WO2002038924A1 - Cylinder injection engine and method of controlling the engine - Google Patents

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WO2002038924A1
WO2002038924A1 PCT/JP2000/007623 JP0007623W WO0238924A1 WO 2002038924 A1 WO2002038924 A1 WO 2002038924A1 JP 0007623 W JP0007623 W JP 0007623W WO 0238924 A1 WO0238924 A1 WO 0238924A1
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cylinder
spray
engine
injection engine
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PCT/JP2000/007623
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Takuya Shiraishi
Toshiharu Nogi
Minoru Oosuga
Yuusuke Kihara
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Hitachi, Ltd.
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a direct injection engine that directly injects fuel into a combustion chamber of an engine, and a control method thereof.
  • a direct injection engine for directly injecting fuel into a combustion chamber a MAN-FM system developed in the 1970s has been known. In this method, fuel is injected into a depression provided in the piston and ignites and burns before the spray spreads.
  • this method used a pilot fuel injection valve that applied diesel technology at the time, so the response was slow and it was difficult to control the injection timing accurately.
  • electromagnetic fuel injectors with good responsiveness became mainstream, and the injection timing controllability developed remarkably.
  • the conventional high-pressure DI system had the problem that the power to increase the fuel pressure was one of the factors that deteriorated fuel efficiency.
  • the high-pressure DI system is an additional component of the high-pressure fuel supply system in addition to the intake port injection (MPI) system that injects fuel into the intake port at a pressure of 0.3 MPa, which causes cost increase. . This increase in cost has prevented the in-cylinder injection engine from spreading to the market.
  • MPI intake port injection
  • Another object of the present invention is to provide a direct injection engine capable of improving fuel efficiency and a control method thereof.
  • the fuel pressure is lower than the pressure used in the conventional high-pressure DI system, the loss when the fuel is boosted is reduced, fuel efficiency is improved, and lean combustion is possible while keeping the fuel pressure low.
  • Another object of the present invention is to provide an in-cylinder injection engine capable of further improving fuel efficiency in a high-pressure DI system and a control method thereof.
  • the present invention relates to a direct injection engine having a fuel injection valve for injecting fuel into a cylinder to form a fuel spray, wherein the fuel injection valve comprises a flat fuel spray. And an air flow generating means for generating an air flow between the flat surface and the piston top surface and the cylinder wall surface.
  • an in-cylinder injection engine having a fuel injection valve that injects fuel into a cylinder to form a fuel spray, wherein the fuel injection valve has a flat fuel spray.
  • An air layer generating means for injecting the gas into the cylinder and generating an air layer between the piston top surface and the cylinder wall surface and the flat spray is provided.
  • an in-cylinder injection engine having a fuel injection valve that injects fuel into a cylinder to form a fuel spray, wherein the fuel injection valve has a flat fuel spray. Injecting into the cylinder and flat injection on both sides of this flat spray An air flow generating means for generating an air flow by sandwiching the mist is provided. With this configuration, stratified charge combustion near the spark plug is enabled, and fuel efficiency can be improved.
  • the present invention provides a method for controlling an in-cylinder injection engine having a fuel injection valve for injecting fuel into a cylinder to form a fuel spray.
  • the injection valve is provided with air flow generating means for injecting the flat fuel spray into the cylinder and generating air flow between the piston top surface and the cylinder wall surface and the flat spray, and the air flow generating means for the engine by the air flow generating means.
  • the fuel is injected from the fuel injection valve at any timing from the intake stroke to the first half of the compression stroke.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of a direct injection engine according to a first embodiment of the present invention.
  • the engine 21 includes a crank mechanism 24, and the volume of the combustion chamber 22 is changed by the operation of the piston 23 connected to the crank mechanism 24. Air is sucked into the engine 21 by the up and down movement of the piston 23, and the gas after combustion is discharged. At the time of air intake, the cam 7 opens the intake valve 35. Also, when exhausting the gas after combustion, the cam 7 opens the exhaust valve 36. The engine 21 is cooled by cooling water flowing in the cooling water passage 20.
  • the amount of intake air is controlled by a throttle valve 3 arranged in an intake pipe 4.
  • the throttle valve 3 is an electronically controlled throttle valve driven by a motor. You.
  • the control unit 1 takes in the change amount of the accelerator pedal as an electric signal and controls the opening of the throttle valve 3 according to the electric signal.
  • An air amount sensor 2 provided upstream of the throttle valve 3 measures the amount of air taken into the engine 21.
  • the inhaled air fills a collector 5 provided in the intake pipe 4.
  • the collector 5 has an effect of suppressing a pressure fluctuation in the intake pipe 4.
  • the collector 5 is connected to an EGR passage 27.
  • the £ 01 passage 27 connects the exhaust pipe 12 and the collector 5 and an EGR control valve 9 is provided on the way.
  • the control unit 1 controls the EGR control valve 9 to vary the EGR gas return flow.
  • the EGR gas and the intake air are mixed.
  • the mixed gas is drawn into the combustion chamber 22 of the engine 21.
  • An air flow control valve 6 provided downstream of the collector 5 generates an air
  • the fuel 17 stored in the fuel tank 16 is supplied to the fuel injection valve 19 after the pressure is increased to a preset value by the fuel pump 18.
  • the control unit 1 calculates an injection pulse width based on the value measured by the air amount sensor 2 so as to attain a preset air-fuel ratio, and supplies an injection pulse signal to the fuel injection valve 19.
  • the fuel injection valve 19 injects fuel directly into the cylinder of the engine 21, that is, into the combustion chamber 22 according to an injection signal from the control unit 1.
  • the fuel pump 18 also operates based on the control signal from the control unit.
  • the exhaust gas discharged from the combustion chamber 22 removes harmful components (for example, HC, NOX, CO) in the exhaust gas by the catalyst 11 attached to the exhaust pipe 12. Further, the catalyst 14 may be added in order to remove components that have not been completely purified by the catalyst 11.
  • An air-fuel ratio sensor 10 is mounted upstream of the catalyst 11, an exhaust gas temperature sensor 13 is mounted upstream of the catalyst 14, and an oxygen sensor is mounted downstream of the catalyst 14. Sensor 15 is installed. These sensors 10, 13, and 15 constantly sense various kinds of information on exhaust gas and reflect the information in control unit 1.
  • the number of revolutions of the engine 21 is measured using, for example, an output signal of a crank angle sensor 25 attached to a crankshaft 24 and a pickup 26, and is taken into the control unit 1.
  • the fuel pressure supplied from the fuel pump 18 to the fuel injection valve 19 is the fuel pressure of the conventional high-pressure DI 5-1 That is, it is set to about 2 MPa, which is lower than OMPa.
  • the structure of the fuel pump can be simplified and the cost can be reduced.
  • a feed pump that is disposed in the fuel tank 16 and supplies fuel to the high pressure fuel pump is required, but in the present embodiment, the feed pump is not used. It is.
  • the injection possible period is set from the intake stroke in which the pressure in the combustion chamber 22 becomes about the atmospheric pressure to the first half of the compression stroke.
  • an ignitable mixture air-fuel ratio of about 10 to 14
  • the fuel spray injected from the fuel injection valve 19 is formed as flat spray, and both sides of the flat spray are sandwiched by air flow. The mixture is concentrated around the spark plug.
  • FIG. 2 is a bottom view of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. That is, FIG. 2, for example, shows a state in which the engine head 30 constituting one combustion chamber 22 of a four-cylinder engine is viewed from the piston side.
  • FIG. 3 is a sectional view of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. That is, FIG. 3 shows a cross section including the spark plug 34 of the engine shown in FIG. 2 and 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
  • the piston reciprocates in the vertical direction (Z-axis direction) toward the drawing.
  • the round hole 3 1 is an engine block that does not show the engine head 30 This is a hole through which a bolt for fixing to is mounted.
  • the cooling water passage 20 cooling water for cooling the engine flows.
  • the combustion chamber 22 is provided with an intake valve 35, exhaust pulp 36, and a spark plug 34.
  • fuel 38 is injected into the combustion chamber 22 from the injection port 33 of the fuel injection valve 19 attached to the engine head 30.
  • the points in this embodiment are the shape of the spray 38 to be injected and the air flow 37 generated in the combustion chamber 22.
  • the central axis of the combustion injector 19 is parallel to the XY plane.
  • the fuel spray 38 injected into the combustion chamber 22 has a flat shape that is narrow in the X-axis direction (on the XY plane) as shown in FIG. 2 and spread on the YZ plane as shown in FIG. It is.
  • the configuration of the fuel injection valve 19 for injecting such flat spray will be described later with reference to FIG.
  • the air flow 37 (37A, 37B) generated in the combustion chamber 22 passes through two intake valves 35 as shown in FIG. Yes, creates air flow between piston top and cylinder wall and flat spray. That is, the air flow 37 A. 37 B is formed on both sides of the fuel spray 38 so as to sandwich the fuel spray 38.
  • the air flow 37 is an airflow that rotates in the combustion chamber 22 in the vertical direction as shown in FIG.
  • the vertical direction is a rotation in the YZ plane shown in FIG. This air current can be regarded as forming an air layer because the flow velocity decreases over time.
  • the fuel spray 38 injected into the combustion chamber 22 is sandwiched between the air flows 37A and 37B, and diffuses outward (in the X-axis direction) of the combustion chamber 22. Is prevented and centralized in the center. Since the pressure of the fuel injected from the fuel injection valve 19 is lower than that of the conventional high-pressure DI, the injectable period is from the intake stroke to the first half of the compression stroke. When the fuel is injected at such a timing, the fuel spray tends to spread in the combustion chamber 22. In the present embodiment, however, the mixture is prevented from diffusing by sandwiching the spray between two air flows. can do.
  • the trapped air-fuel mixture is held in the center of the combustion chamber 22 until the latter half of the compression stroke, and can be concentrated around the ignition flag 34 and stratified. Therefore, fuel injection at a lower pressure than before is possible, and stratified combustion is also possible.
  • Conventional high-pressure DI As in the case of, lean combustion with an air-fuel ratio of about 40 is possible, so that fuel efficiency and exhaust performance can be improved as in the conventional high-pressure DI.
  • FIGS. 4 and 5 are explanatory diagrams of the shape of the fuel spray injected from the combustion injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows the spray shape on the Y-Z plane shown in FIG.
  • FIG. 5 shows the spray shape on the XY plane shown in FIG. 4 and 5, the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 3 indicate the same parts.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention in the compression stroke.
  • the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 indicate the same parts.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a change in the air-fuel ratio depending on the spray shape of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • the fuel supplied from the fuel supply port 40 passes through the inside of the fuel injection valve 19 and is injected as a fuel spray 38 from the injection port in the nozzle 42 of the hull.
  • the spray angle of the fuel spray 38 on the XY plane shown in FIG. 2 is 0 t.
  • the spray angle of the fuel spray 38 in the YZ plane shown in FIG. The spray angle 0 t is a flat spray smaller than the spray angle Sc.
  • the spray angle 0c shown in FIG. 4 is the same as the spray angle of a normal high-pressure DI fuel injection valve. As shown in FIG. 3, when the spray angle Sc increases, the fuel spray is directly blown onto the inner cylindrical wall of the combustion chamber 22, the top face of the combustion chamber 22, and the spark plug 34. Will adhere to the walls and the like. In order to avoid them, the spray angle 0c is, for example, in the range of 60 to 80 degrees.
  • FIGS. Fig. 6 shows the condition inside the combustion chamber at the timing corresponding to the ignition timing in the latter half of the compression stroke.
  • a simulation was performed on the air-fuel mixture distribution in the combustion chamber at the timing corresponding to the ignition timing in the latter half of the compression stroke when flat spray was injected at the bottom dead center.
  • Figure 7 shows the area around the plug (radius around the plug gap) when the spray angle 0 t was changed. The area of 3.5 m: The air-fuel ratio of the arrow A in the figure) is shown.
  • the spray angle 0 t when the spray angle 0 t is 45 degrees, the air-fuel ratio around the plug is about 33, and becomes about 15 at 22.5 degrees. Furthermore, if it is set to 8 degrees, the air-fuel ratio around the plug will be 14. In stratified combustion, the air-fuel ratio of the entire combustion chamber is about 40, but ignitable mixture with an air-fuel ratio of 15 or less needs to be concentrated around the plug. Therefore, in the case of the combustion method in which the flat spray is sandwiched between air flows as in the present embodiment, the spray angle St of the narrow flat spray is set to 22.5 degrees or less, which is necessary for stratified combustion. It was found that an air-fuel mixture with an appropriate air-fuel ratio could be formed around the plug.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the fuel injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • the fuel supplied from the fuel supply port 40 shown in FIG. 4 passes through the center hole of the core 51 disposed at the center of the fuel injection valve 19, and passes through the fuel passage 58 provided in the plunger 57.
  • 'A valve body 63 for shutting off the injection port 64 and the fuel reservoir 60 is attached to the tip of the plunger 57.
  • the plunger 57 and the valve element 63 are pressed against the injection port 64 by the action of the spring 52.
  • the pressing force can be adjusted by a spring adjuster 53.
  • An atomizer 65 is attached to the tip of the nozzle 64.
  • the atomizer 65 is for forming a flat spray, and details thereof will be described later with reference to FIGS. 10 to 12.
  • An electric signal (current) from the control unit 1 shown in FIG. 1 is conducted to the coil 50 arranged in the pop pin 54 shown in FIG. 6 via the connector 41 shown in FIG.
  • a magnetic force is generated around the coil 50.
  • the anchor 56 joined to the plunger 57 by welding or the like is attracted by the magnetic force generated by the coil 50, and is repelled by the spring force to pull up the plunger 57. I can.
  • the plunger 57 is raised to a point where it strikes the stop 59, and maintains a constant stroke while current is flowing through the coil 50.
  • the plunger 57 When the energization of the coil 50 is completed, the plunger 57 is pressed against the injection port 64 by the action of the spring 52, and shuts off the fuel reservoir 60 and the injection port 64.
  • the nozzle 42 that forms the fuel reservoir 60 together with the plunger 57 is joined to the body 55 of the fuel injection valve 19 by welding or the like.
  • a nozzle 61 having a groove for imparting swirling to the fuel is mounted in the nozzle 42 so as to improve the atomization of the injected fuel.
  • the spooler 61 is arranged in the nozzle 42 as shown in FIG.
  • the stirrer has a turning groove 61 extending in a tangential direction of the valve element 63. The fuel that has passed through the swirl groove 62 of the spooler 61 from the fuel reservoir 60 passes through the gap between the valve body 63 and the injection port 64 and is injected from the opening of the atomizer 65.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an atomizer of a fuel injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a sectional view taken along the arrow B in FIG.
  • FIG. 12 is a bottom view of FIG.
  • the atomizer 65 includes a cross slit groove including an upper slit 66 and lower slits 67A and 67B.
  • the upper slit 66 is disposed so as to pass through the central axis of the valve body 63.
  • the lower slits 67A and 67B are arranged so as to be orthogonal to the upper slit 66, respectively.
  • the lower slits 67 A, 67 B are provided at a distance of 0.5 W 1 from the center axis of the valve body 63.
  • the atomizer 65 is joined to the tip of the nozzle 42 by welding or the like.
  • the narrow spray angle 0 t of the flat spray is determined by the width W 1 between the lower slit 67 A and the lower slit 67 A.
  • the wider spray angle ⁇ c is the length L 1 of the lower slit 2 7 and the lower slit 2 It is determined by the groove depth D1 of 7. For example, when the spray angle Sc is 70 degrees, the length L1 is 3 mm and the groove depth D1 is 0.5 mm.
  • the flat spray can be formed only by joining the atomizer 65 to the tip of the existing fuel injection valve, so that the manufacture is easy. Further, by changing the shape of the cross slit groove, the spray angle of the flat spray can be relatively easily changed in design.
  • the fuel flow rate can be determined by the following equation (1).
  • the fuel flow rate Q is proportional to the square root of the pressure difference ( ⁇ ) between the fuel pressure P f and the pressure at the injection location, that is, the combustion chamber pressure P c. Furthermore, it is proportional to the channel area A.
  • the flow coefficient ⁇ in Equation (1) is 1. If the fuel pressure is kept almost constant, the fuel flow rate can be determined only by the flow passage area, and the injection valve design becomes easy.
  • the flow path area is the area of the portion 69 where the upper slit 66 and the lower slit 67 overlap. That is, the flow path area is also the opening area of the nozzle 42.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of the relationship between the flow area and the fuel flow rate in the cross-slit fuel injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis represents the flow path cross-sectional area (mm 2 ), and the vertical axis represents the fuel flow rate.
  • the channel cross-sectional area is the area of a portion 69 where the upper slit 66 and the lower slit 67 overlap.
  • the fuel flow rate is represented by a flow rate per minute in a state where the plunger 57 is sucked by the coil 50 and is fully charged. From the test results of atomizers of various shapes in which the fuel pressure was set at 2MPa and the flow path area was changed, as shown by the solid line, it was found that the flow path area and the fuel flow rate were almost proportional.
  • the displacement per cylinder will be 165 cc. In this case, since the fuel flow rate is 260 cCZ, the flow path area is 0.16 mm 2 . If the target engine is a 2.5-liter 4-cylinder engine, the displacement per cylinder will be 625 cc. In this case, since the fuel flow rate is 98 Occ / min, the flow path area is 0.60 mm 2 . That is, the exhaust amount of one cylinder skilled Insufficient For 165 cc ⁇ 625 cc, the flow channel area are those may be the 0. 16 mm 2 ⁇ 0 ⁇ 60mm 2.
  • the displacement per cylinder of the engine is in the range of 400 to 50 Occ. Engines in this range have bore diameters of 80 to 90 mm for each cylinder. In this case, the required flow rate to cover the entire operation range is about 600 to 80 OccZ. Flow passage area for morphism injection the required flow rate thus becomes approximately 0. 35 ⁇ 0. 5mm 2.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of another atomizer of the fuel injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the arrow B in FIG.
  • FIG. 16 is a bottom view of FIG.
  • the overall configuration of the fuel injection valve according to the present embodiment is the same as that shown in FIG.
  • an injection port 64 is provided at the tip of the nozzle 4 2 ′, and as shown in FIG. 16, the shape of the injection port 64 is an elongated slit shape.
  • the narrow spray angle 0 t of the flat spray is determined by the narrow width W 2 of the nozzle 64 and the height D 2 of the nozzle 64.
  • the wider spray angle 0 c is determined by the opening angle ⁇ 1 of the nozzles 64.
  • FIG. 17 is a perspective view of the in-cylinder injection engine according to the first embodiment of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 18 is a view on arrow C of FIG.
  • FIG. 19 is a perspective view of the in-cylinder injection engine according to the first embodiment of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 20 is a view on arrow D of FIG. 1 to 3 indicate the same parts.
  • FIGS. 17 and 18 show a state in which the air flow control valve 6 is closed.
  • the fuel injection valve 19 is installed in a mounting hole 79 between two passages where the intake port 72 is branched.
  • the flat spray is injected on the surface including the fuel injector mounting position 79 and the spark plug 34, but it is necessary to minimize the interference with the air flow to prevent the diffusion of the fuel spray. . Therefore, it is desirable that the air flow for sandwiching the fuel spray be located as far away from the center of the combustion chamber as possible.
  • bulkheads 76A and 76B are provided in the intake port 72 and the valved port.
  • an air flow control plate 73 that constitutes the air flow control valve 6 is installed in the inner passages 78 A and 78 B separated by the bulkheads 76 A and 76 B to prevent air flow. I do.
  • a connection shaft 7 4 passes through the intake port 7 2, and the air flow control plate 7 3 is attached to the shaft 74 by mounting screws 75.
  • the connecting shaft 74 is configured to be rotatable by a drive device (not shown) (for example, a step motor, a diaphragm, or the like). Therefore, it is possible to adjust the air flow according to the operating conditions. In the state shown in FIGS.
  • the air flowing through the intake port 72 passes through the passages 77 A and 77 B outside the partition walls 76 A and 76 B, It flows like arrows El and E2.
  • the straightening of the air flow can prevent interference between flat spray and air flow in the combustion chamber. This is effective when performing stratified combustion.
  • FIGS. 19 and 20 show a state in which the air flow control valve 6 is opened.
  • the air flowing through the intake port 72 flows to both the passages 77 A, 77 B, 78 A, and 78 B separated by the partition walls 76 A, 76 B.
  • the flow flows like arrows E 1 A, E 1 B, E 2 A, and E 2 B.
  • Flows such as arrows E 1 B and E 2 B are effective for homogeneous combustion because they serve to diffuse the fuel spray near the center of the cylinder.
  • the output torque can be improved by efficiently mixing the fuel spray and intake air and increasing the air utilization rate.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram of the relationship between the open / closed state of the air flow control valve and the flow velocity distribution in the intake port in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis represents the horizontal position in the intake port
  • the vertical axis represents the flow velocity normalized at the maximum flow. Note that the flow velocity shown on the vertical axis is a position downstream of the air flow control valve 6 by a distance L2 as shown in FIG.
  • the distance L2 is, for example, 10 mm.
  • FIG. 22 is a perspective view of another configuration of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention as viewed from above.
  • FIG. 23 is a view on arrow F of FIG.
  • the same reference numerals in FIGS. 17 to 20 denote the same parts.
  • the air flow control valve 6 ' is applied to an engine having independent intake ports 72A and 72B.
  • In-cylinder injection engines tend to have fuel injectors 19 between two intake ports, so designs that increase the space between intake ports to secure fuel injector mounting positions 79 are becoming mainstream. .
  • the air flow control plates 73A and 73B as the air flow control valves 6 'at the intake ports 72A and 72B, respectively, as shown in FIG.
  • the air flow can be formed by closing the air flow control valve 6 ′.
  • stratified combustion can be performed even when the injection timing is the first half of the intake stroke to the compression stroke, and mixing during homogeneous combustion can be achieved by opening and closing the air flow control valve. Can promote and improve output.
  • FIG. 24 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a fuel pump in a fuel supply system used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a view taken in the direction of arrow B—B in FIG.
  • the conventional high-pressure DI system has two pumps, a feed pump and a high-pressure fuel pump, in the piping from the fuel tank to the engine, this embodiment uses only one pump.
  • a high-pressure fuel pump has no capacity to suck in fluid, and a feed pump has been used to supply fuel to the high-pressure fuel pump.
  • High-pressure fuel pumps are mainly driven by engine power, and are installed near the engine. As a result, it cannot be located below the fuel tank position, so a feed pump is inevitably required in high-pressure DI systems.
  • the pump structure since the fuel pressure is low, the pump structure is simplified, and the power source for driving the pump and the degree of freedom of the arrangement of the pump are increased.
  • the fuel pump 18 is a gear pump having a structure in which fuel is delivered by rotation of two gears 102, 103.
  • the pump 18 is rotated by connecting a power source to the power coupling 100.
  • the shaft 107 connected to the coupling 100 is rotatably supported by a bearing 101.
  • the drive gear 102 is fixed to the shaft 107.
  • the driven gear 103 is engaged with the drive gear 102.
  • the drive gear 102 and the driven gear 103 are interposed between the two side plates 104 and 105, and have a structure for preventing fuel from leaking to the gear side.
  • the side plates 104 and 105 are supported by thrust bearings 106.
  • the fuel pump can be simplified and the cost can be reduced.
  • FIG. 26 is a system configuration diagram showing a configuration of a fuel supply system used for the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
  • Pump 18 is located in fuel 86 in fuel tank 87.
  • the pump 18 is driven by a motor 89 arranged outside the fuel tank 87.
  • a pipe 83 to the engine is connected to a discharge port of the pump 18, and is connected to a common rail 81.
  • a regulator 84 for adjusting the fuel pressure and a fuel pressure sensor 82 for sensing the fuel pressure in the pipe are mounted.
  • Regulayer 84 is to mechanically adjust the fuel pressure to a preset value. In addition, based on the signal from the fuel pressure sensor 82, the fuel pressure It may be one that controls the force. Further, the control unit 1 issues a control command to the impeller 8.8 for controlling the rotation speed of the motor 89 based on the output signal of the fuel pressure sensor 82 to control the motor rotation speed, that is, the pump rotation speed. I do. Next, the relationship between the rotation speed of the gear pump and the efficiency will be described with reference to FIG.
  • FIG. 27 is an explanatory diagram showing the relationship between the rotation speed and the efficiency of the gear pump of the fuel pump used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis indicates (pump rotation speed (rpm) Z maximum rotation speed (rpm)), and the vertical axis indicates pump efficiency (%).
  • the efficiency of the gear pump described in FIGS. 24 and 25 tends to decrease as the rotational speed decreases.
  • the drop in pump efficiency is due to leakage from the gear gap or the gap on the side plate side.
  • the control unit 1 is used to control the number of pumps 18 to control the amount of fuel discharged from the pump 18.
  • FIG. 28 is a system configuration diagram showing another configuration of the fuel supply system used for the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 26 indicate the same parts.
  • the fuel pump 18 is driven by the engine, and is arranged near the engine.
  • the fuel tank 87 is provided with a shutoff valve 92 that closes the opening from the fuel supply port 91. Air is pumped into the fuel tank 87 by a pump 90 driven by a motor 89 to pressurize the space inside the fuel tank 87. By pressurizing the inside of the fuel tank 87, it is possible to supply fuel to the fuel injection valve 19 with one fuel pump 18 even when the suction capacity of the fuel pump 18 is low.
  • the fuel efficiency of the direct injection engine can be further improved.
  • the fuel pressure is lower than the pressure used in the conventional high-pressure DI system, the loss during pressurization of fuel and fuel is reduced, fuel efficiency is improved, and lean combustion is possible while keeping the fuel pressure low.
  • the fuel efficiency and exhaust performance can be made equal to those of the high-pressure DI system. Since the fuel pressure can be reduced, the fuel supply system can be simplified by using only one fuel pump.
  • fuel efficiency can be further improved.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, fuel efficiency in a direct injection engine can be further improved.

Abstract

A cylinder injection engine capable of improving a fuel efficiency, and a method of controlling the engine, wherein a fuel injection nozzle (19) injects flat-shaped fuel spray into a cylinder, and an air flow control valve (6) generates air flow motion between the piston top surface and cylinder wall surface and the flat spray.

Description

明 細 書 筒内噴射エンジンおよびその制御方法 技術分野 本発明は、 エンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射エンジンおよびそ の制御方法に関する。 背景技術 従来、 燃焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射エンジンとしては、 1 9 7 0年代 に開発された MAN— F M方式が知られている。 この方式は、 ピストンに設けた 窪みに燃料を噴射し、 噴霧が拡散する前に着火して燃焼させるものである。 しか しながら、 この方式では、 当時のディーゼル技術を応用したパイロット式燃料噴 射弁を用いていたため、 応答が遅く、 正確な噴射時期の制御が困難であった。 それに対して、 1 9 9 0年代になって電子制御技術の進歩により、 応答性の良 い電磁式燃料噴射弁が主流となり、 噴射時期制御性が格段に発展したことから、 例えば、 特開平 7— 1 1 7 5 5 8号公報に記載されているように、 高圧燃料を用 いた筒内噴射方式が開発されてきた。 発明の開示 しかしながら、 このような高圧で燃料を噴射する筒内噴射 (D I ) システムで は、 エンジンのクランク軸またはカム軸に接続された高圧燃料ポンプを駆動させ て燃料の圧力を高めている。 噴射される燃料の圧力は、 例えば、 5〜1 0 M P a 程度の高圧であり、 圧縮行程の後半で燃料を噴射するようにしている。 エンジン の燃焼室に噴射されながった高圧燃料は、 高圧レギユレ一夕を通り減圧されて低 圧配管または燃料タンクに戻る。 従来の高圧 D Iシステムでは、 燃料の圧力を昇圧する動力が燃費を悪化させる 要因の 1つになっているという問題があった。 また、 高圧 D Iシステムは、 吸気 ポートに 0 . 3 M P aの圧力で燃料を噴射する吸気ポート噴射 (M P I ) システ ムに対して高圧燃料供給系が追加部品となり、 コストアップの要因となっている。 このコストアップは、 筒内噴射エンジンの市場への普及を妨げている。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a direct injection engine that directly injects fuel into a combustion chamber of an engine, and a control method thereof. BACKGROUND ART Conventionally, as a direct injection engine for directly injecting fuel into a combustion chamber, a MAN-FM system developed in the 1970s has been known. In this method, fuel is injected into a depression provided in the piston and ignites and burns before the spray spreads. However, this method used a pilot fuel injection valve that applied diesel technology at the time, so the response was slow and it was difficult to control the injection timing accurately. On the other hand, in the 1990's, with the advance of electronic control technology, electromagnetic fuel injectors with good responsiveness became mainstream, and the injection timing controllability developed remarkably. — As described in Japanese Patent Publication No. 115758, an in-cylinder injection system using high-pressure fuel has been developed. DISCLOSURE OF THE INVENTION However, in a direct injection (DI) system that injects fuel at such a high pressure, the pressure of the fuel is increased by driving a high-pressure fuel pump connected to a crankshaft or a camshaft of the engine. The pressure of the injected fuel is, for example, a high pressure of about 5 to 10 MPa, and the fuel is injected in the latter half of the compression stroke. The high-pressure fuel that has not been injected into the combustion chamber of the engine is depressurized through the high-pressure regulator and returns to the low-pressure pipe or fuel tank. The conventional high-pressure DI system had the problem that the power to increase the fuel pressure was one of the factors that deteriorated fuel efficiency. In addition, the high-pressure DI system is an additional component of the high-pressure fuel supply system in addition to the intake port injection (MPI) system that injects fuel into the intake port at a pressure of 0.3 MPa, which causes cost increase. . This increase in cost has prevented the in-cylinder injection engine from spreading to the market.
また、 従来の高圧 D Iシステムでは、 希薄燃焼により燃費を向上させているが、 燃費の向上は必ずしも十分でないという問題があつた。  Also, in the conventional high-pressure DI system, fuel efficiency is improved by lean burn, but there is a problem that the fuel efficiency is not necessarily improved enough.
本発明の目的は、 さらに、 燃費を向上できる筒内噴射エンジンおよびその制御 方法を提供することにある。 特に、 従来の高圧 D Iシステムで使用する圧力より も燃料圧力を低くし、 燃料を昇圧時の損失を低下させ、 燃費を向上させるととも に、 燃料圧力を低圧としながらも希薄燃焼を可能とすることにより、 燃費 '排気 などの性能は高圧 D Iシステムと同等となるような筒内噴射エンジンおよびその 制御方法を提供することにある。 また、 高圧 D Iシステムにおいて、 さらに、 燃 費を向上できる筒内噴射エンジンおよびその制御方法を提供することにある。 上記目的を達成するために、 本発明は、 筒内に燃料を噴射して燃料噴霧を形成 する燃料噴射弁を有する筒内噴射エンジンにおいて、 上記燃料噴射弁は、 扁平形 状の燃料噴霧を筒内に噴射するとともに、 ピストン頂面およびシリンダ壁面と扁 平噴霧の間に空気流動を生成する空気流動生成手段を備えるようにしたものであ る。 かかる構成により、 点火プラグ近傍での成層燃焼を可能にして、 燃費を向上 できるものとなる。  Another object of the present invention is to provide a direct injection engine capable of improving fuel efficiency and a control method thereof. In particular, the fuel pressure is lower than the pressure used in the conventional high-pressure DI system, the loss when the fuel is boosted is reduced, fuel efficiency is improved, and lean combustion is possible while keeping the fuel pressure low. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an in-cylinder injection engine and a control method for the same performance as a high-pressure DI system, such as fuel efficiency and exhaust. Another object of the present invention is to provide an in-cylinder injection engine capable of further improving fuel efficiency in a high-pressure DI system and a control method thereof. In order to achieve the above object, the present invention relates to a direct injection engine having a fuel injection valve for injecting fuel into a cylinder to form a fuel spray, wherein the fuel injection valve comprises a flat fuel spray. And an air flow generating means for generating an air flow between the flat surface and the piston top surface and the cylinder wall surface. With this configuration, stratified combustion near the spark plug is enabled, and fuel efficiency can be improved.
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 筒内に燃料を噴射して燃料噴霧 を形成する燃料噴射弁を有する筒内噴射エンジンにおいて、 上記燃料噴射弁は、 扁平形状の燃料噴霧を筒内に噴射するとともに、 ピストン頂面およびシリンダ壁 面と扁平噴霧の間に空気層を生成する空気層生成手段を備えるようにしたもので ある。 かかる構成により、 点火プラグ近傍での成層燃焼を可能にして、 燃費を向 上できるものとなる。  According to another aspect of the present invention, there is provided an in-cylinder injection engine having a fuel injection valve that injects fuel into a cylinder to form a fuel spray, wherein the fuel injection valve has a flat fuel spray. An air layer generating means for injecting the gas into the cylinder and generating an air layer between the piston top surface and the cylinder wall surface and the flat spray is provided. With this configuration, stratified combustion near the spark plug is enabled, and fuel efficiency can be improved.
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 筒内に燃料を噴射して燃料噴霧 を形成する燃料噴射弁を有する筒内噴射エンジンにおいて、 上記燃料噴射弁は、 扁平形状の燃料噴霧を筒内に噴射するとともに、 この扁平噴霧の両側に、 扁平噴 霧を挟むようにして空気流動を生成する空気流動生成手段を備えるようにしたも のである。 かかる構成により、 点火プラグ近傍での成層燃焼を可能にして、 燃費 を向上できるものとなる。 According to another aspect of the present invention, there is provided an in-cylinder injection engine having a fuel injection valve that injects fuel into a cylinder to form a fuel spray, wherein the fuel injection valve has a flat fuel spray. Injecting into the cylinder and flat injection on both sides of this flat spray An air flow generating means for generating an air flow by sandwiching the mist is provided. With this configuration, stratified charge combustion near the spark plug is enabled, and fuel efficiency can be improved.
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 筒内に燃料を噴射して燃料噴霧 を形成する燃料噴射弁を有する筒内噴射エンジンを制御する筒内噴射エンジンの 制御方法において、 上記燃料噴射弁は、 扁平形状の燃料噴霧を筒内に噴射すると ともに、 ピストン頂面およびシリンダ壁面と扁平噴霧の間に空気流動を生成する 空気流動生成手段を備えるとともに、 上記空気流動生成手段によりエンジンの燃 焼室に空気流動が形成された後に、 吸気行程から圧縮行程前半のいずれかのタイ ミングで上記燃料噴射弁から燃料を噴射するようにしたものである。 かかる方法 により、 点火プラグ近傍での成層燃焼を可能にして、 燃費を向上できるものとな る。 発明を実施するための最良の形態 以下、 図 1〜図 2 8を用いて、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射ェンジ ンおよびその制御方法について説明する。  In order to achieve the above object, the present invention provides a method for controlling an in-cylinder injection engine having a fuel injection valve for injecting fuel into a cylinder to form a fuel spray. The injection valve is provided with air flow generating means for injecting the flat fuel spray into the cylinder and generating air flow between the piston top surface and the cylinder wall surface and the flat spray, and the air flow generating means for the engine by the air flow generating means. After the air flow is formed in the combustion chamber, the fuel is injected from the fuel injection valve at any timing from the intake stroke to the first half of the compression stroke. By this method, stratified combustion near the spark plug can be performed, and the fuel efficiency can be improved. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The in-cylinder injection engine and a control method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 28.
最初に、 図 1を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンのシステム構成に ついて説明する。  First, a system configuration of the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図 1は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンのシステム構成図で める。  FIG. 1 is a system configuration diagram of a direct injection engine according to a first embodiment of the present invention.
エンジン 2 1は、 クランク機構 2 4を備え、 そのクランク機構 2 4に連結され たピストン 2 3の動作により燃焼室 2 2の容積が変化する。 ピストン 2 3の上下 運動によって、 エンジン 2 1に空気が吸入され、 燃焼後のガスが排出される。 空 気の吸入時には、 カム 7によって、 吸気バルブ 3 5が開く。 また、 燃焼後のガス の排出時には、 カム 7によって、 排気バルブ 3 6が開く。 エンジン 2 1は、 冷却 水通路 2 0内を流れる冷却水によって冷却される。  The engine 21 includes a crank mechanism 24, and the volume of the combustion chamber 22 is changed by the operation of the piston 23 connected to the crank mechanism 24. Air is sucked into the engine 21 by the up and down movement of the piston 23, and the gas after combustion is discharged. At the time of air intake, the cam 7 opens the intake valve 35. Also, when exhausting the gas after combustion, the cam 7 opens the exhaust valve 36. The engine 21 is cooled by cooling water flowing in the cooling water passage 20.
吸入される空気は、 吸気管 4に配置されたスロットル弁 3によって吸入量が制 御される。 スロットル弁 3は、 モータで駆動される電子制御式スロットル弁であ る。 コントロールユニット 1は、 アクセルペダルの変化量を電気信号として取り 込み、 この電気信号に応じて、 スロットル弁 3の開度を制御する。 スロットル弁 3より上流に設けられた空気量センサ 2は、 エンジン 2 1に吸入される空気量を 計量する。 吸入された空気は、 吸気管 4に設けられたコレクタ 5に充満する。 コ レクタ 5は、 吸気管 4内の圧力変動を抑制する効果がある。 コレクタ 5には E G R通路 2 7が接続されている。 £ 01 通路2 7は、 排気管 1 2とコレクタ 5を接 続すると共に、 途中に、 E G R制御弁 9が設けられている。 コントロールュニッ 卜 1は、 E G R制御弁 9を制御して、 E G Rガスの環流量を可変する。 コレクタ 5内では、 E G Rガスと吸入空気が混合する。 混合された気体は、 エンジン 2 1 の燃焼室 2 2に吸入される。 コレクタ 5の下流に設けられた空気流動制御弁 6は、 燃焼室 2 2内に空気流動を生成する。 The amount of intake air is controlled by a throttle valve 3 arranged in an intake pipe 4. The throttle valve 3 is an electronically controlled throttle valve driven by a motor. You. The control unit 1 takes in the change amount of the accelerator pedal as an electric signal and controls the opening of the throttle valve 3 according to the electric signal. An air amount sensor 2 provided upstream of the throttle valve 3 measures the amount of air taken into the engine 21. The inhaled air fills a collector 5 provided in the intake pipe 4. The collector 5 has an effect of suppressing a pressure fluctuation in the intake pipe 4. The collector 5 is connected to an EGR passage 27. The £ 01 passage 27 connects the exhaust pipe 12 and the collector 5 and an EGR control valve 9 is provided on the way. The control unit 1 controls the EGR control valve 9 to vary the EGR gas return flow. In the collector 5, the EGR gas and the intake air are mixed. The mixed gas is drawn into the combustion chamber 22 of the engine 21. An air flow control valve 6 provided downstream of the collector 5 generates an air flow in the combustion chamber 22.
燃料タンク 1 6内に蓄えられた燃料 1 7は、 燃料ポンプ 1 8により圧力を予め 設定された値まで昇圧されてから、 燃料噴射弁 1 9に供給される。 コントロール ユニット 1は、 空気量センサ 2で計量された値を基に、 予め設定された空燃比に なるように噴射パルス幅を計算し、 噴射パルス信号を燃料噴射弁 1 9に供給する。 燃料噴射弁 1 9は、 コントロールユニット 1からの噴射信号に従って、 燃料をェ ンジン 2 1の筒内, 即ち、 燃焼室 2 2内に直接噴射する。 また、 燃料ポンプ 1 8 もコントロールュニッ卜の制御信号に基づいて動作する。  The fuel 17 stored in the fuel tank 16 is supplied to the fuel injection valve 19 after the pressure is increased to a preset value by the fuel pump 18. The control unit 1 calculates an injection pulse width based on the value measured by the air amount sensor 2 so as to attain a preset air-fuel ratio, and supplies an injection pulse signal to the fuel injection valve 19. The fuel injection valve 19 injects fuel directly into the cylinder of the engine 21, that is, into the combustion chamber 22 according to an injection signal from the control unit 1. The fuel pump 18 also operates based on the control signal from the control unit.
燃焼室 2 2から排出された排気ガスは、 排気管 1 2に取り付けられた触媒 1 1 によって、 排気ガス中の有害成分 (例えば H C, N O X , C O) が除去される。 また、 触媒 1 4は、 触媒 1 1で浄化しきれながった成分を除去するために、 追加 される場合もある。 触媒 1 1の上流には、 空燃比センサ 1 0が取り付けられてお り、 また、 触媒 1 4の上流には、 排気温度センサ 1 3が取り付けられ、 さらに、 触媒 1 4の下流には、 酸素センサ 1 5が取りつけられている。 これらのセンサ 1 0, 1 3 , 1 5は、 排気ガスに関する各種情報を常にセンシングし、 コントロー ルュニヅト 1での制御に反映させている。  The exhaust gas discharged from the combustion chamber 22 removes harmful components (for example, HC, NOX, CO) in the exhaust gas by the catalyst 11 attached to the exhaust pipe 12. Further, the catalyst 14 may be added in order to remove components that have not been completely purified by the catalyst 11. An air-fuel ratio sensor 10 is mounted upstream of the catalyst 11, an exhaust gas temperature sensor 13 is mounted upstream of the catalyst 14, and an oxygen sensor is mounted downstream of the catalyst 14. Sensor 15 is installed. These sensors 10, 13, and 15 constantly sense various kinds of information on exhaust gas and reflect the information in control unit 1.
エンジン 2 1の回転数は、 例えばクランク軸 2 4に取り付けられたクランク角 度センサ 2 5とピックアップ 2 6の出力信号を用いて計測され、 コントロールュ ニット 1に取り込まれる。 本実施形態における特徴としては、 図 1に示す構成の筒内噴射エンジンにおい て、 燃料噴射弁 1 9に燃料ポンプ 1 8から供給する燃料圧力は、 従来の高圧 D I の燃料圧力である 5〜1 O M P a程度よりも低い 2 M P a程度に設定しているこ とである。 その結果、 燃料ポンプの構造も簡易なものにして、 コストを低減でき るものである。 さらに、 従来の高圧 D Iのエンジンでは、 燃料タンク 1 6内に配 置され、 高圧燃料ポンプに燃料を供給するフィードポンプが必要であつたが、 本 実施形態では、 このフィードポンプを用いていないものである。 The number of revolutions of the engine 21 is measured using, for example, an output signal of a crank angle sensor 25 attached to a crankshaft 24 and a pickup 26, and is taken into the control unit 1. A feature of this embodiment is that, in the in-cylinder injection engine having the configuration shown in FIG. 1, the fuel pressure supplied from the fuel pump 18 to the fuel injection valve 19 is the fuel pressure of the conventional high-pressure DI 5-1 That is, it is set to about 2 MPa, which is lower than OMPa. As a result, the structure of the fuel pump can be simplified and the cost can be reduced. Further, in the conventional high pressure DI engine, a feed pump that is disposed in the fuel tank 16 and supplies fuel to the high pressure fuel pump is required, but in the present embodiment, the feed pump is not used. It is.
上述のように、 燃料供給圧力を 2 M P a程度の圧力にした場合、 燃焼室 2 2内 の圧力が高圧となる圧縮行程の後半では、 燃焼室 2 2の内部の圧力が、 燃料噴射 弁 1 9から噴射される燃料の圧力よりも高いため、 燃料を噴射することができな いことになる。 そこで、 本実施形態における噴射可能期間は、 燃焼室 2 2内の圧 力が大気圧程度になる吸気行程から圧縮行程前半としている。 空燃比 4 0以上の 成層燃焼をするには、 点火プラグ周囲に着火可能な混合気 (空燃比 1 0〜1 4程 度) を集中化する必要がある。 しかし、 噴射時期を吸気行程から圧縮行程前半と した場合には、 噴射した燃料噴霧が拡散しやすいため、 成層化 (点火プラグ周囲 に混合気が集中化すること) が困難となる。 そこで、 本実施形態では、 図 2及び 図 3を用いて後述するように、 燃料噴射弁 1 9から噴射される燃料噴霧を扁平噴 霧とすると共に、 扁平噴霧の両側を空気流動によって挟み込むようにして、 点火 プラグの周囲に混合気が集中するようにしている。  As described above, when the fuel supply pressure is set to about 2 MPa, in the latter half of the compression stroke in which the pressure in the combustion chamber 22 becomes high, the pressure inside the combustion chamber 22 becomes the fuel injection valve 1 Since it is higher than the pressure of the fuel injected from 9, fuel cannot be injected. Therefore, in the present embodiment, the injection possible period is set from the intake stroke in which the pressure in the combustion chamber 22 becomes about the atmospheric pressure to the first half of the compression stroke. In order to achieve stratified combustion with an air-fuel ratio of 40 or more, it is necessary to centralize an ignitable mixture (air-fuel ratio of about 10 to 14) around the spark plug. However, when the injection timing is from the intake stroke to the first half of the compression stroke, stratification (concentration of the air-fuel mixture around the spark plug) becomes difficult because the injected fuel spray tends to diffuse. Therefore, in the present embodiment, as described later with reference to FIGS. 2 and 3, the fuel spray injected from the fuel injection valve 19 is formed as flat spray, and both sides of the flat spray are sandwiched by air flow. The mixture is concentrated around the spark plug.
次に、 図 2及び図 3を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンにおいて、 低燃圧下で成層化するための方法について説明する。  Next, a method for stratifying under low fuel pressure in the in-cylinder injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図 2は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンの底面図である。 即 ち、 図 2は、 例えば, 4気筒エンジンの 1つの燃焼室 2 2を構成するエンジンへ ッド 3 0をピストン側から見た状態を示している。  FIG. 2 is a bottom view of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. That is, FIG. 2, for example, shows a state in which the engine head 30 constituting one combustion chamber 22 of a four-cylinder engine is viewed from the piston side.
図 3は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンの断面図である。 即 ち、 図 3は、 図 2に示すエンジンの点火プラグ 3 4を含む断面を示している。 な お、 図 2及び図 3において、 図 1と同一符号は、 同一部分を示している。  FIG. 3 is a sectional view of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. That is, FIG. 3 shows a cross section including the spark plug 34 of the engine shown in FIG. 2 and 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
図 2において、 ピストンは、 図面に向かって垂直方向 (Z軸方向) に往復動す ることになる。 丸穴 3 1は、 エンジンヘッド 3 0を図示しないエンジンブロック に固定するためのボルトが通る穴である。 冷却水通路 2 0内には、 エンジンを冷 却する冷却水が流通する。 燃焼室 2 2には、 吸気バルブ 3 5と、 排気パルプ 3 6 と、 点火プラグ 3 4が設けられている。 In Fig. 2, the piston reciprocates in the vertical direction (Z-axis direction) toward the drawing. The round hole 3 1 is an engine block that does not show the engine head 30 This is a hole through which a bolt for fixing to is mounted. In the cooling water passage 20, cooling water for cooling the engine flows. The combustion chamber 22 is provided with an intake valve 35, exhaust pulp 36, and a spark plug 34.
図 2及び図 3に示すように、 エンジンへッド 3 0に取り付けられた燃料噴射弁 1 9の噴口部 3 3から、 燃料 3 8が燃焼室 2 2に噴射される。 本実施形態におけ るポイントは、 噴射される噴霧 3 8の形状と、 燃焼室 2 2内に生成される空気流 動 3 7である。 燃焼噴射弁 1 9の中心軸は、 X— Y平面に平行である。  As shown in FIGS. 2 and 3, fuel 38 is injected into the combustion chamber 22 from the injection port 33 of the fuel injection valve 19 attached to the engine head 30. The points in this embodiment are the shape of the spray 38 to be injected and the air flow 37 generated in the combustion chamber 22. The central axis of the combustion injector 19 is parallel to the XY plane.
燃焼室 2 2内に噴射された燃料噴霧 3 8は、 図 2に示す X軸方向 (X— Y平面 上) では狭く、 図 3に示すように、 Y—Z平面上では広がるような偏平形状とし ている。 このような扁平噴霧を噴射するための燃料噴射弁 1 9の構成については、 図 8を用いて後述する。  The fuel spray 38 injected into the combustion chamber 22 has a flat shape that is narrow in the X-axis direction (on the XY plane) as shown in FIG. 2 and spread on the YZ plane as shown in FIG. It is. The configuration of the fuel injection valve 19 for injecting such flat spray will be described later with reference to FIG.
また、 燃焼室 2 2内に生成される空気流動 3 7 ( 3 7 A, 3 7 B) は、 図 2に 示すように 2つの吸気バルブ 3 5を通り燃焼室 2 2中心よりは外側寄りにあり、 ピストン頂面およびシリンダ壁面と扁平噴霧の間に空気流動を生成する。 すなわ ち、 空気流動 3 7 A. 3 7 Bは、 燃料噴霧 3 8を挟み込むように、 燃料噴霧 3 8 の両側に形成される。 また、 空気流動 3 7は、 図 3に示すように燃焼室 2 2内を 縦方向に回転するような気流である。 ここで、 縦方向とは、 図 3に示す Y— Z平 面内で回転するものである。 この気流は、 時間の経過とともに、 流速が低下する ため、 空気層が形成されると捉えることもできるものである。  The air flow 37 (37A, 37B) generated in the combustion chamber 22 passes through two intake valves 35 as shown in FIG. Yes, creates air flow between piston top and cylinder wall and flat spray. That is, the air flow 37 A. 37 B is formed on both sides of the fuel spray 38 so as to sandwich the fuel spray 38. The air flow 37 is an airflow that rotates in the combustion chamber 22 in the vertical direction as shown in FIG. Here, the vertical direction is a rotation in the YZ plane shown in FIG. This air current can be regarded as forming an air layer because the flow velocity decreases over time.
以上のようにして、 燃焼室 2 2内に噴射された燃料噴霧 3 8は、 空気流動 3 7 A, 3 7 Bに挟まれて、 燃焼室 2 2外側方向 (X軸方向) への拡散が防止され、 中心部に集中化する。 燃料噴射弁 1 9から噴射される燃料の圧力は、 従来の高圧 D Iよりも低圧であるため、 噴射可能期間は吸気行程から圧縮行程の前半までで ある。 このようなタイミングで燃料を噴射すると、 燃料噴霧が燃焼室 2 2内で拡 散しやすくなるが、 本実施形態では、 2つの空気流動で噴霧を挟み込むことによ り、 混合気の拡散を防止することができる。 挟み込まれた混合気は圧縮行程後半 まで燃焼室 2 2内の中心部に保持され、 点火フラグ 3 4の周囲に集中化して、 成 層化することができる。 したがって、 従来よりも、 低圧の燃料噴射を可能とし、 かつ、 成層化燃焼も可能となる。 成層化燃焼が可能となるため、 従来の高圧 D I と同様に、 空燃比 4 0程度の希薄燃焼が可能であるため、 燃費と排気の性能を従 来の高圧 D Iと同様に良好にすることができる。 As described above, the fuel spray 38 injected into the combustion chamber 22 is sandwiched between the air flows 37A and 37B, and diffuses outward (in the X-axis direction) of the combustion chamber 22. Is prevented and centralized in the center. Since the pressure of the fuel injected from the fuel injection valve 19 is lower than that of the conventional high-pressure DI, the injectable period is from the intake stroke to the first half of the compression stroke. When the fuel is injected at such a timing, the fuel spray tends to spread in the combustion chamber 22. In the present embodiment, however, the mixture is prevented from diffusing by sandwiching the spray between two air flows. can do. The trapped air-fuel mixture is held in the center of the combustion chamber 22 until the latter half of the compression stroke, and can be concentrated around the ignition flag 34 and stratified. Therefore, fuel injection at a lower pressure than before is possible, and stratified combustion is also possible. Conventional high-pressure DI As in the case of, lean combustion with an air-fuel ratio of about 40 is possible, so that fuel efficiency and exhaust performance can be improved as in the conventional high-pressure DI.
次に、 図 4〜図 7を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンにおいて、 燃 料噴射弁から噴射される扁平噴霧の形状について説明する。  Next, the shape of the flat spray injected from the fuel injection valve in the in-cylinder injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図 4及び図 5は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃 焼噴射弁から噴射される燃料噴霧形状の説明図である。 図 4は、 図 3に示した Y 一 Z平面における噴霧形状を示している。 図 5は、 図 2に示した X— Y平面にお ける噴霧形状を示している。 なお、 図 4及び図 5において、 図 2及び図 3と同一 符号は、 同一部分を示している。  FIGS. 4 and 5 are explanatory diagrams of the shape of the fuel spray injected from the combustion injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 shows the spray shape on the Y-Z plane shown in FIG. FIG. 5 shows the spray shape on the XY plane shown in FIG. 4 and 5, the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 3 indicate the same parts.
図 6は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンの圧縮行程における 断面図である。 なお、 図 1〜図 3と同一符号は、 同一部分を示している。 図 7は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンの噴霧形状による空燃比の変化 の説明図である。  FIG. 6 is a cross-sectional view of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention in the compression stroke. The same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 indicate the same parts. FIG. 7 is an explanatory diagram of a change in the air-fuel ratio depending on the spray shape of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
図 4及び図 5に示すように、 燃料供給口 4 0から供給された燃料は、 燃料噴射 弁 1 9の内部を通り、 船体のノズル 4 2にある噴口から燃料噴霧 3 8として噴射 される。 図 4に示すように、 図 2に示した X— Y平面における燃料噴霧 3 8の噴 霧角は、 0 tである。 また、 図 5に示すように、 図 3に示した Y—Z平面におけ る燃料噴霧 3 8の噴霧角は、 である。 そして、 噴霧角 0 tは、 噴霧角 S cよ りも小さい偏平噴霧となっている。  As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel supplied from the fuel supply port 40 passes through the inside of the fuel injection valve 19 and is injected as a fuel spray 38 from the injection port in the nozzle 42 of the hull. As shown in FIG. 4, the spray angle of the fuel spray 38 on the XY plane shown in FIG. 2 is 0 t. Also, as shown in FIG. 5, the spray angle of the fuel spray 38 in the YZ plane shown in FIG. The spray angle 0 t is a flat spray smaller than the spray angle Sc.
図 4に示した噴霧角 0 cは、 通常の高圧 D I用の燃料噴射弁の噴霧角と同様で ある。 図 3に示したように、 噴霧角 S cが大きくなると、 燃料噴霧は、 燃焼室 2 2の内周の円筒壁面や、 燃焼室 2 2の頂面や点火プラグ 3 4に直接吹き付けられ、 これらの壁面等に付着することになる。 それらを避けるため、 噴霧角 0 cは、 例 えば、 6 0〜8 0度の範囲内としている。  The spray angle 0c shown in FIG. 4 is the same as the spray angle of a normal high-pressure DI fuel injection valve. As shown in FIG. 3, when the spray angle Sc increases, the fuel spray is directly blown onto the inner cylindrical wall of the combustion chamber 22, the top face of the combustion chamber 22, and the spark plug 34. Will adhere to the walls and the like. In order to avoid them, the spray angle 0c is, for example, in the range of 60 to 80 degrees.
次に、 図 6及び図 7を用いて、 噴霧角 0 tについて説明する。 図 6は、 圧縮行 程後半の点火時期に相当するタイミングでの燃焼室内の状況を示している。 偏平 噴霧を下死点で噴射したときの圧縮行程後半の点火時期に相当するタイミングで の燃焼室内の混合気分布について、 シミュレーションを行った。 そして、 図 7は、 噴霧角 0 tを変えた場合におけるプラグ周囲 (プラグギャップを中心とした半径 3 . 5 mの領域:図中矢印 A部) の空燃比を示している。 Next, the spray angle 0 t will be described with reference to FIGS. Fig. 6 shows the condition inside the combustion chamber at the timing corresponding to the ignition timing in the latter half of the compression stroke. A simulation was performed on the air-fuel mixture distribution in the combustion chamber at the timing corresponding to the ignition timing in the latter half of the compression stroke when flat spray was injected at the bottom dead center. Figure 7 shows the area around the plug (radius around the plug gap) when the spray angle 0 t was changed. The area of 3.5 m: The air-fuel ratio of the arrow A in the figure) is shown.
図 7に示すように、 噴霧角度 0 tが 4 5度の場合、 プラグ周囲の空燃比は 3 3 程度であり、 2 2 . 5度では約 1 5となる。 さらに、 8度とするとプラグ周囲の 空燃比は 1 4となる。 成層燃焼においては、 燃焼室全体の空燃比は 4 0程度とな つているが、 プラグ周囲には空燃比 1 5以下の着火可能混合気が集中化すること が必要がある。 そこで、 本実施形態のように、 偏平噴霧を空気流動で挟み込む燃 焼法の場合、 偏平噴霧の狭い方の噴霧角度 S tを 2 2 . 5度以下とすることによ り、 成層燃焼に必要な空燃比の混合気を、 プラグ周囲に形成できることが判明し た。  As shown in FIG. 7, when the spray angle 0 t is 45 degrees, the air-fuel ratio around the plug is about 33, and becomes about 15 at 22.5 degrees. Furthermore, if it is set to 8 degrees, the air-fuel ratio around the plug will be 14. In stratified combustion, the air-fuel ratio of the entire combustion chamber is about 40, but ignitable mixture with an air-fuel ratio of 15 or less needs to be concentrated around the plug. Therefore, in the case of the combustion method in which the flat spray is sandwiched between air flows as in the present embodiment, the spray angle St of the narrow flat spray is set to 22.5 degrees or less, which is necessary for stratified combustion. It was found that an air-fuel mixture with an appropriate air-fuel ratio could be formed around the plug.
次に、 図 8〜図 1 2を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃 料噴射弁の構成について説明する。  Next, the configuration of the fuel injection valve used in the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
最初に、 図 8及び図 9を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いる 燃料噴射弁の全体構成について説明する。  First, the overall configuration of the fuel injection valve used in the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
図 8は、 本発明の第 1の実施形態本による筒内噴射エンジンに用いる燃料噴射 弁の全体構成を示す断面図である。 図 9は、 図 8の A _ A断面図である。  FIG. 8 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the fuel injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
図 4に示した燃料供給口 4 0から供給された燃料は、 燃料噴射弁 1 9の中心の 配置されたコア 5 1の中央の孔を通り、 プランジャ 5 7内に設けられた燃料通路 5 8を通り、 ノズル 4 2の内部の燃料貯まり 6 0に充満する。'プランジャ 5 7の 先端には、 噴口 6 4と燃料貯まり 6 0を遮断するための弁体 6 3が取りつけられ ている。 プランジャ 5 7と弁体 6 3は、 スプリング 5 2の作用により噴口 6 4に 押し付けられている。 押しつけ力は、 スプリングアジヤス夕 5 3によって調整可 能である。 噴口 6 4の先端には、 アトマイザ 6 5が取り付けられている。 アトマ ィザ 6 5は、 扁平噴霧を形成するためのものであり、 その詳細については、 図 1 0〜図 1 2を用いて後述する。  The fuel supplied from the fuel supply port 40 shown in FIG. 4 passes through the center hole of the core 51 disposed at the center of the fuel injection valve 19, and passes through the fuel passage 58 provided in the plunger 57. Through the fuel reservoir 60 inside the nozzle 42. 'A valve body 63 for shutting off the injection port 64 and the fuel reservoir 60 is attached to the tip of the plunger 57. The plunger 57 and the valve element 63 are pressed against the injection port 64 by the action of the spring 52. The pressing force can be adjusted by a spring adjuster 53. An atomizer 65 is attached to the tip of the nozzle 64. The atomizer 65 is for forming a flat spray, and details thereof will be described later with reference to FIGS. 10 to 12.
図 1に示したコントロールユニット 1からの電気信号 (電流) は、 図 4に示し たコネクタ 4 1を介して、 図 6に示すポピン 5 4内に配置されたコイル 5 0に通 電される。 コイル 5 0に通電されると、 コイル 5 0の周囲に磁力が発生する。 プ ランジャ 5 7に溶接などで接合されているアンカー 5 6は、 コイル 5 0によって 発生した磁力により吸引され、 スプリング力に反発してプランジャ 5 7を引き上 げる。 プランジャ 5 7は、 ストツバ 5 9に衝突するところまで引き上げられ、 コ ィル 5 0に電流が流れている間は一定のストロークを維持する。 コイル 5 0への 通電が終わると、 プランジャ 5 7は、 スプリング 5 2の作用により噴口 6 4に押 し付けられ、 燃料貯まり 6 0と噴口 6 4を遮断する。 プランジャ 5 7とともに燃 料貯まり 6 0を形成するノズル 4 2は、 燃料噴射弁 1 9のボディ 5 5に溶接など で接合されている。 また、 ノズル 4 2内には、 噴射される燃料の微粒化が良くな るように、 燃料に旋回を与える溝を形成したスヮラー 6 1が取りつけられている。 スヮラー 6 1は、 図 9に示すように、 ノズル 4 2の中に配置されている。 スヮ ラーは、 弁体 6 3の接線方向に延在する旋回溝 6 1を備えている。 燃料貯まり 6 0からスヮラー 6 1の旋回溝 6 2を通過した燃料は、 弁体 6 3と噴口 6 4の隙間 を通り、 アトマイザ 6 5の開口から噴射される。 An electric signal (current) from the control unit 1 shown in FIG. 1 is conducted to the coil 50 arranged in the pop pin 54 shown in FIG. 6 via the connector 41 shown in FIG. When the coil 50 is energized, a magnetic force is generated around the coil 50. The anchor 56 joined to the plunger 57 by welding or the like is attracted by the magnetic force generated by the coil 50, and is repelled by the spring force to pull up the plunger 57. I can. The plunger 57 is raised to a point where it strikes the stop 59, and maintains a constant stroke while current is flowing through the coil 50. When the energization of the coil 50 is completed, the plunger 57 is pressed against the injection port 64 by the action of the spring 52, and shuts off the fuel reservoir 60 and the injection port 64. The nozzle 42 that forms the fuel reservoir 60 together with the plunger 57 is joined to the body 55 of the fuel injection valve 19 by welding or the like. A nozzle 61 having a groove for imparting swirling to the fuel is mounted in the nozzle 42 so as to improve the atomization of the injected fuel. The spooler 61 is arranged in the nozzle 42 as shown in FIG. The stirrer has a turning groove 61 extending in a tangential direction of the valve element 63. The fuel that has passed through the swirl groove 62 of the spooler 61 from the fuel reservoir 60 passes through the gap between the valve body 63 and the injection port 64 and is injected from the opening of the atomizer 65.
次に、 図 1 0〜図 1 2を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いる 燃料噴射弁のァトマイザの構成について説明する。  Next, the structure of the atomizer of the fuel injection valve used in the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図 1 0は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃料噴射 弁のアトマイザの構成を示す断面図である。 図 1 1は、 図 1 0の B矢視の断面図 である。 図 1 2は、 図 1 0の底面図である。  FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an atomizer of a fuel injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. FIG. 11 is a sectional view taken along the arrow B in FIG. FIG. 12 is a bottom view of FIG.
図 1 0〜図 1 2に示すように、 アトマイザ 6 5は、 上段スリット 6 6と下段ス リット 6 7 A, 6 7 Bとからなるクロススリット溝を備えている。 上段スリット 6 6は、 弁体 6 3の中心軸を通るように配置されている。 下段スリット 6 7 A, 6 7 Bは、 それぞれ、 上段スリット 6 6に直交するように配置されている。 下段 スリット 6 7 A, 6 7 Bは、 弁体 6 3の中心軸から距離 0 . 5 W 1だけ離れた位 置に設けられている。 アトマイザ 6 5は、 ノズル 4 2の先端に溶接などで接合さ れている。  As shown in FIGS. 10 to 12, the atomizer 65 includes a cross slit groove including an upper slit 66 and lower slits 67A and 67B. The upper slit 66 is disposed so as to pass through the central axis of the valve body 63. The lower slits 67A and 67B are arranged so as to be orthogonal to the upper slit 66, respectively. The lower slits 67 A, 67 B are provided at a distance of 0.5 W 1 from the center axis of the valve body 63. The atomizer 65 is joined to the tip of the nozzle 42 by welding or the like.
燃料が上段スリット 6 6から下段スリット 6 7 A, 6 7 Bへ流るときに縮流が 発生し、 下段スリット 6 7内でスリット幅より狭い薄膜が形成され、 微粒化が促 進される。 扁平噴霧の狭い方の噴霧角 0 tは、 下段スリット 6 7 Aと下段スリツ ト 6 7 Aの間の幅 W 1で決定される。 例えば、 噴霧角 0 tを 2 2 . 5度とする場 合には、 幅 W 1を 2 . 2 mmとする。 幅 W 1が狭くなるほど、 噴霧角 0 tが狭く なる。 広い方の噴霧角 Θ cは、 下段スリット 2 7の長さ L 1と、 下段スリット 2 7の溝深さ D 1で決定される。 例えば、 噴霧角 S cを 70度とする場合には、 長 さ L 1を 3mmとし、 溝深さ D 1を 0. 5mmとする。 When the fuel flows from the upper slit 66 to the lower slits 67A and 67B, a contraction occurs, and a thin film smaller than the slit width is formed in the lower slit 67, and atomization is promoted. The narrow spray angle 0 t of the flat spray is determined by the width W 1 between the lower slit 67 A and the lower slit 67 A. For example, when the spray angle 0 t is 22.5 degrees, the width W1 is 2.2 mm. As the width W 1 becomes smaller, the spray angle 0 t becomes smaller. The wider spray angle Θ c is the length L 1 of the lower slit 2 7 and the lower slit 2 It is determined by the groove depth D1 of 7. For example, when the spray angle Sc is 70 degrees, the length L1 is 3 mm and the groove depth D1 is 0.5 mm.
以上のように、 本実施形態では、 既存の燃料噴射弁の先端にアトマイザ 65を 接合するだけで扁平噴霧を形成することができるので、 製作が容易である。 また、 クロススリツト溝の形状を変更することで、 偏平噴霧の噴霧角度を比較的簡単に 設計変更することができる。  As described above, in the present embodiment, the flat spray can be formed only by joining the atomizer 65 to the tip of the existing fuel injection valve, so that the manufacture is easy. Further, by changing the shape of the cross slit groove, the spray angle of the flat spray can be relatively easily changed in design.
次に、 図 10〜図 12に示したスリット溝 66, 67を用いた燃料噴射弁では、 燃料流量は、 次式 (1) により決めることができる。  Next, in the fuel injection valve using the slit grooves 66 and 67 shown in FIGS. 10 to 12, the fuel flow rate can be determined by the following equation (1).
Q i^ (ΔΡ) … (1) し し しヽ Q i ^ (ΔΡ)… (1)
Q f :燃料流量  Q f: fuel flow
a :流量係数 a: Flow coefficient
A:流路面積 A: Channel area
ΔΡ : P f — P c ΔΡ: P f — P c
P f :燃料圧力 P f: Fuel pressure
P c :燃焼室内圧力 P c: Combustion chamber pressure
である。 It is.
すなわち、 燃料流量 Q は、 燃料圧力 P f と、 噴射する場所の圧力, すなわち、 燃焼室内圧力 P cとの差圧 (ΔΡ) の平方根に比例する。 さらに、 流路面積 Aに 比例する。  That is, the fuel flow rate Q is proportional to the square root of the pressure difference (ΔΡ) between the fuel pressure P f and the pressure at the injection location, that is, the combustion chamber pressure P c. Furthermore, it is proportional to the channel area A.
しかし、 従来の燃料噴射弁 (図 8のアトマイザ 65がないもの) の場合、 旋回 した燃料は遠心力により噴口の壁面に偏り、 噴口の中心部には空気の流れが生じ る。 これにより従来の噴射弁の場合、 噴口の断面積のうち半分程度しか流路面積 として使われていないものである。 しかも、 噴口断面積と流路面積の比率はスヮ ラーの溝の形状、 すなわち燃料に与える旋回力により変化するので、 流量係数 α が一定せず、 噴射弁設計が難しくものである。  However, in the case of a conventional fuel injection valve (without the atomizer 65 in Fig. 8), the swirled fuel is biased to the wall of the nozzle by centrifugal force, and an air flow is generated at the center of the nozzle. As a result, in the case of the conventional injection valve, only about half of the cross-sectional area of the injection port is used as the flow passage area. In addition, since the ratio between the cross-sectional area of the injection port and the area of the flow path changes depending on the shape of the groove of the slurry, that is, the swirling force applied to the fuel, the flow coefficient α is not constant, and it is difficult to design the injection valve.
一方、 図 8〜図 12に示した本実施形態によるスリット式噴射弁では、 燃料は スリット溝の全断面積を流路面積としているので、 (1) 式における流量係数 α は 1となる。 そして、 燃料圧力をほぼ一定とすれば、 流路面積のみで燃料流量を 決めることができ、 噴射弁設計が容易になる。 図 8に示したクロススリット式の 噴射弁の場合は、 流路面積は、 上段スリット 66と下段スリット 67が重なった 部分 69の面積となる。 すなわち、 流路面積は、 ノズル 42の開口面積でもある。 次に、 図 13を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いるクロスス リット式燃料噴射弁における流路面積と燃料流量の関係について説明する。 On the other hand, in the slit injector according to the present embodiment shown in FIGS. Since the entire cross-sectional area of the slit groove is used as the flow channel area, the flow coefficient α in Equation (1) is 1. If the fuel pressure is kept almost constant, the fuel flow rate can be determined only by the flow passage area, and the injection valve design becomes easy. In the case of the cross-slit type injection valve shown in FIG. 8, the flow path area is the area of the portion 69 where the upper slit 66 and the lower slit 67 overlap. That is, the flow path area is also the opening area of the nozzle 42. Next, the relationship between the flow path area and the fuel flow rate in the cross-slit type fuel injection valve used in the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図 13は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンに用いるクロスス リット式燃料噴射弁における流路面積と燃料流量の関係の説明図である。  FIG. 13 is an explanatory diagram of the relationship between the flow area and the fuel flow rate in the cross-slit fuel injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
図 13において、 横軸は流路断面積 (mm2) を示し、 縦軸は燃料流量を示して いる。 流路断面積は、 上段スリット 66と下段スリット 67が重なった部分 69 の面積である。 燃料流量は、 プランジャ 57をコイル 50で吸引し、 フルスト口 ークさせた状態で、 1分間に流れる流量で表している。 燃料圧力を 2MP a—定 として流路面積を変化させた各種形状のアトマイザの試験結果から実線で示すよ うに、 流路面積と燃料流量は、 ほぼ比例の関係にあることが判る。 In FIG. 13, the horizontal axis represents the flow path cross-sectional area (mm 2 ), and the vertical axis represents the fuel flow rate. The channel cross-sectional area is the area of a portion 69 where the upper slit 66 and the lower slit 67 overlap. The fuel flow rate is represented by a flow rate per minute in a state where the plunger 57 is sucked by the coil 50 and is fully charged. From the test results of atomizers of various shapes in which the fuel pressure was set at 2MPa and the flow path area was changed, as shown by the solid line, it was found that the flow path area and the fuel flow rate were almost proportional.
対象となるエンジンが、 4気筒 0. 66Lの場合、 1気筒当たりの排気量は、 165 c cとなる。 この場合、 燃料流量は、 260 c cZ分であるため、 流路面 積は、 0. 16mm2となる。 また、 対象となるエンジンが、 4気筒 2. 5Lの場 合、 1気筒当たりの排気量は、 625 c cとなる。 この場合、 燃料流量は、 98 O c c/分であるため、 流路面積は、 0. 60mm2となる。 すなわち、 1気筒当 たりの排気量が 165 c c〜625 c cの場合、 流路面積は 0. 16 mm2〜 0 · 60mm2とすればよいものである。 以上は 4気筒の場合であるが、 6気筒や 8気 筒の場合も、 1気筒当たりの排気量は、 165 c c〜625 c cの範囲内となる ため、 流路面積は 0. 16mm2〜0. 60mm2とすればよいものである。 If the target engine is a 4-cylinder 0.66L, the displacement per cylinder will be 165 cc. In this case, since the fuel flow rate is 260 cCZ, the flow path area is 0.16 mm 2 . If the target engine is a 2.5-liter 4-cylinder engine, the displacement per cylinder will be 625 cc. In this case, since the fuel flow rate is 98 Occ / min, the flow path area is 0.60 mm 2 . That is, the exhaust amount of one cylinder skilled Insufficient For 165 cc~625 cc, the flow channel area are those may be the 0. 16 mm 2 ~ 0 · 60mm 2. The foregoing is the case for 4-cylinder, in the case of 6-cylinder and 8 - cylinder, exhaust amount per cylinder, 165 cc~625 cc for a range of flow channel area is 0. 16 mm 2 ~0 It should be 60 mm 2 .
なお、 現在高圧 D Iが採用されているェ.ンジンに付いてみると、 エンジンの 1 気筒当たりの排気量は、 400〜50 Occの範囲である。 この範囲のエンジンは、 各気筒のボア径が 80〜90mmのものである。 この場合、 全運転範囲をカバー するための必要流量は、 約 600〜80 OccZ分なる。 したがって必要流量を噴 射するための流路面積は、 約 0. 35〜0. 5mm2となる。 次に、 図 1 4〜図 1 6を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いる 燃料噴射弁のアトマイザの他の構成について説明する。 As for engines that currently use high-pressure DI, the displacement per cylinder of the engine is in the range of 400 to 50 Occ. Engines in this range have bore diameters of 80 to 90 mm for each cylinder. In this case, the required flow rate to cover the entire operation range is about 600 to 80 OccZ. Flow passage area for morphism injection the required flow rate thus becomes approximately 0. 35~0. 5mm 2. Next, another configuration of the atomizer of the fuel injection valve used in the in-cylinder injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 16.
図 1 4は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃料噴射 弁の他のアトマイザの構成を示す断面図である。 図 1 5は、 図 1 4の B矢視の断 面図である。 図 1 6は、 図 1 4の底面図である。  FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of another atomizer of the fuel injection valve used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the arrow B in FIG. FIG. 16 is a bottom view of FIG.
本実施形態のよる燃料噴射弁の全体構成は、 図 8に示したものと同様である。 本実施形態では、 ノズル 4 2 ' の先端に噴口 6 4を設けるとともに、 図 1 6に示 すように、 噴口 6 4の形状を、 細長スリット状としている。 扁平噴霧の狭い方の 噴霧角 0 tは、 噴口 6 4の狭い方の幅 W 2と噴口 6 4の高さ D 2で決定される。 広い方の噴霧角 0 cは、 噴口 6 4の開き角度 θ 1で決定される。  The overall configuration of the fuel injection valve according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. In the present embodiment, an injection port 64 is provided at the tip of the nozzle 4 2 ′, and as shown in FIG. 16, the shape of the injection port 64 is an elongated slit shape. The narrow spray angle 0 t of the flat spray is determined by the narrow width W 2 of the nozzle 64 and the height D 2 of the nozzle 64. The wider spray angle 0 c is determined by the opening angle θ 1 of the nozzles 64.
次に、 図 1 7〜図 2 1を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いる 空気流動制御弁の構成及び動作について説明する。  Next, the configuration and operation of the air flow control valve used in the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
最初に、 図 1 7〜図 2 0を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用い る空気流動制御弁の構成について説明する。  First, the configuration of the air flow control valve used in the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図 1 7は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンを上方から見た透 視図である。 図 1 8は、 図 1 7の C矢視図である。 また、 図 1 9は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンを上方から見た透視図である。 図 2 0は、 図 1 9の D矢視図である。 なお、 図 1〜図 3を同一符号は、 同一部分を示してい る。  FIG. 17 is a perspective view of the in-cylinder injection engine according to the first embodiment of the present invention as viewed from above. FIG. 18 is a view on arrow C of FIG. FIG. 19 is a perspective view of the in-cylinder injection engine according to the first embodiment of the present invention as viewed from above. FIG. 20 is a view on arrow D of FIG. 1 to 3 indicate the same parts.
図 1 7及び図 1 8は、 空気流動制御弁 6が閉じられた状態を示している。 燃料 噴射弁 1 9は、 吸気ポート 7 2が分岐した 2つの通路の間にある取り付け穴 7 9 に設置される。 偏平噴霧は、 燃料噴射弁取り付け位置 7 9と点火プラグ 3 4を含 む面上に噴射されるが、 燃料噴霧の拡散を防止するには空気流動との干渉をなる ベく小さくする必要がある。 したがって、 燃料噴霧を挟み込むための空気流動は、 極力燃焼室中心から離れた外側に配置することが望ましいものである。 そのため に、 吸気ポート 7 2および弁岐したポート内に隔壁 7 6 A, 7 6 Bが設けられて いる。 また、 隔壁 7 6 A, 7 6 Bで分離された内側の通路 7 8 A, 7 8 Bに、 空 気流が流れないように、 空気流動制御弁 6を構成する空気流動制御板 7 3を設置 する。 吸気ポ一ト 7 2には連結シャフト 7 4が貫通しており、 空気流動制御板 7 3は取り付けネジ 7 5によってシャフト 7 4に取り付けられている。 また、 この 連結シャフト 7 4は、 図示しない駆動装置 (例えばステップモータ、 ダイアフラ ムなど) で回転できる構成となっている。 そのため、 運転条件などにより、 空気 流動を調整することが可能である。 図 1 7及び図 1 8に示す状態では、 吸気ポ一 ト 7 2を流れて来た空気は、 隔壁 7 6 A, 7 6 Bより外側の通路 7 7 A, 7 7 B を通過して、 矢印 E l, E 2のように流れる。 ここで、 空気流動を真っ直ぐにす ることで、 燃焼室内での偏平噴霧と空気流動の干渉を防止することができる。 こ れは成層燃焼をする場合に有効である。 FIGS. 17 and 18 show a state in which the air flow control valve 6 is closed. The fuel injection valve 19 is installed in a mounting hole 79 between two passages where the intake port 72 is branched. The flat spray is injected on the surface including the fuel injector mounting position 79 and the spark plug 34, but it is necessary to minimize the interference with the air flow to prevent the diffusion of the fuel spray. . Therefore, it is desirable that the air flow for sandwiching the fuel spray be located as far away from the center of the combustion chamber as possible. For this purpose, bulkheads 76A and 76B are provided in the intake port 72 and the valved port. In addition, an air flow control plate 73 that constitutes the air flow control valve 6 is installed in the inner passages 78 A and 78 B separated by the bulkheads 76 A and 76 B to prevent air flow. I do. A connection shaft 7 4 passes through the intake port 7 2, and the air flow control plate 7 3 is attached to the shaft 74 by mounting screws 75. The connecting shaft 74 is configured to be rotatable by a drive device (not shown) (for example, a step motor, a diaphragm, or the like). Therefore, it is possible to adjust the air flow according to the operating conditions. In the state shown in FIGS. 17 and 18, the air flowing through the intake port 72 passes through the passages 77 A and 77 B outside the partition walls 76 A and 76 B, It flows like arrows El and E2. Here, the straightening of the air flow can prevent interference between flat spray and air flow in the combustion chamber. This is effective when performing stratified combustion.
一方、 図 1 9及び図 2 0は、 空気流動制御弁 6が開かれた状態を示している。 この状態では、 吸気ポ一ト 7 2を流れて来た空気は、 隔壁 7 6 A, 7 6 Bに隔た れた通路 7 7 A, 7 7 B , 7 8 A, 7 8 Bの両方へ流れ、 矢印 E 1 A, E 1 B , E 2 A, E 2 Bのように流れる。 矢印 E 1 B, E 2 Bのような流れは、 シリンダ 中央付近にある燃料噴霧を拡散させる役目をするので、 均質燃焼をする場合に有 効である。 均質燃焼時には、 燃料噴霧と吸入空気を効率良く混合し、 空気利用率 を上げることで出力トルクを向上できる。  On the other hand, FIGS. 19 and 20 show a state in which the air flow control valve 6 is opened. In this state, the air flowing through the intake port 72 flows to both the passages 77 A, 77 B, 78 A, and 78 B separated by the partition walls 76 A, 76 B. The flow flows like arrows E 1 A, E 1 B, E 2 A, and E 2 B. Flows such as arrows E 1 B and E 2 B are effective for homogeneous combustion because they serve to diffuse the fuel spray near the center of the cylinder. During homogeneous combustion, the output torque can be improved by efficiently mixing the fuel spray and intake air and increasing the air utilization rate.
次に、 図 2 1を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いる空気流動 制御弁の動作について説明する。  Next, the operation of the air flow control valve used in the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図 2 1は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンにおける空気流動 制御弁の開閉状態と吸気ポート内の流速分布の関係の説明図である。  FIG. 21 is an explanatory diagram of the relationship between the open / closed state of the air flow control valve and the flow velocity distribution in the intake port in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
図 2 1において、 横軸は吸気ポート内の水平方向位置を表しており、 縦軸は最 大流遠で正規化した流速を表している。 なお、 縦軸に示す流速は、 図 1 7に示す ように、 空気流動制御弁 6から距離 L 2だけ下流の位置である。 距離 L 2は、 例 えば、 1 0 mmである。  In Fig. 21, the horizontal axis represents the horizontal position in the intake port, and the vertical axis represents the flow velocity normalized at the maximum flow. Note that the flow velocity shown on the vertical axis is a position downstream of the air flow control valve 6 by a distance L2 as shown in FIG. The distance L2 is, for example, 10 mm.
制御弁 7 3が全閉時には、 隔壁 7 6 A, 7 6 Bの内側通路 7 8 A, 7 8 B内に は流れがほとんど無く、 外側通路 7 7 A, 7 7 Bに速い流れができている。 一方、 制御弁 7 3が全開時には、 隔壁 7 6 A, 7 6 Bの内側、 外側通路ともにほぼ一様 な流れが生じている。 ポート壁面および隔壁近傍で流速が落ち込んでいるのは、 固体壁面と流体の摩擦抵抗のためである。  When the control valve 73 is fully closed, there is almost no flow in the inner passages 78A, 788B of the bulkheads 76A, 176B, and there is a rapid flow in the outer passages 77A, 77B. I have. On the other hand, when the control valve 73 is fully opened, substantially uniform flows are generated in the inner and outer passages of the partition walls 76A and 76B. The drop in the flow velocity near the port wall and the bulkhead is due to frictional resistance between the solid wall and the fluid.
次に、 図 2 2及び図 2 3を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用い る空気流動制御弁の他の構成について説明する。 Next, referring to FIGS. 22 and 23, the in-cylinder injection engine according to the present embodiment is used. Another configuration of the air flow control valve will be described.
図 2 2は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンの他の構成を上方 から見た透視図である。 図 2 3は、 図 2 2の F矢視図である。 なお、 図 1 7〜図 2 0を同一符号は、 同一部分を示している。  FIG. 22 is a perspective view of another configuration of the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention as viewed from above. FIG. 23 is a view on arrow F of FIG. The same reference numerals in FIGS. 17 to 20 denote the same parts.
この例では、 吸気ポート 7 2 A, 7 2 Bが独立したタイプのエンジンに、 空気 流動制御弁 6 ' を適用している。 筒内噴射エンジンでは 2つの吸気ポート間に燃 料噴射弁 1 9を配置する傾向にあるために、 燃料噴射弁取り付け位置 7 9を確保 するために吸気ポート間を大きくする設計が主流となりつつある。 このような場 合でも、 空気流動制御弁 6 ' として、 空気流動制御板 7 3 A, 7 3 Bを、 それぞ れ、 吸気ポート 7 2 A, 7 2 Bに設けることにより、 図 2 1と同様に、 空気流動 制御弁 6 ' を閉じることにより、 空気流動を形成することができる。  In this example, the air flow control valve 6 'is applied to an engine having independent intake ports 72A and 72B. In-cylinder injection engines tend to have fuel injectors 19 between two intake ports, so designs that increase the space between intake ports to secure fuel injector mounting positions 79 are becoming mainstream. . Even in such a case, by providing the air flow control plates 73A and 73B as the air flow control valves 6 'at the intake ports 72A and 72B, respectively, as shown in FIG. Similarly, the air flow can be formed by closing the air flow control valve 6 ′.
以上のように、 偏平噴霧を空気流動で挟み込む構成にすることで、 噴射時期が 吸気行程から圧縮行程の前半でも成層燃焼が可能であり、 さらに空気流動制御弁 の開閉で均質燃焼時の混合も促進でき、 出力を向上できる。  As described above, by adopting a configuration in which the flat spray is sandwiched by air flows, stratified combustion can be performed even when the injection timing is the first half of the intake stroke to the compression stroke, and mixing during homogeneous combustion can be achieved by opening and closing the air flow control valve. Can promote and improve output.
次に、 図 2 4〜図 2 7を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いる 燃料供給系統の構成及び動作について説明する。  Next, the configuration and operation of the fuel supply system used in the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
最初に、 図 2 4及び図 2 5を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用 いる燃料供給系統の中の燃料ポンプ 1 8の構成について説明する。  First, the configuration of the fuel pump 18 in the fuel supply system used for the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 24 and 25.
図 2 4は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃料供給 系統の中の燃料ポンプの構成を示す部分断面図である。 また、 図 2 5は、 図 2 4 の B— B矢視図である。  FIG. 24 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a fuel pump in a fuel supply system used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. FIG. 25 is a view taken in the direction of arrow B—B in FIG.
従来の高圧 D Iシステムでは、 燃料タンクからエンジンまでの配管中に、 フィ ードポンプと高圧燃料ポンプの 2つのポンプを備えていたのに対して、 本実施形 態では、 1つのポンプのみ用いるようにしている。 従来は、 高圧燃料ポンプは、 流体の吸い込み能力が無いため、 フィードポンプは、 高圧燃料ポンプに燃料を供 給するために用いられている。 また、 高圧燃料ポンプは、 エンジン動力で駆動す るものが主流となっており、 エンジン近傍に設置されている。 そのために燃料タ ンク位置より低い位置に配置することができないので、 高圧 D Iシステムでは必 然的にフィードボンプが必要となっている。 一方、 本実施形態では、 燃料圧力が低くてすむので、 ポンプ構造の簡素化とと もにポンプ駆動のための動力源, ポンプ配置の自由度が大きくなつている。 While the conventional high-pressure DI system has two pumps, a feed pump and a high-pressure fuel pump, in the piping from the fuel tank to the engine, this embodiment uses only one pump. I have. Conventionally, a high-pressure fuel pump has no capacity to suck in fluid, and a feed pump has been used to supply fuel to the high-pressure fuel pump. High-pressure fuel pumps are mainly driven by engine power, and are installed near the engine. As a result, it cannot be located below the fuel tank position, so a feed pump is inevitably required in high-pressure DI systems. On the other hand, in this embodiment, since the fuel pressure is low, the pump structure is simplified, and the power source for driving the pump and the degree of freedom of the arrangement of the pump are increased.
図 2 4及び図 2 5に示すように、 燃料ポンプ 1 8は、 2つのギヤ 1 0 2, 1 0 3の回転によって、 燃料を送り出す構造のギヤポンプである。 ポンプ 1 8は、 力 ップリング 1 0 0に動力源を接続することにより、 回転される。 カップリング 1 0 0に連結された軸 1 0 7は、 ベアリング 1 0 1によって回転可能に支持されて いる。 ドライブギヤ 1 0 2は、 軸 1 0 7に固定されている。 ドリブンギヤ 1 0 3 は、 ドライブギヤ 1 0 2と係合している。  As shown in FIGS. 24 and 25, the fuel pump 18 is a gear pump having a structure in which fuel is delivered by rotation of two gears 102, 103. The pump 18 is rotated by connecting a power source to the power coupling 100. The shaft 107 connected to the coupling 100 is rotatably supported by a bearing 101. The drive gear 102 is fixed to the shaft 107. The driven gear 103 is engaged with the drive gear 102.
燃料は、 吸入口 1 0 8から入り、 ドライブギヤ 1 0 2とドリブンギヤ 1 0 3の 回転によって吐出口 1 0 9側に搬送され、 吐出される。 吐出側に連結される配管 中に圧力を制御するレギュレ一タを備えることで、 燃料圧力をコン卜ロールする ことができる。 ドライブギヤ 1 0 2とドリブンギヤ 1 0 3は、 2枚の側板 1 0 4, 1 0 5に挟まれて配置され、 ギヤサイドへの燃料の漏れを防止する構造となって いる。 側板 1 0 4, 1 0 5は、 スラストベアリング 1 0 6によって支持されてい る。  The fuel enters through the suction port 108, is conveyed to the discharge port 109 side by the rotation of the drive gear 102 and the driven gear 103, and is discharged. By providing a regulator for controlling the pressure in the pipe connected to the discharge side, the fuel pressure can be controlled. The drive gear 102 and the driven gear 103 are interposed between the two side plates 104 and 105, and have a structure for preventing fuel from leaking to the gear side. The side plates 104 and 105 are supported by thrust bearings 106.
以上のようにして、 簡単な構成で必要な燃圧を確保できる 1つのポンプを用い ることにより、 燃料ポンプを簡素化して、 コスト低減を図ることができる。  As described above, by using one pump that can secure the required fuel pressure with a simple configuration, the fuel pump can be simplified and the cost can be reduced.
次に、 図 2 6を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃料供給 系統の構成及び動作について説明する。  Next, the configuration and operation of the fuel supply system used in the in-cylinder injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図 2 6は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃料供給 系統の構成を示すシステム構成図である。 なお、 図 1と同一符号は、 同一部分を 示している。  FIG. 26 is a system configuration diagram showing a configuration of a fuel supply system used for the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
ポンプ 1 8は、 燃料タンク 8 7内の燃料 8 6の中に設置されている。 ポンプ 1 8は、 燃料タンク 8 7外に配置するモータ 8 9によって駆動される。 ポンプ 1 8 の吐出口には、 エンジンへの配管 8 3が接続され、 コモンレール 8 1に接続され ている。 配管 8 3の途中には、 燃料圧力を調整するレギユレ一夕 8 4と、 配管内 の燃料圧力をセンシングする燃圧センサ 8 2が取りつけられる。  Pump 18 is located in fuel 86 in fuel tank 87. The pump 18 is driven by a motor 89 arranged outside the fuel tank 87. A pipe 83 to the engine is connected to a discharge port of the pump 18, and is connected to a common rail 81. In the middle of the pipe 83, a regulator 84 for adjusting the fuel pressure and a fuel pressure sensor 82 for sensing the fuel pressure in the pipe are mounted.
レギユレ一夕 8 4は、 予め設定した燃料圧力に機械的に調整するものである。 なお、 レギユレ一夕 8 4は、 燃圧センサ 8 2の信号に基づいて、 電気的に燃料圧 力を制御するものでもよいものである。 また、 コントロールユニット 1は、 燃圧 センサ 8 2の出力信号に基づいて、 モータ 8 9の回転数を制御するインパー夕 8 8に制御指令を出して、 モー夕回転数, すなわち、 ポンプ回転数を制御する。 次に、 図 2 7を用いて、 ギヤポンプの回転数と効率の関係について説明する。 図 2 7は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃料ボン プのギヤポンプの回転数と効率の関係の説明図である。 Regulayer 84 is to mechanically adjust the fuel pressure to a preset value. In addition, based on the signal from the fuel pressure sensor 82, the fuel pressure It may be one that controls the force. Further, the control unit 1 issues a control command to the impeller 8.8 for controlling the rotation speed of the motor 89 based on the output signal of the fuel pressure sensor 82 to control the motor rotation speed, that is, the pump rotation speed. I do. Next, the relationship between the rotation speed of the gear pump and the efficiency will be described with reference to FIG. FIG. 27 is an explanatory diagram showing the relationship between the rotation speed and the efficiency of the gear pump of the fuel pump used in the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention.
図 2 7において、 横軸は (ポンプ回転数 (r p m) Z最大回転数 (r p m) ) を示し、 縦軸はポンプ効率 (%) を示している。 図 2 4及び図 2 5において説明 したギヤポンプは、 回転数の低下にしたがって効率が低下する傾向にある。 ボン プ効率の低下分は、 ギヤ隙間や側板側の隙間からの漏れが原因である。 しかし、 漏れた弁は燃料タンク内にそのまま戻るので、 特に問題はないものである。 そこ で、 コントロールユニット 1を用いて、 ポンプ 1 8の回数数をコントロールする ことにより、 ポンプ 1 8から吐出される燃料量を制御するようにしている。  In Fig. 27, the horizontal axis indicates (pump rotation speed (rpm) Z maximum rotation speed (rpm)), and the vertical axis indicates pump efficiency (%). The efficiency of the gear pump described in FIGS. 24 and 25 tends to decrease as the rotational speed decreases. The drop in pump efficiency is due to leakage from the gear gap or the gap on the side plate side. However, since the leaked valve returns to the fuel tank as it is, there is no particular problem. Therefore, the control unit 1 is used to control the number of pumps 18 to control the amount of fuel discharged from the pump 18.
次に、 図 2 8を用いて、 本実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃料供^幺厶 系統の他の構成及び動作について説明する。  Next, another configuration and operation of the fuel supply system used in the direct injection engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図 2 8は、 本発明の第 1の実施形態による筒内噴射エンジンに用いる燃料供給 系統の他の構成を示すシステム構成図である。 なお、 図 2 6と同一符号は、 同一 部分を示している。  FIG. 28 is a system configuration diagram showing another configuration of the fuel supply system used for the direct injection engine according to the first embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 26 indicate the same parts.
本例においては、 燃料ポンプ 1 8は、 エンジンによって駆動するものであり、 エンジンの近傍に配置されている。 燃料タンク 8 7には、 給油口 9 1からの開口 を閉じる遮断弁 9 2が設けられている。 また、 燃料タンク 8 7の内部には、 モー 夕 8 9によって駆動されるポンプ 9 0によって、 空気が圧送され、 燃料タンク 8 7の内部の空間を加圧している。 燃料タンク 8 7の内部を加圧することによって、 燃料ポンプ 1 8の吸い込み能力が低い場合でも、 1つの燃料ポンプ 1 8で、 燃料 噴射弁 1 9に燃料を供給することが可能となる。  In this example, the fuel pump 18 is driven by the engine, and is arranged near the engine. The fuel tank 87 is provided with a shutoff valve 92 that closes the opening from the fuel supply port 91. Air is pumped into the fuel tank 87 by a pump 90 driven by a motor 89 to pressurize the space inside the fuel tank 87. By pressurizing the inside of the fuel tank 87, it is possible to supply fuel to the fuel injection valve 19 with one fuel pump 18 even when the suction capacity of the fuel pump 18 is low.
なお、 以上の説明では、 従来の高圧 D Iよりも低圧で燃料を筒内に噴射するシ ステムについて説明したが、 特に図 2及び図 3に示したように、 燃料の扁平噴霧 を空気流動で挟み込むことによって、 燃料噴霧の拡散を防ぎ、 点火プラグの周囲 を成層化することは、 高圧 D Iにも適用できるものである。 最近の高圧 D Iでは、 空燃比 4 0程度で成層燃焼を行うようにしているが、 扁平噴霧と空気流動を用い ることにより、 さらに空燃比を高くして、 排気と燃費の性能を向上することがで きる。 In the above description, the system that injects fuel into the cylinder at a lower pressure than the conventional high-pressure DI has been described.In particular, as shown in FIGS. 2 and 3, the flat fuel spray is sandwiched by air flow. Thus, the prevention of fuel spray diffusion and stratification around the spark plug is applicable to high-pressure DI. In recent high pressure DI, Although stratified combustion is performed at an air-fuel ratio of about 40, the use of flat spray and air flow can further increase the air-fuel ratio and improve exhaust and fuel efficiency.
以上説明したように、 本実施形態によれば、 筒内噴射エンジンにおける燃費を さらに向上することができる。  As described above, according to the present embodiment, the fuel efficiency of the direct injection engine can be further improved.
また、 従来の高圧 D Iシステムで使用する圧力よりも燃料圧力を低くし、 ,燃料 を昇圧時の損失を低下させ、 燃費を向上させるとともに、 燃料圧力を低圧としな がらも希薄燃焼を可能とすることにより、 燃費 ·排気などの性能は高圧 D Iシス テムと同等とすることができる。 そして、 燃料圧力を低圧ィ匕できることにより、 燃料ポンプを一つとし、 燃料供給系を簡略化することができる。  In addition, the fuel pressure is lower than the pressure used in the conventional high-pressure DI system, the loss during pressurization of fuel and fuel is reduced, fuel efficiency is improved, and lean combustion is possible while keeping the fuel pressure low. As a result, the fuel efficiency and exhaust performance can be made equal to those of the high-pressure DI system. Since the fuel pressure can be reduced, the fuel supply system can be simplified by using only one fuel pump.
また、 高圧 D Iシステムにおいて、 さらに、 燃費を向上することができる。 産業上の利用の可能性 本発明によれば、 筒内噴射エンジンにおける燃費をさらに向上することができ る。  Also, in the high-pressure DI system, fuel efficiency can be further improved. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, fuel efficiency in a direct injection engine can be further improved.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1 . 筒内に燃料を噴射して燃料噴霧を形成する燃料噴射弁を有する筒内噴射ェン ジンにおいて、 1. An in-cylinder injection engine having a fuel injection valve for injecting fuel into a cylinder to form a fuel spray,
上記燃料噴射弁(19)は、 扁平形状の燃料噴霧(38)を筒内に噴射するとともに、 ビストン頂面およびシリンダ壁面と扁平噴霧の間に空気流動 (37)を生成する空 気流動生成手段(6)を備えたことを特徴とする筒内噴射エンジン。  The fuel injection valve (19) injects a flat fuel spray (38) into the cylinder, and generates an air flow (37) between the top of the piston and the cylinder wall and the flat spray. An in-cylinder injection engine comprising (6).
2 . 請求項 1記載の筒内噴射エンジンにおいて、 2. The in-cylinder injection engine according to claim 1,
上記燃料噴射弁(19)は、 シリンダ中心軸 (Z軸) と、 この Z軸に垂直で吸気側 に向かう X軸によって形成される X— Z平面上の噴霧角 0 cが、 Z軸及び X軸に 垂直な Y軸と X軸によって形成される X— Y平面上の噴霧角 0 cよりも大きい扁 平噴霧を形成することを特徴とする筒内噴射エンジン。  The fuel injection valve (19) has a spray angle 0c on an X-Z plane formed by a cylinder center axis (Z axis) and an X axis perpendicular to the Z axis and directed toward the intake side. An in-cylinder injection engine that forms a flat spray having a spray angle greater than 0 c on an XY plane formed by a Y axis and an X axis perpendicular to the axis.
3 . 請求項 1記載の筒内噴射エンジンにおいて、 3. The in-cylinder injection engine according to claim 1,
上記燃料噴射弁(19)は、 その先端のノズル開口面積が 0 . 1 6〜0 . 6 0 (m m2) であることを特徴とする筒内噴射エンジン。 The fuel injection valve (19), the nozzle opening area of the tip of 0.1 from 6 to 0.6 0 direct injection engine, which is a (mm 2).
4. 請求項 1記載の筒内噴射エンジンにおいて、 4. The in-cylinder injection engine according to claim 1,
上記空気流動制御手段(6)は、 エンジンの吸気バルブに通じている吸気ボートを 左右に分割する隔壁 (76)と、 この隔壁により分割された一方の通路への空気の流 入を制御する空気流動制御板 (73)を備えることを特徴とする筒内噴射エンジン。  The air flow control means (6) includes a partition (76) for dividing an intake boat communicating with an intake valve of the engine into right and left, and an air for controlling the flow of air into one of the passages divided by the partition. An in-cylinder injection engine comprising a flow control plate (73).
5 . 請求項 1記載の筒内噴射エンジンにおいて、 5. The in-cylinder injection engine according to claim 1,
燃料タンクからエンジンに取り付けられた燃料噴射弁までの配管途中に、 燃料 を加圧する単一のポンプ (18)を備えたことを特徴とする筒内噴射エンジン。  An in-cylinder injection engine, comprising a single pump (18) for pressurizing fuel in a pipe halfway from a fuel tank to a fuel injection valve attached to the engine.
6 . 筒内に燃料を噴射して燃料噴霧を形成する燃料噴射弁を有する筒内噴射ェン ジンにおいて、 上記燃料噴射弁(19)は、 扁平形状の燃料噴霧を筒内に噴射するとともに、 ピストン頂面およびシリンダ壁面と扁平噴霧の間に空気層を生成する空気層生 成手段 (6)を備えたことを特徴とする筒内噴射エンジン。 6. An in-cylinder injection engine having a fuel injection valve for injecting fuel into a cylinder to form a fuel spray, The fuel injection valve (19) has an air layer generating means (6) for injecting flat fuel spray into the cylinder and generating an air layer between the piston top surface and the cylinder wall surface and the flat spray. An in-cylinder injection engine characterized in that:
7 . 筒内に燃料を噴射して燃料噴霧を形成する燃料噴射弁を有する筒内噴射ェン ジンにおいて、 7. In a cylinder injection engine having a fuel injection valve that injects fuel into a cylinder to form a fuel spray,
上記燃料噴射弁(19)は、 扁平形状の燃料噴霧を筒内に噴射するとともに、 この扁平噴霧の両側に、 扁平噴霧を挟むようにして空気流動を生成する空気流 動生成手段 (6)を備えたことを特徴とする筒内噴射エンジン。  The fuel injection valve (19) is provided with air flow generating means (6) for injecting flat fuel spray into a cylinder and generating air flow on both sides of the flat spray so as to sandwich the flat spray. An in-cylinder injection engine characterized in that:
8 . 筒内に燃料を噴射して燃料噴霧を形成する燃料噴射弁を有する筒内噴射ェン ジンを制御する筒内噴射ェンジンの制御方法において、 8. A method of controlling an in-cylinder injection engine that controls an in-cylinder injection engine having a fuel injection valve that injects fuel into a cylinder to form a fuel spray,
上記燃料噴射弁(19)は、 扁平形状の燃料噴霧(38)を筒内に噴射するとともに、 ピストン頂面およびシリンダ壁面と扁平噴霧の間に空気流動 (37)を生成する空 気流動生成手段 (6)を備えるとともに、  The fuel injection valve (19) injects a flat fuel spray (38) into the cylinder and generates an air flow (37) between the piston top surface and the cylinder wall and the flat spray. With (6),
上記空気流動生成手段によりエンジンの燃焼室に空気流動が形成された後に、 吸気行程から圧縮行程前半のいずれかのタイミングで上記燃料噴射弁から燃料を 噴射することを特徴とする筒内噴射エンジンの制御方法。  After the air flow is formed in the combustion chamber of the engine by the air flow generation means, fuel is injected from the fuel injection valve at any timing from the intake stroke to the first half of the compression stroke. Control method.
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