JP2006329117A - Controller for direct injection spark ignition type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直噴火花点火式内燃機関の制御装置に関し、特に、環境変化によらず良好な成層燃焼を実現する技術に関する。 The present invention relates to a control device for a direct-injection spark-ignition internal combustion engine, and more particularly to a technique for realizing good stratified combustion regardless of environmental changes.
燃料噴射弁から筒内に燃料を直接噴射し、筒内に成層化した混合気に火花点火を行う直噴火花点火式内燃機関では、混合気のサイズによりエンジンの出力が制御可能となり、燃料噴射量(噴射期間)により負荷が調整されることとなる。これにより、スロットル弁の絞りを行う必要がなく、ポンピングロスがなくなるため、特に低・中負荷において大幅に燃料消費が低減できることが知られている。 In a direct-injection spark-ignition internal combustion engine that directly injects fuel into the cylinder from the fuel injection valve and ignites the stratified mixture in the cylinder, the engine output can be controlled by the size of the mixture. The load is adjusted by the amount (injection period). This eliminates the need to throttle the throttle valve and eliminates the pumping loss, so that it is known that fuel consumption can be significantly reduced, especially at low and medium loads.
このような直噴火花点火式内燃機関では着実に点火・燃焼せしめるために、機関の回転速度・負荷に応じて、筒内に適切な大きさ・空燃比の混合気塊を、確実に成層化した状態で形成することが重要である。
特許文献1には、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧に直接火花点火を行う手法や、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧をピストンキャビティ壁面へ衝突させ、キャビティ形状に沿った噴霧の循環流を形成し、均質な混合気をキャビティ上空に配置する手法が開示されている。
In such a direct-injection spark-ignition internal combustion engine, in order to steadily ignite and burn, an air-fuel mixture with an appropriate size and air-fuel ratio is stratified reliably in the cylinder according to the engine speed and load. It is important to form in such a state.
Patent Document 1 discloses a technique in which spark ignition is directly performed on a fuel spray injected from a fuel injection valve, or a fuel spray injected from a fuel injection valve is caused to collide with a piston cavity wall surface to circulate the spray along the cavity shape. And a method of disposing a homogeneous air-fuel mixture over the cavity is disclosed.
ところで、ピストンキャビティを有する内燃機関において、吸気圧力や吸気温度など環境パラメータが変化した場合に均質燃焼に切り換えて点火プラグの燻りを回避した場合はポンピングロスが発生し燃費が悪化する問題がある。
これに対して特許文献2には、燃料噴射時期を進角、または点火時期を遅角させて点火時期における点火プラグギャップ近傍の混合気のリッチ程度を抑制する方法が開示されている。
On the other hand,
しかしながら、特許文献2のように単純なボウル形状のピストンキャビティに対して噴射時期を進角しただけでは、点火プラグ周辺の混合気濃度のリッチ度合いを抑制できる可能性があるが、噴霧特性の変化によりキャビティ底面もしくは壁面への噴霧の衝突位置がかわり混合気がキャビティからはみ出すなど、良好な成層混合気塊が生成されず、スモークやHCレベルが悪化する恐れがある。
However, just by advancing the injection timing with respect to a simple bowl-shaped piston cavity as in
良好な成層混合気塊を生成するためには基本的にキャビティに指向した形で燃料を噴射する必要があるが、進角可能範囲がキャビティとの位置関係により限定されてしまい、十分な効果が得られるとは言い難い。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、キャビティ形状と燃料噴射制御とを適切に設定することにより、環境変化によらず良好な成層混合気塊を生成して安定した成層燃焼を維持できるようにすることを目的とする。
In order to generate a good stratified air-fuel mixture, it is basically necessary to inject fuel in a direction directed to the cavity, but the advanceable range is limited by the positional relationship with the cavity, and a sufficient effect is achieved. It is hard to say that it is obtained.
The present invention has been made paying attention to such conventional problems. By appropriately setting the cavity shape and the fuel injection control, a good stratified air-fuel mixture can be generated and stabilized regardless of environmental changes. It aims to be able to maintain stratified combustion.
このため本発明は、まず、ピストン冠面に設けられるピストンキャビティについては、燃焼室上面の略中央部に設置した燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の中心軸と略同一中心軸となるような大径ボウル状の外側キャビティと、該外側キャビティに内包された小径ボウル状の内側キャビティとで構成される二重構造とする。
そして、燃料噴霧の***長さを判定し、燃料噴射期間中において、燃料噴射弁の噴孔から燃料噴霧が内側キャビティ壁面に衝突するまでの距離が燃料噴霧の***長さより大きい通常の環境のときは、成層燃焼を実施する運転状態の中で比較的低負荷運転領域では内側キャビティに指向させて燃料を噴射し、比較的高負荷運転領域においては外側キャビティに指向させて燃料を噴射する。
Therefore, according to the present invention, first, the piston cavity provided on the piston crown surface has substantially the same central axis as the central axis of the fuel spray injected from the fuel injection valve installed at the substantially central portion of the upper surface of the combustion chamber. A double structure is constituted of a large-diameter bowl-shaped outer cavity and a small-diameter bowl-shaped inner cavity enclosed in the outer cavity.
Then, the split length of the fuel spray is determined, and during the fuel injection period, when the distance from the nozzle hole of the fuel injection valve to the collision of the fuel spray with the inner cavity wall surface is larger than the split length of the fuel spray In the operation state in which stratified combustion is performed, the fuel is injected toward the inner cavity in the relatively low load operation region, and the fuel is injected toward the outer cavity in the relatively high load operation region.
一方、吸気圧力や吸気温度など環境パラメータが変化して、燃料噴射弁の先端から内側キャビティまでの距離が燃料噴霧の***長さ以下となったときは、通常の環境では主に外側キャビティに指向させて燃料を噴射するように燃料噴射制御を切り換える構成とした。 On the other hand, when environmental parameters such as intake air pressure and intake air temperature change and the distance from the tip of the fuel injector to the inner cavity is less than the split length of the fuel spray, it is mainly directed to the outer cavity in the normal environment. The fuel injection control is switched so that the fuel is injected.
成層燃焼を実施している運転状態の中で噴射点から噴射された燃料噴霧が内側キャビティ底面へ衝突する点までの距離よりも噴霧の***長さが短い場合は、通常は噴射時期や噴霧角の設定で内側キャビティへ指向させて燃料噴射する負荷領域でも、外側キャビティへ指向させて燃料噴射する。
これにより、燃料噴霧が***し液滴となる以前の液柱(液膜)状態で壁面に衝突し、局部的に過濃混合気を形成してしまう問題を抑制でき、過濃混合気により生成されるスモークによりプラグが燻る問題を回避できる。
When the split length of the spray is shorter than the distance from the injection point to the point where the fuel spray injected from the injection point collides with the bottom of the inner cavity in the operating state where stratified combustion is being performed, the injection timing and spray angle are usually Even in a load region in which fuel is directed toward the inner cavity with this setting, fuel is directed toward the outer cavity.
As a result, it is possible to suppress the problem of colliding with the wall surface in the liquid column (liquid film) state before the fuel spray breaks up into droplets and locally forming a rich mixture, which is generated by the rich mixture. It is possible to avoid the problem that the plug is struck by the smoke.
また、外側キャビティへ指向させて燃料噴射をおこなうことで、噴射タイミングを十分に早期に設定することができるため、十分な気化時間が確保されてこの点でも過濃混合気の生成を抑制できる。
また、噴霧先端を外側キャビティによってホールドできるため、混合気が希薄となりすぎることはなく、HCの悪化を抑制することができる。
Moreover, since the injection timing can be set sufficiently early by directing the fuel toward the outer cavity, a sufficient vaporization time can be secured, and the generation of the rich mixture can also be suppressed in this respect.
Further, since the spray tip can be held by the outer cavity, the air-fuel mixture does not become too lean, and deterioration of HC can be suppressed.
また、混合気塊のサイズが大きくなるため、燃費は多少悪化するが、従来の吸気ポート噴射による均質燃焼よりも燃費の良い運転が実現できる。 Further, since the air-fuel mixture size increases, the fuel efficiency is somewhat deteriorated, but an operation with better fuel efficiency than the conventional homogeneous combustion by the intake port injection can be realized.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の実施形態にかかる直噴火花点火式内燃機関の構成を示す。
この内燃機関は、シリンダヘッド1、シリンダブロック2及びピストン3により構成される燃焼室4を有し、排気バルブ5及び吸気バルブ6を介して、吸気ポート7から新気を導入及び排気ポート8から排気を排出する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
This internal combustion engine has a combustion chamber 4 composed of a cylinder head 1, a
前記各バルブを駆動するカム軸端には燃料ポンプ9が配置されている。燃料ポンプ9により加圧された燃料は燃料配管10を介して燃料噴射弁11より燃焼室4へ噴射可能である。前記燃料ポンプ9は、別に配置された電気モータにより駆動される形式としてもよい。
前記燃料噴射弁11は燃焼室4の略中央部に配置され、マルチホール噴射弁に加えて、例えば、特開2000−303936に示されるような少なくとも2つの異なる燃料噴霧角を制御可能な仕様、もしくは針弁が本体の外側に突出して開く外開きタイプの噴射弁、針弁のリフト量を可変な圧電素子駆動型のピエゾ式噴射弁などが含まれるものとする。
A fuel pump 9 is disposed at the end of the cam shaft that drives each valve. The fuel pressurized by the fuel pump 9 can be injected into the combustion chamber 4 from the fuel injection valve 11 via the
The fuel injection valve 11 is disposed at a substantially central portion of the combustion chamber 4, and in addition to the multi-hole injection valve, for example, a specification capable of controlling at least two different fuel spray angles as disclosed in JP 2000-303936, Alternatively, an outward opening type injection valve in which the needle valve protrudes to the outside of the main body, a piezoelectric element drive type piezoelectric injection valve in which the lift amount of the needle valve is variable, and the like are included.
ピストン3の燃料噴射弁11に対面する冠面には、前記燃料噴射弁11から噴射される燃料噴霧の中心軸と略同一中心軸となるような小径ボウル状の内側キャビティ3aと、該内側キャビティ3aを内包する大径ボウル状の外側キャビティ3bからなる二重キャビティが形成されている。
そして、前記燃料噴射弁11から噴射された燃料は、主に前記内側キャビティ3a及び外側キャビティ3bに成層化された混合気塊を形成する。この混合気は、前記燃料噴射弁11に隣接して燃焼室4の略中央部に配置された点火プラグ12により点火・燃焼せしめられる。
On the crown surface of the
The fuel injected from the fuel injection valve 11 mainly forms an air-fuel mixture stratified in the
なお、この内燃機関はエンジンコントロールユニット(ECU)13にて統合的に制御される。このためECU13にはクランク角センサ14からのクランク角信号、アクセル開度センサ15からのアクセル開度信号、水温センサ16からの冷却水温度信号等が入力され、これらの信号を基に、前記燃料噴射弁11、点火プラグ12、並びに燃料ポンプ9等の各制御を行う。
The internal combustion engine is controlled in an integrated manner by an engine control unit (ECU) 13. For this reason, the
また、本内燃機関では、燃焼形態として主に、圧縮行程中(特に、圧縮行程後半)に燃料噴射を行うことでリーン運転を実現し燃費を向上させる成層燃焼モードと、吸気行程中(特に吸気行程前半)に燃料噴射を行いストイキ運転(理論空燃比運転)を実現する均質燃焼モードとが設けられており、運転状態に応じて選択されるようになっている。成層燃焼モードとして噴射後の噴霧に直接火花点火を行う手法や噴霧がピストンを介して巻き上がった混合気に火花点火を行う手法などがあるが、本実施形態では成層混合気の形成手法は特に限定しない。 In the internal combustion engine, the combustion mode mainly includes a stratified combustion mode in which a lean operation is realized by performing fuel injection during the compression stroke (particularly in the latter half of the compression stroke) to improve fuel consumption, and during the intake stroke (particularly the intake stroke). A homogeneous combustion mode in which fuel injection is performed in the first half of the stroke and a stoichiometric operation (theoretical air-fuel ratio operation) is realized, and is selected according to the operating state. As a stratified combustion mode, there are a method of performing spark ignition directly on the spray after injection and a method of performing spark ignition on the mixture in which the spray is rolled up through the piston.In this embodiment, the formation method of the stratified mixture is particularly Not limited.
以下、まず本実施形態における通常の設定における運転モード領域について説明する。
図2は、機関の負荷と回転速度による燃焼モード領域と、各領域での混合気分布を示す。成層燃焼モードにおける低負荷域(図示領域a)においては、噴射される燃料量が少ないため、内側キャビティ3aを指向した燃料噴射を行い、コンパクトな混合気を形成して、着火及び燃焼安定性が高く、燃費の良好な運転を行う。
Hereinafter, first, the operation mode region in the normal setting in the present embodiment will be described.
FIG. 2 shows a combustion mode region depending on the engine load and the rotational speed, and an air-fuel mixture distribution in each region. In the low load region (the region a in the figure) in the stratified combustion mode, since the amount of fuel to be injected is small, fuel injection directed toward the
一方、成層燃焼モードにおける噴射される燃料量が多い高負荷域(図示領域b)においては、内側キャビティ3aを利用して混合気を形成すると、内側キャビティ3a上空にて過濃混合気が形成され、点火プラグ12のかぶりや燻りの原因ともなる。そのため、成層燃焼モードにおける高負荷時においては、外側キャビティ3bを利用して混合気を形成することにより、噴射量が多い条件でもほぼストイキ近傍の混合気を形成できる。
On the other hand, in a high load region (shown region b) where the amount of fuel injected in the stratified combustion mode is large, when an air-fuel mixture is formed using the
これにより、着火及び燃焼安定性に優れた運転が可能となる。なお、噴射された燃料にピストン3を介さずに直接火花点火を行う燃焼方式においても、負荷に応じた内外2つのキャビティ3a,3bが混合気を受け止める役割を果たすことで、キャビティがない場合に噴霧先端部でピストン周辺への混合気拡散によって希薄混合気が形成されてしまうことを抑制できるため、未燃HCの少ない、燃費の良い運転が実現できる。
本実施形態におけるECU13は、図2に示す特性マップによる領域判定に加えて、図3に示すような燃料噴霧の***長さLbと噴射点から噴射された噴霧がピストン3へ衝突する点までの軸方向距離Hbを判定する機能を有し、図4に示すように、吸気圧力、吸気温度、燃料圧力や燃料温度といったパラメータにより***長さの特性をテーブルデータとして保有している。
Thereby, the driving | operation excellent in ignition and combustion stability is attained. Even in the combustion system in which the injected fuel is directly spark-ignited without going through the
In addition to the region determination based on the characteristic map shown in FIG. 2, the
ここで、燃料噴霧の***長さとは一般的に高圧で噴射された燃料が液滴まで微粒化するのに必要な距離を指すが、ここでは、例えば寒冷地などで気化率が低く、液体の燃料が蒸発を完了できずに液滴が燃料噴射弁の噴孔直下に高密度で存在する領域も広義に噴霧の***長さとして含むものとする(「アトマイゼーション・テクノロジー 微粒化の基礎と基本用語辞典」 日本液体微粒化学会/編 2001年11月発行 森北出版株式会社 参照)。 Here, the fragmentation length of the fuel spray generally refers to the distance required for the fuel injected at high pressure to atomize into droplets, but here the vaporization rate is low in a cold region, for example, and the liquid The region where the fuel cannot complete evaporation and the droplets exist at high density just below the nozzle hole of the fuel injection valve is broadly included as the splitting length of the spray (“Atomization Technology: Basics of atomization and basic terminology dictionary) ”Japan Liquid Atomization Society / Edition, November 2001, see Morikita Publishing Co., Ltd.).
図5は本実施形態におけるECU13での制御フローを示す。以下、本制御フローに従って説明する。
まずステップ1(図にはS1と記す。以下同様)では、クランク角センサ14、アクセル開度センサ15等からの信号に基づき、機関の回転速度、負荷等を検出する。
次にステップ2では、上記機関の回転速度、負荷等の運転条件に基づいた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び点火時期等の制御パラメータを予め記憶させておいたテーブルより読み込む。ここで、これらテーブルに従った上記制御パラメータの設定により、機関負荷・回転速度に応じた燃焼モードの切り換えが行われる。図2に示すように、成層燃焼では燃料噴射方向の内側キャビティ3aと外側キャビティ3bとの切り換え、高負荷・高回転領域(図2の領域c)では均質燃焼を実施する。
FIG. 5 shows a control flow in the
First, in step 1 (denoted as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the engine speed, load, and the like are detected based on signals from the
Next, in
ステップ3では、燃料噴霧の***長さLbを、吸気圧力、吸気温度、噴射圧力と燃料温度からなる関数により算出し、あらかじめ記憶されている燃料の噴射点(燃料噴射弁11の噴孔)から燃料噴霧が内側キャビティ3a壁面に衝突する点までの軸方向距離Hbを参照する。
ここで、前記噴霧の噴射点から衝突点までの軸方向距離は、燃料噴射期間中に変化するが、該燃料噴射期間中に***長さLb以下となるかが判ればよいので、燃料噴射期間中にピストン3が最も上昇して最短となるときの値に設定すればよい(燃料噴射期間が圧縮上死点前で終了するときは噴射終了タイミング、燃料噴射期間が圧縮上死点を含む場合には、圧縮上死点で最短となる)。
次に、ステップ4では、上記燃料噴霧の***長さLbと噴射点から噴霧が衝突する点までの軸方向距離Hbを比較し、ステップ5にてLbよりもHbが大きいと判定されたときは、燃料の燃料噴霧が液柱(液膜)状態でピストン壁面に衝突することはないと判断されるのでステップ8に進み、上記各制御パラメータを通常状態での設定とした運転を行う。
ステップ4で燃料噴霧の***長さLbがHbより大きいと判定された場合は、ステップ5に進み、内側キャビティ3aを指向した燃料噴射を行う運転領域(図2の領域a)か否かを判断する。
In
Here, although the axial distance from the spray injection point to the collision point changes during the fuel injection period, it is only necessary to know whether it becomes the split length Lb or less during the fuel injection period. What is necessary is just to set to the value when the
Next, in Step 4, the split length Lb of the fuel spray is compared with the axial distance Hb from the injection point to the point where the spray collides, and when it is determined in Step 5 that Hb is larger than Lb. Then, since it is determined that the fuel spray of the fuel does not collide with the piston wall surface in the liquid column (liquid film) state, the process proceeds to step 8 to perform the operation with the above control parameters set in the normal state.
If it is determined in step 4 that the fuel spray split length Lb is greater than Hb, the process proceeds to step 5 to determine whether or not the operation region (region a in FIG. 2) in which fuel injection is directed to the
ステップ5で、燃料噴射を内側キャビティ3aへ指向させる運転領域aと判断された場合は、ステップ7に進み、通常は内側キャビティ3aを指向するべき運転領域aにおいても、外側キャビティ3bを指向した燃料噴射を行って、主として外側キャビティ3b内で成層燃焼が行われるようにする。
ただし、外側キャビティ3bに指向させて噴射後に直接火花点火を行う第1の成層燃焼モードを適用している場合においては、その燃焼特性上、噴射時期から点火時期までの混合時間が短いことから、キャビティ底面に形成された過濃混合気がリーン化する前に燃焼してしまいスモークが排出されやすくなることがある。このため、ピストン3を介して形成された混合気に火花点火を行う第2の成層燃焼モードに切り変えてもよい{後述の図6(A)に点火時期を点線で示す}。
If it is determined in step 5 that the operation region a directs the fuel injection to the
However, in the case of applying the first stratified combustion mode in which spark ignition is performed directly after injection directed to the
上記第2の成層燃焼モードでは、噴霧が内側キャビティ3aに衝突し、点火プラグ12まで巻き上がるまでの時間が確保でき、噴射量の少ない低負荷においては点火プラグ12が燻りにくい効果が得られる。
また、燃料噴霧が内側キャビティ3aのエッジ部分に干渉するとスモークが排出される要因となり、効果が半減するため、噴射期間中もしくは噴射終了後の噴霧が内側キャビティ3aのエッジ部分に干渉することなく全燃料を外側キャビティ3bに指向させるようにする。このようにすれば、外側キャビティ3bのエッジ部に混合気が集中して衝突することがなく、過濃混合気すなわちスモークの生成が回避できる。
In the second stratified combustion mode, the time until the spray collides with the
Further, if the fuel spray interferes with the edge portion of the
図6に燃料噴射パターンもしくは、燃料噴射弁仕様の違いによる設定点の変化を示す。
同図(A)は、通常は内側キャビティ3aを指向させる低負荷領域aで、噴射タイミングだけで外側キャビティ3bに指向させた燃料噴射に切り換える燃料噴射パターンの基本的な形態を示し、燃料噴射タイミングを進角させ、燃料噴射終了近傍で点火を行う。
このように、低負荷(小噴射量)領域で、外側キャビティ3bに指向させた燃料噴射を行う場合は、点火プラグ周りの混合気が希薄となり、また、点火時期も噴射時期の進角に伴って進角させることとなるので点火時期での筒内圧力が低くなり、失火してしまう可能性がある。
FIG. 6 shows changes in the set points due to differences in fuel injection patterns or fuel injection valve specifications.
FIG. 6A shows a basic form of a fuel injection pattern in which the fuel injection pattern is switched to the fuel injection directed to the
Thus, when fuel injection directed to the
そこで、同図(B)に示すように、1行程で2度噴射する分割噴射とし、2度目の噴射で点火プラグ近傍へ少量の燃料噴射を行うようにすると、2度目に噴射された燃料に火花点火を行うため、任意のタイミングでプラグギャップに可燃混合気を供給できるため、噴射時期の進角量に依存することなく、所望の(筒内圧力が高い状態での)点火時期の設定が可能となり、着火性が高められ、安定した燃焼を確保でき、燃費の良い運転が可能となる。 Therefore, as shown in FIG. 5B, when the divided injection is performed twice in one stroke and a small amount of fuel is injected near the spark plug in the second injection, the fuel injected in the second time is changed. Since spark ignition is performed, the combustible air-fuel mixture can be supplied to the plug gap at any timing, so that the desired ignition timing (with a high in-cylinder pressure) can be set without depending on the advance amount of the injection timing. Thus, ignitability is enhanced, stable combustion can be ensured, and fuel-efficient driving is possible.
同図(C)は、燃料噴射弁11として、ピエゾ式で針弁が本体から外側に突出してリフトする外開きのリフト量可変なタイプを用いた場合を示し、通常は内側キャビティ3aを指向させる低負荷領域aで外側キャビティ3bに指向させた燃料噴射に切り換えるときに、燃料噴射弁11の針弁を低リフトとし、噴射期間を延ばすようにする。
このようにすれば、噴射期間の大部分を外側キャビティ3bに指向させて、外側キャビティ3b内での成層燃焼を行うことができる。また、噴射期間が延びるので噴射終了近傍に設定される点火時期を過度に進角させる必要がなく、安定した燃焼を確保でき、燃費の良い運転が可能となる。また、燃料噴射弁が外開きタイプであるため、低リフト化することで、液膜厚さを低減することができ、これにより微粒化が進み、より均質な混合気を形成できる効果もある。
FIG. 6C shows a case where a piezo type and a needle valve that protrudes outward from the main body and has a variable lift amount is used as the fuel injection valve 11 and is usually directed to the
In this way, most of the injection period can be directed to the
同図(D)は、燃料噴射弁11として噴霧角可変なタイプを用いた場合を示し、噴射時期を変更することなく容易に外側キャビティ3bを指向した燃料噴射が可能となるため、点火時期が最適となる噴射タイミングにて外側キャビティ3bへ指向した燃料噴射が可能となる。特に燃料噴射弁として渦巻き噴射弁とした場合、燃料噴霧角を大きくする手段として、燃圧を大きくすることにより、噴射弁の構造を複雑化することなく噴霧角の変更が可能となる。
FIG. 4D shows a case where a spray angle variable type is used as the fuel injection valve 11, and fuel injection directed to the
図5に戻って、ステップ5で外側キャビティ3bを指向する燃料噴射を行う運転領域bと判断された場合は、ステップ6に進み均質燃焼に切り換えることとする。
なお、内側キャビティ3aより外側キャビティ3b底面を深い形状とした場合は、燃料噴霧の噴射点からピストンへの衝突点までの軸方向距離Hbをより増大させることができ、かつ、キャビティ容積も増大するので、さらにスモーク低減効果が高められる。
Returning to FIG. 5, if it is determined in step 5 that the operation region b performs fuel injection directed to the
When the bottom surface of the
図7(A)は、図6(A)に示した成層燃焼状態でLb>Hbの判定によって、噴射タイミングを進角させて、内側キャビティ3aから外側キャビティ3bへ燃料噴射の指向を変えた場合の混合気分布の変化の様子を示し、図7(B)は、成層燃焼モードで外側キャビティ3bへの燃料噴射の指向が要求される領域bで、Lb>Hbと判定されたときに、均質燃焼へ切り換えたときの混合気分布の変化の様子を示す。
FIG. 7A shows a case where the fuel injection direction is changed from the
また、図8は、図6(C)に示した成層燃焼状態でLb>Hbの判定によって、針弁リフト量を小さくして、内側キャビティ3aから外側キャビティ3bへ燃料噴射の指向を変えた場合の混合気分布の変化の様子を示し、図9は、図6(D)に示した成層燃焼状態でLb>Hbの判定によって、噴霧角を広角にして、内側キャビティ3aから外側キャビティ3bへ燃料噴射の指向を変えた場合の混合気分布の変化の様子を示す。
FIG. 8 shows a case where the direction of fuel injection is changed from the
以上のように、本実施形態では、通常は図2に示すような運転負荷・回転に応じた各燃焼モードの最適点にて運転が実施されるが、燃料噴霧の***長さLbが噴射点から噴射された噴霧がピストンへ衝突する点までの軸方向距離Hbよりもながい場合に、内側キャビティを指向した燃焼モードの場合は外側キャビティを指向した燃焼モードへ切り換えることとしている。 As described above, in the present embodiment, the operation is normally performed at the optimum point of each combustion mode corresponding to the operation load and rotation as shown in FIG. 2, but the fuel spray split length Lb is the injection point. In the case of the combustion mode directed to the inner cavity, the combustion mode directed to the outer cavity is switched to the combustion mode directed to the inner cavity when the spray sprayed from to the piston collides with the piston.
これにより、例えば高地での運転などや気象条件、ブレーキブースターなどの要求により初期吸入空気圧が低下した場合や、寒冷地などで燃料の気化率が低い条件など環境パラメータが変化した場合において、噴霧の***長さLbが増大し、霧化及び気化が不十分な燃料が直接ピストンボウルに衝突してしまうことで形成される過濃度混合気から生成されるスモークにより、点火プラグの燻ってしまう問題が回避できるため、環境パラメータの変化よらずに成層燃焼を実施することが可能となる。 As a result, when the initial intake air pressure drops due to high altitude driving, weather conditions, demands for brake boosters, etc., or when environmental parameters change such as conditions where the fuel vaporization rate is low in cold regions, etc. There is a problem that the spark plug is swung up by smoke generated from the over-concentrated mixture formed by the split length Lb increasing and fuel with insufficient atomization and vaporization directly colliding with the piston bowl. Since this can be avoided, stratified combustion can be performed without changing environmental parameters.
また、内側キャビティを利用した成層燃焼を行う場合と比較して、混合気のサイズが大きくなるため燃費は若干悪化するが、ポンピングロスを伴う均質燃焼に切り換える場合よりも燃費のよい成層燃焼が実現できることになる。
さらに、急加速や登坂走行を除く通常の高速走行や市街走行において使用頻度の高い低負荷・低回転速度の領域は内側キャビティを用いた成層燃焼により実施されることから、***長さLbの判定により成層運転領域が拡大できる効果は大きい。
Compared with stratified combustion using the inner cavity, the fuel economy is slightly worse because the mixture size is larger, but stratified combustion with better fuel efficiency than switching to homogeneous combustion with pumping loss is realized. It will be possible.
Furthermore, since the low load and low rotation speed regions that are frequently used in normal high-speed driving and city driving excluding sudden acceleration and climbing are performed by stratified combustion using the inner cavity, the split length Lb is determined. As a result, the effect of expanding the stratified operation region is great.
3 ピストン
3a 内側キャビティ
3b 外側キャビティ
4 燃焼室
11 燃料噴射弁
12 点火プラグ
13 エンジンコントロールユニット(ECU)
14 クランク角センサ
15 アクセル開度センサ
3
14
Claims (11)
燃料噴射期間中において、前記燃料噴射弁の噴孔から内側キャビティ壁面に衝突するまでの距離が燃料噴霧の***長さより大きい通常の状態では、成層燃焼を実施している運転状態の中で比較的低負荷運転領域では内側キャビティに指向させて燃料を噴射し、比較的高負荷運転領域においては外側キャビティに指向させて燃料を噴射する一方、
前記燃料噴射弁の先端から内側キャビティまでの距離が燃料噴霧の***長さ以下となったときは、前記通常状態では内側キャビティに指向させて燃料を噴射する負荷領域においても、外側キャビティに指向させて燃料を噴射するように、燃料噴射制御を切り換えることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の制御装置。 A fuel injection valve is installed at a substantially central portion of the upper surface of the combustion chamber, and a large-diameter bowl-shaped outer cavity having a central axis substantially the same as the central axis of fuel spray injected from the fuel injection valve onto the piston crown surface; A double-structured piston cavity composed of a small-diameter bowl-shaped inner cavity enclosed in the outer cavity, and means for determining the fuel spray split length;
During the fuel injection period, in a normal state where the distance from the injection hole of the fuel injection valve to the inner cavity wall surface is larger than the split length of the fuel spray, the operation state in which stratified combustion is performed is relatively In the low load operation region, the fuel is injected toward the inner cavity, and in the relatively high load operation region, the fuel is injected toward the outer cavity,
When the distance from the tip of the fuel injection valve to the inner cavity is equal to or less than the split length of the fuel spray, in the normal state, the fuel is directed to the outer cavity even in the load region where fuel is injected by injecting the fuel into the inner cavity. A control apparatus for a direct injection spark ignition type internal combustion engine, wherein the fuel injection control is switched so as to inject fuel.
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2005
- 2005-05-27 JP JP2005155679A patent/JP2006329117A/en active Pending
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