JP7385353B2 - internal combustion engine - Google Patents

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JP7385353B2
JP7385353B2 JP2018243412A JP2018243412A JP7385353B2 JP 7385353 B2 JP7385353 B2 JP 7385353B2 JP 2018243412 A JP2018243412 A JP 2018243412A JP 2018243412 A JP2018243412 A JP 2018243412A JP 7385353 B2 JP7385353 B2 JP 7385353B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

本願発明は、暖機運転時の燃料制御構造に特徴を有する内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine having a unique fuel control structure during warm-up operation.

内燃機関において、排気ガスから排出される有害物質としては、NOxのようなガス成分と、固体としてのPM(粒子状物質)とがある。PMについては、質量規制から個数規制(PN)に移行しつつある。 In internal combustion engines, harmful substances emitted from exhaust gas include gas components such as NOx and solid PM (particulate matter). Regarding PM, there is a transition from mass regulation to quantity regulation (PN).

機関の種類についてみると、ディーゼル機関では暖機運転後においてもPMが排出されるため、DPFのようなフィルター装置を標準的に装備する必要があるが、ガソリン機関の場合は、暖機運転後において完全燃焼している場合はPMの量は少ない。 Looking at engine types, diesel engines emit PM even after warm-up, so they must be equipped with a filter device such as a DPF as standard, but gasoline engines emit PM even after warm-up. If complete combustion occurs in the combustion process, the amount of PM is small.

しかし、ガソリン機関においても、コールドスタート時の暖機運転時のように機関温度が低い状態での運転時には、燃料の気化(微細化)が不十分になることによってPMが発生することがある。そこで、ガソリン機関についても、PM対策としてGPFが開発されているが、より本質的な課題として、PMの発生量抑制する技術が要請される。 However, even in a gasoline engine, when the engine is operated at a low temperature such as during warm-up during a cold start, PM may be generated due to insufficient vaporization (refining) of the fuel. Therefore, although GPF has been developed as a PM countermeasure for gasoline engines, a more fundamental issue is the need for technology to suppress the amount of PM generated.

そこで検討するに、ガソリン機関においてPMが発生する主因は、上記のとおり燃料の気化が十分でない点にあり、従って、機関温度が低い状態でも燃料の気化を促進できると、PMの発生を大幅に低減して、GPFを使用することなくPNをクリアすることが可能になると云える。 Therefore, we will consider that the main cause of PM generation in gasoline engines is insufficient vaporization of the fuel, as mentioned above. Therefore, if fuel vaporization can be promoted even when the engine temperature is low, PM generation can be significantly reduced. It can be said that it becomes possible to clear the PN without using GPF.

このような気化促進の技術として、特許文献1には、エタノールやメタノールのような気化性が悪いアルコール類を燃料にした内燃機関において、吸気通路のうち各気筒に対応した吸気ポートにそれぞれ主インジェクタを設ける一方、吸気ポートよりも上流側の集合部にコールドスタート用インジェクタとヒータとを設けて、始動時にはコールドスタート用インジェクタから燃料を噴射して、これをヒータで加温して気化を促進することが開示されている。 As a technique for promoting vaporization, Patent Document 1 discloses that in an internal combustion engine that uses alcohols with low vaporization properties such as ethanol and methanol as fuel, a main injector is installed in each intake port corresponding to each cylinder in the intake passage. At the same time, a cold start injector and a heater are installed at the gathering point upstream of the intake port, and when starting the engine, fuel is injected from the cold start injector and heated by the heater to promote vaporization. This is disclosed.

実開昭58-92454号のマイクロフィルムMicrofilm of Utility Model No. 58-92454

さて、燃料をサージタンク等の集合部に噴射した場合、その全量が特定の気筒に至らずに僅かながら吸気通路に残ることが想定される。従って、各気筒での燃焼の安定性・均一性からは、燃料は個々の気筒に向けて噴射するのが好適であり、また、気化(霧化)した燃料が吸気通路の内面に触れて凝縮・液化する現象を防止する点からは、燃料はできるだけ気筒に近い部位から噴射するのが好ましい。 Now, when fuel is injected into a collection part such as a surge tank, it is assumed that the entire amount does not reach a specific cylinder and remains in the intake passage. Therefore, from the viewpoint of stability and uniformity of combustion in each cylinder, it is preferable to inject fuel toward each individual cylinder.Also, it is preferable that the vaporized (atomized) fuel touches the inner surface of the intake passage and condenses. - In order to prevent the phenomenon of liquefaction, it is preferable to inject fuel from a location as close to the cylinder as possible.

従って、各吸気ポートと集合部とにそれぞれインジェクタを設けている場合、暖機運転時には、機関温度との関係による燃料の気化性の良否を基準として、各吸気ポートへの燃料噴射と集合部への燃料噴射とがバランスするようにきめ細かく制御して、燃料と吸気との混合性向上による気化促進と、各吸気ポートへの直接的な燃料噴射による燃焼安定性との両立を図るのが好適であるといえる。 Therefore, if an injector is installed in each intake port and in the collecting part, during warm-up, fuel is injected into each intake port and injected into the collecting part based on the quality of fuel vaporization in relation to the engine temperature. It is preferable to perform fine control to maintain a balance between fuel injection and fuel injection, thereby achieving both acceleration of vaporization by improving the mixture of fuel and intake air, and combustion stability by direct fuel injection to each intake port. It can be said that there is.

しかし、特許文献1は、コールドスタート用インジェクタと主インジェクタとは択一的に使用しており、予め設定した基準値度を境にして、コールドスタート用インジェクタによる燃料噴射から主インジェクタによる燃料噴射に切り換えるものであるため、きめ細かい制御は期待できない。 However, in Patent Document 1, the cold start injector and the main injector are used alternatively, and the fuel injection is switched from the cold start injector to the main injector based on a preset reference value. Since it is a switching device, fine-grained control cannot be expected.

また、集合部にインジェクタを設けた場合、霧化した燃料の一部が、気筒に到達する前に吸気通路の内面に接触する等して凝縮・液化することが想定されるが、特許文献1は、集合部から吸気ポートに至る通路は水平状になっているため、液化した燃料が吸気の流れに乗って気筒に流入することが想定され、このため、PMの抑制効果が低減するおそれもある。 Furthermore, when an injector is provided in the gathering part, it is assumed that some of the atomized fuel may come into contact with the inner surface of the intake passage and condense and liquefy before reaching the cylinder, but Patent Document 1 Since the passage from the gathering part to the intake port is horizontal, it is assumed that liquefied fuel will flow into the cylinder along with the flow of intake air, which may reduce the PM suppression effect. be.

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。 The present invention has been made to improve the current situation.

本願発明は、
「スロットルバルブから各気筒に至る吸気通路が、前記スロットルバルブに連通したサージタンクと、前記サージタンクから分岐して各気筒に向かう枝通路の群とで構成されており、前記各枝通路の箇所にはそれぞれメインインジェクタが配置されて、前記サージタンクには補助インジェクタとEGRガス導入口とが配置されて、前記EGRガス導入口に、EGRバルブを備えたEGRガス通路が接続されている」
という基本構成である。
The present invention is
"The intake passage from the throttle valve to each cylinder is composed of a surge tank that communicates with the throttle valve, and a group of branch passages that branch from the surge tank and go to each cylinder, and the locations of each branch passage are A main injector is arranged in each of the surge tanks , an auxiliary injector and an EGR gas inlet are arranged in the surge tank, and an EGR gas passage equipped with an EGR valve is connected to the EGR gas inlet.
This is the basic configuration.

そして、本願発明は、上記基本構成において、
「前記各枝通路に下向きに凹んだ曲がり部が形成されている一方、前記EGRガス通路に、加熱用バルブを備えた加熱用のバイパス通路が接続されて、前記バイパス通路の一部が前記曲がり部における底部の内部に入り込んでいて
更に、冷却水温度センサで検知した冷却水温度に基づいて前記補助インジェクタと前記メインインジェクタと前記加熱用バルブと前記EGRバルブを制御する制御装置を有しており、前記制御装置は、
冷却水温度が予め設定した基準値よりも低い状態では、前記補助インジェクタとメインインジェクタとの両方から燃料を噴射させると共に、前記加熱用バルブを開いて前記曲がり部の加熱を行うことと前記EGRバルブを開いて前記サージタンクにEGRガスを導入することを行いつつ、冷却水温度が高くなるに従って前記メインインジェクタからの燃料噴射量を増大させて、
冷却水温度が前記基準値に至ると、前記メインインジェクタのみから燃料を噴射させると共に、前記加熱用バルブを閉じて前記曲がり部の加熱を停止させるように設定されている
という構成になっている。
In the above basic configuration, the present invention has the following features:
"Each of the branch passages is formed with a downwardly concave bend, and a heating bypass passage equipped with a heating valve is connected to the EGR gas passage, so that a part of the bypass passage is connected to the EGR gas passage. entering inside the bottom of the bent portion;
Furthermore, it has a control device that controls the auxiliary injector, the main injector, the heating valve, and the EGR valve based on the coolant temperature detected by the coolant temperature sensor, and the control device includes:
When the cooling water temperature is lower than a preset reference value, fuel is injected from both the auxiliary injector and the main injector , and the heating valve is opened to heat the bent portion; while opening the main injector to introduce EGR gas into the surge tank, increasing the fuel injection amount from the main injector as the cooling water temperature increases ;
When the cooling water temperature reaches the reference value, fuel is injected only from the main injector , the heating valve is closed, and heating of the bent portion is stopped.
The structure is as follows.

なお、本願発明では、冷却水温度が基準値に至って補助インジェクタが使用されていない状態でも、EGRガスがサージタンクに噴出する。すなわち、冷却水温度が基準値に至った後は、補助インジェクタとは関係なく、機関の回転数や負荷に基づいた通常の制御が成される。 Note that, in the present invention , EGR gas is injected into the surge tank even when the cooling water temperature reaches the reference value and the auxiliary injector is not used. That is, after the cooling water temperature reaches the reference value, normal control is performed based on the engine speed and load, regardless of the auxiliary injector.

本願発明において、枝通路は、吸気マニホールドに形成されている枝管と、シリンダヘッドに形成されている吸気ポートとの両方を含んでいる。一般に、気筒の吸気口は一対あってそれぞれ吸気バルブで開閉されており、吸気ポートは、その全体が一対の吸気口に対応して2つに分離している場合と、入口部は一つで途中から2つに分岐している場合とがあり、インジェクタを1つの入口部に設けているシングルインジェクタタイプと、分岐した2つのポートにそれぞれインジェクタを設けているデュアルインジェクタタイプとがあるが、本願発明はいずれのタイプも含んでいる。 In the present invention, the branch passage includes both a branch pipe formed in the intake manifold and an intake port formed in the cylinder head. Generally, a cylinder has a pair of intake ports, each of which is opened and closed by an intake valve, and the entire intake port may be separated into two parts corresponding to the pair of intake ports, or it may have a single inlet port. There are cases where the injector is branched into two from the middle, and there is a single injector type in which an injector is installed at one inlet, and a dual injector type in which an injector is installed at each of the two branched ports. The invention includes both types.

また、機関温度は冷却水温度で代替している。自動車用内燃機関では、冷却水温度センサは標準的に装備されていることが多いため、冷却水温度を機関温度として使用すると、コスト等において有利である。 In addition, the engine temperature is replaced by the cooling water temperature . Since internal combustion engines for automobiles are often equipped with a cooling water temperature sensor as standard, using the cooling water temperature as the engine temperature is advantageous in terms of cost and the like.

本願発明では、メインインジェクタは常に作動しているため、各気筒における燃焼の安定性・均一性をできるだけ保持できる一方、暖機運転状態のように機関温度が基準値よりも低い状態では、補助インジェクタからも燃料を噴射することにより、燃料全体として気化を促進できる。 In the present invention , since the main injector is always operating, combustion stability and uniformity in each cylinder can be maintained as much as possible. However, when the engine temperature is lower than the reference value, such as during warm-up, the auxiliary injector By injecting fuel from the fuel tank, vaporization of the fuel as a whole can be promoted.

そして、機関温度が上昇すると燃料の気化性も向上するが、本願発明では、機関温度の上昇に応じてメインインジェクタからの噴射量が増大するため、燃料気化の必要性と、各気筒における燃焼の安定性・均等化の必要性とがバランスするように、きめ細かく制御できる。 When the engine temperature rises, the vaporization of the fuel also improves, but in the present invention, the amount of injection from the main injector increases as the engine temperature rises, so the necessity of fuel vaporization and the combustion efficiency in each cylinder are reduced. Fine-grained control is possible to balance the need for stability and equalization.

従って、本願発明では、暖機運転時のように機関の温度が低い状態でも、燃料の気化を促進してPMの発生量を抑制しつつ、各気筒での燃焼の安定化・均等化を実現できる。また、低温下でも燃料の気化を促進できるため、完全燃焼化を促進して、HC,CO,NOxも低減できると共に燃費の向上にも貢献できる。 Therefore, the present invention realizes stabilization and equalization of combustion in each cylinder while promoting fuel vaporization and suppressing the amount of PM generated even when the engine temperature is low such as during warm-up operation. can. Further, since fuel vaporization can be promoted even at low temperatures, complete combustion can be promoted, HC, CO, and NOx can be reduced, and it can also contribute to improving fuel efficiency.

また、本願発明では、仮に、サージタンクに噴射されて気化した燃料が気筒に至る途中で枝通路の内面に触れて凝縮・液化(ミスト化)しても、液化した燃料を曲がり部に溜めておくことができる。従って、液化した燃料が気筒に入り込むことを防止又は抑制して、PMの発生を防止又は大きく抑制できる。 In addition, in the present invention, even if the fuel injected into the surge tank and vaporized touches the inner surface of the branch passage and condenses and liquefies (becomes mist) on the way to the cylinder, the liquefied fuel will be stored in the bend. You can leave it there. Therefore, it is possible to prevent or suppress the liquefied fuel from entering the cylinder, thereby preventing or greatly suppressing the generation of PM.

この場合、曲がり部に溜まった燃料は、吸気の流れによって蒸発して気筒に流入するため、特段の問題は生じない。 In this case, the fuel accumulated at the bend evaporates due to the flow of intake air and flows into the cylinder, so no particular problem occurs.

更に、本願発明を採用すると、液化した燃料が曲がり部に溜まろうとしても加熱手段で蒸発させられるため、燃料の気化を大きく促進してPMの発生防止効果を助長できる。また、曲がり部を流れる混合気が加温されるため、燃料の気化・微細化を促進して完全燃焼化を更に助長できる。 Furthermore, when the present invention is adopted, even if liquefied fuel tries to accumulate in the bent portion, it is evaporated by the heating means, so that the vaporization of the fuel is greatly promoted and the effect of preventing PM generation can be enhanced. In addition, since the air-fuel mixture flowing through the bend is heated, vaporization and atomization of the fuel can be promoted to further promote complete combustion.

本願発明のように補助インジェクタをサージタンクに設けると、サージタンクは容積が大きくて吸気の流れも遅いため、燃料と吸気との混合性を大きく向上できる。まず、この点で燃料の気化を促進できる。また、EGRガスの熱で燃料が加温されるため、燃料の蒸発性が高まって気化を促進できる。これら2つの作用により、燃料の気化を大きく促進できる。 When the auxiliary injector is provided in the surge tank as in the present invention , since the surge tank has a large volume and the flow of intake air is slow, the mixing properties of fuel and intake air can be greatly improved. First, in this respect, vaporization of the fuel can be promoted. Furthermore, since the fuel is heated by the heat of the EGR gas, the evaporability of the fuel increases and vaporization can be promoted. These two effects can greatly promote vaporization of the fuel.

実施形態に係る内燃機関の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine according to an embodiment. 図1のII-II 視断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1;

(1).実施形態の構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用内燃機関に適用している。内燃機関の基本構造は従来と同じであり、複数のシリンダボア2がクランク軸方向に形成されたシリンダブロック1と、シリンダブロック1の上面に固定されたシリンダヘッド3とを備えている。
(1).Structure of Embodiment Next, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. This embodiment is applied to an internal combustion engine for an automobile. The basic structure of the internal combustion engine is the same as the conventional one, and includes a cylinder block 1 in which a plurality of cylinder bores 2 are formed in the direction of the crankshaft, and a cylinder head 3 fixed to the upper surface of the cylinder block 1.

シリンダヘッド3には、1つのシリンダボア2に対応して一対ずつの吸気口4及び排気口5がそれぞれクランク軸線方向に並んで形成されており、一対の吸気口4には、それぞれ吸気ポート分岐部6が連通している。一対の吸気ポート分岐部6は、シリンダヘッド3の吸気側面に開口した1つの吸気ポート集合部7から分岐しており、各吸気ポート集合部7に、吸気マニホールド8の枝管9が接続されている。 In the cylinder head 3, a pair of intake ports 4 and an exhaust port 5 are formed, each corresponding to one cylinder bore 2, in line with the crank axis direction, and each of the pair of intake ports 4 has an intake port branch portion. 6 are connected. The pair of intake port branch parts 6 are branched from one intake port collection part 7 that opens on the intake side of the cylinder head 3, and a branch pipe 9 of the intake manifold 8 is connected to each intake port collection part 7. There is.

敢えて述べるまでもないが、吸気口4は、吸気弁用カム軸10で駆動される吸気弁11によって開閉され、排気口5は、吸気弁用カム軸(図示せず)で駆動される排気弁12によって開閉される。排気口5には排気ポート5aが連通している。 Needless to say, the intake port 4 is opened and closed by an intake valve 11 driven by an intake valve camshaft 10, and the exhaust port 5 is opened and closed by an exhaust valve driven by an intake valve camshaft (not shown). It is opened and closed by 12. The exhaust port 5a communicates with the exhaust port 5.

シリンダヘッド3には、各吸気ポート分岐部6に燃料を噴射するメインインジェクタ13が取付けられている。メインインジェクタ13は、シリンダヘッド3に形成した取付け穴14にOリングを介して挿入しており、燃料が吸気口4に向けて噴射するように、シリンダボア軸線に対して傾斜姿勢に配置されている。 A main injector 13 that injects fuel into each intake port branch portion 6 is attached to the cylinder head 3 . The main injector 13 is inserted into a mounting hole 14 formed in the cylinder head 3 via an O-ring, and is arranged at an angle with respect to the cylinder bore axis so that fuel is injected toward the intake port 4. .

内燃機関は図示しないエアクリーナを備えており、エアクリーナを始端とする吸気通路は、吸気量を制御するスロットルバルブ15と、スロットルバルブ15が固定されたサージタンク16と、サージタンク16から分岐した既述の枝管9と、枝管9に接続された既述の吸気ポート7,6とを備えている。サージタンク16と枝管9とにより、吸気マニホールド8が構成されている。請求項との関係では枝管9と吸気ポート7,6とによって枝通路が構成されている。 The internal combustion engine is equipped with an air cleaner (not shown), and the intake passage starting from the air cleaner includes a throttle valve 15 that controls the amount of intake air, a surge tank 16 to which the throttle valve 15 is fixed, and the above-mentioned passage branched from the surge tank 16. A branch pipe 9 and the previously described intake ports 7 and 6 connected to the branch pipe 9 are provided. The surge tank 16 and the branch pipe 9 constitute an intake manifold 8. In relation to the claims , the branch pipe 9 and the intake ports 7 and 6 constitute a branch passage.

スロットルバルブ15は、遠隔的に駆動される電動モータ(アクチュエータ)18を備えている。スロットルバルブ15の入口には、吸気通路を構成する吸気ダクト19が接続されており、内燃機関が過給機を備えていない場合は、吸気ダクト19はエアクリーナに接続されている。他方、内燃機関が過給機を備えている場合は、吸気ダクト19は、過給機におけるコンプレッサハウジングの吐出口か、又はインタークーラの出口に接続されている。 The throttle valve 15 includes a remotely driven electric motor (actuator) 18. An intake duct 19 constituting an intake passage is connected to the inlet of the throttle valve 15, and if the internal combustion engine is not equipped with a supercharger, the intake duct 19 is connected to an air cleaner. On the other hand, when the internal combustion engine is equipped with a supercharger, the intake duct 19 is connected to a discharge port of a compressor housing in the supercharger or an outlet of an intercooler.

各枝管9は、サージタンク16から下向きに延びてから、いったん上向きに姿勢を変えたのち略水平状になってシリンダヘッド3に向かい、先端がシリンダヘッド3の吸気ポート集合部7に接続されている。従って、各枝管9は、下向きに凹んだ曲がり部(下向き湾曲部)9aを有している。 Each branch pipe 9 extends downward from the surge tank 16, changes its posture upward, becomes substantially horizontal, and heads toward the cylinder head 3, and its tip is connected to the intake port gathering portion 7 of the cylinder head 3. ing. Therefore, each branch pipe 9 has a downwardly recessed bent portion (downward curved portion) 9a.

サージタンク16には、当該サージタンク16の内部に開口した取付け穴20を有するブラケット部21が一体に形成されており、ブラケット部21に1本の補助インジェクタ22が取付けられている。補助インジェクタ22は、先端に向けて低くなるように傾斜姿勢に配置している。もとより、水平姿勢に配置したり鉛直姿勢(下向き姿勢)に配置するなど、姿勢は任意に設定できる。 The surge tank 16 is integrally formed with a bracket portion 21 having a mounting hole 20 opened into the surge tank 16, and one auxiliary injector 22 is attached to the bracket portion 21. The auxiliary injector 22 is arranged in an inclined position so as to become lower toward the tip. Of course, the orientation can be set arbitrarily, such as horizontal orientation or vertical orientation (downward facing orientation).

また、補助インジェクタ22は、サージタンク16の軸心を挟んでシリンダヘッド3に近い側に配置しているが、シリンダヘッド3から遠い側に配置してもよい。 Further, although the auxiliary injector 22 is arranged on the side closer to the cylinder head 3 across the axis of the surge tank 16, it may be arranged on the side farther from the cylinder head 3.

各メインインジェクタ13は、クランク軸線方向に長く延びる燃料デリバリ管23に取付けられており、燃料デリバリ管23に燃料パイプ24が接続されている。他方、補助インジェクタ22は1本だけなので、補助インジェクタ22の基端に燃料パイプ25が直接接続されている。メインインジェクタ13と補助インジェクタ22とを近づけて配置して、1本の燃料デリバリ管23に、各メインインジェクタ13の群と補助インジェクタ22とを姿勢を変えて取り付けることも可能である。 Each main injector 13 is attached to a fuel delivery pipe 23 that extends in the direction of the crank axis, and a fuel pipe 24 is connected to the fuel delivery pipe 23 . On the other hand, since there is only one auxiliary injector 22, the fuel pipe 25 is directly connected to the base end of the auxiliary injector 22. It is also possible to arrange the main injectors 13 and the auxiliary injectors 22 close to each other, and to attach each group of main injectors 13 and the auxiliary injectors 22 to one fuel delivery pipe 23 in different positions.

両インジェクタ13,22とも、燃料の噴出は内蔵した電磁弁によって行われており、電磁弁に通電するためのソケット26にプラグ27を接続している。プラグ27は、制御装置であるECU(エンジン・コントロール・ユニット)28に結線されている。 Both injectors 13 and 22 eject fuel using built-in solenoid valves, and plugs 27 are connected to sockets 26 for energizing the solenoid valves. The plug 27 is connected to an ECU (engine control unit) 28 that is a control device.

シリンダヘッド3の排気側面に設けた排気出口穴(図示せず)に、触媒を内蔵した触媒ケース29が、直接に又は吸気マニホールドを介して若しくは排気ターボ過給機を介して接続されている。排気出口穴が各気筒に対応して複数ある場合は、シリンダヘッド3の排気側面には排気マニホールドが固定されている。排気集合部をシリンダヘッド3の内部に形成して排気出口穴が1つのみ開口している場合は、触媒ケース29は、エルボ管を介して直接に排気出口穴に接続されるか、又は、排気ターボ過給機を介して接続されるA catalyst case 29 containing a catalyst is connected to an exhaust outlet hole (not shown) provided on the exhaust side of the cylinder head 3, either directly, via an intake manifold, or via an exhaust turbocharger. When there are multiple exhaust outlet holes corresponding to each cylinder, an exhaust manifold is fixed to the exhaust side surface of the cylinder head 3. When the exhaust gas collecting section is formed inside the cylinder head 3 and only one exhaust outlet hole is open, the catalyst case 29 is directly connected to the exhaust outlet hole via an elbow pipe, or Connected via an exhaust turbocharger.

排気通路30のうち触媒ケース29の下流側の部位からEGR通路31を分岐させて、EGR通路31をサージタンク16に接続している。すなわち、サージタンク16に、EGRガスのEGRガス導入口32を開口させている。また、EGR通路31には、EGRガスの通過量を制御するEGRバルブ33を設けている。 An EGR passage 31 is branched from a portion of the exhaust passage 30 on the downstream side of the catalyst case 29, and is connected to the surge tank 16. That is, an EGR gas inlet 32 for EGR gas is opened in the surge tank 16 . Further, the EGR passage 31 is provided with an EGR valve 33 that controls the amount of EGR gas passing through.

EGR通路31のうちEGRバルブ33よりも上流側の部位からバイパス通路34を分岐させて、バイパス通路34に、上向きに湾曲して各枝管9の下部(曲がり部9aの底部)と交差する加熱部35を設けている。加熱部35は枝管9の数だけあるため、バイパス通路34に、各加熱部35の上流側と下流側とに位置してクランク軸線方向に長く延びる連通管36を設けて、2本の連通管36に各加熱部35を接続している。 A bypass passage 34 is branched from a portion of the EGR passage 31 upstream of the EGR valve 33, and the bypass passage 34 is heated to curve upward and intersect with the lower part of each branch pipe 9 (the bottom of the bent portion 9a). A section 35 is provided. Since there are as many heating sections 35 as there are branch pipes 9, communication pipes 36 are provided in the bypass passage 34, which are located upstream and downstream of each heating section 35 and extend long in the crank axis direction. Each heating section 35 is connected to a tube 36.

図2のとおり、各加熱部35は、それぞれ各枝管9における曲がり部9aの内部入り込んでいる。このように加熱部35が一体化された枝管9の群は、2つ割りされた部材を接合することにより、合成樹脂によって製造できる。 As shown in FIG. 2, each heating portion 35 is inserted into the bent portion 9a of each branch pipe 9. The group of branch pipes 9 in which the heating portion 35 is integrated in this manner can be manufactured from synthetic resin by joining two parts together.

バイパス通路34のうち加熱部35よりも上流側の部位には、加熱用バルブ(加熱ガス用流量調節バルブ37を設けている。この加熱用バルブ37は、流量を段階的又は無段階的に調節できる仕様であってもよいし、全開と全閉とに切換わる仕様であってもよい。 A heating valve ( heated gas flow rate adjustment valve ) 37 is provided in a portion of the bypass passage 34 upstream of the heating section 35 . The heating valve 37 may have a specification that allows the flow rate to be adjusted stepwise or steplessly, or may have a specification that can be switched between fully open and fully closed.

バイパス通路34の下流端は排気通路30に接続されており、バイパス通路34を流れたEGRガスは、エゼクタ効果によって排気通路30に吸引されるようになっている。バイパス通路34のうち加熱部35よりも下流側の部位には、念のため逆止弁38を設けている。 The downstream end of the bypass passage 34 is connected to the exhaust passage 30, and the EGR gas flowing through the bypass passage 34 is sucked into the exhaust passage 30 by an ejector effect. A check valve 38 is provided in a portion of the bypass passage 34 on the downstream side of the heating section 35 just in case.

触媒ケース29には、A/Fセンサ39とO2センサ40とを設けており、これらはECU28に結線されている。スロットルバルブ15の電動モータ18、各インジェクタ13,22のプラグ27、EGRバルブ33、バイパス通路34に設けた加熱用バルブ37もECU28によって制御される。また、ECU28には、イグニッションスイッチ41と、例えばシリンダヘッド3のウォータジャケットを通過した冷却水の温度を検知する冷却水温度センサ42も結線されている。 The catalyst case 29 is provided with an A/F sensor 39 and an O2 sensor 40, which are connected to the ECU 28. The electric motor 18 of the throttle valve 15, the plug 27 of each injector 13, 22, the EGR valve 33, and the heating valve 37 provided in the bypass passage 34 are also controlled by the ECU 28. Further, the ECU 28 is also connected to an ignition switch 41 and a cooling water temperature sensor 42 that detects the temperature of the cooling water that has passed through the water jacket of the cylinder head 3, for example.

(2).制御の態様
実施形態の内燃機関は、機関温度を冷却水温度で代替しており、冷却水温度が予め設定した基準値よりも低い状態で始動されたときは、メインインジェクタ13からの噴射に加えて、補助インジェクタ22からも燃料が噴射される。
(2). Control aspect The internal combustion engine of the embodiment substitutes the engine temperature with the cooling water temperature, and when the engine is started with the cooling water temperature lower than a preset reference value, the main injector 13 In addition to this injection, fuel is also injected from the auxiliary injector 22.

この場合、補助インジェクタ22はサージタンク16に設けているが、混合気がシリンダボア2に至るまでの距離が長いため、燃料と吸気との混合性がよい。また、サージタンク16は容量が大きくて流速が低いが、このことによっても、燃料と吸気との混合性が高くなっている。従って、低温環境下での運転でも、燃料の気化を促進して完全燃焼化を促進できる。 In this case, the auxiliary injector 22 is provided in the surge tank 16, but since the air-fuel mixture has a long distance to reach the cylinder bore 2, the mixture of fuel and intake air is good. Furthermore, although the surge tank 16 has a large capacity and a low flow rate, this also improves the miscibility of fuel and intake air. Therefore, even when operating in a low temperature environment, vaporization of the fuel can be promoted to promote complete combustion.

冷却水温度が基準値よりも低い状態では、加熱用バルブ37が開いている(例えば全開している)。このため、燃料の気化を更に促進して、完全燃焼を更に促進できる。また、サージタンク16から送られた混合気が枝管9の内面に触れて、気化していた燃料が凝縮してミスト化するおそれがあるが、本実施形態では、図2に模式的に示すように、凝縮して液化した燃料43は曲がり部9aの底に溜まるため、凝縮してミスト化した燃料がシリンダボア2に流入することを防止又は大きく抑制できる。これによっても、完全燃焼化を促進できる。 When the cooling water temperature is lower than the reference value, the heating valve 37 is open (for example, fully open). Therefore, vaporization of the fuel can be further promoted, and complete combustion can be further promoted. Furthermore, there is a risk that the air-fuel mixture sent from the surge tank 16 may come into contact with the inner surface of the branch pipe 9, causing the vaporized fuel to condense and become a mist. Since the condensed and liquefied fuel 43 accumulates at the bottom of the bent portion 9a, it is possible to prevent or greatly suppress the condensed and mist fuel from flowing into the cylinder bore 2. This also promotes complete combustion.

また、曲がり部9aの底には排気ガスが流れる加熱部35が一体に繋がっているため、気化した燃料43が曲がり部9aの底に流下しても、即座に蒸発させることができる。この面でも、燃料の気化を促進して完全燃焼化を促進できる。冷却水が基準値よりも低い状態の運転では、EGRバルブ33が開いて、サージタンク16にEGRガスが導入される。このEGRガスの熱によって燃料の気化が促進される。 Moreover, since the heating part 35 through which exhaust gas flows is integrally connected to the bottom of the bending part 9a, even if the vaporized fuel 43 flows down to the bottom of the bending part 9a, it can be immediately evaporated. In this aspect as well, vaporization of the fuel can be promoted to promote complete combustion. In operation when the cooling water is lower than the reference value, the EGR valve 33 is opened and EGR gas is introduced into the surge tank 16. The heat of this EGR gas promotes vaporization of the fuel.

メインインジェクタ13と補助インジェクタ22とが併用されている状態では、冷却水温度が高くなるに従ってメインインジェクタ13による噴射量が増大するように制御される。これにより、個々のシリンダボア2に燃料を直接的に噴射して燃焼の安定性・均一性を向上させることと、完全燃焼に近づけてPMやCO,HC等の有害物質の発生を防止することとを、バランス良く実現できる。この状態でも、加熱部35への排気ガスの供給とサージタンク16へのEGRガスの供給とは継続しているため、燃料の気化促進による完全燃焼化を確実化できる。 When the main injector 13 and the auxiliary injector 22 are used together, the amount of injection by the main injector 13 is controlled to increase as the cooling water temperature increases. This improves the stability and uniformity of combustion by directly injecting fuel into each cylinder bore 2, and also prevents the generation of harmful substances such as PM, CO, and HC by bringing the combustion closer to complete combustion. can be achieved in a well-balanced manner. Even in this state, the supply of exhaust gas to the heating unit 35 and the supply of EGR gas to the surge tank 16 continue, so that complete combustion by promoting vaporization of the fuel can be ensured.

この場合、バイパス通路34を流れる排気ガスの量は、冷却水温度の上昇に反比例させて低減させてもよいし、一定のままであってもよい。サージタンク16に導入されるEGRガスの量も同様であり、冷却水温度の昇温と反比例させてEGRガスの導入量を低下させてもよいし、一定のままであってもよい。A/Fセンサ及びO2センサの信号に基づいて、EGRバルブ33を制御することも可能である。 In this case, the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage 34 may be reduced in inverse proportion to the rise in cooling water temperature, or may remain constant. The same applies to the amount of EGR gas introduced into the surge tank 16, and the amount of EGR gas introduced may be decreased in inverse proportion to the rise in cooling water temperature, or may remain constant. It is also possible to control the EGR valve 33 based on signals from the A/F sensor and O2 sensor.

冷却水温度がどの程度のときにメインインジェクタ13と補助インジェクタ22との噴射量の割合をどの程度にするかという具体的な値は、加熱用排気ガスの導入量やサージタンク16のEGRガスの導入量を考慮しつつ、実機試験を行いながら詰めていったらよい。つまり、例えば複数の温度域を設定して、各温度域でPMを許容量(PN)に抑制することを目標にして、できるだけメインインジェクタ13による噴射量が多くしつつ、加熱用排気ガスの導入量とサージタンク16へのEGRガスの導入量を選択していき、制御マップを作成したらよい。 The specific value of the ratio of injection amount between the main injector 13 and the auxiliary injector 22 at which cooling water temperature is determined depends on the amount of heating exhaust gas introduced and the amount of EGR gas in the surge tank 16. It would be a good idea to consider the amount to be introduced and perform tests on actual equipment. In other words, for example, by setting a plurality of temperature ranges and aiming to suppress PM to an allowable amount (PN) in each temperature range, the injection amount by the main injector 13 is increased as much as possible, and the heating exhaust gas is introduced. It is sufficient to select the amount of EGR gas to be introduced into the surge tank 16 and create a control map.

暖機状態を脱して冷却水温度が予め設定した基準値を越えると、燃料の噴射はメインインジェクタ13のみからとなり、加熱用バルブ37は閉じて、バイパス通路34を流れる排気ガスの量はゼロになる。他方、サージタンク16へのEGRガスの導入量は、機関の回転数や負荷などに応じた通常制御マップに基づいて制御される。 When the temperature of the cooling water exceeds a preset reference value after the warm-up state, fuel is injected only from the main injector 13, the heating valve 37 is closed, and the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage 34 becomes zero. Become. On the other hand, the amount of EGR gas introduced into the surge tank 16 is controlled based on a normal control map depending on the engine speed, load, etc.

バイパス通路34の加熱部35には、表面積を大きくして混合気との接触性を向上するためのリブや溝などを形成してもよい。このような表面積増大手段を設けると、燃料の気化を促進して完全燃焼化を助長できる。 The heating portion 35 of the bypass passage 34 may be provided with ribs, grooves, etc. to increase the surface area and improve contact with the air-fuel mixture. Providing such a surface area increasing means can promote vaporization of the fuel and promote complete combustion.

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、メインインジェクタは、吸気マニホールドの各枝管に設けることも可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be embodied in various other ways. For example, the main injector can be provided in each branch pipe of the intake manifold.

本願発明は、自動車用等の内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be embodied in internal combustion engines for automobiles and the like. Therefore, it can be used industrially.

1 シリンダブロック
2 シリンダボア
3 シリンダヘッド
4 吸気口
6 枝通路を構成する吸気ポート分岐部
7 枝通路を構成する吸気ポート集合部
8 吸気マニホールド
9 枝通路を構成する枝管
9a 曲がり部
13 メインインジェクタ
15 スロットルバルブ
16 集合通路を構成するサージタンク
22 補助インジェクタ
23 燃料デリバリ管
28 ECU
29 触媒ケース
31 EGR通路
32 EGRガス導入口
33 EGRバルブ
34 バイパス通路
35 加熱部
37 加熱用バルブ
42 機関温度を代替する冷却水温度センサ
1 Cylinder block 2 Cylinder bore 3 Cylinder head 4 Intake port 6 Intake port branch part forming a branch passage 7 Intake port gathering part forming a branch passage 8 Intake manifold 9 Branch pipe forming a branch passage 9a Bend part 13 Main injector 15 Throttle Valve 16 Surge tank forming a collection passage 22 Auxiliary injector 23 Fuel delivery pipe 28 ECU
29 Catalyst case 31 EGR passage 32 EGR gas inlet 33 EGR valve 34 Bypass passage 35 Heating section 37 Heating valve
42 Cooling water temperature sensor that replaces engine temperature

Claims (1)

スロットルバルブから各気筒に至る吸気通路が、前記スロットルバルブに連通したサージタンクと、前記サージタンクから分岐して各気筒に向かう枝通路の群とで構成されており、前記各枝通路の箇所にはそれぞれメインインジェクタが配置されて、前記サージタンクには補助インジェクタとEGRガス導入口とが配置されて、前記EGRガス導入口に、EGRバルブを備えたEGRガス通路が接続されている構成であって、
前記各枝通路に下向きに凹んだ曲がり部が形成されている一方、前記EGRガス通路に、加熱用バルブを備えた加熱用のバイパス通路が接続されて、前記バイパス通路の一部が前記曲がり部における底部の内部に入り込んでいて、
更に、冷却水温度センサで検知した冷却水温度に基づいて前記補助インジェクタと前記メインインジェクタと前記加熱用バルブと前記EGRバルブを制御する制御装置を有しており、前記制御装置は、
冷却水温度が予め設定した基準値よりも低い状態では、前記補助インジェクタとメインインジェクタとの両方から燃料を噴射させると共に、前記加熱用バルブを開いて前記曲がり部の加熱を行うことと前記EGRバルブを開いて前記サージタンクにEGRガスを導入することを行いつつ、冷却水温度が高くなるに従って前記メインインジェクタからの燃料噴射量を増大させて、
冷却水温度が前記基準値に至ると、前記メインインジェクタのみから燃料を噴射させると共に、前記加熱用バルブを閉じて前記曲がり部の加熱を停止させるように設定されている、
内燃機関。
The intake passage from the throttle valve to each cylinder is composed of a surge tank communicating with the throttle valve , and a group of branch passages that branch from the surge tank and go to each cylinder, and each of the branch passages has a A main injector is disposed in each of the surge tanks , an auxiliary injector and an EGR gas inlet are disposed in the surge tank, and an EGR gas passage provided with an EGR valve is connected to the EGR gas inlet. hand,
Each of the branch passages is formed with a downwardly concave bent portion, and a heating bypass passage equipped with a heating valve is connected to the EGR gas passage, so that a part of the bypass passage is connected to the EGR gas passage. It has entered the inside of the bottom at the bend,
Furthermore, it has a control device that controls the auxiliary injector, the main injector, the heating valve, and the EGR valve based on the coolant temperature detected by the coolant temperature sensor, and the control device includes:
When the cooling water temperature is lower than a preset reference value, fuel is injected from both the auxiliary injector and the main injector, and the heating valve is opened to heat the bent portion; while opening the main injector to introduce EGR gas into the surge tank, increasing the fuel injection amount from the main injector as the cooling water temperature increases ;
When the cooling water temperature reaches the reference value, fuel is injected only from the main injector, and the heating valve is closed to stop heating the bent portion.
Internal combustion engine.
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