JP6148155B2 - Control system for compression ignition internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮着火式内燃機関の制御システムに関する。   The present invention relates to a control system for a compression ignition type internal combustion engine.

ディーゼルエンジン等の圧縮着火式内燃機関においては、圧縮された気筒内の空気に、気筒の中心部付近に設けられた燃料噴射弁から直接燃料が噴射される。従来、内燃機関の出力の向上や、不完全燃焼によるスモーク(煤)の排出の抑制のために、ピストン頭頂部に形成されたキャビティ(燃焼室)内で発生するスワールを用いて、噴射された燃料噴霧を効果的に拡散させる技術が知られている。   In a compression ignition type internal combustion engine such as a diesel engine, fuel is directly injected into compressed air in a cylinder from a fuel injection valve provided near the center of the cylinder. In order to improve the output of an internal combustion engine and to suppress smoke (soot) emission due to incomplete combustion, conventionally, it was injected using a swirl generated in a cavity (combustion chamber) formed at the top of the piston Techniques for effectively diffusing fuel spray are known.

ここで、例えば、特許文献1には、燃料噴射弁の各噴孔から噴射された、スワール流れ方向で隣り合う噴霧同士の間隔を、スモークの発生を抑制できる所定範囲内に調整する技術が提案されている。当該技術においては、噴射された噴霧がキャビティの壁面に衝突するまでの時間である壁面衝突時間、スワール下流側側面位置、及びスワール上流側側面位置から、燃料噴霧同士の間隔が算出される。そして、この間隔が所定範囲内になるように、燃料噴射条件やスワールコントロールバルブ(SCV)の開度が調整される。   Here, for example, Patent Document 1 proposes a technique for adjusting the interval between sprays that are injected from each nozzle hole of the fuel injection valve and adjacent to each other in the swirl flow direction within a predetermined range that can suppress the occurrence of smoke. Has been. In this technique, the interval between fuel sprays is calculated from the wall surface collision time, which is the time until the injected spray collides with the wall surface of the cavity, the swirl downstream side surface position, and the swirl upstream side surface position. Then, the fuel injection conditions and the opening of the swirl control valve (SCV) are adjusted so that this interval falls within a predetermined range.

ところで、噴射された燃料噴霧がキャビティ壁面に衝突すると、壁面近傍で発生する火炎の熱が当該壁面を介して失われる冷却損失が増大すると共に、壁面近傍に燃料噴霧が偏ることによってスモークが増大する虞がある。そこで、例えば、特許文献2には、燃料噴霧の壁面衝突による冷却損失やスモークを低減するために、燃料噴霧がキャビティ壁面に到達しないように、多段階燃料噴射の回数を噴射量に応じて増加させる技術が提案されている。   By the way, when the injected fuel spray collides with the cavity wall surface, the heat of the flame generated in the vicinity of the wall surface is lost through the wall surface and the cooling loss increases, and the smoke increases due to the fuel spray being biased in the vicinity of the wall surface. There is a fear. Therefore, for example, in Patent Document 2, the number of multi-stage fuel injections is increased according to the injection amount so that the fuel spray does not reach the cavity wall surface in order to reduce cooling loss and smoke due to the fuel spray wall surface collision. Techniques to make it have been proposed.

特開2013−160194号公報JP 2013-160194 A 特開2012−229691号公報JP 2012-229691 A

ところで、特許文献1に記載の技術では、燃料噴霧同士の間隔を算出するために、燃料の噴射圧や噴射量に応じて変化する噴霧角(燃料噴霧の広がり角度)が用いられるため、当該間隔の算出方法が複雑になり得る。その結果、燃料噴射条件の調整やSCVの開度の調整のための演算が複雑になり得る。また、特許文献2に記載の技術は、内燃機関の回転数が高い場合や、燃料噴射量が多い場合等、多段階噴射の噴射回数が時間的に制限される場合には、必ずしも有効ではない。   By the way, in the technique described in Patent Document 1, in order to calculate the interval between the fuel sprays, a spray angle (a spread angle of the fuel spray) that changes according to the fuel injection pressure or the injection amount is used. The calculation method can be complicated. As a result, calculations for adjusting fuel injection conditions and SCV opening can be complicated. Further, the technique described in Patent Document 2 is not necessarily effective when the number of times of multistage injection is limited in terms of time, such as when the rotational speed of the internal combustion engine is high or when the fuel injection amount is large. .

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、キャビティ内のスワールのスワール比を制御する圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、より簡素な演算処理によって、冷却損失を抑えながらスモークの低減を図ることのできる制御システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to reduce cooling loss by a simpler arithmetic process in a control system for a compression ignition internal combustion engine that controls a swirl ratio of a swirl in a cavity. It is an object of the present invention to provide a control system capable of reducing smoke while suppressing the above.

上記した課題を解決するために、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の制御システムは、ピストンの頭頂部に形成されたキャビティの内壁面へ向かって噴孔から燃料を噴射する、気筒の中心部付近に設けられた燃料噴射弁と、前記キャビティを含む燃焼室内に発生する
スワールのスワール比を制御するスワール制御手段と、噴射される燃料の燃焼中において前記気筒内の温度が最も高くなる時点である最高温度時点を特定する特定手段と、を備える圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、前記燃料の噴霧の先端が前記最高温度時点において到達すると想定される位置までの、前記噴孔からの距離をL1とし、前記最高温度時点における、前記噴孔から前記キャビティの開口縁までの距離であって、前記噴孔から前記噴霧の先端の進行方向に引いた線分と前記ピストンの中心軸とを含む該ピストンの断面上において、前記線分が前記内壁面と交わる交点を経由し、更に、該交点から前記開口縁まで前記内壁面に沿って延びる経路の距離をL2とした場合に、前記スワール制御手段は、L1/L2の値が1.1となるように前記スワール比を制御するようにした。
In order to solve the above-described problem, a control system for a compression ignition internal combustion engine according to the present invention includes a central portion of a cylinder that injects fuel from an injection hole toward an inner wall surface of a cavity formed at the top of a piston. A fuel injection valve provided in the vicinity, swirl control means for controlling a swirl ratio of a swirl generated in a combustion chamber including the cavity, and at a time when the temperature in the cylinder becomes highest during combustion of the injected fuel In a control system for a compression ignition type internal combustion engine, comprising a specifying means for specifying a certain maximum temperature time point, a distance from the nozzle hole to a position where the tip of the fuel spray is assumed to reach at the maximum temperature time point Is the distance from the nozzle hole to the opening edge of the cavity at the time of the maximum temperature, and the traveling direction of the tip of the spray from the nozzle hole On the cross section of the piston including the drawn line segment and the central axis of the piston, the line segment extends along the inner wall surface from the intersection point to the opening edge via the intersection point where the line segment intersects the inner wall surface. When the distance of the route is L2, the swirl control means controls the swirl ratio so that the value of L1 / L2 becomes 1.1.

燃料噴射弁は、複数の噴孔を有しており、各噴孔が、キャビティの内壁面へ向かって燃料を噴射する。燃料は、噴孔から高圧で噴射されるため、霧状の噴霧となってキャビティ内に拡散する。また、スワール制御手段は、キャビティを含む燃焼室内に発生するスワールのスワール比(クランク軸の回転角速度に対するスワールの回転角速度)を制御する手段であって、例えば、公知のスワールコントロールバルブ(SCV)である。キャビティ内における噴霧の拡散は、スワールのスワール比と相関関係にあることが知られている。また、特定手段は、例えば、1サイクル前の筒内温度の履歴から、次に噴射される燃料の燃焼中において筒内温度が最も高くなるクランク角を最高温度時点として特定する。   The fuel injection valve has a plurality of injection holes, and each injection hole injects fuel toward the inner wall surface of the cavity. Since the fuel is injected from the nozzle hole at a high pressure, the fuel is atomized and diffused into the cavity. The swirl control means is a means for controlling the swirl ratio of the swirl generated in the combustion chamber including the cavity (rotational angular velocity of the swirl with respect to the rotational angular velocity of the crankshaft). For example, a swirl control valve (SCV) is used. is there. Spray dispersion in the cavity is known to correlate with the swirl swirl ratio. Further, the specifying means specifies, for example, the crank angle at which the in-cylinder temperature becomes the highest during the combustion of the next injected fuel as the maximum temperature point from the history of the in-cylinder temperature one cycle before.

一般に、燃料噴霧がキャビティの内壁面近傍まで拡散すると、当該内壁面を介して気筒内の熱が失われる冷却損失が増大する。なお、冷却損失の量は、キャビティ内における気体の流速等の物性値で定まる熱伝達率αと、キャビティ内の気体と内壁面との間の温度勾配ΔTの積で表わされる。そのため、内燃機関の燃焼サイクルにおいて冷却損失が特に大きくなるのは、筒内温度が高温になることによって温度勾配ΔTが増大する、燃料の燃焼中の期間になる。ここで、キャビティ内にスワールが存在する場合には、スワールによって熱伝達率αと温度勾配ΔTとの双方が変化し得る。詳細には、熱伝達率αは、スワール比が大きい場合には上昇する傾向にある。これは、スワール比が大きい場合には、気体の流速が上昇するため、気筒内の気体とキャビティの内壁面との間の温度境界層が薄くなることによる。これに対して、温度勾配ΔTは、スワール比が大きい場合には低下する傾向にある。これは、スワール比が大きい場合には、燃料噴霧のキャビティ外径方向への拡散が阻害されるため、着火後の火炎がキャビティの中央寄りに比較的多く留まることになり、結果的に、内壁面近傍の気体と内壁面との間の温度差が小さくなることによる。ここで、本願の発明者による検証の結果、冷却損失が大きくなる燃料の燃焼中においては、スワール比が増大すると冷却損失が減少することが判明した。つまり、筒内温度が高温になる燃料の燃焼中においては、温度勾配ΔTが冷却損失に与える影響が支配的になる。そのため、冷却損失を効果的に低減させるためには、スワール比を増大させて燃料の噴霧(着火後においては火炎)を内壁面まで到達させないようにすることが効果的であると言える。特に、燃料の燃焼中において気筒内の温度が最も高くなる時点である最高温度時点においてスワール比を大きくすることが最も効果的であると言える。   Generally, when the fuel spray diffuses to the vicinity of the inner wall surface of the cavity, the cooling loss at which heat in the cylinder is lost through the inner wall surface increases. The amount of cooling loss is represented by the product of the heat transfer coefficient α determined by physical properties such as the gas flow velocity in the cavity and the temperature gradient ΔT between the gas in the cavity and the inner wall surface. For this reason, the cooling loss becomes particularly large in the combustion cycle of the internal combustion engine during a period of fuel combustion in which the temperature gradient ΔT increases as the in-cylinder temperature rises. Here, when the swirl exists in the cavity, both the heat transfer coefficient α and the temperature gradient ΔT can be changed by the swirl. Specifically, the heat transfer coefficient α tends to increase when the swirl ratio is large. This is because when the swirl ratio is large, the flow velocity of the gas increases, and the temperature boundary layer between the gas in the cylinder and the inner wall surface of the cavity becomes thin. On the other hand, the temperature gradient ΔT tends to decrease when the swirl ratio is large. This is because when the swirl ratio is large, diffusion of fuel spray in the cavity outer diameter direction is hindered, so that a relatively large amount of flame after ignition stays near the center of the cavity. This is because the temperature difference between the gas near the wall surface and the inner wall surface becomes small. Here, as a result of verification by the inventors of the present application, it has been found that during combustion of fuel in which the cooling loss increases, the cooling loss decreases as the swirl ratio increases. That is, during the combustion of the fuel whose in-cylinder temperature is high, the influence of the temperature gradient ΔT on the cooling loss becomes dominant. Therefore, in order to effectively reduce the cooling loss, it can be said that it is effective to increase the swirl ratio so that the fuel spray (flame after ignition) does not reach the inner wall surface. In particular, it can be said that it is most effective to increase the swirl ratio at the maximum temperature point, which is the point at which the temperature in the cylinder becomes the highest during fuel combustion.

ただし、スワール比を過度に増大させると、燃料噴霧がキャビティの中央寄りに過度に偏在することによってスモークの排出量が増大する虞がある。ここで、スモークの排出量の増大は、エミッション規制の観点からも好ましくない。そこで、本発明に係る制御システムによれば、冷却損失の低減を前提に、スモーク排出量がより低減されるように、最高温度時点におけるスワール比が制御される。   However, if the swirl ratio is excessively increased, the amount of smoke discharged may increase due to the fuel spray being excessively distributed near the center of the cavity. Here, an increase in smoke emission is not preferable from the viewpoint of emission regulations. Therefore, according to the control system of the present invention, the swirl ratio at the maximum temperature point is controlled so that the smoke discharge amount is further reduced on the premise of reducing the cooling loss.

ところで、キャビティを含む燃焼室内に発生するスワールのスワール比の制御においては、一般に、燃料噴霧の噴霧特性(噴霧の到達距離や噴霧角)が制御のパラメータに用いられる。噴霧特性は、気筒内の気体の温度、圧力、密度等の筒内状態や、燃料の噴射時期、噴射量、噴射圧等の噴射条件から算出することができるが、その処理は複雑になり得る
。そこで、本発明に係る制御システムによれば、パラメータとして噴霧角を用いることなくスワール比の制御が実行される。
By the way, in the control of the swirl ratio of the swirl generated in the combustion chamber including the cavity, the spray characteristics (spray reach distance and spray angle) of the fuel spray are generally used as control parameters. The spray characteristics can be calculated from the in-cylinder state such as the temperature, pressure, and density of the gas in the cylinder, and the injection conditions such as the fuel injection timing, the injection amount, and the injection pressure, but the processing can be complicated. . Therefore, according to the control system of the present invention, the swirl ratio is controlled without using the spray angle as a parameter.

詳細には、本発明におけるスワール比制御においては、上述の距離L1とL2を用いて、L1/L2の値が1.1となるように、スワール比が制御される。ここで、距離L1は、噴射される燃料の噴霧の先端が、上述の最高温度時点において到達すると想定される位置までの、噴孔からの距離である。この距離L1(以下、「到達距離L1」ともいう。)は、筒内状態、噴射条件、スワール比(スワール速度)と、当該クランク角とから算出することができる。なお、噴射条件やスワール比によっては、算出された到達距離L1が、噴孔からキャビティの内壁面までの距離よりも大きくなり得る。この場合には、噴射される噴霧は、実際にはキャビティの内壁面に衝突し、その後拡散すると考えられるが、算出された到達距離L1は仮想的な値であるため、本発明におけるスワール制御においてはそのまま用いられる。   Specifically, in the swirl ratio control in the present invention, the swirl ratio is controlled using the distances L1 and L2 so that the value of L1 / L2 becomes 1.1. Here, the distance L1 is the distance from the nozzle hole to the position where the tip of the spray of fuel to be injected is supposed to reach at the above-mentioned maximum temperature point. This distance L1 (hereinafter also referred to as “reaching distance L1”) can be calculated from the in-cylinder state, the injection conditions, the swirl ratio (swirl speed), and the crank angle. Note that, depending on the injection conditions and the swirl ratio, the calculated reach distance L1 may be larger than the distance from the injection hole to the inner wall surface of the cavity. In this case, it is considered that the spray sprayed actually collides with the inner wall surface of the cavity and then diffuses. However, since the calculated reach distance L1 is a virtual value, in the swirl control in the present invention, Is used as is.

また、距離L2(以下、「経路距離L2」ともいう。)は、内壁面に衝突した噴霧が更に内壁面に沿ってピストン頂面の方向へ拡散することによって、その先端が最高温度時点において開口縁まで到達したと想定した場合における、当該先端の到達距離と捉えることができる。この経路距離L2は、噴霧の先端の進行方向、上述の断面上における内壁面の形状(ラインプロファイル)、及び最高温度時点のクランク角におけるピストンの位置から幾何学的に算出することができる。つまり、経路距離L2の算出には、筒内状態や噴射条件を考慮する必要がないため、その算出処理は比較的に簡素になる。   Further, the distance L2 (hereinafter also referred to as “path distance L2”) is such that the spray that collides with the inner wall surface is further diffused along the inner wall surface in the direction of the piston top surface, so that the tip is opened at the maximum temperature. This can be regarded as the reaching distance of the tip when it is assumed that the edge has been reached. This path distance L2 can be calculated geometrically from the traveling direction of the tip of the spray, the shape of the inner wall surface (line profile) on the above-mentioned cross section, and the position of the piston at the crank angle at the maximum temperature. That is, in calculating the path distance L2, it is not necessary to consider the in-cylinder state and the injection conditions, so the calculation process is relatively simple.

そして、以上のようにして定義された到達距離L1及び経過距離L2を用いてL1/L2の値を算出すると、当該値に基づいて、キャビティ内における燃料の噴霧の拡散状態(例えば、噴霧がキャビティの開口縁まで到達しているか否か)を、ある程度把握することができる。ここで、本願の発明者が、上述の最高温度時点における、燃料噴霧の拡散とスモーク排出量との間のより詳細な関係を解明すべく、L1/L2の値と、当該燃料噴霧の燃焼によって排出されるスモーク量との関係を検証した結果、L1/L2の値が1.1となるときに、スモーク排出量が最も低下することが見出された。なお、スワール比と燃料到達距離L1との間には相関関係があるため、スワール比を変化させることによって、L1/L2の値を調整することができる。特に、L1/L2の値が1.1より大きい場合には、スワール比を増大させて、燃料噴霧がキャビティの外径方向へ拡散することを抑制すればよい。これにより、冷却損失を低減させながら、到達距離L1を減少させてL1/L2の値を1.1に近付けることによって、スモーク排出量を低減させることができる。ゆえに、気筒内温度が最高となる時点におけるL1/L2の値が1.1となるように、スワール比を制御すれば、冷却損失を抑えながらスモークの低減を図ることが可能になる。   Then, when the value of L1 / L2 is calculated using the reach distance L1 and the elapsed distance L2 defined as described above, the diffusion state of the fuel spray in the cavity (for example, the spray is in the cavity) It is possible to grasp to some extent whether or not it has reached the opening edge. Here, in order to elucidate the more detailed relationship between the diffusion of the fuel spray and the smoke emission amount at the time of the above-mentioned maximum temperature, the inventor of the present application uses the value of L1 / L2 and the combustion of the fuel spray. As a result of verifying the relationship with the amount of smoke discharged, it was found that when the value of L1 / L2 is 1.1, the amount of smoke discharged is the lowest. Since there is a correlation between the swirl ratio and the fuel reach distance L1, the value of L1 / L2 can be adjusted by changing the swirl ratio. In particular, when the value of L1 / L2 is greater than 1.1, the swirl ratio may be increased to prevent the fuel spray from diffusing in the direction of the outer diameter of the cavity. Thus, the smoke discharge amount can be reduced by reducing the reach distance L1 and bringing the value of L1 / L2 closer to 1.1 while reducing the cooling loss. Therefore, if the swirl ratio is controlled so that the value of L1 / L2 at the time when the in-cylinder temperature becomes maximum is 1.1, it is possible to reduce smoke while suppressing cooling loss.

以上より、本発明に係る制御システムによれば、スワール制御手段が、L1/L2の値が1.1となるようにスワール比を制御するため、冷却損失を抑えながらスモーク排出量を低減することが可能になる。なお、当該スワール比の制御には、燃料噴霧の到達距離L1がパラメータとして使用されるが、燃料噴霧の噴霧角は用いられない。ゆえに、本発明に係る制御システムによれば、燃料の噴射条件に基づいて噴霧角を算出する必要がある従来の制御に比して、より簡素な演算処理によってスワール比の制御を行うことが可能になる。   As described above, according to the control system of the present invention, the swirl control means controls the swirl ratio so that the value of L1 / L2 becomes 1.1, so that the smoke discharge amount is reduced while suppressing the cooling loss. Is possible. The control of the swirl ratio uses the fuel spray reach distance L1 as a parameter, but does not use the fuel spray spray angle. Therefore, according to the control system according to the present invention, it is possible to control the swirl ratio by a simpler arithmetic process compared to the conventional control in which the spray angle needs to be calculated based on the fuel injection condition. become.

本発明によれば、キャビティ内のスワールのスワール比を制御する圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、より簡素な演算処理によって、冷却損失を抑えながらスモークを低減することができる。   According to the present invention, in a control system for a compression ignition internal combustion engine that controls the swirl ratio of the swirl in the cavity, smoke can be reduced while suppressing cooling loss by simpler arithmetic processing.

実施例に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the compression ignition type internal combustion engine which concerns on an Example. 実施例に係る気筒内の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure in the cylinder which concerns on an Example. 圧縮上死点の前後における、気筒内の冷却損失の推移を示すグラフである。It is a graph which shows transition of the cooling loss in a cylinder before and after compression top dead center. 実施例に係るスワール比制御のルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the routine of the swirl ratio control which concerns on an Example. L1/L2の値とスモーク排出量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the value of L1 / L2, and a smoke discharge amount. L1/L2の値と冷却損失との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the value of L1 / L2, and a cooling loss. スワール比制御の他のルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other routine of swirl ratio control. 気筒内温度が最高の時点における、噴霧角とスモーク排出量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the spray angle and the amount of smoke discharged at the time of the highest in-cylinder temperature.

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.

[実施例]
図1は、本実施例に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す図である。圧縮着火式内燃機関である内燃機関10は、複数の気筒11を有する車両用のディーゼルエンジンである。気筒11の中心には、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁20が設けられている。燃料噴射弁20は、その先端に燃料を噴射する複数の噴孔21を備えており、この噴孔21から、不図示のコモンレール等によって蓄圧された燃料が高圧で噴射される(図2参照)。また、気筒11内には、不図示のクランクシャフトに接続されたピストン22が設けられており、その頭頂部にはキャビティ23が形成されている。
[Example]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a compression ignition type internal combustion engine according to the present embodiment. An internal combustion engine 10 that is a compression ignition internal combustion engine is a diesel engine for a vehicle having a plurality of cylinders 11. A fuel injection valve 20 for injecting fuel into the combustion chamber is provided at the center of the cylinder 11. The fuel injection valve 20 is provided with a plurality of injection holes 21 for injecting fuel at the tip thereof, and fuel accumulated by a common rail (not shown) or the like is injected from the injection holes 21 at a high pressure (see FIG. 2). . In the cylinder 11, a piston 22 connected to a crankshaft (not shown) is provided, and a cavity 23 is formed at the top of the piston.

気筒11には、吸気ポート12を介して吸気通路13が接続されている。吸気ポート12には、キャビティ23を含む燃焼室内に発生するスワール(気筒11の気筒軸回りの旋回流)のスワール比を制御するためのスワールコントロールバルブ(SCV)14が設けられている。具体的には、吸気ポート12は、ノーマルポート及びスワールポートの2系統を備えており、そのうちのノーマルポートに、開度調整が可能なバタフライバルブから成るSCV14が配置されている。このSCV14は、不図示のアクチュエータによってその開度が調整される。SCV14の開度が大きいほど、ノーマルポートから気筒11内に吸入される空気量が増加するため、スワールポートから流入する吸気によって発生するスワールは相対的に弱められる(スワール比が小さくなる)。逆に、SCV14の開度が小さいほど、スワールは相対的に強められる(スワール比が大きくなる)。   An intake passage 13 is connected to the cylinder 11 via an intake port 12. The intake port 12 is provided with a swirl control valve (SCV) 14 for controlling a swirl ratio of a swirl (swirl flow around the cylinder axis of the cylinder 11) generated in the combustion chamber including the cavity 23. Specifically, the intake port 12 includes two systems, a normal port and a swirl port, and an SCV 14 including a butterfly valve capable of adjusting the opening is disposed in the normal port. The opening of the SCV 14 is adjusted by an actuator (not shown). As the opening of the SCV 14 increases, the amount of air sucked into the cylinder 11 from the normal port increases, so that the swirl generated by the intake air flowing from the swirl port is relatively weakened (the swirl ratio becomes small). Conversely, the smaller the opening of the SCV 14, the stronger the swirl (the swirl ratio increases).

吸気通路13には、気筒11内に吸入される吸気の流量を調整するスロットルバルブ15と、この流量を検出するエアフローメータ16が設けられている。また、気筒11には排気ポートを介して排気通路30が接続されている。排気通路30には、各種のセンサ類や、酸化機能を有する触媒、排気中の粒子状物質(PM)を捕集するフィルタ等を設けてもよい。   The intake passage 13 is provided with a throttle valve 15 for adjusting the flow rate of intake air taken into the cylinder 11 and an air flow meter 16 for detecting the flow rate. An exhaust passage 30 is connected to the cylinder 11 via an exhaust port. The exhaust passage 30 may be provided with various sensors, a catalyst having an oxidation function, a filter for collecting particulate matter (PM) in the exhaust, and the like.

そして、内燃機関10には、内燃機関10を制御するための電子制御ユニットであるECU100が併設されている。このECU100には、SCV14、スロットルバルブ15、燃料噴射弁20が電気的に接続されており、ECU100によってこれらが制御される。また、ECU100には、電気的に接続されたエアフローメータ16からの出力信号が入力される。また、ECU100には、内燃機関10のクランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ31と、車両が備えるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ32とが電気的に接続されており、これらからの出力信号がECU100に入力される。ECU100は、入力された出力信号に基づいて、機関負荷等の内
燃機関10の運転状態や、気筒11の筒内状態を把握することができる。なお、本実施例においては、SCV14が、本発明におけるスワール制御手段に相当する。
The internal combustion engine 10 is also provided with an ECU 100 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 10. The ECU 100 is electrically connected to the SCV 14, the throttle valve 15, and the fuel injection valve 20, and these are controlled by the ECU 100. In addition, the ECU 100 receives an output signal from the electrically connected air flow meter 16. The ECU 100 is electrically connected to a crank position sensor 31 that detects the rotational position of the crankshaft of the internal combustion engine 10 and an accelerator opening sensor 32 that detects the opening of an accelerator pedal provided in the vehicle. Output signals from these are input to the ECU 100. The ECU 100 can grasp the operating state of the internal combustion engine 10 such as the engine load and the in-cylinder state of the cylinder 11 based on the input output signal. In this embodiment, the SCV 14 corresponds to the swirl control means in the present invention.

次に、図2を用いて、気筒11内における燃料噴霧の拡散について説明する。図2は、実施例に係る気筒11内の概略構成を示す図である。より詳細には、図2は、複数の噴孔21のうちの一の噴孔21から燃料噴霧Fの先端の進行方向に引いた線分とピストン22の中心軸Cとを含むピストン22の模式的な断面図である(ハッチングは省略)。なお、図2には、噴射されている燃料噴霧Fの燃焼中において気筒11内の温度(筒内温度)が最も高くなる時点(最高温度時点)における、気筒11内の状態が図示されている。   Next, diffusion of fuel spray in the cylinder 11 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration in the cylinder 11 according to the embodiment. More specifically, FIG. 2 is a schematic diagram of the piston 22 including a line segment drawn from one nozzle hole 21 of the plurality of nozzle holes 21 in the traveling direction of the tip of the fuel spray F and the central axis C of the piston 22. It is a typical sectional view (hatching is omitted). FIG. 2 shows a state in the cylinder 11 at a time (maximum temperature time) when the temperature in the cylinder 11 (in-cylinder temperature) becomes highest during combustion of the fuel spray F being injected. .

図2に示されるように、ピストン22の頭頂部に形成されたキャビティ23は、その中央に盛り上がった冠部24を有する、いわゆるトロイダル型のキャビティである。このキャビティ23が、内燃機関10のシリンダヘッドの底面等と共に、燃料が燃焼する燃焼室を形成する。キャビティ23の底部からは、ピストン22の頂面26に形成された開口縁27へ向かって内壁面25が形成されている。キャビティ23がこのような形状を有することにより、不図示の吸気バルブの開弁中に吸気ポート12から吸気が流入すると、キャビティ23内に、気筒軸C回りのスワールが好適に形成される。なお、ピストン22の気筒軸C方向の往復運動によって、内壁面25に沿ったスキッシュも形成される。   As shown in FIG. 2, the cavity 23 formed at the top of the piston 22 is a so-called toroidal cavity having a crown 24 raised at the center thereof. The cavity 23 together with the bottom surface of the cylinder head of the internal combustion engine 10 forms a combustion chamber in which fuel burns. An inner wall surface 25 is formed from the bottom of the cavity 23 toward an opening edge 27 formed on the top surface 26 of the piston 22. Since the cavity 23 has such a shape, a swirl around the cylinder axis C is suitably formed in the cavity 23 when intake air flows in from the intake port 12 while the intake valve (not shown) is opened. A squish along the inner wall surface 25 is also formed by the reciprocating motion of the piston 22 in the cylinder axis C direction.

気筒11の中心に設けられた燃料噴射弁20は、所定の噴射時期において噴孔21から高圧の燃料を噴射する。ECU100は、内燃機関10の運転状態に基づいて、燃料の噴射時期等の噴射条件を決定する。噴射された燃料は、霧状の燃料噴霧F(以下、単に「噴霧」ともいう。)となってキャビティ23内に拡散する。ここで、噴霧の先端は、図2に示されるように、燃焼室内を概ね噴射角Φの方向に進行する。噴孔21の設置位置や口径等は、噴射された噴霧の先端が、内壁面25へ向かって噴射角Φで進行するように、予め定められている。ここで、図2に示されるL1は、噴霧の先端が、最高温度時点において到達すると想定される位置までの、噴孔21からの距離である到達距離L1を示している。この到達距離L1は、燃料噴射の噴射条件(噴射時期、噴射量、噴射圧)、筒内状態(筒内密度、筒内圧力、筒内温度)及びスワール比(またはスワール速度)と相関関係にある。したがって、これらの物理量を適宜検出または算出することによって、到達距離L1を算出することができる。また、図2に示されるL2は、最高温度時点における、噴孔21からキャビティ23の開口縁27までの距離であって、噴孔21から噴霧の先端の進行方向に引いた線分が内壁面25と交わる交点Pを経由し、更に、交点Pから開口縁27上の点Qまで内壁面25に沿って延びる経路の距離である経路距離L2(図2において太線で示される距離)である。この経路距離L2は、噴霧の先端の進行方向である噴射角Φ、内壁面25の形状(ラインプロファイル)、及び最高温度時点のクランク角におけるピストン22の位置から幾何学的に算出することができる。以上のようにして定義された到達距離L1及び経過距離L2を用いてL1/L2の値を算出すると、当該値に基づいて、キャビティ23内における噴霧の拡散状態を、ある程度把握することが可能になる。   The fuel injection valve 20 provided at the center of the cylinder 11 injects high-pressure fuel from the injection hole 21 at a predetermined injection timing. The ECU 100 determines injection conditions such as fuel injection timing based on the operating state of the internal combustion engine 10. The injected fuel becomes a mist-like fuel spray F (hereinafter also simply referred to as “spray”) and diffuses into the cavity 23. Here, as shown in FIG. 2, the tip of the spray advances in the combustion chamber in the direction of the injection angle Φ. The installation position, the diameter, and the like of the injection hole 21 are determined in advance so that the tip of the injected spray proceeds toward the inner wall surface 25 at the injection angle Φ. Here, L1 shown in FIG. 2 indicates an arrival distance L1 that is a distance from the nozzle hole 21 to a position where the tip of the spray is assumed to arrive at the maximum temperature point. This reach distance L1 correlates with fuel injection conditions (injection timing, injection amount, injection pressure), in-cylinder state (in-cylinder density, in-cylinder pressure, in-cylinder temperature) and swirl ratio (or swirl speed). is there. Accordingly, the reach distance L1 can be calculated by appropriately detecting or calculating these physical quantities. L2 shown in FIG. 2 is the distance from the nozzle hole 21 to the opening edge 27 of the cavity 23 at the maximum temperature, and the line segment drawn from the nozzle hole 21 in the traveling direction of the tip of the spray is the inner wall surface. A route distance L2 (a distance indicated by a thick line in FIG. 2), which is a route distance extending along the inner wall surface 25 from the intersection point P to the point Q on the opening edge 27 via the intersection point P that intersects with 25. This path distance L2 can be calculated geometrically from the injection angle Φ, which is the traveling direction of the tip of the spray, the shape of the inner wall surface 25 (line profile), and the position of the piston 22 at the crank angle at the maximum temperature. . When the value of L1 / L2 is calculated using the reach distance L1 and the elapsed distance L2 defined as described above, it is possible to grasp to some extent the spray diffusion state in the cavity 23 based on the values. Become.

ところで、燃焼室(キャビティ23)内の熱は、燃焼室の内壁面を介する冷却損失によって減少する。この冷却損失は、一般に、燃焼室内における流速等の気体の物性値で決まる熱伝達率αと、筒内ガスと内壁面との温度勾配ΔTの積で表わされる。ただし、キャビティ23内にスワールが存在する場合には、熱伝達率α及び温度勾配ΔTの双方が影響を受けるため、結果的に冷却損失が変化する。以下、冷却損失とスワールとの関係について図3を用いて説明する。図3は、圧縮上死点の前後における、気筒11内の冷却損失の推移を示すグラフである。なお、図3は、燃料噴射量が多い高負荷運転時の推移を示している。また、図3においては、横軸が圧縮上死点(圧縮TDC)前後のクランク角を示し、縦軸が冷却損失の量(熱流束)を示している。なお、実線で示されるグラフG1は、スワール比が相対的に小さいときに噴射された噴霧の冷却損失の推移を示し、1点鎖線で示さ
れるグラフG2は、スワール比が相対的に大きいときに噴射された噴霧の冷却損失の推移を示している。
By the way, the heat in the combustion chamber (cavity 23) is reduced by the cooling loss through the inner wall surface of the combustion chamber. This cooling loss is generally represented by the product of a heat transfer coefficient α determined by gas property values such as flow velocity in the combustion chamber, and a temperature gradient ΔT between the in-cylinder gas and the inner wall surface. However, when a swirl is present in the cavity 23, both the heat transfer coefficient α and the temperature gradient ΔT are affected, resulting in a change in cooling loss. Hereinafter, the relationship between the cooling loss and the swirl will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the transition of the cooling loss in the cylinder 11 before and after the compression top dead center. FIG. 3 shows the transition during high load operation with a large amount of fuel injection. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the crank angle before and after the compression top dead center (compression TDC), and the vertical axis indicates the amount of cooling loss (heat flux). Note that a graph G1 indicated by a solid line shows a change in cooling loss of spray sprayed when the swirl ratio is relatively small, and a graph G2 indicated by a one-dot chain line indicates when the swirl ratio is relatively large. The transition of the cooling loss of the spray sprayed is shown.

図3に示されるように、噴霧の着火時点T0より前の期間においては、スワール比が大きいときのほうが、小さいときに比べて冷却損失が大きい。ここで、噴霧の着火前においては、筒内温度と燃焼室の内壁面との間の温度勾配ΔTが比較的に低いために、熱伝達率αが冷却損失に与える影響が支配的になる。スワール比が大きいときには、気体の流速の上昇に伴って筒内ガスと内壁面25等との間の温度境界層が薄くなることによって熱伝達率αが上昇するため、結果的に冷却損失が増大する。   As shown in FIG. 3, in the period before the spray ignition time T0, the cooling loss is larger when the swirl ratio is larger than when it is small. Here, before the ignition of the spray, since the temperature gradient ΔT between the in-cylinder temperature and the inner wall surface of the combustion chamber is relatively low, the influence of the heat transfer coefficient α on the cooling loss becomes dominant. When the swirl ratio is large, the heat transfer coefficient α increases as the temperature boundary layer between the in-cylinder gas and the inner wall surface 25 becomes thinner as the gas flow rate increases, resulting in an increase in cooling loss. To do.

これに対し、着火時点T0より後の期間においては、スワール比が大きいときのほうが、小さいときに比べて冷却損失が小さい。既に述べたように、筒内温度が高温になる着火後の期間(燃料の燃焼中)においては、温度勾配ΔTが冷却損失に与える影響が支配的になる。スワール比が大きいときには、噴霧のキャビティ23の外径方向への拡散が阻害されることによって温度勾配ΔTが低下するため、結果的に冷却損失が減少する。つまり、噴霧の着火後においては、スワール比の増大による熱伝達率αの上昇分よりも、スワール比の増大による温度勾配ΔTの低下分の影響が大きくなる。   On the other hand, in the period after the ignition time T0, the cooling loss is smaller when the swirl ratio is larger than when it is small. As already described, during the period after ignition when the in-cylinder temperature is high (during fuel combustion), the influence of the temperature gradient ΔT on the cooling loss becomes dominant. When the swirl ratio is large, the temperature gradient ΔT is lowered by inhibiting the diffusion of the spray in the outer diameter direction of the cavity 23, and as a result, the cooling loss is reduced. That is, after the ignition of the spray, the influence of the decrease in the temperature gradient ΔT due to the increase in the swirl ratio is greater than the increase in the heat transfer coefficient α due to the increase in the swirl ratio.

なお、図3に示されるように、冷却損失の量は、筒内温度が最も高くなるクランク角T1において最大となった後に徐々に低下している。そして、このクランク角T1において、スワール比が小さいときの冷却損失G1と、スワール比が大きいときの冷却損失G2との差が最も大きくなっている。したがって、冷却損失を低減させるためには、筒内温度が最も高くなる時点においてスワール比を増大させて燃料噴霧(着火後においては火炎)の拡散を抑制することが効果的であると言える。そこで、本実施例に係るスワール比制御では、筒内温度が最も高くなるクランク角T1におけるスワール比が制御される。   As shown in FIG. 3, the amount of cooling loss gradually decreases after reaching the maximum at the crank angle T1 at which the in-cylinder temperature is highest. At the crank angle T1, the difference between the cooling loss G1 when the swirl ratio is small and the cooling loss G2 when the swirl ratio is large is the largest. Therefore, in order to reduce the cooling loss, it can be said that it is effective to increase the swirl ratio at the time when the in-cylinder temperature becomes the highest and suppress the diffusion of the fuel spray (flame after ignition). Therefore, in the swirl ratio control according to the present embodiment, the swirl ratio at the crank angle T1 at which the in-cylinder temperature is highest is controlled.

しかしながら、スワール比を過度に増大させると、噴霧がキャビティ23の中央寄りに過度に偏在することによってスモークの排出量が増大する虞がある。そこで、本実施例に係るスワール制御においては、冷却損失の低減を前提に、スモーク排出量がより低減されるように、最高温度時点におけるスワール比が制御される。以下、図面を用いて本実施例に係るスワール比の制御方法について説明する。   However, if the swirl ratio is excessively increased, the amount of smoke discharged may increase due to the spray being excessively distributed near the center of the cavity 23. Therefore, in the swirl control according to the present embodiment, the swirl ratio at the time of the maximum temperature is controlled so that the smoke discharge amount is further reduced on the premise of reducing the cooling loss. Hereinafter, a method for controlling a swirl ratio according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図4は、ECU100によって行われる、スワール比の制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、ECU100によって、例えば、所定時間毎に実行される。   FIG. 4 is a flowchart showing a routine for controlling the swirl ratio performed by the ECU 100. This routine is executed by the ECU 100 at predetermined time intervals, for example.

まず、ステップS101において、ECU100は、本ルーチンの実行時における内燃機関10の運転状態や、燃料噴射の噴射条件を取得する。次に、ステップS102において、ECU100は、前ステップで取得した運転状態等に基づいて、気筒11の筒内状態を算出する。次に、ステップS103において、ECU100は、気筒11内のスワール速度を算出する。このスワール速度は、本ルーチンの実行時におけるスワール比、即ち、SCV14の開度やエアフローメータ16の検出値に基づいて算出される。   First, in step S101, the ECU 100 acquires the operating state of the internal combustion engine 10 and the fuel injection conditions during execution of this routine. Next, in step S102, the ECU 100 calculates the in-cylinder state of the cylinder 11 based on the operating state acquired in the previous step. Next, in step S103, the ECU 100 calculates the swirl speed in the cylinder 11. This swirl speed is calculated based on the swirl ratio at the time of execution of this routine, that is, the opening of the SCV 14 and the detected value of the air flow meter 16.

次に、ステップS104において、ECU100は、次回の燃料噴射によって噴射される燃料の燃焼中において気筒11内の温度が最も高くなる時点である最高温度時点を特定する。当該時点は、例えば、前回の燃焼において筒内温度が最も高くなった時点におけるクランク角とすればよい。あるいは、過去の複数回の燃焼における筒内状態に基づいて算出してもよいし、予め実験的に求められたデータが格納された数値マップから、運転状態や筒内状態に応じた値を読み込んでもよい。なお、本ステップにおいて最高温度時点を特定するECU100が、本発明における特定手段に相当する。   Next, in step S104, the ECU 100 specifies a maximum temperature time point, which is a time point when the temperature in the cylinder 11 becomes the highest during combustion of fuel injected by the next fuel injection. The time point may be, for example, the crank angle at the time when the in-cylinder temperature becomes the highest in the previous combustion. Alternatively, it may be calculated based on the in-cylinder state in a plurality of past combustions, or a value corresponding to the operating state or in-cylinder state is read from a numerical map in which data obtained experimentally in advance is stored. But you can. Note that the ECU 100 that specifies the maximum temperature point in this step corresponds to the specifying means in the present invention.

次に、ステップS105において、ECU100は、次回の燃料噴射によって噴射される燃料の噴霧の到達距離L1を算出する。この到達距離L1は、以前のステップにおいて取得または算出された各物理量に基づいて算出される。同様に、ステップS106において、ECU100は、次回の燃料噴射によって噴射される燃料の噴霧の経路距離L2を算出する。   Next, in step S105, the ECU 100 calculates an arrival distance L1 of the fuel spray injected by the next fuel injection. This reach distance L1 is calculated based on each physical quantity acquired or calculated in the previous step. Similarly, in step S106, the ECU 100 calculates the path distance L2 of the fuel spray injected by the next fuel injection.

次に、ステップS107において、ECU100は、L1/L2の値が、1.1に等しいか否かを判定する。ここで、L1/L2の値とスモーク排出量との関係について図5を用いて説明する。図5は、噴射された噴霧の着火後における筒内温度が最も高い時点での、L1/L2の値とスモーク排出量との関係を示すグラフである。なお、図5においては、横軸がL1/L2の値を示し、縦軸がスモーク排出量を示している。   Next, in step S107, the ECU 100 determines whether or not the value of L1 / L2 is equal to 1.1. Here, the relationship between the value of L1 / L2 and the smoke discharge amount will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the value of L1 / L2 and the amount of smoke discharged at the time when the in-cylinder temperature is highest after ignition of the injected spray. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the value of L1 / L2, and the vertical axis indicates the smoke discharge amount.

図5に示されるように、L1/L2の値が1.1のときにスモーク排出量が最も低くなる。ゆえに、本ステップにおいて肯定判定が下された場合には、本ルーチンの実行時においてスワール比が調整されなくても、冷却損失を抑えながらスモーク排出量を低減することができる。ゆえに、ECU100は、スワール比の調整をすることなく本ルーチンを終了する。なお、本ステップにおける判定においては、1.1を含む範囲を設定し、L1/L2の値が当該範囲内にある場合に、L1/L2の値が略1.1であるとして肯定判定が下されるようにしてもよい。   As shown in FIG. 5, when the value of L1 / L2 is 1.1, the smoke discharge amount is the lowest. Therefore, if an affirmative determination is made in this step, the smoke discharge amount can be reduced while suppressing the cooling loss even if the swirl ratio is not adjusted during the execution of this routine. Therefore, the ECU 100 ends this routine without adjusting the swirl ratio. In the determination in this step, when a range including 1.1 is set and the value of L1 / L2 is within the range, the positive determination is made assuming that the value of L1 / L2 is approximately 1.1. You may be made to do.

ステップS107において、否定判定が下された場合には、ECU100は、ステップS108に進んで、L1/L2の値が1.1より大きいか否かを判定する。ここで、図5に示されるように、L1/L2の値が1.1より大きい場合、即ち、到達距離L1が比較的に長い場合には、噴射された噴霧がキャビティ23の外径側に偏在するため、スモーク排出量が比較的に多くなる。この場合には、スワールを強める、即ち、スワール比を増大させることによって、L1/L2の値を1.1に近付けることができる。ゆえに、本ステップにおいて肯定判定が下された場合には、ECU100は、ステップS109に進んでスワール比が大きくなるようにSCV14を調整する。そして、ECU100は、ステップS103からのステップを再び実行する。   If a negative determination is made in step S107, the ECU 100 proceeds to step S108 and determines whether or not the value of L1 / L2 is greater than 1.1. Here, as shown in FIG. 5, when the value of L1 / L2 is larger than 1.1, that is, when the reach distance L1 is relatively long, the spray sprayed on the outer diameter side of the cavity 23 Due to the uneven distribution, the amount of smoke discharged becomes relatively large. In this case, the value of L1 / L2 can be brought close to 1.1 by increasing the swirl, ie, increasing the swirl ratio. Therefore, if an affirmative determination is made in this step, the ECU 100 proceeds to step S109 and adjusts the SCV 14 so that the swirl ratio becomes large. Then, ECU 100 executes the steps from step S103 again.

一方、図5に示されるように、L1/L2の値が1.1より小さい場合、即ち、到達距離L1が比較的に短い場合には、吸気が比較的に少ないキャビティ23の中央付近に、噴射された噴霧が偏在するため、スモーク排出量が比較的に多くなる。この場合には、スワールを弱める、即ち、スワール比を減少させることによって、L1/L2の値を1.1に近付けることができる。ゆえに、ステップS108において否定判定が下された場合には、ECU100は、ステップS110に進んでスワール比が小さくなるようにSCV14を調整する。そして、ECU100は、ステップS103からのステップを再び実行する。   On the other hand, as shown in FIG. 5, when the value of L1 / L2 is smaller than 1.1, that is, when the reach distance L1 is relatively short, near the center of the cavity 23 where the intake air is relatively small, Since the injected spray is unevenly distributed, the smoke discharge amount is relatively increased. In this case, the value of L1 / L2 can be brought close to 1.1 by weakening the swirl, that is, reducing the swirl ratio. Therefore, if a negative determination is made in step S108, the ECU 100 proceeds to step S110 and adjusts the SCV 14 so that the swirl ratio becomes small. Then, ECU 100 executes the steps from step S103 again.

本実施例に係る制御によれば、ECU100によって、L1/L2の値が、1.1となるようにSCV14のスワール比が制御されるため、冷却損失を抑えながらスモーク排出量を低減することができる。なお、本制御においては、パラメータとして噴霧の到達距離L1は使用されるが、噴霧の噴霧角は使用されないため、噴射条件等に応じて噴霧角を算出する必要が無い。したがって、本実施例によれば、従来のスワール比制御に比して、より簡素な演算処理によって、冷却損失を抑えながらスモークを低減することが可能になる。   According to the control according to the present embodiment, since the swirl ratio of the SCV 14 is controlled by the ECU 100 so that the value of L1 / L2 becomes 1.1, it is possible to reduce the smoke discharge amount while suppressing the cooling loss. it can. In this control, although the spray reach distance L1 is used as a parameter, since the spray angle of the spray is not used, it is not necessary to calculate the spray angle according to the injection condition or the like. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce smoke while suppressing cooling loss by a simpler arithmetic process compared to conventional swirl ratio control.

[スワール比制御の他の例]
上記の実施例とは異なり、スワール比制御において、パラメータとして更に噴射角を用
いると共に、L1/L2の値が1未満となるように制御を行えば、演算処理は複雑になるものの、冷却損失をより効果的に低減させることが可能になる。以下、このようなスワール比制御の例について説明する。
[Other examples of swirl ratio control]
Unlike the above embodiment, in the swirl ratio control, if the injection angle is further used as a parameter and control is performed so that the value of L1 / L2 is less than 1, the arithmetic processing becomes complicated, but the cooling loss is reduced. It becomes possible to reduce more effectively. Hereinafter, an example of such swirl ratio control will be described.

まず、図6を用いて、L1/L2の値と冷却損失との関係について説明する。図6は、L1/L2の値と冷却損失との関係を示すグラフであって、横軸がL1/L2の値を示し、縦軸が冷却損失の量を示している。   First, the relationship between the value of L1 / L2 and the cooling loss will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the value of L1 / L2 and the cooling loss, where the horizontal axis shows the value of L1 / L2, and the vertical axis shows the amount of cooling loss.

図6に示されるように、L1/L2の値が小さくなるほど、即ち、噴射された噴霧が拡散せずによりキャビティ23の内径側に留まるほど、冷却損失の値が小さくなる。特に、L1/L2の値が1未満、即ち、燃料噴霧の先端がキャビティ23の開口縁27まで到達していない状態においては、冷却損失の低下の度合いが大きい。そこで、燃焼熱の冷却損失をより効果的に低減させるためには、L1/L2の値を1未満にまで低下させればよい。上述のように、スワール比を増大させれば、到達距離L1を短くすることができるため、L1/L2の値を小さくすることができる。ただし、スワール比を大きくし過ぎると気筒11の中心付近に噴霧が偏りやすくなるため、隣り合う噴孔21から噴射された噴霧同士が重なり合うことによってスモーク排出量が増大する虞がある。そこで、本制御においては、噴霧の重なり合いを抑制するために、噴霧の噴霧角が更に考慮される。   As shown in FIG. 6, the value of the cooling loss decreases as the value of L1 / L2 decreases, that is, as the spray spray does not diffuse and stays on the inner diameter side of the cavity 23. In particular, when the value of L1 / L2 is less than 1, that is, when the tip of the fuel spray does not reach the opening edge 27 of the cavity 23, the degree of reduction in cooling loss is large. Therefore, in order to more effectively reduce the cooling loss of the combustion heat, the value of L1 / L2 may be reduced to less than 1. As described above, if the swirl ratio is increased, the reach distance L1 can be shortened, so that the value of L1 / L2 can be reduced. However, if the swirl ratio is excessively increased, the spray tends to be biased near the center of the cylinder 11, so that the amount of smoke discharged may increase due to the overlap of the sprays injected from the adjacent injection holes 21. Therefore, in this control, the spray angle of the spray is further considered in order to suppress the overlap of sprays.

以下、図面を用いてスワール比制御の他の例について説明する。図7は、ECU100によって行われる、本制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、ECU100によって、例えば、所定時間毎に実行される。なお、本ルーチンにおけるステップS106までの処理は、上述の図4に示されるルーチンと同様なので説明は省略する。   Hereinafter, another example of the swirl ratio control will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a flowchart showing a routine of this control, which is performed by the ECU 100. This routine is executed by the ECU 100 at predetermined time intervals, for example. Note that the processing up to step S106 in this routine is the same as the routine shown in FIG.

ステップS106において経路距離L2を算出すると、ECU100は、ステップS207に進み、次回の燃料噴射によって噴射される噴霧の噴霧角θを算出する。この噴霧角θは、以前のステップにおいて取得または算出された各物理量に基づいて、周知の演算式(例えば「廣安の式」)から算出される。あるいは、予め実験的に求められたデータが格納された数値マップから、運転状態や筒内状態に応じた値を読み込んでもよい。   When the path distance L2 is calculated in step S106, the ECU 100 proceeds to step S207 and calculates the spray angle θ of the spray injected by the next fuel injection. The spray angle θ is calculated from a well-known arithmetic expression (for example, “Huan's expression”) based on each physical quantity acquired or calculated in the previous step. Or you may read the value according to the driving | running state and the in-cylinder state from the numerical map in which the data calculated | required experimentally beforehand are stored.

次に、ステップS208において、ECU100は、L1/L2の値が1未満であるか否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定が下された場合には、本ルーチンの実行時においてスワール比が調整されなくても、冷却損失をより抑えながらスモーク排出量を低減することができる。ゆえに、ECU100は、スワール比の調整をすることなく本ルーチンを終了する。   Next, in step S208, the ECU 100 determines whether or not the value of L1 / L2 is less than 1. If an affirmative determination is made in this step, the smoke discharge amount can be reduced while further reducing the cooling loss even if the swirl ratio is not adjusted during execution of this routine. Therefore, the ECU 100 ends this routine without adjusting the swirl ratio.

一方、ステップS208において否定判定が下された場合には、ECU100は、ステップS209に進み、L1/L2の値を低下させるためにスワール比を調整する。なお、本ステップでは、スワール比は基本的に増大される。次に、ステップS210において、ECU100は、増大されたスワール比に基づいて、スワール速度及び噴霧特性(到達距離L1,経路距離L2及び噴霧角θ)を再計算する。そして、ステップS211において、ECU100は、再計算によって取得された噴霧角θが、360°/噴孔数に等しいか否かを判定する。ここで、噴霧角θとスモーク排出量との関係について図8を用いて説明する。図8は、最高温度時点での噴霧角θとスモーク排出量との関係を示すグラフである。なお、噴霧角θは、図8の右下に模式的に示されるように、噴孔21から噴射された噴霧を気筒11の上方から見たときにおける噴霧の広がり角である。また、図8においては、横軸が噴霧角θを示し、縦軸がスモーク排出量を示している。   On the other hand, if a negative determination is made in step S208, the ECU 100 proceeds to step S209, and adjusts the swirl ratio in order to decrease the value of L1 / L2. In this step, the swirl ratio is basically increased. Next, in step S210, the ECU 100 recalculates the swirl speed and the spray characteristics (the reach distance L1, the path distance L2, and the spray angle θ) based on the increased swirl ratio. In step S211, the ECU 100 determines whether or not the spray angle θ acquired by recalculation is equal to 360 ° / the number of nozzle holes. Here, the relationship between the spray angle θ and the smoke discharge amount will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the spray angle θ and the smoke discharge amount at the maximum temperature. The spray angle θ is a spread angle of the spray when the spray injected from the injection hole 21 is viewed from above the cylinder 11 as schematically shown in the lower right of FIG. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the spray angle θ, and the vertical axis indicates the smoke discharge amount.

図8に示されるように、噴霧角θが360°/噴孔数より大きくなるほど、隣り合う噴
孔21から噴射された噴霧同士の重なり合いの度合いが増すため、噴霧の濃度が高い領域が発生することによってスモーク排出量が増大する。一方、噴霧角θが360°/噴孔数より小さくなるほど、重なり合いの度合いは減るものの、それぞれの噴霧の濃度は相対的に高くなるために、やはりスモーク排出量は増大する。ゆえに、噴霧角θが360°/噴孔数に等しいときにスモーク排出量が最も低くなる。そこで、本ステップにおいて肯定判定が下された場合には、ステップS209で増大されたスワール比を用いることによって、スモーク排出量を低減できることを意味する。そこで、ECU100は、ステップS208に戻ってL1/L2の値が1未満であるか否かを再び判定する。なお、本ステップにおける判定においては、360°/噴孔数を含む範囲を設定し、噴霧角θが当該範囲内にある場合に、肯定判定が下されるようにしてもよい。
As shown in FIG. 8, as the spray angle θ becomes larger than 360 ° / the number of nozzle holes, the degree of overlap between the sprays injected from the adjacent nozzle holes 21 increases, so that a region where the spray concentration is high occurs. This increases smoke emissions. On the other hand, as the spray angle θ is smaller than 360 ° / the number of nozzle holes, the degree of overlap is reduced, but the concentration of each spray is relatively high, so that the smoke discharge amount is also increased. Therefore, when the spray angle θ is equal to 360 ° / the number of nozzle holes, the smoke discharge amount becomes the lowest. Therefore, if an affirmative determination is made in this step, it means that the smoke discharge amount can be reduced by using the swirl ratio increased in step S209. Therefore, the ECU 100 returns to step S208 and determines again whether or not the value of L1 / L2 is less than 1. In the determination in this step, a range including 360 ° / the number of injection holes may be set, and a positive determination may be made when the spray angle θ is within the range.

これに対して、ステップS211において、否定判定が下された場合には、ECU100は、ステップS209に戻って再びスワール比を調整する。この場合には、噴霧角θが360°/噴孔数に近付くようにスワール比が調整される。   On the other hand, if a negative determination is made in step S211, the ECU 100 returns to step S209 and adjusts the swirl ratio again. In this case, the swirl ratio is adjusted so that the spray angle θ approaches 360 ° / the number of nozzle holes.

本制御によれば、ECU100によって、L1/L2の値が1未満となるようにSCV14のスワール比が制御されるため、冷却損失をより効果的に低減させることが可能になる。そして、当該制御においては、噴霧角θが360°/噴孔数に等しくなるようにスワール比が制御される。したがって、本制御によれば、冷却損失をより効果的に低減しながらスモークを低減させることが可能になる。   According to this control, the ECU 100 controls the swirl ratio of the SCV 14 so that the value of L1 / L2 is less than 1. Therefore, it is possible to more effectively reduce the cooling loss. In this control, the swirl ratio is controlled so that the spray angle θ is equal to 360 ° / the number of nozzle holes. Therefore, according to this control, smoke can be reduced while cooling loss is more effectively reduced.

10 内燃機関
11 気筒
20 燃料噴射弁
21 噴孔
22 ピストン
23 キャビティ
100 ECU
L1 到達距離
L2 経路距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 11 Cylinder 20 Fuel injection valve 21 Injection hole 22 Piston 23 Cavity 100 ECU
L1 Distance L2 Route distance

Claims (1)

ピストンの頭頂部に形成されたキャビティの内壁面へ向かって噴孔から燃料を噴射する、気筒の中心部付近に設けられた燃料噴射弁と、
前記キャビティを含む燃焼室内に発生するスワールのスワール比を制御するスワール制御手段と、
噴射される燃料の燃焼中において前記気筒内の温度が最も高くなる時点である最高温度時点を特定する特定手段と、
を備える圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、
前記燃料の噴霧の先端が前記最高温度時点において到達すると想定される位置までの、前記噴孔からの距離をL1とし、
前記最高温度時点における、前記噴孔から前記キャビティの開口縁までの距離であって、前記噴孔から前記噴霧の先端の進行方向に引いた線分と前記ピストンの中心軸とを含む該ピストンの断面上において、前記線分が前記内壁面と交わる交点を経由し、更に、該交点から前記開口縁まで前記内壁面に沿って延びる経路の距離をL2とした場合に、
前記スワール制御手段は、L1/L2の値が1.1となるように前記スワール比を制御する、圧縮着火式内燃機関の制御システム。
A fuel injection valve provided near the center of the cylinder for injecting fuel from the injection hole toward the inner wall surface of the cavity formed at the top of the piston;
Swirl control means for controlling the swirl ratio of the swirl generated in the combustion chamber including the cavity;
A specifying means for specifying a maximum temperature time point, which is a time point when the temperature in the cylinder becomes highest during combustion of the injected fuel;
In a control system for a compression ignition type internal combustion engine comprising:
The distance from the nozzle hole to the position where the tip of the fuel spray is assumed to reach at the maximum temperature point is L1,
The distance between the nozzle hole and the opening edge of the cavity at the highest temperature point, and includes a line segment drawn from the nozzle hole in the traveling direction of the tip of the spray and a central axis of the piston. On the cross-section, when the distance of the path extending along the inner wall surface from the intersection point to the opening edge through the intersection point where the line segment intersects the inner wall surface is L2,
The control system for the compression ignition type internal combustion engine, wherein the swirl control means controls the swirl ratio so that the value of L1 / L2 becomes 1.1.
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