JP7408961B2 - Diesel engine control device - Google Patents

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Description

本発明は、気筒と、気筒内に往復動可能に収容されたピストンと、ピストンの上方空間である燃焼室に軽油を含む燃料を噴射するインジェクタとを備えたディーゼルエンジンを制御する装置に関する。 The present invention relates to a device for controlling a diesel engine that includes a cylinder, a piston that is reciprocatably housed in the cylinder, and an injector that injects fuel containing light oil into a combustion chamber that is a space above the piston.

上記ディーゼルエンジンの一例として、下記特許文献1のものが知られている。この特許文献1のディーゼルエンジンでは、プレ噴射やアフター噴射をメイン噴射に組み合わせた噴射パターンが運転条件ごとに異なる態様で定められており、各々の噴射パターンによる燃料噴射時に、インジェクタ内の燃料圧力を検出する圧力センサの検出値に基づいて噴射時期や噴射期間が調整されるようになっている。 As an example of the above-mentioned diesel engine, the one shown in Patent Document 1 below is known. In the diesel engine of Patent Document 1, injection patterns that combine pre-injection and after-injection with main injection are determined differently depending on operating conditions, and when fuel is injected by each injection pattern, the fuel pressure in the injector is controlled. The injection timing and injection period are adjusted based on the detected value of the pressure sensor.

例えば、メイン噴射とアフター噴射とを含む噴射パターンでは、燃料噴射に伴い生じる圧力脈動が圧力センサにより検出されるとともに、検出された圧力脈動に基づいて、メイン噴射からアフター噴射までのインターバル(噴射インターバル)が調整される。これにより、燃料圧力の圧力脈動がアフター噴射に及ぼす影響が低減されるので、アフター噴射の噴射量の調整精度を向上できるとされている。 For example, in an injection pattern that includes main injection and after injection, the pressure pulsations that occur with fuel injection are detected by a pressure sensor, and based on the detected pressure pulsations, the interval from main injection to after injection (injection interval ) is adjusted. This is said to reduce the influence of pressure pulsations in the fuel pressure on the after-injection, thereby improving the accuracy of adjusting the injection amount of the after-injection.

特開2011-190725号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-190725

ここで、メイン噴射からアフター噴射までのインターバルを過度に短くすると、メイン噴射に基づく燃焼ガス中に重畳的にアフター噴射による燃料が供給されることになり、アフター噴射による燃料が酸素不足の環境で燃焼する結果、煤が発生し易くなる。そこで、このような煤の発生を確実に回避するべく、メイン噴射からアフター噴射までのインターバルを十分に長くすることが考えられる。しかしながら、当該インターバルが過度に長くなると、アフター噴射に基づく燃焼エネルギーのうち仕事として利用される割合が減少し、燃費性能が悪化してしまう。 Here, if the interval from main injection to after injection is too short, fuel by after injection will be superimposed on the combustion gas based on main injection, and the fuel by after injection will be in an oxygen-deficient environment. As a result of combustion, soot is likely to be generated. Therefore, in order to reliably avoid the generation of such soot, it is conceivable to make the interval from the main injection to the after injection sufficiently long. However, if the interval becomes too long, the proportion of the combustion energy based on after-injection that is used as work decreases, resulting in poor fuel efficiency.

上記のような煤の発生と燃費の悪化とが共に顕在化しないようにするには、アフター噴射の時期を、十分な空気(酸素)を利用できる期間の中でもできるだけ早い時期に設定することが望ましい。しかしながら、このような要求に応えられるアフター噴射の時期は、燃焼室内のガスの流動状態等により都度変化すると考えられる。そこで、燃焼室内のガスの流動を左右する状態量を把握し、その結果に基づいて適切なアフター噴射の時期を都度決定することが提案される。 In order to prevent both the generation of soot and the deterioration of fuel efficiency as described above, it is desirable to set the timing of after-injection as early as possible during the period when sufficient air (oxygen) is available. . However, the timing of after-injection that can meet such demands is thought to change from time to time depending on the flow state of gas in the combustion chamber and the like. Therefore, it is proposed to grasp the state quantities that affect the flow of gas in the combustion chamber, and to determine the appropriate timing of after-injection each time based on the results.

しかしながら、上記特許文献1のディーゼルエンジンは、上記のような提案に応えられるものではなかった。すなわち、上記特許文献1では、圧力脈動による補正の余地はあるものの、基本的にはエンジンの運転条件ごとに予め定められた噴射パターンに基づいてメイン噴射からアフター噴射までのインターバルが決定される。言い換えると、実験的に予め定められた基本インターバルに沿ってアフター噴射の時期が決定される。このため、上記特許文献1では、時々刻々と変化するエンジンの状態に応じて最適なアフター噴射の時期を決定することは不可能であった。 However, the diesel engine disclosed in Patent Document 1 cannot meet the above proposals. That is, in Patent Document 1, although there is room for correction based on pressure pulsations, basically the interval from main injection to after injection is determined based on an injection pattern that is predetermined for each engine operating condition. In other words, the timing of the after injection is determined according to a basic interval determined in advance experimentally. Therefore, in Patent Document 1, it is impossible to determine the optimal after-injection timing according to the constantly changing engine conditions.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃費性能を比較的良好に維持しつつ、アフター噴射により噴射された燃料の空気利用率を高めて煤の発生を十分に抑制することが可能なディーゼルエンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to sufficiently suppress soot generation by increasing the air utilization rate of fuel injected by after-injection while maintaining relatively good fuel efficiency. The purpose of the present invention is to provide a diesel engine control device that can perform the following tasks.

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、気筒と、気筒内に往復動可能に収容されたピストンと、ピストンの上方空間である燃焼室に軽油を含む燃料を噴射するインジェクタとを備えたディーゼルエンジンを制御する装置であって、所定の運転領域での運転時に、圧縮行程から膨張行程にかけて設定された複数のタイミングで燃料が噴射されるように前記インジェクタを制御する噴射制御部を備え、前記ピストンは、その冠面に下方に窪んだキャビティを有するとともに、当該キャビティを規定する壁面として、径方向外側ほど高さが低くなるように形成された底部と、底部よりも径方向外側に形成されかつ気筒軸を含む断面視で径方向外側に凸となるように窪む湾曲した外周部と、外周部よりも上側に形成されかつ気筒軸を含む断面視で径方向内側に凸となるように突出する湾曲したリップ部とを有し、前記インジェクタは、前記燃焼室の天井部のうち前記キャビティの中央部と対向する位置に複数の噴孔を有するとともに、前記各噴孔から放射状且つ径方向外側に向けて斜め下方に燃料を噴射するように設けられ、前記噴射制御部は、前記所定の運転領域での運転時に、1燃焼サイクル中の燃料の総噴射量のうち最も多くの割合の燃料を噴射するとともに噴射した燃料を前記リップ部に指向させて当該燃料の少なくとも一部を前記リップ部から下方に方向転換させるメイン噴射と、メイン噴射よりも遅れた膨張行程中の所定時期に当該メイン噴射よりも少量の燃料を噴射するアフター噴射とを前記インジェクタに実行させ、前記メイン噴射の終了から前記アフター噴射の開始までの時間である噴射インターバル時間は、エンジン回転数が高くなるほど短くされるとともに、エンジン回転数の増大に対する前記噴射インターバル時間の短縮率は、エンジン負荷が前記所定の運転領域内の最大値に相当する場合を除いて、エンジン回転数が高い方が大きくされる、ことを特徴とするものである(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention includes a cylinder, a piston housed in the cylinder so as to be able to reciprocate, and an injector that injects fuel containing light oil into a combustion chamber that is a space above the piston. A device for controlling a diesel engine, comprising an injection control unit that controls the injector so that fuel is injected at a plurality of timings set from a compression stroke to an expansion stroke when operating in a predetermined operating range. , the piston has a downwardly recessed cavity on its crown surface, and a bottom portion formed such that the height becomes lower toward the radially outer side as a wall surface defining the cavity, and a bottom portion that is formed radially outwardly from the bottom portion. A curved outer circumferential portion is formed and concave so as to be convex radially outward in a cross-sectional view including the cylinder axis, and a curved outer circumferential portion is formed above the outer circumferential portion and is convex radially inward in a cross-sectional view including the cylinder axis. The injector has a plurality of nozzle holes in the ceiling of the combustion chamber at a position facing the center of the cavity, and the injector has a plurality of nozzle holes extending radially from each nozzle hole. The injection control unit is provided to inject fuel diagonally downward toward the outside in the radial direction, and the injection control unit is configured to inject the fuel in a direction that injects the largest proportion of the total amount of fuel injected during one combustion cycle during operation in the predetermined operating region. a main injection that injects fuel and directs the injected fuel toward the lip portion to redirect at least a portion of the fuel downward from the lip portion; and at a predetermined time during the expansion stroke that is delayed from the main injection. The injector is made to perform an after injection that injects a smaller amount of fuel than the main injection, and the injection interval time, which is the time from the end of the main injection to the start of the after injection, becomes shorter as the engine speed increases. In addition, the reduction rate of the injection interval time with respect to an increase in engine speed is increased as the engine speed is higher, except when the engine load corresponds to a maximum value within the predetermined operating range. (Claim 1)

メイン噴射により噴射された燃料の噴霧は、キャビティのリップ部、外周部、底部の各壁面に沿って縦方向の渦を形成するように旋回し、インジェクタの噴射軸上の特定位置に戻ってくる。言い換えると、当該特定位置での酸素濃度は、メイン噴射による燃料噴霧の旋回流動によって大きく変動する。このため、アフター噴射により噴射された燃料の空気利用率を高めるには、当該アフター噴射による燃料噴霧が前記特定位置に到達する時期と、前記特定位置における酸素濃度が濃くなる時期(以下、酸素到来時期ともいう)とを概ね一致させる必要がある。 The fuel spray injected by the main injection swirls along the lip, outer periphery, and bottom walls of the cavity to form a vertical vortex, and returns to a specific position on the injection axis of the injector. . In other words, the oxygen concentration at the specific position varies greatly depending on the swirling flow of the fuel spray caused by the main injection. Therefore, in order to increase the air utilization rate of the fuel injected by after-injection, the timing when the fuel spray by the after-injection reaches the specific position and the timing when the oxygen concentration at the specific position becomes high (hereinafter referred to as oxygen arrival It is necessary to roughly match the period (also called the period).

本願発明者の研究により、上記の縦方向の渦を形成するような燃料噴霧の旋回によって変化する酸素到来時期は、エンジン回転数が高いほど早くなることが分かっている。この点を考慮した制御として、本発明では、メイン噴射の終了からアフター噴射の開始までの時間である噴射インターバル時間が、エンジン回転数が高いほど短くなるように調整されるので、前記特定位置での酸素濃度が濃くなる時期にアフター噴射による燃料噴霧を前記特定位置に到達させることができ、当該燃料噴霧の空気利用率を高めることができる。これにより、仮に噴射インターバル時間を固定的に設定した場合と比較して、燃焼に伴う煤の発生を効果的に抑制することができる。 Through research by the inventors of the present application, it has been found that the timing of oxygen arrival, which changes due to the swirling of the fuel spray forming the above-mentioned vertical vortex, becomes earlier as the engine speed increases. As a control that takes this point into account, in the present invention, the injection interval time, which is the time from the end of main injection to the start of after injection, is adjusted so that it becomes shorter as the engine speed increases. It is possible to cause the fuel spray by after-injection to reach the specific position at a time when the oxygen concentration of the fuel spray becomes high, and the air utilization rate of the fuel spray can be increased. As a result, generation of soot due to combustion can be effectively suppressed compared to a case where the injection interval time is set fixedly.

さらに、本願発明者らは、多噴孔を有して各噴孔から放射状に燃料が噴射されるインジェクタを有するエンジンにおいては、エンジン回転数が高いときは低いときに比べて、燃焼室に生じるスワール流が燃料噴霧に与える影響が大きくなり、これに伴ってエンジン回転数が高いときは低いときに比べて、エンジン回転数の増加に対して前記酸素到来時期がより一層早まるという知見を得た。本発明では、上記の点に加えてこの点を考慮した制御として、エンジン回転数が高いときの方が低いときよりもエンジン回転数の増大に対する噴射インターバル時間の短縮率を大きくしている。これより、より一層確実に、前記特定位置での酸素濃度が濃くなる時期にアフター噴射による燃料噴霧を前記特定位置に到達させることができる。 Furthermore, the inventors of the present application have discovered that in an engine having an injector that has multiple injection holes and injects fuel radially from each injection hole, when the engine speed is high, compared to when the engine speed is low, We have obtained the knowledge that the swirl flow has a greater influence on fuel spray, and as a result, when the engine speed is high, the timing of oxygen arrival becomes earlier than when the engine speed is low. . In the present invention, in addition to the above points, as a control that takes this point into consideration, the reduction rate of the injection interval time with respect to an increase in engine speed is made larger when the engine speed is high than when it is low. This makes it possible to more reliably cause the fuel spray by after-injection to reach the specific position at a time when the oxygen concentration at the specific position becomes high.

また、前記のようにエンジン回転数に応じて噴射インターバル時間が可変とされていれば、噴射インターバル時間が固定的である場合と比較して、条件次第でアフター噴射の噴射時期を早めることができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。例えば、噴射インターバル時間をエンジン回転数に拠らず一定に設定した場合には、エンジン回転数が高くても低くても煤の発生量が過大にならないように、燃焼室の温度が十分に低下するのを待ってから、つまりメイン噴射の終了から比較的長い時間が経過する(膨張行程がある程度進行する)のを待ってから、アフター噴射を開始させる必要がある。このことは、アフター噴射に基づく燃焼エネルギーのうち仕事として利用される割合を減少させ、燃費性能の悪化を招く。これに対し、本発明のように、エンジン回転数に応じて噴射インターバル時間を可変とした場合には、前記のようにアフター噴射の開始時期を一律に遅らせる措置が不要になり、条件次第でアフター噴射の噴射時期を早めることができる。これにより、アフター噴射に基づく燃焼エネルギーが仕事に変換される割合を可及的に高めることができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。 Additionally, if the injection interval time is variable according to the engine speed as described above, the injection timing of after-injection can be advanced depending on the conditions compared to a case where the injection interval time is fixed. , the fuel efficiency of the engine can be improved. For example, if the injection interval time is set to be constant regardless of engine speed, the temperature in the combustion chamber will be sufficiently reduced so that the amount of soot generated does not become excessive regardless of whether the engine speed is high or low. It is necessary to start the after-injection after waiting for this to occur, that is, until a relatively long period of time has passed since the end of the main injection (the expansion stroke has progressed to some extent). This reduces the proportion of combustion energy based on after-injection that is used as work, leading to deterioration in fuel efficiency. On the other hand, when the injection interval time is made variable according to the engine speed as in the present invention, there is no need to uniformly delay the start time of after-injection as described above, and the after-injection can vary depending on the conditions. The injection timing can be advanced. Thereby, the rate at which combustion energy based on after-injection is converted into work can be increased as much as possible, and the fuel efficiency of the engine can be improved.

ここで、前記酸素到来時期は、エンジン回転数以外の種々のパラメータによっても変化することが分かっている。例えば、エンジン回転数が同一である場合でも、燃焼室の温度が相違する場合には、当該相違によって酸素到来時期が変化する。具体的には、燃焼室の温度が高いときの方が低いときよりも、燃料噴霧の長さ(噴霧長)が長くなり、このことが酸素到来時期を早める。そこで、前記制御装置は、エンジンの暖機が進行するほど高くなる所定の温度パラメータを検出する温度センサをさらに備え、前記噴射制御部は、前記温度パラメータ以外のパラメータが同一である条件で、前記温度センサにより検出された前記温度パラメータが高いほど前記噴射インターバル時間を短くすることが好ましい(請求項2)。 Here, it is known that the oxygen arrival timing also changes depending on various parameters other than the engine rotation speed. For example, even if the engine speed is the same, if the temperature of the combustion chamber is different, the timing of oxygen arrival changes depending on the difference. Specifically, when the temperature of the combustion chamber is high, the length of the fuel spray (spray length) is longer than when it is low, and this advances the timing of oxygen arrival. Therefore, the control device further includes a temperature sensor that detects a predetermined temperature parameter that increases as the engine warms up, and the injection control unit controls the Preferably , the higher the temperature parameter detected by the temperature sensor is, the shorter the injection interval time is.

この構成によれば、燃焼室の温度の高低に関わらず良好な空気利用率を支障なく確保することができ、煤の発生量を効果的に低減することができる。 According to this configuration, a good air utilization rate can be ensured without any problem regardless of the temperature of the combustion chamber, and the amount of soot generated can be effectively reduced.

以上説明したように、本発明のディーゼルエンジンの制御装置によれば、燃費性能を比較的良好に維持しつつ、アフター噴射により噴射された燃料の空気利用率を高めて煤の発生を十分に抑制することができる。 As explained above, according to the diesel engine control device of the present invention, while maintaining relatively good fuel efficiency, the air utilization rate of the injected fuel is increased by after-injection, and soot generation is sufficiently suppressed. can do.

本発明の制御装置が適用されたディーゼルエンジンの好ましい実施形態を示す概略システム図である。1 is a schematic system diagram showing a preferred embodiment of a diesel engine to which a control device of the present invention is applied. 上記ディーゼルエンジンにおけるピストンの冠面の構造を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は断面斜視図である。It is a figure which shows the structure of the crown surface of the piston in the said diesel engine, (a) is a perspective view, (b) is a sectional perspective view. 上記ディーゼルピストンの冠面に形成されたキャビティの詳細構造、および当該キャビティに噴射された燃料の噴霧の流れを説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the detailed structure of a cavity formed in the crown surface of the diesel piston and the flow of fuel spray injected into the cavity. 燃焼室に噴射された燃料の噴霧の流れを説明するための図であって、ピストンの冠面を他の燃焼室形成面およびインジェクタの先端部と併せて示した概略平面図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the flow of fuel spray injected into the combustion chamber, and is a schematic plan view showing the crown surface of the piston together with other combustion chamber forming surfaces and the tip of the injector. 燃焼室に噴射された燃料の噴霧の流れを説明するための図であって、ピストンの冠面を他の燃焼室形成面およびインジェクタの先端部と併せて示した概略平面図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the flow of fuel spray injected into the combustion chamber, and is a schematic plan view showing the crown surface of the piston together with other combustion chamber forming surfaces and the tip of the injector. 上記ディーゼルエンジンの制御系統を示すブロック図である。It is a block diagram showing a control system of the above-mentioned diesel engine. 上記ディーゼルエンジンの拡散燃焼領域を示す運転マップである。It is an operation map showing the diffusion combustion region of the above-mentioned diesel engine. 上記拡散燃焼領域内の特定の運転ポイントにおいて採用される燃料の噴射パターンを示すタイムチャートである。3 is a time chart showing a fuel injection pattern adopted at a specific operating point within the diffusion combustion region. 上記拡散燃焼領域において実行される燃料噴射制御の具体的手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of fuel injection control performed in the said diffusion combustion region. 上記キャビティ内を流動する燃料噴霧の流れを模式的に示す図であり、(a)はメイン噴射の終了時における噴霧の状態を、(b)および(c)はメイン噴射終了後の時間経過に伴い変化した噴霧の状態をそれぞれ示している。FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow of fuel spray flowing inside the cavity, where (a) shows the state of the spray at the end of main injection, and (b) and (c) show the state of the spray over time after the end of main injection. Each figure shows the state of the spray that has changed accordingly. 上記キャビティ内の特定位置(旋回基準点)における酸素濃度の時間変化を示すグラフである。It is a graph showing a time change in oxygen concentration at a specific position (turning reference point) in the cavity. 上記メイン噴射による燃料噴霧とその後のアフター噴射による燃料噴霧との位置関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the positional relationship between the fuel spray by the said main injection, and the fuel spray by the subsequent after-injection. 縦旋回流動によって生じる特定位置(旋回基準点)の酸素濃度の時間変化を示すグラフである。It is a graph showing a time change in oxygen concentration at a specific position (swirling reference point) caused by vertical swirling flow. メイン噴射による燃料噴霧の縦旋回流動が各種パラメータにより変化することを示すグラフ群であり、(a)はメイン噴射量、噴射圧、および吸気圧と旋回速度との関係を、(b)はメイン噴射量、噴射圧、吸気圧、およびエンジン回転数と旋回距離との関係を、(c)はメイン噴射量、噴射圧、吸気圧、エンジン回転数、エンジン水温、および燃温と噴霧長との関係をそれぞれ示している。This is a group of graphs showing how the vertical swirling flow of fuel spray due to main injection changes depending on various parameters, in which (a) shows the relationship between the main injection amount, injection pressure, intake pressure, and swirling speed, and (b) (c) shows the relationship between injection amount, injection pressure, intake pressure, engine speed, and turning distance; (c) shows the relationship between main injection amount, injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, and fuel temperature and spray length. Each shows the relationship. 横旋回流動によって生じる特定位置(旋回基準点)の酸素濃度の時間変化を示すグラフである。It is a graph showing a time change in oxygen concentration at a specific position (swirling reference point) caused by horizontal swirling flow. エンジン回転数とスワール速度との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between engine rotation speed and swirl speed. 上記メイン噴射の終了からの経過時間と縦旋回重み係数との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the elapsed time from the end of the main injection and the vertical turning weight coefficient. エンジン回転数と縦旋回重み係数との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between engine rotation speed and vertical turning weight coefficient. 上記メイン噴射の終了から上記アフター噴射の開始までの時間である噴射インターバル時間と、メイン噴射量、噴射圧、吸気圧、エンジン水温、および燃温の各パラメータとの関係を示すグラフ群である。3 is a group of graphs showing the relationship between the injection interval time, which is the time from the end of the main injection to the start of the after injection, and parameters of main injection amount, injection pressure, intake pressure, engine water temperature, and fuel temperature. 上記噴射インターバル時間とエンジン回転数との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the above-mentioned injection interval time and engine rotation speed. 異なるエンジン回転数での上記キャビティ内の特定位置(旋回基準点)における酸素濃度の時間変化を示すグラフである。It is a graph showing the time change of the oxygen concentration at a specific position (turning reference point) in the cavity at different engine speeds. 異なるエンジン水温における上記噴射インターバル時間とエンジン回転数との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the injection interval time and engine rotation speed at different engine water temperatures. 上記加速運転によって変化する噴射量および噴射インターバル時間を噴射波形(噴射パターン)の変化によって表現したタイムチャートである。It is a time chart expressing the injection amount and injection interval time which change with the said acceleration driving|operation by the change of an injection waveform (injection pattern).

<エンジンの全体構成>
図1は、本発明の制御装置が適用されたディーゼルエンジンの好ましい実施形態を示す概略システム図である。本図に示されるディーゼルエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される4サイクルのディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジンは、軽油を主成分とする燃料の供給を受けて駆動されるエンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30と、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路40と、排気通路40を流通する排気ガスの一部を吸気通路30に還流させるEGR装置44と、排気通路40を通過する排気ガスにより駆動されるターボ過給機36とを備えている。
<Overall engine configuration>
FIG. 1 is a schematic system diagram showing a preferred embodiment of a diesel engine to which a control device of the present invention is applied. The diesel engine shown in this figure is a four-stroke diesel engine that is mounted on a vehicle as a driving power source. A diesel engine has an engine body 1 that is driven by receiving fuel mainly composed of light oil, an intake passage 30 through which intake air introduced into the engine body 1 flows, and an exhaust gas discharged from the engine body 1. It includes an exhaust passage 40 that circulates, an EGR device 44 that recirculates a part of the exhaust gas that flows through the exhaust passage 40 to the intake passage 30, and a turbo supercharger 36 that is driven by the exhaust gas that passes through the exhaust passage 40. ing.

エンジン本体1は、図1の紙面に垂直な方向に並ぶ複数の気筒2(図1ではそのうちの一つのみを示す)を有する直列多気筒型のものである。エンジン本体1は、複数の気筒2を画成する複数の円筒状のシリンダライナを含むシリンダブロック3と、各気筒2の上部開口を塞ぐようにシリンダブロック3の上面に取り付けられたシリンダヘッド4と、各気筒2にそれぞれ往復摺動可能に収容された複数のピストン5とを有している。なお、各気筒2の構造は同一であるため、以下では基本的に1つの気筒2のみに着目して説明を進める。 The engine body 1 is of an in-line multi-cylinder type having a plurality of cylinders 2 (only one of which is shown in FIG. 1) arranged in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The engine body 1 includes a cylinder block 3 including a plurality of cylindrical cylinder liners defining a plurality of cylinders 2, and a cylinder head 4 attached to the upper surface of the cylinder block 3 so as to close the upper opening of each cylinder 2. , and a plurality of pistons 5 accommodated in each cylinder 2 so as to be able to reciprocate and slide. Note that since the structure of each cylinder 2 is the same, the following description will basically focus on only one cylinder 2.

ピストン5の上方には燃焼室6が形成されている。燃焼室6は、シリンダヘッド4の下面(燃焼室天井面6U;図3参照)と、気筒2の内周面(シリンダライナ)と、ピストン5の冠面50とによって画成された空間である。燃焼室6には、後述するインジェクタ15からの噴射によって上記燃料が供給される。供給された燃料と空気との混合気が燃焼室6で燃焼され、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動する。 A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. The combustion chamber 6 is a space defined by the lower surface of the cylinder head 4 (combustion chamber ceiling surface 6U; see FIG. 3), the inner peripheral surface of the cylinder 2 (cylinder liner), and the crown surface 50 of the piston 5. . The combustion chamber 6 is supplied with the fuel by injection from an injector 15, which will be described later. The supplied mixture of fuel and air is combusted in the combustion chamber 6, and the piston 5, which is pushed down by the expansion force caused by the combustion, reciprocates in the vertical direction.

ピストン5の下方には、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸7が設けられている。クランク軸7は、ピストン5とコネクティングロッド8を介して連結され、ピストン5の往復運動(上下運動)に応じて中心軸回りに回転する。 A crankshaft 7, which is an output shaft of the engine body 1, is provided below the piston 5. The crankshaft 7 is connected to the piston 5 via a connecting rod 8, and rotates around a central axis in accordance with the reciprocating motion (up and down motion) of the piston 5.

シリンダブロック3には、クランク角センサSN1および水温センサSN2が取り付けられている。クランク角センサSN1は、クランク軸7の回転角度(クランク角)およびクランク軸7の回転数(エンジン回転数)を検出する。水温センサSN2は、シリンダブロック3およびシリンダヘッド4の内部を流通する冷却水の温度(エンジン水温)を検出する。なお、この水温センサSN2は、請求項の「温度センサ」に相当し、当該センサにより検出されるエンジン水温は、請求項の「温度パラメータ」に相当する。 A crank angle sensor SN1 and a water temperature sensor SN2 are attached to the cylinder block 3. The crank angle sensor SN1 detects the rotation angle (crank angle) of the crankshaft 7 and the rotational speed (engine rotational speed) of the crankshaft 7. Water temperature sensor SN2 detects the temperature of cooling water (engine water temperature) flowing inside the cylinder block 3 and cylinder head 4. Note that this water temperature sensor SN2 corresponds to a "temperature sensor" in the claims , and the engine water temperature detected by the sensor corresponds to a "temperature parameter" in the claims .

シリンダヘッド4には、燃焼室6と連通する吸気ポート9および排気ポート10が形成されている。シリンダヘッド4の下面には、吸気ポート9の下流端である吸気側開口と、排気ポート10の上流端である排気側開口とが形成されている。シリンダヘッド4には、吸気側開口を開閉する吸気弁11と、排気側開口を開閉する排気弁12とが組み付けられている。 The cylinder head 4 is formed with an intake port 9 and an exhaust port 10 that communicate with the combustion chamber 6 . An intake side opening, which is the downstream end of the intake port 9, and an exhaust side opening, which is the upstream end of the exhaust port 10, are formed on the lower surface of the cylinder head 4. The cylinder head 4 is assembled with an intake valve 11 that opens and closes an intake side opening and an exhaust valve 12 that opens and closes an exhaust side opening.

シリンダヘッド4には、カムシャフトを含む吸気側動弁機構13および排気側動弁機構14が配設されている。吸気弁11および排気弁12は、これら動弁機構13、14により、クランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。 The cylinder head 4 is provided with an intake valve mechanism 13 and an exhaust valve mechanism 14 including a camshaft. The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven to open and close by these valve mechanisms 13 and 14 in conjunction with the rotation of the crankshaft 7.

シリンダヘッド4には、燃焼室6に燃料を噴射するインジェクタ15が、各気筒2に対し1つずつ取り付けられている。インジェクタ15は、燃焼室6の天井部に露出する先端部151(図3)を有しており、当該先端部151が気筒2の中心軸である気筒軸X上(またはその近傍)に位置するようにシリンダヘッド4に組み付けられている。インジェクタ15は、ピストン5の冠面50に形成された後述のキャビティ5C(図2、図3)に向けて燃料を噴射することが可能である。 One injector 15 for injecting fuel into the combustion chamber 6 is attached to the cylinder head 4 for each cylinder 2 . The injector 15 has a tip 151 (FIG. 3) exposed at the ceiling of the combustion chamber 6, and the tip 151 is located on (or near) the cylinder axis X, which is the central axis of the cylinder 2. It is assembled to the cylinder head 4 in this manner. The injector 15 is capable of injecting fuel toward a cavity 5C (FIGS. 2 and 3), which will be described later, formed in the crown surface 50 of the piston 5.

インジェクタ15の先端部151には、燃料の出口となる噴孔152(図3、図4)が形成されている。インジェクタ15は多噴孔型であり、その先端部151には複数の噴孔152が形成されている。これらの複数の噴孔152は、インジェクタ15の先端部151の周方向に等ピッチで配列されている(図4)。本実施形態では、1つのインジェクタ15に10個の噴孔152が形成されている。平面視で(気筒2の中心軸Xに沿う方向から見て)、各噴孔152の中心軸AXは、インジェクタ15の先端部151の中心つまり気筒2の中心軸X上の点から放射状に延びており、隣り合う噴孔152の中心軸AXどうしのなす角度はすべて同じになっている。また、各噴孔152の中心軸AXは、径方向外側ほど下方に位置するように傾斜している(図3)。このような噴孔152を通じて噴射される燃料は、インジェクタ15の先端部151から径方向外側の斜め下方に向けて放射状に噴射される。 A nozzle hole 152 (FIGS. 3 and 4), which serves as a fuel outlet, is formed at the tip 151 of the injector 15. The injector 15 is of a multi-nozzle hole type, and a plurality of nozzle holes 152 are formed in a tip portion 151 of the injector 15 . These plural nozzle holes 152 are arranged at equal pitches in the circumferential direction of the tip portion 151 of the injector 15 (FIG. 4). In this embodiment, ten nozzle holes 152 are formed in one injector 15. In plan view (viewed from the direction along the central axis X of the cylinder 2), the central axis AX of each nozzle hole 152 extends radially from the center of the tip portion 151 of the injector 15, that is, a point on the central axis X of the cylinder 2. The angles between the central axes AX of adjacent nozzle holes 152 are all the same. Further, the central axis AX of each nozzle hole 152 is inclined so that the further outward in the radial direction, the lower the center axis AX is located (FIG. 3). The fuel injected through such a nozzle hole 152 is radially injected from the tip 151 of the injector 15 toward the radially outer side and diagonally downward.

各気筒2のインジェクタ15は、全気筒2に共通のコモンレール18(蓄圧レール)に燃料供給管17を介して接続されている。コモンレール18内には、図外の燃料ポンプにより加圧された高圧の燃料が貯留されている。このコモンレール18内で蓄圧された燃料が各気筒2のインジェクタ15に供給されることにより、各インジェクタ15から高い圧力(例えば150MPa~250MPa程度)で燃料が燃焼室6内に噴射される。 The injector 15 of each cylinder 2 is connected to a common rail 18 (accumulation rail) common to all cylinders 2 via a fuel supply pipe 17. High-pressure fuel pressurized by a fuel pump (not shown) is stored in the common rail 18 . The fuel accumulated in the common rail 18 is supplied to the injector 15 of each cylinder 2, so that the fuel is injected into the combustion chamber 6 from each injector 15 at a high pressure (for example, about 150 MPa to 250 MPa).

インジェクタ15には、その内部の燃料の圧力、言い換えるとインジェクタ15から噴射される燃料の圧力である噴射圧を検出する噴射圧センサSN5(図6)が設けられている。噴射圧センサSN5は、複数の気筒2に対応する複数のインジェクタ15にそれぞれ1つずつ設けられている。 The injector 15 is provided with an injection pressure sensor SN5 (FIG. 6) that detects the pressure of the fuel inside the injector 15, in other words, the injection pressure that is the pressure of the fuel injected from the injector 15. One injection pressure sensor SN5 is provided for each of the plurality of injectors 15 corresponding to the plurality of cylinders 2.

図1には図示していないが、上記燃料ポンプとコモンレール18とを接続する配管には、燃圧レギュレータ16および燃温センサSN6(ともに図6参照)が設けられている。燃圧レギュレータ16は、コモンレール18の圧力、つまりインジェクタ15に供給される燃料の圧力(燃圧)を調整するものである。燃温センサSN6は、インジェクタ15に供給される燃料の温度(燃温)を検出するセンサである。 Although not shown in FIG. 1, a fuel pressure regulator 16 and a fuel temperature sensor SN6 (see FIG. 6) are provided in a pipe connecting the fuel pump and the common rail 18. The fuel pressure regulator 16 adjusts the pressure of the common rail 18, that is, the pressure of fuel (fuel pressure) supplied to the injector 15. The fuel temperature sensor SN6 is a sensor that detects the temperature of fuel (fuel temperature) supplied to the injector 15.

ターボ過給機36は、吸気通路30に配置されたコンプレッサ37と、排気通路40に配置されたタービン38と、コンプレッサ37とタービン38とを連結するタービン軸39とを有している。タービン38は、排気通路40を流れる排気ガスのエネルギーを受けて回転する。コンプレッサ37は、タービン38の回転に連動して回転することにより、吸気通路30を流通する空気を圧縮(過給)する。 The turbocharger 36 includes a compressor 37 disposed in the intake passage 30, a turbine 38 disposed in the exhaust passage 40, and a turbine shaft 39 connecting the compressor 37 and the turbine 38. The turbine 38 rotates by receiving the energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40. The compressor 37 compresses (supercharges) the air flowing through the intake passage 30 by rotating in conjunction with the rotation of the turbine 38 .

吸気通路30は、吸気ポート9と連通するようにシリンダヘッド4の一側面に接続されている。吸気通路30の上流端から取り込まれた空気(新気)は、吸気通路30および吸気ポート9を通じて燃焼室6に導入される。吸気通路30には、その上流側から順に、エアクリーナ31、コンプレッサ37、スロットル弁32、インタークーラ33、およびサージタンク34が配置されている。 The intake passage 30 is connected to one side of the cylinder head 4 so as to communicate with the intake port 9. Air (fresh air) taken in from the upstream end of the intake passage 30 is introduced into the combustion chamber 6 through the intake passage 30 and the intake port 9. In the intake passage 30, an air cleaner 31, a compressor 37, a throttle valve 32, an intercooler 33, and a surge tank 34 are arranged in order from the upstream side.

エアクリーナ31は、吸気中の異物を除去して吸気を清浄化する。スロットル弁32は、吸気通路30における吸気の流量を調整可能な電動式のバタフライ弁である。コンプレッサ37は、吸気を圧縮しつつ吸気通路30の下流側へ送り出す羽根車である。インタークーラ33は、ターボ過給機36(コンプレッサ37)により圧縮された吸気を冷却する熱交換器である。サージタンク34は、複数の気筒2に吸気を均等に配分するための空間を提供するタンクであり、各気筒2の吸気ポート9に連なるインテークマニホールドの直上流に配置されている。 The air cleaner 31 cleans the intake air by removing foreign matter from the intake air. The throttle valve 32 is an electrically operated butterfly valve that can adjust the flow rate of intake air in the intake passage 30. The compressor 37 is an impeller that compresses intake air and sends it out downstream of the intake passage 30. The intercooler 33 is a heat exchanger that cools intake air compressed by the turbocharger 36 (compressor 37). The surge tank 34 is a tank that provides a space for evenly distributing intake air to the plurality of cylinders 2, and is disposed immediately upstream of the intake manifold connected to the intake port 9 of each cylinder 2.

吸気通路30には、エアフローセンサSN3および吸気圧センサSN4が配置されている。エアフローセンサSN3は、エアクリーナ31の下流側に配置され、当該部分を通過する吸気の流量を検出する。吸気圧センサSN4は、サージタンク34に配置され、当該サージタンク34を通過する吸気の圧力を検出する。なお、サージタンク34はターボ過給機36のコンプレッサ37の下流側に配置されているので、吸気圧センサSN4により検出される吸気圧は、ターボ過給機36(コンプレッサ37)により過給された後の吸気圧、つまり過給圧である。 In the intake passage 30, an air flow sensor SN3 and an intake pressure sensor SN4 are arranged. The air flow sensor SN3 is arranged downstream of the air cleaner 31 and detects the flow rate of intake air passing through this part. The intake pressure sensor SN4 is arranged in the surge tank 34 and detects the pressure of intake air passing through the surge tank 34. In addition, since the surge tank 34 is disposed downstream of the compressor 37 of the turbocharger 36, the intake pressure detected by the intake pressure sensor SN4 indicates that the intake pressure has been supercharged by the turbocharger 36 (compressor 37). This is the later intake pressure, that is, the supercharging pressure.

排気通路40は、排気ポート10と連通するようにシリンダヘッド4の他側面に接続されている。燃焼室6で生成された既燃ガス(排気ガス)は、排気ポート10および排気通路40を通して車両の外部に排出される。排気通路には、タービン38および排気浄化装置41がこの順に上流側から配置されている。 The exhaust passage 40 is connected to the other side of the cylinder head 4 so as to communicate with the exhaust port 10. Burnt gas (exhaust gas) generated in the combustion chamber 6 is exhausted to the outside of the vehicle through the exhaust port 10 and the exhaust passage 40. In the exhaust passage, a turbine 38 and an exhaust purification device 41 are arranged in this order from the upstream side.

タービン38は、排気ガスのエネルギーを受けて回転する羽根車であり、吸気通路30内のコンプレッサ37にタービン軸39を介して回転力を付与する。排気浄化装置41は、排気ガス中の有害成分を浄化する。 The turbine 38 is an impeller that rotates by receiving the energy of the exhaust gas, and applies rotational force to the compressor 37 in the intake passage 30 via the turbine shaft 39. The exhaust purification device 41 purifies harmful components in exhaust gas.

排気浄化装置41は、排気ガス中のCOおよびHCを酸化して無害化する酸化触媒42と、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)43とを内蔵している。 The exhaust purification device 41 includes an oxidation catalyst 42 that oxidizes CO and HC in the exhaust gas to render it harmless, and a DPF (diesel particulate filter) 43 that collects particulate matter contained in the exhaust gas. It has a built-in.

EGR装置44は、排気通路40と吸気通路30とを接続するEGR通路45と、EGR通路45に設けられた開閉可能なEGR弁46とを備える。EGR通路45は、排気通路40におけるタービン38よりも上流側の部分と、吸気通路30におけるインタークーラ33とサージタンク34との間の部分とを互いに接続している。EGR弁46は、EGR通路45を通じて排気通路40から吸気通路30に還流される排気ガス(EGRガス)の流量を調整する。 The EGR device 44 includes an EGR passage 45 that connects the exhaust passage 40 and the intake passage 30, and an EGR valve 46 that is provided in the EGR passage 45 and can be opened and closed. The EGR passage 45 connects a portion of the exhaust passage 40 upstream of the turbine 38 and a portion of the intake passage 30 between the intercooler 33 and the surge tank 34. The EGR valve 46 adjusts the flow rate of exhaust gas (EGR gas) that is returned from the exhaust passage 40 to the intake passage 30 through the EGR passage 45.

<ピストンの詳細構造>
続いて、ピストン5の構造、とりわけ冠面50の構造について詳細に説明する。図2(a)は、ピストン5の上側部分(冠面50の近傍部)を主に示す斜視図である。図2(b)は、図2(a)に示すピストン5を気筒軸Xを含む鉛直面に沿って切断した断面斜視図である。図3は、ピストン5の冠面50の一部を他の燃焼室形成面(気筒2の内周面および燃焼室天井面6U)と併せて示した拡大断面図である。
<Detailed structure of the piston>
Next, the structure of the piston 5, particularly the structure of the crown surface 50, will be described in detail. FIG. 2A is a perspective view mainly showing the upper part of the piston 5 (near the crown surface 50). FIG. 2(b) is a cross-sectional perspective view of the piston 5 shown in FIG. 2(a) taken along a vertical plane including the cylinder axis X. FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a part of the crown surface 50 of the piston 5 together with other combustion chamber forming surfaces (inner peripheral surface of the cylinder 2 and combustion chamber ceiling surface 6U).

ピストン5は、燃焼室6の底面を規定する上述した冠面50と、冠面50の外周縁に連なる円筒状の側周面56とを有している。 The piston 5 has the above-mentioned crown surface 50 that defines the bottom surface of the combustion chamber 6, and a cylindrical side peripheral surface 56 that continues to the outer peripheral edge of the crown surface 50.

冠面50には、その中央部を含む主要領域を下方(シリンダヘッド4と反対側)に窪ませたキャビティ5Cが形成されている。言い換えると、冠面50は、キャビティ5Cを規定する壁面(後述する底部511、外周部512、リップ部513、棚部521、立上り部522)と、キャビティ5Cの径方向外側に形成された環状の平坦面からなるスキッシュ面55とを有している。 A cavity 5C is formed in the crown surface 50 by recessing a main region including the center portion thereof downward (on the side opposite to the cylinder head 4). In other words, the crown surface 50 includes a wall surface defining the cavity 5C (a bottom portion 511, an outer peripheral portion 512, a lip portion 513, a shelf portion 521, and a rising portion 522, which will be described later) and an annular portion formed on the radially outer side of the cavity 5C. It has a squish surface 55 that is a flat surface.

キャビティ5Cは、いわゆるリエントラント型のキャビティである。特に、当実施形態のキャビティ5Cは、第1キャビティ部51と第2キャビティ部52とを含む上下2段式のリエントラント型キャビティである。第1キャビティ部51は、冠面50の径方向中心部を含む領域に形成された凹部であり、第2キャビティ部52は、冠面50における第1キャビティ部51の上側に形成された環状の凹部である。 The cavity 5C is a so-called reentrant type cavity. In particular, the cavity 5C of this embodiment is a reentrant type cavity with two upper and lower stages including a first cavity part 51 and a second cavity part 52. The first cavity portion 51 is a recess formed in a region including the radial center of the crown surface 50, and the second cavity portion 52 is an annular recess formed above the first cavity portion 51 in the crown surface 50. It is a recess.

冠面50は、第1キャビティ部51を規定する壁面として、底部511と、外周部512と、リップ部513とを有している。 The crown surface 50 has a bottom portion 511 , an outer peripheral portion 512 , and a lip portion 513 as a wall surface defining the first cavity portion 51 .

底部511は、第1キャビティ部51の底面を規定する壁部である。底部511は、緩やかな山型を呈するように形成されており、インジェクタ15の直下方にあたる径方向中心部(インジェクタ15の先端部151と対向する位置)に頂部511aを有している。すなわち、底部511は、頂部511aから径方向外側に向けて徐々に高さが低くなるように形成されている。底部511の高さは、底部511と外周部512との境界である第1境界部W1において最も低くなるように設定されている。 The bottom portion 511 is a wall portion that defines the bottom surface of the first cavity portion 51 . The bottom portion 511 is formed to have a gentle mountain shape, and has a top portion 511a at a radially central portion directly below the injector 15 (a position facing the tip portion 151 of the injector 15). That is, the bottom portion 511 is formed so that the height thereof gradually decreases from the top portion 511a toward the outside in the radial direction. The height of the bottom portion 511 is set to be lowest at the first boundary portion W1, which is the boundary between the bottom portion 511 and the outer peripheral portion 512.

外周部512は、底部511の径方向外側に連設された壁部であり、断面視で径方向外側に凸となるように窪んだ形状を有している。外周部512は、底部511と外周部512との境界である第1境界部W1から、外周部512とリップ部513との境界である第2境界部W2までの間を滑らかにつなぐように凹状に湾曲している。すなわち、外周部512は、第1境界部W1から径方向外側に向かって徐々に高さが高くなるように湾曲した第1部分と、当該第1部分の上端から第2境界部W2に向かって徐々に縮径するように湾曲した第2部分とを有している。言い換えると、外周部512は、これら第1・第2部分の境界である中間部M(図3)において最も径方向外側に窪むように形成されている。 The outer peripheral part 512 is a wall part connected to the radially outer side of the bottom part 511, and has a concave shape convex radially outwardly in a cross-sectional view. The outer peripheral part 512 has a concave shape so as to smoothly connect the first boundary part W1, which is the boundary between the bottom part 511 and the outer peripheral part 512, to the second boundary part W2, which is the boundary between the outer peripheral part 512 and the lip part 513. It is curved to. That is, the outer circumferential portion 512 includes a first portion that is curved so that the height gradually increases toward the outside in the radial direction from the first boundary portion W1, and a curved portion that is curved so that the height gradually increases from the first boundary portion W1 toward the second boundary portion W2 from the upper end of the first portion. The second portion is curved so that the diameter thereof gradually decreases. In other words, the outer peripheral portion 512 is formed so as to be recessed most radially outward at the intermediate portion M (FIG. 3) that is the boundary between the first and second portions.

リップ部513は、外周部512の上側に連設された壁部であり、断面視で径方向内側に凸となるように突出した形状を有している。リップ部513は、外周部512とリップ部513との境界である第2境界部W2から、リップ部513と後述する棚部521との境界(換言すれば第1キャビティ部51と第2キャビティ部52との境界)である第3境界部W3までの間を滑らかにつなぐように凸状(コブ状)に湾曲している。 The lip portion 513 is a wall portion continuous to the upper side of the outer peripheral portion 512, and has a shape that protrudes radially inward in a cross-sectional view. The lip portion 513 extends from a second boundary portion W2, which is a boundary between the outer peripheral portion 512 and the lip portion 513, to a boundary between the lip portion 513 and a shelf portion 521, which will be described later (in other words, a boundary between the first cavity portion 51 and the second cavity portion). It is curved in a convex shape (bump shape) so as to smoothly connect to the third boundary portion W3, which is the boundary with 52.

冠面50は、以上のような第1キャビティ部51を規定する各壁面(底部511、外周部512、およびリップ部513)に加えて、第2キャビティ部52を規定する壁面である棚部521および立上り部522を有している。 The crown surface 50 includes, in addition to the wall surfaces (bottom section 511, outer peripheral section 512, and lip section 513) that define the first cavity section 51 as described above, a shelf section 521 that is a wall surface that defines the second cavity section 52. and a rising portion 522.

棚部521は、第2キャビティ部52の底面を規定する壁部であり、第1キャビティ部51のリップ部513の径方向外側に連設されている。棚部521は、リップ部513と棚部521との境界である第3境界部W3から、棚部521と立上り部522との境界である第4境界部W4にかけて、徐々に高さが低くなるように傾斜している。 The shelf portion 521 is a wall portion that defines the bottom surface of the second cavity portion 52 and is connected to the outside of the lip portion 513 of the first cavity portion 51 in the radial direction. The height of the shelf portion 521 gradually decreases from the third boundary portion W3, which is the boundary between the lip portion 513 and the shelf portion 521, to the fourth boundary portion W4, which is the boundary between the shelf portion 521 and the rising portion 522. It's slanted like that.

立上り部522は、棚部521の径方向外側に連設された壁部であり、棚部521から上方に立ち上がる形状を有している。立上り部522は、棚部521と立上り部522との境界である第4境界部W4から、スキッシュ面55の内周縁までの間を滑らかにつなぐように湾曲しており、径方向外側に向かって徐々に高さが高くなるように形成されている。 The rising portion 522 is a wall portion continuous to the outside in the radial direction of the shelf portion 521, and has a shape that rises upward from the shelf portion 521. The rising portion 522 is curved so as to smoothly connect the fourth boundary W4, which is the boundary between the shelf portion 521 and the rising portion 522, to the inner circumferential edge of the squish surface 55, and curves outward in the radial direction. It is formed so that the height gradually increases.

<燃料噴霧の流れ>
続いて、インジェクタ15から噴射された燃料噴霧の流れについて、図3、図4および図5を用いて説明する。図4および図5は、ピストン5の冠面50を他の燃焼室形成面(気筒2の内周面)およびインジェクタ15の先端部151と併せて示した概略平面図である。図3、図4および図5では、燃焼室6内のガスの分布を模式的に示している。例えば、図3および図4では、ピストン5が圧縮上死点もしくはその近傍に位置する状態でインジェクタ15から燃料が噴射された直後における当該燃料の噴霧を符号FSで表す。また、図3では、燃料噴霧FSがキャビティ5Cの壁面(リップ部513)に衝突した後の主な燃料噴霧の流れを符号F11、F12、F13、F21、F22、F23で表している。なお、当実施形態のようなディーゼルエンジンにおいて圧縮上死点付近で燃料が噴射されると、その燃料は噴射後わずかな時間をあけて燃焼し始める(拡散燃焼)。このため、燃料噴霧FSは、基本的に、霧化された燃料に加えて燃焼ガスを含んだものとなる。ただし本明細書では、燃焼ガスを含む燃料噴霧と含まない燃料噴霧とを特に区別することなく単に燃料噴霧(もしくは噴霧)と称するものとする。
<Fuel spray flow>
Next, the flow of fuel spray injected from the injector 15 will be explained using FIGS. 3, 4, and 5. 4 and 5 are schematic plan views showing the crown surface 50 of the piston 5 together with another combustion chamber forming surface (inner peripheral surface of the cylinder 2) and the tip 151 of the injector 15. 3, 4 and 5 schematically show the distribution of gas within the combustion chamber 6. For example, in FIGS. 3 and 4, the symbol FS represents the spray of fuel immediately after the fuel is injected from the injector 15 while the piston 5 is located at or near compression top dead center. Further, in FIG. 3, the main flows of the fuel spray after the fuel spray FS collides with the wall surface (lip portion 513) of the cavity 5C are represented by symbols F11, F12, F13, F21, F22, and F23. In addition, when fuel is injected near compression top dead center in a diesel engine like this embodiment, the fuel starts to burn after a short time after injection (diffusion combustion). Therefore, the fuel spray FS basically contains combustion gas in addition to the atomized fuel. However, in this specification, fuel spray containing combustion gas and fuel spray not containing combustion gas are simply referred to as fuel spray (or spray) without any particular distinction.

ここでは、気筒2の中心軸Xと直交する方向から見た燃料噴霧FSの流れと、気筒2の中心軸Xに沿う方向から見た燃料噴霧FSの流れとを分けて説明し、一方の流れに対して他方の流れの影響はないものとして説明する。 Here, the flow of the fuel spray FS viewed from the direction orthogonal to the central axis X of the cylinder 2 and the flow of the fuel spray FS viewed from the direction along the central axis X of the cylinder 2 will be explained separately. The explanation will be made assuming that there is no influence of the other flow on the flow.

まず、図3を用いて、気筒2の中心軸Xと直交する方向から見た燃料噴霧FSの流れを説明する。インジェクタ15の噴孔152から噴射された燃料は、噴霧角θをもって拡散しつつ霧化し、噴射軸AXに沿って飛翔する。噴射軸AXは、燃料噴霧FSの主軸であって噴孔152の中心軸を延長した軸線である。ピストン5が圧縮上死点もしくはその近傍にあるとき、噴孔152から噴射された燃料(燃料噴霧FS)は、キャビティ5Cのリップ部513を指向する。言い換えると、インジェクタ15は、圧縮上死点もしくはその近傍において噴射された燃料をリップ部513に指向させることが可能な噴孔152を有している。 First, the flow of the fuel spray FS viewed from a direction perpendicular to the central axis X of the cylinder 2 will be described using FIG. 3. The fuel injected from the nozzle hole 152 of the injector 15 is atomized while being diffused at a spray angle θ, and flies along the injection axis AX. The injection axis AX is the main axis of the fuel spray FS and is an axis extending from the central axis of the nozzle hole 152. When the piston 5 is at or near compression top dead center, the fuel injected from the nozzle hole 152 (fuel spray FS) is directed toward the lip portion 513 of the cavity 5C. In other words, the injector 15 has a nozzle hole 152 that can direct fuel injected at or near compression top dead center to the lip portion 513.

リップ部513に向けて噴射された燃料噴霧FSは、リップ部513に衝突し、その後、第1キャビティ部51の方向(下方)へ向かう噴霧(矢印F11)と、第2キャビティ部52の方向(上方)へ向かう噴霧(矢印F21)とに分離される。分離された噴霧は、各々第1・第2キャビティ部51、52に存在する空気と混合されながら、これらキャビティ部51、52の壁面形状に沿って流動する。 The fuel spray FS injected toward the lip portion 513 collides with the lip portion 513, and then the spray is directed toward the first cavity portion 51 (downward) (arrow F11) and toward the second cavity portion 52 (arrow F11). and the spray (arrow F21) directed upward). The separated spray flows along the wall shapes of the first and second cavity parts 51 and 52 while being mixed with the air present in the first and second cavity parts 51 and 52, respectively.

詳しくは、矢印F11で示す噴霧は、リップ部513において下方に方向転換され、第1キャビティ部51の外周部512に入り込む。外周部512に入り込んだ噴霧は、外周部512の湾曲形状に沿って下方から径方向内側へと流動方向を変化させ、その後、矢印F12で示すように底部511の壁面形状に沿って流動する。底部511は径方向内側ほどせり上がるように形成されているので、矢印F12で示される噴霧は上方に持ち上げられ、ついには矢印F13で示すように径方向外側かつ上方に向かうように方向転換し、初期噴霧(噴孔152から出た直後の噴霧FS)の主軸である噴射軸AX上の位置まで戻るように流動する。このように、第1キャビティ部51に入り込んだ噴霧は、第1キャビティ部51内で、気筒2の中心軸Xと直交する軸回りの渦を形成するように旋回流動する。以下では、この気筒2の中心軸Xと直交する軸回りの旋回方向を縦方向という。また、適宜、ガス(燃料噴霧や空気)の縦方向の旋回流動を縦旋回流動という。 Specifically, the spray indicated by the arrow F11 is directed downward at the lip portion 513 and enters the outer peripheral portion 512 of the first cavity portion 51. The spray that has entered the outer peripheral part 512 changes its flow direction from below to the inside in the radial direction along the curved shape of the outer peripheral part 512, and then flows along the wall shape of the bottom part 511 as shown by arrow F12. Since the bottom portion 511 is formed so as to rise toward the inside in the radial direction, the spray indicated by the arrow F12 is lifted upward, and finally changes direction so as to go outward and upward in the radial direction as indicated by the arrow F13. It flows so as to return to the position on the injection axis AX, which is the main axis of the initial spray (spray FS immediately after exiting from the injection hole 152). In this way, the spray that has entered the first cavity section 51 swirls and flows within the first cavity section 51 so as to form a vortex around the axis perpendicular to the central axis X of the cylinder 2. Hereinafter, the direction of rotation around an axis perpendicular to the central axis X of the cylinder 2 will be referred to as the longitudinal direction. Further, the vertical swirling flow of gas (fuel spray or air) is referred to as a vertical swirling flow, as appropriate.

一方、矢印F21で示す噴霧は、リップ部513において上方に方向転換され、第2キャビティ部52の棚部521に入り込む。棚部521に入り込んだ噴霧は、棚部521の傾きに沿って斜め下方へと流動し、その後、矢印F22で示すように立上り部522の湾曲した壁面に沿って上方に持ち上げられ、最終的には燃焼室天井面6Uに沿って径方向内側へと流動する。 On the other hand, the spray indicated by the arrow F21 is directed upward at the lip portion 513 and enters the shelf portion 521 of the second cavity portion 52. The spray that has entered the shelf section 521 flows diagonally downward along the inclination of the shelf section 521, and is then lifted upward along the curved wall surface of the rising section 522 as shown by arrow F22, and finally flows radially inward along the combustion chamber ceiling surface 6U.

ここで、立上り部522の上端部には、リップ部513のような径方向内側に突出する形状部が設けられていない。このため、矢印F22で示す噴霧の流動が過度に強化されることがなく、矢印F22から分岐して径方向外側に向かうように流動する噴霧(矢印F23)も生成される。とりわけ、燃焼後期では逆スッキシュ流(スキッシュ面55に沿って径方向内側から外側へと向かう流れ)に牽引されることもあり、矢印F23の流動が生じ易くなる。このことは、スキッシュ面55の上側に存在する空気の利用を促進するので、煤の発生を抑制することにつながる。 Here, the upper end portion of the rising portion 522 is not provided with a shaped portion that protrudes inward in the radial direction like the lip portion 513. Therefore, the flow of the spray indicated by arrow F22 is not excessively strengthened, and spray (arrow F23) that branches from arrow F22 and flows radially outward is also generated. In particular, in the later stages of combustion, the fuel may be pulled by a reverse squish flow (a flow directed from the inside to the outside in the radial direction along the squish surface 55), and the flow shown by arrow F23 is likely to occur. This promotes the use of the air present above the squish surface 55, which leads to suppressing the generation of soot.

上記のように第2キャビティ部52に入り込んだ噴霧が矢印F22、F23で示す2方向に分岐することにより、当該噴霧は燃焼室6の上部における比較的広い範囲に分散する。このため、分岐後の各噴霧の流動はそれほど強くなく、特に径方向内側に方向転換した後の矢印F22の流動は比較的弱いものとなる。このような事情から、矢印F22で示す噴霧は、噴射軸AX上の位置に戻るような旋回流動を実質的に生成しない。この点、矢印F11、F12、F13で示すような旋回流動を生成する第1キャビティ部51内の噴霧とは異なる。 As the spray that has entered the second cavity portion 52 as described above branches into two directions indicated by arrows F22 and F23, the spray is dispersed over a relatively wide range in the upper part of the combustion chamber 6. Therefore, the flow of each spray after branching is not so strong, and in particular, the flow of arrow F22 after changing direction inward in the radial direction is relatively weak. Due to these circumstances, the spray indicated by arrow F22 does not substantially generate a swirling flow that returns to the position on the injection axis AX. In this respect, it is different from the spray inside the first cavity part 51, which generates swirling flows as shown by arrows F11, F12, and F13.

次に、図4および図5を用いて、気筒2の中心軸Xに沿う方向から見た燃料噴霧FSの流れを説明する。 Next, the flow of the fuel spray FS viewed from the direction along the central axis X of the cylinder 2 will be explained using FIGS. 4 and 5.

上記のように、インジェクタ15の先端部151には10個の噴孔152が等ピッチで形成されており、各噴孔152から噴射された燃料はそれぞれ各噴射軸AXに沿って飛翔する。これより、インジェクタ15から燃料が噴射された直後は、図4に示すように、気筒2の中心軸Xに沿う方向から見て、燃料噴霧FSは各噴射軸AX回りにそれぞれ固まって存在し、隣接する噴射軸AXの間の領域のガスは空気を主成分とするガスASとなる。燃焼室6内にスワール流が発生していない場合は、各燃料噴霧FSは、インジェクタ15から燃料が噴射されてからしばらくの間、各噴射軸AX周りにとどまり、その後拡散していく。一方、燃焼室6内にスワール流が発生している場合、つまり、図4および図5の矢印Y1に示すように燃焼室6内に気筒2の中心軸X回りのガス流動が発生している場合、図5に示すように各燃料噴霧FSはスワール流によって気筒2の周方向に流され、気筒2の中心軸Xを中心として旋回する。これより、噴射軸AX上の領域には、燃料噴霧FSとクリーンガスAS(空気を主成分とするガス)とが交互に流れ込む。なお、図5では燃料噴霧FSの主たる部分を模式的に示しており、実際には、燃料噴霧FSは周囲に拡散しながら気筒2の中心軸X回りに旋回する。以下では、この気筒2の中心軸X回りの旋回方向を横方向という。また、適宜、ガス(燃料噴霧や空気)の横方向の旋回流動を横旋回流動という。 As described above, ten nozzle holes 152 are formed at equal pitches in the tip 151 of the injector 15, and the fuel injected from each nozzle hole 152 flies along each injection axis AX. From this, immediately after fuel is injected from the injector 15, as shown in FIG. 4, when viewed from the direction along the central axis X of the cylinder 2, the fuel spray FS is concentrated around each injection axis AX, and The gas in the region between the adjacent injection axes AX becomes gas AS whose main component is air. When a swirl flow is not generated in the combustion chamber 6, each fuel spray FS remains around each injection axis AX for a while after the fuel is injected from the injector 15, and then diffuses. On the other hand, if a swirl flow is generated within the combustion chamber 6, that is, a gas flow around the central axis X of the cylinder 2 is generated within the combustion chamber 6 as shown by the arrow Y1 in FIGS. 4 and 5. In this case, as shown in FIG. 5, each fuel spray FS is caused to flow in the circumferential direction of the cylinder 2 by a swirl flow, and turns around the central axis X of the cylinder 2. From this, fuel spray FS and clean gas AS (gas whose main component is air) alternately flow into the region on the injection axis AX. Note that FIG. 5 schematically shows the main part of the fuel spray FS, and in reality, the fuel spray FS turns around the central axis X of the cylinder 2 while diffusing to the surroundings. Hereinafter, the direction of rotation of the cylinder 2 around the central axis X will be referred to as the lateral direction. Further, the horizontal swirling flow of gas (fuel spray or air) is referred to as a transverse swirling flow, as appropriate.

<制御系統>
図6は、上記ディーゼルエンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるECU70は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。このECU70は、請求項の「噴射制御部」に相当する。
<Control system>
FIG. 6 is a block diagram showing the control system of the diesel engine. The ECU 70 shown in this figure is a microprocessor for controlling the engine in an integrated manner, and is composed of a well-known CPU, ROM, RAM, and the like. This ECU 70 corresponds to the "injection control section" in the claims.

ECU70には各種センサによる検出情報が入力される。例えば、ECU70は、上述したクランク角センサSN1、水温センサSN2、エアフローセンサSN3、吸気圧センサSN4、噴射圧センサSN5、および燃温センサSN6と電気的に接続されている。ECU70には、これら各センサSN1~SN6によって検出された情報、つまりクランク角、エンジン回転数、エンジン水温、吸入空気量、吸気圧、燃料噴射圧、および燃温等の情報が逐次入力される。 Detection information from various sensors is input to the ECU 70. For example, the ECU 70 is electrically connected to the above-described crank angle sensor SN1, water temperature sensor SN2, air flow sensor SN3, intake pressure sensor SN4, injection pressure sensor SN5, and fuel temperature sensor SN6. Information detected by these sensors SN1 to SN6, such as crank angle, engine speed, engine water temperature, intake air amount, intake pressure, fuel injection pressure, and fuel temperature, is sequentially input to the ECU 70.

また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサSN7が設けられている。このアクセル開度センサSN7による検出情報もECU70に逐次入力される。 The vehicle is also provided with an accelerator opening sensor SN7 that detects the opening of an accelerator pedal operated by the driver of the vehicle. Information detected by the accelerator opening sensor SN7 is also sequentially input to the ECU 70.

ECU70は、上記各センサSN1~SN7から入力された情報等に基づいて種々の判定や演算を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ECU70は、インジェクタ15、燃圧レギュレータ16、スロットル弁32、およびEGR弁46等と電気的に接続されており、上記判定および演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。 The ECU 70 controls each part of the engine while executing various determinations and calculations based on information inputted from each of the sensors SN1 to SN7. That is, the ECU 70 is electrically connected to the injector 15, fuel pressure regulator 16, throttle valve 32, EGR valve 46, etc., and sends control signals to each of these devices based on the results of the above-mentioned determination and calculation. Output.

<拡散燃焼領域での燃料噴射制御>
次に、上記エンジンにおける代表的な燃料の噴射制御として、図7に示す拡散燃焼領域A1での噴射制御について説明する。図7に示す拡散燃焼領域A1は、インジェクタ15から噴射された燃料の大半を拡散燃焼により燃焼させる運転領域であり、エンジンの極低負荷域、極高負荷域、および極高速域を除いた主要領域に設定されている。なお、拡散燃焼とは、周知のとおりディーゼルエンジンにおいて広く採用されている燃焼形態であり、インジェクタ15から噴射された燃料を蒸発させつつ拡散作用により空気と混合し、燃焼可能となった部分(主に燃料噴霧と空気との境界付近)から混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。
<Fuel injection control in the diffusion combustion region>
Next, as a typical fuel injection control in the above engine, injection control in the diffusion combustion region A1 shown in FIG. 7 will be described. The diffusion combustion region A1 shown in FIG. 7 is an operating region in which most of the fuel injected from the injector 15 is burned by diffusion combustion, and is the main operating region excluding the extremely low load region, extremely high load region, and extremely high speed region of the engine. is set in the area. Diffusion combustion, as is well known, is a combustion form widely adopted in diesel engines, in which the fuel injected from the injector 15 is evaporated and mixed with air due to the diffusion effect, resulting in a combustible part (the main part). This is a type of combustion in which the air-fuel mixture is combusted by self-ignition from the boundary between the fuel spray and the air).

1燃焼サイクル中にインジェクタ15から燃焼室6(気筒2)に供給すべき燃料の総量を総噴射量としたとき、図7の拡散燃焼領域A1では、当該総噴射量のうち最も多くの割合の燃料を圧縮上死点もしくはその近傍に噴射する噴射パターンが採用される。図8は、拡散燃焼領域A1内の代表的な運転ポイントC1で採用される噴射パターンを示すタイムチャートであり、その横軸はクランク角(deg)、縦軸はクランク角基準の燃料噴射率(mm/deg)である。 When the total amount of fuel to be supplied from the injector 15 to the combustion chamber 6 (cylinder 2) during one combustion cycle is defined as the total injection amount, in the diffusion combustion region A1 of FIG. An injection pattern is adopted in which fuel is injected at or near compression top dead center. FIG. 8 is a time chart showing the injection pattern adopted at a typical operating point C1 within the diffuse combustion region A1, in which the horizontal axis is the crank angle (deg) and the vertical axis is the fuel injection rate (deg) based on the crank angle. mm 3 /deg).

8に示すように、拡散燃焼領域A1では、3回のプレ噴射Jpと、1回のメイン噴射Jmと、1回のアフター噴射Jaとが実行される。メイン噴射Jmは、圧縮行程と膨張行程との間の上死点(TDC)である圧縮上死点またはその近傍において実行される燃料噴射であり、例えば図示のように圧縮上死点を跨ぐ所定期間に亘って実行される。このようなメイン噴射Jmの噴射期間には、少なくとも、インジェクタ15の噴射軸AXと第1キャビティ部51のリップ部513とが交差するタイミング(図3参照)が含まれる。プレ噴射Jpは、メイン噴射Jmよりも前の圧縮行程中に実行される燃料噴射である。アフター噴射Jaは、メイン噴射Jmよりも後の膨張行程中に実行される燃料噴射である。メイン、プレ、アフターの各噴射のうち、メイン噴射Jmでは、1燃焼サイクル中の総噴射量うち最も多くの割合の燃料が噴射される。 As shown in FIG. 8 , in the diffusion combustion region A1, three pre-injections JP, one main injection Jm, and one after-injection Ja are performed. The main injection Jm is a fuel injection performed at or near the compression top dead center (TDC), which is the top dead center (TDC) between the compression stroke and the expansion stroke. Executed over a period of time. The injection period of the main injection Jm includes at least the timing at which the injection axis AX of the injector 15 and the lip portion 513 of the first cavity portion 51 intersect (see FIG. 3). Pre-injection Jp is fuel injection performed during the compression stroke before main injection Jm. The after injection Ja is a fuel injection performed during the expansion stroke after the main injection Jm. Among the main, pre, and after injections, the main injection Jm injects the largest proportion of fuel out of the total injection amount during one combustion cycle.

ここで、本実施形態では、エンジン負荷の増大に伴って総噴射量を増大させる場合、その燃料の増分は主にメイン噴射Jmに割り当てられる。 Here, in this embodiment, when the total injection amount is increased as the engine load increases, the increase in fuel is mainly allocated to the main injection Jm.

拡散燃焼領域A1での燃料の噴射パターンは、基本的に、予め定められたマップデータを参照して決定される。具体的に、ECU70の記憶部には、プレ噴射Jpの噴射量および噴射時期(あるいは噴射回数)と、メイン噴射Jmの噴射量および噴射時期と、アフター噴射Jaの噴射量とを運転条件(負荷および回転数等)ごとに定めたマップデータが予め記憶されている。拡散燃焼領域A1での運転時、ECU70は、当該マップデータを参照することにより、その時々の運転条件(運転ポイント)に適合した噴射パターンを決定し、決定した噴射パターンに従ってインジェクタ15から燃料を噴射させる。 The fuel injection pattern in the diffusion combustion region A1 is basically determined with reference to predetermined map data. Specifically, the storage unit of the ECU 70 stores the injection amount and injection timing (or number of injections) of pre-injection JP, the injection amount and injection timing of main injection Jm, and the injection amount of after-injection Ja based on operating conditions (load map data determined for each engine (speed, rotation speed, etc.) is stored in advance. When operating in the diffuse combustion region A1, the ECU 70 refers to the map data to determine an injection pattern that suits the operating conditions (operating points) at the time, and injects fuel from the injector 15 according to the determined injection pattern. let

ただし、アフター噴射Jaの噴射時期については、マップデータを利用することなく演算により都度求められる。詳細は後述するが、アフター噴射Jaの噴射時期は、メイン噴射Jmの終了からのアフター噴射Jaの開始までの時間である噴射インターバル時間(図8のTi)が空気利用率の観点から定まる望ましい時間となるように決定される。 However, the injection timing of after-injection Ja is determined each time by calculation without using map data. Although the details will be described later, the injection timing of after injection Ja is a desirable time when the injection interval time (Ti in Fig. 8), which is the time from the end of main injection Jm to the start of after injection Ja, is determined from the viewpoint of air utilization rate. It is determined that

また、ECU70の記憶部には、インジェクタ15からの燃料の噴射圧の目標値である目標噴射圧をエンジンの運転条件(負荷および回転数等)ごとに予め定めたマップデータが記憶されており、実際の噴射圧が当該目標噴射圧に一致するように燃圧レギュレータ16が制御される。目標噴射圧は、エンジン負荷が高く1燃焼サイクル中の総噴射量が多くなるほど高くなるように設定される。これは、単位時間あたりに噴射可能な燃料の量を増やすことにより、高負荷に見合った比較的多量の燃料を限られた時間内で噴射できるようにするためである。逆に言えば、エンジン負荷が低い(総噴射量が少ない)条件では目標噴射圧が低くされるので、燃料ポンプの負担を減らして燃費性能を高めることができる。 Further, the storage unit of the ECU 70 stores map data in which a target injection pressure, which is a target value of the injection pressure of fuel from the injector 15, is predetermined for each engine operating condition (load, rotation speed, etc.). The fuel pressure regulator 16 is controlled so that the actual injection pressure matches the target injection pressure. The target injection pressure is set to increase as the engine load increases and the total injection amount during one combustion cycle increases. This is because by increasing the amount of fuel that can be injected per unit time, a relatively large amount of fuel commensurate with the high load can be injected within a limited time. Conversely, when the engine load is low (the total injection amount is small), the target injection pressure is lowered, so the load on the fuel pump can be reduced and fuel efficiency can be improved.

次に、図9のフローチャートに基づいて、拡散燃焼領域A1での燃料噴射制御の手順について説明する。同フローチャートに示す制御がスタートすると、ECU70は、エンジンの現運転ポイントが図7に示した拡散燃焼領域A1に含まれるか否かを判定する(ステップS1)。すなわち、ECU70は、クランク角センサSN1により検出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサSN7の検出値(アクセル開度)等から特定されるエンジン負荷(要求トルク)とに基づいて、現時点のエンジンの運転ポイントが拡散燃焼領域A1に含まれるか否かを判定する。 Next, the procedure of fuel injection control in the diffusion combustion region A1 will be explained based on the flowchart of FIG. When the control shown in the flowchart starts, the ECU 70 determines whether the current operating point of the engine is included in the diffusion combustion region A1 shown in FIG. 7 (step S1). That is, the ECU 70 determines the current engine speed based on the engine speed detected by the crank angle sensor SN1 and the engine load (required torque) specified from the detected value (accelerator opening) of the accelerator opening sensor SN7. It is determined whether or not the operating point is included in the diffusion combustion region A1.

上記ステップS1でYESと判定されて現運転ポイントが拡散燃焼領域A1に含まれることが確認された場合、ECU70は、次の1燃焼サイクル中にインジェクタ15から噴射すべき燃料の総量である総噴射量と、当該総噴射量に相当する燃料を噴射する際の噴射パターンとを決定する(ステップS2)。例えば、総噴射量は、エンジン負荷が高いほど多くなるように決定され、噴射パターンは、ECU70の記憶部に予め記憶された上述したマップデータに基づき決定される。ここで決定される噴射パターンには、プレ噴射Jpの噴射量および噴射時期(あるいは噴射回数)と、メイン噴射Jmの噴射量および噴射時期と、アフター噴射Jaの噴射量とが含まれる。一方、アフター噴射Jaの噴射時期はここでは決定されず、後述するステップS6で算出される噴射インターバル時間に基づき決定される。 If the determination in step S1 is YES and it is confirmed that the current operating point is included in the diffusion combustion region A1, the ECU 70 controls the total injection amount, which is the total amount of fuel to be injected from the injector 15 during the next one combustion cycle. The amount and the injection pattern for injecting fuel corresponding to the total injection amount are determined (step S2). For example, the total injection amount is determined to increase as the engine load increases, and the injection pattern is determined based on the above-mentioned map data stored in advance in the storage section of the ECU 70. The injection pattern determined here includes the injection amount and injection timing (or number of injections) of the pre-injection Jp, the injection amount and injection timing of the main injection Jm, and the injection amount of the after-injection Ja. On the other hand, the injection timing of the after injection Ja is not determined here, but is determined based on the injection interval time calculated in step S6, which will be described later.

次いで、ECU70は、吸気弁11の閉時期(IVC)が到来したか否かを判定する(ステップS3)。すなわち、ECU70は、これから燃料を噴射しようとする対象の気筒2について、当該気筒2における吸気弁11が閉弁したか否かを判定する。 Next, the ECU 70 determines whether the closing timing (IVC) of the intake valve 11 has arrived (step S3). That is, the ECU 70 determines whether or not the intake valve 11 in the cylinder 2 to which fuel is to be injected is closed.

上記ステップS3においてYESと判定されて吸気弁11の閉時期が到来したことが確認された場合、ECU70は、燃料の噴射圧、吸気圧、エンジン回転数、エンジン水温、および燃温を各センサから取得する(ステップS4)。具体的に、ECU70は、対象とする気筒2のインジェクタ15に備わる噴射圧センサSN5の検出値から燃料の噴射圧を取得し、吸気圧センサSN4の検出値から吸気圧を取得し、クランク角センサSN1の検出値からエンジン回転数を取得し、水温センサSN2の検出値からエンジン水温を取得し、燃温センサSN6の検出値から燃温を取得する。 If the determination in step S3 is YES and it is confirmed that the closing timing of the intake valve 11 has arrived, the ECU 70 detects the fuel injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, and fuel temperature from each sensor. Acquire (step S4). Specifically, the ECU 70 obtains the fuel injection pressure from the detection value of the injection pressure sensor SN5 provided in the injector 15 of the target cylinder 2, obtains the intake pressure from the detection value of the intake pressure sensor SN4, and obtains the intake pressure from the detection value of the intake pressure sensor SN4. The engine rotation speed is obtained from the detected value of SN1, the engine water temperature is obtained from the detected value of water temperature sensor SN2, and the fuel temperature is obtained from the detected value of fuel temperature sensor SN6.

次いで、ECU70は、上記ステップS4で取得された各情報(噴射圧、吸気圧、エンジン回転数、エンジン水温、燃温)と、上記ステップS2で決定されたメイン噴射Jmの噴射量とに基づいて、旋回基準点Zにおける酸素濃度の変動波形を規定するパラメータである後述する縦旋回周波数f1、初期位相φ、横旋回周波数f2および縦旋回重み係数αを算出する(ステップS5)。 Next, the ECU 70 uses the information acquired in step S4 (injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, fuel temperature) and the injection amount of main injection Jm determined in step S2. , a vertical rotation frequency f1, an initial phase φ, a horizontal rotation frequency f2, and a vertical rotation weighting coefficient α, which will be described later, are parameters that define the oxygen concentration fluctuation waveform at the rotation reference point Z (step S5).

旋回基準点Zは、図10に示すような噴射軸AX(噴孔152の中心軸の延長線)上の点であって、縦旋回流動に伴って噴射軸AX上に戻ってきた燃料噴霧Fmの主軸と噴射軸AXとの交点である。 The swirl reference point Z is a point on the injection axis AX (an extension of the central axis of the nozzle hole 152) as shown in FIG. This is the intersection of the main axis of AX and the injection axis AX.

具体的に、図10は、第1キャビティ部51内を縦旋回流動するメイン噴射Jmによる燃料噴霧の流れを模式的に示す図であり、(a)はメイン噴射Jmの終了時における噴霧の状態を、(b)および(c)はメイン噴射Jmの終了後の時間経過に伴い変化した噴霧の状態をそれぞれ示している。図10に示すように、圧縮上死点の近傍において(もしくは圧縮上死点を跨いだ所定期間にわたり)メイン噴射Jmにより噴射された燃料の噴霧Fm(実際には燃焼ガスと霧化した燃料とが混在したもの)は、第1キャビティ部51を構成するリップ部513、外周部512、底部511の各壁面に沿って縦方向の渦を形成するように旋回し、インジェクタ15の噴射軸AX(噴孔152の中心軸の延長線)上の位置に戻ってくる。旋回基準点Zは、このように縦旋回流動により噴射軸AX上に戻ってきた燃料噴霧Fmの主軸と噴射軸AXとの交点である。 Specifically, FIG. 10 is a diagram schematically showing the flow of the fuel spray caused by the main injection Jm that vertically swirls inside the first cavity part 51, and (a) shows the state of the spray at the end of the main injection Jm. , (b) and (c) respectively show the state of the spray that changed with the passage of time after the end of the main injection Jm. As shown in FIG. 10, a spray Fm of fuel injected by the main injection Jm near the compression top dead center (or over a predetermined period beyond the compression top dead center) (actually, it is a combination of combustion gas and atomized fuel). ) swirls to form a vertical vortex along each wall surface of the lip part 513 , outer peripheral part 512 , and bottom part 511 that constitute the first cavity part 51 , and the injection axis AX of the injector 15 ( It returns to the position above the extension line of the central axis of the nozzle hole 152. The swirl reference point Z is the intersection of the main axis of the fuel spray Fm that has returned onto the injection axis AX due to the vertical swirl flow and the injection axis AX.

旋回基準点Zにおける酸素濃度は、燃料噴霧Fmの縦旋回流動の進行の程度に応じて変動する。すなわち、メイン噴射Jmの終了時である図10(a)の時点では、旋回基準点Zの上を燃料噴霧Fmが通過しているところなので、旋回基準点Zの酸素濃度は非常に薄くなる。このような酸素濃度が薄い状態は、旋回基準点Zを燃料噴霧Fmが通過し切る図10(b)の時点まで継続する。ただしこの時点では、白抜きの矢印Eで示すように、燃料噴霧Fmの後端に生じる負圧に吸い寄せられるように酸素含有率の高い空気の流れ(以下、これをクリーン空気流という)が生じており、このクリーン空気流Eが旋回基準点Zへの流入を開始する。これにより、図10(b)の時点以降、旋回基準点Zの酸素濃度は徐々に上昇していく。その後、燃料噴霧Fmの後端が旋回基準点Zから離れた図10(c)の時点で、クリーン空気流Eの中間部が旋回基準点Zを通過する状態が得られ、この時点において旋回基準点Zの酸素濃度が最も高くなる。なお、図10(b)から(c)までの間に酸素濃度が徐々に上昇するのは、クリーン空気流E上の酸素濃度は燃料噴霧Fmから離れるほど(言い換えればクリーン空気流Eの流線方向の中心に近いほど)高くなるからである。 The oxygen concentration at the swirl reference point Z varies depending on the degree of progress of the vertical swirl flow of the fuel spray Fm. That is, at the time of FIG. 10A, which is the end of main injection Jm, the fuel spray Fm is passing over the turning reference point Z, so the oxygen concentration at the turning reference point Z becomes very thin. This state of low oxygen concentration continues until the time point in FIG. 10(b) when the fuel spray Fm has completely passed through the turning reference point Z. However, at this point, as shown by the white arrow E, a flow of air with a high oxygen content (hereinafter referred to as a clean air flow) is generated as it is attracted to the negative pressure generated at the rear end of the fuel spray Fm. This clean air flow E starts flowing into the turning reference point Z. As a result, the oxygen concentration at the turning reference point Z gradually increases after the time shown in FIG. 10(b). Thereafter, at the point in time in FIG. 10(c) when the rear end of the fuel spray Fm has left the turning reference point Z, a state is obtained in which the middle part of the clean air flow E passes through the turning reference point Z, and at this point, the turning reference point Z is reached. The oxygen concentration at point Z is the highest. Note that the oxygen concentration gradually increases between FIG. This is because the closer to the center of the direction, the higher the height.

旋回基準点Zにおける酸素濃度は、燃料噴霧Fmの横旋回流動によっても変動する。すなわち、メイン噴射Jmにより噴射された燃料の噴霧Fmは、上記のようにスワール流によって流されて気筒2の中心軸X回りに旋回し、噴射軸AX上には燃料噴霧FSを多く含むガスと空気を主成分とするガスとが交互に入り込む。このように、旋回基準点Zを含む噴射軸AX上の点における酸素濃度は、横旋回流動によっても変動する。 The oxygen concentration at the swirling reference point Z also varies depending on the horizontal swirling flow of the fuel spray Fm. That is, the fuel spray Fm injected by the main injection Jm is swept away by the swirl flow as described above and turns around the central axis X of the cylinder 2, and on the injection axis AX there is a gas containing a large amount of the fuel spray FS. A gas whose main component is air enters alternately. In this way, the oxygen concentration at a point on the injection axis AX that includes the swirl reference point Z varies also due to the horizontal swirl flow.

上記のステップS5では、ECU70は、縦旋回流動に伴う旋回基準点Zにおける酸素濃度の変動波形を規定する縦旋回周波数f1と初期位相φ、および、横旋回流動に伴う旋回基準点Zにおける酸素濃度の変動波形を規定する横旋回周波数f2とを算出する。さらに、ステップS5では、ECU70は、縦旋回流動と横旋回流動とが旋回基準点Zの酸素濃度に与える影響度合いを表す縦旋回重み係数αを算出する。 In step S5 described above, the ECU 70 determines the vertical swirl frequency f1 and initial phase φ that define the fluctuation waveform of oxygen concentration at the swirl reference point Z associated with the vertical swirl flow, and the oxygen concentration at the swirl reference point Z associated with the horizontal swirl flow. The horizontal rotation frequency f2 that defines the fluctuation waveform of is calculated. Furthermore, in step S5, the ECU 70 calculates a vertical rotation weighting coefficient α that represents the degree of influence of the vertical rotation flow and the horizontal rotation flow on the oxygen concentration at the rotation reference point Z.

縦旋回周波数f1、初期位相φ、横旋回周波数f2および縦旋回重み係数αの算出手順の詳細は後述するが、例えば、旋回基準点Zの酸素濃度の変動波形は図11の実線で示すラインL1のようになり、所定の時点t11にて旋回基準点Zの酸素濃度は最大となる。図11のグラフでは、旋回基準点Zの酸素濃度を表すパラメータとして、旋回基準点Zでの局所的な空燃比を理論空燃比で割った値である局所λを採用し、この局所λの値を縦軸に取っている。局所λが大きいほど酸素濃度が高いことを表す。また、横軸のtはメイン噴射Jmの終了時からの時間変化(msec)である。 The details of the procedure for calculating the vertical rotation frequency f1, initial phase φ, horizontal rotation frequency f2, and vertical rotation weighting coefficient α will be described later, but for example, the fluctuation waveform of the oxygen concentration at the rotation reference point Z is the line L1 shown by the solid line in FIG. The oxygen concentration at the turning reference point Z reaches a maximum at a predetermined time t11. In the graph of FIG. 11, the local λ, which is the value obtained by dividing the local air-fuel ratio at the turning reference point Z by the stoichiometric air-fuel ratio, is used as a parameter representing the oxygen concentration at the turning reference point Z, and the value of this local λ is used as a parameter representing the oxygen concentration at the turning reference point Z. is taken on the vertical axis. The larger the local λ, the higher the oxygen concentration. Further, t on the horizontal axis is the time change (msec) from the end of the main injection Jm.

次いで、ECU70は、上記ステップS5で算出された縦旋回周波数f1、初期位相φ、横旋回周波数f2および縦旋回重み係数αによって規定される旋回基準点Zの酸素濃度の変動波形(縦旋回周波数f1、初期位相φ、横旋回周波数f2および縦旋回重み係数αを用いて算出した各時点での旋回基準点Zの酸素濃度)に基づいて、メイン噴射Jmの終了からアフター噴射Jaの開始までの時間である噴射インターバル時間Tiを決定する(ステップS6)。この噴射インターバル時間Tiは、旋回基準点Zにおける酸素濃度が最も高くなる時点(図11の例では時点t11)で当該旋回基準点Zにアフター噴射Jaによる燃料噴霧Faの先端が到達するような時間に設定される。以下では、旋回基準点Zの酸素濃度が最も高くなる時期のことを、酸素到来時期と称する。この酸素到来時期は、図10(c)または図12のようにクリーン空気流Eの中間部が旋回基準点Zを通過するときに対応している。このことを用いて噴射インターバル時間Tiのことを言い換えると、噴射インターバル時間Tiは、アフター噴射Jaによる燃料噴霧Faの先端が旋回基準点Zに到達する時期が、クリーン空気流Eの中間部が旋回基準点Zに到達する時期に一致するような時間に設定される。 Next, the ECU 70 generates an oxygen concentration fluctuation waveform (vertical rotation frequency f1 , the initial phase φ, the oxygen concentration at the turning reference point Z at each point in time calculated using the horizontal turning frequency f2 and the vertical turning weighting coefficient α), the time from the end of the main injection Jm to the start of the after injection Ja. An injection interval time Ti is determined (step S6). This injection interval time Ti is a time such that the tip of the fuel spray Fa caused by the after injection Ja reaches the turning reference point Z at the time when the oxygen concentration at the turning reference point Z becomes the highest (time t11 in the example of FIG. 11). is set to Hereinafter, the time when the oxygen concentration at the turning reference point Z is the highest will be referred to as the oxygen arrival time. This oxygen arrival timing corresponds to when the middle part of the clean air flow E passes through the turning reference point Z as shown in FIG. 10(c) or FIG. 12. Using this to rephrase the injection interval time Ti, the injection interval time Ti is determined by determining the time when the tip of the fuel spray Fa due to the after-injection Ja reaches the turning reference point Z, and the time when the middle part of the clean air flow E is turning. The time is set to match the time when the reference point Z is reached.

次いで、ECU70は、インジェクタ15にプレ噴射Jpおよびメイン噴射Jmを実行させる(ステップS7)。なお、ここでのプレ噴射Jpおよびメイン噴射Jmは、上記ステップS2において所定のマップデータに基づき決定された噴射パターン(プレ・メインの各噴射の噴射量および噴射時期を定めた噴射パターン)に従って実行される。 Next, the ECU 70 causes the injector 15 to perform pre-injection Jp and main injection Jm (step S7). Note that the pre-injection Jp and the main injection Jm here are executed according to the injection pattern determined based on the predetermined map data in step S2 (the injection pattern that determines the injection amount and injection timing of each pre-main injection). be done.

次いで、ECU70は、上記ステップS7により実行されたメイン噴射Jmの終了からの経過時間が、上記ステップS6で決定された噴射インターバル時間Tiに達したか否かを判定する(ステップS8)。 Next, the ECU 70 determines whether the elapsed time since the end of the main injection Jm executed in step S7 has reached the injection interval time Ti determined in step S6 (step S8).

上記ステップS8でYESと判定されてメイン噴射Jmの終了から噴射インターバル時間Tiが経過したことが確認された場合、ECU70は、その時点でインジェクタ15にアフター噴射Jaを開始させる(ステップS9)。これにより、図12に示すように、アフター噴射Jaによる燃料噴霧Faの先端が噴射軸AX上の旋回基準点Zに到達する時期を、当該旋回基準点Zの酸素濃度が高くなる酸素到来時期と一致させることができる。このことは、アフター噴射Jaにより噴射された燃料が燃焼する際の空気利用率を高めることにつながる。なお、このステップS9でのアフター噴射Jaの噴射量としては、上記ステップS2で所定のマップデータに基づき決定された噴射量が採用される。 If the determination in step S8 is YES and it is confirmed that the injection interval time Ti has elapsed since the end of the main injection Jm, the ECU 70 causes the injector 15 to start the after injection Ja at that time (step S9). As a result, as shown in FIG. 12, the time when the tip of the fuel spray Fa caused by the after-injection Ja reaches the turning reference point Z on the injection axis AX is determined as the oxygen arrival time when the oxygen concentration at the turning reference point Z becomes high. Can be matched. This leads to increasing the air utilization rate when the fuel injected by after-injection Ja is combusted. Note that the injection amount determined in step S2 based on the predetermined map data is adopted as the injection amount of after-injection Ja in step S9.

<旋回基準点Zの酸素濃度の変動>
本実施形態では、縦旋回流動のみによって生じる旋回基準点Zの酸素濃度の変動波形と、横旋回流動のみによって生じる旋回基準点Zの酸素濃度の変動波形とをそれぞれ個別に求め、これらを合わせた波形を旋回基準点Zの酸素濃度の変動波形として算出する。以下では、適宜、縦旋回流動のみによって生じる旋回基準点Zの酸素濃度の変動波形を縦酸素濃度波形といい、横旋回流動のみによって生じる旋回基準点Zの酸素濃度の変動波形を横酸素濃度波形という。
<Changes in oxygen concentration at turning reference point Z>
In this embodiment, the fluctuation waveform of the oxygen concentration at the swirling reference point Z caused only by the vertical swirling flow and the fluctuating waveform of the oxygen concentration at the swirling reference point Z caused only by the horizontal swirling flow are obtained separately, and these are combined. The waveform is calculated as the oxygen concentration fluctuation waveform at the turning reference point Z. In the following, the waveform of fluctuation in oxygen concentration at the turning reference point Z caused only by the vertical turning flow will be referred to as the vertical oxygen concentration waveform, and the waveform of the fluctuation in the oxygen concentration at the turning reference point Z caused only by the horizontal turning flow will be referred to as the horizontal oxygen concentration waveform. That's what it means.

<縦酸素濃度波形>
図13は、縦酸素濃度波形の一例を示すグラフである。図10のグラフと同様に、図11のグラフも、横軸をメイン噴射Jmの終了時からの時間t(msec)とし、縦軸を旋回基準点Zでの局所λとしている。
<Vertical oxygen concentration waveform>
FIG. 13 is a graph showing an example of a vertical oxygen concentration waveform. Similar to the graph in FIG. 10, in the graph in FIG. 11, the horizontal axis is the time t (msec) from the end of the main injection Jm, and the vertical axis is the local λ at the turning reference point Z.

図10(a)~(c)に示したように燃料噴霧Fmが旋回してクリーン空気流Eが燃料噴霧Fmの後端に形成されることで、図13のグラフの実線で示すように、旋回基準点Zでの局所λは、メイン噴射Jmの終了時(t=0)から時間が経過するほど大きくなり、最大値をとった後に再び低下するというように、周期的に変化する。具体的に、局所λは、メイン噴射Jmが終了した時点(t=0)では非常に小さく(点Ra)、その後の時点t21以降に顕著に上昇し始める(点Rb)。さらに、局所λは、時点t21よりも遅れた時点t22で最大値をとり(点Rc)、その後は徐々に低下する。この場合において、t=0のときの点Raは図10(a)の状態に対応し、t=t21のときの点Rbは図10(b)の状態に対応し、t=t22のときの点Rcは図10(c)の状態に対応している。 As shown in FIGS. 10(a) to (c), the fuel spray Fm swirls and a clean air flow E is formed at the rear end of the fuel spray Fm, as shown by the solid line in the graph of FIG. The local λ at the turning reference point Z becomes larger as time passes from the end of the main injection Jm (t=0), and changes periodically such that it reaches a maximum value and then decreases again. Specifically, the local λ is very small (point Ra) at the time when the main injection Jm ends (t=0), and starts to rise significantly after the subsequent time t21 (point Rb). Furthermore, the local λ takes a maximum value at time t22 (point Rc), which is later than time t21, and gradually decreases thereafter. In this case, point Ra when t=0 corresponds to the state in FIG. 10(a), point Rb when t=t21 corresponds to the state in FIG. 10(b), and point Rb when t=t22 corresponds to the state in FIG. 10(b). Point Rc corresponds to the state shown in FIG. 10(c).

このように、第1キャビティ部51内での燃料噴霧Fmの縦旋回流動に伴い、旋回基準点Zでの局所λ(あるいは酸素濃度)は周期的に変動する。当該現象を前提として、本実施形態では、縦旋回流動に伴う旋回基準点Zにおける酸素濃度の時間変化つまり縦酸素濃度波形を周期関数で表す。 In this way, as the fuel spray Fm vertically swirls within the first cavity portion 51, the local λ (or oxygen concentration) at the swirl reference point Z periodically fluctuates. On the premise of this phenomenon, in this embodiment, the time change in oxygen concentration at the swirling reference point Z accompanying the vertical swirling flow, that is, the longitudinal oxygen concentration waveform, is represented by a periodic function.

縦酸素濃度波形を表す周期関数をx1(t)とすると、このx1(t)は、模式的に下記の式(1)により定義される。 Assuming that a periodic function representing the longitudinal oxygen concentration waveform is x1(t), this x1(t) is schematically defined by the following equation (1).

[数1]
x1(t)=cos(2π・f1・t-φ) ‥‥(1)
ここに、f1は縦旋回周波数、φは初期位相である。縦旋回周波数f1とは、縦方向に旋回流動する燃料噴霧の単位時間あたりの旋回回数である。
[Number 1]
x1(t)=cos(2π・f1・t−φ) ‥‥(1)
Here, f1 is the vertical rotation frequency, and φ is the initial phase. The vertical swirl frequency f1 is the number of swirls per unit time of the fuel spray that swirls in the vertical direction.

さらに、図10(a)に示すように、燃料噴霧Fmの長さを噴霧長Lとし、燃料噴霧Fmが縦方向に流動(旋回)する速度を縦旋回速度V1とする。また、図10(b)に示すように、旋回基準点Zから破線の経路を辿って旋回基準点Zに戻るまでの移動距離(破線の経路の距離)を縦旋回距離Dとする。縦旋回周波数f1および初期位相φは、それぞれ噴霧長L、縦旋回速度V1、および縦旋回距離Dを用いて下記の式(2)により表すことができる。 Further, as shown in FIG. 10(a), the length of the fuel spray Fm is defined as a spray length L, and the speed at which the fuel spray Fm flows (swivels) in the vertical direction is defined as a vertical swirl speed V1. Further, as shown in FIG. 10(b), the distance traveled from the turning reference point Z to the point of return to the turning reference point Z by following the broken line route (distance of the broken line route) is defined as the vertical turning distance D. The vertical swirl frequency f1 and the initial phase φ can be expressed by the following equation (2) using the spray length L, the vertical swirl speed V1, and the vertical swirl distance D, respectively.

[数2]
f1=V1/D
φ=2π×L/D ‥‥(2)
つまり、縦旋回周波数f1は縦旋回速度V1を旋回距離Dで割った値に等しく、初期位相φは噴霧長Lを旋回距離Dで割った値の定数倍に等しい。
[Number 2]
f1=V1/D
φ=2π×L/D (2)
That is, the vertical swirl frequency f1 is equal to the vertical swirl speed V1 divided by the swirl distance D, and the initial phase φ is equal to a constant times the spray length L divided by the swirl distance D.

上記式(2)より、縦旋回周波数f1と初期位相φを求めるには、縦旋回速度V1と、旋回距離Dと、噴霧長Lとを知る必要がある。本願発明者による知見によれば、これらの値(V、D、L)は、下記の式(3)のように、メイン噴射量(メイン噴射Jmの噴射量)、噴射圧、吸気圧、エンジン回転数、エンジン水温、および燃温の中から選ばれる複数のパラメータの関数によって表すことができる。 From the above equation (2), in order to obtain the vertical swirl frequency f1 and the initial phase φ, it is necessary to know the vertical swirl speed V1, the swirl distance D, and the spray length L. According to the findings of the inventor of the present application, these values (V, D, L) are calculated based on the main injection amount (injection amount of main injection Jm), injection pressure, intake pressure, engine It can be expressed as a function of multiple parameters selected from rotational speed, engine water temperature, and fuel temperature.

[数3]
V1=F1(メイン噴射量、噴射圧、吸気圧)
D=F2(メイン噴射量、噴射圧、吸気圧、回転数)
L=F3(メイン噴射量、噴射圧、吸気圧、回転数、水温、燃温) ‥‥(3)
つまり、縦旋回速度V1は、メイン噴射量、噴射圧、および吸気圧をパラメータ(変数)とする関数であり、旋回距離Dは、メイン噴射量、噴射圧、吸気圧、およびエンジン回転数をパラメータとする関数であり、噴霧長Lは、メイン噴射量、噴射圧、吸気圧、エンジン回転数、エンジン水温、および燃温をパラメータとする関数である。
[Number 3]
V1=F1 (main injection amount, injection pressure, intake pressure)
D=F2 (main injection amount, injection pressure, intake pressure, rotation speed)
L=F3 (main injection amount, injection pressure, intake pressure, rotation speed, water temperature, fuel temperature) (3)
In other words, the vertical turning speed V1 is a function using the main injection amount, injection pressure, and intake pressure as parameters (variables), and the turning distance D is a function using the main injection amount, injection pressure, intake pressure, and engine speed as parameters. The spray length L is a function whose parameters are the main injection amount, injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, and fuel temperature.

図14は、上記式(3)の関数の概要を説明するためのグラフ群であり、(a)は旋回速度Vと各パラメータとの関係を、(b)は旋回距離Dと各パラメータとの関係を、(c)は噴霧長Lと各パラメータとの関係を、それぞれ示している。 FIG. 14 is a group of graphs for explaining the outline of the function of formula (3) above, in which (a) shows the relationship between the turning speed V and each parameter, and (b) shows the relationship between the turning distance D and each parameter. (c) shows the relationship between the spray length L and each parameter.

縦旋回速度V1は、図14(a)に示すように、メイン噴射Jmの噴射量が多いほど速くなり、燃料の噴射圧が高いほど速くなり、吸気圧が高いほど遅くなる。旋回距離Dは、図14(b)に示すように、メイン噴射Jmの噴射量が多いほど長くなり、燃料の噴射圧が高いほど長くなり、吸気圧が高いほど短くなり、エンジン回転数が高いほど長くなる。噴霧長Lは、図14(c)に示すように、メイン噴射Jmの噴射量が多いほど長くなり、燃料の噴射圧が高いほど長くなり、吸気圧が高いほど短くなり、エンジン回転数が高いほど短くなり、エンジン水温が高いほど長くなり、燃温が高いほど長くなる。なお、図14(a)(b)(c)の各グラフは、横軸に示すパラメータが単独で変化した場合(それ以外のパラメータが一定である場合)に得られるV1、D、Lの変化を示しているものとする。また、各グラフはいずれも単純な正比例または反比例の関係を表した直線的なグラフとなっているが、あくまで模式的なものであり、必ずしも直線的なグラフになるわけではない。 As shown in FIG. 14(a), the vertical turning speed V1 becomes faster as the injection amount of the main injection Jm is larger, becomes faster as the fuel injection pressure is higher, and becomes slower as the intake pressure is higher. As shown in FIG. 14(b), the turning distance D increases as the injection amount of the main injection Jm increases, increases as the fuel injection pressure increases, decreases as the intake pressure increases, and increases as the engine speed increases. It gets longer. As shown in FIG. 14(c), the spray length L increases as the injection amount of the main injection Jm increases, increases as the fuel injection pressure increases, decreases as the intake pressure increases, and decreases as the engine speed increases. The higher the engine water temperature, the longer it becomes; and the higher the fuel temperature, the longer it becomes. In addition, each graph of FIG. 14(a), (b), and (c) shows the changes in V1, D, and L obtained when the parameter shown on the horizontal axis changes alone (when other parameters are constant). shall be shown. Further, each graph is a linear graph representing a simple direct proportional or inverse proportional relationship, but it is only a schematic and is not necessarily a linear graph.

上記ステップS5では、以上のような知見を利用した所定の演算により、縦旋回周波数f1および初期位相φが算出される。すなわち、上記ステップS5において、ECU70は、上記ステップS4で取得された噴射圧、吸気圧、エンジン回転数、エンジン水温、および燃温の各情報と、上記ステップS2で決定されたメイン噴射Jmの噴射量とを、予め記憶している上記式(3)(もしくは図14)に対応する演算式に代入することにより、縦旋回速度V1、旋回距離D、および噴霧長Lを算出する。そして、算出したこれらの値(V1、D、L)を、予め記憶している上記式(2)に対応する演算式に代入することにより、縦旋回周波数f1(=V1/D)および初期位相φ(=2π×L/D)を算出する。このようにして算出された縦旋回周波数f1および初期位相φを式(1)に代入することで、図13に示すような縦酸素濃度波形(関数x1(t))が規定される。 In step S5, the vertical rotation frequency f1 and the initial phase φ are calculated by a predetermined calculation using the above knowledge. That is, in the above step S5, the ECU 70 uses each information of the injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, and fuel temperature acquired in the above step S4 and the main injection Jm determined in the above step S2. By substituting the amount into a pre-stored arithmetic expression corresponding to the above equation (3) (or FIG. 14), the vertical turning speed V1, the turning distance D, and the spray length L are calculated. Then, by substituting these calculated values (V1, D, L) into the pre-stored arithmetic equation corresponding to the above equation (2), the vertical rotation frequency f1 (=V1/D) and the initial phase are determined. Calculate φ (=2π×L/D). By substituting the vertical rotation frequency f1 and initial phase φ calculated in this way into equation (1), a vertical oxygen concentration waveform (function x1(t)) as shown in FIG. 13 is defined.

<横酸素濃度波形>
図15は、横酸素濃度波形の一例を示すグラフである。図11、図13のグラフと同様に、図15のグラフも、横軸をメイン噴射Jmの終了時からの時間t(msec)とし、縦軸を旋回基準点Zでの局所λとしている。
<Horizontal oxygen concentration waveform>
FIG. 15 is a graph showing an example of a lateral oxygen concentration waveform. Similar to the graphs in FIGS. 11 and 13, in the graph in FIG. 15, the horizontal axis is the time t (msec) from the end of the main injection Jm, and the vertical axis is the local λ at the turning reference point Z.

既述したように、スワール流によって噴射軸AX上には燃料噴霧FSを多く含むガスとクリーンガスAS(空気を主成分とするガス)とが交互に入り込むことで、図15のグラフの実線で示すように、旋回基準点Zでの局所λは、メイン噴射Jmの終了時(t=0)から時間が経過するほど大きくなり、最大値をとった後に再び低下するというように、周期的に変化する。具体的に、局所λは、メイン噴射Jmが終了した時点(t=0)では非常に小さく(点Rd1)、当該時点から徐々に上昇して時点t31で最大値をとると(点Re1)、徐々に低下して最小値となり(点Rd2)、再び上昇して最大値となった後(Re2)、再び徐々に低下していく。 As mentioned above, gas containing a large amount of fuel spray FS and clean gas AS (gas whose main component is air) alternately enter on the injection axis AX due to the swirl flow, so that the solid line in the graph of FIG. As shown, the local λ at the turning reference point Z increases as time passes from the end of the main injection Jm (t=0), and then decreases again after reaching the maximum value, and so on periodically. Change. Specifically, the local λ is very small (point Rd1) at the time when main injection Jm ends (t=0), and when it gradually increases from that time and reaches its maximum value at time t31 (point Re1), It gradually decreases to the minimum value (point Rd2), rises again to the maximum value (Re2), and then gradually decreases again.

本実施形態では、この横旋回流動に伴う旋回基準点Zにおける酸素濃度の時間変化つまり横酸素濃度波形も周期関数で表す。横酸素濃度波形を表す周期関数をx2(t)とすると、このx2(t)は、模式的に下記の式(4)により定義される。 In this embodiment, the temporal change in oxygen concentration at the turning reference point Z due to this lateral turning flow, that is, the lateral oxygen concentration waveform, is also expressed by a periodic function. Assuming that the periodic function representing the lateral oxygen concentration waveform is x2(t), this x2(t) is schematically defined by the following equation (4).

[数4]
x2(t)=cos(2π・f2・t) ‥‥(4)
ここに、f2は横旋回周波数である。横旋回周波数f2とは、気筒2の中心軸X回りに旋回する燃料噴霧の単位時間あたりの旋回回数であって、燃料噴霧の縦方向の旋回流動の影響がないとしたときの燃料噴霧の横方向の旋回流動の旋回回数のことである。
[Number 4]
x2(t)=cos(2π・f2・t) (4)
Here, f2 is the horizontal rotation frequency. The horizontal swirl frequency f2 is the number of swirls per unit time of the fuel spray that swirls around the central axis It refers to the number of turns of the swirling flow in the direction.

さらに、図4、図5に示すように、気筒2の中心軸Xに沿う方向から見たときの隣接する旋回基準点Zどうしの距離、つまり、旋回基準点Zを通り気筒2の中心軸Xを中心とする円周上で噴射軸AX間の距離を噴射軸間距離dとし、スワール流の速度をVSとすると、横旋回周波数f2は、これらを用いて下記の式(5)により表すことができる。 Furthermore, as shown in FIGS. 4 and 5, the distance between adjacent turning reference points Z when viewed from the direction along the central axis X of the cylinder 2, that is, the distance between the turning reference points Z and the central axis Assuming that the distance between the injection axes AX on the circumference centered on is d, and the velocity of the swirl flow is VS, the horizontal swirl frequency f2 can be expressed using the following formula (5). I can do it.

[数5]
f2=VS/d ‥‥(5)
つまり、横旋回周波数f2はスワール流の速度VSを噴射軸間距離dで割った値に等しい。
[Number 5]
f2=VS/d (5)
That is, the transverse swirl frequency f2 is equal to the value obtained by dividing the velocity VS of the swirl flow by the distance d between the injection axes.

噴射軸間距離dは、気筒2のボア径、噴孔152の数、噴霧角θ(図4参照)により変化するが、これらの値はエンジン毎に予め決まっており、ECU70には、これらの値から予め算出された噴射軸間距離dが定数として記憶されている。一方、スワール流の速度VSはエンジン回転数によって変化する。具体的には、図16に示すように、エンジン回転数が高いほどスワール流の速度VSは大きくなる。なお、図14の各グラフと同様に、図16のグラフも、あくまで模式的なものでありエンジン回転数とスワール流の速度VSとの関係を表すグラフは必ずしも直線的なグラフになるわけではない。 The distance between the injection axes d changes depending on the bore diameter of the cylinder 2, the number of nozzle holes 152, and the spray angle θ (see FIG. 4), but these values are predetermined for each engine, and the ECU 70 has these values. The distance d between injection axes calculated in advance from the value is stored as a constant. On the other hand, the speed VS of the swirl flow changes depending on the engine rotation speed. Specifically, as shown in FIG. 16, the higher the engine speed, the higher the speed VS of the swirl flow. Note that, like the graphs in FIG. 14, the graphs in FIG. 16 are only schematic, and the graphs representing the relationship between the engine rotation speed and the speed of the swirl flow VS are not necessarily linear graphs. .

上記ステップS5では、以上のような知見を利用した所定の演算により、横旋回周波数f2が算出される。すなわち、上記ステップS5において、ECU70は、上記ステップS4で取得されたエンジン回転数と予め記憶している噴射軸間距離dとを、予め記憶している上記式(5)に対応する演算式に代入することにより、横旋回周波数f2(=VS/d)を算出する。このようにして算出された横旋回周波数f2を式(4)に代入することで、図15に示すような横酸素濃度波形(関数x2(t))が規定される。 In step S5, the lateral rotation frequency f2 is calculated by a predetermined calculation using the above knowledge. That is, in step S5, the ECU 70 converts the engine speed obtained in step S4 and the pre-stored distance d between injection axes into a pre-stored arithmetic expression corresponding to the above formula (5). By substituting, the horizontal rotation frequency f2 (=VS/d) is calculated. By substituting the lateral rotation frequency f2 calculated in this way into equation (4), a lateral oxygen concentration waveform (function x2(t)) as shown in FIG. 15 is defined.

<旋回基準点Zの変動波形>
上記の式(1)で表される縦酸素濃度波形(関数x1(t))と、式(4)で表される横酸素濃度波形(関数x2(t))とを合わせれば、旋回基準点Zにおける酸素濃度の変動波形が求められると考えられる。ただし、旋回基準点Zの酸素濃度に及ぼす影響の大きさは縦旋回流動と横旋回流動とで同等ではない。これより、これらの影響度合いを考慮して縦方向および横方向の両方の旋回流動によって生じる旋回基準点Zの酸素濃度の変動波形を求める。具体的には、縦旋回流動が旋回基準点Zの酸素濃度に与える影響度合いの、横旋回流動の当該影響度合いに対する割合をαとして、旋回基準点Zにおける酸素濃度の変動を表す関数x3(t)を、次の式(5)により算出する。上記の縦旋回重み係数αはこの割合αである。
<Fluctuation waveform of turning reference point Z>
Combining the vertical oxygen concentration waveform (function x1(t)) expressed by the above equation (1) and the horizontal oxygen concentration waveform (function x2(t)) expressed by equation (4), the turning reference point It is considered that the fluctuation waveform of the oxygen concentration in Z is obtained. However, the magnitude of the influence of the swirling reference point Z on the oxygen concentration is not the same between the vertical swirling flow and the horizontal swirling flow. From this, the fluctuation waveform of the oxygen concentration at the swirling reference point Z caused by the swirling flow in both the vertical and horizontal directions is determined by taking into account the degree of these influences. Specifically, a function x3(t ) is calculated using the following equation (5). The vertical rotation weighting coefficient α mentioned above is this ratio α.

[式5]
x3(t)=α・x1(t)+x2(t)‥‥(5)
この式(5)に上記の式(1)~(4)を代入すると、関数x3(t)は次の式(6)ように表される。
[Formula 5]
x3(t)=α・x1(t)+x2(t) (5)
By substituting the above equations (1) to (4) into this equation (5), the function x3(t) is expressed as the following equation (6).

[式6]
x3(t)=α・cos(2π・V1/D・t-2π×L/D)
+cos(2π・VS/d・t)‥‥(6)
縦方向の旋回流動が弱いほど、横方向の旋回流動が旋回基準点Zにおける酸素濃度に与える影響は大きくなり、縦旋回重み係数αは小さくなる。縦方向の旋回流動は、メイン噴射Jmの終了時からの経過時間が長いほど弱くなる。これより、図17に示すように、縦旋回重み係数αは、メイン噴射Jmの終了時からの経過時間が長いほど小さい値とされる。
[Formula 6]
x3(t)=α・cos(2π・V1/D・t−2π×L/D)
+cos(2π・VS/d・t) (6)
The weaker the vertical swirling flow, the greater the influence of the horizontal swirling flow on the oxygen concentration at the swirling reference point Z, and the smaller the vertical swirling weighting coefficient α. The vertical swirling flow becomes weaker as the time elapses from the end of the main injection Jm. Therefore, as shown in FIG. 17, the vertical rotation weighting coefficient α is set to a smaller value as the elapsed time from the end of the main injection Jm becomes longer.

また、エンジン回転数が高い方がスワール流の速度VSが高くなって横方向の旋回流動は強くなり、横方向の旋回流動が旋回基準点Zにおける酸素濃度に与える影響は大きくなる。ただし、エンジン回転数が高いときであっても、メイン噴射Jmの噴射量および噴射圧が高いことに伴って燃料噴霧Fmの貫徹力が強いときは、縦方向の旋回流動が強くなることで横方向の旋回流動が旋回基準点Zにおける酸素濃度に与える影響は小さく抑えられる。 Furthermore, as the engine speed is higher, the speed VS of the swirl flow becomes higher and the lateral swirling flow becomes stronger, and the influence of the lateral swirling flow on the oxygen concentration at the swirling reference point Z becomes larger. However, even when the engine speed is high, when the penetration force of the fuel spray Fm is strong due to the high injection amount and injection pressure of the main injection Jm, the vertical swirl flow becomes strong and the lateral The influence of the swirling flow in the direction on the oxygen concentration at the swirling reference point Z is suppressed to a small extent.

これより、図18の実線に示すように、燃料噴霧Fmの貫徹力が弱いときは、エンジン回転数が高い方が縦旋回重み係数αは小さい値とされる。詳細には、エンジン回転数が所定の基準回転数N0以上のときの縦旋回重み係数αは、エンジン回転数が基準回転数N0未満のときの縦旋回重み係数αよりも小さい値とされる。ただし、基準回転数N0以上のエンジン回転数範囲ではエンジン回転数に関わらず縦旋回重み係数αは一定の値とされ、基準回転数N0未満のエンジン回転数範囲でも縦旋回重み係数αはエンジン回転数に関わらず一定の値とされる。 From this, as shown by the solid line in FIG. 18, when the penetration force of the fuel spray Fm is weak, the vertical rotation weighting coefficient α is set to a smaller value as the engine speed is higher. Specifically, the vertical turning weighting coefficient α when the engine rotational speed is equal to or higher than the predetermined reference rotational speed N0 is set to a smaller value than the vertical turning weighting coefficient α when the engine rotational speed is less than the reference rotational speed N0. However, in the engine rotation speed range above the reference rotation speed N0, the vertical turning weighting coefficient α is a constant value regardless of the engine rotation speed, and even in the engine rotation speed range below the reference rotation speed N0, the vertical turning weighting coefficient α is set to a constant value regardless of the engine rotation speed. It is assumed to be a constant value regardless of the number.

また、基準回転数N0未満のエンジン回転数範囲では燃料噴霧Fmの貫徹力に関わらず縦旋回重み係数αは一定の値とされる。一方、基準回転数N0以上のエンジン回転数範囲では、縦旋回重み係数αは、エンジン回転数が基準回転数N0未満のときの値以下の範囲で、燃料噴霧Fmの貫徹力が強くなるほど大きい値とされる。そして、図18の鎖線のグラフに示すように、燃料噴霧Fmの貫徹力が所定よりも強くなると、縦旋回重み係数αは基準回転数N0以上であるか否かに関わらず、つまり、エンジン回転数に関わらず一定の値とされる。 Further, in the engine speed range below the reference speed N0, the vertical rotation weighting coefficient α is set to a constant value regardless of the penetration force of the fuel spray Fm. On the other hand, in the engine speed range above the reference speed N0, the vertical rotation weighting coefficient α is within the range of the value when the engine speed is below the reference speed N0, and the value increases as the penetration force of the fuel spray Fm becomes stronger. It is said that As shown in the dashed line graph in FIG. 18, when the penetration force of the fuel spray Fm becomes stronger than a predetermined value, the vertical rotation weighting coefficient α becomes greater than or equal to the reference rotation speed N0. It is assumed to be a constant value regardless of the number.

上記のように拡散燃焼領域A1では、エンジン負荷が高くなるほどメイン噴射量および噴射圧は高くなり、燃料噴霧Fmの貫徹力は大きくなる。これより、拡散燃焼領域A1のうちエンジン回転数が低い領域A1_L(基準回転数N0未満の領域、以下において低速領域という場合がある)では、エンジン負荷に関わらず縦旋回重み係数αは一定の値とされる。また、拡散燃焼領域A1のうちエンジン回転数が高い領域(基準回転数N0以上の領域、以下において高速領域という場合がある)では、エンジン負荷が高いほど縦旋回重み係数αは大きい値とされる。ここで、本実施形態では、拡散燃焼領域A1のうちエンジン負荷が最大となる領域A1_m(図7、以下において拡散最大負荷領域という場合がある)において、高速領域A1_Hと低速領域A1_Lとで縦旋回重み係数αが同じ値とされており、この領域を除く拡散燃焼領域A1の残余の領域では、高速領域A1_Hの縦旋回重み係数αは低速領域A1_Lの縦旋回重み係数αよりも小さい値とされる。 As described above, in the diffusion combustion region A1, the higher the engine load, the higher the main injection amount and injection pressure, and the greater the penetration force of the fuel spray Fm. From this, in the region A1_L where the engine speed is low in the diffusion combustion region A1 (region below the reference speed N0, hereinafter sometimes referred to as the low speed region), the vertical turning weighting coefficient α is a constant value regardless of the engine load. It is said that In addition, in the region where the engine speed is high in the diffusion combustion region A1 (the region where the engine speed is higher than the reference speed N0, hereinafter referred to as the high speed region), the higher the engine load, the larger the value of the vertical turning weighting coefficient α. . Here, in this embodiment, in the region A1_m (FIG. 7, hereinafter referred to as the diffusion maximum load region) where the engine load is maximum in the diffusion combustion region A1, vertical turning is performed in the high speed region A1_H and the low speed region A1_L. The weighting coefficient α is set to the same value, and in the remaining regions of the diffusion combustion region A1 excluding this region, the vertical rotation weighting coefficient α of the high speed region A1_H is set to a smaller value than the vertical rotation weighting coefficient α of the low speed region A1_L. Ru.

上記ステップS5では、メイン噴射Jmの終了時からの経過時間、エンジン回転数および燃料噴霧Fmの貫徹力と、縦旋回重み係数αとの関係が図17、図18のグラフに示された関係となるように、縦旋回重み係数αが算出される。 In the above step S5, the relationship between the elapsed time from the end of the main injection Jm, the engine speed, the penetration force of the fuel spray Fm, and the vertical rotation weighting coefficient α is determined as shown in the graphs of FIGS. 17 and 18. The vertical turning weighting coefficient α is calculated as follows.

具体的には、図17のグラフに対応するマップであって上記経過時間と縦旋回重み係数αの基準となるマップが予め設定されてECU70に記憶されている。また、図18のグラフの縦軸を縦旋回重み係数αの補正係数に換算し、図18のグラフの貫徹力をエンジン負荷に換算したマップが予め設定されてECU70に記憶されている。ステップS5において、ECU70は、エンジン負荷とステップS4で読み込んだエンジン回転数とに対応する縦旋回重み係数αの補正係数を上記のマップから抽出する。また、ECU70は、記憶している経過時間と縦旋回重み係数αのマップにおける縦旋回重み係数αを上記の補正係数で補正して、メイン噴射Jmの終了後の各時点での縦旋回重み係数αを算出する。 Specifically, a map corresponding to the graph of FIG. 17 and serving as a reference for the elapsed time and vertical turning weighting coefficient α is set in advance and stored in the ECU 70. Further, a map in which the vertical axis of the graph in FIG. 18 is converted into a correction coefficient of the vertical turning weight coefficient α, and the penetration force in the graph in FIG. 18 is converted into engine load is set in advance and stored in the ECU 70. In step S5, the ECU 70 extracts a correction coefficient for the vertical turning weighting coefficient α corresponding to the engine load and the engine speed read in step S4 from the above map. In addition, the ECU 70 corrects the vertical turning weighting coefficient α in the map of the stored elapsed time and the vertical turning weighting coefficient α with the above correction coefficient, and corrects the vertical turning weighting coefficient α at each time point after the end of the main injection Jm. Calculate α.

このようにして、メイン噴射Jmの終了後の各時点での縦旋回重み係数αを算出すると、ECU70は、これを式(6)に代入する。これにより、図11のラインL1に示すような旋回基準点Zにおける酸素濃度の変動波形であって、縦旋回流動と横旋回流動の両方の影響が加味された波形が規定される。 After calculating the vertical turning weighting coefficient α at each time point after the end of the main injection Jm in this way, the ECU 70 substitutes this into equation (6). As a result, a waveform of oxygen concentration fluctuation at the swirling reference point Z as shown by line L1 in FIG. 11 is defined, which takes into account the effects of both the vertical swirling flow and the horizontal swirling flow.

ここで、図11のグラフの破線で示したラインL2は横酸素濃度波形であり、鎖線で示したラインL3は縦酸素濃度波形である。これらラインL2とL3の差に表されているように、横酸素濃度波形の周期つまり横方向の旋回流動の周波数(横旋回周波数f2)は、縦酸素濃度波形の周期つまり縦方向の旋回流動の周波数(縦旋回周波数f1)よりも高くなる。これは、横方向の旋回流動の周波数に関わるパラメータである噴射軸間距離dが、縦方向の旋回流動の周波数に関わるパラメータである旋回距離Dに比べて短いためである。特に、本実施形態では、インジェクタ15が10個の噴孔152を有しており、噴射軸間距離dが十分に小さいため、横旋回周波数f2は縦旋回周波数f1の2倍以上という大きい値となる。また、上記のようにメイン噴射Jmが終了してからの経過時間が短いときは、縦旋回重み係数αは大きく、縦方向の旋回流動が旋回基準点Zにおける酸素濃度及ぼす影響の方がより大きい。これより、図11の実線で示すように、旋回基準点Zにおける酸素濃度の変動波形は、鎖線で示す縦酸素濃度波形に比較的近い形となる。 Here, line L2 shown by a broken line in the graph of FIG. 11 is a horizontal oxygen concentration waveform, and line L3 shown by a chain line is a vertical oxygen concentration waveform. As shown by the difference between these lines L2 and L3, the period of the horizontal oxygen concentration waveform, that is, the frequency of the horizontal swirling flow (lateral swirling frequency f2), is the period of the vertical oxygen concentration waveform, that is, the frequency of the vertical swirling flow. frequency (vertical rotation frequency f1). This is because the distance between injection axes d, which is a parameter related to the frequency of the swirling flow in the horizontal direction, is shorter than the swirling distance D, which is a parameter related to the frequency of the swirling flow in the longitudinal direction. In particular, in this embodiment, the injector 15 has 10 nozzle holes 152, and the distance d between the injection axes is sufficiently small, so the horizontal swirl frequency f2 has a large value of more than twice the vertical swirl frequency f1. Become. In addition, when the elapsed time after the main injection Jm ends is short as described above, the vertical swirl weighting coefficient α is large, and the influence of the vertical swirl flow on the oxygen concentration at the swirl reference point Z is greater. . As a result, as shown by the solid line in FIG. 11, the oxygen concentration fluctuation waveform at the turning reference point Z has a shape that is relatively close to the vertical oxygen concentration waveform shown by the chain line.

<噴射インターバル時間の算出方法>
次に、上記ステップS6において噴射インターバル時間Tiを算出する方法について詳しく説明する。既述のとおり、噴射インターバル時間Tiを求めるには、図10に示したクリーン空気流Eの中間部が旋回基準点Zに到来する時期(旋回基準点Zの酸素濃度が最も濃くなる時期)である酸素到来時期を特定する必要がある。この酸素到来時期は、上記式(6)で示した関数x3(t)が最大値になる時期であり、メイン噴射Jmの終了後における旋回基準点Zの酸素濃度が最初に最大値をとる時期に相当する。
<How to calculate injection interval time>
Next, a method for calculating the injection interval time Ti in step S6 will be described in detail. As mentioned above, in order to obtain the injection interval time Ti, it is necessary to determine the time when the middle part of the clean air flow E shown in FIG. It is necessary to specify the timing of a certain oxygen arrival. This oxygen arrival time is the time when the function x3(t) shown in the above equation (6) reaches its maximum value, and is the time when the oxygen concentration at the turning reference point Z takes the maximum value for the first time after the end of the main injection Jm. corresponds to

ここで、上記式(6)による酸素到来時期は、計算上、周期的に(繰り返し)出現する。一方で、燃費性能の面からは、アフター噴射Jaの時期は可能な範囲で早くすることが好ましい。 Here, the oxygen arrival timing according to the above equation (6) appears periodically (repeatedly) in calculation. On the other hand, from the viewpoint of fuel efficiency, it is preferable that the timing of after-injection Ja be as early as possible.

上記ステップS6では、以上のような知見を利用した所定の演算により、噴射インターバル時間Tiが算出される。すなわち、上記ステップS6において、ECU70は、上記式(6)で示した関数x3(t)が最大値になる時期のうち最も早い時期を求め、これを酸素到来時期に設定する。図11の例では、時点t11が酸素到来時期に相当する。そして、ECU70は、算出した酸素到来時期(例えば図11の時点t11)において旋回基準点Zにアフター噴射Jaによる燃料噴霧Faが到達するように、噴射インターバル時間Tiを決定する。 In step S6, the injection interval time Ti is calculated by a predetermined calculation using the above knowledge. That is, in the above step S6, the ECU 70 finds the earliest time among the times when the function x3(t) shown in the above equation (6) reaches the maximum value, and sets this as the oxygen arrival time. In the example of FIG. 11, time t11 corresponds to the oxygen arrival time. Then, the ECU 70 determines the injection interval time Ti so that the fuel spray Fa caused by the after-injection Ja reaches the turning reference point Z at the calculated oxygen arrival time (for example, time t11 in FIG. 11).

酸素到来時期において旋回基準点Zに燃料噴霧Faを到達させるには、当該酸素到来時期よりも少し手前でアフター噴射Jaを開始させる必要がある。すなわち、アフター噴射Jaによる燃料噴霧Faが噴孔152から旋回基準点Zまで移動するのに要する時間、つまりアフター噴射Jaが開始されてから噴霧Faの先端が旋回基準点Zに到達するまでの所要時間を噴霧到達所要時間とすると、上記酸素到来時期に対し当該噴霧到達所要時間だけ早めた時期を、アフター噴射Jaの開始時期として設定する必要がある。そこで、ECU70は、上記のようにして算出された酸素到来時期、言い換えるとメイン噴射Jmが終了してから旋回基準点Zの酸素濃度が最も濃くなるまでの所要時間(図11の実線の波形の場合はt11(msec))から、上記噴霧到達所要時間を差し引いた値を、噴射インターバル時間Tiとして算出する。なお、噴霧到達所要時間(アフター噴射Jaによる燃料噴霧Faが噴孔152から旋回基準点Zまで移動するのに要する時間)は、都度演算により求めることも可能であるが、予め定められた固定値を用いてもよい。これは、噴霧到達所要時間は比較的短い時間であり、しかも条件の相違による変動も小さいと考えられるからである。 In order for the fuel spray Fa to reach the turning reference point Z at the oxygen arrival time, it is necessary to start the after injection Ja a little before the oxygen arrival time. That is, the time required for the fuel spray Fa caused by the after-injection Ja to move from the nozzle hole 152 to the turning reference point Z, that is, the time required from the start of the after-injection Ja until the tip of the spray Fa reaches the turning reference point Z. If time is defined as the required spray arrival time, it is necessary to set the after injection Ja start time to be earlier than the oxygen arrival time by the spray arrival required time. Therefore, the ECU 70 calculates the oxygen arrival timing calculated as described above, in other words, the time required from the end of the main injection Jm until the oxygen concentration at the turning reference point Z becomes the highest (the solid line waveform in FIG. 11). In this case, the value obtained by subtracting the above-mentioned time required to reach the spray from t11 (msec) is calculated as the injection interval time Ti. Note that the time required for the spray to reach the spray (the time required for the fuel spray Fa caused by the after-injection Ja to move from the nozzle hole 152 to the turning reference point Z) can be calculated each time, but it may be determined by a predetermined fixed value. may also be used. This is because the time required for the spray to reach the spray is relatively short, and it is thought that fluctuations due to differences in conditions are also small.

図19は、以上のようにして算出される噴射インターバル時間Tiと、メイン噴射量、噴射圧、吸気圧、エンジン水温、および燃温の各パラメータとの関係を示したグラフ群である。本図に示すように、噴射インターバル時間Tiは、メイン噴射Jmの噴射量が多いほど短くなり、燃料の噴射圧が高いほど短くなり、吸気圧が高いほど長くなり、エンジン水温が高いほど短くなり、燃温が高いほど短くなる。なお、図19に示す各グラフは、横軸に示すパラメータが単独で変化した場合(それ以外のパラメータが一定である場合)に得られる噴射インターバル時間Tiの変化を示しているものとする。また、各グラフはいずれも単純な正比例または反比例の関係を表した直線的なグラフとなっているが、あくまで模式的なものであり、必ずしも直線的なグラフになるわけではない。 FIG. 19 is a group of graphs showing the relationship between the injection interval time Ti calculated as described above and each parameter of main injection amount, injection pressure, intake pressure, engine water temperature, and fuel temperature. As shown in this figure, the injection interval time Ti becomes shorter as the injection amount of main injection Jm increases, becomes shorter as the fuel injection pressure becomes higher, becomes longer as the intake pressure becomes higher, and becomes shorter as the engine water temperature becomes higher. , the higher the fuel temperature, the shorter the time. It is assumed that each graph shown in FIG. 19 shows a change in the injection interval time Ti obtained when the parameter shown on the horizontal axis changes alone (when the other parameters are constant). Further, each graph is a linear graph representing a simple direct proportional or inverse proportional relationship, but it is only a schematic and is not necessarily a linear graph.

ここで、上記のように横旋回周波数f2および横酸素濃度波形(関数x2(t))はエンジン回転数のみによって変化し、メイン噴射量、噴射圧、吸気圧、および燃温によっては変化しない。これより、図19の各グラフに示される各パラメータの変化に伴う噴射インターバル時間Tiの変化は、各パラメータの変化によって縦酸素濃度波形(関数x1(t))が変化することに起因する。 Here, as described above, the lateral swirl frequency f2 and the lateral oxygen concentration waveform (function x2(t)) change only depending on the engine speed, and do not change depending on the main injection amount, injection pressure, intake pressure, and fuel temperature. From this, changes in the injection interval time Ti due to changes in each parameter shown in each graph of FIG. 19 are due to changes in the longitudinal oxygen concentration waveform (function x1(t)) due to changes in each parameter.

縦酸素濃度波形(関数x1(t))のみを考えた場合、旋回基準点Zの酸素濃度が最も高くなる時点txは、下記の式(7)で表すことができる。 When only the longitudinal oxygen concentration waveform (function x1(t)) is considered, the time tx at which the oxygen concentration at the turning reference point Z becomes the highest can be expressed by the following equation (7).

t=(φ+nπ)/2πf1 (N=0、2、4、・・・) ・・・・(7)
つまり、横方向の旋回流動がないとした場合の酸素到来時期は、メイン噴射Jmの終了からの経過時間であるtが式(7)の関係を満たすときであり縦旋回周波数f1と初期位相φのみを変数とした関数で表すことができる。この式(7)より、横方向の旋回流動がないとした場合の酸素到来時期は、縦旋回周波数f1が大きいほど早くなり、初期位相φが大きいほど遅くなる。
t=(φ+nπ)/2πf1 (N=0, 2, 4,...) (7)
In other words, when there is no horizontal swirl flow, the oxygen arrival timing is when t, which is the elapsed time from the end of main injection Jm, satisfies the relationship of equation (7), and the longitudinal swirl frequency f1 and initial phase φ It can be expressed as a function with only variables. According to this equation (7), when there is no horizontal swirling flow, the timing of oxygen arrival becomes earlier as the vertical swirling frequency f1 becomes larger, and becomes later as the initial phase φ becomes larger.

ここで、式(2)より噴霧長Lが長い方が初期位相φは大きくなる。これより、上記の知見に基づくと、酸素到来時期は遅くなると考えられる。しかし、噴霧長Lが長くなると旋回流中に占めるクリーン空気Eの旋回方向の長さが短くなって、クリーン空気Eが旋回基準点Zに存在する期間が短くなる結果、酸素到来時期は早くなる。これより、エンジン水温、燃温については、図14(c)のグラフに示されるようにこれらの温度が高い方が噴霧長Lは長くなるのに伴い、図19のグラフに示されるように噴射インターバル時間Tiは短くされる。 Here, from equation (2), the longer the spray length L is, the larger the initial phase φ becomes. Based on the above findings, it is thought that the timing of oxygen arrival will be delayed. However, as the spray length L increases, the length of the clean air E in the swirling direction that occupies the swirling flow becomes shorter, and as a result, the period during which the clean air E exists at the swirling reference point Z becomes shorter, and as a result, the timing of oxygen arrival becomes earlier. . From this, regarding the engine water temperature and fuel temperature, as shown in the graph of FIG. 14(c), the spray length L becomes longer when these temperatures are higher, and the injection length L becomes longer as shown in the graph of FIG. 19. The interval time Ti is shortened.

<エンジン回転数と噴射インターバル時間>
図20のグラフは、噴射インターバル時間Tiとエンジン回転数の関係を示したものである。同グラフの3つのラインは、それぞれ異なるエンジン負荷での上記関係を示している。ラインL11、L12、L13は、この順にエンジン負荷が高くなっており、ラインL13は、エンジン負荷が拡散燃焼領域A1の最大値となるとき(拡散最大負荷領域A1_mに含まれるエンジン負荷となるとき)のグラフである。
<Engine speed and injection interval time>
The graph in FIG. 20 shows the relationship between the injection interval time Ti and the engine speed. The three lines in the same graph show the above relationships at different engine loads. Lines L11, L12, and L13 indicate that the engine load increases in this order, and line L13 indicates when the engine load reaches the maximum value in the diffusion combustion region A1 (when the engine load falls within the diffusion maximum load region A1_m). This is a graph of

図20に示すように、エンジン負荷に関わらず、エンジン回転数が高いほど噴射インターバル時間Tiは短くされる。これは、エンジン回転数が高いほど縦方向と横方向の両方の旋回流動において、旋回基準点Zの酸素濃度が最大値となる時期が早くなるためである。 As shown in FIG. 20, regardless of the engine load, the higher the engine speed, the shorter the injection interval time Ti. This is because the higher the engine speed, the earlier the oxygen concentration at the swirling reference point Z reaches its maximum value in both the longitudinal and lateral swirling flows.

具体的には、図14(b)に示したようにエンジン回転数が高くなると旋回距離Dが長くなる。式(2)で表されるように、旋回距離Dが長くなると、縦酸素濃度波形(関数X1(t))の初期位相φは小さくなる。これより、エンジン回転数が高くなると、当該変動波形は図13の実線から図13の破線のように変化し、縦方向の旋回流動に伴って旋回基準点Zの酸素濃度が最大値となる時期が早くなる。図13の例では、酸素濃度が最大値となる時期は、時点t22から時点t122に早まる。なお、旋回距離Dが長くなると縦旋回周波数f1は小さくなるが、これよりも上記の初期位相φが小さくなることの影響の方が大きく、エンジン回転数が高くなることで上記の酸素濃度が最大値となる時期は早くなる。 Specifically, as shown in FIG. 14(b), as the engine speed increases, the turning distance D increases. As expressed by equation (2), as the turning distance D becomes longer, the initial phase φ of the longitudinal oxygen concentration waveform (function X1(t)) becomes smaller. From this, as the engine speed increases, the fluctuation waveform changes from the solid line in Figure 13 to the broken line in Figure 13, and the time when the oxygen concentration at the swirl reference point Z reaches its maximum value due to the vertical swirl flow becomes faster. In the example of FIG. 13, the time when the oxygen concentration reaches its maximum value is advanced from time t22 to time t122. Note that as the turning distance D increases, the vertical turning frequency f1 decreases, but the effect of the above-mentioned initial phase φ becoming smaller is greater than this, and as the engine speed increases, the above-mentioned oxygen concentration reaches its maximum. The time when it becomes a value will be earlier.

また、図16に示したようにエンジン回転数が高くなるとスワール流の速度VSが速くなり、横旋回周波数f2が大きくなる。これより、エンジン回転数が高くなると、当該変動波形は図15の実線から図15の破線のように変化し、横方向の旋回流動に伴って旋回基準点Zの酸素濃度が最大値となる時期も早くなる。図15の例では、酸素濃度が最大値となる時期は、時点t31、t32から時点t131、t132に早まる。従って、エンジン回転数が高いほど旋回基準点Zの酸素濃度が最大値となる時期は早くなり、これに合わせて噴射インターバル時間Tiは短くされる。 Furthermore, as shown in FIG. 16, as the engine speed increases, the speed VS of the swirl flow increases, and the horizontal rotation frequency f2 increases. As the engine speed increases, the fluctuation waveform changes from the solid line in FIG. 15 to the broken line in FIG. It's also faster. In the example of FIG. 15, the timing at which the oxygen concentration reaches its maximum value is advanced from time points t31 and t32 to time points t131 and t132. Therefore, the higher the engine speed, the earlier the oxygen concentration at the turning reference point Z reaches its maximum value, and the injection interval time Ti is shortened accordingly.

ただし、図20のラインL11、L12に示すように、拡散最大負荷領域A1_m(図7)を除く領域では、高速領域A1_Hの方が低速領域A1_Lよりも、エンジン回転数の増大に対する噴射インターバル時間Tiの短縮率は大きくされる。つまり、拡散最大負荷領域A1_mを除く残余の拡散燃焼領域A1では、エンジン回転数が高い方が、エンジン回転数が単位増加量だけ増大したときの噴射インターバル時間Tiの短縮時間が大きくされる。これは、上記のように、また、図18に示したように、高速領域A1_Hの方が低速領域A1_Lよりも、縦旋回重み係数αが小さいためである。 However, as shown by lines L11 and L12 in FIG. 20, in regions other than the diffusion maximum load region A1_m (FIG. 7), the injection interval time Ti for the increase in engine speed is longer in the high speed region A1_H than in the low speed region A1_L. The shortening rate of is increased. That is, in the remaining diffusion combustion region A1 excluding the diffusion maximum load region A1_m, the higher the engine speed, the greater the reduction time of the injection interval time Ti when the engine speed increases by the unit increase amount. This is because, as described above and as shown in FIG. 18, the vertical turning weighting coefficient α is smaller in the high speed region A1_H than in the low speed region A1_L.

具体的には、高速領域A1_Hでは縦旋回重み係数αが小さく、旋回基準点Zの酸素濃度に対して横方向の旋回流動の影響が大きくなる。上記のように、また、図11の破線L2と鎖線L3との差に表されているように、横方向の旋回流動の方が縦方向の旋回流動よりも旋回周波数が高く、横方向の旋回流動によって旋回基準点Zの酸素濃度が最大となる時点の方が、縦方向の旋回流動によって旋回基準点Zの酸素濃度が最大となる時点よりも早い。そのため、横方向の旋回流動の影響が大きくなると、つまり、縦旋回重み係数αが大きくなると、旋回基準点Zの酸素濃度が最大となる時点が横方向の旋回流動によってこれが最大となる時点に近づく結果、旋回基準点Zの酸素濃度が最大となる時点が早くなる。 Specifically, in the high-speed region A1_H, the vertical rotation weighting coefficient α is small, and the influence of the horizontal rotation flow on the oxygen concentration at the rotation reference point Z becomes large. As mentioned above, and as shown by the difference between the broken line L2 and the chain line L3 in FIG. 11, the swirling frequency in the horizontal direction is higher than that in the longitudinal direction, and The time when the oxygen concentration at the swirling reference point Z reaches its maximum due to the flow is earlier than the time when the oxygen concentration at the swirling reference point Z reaches its maximum due to the longitudinal swirling flow. Therefore, as the influence of the lateral swirling flow increases, that is, as the vertical swirling weighting coefficient α increases, the time point at which the oxygen concentration at the swirling reference point Z reaches its maximum approaches the point at which it reaches its maximum due to the lateral swirling flow. As a result, the time point at which the oxygen concentration at the turning reference point Z reaches its maximum becomes earlier.

拡散最大負荷領域A1_mよりもエンジン負荷の低い領域に含まれる運転ポイントC1、C2、C3であって、エンジン負荷が互いに同じでエンジン回転数が互いに異なる運転ポイントC1、C2、C3における旋回基準点Zの酸素濃度の変動波形を比較して示すと、図21のようになる。図21において、ラインL21、L22、L23はそれぞれ運転ポイントC1、C2、C3の波形である。運転ポイントC1、C2は低速領域A1_Lに含まれる運転ポイントであり、運転ポイントC3は高速領域A1_Hに含まれる運転ポイントである。また、運転ポイントC1、C2どうしのエンジン回転数の差と、運転ポイントC2、C3どうしのエンジン回転数の差とは同じである。図21に示されるように、旋回基準点Zの酸素濃度が最大値となる時期は、運転ポイントC1では時点t41であるのに対し、運転ポイントC2では時点t41よりも早い時点t42となり、運転ポイントC3では時点t42よりもさらに早い時点t43となる。そして、上記時点t43と時点t42の差は、上記時点t42と時点t41との差よりも長くなる。 Turning reference points Z at operating points C1, C2, C3 included in an area where the engine load is lower than the diffused maximum load area A1_m, and where the engine loads are the same and the engine speeds are different from each other. FIG. 21 shows a comparison of the oxygen concentration fluctuation waveforms. In FIG. 21, lines L21, L22, and L23 are waveforms of operating points C1, C2, and C3, respectively. The driving points C1 and C2 are driving points included in the low speed area A1_L, and the driving point C3 is a driving point included in the high speed area A1_H. Further, the difference in engine speed between operating points C1 and C2 is the same as the difference in engine speed between operating points C2 and C3. As shown in FIG. 21, the time when the oxygen concentration at the turning reference point Z reaches its maximum value is at time t41 at driving point C1, while at time t42 at driving point C2, which is earlier than time t41, and at the driving point At C3, the time point t43 is even earlier than the time point t42. The difference between the time t43 and the time t42 is longer than the difference between the time t42 and the time t41.

このように、拡散最大負荷領域A1_mを除く残余の拡散燃焼領域A1では、エンジン回転数が高いときの方が低いときよりも縦旋回重み係数αが小さいことで、エンジン回転数の増大に対する噴射インターバル時間Tiの短縮率が大きくされる。 In this way, in the remaining diffusion combustion region A1 excluding the diffusion maximum load region A1_m, the vertical rotation weighting coefficient α is smaller when the engine speed is high than when it is low, so that the injection interval with respect to an increase in the engine speed is The reduction rate of time Ti is increased.

また、上記のように、高速領域A1_Hではエンジン負荷が高い方が縦旋回重み係数αは大きくされる。これより、図20のラインL11、L12、L13の傾きの差に表されているように、高速領域A1_Hにおいて、エンジン負荷が高い方がエンジン回転数の増大に対する噴射インターバル時間Tiの短縮率が小さくされる。さらに、拡散最大負荷領域A1_mでは、エンジン回転数に関わらず縦旋回重み係数αが一定の値とされることから、エンジン回転数に関わらずエンジン回転数の増大に対する噴射インターバル時間Tiの短縮率は一定とされる。 Further, as described above, in the high-speed region A1_H, the vertical turning weighting coefficient α is increased as the engine load is higher. From this, as shown by the difference in the slopes of lines L11, L12, and L13 in FIG. 20, in the high-speed region A1_H, the higher the engine load, the smaller the reduction rate of the injection interval time Ti with respect to the increase in engine speed. be done. Furthermore, in the diffusion maximum load region A1_m, since the vertical rotation weighting coefficient α is a constant value regardless of the engine speed, the reduction rate of the injection interval time Ti with respect to the increase in the engine speed is It is assumed to be constant.

<エンジン水温と噴射インターバル時間>
上記のように、また、図19のグラフに示したようにエンジン水温が高い方が噴射インターバル時間Tiは短くされる。これより、図22のグラフに示すように、エンジン回転数が同じであっても、エンジン水温が高いときの方が低いときよりも、噴射インターバル時間Tiは短くされる。なお、図22のグラフにおいて、実線で示したラインは、破線で示したラインよりもエンジン水温が低いときのラインである。
<Engine water temperature and injection interval time>
As described above, and as shown in the graph of FIG. 19, the higher the engine water temperature is, the shorter the injection interval time Ti is. Therefore, as shown in the graph of FIG. 22, even if the engine speed is the same, the injection interval time Ti is shorter when the engine water temperature is high than when it is low. In the graph of FIG. 22, the solid line is the line when the engine water temperature is lower than the broken line.

<加速運転時の燃料噴射>
次に、加速運転時に設定される噴射インターバル時間Tiの具体例について説明する。ここでは一例として、エンジンの運転ポイントが拡散燃焼領域A1内で矢印Bのように運転ポイントC1から、これよりもエンジン回転数およびエンジン負荷が高い運転ポイントC2に変化したときの噴射インターバル時間Tiの変化について説明する。なお、図5の例において、矢印Bは、あくまで例示であって、拡散燃焼領域A1内での加速であってメイン噴射Jmの噴射量が増大する条件である限り、噴射インターバル時間Tiは下記と同様の傾向で変化する。
<Fuel injection during acceleration operation>
Next, a specific example of the injection interval time Ti set during acceleration operation will be described. Here, as an example, we will explain the injection interval time Ti when the engine operating point changes from operating point C1 as shown by arrow B in the diffusion combustion region A1 to operating point C2 where the engine speed and engine load are higher than this. Explain the changes. Note that in the example of FIG. 5, the arrow B is just an example, and as long as the conditions are such that the injection amount of the main injection Jm increases during acceleration within the diffusion combustion region A1, the injection interval time Ti is as follows. Changes with similar trends.

図23は、拡散燃焼領域A1内での加速運転時における種々の状態量の時間変化を示すタイムチャートである。本図における時点t51は、ドライバーによるアクセルペダルの踏み増しによってアクセル開度が所定の開度まで上昇した時点である(チャート(a)参照)。この時点t51でのアクセル開度の上昇により、エンジンの負荷(要求トルク)がステップ状に増大し、これに応じてメイン噴射Jmの噴射量および燃料の目標噴射圧がステップ状に増大する。すなわち、メイン噴射Jmの噴射量がQ1からこれより大きいQ2へとステップ状に変化するとともに(チャート(b)参照)、燃料の目標噴射圧がP1からこれより大きいP2へとステップ状に変化する(チャート(c)参照)。一方、実際の噴射圧(実噴射圧)は燃圧レギュレータ16の動作に応じて徐々に上昇し、時点t51よりも遅れた時点t52において上昇後の目標噴射圧と同一の値であるP2に達する(チャート(d)参照)。 FIG. 23 is a time chart showing temporal changes in various state quantities during acceleration operation within the diffusion combustion region A1. Time t51 in this figure is the time when the accelerator opening increases to a predetermined opening due to the driver's further depression of the accelerator pedal (see chart (a)). As the accelerator opening degree increases at time t51, the engine load (required torque) increases in a stepwise manner, and the injection amount of the main injection Jm and the target injection pressure of fuel increase in a stepwise manner accordingly. That is, the injection amount of main injection Jm changes in a stepwise manner from Q1 to Q2, which is larger than this (see chart (b)), and the target injection pressure of fuel changes in a stepwise manner from P1 to P2, which is larger than this. (See chart (c)). On the other hand, the actual injection pressure (actual injection pressure) gradually increases according to the operation of the fuel pressure regulator 16, and reaches P2, which is the same value as the target injection pressure after the increase, at time t52, which is later than time t51 ( (See chart (d)).

上記時点t51以降のメイン噴射Jmの噴射量の増大は、エンジンの出力トルクを増大させるとともに、エンジン回転数を徐々に上昇させる。図示の例において、エンジン回転数は、実噴射圧の上昇が完了する時点t52よりも遅れた時点t53まで上昇し続け、その時点で上昇を完了する。すなわち、エンジン回転数は、時点t51から時点t52にかけて、N1からこれより大きいN2へと上昇し、さらに時点t52から時点t53にかけて、N2からこれより大きいN3へと上昇する(チャート(e)参照)。 The increase in the injection amount of the main injection Jm after the above-mentioned time t51 increases the output torque of the engine and gradually increases the engine speed. In the illustrated example, the engine speed continues to increase until time t53, which is later than time t52 when the increase in actual injection pressure is completed, at which point the increase is completed. That is, the engine speed increases from N1 to N2, which is greater than this, from time t51 to time t52, and further increases from N2 to N3, which is greater than this, from time t52 to time t53 (see chart (e)). .

また、出力トルク(熱発生量)および回転数の増大は、ターボ過給機36による過給能力を高めるので、時点t51以降、吸気圧(過給圧)は徐々に上昇する。図示の例において、吸気圧は、エンジン回転数の上昇が完了する時点t53よりも遅れた時点t54まで上昇し続け、その時点で上昇を完了する。すなわち、吸気圧は、時点t51から時点t53にかけて、Ps1からこれより大きいPs3へと上昇し、さらに時点t53から時点t54にかけて、Ps3からこれより大きいPs4へと上昇する(チャート(f)参照)。 Further, since the increase in the output torque (heat generation amount) and the rotational speed increases the supercharging ability of the turbo supercharger 36, the intake pressure (supercharging pressure) gradually increases after time t51. In the illustrated example, the intake pressure continues to increase until a time t54, which is later than the time t53 when the increase in engine speed is completed, at which point the increase is completed. That is, the intake pressure increases from Ps1 to Ps3, which is greater than Ps1, from time t51 to time t53, and further increases from Ps3 to Ps4, which is greater than Ps3, from time t53 to time t54 (see chart (f)).

以上のような噴射量、噴射圧、エンジン回転数、および吸気圧の時間変化により、メイン噴射Jmの終了からアフター噴射Jaの開始までの時間である噴射インターバル時間Tiは、チャート(g)のように変化する。すなわち、噴射インターバル時間Tiは、時点t51においてT1からT1’へとステップ状に低下し、時点t51から時点t52にかけてT1’からT2へと徐々に低下し、時点t52から時点t53にかけてT2からT3へと徐々に低下し、時点t53から時点t54にかけてT3からT4へと徐々に増大する。 Due to the above-mentioned changes in injection amount, injection pressure, engine speed, and intake pressure over time, the injection interval time Ti, which is the time from the end of main injection Jm to the start of after injection Ja, is determined as shown in chart (g). Changes to That is, the injection interval time Ti decreases stepwise from T1 to T1' at time t51, gradually decreases from T1' to T2 from time t51 to time t52, and decreases from T2 to T3 from time t52 to time t53. and gradually increases from T3 to T4 from time t53 to time t54.

上記の各変化のうち、時点t51における噴射インターバル時間Tiのステップ状の低下は、チャート(b)に示すメイン噴射Jmの噴射量が時点t51にてQ1からQ2へとステップ状に増大したことによるものである。すなわち、図19に示したように、メイン噴射Jmの噴射量の増大は噴射インターバル時間Tiを短くする作用をもたらすので、当該噴射量が時点t51でステップ状に増大すれば、これに応じて噴射インターバル時間Tiはステップ状に短縮されることになる。 Among the above changes, the stepwise decrease in the injection interval time Ti at time t51 is due to the stepwise increase in the injection amount of main injection Jm shown in chart (b) from Q1 to Q2 at time t51. It is something. That is, as shown in FIG. 19, an increase in the injection amount of the main injection Jm has the effect of shortening the injection interval time Ti, so if the injection amount increases in a stepwise manner at time t51, the injection amount increases accordingly. The interval time Ti will be shortened in steps.

時点t51から時点t52にかけた噴射インターバル時間Tiの漸減は、主に、チャート(d)に示す燃料の噴射圧(実噴射圧)が時点t51から時点t52にかけてP1からP2へと徐々に上昇したことによるものである。すなわち、図19に示したように、噴射圧の増大は噴射インターバル時間Tiを短くする作用をもたらすので、当該噴射圧が時点t51~t52において徐々に上昇すれば、これに応じて噴射インターバル時間Tiは徐々に短縮されることになる。 The gradual decrease in the injection interval time Ti from time t51 to time t52 is mainly due to the fact that the fuel injection pressure (actual injection pressure) shown in chart (d) gradually increases from P1 to P2 from time t51 to time t52. This is due to That is, as shown in FIG. 19, an increase in the injection pressure has the effect of shortening the injection interval time Ti, so if the injection pressure gradually increases from time t51 to t52, the injection interval time Ti will increase accordingly. will be gradually shortened.

時点t52から時点t53にかけた噴射インターバル時間Tiの漸減は、主に、チャート(e)に示すエンジン回転数が時点t52から時点t53にかけてN2からN3へと徐々に上昇したことによるものである。すなわち、図19に示したように、エンジン回転数の上昇は噴射インターバル時間Tiを短くする作用をもたらすので、当該エンジン回転数が時点t52~t53において徐々に上昇すれば、これに応じて噴射インターバル時間Tiは徐々に短縮されることになる。また、図20に示したように、エンジン回転数が基準回転数N0よりも高くなるとエンジン回転数の増大に対する噴射インターバル時間Tiの短縮率が大きくなることに伴い(拡散最大負荷領域A1_mを除く拡散燃焼領域A1において)、時点t52から所定の時間が経過してエンジン回転数が基準回転数N0を超えると、噴射インターバル時間Tiの短縮速度は増大する。 The gradual decrease in the injection interval time Ti from time t52 to time t53 is mainly due to the engine speed shown in chart (e) gradually increasing from N2 to N3 from time t52 to time t53. That is, as shown in FIG. 19, an increase in the engine speed has the effect of shortening the injection interval time Ti, so if the engine speed gradually increases from time t52 to t53, the injection interval will change accordingly. The time Ti will be gradually shortened. Furthermore, as shown in FIG. 20, when the engine speed becomes higher than the reference speed N0, the reduction rate of the injection interval time Ti with respect to the increase in the engine speed increases (diffusion except for the diffusion maximum load area A1_m). In the combustion region A1), when the engine rotational speed exceeds the reference rotational speed N0 after a predetermined period of time has elapsed from time t52, the speed at which the injection interval time Ti is shortened increases.

時点t53から時点t54にかけた噴射インターバル時間Tiの漸増は、チャート(f)に示す吸気圧(過給圧)が時点t53から時点t54にかけてPs3からPs4へと徐々に上昇したことによるものである。すなわち、図19に示したように、吸気圧の上昇は噴射インターバル時間Tiを長くする作用をもたらすので、当該吸気圧が時点t53~t54において徐々に上昇すれば、これに応じて噴射インターバル時間Tiは徐々に延長されることになる。 The gradual increase in the injection interval time Ti from time t53 to time t54 is due to the fact that the intake pressure (supercharging pressure) shown in chart (f) gradually increases from Ps3 to Ps4 from time t53 to time t54. That is, as shown in FIG. 19, an increase in the intake pressure has the effect of lengthening the injection interval time Ti, so if the intake pressure gradually increases from time t53 to t54, the injection interval time Ti will increase accordingly. will be gradually extended.

<作用効果>
以上説明したとおり、当実施形態では、リエントラント型のキャビティ5Cが冠面50に形成されたピストン5、および、複数の噴孔152が先端部151に形成されたインジェクタ15を含むディーゼルエンジンの拡散燃焼領域A1での運転時に、1燃焼サイクル中の総噴射量のうち最も多くの割合の燃料を第1キャビティ部51内に噴射するメイン噴射Jmと、メイン噴射Jmよりも遅れた膨張行程中の所定時期に当該メイン噴射Jmよりも少量の燃料を噴射するアフター噴射Jaとが実行されるようにインジェクタ15が制御されるとともに、メイン噴射Jmの終了からアフター噴射Jaの開始までの時間である噴射インターバル時間Tiが、エンジン回転数が高くなるほど短くされるとともに、エンジン回転数の増大に伴う噴射インターバル時間Tiの短縮率が、エンジン回転数が高い方が大きくされる。このような構成によれば、燃費性能を比較的良好に維持しつつ、アフター噴射Jaにより噴射された燃料の空気利用率を高めて煤の発生を十分に抑制することができる。
<Effect>
As explained above, in this embodiment, the diffusion combustion of a diesel engine includes a piston 5 in which a reentrant cavity 5C is formed in the crown surface 50, and an injector 15 in which a plurality of nozzle holes 152 are formed in the tip part 151. When operating in region A1, main injection Jm injects the largest proportion of fuel into the first cavity part 51 out of the total injection amount during one combustion cycle, and a predetermined injection period during the expansion stroke that is delayed from main injection Jm. The injector 15 is controlled so that the after injection Ja, which injects a smaller amount of fuel than the main injection Jm, is executed at the same time, and the injection interval is the time from the end of the main injection Jm to the start of the after injection Ja. The time Ti is shortened as the engine speed increases, and the reduction rate of the injection interval time Ti as the engine speed increases is increased as the engine speed increases. According to such a configuration, it is possible to increase the air utilization rate of the fuel injected by the after-injection Ja and sufficiently suppress the generation of soot, while maintaining relatively good fuel efficiency.

すなわち、メイン噴射Jmにより噴射された燃料の噴霧Fmは、図10に示すように、第1キャビティ部51のリップ部513、外周部512、底部511の各壁面に沿って縦方向の渦を形成するように旋回し、インジェクタ15の噴射軸AX(噴孔152の中心軸の延長線)上の旋回基準点Zに戻ってくる。この旋回基準点Zにおける酸素濃度が濃くなる酸素到来時期は、噴霧Fmの後端を追いかけるように発生するクリーン空気流E(酸素含有率の高い空気流)が旋回基準点Zを通過する時期であり、この酸素到来時期に合わせてアフター噴射Jaによる燃料噴霧Faを旋回基準点Zに到達させることができれば、アフター噴射Jaにより噴射された燃料の空気利用率を高めることができる(図12参照)。 That is, as shown in FIG. 10, the fuel spray Fm injected by the main injection Jm forms a vertical vortex along each wall surface of the lip portion 513, outer peripheral portion 512, and bottom portion 511 of the first cavity portion 51. The injector 15 then returns to the turning reference point Z on the injection axis AX (an extension of the central axis of the nozzle hole 152). The oxygen arrival time when the oxygen concentration at this turning reference point Z becomes high is the time when the clean air flow E (air flow with high oxygen content) that is generated following the rear end of the spray Fm passes through the turning reference point Z. If the fuel spray Fa caused by the after injection Ja can be made to reach the turning reference point Z in accordance with the oxygen arrival timing, the air utilization rate of the fuel injected by the after injection Ja can be increased (see FIG. 12). .

ここで、本願発明者の研究により、酸素到来時期は、図20に示すように、エンジン回転数が高いほど早くなることが分かっている。この点を考慮した制御として、当実施形態では、メイン噴射Jmの終了からアフター噴射Jaの開始までの時間である噴射インターバル時間Tiが、エンジン回転数が高いほど短くなるように調整されるので、上記のような酸素到来時期の傾向に合わせた適切な時期(つまり旋回基準点Zでの酸素濃度が濃くなる時期)にアフター噴射Jaによる燃料噴霧Faを旋回基準点Zに到達させることができ、当該燃料噴霧Faの空気利用率を高めることができる。さらに、エンジン回転数が高いときは、スワール流の速度VSが高くなって燃料噴霧の横方向の旋回流動が強くなることで、これが酸素到来時期に与える影響が大きくなることにより、エンジン回転数の増大に対して酸素到来時期がより早くなることが分かっている。これに対して、当実施形態では、エンジン回転数が高い方が、エンジン回転数の増大に対する噴射インターバル時間Tiの短縮率が大きくなるように噴射インターバル時間Tiが設定される。これにより、図23のチャート(h)において実線の波形で示すように、仮に噴射インターバル時間Tiを固定的に設定した場合(二点鎖線で示す)と比較して、燃焼に伴う煤の発生を効果的に抑制することができる。 Here, the inventor's research has revealed that the timing of oxygen arrival becomes earlier as the engine speed increases, as shown in FIG. 20. As a control taking this point into consideration, in this embodiment, the injection interval time Ti, which is the time from the end of the main injection Jm to the start of the after injection Ja, is adjusted so that it becomes shorter as the engine speed increases. The fuel spray Fa caused by the after-injection Ja can be caused to reach the turning reference point Z at an appropriate time (that is, the time when the oxygen concentration at the turning reference point Z becomes high) according to the above-mentioned tendency of the oxygen arrival time, The air utilization rate of the fuel spray Fa can be increased. Furthermore, when the engine speed is high, the swirl flow speed VS increases and the horizontal swirling flow of the fuel spray becomes stronger, which has a greater effect on the timing of oxygen arrival, and this increases the engine speed. It is known that the timing of oxygen arrival becomes earlier with respect to increase. In contrast, in this embodiment, the injection interval time Ti is set such that the higher the engine speed is, the greater the reduction rate of the injection interval time Ti with respect to the increase in the engine speed. As a result, as shown by the solid line waveform in chart (h) of Fig. 23, compared to the case where the injection interval time Ti is set fixedly (shown by the two-dot chain line), the generation of soot due to combustion is reduced. can be effectively suppressed.

また、上記のようにエンジン回転数に応じて噴射インターバル時間Tiが可変とされていれば、噴射インターバル時間Tiが固定的である場合と比較して、条件次第でアフター噴射Jaの噴射時期を早めることができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。例えば、噴射インターバル時間Tiをエンジン回転数に拠らず一定に設定した場合には、エンジン回転数が高くても低くても煤の発生量が過大にならないように、燃焼室6の温度が十分に低下するのを待ってから、つまりメイン噴射Jmの終了から比較的長い時間が経過する(膨張行程がある程度進行する)のを待ってから、アフター噴射Jaを開始させる必要がある。このことは、アフター噴射Jaに基づく燃焼エネルギーのうち仕事として利用される割合を減少させ、燃費性能の悪化を招く。これに対し、上記実施形態のように、エンジン回転数に応じて噴射インターバル時間Tiを可変とした場合には、上記のようにアフター噴射Jaの開始時期を一律に遅らせる措置が不要になり、条件次第でアフター噴射Jaの噴射時期を早めることができる。これにより、アフター噴射Jaに基づく燃焼エネルギーが仕事に変換される割合を可及的に高めることができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。 In addition, if the injection interval time Ti is variable according to the engine speed as described above, the injection timing of the after injection Ja can be advanced depending on the conditions compared to the case where the injection interval time Ti is fixed. It is possible to improve the fuel efficiency of the engine. For example, when the injection interval time Ti is set constant regardless of the engine speed, the temperature of the combustion chamber 6 is sufficient so that the amount of soot generated does not become excessive regardless of whether the engine speed is high or low. It is necessary to start the after-injection Ja after waiting for the fuel injection temperature to decrease to , that is, after a relatively long time has elapsed since the end of the main injection Jm (the expansion stroke has progressed to some extent). This reduces the proportion of the combustion energy based on after-injection Ja that is used as work, leading to deterioration in fuel efficiency. On the other hand, when the injection interval time Ti is made variable according to the engine speed as in the above embodiment, there is no need to uniformly delay the start time of the after injection Ja as described above, and the condition Depending on the situation, the injection timing of after injection Ja can be advanced. Thereby, the rate at which combustion energy based on after-injection Ja is converted into work can be increased as much as possible, and the fuel efficiency of the engine can be improved.

また、上記実施形態では、インジェクタ15の噴射軸AXと第1キャビティ部51のリップ部513とが交差するタイミングでメイン噴射Jmが実行されるとともに、このメイン噴射Jmの終了後、噴射軸AX上の旋回基準点Zにクリーン空気流Eが巡ってくる時期である酸素到来時期が、エンジン回転数を含む複数のパラメータ(メイン噴射量、噴射圧、吸気圧、エンジン水温、燃温)に基づき算出され、算出された酸素到来時期に基づいて噴射インターバル時間Tiが決定される。このような構成によれば、エンジン回転数を含む特定のパラメータ群によって酸素到来時期が変化するという本願発明者が得た知見に基づいて当該酸素到来時期を適正に算出できるとともに、算出した酸素到来時期に合わせてアフター噴射Jaによる燃料噴霧Faが旋回基準点Zに到達するようにアフター噴射Jaの開始時期(噴射インターバル時間Ti)を調整することにより、当該燃料噴霧Faの空気利用率を高めて煤の発生量を低減することができる。 Further, in the above embodiment, the main injection Jm is executed at the timing when the injection axis AX of the injector 15 and the lip part 513 of the first cavity part 51 intersect, and after the end of this main injection Jm, the injection axis AX is The oxygen arrival time, which is the time when the clean air flow E reaches the turning reference point Z, is calculated based on multiple parameters (main injection amount, injection pressure, intake pressure, engine water temperature, fuel temperature) including engine speed. The injection interval time Ti is determined based on the calculated oxygen arrival timing. According to such a configuration, the oxygen arrival time can be appropriately calculated based on the knowledge obtained by the present inventor that the oxygen arrival time changes depending on a specific parameter group including the engine rotation speed, and the oxygen arrival time calculated By adjusting the start timing (injection interval time Ti) of after-injection Ja so that the fuel spray Fa caused by after-injection Ja reaches the turning reference point Z in accordance with the timing, the air utilization rate of the fuel spray Fa can be increased. The amount of soot generated can be reduced.

また、上記実施形態では、エンジン回転数以外の種々のパラメータも考慮の上で噴射インターバル時間Tiが調整される。具体的に、噴射インターバル時間Tiは、メイン噴射量、噴射圧、エンジン水温および燃温のいずれかが高いほど短くなるように調整され、かつ吸気圧が高いほど長くなるように調整される。このような構成によれば、酸素到来時期を変動させる種々のパラメータを考慮した適切な噴射インターバル時間Tiを設定することができ、高い空気利用率が得られる適切な時期にアフター噴射Jaを開始することができる。 Furthermore, in the embodiment described above, the injection interval time Ti is adjusted in consideration of various parameters other than the engine speed. Specifically, the injection interval time Ti is adjusted to be shorter as the main injection amount, injection pressure, engine water temperature, or fuel temperature is higher, and adjusted to be longer as the intake pressure is higher. According to such a configuration, it is possible to set an appropriate injection interval time Ti that takes into account various parameters that change the timing of oxygen arrival, and to start after-injection Ja at an appropriate time when a high air utilization rate can be obtained. be able to.

特に、エンジン水温が異なる場合には、エンジン負荷および回転数が同一であっても酸素到来時期が異なることになるが、上記実施形態では、噴射量や噴射圧、吸気圧等の負荷およびエンジン回転数に依拠するパラメータだけでなく、エンジン水温も考慮の上で酸素到来時期が特定されるので、暖機の進行度合い等に伴い変化する燃焼室6の種々の温度条件において良好な空気利用率を支障なく確保することができる。なお、上記のように、エンジン水温の相違が酸素到来時期に影響を及ぼすのは、エンジン水温が高いほど燃料噴霧の長さ(噴霧長L)が長くなり、その分、クリーン空気流Eの長さが短くなることで、当該クリーン空気流Eの中間部が旋回基準点Zを通過するタイミングが早まる、という理由である。これより、上記実施形態では、エンジン水温が高いほど噴射インターバル時間Tiが短くされ、それによって空気利用率の向上が図られている。 In particular, if the engine water temperature is different, the timing of oxygen arrival will be different even if the engine load and rotation speed are the same. However, in the above embodiment, the injection amount, injection pressure, intake pressure, etc. Since the timing of oxygen arrival is determined by taking into account not only parameters depending on the rotation speed but also the engine water temperature , good air utilization can be achieved under various temperature conditions in the combustion chamber 6 that change depending on the degree of warming up. rate can be secured without any problem. As mentioned above, the difference in engine water temperature affects the timing of oxygen arrival because the higher the engine water temperature, the longer the length of the fuel spray (spray length L), and the longer the clean air flow E becomes. This is because the timing at which the intermediate portion of the clean air flow E passes the turning reference point Z is earlier due to the shorter length. Therefore, in the embodiment described above, the higher the engine water temperature is, the shorter the injection interval time Ti is, thereby improving the air utilization rate.

<変形例>
上記実施形態では、第1キャビティ部51と第2キャビティ部52とを含む上下2段式のキャビティ5Cが冠面50に形成されたピストン5を備えたディーゼルエンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明が適用可能なディーゼルエンジンは、2段式ではなく1段式のキャビティが形成されたピストンを備えたものであってもよい。すなわち、上記実施形態のピストン5のキャビティ5Cのうち、山型の底部511と、径方向外側に凸となるように窪んだ外周部512と、径方向内側に凸となるように突出したリップ部513とを有する第1キャビティ部51に相当するリエントラント型のキャビティが少なくとも形成されたピストンである限り、種々の形状のピストンを備えたディーゼルエンジンに本発明を適用することが可能である。
<Modified example>
In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a diesel engine equipped with a piston 5 in which an upper and lower two-stage cavity 5C including a first cavity part 51 and a second cavity part 52 is formed on the crown surface 50 will be described. However, a diesel engine to which the present invention is applicable may include a piston having a single-stage cavity instead of a two-stage cavity. That is, in the cavity 5C of the piston 5 of the above embodiment, a chevron-shaped bottom portion 511, an outer peripheral portion 512 that is concave so as to protrude radially outward, and a lip portion that protrudes radially inwardly. The present invention can be applied to diesel engines equipped with pistons of various shapes, as long as the piston has at least a reentrant cavity corresponding to the first cavity portion 51 having the first cavity portion 513.

上記実施形態では、複数の気筒2に1つずつ備わる複数のインジェクタ15にそれぞれ噴射圧センサSN5を設け、いずれかの気筒2においてインジェクタ15から燃料を噴射させる際には、その気筒2用のインジェクタ15に備わる噴射圧センサSN5によりIVC時点(吸気弁の閉時期)で検出された噴射圧に基づいて噴射インターバル時間Tiを決定するようにしたが、噴射インターバル時間Tiを決定するための噴射圧の検知方法はこれに限られない。例えば、複数のインジェクタ15と燃料供給管17を介して接続されたコモンレール18に噴射圧センサを設け、この噴射圧センサにより検出された噴射圧に基づいて噴射インターバル時間Tiを決定してもよい。また、ある気筒2において噴射インターバル時間Tiを決定するために使用される噴射圧は、当該気筒2用のインジェクタ15が燃料を噴射する前でかつ当該気筒2よりも燃焼順序が1つ前の気筒2での燃焼が終了した後であればよく、IVC時点に限られない。 In the above embodiment, each of the plurality of injectors 15 provided in each of the plurality of cylinders 2 is provided with the injection pressure sensor SN5, and when injecting fuel from the injector 15 in any cylinder 2, the injector for that cylinder 2 Although the injection interval time Ti is determined based on the injection pressure detected at the IVC time point (the closing timing of the intake valve) by the injection pressure sensor SN5 provided in the The detection method is not limited to this. For example, an injection pressure sensor may be provided on the common rail 18 connected to the plurality of injectors 15 via the fuel supply pipe 17, and the injection interval time Ti may be determined based on the injection pressure detected by the injection pressure sensor. In addition, the injection pressure used to determine the injection interval time Ti in a certain cylinder 2 is determined before the injector 15 for the cylinder 2 injects fuel and in the cylinder one combustion order before the cylinder 2. It may be done after the combustion in Step 2 is completed, and is not limited to the time of IVC.

上記実施形態では、クリーン空気流Eの中間部が噴射軸AX上の旋回基準点Zを通過する時期、つまり旋回基準点Zにおける酸素濃度が最も濃くなる時期を酸素到来時期(例えば図11の実線の波形L1の場合の時点t11)として特定し、この酸素到来時期に合わせてアフター噴射Jaによる燃料噴霧Faが旋回基準点Zに到達するように噴射インターバル時間Tiを調整するようにしたが、酸素到来時期は、クリーン空気流Eの前端および後端を除いた主要部分のいずれかが旋回基準点Zを通過する時期(旋回基準点Z上に燃料噴霧Fmが存在する期間を明確に避けた時期)であればよく、酸素濃度が最も濃くなる時期に限定する必要はない。特に、エンジン水温が十分に低い冷間運転時は、アフター噴射Jaに基づく燃焼の安定性が低下し易いので、当該燃焼安定性を確保する観点からアフター噴射Jaの開始時期を可能な範囲で早めることが求められる可能性がある。このような場合には、酸素濃度が最も濃くなる時期よりも少し早いタイミングでアフター噴射Jaによる燃料噴霧Faが旋回基準点Zに到達するように噴射インターバル時間Tiを調整するとよい。 In the above embodiment, the oxygen arrival time (for example, the solid line in FIG. In the case of the waveform L1, the injection interval time Ti is adjusted so that the fuel spray Fa caused by the after-injection Ja reaches the turning reference point Z in accordance with this oxygen arrival timing. The arrival time is the time when any of the main parts of the clean air flow E excluding the front end and the rear end passes the turning reference point Z (the time when the period in which the fuel spray Fm exists on the turning reference point Z is clearly avoided) ), and there is no need to limit it to the period when the oxygen concentration is the highest. In particular, during cold operation when the engine water temperature is sufficiently low, the stability of combustion based on after-injection Ja is likely to decrease, so the start timing of after-injection Ja should be brought forward as much as possible in order to ensure the combustion stability. This may be required. In such a case, it is preferable to adjust the injection interval time Ti so that the fuel spray Fa caused by the after-injection Ja reaches the turning reference point Z at a timing slightly earlier than the timing when the oxygen concentration becomes the highest.

上記実施形態では、メイン噴射Jmの回数を1回として、圧縮上死点を含む所定期間に亘り燃料が継続的に噴射される態様でメイン噴射Jmを実行するようにしたが、メイン噴射Jmは、キャビティ5Cのリップ部513に燃料噴霧が向かうようなタイミング(つまり圧縮上死点の近傍)で相対的に多くの燃料を噴射するものであればよく、その噴射回数は1回に限られない。例えば、圧縮上死点の近傍における複数のタイミングに分けてメイン噴射を実行してもよい。 In the above embodiment, the number of main injections Jm is set to one, and the main injection Jm is executed in such a manner that fuel is continuously injected over a predetermined period including the compression top dead center. , a relatively large amount of fuel may be injected at a timing such that the fuel spray heads toward the lip portion 513 of the cavity 5C (that is, near the compression top dead center), and the number of injections is not limited to one. . For example, the main injection may be performed at multiple timings near the compression top dead center.

インジェクタ15の噴孔152の数は上記に限らない。 The number of nozzle holes 152 of the injector 15 is not limited to the above.

2 気筒
5 ピストン
5C キャビティ
6 燃焼室
15 インジェクタ
50 (ピストンの)冠面
70 ECU(噴射制御部)
152 (インジェクタの)噴孔
511 底部
512 外周部
513 リップ部
SN5 噴射圧センサ
A1 拡散燃焼領域(所定の運転領域)
AX 噴射軸
C1 第1運転ポイント
C2 第2運転ポイント
E クリーン空気流
Fm (メイン噴射による)燃料噴霧
Fa (アフター噴射による)燃料噴霧
Jm メイン噴射
Ja アフター噴射
Q1 第1噴射量
Q2 第2噴射量
P1 第1噴射圧
P2 第2噴射圧
Ti 噴射インターバル時間
Z 旋回基準点(噴射軸上の特定位置)
2 cylinder 5 piston 5C cavity 6 combustion chamber 15 injector 50 crown (of piston) 70 ECU (injection control unit)
152 (injector) nozzle hole 511 bottom 512 outer periphery 513 lip SN5 injection pressure sensor A1 diffuse combustion region (predetermined operating region)
AX Injection axis C1 1st operating point C2 2nd operating point E Clean air flow Fm Fuel spray (by main injection) Fa Fuel spray (by after injection) Jm Main injection Ja After injection Q1 1st injection amount Q2 2nd injection amount P1 First injection pressure P2 Second injection pressure Ti Injection interval time Z Turning reference point (specific position on the injection axis)

Claims (2)

気筒と、気筒内に往復動可能に収容されたピストンと、ピストンの上方空間である燃焼室に軽油を含む燃料を噴射するインジェクタとを備えたディーゼルエンジンを制御する装置であって、
所定の運転領域での運転時に、圧縮行程から膨張行程にかけて設定された複数のタイミングで燃料が噴射されるように前記インジェクタを制御する噴射制御部を備え、
前記ピストンは、その冠面に下方に窪んだキャビティを有するとともに、当該キャビティを規定する壁面として、径方向外側ほど高さが低くなるように形成された底部と、底部よりも径方向外側に形成されかつ気筒軸を含む断面視で径方向外側に凸となるように窪む湾曲した外周部と、外周部よりも上側に形成されかつ気筒軸を含む断面視で径方向内側に凸となるように突出する湾曲したリップ部とを有し、
前記インジェクタは、前記燃焼室の天井部のうち前記キャビティの中央部と対向する位置に複数の噴孔を有するとともに、前記各噴孔から放射状且つ径方向外側に向けて斜め下方に燃料を噴射するように設けられ、
前記噴射制御部は、前記所定の運転領域での運転時に、1燃焼サイクル中の燃料の総噴射量のうち最も多くの割合の燃料を噴射するとともに噴射した燃料を前記リップ部に指向させて当該燃料の少なくとも一部を前記リップ部から下方に方向転換させるメイン噴射と、メイン噴射よりも遅れた膨張行程中の所定時期に当該メイン噴射よりも少量の燃料を噴射するアフター噴射とを前記インジェクタに実行させ、
前記メイン噴射の終了から前記アフター噴射の開始までの時間である噴射インターバル時間は、エンジン回転数が高くなるほど短くされるとともに、エンジン回転数の増大に対する前記噴射インターバル時間の短縮率は、エンジン負荷が前記所定の運転領域内の最大値に相当する場合を除いて、エンジン回転数が高い方が大きくされる、ことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
A device for controlling a diesel engine including a cylinder, a piston housed in the cylinder so as to be able to reciprocate, and an injector that injects fuel containing light oil into a combustion chamber that is a space above the piston,
an injection control unit that controls the injector so that fuel is injected at a plurality of timings set from a compression stroke to an expansion stroke when operating in a predetermined operating region;
The piston has a cavity recessed downward in the crown surface thereof, and a bottom portion formed such that the height becomes lower toward the radially outer side as a wall surface defining the cavity, and a bottom portion formed radially outwardly than the bottom portion. A curved outer peripheral part that is curved and concave so as to be convex radially outward in a cross-sectional view including the cylinder axis, and a curved outer peripheral part that is formed above the outer peripheral part and convex radially inward in a cross-sectional view including the cylinder axis. It has a curved lip part that protrudes from the
The injector has a plurality of nozzle holes in the ceiling of the combustion chamber at a position facing the center of the cavity, and injects fuel diagonally downward radially and radially outward from each of the nozzle holes. It is set up so that
During operation in the predetermined operating range, the injection control section injects the largest proportion of fuel out of the total amount of fuel injected during one combustion cycle, and directs the injected fuel toward the lip section. A main injection that redirects at least a portion of the fuel downward from the lip portion, and an after injection that injects a smaller amount of fuel than the main injection at a predetermined time during an expansion stroke that is later than the main injection, to the injector. let it run,
The injection interval time, which is the time from the end of the main injection to the start of the after injection, is shortened as the engine speed increases, and the reduction rate of the injection interval time with respect to the increase in the engine speed is as follows: 1. A control device for a diesel engine, characterized in that the higher the engine rotation speed is, the higher the rotation speed is, except when the speed corresponds to a maximum value within a predetermined operating range .
請求項1に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
エンジンの暖機が進行するほど高くなる所定の温度パラメータを検出する温度センサをさらに備え、
前記噴射制御部は、前記温度パラメータ以外のパラメータが同一である条件で、前記温度センサにより検出された前記温度パラメータが高いほど前記噴射インターバル時間を短くする、ことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
The diesel engine control device according to claim 1,
further comprising a temperature sensor that detects a predetermined temperature parameter that increases as the engine warms up ;
The control device for a diesel engine, wherein the injection control unit shortens the injection interval time as the temperature parameter detected by the temperature sensor increases, under the condition that parameters other than the temperature parameter are the same. .
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