JPH10212986A - In-cylinder injection type engine - Google Patents

In-cylinder injection type engine

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Publication number
JPH10212986A
JPH10212986A JP9017197A JP1719797A JPH10212986A JP H10212986 A JPH10212986 A JP H10212986A JP 9017197 A JP9017197 A JP 9017197A JP 1719797 A JP1719797 A JP 1719797A JP H10212986 A JPH10212986 A JP H10212986A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
injection
fuel
engine
intake stroke
injector
Prior art date
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Pending
Application number
JP9017197A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirobumi Nishimura
博文 西村
Hiroyuki Yamashita
洋幸 山下
Yoichi Kuji
洋一 久慈
Muneyuki Oota
統之 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP9017197A priority Critical patent/JPH10212986A/en
Publication of JPH10212986A publication Critical patent/JPH10212986A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the exhausting rate of HC and the like, and improve emission by suppress to stick fuel on a cylinder head when at least a part of injection fuel is injected in an intake stroke, in an in-cylinder injection type engine. SOLUTION: In an in-cylinder injection type engine, an ignition plug 10 is arranged on nearly center part of a combustion chamber 5, an injector 11 is arranged on a circumferential rim part of the combustion chamber 5 so as to inject fuel downward slantly, and a recessed shaped cavity 13 is arranged on a top part of a piston 4. In the case of injection in a compression stroke, an injection direction is faced into the cavity 13, and fuel reflected by the cavity 13 attains near the ignition plug 10. On the other hand, in the case of injection in a suction stroke, an injection direction is slid from the cavity 13, and an injection start timing of injection in the suction stroke is set within 70 deg.±20 deg. after top dead point by a crank angle.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を直接燃焼室
内に噴射するインジェクタを備えた筒内噴射式エンジン
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct injection engine having an injector for directly injecting fuel into a combustion chamber.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、燃料を直接燃焼室内に噴射するイ
ンジェクタを備え、低負荷時等に、上記インジェクタか
ら圧縮行程後期に燃料を噴射することで点火プラグまわ
りに混合気が偏在する状態として所謂成層燃焼を行なう
ことにより、燃焼安定性を確保しつつ空燃比をリーンに
して燃費改善を図るようにした筒内噴射式エンジンは知
られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an injector for directly injecting fuel into a combustion chamber is provided, and when the load is low, the fuel is injected from the injector at a later stage of the compression stroke, so that the mixture is unevenly distributed around the ignition plug. 2. Description of the Related Art There is known an in-cylinder injection engine in which the air-fuel ratio is made lean to improve fuel efficiency while ensuring combustion stability by performing stratified combustion.

【0003】この筒内噴射式エンジンにおいては、上記
のように圧縮行程で燃料を噴射すると成層燃焼が行わ
れ、一方、吸気行程で燃料を噴射すると燃料が拡散して
均一燃焼が行われる状態となるため、運転状態に応じて
圧縮行程噴射と吸気行程噴射とを選択的に行い、さら
に、運転状態によっては、吸気行程と圧縮行程とにそれ
ぞれ燃料を噴射する分割噴射を行うようにしている。
In this in-cylinder injection engine, stratified combustion is performed when fuel is injected in the compression stroke as described above, while fuel is diffused and uniform combustion is performed when fuel is injected in the intake stroke. Therefore, the compression stroke injection and the intake stroke injection are selectively performed in accordance with the operation state, and the split injection for injecting the fuel in each of the intake stroke and the compression stroke is performed depending on the operation state.

【0004】例えば特開平8−193536号公報に示
されている筒内噴射式エンジンでは、エンジンの始動時
(クランキング中)に分割噴射を行なうようにしてい
る。また、エンジン冷機状態のとき吸気行程噴射を行な
うようにしたものもある。
For example, in a direct injection engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-193536, split injection is performed at the time of starting the engine (during cranking). In some cases, the intake stroke injection is performed when the engine is cold.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のように筒内噴射
式エンジンでは運転状態に応じて圧縮行程噴射、吸気行
程噴射、分割噴射等に燃料噴射状態が切換えられる。こ
のようなエンジンにおいて、吸気行程噴射時や分割噴射
時における吸気行程噴射では、噴射燃料が燃焼室内に拡
散されるが、その燃料の一部がシリンダ壁に付着するこ
とがある。そして、シリンダ壁に付着した燃料は燃焼し
難いので、シリンダ壁への燃料付着量が多くなるほどH
C排出量が増加し、エミッションの悪化する。とくに、
エンジン冷機時には、HC排出量が増加し易く、シリン
ダ壁への燃料の付着が問題となる。
As described above, in the direct injection engine, the fuel injection state is switched to the compression stroke injection, the intake stroke injection, the split injection, and the like according to the operation state. In such an engine, during the intake stroke injection during the intake stroke injection or the split injection, the injected fuel is diffused into the combustion chamber, but a part of the fuel may adhere to the cylinder wall. And, since the fuel adhering to the cylinder wall is difficult to burn, the larger the amount of fuel adhering to the cylinder wall, the more H
C emissions increase and emissions worsen. In particular,
When the engine is cold, the amount of HC emission tends to increase, and the adhesion of fuel to the cylinder wall poses a problem.

【0006】本発明は、上記の事情に鑑み、筒内噴射式
エンジンにおいて、噴射燃料の少なくとも一部が吸気行
程で噴射されるときに、シリンダ壁への燃料付着を抑制
することにより、HC等の排出量を低減し、大幅にエミ
ッションを改善することができる筒内噴射式エンジンを
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 in a direct injection engine, when at least a part of the injected fuel is injected in an intake stroke, the fuel adhesion to a cylinder wall is suppressed to reduce HC and the like. It is an object of the present invention to provide an in-cylinder injection engine capable of reducing emissions of fuel and greatly improving emissions.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
シリンダボア内のピストンの上方に形成された燃焼室の
略中央部に点火プラグを配置するとともに、上記燃焼室
の周縁部にインジェクタを、斜め下方に向けて燃料を噴
射するように配置した筒内噴射式エンジンにおいて、エ
ンジンの特定運転状態で、上記インジェクタから噴射燃
料の少なくとも一部を吸気行程で噴射するように制御す
る燃料噴射制御手段を設けるとともに、この吸気行程で
の燃料噴射の噴射開始時期をクランク角で上死点後70
°±20°の範囲内に設定したものである。
The invention according to claim 1 is
In-cylinder injection in which an ignition plug is arranged at a substantially central portion of a combustion chamber formed above a piston in a cylinder bore, and an injector is arranged at a peripheral portion of the combustion chamber so as to inject fuel obliquely downward. A fuel injection control means for controlling at least a part of the injected fuel from the injector in the intake stroke in a specific operation state of the engine in the specific operation state of the engine is provided, and the injection start timing of the fuel injection in the intake stroke is set. 70 after top dead center at crank angle
It is set within the range of ± 20 °.

【0008】この構成によると、吸気行程噴射による噴
射燃料のシリンダ壁への付着が少なく抑えられる。つま
り、ピストンが上死点に極めて近い位置にある状態で燃
料が噴射されるとピストン頂部で反射した燃料がシリン
ダ壁へ多く付着し、また、ピストンが上死点から大きく
離れたところで燃料が噴射されると直接シリンダ壁まで
達して付着する燃料が多くなるが、クランク角で上死点
後70°程度では、噴射燃料のピストン頂部での反射が
少なくなるとともに、ピストンの下降に伴い噴射燃料が
下方に引き込まれることにより、適度に燃料が拡散され
ながらもシリンダ壁への燃料付着が少なくなる。
[0008] According to this configuration, the adhesion of the injected fuel to the cylinder wall due to the intake stroke injection can be reduced. In other words, when fuel is injected while the piston is very close to the top dead center, much of the fuel reflected at the top of the piston adheres to the cylinder wall, and fuel is injected when the piston is far away from the top dead center. When this occurs, the amount of fuel that reaches the cylinder wall directly and adheres increases, but at about 70 ° after the top dead center at the crank angle, the reflection of the injected fuel at the top of the piston decreases, and the injected fuel decreases as the piston descends. By being drawn downward, the fuel adheres to the cylinder wall less while the fuel is diffused appropriately.

【0009】これにより、HC(及びCO)の排出量が
低減され、エミッションが改善される。
As a result, the emission of HC (and CO) is reduced, and the emission is improved.

【0010】請求項2に係る発明は、請求項1に記載の
エンジンにおいて、エンジンの特定運転状態で、上記イ
ンジェクタから吸気行程と圧縮行程とにそれぞれ燃料を
噴射する分割噴射を行なうようにしたものである。
According to a second aspect of the present invention, in the engine according to the first aspect of the present invention, in a specific operation state of the engine, split injection is performed in which fuel is injected from the injector into an intake stroke and a compression stroke, respectively. It is.

【0011】このようにすると、分割噴射が行われたと
き、圧縮行程噴射により点火プラグ付近の区域に比較的
リッチな混合気が形成されるとともに、吸気行程噴射に
より点火プラグ付近の区域の周囲に比較的リーンな混合
気が形成され、このような混合気分布状態により、後に
実施形態の中で説明するようにHC及びNOxの低減等
に有利となる。そして、この場合の吸気行程噴射のタイ
ミングが上記のように設定されることでシリンダ壁への
燃料付着が少なくなることにより、HC等を低減する効
果が高められる。
With this arrangement, when the divided injection is performed, a relatively rich air-fuel mixture is formed in the area near the ignition plug by the compression stroke injection, and the mixture is formed around the area near the ignition plug by the intake stroke injection. A relatively lean air-fuel mixture is formed, and such an air-fuel mixture distribution state is advantageous for reducing HC and NOx as described later in the embodiment. By setting the timing of the intake stroke injection in this case as described above, fuel adhesion to the cylinder wall is reduced, and the effect of reducing HC and the like is enhanced.

【0012】請求項3に係る発明は、請求項2に記載の
エンジンにおいて、上記ピストンの頂部に凹状のキャビ
ティを設け、圧縮行程噴射では噴射方向が上記キャビテ
ィ内に向いて、キャビティで反射された燃料が点火プラ
グ付近に達するようにする一方、吸気行程噴射では噴射
方向が上記キャビティから外れるように設定したもので
ある。
According to a third aspect of the present invention, in the engine according to the second aspect, a concave cavity is provided at the top of the piston, and in the compression stroke injection, the injection direction is directed into the cavity and reflected by the cavity. In the intake stroke injection, the injection direction is set so as to deviate from the cavity while the fuel reaches the vicinity of the ignition plug.

【0013】このようにすると、圧縮行程噴射による燃
料は点火プラグ付近に比較的リッチな混合気を形成し、
吸気行程噴射による燃料は拡散して均一な混合気を形成
して、好ましい混合気分布状態が得られる。
[0013] In this case, the fuel from the compression stroke injection forms a relatively rich mixture near the spark plug,
The fuel from the intake stroke injection diffuses to form a uniform mixture, and a favorable mixture distribution state is obtained.

【0014】請求項4に係る発明は、請求項3に記載の
エンジンにおいて、吸気上死点と吸気行程噴射の噴射開
始時期との間のクランク角(θ1)と、圧縮行程噴射の
噴射開始時期と圧縮上死点との角のクランク角(θ2)
との関係が、θ1≧θ2となるように設定したものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the engine according to the third aspect, the crank angle (θ1) between the intake top dead center and the injection start timing of the intake stroke injection, and the injection start timing of the compression stroke injection are set. Angle (θ2) between the angle and the compression top dead center
Is set so that θ1 ≧ θ2.

【0015】このようにすると、上記のような混合気分
布状態が良好に得られる。
[0015] In this manner, the above-mentioned mixture distribution state can be obtained favorably.

【0016】請求項5に係る発明は、請求項1乃至4の
いずれかに記載のエンジンにおいて、燃焼室内にスワー
ルを生成するスワール生成手段を設けるとともに、上記
燃料噴射制御手段によって上記インジェクタから噴射燃
料の少なくとも一部を吸気行程で噴射するように制御さ
れているときに上記スワール生成手段が作動するように
したものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the engine according to any one of the first to fourth aspects, a swirl generating means for generating a swirl in the combustion chamber is provided, and the fuel injected from the injector by the fuel injection control means. The swirl generating means is operated when at least a part of the swirl is controlled to be injected in the intake stroke.

【0017】請求項6に係る発明は、請求項1乃至4の
いずれかに記載のエンジンにおいて、燃焼室内にタンブ
ルを生成するタンブル生成手段を設けるとともに、上記
燃料噴射制御手段によって上記インジェクタから噴射燃
料の少なくとも一部を吸気行程で噴射するように制御さ
れているときに上記タンブル生成手段が作動するように
したものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the engine according to any one of the first to fourth aspects, a tumble generating means for generating a tumble in a combustion chamber is provided, and fuel injected from the injector by the fuel injection control means. Is controlled to inject at least a portion of the tumble during the intake stroke.

【0018】上記のようにスワール又はタンブルを形成
すると、吸気行程で噴射された燃料の燃焼性が向上され
ることにより、HC低減等の効果が高められる。
When the swirl or the tumble is formed as described above, the combustibility of the fuel injected in the intake stroke is improved, and the effect of reducing HC and the like is enhanced.

【0019】請求項7に係る発明は、シリンダボア内の
ピストンの上方に形成された燃焼室の略中央部に点火プ
ラグを配置するとともに、上記燃焼室の周縁部にインジ
ェクタを、斜め下方に向けて燃料を噴射するように配置
した筒内噴射式エンジンにおいて、エンジンの特定運転
状態で、上記インジェクタから吸気行程と圧縮行程とに
それぞれ燃料を噴射する分割噴射を行なうように制御す
る燃料噴射制御手段を設けるとともに、上記ピストンの
頂部に凹状のキャビティを設け、圧縮行程噴射では噴射
方向が上記キャビティ内に向いて、キャビティで反射さ
れた燃料が点火プラグ付近に達するようにする一方、吸
気行程噴射では噴射方向が上記キャビティから外れるよ
うに設定したものである。
According to a seventh aspect of the present invention, a spark plug is disposed at a substantially central portion of a combustion chamber formed above a piston in a cylinder bore, and an injector is disposed obliquely downward at a peripheral portion of the combustion chamber. In a direct injection type engine arranged to inject fuel, fuel injection control means for controlling split injection of injecting fuel from the injector into an intake stroke and a compression stroke, respectively, in a specific operating state of the engine. In addition, a concave cavity is provided at the top of the piston so that the injection direction is directed toward the inside of the cavity during the compression stroke injection so that the fuel reflected by the cavity reaches the vicinity of the spark plug, while the injection during the intake stroke injection is performed. The direction is set so as to deviate from the cavity.

【0020】請求項8に係る発明は、シリンダボア内の
ピストンの上方に形成された燃焼室の略中央部に点火プ
ラグを配置するとともに、上記燃焼室の周縁部にインジ
ェクタを、斜め下方に向けて燃料を噴射するように配置
した筒内噴射式エンジンにおいて、エンジンの特定運転
状態で上記インジェクタから吸気行程と圧縮行程とにそ
れぞれ燃料を噴射する分割噴射を行なうように制御する
燃料噴射制御手段を設けるとともに、上記ピストンの頂
部に凹状のキャビティを設け、圧縮行程噴射による噴射
燃料が上記キャビティで反射されて点火プラグ付近に達
するようにし、かつ、吸気上死点と吸気行程噴射の噴射
開始時期との間のクランク角(θ1)と、圧縮行程噴射
の噴射開始時期と圧縮上死点との角のクランク角(θ
2)との関係が、θ1≧θ2となるように設定したもの
である。
[0020] According to an eighth aspect of the present invention, a spark plug is disposed at a substantially central portion of a combustion chamber formed above a piston in a cylinder bore, and an injector is obliquely directed downward at a peripheral portion of the combustion chamber. In a direct injection engine arranged to inject fuel, fuel injection control means is provided for controlling split injection of injecting fuel into the intake stroke and the compression stroke from the injector in a specific operating state of the engine. At the same time, a concave cavity is provided at the top of the piston so that the fuel injected by the compression stroke injection is reflected by the cavity to reach the vicinity of the ignition plug, and the top dead center of the intake stroke and the injection start timing of the intake stroke injection are defined. And the crank angle (θ1) between the injection start timing of the compression stroke injection and the compression top dead center.
2) is set so that θ1 ≧ θ2.

【0021】上記の請求項7や請求項8の構成による
と、分割噴射が行われたとき、点火プラグ付近の区域に
比較的リッチな混合気が形成されるとともにその周囲に
比較的リーンな混合気が形成されるような混合気分布状
態が良好に得られる。
According to the seventh and eighth aspects of the present invention, when split injection is performed, a relatively rich air-fuel mixture is formed in an area near the spark plug and a relatively lean air-fuel mixture is formed around the mixture. An air-fuel mixture distribution state in which air is formed is favorably obtained.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図1は筒内噴射式エンジンの燃焼室部分
の構造の一例を示している。この図において、1はエン
ジン本体であって、シリンダブロック2及びシリンダヘ
ッド3等からなり、複数のシリンダを備えており、その
各シリンダにはピストン4が嵌挿され、このピストン4
の頂面とシリンダヘッド3の下面との間に燃焼室5が形
成されている。この燃焼室5に対し、吸気ポート6及び
排気ポート7と、これらのポート6,7を開閉する吸気
弁8及び排気弁9と、点火プラグ10とが配設されると
ともに、燃焼室5内に直接燃料を噴射するインジェクタ
11が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a structure of a combustion chamber portion of a direct injection engine. In this figure, reference numeral 1 denotes an engine body, which comprises a cylinder block 2, a cylinder head 3, and the like, is provided with a plurality of cylinders, and a piston 4 is inserted into each of the cylinders.
A combustion chamber 5 is formed between the top surface of the cylinder head 3 and the lower surface of the cylinder head 3. An intake port 6 and an exhaust port 7, an intake valve 8 and an exhaust valve 9 for opening and closing these ports 6, 7, and a spark plug 10 are arranged in the combustion chamber 5. An injector 11 for directly injecting fuel is provided.

【0023】これらの構造を具体的に説明する。上記シ
リンダヘッド3の下面側には燃焼室5を構成する所定形
状の凹部が設けられ、例えば図示のような断面略台形の
凹部により燃焼室5が構成されている。この燃焼室5の
上端面部に吸気ポート6が開口するとともに、傾斜面部
に排気ポート7が開口している。この吸気ポート6及び
排気ポート7は、図面上は1個ずつ表れているが、好ま
しくは、2個ずつ、紙面と直交する方向に並んで設けら
れる。そして、各吸気ポート6及び排気ポート7に吸気
弁8及び排気弁9がそれぞれ設けられており、これら吸
気弁8及び排気弁9は図外の動弁装置により駆動されて
所定タイミングで開閉するようになっている。
These structures will be specifically described. A lower surface of the cylinder head 3 is provided with a recess having a predetermined shape that forms the combustion chamber 5. The combustion chamber 5 is formed by, for example, a recess having a substantially trapezoidal cross section as illustrated. An intake port 6 is opened at an upper end surface of the combustion chamber 5, and an exhaust port 7 is opened at an inclined surface. The intake port 6 and the exhaust port 7 are shown one by one in the drawing, but are preferably provided two by two in a direction orthogonal to the paper surface. An intake valve 8 and an exhaust valve 9 are provided in each of the intake port 6 and the exhaust port 7, respectively. The intake valve 8 and the exhaust valve 9 are driven by a valve operating device (not shown) to open and close at a predetermined timing. It has become.

【0024】上記点火プラグ10は、燃焼室5のほほ中
央部に位置し、点火ギャップが燃焼室5内に臨む状態
で、シリンダヘッド3に取付けられている。
The ignition plug 10 is located at a substantially central portion of the combustion chamber 5 and is attached to the cylinder head 3 with an ignition gap facing the inside of the combustion chamber 5.

【0025】また、上記インジェクタ11は、燃焼室5
の周縁部に設けられている。図1に示す実施例形態で
は、燃焼室5の吸気ポート6側の側方部においてシリン
ダヘッド3にインジェクタ11が取り付けられ、吸気ポ
ート6が開口する燃焼室上端面部分とシリンダブロック
2に対する合わせ面との間の壁面12にインジェクタ1
1の先端が臨み、かつ、斜め下方に向けて燃料を噴射す
るようになっている。
The injector 11 is provided in the combustion chamber 5
Is provided on the periphery. In the embodiment shown in FIG. 1, the injector 11 is attached to the cylinder head 3 at a side portion of the combustion chamber 5 on the side of the intake port 6, and the upper surface of the combustion chamber where the intake port 6 opens and the mating surface with the cylinder block 2. Injector 1 on the wall 12 between
The front end of the fuel cell 1 faces and injects fuel obliquely downward.

【0026】一方、燃焼室5の下面側を構成するピスト
ン4の頂部には、凹状のキャビティ13が形成されてい
る。そして、ピストン4が上死点に近い位置となる圧縮
行程後半に燃料が上記インジェクタ11からキャビティ
13に向けて噴射され、さらにキャビティ13で反射さ
れて点火プラグ10付近に達するように、インジェクタ
11の位置及び方向とキャビティ13の位置と点火プラ
グ10の位置との関係が予め設定されている。
On the other hand, a concave cavity 13 is formed at the top of the piston 4 constituting the lower surface of the combustion chamber 5. The fuel is injected from the injector 11 toward the cavity 13 in the latter half of the compression stroke when the piston 4 is at a position close to the top dead center, and is further reflected by the cavity 13 so as to reach the vicinity of the spark plug 10. The relationship between the position and direction, the position of the cavity 13, and the position of the spark plug 10 is set in advance.

【0027】図2は吸・排気系を含めたエンジン全体を
概略的に示しており、この図において、エンジン本体1
には吸気通路15及び排気通路16が接続されている。
上記吸気通路15の下流側は吸気マニホールドにおいて
気筒別に分岐し、かつ、その気筒別通路15aには並列
に2つの通路(図面では1つの通路のみ示す)が形成さ
れて、その下流端の2つの吸気ポート7が図1に示す燃
焼室5に開口するとともに、一方の通路に吸気流動制御
弁17が設けられている。そして、吸気流動制御弁17
が閉じられたときに、他方の通路から燃焼室5に導入さ
れる吸気によって燃焼室5内にスワールが生成されるよ
うになっている。こうして、上記吸気流動制御弁17等
でスワール生成手段が構成されている。
FIG. 2 schematically shows the entire engine including the intake / exhaust system.
Are connected to an intake passage 15 and an exhaust passage 16.
The downstream side of the intake passage 15 branches in the intake manifold for each cylinder, and two passages (only one passage is shown in the drawing) are formed in parallel in the cylinder-specific passage 15a, and two downstream end portions thereof are formed. The intake port 7 opens to the combustion chamber 5 shown in FIG. 1, and an intake flow control valve 17 is provided in one passage. And, the intake flow control valve 17
Is closed, swirl is generated in the combustion chamber 5 by the intake air introduced into the combustion chamber 5 from the other passage. Thus, the swirl generating means is constituted by the intake flow control valve 17 and the like.

【0028】また、吸気通路15の途中にはスロットル
弁18が設けられ、吸入空気量の制御が可能なようにス
テップモータ等の電気的なアクチュエータ19によって
上記スロットル弁18が作動されるようになっている。
A throttle valve 18 is provided in the middle of the intake passage 15, and the throttle valve 18 is operated by an electric actuator 19 such as a step motor so that the amount of intake air can be controlled. ing.

【0029】一方、排気通路16には、排気中の空燃比
検出のためのO2 センサ21が設けられるとともに、排
気浄化用の触媒を備えた触媒装置22が設けられてい
る。この触媒装置22は、三元触媒により構成してもよ
いが、後述のように暖機後に空燃比をリーンにして成層
燃焼を行なうような場合の浄化性能を高めるため、理論
空燃比よりもリーンな空燃比でもNOxを浄化する機能
を有するような触媒を用いることが望ましい。つまり、
一般に知られているように三元触媒によるとHC、C
O、NOxの全てに対して高い浄化性能を有するのが理
論空燃比付近に限られるが、最近、三元触媒の機能に加
えて理論空燃比よりもリーンな空燃比でもNOxを浄化
する機能を有する触媒が開発されているので、これを用
いてリーン運転時のNOxを低減することが好ましい。
On the other hand, an O 2 sensor 21 for detecting an air-fuel ratio in exhaust gas is provided in the exhaust passage 16 and a catalyst device 22 having a catalyst for purifying exhaust gas is provided. This catalyst device 22 may be constituted by a three-way catalyst, but in order to improve the purification performance in the case where the air-fuel ratio is made lean after warm-up and the stratified combustion is performed as described later, the catalyst device 22 is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. It is desirable to use a catalyst having a function of purifying NOx even at a low air-fuel ratio. That is,
As is generally known, according to the three-way catalyst, HC, C
Although high purification performance for both O and NOx is limited to the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, recently, in addition to the function of the three-way catalyst, a function of purifying NOx even at an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio has been developed. Since a catalyst having a catalyst has been developed, it is preferable to use the catalyst to reduce NOx during lean operation.

【0030】上記排気通路16における触媒装置22の
位置としては、排気マニホールド16aの直下流(排気
マニホールドに直結)とすると高速高負荷時に触媒温度
が可動に上昇し易くなることから、この位置よりもエン
ジンから遠ざかるように、排気マニホールド16aに接
続されている排気管16bの途中に触媒装置22が介設
されている。
When the catalyst device 22 is located in the exhaust passage 16 immediately downstream of the exhaust manifold 16a (directly connected to the exhaust manifold), the catalyst temperature tends to move movably at high speed and high load. A catalyst device 22 is provided in the middle of an exhaust pipe 16b connected to the exhaust manifold 16a so as to keep away from the engine.

【0031】排気通路16と吸気通路15との間には、
排気ガスの一部を吸気系に還流するEGR通路23が接
続され、このEGR通路23にはEGRバルブ24が介
設されている。
Between the exhaust passage 16 and the intake passage 15,
An EGR passage 23 for returning a part of the exhaust gas to the intake system is connected, and an EGR valve 24 is provided in the EGR passage 23.

【0032】30はエンジンの制御を行なうECU(コ
ントロールユニット)であり、このECU30には、エ
ンジンのクランク角を検出するクランク角センサ23、
アクセル開度(アクセルペダル踏み込み量)を検出する
アクセルセンサ24、吸入空気量を検出するエアフロー
メータ25、エンジン冷却水の水温を検出する水温セン
サ26及び上記O2 センサ21等からの信号が入力され
ている。
An ECU (control unit) 30 controls the engine. The ECU 30 includes a crank angle sensor 23 for detecting the crank angle of the engine,
An accelerator sensor 24 for detecting an accelerator opening (accelerator pedal depression amount), an air flow meter 25 for detecting an intake air amount, a signal from the water temperature sensor 26 and the O 2 sensor 21 for detecting the water temperature of the engine cooling water or the like is input ing.

【0033】上記ECU30は、燃料噴射制御手段31
を含んでいる。
The ECU 30 includes a fuel injection control means 31
Contains.

【0034】この燃料噴射制御手段31は、インジェク
タ駆動回路34を介してインジェクタ11からの燃料噴
射の時期及び噴射量を制御するものであり、エンジンの
特定運転状態で、上記インジェクタから噴射燃料の少な
くとも一部を吸気行程で噴射するように制御する。つま
り、エンジンの特定運転領域で、上記インジェクタ11
から吸気行程と圧縮行程とにそれぞれ燃料を噴射する分
割噴射を行なわせ、あるいは吸気行程でのみ燃料噴射を
行なわせる。例えば、後に詳述するように、上記触媒が
活性温度より低い触媒冷機状態のときに分割噴射を行な
わせ、触媒暖機後であってエンジンが冷機状態にあると
きに、吸気行程でのみ燃料噴射を行なわせるようになっ
ている。
The fuel injection control means 31 controls the timing and amount of fuel injection from the injector 11 via the injector drive circuit 34. In a specific operation state of the engine, at least the amount of fuel injected from the injector is controlled. Control is performed so that part is injected during the intake stroke. That is, in the specific operation region of the engine, the injector 11
, The fuel injection is performed in each of the intake stroke and the compression stroke, or the fuel injection is performed only in the intake stroke. For example, as will be described in detail later, split injection is performed when the catalyst is in a catalyst cold state lower than the activation temperature, and when the engine is in a cold state after the catalyst is warmed up, fuel injection is performed only in the intake stroke. Is to be performed.

【0035】触媒及びエンジンの温度状態は上記水温セ
ンサ26からの水温検出信号によって推定される。すな
わち、水温が第1設定温度未満であれば触媒冷機状態、
第1設定温度以上であれば触媒暖機状態と判定され、さ
らに、水温が第2設定温度未満であればエンジン冷機状
態、第2設定温度以上であればエンジン暖機状態と判定
される。通常、上記第2設定温度は第1設定温度よりも
高い値となる。なお、触媒暖機状態を判定するための温
度状態判別は、水温検出とエンジン始動からの経過時間
の判定とを併用して行なうようにしてもよく、また、触
媒温度を直接検出するようにしてもよい。
The temperature condition of the catalyst and the engine is estimated by the water temperature detection signal from the water temperature sensor 26. That is, if the water temperature is lower than the first set temperature, the catalyst is in a cold state,
If the temperature is equal to or higher than the first set temperature, it is determined that the catalyst is in a warm-up state, and if the water temperature is lower than the second set temperature, it is determined that the engine is in a cold state. Usually, the second set temperature is higher than the first set temperature. In addition, the temperature state determination for determining the catalyst warm-up state may be performed by using both the detection of the water temperature and the determination of the elapsed time from the start of the engine, or by directly detecting the catalyst temperature. Is also good.

【0036】このインジェクタ11の制御のほかに上記
ECU30は、点火装置35に制御信号を出力して、点
火時期をエンジンの運転状態に応じて制御する。また、
スロットル弁18を駆動するアクチュエータ19に制御
信号を出力することによって吸入空気量の制御も行なう
ようになっており、圧縮行程のみの燃料噴射により成層
燃焼が行われるときには空燃比をリーンとすべくスロッ
トル弁18を開いて吸入空気量を増加させる等の制御を
行なう。さらにECU30は、分割噴射時等に燃焼室5
内にスワールを生じさせるべく、上記吸気流動制御弁1
7を制御するとともに、空燃比をリーンとする成層燃焼
時等にEGRを行なうべくEGRバルブ24を制御す
る。
In addition to the control of the injector 11, the ECU 30 outputs a control signal to the ignition device 35 to control the ignition timing according to the operating state of the engine. Also,
The control of the intake air amount is also performed by outputting a control signal to an actuator 19 for driving the throttle valve 18. When stratified charge combustion is performed by fuel injection only during the compression stroke, the throttle is set so that the air-fuel ratio becomes lean. Control such as opening the valve 18 to increase the amount of intake air is performed. In addition, the ECU 30 controls the combustion chamber 5 during split injection or the like.
In order to generate a swirl in the intake air flow control valve 1
7 and controls the EGR valve 24 to perform EGR during stratified charge combustion with an air-fuel ratio lean.

【0037】図3は燃料系の構成の一例を示している。
この図において、インジェクタ11と燃料タンク36と
の間に燃料供給通路37および燃料リターン通路38が
接続され、上記燃料供給通路37には、燃料タンク36
側から順に低圧燃料ポンプ39、フィルター40及びエ
ンジン駆動の高圧燃料ポンプ41が設けられ、一方、燃
料リターン通路38には、高圧レギュレータ42と、そ
の下流に位置する低圧レギュレータ43が設けられてい
る。さらに、高圧燃料ポンプ41をバイパスする通路4
4が設けられ、この通路44にチェックバルブ45が設
けられるとともに、高圧レギュレータ42をバイパスす
る通路46が設けられ、この通路46にソレノイドバル
ブ47が設けられている。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the fuel system.
In this figure, a fuel supply passage 37 and a fuel return passage 38 are connected between the injector 11 and the fuel tank 36, and the fuel supply passage 37
A low-pressure fuel pump 39, a filter 40, and an engine-driven high-pressure fuel pump 41 are provided in this order from the side, while a high-pressure regulator 42 and a low-pressure regulator 43 located downstream thereof are provided in the fuel return passage 38. Further, a passage 4 that bypasses the high-pressure fuel pump 41
4, a check valve 45 is provided in the passage 44, a passage 46 bypassing the high-pressure regulator 42 is provided, and a solenoid valve 47 is provided in the passage 46.

【0038】そして、通常は、上記ソレノイドバルブ4
7が閉じられた状態で、高圧燃料ポンプ41が作動さ
れ、かつ、高圧レギュレータ42が機能することによ
り、インジェクタ11に作用する燃圧が圧縮行程後期の
噴射が可能な程度の高圧に調整される。また、上記高圧
燃料ポンプ41が充分に作動されないエンジン始動時に
は、低圧燃料ポンプ39が駆動されるとともに、上記ソ
レノイドバルブ47が開かれて高圧レギュレータ42が
バイパスされることで低圧レギュレータ43が機能する
ため、インジェクタ11に作用する燃圧が吸気行程噴射
が可能な程度の低圧に調整されるようになっている。
Normally, the solenoid valve 4
With the valve 7 closed, the high-pressure fuel pump 41 is operated and the high-pressure regulator 42 functions, so that the fuel pressure acting on the injector 11 is adjusted to a high pressure that allows the injection in the latter half of the compression stroke. In addition, when the engine is started when the high-pressure fuel pump 41 is not sufficiently operated, the low-pressure fuel pump 39 is driven, and the low-pressure regulator 43 functions by opening the solenoid valve 47 and bypassing the high-pressure regulator 42. In addition, the fuel pressure acting on the injector 11 is adjusted to a low pressure capable of performing the intake stroke injection.

【0039】図4は上記インジェクタ11からの燃料噴
射が分割噴射とされるときの噴射タイミングを示してい
る。この図のように、分割噴射は吸気行程噴射と圧縮行
程噴射とからなる。圧縮行程噴射は、圧縮行程の後半に
燃料噴射を行うもので、図1に示すような燃焼室構造に
よる場合、ピストン4が上死点に近づいてインジェクタ
11からの噴射燃料がピストン頂部のキャビティ13内
に向かうようなタイミングとされる。具体的には、噴射
開始時期と圧縮上死点との間のクランク角θ2が50°
〜60°程度とされ、つまりBTDC50°〜60°C
A程度の時期に燃料噴射が開始される。BTDCは上死
点前を意味し、CAはクランク角を意味する。
FIG. 4 shows the injection timing when the fuel injection from the injector 11 is divided injection. As shown in this figure, the split injection includes an intake stroke injection and a compression stroke injection. In the compression stroke injection, fuel is injected in the latter half of the compression stroke. In the case of the combustion chamber structure as shown in FIG. 1, the piston 4 approaches the top dead center and the fuel injected from the injector 11 is transferred to the cavity 13 at the top of the piston. It is the timing to go inward. Specifically, the crank angle θ2 between the injection start timing and the compression top dead center is 50 °
6060 °, that is, BTDC 50 ° -60 ° C
Fuel injection is started at a timing of about A. BTDC means before top dead center, and CA means crank angle.

【0040】一方、吸気行程噴射は、吸気行程の前半に
燃料噴射を行うもので、圧縮行程噴射と比べるとピスト
ンの位置が上死点から遠ざかったときに噴射を行なうこ
とで噴射燃料が上記キャビティ13から外れるようにす
る。つまり、吸気上死点と吸気行程噴射の噴射開始時期
との間のクランク角θ1と、噴射開始時期と圧縮上死点
との間のクランク角θ2との関係がθ1≧θ2となるよ
うにする。とくに、シリンダ壁面への燃料付着を抑制す
るため、吸気行程噴射の噴射開始時期はATDC70°
CA程度が好ましく、ATDC70°±20°CAの範
囲が有効である。ATDCは上死点後を意味する。
On the other hand, in the intake stroke injection, the fuel is injected in the first half of the intake stroke. In comparison with the compression stroke injection, the injection is performed when the position of the piston moves away from the top dead center. 13 That is, the relationship between the crank angle θ1 between the intake top dead center and the injection start timing of the intake stroke injection and the crank angle θ2 between the injection start timing and the compression top dead center is set to satisfy θ1 ≧ θ2. . In particular, in order to suppress the adhesion of fuel to the cylinder wall, the injection start timing of the intake stroke injection is 70 ° ATDC.
CA is preferable, and a range of ATDC of 70 ° ± 20 ° CA is effective. ATDC means after top dead center.

【0041】なお、吸気行程のみで燃料噴射が行なわれ
るときの噴射タイミングも、上記分割噴射における吸気
行程噴射の噴射タイミングと同様に設定される。
The injection timing when the fuel injection is performed only in the intake stroke is set in the same manner as the injection timing of the intake stroke injection in the split injection.

【0042】筒内噴射式エンジンの制御パターンの一例
を、図5のタイムチャートを参照しつつ説明する。
An example of a control pattern of the direct injection engine will be described with reference to a time chart of FIG.

【0043】図5において、t0 はエンジンの始動開始
時点、t1 は始動完了時点であり、その間のエンジン始
動期間中(t0〜t1)は、インジェクタ11からの燃料噴
射が吸気行程噴射のみとされる。このようにしているの
は、エンジン始動時に圧縮行程噴射を行なうと気化、霧
化が悪くて点火プラグへの燃料のかぶりによる失火を招
き易いことから、気化、霧化の時間を稼ぐべく吸気行程
噴射を行なうことが好ましく、また、前記のように図3
に示す燃料系では始動時に高圧ポンプが充分に作動しな
いため燃圧が吸気行程噴射が可能な程度の低圧とされる
ためである。
In FIG. 5, t 0 is the start time of the engine start and t 1 is the completion time of the start. During the engine start period (t 0 to t 1 ), the fuel injection from the injector 11 is performed during the intake stroke injection. Only. The reason for this is that if the compression stroke injection is performed at the start of the engine, vaporization and atomization are poor and misfiring is likely to occur due to fogging of fuel into the spark plug, so the intake stroke to increase the time of vaporization and atomization Injection is preferably performed, and as described above, FIG.
This is because, in the fuel system shown in (1), the high-pressure pump does not operate sufficiently at the time of starting, so that the fuel pressure is low enough to allow the intake stroke injection.

【0044】エンジンの始動完了時点t1 以後で、か
つ、触媒及びエンジンが冷機状態にあるときは、分割噴
射が行われ、つまり、インジェクタ11からの燃料噴射
が吸気行程と圧縮行程とで行われる。この分割噴射時
に、燃焼室全体としての空燃比は略理論空燃比(λ≒
1)となるように総燃料噴射量が制御されつつ、そのう
ちの所定割合の燃料が吸気行程初期に噴射され、残りの
燃料が圧縮行程後期に噴射される。これにより、点火プ
ラグ10付近に理論空燃比もしくはこれよりリッチな混
合気が形成されるとともに、その周囲に理論空燃比より
リーンな混合気が形成されるようにする。
After the engine start completion time t 1 and when the catalyst and the engine are in a cold state, split injection is performed, that is, fuel injection from the injector 11 is performed in the intake stroke and the compression stroke. . At the time of this split injection, the air-fuel ratio of the entire combustion chamber is substantially the stoichiometric air-fuel ratio (λ ≒
While the total fuel injection amount is controlled so as to satisfy 1), a predetermined percentage of the fuel is injected at the beginning of the intake stroke, and the remaining fuel is injected at the latter stage of the compression stroke. As a result, a stoichiometric air-fuel ratio or a mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio is formed in the vicinity of the ignition plug 10, and a mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is formed around the stoichiometric air-fuel ratio.

【0045】この場合、点火プラグ10付近に理論空燃
比もしくはこれよりリッチな混合気が火種として有効な
程度に存在し、点火プラグ10付近を除く燃焼室5の大
部分にリーンな混合気が分布するように、吸気行程での
噴射量を圧縮行程での噴射量よりも多くするとともに、
エンジン負荷が高くなるにつれて圧縮行程噴射に対する
吸気行程噴射の割合を多くすることが好ましい。
In this case, a stoichiometric air-fuel ratio or a mixture richer than the stoichiometric air-fuel ratio exists in the vicinity of the ignition plug 10 to the extent that it is effective as a spark, and a lean mixture is distributed over most of the combustion chamber 5 except for the vicinity of the ignition plug 10. So that the injection amount in the intake stroke is larger than the injection amount in the compression stroke,
It is preferable to increase the ratio of the intake stroke injection to the compression stroke injection as the engine load increases.

【0046】また、触媒冷機時におけるインジェクタ1
1の総燃料噴射量の制御は、O2 センサ21が活性化す
るまではオープン制御、O2 センサ活性後はフィードバ
ック制御とされる。そして、上記オープン制御時にも燃
焼室全体の空燃比が略理論空燃比となるように、吸入空
気量に応じて燃料噴射量が演算される。ただし、このオ
ープン制御時の空燃比(A/F)は13〜17の範囲で
要求に応じて多少リーンもしくはリッチとしておいても
よい。なお、O2 センサ21の活性の判定は、O2 セン
サ出力の反転を調べることにより行なう。あるいは、エ
ンジン始動から所定時間が経過したときにO2 センサ2
1が活性化したと判定する。
Further, when the catalyst 1 is cooled, the injector 1
The first control of the total fuel injection amount is open control until the O 2 sensor 21 is activated, and feedback control after the O 2 sensor is activated. Then, the fuel injection amount is calculated according to the intake air amount so that the air-fuel ratio of the entire combustion chamber becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio even during the open control. However, the air-fuel ratio (A / F) at the time of this open control may be slightly lean or rich as required in the range of 13 to 17. The determination of the activity of the O 2 sensor 21 is performed by checking the inversion of the output of the O 2 sensor. Alternatively, when a predetermined time has elapsed since the start of the engine, the O 2 sensor 2
1 is determined to be activated.

【0047】触媒冷機時における点火時期の制御として
は、同図に実線で示すようにMBT等の基本点火時期に
保つようにしておいてもよいが、同図に破線で示すよう
に始動完了後のある程度の期間に少しだけリタードさせ
てもよい。とくに、エンジンのアイドル時等の極低負荷
時で、燃料噴射量が少ないために分割噴射を行なうとパ
ルス幅と燃料噴射量との関係が線形特性を維持できなく
なる程度にまでパルス幅が小さくなる(図4中の二点鎖
線)ような場合には、点火時期のリタードを行なうとと
もに、空気量及び燃料噴射量の増量補正を行なうことが
好ましい。
As for the control of the ignition timing when the catalyst is cold, the basic ignition timing such as MBT may be maintained as shown by the solid line in FIG. May be slightly retarded for a certain period of time. Particularly, when the fuel injection amount is small and the fuel injection amount is small at an extremely low load such as when the engine is idling, the pulse width is reduced to such an extent that the relationship between the pulse width and the fuel injection amount cannot maintain a linear characteristic. In such a case (two-dot chain line in FIG. 4), it is preferable to perform retardation of the ignition timing and increase correction of the air amount and the fuel injection amount.

【0048】触媒暖機状態となった時点以後で、エンジ
ンが冷機状態にあるときは、吸気行程噴射のみ行なう状
態に切換えられる。さらに、エンジン暖機状態となった
時点以後は、圧縮行程噴射のみによる成層燃焼状態に切
換えられる。圧縮行程噴射のみによる成層燃焼状態とさ
れるときは、空燃比をリーンとすべく、スロットル弁が
18が開かれる。なお、上記分割噴射から吸気行程噴射
への切換えは、触媒暖機状態となった時点からある程度
のタイムラグをもって行なうようにしてもよく、また、
吸気行程噴射から圧縮行程噴射への切換えも、ある程度
のタイムラグをもって行なうようにしてもよい。
If the engine is in a cold state after the catalyst warm-up state, the state is switched to a state in which only the intake stroke injection is performed. Further, after the engine is warmed up, the state is switched to the stratified combustion state only by the compression stroke injection. When the stratified combustion state is achieved only by the compression stroke injection, the throttle valve 18 is opened to make the air-fuel ratio lean. The switching from the split injection to the intake stroke injection may be performed with a certain time lag from the time when the catalyst is warmed up.
Switching from the intake stroke injection to the compression stroke injection may be performed with a certain time lag.

【0049】以上のような当実施形態の筒内噴射式エン
ジンによると、エンジン始動後において触媒が冷機状態
にあるときは、燃焼室全体としては略理論空燃比となる
ように燃料噴射量が制御されつつ、分割噴射が行なわれ
る。そして、吸気行程噴射により噴射燃料が拡散して、
上記点火プラグ10付近の区域の周囲に理論空燃比より
もリーンな混合気が形成されるとともに、圧縮行程後期
の燃料噴射により点火プラグ10付近の区域に理論空燃
比もしくはこれよりリッチな空燃比の混合気が形成され
る。
According to the in-cylinder injection engine of this embodiment as described above, when the catalyst is in a cold state after the engine is started, the fuel injection amount is controlled so that the entire combustion chamber has a substantially stoichiometric air-fuel ratio. While being performed, split injection is performed. And the injected fuel is diffused by the intake stroke injection,
An air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is formed around the area near the ignition plug 10, and a stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is formed in the area near the ignition plug 10 by fuel injection in the latter stage of the compression stroke. An air-fuel mixture is formed.

【0050】このような燃料供給状態とされることによ
り、エンジン本体1から排気通路16へ排出されるH
C、CO及びNOxの量が低減されるとともに、触媒の
暖機が促進される。これらの作用を、図6を参照しつつ
具体的に説明する。
With such a fuel supply state, H discharged from the engine body 1 to the exhaust passage 16 is
The amounts of C, CO and NOx are reduced, and the warm-up of the catalyst is promoted. These operations will be specifically described with reference to FIG.

【0051】図6(a)及び(b)は、吸気ポートにイ
ンジェクタを備えたエンジンによる場合と、燃料を直接
燃焼室内に噴射するインジェクタを備えた筒内噴射式エ
ンジン(直噴エンジン)において吸気行程噴射のみを行
なった場合と、筒内噴射式エンジン(直噴エンジン)に
おいて吸気行程噴射と圧縮行程噴射の分割噴射を行なっ
た場合とについてそれぞれ、エンジン本体からのHC排
出量及びNOx排出量の測定結果を示している。また、
同図(c)及び(d)は、筒内噴射式エンジン(直噴エ
ンジン)において吸気行程噴射のみを行なった場合と分
割噴射を行なった場合とにつき、排気ガス温度及び燃費
率の測定結果を示している。
FIGS. 6 (a) and 6 (b) show intake air in the case of an engine having an injector at an intake port, and in the in-cylinder injection type engine (direct injection engine) having an injector for directly injecting fuel into a combustion chamber. In the case where only the stroke injection is performed and the case where the split injection of the intake stroke injection and the compression stroke injection is performed in the in-cylinder injection type engine (direct injection engine), the HC emission amount and the NOx emission amount from the engine main body are respectively determined. The measurement results are shown. Also,
(C) and (d) show the measurement results of the exhaust gas temperature and the fuel efficiency in the case where only the intake stroke injection is performed and the case where the split injection is performed in the direct injection engine (direct injection engine). Is shown.

【0052】これらの測定結果は、エンジン回転数が1
500rpm、平均有効圧力がPe=3kg/cm2、空燃比
がλ=1(理論空燃比)という条件下で行なった測定に
よるものである。
These measurement results show that the engine speed is 1
The measurement was performed under the conditions of 500 rpm, an average effective pressure of Pe = 3 kg / cm 2 , and an air-fuel ratio of λ = 1 (theoretical air-fuel ratio).

【0053】なお、空燃比をλ=1としているのは、リ
ッチであるとHC排出量が増加し、リーンであると冷機
時における燃焼安定性や暖機促進等の面で不利となり、
また、触媒が完全暖機に至る前でもある程度触媒機能を
発揮し始める状態になってからは触媒による浄化性能を
できるだけ高めるためにλ=1とする方が有利だからで
ある。つまり、当実施形態において分割噴射が行なわれ
ている触媒冷機状態のとき(触媒の完全暖機前)でも、
ある程度温度が高くなると触媒が次第に機能し始め、こ
のときに、三元触媒が用いられていれば理論空燃比でH
C、COおよびNOxが浄化され、また、最近開発され
ているリーン状態でもNOxをある程度浄化し得るよう
な触媒であっても、理論空燃比にある方がNOx浄化率
が高くなる。
The reason why the air-fuel ratio is set to λ = 1 is that when the air-fuel ratio is rich, the amount of HC emission increases, and when the air-fuel ratio is lean, it is disadvantageous in terms of combustion stability at the time of cold operation and promotion of warm-up.
Also, after the catalyst has started to exhibit a catalytic function to some extent even before the catalyst is completely warmed up, it is more advantageous to set λ = 1 in order to increase the purification performance of the catalyst as much as possible. In other words, even when the catalyst is in the cold state where the split injection is performed in this embodiment (before the catalyst is completely warmed up),
When the temperature rises to some extent, the catalyst gradually starts to function. At this time, if a three-way catalyst is used, the stoichiometric air-fuel ratio becomes H
C, CO and NOx are purified, and even a recently developed catalyst capable of purifying NOx to some extent even in a lean state has a higher NOx purification rate when it has a stoichiometric air-fuel ratio.

【0054】図6(a)及び(b)に示すように、筒内
噴射式エンジンで分割噴射を行なった場合は、ポート噴
射エンジンによる場合及び筒内噴射式エンジンで吸気行
程噴射を行なった場合のいずれと比べても、HCの排出
量とNOxの排出量がともに大幅に低減され、具体的に
はHCの排出量が45%程度減少し、NOxの排出量が
50%以上減少した。さらに、同図(c)に示すよう
に、筒内噴射式エンジンの分割噴射によると、吸気行程
噴射と比べ、排気温度が大幅に(65〜70°C程度)
上昇した。
As shown in FIGS. 6A and 6B, when the split injection is performed by the direct injection engine, the case of the port injection engine and the case of performing the intake stroke injection by the direct injection engine are described. Compared with any of the above, both the emission amount of HC and the emission amount of NOx were significantly reduced, specifically, the emission amount of HC decreased by about 45%, and the emission amount of NOx decreased by 50% or more. Further, as shown in FIG. 3 (c), according to the split injection of the in-cylinder injection engine, the exhaust gas temperature is significantly higher (about 65 to 70 ° C.) as compared with the intake stroke injection.
Rose.

【0055】また、同図(d)に示すように、筒内噴射
式エンジンの分割噴射によると、吸気行程噴射と比べて
燃費は多少(4〜5%)悪化する。つまり、上記のよう
な排気温度上昇のために燃焼エネルギーが消費されるの
で、多少の燃費悪化はやむを得ない。もっとも、点火時
期をリタードさせた場合と比べると燃費悪化の度合は格
段に小さくなる。つまり、点火時期をリタードさせるこ
とによっても排気温度上昇およびHC、NOx低減の効
果は得られるが、点火時期のリタードによるだけでは排
気温度を50°C程度上昇させようとすると燃費が25
%程度も悪化し、これと比べ、上記分割噴射によると排
気温度が大幅に(65〜70°C程度)上昇しながら燃
費の悪化は4〜5%ですむ。
Further, as shown in FIG. 5D, the fuel consumption is slightly (4 to 5%) worse than the intake stroke injection according to the split injection of the direct injection type engine. In other words, the combustion energy is consumed for the above-mentioned increase in the exhaust gas temperature, so that the fuel efficiency is somewhat deteriorated. However, as compared with the case where the ignition timing is retarded, the degree of fuel consumption deterioration is significantly smaller. In other words, the effect of raising the exhaust gas temperature and reducing HC and NOx can be obtained by retarding the ignition timing. However, if the exhaust gas temperature is raised by about 50 ° C. only by the retardation of the ignition timing, the fuel consumption becomes 25%.
%, Compared to this, the above-described split injection significantly increases the exhaust gas temperature (about 65 to 70 ° C.) while reducing the fuel consumption by 4 to 5%.

【0056】上記分割噴射によりHC、NOx低減効果
及び排気温度上昇促進効果が得られる理由は、次の通り
である。
The reason why the above-described split injection achieves the effect of reducing HC and NOx and the effect of promoting an increase in exhaust gas temperature is as follows.

【0057】分割噴射により点火プラグ10付近の区域
にλ≦1の比較的リッチな混合気、その周囲にλ>1の
リーンな混合気が存在している状態で着火されると、先
ず点火プラグ10付近の混合気が燃焼し、この混合気は
比較的リッチであるため、初期燃焼速度が早くなるが、
余剰O2 が存在しないことからNOxの発生は抑制され
る。また、この段階では点火プラグまわりに余剰燃料が
存在する。
When the fuel is ignited in a state where a relatively rich air-fuel mixture of λ ≦ 1 exists in the area near the spark plug 10 and a lean air-fuel mixture of λ> 1 exists around the area by the divided injection, first, the ignition plug The air-fuel mixture near 10 burns, and since this air-fuel mixture is relatively rich, the initial combustion speed increases,
Generation of NOx from the excess O 2 is not present is suppressed. At this stage, surplus fuel exists around the spark plug.

【0058】次に、燃焼が周囲へ広がって主燃焼状態へ
と移行し、周囲の混合気はリーンであるため緩慢燃焼と
なる。この場合、一般に適度の余剰酸素が存在するA/
F=16〜17程度のリーン空燃比での燃焼時にNOx
排出量が多くなる傾向があるが、上記余剰燃料がリーン
空燃比層の酸素を奪いつつ燃焼していくことで燃焼室内
の酸素濃度が低下するためNOxの発生が抑制される。
また、単にリーン空燃比で着火、燃焼が行われる場合は
燃焼速度が遅くなることに対応して点火時期のMBTは
進角側に移行するが、当実施形態による場合は上記初期
燃焼状態での燃焼速度が速いためにアドバンスさせなく
てよく、このことはリーン空燃比で点火時期をリタード
したのと同様となり、これによってもNOxが低減さ
れ、かつ、排気温度上昇及びHC低減の効果も得られ
る。さらに、初期燃焼により生じた既燃ガスが内部EG
R効果をもたらし、これによってもNOxを低減する作
用が得られる。
Next, the combustion spreads to the surroundings and shifts to the main combustion state. Since the surrounding air-fuel mixture is lean, slow combustion occurs. In this case, in general, A /
NOx during combustion at a lean air-fuel ratio of about F = 16-17
Although the amount of emissions tends to increase, the excess fuel burns while depriving the lean air-fuel ratio layer of oxygen, thereby lowering the oxygen concentration in the combustion chamber, thereby suppressing the generation of NOx.
Further, when ignition and combustion are performed simply at a lean air-fuel ratio, the MBT of the ignition timing shifts to the advanced side in response to the decrease in the combustion speed. Since the combustion speed is high, it is not necessary to advance the ignition timing. This is similar to the case where the ignition timing is retarded with a lean air-fuel ratio, which also reduces NOx, and also has an effect of increasing exhaust gas temperature and reducing HC. . Further, the burned gas generated by the initial combustion is reduced to internal EG.
An R effect is brought about, whereby the effect of reducing NOx is obtained.

【0059】また、上記のように点火プラグ付近に生じ
た余剰燃料は次第にリーン混合気層の酸素を奪って燃焼
し、その燃焼が最後まで続いて所謂後燃え状態となるこ
とにより、HCを低減させるとともに、排気温度を上昇
させる。
The surplus fuel generated near the ignition plug as described above gradually deprives the lean mixture layer of oxygen and burns, and the combustion continues until the end to form a so-called post-burning state, thereby reducing HC. And the exhaust temperature is increased.

【0060】これらの現象で、HC、NOx低減と排気
温度上昇の効果が得られる。
With these phenomena, the effects of reducing HC and NOx and increasing the exhaust gas temperature can be obtained.

【0061】このように、触媒冷機状態のときに分割噴
射を行なうと、エンジンからのHC(及びCO)とNO
xの排出量が大幅に減少することにより触媒による浄化
作用が充分に得られない状況下でのエミッションが改善
されるとともに、排気温度の上昇が促進されることで触
媒の暖機が早められ、触媒の浄化作用が充分に得られな
い期間が短くなる。また、分割噴射時に燃焼室全体の空
燃比は略理論空燃比とされることにより、完全暖機前で
もある程度温度が上昇して触媒が機能し始める状態とな
ってからの浄化性能が高められる。これらの作用によ
り、エミッションが大幅に改善される。
As described above, when the split injection is performed in the catalyst cold state, HC (and CO) from the engine and NO
The emission of x is greatly reduced, thereby improving the emission under the condition that the purifying action by the catalyst is not sufficiently obtained, and increasing the exhaust gas temperature to accelerate the warm-up of the catalyst, The period during which the catalyst cannot sufficiently purify is shortened. In addition, since the air-fuel ratio of the entire combustion chamber at the time of the split injection is set to substantially the stoichiometric air-fuel ratio, the purification performance after the temperature rises to some extent even before the complete warm-up and the catalyst starts to function can be enhanced. These actions significantly improve emissions.

【0062】そして、点火時期は必ずしもリタードしな
くても分割噴射により上記効果が得られるが、分割噴射
に加えて図5中に破線で示すように点火時期をリタード
すれば、これらの相乗作用により、触媒暖機促進等の効
果がより一層高められる。
The above effect can be obtained by the split injection even if the ignition timing is not necessarily retarded. However, if the ignition timing is retarded as shown by a broken line in FIG. Further, the effect of promoting the warm-up of the catalyst can be further enhanced.

【0063】とくに、燃料噴射量が極めて少ないアイド
ル時等の極低負荷時に、点火時期をリタードするととも
に、空気量及び燃料噴射量の増量補正を行なうようにす
ると、触媒暖機促進及びトルク制御が効果的に行われ
る。すなわち、一般にインジェクタはパルス幅が所定の
下限値より小さくなるとパルス幅と燃料噴射量との関係
が線形特性を維持できなくて充分な燃料コントロール精
度が得られなくなるため、燃料噴射量が極めて少ない極
低負荷に分割噴射を行なうとパルス幅が上記下限値より
小さくなる可能性がある。このような状況下で燃料噴射
量を増量補正すると分割噴射してもパルス幅を上記下限
値以上に保つことができ、燃料コントロール精度を維持
し得る。しかも、点火時期リタードによるトルク低下分
と空気量及び燃料噴射量の増量によるトルク上昇分とが
相殺されて要求トルクが維持される。そして、分割噴射
に加え、点火時期がリタードされること及び燃料噴射量
が増量されることによっても排気温度が上昇し、触媒暖
機が促進される。
Particularly, when the ignition timing is retarded and the amount of air and the amount of fuel injection are increased and the amount of fuel injection is increased and corrected at the time of extremely low load such as during idling when the fuel injection amount is extremely small, catalyst warm-up and torque control are improved. Done effectively. That is, in general, when the pulse width is smaller than a predetermined lower limit, the relationship between the pulse width and the fuel injection amount cannot maintain a linear characteristic, and sufficient fuel control accuracy cannot be obtained. If the split injection is performed at a low load, the pulse width may be smaller than the lower limit. In such a situation, when the fuel injection amount is increased and corrected, the pulse width can be maintained at or above the lower limit even if the divided injection is performed, and the fuel control accuracy can be maintained. In addition, the torque decrease due to the ignition timing retard and the torque increase due to the increase in the air amount and the fuel injection amount are canceled, and the required torque is maintained. Then, in addition to the split injection, the ignition timing is retarded and the fuel injection amount is increased, so that the exhaust gas temperature is increased and the catalyst warm-up is promoted.

【0064】もっとも、このように点火時期をリタード
させるにしても、分割噴射を行なわずに点火時期リター
ドだけで排気温度上昇等の効果を同程度にもたせようと
する場合と比べると、リタード量は充分に小さくし得る
ため、燃費の悪化は抑制される。
However, even if the ignition timing is retarded in this manner, the retard amount is smaller than that in the case where the effect of increasing the exhaust gas temperature and the like is achieved by using only the ignition timing retard without performing the split injection. Since it can be made sufficiently small, deterioration of fuel efficiency is suppressed.

【0065】また、触媒暖機後においてエンジン暖機状
態となるまでは、空燃比が理論空燃比に保たれつつ吸気
行程噴射のみ行われる状態に切換えられ、これにより、
図6(d)から理解されるように分割噴射に比べて燃費
が良くなる。そして、触媒暖機後は触媒による排気浄化
作用でエミッションが良好に保たれ、また、空燃比がリ
ーンとされる場合よりはエンジンの暖機促進に有利とな
る。
Further, after the catalyst is warmed up, until the engine is warmed up, the air-fuel ratio is switched to a state in which only the intake stroke injection is performed while maintaining the stoichiometric air-fuel ratio.
As understood from FIG. 6D, the fuel efficiency is improved as compared with the split injection. Then, after the catalyst is warmed up, the emission is kept good by the exhaust gas purifying action of the catalyst, and it is more advantageous for promoting the warming-up of the engine than when the air-fuel ratio is made lean.

【0066】エンジン暖機後は、少なくとも低負荷時
に、空燃比が大幅なリーン状態(例えばA/F≧30)
とされつつ、圧縮行程噴射のみが行われる。これによ
り、点火プラグ10付近に混合気が偏在する状態となっ
て成層燃焼が行われ、燃焼安定性が確保されつつ大幅な
リーン化により燃費が改善される。そして、このように
圧縮行程噴射で成層化が行われると空燃比(A/F)が
30程度のリーン状態でも充分に燃焼安定性が高められ
て、多量のEGRを導入することも可能であるので、E
GRバルブ24を開いてEGR通路23からEGRを導
入することにより、NOxを低減することができる。
After the engine is warmed up, at least at a low load, the air-fuel ratio is largely lean (for example, A / F ≧ 30).
And only the compression stroke injection is performed. As a result, stratified charge combustion is performed in a state in which the air-fuel mixture is unevenly distributed in the vicinity of the ignition plug 10, and the fuel efficiency is improved by significantly leaning while ensuring combustion stability. When the stratification is performed by the compression stroke injection as described above, the combustion stability is sufficiently improved even in the lean state where the air-fuel ratio (A / F) is about 30, and a large amount of EGR can be introduced. So E
NOx can be reduced by opening the GR valve 24 and introducing EGR from the EGR passage 23.

【0067】なお、エンジンの高速高負荷時には、均一
燃焼を行なわせるべく吸気行程噴射とされるとともに、
空燃比が出力確保のために必要な程度にリッチ側に制御
される。この場合、触媒装置が排気通路中でエンジン本
体に近い位置(例えば排気マニホールドに直結)となっ
ていると、高速高負荷時に触媒の過熱防止のため、空燃
比を出力空燃比以上のオーバーリッチ状態として過剰燃
料の気化潜熱で排気温度の引き下げることが必要とな
り、燃費の悪化を招く。そこで当実施形態では、高速燃
費改善のため高速高負荷時に空燃比を出力空燃比(A/
F=13程度)もしくはこれよりリーンにする一方、触
媒装置22を排気マニホールド16aの下流の排気管1
6bの途中に設けてエンジン本体1から遠ざけるように
することで触媒の過熱を防止している。そして、このよ
うに触媒装置22をエンジン本体1から遠ざけるとエン
ジン始動後の触媒暖機にとっては不利となるが、上記の
ように触媒冷機時には分割噴射により暖機促進及びH
C、NOxの低減が図られる。
When the engine is running at a high speed and a high load, the intake stroke is injected to perform uniform combustion.
The air-fuel ratio is controlled to the rich side necessary to secure output. In this case, if the catalyst device is located in a position close to the engine body in the exhaust passage (for example, directly connected to the exhaust manifold), the air-fuel ratio is set to an over-rich state higher than the output air-fuel ratio in order to prevent overheating of the catalyst at high speed and high load. As a result, it is necessary to lower the exhaust gas temperature due to the latent heat of vaporization of excess fuel, which leads to deterioration of fuel efficiency. Therefore, in the present embodiment, the air-fuel ratio is changed to the output air-fuel ratio (A /
F = about 13) or leaner than this, and the catalyst device 22 is connected to the exhaust pipe 1 downstream of the exhaust manifold 16a.
The catalyst is prevented from being overheated by being provided in the middle of 6b and being kept away from the engine body 1. If the catalyst device 22 is moved away from the engine body 1 in this manner, it is disadvantageous for the catalyst warm-up after the engine is started.
C and NOx are reduced.

【0068】ところで、上記分割噴射が行なわれるとき
に、図1に示すような構造において吸気行程噴射及び圧
縮行程噴射の各タイミングが前記の図4に示すように設
定されることで好ましい混合気分布状態が得られる。
By the way, when the above-mentioned split injection is carried out, in the structure as shown in FIG. 1, the respective timings of the intake stroke injection and the compression stroke injection are set as shown in FIG. The state is obtained.

【0069】すなわち、圧縮行程噴射時には、燃焼室5
の周縁部に設けられたインジェクタ11からの噴射燃料
がピストン4の頂部のキャビティ13内に向かうように
噴射開始時期が設定されることにより、噴射燃料がキャ
ビティ13で反射されて点火プラグ10付近に達し、点
火プラグ10付近に比較的リッチな混合気層を形成す
る。
That is, during the compression stroke injection, the combustion chamber 5
The injection start timing is set such that the fuel injected from the injector 11 provided at the peripheral portion of the fuel injector 11 goes into the cavity 13 at the top of the piston 4, so that the injected fuel is reflected by the cavity 13 and near the spark plug 10. And a relatively rich mixture layer is formed near the ignition plug 10.

【0070】一方、吸気行程噴射時には、上記インジェ
クタ11からの噴射燃料が上記キャビティ13からはず
れるような噴射タイミングとされることにより噴射燃料
が拡散し、点火プラグ10付近の区域の周囲に均一でリ
ーンな混合気層を形成する。とくに、吸気行程噴射の噴
射開始時期がATDC70°±20°CAとされること
により、シリンダ壁への燃料付着が抑制され、HC排出
量が低減される。この効果を図7に示すデータを参照し
つつ説明する。
On the other hand, at the time of the intake stroke injection, the injection fuel is diffused by setting the injection timing such that the fuel injected from the injector 11 is disengaged from the cavity 13, and the fuel is uniformly distributed around the area near the spark plug 10. To form an appropriate mixture layer. In particular, by setting the injection start timing of the intake stroke injection to be ATDC 70 ° ± 20 ° CA, fuel adhesion to the cylinder wall is suppressed, and the amount of HC emission is reduced. This effect will be described with reference to data shown in FIG.

【0071】図7は、吸気行程噴射タイミングを種々変
えた場合のシリンダ壁への燃料付着割合の変化とそれに
伴うHC排出量の変化についてのデータを示すものであ
り、黒丸印は、図1に示す構造で吸気行程噴射の噴射開
始時期がATDC45°CA、ATDC90°CA、A
TDC135°CA、ATDC180°CAの各場合に
ついてCFDにより求めたシリンダ壁への燃料付着割合
を示しており、白丸印は図1に示す構造の実機を用いて
吸気行程噴射の噴射開始時期を種々変えた場合のHC排
出濃度の測定データを示している。また、三角印は、イ
ンジェクタを燃焼室の中央に設けて下向きに燃料を噴射
するようにした構造で吸気行程噴射の噴射開始時期がA
TDC90°CA、ATDC135°CA、ATDC1
80°CAの各場合についてCFDにより求めたシリン
ダ壁への燃料付着割合を示している。
FIG. 7 shows data on the change in the fuel adhesion ratio to the cylinder wall and the change in the HC discharge amount when the intake stroke injection timing is variously changed. In the structure shown, the injection start timing of the intake stroke injection is ATDC 45 ° CA, ATDC 90 ° CA, A
In each case of TDC 135 ° CA and ATDC 180 ° CA, the ratio of fuel adhesion to the cylinder wall determined by CFD is shown, and white circles show various changes in the injection start timing of the intake stroke injection using the actual machine having the structure shown in FIG. Shows the measured data of the HC emission concentration in the case of the above. The triangle mark indicates a structure in which the injector is provided at the center of the combustion chamber to inject fuel downward, and the injection start timing of the intake stroke injection is A.
TDC 90 ° CA, ATDC 135 ° CA, ATDC1
The fuel adhesion ratio to the cylinder wall obtained by CFD for each case of 80 ° CA is shown.

【0072】この図のように、インジェクタを燃焼室の
中央に設けて下向きに燃料を噴射する場合は噴射タイミ
ングが変化しても上記燃料付着割合はあまり変化しない
が、図1のようにインジェクタ11を燃焼室5の周縁部
に設けた場合は噴射タイミングによって上記燃料付着割
合が大きく変化し、それに伴ってHC排出量も変動す
る。そして、ATDC70°CA程度でHC排出量が最
も少なくなる。このような傾向が生じるのは、次のよう
な理由によるものと推測される。
As shown in this figure, when the injector is provided at the center of the combustion chamber and the fuel is injected downward, the fuel adhesion ratio does not change much even if the injection timing changes, but as shown in FIG. Is provided in the peripheral portion of the combustion chamber 5, the above-mentioned fuel adhesion ratio greatly changes depending on the injection timing, and the HC discharge amount also changes accordingly. At around 70 ° CA ATDC, the amount of HC emission is minimized. It is presumed that such a tendency occurs for the following reasons.

【0073】すなわち、ピストン4が上死点に極めて近
い位置にある状態で燃料が噴射されるとピストン頂部で
反射した燃料がシリンダ壁へ多く付着する。ピストン4
が上死点からある程度離れた位置で下降している状態に
あるATDC70°CA程度では、噴射燃料のピストン
頂部での反射が少なくなるとともに、ピストンの下降に
伴い燃料が下方に引き込まれることにより、適度に燃料
が拡散されながらもシリンダ壁への燃料付着が少なくな
る。また、ピストン4が上死点から大きく離れたところ
で燃料が噴射されると直接シリンダ壁まで達して燃料付
着が多くなる。
That is, when fuel is injected in a state where the piston 4 is very close to the top dead center, a large amount of fuel reflected at the top of the piston adheres to the cylinder wall. Piston 4
At about 70 ° CA at which ATDC is lowered at a position distant from top dead center to some extent, the reflection of the injected fuel at the top of the piston is reduced, and the fuel is drawn downward as the piston is lowered. Fuel adhesion to the cylinder wall is reduced while the fuel is diffused appropriately. Further, when the fuel is injected when the piston 4 is far away from the top dead center, the fuel directly reaches the cylinder wall and the amount of fuel adhesion increases.

【0074】そして、シリンダ壁に付着した燃料は燃焼
し難く、HC(及びCO)として排出されるため、シリ
ンダ壁への燃料付着量に対応してHC排出量が変化す
る。
The fuel adhering to the cylinder wall is hard to burn and is discharged as HC (and CO), so that the amount of HC discharge changes according to the amount of fuel adhering to the cylinder wall.

【0075】このようなデータから、吸気行程噴射の開
始時期をATDC70°CA程度(ATDC70°±2
0°CAの範囲)とすれば、シリンダ壁への燃料付着が
極力少なくされ、吸気行程噴射時のHC排出量が低減さ
れる。
From such data, the start timing of the intake stroke injection is set to about ATDC 70 ° CA (ATDC 70 ° ± 2
If it is within the range of 0 ° CA), the amount of fuel adhering to the cylinder wall is reduced as much as possible, and the amount of HC emission during the intake stroke injection is reduced.

【0076】上記分割噴射時に、上記吸気流動制御弁1
7を閉じることによってスワールを生成すれば、燃焼室
内の混合気の燃焼性が向上され、とくに吸気行程噴射に
よるリーン混合気層での燃焼性が向上されるため、HC
排出量がより一層低減される。
At the time of the split injection, the intake flow control valve 1
If the swirl is generated by closing the fuel cell 7, the combustibility of the air-fuel mixture in the combustion chamber is improved, and in particular, the combustibility of the air-fuel mixture in the lean air-fuel mixture layer due to the intake stroke injection is improved.
Emissions are further reduced.

【0077】また、上記分割噴射時のほかに、触媒暖機
後でエンジン冷機状態のとき等、吸気行程のみで燃料噴
射が行なわれるときにも、その噴射タイミングを上記分
割噴射における吸気行程噴射の噴射タイミングと同様に
設定されることにより、HC排出量が低減される。
In addition to the above-described split injection, when fuel injection is performed only in the intake stroke, such as when the engine is cold after the catalyst is warmed up, the injection timing of the intake stroke injection in the split injection is adjusted. By setting the same as the injection timing, the HC emission amount is reduced.

【0078】なお、筒内噴射式エンジンの制御パターン
は、図5に示すものに限定されず、種々変更可能であ
る。
The control pattern of the direct injection engine is not limited to that shown in FIG. 5, but can be variously changed.

【0079】例えば、エンジンの始動が完了してからの
触媒冷機時の制御として、エンジン始動完了直後は燃料
の気化霧化を良くするため吸気行程噴射とした状態で点
火時期をリタードし、触媒冷機状態でもある程度エンジ
ン温度が上がった状態となってから分割噴射を行なうよ
うにしてもよい。
For example, as control during catalyst cooling after engine start is completed, immediately after engine start is completed, ignition timing is retarded in an intake stroke injection in order to improve vaporization and atomization of fuel. Even in this state, split injection may be performed after the engine temperature has risen to some extent.

【0080】また、上記実施形態では、触媒暖機後でエ
ンジンが冷機状態のときは理論空燃比での吸気行程噴射
を行なうようにしているが、触媒暖機後もエンジンが冷
機状態にあるときに分割噴射を行なうようにしてもよ
い。このようにすると、この上記実施形態と比べ、触媒
暖機からエンジン暖機までの期間をおいて、燃費は多少
悪くなるものの、暖機促進及びエミッション改善の効果
は高められる。つまり、この期間は触媒が既に活性化し
ていることにより、所定の浄化率でHC及びNOxが浄
化されるが、同じ浄化率でもエンジン本体からのHC、
NOxの排出量が変わればそれに応じて浄化後のHC、
NOxの量が変化するので、分割噴射によりエンジンか
らのHC、NOxの排出量を低減すればエミッションが
より一層改善される。
In the above embodiment, the intake stroke injection at the stoichiometric air-fuel ratio is performed when the engine is in a cold state after the catalyst is warmed up. However, when the engine is in a cold state after the catalyst is warmed up. May be performed separately. In this way, compared to the above-described embodiment, the fuel consumption is slightly deteriorated in the period from the catalyst warm-up to the engine warm-up, but the effects of warm-up promotion and emission improvement are enhanced. That is, during this period, since the catalyst has already been activated, HC and NOx are purified at a predetermined purification rate.
If the NOx emission changes, the purified HC,
Since the amount of NOx changes, emission can be further improved by reducing the amount of HC and NOx emissions from the engine by split injection.

【0081】また、エンジン暖機後でも低負荷運転域等
で分割噴射を行なうようにすれば、エンジンからのH
C、NOxの排出量が低減されることにより、触媒によ
る浄化後のHC、NOxの量がより一層低減される。
If split injection is performed in a low load operation range or the like even after the engine is warmed up, H
By reducing the emission amounts of C and NOx, the amounts of HC and NOx after purification by the catalyst are further reduced.

【0082】また、上記実施形態では分割噴射時等に吸
気流動制御弁17を制御することで燃焼室内にスワール
を生成するようにしているが、スワールの代りにタンブ
ルを生成するようにしてもよい。
In the above embodiment, swirl is generated in the combustion chamber by controlling the intake flow control valve 17 at the time of split injection or the like, but a tumble may be generated instead of swirl. .

【0083】[0083]

【発明の効果】本発明の筒内噴射式エンジンは、燃焼室
の略中央部に点火プラグを配置するとともに、上記燃焼
室の周縁部にインジェクタを、斜め下方に向けて燃料を
噴射するように配置した筒内噴射式エンジンにおいて、
吸気行程で燃料噴射を行なうときの噴射開始時期をクラ
ンク角で上死点後70°±20°の範囲内に設定したこ
とにより、吸気行程噴射による噴射燃料を燃焼室内で適
度に拡散させながら、シリンダ壁への燃料付着を少なく
することができる。このため、HC、COの排出量を低
減し、エミッションを改善することができる。
According to the in-cylinder injection engine of the present invention, an ignition plug is disposed substantially at the center of the combustion chamber, and an injector is injected at a peripheral portion of the combustion chamber so as to inject fuel obliquely downward. In the arranged direct injection engine,
By setting the injection start timing when performing fuel injection in the intake stroke within a range of 70 ° ± 20 ° after the top dead center in crank angle, while appropriately diffusing the injected fuel by the intake stroke injection in the combustion chamber, Fuel adhesion to the cylinder wall can be reduced. For this reason, the emission amount of HC and CO can be reduced, and the emission can be improved.

【0084】また、特定運転域で、吸気行程と圧縮行程
とにそれぞれ燃料を噴射する分割噴射を行なった場合、
点火プラグ付近に比較的リッチな混合気が形成されると
ともにその周囲に比較的リーンな混合気が形成されるよ
うな混合気分布状態となって、HC及びNOxの低減等
に有利となるが、この場合にも吸気行程噴射のタイミン
グを上記のように設定することで、HC等の排出量をよ
り一層低減することができる。
In the specific operation range, when the fuel injection is performed in each of the intake stroke and the compression stroke, the split injection is performed.
Although a relatively rich air-fuel mixture is formed near the ignition plug and a relatively lean air-fuel mixture is formed around the air-fuel mixture, the air-fuel mixture is distributed, which is advantageous for reducing HC and NOx. Also in this case, by setting the timing of the intake stroke injection as described above, the emission amount of HC and the like can be further reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジン
のエンジン本体部分の構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an engine body of a direct injection engine according to an embodiment of the present invention.

【図2】筒内噴射式エンジン全体の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of the whole direct injection engine.

【図3】燃料系統の構成説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration of a fuel system.

【図4】インジェクタにより分割噴射が行われるときの
吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の噴射パルスを示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing injection pulses of an intake stroke injection and a compression stroke injection when split injection is performed by an injector.

【図5】制御パターンの一例を示すタイムチャートであ
る。
FIG. 5 is a time chart showing an example of a control pattern.

【図6】ポート噴射エンジン、直噴エンジンによる吸気
行程噴射及び分割噴射の各場合の比較データを示すグラ
フであって、(a)はHC排出量、(b)はNOx排出
量、(c)は排気温度、(d)は燃費率をそれぞれ示し
ている。
FIGS. 6A and 6B are graphs showing comparison data in each case of an intake stroke injection and a split injection by a port injection engine and a direct injection engine, wherein FIG. 6A shows HC emission, FIG. 6B shows NOx emission, and FIG. Indicates the exhaust temperature, and (d) indicates the fuel efficiency.

【図7】筒内噴射式エンジンにおいて吸気行程噴射のタ
イミングを種々変えた場合のシリンダ壁への燃料付着割
合及びHC排出量の変化を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a change in a fuel adhesion ratio to a cylinder wall and a change in HC emission when the timing of intake stroke injection is variously changed in a direct injection engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン本体 4 ピストン 5 燃焼室 10 点火プラグ 11 インジェクタ 13 キャビティ 17 吸気流動制御弁 30 ECU 31 燃料噴射制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 4 Piston 5 Combustion chamber 10 Spark plug 11 Injector 13 Cavity 17 Intake flow control valve 30 ECU 31 Fuel injection control means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02D 41/34 F02D 41/34 H F (72)発明者 太田 統之 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02D 41/34 F02D 41/34 HF (72) Inventor Noriyuki Ota 3-1, Fuchu-cho Shinchi, Aki-gun, Hiroshima Prefecture Mazda Motor Corporation Inside

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダボア内のピストンの上方に形成
された燃焼室の略中央部に点火プラグを配置するととも
に、上記燃焼室の周縁部にインジェクタを、斜め下方に
向けて燃料を噴射するように配置した筒内噴射式エンジ
ンにおいて、エンジンの特定運転状態で、上記インジェ
クタから噴射燃料の少なくとも一部を吸気行程で噴射す
るように制御する燃料噴射制御手段を設けるとともに、
この吸気行程での燃料噴射の噴射開始時期をクランク角
で上死点後70°±20°の範囲内に設定したことを特
徴とする筒内噴射式エンジン。
An ignition plug is disposed at a substantially central portion of a combustion chamber formed above a piston in a cylinder bore, and an injector is provided at a peripheral portion of the combustion chamber so as to inject fuel obliquely downward. In the arranged in-cylinder injection engine, while providing a fuel injection control means for controlling the injector to inject at least a part of the injected fuel in an intake stroke in a specific operation state of the engine,
An in-cylinder injection engine characterized in that the injection start timing of the fuel injection in this intake stroke is set within a range of 70 ° ± 20 ° after the top dead center in crank angle.
【請求項2】 エンジンの特定運転状態で、上記インジ
ェクタから吸気行程と圧縮行程とにそれぞれ燃料を噴射
する分割噴射を行なうようにしたことを特徴とする請求
項1記載の筒内噴射式エンジン。
2. The direct injection engine according to claim 1, wherein in a specific operation state of the engine, split injection is performed in which fuel is injected from the injector during an intake stroke and a compression stroke, respectively.
【請求項3】 上記ピストンの頂部に凹状のキャビティ
を設け、圧縮行程噴射では噴射方向が上記キャビティ内
に向いて、キャビティで反射された燃料が点火プラグ付
近に達するようにする一方、吸気行程噴射では噴射方向
が上記キャビティから外れるように設定したことを特徴
とする請求項2記載の筒内噴射式エンジン。
3. A concave cavity is provided at the top of the piston, and in the compression stroke injection, the injection direction is directed into the cavity so that the fuel reflected by the cavity reaches the vicinity of the spark plug, while the intake stroke injection is performed. 3. The direct injection engine according to claim 2, wherein the injection direction is set so as to deviate from the cavity.
【請求項4】 吸気上死点と吸気行程噴射の噴射開始時
期との間のクランク角(θ1)と、圧縮行程噴射の噴射
開始時期と圧縮上死点との角のクランク角(θ2)との
関係が、θ1≧θ2となるように設定したことを特徴と
する請求項3記載の筒内噴射式エンジン。
4. A crank angle (θ1) between an intake top dead center and an injection start timing of an intake stroke injection, and a crank angle (θ2) between an injection start timing of a compression stroke injection and a compression top dead center. The in-cylinder injection engine according to claim 3, wherein the relationship is set so that? 1?? 2.
【請求項5】 燃焼室内にスワールを生成するスワール
生成手段を設けるとともに、上記燃料噴射制御手段によ
って上記インジェクタから噴射燃料の少なくとも一部を
吸気行程で噴射するように制御されているときに上記ス
ワール生成手段が作動するようにしたことを特徴とする
請求項1乃至4のいずれかに記載の筒内噴射式エンジ
ン。
5. A swirl generating means for generating a swirl in a combustion chamber, and the swirl is controlled when the fuel injection control means controls at least a part of the injected fuel from the injector during an intake stroke. 5. The direct injection engine according to claim 1, wherein the generating means is operated.
【請求項6】 燃焼室内にタンブルを生成するタンブル
生成手段を設けるとともに、上記燃料噴射制御手段によ
って上記インジェクタから噴射燃料の少なくとも一部を
吸気行程で噴射するように制御されているときに上記タ
ンブル生成手段が作動するようにしたことを特徴とする
請求項1乃至4のいずれかに記載の筒内噴射式エンジ
ン。
6. A tumble generating means for generating a tumble in a combustion chamber, wherein the tumble control means controls at least a part of the injected fuel from the injector to be injected in an intake stroke by the fuel injection control means. 5. The direct injection engine according to claim 1, wherein the generating means is operated.
【請求項7】 シリンダボア内のピストンの上方に形成
された燃焼室の略中央部に点火プラグを配置するととも
に、上記燃焼室の周縁部にインジェクタを、斜め下方に
向けて燃料を噴射するように配置した筒内噴射式エンジ
ンにおいて、エンジンの特定運転状態で、上記インジェ
クタから吸気行程と圧縮行程とにそれぞれ燃料を噴射す
る分割噴射を行なうように制御する燃料噴射制御手段を
設けるとともに、上記ピストンの頂部に凹状のキャビテ
ィを設け、圧縮行程噴射では噴射方向が上記キャビティ
内に向いて、キャビティで反射された燃料が点火プラグ
付近に達するようにする一方、吸気行程噴射では噴射方
向が上記キャビティから外れるように設定したことを特
徴とする筒内噴射式エンジン。
7. A spark plug is disposed at a substantially central portion of a combustion chamber formed above a piston in a cylinder bore, and an injector is provided at a peripheral portion of the combustion chamber so as to inject fuel obliquely downward. In the arranged direct injection engine, fuel injection control means for controlling the injector to perform split injection for injecting fuel into the intake stroke and the compression stroke, respectively, in a specific operating state of the engine, and A concave cavity is provided at the top so that the injection direction is directed into the cavity during the compression stroke injection so that the fuel reflected by the cavity reaches the vicinity of the spark plug, while the injection direction deviates from the cavity during the intake stroke injection. An in-cylinder injection engine characterized in that:
【請求項8】 シリンダボア内のピストンの上方に形成
された燃焼室の略中央部に点火プラグを配置するととも
に、上記燃焼室の周縁部にインジェクタを、斜め下方に
向けて燃料を噴射するように配置した筒内噴射式エンジ
ンにおいて、エンジンの特定運転状態で上記インジェク
タから吸気行程と圧縮行程とにそれぞれ燃料を噴射する
分割噴射を行なうように制御する燃料噴射制御手段を設
けるとともに、上記ピストンの頂部に凹状のキャビティ
を設け、圧縮行程噴射による噴射燃料が上記キャビティ
で反射されて点火プラグ付近に達するようにし、かつ、
吸気上死点と吸気行程噴射の噴射開始時期との間のクラ
ンク角(θ1)と、圧縮行程噴射の噴射開始時期と圧縮
上死点との角のクランク角(θ2)との関係が、θ1≧
θ2となるように設定したことを特徴とする筒内噴射式
エンジン。
8. A spark plug is disposed at a substantially central portion of a combustion chamber formed above a piston in a cylinder bore, and an injector is provided at a peripheral portion of the combustion chamber so as to inject fuel obliquely downward. In the arranged in-cylinder injection engine, fuel injection control means for performing split injection for injecting fuel into the intake stroke and the compression stroke from the injector in a specific operating state of the engine is provided, and the top of the piston is provided. Is provided with a concave cavity, so that the fuel injected by the compression stroke injection is reflected by the cavity and reaches near the spark plug, and
The relationship between the crank angle (θ1) between the intake top dead center and the injection start timing of the intake stroke injection and the crank angle (θ2) between the injection start timing of the compression stroke injection and the compression top dead center is θ1. ≧
An in-cylinder injection engine, which is set to be θ2.
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