JP2006274945A - Spark ignition type direct injection engine - Google Patents

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統之 太田
Masahiko Fujimoto
昌彦 藤本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the increase of HC and smoke due to the deterioration of combustion by sufficiently reducing the adhesion of a fuel to the wall surface of a cylinder when an engine is cool and sufficiently promoting the vaporization of the overall atomized fuel in the direct injection engine in which multi-nozzle hole type injectors are disposed on the peripheral edge part of a combustion chamber so that the fuel can be jetted from the nozzle holes near an ignition plug. <P>SOLUTION: The orientations of the upper three nozzle holes from which the atomized fuel is jetted are set so that a fuel spraying area toward near the ignition plug can be positioned between the valve stems of two intake valves in a plan view. An ECU comprises a fuel injection control part starting fuel injection at the former half of the intake stroke of the cylinder when the engine is cool, a fuel pressure control part lowering the pressure of the fuel so that the penetrating force of the atomized fuel can be lowered when the engine is cool, and an intake flow control part changing the distribution of the flow velocity of intake air around the intake valve by closing a flow control valve when the engine is cool. A high-speed intake air from the curtain area of the intake valve is set to directly and effectively hit the atomized fuel heading near the ignition plug. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、気筒内に燃料を直接、噴射して、点火プラグにより点火するようにした火花点火式直噴エンジンに関し、特に、そうして気筒内に噴射した燃料の混合気形成に関する技術分野に属する。   The present invention relates to a spark ignition direct injection engine in which fuel is directly injected into a cylinder and ignited by a spark plug, and more particularly to a technical field relating to the formation of a mixture of fuel injected into a cylinder. Belongs.

従来より、この種の直噴エンジンでは、気筒内の燃焼室に燃料を高圧で直接、噴射することから、この燃焼室に均一な混合気を形成することが難しいとされている。そのため、一般に直噴エンジンでは、気筒内に吸入される空気の流動（スワールやタンブル）を利用して、この吸気と燃料噴霧との混合や燃料液滴の気化を促進するようにしているが、それだけでは不十分なことが多い。   Conventionally, in this type of direct injection engine, since fuel is directly injected into a combustion chamber in a cylinder at a high pressure, it is difficult to form a uniform air-fuel mixture in the combustion chamber. Therefore, in general, direct injection engines use the flow of air (swirl and tumble) sucked into a cylinder to promote mixing of the intake air and fuel spray and vaporization of fuel droplets. That alone is often insufficient.

すなわち、例えば、燃焼室に向かってその周縁部に配置したインジェクタにより燃料を噴射する場合は、このインジェクタの噴口と対向する気筒壁面との間の距離が比較的短いことから、噴射された燃料の一部が液滴のまま気筒壁面に付着することも多く、こうして気筒壁面に付着した燃料の気化が遅れたり、或いは不十分になることによって、局所的に過濃な混合気が形成されてしまい、このことが混合気の不均一化を招く一因となる。   That is, for example, when fuel is injected by an injector disposed at the peripheral edge toward the combustion chamber, the distance between the injector nozzle and the opposing cylinder wall surface is relatively short. In many cases, some of the liquid droplets adhere to the cylinder wall surface, and the vaporization of the fuel adhering to the cylinder wall surface is delayed or insufficient, resulting in the formation of a locally rich mixture. This contributes to the non-uniformity of the air-fuel mixture.

特にエンジンの冷機時には気筒壁面の温度が低いので、そこに付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなり、前記のような混合気の不均一度合いが大きくなりやすい。また、そうして気筒壁面に付着した燃料液滴の一部が気化することなくエンジンオイルに混入すると、いわゆるオイル希釈などの弊害を引き起こすことになる。   Particularly, when the engine is cold, the temperature of the cylinder wall surface is low, so the delay in vaporization of the fuel droplets adhering to the temperature increases, and the degree of non-uniformity of the air-fuel mixture tends to increase. In addition, if some of the fuel droplets adhering to the cylinder wall surface are mixed in the engine oil without being vaporized, it will cause adverse effects such as so-called oil dilution.

この点について、例えば特許文献１に開示される直噴エンジンでは、インジェクタからの燃料の噴射方向をピストンの頂面に向かうよう下向きに偏向させて、燃料噴霧が直接、気筒壁面に到達しないようにした上で、さらに、エンジンの冷機時には燃料噴射圧を低下させ、燃料噴霧の貫徹力を弱めることによって、前記ピストン頂面で跳ね返った燃料の気筒壁面への付着も阻止するようにしている。   With regard to this point, for example, in the direct injection engine disclosed in Patent Document 1, the fuel injection direction from the injector is deflected downward toward the top surface of the piston so that the fuel spray does not directly reach the cylinder wall surface. In addition, when the engine is cold, the fuel injection pressure is reduced and the penetration force of the fuel spray is weakened to prevent the fuel bounced off the piston top surface from adhering to the cylinder wall surface.

ところで、前記のような従来の直噴エンジンに用いられるインジェクタは、一般的に、単一の噴口から燃料を旋回流として噴射させて略円錐状の燃料噴霧を形成するスワーラ型のものであり、燃料噴霧の広がり角が気筒内圧に応じて変化することから、気筒の圧縮行程で燃料を噴射するときには混合気を点火プラグ周りに集めて成層化させ易く、また、吸気行程で噴射するときには燃料を気筒内全体に広く分散させ易いという特長を有する。   Incidentally, the injector used in the conventional direct injection engine as described above is generally a swirler type in which fuel is injected as a swirling flow from a single injection port to form a substantially conical fuel spray, Since the spread angle of the fuel spray changes according to the cylinder internal pressure, it is easy to stratify the air-fuel mixture when the fuel is injected in the compression stroke of the cylinder, and the fuel is injected when the fuel is injected in the intake stroke. It has the feature of being easily dispersed widely throughout the cylinder.

その一方で、スワーラ型のインジェクタでは、単一の噴口径をあまり小さくすることができないので、ここから噴出する燃料の液滴もあまり小さくはできず、噴射圧を高くして燃料の***を促すようにしても、その微粒化を十分には図れないという難がある。そこで、近年、例えば特許文献２に開示されるように、インジェクタの先端部に非常に小さな噴口を複数、設けて、この複数の噴口からそれぞれ燃料を噴出させるようにした多噴口型のインジェクタが開発されている。   On the other hand, with a swirler injector, the diameter of a single nozzle cannot be made too small, so the fuel droplets ejected from here cannot be made too small, and the injection pressure is increased to promote fuel splitting. Even so, there is a difficulty that the atomization cannot be sufficiently achieved. Therefore, in recent years, as disclosed in, for example, Patent Document 2, a multi-injector type injector has been developed in which a plurality of very small injection holes are provided at the tip of the injector so that fuel is ejected from the plurality of injection holes, respectively. Has been.

前記特許文献２のエンジンでは、複数の噴口の向きを個別に設定できるという多噴口型インジェクタの特徴を生かして、燃焼室周縁部に配設したインジェクタの大半の噴口から下方のピストン頂面に向かって燃料を噴射するとともに、例えば２個の噴口からの燃料噴霧は点火プラグに向けて、この点火プラグ近傍に可燃混合気がより確実に形成されるようにして、着火安定性を向上させている。また、同文献には、特に燃料の微粒化が必要とされる冷間においては燃料噴射圧を高めるのがよい、という知見が開示されている。
特開平９−６８０７２号公報 特開２００３−１６１２２４号公報 In the engine of Patent Document 2, taking advantage of the feature of the multi-injector type that the directions of a plurality of injection holes can be individually set, the most injection holes of the injector arranged at the peripheral portion of the combustion chamber are directed to the lower piston top surface. For example, fuel spray from two nozzles is directed toward the spark plug so that a combustible air-fuel mixture is more reliably formed in the vicinity of the spark plug to improve ignition stability. . Further, this document discloses the knowledge that the fuel injection pressure should be increased particularly in the cold where the atomization of the fuel is required.
JP-A-9-68072 JP 2003-161224 A

ところが、前記のような多噴口型インジェクタを採用した場合は、上述の如く微小な噴口から燃料を噴射するために、スワーラ型のものに比べて通常、燃料噴射圧を高くする必要があり、このことで燃料噴霧の貫徹力が相対的に強くなる傾向にある。このため、前記後者の従来例（特許文献２）のようにエンジン冷機時に燃料噴射圧を高めると、各噴口からの燃料噴霧の貫徹力がかなり強くなってしまい、特に点火プラグ近傍に向けた燃料噴霧においては液滴のままで気筒壁面に到達する燃料の量が多くなるる。   However, when the multi-injector type injector as described above is employed, in order to inject fuel from the minute injection port as described above, it is usually necessary to increase the fuel injection pressure as compared with the swirler type. As a result, the penetration force of the fuel spray tends to be relatively strong. For this reason, if the fuel injection pressure is increased when the engine is cold as in the latter conventional example (Patent Document 2), the penetration force of the fuel spray from each nozzle becomes considerably strong, and particularly the fuel directed to the vicinity of the spark plug. In spraying, the amount of fuel that reaches the cylinder wall surface as droplets increases.

そうして液滴のままで気筒壁面に到達しても、多噴口型インジェクタの燃料噴霧は十分に微粒化されているので、冷機時であっても殆どは点火までの間に気化することになり、そのままエンジンオイルに混入する可能性は低いが、そうして気筒壁面に付着した燃料の気化が相対的に遅くなることは避けられず、これにより局所的に濃度が高くなった混合気の過濃部分が燃焼することにより、煤が生成されて、いわゆるスモークが発生するとともに、その煤がエンジンオイルに混入してその粘度を低下させるという問題（以下、このことを含めてオイル希釈という）も生じる。   Even if it reaches the cylinder wall surface in the form of droplets, the fuel spray of the multi-injector type injector is sufficiently atomized so that most of it will be vaporized before ignition even when cold. Therefore, it is unlikely that it will be mixed into the engine oil as it is, but it is inevitable that the vaporization of the fuel adhering to the cylinder wall will be relatively slow. The over-concentrated portion burns, soot is generated, so-called smoke is generated, and the soot is mixed with engine oil to reduce its viscosity (hereinafter referred to as oil dilution) Also occurs.

さらに、前記のように点火プラグ近傍に向けた燃料噴霧の一部が付着するのは、燃焼室の天井部から周壁部（気筒壁面）との境界付近にかけてであり、通常、この付近には火炎面の伝播しない領域が形成されることになるから、前記のように燃料の気化が不十分になったり、過濃な混合気が形成されたりすると、その結果として排気中のＨＣ濃度がかなり高くなってしまうという問題もある。   Further, as described above, part of the fuel spray directed to the vicinity of the spark plug adheres from the ceiling portion of the combustion chamber to the vicinity of the boundary with the peripheral wall portion (cylinder wall surface). Since the area where the surface does not propagate is formed, if the fuel is insufficiently vaporized or an excessively rich air-fuel mixture is formed as described above, as a result, the HC concentration in the exhaust gas is considerably high. There is also the problem of becoming.

一方、前記前者の従来例（特許文献１）では、上述したように燃料の微粒化に難のあるスワーラ型のインジェクタを採用しており、エンジンの冷機時に燃圧を低下させた場合には、これにより燃料噴霧の貫徹力を弱めて、燃料液滴の気筒壁面への付着は阻止できるとしても、その燃圧の低下に起因して燃料噴霧全体で液滴の粒径が大きくなってしまい、冷間であることも相俟って燃料の気化が不十分なものとなる。このことで、燃焼の悪化によるＨＣやスモークの増大という問題を生じる。   On the other hand, in the former conventional example (Patent Document 1), as described above, a swirler type injector, which is difficult to atomize the fuel, is employed, and when the fuel pressure is reduced when the engine is cold, Even though the penetrating force of the fuel spray can be weakened by this and the fuel droplets can be prevented from adhering to the cylinder wall surface, the drop of the fuel pressure causes the droplet diameter to increase throughout the fuel spray, resulting in cold In combination with this, fuel vaporization is insufficient. This causes a problem of increase in HC and smoke due to deterioration of combustion.

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インジェクタを気筒の燃焼室周縁部に配設する場合に、燃料の微粒化に優れるが、噴霧の貫徹力は比較的強いという多噴口型のものの特長に着目して、冷機時の気筒壁面への燃料付着を十分に軽減し、且つ燃料噴霧全体の気化を十分に促進して、燃焼悪化によるＨＣやスモークの増大を抑制することにある。   The present invention has been made in view of such various points, and the object of the present invention is to achieve excellent atomization of fuel when the injector is disposed at the peripheral portion of the combustion chamber of the cylinder, but the penetration force of the spray. Paying attention to the features of the multi-hole type that is relatively strong, sufficiently reduce fuel adhesion to the cylinder wall surface during cold operation, and sufficiently promote vaporization of the entire fuel spray, HC and smoke due to deterioration of combustion Is to suppress the increase of

前記の目的を達成するために、本願第１の発明では、エンジンの冷機時に噴射圧を低下させて燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、これに伴い液滴の粒径がやや大きくなる燃料噴霧に対し、吸気弁と吸気ポート開口部との間の環状の隙間（カーテンエリア）を通って燃焼室に流入する高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てることによって、その燃料液滴の気化を促進するようにした。   In order to achieve the above object, the first invention of the present application reduces the injection pressure when the engine is cold to weaken the penetration force of the fuel spray, and the fuel spray in which the particle size of the droplet is slightly increased accordingly. On the other hand, the fuel droplets are vaporized by directly and effectively blowing high-speed intake air flowing into the combustion chamber through an annular gap (curtain area) between the intake valve and the intake port opening. To promote.

具体的に、請求項１の発明では、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されている火花点火式直噴エンジンを対象とし、前記気筒の中心線に沿って見て、前記噴口の設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、そこから燃焼室中央寄りの点火プラグ近傍に向かって噴射される燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定されているものとする。   Specifically, in the first aspect of the invention, a spark-ignition direct injection engine in which a multi-injector type injector having a plurality of injection holes is disposed so as to inject fuel from its peripheral edge into a combustion chamber in a cylinder. The tip of the injector provided with the nozzle hole is located at the peripheral edge of the combustion chamber between two adjacent intake valves when viewed along the center line of the cylinder, and from there The direction of the injection hole from which the fuel spray is ejected is set so that the geometric spray area of the fuel spray injected toward the vicinity of the near spark plug is located between the valve shafts of the two intake valves. And

そして、前記２つの吸気弁のうち、少なくとも一方の吸気弁と吸気通路の開口部との間の環状隙間部（以下、カーテンエリアともいう）から燃焼室に流入する吸気の流れを、その流速分布が前記環状隙間部の少なくとも周方向に変化するように調整する吸気流調整手段と、前記インジェクタによる燃料噴射圧を調整する燃圧調整手段と、エンジンの冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記燃料噴射圧が低くなるように、少なくともエンジンの温度状態に基づいて前記燃圧調整手段を制御する燃圧制御手段と、エンジンの冷機時には、前記少なくとも一方の吸気弁の周りの吸気の流速分布において相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動するように、前記吸気流調整手段を制御する吸気流制御手段と、を備える構成とする。   Of the two intake valves, the flow of intake air flowing into the combustion chamber from an annular gap (hereinafter also referred to as a curtain area) between at least one of the intake valves and the opening of the intake passage is represented by a flow velocity distribution. Compared with the same operating state after warming up when the engine is cold, the intake air flow adjusting means for adjusting the annular clearance to change at least in the circumferential direction, the fuel pressure adjusting means for adjusting the fuel injection pressure by the injector The fuel pressure control means for controlling the fuel pressure adjusting means based on at least the temperature state of the engine so that the fuel injection pressure is low, and when the engine is cold, in the flow velocity distribution of the intake air around the at least one intake valve An intake flow control means for controlling the intake flow adjusting means so that a relatively high flow velocity range moves toward the other intake valve side; and That.

前記の構成により、まず、インジェクタの先端部が２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置し、そこに設けられている複数の噴口のうちの少なくとも１つから点火プラグ近傍に向かって噴射された燃料噴霧は、その幾何学的噴霧エリアが平面視で前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するものとなる。ここで、前記幾何学的噴霧エリアとは、仮に燃焼室に吸気などの流動がないとした場合の燃料噴霧の液滴のエリアのことであり、前記のように構成すれば、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧は、ちょうど２つの吸気弁のカーテンエリアからそれぞれ燃焼室に流入する高速の吸気流が直接、吹き当たるように位置し、これにより燃料の気化が促進されることになる。   With the above configuration, first, the tip of the injector is located at the peripheral edge of the combustion chamber between the two intake valves, and is injected toward the vicinity of the spark plug from at least one of the plurality of nozzle holes provided there. In the fuel spray, the geometric spray area is located between the valve shafts of the two intake valves in plan view. Here, the geometric spray area is an area of droplets of fuel spray when there is no flow of intake air or the like in the combustion chamber. If configured as described above, the vicinity of the spark plug The fuel spray toward the fuel is directed so that high-speed intake air flowing into the combustion chamber directly from the curtain areas of the two intake valves is directly blown, thereby promoting fuel vaporization.

そして、エンジンの冷機時には、前記燃圧制御手段により少なくともエンジンの温度状態に基づいて燃圧調整手段が制御され、暖機後と比較して燃料噴射圧が低くなることで、インジェクタの各噴口からそれぞれ噴出する燃料噴霧の貫徹力が弱められる。これにより、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧においても気筒壁面へ液滴のままで到達する燃料が少なくなって、この燃料の気筒壁面への付着が軽減される。   Then, when the engine is cold, the fuel pressure control means is controlled by the fuel pressure control means based on at least the temperature state of the engine, and the fuel injection pressure becomes lower than that after warming up. The penetration of fuel spray is reduced. As a result, even in the fuel spray toward the vicinity of the spark plug, the amount of fuel that reaches the cylinder wall surface as droplets is reduced, and the adhesion of this fuel to the cylinder wall surface is reduced.

同時に、前記吸気流制御手段による吸気流調整手段の制御が行われて、少なくとも一方の吸気弁周りでカーテンエリアからの吸気流の流速分布が周方向に変化し、相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動する。すなわち、カーテンエリアから燃焼室に流入する高速の吸気流の中でも、特に前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧に吹き当たる範囲の流速が高められ、これにより燃料の気化がより効果的に促進される。   At the same time, the intake flow control means is controlled by the intake flow control means, and the flow velocity distribution of the intake flow from the curtain area changes in the circumferential direction around at least one of the intake valves. It moves toward the other intake valve side. In other words, among the high-speed intake air flowing from the curtain area into the combustion chamber, the flow velocity in the range of spraying the fuel spray directed toward the vicinity of the spark plug is increased, thereby promoting the fuel vaporization more effectively.

こうして高速の吸気流により効果的に気化が促進されることで、元来、微粒化に優れた多噴口型インジェクタの燃料噴霧は、前記の如く燃圧の低下によって液滴の粒が大きくなっていても、十分に気化して均一度の高い混合気を形成するようになる。また、こうして気化が促進されて液滴の粒径が小さくなり、その運動量が減少することによっても燃料噴霧の貫徹力は弱まるので、気筒壁面への燃料付着はさらに少なくなる。   In this way, by effectively promoting vaporization by the high-speed intake flow, the fuel spray of the multi-injector type injector that is excellent in atomization originally has droplets that have become larger due to a decrease in fuel pressure as described above. However, it is sufficiently vaporized to form a highly uniform gas mixture. Further, vaporization is promoted to reduce the particle size of the droplets and the momentum of the droplets is decreased, so that the penetration force of the fuel spray is weakened, so that the fuel adhesion to the cylinder wall surface is further reduced.

斯くして、エンジンの冷機時であっても気筒壁面への燃料の付着を十分に軽減し、このことに起因するＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の不具合を抑制できるとともに、燃料噴霧全体の気化を十分に促進して、燃焼の悪化によるＨＣ、スモークの増大も抑制することができる。この結果として、冷機時において従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定可能になるから、燃費低減などの効果も得られる。   Thus, even when the engine is cold, the adhesion of fuel to the cylinder wall surface can be sufficiently reduced, the increase in HC and smoke caused by this and the problem of oil dilution can be suppressed, and the fuel spray can be vaporized as a whole. Can be sufficiently promoted to suppress the increase in HC and smoke due to the deterioration of combustion. As a result, since it becomes possible to set the fuel injection timing in a wider range than before when the engine is cold, effects such as fuel efficiency reduction can be obtained.

上述の構成の火花点火式エンジンにおいて、好ましいのは、前記気筒内の燃焼室にそれぞれ連通する２つの吸気通路が、互いに並んで延びるように設けられている場合に、前記吸気流調整手段を、前記２つの吸気通路のうちの少なくとも一方に配設された絞り弁を備えるものとし、この絞り弁は、吸気の流れを絞ったときにその流れを他方の吸気通路寄りに片寄らせるものとすることである（請求項２の発明）。   In the spark ignition engine having the above-described configuration, it is preferable that when the two intake passages communicating with the combustion chambers in the cylinder are provided so as to extend side by side, the intake flow adjusting means is A throttle valve disposed in at least one of the two intake passages is provided, and the throttle valve is configured to deflect the flow toward the other intake passage when the flow of intake air is throttled. (Invention of claim 2)

そのように絞り弁によって一方の吸気通路を絞り、この吸気通路における吸気の流れを他方の吸気通路寄りに片寄らせれば、この吸気通路からカーテンエリアを通って燃焼室に流入する吸気の流速分布において、相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かうように移動することになる。また、吸気の流れが絞られることで全体として流速が高くなり、この吸気流による燃料液滴の気化がより効果的に促進される。   Thus, if one intake passage is throttled by the throttle valve and the flow of intake air in this intake passage is shifted toward the other intake passage, the flow velocity distribution of the intake air flowing from this intake passage through the curtain area into the combustion chamber Therefore, the range in which the flow velocity is relatively high moves toward the other intake valve side. Moreover, the flow rate of the intake air is reduced to increase the flow velocity as a whole, and the vaporization of fuel droplets by the intake air flow is more effectively promoted.

その場合に、より好ましいのは、前記吸気流調整手段に、前記のように一方の吸気通路に配設された絞り弁と、他方の吸気通路を開閉する開閉弁とを備え、その絞り弁によって前記一方の吸気通路の吸気の流れを絞るときには、開閉弁によって前記他方の吸気通路を閉ざすようにすることである（請求項３の発明）。   In this case, it is more preferable that the intake flow adjusting means includes a throttle valve disposed in one intake passage as described above and an open / close valve that opens and closes the other intake passage. When the flow of intake air in the one intake passage is throttled, the other intake passage is closed by an on-off valve (invention of claim 3).

こうすれば、開閉弁により前記他方の吸気通路が閉ざされることで、その分、前記一方の吸気通路における吸気の流量が増えることから、この一方の吸気通路からカーテンエリアを通って燃焼室に流出する吸気の流速が全体としてさらに高くなり、この高速の吸気流によって燃料液滴の気化をより一層、効果的に促進することができる。また、燃焼室に形成されるスワール流によって、燃料液滴の壁面付着を軽減するという作用も得られる。   By doing so, the other intake passage is closed by the on-off valve, and the flow rate of the intake air in the one intake passage is increased accordingly, so that the flow from the one intake passage to the combustion chamber flows through the curtain area. As a whole, the flow velocity of the intake air becomes higher, and the vaporization of the fuel droplets can be further effectively promoted by this high-speed intake flow. Moreover, the effect | action of reducing the wall surface adhesion of a fuel droplet by the swirl flow formed in a combustion chamber is also acquired.

また、上述の構成の火花点火式エンジンにおいて、好ましいのは、エンジンの冷機時に気筒の吸気行程前半で燃料の噴射が始まるようにインジェクタを制御する燃料噴射制御手段を備えることである（請求項４の発明）。すなわち、吸気行程前半で燃料の噴射を開始するようにすれば、吸気弁のリフト途中でカーテンエリアからの吸気流速が最も高いときに、このカーテンエリアの近傍を点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧が通過することになるから、高速の吸気流による燃料液滴の気化がより一層、効果的に促進される。   In the spark ignition engine having the above-described configuration, it is preferable that fuel injection control means is provided for controlling the injector so that fuel injection starts in the first half of the intake stroke of the cylinder when the engine is cold. Invention). That is, if fuel injection is started in the first half of the intake stroke, when the intake air flow velocity from the curtain area is the highest during the lift of the intake valve, the fuel spray that passes toward the vicinity of the spark plug passes through this curtain area. Therefore, the vaporization of the fuel droplets by the high-speed intake flow is further effectively promoted.

より具体的には、前記燃料噴射制御手段は、エンジン冷機時に気筒の吸気行程の１／５が経過してから１／２が経過するまでの間に燃料噴射が始まるように、インジェクタを制御することが好ましい（請求項５の発明）。吸気行程の１／５が経過する以前では燃料の噴射が早過ぎて、カーテンエリアからの吸気流速が十分に高くなる前に燃料噴霧が通過してしまうからである。   More specifically, the fuel injection control means controls the injector so that fuel injection starts during the period from 1/5 of the intake stroke of the cylinder to 1/2 of the intake stroke when the engine is cold. It is preferable (invention of claim 5). This is because before 1/5 of the intake stroke elapses, fuel injection is too early, and the fuel spray passes before the intake flow velocity from the curtain area becomes sufficiently high.

次に、本願第２の発明では、エンジンの冷機時に前記第１の発明と同様に噴射圧を低下させるとともに、これにより液滴の粒径がやや大きくなる燃料噴霧に対して高温高圧の既燃ガスを効果的に吹き当てることによって、その燃料液滴の気化を促進するようにした。   Next, in the second invention of the present application, when the engine is cold, the injection pressure is lowered in the same manner as in the first invention, and the high temperature and high pressure burned fuel spray with which the particle size of the droplet is slightly increased. Evaporation of the fuel droplets was promoted by blowing the gas effectively.

具体的に請求項６の発明では、上述した請求項１の発明と同じく、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されている火花点火式直噴エンジンを対象として、前記気筒の中心線に沿って見て、前記噴口の設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、そこから排気弁側に向かって噴射される燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定されているものとする。   Specifically, in the invention of claim 6, as in the invention of claim 1 described above, a multi-injector type injector having a plurality of injection holes is arranged to inject fuel into the combustion chamber in the cylinder from its peripheral portion. For the spark-ignition direct injection engine, the tip of the injector provided with the nozzle hole is located at the peripheral edge of the combustion chamber between two adjacent intake valves when viewed along the center line of the cylinder. The direction of the nozzle hole from which the fuel spray is ejected is set so that the geometric spray area of the fuel spray injected from there toward the exhaust valve is located between the valve shafts of the two intake valves. It is assumed that

そして、前記インジェクタによる燃料噴射圧を調整する燃圧調整手段と、前記吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間を変更する動弁時期変更手段と、エンジンの冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記燃料噴射圧が低くなるように、少なくともエンジンの温度状態に基づいて前記燃圧調整手段を制御する燃圧制御手段と、エンジンの冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記オーバーラップ期間が長くなるように、少なくともエンジンの温度状態に基づいて前記動弁時期変更手段を制御する動弁時期制御手段と、エンジンの冷機時に、前記インジェクタによる燃料の噴射が前記オーバーラップ期間に始まるように、該インジェクタを制御する燃料噴射制御手段と、を備える構成とする。   The fuel pressure adjusting means for adjusting the fuel injection pressure by the injector, the valve timing changing means for changing the overlap period of the intake valve and the exhaust valve, and the same operating state after warming up when the engine is cold. The fuel pressure control means for controlling the fuel pressure adjusting means based at least on the temperature state of the engine so that the fuel injection pressure becomes lower, and the overlap period compared to the same operating state after warm-up when the engine is cold The valve timing control means for controlling the valve timing change means based at least on the temperature state of the engine, and so that the fuel injection by the injector starts during the overlap period when the engine is cold. And a fuel injection control means for controlling the injector.

前記の構成により、まず、上述した請求項１の発明と同様に、エンジンの冷機時には、暖機後に比べて燃料噴射圧が低くされることで、燃料噴霧の貫徹力が弱められて、気筒壁面への燃料付着が軽減される。同時に、前記動弁時期制御手段による動弁時期変更手段の制御が行われ、暖機後に比べて吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間が長くなるとともに、燃料噴射制御手段によるインジェクタの作動制御によって、燃料の噴射が前記オーバーラップ期間に開始されるようになる。   With the above configuration, first, as in the first aspect of the invention described above, when the engine is cold, the fuel injection pressure is lowered compared to after the warm-up, so that the penetration force of the fuel spray is weakened and the cylinder wall surface is moved. The fuel adhesion is reduced. At the same time, the valve timing control means is controlled by the valve timing control means, the overlap period of the intake valve and the exhaust valve becomes longer than after the warm-up, and the operation control of the injector by the fuel injection control means, Fuel injection is started during the overlap period.

そうしてインジェクタから噴射される燃料噴霧のうち、２つの吸気弁間の燃焼室周縁部から排気弁側に向かうものは、平面視で該２つの吸気弁の弁軸間を通るようになる。すなわち、この燃料噴霧は、前記オーバーラップ期間において燃焼室から吸気側に吸い出される高温高圧の既燃ガスの流れが特に速い部分を通過することになり、これにより十分に気化が促進されるとともに、気化の促進によって噴霧貫徹力が弱くなるという作用も得られる。   Thus, the fuel spray injected from the injector, which travels from the peripheral edge of the combustion chamber between the two intake valves toward the exhaust valve, passes between the valve shafts of the two intake valves in plan view. That is, this fuel spray passes through a particularly fast portion of the high-temperature and high-pressure burned gas sucked out from the combustion chamber to the intake side in the overlap period, thereby sufficiently promoting vaporization. In addition, the effect that the spray penetration force is weakened by the promotion of vaporization is also obtained.

斯くして前記請求項１の発明と同様に、エンジンの冷機時であっても気筒壁面への燃料の付着を十分に軽減し、このことに起因するＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の不具合を抑制できるとともに、燃料噴霧全体の気化を十分に促進して、燃焼の悪化によるＨＣ、スモークの増大も抑制することができ、この結果として燃費低減などの効果も得られる。   Thus, as in the first aspect of the present invention, even when the engine is cold, the adhesion of fuel to the cylinder wall surface can be sufficiently reduced, resulting in an increase in HC, smoke, and oil dilution problems. In addition to being able to suppress, the vaporization of the entire fuel spray can be sufficiently promoted, and the increase of HC and smoke due to the deterioration of combustion can also be suppressed. As a result, the effect of reducing fuel consumption can be obtained.

上述の構成の火花点火式エンジンにおいて、好ましいのは、前記動弁時期制御手段を、エンジン冷機時に吸気弁の開作動時期が進角するように動弁時期変更手段を制御するものとし、前記燃料噴射制御手段は、エンジン冷機時に気筒の吸気上死点前で燃料噴射が始まるように、インジェクタを制御するものとすることである（請求項７の発明）。   In the spark ignition type engine configured as described above, it is preferable that the valve timing control means controls the valve timing change means so that the opening timing of the intake valve is advanced when the engine is cold. The injection control means controls the injector so that fuel injection starts before the intake top dead center of the cylinder when the engine is cold (invention of claim 7).

こうすれば、吸気弁の開作動時期の進角により、オーバーラップ期間に吸気側に向かう既燃ガスをより高温且つより高圧のものとすることができるとともに、吸気上死点前に噴射を開始することで、前記高温高圧の既燃ガスの流れを燃料噴霧に効果的に吹き当てることができる。つまり、前記発明の作用がより効果的なものとなる。   In this way, the burned gas toward the intake side during the overlap period can be made hotter and higher in pressure by the advance of the opening timing of the intake valve, and injection is started before the intake top dead center By doing so, the flow of the high-temperature and high-pressure burned gas can be effectively sprayed on the fuel spray. That is, the operation of the invention becomes more effective.

以上、説明したように、本願の請求項１〜５の発明に係る火花点火式直噴エンジンによると、多噴口型のインジェクタを気筒の燃焼室周縁部に配置して、少なくとも１つの燃料噴霧を点火プラグ近傍に向かわせるようにした場合に、エンジンの冷機時には、噴射圧を低下させて燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、これにより粒径の増大する燃料噴霧に対して吸気弁周りのカーテンエリアからの高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てるようにして、燃料の気化を促進することにより、冷間であっても気筒壁面への燃料付着を十分に軽減しながら、燃料噴霧全体の気化を十分に促進することができる。これにより、ＨＣ、スモークの増大やオイル希釈などの問題を十分に抑制できるとともに、燃費低減などの効果も得られる。   As described above, according to the spark ignition direct injection engine according to the first to fifth aspects of the present invention, at least one fuel spray is provided by disposing a multi-injector type injector at the periphery of the combustion chamber of the cylinder. When the engine is cold, when the engine is cold, the injection pressure is lowered to weaken the penetration of the fuel spray, and the curtain area around the intake valve against the fuel spray that increases in particle size. By directly and effectively spraying a high-speed intake air flow from the fuel, the fuel vaporization is promoted, so that the fuel adhesion to the cylinder wall surface is sufficiently reduced even in the cold, and the entire fuel spray Can be sufficiently promoted. As a result, problems such as an increase in HC and smoke and oil dilution can be sufficiently suppressed, and effects such as a reduction in fuel consumption can be obtained.

また、請求項６、７の発明に係る火花点火式直噴エンジンでは、エンジン冷機時に噴射圧の低下によって燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、この燃料噴霧に対して、吸排気弁のオーバーラップ期間に吸気側に吸い出される高温高圧の既燃ガスの流れを直接、且つ効果的に吹き当てるようにしたことで、前記請求項１〜５の発明と同様の効果が得られる。
In the spark-ignition direct injection engine according to the sixth and seventh aspects of the invention, the penetration force of the fuel spray is weakened by a decrease in the injection pressure when the engine is cold, and the overlap period of the intake and exhaust valves with respect to this fuel spray The effect similar to that of the first to fifth aspects of the invention can be obtained by directly and effectively blowing the flow of the high-temperature and high-pressure burned gas sucked out to the intake side.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.

図１は本発明に係る火花点火式直噴エンジン１の全体構成を示し、このエンジン１は、車両に搭載された多気筒ガソリンエンジンである。このエンジン１は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が設けられたシリンダブロック３を有し、そのシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が配置されている。各気筒２内には、その中心線Ｚ（図２参照）に沿って往復動するようにピストン５が嵌挿されており、このピストン５の頂面とシリンダヘッド４の底面との間に、燃焼室６が区画形成されるようになっている。ピストン５はコネクティングロッドによってクランク軸７に連結されており、このクランク軸７の一端側にはその回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ８が配設されている。   FIG. 1 shows the overall configuration of a spark ignition direct injection engine 1 according to the present invention, which is a multi-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle. The engine 1 has a cylinder block 3 provided with a plurality of cylinders 2, 2,... (Only one is shown), and a cylinder head 4 is disposed on the cylinder block 3. A piston 5 is inserted into each cylinder 2 so as to reciprocate along its center line Z (see FIG. 2), and between the top surface of the piston 5 and the bottom surface of the cylinder head 4, A combustion chamber 6 is defined. The piston 5 is connected to the crankshaft 7 by a connecting rod, and a crank angle sensor 8 for detecting the rotation angle (crank angle) is disposed on one end side of the crankshaft 7.

前記各気筒２毎の燃焼室６は、詳しくは図２、３などに拡大して示すように、天井部が吸気及び排気側の２つの傾斜面からなるペントルーフ型のものであり、この天井部に相対するピストン５の頂面には、前記２つの傾斜面に対応するように吸気及び排気側にそれぞれ傾斜面を形成した上で、後述するインジェクタ１８からの燃料噴霧Ｓとの干渉を避けるようにキャビティ５ａを形成している。尚、この実施形態では、気筒２内の説明などにおいて便宜上、気筒中心線Ｚの方向を上下方向と呼び、天井部の方を上方とし、ピストン５の方を下方とする。   The combustion chamber 6 for each cylinder 2 is of a pent roof type in which the ceiling portion is composed of two inclined surfaces on the intake and exhaust sides as shown in detail in FIGS. On the top surface of the piston 5 opposite to the inclined surface, inclined surfaces are formed on the intake and exhaust sides so as to correspond to the two inclined surfaces, respectively, so as to avoid interference with a fuel spray S from an injector 18 which will be described later. Cavity 5a is formed in In this embodiment, for convenience in the description of the cylinder 2 and the like, the direction of the cylinder center line Z is referred to as the up-down direction, the ceiling portion is the upper side, and the piston 5 is the lower side.

前記燃焼室６の天井部における吸気及び排気側の各傾斜面には、それぞれ２つずつ開口するように吸気ポート９，９及び排気ポート１０，１０が形成され、その燃焼室６への開口部には各々吸気及び排気弁１１，１２が配設されている。前記２つの吸気ポート９，９はそれぞれ燃焼室６から斜め上方に向かって延びていて、シリンダヘッド４の一側面に互いに独立して開口しており、一方、前記２つの排気ポート１０，１０は途中で１つに合流して略水平に延び、シリンダヘッド４の他側面に開口している。   The intake ports 9 and 9 and the exhaust ports 10 and 10 are formed on the inclined surfaces on the intake and exhaust sides of the ceiling portion of the combustion chamber 6 so as to open two each, and the opening to the combustion chamber 6 is formed. Are provided with intake and exhaust valves 11 and 12, respectively. The two intake ports 9 and 9 respectively extend obliquely upward from the combustion chamber 6 and open independently on one side of the cylinder head 4, while the two exhaust ports 10 and 10 In the middle, they merge into one and extend substantially horizontally, and open on the other side of the cylinder head 4.

前記吸気弁１１及び排気弁１２は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された２本のカム軸１３，１４がタイミングベルトを介してクランク軸７により回転駆動されることで、各気筒２毎に所定のタイミングで開閉作動されるようになっている。図１にのみ示すが、吸気側のカム軸１３には、動弁時期変更手段として、クランク軸７に対する回転位相を所定の角度範囲において連続的に変化させる公知の可変動弁機構１５（以下、ＶＶＴと略称する）が付設されており、このＶＶＴ１５の作動により前記吸気弁１１の開閉作動時期が変更可能になっている。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are respectively driven by the crankshaft 7 via the timing belt with the two camshafts 13 and 14 disposed in the cylinder head 4. An opening / closing operation is performed at a predetermined timing. Although only shown in FIG. 1, the intake side camshaft 13 has a known variable valve mechanism 15 (hereinafter, referred to as a valve timing change means) that continuously changes the rotational phase with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angle range. VVT is abbreviated), and the operation timing of the intake valve 11 can be changed by the operation of the VVT 15.

また、前記燃焼室６の天井部の略中央には、４つの吸排気弁１１，…，１２，…に取り囲まれるようにして点火プラグ１６が配設されており、該点火プラグ１６の基端部には点火回路１７（図１にのみ示す）が接続されていて、各気筒２毎に所定の点火タイミングで点火プラグ１６に通電するようになっている。一方、燃焼室６の吸気側には、２つの吸気ポート９，９の下方においてそれらに挟まれるようにして、インジェクタ１８が配設されている。   In addition, a spark plug 16 is disposed substantially at the center of the ceiling portion of the combustion chamber 6 so as to be surrounded by the four intake and exhaust valves 11,. An ignition circuit 17 (shown only in FIG. 1) is connected to the unit, and the ignition plug 16 is energized at a predetermined ignition timing for each cylinder 2. On the other hand, an injector 18 is disposed on the intake side of the combustion chamber 6 so as to be sandwiched between the two intake ports 9 and 9 below them.

前記インジェクタ１８は、それぞれ燃料を噴射する微小な噴口を複数個、有する多噴口型のものであり、そのように複数の噴口が設けられている先端部が２つの吸気弁１１，１１の間の燃焼室６周縁部に位置して、当該燃焼室６内に燃料を直接、噴射するように設けられている。より具体的には図４に一例を示すように、インジェクタ１８の先端部には６個の噴口１８ａ，…，１８ｂ，…が概略上下に分かれて３つずつ、配設されており、この各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…からそれぞれ１０〜２０°くらいの広がり角で燃料が噴射されるようになっている。   Each of the injectors 18 is a multi-hole type having a plurality of minute nozzle holes for injecting fuel, and the tip portion provided with the plurality of nozzle holes is between the two intake valves 11, 11. Located at the peripheral edge of the combustion chamber 6, the fuel is directly injected into the combustion chamber 6. More specifically, as shown in an example in FIG. 4, six injection holes 18 a,..., 18 b,. Fuel is injected from the nozzle holes 18a,..., 18b,.

前記図４は、インジェクタ１８の軸心に沿ってその先端部を見たときの、該軸心に対する噴口１８ａ，…，１８ｂ，…の傾斜角度を模式的に示す図であって、上側の３つの噴口１８ａ，…は、それぞれインジェクタ１８の軸心から燃料の流れる向きに上向きに傾斜しており、この各噴口１８ａ，…からそれぞれ噴出する燃料噴霧Ｓ１，…は、図２、３に示すように、仮に燃焼室６に吸気などの流動がないとした場合には燃焼室６中央寄りの点火プラグ１６近傍に向かって直線的に進行し、その進行方向に見てＶ字状に点火プラグ１６の電極（点火位置）を下方から囲むようになっている。   4 is a diagram schematically showing the inclination angles of the nozzle holes 18a,..., 18b,... With respect to the axial center when the tip end portion is viewed along the axial center of the injector 18. The two nozzle holes 18a,... Are inclined upward from the axial center of the injector 18 in the direction in which the fuel flows, and the fuel sprays S1,. If there is no flow of intake air or the like in the combustion chamber 6, it proceeds linearly toward the vicinity of the ignition plug 16 near the center of the combustion chamber 6, and the ignition plug 16 is V-shaped when viewed in the traveling direction. The electrode (ignition position) is surrounded from below.

そのように燃焼室６の周縁部から中央寄りの点火プラグ１６近傍に向かって噴射される上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…は、前記のように吸気流動などがないと仮定した場合、図５に模式的に示すように、２つの吸気弁１１，１１の弁軸１１ａ，１１ａ間に位置するものとなる。このように上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…の幾何学的噴霧エリアが、いずれも平面視で２つの吸気弁１１，１１の弁軸１１ａ，１１ａ間に位置することで、例えばインジェクタ１８を気筒２の吸気行程で作動させるときに、吸気弁１１，１１がリフトしていても、その吸気弁１１，１１と燃料噴霧Ｓ１，…との干渉を抑えることができる。   When it is assumed that the upper three fuel sprays S1,... Injected from the peripheral edge of the combustion chamber 6 toward the vicinity of the spark plug 16 closer to the center have no intake flow as described above, FIG. As shown schematically in FIG. 4, the two intake valves 11 and 11 are positioned between the valve shafts 11a and 11a. Thus, the geometric spray areas of the upper three fuel sprays S1,... Are positioned between the valve shafts 11a, 11a of the two intake valves 11, 11 in plan view, so that, for example, the injector 18 is connected to the cylinder. Even when the intake valves 11 and 11 are lifted when operating in the intake stroke of 2, the interference between the intake valves 11 and 11 and the fuel sprays S1,.

一方、前記下側の３つの噴口１８ｂ，…の向きは、いずれも燃料噴霧を前記上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…から離して、気筒２内に広く燃料を分散させるように設定されている。すなわち、３つのうちで上側に位置するものはインジェクタ１８の軸心に沿うように形成され、残りの２つの噴口１８ｂ，１８ｂは、それぞれインジェクタ１８の軸心から燃料の流れる向きに下向きに傾斜している。そして、インジェクタ１８の軸心自体が気筒２の横断面に対して下向きに傾斜しているため、前記３つの噴口１８ｂ，…からそれぞれ噴出する燃料噴霧Ｓ２，…は、いずれも気筒２内を斜め下方に向かって進行するようになる。   On the other hand, the direction of the lower three nozzle holes 18b,... Is set so that the fuel spray is separated from the upper three fuel sprays S1,. . That is, the upper one of the three is formed along the axis of the injector 18, and the remaining two nozzle holes 18 b and 18 b are inclined downward from the axis of the injector 18 in the direction of fuel flow. ing. Since the axis of the injector 18 itself is inclined downward with respect to the cross section of the cylinder 2, the fuel sprays S2,... Ejected from the three nozzle holes 18b,. It progresses downward.

前記のような噴口１８ａ，…，１８ｂ，…のレイアウトにより、例えば成層燃焼、弱成層燃焼、或いは均一燃焼などの種々の燃焼状態において、それぞれ望ましい混合気形成を実現することができる。すなわち、アイドル運転時のように燃料噴射量が少ないときでも、インジェクタ１８を気筒２の圧縮行程の適切な時期に作動させれば、上側の３つの噴口１８ａ，…からの燃料噴霧Ｓ１，…によって、点火プラグ１６の電極近傍に着火性に優れた混合気塊を形成することができる。   The layout of the nozzle holes 18a,..., 18b,... Can realize desirable air-fuel mixture formation in various combustion states such as stratified combustion, weakly stratified combustion, and uniform combustion. That is, even when the fuel injection amount is small as in the idling operation, if the injector 18 is operated at an appropriate time in the compression stroke of the cylinder 2, the fuel sprays S1,... From the upper three injection holes 18a,. An air-fuel mixture having excellent ignitability can be formed in the vicinity of the electrode of the spark plug 16.

また、反対に燃料噴射量の多い高負荷運転時にはインジェクタ１８を気筒２の吸気行程で作動させ、各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…からの燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…を吸気流動により広く分散させて、気筒２内に概ね均一な混合気を形成することができる。この際、上側の３つの噴口１８ａ，…からの燃料噴霧Ｓ１，…は、リフトしている吸気弁１１と吸気ポート９開口部との間の環状の隙間（カーテンエリア）から燃焼室６に流入する高速の吸気流に巻き込まれ、一方、下側の３つの噴口１８ｂ，…からの燃料噴霧Ｓ２，…は、下降するピストン５を追いかけるように下方に進行しつつ、気筒２内全体に形成される大きな流動に巻き込まれる。   On the other hand, during high load operation with a large amount of fuel injection, the injector 18 is operated in the intake stroke of the cylinder 2 so that the fuel sprays S1,..., S2,. It is possible to form a substantially uniform air-fuel mixture in the cylinder 2 by being dispersed. At this time, fuel sprays S1,... From the upper three nozzle holes 18a,... Flow into the combustion chamber 6 from an annular gap (curtain area) between the intake valve 11 being lifted and the intake port 9 opening. On the other hand, fuel sprays S2,... From the lower three injection holes 18b,... Are formed in the entire cylinder 2 while proceeding downward so as to follow the descending piston 5. Get involved in a big flow.

さらに、前記インジェクタ１８により気筒２の吸気行程及び圧縮行程の両方でそれぞれ燃料を噴射すれば、気筒２内全体に概ね均一な混合気を形成するとともに、点火プラグ１６近傍の混合気濃度を適度に高めて、着火安定性を高めることができる。このことは、例えばエンジン１の始動直後に排気系の触媒３９を急速暖機するために、点火時期を大きく遅角させるときなどに特に有効である。   Further, if fuel is injected by the injector 18 in both the intake stroke and the compression stroke of the cylinder 2, a substantially uniform mixture is formed in the entire cylinder 2, and the mixture concentration in the vicinity of the spark plug 16 is appropriately set. This can increase the ignition stability. This is particularly effective when, for example, the ignition timing is greatly retarded in order to quickly warm up the exhaust system catalyst 39 immediately after the engine 1 is started.

前記各気筒２毎のインジェクタ１８には、全ての気筒２，２，…に共通の燃料分配管１９が接続されていて、燃料供給系２０からの高圧の燃料が分配供給されるようになっている。その燃料供給系２０は、例えば図６に模式的に示すように構成され、燃料分配管１９と燃料タンク２１とを連通する主燃料通路２２には、その上流側から下流側に向かって、低圧燃料ポンプ２３、低圧レギュレータ２４、燃料フィルタ２５、高圧燃料ポンプ２６及び高圧レギュレータ２７が順に配設されている。   A common fuel distribution pipe 19 is connected to all the cylinders 2, 2... To the injector 18 for each cylinder 2, and high-pressure fuel from the fuel supply system 20 is distributed and supplied. Yes. The fuel supply system 20 is configured, for example, schematically as shown in FIG. 6, and the main fuel passage 22 that connects the fuel distribution pipe 19 and the fuel tank 21 has a low pressure from the upstream side toward the downstream side. A fuel pump 23, a low pressure regulator 24, a fuel filter 25, a high pressure fuel pump 26, and a high pressure regulator 27 are arranged in this order.

そして、前記低圧燃料ポンプ２３により燃料タンク２１から吸い上げられた燃料が低圧レギュレータ２４により調圧され、燃料フィルタ２５により濾過されて、高圧燃料ポンプ２６に圧送される。この高圧燃料ポンプ２６によってさらに昇圧された燃料の一部が高圧レギュレータ２７により流量調整されて燃料分配管１９へ供給される一方、残りの燃料は低圧レギュレータ２８によって圧力調整されつつ、燃料タンク２１に戻される。   Then, the fuel sucked up from the fuel tank 21 by the low-pressure fuel pump 23 is regulated by the low-pressure regulator 24, filtered by the fuel filter 25, and pumped to the high-pressure fuel pump 26. A part of the fuel further boosted by the high-pressure fuel pump 26 is adjusted in flow rate by the high-pressure regulator 27 and supplied to the fuel distribution pipe 19, while the remaining fuel is pressure-adjusted by the low-pressure regulator 28 while being supplied to the fuel tank 21. Returned.

そのようにして燃料分配管１９へ供給される燃料の圧力（燃圧）が概ねインジェクタ１８による燃料の噴射圧になる。この実施形態では、前記燃料分配管１９にその内部の燃料の圧力状態を検出するように燃圧センサ２９が配設されており、このセンサ２９からの信号に基づいて後述の如くＥＣＵ４０により前記高圧レギュレータ２７（燃圧調整手段）が制御されることによって、燃圧が予め設定した範囲（例えば１２〜２０ＭＰａ）で調整されるようになっている。   In this manner, the pressure (fuel pressure) of the fuel supplied to the fuel distribution pipe 19 becomes approximately the fuel injection pressure by the injector 18. In this embodiment, a fuel pressure sensor 29 is disposed in the fuel distribution pipe 19 so as to detect the pressure state of the fuel therein, and based on a signal from the sensor 29, the ECU 40 performs the high pressure regulator as will be described later. By controlling 27 (fuel pressure adjusting means), the fuel pressure is adjusted within a preset range (for example, 12 to 20 MPa).

前記図１においてエンジン１の右側に位置するシリンダヘッド４の一側面には、各気筒２の吸気ポート９，９にそれぞれ連通するように、吸気通路３０が接続されている。この吸気通路３０は、エンジン１の各気筒２の燃焼室６に対して図外のエアクリーナにより濾過した空気を供給するためのものであり、サージタンク３１の上流の共通通路には、図示しない電動モータにより駆動される電気式スロットル弁３２と、その弁体の位置（スロットル開度）を検出するスロットル位置センサ３３とが配設されている。   In FIG. 1, an intake passage 30 is connected to one side surface of the cylinder head 4 located on the right side of the engine 1 so as to communicate with the intake ports 9 and 9 of each cylinder 2. The intake passage 30 is for supplying air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 6 of each cylinder 2 of the engine 1, and an electric motor (not shown) is connected to the common passage upstream of the surge tank 31. An electric throttle valve 32 driven by a motor and a throttle position sensor 33 for detecting the position of the valve body (throttle opening) are provided.

一方、前記サージタンク３１の下流では吸気通路３０は各気筒２毎の独立通路とされていて、これら各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐して個別に吸気ポート９，９に連通している。この各気筒２毎２つの分岐通路３０ａ，３０ｂは、前記図３に仮想線で示すように互いに並んで延びていて、その双方にそれぞれ吸気流調整手段としての流動制御弁３４、３５が配設されている。尚、分岐通路には、前記図３においてのみ、符号３０ａ，３０ｂを付す。   On the other hand, the intake passage 30 is an independent passage for each cylinder 2 downstream of the surge tank 31, and the downstream end portion of each of the independent passages is further branched into two to communicate with the intake ports 9, 9 individually. is doing. The two branch passages 30a and 30b for each cylinder 2 extend side by side as indicated by phantom lines in FIG. 3, and flow control valves 34 and 35 as intake flow adjusting means are provided on both of them. Has been. Note that reference numerals 30a and 30b are attached to the branch passages only in FIG.

前記流動制御弁３４，３５は、その一例を図３に示すようにいずれも蝶弁からなるもので、２つの分岐通路３０ａ、３０ｂのうちの一方（同図の左側に位置する方）に配設された流動制御弁３４は、その弁体において他方の分岐通路に近い側の略半分が切り欠かれており、閉状態では前記略半分の通路断面を残して、分岐通路３０ａを閉じるようになっている。こうして一方の分岐通路３０ａの略半分が閉じられると、吸気の流れが絞られて前記他方の分岐通路３０ｂ寄りに片寄ることになるので、その意味で前記一方の分岐通路３０ａの流動制御弁３４を絞り弁とも呼ぶものとする。   As shown in FIG. 3, the flow control valves 34 and 35 are both made of butterfly valves, and are arranged in one of the two branch passages 30a and 30b (the one located on the left side of the figure). The provided flow control valve 34 has a substantially half of the valve body close to the other branch passage cut out, and in the closed state, the branch passage 30a is closed while leaving the substantially half passage cross section. It has become. When substantially half of one branch passage 30a is closed in this way, the flow of intake air is throttled and deviated closer to the other branch passage 30b. In this sense, the flow control valve 34 of the one branch passage 30a is Also referred to as a throttle valve.

また、前記図３において右側に位置する他方の分岐通路３０ｂに配設された流動制御弁３５は、その通路断面全体を開閉する開閉弁であり（以下、単に開閉弁３５とも呼ぶ）、これにより他方の分岐通路３０ｂを閉じれば、吸気の流れは全て前記一方の分岐通路３０ａに向かい、この分岐通路３０ａに連なる一方の吸気ポート９（図３の左側のもの）のみから気筒２内に流入するようになる。ここで、前記絞り弁３４及び開閉弁３５の弁体は共通のシャフトに結合されており、このシャフトが図示しないアクチュエータにより回動されて、開閉弁３５により他方の分岐通路３０ｂが閉じられるときには、前記一方の分岐通路３０ａの略半分が絞り弁３４により閉じられる。   Also, the flow control valve 35 disposed in the other branch passage 30b located on the right side in FIG. 3 is an on-off valve that opens and closes the entire passage section (hereinafter also simply referred to as an on-off valve 35). If the other branch passage 30b is closed, all of the intake air flows toward the one branch passage 30a, and flows into the cylinder 2 only from one intake port 9 (the left side in FIG. 3) connected to the branch passage 30a. It becomes like this. Here, the valve bodies of the throttle valve 34 and the on-off valve 35 are coupled to a common shaft, and when this shaft is rotated by an actuator (not shown) and the other branch passage 30b is closed by the on-off valve 35, Approximately half of the one branch passage 30 a is closed by the throttle valve 34.

そのように２つの吸気ポート９，９のうちの一方のみを吸気が流れ、しかも、その流れが絞り弁３４により絞られることで、この吸気ポート９から気筒２内に流入する吸気の流れはかなり速くなる。また、他方の吸気ポート９に吸気が流れないことから、気筒２内には強い吸気スワール流が生成される。さらに、前記一方の吸気ポート９に連通する分岐通路３０ａにおいて吸気の流れが他方の分岐通路３０ｂ寄りに片寄ることにより、吸気ポート９の開口部（バルブシート）と吸気弁１１の傘部との間のカーテンエリアから燃焼室６に流入する吸気の流速分布においては、図７に一例を示すように、吸気弁１１から概略気筒中心に向かう流れが最も速くなる。   In this way, the intake air flows through only one of the two intake ports 9, 9, and the flow is throttled by the throttle valve 34, so that the flow of the intake air flowing into the cylinder 2 from the intake port 9 is considerably large. Get faster. In addition, since intake air does not flow to the other intake port 9, a strong intake swirl flow is generated in the cylinder 2. Further, in the branch passage 30 a communicating with the one intake port 9, the flow of intake air is shifted toward the other branch passage 30 b, so that the space between the opening portion (valve seat) of the intake port 9 and the umbrella portion of the intake valve 11. In the flow velocity distribution of the intake air flowing into the combustion chamber 6 from the curtain area, the flow from the intake valve 11 toward the center of the cylinder is the fastest as shown in FIG.

すなわち、一般的に、気筒内に流入する吸気の流れは吸気ポートの延びる方向に速くなり、この実施形態のような４弁式のものでは、吸気弁周りの吸気の流速分布において相対的に流速の高い範囲（吸気弁軸を中心とする角度範囲）は、図示しないが、概略、排気弁側へ向かうものとなる（この実施形態のエンジン１において流動制御弁３４，３５を開いた場合も同じである）。   That is, generally, the flow of the intake air flowing into the cylinder becomes faster in the direction in which the intake port extends, and in the four-valve type like this embodiment, the flow velocity is relatively high in the flow velocity distribution of the intake air around the intake valve. The high range (the angular range centered on the intake valve shaft) is not shown, but is generally toward the exhaust valve side (the same applies when the flow control valves 34 and 35 are opened in the engine 1 of this embodiment). Is).

これに対し、前記の如く流動制御弁３４，３５を閉じれば、前記図７に示すように、一方の吸気ポート９のカーテンエリアを燃焼室６に向かって放射状に流れる吸気流が全体として高速化されるとともに、この吸気ポート９の上流で吸気の流れが片寄ることによって、吸気弁１１周りで相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁１１側に向かって（図において反時計回りに）移動し、図に矢印で示す方向の流れが概略、最も速くなる。   On the other hand, if the flow control valves 34 and 35 are closed as described above, as shown in FIG. 7, the overall flow of the intake air flowing radially toward the combustion chamber 6 in the curtain area of one intake port 9 is increased. At the same time, the flow of the intake air is shifted upstream of the intake port 9 so that the relatively high flow velocity range moves around the intake valve 11 toward the other intake valve 11 (counterclockwise in the figure). However, the flow in the direction indicated by the arrow in the figure is roughly the fastest.

このとき、同図にA−Aとして示す気筒中心の縦断面における吸気の流速分布は、図８(a)に示すようになり、前記のように片寄った吸気の流れがカーテンエリアから放射状に吹出すことによって、燃焼室６の天井部に近い範囲(I)（図に点線で囲んで示す範囲）において特に流速が高くなることが分かる。また、同図にB−Bとして示す気筒の横断面における流速分布は図(b)のようになり、前記と略同じ範囲(I)において特に流速が高くなるとともに、気筒２内に生成された強いスワール流によって、排気側周縁部（範囲(II)）に比較的速い周方向の流れが形成されることが分かる。   At this time, the flow velocity distribution of the intake air in the longitudinal section at the center of the cylinder shown as AA in FIG. 8 is as shown in FIG. By taking out, it turns out that especially the flow velocity becomes high in the range (I) (range shown with a dotted line in a figure) near the ceiling part of the combustion chamber 6. FIG. Also, the flow velocity distribution in the cross section of the cylinder shown as B-B in the same figure is as shown in Fig. (B), and the flow velocity is particularly high in the same range (I) as described above and is generated in the cylinder 2. It can be seen that due to the strong swirl flow, a relatively fast circumferential flow is formed at the exhaust peripheral edge (range (II)).

ここで、前記図８(a)，(b)に示す角度範囲C−Cは、概略、インジェクタ１８の各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…からの燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の全体の噴射範囲に対応するものであり、同図によれば、上側の３つの噴口１８ａ，…から点火プラグ１６近傍に向かって噴射される燃料噴霧のエリアが、ちょうど前記のように特に流速が高くなる範囲(I)に含まれることが分かる。このことから、吸気弁１１の開作動に同期して吸気行程の所定の時期にインジェクタ１８による燃料の噴射を開始すれば、そこから点火プラグ１６近傍に向かう上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…には、前記のように高速化された吸気流が直接、吹き当たるようになり、これにより燃料の気化を効果的に促進することができる。   Here, the angle range C-C shown in FIGS. 8A and 8B is roughly the whole of the fuel sprays S1,..., S2, ... from the injection holes 18a, ..., 18b, ... of the injector 18. According to this figure, according to the figure, the area of fuel spray injected from the upper three injection holes 18a,... Toward the vicinity of the spark plug 16 has a particularly high flow rate as described above. It can be seen that it is included in the range (I). From this, if the fuel injection by the injector 18 is started at a predetermined timing in the intake stroke in synchronization with the opening operation of the intake valve 11, the upper three fuel sprays S1,. As described above, the intake air flow speeded up as described above is directly blown, thereby effectively promoting fuel vaporization.

前記のような吸気通路３０が接続されているのとは反対側のシリンダヘッド側面には、前記図１に示すように、各気筒２の燃焼室６から既燃ガス（排気）を排出する排気通路３６が接続されている。この排気通路３６の上流側は、各気筒２毎に分岐してそれぞれ排気ポート１０に連通する排気マニホルド３７からなり、この排気マニホルド３７の集合部には排気中の酸素濃度を検出するためのセンサ３８が配設されている。また、排気マニホルド３７よりも下流側の排気通路３６には、排気中の有害成分を浄化するための触媒３９が配設されている。   Exhaust gas for exhausting burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 6 of each cylinder 2 on the side of the cylinder head opposite to the side where the intake passage 30 is connected as shown in FIG. A passage 36 is connected. The upstream side of the exhaust passage 36 is composed of an exhaust manifold 37 that branches into each cylinder 2 and communicates with the exhaust port 10. A sensor for detecting the oxygen concentration in the exhaust is provided at a collection portion of the exhaust manifold 37. 38 is disposed. A catalyst 39 for purifying harmful components in the exhaust is disposed in the exhaust passage 36 downstream of the exhaust manifold 37.

そして、上述の如く構成されたエンジン１の運転制御を行うために、エンジンコントロールユニット４０（以下、ＥＣＵという）が設けられている。これは、周知の如くＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、少なくとも、クランク角センサ８、燃圧センサ２９、酸素濃度センサ３８からの信号と、吸気通路３０における空気の流量を計測するエアフローセンサ４１からの信号と、図示しないウオータジャケットの冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温センサ４２からの信号と、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４３からの信号と、を入力する。   An engine control unit 40 (hereinafter referred to as ECU) is provided to perform operation control of the engine 1 configured as described above. As is well known, it includes a CPU, a memory, an I / O interface circuit, etc., and measures at least signals from the crank angle sensor 8, the fuel pressure sensor 29, the oxygen concentration sensor 38, and the air flow rate in the intake passage 30. A signal from the airflow sensor 41 that performs, a signal from the water temperature sensor 42 that detects a coolant temperature (engine water temperature) of a water jacket (not shown), and an accelerator opening that detects an operation amount (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown). The signal from the sensor 43 is input.

そうして、ＥＣＵ４０は、前記センサからの信号などに基づいてエンジン１の運転状態（例えば負荷状態及びエンジン回転速度）を判定し、これに応じてＶＶＴ１５、点火回路１７、インジェクタ１８、燃料供給系２０、電気式スロットル弁３２、流動制御弁３４，３５などを制御する。すなわち、例えばエンジン１を成層燃焼状態で運転するのであれば、インジェクタ１８により、図９(a)に模式的に示すように気筒２の圧縮行程で燃料を噴射させ、点火プラグ１６周りに混合気を層状に分布させた状態で燃焼させる。   Then, the ECU 40 determines the operating state (for example, load state and engine speed) of the engine 1 based on the signal from the sensor and the like, and according to this, the VVT 15, the ignition circuit 17, the injector 18, and the fuel supply system 20, the electric throttle valve 32, the flow control valves 34, 35 and the like are controlled. That is, for example, if the engine 1 is operated in a stratified combustion state, fuel is injected by the injector 18 in the compression stroke of the cylinder 2 as schematically shown in FIG. Is burned in a state of being distributed in layers.

その際、ポンピングロスを減らすためにはスロットル弁３２を相対的に大きく開くようにすればよく、このときの燃焼室６の平均的な空燃比は理論空燃比（Ａ/Ｆ≒１４．７）よりもリーンな状態になる。また、そのときに流動制御弁３４，３５を閉じれば、燃焼室６に生成する流動のスワール成分を強化することができる。   At this time, in order to reduce the pumping loss, the throttle valve 32 may be opened relatively large, and the average air-fuel ratio of the combustion chamber 6 at this time is the theoretical air-fuel ratio (A / F≈14.7). It becomes leaner than. If the flow control valves 34 and 35 are closed at that time, the swirl component of the flow generated in the combustion chamber 6 can be strengthened.

一方、エンジン１を均一燃焼状態で運転するのであれば、インジェクタ１８により、図９(b)の如く気筒２の吸気行程で燃料を噴射させて、燃焼室６に概ね均一な混合気を形成した上で燃焼させるようにする。このときには、混合気の空燃比が略理論空燃比乃至それよりもリッチになるように燃料噴射量やスロットル開度等を制御する。また、吸気抵抗を減らすためには流動制御弁３４，３５を開くことが好ましい。   On the other hand, if the engine 1 is operated in a uniform combustion state, fuel is injected by the injector 18 in the intake stroke of the cylinder 2 as shown in FIG. 9B, and a substantially uniform mixture is formed in the combustion chamber 6. Let it burn above. At this time, the fuel injection amount, throttle opening, etc. are controlled so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio or richer than that. In order to reduce the intake resistance, it is preferable to open the flow control valves 34 and 35.

さらに、前記インジェクタ１８への燃圧の制御は、暖機後（温間）であれば例えば図１０(a)に示すように主にエンジン回転速度に基づいて行われ、低回転側では相対的に低く、高回転側では相対的に高くなるように、燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７を制御するようにしている。尚、図の例では、燃圧を高低、２段階に変化させるようにしているが、これに限らず、燃圧をエンジン回転速度の上昇に応じて徐々に高めるようにしてもよいし、或いはエンジン回転速度によらず燃圧は略一定に維持するようにしてもよい。   Further, the control of the fuel pressure to the injector 18 is performed mainly based on the engine speed as shown in FIG. 10 (a), for example, as shown in FIG. The high pressure regulator 27 of the fuel supply system 20 is controlled so as to be low and relatively high on the high rotation side. In the example shown in the figure, the fuel pressure is changed in two steps, high and low. However, the present invention is not limited to this, and the fuel pressure may be gradually increased as the engine speed increases, or the engine speed may be increased. The fuel pressure may be maintained substantially constant regardless of the speed.

そのようなインジェクタ１８、燃料供給系２０、スロットル弁３２、流動制御弁３４，３５の制御は、ＥＣＵ４０のメモリに電子的に格納されている制御プログラムがＣＰＵにより実行されることによって、実現する。その意味で、ＥＣＵ４０は、前記のようにインジェクタ１８を作動制御する燃料噴射制御部４０ａ、燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７を制御する燃圧制御部４０ｂ、スロットル弁３２を制御するスロットル制御部４０ｃ、流動制御弁３４，３５を制御する吸気流動制御部４０ｄ等を、それぞれソフトウエアの形態で備えている。   Such control of the injector 18, the fuel supply system 20, the throttle valve 32, and the flow control valves 34 and 35 is realized by the CPU executing a control program stored electronically in the memory of the ECU 40. In that sense, the ECU 40, as described above, the fuel injection control unit 40a that controls the operation of the injector 18, the fuel pressure control unit 40b that controls the high pressure regulator 27 of the fuel supply system 20, the throttle control unit 40c that controls the throttle valve 32, An intake flow control unit 40d that controls the flow control valves 34 and 35 is provided in the form of software.

（エンジン冷機時の制御）
ところで、一般に、直噴エンジンであっても冷機時には均一燃焼状態となるように、気筒の吸気行程で燃料を噴射させることが多いが、吸気行程では気筒２の内圧が低いため、上述の如く燃焼室６の周縁部に配置した多噴口型インジェクタ１８の上側の３つの噴口１８ａ，…から点火プラグ１６の近傍に向けて燃料を噴射すると、この燃料噴霧Ｓ１，…の一部が気化せずに液滴のままで気筒２の壁面に到達して、付着してしまう虞れがある。 (Control when engine is cold)
By the way, in general, even in the case of a direct injection engine, fuel is often injected in the intake stroke of the cylinder so that a uniform combustion state is obtained when the engine is cold. However, since the internal pressure of the cylinder 2 is low in the intake stroke, combustion is performed as described above. When fuel is injected toward the vicinity of the spark plug 16 from the three injection holes 18a,... On the upper side of the multi-hole injector 18 disposed at the peripheral edge of the chamber 6, a part of the fuel sprays S1,. There is a possibility that the liquid droplets will reach the wall surface of the cylinder 2 and remain attached.

そのように液滴のままで気筒壁面に到達しても、多噴口型インジェクタ１８の場合は、その燃料液滴が十分に微粒化されているので、通常は殆どが点火までの間に気化することになり、エンジンオイルに混入する可能性は低い。しかし、エンジン冷機時には気筒壁面の温度が低いので、そこに付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなったり、或いは気化が不十分になったりして、局所的に過濃な混合気が形成されてしまう。この過濃な混合気の燃焼により煤が生成され、いわゆるスモークが発生するとともに、その煤がエンジンオイルに混入してその粘度を低下させるというオイル希釈の問題が生じる。   Even when the liquid droplets reach the cylinder wall surface as they are, in the case of the multi-hole injector 18, the fuel liquid droplets are sufficiently atomized, so that most of them normally vaporize before ignition. Therefore, the possibility of being mixed into engine oil is low. However, since the temperature of the cylinder wall surface is low when the engine is cold, the delay in vaporization of the fuel droplets adhering to it becomes large, or vaporization becomes insufficient, and a locally rich mixture is formed. It will be. Soot is generated by the combustion of this rich air-fuel mixture, so-called smoke is generated, and the problem of oil dilution that soot mixes with engine oil and lowers its viscosity arises.

また、前記のように点火プラグ１６近傍に向けた上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…が付着するのは、燃焼室６天井部から周壁部（気筒壁面）との境界付近にかけてであり、この付近には、気筒２の上死点近傍において燃焼室６天井部とピストン５頂面との間隔が非常に狭くなって、火炎面の伝播しない領域が形成されることから、前記の如く形成された過濃な混合気の一部が燃焼せずに気筒２から排出され、排気中のＨＣ濃度がかなり高くなるという問題も生じる。   Also, as described above, the upper three fuel sprays S1,... Directed toward the vicinity of the spark plug 16 are attached from the ceiling portion of the combustion chamber 6 to the vicinity of the boundary with the peripheral wall portion (cylinder wall surface). In the vicinity of the top dead center of the cylinder 2, the space between the ceiling portion of the combustion chamber 6 and the top surface of the piston 5 becomes very narrow, and a region where the flame surface does not propagate is formed. There is also a problem that a part of the rich air-fuel mixture is discharged from the cylinder 2 without burning, and the HC concentration in the exhaust gas becomes considerably high.

そこで、この実施形態では、元来、燃料の微粒化に優れるという多噴口型インジェクタの特長を生かして、エンジン冷機時には、まず、燃圧を低下させて燃料噴霧Ｓ１，…の貫徹力を弱めることにより、気筒壁面への付着を抑制するとともに、これに伴い液滴の粒径がやや大きくなる燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…に対して、吸気弁１１周りの高速の吸気流を直接且つ効果的に吹き当てることによって、燃料の気化を促進するようにしたものである。   Therefore, in this embodiment, by taking advantage of the features of the multi-injector type that is excellent in atomization of fuel originally, when the engine is cold, first, the fuel pressure is reduced to weaken the penetration force of the fuel sprays S1,. In addition to suppressing the adhesion to the cylinder wall surface, a high-speed intake flow around the intake valve 11 is directly and effectively applied to the fuel sprays S1,..., S2,. The fuel vaporization is promoted by spraying on.

すなわち、エンジン冷機時には、まず、ＥＣＵ４０の燃料噴射制御部４０ａによって、気筒２の吸気行程前半で燃料の噴射が始まるようにインジェクタ１８が制御される。こうすると、インジェクタ１８の上側の３つの噴口１８ａ，…から点火プラグ１６近傍に向かって噴射される燃料噴霧Ｓ１，…は、吸気弁１１のリフト途中でカーテンエリアからの吸気の流速が最も高いときに、このカーテンエリア近傍の流速の高い範囲（図８に示す範囲(I)）を通過するようになる。   That is, when the engine is cold, first, the fuel injection control unit 40a of the ECU 40 controls the injector 18 so that fuel injection starts in the first half of the intake stroke of the cylinder 2. In this way, the fuel sprays S1,... Injected from the three injection holes 18a,... On the upper side of the injector 18 toward the vicinity of the spark plug 16 have the highest intake flow velocity from the curtain area during the lift of the intake valve 11. Furthermore, it passes through a high flow velocity range (range (I) shown in FIG. 8) near the curtain area.

より具体的には、前記の燃料噴射時期（開始時期）は、例えばエンジン１が低回転側にあるときに、気筒２の吸気行程の１／５が経過してから１／２が経過するまでの間とすればよく、吸気上死点後（ＡＴＤＣ）４０〜８０°ＣＡとするのがより好ましい。こうすることで、前記流速の高い範囲(I)において高速の吸気流が燃料噴霧Ｓ１，…に直接、吹き当たり、燃料の気化を促進するようになる。   More specifically, the fuel injection timing (start timing) is, for example, from when 1/5 of the intake stroke of the cylinder 2 has elapsed until ½ has elapsed when the engine 1 is on the low rotation side. Between intake top dead center (ATDC) and 40 to 80 ° CA is more preferable. By doing so, the high-speed intake flow blows directly on the fuel sprays S1,... In the high flow velocity range (I), and promotes the fuel vaporization.

また、そうして噴射される燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力が弱まるように、ＥＣＵ４０の燃圧制御部４０ｂにより、暖機後の同一運転状態と比較して燃圧が低くなるように燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７が制御される。すなわち、例えば図１０(b)に示すように暖機後とは異なる冷間の制御特性を予め設定しておき、エンジン水温に応じて同図(a)の制御特性と切替えて、燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７を制御する。   Further, the fuel pressure control unit 40b of the ECU 40 causes the fuel pressure to be lower than that in the same operating state after warm-up so that the penetration force of the fuel sprays S1,. The high pressure regulator 27 of the fuel supply system 20 is controlled. That is, for example, as shown in FIG. 10 (b), a cold control characteristic different from that after warm-up is set in advance, and the fuel supply system is switched to the control characteristic shown in FIG. 10 (a) according to the engine water temperature. 20 high voltage regulators 27 are controlled.

そのように燃圧制御部４０ｂによりエンジン水温及びエンジン回転速度に基づいて燃圧を制御し、エンジン冷機時には燃圧を低くすることで、インジェクタ１８の各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…からそれぞれ噴出する燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力が弱くなり、点火プラグ１６近傍に向けた上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…において気筒壁面へ液滴のままで到達する燃料が少なくなるから、この燃料の気筒壁面への付着を軽減することができる。   As described above, the fuel pressure is controlled by the fuel pressure control unit 40b based on the engine water temperature and the engine speed, and the fuel pressure is lowered when the engine is cold, so that the fuel sprays ejected from the respective nozzle holes 18a,. Since the penetrating force of S1,..., S2,... Is weakened and less fuel reaches the cylinder wall surface as droplets in the upper three fuel sprays S1,. Adhesion to the cylinder wall surface can be reduced.

一方で、そのように燃圧を低下させることは、各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…から噴出する際の燃料の***には不利になるから、燃料噴霧Ｓ全体で燃料液滴の粒径がやや大きくなることは避けられないが、これに対し、ＥＣＵ４０の吸気流動制御部４０ｄによって流動制御弁３４，３５が閉じられることで、上述したように気筒２内の吸気流動場が変化して、燃料の気化が効果的に促進されるようになる。すなわち、２つの吸気ポート９，９のうちの一方のみから吸気が流入することで、その吸気流速が全体として高くなり、また、気筒２内に強い吸気スワール流が生成される（図７、図８を参照）。   On the other hand, reducing the fuel pressure in this way is disadvantageous for the fuel splitting when ejected from the nozzles 18a,..., 18b,. In contrast to this, the flow control valves 34 and 35 are closed by the intake flow control unit 40d of the ECU 40, so that the intake flow field in the cylinder 2 changes as described above. Vaporization is effectively promoted. That is, when the intake air flows from only one of the two intake ports 9, 9, the intake flow velocity increases as a whole, and a strong intake swirl flow is generated in the cylinder 2 (FIG. 7, FIG. 8).

しかも、前記一方の吸気ポート９の吸気の流れが片寄ることによって、この吸気ポート９の開口部と吸気弁１１との間のカーテンエリアから放射状に燃焼室６に流入する吸気の流速分布が周方向に変化し、そのうちの特に流れの速い範囲(I)に、前記点火プラグ１６近傍に向かう上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…のエリアが含まれて、この燃料噴霧Ｓ１，…に高速の吸気流が直接、吹き当たるようになる。   In addition, when the flow of the intake air in the one intake port 9 is offset, the flow velocity distribution of the intake air radially entering the combustion chamber 6 from the curtain area between the opening of the intake port 9 and the intake valve 11 is circumferential. Of the upper three fuel sprays S1,... In the vicinity of the spark plug 16 is included in the particularly fast flow range (I), and the fuel spray S1,. Will come directly.

こうして、カーテンエリアからの高速の吸気流の中でも特に速い流れによって、極めて効果的に気化が促進されるため、元来、微粒化に優れた多噴口型インジェクタ１８からの燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…は、前記の如く燃圧の低下によって液滴の粒がやや大きくなっていても、十分に気化して良好な混合気を形成するようになる。しかも、そうして気化が促進されることによって液滴の粒径が小さくなると、その運動量が減少することによっても燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力が弱くなるので、燃料の気筒壁面への付着をさらに軽減することができる。   In this way, vaporization is very effectively promoted by a particularly fast flow among the high-speed intake air flow from the curtain area. Therefore, the fuel sprays S1,. ,... Are sufficiently vaporized to form a good air-fuel mixture even if the droplets are slightly larger due to the decrease in the fuel pressure as described above. In addition, when the particle size of the droplet is reduced by promoting vaporization, the penetration force of the fuel sprays S1,..., S2,. Adhesion to can be further reduced.

したがって、この実施形態に係る火花点火式直噴エンジン１によると、多噴口型のインジェクタ１８を気筒２内の燃焼室６周縁部に配置して、少なくとも点火プラグ１６の近傍に向けて燃料を噴射するようにした場合に、元来、燃料の微粒化に優れるが、噴霧の貫徹力は比較的強いという多噴口型インジェクタ１８の特徴を生かすべく、エンジン１の冷機時に気筒２の吸気行程で燃料を噴射するときには、燃圧を低下させて燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力を弱めるとともに、これにより粒径の増大する燃料噴霧Ｓ１，…に対して吸気弁１１周りのカーテンエリアから高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てるようにすることで、冷間であっても気筒壁面への燃料付着を十分に軽減し、且つ燃料噴霧Ｓ全体の気化を十分に促進することができる。   Therefore, according to the spark ignition type direct injection engine 1 according to this embodiment, the multi-injector type injector 18 is arranged at the periphery of the combustion chamber 6 in the cylinder 2 and fuel is injected at least toward the vicinity of the spark plug 16. In order to take advantage of the characteristics of the multi-injector type injector 18 that is originally excellent in fuel atomization but has a relatively strong spray penetration force, the fuel in the intake stroke of the cylinder 2 when the engine 1 is cold. , The fuel pressure is reduced to weaken the penetration force of the fuel sprays S1,..., S2,..., And the fuel spray S1,. By directing the intake air flow directly and effectively, fuel adhesion to the cylinder wall surface can be sufficiently reduced even when cold, and vaporization of the entire fuel spray S can be sufficiently promoted. Can.

図１１(a)、(b)は、この実施形態の直噴エンジン１において、上述の如く気筒２の吸気行程前半に燃料を噴射させるようにしたときの燃料噴射圧（燃圧）と排気中のＨＣ、スモーク濃度との関係を示し、同図に実線で示すように、エンジン冷機時には燃圧を低下させることによって、ＨＣ、スモークの増大を抑制できることが分かる。特にスモークについては効果が大きく、このことから、気筒壁面への燃料付着が軽減されることによって、過濃な混合気の形成が抑制されていることが分かる。   11 (a) and 11 (b) show the fuel injection pressure (fuel pressure) and the exhaust gas in the exhaust when the fuel is injected in the first half of the intake stroke of the cylinder 2 as described above in the direct injection engine 1 of this embodiment. The relationship between HC and smoke concentration is shown, and as shown by the solid line in the figure, it can be seen that the increase in HC and smoke can be suppressed by reducing the fuel pressure when the engine is cold. In particular, the effect of smoke is great. From this, it can be seen that the formation of a rich mixture is suppressed by reducing the adhesion of fuel to the cylinder wall surface.

また、図１２は、この実施形態のものと略同じ構成の直噴エンジンにおいて、気筒２内の吸気流動の状態を変化させて、吸気行程における燃料噴射時期の変更によってスモーク濃度が変化する様子を示す。図に実線で示すのはこの実施形態のものであり、点線及び破線で示すのは、それぞれ気筒内にタンブル流やスワール流を生成させるようにしたものである。図示の如く、気筒２内の吸気流動の状態に拘わらず、燃料噴射時期をあまり進角させると、ピストン５の頂面に付着する燃料の量が多くなることに起因して、スモーク濃度が高くなる。   FIG. 12 shows a state in which the smoke concentration changes by changing the fuel injection timing in the intake stroke by changing the state of the intake air flow in the cylinder 2 in a direct injection engine having substantially the same configuration as that of this embodiment. Show. In the figure, the solid line shows this embodiment, and the dotted line and broken line show a tumble flow and a swirl flow respectively generated in the cylinder. As shown in the figure, regardless of the state of intake air flow in the cylinder 2, if the fuel injection timing is advanced too much, the amount of fuel adhering to the top surface of the piston 5 increases, resulting in a high smoke concentration. Become.

一方、噴射時期を遅角させた場合には、吸気流動の減衰によって燃料の気筒壁面への付着が多くなるとともに、燃料の気化が悪くなり、さらに、噴射から点火までの時間が短くなることによっても気化が不十分になって、燃焼が悪化し、スモーク濃度が高くなるという傾向が見られるが、この点については本願発明のようにカーテンエリアからの高速の吸気流によって燃料の気化を促進するようにすれば、タンブル流やスワール流を利用するだけのものに比べて燃料の気筒壁面への付着が軽減され、燃料の気化も十分に促進されるので、噴射時期の遅角量を大幅に拡大することができる。   On the other hand, when the injection timing is retarded, the amount of fuel adhering to the cylinder wall surface increases due to the attenuation of the intake flow, the fuel vaporization worsens, and the time from injection to ignition is shortened. However, there is a tendency that the vaporization becomes insufficient, the combustion deteriorates, and the smoke concentration becomes high. In this respect, the vaporization of fuel is promoted by the high-speed intake air flow from the curtain area as in the present invention. By doing so, the adhesion of the fuel to the cylinder wall surface is reduced and fuel vaporization is sufficiently promoted compared to those using only a tumble flow or swirl flow, so that the retard amount of the injection timing is greatly increased. Can be enlarged.

つまり、本願発明によれば、多噴口型インジェクタ１８を備えた直噴エンジン１において、吸気行程噴射時の気筒壁面への燃料付着を減らしつつ、燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の微粒化を促進して、燃焼性を向上できることから、冷間においても従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定可能になり、これにより燃費の低減や排気の清浄化について有利になるとともに、例えば冷間始動直後の触媒３９の急速暖機にも有利になる。   That is, according to the present invention, in the direct injection engine 1 having the multi-hole injector 18, the fuel sprays S1, ..., S2, ... are atomized while reducing fuel adhesion to the cylinder wall surface during intake stroke injection. Because it can promote and improve combustibility, it becomes possible to set the fuel injection timing in a wider range than before even in the cold, which is advantageous for reducing fuel consumption and purifying exhaust gas, for example, cold start It is also advantageous for rapid warm-up of the catalyst 39 immediately after.

−冷機時の制御の変形例−
次に、エンジン冷機時の制御の変形例について、図１３、１４を参照して説明すると、この変形例のものは、上述の如くエンジン１の冷機時に燃圧を低下させて、燃料噴霧Ｓ１，…の貫徹力を弱めるとともに、これにより液滴の粒径がやや大きくなる燃料噴霧Ｓ１，…に対して、高温高圧の既燃ガスを吹き当てることによって、燃料の気化を促進するようにしたものである。従って、エンジン１の構成自体は前記実施形態１のものと同じであり、同一部材には同一の符号を付してその説明は省略する。 -Variation of control during cold machine-
Next, a modified example of the control when the engine is cold will be described with reference to FIGS. 13 and 14. This modified example reduces the fuel pressure when the engine 1 is cold as described above, and the fuel sprays S1,. The vaporization of the fuel is promoted by spraying high-temperature and high-pressure burned gas against the fuel sprays S1,. is there. Therefore, the configuration itself of the engine 1 is the same as that of the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

すなわち、この変形例においてＥＣＵ４０は、エンジン冷機時に、図１３に模式的に示すように吸気弁１１の開作動時期ＩＶＯが吸気上死点ＴＤＣから大きく進角して、排気弁１２とのオーバーラップ期間が長くなるように、少なくともエンジン水温に基づいてＶＶＴ１５を制御するＶＶＴ制御部４０ｅ（動弁時期制御手段）をソフトウエアの形態で備えている（図１参照）。尚、ＶＶＴ制御部４０ｅは、エンジン水温以外にもエンジン１の負荷状態や回転速度に基づいてＶＶＴ１５を制御する。   That is, in this modification, when the engine is cold, the ECU 40 causes the opening operation timing IVO of the intake valve 11 to greatly advance from the intake top dead center TDC as shown schematically in FIG. A VVT controller 40e (valve timing control means) that controls the VVT 15 based on at least the engine water temperature is provided in the form of software so that the period becomes longer (see FIG. 1). The VVT control unit 40e controls the VVT 15 based on the load state and rotation speed of the engine 1 in addition to the engine water temperature.

また、ＥＣＵ４０の燃料噴射制御部４０ａは、エンジン冷機時には前記オーバーラップ期間において、且つ吸気上死点ＴＤＣよりも進角側で燃料噴射が始まるように、インジェクタ１８を制御するものとされている。尚、ＥＣＵ４０の燃圧制御部４０ｂは、前記実施形態と同様に冷機時に燃圧を低下させるものとすればよいが、吸気流動制御部４０ｄは、前記実施形態のように冷機時に流動制御弁３４，３５を閉じるものとしてもよいし、そうしないものとしてもよい。   Further, the fuel injection control unit 40a of the ECU 40 controls the injector 18 so that fuel injection starts at the advance side of the intake top dead center TDC during the overlap period when the engine is cold. It should be noted that the fuel pressure control unit 40b of the ECU 40 may reduce the fuel pressure when cold as in the above embodiment, but the intake flow control unit 40d includes the flow control valves 34 and 35 when cold as in the above embodiment. May be closed or not.

そして、この変形例の場合、エンジン１の冷機時には前記実施形態と同様に燃圧制御部４０ｂによる燃圧の低下制御によって、燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力が弱められるとともに、前記ＶＶＴ制御部４０ｅによるＶＶＴ１５の制御によって吸気弁１１の開作動時期ＩＶＯが大きく進角し、これにより長くなったオーバーラップ期間においてインジェクタ１８から燃料の噴射が開始される。   In the case of this modification, when the engine 1 is cold, the penetration force of the fuel sprays S1,..., S2,... Is weakened by the fuel pressure reduction control by the fuel pressure control unit 40b as in the above embodiment, and the VVT control is performed. The opening operation timing IVO of the intake valve 11 is greatly advanced by the control of the VVT 15 by the portion 40e, and fuel injection is started from the injector 18 in the overlap period which is lengthened by this.

そうしてインジェクタ１８から噴射される燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…のうち、上側の３つの噴口１８ａ，…から噴出して点火プラグ１６近傍に向かうものＳ１，…（インジェクタ１８の先端部から排気弁１２側に向かって噴射される燃料噴霧）は、それぞれ幾何学的噴霧エリアが平面視で２つの吸気弁１１，１１の弁軸１１ａ，１１ａ間に位置することから（図５参照）、これら３つの燃料噴霧Ｓ１，…には、図１４に白抜きの矢印で模式的に示すようにオーバーラップ期間において燃焼室６から吸気側に吸い出される高温高圧の既燃ガスの流れが直接、吹き当たるようになる。   Then, among the fuel sprays S1,..., S2,... Injected from the injector 18, those sprayed from the upper three injection holes 18a,. The fuel spray injected toward the exhaust valve 12 side) is because the geometric spray area is located between the valve shafts 11a and 11a of the two intake valves 11 and 11 in plan view (see FIG. 5). In these three fuel sprays S1,..., The flow of high-temperature and high-pressure burned gas sucked out from the combustion chamber 6 to the intake side during the overlap period as schematically shown by the white arrows in FIG. It comes to be blown.

すなわち、吸気弁１１の開作動時期ＩＶＯを進角させることで、気筒２内から吸気側に逆流する既燃ガスの流量を増やし、且つ、より高温で高圧のものとするとともに、これに同期するように燃料噴射時期も進角させることで、点火プラグ１６近傍に向けた上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…に対向するようにして、前記高温高圧の既燃ガス流を効果的に吹き当てることができ、これにより燃料の気化を十分に促進できるとともに、燃料噴霧Ｓ１，…の貫徹力が一層、弱くなって、気筒壁面への燃料付着をさらに軽減することができる。   That is, by advancing the opening operation timing IVO of the intake valve 11, the flow rate of the burned gas that flows backward from the cylinder 2 to the intake side is increased, and the temperature is higher and the pressure is higher. As described above, the fuel injection timing is also advanced so that the high-temperature and high-pressure burned gas flow is effectively blown so as to face the upper three fuel sprays S1,. As a result, fuel vaporization can be sufficiently promoted, and the penetration force of the fuel sprays S1,... Can be further weakened to further reduce fuel adhesion to the cylinder wall surface.

したがって、この変形例の場合も前記実施形態と同様に、エンジン１の冷機時であっても気筒壁面への燃料の付着を十分に軽減し、且つ燃料噴霧Ｓ全体の気化を十分に促進することができ、これにより排気中のＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の問題を抑制できるとともに、冷間であっても従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定可能になり、これにより燃費の低減や排気の清浄化についても有利になる。   Therefore, also in the case of this modification, as in the above-described embodiment, even when the engine 1 is cold, the adhesion of fuel to the cylinder wall surface is sufficiently reduced, and vaporization of the entire fuel spray S is sufficiently promoted. As a result, the problem of HC, smoke increase and oil dilution in the exhaust can be suppressed, and the fuel injection timing can be set in a wider range than before even in the cold, thereby reducing fuel consumption. It is also advantageous for exhaust purification.

（他の実施形態）
本発明の構成は、前記した実施形態やその変形例のものには限定されず、その他の種々の構成をも包含する。すなわち、前記実施形態などでは、図４に示すようにインジェクタ１８の先端部に６個の噴口１８ａ，…，１８ｂ，…を上下に３つずつレイアウトしているが、噴口の個数やレイアウトはそれに限定されるものではなく、例えば図１５(a)〜(f)に示すように、噴口数は４個以下でもよいし、反対に７個以上とすることもできる。 (Other embodiments)
The configuration of the present invention is not limited to those of the above-described embodiment and its modifications, and includes other various configurations. That is, in the above-described embodiment and the like, as shown in FIG. 4, six nozzle holes 18a,..., 18b,. For example, as shown in FIGS. 15 (a) to 15 (f), the number of nozzle holes may be four or less, and on the contrary, it may be seven or more.

同図(a)，(b)に示す噴口１８ａ，…のレイアウトは、気筒２内に燃料を分散させて均一燃焼状態とするのに適したものであり、特に図(b)のものでは、リフトしている吸気バルブ１１に燃料噴霧の中心が干渉しないようにしながら、比較的多数の各噴口１８ａ，…を配置できる。また、同図(c)〜(f)にそれぞれ示す噴口１８ａ，…，１８ｂ，…のレイアウトは、前記実施形態のものと同様に点火プラグ１６近傍に向けて燃料を噴射する噴口１８ａ，…と、それ以外の方向に分散するように燃料を噴射する噴口１８ｂ，…とを設けて、均一燃焼及び成層燃焼の双方に適合するようにしたものである。   The layout of the nozzle holes 18a,... Shown in FIGS. 11A and 11B is suitable for dispersing fuel in the cylinder 2 to achieve a uniform combustion state, and particularly in the case of FIG. A relatively large number of nozzles 18a,... Can be arranged so that the center of the fuel spray does not interfere with the intake valve 11 being lifted. Further, the layout of the nozzle holes 18a,..., 18b,... Shown in the same figure (c) to (f) are the nozzle holes 18a,. The nozzles 18b for injecting fuel so as to be dispersed in other directions are provided so as to be adapted to both uniform combustion and stratified combustion.

また、前記実施形態などにおいては、吸気弁１１周りの吸気流速分布を調整するための吸気流調整手段として、図３に示すように、吸気通路３０の各気筒２毎２つの分岐通路３０ａ，３０ｂにそれぞれ配設した流動制御弁３４（絞り弁），３５（開閉弁）を用いており、その絞り弁３４の弁体は、他方の分岐通路３０ｂに近い略半分を切り欠いたものとしているが、これに限るものではない。   Further, in the above-described embodiment and the like, as shown in FIG. 3, two branch passages 30a and 30b for each cylinder 2 of the intake passage 30 are used as intake flow adjustment means for adjusting the intake flow velocity distribution around the intake valve 11. The flow control valves 34 (throttle valves) and 35 (open / close valves) respectively disposed in the first and second valves are used, and the valve body of the throttling valve 34 is cut out in a substantially half portion close to the other branch passage 30b. However, it is not limited to this.

すなわち、例えば図１６に示すように、絞り弁３４の弁体において他方の分岐通路３０ｂに近い略半分のうちの上側のみを切り欠いてもよいし、反対に、図１７のように下側のみを切り欠いてもよい。図１６のように弁体の他方の分岐通路３０ｂに近い上側略１／４を切り欠くと、この弁体を閉じたときに吸気流が吸気ポート９の上側に片寄るため、その吸気ポート９の延びる方向に向かう流れが比較的強くなり、気筒２内の流動においてスワール成分がさらに強化される。   That is, for example, as shown in FIG. 16, only the upper half of the half of the throttle valve 34 close to the other branch passage 30b may be cut out, or conversely, only the lower side as shown in FIG. May be cut off. As shown in FIG. 16, when the upper quarter of the valve body close to the other branch passage 30 b is cut away, the intake flow is shifted to the upper side of the intake port 9 when the valve body is closed. The flow in the extending direction becomes relatively strong, and the swirl component is further strengthened in the flow in the cylinder 2.

一方、図１７のように弁体の他方の分岐通路３０ｂに近い下側略１／４を切り欠くと、この弁体を閉じたときに吸気流が吸気ポート９の下側に片寄り、その燃焼室６への開口部と吸気弁１１の傘部との間を放射状に拡がる流れが強化されるので、点火プラグ１６近傍に向けた燃料噴霧Ｓ１，…に直接、吹き当たる吸気流速がさらに高くなる。   On the other hand, as shown in FIG. 17, if the lower 1/4 of the valve body near the other branch passage 30b is cut away, the intake flow is shifted to the lower side of the intake port 9 when the valve body is closed. Since the flow that radially expands between the opening to the combustion chamber 6 and the umbrella portion of the intake valve 11 is strengthened, the intake flow velocity directly hitting the fuel sprays S1,. Become.

さらに、図示しないが、前記各気筒２毎２つの分岐通路３０ａ、３０ｂの両方に絞り弁３４を設けるようにしてもよく、こうすれば、気筒２内に積極的にスワール流を生成させることはできないが、２つの吸気弁１１，１１のそれぞれのカーテンエリアからその近傍を通過する燃料噴霧Ｓ１，…（点火プラグ１６近傍に向けた燃料噴霧）に直接、吹き当たる吸気の流速を高めて、燃料の気化を促進することができる。   Further, although not shown, throttle valves 34 may be provided in both of the two branch passages 30a and 30b for each cylinder 2. In this way, it is possible to actively generate a swirl flow in the cylinder 2. Although it is not possible to increase the flow rate of the intake air that directly hits the fuel sprays S1,... (Fuel sprays directed to the vicinity of the spark plug 16) from the curtain areas of the two intake valves 11, 11, respectively, Vaporization can be promoted.

また、前記実施形態などにおいては、エンジン１の冷機時と暖機後とで燃圧の制御特性と切替えて、冷機時の燃圧が暖機後の同一運転状態のときよりも低くなるようにしているが、これに限らず、例えば図１８に一例を示すように、エンジン水温に応じて燃圧を連続的に変化させるようにしてもよい。また、エンジン１の温度状態をエンジン水温によらず、例えばエンジンオイルの温度などに基づいて検出することもできる。図において破線で示すのは、前記実施形態のように冷機時と暖機後とで燃圧を切り替える場合の制御特性である。   Moreover, in the said embodiment etc., it switches to the control characteristic of a fuel pressure at the time of engine 1 cold time and after warm-up, and the fuel pressure at the time of cool-down is made lower than the time of the same driving | running state after warm-up. However, the present invention is not limited to this, and the fuel pressure may be continuously changed according to the engine water temperature, for example, as shown in FIG. Further, the temperature state of the engine 1 can be detected based on the temperature of the engine oil, for example, regardless of the engine water temperature. In the figure, the broken line indicates the control characteristics when the fuel pressure is switched between cold and warm, as in the above embodiment.

以上、説明したように、本発明に係る火花点火式直噴エンジンは、多噴口型インジェクタを燃焼室周縁部に配置した場合に、冷間であっても気筒壁面への燃料の付着を十分に軽減し、且つ燃料噴霧全体の気化を十分に促進して、排気中のＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の問題を抑制することができ、燃費低減などの効果も得られるものなので、例えば自動車用エンジンなどに好適なものである。   As described above, the spark-ignition direct injection engine according to the present invention sufficiently adheres fuel to the cylinder wall surface even when it is cold when the multi-injector type injector is disposed at the periphery of the combustion chamber. It is possible to reduce and sufficiently promote the vaporization of the entire fuel spray to suppress the problems of HC, smoke, and oil dilution in the exhaust, and the effect of reducing fuel consumption can be obtained. It is suitable for an engine or the like.

本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンの全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of a spark ignition direct injection engine according to an embodiment of the present invention. 気筒の構造を拡大して示す正面図である。It is a front view which expands and shows the structure of a cylinder. 同斜視図である。It is the same perspective view. インジェクタの各噴口のレイアウトを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the layout of each nozzle hole of an injector. 気筒中心線に沿って見て、上側の燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアの位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position of the geometric spray area of an upper fuel spray seeing along a cylinder centerline. 燃料供給系の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a fuel supply system. 流動制御弁を閉じたときの吸気弁周りの流速分布をＣＦＤにより求めた図である。It is the figure which calculated | required the flow velocity distribution around the intake valve when a flow control valve was closed by CFD. 上側の燃料噴霧を含む範囲の吸気の流速分布をＣＦＤにより求めた図であり、(a)は気筒の中心付近の縦断面を、また、(b)は天井部付近の横断面を示す。It is the figure which calculated | required the flow velocity distribution of the intake air of the range containing an upper fuel spray by CFD, (a) shows the longitudinal cross section near the center of a cylinder, (b) shows the cross section near a ceiling part. インジェクタによる燃料の噴射時期を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the injection timing of the fuel by an injector. エンジン回転速度に基づく燃圧制御の特性を示す説明図であり、(a)は暖機後を、また、(b)は冷機時を示す。It is explanatory drawing which shows the characteristic of the fuel pressure control based on an engine speed, (a) is after warm-up, (b) shows the time of cold. 燃圧の変化によるＨＣ、スモーク濃度の変化を示すグラフ図である。It is a graph which shows the change of HC and a smoke density | concentration by the change of a fuel pressure. 燃料噴射時期の変更によるスモーク濃度の変化を、従来例と対比して示すグラフ図である。It is a graph which shows the change of the smoke density | concentration by the change of a fuel-injection timing compared with a prior art example. エンジン冷機時に、吸気側に逆流する既燃ガスを燃料噴霧に吹き当てるようにした変形例における吸気弁１１の作動時期の変化を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the change of the operating timing of the intake valve 11 in the modification which burned the burned gas which flows back to the intake side to a fuel spray at the time of engine cold. 同変形例において燃料噴霧に既燃ガス流が吹き当たる様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that a burned gas flow blows on fuel spray in the modification. 噴口のレイアウトの他の実施形態を示す図４相当図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4 showing another embodiment of the layout of the nozzle hole. 流動制御弁の他の実施形態を示す図３相当図である。FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 3 showing another embodiment of the flow control valve. 流動制御弁の他の実施形態を示す図３相当図である。FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 3 showing another embodiment of the flow control valve. エンジン水温に基づく他の燃圧制御の特性図である。It is a characteristic view of other fuel pressure control based on engine water temperature.

符号の説明Explanation of symbols

１ エンジン
２ 気筒
６ 燃焼室
９ 吸気ポート（吸気通路）
１１ 吸気弁
１５ 可変動弁機構（動弁時期変更手段）
１６ 点火プラグ
１８ インジェクタ
１８ａ，１８ｂ 噴口
２７ 高圧レギュレータ（燃圧調整手段）
３０ 吸気通路
３０ａ，３０ｂ 分岐通路（吸気通路）
３４ 流動制御弁（絞り弁）
３５ 流動制御弁（開閉弁）
４０ ＥＣＵ
４０ａ 燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）
４０ｂ 燃圧制御部（燃圧制御手段）
４０ｄ 吸気流動制御部（吸気流制御手段）
４０ｅ ＶＶＴ制御部（動弁時期変更手段）
Ｚ 気筒中心線 1 Engine 2 Cylinder 6 Combustion chamber 9 Intake port (intake passage)
11 Intake valve 15 Variable valve mechanism (valve timing change means)
16 Spark plug 18 Injector 18a, 18b Injection hole 27 High pressure regulator (fuel pressure adjusting means)
30 Intake passage 30a, 30b Branch passage (intake passage)
34 Flow control valve (throttle valve)
35 Flow control valve (open / close valve)
40 ECU
40a Fuel injection control unit (fuel injection control means)
40b Fuel pressure control unit (fuel pressure control means)
40d Intake flow control unit (intake flow control means)
40e VVT controller (valve timing change means)
Z cylinder center line

Claims (7)

複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されている火花点火式直噴エンジンであって、
前記気筒の中心線に沿って見て、前記噴口の設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、そこから燃焼室中央寄りの点火プラグ近傍に向かって噴射される燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定され、
前記２つの吸気弁のうち、少なくとも一方の吸気弁と吸気通路の開口部との間の環状隙間部から燃焼室に流入する吸気の流れを、その流速分布が前記環状隙間部の少なくとも周方向に変化するように調整する吸気流調整手段と、
前記インジェクタによる燃料噴射圧を調整する燃圧調整手段と、
冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記燃料噴射圧が低くなるように、少なくともエンジン温度に基づいて前記燃圧調整手段を制御する燃圧制御手段と、
冷機時に前記少なくとも一方の吸気弁の周りの吸気の流速分布において相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動するように、前記吸気流調整手段を制御する吸気流制御手段と、を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 A spark-ignition direct injection engine in which a multi-hole injector having a plurality of nozzles is arranged to inject fuel from a peripheral portion thereof into a combustion chamber in a cylinder,
When viewed along the center line of the cylinder, the tip of the injector provided with the nozzle hole is located at the peripheral edge of the combustion chamber between two adjacent intake valves, and from there, an ignition plug closer to the center of the combustion chamber The direction of the injection hole from which the fuel spray is ejected is set so that the geometric spray area of the fuel spray injected toward the vicinity is located between the valve shafts of the two intake valves.
Of the two intake valves, the flow of intake air flowing into the combustion chamber from the annular gap between at least one of the intake valves and the opening of the intake passage has a flow velocity distribution at least in the circumferential direction of the annular gap. An intake air flow adjusting means for adjusting to change;
Fuel pressure adjusting means for adjusting the fuel injection pressure by the injector;
A fuel pressure control means for controlling the fuel pressure adjusting means based on at least the engine temperature so that the fuel injection pressure becomes lower compared to the same operating state after warm-up when the engine is cold;
An intake air flow control means for controlling the intake air flow adjusting means so that a relatively high flow velocity range moves toward the other intake valve side in the flow velocity distribution of the intake air around the at least one intake valve when cold. A spark ignition type direct injection engine comprising: 請求項１の火花点火式直噴エンジンにおいて、
気筒内の燃焼室にそれぞれ連通する２つの吸気通路が互いに並んで延びるように設けられ、
吸気流調整手段は、前記２つの吸気通路のうちの少なくとも一方に配設された絞り弁を備え、
前記絞り弁は、吸気の流れを絞ったときにその流れを他方の吸気通路寄りに片寄らせるように構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 The spark ignition direct injection engine of claim 1,
Two intake passages communicating with the combustion chambers in the cylinders are provided to extend side by side,
The intake flow adjusting means includes a throttle valve disposed in at least one of the two intake passages,
The spark ignition type direct injection engine, wherein the throttle valve is configured to shift the flow toward the other intake passage when the flow of the intake air is throttled. 請求項２の火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気流調整手段は、一方の吸気通路に配設された絞り弁と、他方の吸気通路を開閉する開閉弁とを備え、前記絞り弁により一方の吸気通路の吸気の流れを絞るときに、前記開閉弁により他方の吸気通路を閉ざすように構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 The spark ignition direct injection engine according to claim 2,
The intake flow adjusting means includes a throttle valve disposed in one intake passage and an opening / closing valve that opens and closes the other intake passage, and when the throttle valve restricts the flow of intake air in the one intake passage, A spark ignition direct injection engine characterized in that the other intake passage is closed by an on-off valve. 請求項１〜３のいずれか１つの火花点火式直噴エンジンにおいて、
冷機時に気筒の吸気行程前半で燃料の噴射が始まるようにインジェクタを制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 The spark ignition direct injection engine according to any one of claims 1 to 3,
A spark ignition type direct injection engine comprising fuel injection control means for controlling an injector so that fuel injection starts in the first half of an intake stroke of a cylinder when cold. 請求項４の火花点火式直噴エンジンにおいて、
燃料噴射制御手段は、冷機時に気筒の吸気行程の１／５が経過してから１／２が経過するまでの間に燃料噴射が始まるように、インジェクタを制御するものであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 The spark ignition direct injection engine according to claim 4,
The fuel injection control means controls the injector so that the fuel injection starts during a period from 1/5 of the intake stroke of the cylinder to 1/2 of the intake stroke when cold. Spark ignition direct injection engine. 複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されている火花点火式直噴エンジンであって、
前記気筒の中心線に沿って見て、前記噴口の設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、そこから排気弁側に向かって噴射される燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定され、
前記インジェクタによる燃料噴射圧を調整する燃圧調整手段と、
前記吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間を変更する動弁時期変更手段と、
冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記燃料噴射圧が低くなるように、少なくともエンジン温度に基づいて前記燃圧調整手段を制御する燃圧制御手段と、
冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記オーバーラップ期間が長くなるように、少なくともエンジン温度に基づいて前記動弁時期変更手段を制御する動弁時期制御手段と、
冷機時に前記インジェクタによる燃料の噴射が前記オーバーラップ期間に始まるように、該インジェクタを制御する燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 A spark-ignition direct injection engine in which a multi-hole injector having a plurality of nozzles is arranged to inject fuel from a peripheral portion thereof into a combustion chamber in a cylinder,
When viewed along the center line of the cylinder, the tip of the injector provided with the nozzle hole is located at the peripheral edge of the combustion chamber between two adjacent intake valves, and injection from there to the exhaust valve side The direction of the nozzle hole from which the fuel spray is ejected is set so that the geometric spray area of the fuel spray is located between the valve shafts of the two intake valves.
Fuel pressure adjusting means for adjusting the fuel injection pressure by the injector;
A valve timing change means for changing an overlap period of the intake valve and the exhaust valve;
A fuel pressure control means for controlling the fuel pressure adjusting means based on at least the engine temperature so that the fuel injection pressure becomes lower compared to the same operating state after warm-up when the engine is cold;
A valve timing control means for controlling the valve timing change means based on at least the engine temperature so that the overlap period becomes longer as compared to the same operation state after warm-up when cold;
A spark ignition direct injection engine comprising: fuel injection control means for controlling the injector so that fuel injection by the injector starts during the overlap period when the engine is cold. 請求項６の火花点火式直噴エンジンにおいて、
動弁時期制御手段は、冷機時に吸気弁の開作動時期が進角するように動弁時期変更手段を制御するものであり、
燃料噴射制御手段は、冷機時に気筒の吸気上死点前で燃料噴射が始まるようにインジェクタを制御するものであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
The spark ignition direct injection engine according to claim 6,
The valve timing control means controls the valve timing change means so that the opening operation timing of the intake valve is advanced at the time of cooling.
A spark ignition direct injection engine characterized in that the fuel injection control means controls the injector so that fuel injection starts before the intake top dead center of the cylinder when cold.
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