JP2007077996A - Internal combustion engine and its fuel injection control device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine having a reduced smoke and HC exhaust rate by elongating a time for supplying a mixture to a ignition plug and widening a range of selecting an ignition timing to improve combustion stability, and to provide its fuel injection control device. <P>SOLUTION: The internal combustion engine with a supercharger has a fuel injection valve for injecting fuel directly into a combustion chamber. It comprises a fuel density control means for controlling the fuel density of a fuel-air mixture around the ignition plug at an ignition timing for the ignition plug under supercharging operation, to be adequate for ignition. Control by a TCV provided in an intake port, as a split spray and air flow generating mechanism, and valve timing control by an intake/exhaust valve accelerate the mixture of fuel and air under supercharging operation. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、殊に燃焼室内に燃料を直接噴射する所謂、筒内噴射型の内燃機関の燃料噴射制御装置にするものである。より具体的には過給機の付いた筒内噴射エンジンにも関する。   The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine, and more particularly to a so-called in-cylinder injection type fuel injection control device for directly injecting fuel into a combustion chamber. More specifically, it also relates to an in-cylinder injection engine with a supercharger.

例えば特開２０００−５４８９４号公報では、過給機の付いた筒内噴射エンジンが開示されている。この従来技術においては加速状態を検知した際に、吸気行程から点火時期にかけての範囲で燃料を分割噴射するとともに、その後期側の噴射時期を圧縮行程の中期以降に設定する燃料噴射制御装置を設けている。このように構成することによって、燃焼ガスが着火からより短い時間で排気側に供給されるようにし、ターボ過給機のタービンに高いエネルギーを、ターボ過給機の応答性を改善することが記載されている。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-54894 discloses an in-cylinder injection engine with a supercharger. In this prior art, when an acceleration state is detected, a fuel injection control device is provided in which fuel is dividedly injected in the range from the intake stroke to the ignition timing, and the later injection timing is set after the middle of the compression stroke. ing. It is described that, by configuring in this manner, combustion gas is supplied to the exhaust side in a shorter time from ignition, high energy is supplied to the turbocharger turbine, and the responsiveness of the turbocharger is improved. Has been.

特開２０００−５４８９４号公報JP 2000-54894 A

しかしながら、上述の特開２０００−５４８９４号公報に示される技術では、過給機によって圧力が高められた燃焼室内に燃料噴霧が噴射されると、燃料噴霧が燃焼室内の圧力によって押し潰され、燃料噴霧の中心部の燃料分布が高くなって（つまり燃料噴霧が特定の箇所に集中して）燃料の着火性が悪化する傾向があることが分かった。   However, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-54894 described above, when fuel spray is injected into the combustion chamber whose pressure is increased by the supercharger, the fuel spray is crushed by the pressure in the combustion chamber, and the fuel It has been found that the fuel distribution at the center of the spray becomes higher (that is, the fuel spray concentrates on a specific location) and the ignitability of the fuel tends to deteriorate.

また、上記従来技術では機関の加速前期と加速後期の間の加速中期に圧縮行程の前期と後期とに燃料を分割して噴射するように構成されている。   Further, the conventional technology is configured to divide and inject fuel into the first half and the second half of the compression stroke in the middle acceleration period between the first acceleration period and the second acceleration period of the engine.

しかし、エンジンが比較的高負荷状態にある場合には、圧縮行程での燃料噴射に許容される時間が短くなるため、燃料噴射のトータル噴射時間が短くならざるを得ず、前期噴射と後期噴射が接近してしまい、分割噴射の効果が失われるという問題がある。   However, when the engine is in a relatively high load state, the time allowed for fuel injection in the compression stroke is shortened, so the total injection time of fuel injection must be shortened, and the first and second injections must be shortened. There is a problem that the effect of split injection is lost.

ここで、前期噴射と後期噴射が連続して噴射される成層運転領域での緩加速時を考えると（例えば、前期噴射と後期噴射との噴射間隔が１msec付近では）、噴射弁に印加される電圧の充電時間不足により駆動電流が低下し、結果的に後期側の噴射量が低下する虞がある。噴射量が低下するとＡ／Ｆがリーンとなり、失火が発生する懸念がある。   Here, when considering the slow acceleration in the stratified operation region where the first-stage injection and the second-stage injection are continuously injected (for example, when the injection interval between the first-stage injection and the second-stage injection is around 1 msec), it is applied to the injection valve. There is a possibility that the drive current decreases due to insufficient voltage charging time, and as a result, the late injection amount decreases. When the injection amount decreases, the A / F becomes lean and there is a concern that misfire may occur.

また、エンジンの電気負荷は補機等の駆動により常に変動しているため、電源ライン電圧が変動する。このため電源ライン電圧の変動を検知して、排気や運転性に影響を与えないようにするための工夫が必要となる。   In addition, since the electric load of the engine constantly fluctuates due to driving of auxiliary equipment or the like, the power line voltage fluctuates. For this reason, it is necessary to devise measures for detecting fluctuations in the power supply line voltage so as not to affect the exhaust and operability.

本発明は上記課題の少なくとも一つを解消することを目的とする。   An object of the present invention is to solve at least one of the above problems.

ある発明は燃料噴霧が特定の箇所に集中するのを防ぐことによって、スモークやＨＣの排出率を低減することを目的とする。   An object of the present invention is to reduce smoke and HC emission rates by preventing fuel spray from concentrating on a specific location.

また別の発明は、過給機付きの筒内噴射型エンジンに好適な燃料制御装置を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a fuel control device suitable for a direct injection engine with a supercharger.

更に別の発明は、安定した分割噴射を行えるよう噴射弁の制御を工夫することで、成層運転領域を拡大し、これによって燃費低減を計ることを目的とする。   Still another object of the present invention is to expand the stratified operation range by devising the control of the injection valve so that stable split injection can be performed, thereby reducing fuel consumption.

本発明は過給機付きの筒内噴射式エンジンに用いて好適であるが、過給機の付いていない筒内噴射エンジンに用いることも有効である。   The present invention is suitable for use in an in-cylinder injection engine with a supercharger, but it is also effective to be used in an in-cylinder injection engine without a supercharger.

そのため、特に過給機付きの筒内噴射式エンジンに用いて好適な発明については構成要件に過給機を構成要件として特定している。   For this reason, the supercharger is specified as a constituent requirement for the invention suitable for use in a direct injection engine with a supercharger.

上記問題の少なくとも一つを解決するために第１の発明では、燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を設けた過給機付きの内燃機関であって、過給下での点火プラグの着火タイミング時における点火プラグ周りの燃料と空気の混合気の燃料密度を、着火に適した密度になるよう制御する燃料密度制御手段を設けた。この構成によれば、過給下においても燃料噴霧の中心部密度が過大となることを防ぐことができ、点火プラグ周りの空燃比が過濃となることがないので過給機付き内燃機関の着火性が向上し、スモークや未燃焼燃料の排出量の低減が可能になる。   In order to solve at least one of the above problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine with a supercharger provided with a fuel injection valve so as to inject fuel directly into a combustion chamber, wherein ignition under supercharging is performed. Fuel density control means is provided for controlling the fuel density of the mixture of fuel and air around the spark plug at the ignition timing of the plug so that it becomes a density suitable for ignition. According to this configuration, the fuel spray center density can be prevented from becoming excessive even under supercharging, and the air-fuel ratio around the spark plug does not become excessive. Ignition is improved, and smoke and unburned fuel emissions can be reduced.

具体的には、燃料密度制御手段は、過給下で一回の燃焼に必要な燃料量を点火プラグの点火タイミング前において２回に分割して噴霧する分割噴霧とする。   Specifically, the fuel density control means is a split spray that splits and sprays the amount of fuel required for one combustion under supercharging in two before the ignition timing of the spark plug.

あるいは、基本的噴霧形状が円錐コーン形状でこの円錐コーンの内部と外部との圧力を均衡させるための燃料の粗なるスリット部をこの円錐コーン噴霧に形成する。   Alternatively, the basic spray shape is a cone cone shape, and a rough slit portion of fuel for balancing the pressure inside and outside the cone cone is formed in the cone cone spray.

また、分割噴霧の噴霧分担率，噴霧間隔の少なくとも一つは機関の運転状態としての例えばバッテリ電圧の大きさによって調整可能である。   Further, at least one of the spray share ratio and spray interval of the divided spray can be adjusted by, for example, the battery voltage as the engine operating state.

上記問題の少なくとも一つを解決するために本願第２の発明では、燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を設けた過給機付きの内燃機関であって、過給下での点火プラグの着火タイミング時における点火プラグ周りの燃料と空気の混合気の燃料密度を、着火に適した密度になるよう制御する燃料密度制御手段を設けると共に、機関の始動時に、過給機を駆動する排気ターボチャージャをバイパスして触媒にのみ排気を供給する制御弁機構を設けた。この構成によれば、触媒の早期活性化も図れ、より有害排気物の放出を抑制することができる。   In order to solve at least one of the above problems, the second invention of the present application is an internal combustion engine with a supercharger provided with a fuel injection valve so as to inject fuel directly into a combustion chamber. Fuel density control means is provided to control the fuel density of the mixture of fuel and air around the spark plug at a spark plug ignition timing so that the fuel density is suitable for ignition, and the supercharger is driven when the engine is started. A control valve mechanism that bypasses the exhaust turbocharger and supplies exhaust gas only to the catalyst is provided. According to this configuration, early activation of the catalyst can be achieved, and emission of harmful exhaust can be further suppressed.

上記問題の少なくとも一つを解決するために本願第３の発明では、過給機を備え、燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を設けたものにおいて、燃料と空気の混合促進装置を設け、燃料噴射開始の前後においてこの混合促進装置を駆動するよう構成した。この構成によれば、燃料噴霧の中心部密度が過大となることを防ぐことができ、点火プラグ周りの空燃比が過濃となることがないので着火性が向上し、スモークや未燃焼燃料の排出量の低減が可能になる。   In order to solve at least one of the above problems, the third invention of the present application includes a supercharger and a fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber. The mixing promoting device is driven before and after the start of fuel injection. According to this configuration, it is possible to prevent the central density of the fuel spray from becoming excessive, and since the air-fuel ratio around the spark plug does not become excessively rich, the ignitability is improved, and smoke and unburned fuel The amount of emissions can be reduced.

第３の発明に加えて、気筒内にタンブルやスワールの空気流動を発生する空気流動発生機構を設けるとより効果的である。この構成によれば、吸気行程にて生成した空気流動を利用して、気筒内において燃料と空気の混合を効果的に行うことができる。   In addition to the third invention, it is more effective to provide an air flow generation mechanism for generating a tumble or swirl air flow in the cylinder. According to this configuration, fuel and air can be effectively mixed in the cylinder by using the air flow generated in the intake stroke.

更に、空気流動発生機構と分割噴射とを組み合わせて用いると効果的である。   Further, it is effective to use a combination of an air flow generation mechanism and split injection.

上記問題の少なくとも一つを解決するために本願第４の発明では、吸気行程から圧縮行程の間にかけて２回以上に分けて燃料を噴射するよう燃料噴射制御を行うと共に、電圧変動に基づいて噴射量（噴射時間，噴射パルス幅，燃料圧力）を制御する。上記構成によれば、燃料噴射を分割したことで、一括噴射に比べ燃料噴霧の空気に対する接触面積が拡大し、燃料と空気の混合が進む効果がある。更に前噴射と後噴射間の間に電圧変動が発生しても、噴射量低下による失火や燃焼の不安定によるトルク変動を防ぐことができる。   In order to solve at least one of the above problems, in the fourth invention of the present application, fuel injection control is performed so that fuel is injected in two or more times from the intake stroke to the compression stroke, and injection is performed based on voltage fluctuations. Control the amount (injection time, injection pulse width, fuel pressure). According to the above configuration, by dividing the fuel injection, the contact area of the fuel spray with respect to the air is increased as compared with the collective injection, and there is an effect that the mixing of the fuel and the air proceeds. Furthermore, even if a voltage fluctuation occurs between the pre-injection and the post-injection, it is possible to prevent a torque fluctuation due to misfiring due to a decrease in the injection amount or unstable combustion.

更に、分割噴射を行う際に電圧低下を検知した場合、分割噴射の回数を減らすか、もしくは噴射間隔の延長を行う。この構成によれば、分割噴射を実行中に電圧低下が発生しても失火を防いで燃焼安定性を維持できる。   Further, when a voltage drop is detected during divided injection, the number of divided injections is reduced or the injection interval is extended. According to this configuration, even when a voltage drop occurs during execution of split injection, misfire can be prevented and combustion stability can be maintained.

上記問題の少なくとも一つを解決するために本願第５の発明では、１回の燃焼に必要な燃料を２回に分割して噴霧すると共に、当該燃料噴射弁の駆動を電源ライン電圧と略同じ電圧で行う。この構成によれば、昇圧回路が不要となるため、燃料噴射制御系の電子機器全体での消費電力が低減できる。   In order to solve at least one of the above problems, in the fifth invention of the present application, the fuel necessary for one combustion is divided and sprayed twice, and the drive of the fuel injection valve is substantially the same as the power line voltage. Do with voltage. According to this configuration, since the booster circuit is not necessary, the power consumption of the entire electronic device of the fuel injection control system can be reduced.

上記問題の少なくとも一つを解決するために本願第６の発明では、過給機を備えた筒内噴射エンジンにおいて、１回の燃焼に必要な燃料を吸気行程から圧縮行程にかけて２回に分割して噴霧する。この構成によれば、過給下においても着火タイミングを自然吸気型の筒内噴射エンジン並みに進角できる過給機付き筒内噴射エンジンが実現できる。   In order to solve at least one of the above problems, in the sixth invention of the present application, in a cylinder injection engine equipped with a supercharger, the fuel required for one combustion is divided into two parts from the intake stroke to the compression stroke. Spray. According to this configuration, it is possible to realize a supercharger-equipped in-cylinder injection engine that can advance the ignition timing in the same manner as a naturally aspirated in-cylinder injection engine even under supercharging.

また、分割噴射の先行噴射と後続噴射との間隔について、最小噴射間隔を設定することで、後噴射での噴射弁のコイルにエネルギーを充電するに必要な時間を確保する。この構成によれば、燃料噴射量の低下による失火やトルク変動を防止できる。   In addition, by setting a minimum injection interval for the interval between the preceding injection and the subsequent injection of the divided injection, a time necessary for charging the energy of the coil of the injection valve in the post injection is secured. According to this configuration, misfire and torque fluctuation due to a decrease in the fuel injection amount can be prevented.

上記問題の少なくとも一つを解決するために本願第６の発明では、第３の発明の応用例として、予め燃料と空気を混合させ、その混合気を気筒内に噴射する機構を設けても良い。   In order to solve at least one of the above problems, in the sixth invention of the present application, as an application example of the third invention, a mechanism for previously mixing fuel and air and injecting the mixture into the cylinder may be provided. .

この時、混合手段として、圧縮天然ガスを用いることができる。この構成によれば、燃料のみの噴射、もしくは圧縮天然ガスのみの噴射も行うことが可能であり、液体燃料と気体燃料のいずれも使用する複数の燃料系統を持つエンジンを提供できる。   At this time, compressed natural gas can be used as a mixing means. According to this configuration, it is possible to perform injection of only fuel or only compressed natural gas, and it is possible to provide an engine having a plurality of fuel systems using both liquid fuel and gaseous fuel.

第３の発明の噴霧制御装置に用いる燃料噴射弁の噴霧形態として、噴霧の到達距離が長い噴霧、つまり強貫通力（ペネトレーションの長い噴霧）を持った噴射弁を用いることで、エンジン回転数がより高回転まで成層運転を行うことができる。   As a spray form of the fuel injection valve used in the spray control device of the third invention, a spray having a long spray distance, that is, an injection valve having a strong penetrating force (spray with a long penetration) is used, so that the engine speed is reduced. Stratification operation can be performed up to higher rotations.

また、上記問題の少なくとも一つを解決するために本願第８の発明では吸排気弁の開閉時期を可変制御する機構を設け、且つ既燃焼ガスを燃焼室内に排気ポートより導入（以後、内部ＥＧＲと称する）し、吸気ポートより供給される空気流動とは別に、筒内に弱スワール流を生成する手段を設け、前記弱スワール流により既燃焼ガスが気筒壁に沿うようなガス流動を生成することも効果的である。   In order to solve at least one of the above problems, in the eighth invention of the present application, a mechanism for variably controlling the opening and closing timing of the intake and exhaust valves is provided, and the already burned gas is introduced into the combustion chamber from the exhaust port (hereinafter referred to as internal EGR). In addition to the air flow supplied from the intake port, a means for generating a weak swirl flow is provided in the cylinder, and the weak swirl flow generates a gas flow such that the burned gas follows the cylinder wall. It is also effective.

具体的には、吸排気弁の開閉時期可変制御が、排気弁の片側の閉時期を進角し、かつその排気弁と斜方向の吸気弁の開時期を遅角し、吸排気弁のそれぞれ左右の弁開閉時期に位相差を設けることで、スワール流を生成する。   Specifically, the intake / exhaust valve opening / closing timing variable control advances the closing timing of one side of the exhaust valve and retards the opening timing of the exhaust valve and the oblique intake valve, A swirl flow is generated by providing a phase difference between the left and right valve opening / closing timings.

また、左右バルブの開弁時期に位相差を設ける手段を、高回転運転領域から低回転運転領域まで段付きなく移行できるよう予め左右バルブに位相差を設けておく。   In addition, a phase difference is provided in advance in the left and right valves so that the means for providing a phase difference in the valve opening timing of the left and right valves can be shifted without a step from the high rotation operation region to the low rotation operation region.

更に、吸排気弁の開閉時期可変制によってバルブオーバーラップを制御し、まず第１段階として、片側の吸気弁の弁開閉時期を可変とし、次に内部ＥＧＲを増大させる際には、第２段階として排気弁のバルブリフトを増やす２段階の吸排気弁開閉時期可変制御を行う。   Further, the valve overlap is controlled by variable opening / closing timing of the intake / exhaust valve. First, as the first step, when the valve opening / closing timing of the intake valve on one side is made variable and then the internal EGR is increased, the second step is performed. As described above, a two-stage intake / exhaust valve opening / closing timing variable control for increasing the valve lift of the exhaust valve is performed.

更に、気筒壁に沿うガス流動を生成する手段として、ピストン冠面にスワールガイド部を設けると効果的である。   Further, it is effective to provide a swirl guide portion on the piston crown as a means for generating a gas flow along the cylinder wall.

本発明によれば、１燃焼サイクルにおいて、吸気行程から圧縮行程にかけて、燃料噴射を２回以上に分割して噴射することで過給下においても、噴射燃料と空気の混合を促進できるため、スモーク及びＨＣ排出率の低減に効果がある。   According to the present invention, in one combustion cycle, since the fuel injection is divided into two or more injections from the intake stroke to the compression stroke, the mixing of the injected fuel and air can be promoted even under supercharging. And effective in reducing the HC emission rate.

別の発明では、分割して噴射を行う際に、電圧検知制御を行うことで失火の発生を防ぐことができ、安定した成層燃焼が可能となる。   In another invention, when performing divided injection, by performing voltage detection control, the occurrence of misfire can be prevented and stable stratified combustion becomes possible.

従って、排気の清浄化や燃費向上に効果がある。   Therefore, it is effective for purifying exhaust gas and improving fuel consumption.

本発明の実施例を、図を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明に係わる一実施例であるターボ過給機付き筒内噴射エンジンを、図１及び図２に示す。   FIG. 1 and FIG. 2 show an in-cylinder injection engine with a turbocharger that is an embodiment according to the present invention.

図１はエンジンの構成の一実施形態を示している。また、図２は異なる構成の実施形態である。まず図１を用いてエンジン全体の構成を示す。   FIG. 1 shows an embodiment of an engine configuration. FIG. 2 shows an embodiment having a different configuration. First, the configuration of the entire engine will be described with reference to FIG.

上記ターボ過給機付き筒内噴射エンジンは、エンジン本体１を構成するシリンダヘッドとシリンダブロック，シリンダブロックに挿入されたピストン２により燃焼室３が形成され、複数気筒設けられている。   In the cylinder injection engine with a turbocharger, a combustion chamber 3 is formed by a cylinder head constituting the engine body 1, a cylinder block, and a piston 2 inserted into the cylinder block, and a plurality of cylinders are provided.

一つの気筒である燃焼室３には、それぞれ２つの吸気ポート４と排気ポート５が開口しており、開口部を開閉する吸気弁６と、排気弁７がそれぞれ２本設けられている。燃焼室３の吸気側壁面に吸気弁６の間に燃料噴射弁８が、燃焼室の上部には点火プラグ９が設けられている。   In the combustion chamber 3 that is one cylinder, two intake ports 4 and exhaust ports 5 are opened, and two intake valves 6 and two exhaust valves 7 that open and close the openings are provided. A fuel injection valve 8 is provided between the intake valves 6 on the intake side wall surface of the combustion chamber 3, and a spark plug 9 is provided above the combustion chamber.

燃料噴射弁８の上流には、燃料分配管１０，燃料圧センサ１１，燃料を圧送する高圧ポンプ１２，低圧ポンプ１３、及び燃料タンク１４がそれぞれ燃料配管で接続されており、燃料噴射弁８が燃焼室３内の圧力が高い状態でも燃料噴射を可能としている。高圧ポンプ１２はエンジンのカムシャフト（図示せず）の回転により連動するカム１５に駆動されて燃料圧力を上昇させ、高圧レギュレータ１６により所定の燃料圧力に調圧された燃料が燃料分配管１０に供給される。   Upstream of the fuel injection valve 8, a fuel distribution pipe 10, a fuel pressure sensor 11, a high-pressure pump 12, a low-pressure pump 13, and a fuel tank 14 for pumping fuel are connected by fuel pipes. Fuel injection is possible even when the pressure in the combustion chamber 3 is high. The high-pressure pump 12 is driven by an interlocking cam 15 by rotation of a camshaft (not shown) of the engine to increase the fuel pressure, and the fuel adjusted to a predetermined fuel pressure by the high-pressure regulator 16 is supplied to the fuel distribution pipe 10. Supplied.

エンジンで消費されない余剰の燃料は、低圧レギュレータ１７を経由して減圧された後、燃料タンク１４へ戻される。低圧ポンプ１３は、始動時にエンジンキーをオンにした時点から、低圧ポンプリレー１８により駆動され、以後の燃料噴射に備え高圧ポンプ１２に供給する燃料圧力の加圧を開始するように働く。   Excess fuel not consumed by the engine is decompressed via the low pressure regulator 17 and then returned to the fuel tank 14. The low pressure pump 13 is driven by the low pressure pump relay 18 from the time when the engine key is turned on at the time of start-up, and starts to pressurize the fuel pressure supplied to the high pressure pump 12 in preparation for the subsequent fuel injection.

エンジンのクランクシャフトと同期して回転するリングギア１９の回転変動を検出する回転センサ２０が、エンジンクランクケースの適宜位置に設けられている。シリンダブロックの冷却水通路には、エンジンの暖機状態を判定するために温度検出手段の一つである水温センサ２１が適宜位置に備えられている。   A rotation sensor 20 that detects a rotational fluctuation of the ring gear 19 that rotates in synchronization with the crankshaft of the engine is provided at an appropriate position of the engine crankcase. In the cooling water passage of the cylinder block, a water temperature sensor 21 as one of temperature detecting means is provided at an appropriate position in order to determine the warm-up state of the engine.

上記吸気ポート４には、その上流側から順にエアクリーナ２２，空気流量センサ２３を介し、ターボ過給機のコンプレッサー２４を経由して、モータ駆動される電子制御スロットルボディ２５とが配設され、吸気管２６を経由して吸気ポート４に接続されている。吸気管２６内には、吸気通路内の圧力を測定する圧力センサ２７が備えられている。   The intake port 4 is provided with an electronically controlled throttle body 25 driven by a motor via an air cleaner 22 and an air flow rate sensor 23 in order from the upstream side thereof, and via a compressor 24 of a turbocharger. The pipe 26 is connected to the intake port 4. A pressure sensor 27 for measuring the pressure in the intake passage is provided in the intake pipe 26.

次に、排気ポート５の下流には、排気マニホールド２８に接続されたターボ過給機のタービン２９を通り排気管３０が配設される。排気マニホールド２８と排気管３０は、ターボ過給機のタービン２９をバイパスするバイパス弁３１により接続されており、モータにより駆動されるロータリーバルブによって、バイパス通路の開口面積を可変できる構成となっている。   Next, an exhaust pipe 30 is disposed downstream of the exhaust port 5 through a turbocharger turbine 29 connected to the exhaust manifold 28. The exhaust manifold 28 and the exhaust pipe 30 are connected by a bypass valve 31 that bypasses the turbine 29 of the turbocharger, and the opening area of the bypass passage can be varied by a rotary valve driven by a motor. .

排気管３０の下流には、触媒コンバータ３２，消音器４０が配設される。   A catalytic converter 32 and a silencer 40 are disposed downstream of the exhaust pipe 30.

ここで、図２に示すように、バイパス弁３１と触媒コンバータ３２間の排気通路３０には、適宜位置に排気温度を計測する排気温度センサ３９を設けてもよい。   Here, as shown in FIG. 2, an exhaust temperature sensor 39 that measures the exhaust temperature may be provided in an appropriate position in the exhaust passage 30 between the bypass valve 31 and the catalytic converter 32.

次に、空気流動可変手段３３ｄについて異なる実施例である図２を用いて説明する。   Next, the air flow varying means 33d will be described with reference to FIG. 2, which is a different embodiment.

コントロールユニット（以下ＥＣＵと記す）３３内には、空気流動可変手段３３ｄを構成するところの、タンブルコントロールバルブ（以下ＴＣＶと記す）４１の弁角度を制御するＴＣＶ可変制御手段３３ｅ、及びバルブ可変駆動部を制御するバルブ駆動可変制御手段３３ｆを備えている。   Within the control unit (hereinafter referred to as ECU) 33, TCV variable control means 33e for controlling the valve angle of a tumble control valve (hereinafter referred to as TCV) 41, which constitutes the air flow variable means 33d, and variable valve drive The valve drive variable control means 33f for controlling the unit is provided.

前記ＴＣＶ可変制御手段３３ｅは、吸気ポート４に臨んだ吸気通路に備えたＴＣＶ４１の開度を、ＴＣＶ駆動部４２をモータ駆動もしくはダイヤフラムアクチュエータにより駆動することで制御する。   The TCV variable control means 33e controls the opening degree of the TCV 41 provided in the intake passage facing the intake port 4 by driving the TCV drive unit 42 by a motor or a diaphragm actuator.

また、吸気ポート４には吸気ポートを２分割する仕切り板４３が設けられている。上記の構成により、ＴＣＶ４１の開度を可変制御することで、気筒内に生成される空気流動、すなわち、主にタンブル流の強弱を制御できる。   The intake port 4 is provided with a partition plate 43 that divides the intake port into two. With the above configuration, the flow of air generated in the cylinder, that is, mainly the strength of the tumble flow can be controlled by variably controlling the opening degree of the TCV 41.

次に、バルブ駆動可変制御手段３３ｆは、吸気弁６および排気弁７の開弁作動を制御することにより、吸気ポート４から排気ポート５にかけての空気流動を制御する。   Next, the valve drive variable control means 33 f controls the air flow from the intake port 4 to the exhaust port 5 by controlling the valve opening operation of the intake valve 6 and the exhaust valve 7.

ここで、吸気弁６は、ロッカーアームもしくはリフタを介して吸気カムシャフト３６により駆動されるよう接続されている。吸気カムシャフト３６は吸気弁６のバルブ開時期が可変制御できるように、吸気バルブ可変駆動部３５に接続されている。ここで、バルブ可変駆動部は特に詳述しないが、吸気カムシャフトのカムの作動角が変えられるよう、カムシャフト捻りやカム山切り替え等のバルブタイミング可変機構を備えている。同様に排気弁７が排気カムシャフト３８を介して排気バルブ可変駆動部３７に接続されている。   Here, the intake valve 6 is connected to be driven by the intake camshaft 36 via a rocker arm or a lifter. The intake camshaft 36 is connected to the intake valve variable drive unit 35 so that the valve opening timing of the intake valve 6 can be variably controlled. Here, although not specifically described in detail, the variable valve drive section is provided with a variable valve timing mechanism such as camshaft twisting and cam crest switching so that the operating angle of the cam of the intake camshaft can be changed. Similarly, the exhaust valve 7 is connected to an exhaust valve variable drive unit 37 via an exhaust camshaft 38.

上記の構成とすることで、空気流動可変手段３３ｄは、上述のＴＣＶ可変制御手段33ｅ，バルブ駆動可変制御手段３３ｆを各々単独、もしくは組み合わせにより実行することで、エンジン運転条件に適する最も好適な設定値とするよう各種アクチュエータを駆動する。   With the above-described configuration, the air flow variable means 33d executes the TCV variable control means 33e and the valve drive variable control means 33f, either alone or in combination, so that it is most suitable for engine operating conditions. Various actuators are driven so as to obtain values.

次に実施例の制御系について、図１，図２を用いて説明する。   Next, the control system of the embodiment will be described with reference to FIGS.

上述した回転センサ２０，水温センサ２１，圧力センサ２７等の各種センサ類の出力信号がＥＣＵ３３に入力され、エンジンが冷機状態もしくは暖機状態であるか、また、エンジン回転数とエンジン負荷の状態を判断して、均質運転もしくは成層運転が可能か否かを判定する。   Output signals from various sensors such as the rotation sensor 20, the water temperature sensor 21, and the pressure sensor 27 are input to the ECU 33 to check whether the engine is in a cold state or a warm state, and whether the engine speed and the engine load are in the state. Judgment is made to determine whether homogeneous operation or stratified operation is possible.

そして、成層運転が可能な場合には、ＥＣＵ３３内にプログラムされた燃料噴射プログラム，回転変動検出プログラム，分割噴射制御プログラム等の各種プログラムを実行し、前述した燃料噴射弁８，吸気バルブ可変駆動部３５，排気バルブ可変駆動部３７等の各種アクチュエータに駆動信号を出力する。   When stratified operation is possible, various programs such as a fuel injection program, a rotation fluctuation detection program, and a divided injection control program programmed in the ECU 33 are executed, and the fuel injection valve 8 and the intake valve variable drive unit described above are executed. 35, drive signals are output to various actuators such as the exhaust valve variable drive unit 37.

例えばここで、分割噴射制御手段３３ａは、圧力センサ２７により検出された吸気管内圧力、及び燃料圧力センサ１１により検出された燃料圧力に応じて、気筒内に分割噴射される燃料の第１噴射と第２噴射の噴射量分担率，噴射時期，噴射間隔等を制御マップおよび制御テーブルから参照する。   For example, here, the split injection control means 33a is configured to perform the first injection of fuel split-injected into the cylinder in accordance with the intake pipe pressure detected by the pressure sensor 27 and the fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 11. The injection amount sharing ratio, injection timing, injection interval, and the like of the second injection are referenced from the control map and control table.

成層運転中は、電圧低下検出手段３３ｂが電源電圧３４の電圧変動の監視を常時行っている。   During the stratified operation, the voltage drop detection means 33b constantly monitors voltage fluctuations of the power supply voltage 34.

次に、分割噴射制御手段３３ａは，第２噴射が問題なく実行できると判断した場合にのみ分割噴射制御を継続し第２噴射を許可する。   Next, the divided injection control means 33a continues the divided injection control and permits the second injection only when it is determined that the second injection can be executed without any problem.

このように、エンジン状態に応じて燃料噴射を制御することで安定した成層運転を行うことができる。   Thus, stable stratification operation can be performed by controlling the fuel injection according to the engine state.

次に、図３から図８を用いて、燃料と空気の混合を促進する方法について以下に述べる。   Next, a method for promoting the mixing of fuel and air will be described below with reference to FIGS.

図３及び図４は過給下での噴霧状態について示した模式図である。図３は圧縮行程にて、燃料噴射を１回で行った噴射直後の状態を示す。過給機付き筒内噴射エンジンにおいては、圧縮行程の筒内圧が自然吸気式エンジンに対して、さらに高いために噴霧外形の収縮割合が大きい。   3 and 4 are schematic diagrams showing the spray state under supercharging. FIG. 3 shows a state immediately after the fuel injection is performed once in the compression stroke. In a cylinder injection engine with a supercharger, the in-cylinder pressure in the compression stroke is higher than that in a naturally aspirated engine, so the contraction ratio of the spray outline is large.

このため、噴霧中心部の燃料分布が過密になる燃料過密部４５が形成され易い。   For this reason, it is easy to form the fuel overcrowded portion 45 where the fuel distribution in the spray center portion is overcrowded.

図４は、さらにピストンが上昇し、点火直前の状態を示す。この時点では、燃料噴霧の移動に伴い、噴霧周囲部４４の燃料と空気の混合が進行し点火プラグ９には着火可能な混合気分布が存在しているが、混合が充分ではない燃料過密部４５が残っている。   FIG. 4 shows a state immediately before the piston is further raised and ignited. At this time, as the fuel spray moves, mixing of the fuel and air in the spray peripheral portion 44 progresses and the spark plug 9 has a mixture distribution that can be ignited, but the fuel overcrowded portion where mixing is not sufficient. 45 remains.

この状態で点火すると、燃料過密部４５の燃料が燃焼不十分のまま、排気ポートにスモークまたは、未燃燃料として排出されてしまう。このような現象は、排気清浄化のためには避けなければならない。   When ignited in this state, the fuel in the fuel congested portion 45 is discharged as smoke or unburned fuel to the exhaust port with insufficient combustion. Such a phenomenon must be avoided for exhaust purification.

従って、過給下で成層運転を行うためには、燃料と空気の混合促進を図ることが重要となる。   Therefore, in order to perform the stratified operation under supercharging, it is important to promote the mixing of fuel and air.

図５及び図６は、燃料と空気の混合促進手段の一つである分割噴射を示した図である。図５は、円錐コーン噴霧の噴射弁を用いて、圧縮行程にて２回噴射を行った、第２噴射終了直後の状態を示す。   5 and 6 are diagrams showing split injection, which is one of the means for promoting the mixing of fuel and air. FIG. 5 shows a state immediately after the end of the second injection, in which the injection is performed twice in the compression stroke using the injection valve of the cone cone spray.

第１噴射の燃料噴霧４６に続き、第２噴射の燃料噴霧４９を連続して噴射する。１回で噴射する場合に比べ分割して噴射することで、噴霧周囲部の表面積が拡大する。   Following the fuel spray 46 of the first injection, the fuel spray 49 of the second injection is continuously injected. By dividing and injecting compared with the case of injecting once, the surface area of the spray peripheral portion is expanded.

これにより、燃料過密部４７，５０の燃料と空気の混合が進む。図６は、さらにピストンが上昇し、点火直前の状態を示す。この時点では、燃料噴霧の移動に伴い、噴霧周囲部４６の燃料と空気の混合が進行し、点火プラグ９付近には着火可能な混合気分布が存在している。   Thereby, mixing of the fuel and air in the fuel-packed portions 47 and 50 proceeds. FIG. 6 shows a state immediately before the piston is further raised and ignited. At this time, the fuel and air in the spray peripheral portion 46 are mixed with the movement of the fuel spray, and there is an air-fuel mixture distribution that can be ignited in the vicinity of the spark plug 9.

ここで、第１噴射は噴霧の混合が進むことにより噴霧移動速度が低下し、後から噴射された第２噴射はピストン上昇に伴い圧力が高まった気筒内を移動する。   Here, in the first injection, the spray moving speed decreases as the mixing of the spray proceeds, and the second injection injected later moves in the cylinder where the pressure increases as the piston rises.

そのため、点火プラグ付近では、第１噴射の混合気分布に第２噴射の混合気分布が重なるため、点火可能な点火時期の期間が増すので進角することができる。これにより、燃焼時間を充分確保できるので、スモークを低減できるうえ、さらにＨＣ排出率を低減することができる。   For this reason, in the vicinity of the spark plug, the mixture distribution of the second injection overlaps the mixture distribution of the first injection, so that the ignition timing period that can be ignited increases, so that the advance can be made. As a result, a sufficient combustion time can be secured, so that smoke can be reduced and the HC emission rate can be further reduced.

次に、別の異なる噴霧形態を用いた実施例について図７及び図８を用いて述べる。図７は、スプレーリード噴霧の燃料噴射弁を用いた場合の第２噴射直後の状態を示す。   Next, an embodiment using another different spray form will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a state immediately after the second injection when a fuel injection valve for spray lead spraying is used.

スプレーリード噴霧では、噴霧周囲外形の一部を切り欠いたような、噴射方向垂直面に対して不連続な燃料分布となる。この不連続部５１ａ，５３ａにより噴霧内部と筒内の雰囲気とが連通するため、噴霧外形が縮小しづらいという特性を有する。   In spray lead spraying, the fuel distribution is discontinuous with respect to the vertical plane in the injection direction, such as a part of the outer periphery surrounding the spray. Since the discontinuous portions 51a and 53a allow the inside of the spray to communicate with the atmosphere in the cylinder, the spray outer shape is difficult to reduce.

従って、過給圧の変動に対して、噴霧外形角θの変化幅が小さく点火プラグ方向への燃料供給量、言い換えると点火プラグ周りのＡ／Ｆに変動が少ないので、特に燃料噴霧分布の影響が大きい成層燃焼時の燃焼安定性が優れるという利点がある。   Therefore, since the variation range of the spray external angle θ is small with respect to the fluctuation of the supercharging pressure, the amount of fuel supplied in the direction of the spark plug, in other words, the A / F around the spark plug is small, so that the influence of the fuel spray distribution is particularly large. There is an advantage that the combustion stability at the time of stratified combustion is large.

過給下で、このスプレーリード噴霧による分割噴射を行うと、先に延べた円錐コーン噴霧と同様に燃料と空気の混合が進む。スプレーリード噴霧は、円錐コーン噴霧に対して噴霧の貫通力が強いため噴霧速度が速く、噴霧自身の力で点火プラグに到達できるので、筒内の空気流動を特に必要としないという特徴がある。   When split injection by this spray lead spray is performed under supercharging, the mixing of fuel and air proceeds in the same manner as the conical cone spray previously extended. The spray lead spray has a feature that since the spray penetration force is strong with respect to the cone cone spray, the spray speed is high, and the spray plug itself can reach the spark plug with the force of the spray itself, so that the air flow in the cylinder is not particularly required.

一方、噴霧速度が速いことによる、速度ベクトルが強い噴霧先端部の混合が進まず、点火時期を進角できないという課題があった。   On the other hand, there is a problem that the ignition timing cannot be advanced because mixing of the spray tip portion having a strong velocity vector does not proceed due to the high spray speed.

対策として、分割噴射を適用することにより、圧縮行程の早い時期でも着火可能とすることができた。図８は、点火直前の状態を示しており、混合気分布は、前述した円錐コーン噴霧の場合に比べ成層燃焼に適したＡ／Ｆ分布が点火プラグ周囲に多くなり、燃焼安定性が向上する。これにより着火可能な点火時期の選択範囲が広がり、燃焼パターンの好適な点火時期に設定できるので燃費向上にも効果がある。   As a countermeasure, it was possible to ignite even at an early stage of the compression stroke by applying divided injection. FIG. 8 shows a state immediately before ignition. As for the air-fuel mixture distribution, the A / F distribution suitable for stratified combustion increases around the spark plug as compared to the case of the cone cone spray described above, and the combustion stability is improved. . As a result, the selection range of the ignition timing that can be ignited is widened and can be set to a suitable ignition timing of the combustion pattern, which is effective in improving fuel consumption.

次に図９を用いて、分割噴射の制御方法について述べる。   Next, a method for controlling the divided injection will be described with reference to FIG.

図９に、ＥＣＵ３３内部で制御される噴射弁駆動信号５７と噴射弁駆動電流５６、さらにはバッテリー３４から供給される電源ライン電圧のモニター値である瞬時電圧変動５５の関係を示す。   FIG. 9 shows the relationship between the injection valve drive signal 57 and the injection valve drive current 56 controlled inside the ECU 33 and the instantaneous voltage fluctuation 55 which is the monitor value of the power supply line voltage supplied from the battery 34.

ここで、エンジン電気負荷の変動が大きい場合に、第２噴射の噴射時に主噴霧の噴射弁駆動電流（Ｔｃ）が低下してしまうと、トータル燃料噴射量が減少し、エンジン要求噴射量に対してＡ／Ｆリーンとなり失火に繋がる。   Here, if the fluctuation of the engine electrical load is large and the injection valve drive current (Tc) of the main spray decreases during the second injection, the total fuel injection amount decreases, and the engine required injection amount is reduced. It becomes A / F lean and leads to misfire.

失火が発生してしまうと、排気エミッションが大幅に悪化するばかりでなく、サージトルク変動など運転性にも支障が現れるため避けなければならない。   If a misfire occurs, not only exhaust emissions will be greatly deteriorated, but also operability such as surge torque fluctuations will appear and must be avoided.

次に、エンジン回転，エンジン負荷から要求されるトータル燃料噴射量が決定され、さらにエンジン運転条件に応じて、第１噴射と第２噴射の噴射分担率と噴射間隔が決定される。   Next, the total fuel injection amount required from the engine rotation and the engine load is determined, and further, the injection share ratio and the injection interval of the first injection and the second injection are determined according to the engine operating conditions.

図９に示すように、初期設定値の噴射弁駆動信号は、トータル噴射時間(Ｔｍ)＝第１噴射時間（Ｔｉ１）＋噴射間隔（Ｔｄ′）＋第２噴射時間（Ｔｉ２）が設定される。   As shown in FIG. 9, the initial set value injection valve drive signal is set such that total injection time (Tm) = first injection time (Ti1) + injection interval (Td ′) + second injection time (Ti2). .

ここで、第１噴射の噴射弁駆動信号５７が立ち上がり以後に何らかの要因により、電源ライン電圧の電圧降下（瞬時電圧変動）が発生する可能性を想定する必要がある。これは、エンジンの電気負荷は運転状態や車両状態により常に変動しているためである。   Here, it is necessary to assume the possibility that a voltage drop (instantaneous voltage fluctuation) of the power supply line voltage occurs due to some factor after the injection valve drive signal 57 of the first injection rises. This is because the electric load of the engine constantly fluctuates depending on the driving state and the vehicle state.

例えば、エンジン回転数の高低によるオルタネータ充電量の違い、エアコン作動，パワーウインドウやワイパー等のモータ作動等による補機の負荷変動によるバッテリー電圧変動があり、また、第１噴射の開弁駆動そのものによる電圧低下が考えられるからである。   For example, there is a difference in the amount of charge of the alternator due to the engine speed, battery voltage fluctuations due to fluctuations in auxiliary equipment due to air conditioner operation, motor operation of power windows, wipers, etc., and due to the valve opening drive itself of the first injection This is because a voltage drop is considered.

前述した電圧変動要因を除外するために、分割噴射を実行する次の段階として、例えばＥＣＵ３３の電源供給ラインから瞬時電圧変動５５を常時モニターする。そして、第１噴射の噴射弁駆動電流のピーク値であるＩｐの値と、Ｉｐの立ち上がり時間であるＴｐを、前回と近似した運転条件、好ましくは代表運転条件の制御条件で、かつ近似した要求燃料噴射量である場合に、ＥＣＵ３３内に記憶保持した値と比較する。   In order to eliminate the above-described voltage fluctuation factors, the instantaneous voltage fluctuation 55 is constantly monitored from the power supply line of the ECU 33, for example, as the next stage of executing the divided injection. Then, the Ip value, which is the peak value of the injection valve driving current of the first injection, and the Tp, which is the rise time of Ip, are approximated to the previous operating conditions, preferably the control conditions of the representative operating conditions, and approximate requests. When it is the fuel injection amount, it is compared with the value stored and held in the ECU 33.

その結果、第１噴射開始以後に電圧低下が認められた場合にＴｄ′を時間延長するため延長時間Ｔａが追加され、Ｔｄとして再設定される。ここで、延長時間Ｔａの設定は、運転条件（過給圧，エンジン回転数、及びエンジン負荷）により延長割合を変化させても良く、また制御マップにより一義的に規定してもよい。   As a result, when a voltage drop is recognized after the start of the first injection, the extension time Ta is added to extend the time Td ′, and is reset as Td. Here, the setting of the extension time Ta may be changed according to the operating conditions (supercharging pressure, engine speed, and engine load) or may be uniquely defined by a control map.

また、噴射間隔Ｔｄを予め所定の時間間隔に決めておけば、分割噴射制御の際の演算負荷を軽減でき、よって噴射回数や噴射間隔の切り替えの応答性が良くなる。また、ＥＣＵ内のメモリー記憶容量の低減も計れる。   Further, if the injection interval Td is determined in advance as a predetermined time interval, the calculation load at the time of divided injection control can be reduced, so that the response of switching the number of injections and the injection interval is improved. In addition, the memory storage capacity in the ECU can be reduced.

Ｔｄの時間間隔の設定は噴射可能期間が短時間となる高回転時を考慮して決定すればよく、最小時間間隔を、例えば０.５ｍｓ 以上とすれば、高回転から低回転まで分割噴射を柔軟に行うことができるとともに、切り替え時の応答性が上がるという効果がある。   The setting of the time interval of Td may be determined in consideration of the high rotation time in which the injection possible period is short. If the minimum time interval is, for example, 0.5 ms or more, divided injection is performed from high rotation to low rotation. This can be done flexibly and has the effect of increasing the responsiveness at the time of switching.

図１０は、分割噴射途中に電圧低下が検知された際の噴射間隔Ｔｄを遅らせる制御をクランク角にて示した図である。   FIG. 10 is a diagram showing the crank angle control for delaying the injection interval Td when a voltage drop is detected during the divided injection.

図２４は、後に述べるバルブ駆動可変制御により内部ＥＧＲを行い、分割噴射を行った際の、第１噴射の分担率を示す。ＥＧＲ率が増加するに従い、第１噴射の分担率を上げるよう制御する。   FIG. 24 shows a share ratio of the first injection when the internal EGR is performed by the valve drive variable control described later and the divided injection is performed. As the EGR rate increases, control is performed to increase the share of the first injection.

ＥＧＲ率を上げると、燃焼安定性が不安定になる傾向がある。本発明による実施例においては、内部ＥＧＲにより導入された既燃焼ガスにより燃料噴霧と空気の混合が進むため、ＥＧＲ率の多い運転条件では、第１噴射の分担率であるところの燃料噴射量を増やすことができる。   When the EGR rate is increased, the combustion stability tends to become unstable. In the embodiment according to the present invention, since the fuel spray and air are mixed by the already burned gas introduced by the internal EGR, the fuel injection amount, which is the share of the first injection, is set under the operating condition with a high EGR rate. Can be increased.

これにより、ＥＧＲ率をさらに上げることができるので、燃焼安定性を損なわずにNOx低減を計ることができる。   Thereby, since the EGR rate can be further increased, NOx reduction can be achieved without impairing combustion stability.

次に、図１１に、エンジンの運転条件によっては分割噴射を許可できない場合の対処方法について示す。圧縮上死点（ＴＤＣ）直前で燃料噴射を開始すると、高回転時には吸・排気弁のバルブオーバーラップが大きいために、未燃燃料が排気側に排出されてＨＣ排出率が増加する。   Next, FIG. 11 shows a coping method when divided injection cannot be permitted depending on engine operating conditions. If fuel injection is started immediately before the compression top dead center (TDC), the valve overlap of the intake / exhaust valve is large at high revolutions, so that unburned fuel is discharged to the exhaust side and the HC emission rate increases.

また、低回転時であっても、上昇したピストン冠面への燃料付着量の増加、もしくは点火プラグへ指向させた偏向噴霧を採用した場合は、噴霧燃料の燃焼室壁への付着量が増加するためＨＣ排出量が増加するので排気清浄化上好ましくない。   In addition, even when the engine is running at low speed, if the amount of fuel adhering to the raised piston crown or deflected spray directed to the spark plug is used, the amount of atomized fuel adhering to the combustion chamber wall will increase. Therefore, the amount of HC emission increases, which is not preferable for exhaust purification.

従って、運転条件にも左右されるが第２噴射終了限界は、例えば３０°ＢＴＤＣ以前が望ましい。   Accordingly, the second injection end limit is preferably, for example, before 30 ° BTDC, although it depends on the operating conditions.

前記した分割噴射制御の結果、第２噴射が噴射終了限界の３０°ＢＴＤＣ以降になった場合は、分割噴射を許可せず１回噴射とする。   As a result of the above-described divided injection control, when the second injection is after the 30 ° BTDC which is the injection end limit, the divided injection is not permitted and the single injection is performed.

この場合、特にエンジン回転が高回転の場合は、第１噴射の噴射開始時期を進めるよう制御し、気化時間を確保する。   In this case, particularly when the engine speed is high, control is performed to advance the injection start timing of the first injection, and the vaporization time is secured.

また、噴射時間Ｔｉ１，Ｔｉ２は燃料噴射弁の最小直線性補償流量Ｑmin の値よりも大きくなるように設定されている。   The injection times Ti1 and Ti2 are set to be longer than the value of the minimum linearity compensation flow rate Qmin of the fuel injection valve.

仮に第２噴射の燃料噴射量算出値がＱmin の値以下の場合は、分割噴射を許可せず、１回で噴射するよう制御する。   If the fuel injection amount calculation value of the second injection is equal to or less than the value of Qmin, the divided injection is not permitted and control is performed so that the injection is performed once.

次に、空気流動可変手段を用いて、燃料と空気の混合促進を図る方法について図１２，図１３を用いて記述する。   Next, a method for promoting the mixing of fuel and air using the air flow variable means will be described with reference to FIGS.

図１２は、吸気ポートにタンブル流生成手段であるＴＣＶ可変制御機構を有するエンジンであり、吸気行程の状態を示している。   FIG. 12 shows an engine having a TCV variable control mechanism that is a tumble flow generating means at the intake port, and shows the state of the intake stroke.

吸気ポート４内には内部を上下２分割する仕切り板４３が備えられている。吸気ポート４に臨んだ吸気管内２６には、モータもしくはダイヤフラムアクチュエータにより駆動される弁開閉機構４２が配設され、前記弁開閉機構のシャフト４８には開閉弁４１が同期回転するように支持されている。   A partition plate 43 is provided in the intake port 4 to divide the interior into two vertically. A valve opening / closing mechanism 42 driven by a motor or a diaphragm actuator is disposed in the intake pipe 26 facing the intake port 4, and the opening / closing valve 41 is supported on the shaft 48 of the valve opening / closing mechanism so as to rotate synchronously. Yes.

これにより、開閉弁４１が分割された吸気ポートの下側通路の開口面積を変化させることができ、吸気行程時に生成される空気流動の強さを増減できる構成となっている。   Thus, the opening area of the lower passage of the intake port into which the on-off valve 41 is divided can be changed, and the strength of the air flow generated during the intake stroke can be increased or decreased.

図１２では、吸気ポート下側を閉じ、吸気ポート上部を通る通気量を多くすることで気筒内に順タンブル流５８を生成している。   In FIG. 12, the forward tumble flow 58 is generated in the cylinder by closing the lower side of the intake port and increasing the amount of air passing through the upper portion of the intake port.

次に、図１３に同じエンジンでの圧縮行程の状態を示す。圧縮行程まで保存された順タンブル流５８は、ピストン冠面２ａから吸気弁付近を通り、点火プラグ９に向かうため、吸気弁側から点火プラグ９に向かって燃料噴霧６０が移動する。   Next, FIG. 13 shows the state of the compression stroke in the same engine. Since the forward tumble flow 58 stored up to the compression stroke passes from the piston crown surface 2a to the vicinity of the ignition plug 9 toward the ignition plug 9, the fuel spray 60 moves from the intake valve side toward the ignition plug 9.

このように、過給下における１回噴射であっても燃料の過密部が、保存された順タンブル流によって噴霧外周部から燃料と空気の混合の進行度合いが増し、さらに点火プラグ９方向に押し上げるので点火に好適なＡ／Ｆの混合気に着火できる。   In this way, even in the case of single injection under supercharging, the fuel overcrowded portion increases the degree of progress of mixing of fuel and air from the outer peripheral portion of the spray due to the stored forward tumble flow, and further pushes up toward the spark plug 9 Therefore, an A / F mixture suitable for ignition can be ignited.

しかしながら、吸気ポートに仕切り板を設ける構造であるため、吸入通路抵抗が増大するのでエンジン出力を重視するスロットル全開の運転領域では最高出力の低下を考慮する必要がある。   However, since the intake port resistance is increased because the partition is provided in the intake port, it is necessary to consider a decrease in the maximum output in the operation range where the throttle is fully opened, where engine output is important.

次に予め燃料と空気を混合して気筒内に噴射する機構について、図１４から図１７を用いて述べる。図１４は本発明の１実施例である過給機付き筒内噴射エンジンの燃焼室上部を示す部分図である。燃料噴射弁８のノズル８４は混合ノズル８ｃとの間に旋回室８ｄを形成する。旋回室８ｄは気体通路７０を経由し、気体噴射弁６１の噴射バルブ６７に通じている。   Next, a mechanism for previously mixing fuel and air and injecting it into the cylinder will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a partial view showing an upper portion of a combustion chamber of a supercharger-equipped in-cylinder injection engine which is an embodiment of the present invention. A swirl chamber 8d is formed between the nozzle 84 of the fuel injection valve 8 and the mixing nozzle 8c. The swirl chamber 8 d communicates with the injection valve 67 of the gas injection valve 61 via the gas passage 70.

前記噴射バルブ６７は、導入口６８ａ，気体配管７３を経由して、切り替えバルブ７４に接続される。前記切り替えバルブ７４は空気供給系７５、及びＣＮＧ供給系７６に接続される（ＣＮＧ：液化天然ガス）。   The injection valve 67 is connected to the switching valve 74 via the introduction port 68 a and the gas pipe 73. The switching valve 74 is connected to an air supply system 75 and a CNG supply system 76 (CNG: liquefied natural gas).

空気供給系７５は吸気弁の手前の吸気系、すなわち空気流量計２３から吸気ポート４の間の適宜位置から別配管を介して切り替えバルブ７４へ空気を導入するように構成される。ＣＮＧ供給系はここでは図示しないがＣＮＧ貯蔵タンクから気密保持される配管によって切り替えバルブ７４へＣＮＧを導入するように構成される。   The air supply system 75 is configured to introduce air into the switching valve 74 via a separate pipe from an appropriate position between the air flow meter 23 and the intake port 4, that is, before the intake valve. Although not shown here, the CNG supply system is configured to introduce CNG to the switching valve 74 through a pipe that is kept airtight from the CNG storage tank.

次に、気体噴射弁の構成について説明する。図１４では、電磁コイル式の気体噴射弁を用いている。気体噴射弁６１はＥＣＵ３３から駆動電流を受けるコネクタ６２，駆動電流が作用することにより磁気回路を構成するコイル６３，コア６４及びプランジャ６５，プランジャ６５に同期して動く噴射バルブ６７を有する。また、駆動電流が作用しないときは、ばね６６の伸び荷重により噴射バルブ６７を噴射ノズル６８のシート面６８ｂに押し付けることで、気体通路７０と導入口６８ａ間を密閉遮断する。   Next, the configuration of the gas injection valve will be described. In FIG. 14, an electromagnetic coil type gas injection valve is used. The gas injection valve 61 includes a connector 62 that receives a drive current from the ECU 33, a coil 63 that constitutes a magnetic circuit when the drive current acts, a core 64, a plunger 65, and an injection valve 67 that moves in synchronization with the plunger 65. Further, when the driving current does not act, the injection valve 67 is pressed against the seat surface 68b of the injection nozzle 68 by the extension load of the spring 66, so that the gas passage 70 and the introduction port 68a are hermetically cut off.

次に気体噴射の噴射制御の方法について述べる。   Next, an injection control method for gas injection will be described.

切り替えバルブ７４は空気供給系７５、もしくはＣＮＧ供給系７６のいずれかより気体（空気もしくはＣＮＧ）が供給できるようにバルブを開いている。次に、気体噴射が可能な吸気行程において、ＥＣＵ３３からコネクタ６２を介してコイル６３に駆動電流が加えられる。これにより、コア６４が磁化され吸引力が発生し、プランジャ６５がばね６６の不勢力に打ち勝ってコア６４の方向に変位する。プランジャ６５の変位に伴い噴射バルブ６７が噴射ノズルのシート面６８ｂから離れ、シート部が開口する。   The switching valve 74 is opened so that gas (air or CNG) can be supplied from either the air supply system 75 or the CNG supply system 76. Next, a driving current is applied to the coil 63 from the ECU 33 via the connector 62 in the intake stroke in which gas injection is possible. As a result, the core 64 is magnetized and an attractive force is generated, and the plunger 65 overcomes the ineffective force of the spring 66 and is displaced in the direction of the core 64. With the displacement of the plunger 65, the injection valve 67 is separated from the sheet surface 68b of the injection nozzle, and the sheet portion opens.

切り替えバルブ７４から、気体配管７３，導入口６８ａに導かれていた気体６９は気体通路７０を通り旋回室８ｂに流入する。   The gas 69 introduced from the switching valve 74 to the gas pipe 73 and the introduction port 68a passes through the gas passage 70 and flows into the swirl chamber 8b.

一方、燃料噴射弁８はＥＣＵ３３より燃料噴射開始の駆動信号によりボールバルブ８ａがノズルのシート面から離れ燃料噴射が始まる。   On the other hand, in the fuel injection valve 8, the ball valve 8a is separated from the seat surface of the nozzle by the drive signal for starting fuel injection from the ECU 33, and fuel injection is started.

そして、旋回室８ｂに流入した空気６９は混合ノズル８ｃの手前で燃料噴霧と混合され、ジェット流７１を伴った燃料噴霧７２として燃焼室３に噴射される。なお、上述した動作は燃料噴射開始と気体噴射開始を同時としたが、気体噴射を先行させても良い。   Then, the air 69 flowing into the swirl chamber 8 b is mixed with the fuel spray before the mixing nozzle 8 c and is injected into the combustion chamber 3 as the fuel spray 72 accompanied by the jet flow 71. In addition, although the operation | movement mentioned above made the fuel injection start and the gas injection start simultaneously, you may make gas injection precede.

このように燃料噴射に気体噴射によるジェット流７１を加えることで、燃料噴霧の微粒化が計れるので、燃料噴霧と気体の混合が促進する。また、燃料噴射に伴い気体噴射を行う別の効果としては、燃料噴射弁のノズル８４の受熱を低減する効果がある。   Thus, by adding the jet stream 71 by gas injection to fuel injection, atomization of fuel spray can be measured, so that mixing of fuel spray and gas is promoted. Further, as another effect of performing gas injection with fuel injection, there is an effect of reducing heat reception of the nozzle 84 of the fuel injection valve.

これは、燃料噴射弁のノズル８４が旋回室８ｂの空間により燃焼室壁と接しない構成とされるためであり、さらに気体噴射を行うと気体による排熱効果が加わることによる。燃料噴射弁のノズル部分の温度低下を計ると、燃焼により生じる生成物、いわゆるデポジットがノズル部分に付着する量を低減できるという効果がある。   This is because the nozzle 84 of the fuel injection valve is configured not to come into contact with the combustion chamber wall due to the space of the swirl chamber 8b. Further, if gas injection is performed, an exhaust heat effect due to gas is added. Measuring the temperature drop in the nozzle portion of the fuel injection valve has the effect of reducing the amount of products produced by combustion, so-called deposits, adhering to the nozzle portion.

図１５は燃料噴射及び気体噴射が終了し、圧縮行程の状態を示す。   FIG. 15 shows the state of the compression stroke after the fuel injection and the gas injection are completed.

気体通路７０を介して気体噴射弁の噴射バルブ６７に燃焼により高まった筒内圧が加わるが、噴射バルブの閉方向に加わるのでシート部が開放することがない。   The in-cylinder pressure increased by combustion is applied to the injection valve 67 of the gas injection valve via the gas passage 70, but the seat portion is not opened because it is applied in the closing direction of the injection valve.

なお、上記構成によれば、気体噴射のみを行うこともできる。これにより、複数の燃料系統を有するエンジンにおいて、液体燃料と気体燃料を切り替えて供給することが可能である。   In addition, according to the said structure, only gas injection can also be performed. Thereby, in an engine having a plurality of fuel systems, liquid fuel and gaseous fuel can be switched and supplied.

次に、気体噴射弁を用いて燃料と空気の混合促進を図るエンジンの一実施例を図１６，図１７を用いて説明する。   Next, an embodiment of an engine that promotes mixing of fuel and air using a gas injection valve will be described with reference to FIGS.

図１６に示すエンジンは気体噴射弁を備え、さらに吸気ポート４にタンブル流生成機構を備えている。また、燃料噴射弁８が吸気弁６と排気弁７の間に配置される。   The engine shown in FIG. 16 includes a gas injection valve, and further includes a tumble flow generation mechanism in the intake port 4. A fuel injection valve 8 is disposed between the intake valve 6 and the exhaust valve 7.

吸気行程において、吸気弁６が開弁すると、過給された空気が吸気ポート４内を通り吸気弁６とバルブシートの間隙から燃焼室３に流入する。   When the intake valve 6 is opened during the intake stroke, the supercharged air passes through the intake port 4 and flows into the combustion chamber 3 through the gap between the intake valve 6 and the valve seat.

ここで、吸気行程では均質運転を行っており出力重視の運転領域のため、開閉弁４１は開いている。次に、ＥＣＵから燃焼に好適な噴射時期にて駆動電流が出力され気体噴射弁６１が作動し、気体配管から導いた気体を混合ノズルから燃焼室３に噴射する。   Here, in the intake stroke, a homogeneous operation is performed, and the on-off valve 41 is open because of an operation region in which output is emphasized. Next, a driving current is output from the ECU at an injection timing suitable for combustion, the gas injection valve 61 is operated, and the gas guided from the gas pipe is injected into the combustion chamber 3 from the mixing nozzle.

さらに、燃料噴射弁８が作動し燃料を噴射すると、混合ノズル内で気体と混合され微粒化した燃料噴霧が燃焼室内で先行するジェット流７２により旋回する。   Further, when the fuel injection valve 8 is operated and fuel is injected, the fuel spray mixed with the gas in the mixing nozzle and atomized is swirled by the jet flow 72 preceding in the combustion chamber.

ここで燃料噴霧は、タンブル流５８およびピストン２による下降流が作用し攪拌されるが、ジェット流７２によりシリンダ壁周囲を回るような旋回をするので移動速度が低下することにより、更に微粒化が進む。   Here, the fuel spray is stirred by the tumble flow 58 and the downward flow generated by the piston 2, and the jet flow 72 swirls around the cylinder wall, so that the moving speed is lowered and further atomization is caused. move on.

従って、噴射弁のノズル近くに配置された点火プラグ９付近においても、燃料噴霧が過濃とならないため、着火後の火炎伝播が良くなり燃焼安定性が向上する。これにより排気が清浄化できる。   Accordingly, the fuel spray does not become excessive even in the vicinity of the spark plug 9 disposed near the nozzle of the injection valve, so that the flame propagation after ignition is improved and the combustion stability is improved. Thereby, exhaust gas can be cleaned.

次に、図１７はピストンが上昇途中の圧縮行程で噴射を行う成層運転の状態を示している。開閉弁４１は閉じており、吸気行程で生成されたタンブル流が圧縮行程までに保存され、燃料噴霧の周囲から中心に向けて混合が進むのは前述した通りである。   Next, FIG. 17 shows a state of stratification operation in which the piston performs injection in the compression stroke in the middle of ascent. As described above, the on-off valve 41 is closed, the tumble flow generated in the intake stroke is stored until the compression stroke, and the mixing proceeds from the periphery of the fuel spray toward the center.

ここでは、分割噴射を行い、第１噴射により形成された燃料噴霧に噴射間隔をおいて第２噴射を行う。   Here, divided injection is performed, and the second injection is performed at an injection interval with respect to the fuel spray formed by the first injection.

更に圧縮行程が進むと、第１噴射及び第２噴射で形成された燃料噴霧４６，４９が重なるようになり、点火プラグ９の周囲に着火に好適なＡ／Ｆ濃度の燃料噴霧が存在することになる。   As the compression stroke further progresses, the fuel sprays 46 and 49 formed by the first injection and the second injection are overlapped, and there is an A / F concentration fuel spray suitable for ignition around the spark plug 9. become.

従って、上述した過給機付き筒内噴射エンジンの構成によれば、特に成層運転時に、気化時間確保のため点火時期を進角する必要がなく、上死点付近で着火できるので燃焼による圧力上昇を有効に利用でき、よって燃費の向上が可能である。   Therefore, according to the configuration of the in-cylinder injection engine with a supercharger described above, it is not necessary to advance the ignition timing in order to ensure the vaporization time, particularly during stratified operation, and ignition can be performed near the top dead center, so the pressure rise due to combustion Can be used effectively, and thus fuel consumption can be improved.

なお、圧縮行程時は筒内圧が高いため、気体噴射は行わないが、３ＭＰａ程度の加圧源を有する、もしくはエンジンにより駆動される圧縮エアポンプを備える場合は吸気行程以外に気体噴射を行っても良い。   In addition, since the cylinder pressure is high during the compression stroke, gas injection is not performed. However, when a compressed air pump having a pressure source of about 3 MPa or driven by an engine is provided, gas injection may be performed in addition to the intake stroke. good.

次に、図１８から図２４を用いてバルブ駆動可変手段を用いて燃料と空気の混合を促進する方法について以下に述べる。   Next, a method for promoting the mixing of fuel and air using the valve drive variable means will be described below with reference to FIGS.

図１８は気筒の上面図を示し、図１９はバルブタイミングを示し、図２０は吸気行程での空気流動について示している。過給圧が低く、エンジン回転数が低回転の運転領域にある場合には、排気弁７ａの弁閉時期を遅角し、同時に排気弁７ａの斜方向にある吸気弁
６ａの弁開時期を遅角することで、吸排気弁１対においてバルブオーバーラップが拡大される。 18 shows a top view of the cylinder, FIG. 19 shows the valve timing, and FIG. 20 shows the air flow in the intake stroke. When the supercharging pressure is low and the engine speed is in the low engine speed operating range, the valve closing timing of the exhaust valve 7a is retarded, and at the same time the valve opening timing of the intake valve 6a in the oblique direction of the exhaust valve 7a is set. By retarding, the valve overlap is enlarged in the pair of intake and exhaust valves.

これにより、排気ポート側の高温の既燃焼ガスが吸気行程中に気筒内に導入されることで内部ＥＧＲが行われる。   Thus, internal EGR is performed by introducing the high-temperature burned gas on the exhaust port side into the cylinder during the intake stroke.

ここで、図２０に示すように、本発明のエンジンにおいては、吸入された新気がピストン中央部から燃料噴射弁の配置された気筒壁側を経由し、点火プラグ方向に向かうタンブル流５８を生成するように吸気ポート形状が設定されている。ピストン冠面には前述したタンブル流５８を圧縮行程中においても保存するように、タンブルガイド溝２ａが設けられている。   Here, as shown in FIG. 20, in the engine of the present invention, the tidal flow 58 that flows in the direction of the spark plug from the center of the piston through the cylinder wall side where the fuel injection valve is disposed is sucked. The intake port shape is set to generate. A tumble guide groove 2a is provided on the piston crown so as to preserve the above-described tumble flow 58 even during the compression stroke.

一方で、吸気弁の左右バルブの開弁時期に位相差が設けられているため、気筒内の空気流動が弱まる低回転時には相対的にスワール成分が強まる。   On the other hand, since a phase difference is provided in the opening timing of the left and right valves of the intake valve, the swirl component is relatively strengthened at the time of low rotation when the air flow in the cylinder is weakened.

また、前述したタンブルガイド溝２ａの排気側のピストン冠面には、シリンダ壁との間に一定間隔の凸部で形成したスワールガイド部２ｂを有している。   Further, the piston crown surface on the exhaust side of the above-described tumble guide groove 2a has a swirl guide portion 2b formed by convex portions with a constant interval between the cylinder wall.

これにより、吸気行程中に排気弁７ａ側から導かれる既燃焼ガスの大部分を、図１８に示すように排気側シリンダ壁に沿うような流動を生成することでＥＧＲガス領域を作るため、拡散を押さえることができる。   As a result, most of the burned gas introduced from the exhaust valve 7a side during the intake stroke is made to flow along the exhaust side cylinder wall as shown in FIG. Can be suppressed.

このような構成により、ＥＧＲガスが新気と混合する割合が少なくなり、排気側のシリンダ壁周辺がより効果的に昇温されるため、燃料噴霧と空気の混合促進に有利となる。燃料噴射弁８より噴射される燃料噴霧は、点火プラグ９を指向するように、燃料噴射弁の軸中心線よりも点火プラグ方向とし、図２０に示す角度θｉ１の範囲で適宜設定できるようになっている。   With such a configuration, the ratio of the EGR gas mixed with fresh air is reduced, and the temperature around the cylinder wall on the exhaust side is more effectively raised, which is advantageous for promoting the mixing of fuel spray and air. The fuel spray injected from the fuel injection valve 8 can be set as appropriate within the range of the angle θi1 shown in FIG. 20 in the direction of the ignition plug from the axial center line of the fuel injection valve so as to be directed to the ignition plug 9. ing.

これにより、燃焼室上部の混合気分布をより点火に好適なＡ／Ｆ濃度とできるため燃焼安定性のロバスト性が向上するという効果が得られる。   Thereby, since the air-fuel mixture distribution in the upper part of the combustion chamber can be set to an A / F concentration suitable for ignition, an effect of improving the robustness of the combustion stability can be obtained.

次に、バルブ駆動可変制御において、圧縮行程後半で分割噴射を行う実施例について述べる。図２は、過給機付き筒内噴射エンジンの構成を示しており、排気マニホールド２８からターボ過給機のタービン２９をバイパスして排気通路３０に接続するバイパス弁３１が設置されている。   Next, an embodiment in which split injection is performed in the latter half of the compression stroke in the valve drive variable control will be described. FIG. 2 shows the configuration of a cylinder injection engine with a supercharger, and a bypass valve 31 that bypasses the turbine 29 of the turbocharger from the exhaust manifold 28 and connects to the exhaust passage 30 is installed.

ここで、エンジンの冷機時に、分割噴射制御を圧縮行程の中期以降で行う。   Here, when the engine is cold, the divided injection control is performed after the middle stage of the compression stroke.

さらに、前述したバルブ駆動可変制御のいずれかの駆動方法にて、バルブオーバーラップを拡大し、未燃燃料を排気通路側に供給する。また、前記バイパス弁３１の開口面積を最大にして、ターボ過給機のタービン２９をバイパスさせることで触媒コンバータ３２の昇温を効果的にできる。   Further, the valve overlap is enlarged by any one of the above-described valve drive variable controls, and unburned fuel is supplied to the exhaust passage side. Further, the catalytic converter 32 can be effectively heated by bypassing the turbine 29 of the turbocharger by maximizing the opening area of the bypass valve 31.

以上の構成とすることで、冷機時に触媒コンバータ３２の早期活性化が計れるので、始動時の排気清浄化が可能である、なお、触媒コンバータの温度が上がり過ぎないよう、上記制御の時間設定は、水温センサ２１によるエンジン水温，排気通路３０に設置された排気温度センサ３９の信号により決めてもよく、また、始動時を制御の開始時点としてタイマーによって任意の時間設定しても良い。   With the above configuration, the catalytic converter 32 can be activated early when the engine is cold, so that the exhaust gas can be cleaned at start-up. The time setting for the above control is set so that the temperature of the catalytic converter does not rise too much. The engine water temperature by the water temperature sensor 21 and the signal of the exhaust temperature sensor 39 installed in the exhaust passage 30 may be determined, or the start time may be set to a desired time by a timer.

本発明が適用された実施例の筒内噴射エンジンは、燃料と空気の混合を促進する手段を有するため、燃料噴霧の形態を選ばないが、噴射された燃料噴霧自身の貫通力（ペネトレーション）によって点火プラグに噴霧を運ぶところのスプレーリード方式の燃焼コンセプトとして、強貫通力噴射弁を用いることもできる。   Since the in-cylinder injection engine of the embodiment to which the present invention is applied has means for promoting the mixing of fuel and air, the form of fuel spray is not selected, but by the penetration force (penetration) of the injected fuel spray itself As a spray lead type combustion concept for carrying spray to the spark plug, a strong penetrating injection valve can also be used.

次に、強貫通力噴射弁を用いることによる効果について以下に述べる。   Next, effects of using the strong penetrating injection valve will be described below.

強噴霧噴射弁を用いることで、従来の、吸気管に備えた空気流動生成機構により生成したスワール流、又はタンブル流を主とした空気流動で燃料噴霧を運ぶ、いわゆる空気ガイド方式に対して、より高回転まで成層運転が可能である。   By using the strong spray injection valve, the so-called air guide system that carries the fuel spray by the air flow mainly composed of the swirl flow generated by the air flow generation mechanism provided in the intake pipe or the tumble flow, Stratified operation is possible up to higher rotations.

具体的には３２００ｒ／min 程度まで成層運転ができることが台上エンジン実験により確認されている。   Specifically, it has been confirmed by a bench engine experiment that a stratified operation can be performed up to about 3200 r / min.

成層運転の運転領域の拡大が計れれば、よりいっそうの燃費向上効果が期待できる。このため、強貫通力噴射弁は、高回転時にタンブル流が強くなっても点火プラグに安定して燃料噴霧を運ぶために噴霧貫通力を強めるよう設定されている。このような噴霧貫通力を強めた燃料噴射弁を用いる筒内噴射エンジンの燃焼コンセプトをスプレーリード方式と称している。   If the stratified operation range can be expanded, a further improvement in fuel efficiency can be expected. For this reason, the strong penetrating force injection valve is set to increase the spray penetrating force in order to stably carry the fuel spray to the spark plug even when the tumble flow becomes strong at high rotation. The combustion concept of a cylinder injection engine using such a fuel injection valve with enhanced spray penetration is called a spray lead system.

一方で、高回転に適合した噴霧形状のままであると、噴射された燃料噴霧の移動速度が速いため、低回転時には噴霧が排気側のシリンダ壁に到達してしまい、ＨＣ排出率が増加する。また、前述の噴霧のシリンダ壁への接触により低回転時にスモーク排出率が増加し、成層運転が可能な運転領域が狭くなる。これらの課題を解決するため、圧縮行程での分割噴射を行うことで対策できる。   On the other hand, if the spray shape is suitable for high rotation, the speed of movement of the injected fuel spray is fast, so that at low rotation, the spray reaches the cylinder wall on the exhaust side and the HC emission rate increases. . Further, the contact of the spray with the cylinder wall increases the smoke discharge rate at the time of low rotation, and narrows the operating range in which the stratified operation is possible. In order to solve these problems, measures can be taken by performing split injection in the compression stroke.

分割噴射の方法については前述したが、過給機付き筒内噴射エンジンでは、自然吸気式エンジンに対して、特に燃料噴霧の縮小割合が大きいという課題がある。   Although the split injection method has been described above, the in-cylinder injection engine with a supercharger has a problem that the reduction ratio of the fuel spray is particularly large as compared with the naturally aspirated engine.

前記縮小割合は高過給時になるほど顕著となり、圧縮行程では筒内圧の上昇も加わるため、特に圧縮行程での燃料と空気の混合促進手段がスモークやＨＣ排出率の低減に効果がある。   The reduction ratio becomes more conspicuous as the time of high supercharging, and an increase in the in-cylinder pressure is also added during the compression stroke. Therefore, the means for promoting the mixing of fuel and air particularly during the compression stroke is effective in reducing smoke and the HC emission rate.

ここで、図５に示したように、第１噴射４６と第２噴射４９の噴射間隔を極短時間とすれば、圧縮行程中に燃料噴霧と空気の混合が促進されるので、２回の噴射による混合気が連続して分布するため、火炎伝播に支障はなく燃焼安定性が良好に保たれる。１回噴射では、燃料噴霧の移動速度が速いため、噴霧先端部の速度ベクトルが速いリード噴霧が、点火プラグ１８に到達した時点では気化不足により着火ができない。   Here, as shown in FIG. 5, if the injection interval between the first injection 46 and the second injection 49 is set to an extremely short time, mixing of fuel spray and air is promoted during the compression stroke, so that Since the air-fuel mixture by injection is continuously distributed, there is no hindrance to flame propagation and combustion stability is kept good. In the one-time injection, since the moving speed of the fuel spray is fast, when the lead spray having a fast spray tip velocity vector reaches the spark plug 18, it cannot be ignited due to insufficient vaporization.

図４に示したように、さらに時間経過し、圧縮上死点にピストンが近づいて着火が可能な気化が進んだ状態となるが、この時点では噴霧全体がほぼ点火プラグ９を通過する。この結果、点火時期は圧縮上死点に近づき、燃焼期間が短くなってＨＣ低減に不利となる。   As shown in FIG. 4, as time elapses further, the piston approaches the compression top dead center and the vaporization that can be ignited progresses, but at this time, the entire spray almost passes through the spark plug 9. As a result, the ignition timing approaches the compression top dead center, and the combustion period is shortened, which is disadvantageous for HC reduction.

一方、図５に示す分割噴射による混合気は通過速度が遅くなり、リード噴霧で着火可能となるので点火時期を進角しても燃焼期間を十分確保でき、よってＨＣ低減が計れるという効果が得られる。   On the other hand, the air-fuel mixture by the divided injection shown in FIG. 5 has a slow passage speed and can be ignited by reed spraying. Therefore, even if the ignition timing is advanced, a sufficient combustion period can be secured, and thus the effect of reducing HC can be obtained. It is done.

次に、バルブ駆動可変制御を用いて燃料噴霧と空気の混合を促進する実施例について以下に述べる。   Next, an embodiment in which mixing of fuel spray and air is promoted by using variable valve drive control will be described below.

図１９は内部ＥＧＲを行う際のバルブタイミング図である。   FIG. 19 is a valve timing chart when performing internal EGR.

ここで、左右の吸気弁の開弁時期に位相差を付け、さらに、排気バルブ側では、排気バルブ可変駆動部により、閉弁時期を遅角してバルブオーバーラップを拡大する。図２１は別の内部ＥＧＲを行う方式であり、排気バルブの閉弁時期を進角するとともにさらに排気弁のバルブリフトを増大させて、ＥＧＲガスの導入量を補うように制御している。   Here, a phase difference is added to the valve opening timings of the left and right intake valves, and further, on the exhaust valve side, the valve overlap timing is retarded by the exhaust valve variable drive unit to enlarge the valve overlap. FIG. 21 shows another internal EGR system in which the exhaust valve closing timing is advanced and the valve lift of the exhaust valve is increased to control the amount of EGR gas introduced.

図２２に示す実施例では、吸気弁および排気弁のおのおの左右の弁開時期に予めクランク角において１０°程度の位相差が設けられている。   In the embodiment shown in FIG. 22, a phase difference of about 10 ° in the crank angle is provided in advance at the left and right valve opening timings of the intake valve and the exhaust valve.

低過給時ないし低回転時には、排気弁７，７ａの弁閉時期を遅角し、かつ吸気弁の開弁時期を進角させることでオーバーラップを拡大し、内部ＥＧＲを行う。   At the time of low supercharging or low rotation, the valve closing timing of the exhaust valves 7 and 7a is retarded and the opening timing of the intake valve is advanced to expand the overlap and perform internal EGR.

吸排気弁の予めオーバーラップを設けるバルブ配置は、オーバーラップの拡大時に強めるスワール流の流れ方向と、燃料噴射弁の噴射方向を勘案して決定すればよく、本実施例に限定されるものではない。   The valve arrangement in which the overlap of the intake / exhaust valve is previously provided may be determined in consideration of the flow direction of the swirl flow that is strengthened when the overlap is expanded and the injection direction of the fuel injection valve, and is not limited to this embodiment. Absent.

図２２，図２３に示した実施例の特徴としては、バルブ可変機構を、カムシャフトを捻る構造とすればよいため、左右バルブの位相差を可変制御する機構に比べて簡素な構造とすることができる。   The features of the embodiments shown in FIGS. 22 and 23 are that the variable valve mechanism only needs to be a structure that twists the camshaft, so that the structure is simpler than the mechanism that variably controls the phase difference between the left and right valves. Can do.

これにより、動弁機構の耐久性向上が計れ、また、軽量化が計れるという利点がある。さらには、高過給から低過給に移行する際に連続してバルブオーバーラップを増やせ、燃焼安定性を判断しながら制御できるため内部ＥＧＲに対してロバスト性が高くなる。   Thereby, there exists an advantage that durability improvement of a valve operating mechanism can be measured and weight reduction can be measured. Furthermore, since the valve overlap can be increased continuously when shifting from high supercharging to low supercharging, and control can be performed while judging the combustion stability, the robustness with respect to the internal EGR is enhanced.

ここで、内部ＥＧＲを行う際の燃焼安定性の判定方法としては、リングギア１９の回転変動や角速度変化を回転センサ２０で検知し、ＥＣＵ３３内の回転変動検知プログラムにより予め設定された制御マップを参照して判定する。これにより、燃料と空気の混合促進手段を複数の方式を組み合わせても燃焼安定性を損なうことがない。   Here, as a method of determining combustion stability when performing internal EGR, a rotation map of the ring gear 19 and a change in angular velocity are detected by the rotation sensor 20, and a control map set in advance by a rotation fluctuation detection program in the ECU 33 is used. Judgment by reference. As a result, even if the fuel and air mixing promoting means is combined with a plurality of systems, combustion stability is not impaired.

次に、前述したスプレーリード方式に用いる強貫通力噴射弁の噴霧形状、及び構成について図２５から図３１を用いて以下に述べる。   Next, the spray shape and configuration of the strong penetrating injection valve used in the above-described spray lead method will be described below with reference to FIGS.

図２５及び図２６に強貫通力噴射弁の一実施例である初期噴霧付き噴霧の噴霧形状を示す。ノズルから噴射された燃料噴霧は、噴射開始直後に噴射されるリード噴霧７７と、リード噴霧に追随して噴射される着火用噴霧７８で構成される。   FIG. 25 and FIG. 26 show the spray shape of the spray with initial spray which is one embodiment of the strong penetration injection valve. The fuel spray injected from the nozzle is composed of a lead spray 77 that is injected immediately after the start of injection and an ignition spray 78 that is injected following the lead spray.

強貫通力噴射弁９１のノズル部８４は、ボールバルブ８ａと前記ボールバルブに接続されたロッド７９，噴霧に旋回力を与えるスワラー８０，ノズル部に設けられた噴射口84ａ，リード噴霧の割合を調整する初期噴霧調整溝８３で概ね構成される。   The nozzle portion 84 of the strong penetrating force injection valve 91 includes a ball valve 8a, a rod 79 connected to the ball valve, a swirler 80 that gives a turning force to the spray, an injection port 84a provided in the nozzle portion, and a ratio of the lead spray. The initial spray adjustment groove 83 to be adjusted is generally configured.

図２６ではノズル部の部分断面について示したが、ロッドのリフト量を電磁コイルへの通電により制御する内部機構は従来技術と同様であるためここでは記述しない。   Although FIG. 26 shows a partial cross section of the nozzle portion, an internal mechanism for controlling the lift amount of the rod by energizing the electromagnetic coil is the same as that of the prior art, so it will not be described here.

次に、ボールバルブ８ａが開くと、開弁直後には、旋回溝８２より下流に設けられた初期噴霧調整溝８３に予め貯えられた燃料が噴射し、リード噴霧７７を形成する。続いて、燃料通路８１を経由して、旋回溝８２に燃料が流れ、旋回力が与えられつつ燃料噴射が継続されるのでリード噴霧７７に追随して、微粒化された着火用噴霧７８が噴射される。   Next, when the ball valve 8 a is opened, immediately after the valve is opened, fuel stored in advance in an initial spray adjustment groove 83 provided downstream from the turning groove 82 is injected to form a lead spray 77. Subsequently, the fuel flows into the swirling groove 82 via the fuel passage 81, and fuel injection is continued while the swirling force is applied. Therefore, the atomized spray 78 for spraying follows the lead spray 77 and is injected. Is done.

図２５に示すように、燃料噴霧の中心部にリード噴霧が分布し、この分布割合は噴射方向の半径方向分布において３〜１０％程度に設定されている。   As shown in FIG. 25, the lead spray is distributed in the center of the fuel spray, and this distribution ratio is set to about 3 to 10% in the radial distribution in the injection direction.

噴霧到達距離は前述した初期噴霧調整溝８３の容積によって調整可能であり、容積を増やせばリード噴霧割合が増えるとともに、噴霧到達距離が伸びることになる。   The spray reach distance can be adjusted by the volume of the initial spray adjustment groove 83 described above. If the volume is increased, the lead spray ratio increases and the spray reach distance increases.

他の異なる実施例の強貫通力噴射弁の噴霧形状、およびに構成ついて図２７，図２８を用いて以下に述べる。   The spray shape and configuration of the strong penetrating injection valve of another embodiment will be described below with reference to FIGS.

図２７は噴霧形状を偏向噴霧とした実施例を示す。強貫通力噴射弁９１から噴射される燃料噴霧は、点火プラグに向けて噴射されるリード噴霧８５と、ピストン側に向けて噴射される着火用噴霧８６で構成される。   FIG. 27 shows an embodiment in which the spray shape is a deflected spray. The fuel spray injected from the strong penetrating injection valve 91 is composed of a lead spray 85 that is injected toward the spark plug and an ignition spray 86 that is injected toward the piston side.

リード噴霧側は噴霧到達距離が長くなっている。ここで、Ｌｐ１はリード噴霧側が形成する稜線長さであり、Ｌｐ２は着火用噴霧側が形成する稜線長さである。   The spray spray distance is longer on the lead spray side. Here, Lp1 is the ridgeline length formed on the lead spray side, and Lp2 is the ridgeline length formed on the ignition spray side.

また、θ１は偏向角度であり、強貫通力噴射弁の中心軸から燃料噴射方向の振れ角を示す。   Θ1 is a deflection angle, which indicates a deflection angle in the fuel injection direction from the central axis of the strong penetrating injection valve.

図１６に示すように、ノズル部８４に設けられた噴射口８４ａの端面８４ｂは、強貫通力噴射弁の中心軸方向に対して傾けられている。   As shown in FIG. 16, the end surface 84b of the injection port 84a provided in the nozzle part 84 is inclined with respect to the central axis direction of the strong penetrating force injection valve.

このため、ボールバルブ８ａのシート部からノズル端面８４ｂまでの距離が異なることになる。ここで、旋回溝８２で与えられた旋回力は、噴射口の距離Ｌｎ１とＬｎ２では、Ｌｎ２のほうが短いため、旋回エネルギーが保存されやすい。   For this reason, the distance from the seat portion of the ball valve 8a to the nozzle end face 84b is different. Here, since the turning force given by the turning groove 82 is shorter at the injection port distances Ln1 and Ln2, the turning energy is easily stored.

従って、ノズル端面８４ｂのＬｎ２側から噴射された燃料は雰囲気とのせん断力により微粒化されつつ、Ｌｎ２側に偏向した噴霧形状を形成する。Ｌｐ１／Ｌｐ２の比率が大きい程、噴霧貫通力が上がるため噴霧到達距離が長くなる。Ｌｐ１／Ｌｐ２の比率は約1.2程度に設定される。   Therefore, the fuel injected from the Ln2 side of the nozzle end face 84b is atomized by the shearing force with the atmosphere, and forms a spray shape deflected to the Ln2 side. As the ratio of Lp1 / Lp2 is larger, the spray penetration force increases, so the spray reach distance becomes longer. The ratio of Lp1 / Lp2 is set to about 1.2.

図２９は噴射口８４ａを強貫通力噴射弁の中心軸方向に対して傾けた、異なるノズル部の一実施例を示す。   FIG. 29 shows an embodiment of different nozzle portions in which the injection port 84a is inclined with respect to the central axis direction of the strong penetrating force injection valve.

次に、異なる実施例における強貫通力噴射弁の構成、および燃料噴霧形状について図
３０，図３１を用いて以下に述べる。強貫通力噴射弁９１から噴射される燃料噴霧は点火プラグに向けて噴射されるリード噴霧８９と、ピストン側に向けて噴射される着火用噴霧９０で構成される。 Next, the structure of the strong penetrating injection valve and the fuel spray shape in different embodiments will be described below with reference to FIGS. The fuel spray injected from the strong penetrating force injection valve 91 is composed of a lead spray 89 injected toward the ignition plug and an ignition spray 90 injected toward the piston side.

本噴霧形状はスプレーリード噴霧であり、前述した２つの噴霧形状に対して、特に、
ＡＡ断面に示すように、リード噴霧と反対側の噴霧が一部隙間の有る形状となることを特徴としている。 This spray shape is a spray lead spray, especially for the two spray shapes described above,
As shown in the AA cross section, the spray on the side opposite to the lead spray has a partial gap shape.

また、点火プラグに向けたリード噴霧８９の流量密度は、着火用噴霧９０より高くなる。そのため、リード噴霧８９の噴霧到達距離は着火用噴霧９０より長くなる。   In addition, the flow density of the lead spray 89 toward the spark plug is higher than that of the ignition spray 90. Therefore, the spray reach distance of the lead spray 89 is longer than that of the ignition spray 90.

図３１に本スプレーリード噴霧を生成するノズル部の断面を示す。   FIG. 31 shows a cross section of the nozzle portion that generates the spray lead spray.

噴射口８４ｄの切り欠きが点火プラグ側になるように設置されている。さらに、ノズル端面形状を噴射口の略半分まで切り欠いたような段付き形状とすることで、噴射された燃料と雰囲気間のせん断力が周方向で異なることを利用して、噴霧外形の一部に隙間を生成する。   It is installed so that the cutout of the injection port 84d is on the spark plug side. Furthermore, by making the nozzle end face shape into a stepped shape that is cut out to almost half of the injection port, the shear force between the injected fuel and the atmosphere is different in the circumferential direction. Create a gap in the part.

以上により、点火プラグ方向の噴霧貫通力が上がるため、高過給かつ高回転においても燃料噴霧を点火プラグに運ぶことができ、安定した成層運転が可能となる。   As described above, the spray penetration force in the direction of the spark plug is increased, so that the fuel spray can be conveyed to the spark plug even at high supercharging and high rotation, and stable stratification operation is possible.

本発明は、筒内噴射型の内燃機関の燃料噴射制御装置にするものである。より具体的には過給機の付いた筒内噴射エンジンに適用でき、また、動弁機構やスプレーリード型の燃料噴射弁と組み合わせて用いることができる。さらに、タンブルやスワール空気生成機構と組み合わせることもできる。   The present invention provides a fuel injection control device for an in-cylinder injection type internal combustion engine. More specifically, it can be applied to an in-cylinder injection engine with a supercharger, and can be used in combination with a valve operating mechanism or a spray lead type fuel injection valve. Further, it can be combined with a tumble or swirl air generating mechanism.

過給機付き筒内噴射エンジンの構成を示す一実施例。An example which shows composition of a cylinder injection engine with a supercharger. 過給機付き筒内噴射エンジンの構成を示す異なる実施例。The different Example which shows the structure of the cylinder injection engine with a supercharger. １回噴射時の噴射直後を示す気筒の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the cylinder which shows immediately after the injection at the time of one injection. １回噴射時の上死点付近における気筒の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the cylinder in the vicinity of the top dead center at the time of one injection. ２回噴射時の噴射直後を示す気筒の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the cylinder which shows immediately after the injection at the time of twice injection. ２回噴射時の上死点付近における気筒の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the cylinder in the vicinity of the top dead center at the time of two injections. 異なる噴霧による２回噴射時の噴射直後を示す気筒の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the cylinder which shows immediately after the injection at the time of two injections by different spraying. 異なる噴霧による２回噴射時の上死点付近における気筒の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the cylinder in the vicinity of the top dead center at the time of two injections by different spraying. 電圧低下検知の制御方法を示すチャート図。The chart figure which shows the control method of voltage drop detection. 電圧低下検知の制御方法を示すクランク角を示す図。The figure which shows the crank angle which shows the control method of a voltage drop detection. 電圧低下検知の異なる制御方法を示すクランク角を示す図。The figure which shows the crank angle which shows the different control methods of a voltage drop detection. 空気流動機構を示す吸気行程での気筒の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the cylinder in the intake stroke which shows an air flow mechanism. 空気流動機構を示す圧縮行程での気筒の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the cylinder in the compression stroke which shows an air flow mechanism. 気体噴射弁を用いた機構の噴射状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the injection state of the mechanism using a gas injection valve. 気体噴射弁を用いた機構の閉弁状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the valve closing state of the mechanism using a gas injection valve. 気体噴射弁を用いたエンジンの吸気行程での縦断面図。The longitudinal cross-sectional view in the intake stroke of the engine using a gas injection valve. 気体噴射弁を用いたエンジンの圧縮行程での縦断面図。The longitudinal cross-sectional view in the compression stroke of the engine using a gas injection valve. 内部ＥＧＲを行った際のＥＧＲガスの流れを示す上面図。The top view which shows the flow of EGR gas at the time of performing internal EGR. 可変バルブ駆動制御のバルブタイミング図。The valve timing diagram of variable valve drive control. 内部ＥＧＲを行った際のＥＧＲガスの流れを示す側面図。The side view which shows the flow of EGR gas at the time of performing internal EGR. 異なる可変バルブ駆動制御のバルブタイミング図。The valve timing diagram of different variable valve drive control. 異なる可変バルブ駆動制御のバルブタイミング図。The valve timing diagram of different variable valve drive control. 図２２の段階からバルブタイミングが移行した状態を示す図。The figure which shows the state which the valve timing shifted from the step of FIG. 第１噴射の噴射分担率を示す図。The figure which shows the injection share rate of 1st injection. 初期噴霧付き噴霧の噴霧形状。Spray shape of spray with initial spray. 図２５に示す強貫通力噴射弁のノズル構造。The nozzle structure of the strong penetration injection valve shown in FIG. 偏向噴霧の噴霧形状。Spray shape of deflected spray. 図２７に示す強貫通力噴射弁のノズル構造。The nozzle structure of the strong penetration force injection valve shown in FIG. 図２７に示す他の強貫通力噴射弁のノズル構造。The nozzle structure of the other strong penetration injection valve shown in FIG. スプレーリード噴霧の噴霧形状。Spray lead spray shape. 図３０に示す強貫通力噴射弁のノズル構造。The nozzle structure of the strong penetration injection valve shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

８…燃料噴射弁、３３…コントロールユニット、３３ａ…分割噴射制御手段、３３ｂ…電圧低下検出手段、３５…吸気バルブ可変駆動部、３６…排気バルブ可変駆動部、４１…開閉弁、４９…第２噴射、６１…気体噴射弁、７７…リード噴霧、７８…着火用噴霧、
９１…強貫通力噴射弁。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Fuel injection valve, 33 ... Control unit, 33a ... Split injection control means, 33b ... Voltage drop detection means, 35 ... Intake valve variable drive part, 36 ... Exhaust valve variable drive part, 41 ... On-off valve, 49 ... 2nd Injection, 61 ... gas injection valve, 77 ... lead spray, 78 ... ignition spray,
91 ... Strong penetrating injection valve

Claims (26)

燃焼室に供給される空気を加圧する過給機、
前記燃焼室内で前記加圧された空気に燃料を噴射する燃料噴射弁、
前記燃焼室内で混合された空気と燃料の混合気に点火する点火プラグ、
前記点火プラグの着火タイミングに当該点火プラグの周りに点火し易い燃料密度の混合気層を形成する燃料密度制御手段
を備えた内燃機関。 A supercharger that pressurizes the air supplied to the combustion chamber;
A fuel injection valve for injecting fuel into the pressurized air in the combustion chamber;
A spark plug for igniting a mixture of air and fuel mixed in the combustion chamber;
An internal combustion engine comprising fuel density control means for forming an air-fuel mixture layer having a fuel density that easily ignites around the ignition plug at the ignition timing of the ignition plug. 請求項１に記載のものにおいて、前記燃料密度制御手段が前記点火プラグの着火タイミング前に必要供給燃料を２回に分割して噴射する燃料噴射弁を含んで構成されている内燃機関。   2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel density control means includes a fuel injection valve that injects the necessary supply fuel in two before the ignition timing of the ignition plug. 請求項１に記載のものにおいて、前記燃料密度制御手段が円錐コーン噴霧を基本噴霧形状とし、当該噴霧の一部に噴霧の内外の圧力を均衡させるための燃料密度が粗なスリット部分を有する燃料噴霧を呈する燃料噴射弁を含んで構成されている内燃機関。   2. The fuel according to claim 1, wherein the fuel density control means has a conical cone spray as a basic spray shape, and a part of the spray having a slit portion with a rough fuel density for balancing the pressure inside and outside the spray. An internal combustion engine configured to include a fuel injection valve that exhibits spray. 請求項３に記載のものにおいて、前記燃料噴射弁が更に前記点火プラグの着火タイミング前に必要供給燃料を２回に分割して噴射するよう構成された内燃機関。   4. The internal combustion engine according to claim 3, wherein the fuel injection valve is further configured to inject the necessary supply fuel into two parts before the ignition timing of the spark plug. 請求項２，４に記載のものにおいて、先行する第一噴霧と後続の第二噴霧が前記点火プラグの着火タイミングに前記点火プラグ位置で重なるよう構成された内燃機関。   5. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the preceding first spray and the succeeding second spray overlap at an ignition timing of the spark plug at the spark plug position. 請求項１乃至５に記載のものにおいて、過給下で圧縮工程初期に点火タイミングを有する内燃機関。   6. An internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine has an ignition timing at an early stage of the compression process under supercharging. 請求項２，４に記載のものにおいて、先行する第一噴霧と後続の第二噴霧の噴霧分担率、両噴霧の間隔、前記点火プラグの着火タイミングの少なくとも一つが機関の運転状態によって制御される内燃機関。   5. The apparatus according to claim 2, wherein at least one of a spray sharing ratio of the preceding first spray and the subsequent second spray, an interval between both sprays, and an ignition timing of the spark plug is controlled by an operating state of the engine. Internal combustion engine. 請求項７に記載のものにおいて、先行する第一噴霧と後続の第二噴霧の噴霧分担率，両噴霧の間隔、前記点火プラグの着火タイミングの少なくとも一つがバッテリ電圧よって制御される内燃機関。   8. The internal combustion engine according to claim 7, wherein at least one of a spray sharing ratio of the preceding first spray and the subsequent second spray, an interval between both sprays, and an ignition timing of the spark plug is controlled by a battery voltage. 燃焼室に供給される空気を加圧する過給機、
前記燃焼室内で前記加圧された空気に燃料を噴射する燃料噴射弁、
前記燃焼室内で混合された空気と燃料の混合気に点火する点火プラグ、
前記点火プラグの着火タイミングに当該点火プラグの周りに点火し易い燃料密度の混合気層を形成する燃料密度制御手段、
前記燃焼室からの排気流によって回転され、前記過給機を駆動するターボチャージャ、
前記燃焼室からの排気流内の有害成分を浄化する触媒装置、
内燃機関の始動時に、前記ターボチャージャをバイパスして前記触媒へ排気を送る調整弁
を備えた内燃機関。 A supercharger that pressurizes the air supplied to the combustion chamber;
A fuel injection valve for injecting fuel into the pressurized air in the combustion chamber;
A spark plug for igniting a mixture of air and fuel mixed in the combustion chamber;
A fuel density control means for forming an air-fuel mixture layer that easily ignites around the spark plug at the ignition timing of the spark plug;
A turbocharger that is rotated by an exhaust flow from the combustion chamber and drives the supercharger;
A catalytic device for purifying harmful components in the exhaust stream from the combustion chamber;
An internal combustion engine comprising an adjustment valve that bypasses the turbocharger and sends exhaust gas to the catalyst when the internal combustion engine is started. 請求項９に記載のものにおいて、前記制御弁によるターボチャージャバイパス制御の時間がエンジン冷却水温，配気温，始動時を起点とするタイマーのいずれかにより調整可能に構成されている内燃機関。   10. The internal combustion engine according to claim 9, wherein a time for turbocharger bypass control by the control valve is adjustable by any one of an engine cooling water temperature, an air distribution temperature, and a timer starting from a start time. 過給機を備え、燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を設けたものにおいて、燃料と空気の混合促進装置を有し、燃料噴射開始の前後において前記混合促進装置を機能させることで燃料と空気の混合を計り、これによりスモークや未燃焼燃料の排出率を低減することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。   A supercharger provided with a fuel injection valve so as to inject fuel directly into the combustion chamber, having a fuel and air mixing promoting device, and allowing the mixing promoting device to function before and after the start of fuel injection A fuel injection control device for an internal combustion engine, which measures the mixing of fuel and air and reduces the emission rate of smoke and unburned fuel. 燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を設けたものにおいて、１回の燃焼サイクルに必要な燃料噴射量を、吸気行程から圧縮行程の間にかけて２回以上に分割して燃料を噴射するとともに、電源電圧の低下を検知し、前記電源電圧が低下した際に燃料噴射回数を減少させるか、または先の燃料噴射と後の燃料噴射との間の間隔を延長することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。   A fuel injection valve is provided so that fuel is directly injected into the combustion chamber. The fuel injection amount required for one combustion cycle is divided into two or more times from the intake stroke to the compression stroke, and the fuel is injected. And a decrease in the power supply voltage is detected, and when the power supply voltage decreases, the number of fuel injections is decreased, or the interval between the previous fuel injection and the subsequent fuel injection is extended. A fuel injection control device for an internal combustion engine. 燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を設けたものにおいて、１回の燃焼サイクルに必要な燃料噴射量を吸気行程から圧縮行程の間の範囲で２回以上に分割して噴射するとともに、前記燃料噴射弁を電源電圧で駆動する駆動回路を備えたこと特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。   In the case where a fuel injection valve is provided so as to inject fuel directly into the combustion chamber, the fuel injection amount required for one combustion cycle is divided and injected two or more times in the range between the intake stroke and the compression stroke. And a fuel injection control device for an internal combustion engine, comprising a drive circuit for driving the fuel injection valve with a power supply voltage. 過給機を備え、燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を設けたものにおいて、１回の燃焼サイクルに必要な燃料噴射量を吸気行程から圧縮行程の間にかけて２回以上に分割して噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。   With a supercharger and a fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber, the amount of fuel injection required for one combustion cycle is divided into two or more from the intake stroke to the compression stroke And a fuel injection control device for an internal combustion engine. 前記混合促進装置は、気筒内に空気流動を発生させる空気流動発生機構であることを特徴とする請求項１１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   12. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the mixing promoting device is an air flow generation mechanism that generates an air flow in a cylinder. 前記空気流動発生機構は、略ピストン往復方向において吸気ポートの通路面積比を可変させるバルブ機構を有することを特徴とする請求項１５項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   16. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 15, wherein the air flow generation mechanism includes a valve mechanism that varies a passage area ratio of the intake port in a substantially piston reciprocation direction. 前記空気流動発生機構は気筒の周方向に吸気ポートの通路面積比を可変させるバルブ機構を有することを特徴とする請求項１５項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   16. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 15, wherein the air flow generation mechanism has a valve mechanism that varies a passage area ratio of the intake port in a circumferential direction of the cylinder. ２回に分割した際の燃料噴射の前と後の燃料噴射間隔を０.５ｍｓ 以上に設定することを特徴とする請求項１４項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   15. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 14, wherein the fuel injection interval before and after the fuel injection when divided into two times is set to 0.5 ms or more. 燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を設けて、燃料を噴射するものにおいて、予め燃料と気体を混合して気筒内に噴射する予混合機構を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。   An internal combustion engine comprising a premixing mechanism in which a fuel injection valve is provided so as to inject fuel directly into a combustion chamber and fuel is injected, and a fuel and gas are mixed and injected into a cylinder in advance. Fuel injection control device. 前記予混合機構が、燃料に先行するか、または燃料と同時に圧縮天然ガスを噴射して燃料と混合するものであることを特徴とする請求項１９項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   20. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 19, wherein the premixing mechanism precedes the fuel or injects the compressed natural gas simultaneously with the fuel to mix with the fuel. 前記燃料噴射弁は強貫通力噴射弁を用い、その噴霧形態は、噴射開始直後に先行して噴射されるリード噴霧と前記リード噴霧に導かれる着火用噴霧で形成されており、前記リード噴霧が噴霧先端の中央付近に存在する初期噴霧付き噴霧もしくは、燃料噴射弁の中心軸より偏向して噴射される偏向噴霧もしくは、両者を組み合わせた噴霧として形成され、かつ噴霧形状が周方向に見て部分的に燃料密度が低い隙間部分を有する形状であることを特徴とする請求項１項から２０項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   The fuel injection valve uses a strong penetrating injection valve, and the spray form is formed by a lead spray that is injected in advance immediately after the start of injection and an ignition spray that is guided to the lead spray. Spray formed with initial spray near the center of the spray tip, deflected spray injected with deflection from the central axis of the fuel injection valve, or a combination of both, and the spray shape is seen in the circumferential direction 21. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection control device has a gap portion with a low fuel density. 燃焼室内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を設けて、燃料を噴射する筒内噴射エンジンにおいて、空気流動発生機構を有し、前記空気流動発生機構は吸気弁もしくは排気弁の少なくともいずれか一方の弁開閉時期とストロークの少なくともいずれか一方が可変制御される吸排気弁駆動可変制御機構で構成され、前記吸排気弁駆動可変制御機構により既燃焼ガスを排気ポートより導入し、且つ左右の吸気弁と左右の排気弁の少なくともいずれか一方の開弁時期に位相差を持たせることで既燃焼ガスが気筒壁に沿うガス流動を生成するよう構成することで燃料と空気の混合促進を計ることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。   An in-cylinder injection engine for injecting fuel by providing a fuel injection valve so as to directly inject fuel into the combustion chamber has an air flow generation mechanism, and the air flow generation mechanism is at least one of an intake valve and an exhaust valve An intake / exhaust valve drive variable control mechanism in which at least one of the valve opening / closing timing and stroke is variably controlled is configured to introduce burned gas from the exhaust port by the intake / exhaust valve drive variable control mechanism, By promoting the mixing of fuel and air by creating a gas flow along the cylinder wall by providing a phase difference in the opening timing of at least one of the intake valve and the left and right exhaust valves A fuel injection control device for an internal combustion engine. 前記吸排気弁駆動可変制御機構は、片側の吸気弁の開閉時期と片側の排気弁の開閉時期の少なくともいずれか一方を可変とすることでバルブオーバーラップを制御することを特徴とする請求項２２項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   23. The variable intake valve drive control mechanism controls valve overlap by varying at least one of opening / closing timing of one intake valve and opening / closing timing of one exhaust valve. A fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim. 前記バルブ駆動可変制御機構は、左右の吸気弁に予め開時期に位相差が設けられかつ、左右の排気弁の開時期に予め位相差が設けられ、吸気弁の開閉時期を可変とし、かつ排気弁の開閉時期を可変とすることでバルブオーバーラップを制御することを特徴とする請求項２２項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   The valve drive variable control mechanism is configured such that the left and right intake valves are preliminarily provided with a phase difference at the opening timing, the left and right exhaust valves are preliminarily provided with a phase difference, the intake valve opening and closing timing is variable, 23. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 22, wherein the valve overlap is controlled by making the opening / closing timing of the valve variable. 吸気弁が２弁式の弁機構を有し、片側の吸気弁の開閉時期を可変とし、かつ、又は排気弁のバルブリフトを増やすことでバルブオーバーラップを制御することを特徴とする請求項２２項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   The intake valve has a two-valve type valve mechanism, and the valve overlap is controlled by making the opening / closing timing of the intake valve on one side variable and / or increasing the valve lift of the exhaust valve. A fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim. ピストン冠面に圧縮行程中にタンブル流を保存する凹部を有し、前記凹部の排気側にスワールガイド部を有するピストンを用いた請求項１２項から２５項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。   26. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 12, wherein a piston having a concave portion for storing a tumble flow during a compression stroke on a piston crown surface and having a swirl guide portion on an exhaust side of the concave portion is used.

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