JP7408964B2 - Diesel engine control device - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

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、事前にメイン噴射により噴射された燃料の燃焼状態等により都度変化すると考えられる。そこで、メイン噴射に基づく燃焼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 considered to change each time depending on the combustion state of the fuel injected in advance by main injection. Therefore, it is proposed to understand the state quantities that affect combustion based on main injection, 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、前記燃焼室に導入される吸気の圧力である吸気圧を検出する吸気圧センサと、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とを備え、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から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、前記吸気圧以外のパラメータが同一である条件で、前記吸気圧センサにより検出された前記吸気圧が高いほど長くされる、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, which includes an intake pressure sensor that detects an intake pressure that is the pressure of intake air introduced into the combustion chamber, and an intake pressure sensor that is set from a compression stroke to an expansion stroke when operating in a predetermined operating range. and an injection control unit that controls the injector so that fuel is injected at a plurality of timings, and the piston has a cavity recessed downward in the crown surface thereof, and a wall defining the cavity has a diameter. a bottom portion formed such that the height becomes lower toward the outer side in the direction; a curved outer peripheral portion formed radially outward than the bottom portion and concave so as to be convex radially outward in a cross-sectional view including the cylinder axis; The injector has a curved lip part formed above the outer peripheral part and protruding radially inward in a cross-sectional view including the cylinder axis, and the injector is arranged in the cavity in the ceiling part of the combustion chamber. The injection control section is configured to inject fuel diagonally downward radially outward from a position facing the central portion of the fuel injection control section, and the injection control section controls the total amount of fuel in one combustion cycle during operation in the predetermined operating region. Main injection that injects the largest proportion of fuel out of the injection amount and directs the injected fuel toward the lip portion to redirect at least a portion of the fuel downward from the lip portion; and a main injection that is delayed from the main injection. The injector is caused to perform an after injection in which a smaller amount of fuel is injected than the main injection at a predetermined time during the expansion stroke, and the injection interval time is the time from the end of the main injection to the start of the after injection. It is characterized in that the higher the intake pressure detected by the intake pressure sensor is, the longer the length of the intake pressure is, under the condition that parameters other than the intake pressure are the same (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。一方で、本願発明者の研究により、酸素到来時期は、吸気圧が高いほど遅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吸気圧が高いほど長くなるように調整されるので、前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。 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). On the other hand, research by the present inventors has revealed that the higher the intake pressure is, the later the oxygen arrival timing becomes. As a control that takes this point into consideration, 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 the higher the intake pressure is, the longer it becomes. The fuel spray by after-injection can be made to reach the specific position at an appropriate time according to the timing trend (that is, the time when the oxygen concentration at the specific location becomes high), and the air utilization rate of the fuel spray can be increased. I can do it. 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.

また、前記のように吸気圧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吸気圧に拠らず一定に設定した場合には、吸気圧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、吸気圧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。 In addition, if the injection interval time is made variable according to the intake pressure as described above, the injection timing of the after injection can be advanced depending on the conditions, compared to the 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 a constant value regardless of the intake pressure, 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 intake pressure is high or low. It is necessary to start the after injection after waiting for a relatively long period of time to pass after 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 intake pressure as in the present invention, there is no need to uniformly delay the start time of after-injection as described above, and after-injection can be performed depending on the conditions. 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.

前記ディーゼルエンジンは、燃焼室に導入される吸気を加圧するターボ過給機を備えていてもよい。この場合、前記吸気圧センサは、前記ターボ過給機による過給後の吸気の圧力を検出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内での加速運転時に、エンジン回転数の上昇が終了した後なおも前記吸気圧が上昇する現象が前記吸気圧センサの検出値に基づき確認されたときは、当該現象が確認されている期間中の前記吸気圧の漸増に応じて前記噴射インターバル時間を徐々に長くすることが好ましい(請求項2)。 The diesel engine may include a turbocharger that pressurizes intake air introduced into the combustion chamber. In this case, the intake pressure sensor is provided to detect the pressure of the intake air after supercharging by the turbo supercharger, and the injection control section is configured to control the engine rotation during acceleration operation within the predetermined operating range. If a phenomenon in which the intake pressure continues to rise after the number of increases has ended is confirmed based on the detection value of the intake pressure sensor, the intake pressure may gradually increase during the period in which the phenomenon is confirmed. It is preferable to gradually lengthen the injection interval time (Claim 2).

この構成によれば、加速運転時のエンジン回転数の上昇に伴い過給能力が高まるターボ過給機の作用により、エンジン回転数の上昇終了後なおも吸気圧が上昇することになっても、この吸気圧の遅れ上昇に応じた適切な噴射インターバル時間が設定されることにより、アフター噴射により噴射された燃料の空気利用率を加速運転時においても良好に確保することができ、加速運転時の煤の発生量を低減することができる。 According to this configuration, even if the intake pressure continues to rise even after the engine speed has finished increasing due to the effect of the turbo supercharger, which increases supercharging capacity as the engine speed increases during acceleration operation, By setting an appropriate injection interval time according to this delayed increase in intake pressure, it is possible to maintain a good air utilization rate for the fuel injected by after-injection even during acceleration operation, and The amount of soot generated can be reduced.

好ましくは、前記制御装置は、前記所定の運転領域内で負荷が高くなるほど前記インジェクタから噴射される燃料の噴射圧が高くなるように当該噴射圧を調整する噴射圧調整部と、前記燃料の噴射圧を検出する噴射圧センサとをさらに備え、前記噴射制御部は、前記所定の運転領域内での加速運転時に、前記燃料の噴射圧と前記吸気圧との双方が上昇する現象が前記噴射圧センサおよび前記吸気圧センサの各検出値に基づき確認されたときは、当該現象が確認されている期間中の前記噴射圧の漸増に応じて前記噴射インターバル時間を徐々に短くする(請求項3)。 Preferably, the control device includes an injection pressure adjustment unit that adjusts the injection pressure of the fuel injected from the injector so that the higher the load within the predetermined operating region, the higher the injection pressure of the fuel injected from the injector; The injection control unit further includes an injection pressure sensor that detects pressure, and the injection control unit detects a phenomenon in which both the fuel injection pressure and the intake pressure increase during acceleration operation within the predetermined operation region. When it is confirmed based on the detection values of the sensor and the intake pressure sensor, the injection interval time is gradually shortened in accordance with the gradual increase in the injection pressure during the period in which the phenomenon is confirmed (Claim 3) .

このように、所定の運転領域内で負荷が高いほど燃料の噴射圧が高くなるように噴射圧調整部を制御するようにした場合には、負荷の異なる種々の条件下で噴射圧調整部により調整された適切な噴射圧によって所要の燃料を効率よく噴射することができ、燃焼制御性と燃費性能とを両立することができる。ただし、このように燃料の噴射圧を可変とした場合には、噴射圧によって酸素到来時期が変動し、噴射圧が高い(低い)ほど酸素到来時期が早く(遅く)なるという傾向が得られるが、この傾向は吸気圧とは逆の傾向となる。一方で、本願発明者の研究により、燃料の噴射圧が酸素到来時期に及ぼす影響は、吸気圧が酸素到来時期に及ぼす影響よりも大きいことが分かっている。この点を考慮して噴射インターバル時間を適切に調整すべく、前記構成では、加速運転中に燃料の噴射圧と吸気圧との双方が上昇する現象が確認された場合に、当該現象が確認されている期間中における噴射圧の漸増に応じて噴射インターバル時間が短くされる。これにより、吸気圧よりも大きな影響を及ぼす噴射圧の変化に応じた適切な噴射インターバル時間を設定することができ、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量を低減することができる。 In this way, if the injection pressure adjustment section is controlled so that the fuel injection pressure increases as the load increases within a predetermined operating range, the injection pressure adjustment section will control the fuel injection pressure under various conditions with different loads. The required fuel can be injected efficiently by adjusting the appropriate injection pressure, and both combustion controllability and fuel efficiency can be achieved. However, when the fuel injection pressure is made variable in this way, the timing of oxygen arrival varies depending on the injection pressure, and there is a tendency that the higher (lower) the injection pressure, the earlier (later) the timing of oxygen arrival. , this tendency is opposite to that of the intake pressure. On the other hand, research by the present inventors has revealed that the influence of fuel injection pressure on the timing of oxygen arrival is greater than the influence of intake pressure on the timing of oxygen arrival. In order to appropriately adjust the injection interval time in consideration of this point, in the above configuration, when a phenomenon in which both the fuel injection pressure and the intake pressure increase during acceleration operation is confirmed, the phenomenon is confirmed. The injection interval time is shortened in accordance with the gradual increase in injection pressure during this period. This makes it possible to set an appropriate injection interval time according to changes in injection pressure, which has a greater influence than intake pressure, and increases the air utilization rate of injected fuel through after-injection, reducing the amount of soot generated. can do.

ここで、前記酸素到来時期は、メイン噴射の噴射量や噴射圧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、エンジン負荷および回転数が同一で、そのためにメイン噴射の噴射量および噴射圧が同一である場合でも、エンジンの暖機の進行度合い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、暖機が進行するほど、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)。 Here, it is known that the oxygen arrival timing changes depending on various parameters other than the injection amount and injection pressure of the main injection. For example, even if the engine load and rotation speed are the same, and therefore the main injection amount and injection pressure are the same, if the degree of engine warm-up is different, the timing of oxygen arrival will change due to the difference. do. Specifically, as the warm-up progresses, the length of the fuel spray (spray length) becomes longer, which 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, the shorter the injection interval time (claim 4 ).

この構成によれば、エンジンの種々の温度条件(暖機の進行度合い)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、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 under various engine temperature conditions (degree of warm-up progress), 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. 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2つ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り、(a)は第1運転ポイントでの噴射パターンを、(b)は第2運転ポイントでの噴射パターンを、それぞれ示している。2 is a time chart showing the fuel injection pattern adopted at two specific operating points in the above-mentioned diffuse combustion region, (a) shows the injection pattern at the first operating point, and (b) shows the injection pattern at the second operating point. The injection patterns are shown respectively. 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. メイン噴射による燃料噴霧の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 swirling flow of fuel spray due to main injection changes depending on various parameters, in which (a) shows the relationship between main injection amount, injection pressure, intake pressure, and swirling speed, and (b) shows the relationship between main injection amount, injection pressure, intake pressure, and swirling speed. (c) shows the relationship between main injection amount, injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, fuel temperature, and spray length. are shown respectively. 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、エンジン回転数、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。A graph 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 the following parameters: main injection amount, injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, and fuel temperature. It is a group. 上記拡散燃焼領域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。It is a time chart showing time changes of various state quantities during acceleration operation within the above-mentioned diffusion combustion region.

<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によって検出される冷却水の温度は、エンジンの暖機が進行するほど高くなるパラメータの1つであり、本発明における「温度パラメータ」の一例に該当する。 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 the temperature of the cooling water detected by the water temperature sensor SN2 is one of the parameters that increases as the engine warms up, and corresponds to an example of the "temperature parameter" in the present invention.

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)が形成されている。なお、図3には一つの噴孔152のみが示されているが、実際には複数の噴孔152が先端部151の周方向に等ピッチで配列されている。各噴孔152の中心軸は、径方向外側ほど下方に位置するように傾斜している。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 (FIG. 3), which serves as a fuel outlet, is formed at the tip 151 of the injector 15. Although only one nozzle hole 152 is shown in FIG. 3, a plurality of nozzle holes 152 are actually arranged at equal pitches in the circumferential direction of the tip portion 151. The central axis of each nozzle hole 152 is inclined so that the further outward in the radial direction, the lower the center axis is located. 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4)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. 4) 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4参照)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り、本発明にかかる「噴射圧調整部」に相当する。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. 4) 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 (fuel pressure) of the fuel supplied to the injector 15, and corresponds to the "injection pressure adjustment section" according to the present invention. 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, with a main region including the center portion depressed downward (on the opposite side from 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 circumferential portion 512 is a wall portion continuous to the outside in the radial direction of the bottom portion 511, and has a concave shape so as to be convex toward the outside in the radial direction when viewed in cross section. 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. 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からピストン5のキャビティ5Cに噴射された燃料噴霧の流れについて、図3を用いて説明する。図3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で表すとともに、この燃料噴霧FSの主軸、言い換えるとインジェクタ15の噴孔152の中心軸を延長した軸線である噴射軸を符号AXで表している。また、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 the fuel spray injected from the injector 15 into the cavity 5C of the piston 5 will be described using FIG. 3. In FIG. 3, the symbol FS represents the spray of fuel immediately after the fuel is injected from the injector 15 with the piston 5 located at or near compression top dead center, and the main axis of this fuel spray FS, in other words, the injector The injection axis, which is an extension of the central axis of the 15 nozzle holes 152, is indicated by the symbol AX. Moreover, 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.

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。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。 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. 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内で縦方向の渦を形成するように旋回流動する。 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 part 51 swirls and flows to form a vertical vortex within the first cavity part 51.

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 described above, the spray that has entered the second cavity portion 52 branches into two directions indicated by the arrows F22 and F23, so that 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.

<制御系統>
図4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。
<Control system>
FIG. 4 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.

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 each of 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5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5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. 5 will be described. The diffusion combustion region A1 shown in FIG. 5 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5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6は、拡散燃焼領域A1内の代表的な2つの運転ポイントC1,C2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。運転ポイントC1,C2は、回転数が同一で負荷が異なる関係にある。以下では、負荷が低い方の運転ポイントC1を第1運転ポイント、負荷が高い方の運転ポイントC2を第2運転ポイントと称する。 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. 6 is a time chart showing injection patterns adopted at two typical operating points C1 and C2 within the diffuse combustion region A1, where the horizontal axis is the crank angle (deg) and the vertical axis is the crank angle reference. It is the fuel injection rate (mm 3 /deg). The operating points C1 and C2 have the same rotation speed and different loads. Hereinafter, the operating point C1 with a lower load will be referred to as a first operating point, and the operating point C2 with a higher load will be referred to as a second operating point.

図6(a)に示すように、第1運転ポイントC1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. 6(a), at the first operation point C1, 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 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.

同様に、第2運転ポイントC2でも、図6(b)に示すように、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による噴射量の割合が最も大きいことも第1運転ポイントC1のときと同様である。ただし、第2運転ポイントC2の方が第1運転ポイントC1よりも負荷(エンジンの要求トルク)が高いため、第2運転ポイントC2における総噴射量は、第1運転ポイントC1のときよりも増やす必要がある。図示の例では、この燃料の増分が主にメイン噴射Jmに割り当てられる。すなわち、第2運転ポイントC2と第1運転ポイントC1とを比較した場合、第2運転ポイントC2でのメイン噴射Jmの噴射量は、第1運転ポイントC1でのメイン噴射Jmの噴射量よりも多くなる。 Similarly, at the second operation point C2, as shown in FIG. 6(b), three pre-injections JP, one main injection Jm, and one after-injection Ja are performed. It is also the same as at the first operation point C1 that the ratio of the injection amount due to the main injection Jm is the largest. However, since the load (required torque of the engine) is higher at the second operating point C2 than at the first operating point C1, the total injection amount at the second operating point C2 needs to be greater than at the first operating point C1. There is. In the illustrated example, this fuel increment is primarily allocated to the main injection Jm. That is, when comparing the second operation point C2 and the first operation point C1, the injection amount of the main injection Jm at the second operation point C2 is larger than the injection amount of the main injection Jm at the first operation point C1. Become.

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6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. 6), 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.

上記のような目標噴射圧の設定によれば、第1運転ポイントC1での目標噴射圧をP1、第2運転ポイントC2での目標噴射圧をP2としたとき、後者の方が前者よりも大きいという関係が成立する(P2>P1)。このことと、上述した噴射量の関係とを合わせて考慮した場合、当実施形態では、第1運転ポイントC1と第2運転ポイントC2との比較において、次の表1の関係が成立することになる。 According to the setting of the target injection pressure as described above, when the target injection pressure at the first operating point C1 is P1 and the target injection pressure at the second operating point C2 is P2, the latter is larger than the former. The following relationship holds true (P2>P1). When this and the above-mentioned relationship between the injection amounts are taken into consideration, in this embodiment, the relationship shown in Table 1 below holds when comparing the first operation point C1 and the second operation point C2. Become.

Figure 0007408964000001
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すなわち、第1運転ポイントC1とこれよりも負荷の高い第2運転ポイントC2での噴射パターンを比較した場合、燃料の総噴射量、メイン噴射Jmの噴射量、および噴射圧は、いずれも第2運転ポイントの方が大きくなる。なお、プレ噴射Jpおよびアフター噴射Jaの噴射量については特に表していないが、これら各噴射Jp,Jaの噴射量は同一の場合もあり得るし変化する場合もあり得る。 That is, when comparing the injection patterns at the first operation point C1 and the second operation point C2, which has a higher load, the total fuel injection amount, the injection amount of the main injection Jm, and the injection pressure are all the same as the second operation point C2. Driving points will be larger. Although the injection amounts of the pre-injection Jp and the after-injection Ja are not particularly shown, the injection amounts of each of these injections Jp and Ja may be the same or may vary.

次に、図7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5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. 5 (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SS6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 SS6, 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、メイン噴射Jmにより噴射された燃料噴霧の旋回周波数および初期位相を算出する(ステップS5)。ここで、旋回周波数とは、図3に示した矢印F11,F12,F13のようにピストン5の第1キャビティ部51を旋回流動する燃料噴霧の単位時間あたりの旋回回数のことであり、初期位相とは、当該燃料噴霧の旋回流動(図8参照)に伴い変動する酸素濃度を周期関数(図9参照)に見立てた場合における当該周期関数の初期位相のことである。 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. , the swirl frequency and initial phase of the fuel spray injected by the main injection Jm are calculated (step S5). Here, the swirl frequency refers to the number of swirls per unit time of the fuel spray that swirls in the first cavity part 51 of the piston 5 as indicated by the arrows F11, F12, and F13 shown in FIG. is the initial phase of a periodic function (see FIG. 9) when the oxygen concentration that varies with the swirling flow of the fuel spray (see FIG. 8) is likened to a periodic function (see FIG. 9).

図8は、第1キャビティ部51内を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。本図に示すように、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。このような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との交点を旋回基準点Zとすると、この旋回基準点Zにおける酸素濃度は、燃料噴霧Fmの旋回流動の進行の程度に応じて変動する。 FIG. 8 is a diagram schematically showing the flow of fuel spray caused by the main injection Jm that swirls inside the first cavity part 51, (a) shows the state of the spray at the end of the main injection Jm, and (b) shows the state of the spray at the end of the main injection Jm. 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 this figure, the fuel spray Fm injected by the main injection Jm in the vicinity of the compression top dead center (or over a predetermined period beyond the compression top dead center) (in reality, 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. If the intersection point between the main axis of the fuel spray Fm that has returned onto the injection axis AX due to such a swirling flow and the injection axis AX is defined as a swirling reference point Z, the oxygen concentration at this swirling reference point Z is determined by the swirling flow of the fuel spray Fm. It varies depending on the degree of progression.

すなわち、メイン噴射Jmの終了時である図8(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8(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8(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8(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8(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。 That is, at the time of FIG. 8A, which is the end of the 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. 8(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 point shown in FIG. 8(b). Thereafter, at the time point in FIG. 8(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. The reason why the oxygen concentration gradually increases between FIG. 8(b) and (c) is that the oxygen concentration on the clean air flow E increases as the distance from the fuel spray Fm increases (in other words, the oxygen concentration on the clean air flow E increases as the distance from the streamline of the clean air flow E increases). This is because the closer to the center of the direction, the higher the height.

図9は、旋回基準点Zにおける酸素濃度の時間変化を示すグラフである。具体的に、本グラフでは、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。 FIG. 9 is a graph showing changes in oxygen concentration over time at the turning reference point Z. Specifically, in this graph, 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 this local λ The value of is plotted 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.

図9のグラフにおいて実線の波形で示すように、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t11以降に顕著に上昇し始める(点Rb)。さらに、局所λは、時点t11よりも遅れた時点t12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8(a)の状態に対応し、t=t11のときの点Rbは図8(b)の状態に対応し、t=t12のときの点Rcは図8(c)の状態に対応している。 As shown by the solid line waveform in the graph of FIG. 9, the local λ at the turning reference point Z increases as time passes from the end of the main injection Jm (t=0), and after reaching the maximum value, the local λ increases again. It changes periodically, such as decreasing. 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 t11 (point Rb). Furthermore, the local λ takes a maximum value at time t12 (point Rc), which is later than time t11, and gradually decreases thereafter. In this case, point Ra at t=0 corresponds to the state in FIG. 8(a), point Rb at t=t11 corresponds to the state in FIG. 8(b), and point Rb at t=t12 corresponds to the state in FIG. 8(b). Point Rc corresponds to the state shown in FIG. 8(c).

上記のように、旋回基準点Zでの局所λ(あるいは酸素濃度)は、第1キャビティ部51内での燃料噴霧Fmの旋回流動に伴い周期的に変動する。当該現象を前提として、図7のステップS5では、旋回基準点Zにおける酸素濃度の変動を所定の周期関数に見立て、その周波数(旋回周波数)および初期位相を所定の演算式を用いた演算により算出する。これら旋回周波数および初期位相の求め方については後で詳しく説明する。 As described above, the local λ (or oxygen concentration) at the swirl reference point Z changes periodically as the fuel spray Fm swirls within the first cavity portion 51. On the premise of this phenomenon, in step S5 of FIG. 7, the fluctuation in oxygen concentration at the turning reference point Z is likened to a predetermined periodic function, and its frequency (turning frequency) and initial phase are calculated by calculation using a predetermined calculation formula. do. How to obtain these swirling frequencies and initial phases will be explained in detail later.

次いで、ECU70は、上記ステップS5で算出された旋回周波数および初期位相に基づいて、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、図10に示すように、旋回基準点Zにおける酸素濃度が最も高くなる時点で当該旋回基準点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(図9の実線の波形の場合は時点t12)のことを、酸素到来時期と称する。この酸素到来時期は、図8(c)または図10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 determines 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, based on the swirl frequency and initial phase calculated in step S5 (step S6). As shown in FIG. 10, this injection interval time Ti is set to 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. be done. Hereinafter, the time when the oxygen concentration at the turning reference point Z is the highest (time t12 in the case of the solid line waveform in FIG. 9) 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. 8(c) or FIG. 10. 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10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. 10, 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.

<旋回周波数および初期位相の算出方法>
次に、上記ステップS5において旋回周波数および初期位相を算出する方法について詳しく説明する。既述のとおり、旋回周波数および初期位相とは、メイン噴射Jmによる燃料噴霧Fmが第1キャビティ部51内を旋回流動する現象を念頭に置いたものであり、当該旋回流動に伴い変動する旋回基準点Zでの酸素濃度の変動を周期関数に見立てた場合の周波数および初期位相のことである。酸素濃度の変動を表す周期関数をx(t)とすると、このx(t)は、模式的に下記の式(1)により定義される。
<How to calculate rotation frequency and initial phase>
Next, the method of calculating the rotation frequency and initial phase in step S5 will be described in detail. As mentioned above, the swirl frequency and the initial phase are based on the phenomenon in which the fuel spray Fm caused by the main injection Jm swirls in the first cavity part 51, and the swirl frequency and initial phase are the swirl standards that vary with the swirl flow. This refers to the frequency and initial phase when the fluctuation in oxygen concentration at point Z is treated as a periodic function. Letting x(t) be a periodic function representing fluctuations in oxygen concentration, x(t) is schematically defined by the following equation (1).

[数1]
x(t)=cos(2πft-φ) ‥‥(1)
ここに、fは旋回周波数、φは初期位相である。
[Number 1]
x(t)=cos(2πft-φ) (1)
Here, f is the rotation frequency and φ is the initial phase.

さらに、図8(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が流動(旋回)する速度を旋回速度Vとする。また、図8(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)を旋回距離Dとする。旋回周波数fおよび初期位相φは、それぞれ噴霧長L、旋回速度V、および旋回距離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. 8(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) is defined as a swirling speed V. Further, as shown in FIG. 8(b), the moving distance from the turning reference point Z to returning to the turning reference point Z by following the broken line route (the distance along the broken line route) is defined as the turning distance D. The swirling frequency f and the initial phase φ can be expressed by the following equation (2) using the spray length L, the swirling speed V, and the swirling distance D, respectively.

[数2]
f=V/D
φ=2π×L/D ‥‥(2)
つまり、旋回周波数fは旋回速度V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]
f=V/D
φ=2π×L/D (2)
That is, the swirling frequency f is equal to the swirling speed V divided by the swirling distance D, and the initial phase φ is equal to a constant times the spray length L divided by the swirling distance D.

上記式(2)より、旋回周波数fと初期位相φを求めるには、旋回速度V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 swirling frequency f and the initial phase φ, it is necessary to know the swirling speed V, the swirling 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]
V=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、旋回速度V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]
V=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 turning speed V is a function whose parameters (variables) are the main injection amount, injection pressure, and intake pressure, and the turning distance D is a function whose parameters are the main injection amount, injection pressure, intake pressure, and engine speed. 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11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. 11 is a group of graphs for explaining the outline of the function of the above equation (3), 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.

旋回速度Vは、図11(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11(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11(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11(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V,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. 11(a), the turning speed V becomes faster as the injection amount of the main injection Jm becomes larger, becomes faster as the fuel injection pressure becomes higher, and becomes slower as the intake pressure becomes higher. As shown in FIG. 11(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. The longer it gets. As shown in FIG. 11(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 increases 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. 11(a), (b), and (c) shows the changes in V, D, and L obtained when the parameter shown on the horizontal axis changes alone (when the 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、旋回周波数f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11)に対応する演算式に代入することにより、旋回速度V、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(V,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、旋回周波数f(=V/D)および初期位相φ(=2π×L/D)を算出する。 In step S5, the rotation frequency f 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. The turning speed V, the turning distance D, and the spray length L are calculated by substituting the above amount into an arithmetic expression corresponding to the above equation (3) (or FIG. 11) stored in advance. Then, by substituting these calculated values (V, D, L) into the pre-stored arithmetic equation corresponding to the above equation (2), the rotation frequency f (=V/D) and the initial phase φ (=2π×L/D) is calculated.

<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8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(1)で示した周期関数x(t)が最大値(=1)になる時期に相当する。この場合において、x(t)は余弦関数であるから、x(t)=1となるのは、上記式(1)における(2πft-φ)の項が0,2π,4π‥‥のいずれかとなるときである。したがって、酸素到来時期は、下記の式(4)で表すことができる。
<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 timing 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 corresponds to the time when the periodic function x(t) shown in equation (1) above reaches its maximum value (=1). In this case, since x(t) is a cosine function, x(t) = 1 because the term (2πft-φ) in the above equation (1) is 0, 2π, 4π... It's time to become Therefore, the oxygen arrival timing can be expressed by the following equation (4).

[数4]
t=(φ+nπ)/2πf (n=0,2,4‥‥) ‥‥(4)
つまり、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が上記式(4)の関係を満たすときであり、旋回周波数f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。
[Number 4]
t=(φ+nπ)/2πf (n=0, 2, 4‥‥) ‥‥(4)
In other words, the oxygen arrival timing is when t, which is the elapsed time from the end of main injection Jm, satisfies the relationship of equation (4) above, and can be expressed as a function with only the swirl frequency f and initial phase φ as variables. can.

上記式(4)より、酸素到来時期は、旋回周波数f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。 According to the above equation (4), the oxygen arrival timing becomes earlier as the swirl frequency f becomes larger, and becomes later as the initial phase φ becomes larger.

ここで、上記式(4)による酸素到来時期は、計算上、nの変化(0,2,4‥‥)に対応して周期的に(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。すなわち、上記式(4)においてn=0とした場合のt、つまり周期的に出現する酸素到来時期のうち最初に出現する酸素到来時期(t=φ/2πf)を特定し、これに基づいてアフター噴射Jaの開始時期を決定することが好ましい。 Here, the oxygen arrival timing according to the above equation (4) appears periodically (repeatedly) corresponding to the change in n (0, 2, 4, etc.) 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. That is, in the above formula (4), when n = 0, t, that is, the first oxygen arrival time (t = φ/2πf) that appears periodically among the oxygen arrival times, is specified, and based on this, It is preferable to determine the start timing of after-injection Ja.

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、上記ステップS5で算出された旋回周波数fおよび初期位相φを、予め記憶している上記式(4)に対応する演算式に代入することにより、酸素到来時期を算出する。このとき、上記式(4)中のnは原則として0とされ、t=φ/2πfが酸素到来時期として算出される。この酸素到来時期(φ/2πf)は、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であり、図9の実線の波形における時点t12に相当する。 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 determines the oxygen arrival timing by substituting the rotation frequency f and the initial phase φ calculated in the above step S5 into the pre-stored arithmetic expression corresponding to the above equation (4). Calculate. At this time, n in the above equation (4) is set to 0 in principle, and t=φ/2πf is calculated as the oxygen arrival time. This oxygen arrival timing (φ/2πf) is the timing when the oxygen concentration at the turning reference point Z first reaches its maximum value after the end of the main injection Jm, and corresponds to time t12 in the solid line waveform in FIG.

上記のように、酸素到来時期(φ/2πf)は旋回周波数fおよび初期位相φによって定まるが、これら旋回周波数f(=V/D)および初期位相φ(=2π×L/D)は、図11または上記式(3)に示した各パラメータ(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)によって変動する。言い換えると、酸素到来時期は、上記各パラメータの影響を受けて遅くなったり早くなったりする。この現象を表す一例として、図9には、吸気圧が高くなったときの局所λの変化を2点鎖線の波形で示している。本図に示すように、酸素到来時期は、吸気圧の上昇に応じて、実線の波形上の点Rcに対応する時期(t12)から、二点鎖線の波形上の点Rc’に対応する時期(t12’)へと変化する。すなわち、吸気圧が高いときの酸素到来時期であるt12’は、吸気圧が低いときの酸素到来時期であるt12よりも遅くなる。 As mentioned above, the oxygen arrival timing (φ/2πf) is determined by the swirling frequency f and the initial phase φ. 11 or the parameters shown in equation (3) above (main injection amount, injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, and fuel temperature). In other words, the timing of oxygen arrival is influenced by each of the above parameters and becomes later or earlier. As an example of this phenomenon, FIG. 9 shows a change in local λ when the intake pressure increases using a waveform of a two-dot chain line. As shown in this figure, the timing of oxygen arrival changes from the time (t12) corresponding to point Rc on the solid line waveform to the time corresponding to point Rc' on the two-dot chain line waveform, as the intake pressure increases. (t12'). That is, t12', which is the oxygen arrival time when the intake pressure is high, is later than t12, which is the oxygen arrival time when the intake pressure is low.

ECU70は、上記のようにして算出した酸素到来時期(例えば図9の時点t12)における旋回基準点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。ここで、酸素到来時期における旋回基準点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9の実線の波形の場合はt12(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。 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 oxygen arrival time calculated as described above (for example, time t12 in FIG. 9). Here, 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. 9). In this case, the value obtained by subtracting the above-mentioned time required to reach the spray from t12 (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12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、エンジン回転数、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、エンジン回転数が高いほど短くなり、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12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. 12 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 speed, engine water temperature, and fuel temperature. be. As shown in this figure, the injection interval time Ti becomes shorter as the injection amount of the main injection Jm becomes larger, becomes shorter as the fuel injection pressure becomes higher, becomes longer as the intake pressure becomes higher, and becomes shorter as the engine speed becomes higher. The higher the engine water temperature, the shorter the time, and the higher the fuel temperature, the shorter the time. It is assumed that each graph shown in FIG. 12 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.

<噴射インターバル時間の設定例>
次に、以上のような制御もしくは演算の結果として得られる噴射インターバル時間Tiの設定例について説明する。
<Example of setting injection interval time>
Next, an example of setting the injection interval time Ti obtained as a result of the above control or calculation will be explained.

(定常運転時の噴射インターバル時間)
まず、定常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。図6(a)(b)に示したように、当実施形態では、拡散燃焼領域A1(図5)における代表的な2つの運転ポイント(第1運転ポイントC1および第2運転ポイントC2)において、いずれも、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。この場合に、メイン噴射Jmの噴射量および燃料の噴射圧は、負荷の高い第2運転ポイントC2のときの方が、負荷の低い第1運転ポイントC1のときよりも大きくなる(先に示した表1等参照)。その結果、図6(a)(b)に示すように、負荷の高い第2運転ポイントC2での噴射インターバル時間Tiが、負荷の低い第1運転ポイントC1での噴射インターバル時間Tiよりも短くされる。
(Injection interval time during steady operation)
First, a specific example of the injection interval time Ti set during steady operation will be described. As shown in FIGS. 6(a) and 6(b), in this embodiment, at two typical operating points (first operating point C1 and second operating point C2) in the diffuse combustion region A1 (FIG. 5), In each case, three pre-injections JP, one main injection Jm, and one after-injection Ja are performed. In this case, the injection amount and fuel injection pressure of the main injection Jm are larger at the second operating point C2, which has a higher load, than at the first operating point C1, which has a lower load (as shown earlier). (See Table 1, etc.) As a result, as shown in FIGS. 6(a) and 6(b), the injection interval time Ti at the second operation point C2 where the load is high is shorter than the injection interval time Ti at the first operation point C1 where the load is low. .

すなわち、第1運転ポイントC1でエンジンが定常運転されているときと、第2運転ポイントC2でエンジンが定常運転されているときとを比較すると、図12のグラフ群に示した6つのパラメータ(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)のうち、「メイン噴射量」、「噴射圧」、および「吸気圧」の3つだけが異なり、残りのパラメータ(エンジン回転数、エンジン水温、燃温)はいずれも同一である。ここで、図12の噴射圧のグラフによれば、メイン噴射Jmの噴射量が多いほど噴射インターバル時間Tiは短くなり、燃料の噴射圧が高いほど噴射インターバル時間Tiは短くなり、吸気圧が高いほど噴射インターバル時間Tiは長くなる。言い換えると、メイン噴射Jmの噴射量および噴射圧と、吸気圧とは、噴射インターバル時間Tiに及ぼす影響が逆となる。しかしながら、噴射量および噴射圧の2つがともに増大することで生じる噴射インターバル時間Tiへのマイナスの影響の方が、吸気圧が増大することで生じる噴射インターバル時間Tiへのプラスの影響よりも大きいため、結果として図6(a)(b)に示すように、負荷の高い第2運転ポイントC2での噴射インターバル時間Tiが、負荷の低い第1運転ポイントC1での噴射インターバル時間Tiよりも短くされている。なお、図6(a)(b)では横軸がクランク角であって時間ではないが、第1・第2運転ポイントC1,C2のいずれでもエンジン回転数は同一なので、横軸方向の長短はそのまま時間の長短とみなすことができる。 That is, when comparing when the engine is operating steadily at the first operating point C1 and when the engine is operating steadily at the second operating point C2, the six parameters (main Of the injection amount, injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, and fuel temperature of injection Jm, only three of them are different: "main injection amount," "injection pressure," and "intake pressure." The parameters (engine speed, engine water temperature, fuel temperature) are all the same. Here, according to the injection pressure graph in FIG. 12, the injection interval time Ti becomes shorter as the injection amount of the main injection Jm becomes larger, and the injection interval time Ti becomes shorter as the fuel injection pressure becomes higher. The injection interval time Ti becomes longer. In other words, the injection amount and injection pressure of the main injection Jm and the intake pressure have opposite effects on the injection interval time Ti. However, the negative effect on the injection interval time Ti caused by an increase in both the injection amount and the injection pressure is greater than the positive effect on the injection interval time Ti caused by an increase in the intake pressure. As a result, as shown in FIGS. 6(a) and 6(b), the injection interval time Ti at the second operation point C2 where the load is high is shorter than the injection interval time Ti at the first operation point C1 where the load is low. ing. In Fig. 6(a) and (b), the horizontal axis is the crank angle and not the time, but since the engine speed is the same at both the first and second operating points C1 and C2, the length in the horizontal axis direction is It can be regarded as the length of time.

(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(図5)内で矢印Bのように変化し、それによってメイン噴射Jmの噴射量が増大方向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、加速後の運転ポイントが第2運転ポイントC2に一致するような矢印となっているが、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, the change in the injection interval time Ti when the operating point of the engine changes as shown by arrow B within the diffusion combustion region A1 (FIG. 5) and the injection amount of the main injection Jm changes in the increasing direction. I will explain about it. Note that in the example of FIG. 5, arrow B is an arrow such that the operating point after acceleration matches the second operating point C2, but this is just an example; As long as the condition is such that the injection amount of main injection Jm increases, the injection interval time Ti changes in the same manner as described below.

図13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t1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t1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、時点t1において、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、実際の燃料の噴射圧(実噴射圧)、つまり噴射圧センサSN5により検出される噴射圧は、燃圧レギュレータ16の動作に応じて徐々に上昇し、時点t1よりも遅れた時点t2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. 13 is a time chart showing temporal changes in various state quantities during acceleration operation within the diffusion combustion region A1. Time t1 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 t1, 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, at time t1, the injection amount of main injection Jm changes stepwise from Q1 to Q2, which is larger than this (see chart (b)), and the target injection pressure of fuel changes stepwise from P1 to P2, which is larger than this. (see chart (c)). On the other hand, the actual fuel injection pressure (actual injection pressure), that is, the injection pressure detected by the injection pressure sensor SN5, gradually increases in accordance with the operation of the fuel pressure regulator 16, and increases at time t2, which is later than time t1. It reaches P2, which is the same value as the later target injection pressure (see chart (d)).

上記時点t1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、クランク角センサSN1により検出されるエンジン回転数は、実噴射圧の上昇が完了する時点t2よりも遅れた時点t3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t1から時点t2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t2から時点t3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 t1 increases the output torque of the engine and gradually increases the engine speed. In the illustrated example, the engine speed detected by the crank angle sensor SN1 continues to increase until time t3, which is later than time t2 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 t1 to time t2, and further increases from N2 to N3, which is greater than this, from time t2 to time t3 (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t1以降、吸気圧つまり吸気圧センサSN4により検出される過給後の吸気の圧力(過給圧)は、徐々に上昇する。図示の例において、吸気圧(過給圧)は、エンジン回転数の上昇が完了する時点t3よりも遅れた時点t4まで上昇し続ける。すなわち、吸気圧は、時点t1から時点t3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t3から時点t4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)。 Furthermore, since the increase in the output torque (heat generation amount) and the rotational speed increases the supercharging ability of the turbo supercharger 36, from time t1 onward, the intake pressure after supercharging, that is, the intake air detected by the intake pressure sensor SN4, increases. The pressure (supercharging pressure) gradually increases. In the illustrated example, the intake pressure (supercharging pressure) continues to increase until time t4, which is later than time t3 when the increase in engine speed is completed. That is, the intake pressure increases from Ps1 to Ps3, which is greater than Ps1, from time t1 to time t3, and further increases from Ps3 to Ps4, which is greater than Ps3, from time t3 to time t4 (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t1においてT1からT1’へとステップ状に低下し、時点t1から時点t2にかけてT1’からT2へと徐々に低下し、時点t2から時点t3にかけてT2からT3へと徐々に低下し、時点t3から時点t4にかけてT3からT4へと徐々に増大する。 Due to the above-mentioned temporal changes in the injection amount, injection pressure, engine speed, and intake pressure, 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 t1, gradually decreases from T1' to T2 from time t1 to time t2, and decreases from T2 to T3 from time t2 to time t3. It gradually decreases from time t3 to time t4, and gradually increases from T3 to T4.

上記の各変化のうち、時点t1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t1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12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t1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 t1 is due to the stepwise increase in the injection amount of main injection Jm shown in chart (b) from Q1 to Q2 at time t1. It is something. That is, as shown in FIG. 12, 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 stepwise at time t1, the injection amount increases accordingly. The interval time Ti will be shortened in steps.

時点t1から時点t2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t1から時点t2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12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t1~t2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。ここで、当該時点t1~t2の期間では吸気圧も徐々に上昇しており、図12によれば、この吸気圧の上昇は噴射インターバル時間Tiを延長する作用(噴射圧とは逆の作用)をもたらす。しかしながら、図13に示すような加速運転時に噴射圧および吸気圧の双方が上昇した場合には、噴射圧の上昇の影響が支配的となることが分かっている。このため、図13の時点t1~t2の期間は、吸気圧が上昇しているにもかかわらず、噴射圧の上昇の影響で噴射インターバル時間Tiが徐々に短くされる。 The gradual decrease in the injection interval time Ti from time t1 to time t2 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 t1 to time t2. This is due to That is, as shown in FIG. 12, 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 t1 to t2, the injection interval time Ti will increase accordingly. will be gradually shortened. Here, the intake pressure also gradually increases during the period from time t1 to t2, and according to FIG. 12, this increase in intake pressure has the effect of extending the injection interval time Ti (an effect opposite to the injection pressure). bring about. However, it has been found that when both the injection pressure and the intake pressure increase during acceleration operation as shown in FIG. 13, the influence of the increase in the injection pressure becomes dominant. Therefore, during the period from time t1 to t2 in FIG. 13, even though the intake pressure is increasing, the injection interval time Ti is gradually shortened due to the influence of the increase in injection pressure.

時点t2から時点t3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t2から時点t3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12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t2~t3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。ここで、当該時点t2~t3の期間では吸気圧も徐々に上昇しており、図12によれば、この吸気圧の上昇は噴射インターバル時間Tiを延長する作用(エンジン回転数とは逆の作用)をもたらす。しかしながら、図13に示すような加速運転時にエンジン回転数および噴射圧の双方が上昇した場合には、エンジン回転数の上昇の影響が支配的となることが分かっている。このため、図13の時点t2~t3の期間は、吸気圧が上昇しているにもかかわらず、エンジン回転数の上昇の影響で噴射インターバル時間Tiが徐々に短くされる。 The gradual decrease in the injection interval time Ti from time t2 to time t3 is mainly due to the engine speed shown in chart (e) gradually increasing from N2 to N3 from time t2 to time t3. That is, as shown in FIG. 12, an increase in engine speed has the effect of shortening the injection interval time Ti, so if the engine speed gradually increases from time t2 to t3, the injection interval will change accordingly. The time Ti will be gradually shortened. Here, the intake pressure also gradually increases during the period from time t2 to t3, and according to FIG. 12, this increase in intake pressure has the effect of extending the injection interval time Ti (an effect opposite to the engine speed ). However, it has been found that when both engine speed and injection pressure increase during acceleration operation as shown in FIG. 13, the influence of the increase in engine speed becomes dominant. Therefore, during the period from time t2 to t3 in FIG. 13, even though the intake pressure is increasing, the injection interval time Ti is gradually shortened due to the influence of the increase in engine speed.

時点t3から時点t4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t3から時点t4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12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t3~t4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。時点t3~t4の期間は、エンジン回数および噴射圧の上昇が終了しており、吸気圧のみが上昇している期間である。このため、当該時点t3~t4の期間では、吸気圧の上昇の影響が純粋に噴射インターバル時間Tiに及び、噴射インターバル時間Tiが徐々に長くされる。 The gradual increase in the injection interval time Ti from time t3 to time t4 is due to the fact that the intake pressure (supercharging pressure) shown in chart (f) gradually increases from Ps3 to Ps4 from time t3 to time t4. That is, as shown in FIG. 12, 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 t3 to t4, the injection interval time Ti will increase accordingly. will be gradually extended. The period from time t3 to t4 is a period in which the engine frequency and injection pressure have finished increasing, and only the intake pressure is increasing. Therefore, during the period from time t3 to t4, the influence of the increase in intake pressure purely affects the injection interval time Ti, and the injection interval time Ti is gradually lengthened.

以上のような挙動を経た後、図13の例では、ドライバーがアクセルペダルの踏み込みを緩めており、これによってアクセル開度が低下している。すなわち、噴射インターバル時間TiがT4に達した時点t4において、アクセル開度が加速前の開度(時点t1より前の開度)とほぼ同一の値まで低下している(チャート(a)参照)。そして、時点t4から少しあけた時点t5において、ドライバーが再びアクセルペダルを踏み増し、これによってアクセル開度が再び低下前の開度(時点t1以降の開度)まで上昇している。 After the above-described behavior has occurred, in the example shown in FIG. 13, the driver releases the accelerator pedal, thereby reducing the accelerator opening degree. That is, at time t4 when the injection interval time Ti reaches T4, the accelerator opening has decreased to a value that is almost the same as the opening before acceleration (the opening before time t1) (see chart (a)). . Then, at time t5, which is a little later than time t4, the driver depresses the accelerator pedal again, and thereby the accelerator opening increases again to the opening before decreasing (the opening after time t1).

上記のようにアクセル開度が一時的に低下した時点t4から時点t5までの間は、当該開度低下に連動して、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低下する(チャート(b)(c)参照)。また、同じく時点t4~t5の期間は、燃圧レギュレータ16の動作を受けて実際の燃料の噴射圧(実噴射圧)が徐々に低下するとともに(チャート(d)参照)、出力トルクの低下に伴いエンジン回転数および吸気圧(過給圧)が徐々に低下する(チャート(e)(f)参照)。 As mentioned above, from the time t4 when the accelerator opening temporarily decreases to the time t5, the injection amount of the main injection Jm and the target injection pressure of fuel decrease in a step manner in conjunction with the decrease in the opening. (See charts (b) and (c)). Similarly, during the period from time t4 to time t5, the actual fuel injection pressure (actual injection pressure) gradually decreases in response to the operation of the fuel pressure regulator 16 (see chart (d)), and as the output torque decreases. The engine speed and intake pressure (supercharging pressure) gradually decrease (see charts (e) and (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、噴射インターバル時間Tiは、時点t4以降、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t4においてT4からT4’へとステップ状に増大し、時点t4から時点t5にかけてT4’からT5へと徐々に増大し、時点t5においてT5からT5’へとステップ状に低下する。 Due to the above-described temporal changes in the injection amount, injection pressure, engine speed, and intake pressure, the injection interval time Ti changes as shown in chart (g) after time t4. That is, the injection interval time Ti increases stepwise from T4 to T4' at time t4, gradually increases from T4' to T5 from time t4 to time t5, and increases stepwise from T5 to T5' at time t5. decreases to

時点t5においてメイン噴射量Jmの噴射量が再び増大したことにより、時点t5以降は、噴射圧(実噴射圧)、エンジン回転数、および吸気圧が再び漸増する。より具体的に、時点t5から時点t6までの間は、噴射圧、エンジン回転数、および吸気圧がいずれも漸増し、時点t6から時点t7までの間は、吸気圧のみが単独で漸増する。このような挙動に応じて、噴射インターバル時間Tiは、上記3者がいずれも増大する期間である時点t5~t6において徐々に短くされるとともに、吸気圧のみが増大する期間である時点t6~t7において徐々に長くされる。 Since the injection amount of the main injection amount Jm increases again at time t5, the injection pressure (actual injection pressure), engine speed, and intake pressure gradually increase again after time t5. More specifically, from time t5 to time t6, the injection pressure, engine speed, and intake pressure all gradually increase, and from time t6 to time t7, only the intake pressure increases gradually. In accordance with this behavior, the injection interval time Ti is gradually shortened from time t5 to t6, which is a period in which all three factors increase, and at time t6 to t7, which is a period in which only the intake pressure increases. gradually lengthened.

ここで、時点t4での条件と時点t7での条件とを比較すると、両者はメイン噴射Jmの噴射量、噴射圧(実噴射圧)、およびエンジン回転数がいずれも同一であるが、吸気圧については相違している。すなわち、時点t7での吸気圧の方が時点t4での吸気圧よりも高くなっている(チャート(f)参照)。一方で、噴射インターバル時間Tiについては、チャート(g)に示すように、時点t7での噴射インターバル時間Ti(=T7)の方が時点t4での噴射インターバル時間Ti(=T4)よりも長くなっている。これは、時点t7での吸気圧が相対的に高いことによるものである。言い換えると、時点t4と時点t7との間において、吸気圧のみが異なって他のパラメータは同一という条件が成立することから、このような吸気圧のみの相違が噴射インターバル時間Tiに影響し、時点t7での噴射インターバル時間Tiが相対的に長いという結果を生み出している。なお、このような比較は、時点t3と時点t6との間でも同様に成立する。 Here, when comparing the conditions at time t4 and the conditions at time t7, the injection amount of main injection Jm, injection pressure (actual injection pressure), and engine speed are all the same, but the intake pressure There are differences regarding this. That is, the intake pressure at time t7 is higher than the intake pressure at time t4 (see chart (f)). On the other hand, regarding the injection interval time Ti, as shown in chart (g), the injection interval time Ti at time t7 (=T7) is longer than the injection interval time Ti at time t4 (=T4). ing. This is due to the relatively high intake pressure at time t7. In other words, since the condition holds that only the intake pressure is different and the other parameters are the same between time t4 and time t7, this difference in intake pressure alone affects the injection interval time Ti, and This results in the injection interval time Ti at t7 being relatively long. Note that such a comparison holds true between time t3 and time t6 as well.

<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燃焼サイクル中の燃料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、吸気圧(過給圧)が高いほど長くされる。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, when the diesel engine including the piston 5 in which the reentrant cavity 5C is formed in the crown surface 50 is operated in the diffuse combustion region A1, the total amount of fuel injected during one combustion cycle is reduced. Main injection Jm that injects the largest proportion of fuel into the first cavity portion 51, and after injection that injects a smaller amount of fuel than the main injection Jm at a predetermined time during the expansion stroke that is later than the main injection Jm. The injector 15 is controlled so that Ja is executed, and 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 made longer as the intake pressure (supercharging pressure) is higher. Ru. 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8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10参照)。一方で、本願発明者の研究により、酸素到来時期は、図9に示すように、吸気圧が高いほど遅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が吸気圧が高いほど長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。これにより、図13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。 That is, as shown in FIG. 8, 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 it is possible to make the fuel spray Fa by the after injection Ja reach the turning reference point Z in accordance with this oxygen arrival timing, it is possible to increase the air utilization rate of the fuel injected by the after injection Ja (see Fig. 10). . On the other hand, the inventor's research has revealed that the timing of oxygen arrival becomes later as the intake pressure is higher, as shown in FIG. As a control taking this point into consideration, in this embodiment, the injection interval time Ti, which is the time from the end of main injection Jm to the start of after injection Ja, is adjusted so that it becomes longer as the intake pressure is higher. The fuel spray Fa caused by the after-injection Ja can be made to reach the turning reference point Z at an appropriate time according to the tendency of the oxygen arrival timing (that is, the time when the oxygen concentration at the turning reference point Z becomes high), and the fuel The air utilization rate of spray Fa can be increased. As a result, as shown by the solid line waveform in chart (h) of Fig. 13, the generation of soot due to combustion is reduced compared to the case where the injection interval time Ti is set fixedly (shown by the two-dot chain line). can be effectively suppressed.

また、上記のように吸気圧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を吸気圧に拠らず一定に設定した場合には、吸気圧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、吸気圧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。 Furthermore, if the injection interval time Ti is variable according to the intake pressure 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 to be constant regardless of the intake pressure, the temperature of the combustion chamber 6 is sufficiently lowered so that the amount of soot generated does not become excessive regardless of whether the intake pressure is high or low. It is necessary to start the after-injection Ja after waiting for a relatively long time to have passed 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 intake pressure as in the above embodiment, there is no need to uniformly delay the start time of after injection Ja as described above, and it depends on the conditions. 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.

より具体的に、上記実施形態では、図5の矢印Bで示すような加速運転時、つまり拡散燃焼領域A1内で負荷が増大する方向に運転ポイントが移行する運転時において、エンジン回転数の上昇が終了した後なおも吸気圧(過給圧)が上昇する現象が確認された場合に、当該現象が確認されている期間(図13の時点t3~t4または時点t6~t7の各期間)中における吸気圧の漸増に応じて噴射インターバル時間Tiが徐々に長くされる。このような構成によれば、加速運転時のエンジン回転数の上昇に伴い過給能力が高まるターボ過給機36の作用により、エンジン回転数の上昇終了後なおも吸気圧が上昇することになっても、この吸気圧の遅れ上昇に応じた適切な噴射インターバル時間Tiが設定されることにより、アフター噴射Jaにより噴射された燃料の空気利用率を加速運転時においても良好に確保することができ、加速運転時の煤の発生量を低減することができる。 More specifically, in the above embodiment, the engine speed increases during accelerated operation as shown by arrow B in FIG. If a phenomenon in which the intake pressure (supercharging pressure) continues to rise after the completion of The injection interval time Ti is gradually lengthened in accordance with the gradual increase in the intake pressure. According to such a configuration, the intake pressure continues to rise even after the engine speed has finished increasing due to the action of the turbo supercharger 36 whose supercharging capacity increases as the engine speed increases during acceleration operation. However, by setting an appropriate injection interval time Ti according to this delayed increase in intake pressure, it is possible to maintain a good air utilization rate of the fuel injected by after injection Ja even during acceleration operation. , the amount of soot generated during accelerated driving can be reduced.

また、上記実施形態では、拡散燃焼領域A1内でエンジン負荷が高くなるほどインジェクタ15からの燃料の噴射圧が高くなるように燃圧レギュレータ16が制御される。このような構成によれば、拡散燃焼領域A1内で負荷の異なる種々の条件(例えば図5に示す第1・第2運転ポイントC1,C2のそれぞれ)において、燃圧レギュレータ16により調整された適切な噴射圧によって所要の燃料を効率よく噴射することができ、燃焼制御性と燃費性能とを両立することができる。ただし、このように燃料の噴射圧を可変とした場合には、噴射圧によって酸素到来時期が変動し、噴射圧が高い(低い)ほど酸素到来時期が早く(遅く)なるという傾向が得られるが(図12参照)、この傾向は吸気圧とは逆の傾向となる。一方で、本願発明者の研究により、燃料の噴射圧が酸素到来時期に及ぼす影響は、吸気圧が酸素到来時期に及ぼす影響よりも大きいことが分かっている。この点を考慮して噴射インターバル時間Tiを適切に調整すべく、上記実施形態では、加速運転時の初期において燃料の噴射圧と吸気圧との双方が上昇する現象が確認された場合に、当該現象が確認されている期間(図13の時点t1~t2または時点t5~t6の各期間)中の噴射圧の漸増に応じて噴射インターバル時間Tiが徐々に短くされる。これにより、吸気圧よりも大きな影響を及ぼす噴射圧の変化に応じ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、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量を低減することができる。 Further, in the embodiment described above, the fuel pressure regulator 16 is controlled such that the injection pressure of the fuel from the injector 15 increases as the engine load increases within the diffusion combustion region A1. According to such a configuration, under various conditions with different loads within the diffusion combustion region A1 (for example, at each of the first and second operating points C1 and C2 shown in FIG. 5), the appropriate fuel pressure adjusted by the fuel pressure regulator 16 is The required fuel can be injected efficiently depending on the injection pressure, and both combustion controllability and fuel efficiency can be achieved. However, when the fuel injection pressure is made variable in this way, the timing of oxygen arrival varies depending on the injection pressure, and there is a tendency that the higher (lower) the injection pressure, the earlier (later) the timing of oxygen arrival. (See FIG. 12), this tendency is opposite to that of the intake pressure. On the other hand, research by the present inventors has revealed that the influence of fuel injection pressure on the timing of oxygen arrival is greater than the influence of intake pressure on the timing of oxygen arrival. In order to appropriately adjust the injection interval time Ti in consideration of this point, in the above embodiment, when it is confirmed that both the fuel injection pressure and the intake pressure increase at the beginning of acceleration operation, The injection interval time Ti is gradually shortened in accordance with the gradual increase in the injection pressure during the period in which the phenomenon is confirmed (the periods from time t1 to t2 or from time t5 to t6 in FIG. 13). As a result, it is possible to set an appropriate injection interval time Ti according to the change in injection pressure, which has a greater influence than the intake pressure, and increases the air utilization rate of the injected fuel by after-injection Ja, thereby increasing the amount of soot generated. can be reduced.

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、吸気圧および噴射圧を含む複数のパラメータ(メイン噴射量、噴射圧、吸気圧、エンジン回転数、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、吸気圧および噴射圧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 arrives at the turning reference point Z, is determined by multiple parameters including intake pressure and injection pressure (main injection amount, injection pressure, intake pressure, engine speed, engine water temperature, 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 intake pressure and injection pressure, and the calculated oxygen arrival time can be By adjusting the start timing 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 of oxygen arrival, the air utilization rate of the fuel spray Fa is increased and the amount of soot generated is increased. can be reduced.

また、上記実施形態では、吸気圧および噴射圧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Jmの噴射量、エンジン回転数、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る(図12参照)。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 intake pressure and the injection pressure. Specifically, the injection interval time Ti is adjusted to become shorter as the injection amount of the main injection Jm, engine speed, engine water temperature, or fuel temperature increases (see FIG. 12). 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、エンジン水温つまりエンジンの暖機の進行度合いが異なる場合には、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、エンジンの種々の温度条件(暖機の進行度合い)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、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、図11(c)に示したように、エンジン水温が高いほど燃料噴霧の長さ(噴霧長L)が長くなることに起因する。噴霧長Lが長くなると、その分、図8または図10に示したクリーン空気流Eの長さが短くなるので、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。このような事情から、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, that is, the degree of engine warm-up, differs, the timing of oxygen arrival will differ even if the engine load and rotation speed are the same. However, in the above embodiment, the injection amount, injection pressure, The timing of oxygen arrival is determined not only by parameters that depend on the load and rotational speed such as intake pressure, but also by taking into account the engine water temperature, which allows for good air utilization under various engine temperature conditions (degree of warm-up progress). rate can be secured without any problem. The difference in engine water temperature affects the timing of oxygen arrival because, as shown in FIG. 11(c), the higher the engine water temperature, the longer the length of the fuel spray (spray length L) becomes. . As the spray length L becomes longer, the length of the clean air flow E shown in FIG. 8 or 10 becomes shorter, so the timing at which the middle part of the clean air flow E passes the turning reference point Z is brought forward. This is the reason. For this reason, in the embodiment described above, the higher the engine water temperature, the shorter the injection interval time Ti, 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, one for 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 point (intake valve closing timing) by the injection pressure sensor SN5 provided in the 15, the method for determining the injection interval time Ti is limited to this. I can't do it. 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 earlier than 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9の実線の波形の場合の時点t2)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 time when the middle part of the clean air flow E passes the turning reference point Z on the injection axis AX, that is, the time when the oxygen concentration at the turning reference point Z becomes the highest, is defined as the oxygen arrival time (for example, the solid line in FIG. 9). In the case of the waveform of The timing is 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 period when the fuel spray Fm exists on the turning reference point Z is clearly avoided) It is not necessary to limit the period 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 time of after-injection Ja should be brought forward as much as possible from the perspective of ensuring the combustion stability. This may be required. In such a case, the injection interval time Ti may be adjusted 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.

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
16 燃圧レギュレータ(噴射圧調整部)
18 コモンレール(蓄圧レール)
36 ターボ過給機
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
SN4 吸気圧センサ
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
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 16 fuel pressure regulator (injection pressure adjustment part)
18 Common rail (accumulation rail)
36 Turbo supercharger 50 Crown surface (of the piston) 70 ECU (injection control unit)
152 Nozzle hole (injector) 511 Bottom 512 Outer periphery 513 Lip SN4 Intake pressure sensor SN5 Injection pressure sensor A1 Diffusion 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 Ti Injection interval time Z Turn reference point (injection axis specific position above)

Claims (4)

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、
前記燃焼室に導入される吸気の圧力である吸気圧を検出する吸気圧センサと、
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とを備え、
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から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、前記吸気圧以外のパラメータが同一である条件で、前記吸気圧センサにより検出された前記吸気圧が高いほど長くされる、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 intake pressure sensor that detects intake pressure that is the pressure of intake air introduced into the combustion chamber;
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 is provided to inject fuel obliquely downward toward the outside in the radial direction from a position facing the center portion of the cavity in the ceiling portion of the combustion chamber,
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 lengthened as the intake pressure detected by the intake pressure sensor is higher, under the condition that parameters other than the intake pressure are the same. A diesel engine control device characterized by:
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、
前記ディーゼルエンジンは、燃焼室に導入される吸気を加圧するターボ過給機を備え、
前記吸気圧センサは、前記ターボ過給機による過給後の吸気の圧力を検出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内での加速運転時に、エンジン回転数の上昇が終了した後なおも前記吸気圧が上昇する現象が前記吸気圧センサの検出値に基づき確認されたときは、当該現象が確認されている期間中の前記吸気圧の漸増に応じて前記噴射インターバル時間を徐々に長くする、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,
The diesel engine includes a turbo supercharger that pressurizes intake air introduced into the combustion chamber,
The intake pressure sensor is provided to detect the pressure of intake air after supercharging by the turbo supercharger,
When the injection control unit confirms, based on the detection value of the intake pressure sensor, that the intake pressure continues to increase even after the engine speed has finished increasing during acceleration operation within the predetermined operating range. The control device for a diesel engine is characterized in that the injection interval time is gradually lengthened in accordance with a gradual increase in the intake pressure during a period in which the phenomenon is confirmed.
請求項2に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記所定の運転領域内で負荷が高くなるほど前記インジェクタから噴射される燃料の噴射圧が高くなるように当該噴射圧を調整する噴射圧調整部と、
前記燃料の噴射圧を検出する噴射圧センサとをさらに備え、
前記噴射制御部は、前記所定の運転領域内での加速運転時に、前記燃料の噴射圧と前記吸気圧との双方が上昇する現象が前記噴射圧センサおよび前記吸気圧センサの各検出値に基づき確認されたときは、当該現象が確認されている期間中の前記噴射圧の漸増に応じて前記噴射インターバル時間を徐々に短くする、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 2,
an injection pressure adjustment unit that adjusts the injection pressure such that the injection pressure of the fuel injected from the injector increases as the load increases within the predetermined operating region;
further comprising an injection pressure sensor that detects the injection pressure of the fuel,
The injection control unit is configured to detect, based on detection values of the injection pressure sensor and the intake pressure sensor, a phenomenon in which both the fuel injection pressure and the intake pressure increase during acceleration operation within the predetermined operating range. A control device for a diesel engine, characterized in that when the phenomenon is confirmed, the injection interval time is gradually shortened in accordance with the gradual increase in the injection pressure during the period in which the phenomenon is confirmed.
請求項1~のいずれか1項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 any one of claims 1 to 3 ,
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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