gas temperature and the wall surface temperature increases. The loss will increase. In order to suppress the cooling loss, it is desirable to reduce the difference between the gas temperature and the temperature of the section screen. However, when the temperature of the section screen of the combustion chamber 17 is maintained substantially constant by cooling water, It is unavoidable that the temperature difference increases with fluctuation. Therefore, it is preferable to reduce the heat capacity of the heat insulating layer 6 so that the temperature of the section screen of the combustion chamber 17 changes following the fluctuation of the gas temperature in the combustion chamber 17.

上記断熱層6は、例えば、母材上にZrO等のセラミック材料をプラズマ溶射によってコーティングして形成すればよい。このセラミック材料の中には、多数の気孔を含んでいてもよい。このようにすれば、断熱層6の熱伝導率及び容積比熱をより低くすることができる。 The heat insulating layer 6 may be formed, for example, by coating a ceramic material such as ZrO 2 on the base material by plasma spraying. The ceramic material may contain a number of pores. If it does in this way, the thermal conductivity and volume specific heat of the heat insulation layer 6 can be made lower.

また、本実施形態では、図1に示すように、熱伝導率が非常に低くて断熱性に優れかつ耐熱性にも優れたチタン酸アルミニウム製のポートライナ181を、シリンダヘッド13に一体的に鋳ぐるむことによって、吸気ポート18に断熱層を設けている。この構成は、新気が吸気ポート18を通過するときに、シリンダヘッド13から受熱して温度が上がることを抑制乃至回避し得る。これによってシリンダ11内に導入する新気の温度(初期のガス温度)が低くなるため、燃焼時のガス温度が低下し、ガス温度と燃焼室17の区画面との差温を小さくする上で有利になる。燃焼時のガス温度を低下させることは熱伝達率を低くし得るから、そのことによる冷却損失の低減にも有利になる。尚、吸気ポート18に設ける断熱層の構成は、ポートライナ181の鋳ぐるみに限定されない。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a port liner 181 made of aluminum titanate having an extremely low thermal conductivity, excellent heat insulation, and excellent heat resistance is integrated with the cylinder head 13. A heat insulating layer is provided in the intake port 18 by casting. With this configuration, when fresh air passes through the intake port 18, it is possible to suppress or avoid an increase in temperature due to heat received from the cylinder head 13. As a result, the temperature of the fresh air introduced into the cylinder 11 (initial gas temperature) is lowered, so that the gas temperature at the time of combustion is lowered and the temperature difference between the gas temperature and the section screen of the combustion chamber 17 is reduced. Become advantageous. Lowering the gas temperature at the time of combustion can lower the heat transfer rate, which is advantageous for reducing the cooling loss. In addition, the structure of the heat insulation layer provided in the intake port 18 is not limited to the casting of the port liner 181.

本実施形態では、上記の燃焼室17及び吸気ポート18の断熱構造に加えて、気筒内(燃焼室17内)においてガス層による断熱層を形成することで、冷却損失を大幅に低減するようにしている。   In the present embodiment, in addition to the heat insulation structure of the combustion chamber 17 and the intake port 18 described above, a heat insulation layer is formed by a gas layer in the cylinder (inside the combustion chamber 17), thereby greatly reducing the cooling loss. ing.

具体的には、エンジン制御器100は、エンジン1の気筒内(燃焼室17内)の外周部に新気を含むガス層が形成されかつ中心部に混合気層が形成されるように、圧縮行程においてインジェクタ11のノズル口41から気筒内に燃料を噴射させるべく、燃料供給システム34の電気回路35に噴射信号を出力するとともに、調圧弁36に弁制御信号を出力する。すなわち、圧縮行程においてインジェクタ33により気筒内に燃料を噴射させかつその燃料噴霧のペネトレーションを、燃料噴霧が気筒内の外周部(ガス層)まで届かないような大きさ(長さ)に抑えることで、気筒内の中心部に混合気層が形成されかつその周囲に新気を含むガス層が形成されるという、成層化が実現する。このガス層は、新気のみであってもよく、新気に加えて、既燃ガス(EGRガス)を含んでいてもよい。尚、ガス層に少量の燃料が混じっても問題はなく、ガス層が断熱層の役割を果たせるように混合気層よりも燃料リーンであればよい。   Specifically, the engine controller 100 performs compression so that a gas layer containing fresh air is formed at the outer peripheral portion of the cylinder (in the combustion chamber 17) of the engine 1 and an air-fuel mixture layer is formed at the center. In the stroke, in order to inject fuel into the cylinder from the nozzle port 41 of the injector 11, an injection signal is output to the electric circuit 35 of the fuel supply system 34 and a valve control signal is output to the pressure regulating valve 36. That is, fuel is injected into the cylinder by the injector 33 in the compression stroke, and the penetration of the fuel spray is suppressed to such a size (length) that the fuel spray does not reach the outer periphery (gas layer) in the cylinder. Thus, stratification is realized in which an air-fuel mixture layer is formed at the center of the cylinder and a gas layer containing fresh air is formed around the air-fuel mixture layer. This gas layer may be only fresh air, and may contain burned gas (EGR gas) in addition to fresh air. It should be noted that there is no problem even if a small amount of fuel is mixed in the gas layer, and the fuel layer may be leaner than the gas mixture layer so that the gas layer can serve as a heat insulating layer.

インジェクタ33による燃料噴射時期は、圧縮行程の中でも、後期(特に、圧縮行程を、前期、中期及び後期と約3等分した場合の後期)が好ましい。これにより、点火までの時間が短くなって、混合気層の燃料がその外周部のガス層と混じり難くなり、燃焼時においてガス層を確保することができる。   The fuel injection timing by the injector 33 is preferably in the latter part of the compression stroke (particularly, the latter half when the compression stroke is divided into about three equal parts from the previous period, the middle period, and the latter period). This shortens the time until ignition, makes it difficult for the fuel in the air-fuel mixture to mix with the gas layer on the outer periphery thereof, and ensures the gas layer during combustion.

特に、エンジン負荷が所定値よりも高い高負荷領域にあるときにおいては、燃料の燃焼開始が圧縮上死点以降となるように、圧縮上死点付近でノズル口41から気筒内に燃料を噴射させるようにすることが好ましい。これにより、エンジン1のモータリング時におけるクランク角変化に対する気筒内の圧力変化である圧力上昇率が負の最大値となるクランク角時点(通常、圧縮上死点後4°〜15°CA)乃至その近傍で、燃料を燃焼させるようにすることができ、この結果、エンジン負荷が高くても、振動騒音(NVH)レベルを低減することができる。   In particular, when the engine load is in a high load region higher than a predetermined value, fuel is injected into the cylinder from the nozzle port 41 near the compression top dead center so that the start of fuel combustion is after the compression top dead center. It is preferable to do so. As a result, the crank angle point (usually 4 ° to 15 ° CA after compression top dead center) at which the pressure increase rate, which is the pressure change in the cylinder with respect to the crank angle change during motoring of the engine 1, becomes a negative maximum value or more. In the vicinity thereof, the fuel can be burned, and as a result, the vibration noise (NVH) level can be reduced even when the engine load is high.

上記のようにガス層と混合気層とが形成された状態で点火プラグ31による点火を行えば、混合気層とシリンダ11の壁面との間のガス層により、混合気層の火炎がシリンダ11の壁面に接触することがなく、そのガス層が断熱層となって、シリンダ11の壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。この結果、冷却損失を大幅に低減することができる。   When ignition is performed by the spark plug 31 in a state where the gas layer and the air-fuel mixture layer are formed as described above, the gas mixture between the air-fuel mixture layer and the wall surface of the cylinder 11 causes the flame of the air-fuel mixture layer to be in the cylinder 11. The gas layer becomes a heat insulating layer without coming into contact with the wall surface of the cylinder 11, and the release of heat from the wall surface of the cylinder 11 can be suppressed. As a result, the cooling loss can be greatly reduced.

尚、冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて図示熱効率の向上にはあまり寄与しないところ、このエンジン1では、高圧縮比化に伴う高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギを、機械仕事に効率よく変換している。すなわち、エンジン1は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、図示熱効率を大幅に向上させているということができる。   It should be noted that if the cooling loss is simply reduced, the reduced cooling loss is converted into exhaust loss and does not contribute much to the improvement in the illustrated thermal efficiency. The energy of the combustion gas corresponding to the reduced cooling loss is efficiently converted into mechanical work. That is, it can be said that the illustrated thermal efficiency is greatly improved in the engine 1 by adopting a configuration that reduces both the cooling loss and the exhaust loss.

ここで、エンジンの運転状態(特に燃料噴射時の気筒内圧力)が変化すると、燃料噴霧のペネトレーションが変化して、燃料噴霧が気筒内の外周部まで届くような大きさになる場合が生じる。このため、エンジンの運転状態に応じて、燃料噴霧のペネトレーションを、燃料噴霧が気筒内の外周部まで届かないような所定の大きさ(長さ)に調整する必要がある。   Here, when the engine operating state (in particular, the cylinder pressure during fuel injection) changes, the fuel spray penetration changes, and the fuel spray may reach a size that reaches the outer periphery of the cylinder. For this reason, it is necessary to adjust the fuel spray penetration to a predetermined size (length) so that the fuel spray does not reach the outer periphery of the cylinder in accordance with the operating state of the engine.

上記ペネトレーションの調整は、エンジン制御器100がインジェクタ33(外開弁42)及び調圧弁36の作動を制御して、外開弁42のリフト量及び調圧弁36による燃料圧力でもって行う。このことで、エンジン制御器100は、本発明の噴射制御手段を構成することになる。   The adjustment of the penetration is performed by the engine controller 100 by controlling the operation of the injector 33 (outer opening valve 42) and the pressure regulating valve 36, and by the lift amount of the outer opening valve 42 and the fuel pressure by the pressure regulating valve 36. Thus, the engine controller 100 constitutes the injection control means of the present invention.

エンジン制御器100は、図3に示すように、エンジン負荷が所定値以下である低負荷領域(図3のリフト量制御領域)にあるときにおいては、エンジン1の運転状態に応じて、ピエゾ素子44により外開弁42のリフト量を変更する(リフト量制御を行う)ことによって、上記燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整する一方、エンジン負荷が上記所定値よりも高い高負荷領域(図3の燃圧制御領域)にあるときにおいては、エンジン1の運転状態に応じて、調圧弁36により燃料圧力を変更する(燃圧制御を行う)ことによって、上記燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整する。尚、図3では、上記2つの領域を切り分ける上記所定値は、エンジン回転数が大きくなるに連れて大きくなっているが、これには限られず、例えば、エンジン回転数に関係なく一定の値であってもよい。   As shown in FIG. 3, when the engine load is in a low load region (lift amount control region in FIG. 3) where the engine load is equal to or less than a predetermined value, the engine controller 100 corresponds to the piezo element according to the operating state of the engine 1. The fuel spray penetration is adjusted to the predetermined size by changing the lift amount of the outer opening valve 42 by 44 (lift amount control is performed), while the engine load is higher than the predetermined value. When in the fuel pressure control region of FIG. 3, the fuel spray penetration is controlled by changing the fuel pressure by the pressure regulating valve 36 (performing fuel pressure control) according to the operating state of the engine 1. Adjust to size. In FIG. 3, the predetermined value for separating the two regions increases as the engine speed increases, but is not limited to this. For example, the predetermined value is a constant value regardless of the engine speed. There may be.

エンジン負荷が上記低負荷領域にあるときには、燃料圧力を、エンジン負荷に対する高圧燃料ポンプ37による機械抵抗の占める割合が出来る限り小さくなるような一定値に設定しておく。また、エンジン負荷が上記高負荷領域にあるときには、外開弁42のリフト量を、噴射された燃料全体が正常に燃焼するような一定値に設定しておく。   When the engine load is in the low load region, the fuel pressure is set to a constant value so that the ratio of the mechanical resistance by the high-pressure fuel pump 37 to the engine load is as small as possible. When the engine load is in the high load region, the lift amount of the outer opening valve 42 is set to a constant value so that the entire injected fuel burns normally.

すなわち、エンジン負荷が上記低負荷領域にあるときにおいては、リフト量が基本的に小さくて噴射量が少なくかつ燃料噴霧の粒径が小さく、これにより、噴射された燃料全体が正常に燃焼する。この結果、エンジン1の運転状態に応じて、外開弁のリフト量を変更することによって、燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整することで、リフト量が大きい場合のようにエミッションが悪化するようなことはない。ここで、エンジン負荷が上記低負荷領域にあるときに、燃料圧力の変更によりペネトレーションを調整しようとすると、エンジン負荷に対する高圧燃料ポンプ37による機械抵抗の占める割合が大きくなって、燃費が悪化する場合が生じる。しかし、本実施形態では、燃料圧力は、エンジン負荷に対する高圧燃料ポンプ37による機械抵抗の占める割合が出来る限り小さくなるような一定値に設定するので、燃費の悪化を抑制することができる。   That is, when the engine load is in the low load region, the lift amount is basically small, the injection amount is small, and the particle size of the fuel spray is small, whereby the entire injected fuel burns normally. As a result, by changing the lift amount of the outer valve according to the operating state of the engine 1, the fuel spray penetration is adjusted to the predetermined size, so that the emission is as if the lift amount is large. There will be no deterioration. Here, when the engine load is in the low load region and the adjustment of the penetration is made by changing the fuel pressure, the ratio of the mechanical resistance by the high-pressure fuel pump 37 to the engine load increases and the fuel consumption deteriorates. Occurs. However, in this embodiment, the fuel pressure is set to a constant value such that the ratio of the mechanical resistance by the high-pressure fuel pump 37 to the engine load is as small as possible, so that deterioration of fuel consumption can be suppressed.

一方、エンジン負荷が上記高負荷領域にあるときにおいては、燃料圧力を変更しても、エンジン負荷に対する高圧燃料ポンプ37による機械抵抗の占める割合は基本的に小さくて、その機械抵抗の感度が小さく、燃費への影響は殆どない。この結果、エンジン1の運転状態に応じて、燃料圧力を変更することによって、燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整することで、燃費の悪化を抑制することができる。ここで、エンジン負荷が上記高負荷領域にあるときに、外開弁のリフト量の変更によりペネトレーションを調整しようとすると、リフト量が基本的に大きくて噴射量が多くかつ燃料噴霧の粒径が大きくなるので、噴射された燃料の一部が燃えずに煤が発生したり炭化したりして、エミッションが悪化する場合が生じる。しかし、本実施形態では、外開弁42のリフト量を、噴射された燃料全体が正常に燃焼するような一定値に設定するので、エミッションの悪化を抑制することができる。   On the other hand, when the engine load is in the high load region, even if the fuel pressure is changed, the ratio of the mechanical resistance by the high-pressure fuel pump 37 to the engine load is basically small, and the sensitivity of the mechanical resistance is small. There is almost no impact on fuel consumption. As a result, by changing the fuel pressure according to the operating state of the engine 1 and adjusting the fuel spray penetration to the predetermined magnitude, deterioration of fuel consumption can be suppressed. Here, when the engine load is in the above-described high load region, if an attempt is made to adjust the penetration by changing the lift amount of the outer valve, the lift amount is basically large, the injection amount is large, and the particle size of the fuel spray is large. Since it becomes large, a part of the injected fuel does not burn, but soot is generated or carbonized, and the emission may be deteriorated. However, in the present embodiment, the lift amount of the outer opening valve 42 is set to a constant value so that the entire injected fuel burns normally, so that deterioration of emissions can be suppressed.

上記低負荷領域(リフト量制御領域)では、気筒内(燃焼室17内)全体の空気過剰率λが2以上、又は、気筒内におけるガス(新気、EGRガス)の燃料に対する重量比G/Fが30以上に設定される。これにより、低負荷領域において、断熱層による断熱化を図って図示熱効率を向上させながら、RawNOxを低減することができる。RawNOx低減の観点からは、上記空気過剰率λ≧2.5がより一層好ましい。また、上記空気過剰率λ=8で図示熱効率がピークになることから、上記空気過剰率λの範囲としては、2≦λ≦8(より好ましくは2.5≦λ≦8)が好ましい。尚、混合気のリーン化は、スロットル弁20を開き側に設定することになるから、ガス交換損失(ポンピングロス)の低減による図示熱効率の向上にも寄与し得る。   In the low load region (lift amount control region), the excess air ratio λ in the entire cylinder (in the combustion chamber 17) is 2 or more, or the weight ratio G / of the gas (fresh air, EGR gas) in the cylinder to the fuel. F is set to 30 or more. Thereby, in the low load region, RawNOx can be reduced while achieving thermal insulation by the heat insulation layer and improving the illustrated thermal efficiency. From the viewpoint of reducing RawNOx, the excess air ratio λ ≧ 2.5 is more preferable. In addition, since the illustrated thermal efficiency reaches a peak when the excess air ratio λ = 8, the range of the excess air ratio λ is preferably 2 ≦ λ ≦ 8 (more preferably 2.5 ≦ λ ≦ 8). Note that the lean air-fuel mixture sets the throttle valve 20 on the open side, which can contribute to the improvement of the indicated thermal efficiency by reducing the gas exchange loss (pumping loss).

一方、上記高負荷領域(燃圧制御領域)では、トルク優先により、気筒内全体の空気過剰率λ=1に設定される(混合気層では、空気過剰率λ<1となる)。尚、本実施形態では、上記空気過剰率λがλ≧2以上となる領域及びλ=1となる領域が、それぞれリフト量制御領域及び燃圧制御領域と一致しているが、λ≧2以上となる領域とλ=1となる領域とを切り分ける所定値が、リフト量制御領域と燃圧制御領域とを切り分ける所定値と異なっていてもよい。   On the other hand, in the high load region (fuel pressure control region), the air excess ratio λ = 1 in the entire cylinder is set with priority on torque (in the air-fuel mixture layer, the air excess ratio λ <1). In this embodiment, the region where the excess air ratio λ is λ ≧ 2 and the region where λ = 1 coincide with the lift amount control region and the fuel pressure control region, respectively, but λ ≧ 2 or more. The predetermined value that separates the region that becomes and the region that satisfies λ = 1 may be different from the predetermined value that separates the lift amount control region and the fuel pressure control region.

図4は、気筒内圧力が9MPa(幾何学的圧縮比εが30であるときの圧縮上死点での圧力に相当)であるときの、外開弁42のリフト量に応じた燃料噴霧のペネトレーション(ノズル口41からの燃料噴霧の到達距離)の変化を示す。燃料圧力は10MPaと一定値に設定してある。気筒内圧力が低くなると、ペネトレーションがどのリフト量でも大きくなる。その気筒内圧力でのリフト量に応じた燃料噴霧のペネトレーションを予め求めておき、上記低負荷領域におけるエンジン運転状態から推定される気筒内圧力で、ペネトレーションがL(燃料噴霧が気筒内の外周部に到達する大きさ)を超えないようにリフト量を変更する。   FIG. 4 shows fuel spraying according to the lift amount of the outer valve 42 when the cylinder pressure is 9 MPa (corresponding to the pressure at the compression top dead center when the geometric compression ratio ε is 30). The change of penetration (the reach of fuel spray from the nozzle port 41) is shown. The fuel pressure is set to a constant value of 10 MPa. As the cylinder pressure decreases, the penetration increases at any lift. The fuel spray penetration is determined in advance according to the lift amount at the in-cylinder pressure, and the penetration is L (fuel spray is at the outer periphery of the cylinder in the cylinder pressure estimated from the engine operating state in the low load region). Change the lift amount so that it does not exceed (the size to reach).

図5は、気筒内圧力が9MPaであるときの、燃料圧力に応じた燃料噴霧のペネトレーションの変化を示す。リフト量は一定値に設定してある。図4と同様に、気筒内圧力が低くなると、ペネトレーションがどの燃料圧力でも大きくなる。その気筒内圧力での燃料圧力に応じた燃料噴霧のペネトレーションを予め求めておき、上記高負荷領域におけるエンジン運転状態から推定される気筒内圧力で、ペネトレーションがLを超えないように燃料圧力を変更する。   FIG. 5 shows changes in the fuel spray penetration according to the fuel pressure when the cylinder pressure is 9 MPa. The lift amount is set to a constant value. As in FIG. 4, as the cylinder pressure decreases, the penetration increases at any fuel pressure. The fuel spray penetration corresponding to the fuel pressure at the cylinder pressure is obtained in advance, and the fuel pressure is changed so that the penetration does not exceed L at the cylinder pressure estimated from the engine operating state in the high load region. To do.

したがって、本実施形態では、エンジン負荷が所定値以下である低負荷領域にあるときにおいては、エンジン1の運転状態に応じて、ピエゾ素子44により外開弁42のリフト量を変更することによって、燃料噴霧のペネトレーションを所定の大きさに調整する一方、エンジン負荷が上記所定値よりも高い高負荷領域にあるときにおいては、エンジン1の運転状態に応じて、調圧弁36により燃料圧力を変更することによって、燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整するようにしたので、燃費の悪化やエミッションの悪化を抑制しながら、エンジンの運転状態に応じて燃料噴霧のペネトレーションを調整することが可能になる。   Therefore, in the present embodiment, when the engine load is in a low load region where the engine load is equal to or less than a predetermined value, the lift amount of the outer valve 42 is changed by the piezo element 44 according to the operating state of the engine 1. While adjusting the fuel spray penetration to a predetermined magnitude, the fuel pressure is changed by the pressure regulating valve 36 in accordance with the operating state of the engine 1 when the engine load is in a high load region higher than the predetermined value. As a result, the fuel spray penetration is adjusted to the above predetermined size, so that the fuel spray penetration can be adjusted according to the operating state of the engine while suppressing deterioration of fuel consumption and emission. become.

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be substituted without departing from the spirit of the claims.

例えば、上記実施形態では、燃焼室17及び吸気ポート18の断熱構造に加えて、気筒内(燃焼室17内)にガス層による断熱層を形成するようにしたが、燃焼室17及び吸気ポート18の断熱構造を採用しないエンジンにも本発明を適用することができる。   For example, in the above embodiment, in addition to the heat insulating structure of the combustion chamber 17 and the intake port 18, a heat insulating layer is formed by a gas layer in the cylinder (inside the combustion chamber 17). The present invention can also be applied to an engine that does not employ this heat insulating structure.

また、上記実施形態では、インジェクタ33が、外開弁42をピエゾ素子44により駆動するピエゾ型の外開弁式インジェクタであるとしたが、ノズル口41から気筒内に燃料を噴射させる外開弁駆動手段としては、ピエゾ素子44には限られない。   In the above-described embodiment, the injector 33 is a piezo-type outer valve-opening injector that drives the outer valve 42 by the piezo element 44. However, the outer valve that injects fuel from the nozzle port 41 into the cylinder. The driving means is not limited to the piezo element 44.

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。   The above-described embodiments are merely examples, and the scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

本発明は、外開弁式のインジェクタを備えた火花点火式直噴エンジンに有用であり、特に幾何学的圧縮比を高くしつつ冷却損失を低減する場合に有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a spark ignition direct injection engine having an outer valve-opening injector, and particularly useful for reducing a cooling loss while increasing a geometric compression ratio.

1 火花点火式直噴エンジン
11 シリンダ(気筒)
33 インジェクタ
36 調圧弁(燃圧調整手段)
37 高圧燃料ポンプ
41 ノズル口
42 外開弁
44 ピエゾ素子(外開弁駆動手段)
100 エンジン制御器(噴射制御手段)
1 Spark ignition direct injection engine 11 Cylinder
33 Injector 36 Pressure regulating valve (fuel pressure adjusting means)
37 High-pressure fuel pump 41 Nozzle port 42 Open valve 44 Piezo element (external valve drive means)
100 Engine controller (injection control means)

Claims (4)

気筒内に燃料を噴射するノズル口を開閉する外開弁と、該外開弁を該ノズル口を閉じた状態からリフトさせてノズル口を開放することで、ノズル口から気筒内に燃料を噴射させる外開弁駆動手段とを有し、上記外開弁の、上記ノズル口を閉じた状態からのリフト量が大きいほど、上記ノズル口から気筒内に噴射される燃料噴霧のペネトレーションが大きくなるよう構成されたインジェクタを備えた火花点火式直噴エンジンであって、
上記エンジンの回転部材を介して駆動され、該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、
上記燃料ポンプから上記インジェクタに供給される燃料圧力を調整する燃圧調整手段と、
上記外開弁駆動手段及び上記燃圧調整手段の作動を制御して、上記エンジンの気筒内の外周部に新気を含むガス層が形成されかつ中心部に混合気層が形成されるように、圧縮行程において上記ノズル口から気筒内に燃料を噴射させかつ該噴射された燃料噴霧のペネトレーションを所定の大きさに調整する噴射制御手段とを更に備え、
上記噴射制御手段は、エンジン負荷が所定値以下である低負荷領域にあるときにおいては、上記燃料圧力を一定値に設定するとともに、上記エンジンの運転状態に応じて、上記外開弁駆動手段により上記リフト量を変更することによって、上記燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整する一方、エンジン負荷が上記所定値よりも高い高負荷領域にあるときにおいては、上記リフト量を一定値に設定するとともに、上記エンジンの運転状態に応じて、上記燃圧調整手段により燃料圧力を変更することによって、上記燃料噴霧のペネトレーションを上記所定の大きさに調整するよう構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
An external opening valve that opens and closes a nozzle port that injects fuel into the cylinder, and the external opening valve is lifted from a state in which the nozzle port is closed to open the nozzle port, thereby injecting fuel from the nozzle port into the cylinder. The outer valve opening drive means, and the greater the lift amount of the outer valve from the state in which the nozzle port is closed, the greater the penetration of fuel spray injected from the nozzle port into the cylinder. A spark ignition direct injection engine having a configured injector,
A fuel pump that is driven through the rotating member of the engine and supplies fuel to the injector;
Fuel pressure adjusting means for adjusting the fuel pressure supplied from the fuel pump to the injector;
By controlling the operation of the outer valve drive means and the fuel pressure adjusting means, a gas layer containing fresh air is formed at the outer peripheral portion in the cylinder of the engine, and an air-fuel mixture layer is formed at the center. Injection control means for injecting fuel into the cylinder from the nozzle opening in the compression stroke and adjusting the penetration of the injected fuel spray to a predetermined magnitude;
When the engine load is in a low load region where the engine load is a predetermined value or less, the injection control means sets the fuel pressure to a constant value, and according to the operating state of the engine, the outer valve opening drive means By changing the lift amount, the fuel spray penetration is adjusted to the predetermined magnitude, while the lift amount is set to a constant value when the engine load is in a high load region higher than the predetermined value. and sets, in accordance with the operating condition of the engine by changing the fuel pressure by the fuel pressure adjusting means, characterized in that the penetration of the fuel spray is configured to adjust to the predetermined size Spark ignition direct injection engine.
請求項1記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
上記エンジンの幾何学的圧縮比が18以上40以下であり、
上記噴射制御手段は、圧縮行程後期において上記ノズル口から気筒内に燃料を噴射させるよう構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
The spark ignition direct injection engine according to claim 1,
The geometric compression ratio of the engine is 18 or more and 40 or less,
The spark ignition type direct injection engine, wherein the injection control means is configured to inject fuel into the cylinder from the nozzle opening in the latter half of the compression stroke.
請求項1記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
上記エンジンの幾何学的圧縮比が18以上40以下であり、
上記噴射制御手段は、エンジン負荷が上記高負荷領域にあるときにおいて、燃料の燃焼開始が圧縮上死点以降となるように、圧縮上死点付近で上記ノズル口から気筒内に燃料を噴射させるよう構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
The spark ignition direct injection engine according to claim 1,
The geometric compression ratio of the engine is 18 or more and 40 or less,
The injection control means injects fuel into the cylinder from the nozzle opening in the vicinity of the compression top dead center so that the start of fuel combustion is after the compression top dead center when the engine load is in the high load region. A spark ignition direct injection engine characterized by being configured as described above.
請求項1〜3のいずれか1つに記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
エンジン負荷が上記低負荷領域にあるときには、気筒内全体の空気過剰率λが2以上、又は、気筒内におけるガスの燃料に対する重量比G/Fが30以上に設定されることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
In the spark ignition direct injection engine according to any one of claims 1 to 3,
When the engine load is in the low load region, the excess air ratio λ in the entire cylinder is set to 2 or more, or the weight ratio G / F of gas to fuel in the cylinder is set to 30 or more. Ignition direct injection engine.
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