JP2008180087A - Exhaust gas recirculation device of direct injection type engine - Google Patents

Exhaust gas recirculation device of direct injection type engine Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection device of a direct injection type engine capable of surely burning a fuel even in a cold area. <P>SOLUTION: This exhaust gas recirculation device of a direct injection type engine 10 executes EGR to the direct injection type engine having a piston 16, a spark plug 22 arranged in an upper part of a combustion chamber 18, and an injector 20 injecting the fuel from a side part of the combustion chamber. The exhaust gas recirculation device has a fuel combustion control means controlling injection of the fuel of the injector and ignition to the fuel of the spark plug, and an EGR control means controlling EGR means 36 and 38 recirculating a part of an exhaust gas to an intake system. The fuel combustion control means executes fuel injection in a compression stroke when the engine is in a cold state. The EGR control means recirculates a part of the exhaust gas to the intake system when the engine is in the cold state and an intake temperature is below a predetermined value. The injector is provided with a first injection nozzle injecting the fuel to bring the fuel spray close to an electrode of the spark plug at a predetermined distance, and a second injection nozzle injecting the fuel on the piston side as compared with the first injection nozzle. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、気筒内に直接燃料を噴射し、吸気系に排気ガスの一部を還流する筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置に関し、燃料の燃焼を制御することによってエンジンを制御するエンジン制御の技術分野に属する。   The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for a direct injection engine that injects fuel directly into a cylinder and recirculates a part of exhaust gas to an intake system, and controls the engine by controlling fuel combustion. Belongs to the technical field.

従来、筒内噴射式エンジンでは、燃料は、吸気行程において燃料噴射弁（インジェクタ）によって気筒とピストンとが協働して形成する燃焼室にその側方から噴射され、燃焼室頂部に配置された点火プラグの２つの電極間に起こされる火花放電により点火されて燃焼される。   Conventionally, in an in-cylinder injection engine, fuel is injected from the side into a combustion chamber formed by the cooperation of a cylinder and a piston by a fuel injection valve (injector) in an intake stroke, and is arranged at the top of the combustion chamber. It is ignited and burned by a spark discharge caused between the two electrodes of the spark plug.

このとき、インジェクタによる燃料の噴射方向は、吸気行程中の気筒全体に燃料がいきわたるように、空気が流入する吸気弁の方向に設定されている。   At this time, the fuel injection direction by the injector is set to the direction of the intake valve into which the air flows so that the fuel spreads throughout the cylinder during the intake stroke.

ところが、このような場合、エンジンが冷間状態にあり、触媒を暖機するための点火リタードタイミングでは、点火プラグの電極周辺に燃料が不足（混合気の希薄化）し、火花放電を起こしても着火しないことがあった。   However, in such a case, the engine is in a cold state, and at the ignition retard timing for warming up the catalyst, there is a shortage of fuel around the electrode of the spark plug (the mixture is diluted), causing spark discharge. Even did not ignite.

この対処として、例えば特許文献1に記載するようなマルチホールインジェクタと呼ばれる、燃料を噴射する噴射口を複数有するインジェクタが考えられている。これは、複数の噴射口それぞれが異なる方向に燃料を噴射するように構成されており、少なくとも１つの噴射口が点火プラグの２つの電極間に向かって燃料を直接噴射するように設定されている。これにより、点火プラグの電極周辺に十分な燃料を供給し、混合気の希薄化を抑制している。   As a countermeasure, for example, an injector called a multi-hole injector as described in Patent Document 1 has a plurality of injection ports for injecting fuel. This is configured such that each of the plurality of injection ports injects fuel in different directions, and at least one injection port is set to directly inject fuel between the two electrodes of the spark plug. . Thereby, sufficient fuel is supplied to the periphery of the electrode of the spark plug to suppress the dilution of the air-fuel mixture.

特表２００４−５１９６１７公報JP-T-2004-519617

しかしながら、上述のマルチホールインジェクタを用いた場合、寒冷地において、具体的に言うとエンジンが冷間状態にあるとき、または冷温の吸気がエンジンに流入してエンジンが冷却されたとき、点火プラグの電極に向かって直接噴射された燃料が液状のまま該電極に付着することがある。いわゆる点火プラグがぬれる状態になり、或いは付着燃料に起因するカーボンのいわゆるくすぶりが発生し、正常な火花放電を起こすことができない状態になることがある。また、これに起因し、スモークも生成しやすくなる。これは、点火プラグや気筒内の温度が低いために、燃料が点火プラグの電極に到達するまでの間に十分に気化することができない、または細かい粒子状にならないことによる。   However, when the above-described multi-hole injector is used, in a cold region, specifically, when the engine is in a cold state, or when cold intake air flows into the engine and the engine is cooled, The fuel directly injected toward the electrode may adhere to the electrode while being in a liquid state. A so-called spark plug may become wet, or so-called smoldering of carbon resulting from attached fuel may occur, and normal spark discharge may not occur. In addition, smoke is easily generated due to this. This is because the temperature inside the spark plug and the cylinder is low, so that the fuel cannot be sufficiently vaporized until it reaches the electrode of the spark plug or does not become fine particles.

そこで、本発明は、寒冷地であっても、確実に燃料を燃焼させることができる筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置を提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel injection device for a direct injection engine that can reliably burn fuel even in a cold region.

上述の課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、気筒と協働して燃焼室を形成するピストンと、燃焼室上部に配置された点火プラグと、燃焼室側方部から燃料を噴射するインジェクタとを有する筒内噴射式エンジンにＥＧＲを実行する筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置であって、インジェクタの燃料の噴射と点火プラグの燃料への点火とを制御する燃料燃焼制御手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ手段と、前記ＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段とを有し、前記燃料燃焼制御手段は、エンジンが冷間状態にあるときは燃料噴射を圧縮行程中に実行するように構成されており、前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンが冷間状態にあって吸気温度が所定の吸気温度以下であるときは前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流し、前記インジェクタは、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する第１の噴射口と、前記第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第２の噴射口とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the invention according to claim 1 of the present application is directed to a piston that forms a combustion chamber in cooperation with a cylinder, a spark plug disposed at an upper portion of the combustion chamber, and a side portion of the combustion chamber. An exhaust gas recirculation device for an in-cylinder injection engine that performs EGR on an in-cylinder injection engine having an injector that injects fuel from the injector, and controls injection of fuel from the injector and ignition of fuel from an ignition plug A fuel combustion control means; an EGR means for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system; and an EGR control means for controlling the EGR means, wherein the fuel combustion control means is provided when the engine is in a cold state. Is configured to perform fuel injection during the compression stroke, and the EGR control means controls the EGR means when the engine is in a cold state and the intake air temperature is below a predetermined intake air temperature. Excretion A part of the gas is recirculated to the intake system, and the injector has a first injection port for injecting fuel so that the fuel spray comes close to a spark plug electrode at a predetermined distance; and the first injection port And a second injection port for injecting fuel to the piston side as compared with the injection port.

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置において、前記燃料燃焼制御手段は、エンジンが冷間状態にあってエンジンの温度が所定のエンジン温度より高いときは前記圧縮行程中の燃料噴射を一括して行い、前記所定のエンジン温度より低いときは少なくとも１回圧縮行程中に実行する分割噴射を実行するように構成されており、前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンの温度が所定のエンジン温度以下のときは前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流することを制限することを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the exhaust gas recirculation device for the direct injection type engine according to claim 1, wherein the fuel combustion control means is configured such that the engine is in a cold state and the engine temperature is a predetermined value. When the temperature is higher than the engine temperature, the fuel injection during the compression stroke is performed collectively, and when the temperature is lower than the predetermined engine temperature, the divided injection executed at least once during the compression stroke is executed. The EGR control means controls the EGR means to restrict recirculation of a part of the exhaust gas to the intake system when the engine temperature is equal to or lower than a predetermined engine temperature.

さらに、請求項３に記載の発明は請求項１または２に記載の筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置において、排気ガスを浄化する触媒を有し、前記燃料燃焼制御手段は、点火プラグに点火タイミングをリタードさせて排気ガスを高温にし、高温の排気ガスにより触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇制御を実行するように構成されており、前記ＥＧＲ制御手段は、前記燃料燃焼制御手段が前記触媒温度上昇制御を実行中は前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流することを制限することを特徴とする。   Further, the invention according to claim 3 is the exhaust gas recirculation device for the in-cylinder injection engine according to claim 1 or 2, further comprising a catalyst for purifying the exhaust gas, wherein the fuel combustion control means is provided in the spark plug. The ignition timing is retarded to increase the exhaust gas temperature, and the catalyst temperature increase control is performed to increase the temperature of the catalyst by the high-temperature exhaust gas. The EGR control means is configured such that the fuel combustion control means During the catalyst temperature increase control, the EGR means is controlled to restrict a part of the exhaust gas from being returned to the intake system.

請求項１に記載の発明によれば、インジェクタの第１の噴射口が、点火プラグの電極に向かって直接噴射するのではなく、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する。また、エンジンが冷間状態にあるとき、燃料噴射は、圧縮行程において実行する。これらにより、点火プラグの電極に液状の燃料が付着することによる該電極のぬれやカーボンのくすぶり等を抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない適度な量の燃料を供給すること（混合気の弱成層化）ができ、触媒暖機を早めるためのリタード点火タイミングにおいても着火性が向上する。   According to the first aspect of the present invention, the first spray port of the injector does not inject directly toward the electrode of the spark plug, but the fuel spray is spaced a predetermined distance from the electrode of the spark plug. Inject fuel so that it is close. Also, when the engine is in a cold state, fuel injection is performed during the compression stroke. With these, while suppressing the wetting of the electrode and carbon smoldering due to the liquid fuel adhering to the electrode of the spark plug, an appropriate amount of fuel that does not misfire to the region including the electrode of the spark plug and its surroundings is provided. It can be supplied (a weak stratification of the air-fuel mixture), and the ignitability is improved even at the retard ignition timing for speeding up the catalyst warm-up.

さらに、インジェクタの第２の噴射口が、第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散させることができると共に、噴射時期を早めて十分な気化時間を確保することが可能となることにより、混合気過濃部の不完全燃焼によるスモークの発生が抑制されることになる。   Further, the second injection port of the injector injects fuel to the piston side as compared with the first injection port, so that the fuel can be diffused throughout the combustion chamber and the injection timing can be advanced to achieve sufficient vaporization. By ensuring the time, the generation of smoke due to incomplete combustion in the rich mixture portion is suppressed.

さらにまた、エンジンが冷間状態にあって吸気が所定の吸気温度以下であるとき、吸気に高温の排気ガスの一部を流入させることにより、エンジンに流入するガス温を上げ、プラグ温度の低下を抑制してプラグくすぶりを防止するとともに、燃焼室を噴射された燃料が気化しやすい状態で維持している。これらにより、寒冷地であっても、確実に燃料を着火することができる。   Furthermore, when the engine is in a cold state and the intake air is below a predetermined intake air temperature, a part of the hot exhaust gas flows into the intake air, thereby raising the temperature of the gas flowing into the engine and lowering the plug temperature. Is suppressed to prevent plug smoldering, and the combustion chamber is maintained in a state where the injected fuel is easily vaporized. As a result, fuel can be reliably ignited even in a cold region.

また、請求項２に記載の発明によれば、エンジンが冷間状態にあってエンジンの温度が所定のエンジン温度以下のとき（以下、「極冷間状態」と称する。）、少なくとも１回圧縮行程中に行う分割噴射を実行する。これは、エンジン温度が所定の温度以下であるとき、圧縮行程中に一括して燃料を噴射すると、気化時間が足らずに燃料の一部が気化できず、燃焼室の表面などに液状の燃料が付着することがある。燃料を分割して噴射する場合、最初に噴射された燃料が十分な時間をもって気化できるため、噴射された燃料全体をみれば、気化できない量は一括噴射に比べて少なくなり、その結果液状の燃料の付着やくすぶりの発生が抑制される。また、エンジンが極冷間状態にあるとき、ＥＧＲの実行を制限する。これは、エンジンが冷間状態にあってエンジンの温度が所定のエンジン温度以下のときは正常な燃焼が実行しにくく、その上に燃焼を抑制するＥＧＲを実行すると、燃焼変動が増大するためである。   According to the second aspect of the present invention, when the engine is in a cold state and the engine temperature is equal to or lower than a predetermined engine temperature (hereinafter referred to as “extremely cold state”), the compression is performed at least once. Split injection is performed during the stroke. This is because when the engine temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, if fuel is injected all at once during the compression stroke, a part of the fuel cannot be vaporized due to insufficient vaporization time, and liquid fuel is not present on the surface of the combustion chamber. May adhere. When fuel is divided and injected, the initially injected fuel can be vaporized in a sufficient amount of time, so if you look at the entire injected fuel, the amount that cannot be vaporized will be less than with batch injection, resulting in liquid fuel. The occurrence of smoldering and smoldering is suppressed. Also, when the engine is in an extremely cold state, execution of EGR is limited. This is because normal combustion is difficult to perform when the engine is cold and the engine temperature is below a predetermined engine temperature, and if EGR that suppresses combustion is performed on the engine, fluctuations in combustion increase. is there.

さらに、請求項３に記載の発明によれば、点火タイミングをリタードさせて排気ガスを高温にし、高温の排気ガスにより触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇制御を実行する。その間、ＥＧＲの実行が制限される。これは、点火タイミングをリタードすると、完全な異常ではないが正常な燃焼が実行されなくなり、その上に燃焼を抑制するＥＧＲを実行すると、燃焼変動が増大するためである。   Furthermore, according to the third aspect of the invention, the catalyst temperature increase control is performed in which the ignition timing is retarded to raise the exhaust gas temperature and the temperature of the catalyst is increased by the high temperature exhaust gas. Meanwhile, the execution of EGR is restricted. This is because, if the ignition timing is retarded, normal combustion is not executed although it is not a complete abnormality, and if EGR that suppresses combustion is executed on the ignition timing, combustion fluctuations increase.

図１は本発明の一実施形態に係る排気ガス還流装置と該装置が取り付けられたエンジンの構造を概略的に示している。   FIG. 1 schematically shows the structure of an exhaust gas recirculation device according to an embodiment of the present invention and an engine to which the device is attached.

図１に符号１０で示す、その出力軸１２と直行する断面で示されているエンジンは、多筒式のエンジンであって、筒内噴射式エンジンである。エンジン１０は、気筒１４とピストン１６とが協働して形成する燃焼室１８に燃料を噴射するインジェクタ２０と、燃焼室１８内の燃料を燃焼させるための点火プラグ２２と、燃焼室１８に空気を供給する吸気路２４と、燃焼室１８内の排気ガスを排気する排気路２６とを有する。   An engine shown by a reference numeral 10 in FIG. 1 and having a cross section orthogonal to the output shaft 12 is a multi-cylinder engine, and is an in-cylinder injection engine. The engine 10 includes an injector 20 that injects fuel into a combustion chamber 18 formed by the cooperation of a cylinder 14 and a piston 16, a spark plug 22 for combusting fuel in the combustion chamber 18, and air in the combustion chamber 18. And an exhaust passage 26 for exhausting the exhaust gas in the combustion chamber 18.

また、エンジン１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる燃焼サイクルを実行するための吸気弁２８と排気弁３０とを有する。   The engine 10 also includes an intake valve 28 and an exhaust valve 30 for executing a combustion cycle including an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke.

吸気量を調節するためのスロットル弁３２に対して下流側の吸気路２４の部分と、排気を浄化するための触媒３４に対して上流側の排気路２６の部分とがＥＧＲ通路３６によって連絡されている。また、ＥＧＲ通路３６上にはＥＧＲバルブ３８が配置されている。このＥＧＲ３８が開弁すると、排気路２６を流れる排気の一部が吸気路２４に還流される。   A portion of the intake passage 24 downstream of the throttle valve 32 for adjusting the intake air amount and a portion of the exhaust passage 26 upstream of the catalyst 34 for purifying exhaust gas are communicated by the EGR passage 36. ing. An EGR valve 38 is disposed on the EGR passage 36. When the EGR 38 is opened, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 26 is returned to the intake passage 24.

図２に燃焼室１８の拡大図を示し、図３にインジェクタ２０の先端の断面図を示す。   FIG. 2 shows an enlarged view of the combustion chamber 18, and FIG. 3 shows a sectional view of the tip of the injector 20.

図２に示すように、インジェクタ２０は、燃焼室１８にその側方から燃料を噴射するようにエンジン１０に配置されている。   As shown in FIG. 2, the injector 20 is disposed in the engine 10 so as to inject fuel into the combustion chamber 18 from the side thereof.

また、図２や図３に示すように、インジェクタ２０は、燃焼室２０の中心部に向けて、複数の方向Ａ、Ｂの方向に燃料を噴射するように構成されている。   Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the injector 20 is configured to inject fuel in a plurality of directions A and B toward the center of the combustion chamber 20.

具体的には、図３に示すように、インジェクタ２０は、その先端に設けられたインジェクタヘッド５０に形成された、噴射方向Ａに燃料を噴射するための噴射口（特許請求の範囲に記載の第１の噴射口に対応。）５２と、噴射方向Ｂに燃料を噴射するための噴射口（特許請求の範囲に記載の第２の噴射口に対応。）５４とを有する。   Specifically, as shown in FIG. 3, the injector 20 is an injection port for injecting fuel in an injection direction A formed in an injector head 50 provided at the tip (described in the claims). Corresponding to the first injection port) 52 and an injection port (corresponding to the second injection port described in claims) 54 for injecting fuel in the injection direction B.

インジェクタ２０は、インジェクタヘッド５０内の空間５８に燃料ポンプ（図示せず）から供給される高圧の燃料を蓄え、空間５８と噴射口５２、５４との連絡を遮断するニードル弁６０がその中心軸ＣＬ方向に後退する（点線の位置に移動する）ことによって該噴射口と該空間を連絡することにより、燃料を噴射するように構成されている。また、燃料ポンプから出力される燃料の圧力(燃圧)を変えることにより、インジェクタ２０から噴射される燃料の量が変更できるように構成されている。   The injector 20 stores high-pressure fuel supplied from a fuel pump (not shown) in a space 58 in the injector head 50, and a needle valve 60 that blocks communication between the space 58 and the injection ports 52 and 54 has a central axis thereof. By retreating in the CL direction (moving to the position of the dotted line), the fuel is injected by connecting the injection port and the space. Further, the amount of fuel injected from the injector 20 can be changed by changing the pressure (fuel pressure) of the fuel output from the fuel pump.

複数の噴射方向Ａ、Ｂは、ニードル弁の中心軸ＣＬを基準軸としてその角度が設定されている。噴射方向Ａは、基準軸ＣＬに対して点火プラグ２２側の角度αの方向に設定されている。また、噴射方向Ｂは、基準軸ＣＬ方向に略一致するように設定されている。   The angles of the plurality of injection directions A and B are set with the central axis CL of the needle valve as a reference axis. The injection direction A is set to an angle α on the spark plug 22 side with respect to the reference axis CL. Further, the injection direction B is set so as to substantially coincide with the reference axis CL direction.

異なる観点から見れば、噴射方向Ｂは噴射方向Ａに対してピストン１８側の角度αの方向に設定されている。   From a different point of view, the injection direction B is set in the direction of the angle α on the piston 18 side with respect to the injection direction A.

図２に戻って、２つの噴射方向がピストン１６側に向くようにインジェクタ２０はエンジン１０に配置されており、噴射口５２の噴射方向Ａは、図２に示すように、噴射方向Ｂに比べて点火プラグ２２側に燃料を噴射する方向である。   Returning to FIG. 2, the injector 20 is arranged in the engine 10 so that the two injection directions face the piston 16, and the injection direction A of the injection port 52 is compared with the injection direction B as shown in FIG. 2. In this direction, fuel is injected into the spark plug 22 side.

また、図２に示すように、噴射口５２の噴射方向Ａ軸と点火プラグ２２の電極７２ｂとの間の最短距離が所定距離Ｌになるように設定されている。   As shown in FIG. 2, the shortest distance between the injection direction A axis of the injection port 52 and the electrode 72 b of the spark plug 22 is set to a predetermined distance L.

所定距離Ｌについて説明する。一般に噴射口から噴射された燃料は噴射方向に移動しつつ、噴射方向軸を中心として放射状に拡散する。したがって、噴射口５２については、噴射方向Ａ軸が直接電極７２ｂを指向していなくても、エンジン１０が冷間状態であるときに液状の燃料噴霧が電極７２ｂに付着することがある。このことを考慮し、前記所定距離Ｌは、液状の燃料噴霧が電極７２ｂに付着しないように求められた距離である。   The predetermined distance L will be described. In general, the fuel injected from the injection port diffuses radially around the injection direction axis while moving in the injection direction. Therefore, with respect to the injection port 52, even when the injection direction A axis is not directly directed to the electrode 72b, liquid fuel spray may adhere to the electrode 72b when the engine 10 is in a cold state. Considering this, the predetermined distance L is a distance obtained so that the liquid fuel spray does not adhere to the electrode 72b.

噴射方向Ｂは、噴射口５４から噴射された燃料がピストン１６の頭頂面７４に形成された凹部(キャビティ)７６に向かう方向に設定されている。キャビティ７６は、キャビティ７６に移動してきた燃料を点火プラグ２２に向かう方向にその移動方向を変更するガイドとして機能するものである。これにより、噴射口５４から噴射された燃料が点火プラグ２２の電極７２ａ、７２ｂに向かって移動される。   The injection direction B is set in a direction in which the fuel injected from the injection port 54 is directed to the recess (cavity) 76 formed in the top surface 74 of the piston 16. The cavity 76 functions as a guide for changing the moving direction of the fuel that has moved to the cavity 76 toward the ignition plug 22. As a result, the fuel injected from the injection port 54 is moved toward the electrodes 72 a and 72 b of the spark plug 22.

さらに、噴射口５４の噴射方向Ｂが燃焼室１８の中心線に直交する平面Ｐｈに対して点火プラグ２２側に角度θで交差するように、インジェクタ２０はエンジン１０に配置されている。   Further, the injector 20 is disposed in the engine 10 so that the injection direction B of the injection port 54 intersects the plane Ph orthogonal to the center line of the combustion chamber 18 at the angle θ on the spark plug 22 side.

角度θは、圧縮行程中に燃料を噴射したときの燃焼安定性と発生するスモーク量を考慮して決定される。図４（ａ）に、圧縮行程中に燃料を噴射したときの燃焼安定性、発生するスモーク量と角度θとの関係を示す。   The angle θ is determined in consideration of the combustion stability when the fuel is injected during the compression stroke and the amount of smoke generated. FIG. 4A shows the relationship between the combustion stability when the fuel is injected during the compression stroke, the amount of smoke generated and the angle θ.

燃焼安定性は、図４（ａ）に示すように、角度θが小さくなると低下し（失火が起こりやすくなり）、大きくなりすぎても低下する。燃料が燃焼室１８の側方の所定位置から噴射されるとすると、角度θが小さくなればなるほど、キャビティ７６で燃料を点火プラグ２２に向かわせるには噴射タイミングが遅角側（ピストン位置が上死点側）となり、噴射方向Ｂに噴射口５４から噴射された燃料は、点火プラグ２２の２つの電極７２ａと７２ｂの間、すなわち火花放電が起こる位置に早く到達することになる。早く到達すればするほど噴射されて気化するまでの時間が短くなり、そのために電極７２ａ，７２ｂに到達した燃料に液状の燃料が多く含まれることになる。その結果、電極７２ａ、７２ｂの表面が液状の燃料に覆われ、火花放電が確実に実行できず、失火しやすくなる。   As shown in FIG. 4 (a), the combustion stability decreases as the angle θ decreases (prone to misfires), and decreases even when the angle θ increases excessively. Assuming that the fuel is injected from a predetermined position on the side of the combustion chamber 18, the smaller the angle θ is, the more the injection timing is delayed (the piston position is higher) in order to direct the fuel to the spark plug 22 in the cavity 76. The fuel injected from the injection port 54 in the injection direction B reaches the position between the two electrodes 72 a and 72 b of the spark plug 22, that is, a position where spark discharge occurs. The earlier it reaches, the shorter the time until it is injected and vaporized, so that the fuel that has reached the electrodes 72a and 72b contains more liquid fuel. As a result, the surfaces of the electrodes 72a and 72b are covered with the liquid fuel, and the spark discharge cannot be surely performed, and misfire is likely to occur.

一方、角度θが大きくなればなるほど、噴射方向Ｂに噴射口５４から噴射された燃料は、点火プラグ２２の２つの電極７２ａと７２ｂの間に到達するまでに方向を変えつつ長距離を移動するために、その量が減少する。その結果、点火プラグ２２の電極７２ａ、７２ｂの間を中心とする所定の領域内の燃料が希薄となり、確実に着火できなくなる。所定の領域とは、電極近傍の領域であって、燃料の着火性に影響を与える領域である。   On the other hand, as the angle θ increases, the fuel injected from the injection port 54 in the injection direction B moves a long distance while changing the direction until it reaches between the two electrodes 72a and 72b of the spark plug 22. Therefore, the amount is reduced. As a result, the fuel in a predetermined region centered between the electrodes 72a and 72b of the spark plug 22 becomes lean and cannot be ignited reliably. The predetermined region is a region in the vicinity of the electrode and affects the ignitability of the fuel.

また、スモーク量は、角度θが大きくなればなるほどその発生量が減少する。スモークは、燃料が不完全に燃焼されることにより発生し、それは点火プラグ２２の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする所定の領域に過剰に燃料が供給されることを原因とする。角度θが小さくなればなるほど、噴射タイミングが遅角側となり、気化不足の多くの燃料が点火プラグ２２の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする領域に到達するため、スモーク量が増加する。   Further, the amount of smoke generated decreases as the angle θ increases. Smoke is generated by incomplete combustion of the fuel, which is caused by excessive supply of fuel to a predetermined region centered between the electrodes 72a and 72b of the spark plug 22. As the angle θ becomes smaller, the injection timing becomes retarded, and a lot of fuel that is insufficiently vaporized reaches the region centered between the electrodes 72a and 72b of the spark plug 22, so that the amount of smoke increases.

これらのことを考慮して、角度θは、図４（ａ）で斜線で示す範囲、すなわち、燃焼安定性が高く、発生するスモーク量が許容できる範囲内で決定される。   Taking these into consideration, the angle θ is determined within the range indicated by the oblique lines in FIG. 4A, that is, within the range where the combustion stability is high and the amount of smoke generated is acceptable.

また、角度θは、圧縮行程において、燃料を噴射するタイミング、言い換えるとピストン１６の位置に基づいて決定される。   Further, the angle θ is determined based on the timing of fuel injection in the compression stroke, in other words, the position of the piston 16.

角度θと、ピストン１６の位置と、点火プラグ２２の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする所定の領域（電極の近傍）内の空燃比（Ａ／Ｆ）との示す図４（ｂ）に示す。図に示すように、角度θの噴霧をキャビティにてプラグに向けるには、角度θが小さくなると、噴射タイミングが遅角側となるため、所定の領域内の空燃比は過濃となる。逆に、角度θが大きくなると、噴射タイミングが進角側となり、所定の領域内の空燃比はリーンとなる。これにより、いずれも、点火プラグ２２の電極７２ａと７２ｂの間を中心とする所定の領域内の空燃比が正常に燃料の燃焼が実行できる点火の範囲、図においては斜線で示す範囲が小さくなる。よって、この着火可能な点火タイミング（ピストンの位置）の範囲が大きくなるように、角度θが決定される。   FIG. 4B shows the angle θ, the position of the piston 16, and the air-fuel ratio (A / F) in a predetermined region (near the electrode) centered between the electrodes 72 a and 72 b of the spark plug 22. Show. As shown in the figure, in order to direct the spray of the angle θ to the plug through the cavity, the injection timing becomes retarded when the angle θ decreases, so the air-fuel ratio in the predetermined region becomes excessive. Conversely, when the angle θ increases, the injection timing becomes the advance side, and the air-fuel ratio in the predetermined region becomes lean. As a result, the air-fuel ratio in a predetermined region centered between the electrodes 72a and 72b of the spark plug 22 is reduced so that the range of ignition in which fuel combustion can be normally performed, and the range indicated by hatching in the figure is reduced. . Therefore, the angle θ is determined so that the range of the ignition timing (piston position) that can be ignited becomes large.

まとめると、噴射方向Ａ、Ｂに噴射する噴射口５２、５４が点火プラグの電極に直接液状の燃料が付着することを抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない十分量の燃料を供給している。これらにより、安定な着火が実行可能となる。   In summary, the injection ports 52 and 54 that inject in the injection directions A and B prevent the liquid fuel from adhering directly to the electrode of the spark plug, and do not misfire to the region including the electrode of the spark plug and its surroundings. The amount of fuel is supplied. As a result, stable ignition can be performed.

ここからは、エンジン１０の制御系について説明する。   From here, the control system of the engine 10 will be described.

図５に、エンジン１０を制御するとともにＥＧＲを実行するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）を中心とするエンジン１０の制御系を示す。   FIG. 5 shows a control system of the engine 10 centering on an engine control unit (ECU) that controls the engine 10 and executes EGR.

ＥＣＵ１００は、インジェクタ２０と、点火プラグ２２と、ＥＧＲバルブ３８に制御信号を出力し、燃料の噴射量と噴射タイミング、燃料への点火タイミング、ＥＧＲ実行のタイミングを制御するように構成されている。   The ECU 100 is configured to output control signals to the injector 20, the ignition plug 22, and the EGR valve 38 to control the fuel injection amount and injection timing, the fuel ignition timing, and the EGR execution timing.

また、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ１０２と、吸気の温度を検出する吸気温センサ１０４と、触媒の温度を検出する触媒温度センサ１０６と、スロットル弁３２の開度を検出するスロットル開度センサ１０８と、エンジン１０の出力軸１２の回転数を検出する回転数センサ１１０からの信号を受け取るように構成されている。ＥＣＵ１００は、これらのセンサからの信号に基づいてエンジン１０の状態を検出し、検出したエンジン１０の状態に基づいて、燃料の噴射量と噴射タイミング、燃料への点火タイミング、ＥＧＲ実行のタイミングを制御するように構成されている。   The ECU 100 also includes a water temperature sensor 102 that detects the temperature of the cooling water of the engine 10, an intake air temperature sensor 104 that detects the temperature of the intake air, a catalyst temperature sensor 106 that detects the temperature of the catalyst, and the opening of the throttle valve 32. Is configured to receive signals from a throttle opening sensor 108 for detecting the engine speed and a rotational speed sensor 110 for detecting the rotational speed of the output shaft 12 of the engine 10. The ECU 100 detects the state of the engine 10 based on signals from these sensors, and controls the fuel injection amount and injection timing, the fuel ignition timing, and the EGR execution timing based on the detected state of the engine 10. Is configured to do.

次に、ＥＣＵ１００について具体的に説明する。   Next, the ECU 100 will be specifically described.

まず、ＥＣＵ１００は、水温センサ１０２からの信号に基づいて、エンジン１０の冷却水の温度を検出する、言い換えると間接的にエンジン１０の温度状態を検出するように構成されている。ＥＣＵ１００は、水温が所定の上側規定温度以上（例えば、６０℃以上）であるときに、エンジン１０が温間状態であると検出し、水温が所定の上側規定温度以下であるときは冷間状態であると検出するように構成されている。   First, the ECU 100 is configured to detect the temperature of the cooling water of the engine 10 based on a signal from the water temperature sensor 102, in other words, indirectly detect the temperature state of the engine 10. The ECU 100 detects that the engine 10 is in a warm state when the water temperature is equal to or higher than a predetermined upper specified temperature (for example, 60 ° C. or higher), and is in a cold state when the water temperature is equal to or lower than the predetermined upper specified temperature. It is comprised so that it may detect.

ＥＣＵ１００は、エンジン１０の２つ温度状態、すなわち温間状態と冷間状態に応じた燃料噴射制御を実行する。ＥＣＵ１００は、エンジン１０が温間状態であるときは、吸気行程において燃料を一括噴射する制御を実行する。   ECU 100 executes fuel injection control in accordance with two temperature states of engine 10, that is, a warm state and a cold state. When the engine 10 is in a warm state, the ECU 100 executes control for collectively injecting fuel during the intake stroke.

一方、エンジン１０が冷間状態であるときは、ＥＣＵ１００は、圧縮行程中に燃料を噴射する。すなわち、一括噴射するときは圧縮行程で行い、分割噴射するときは、少なくとも１回の噴射は圧縮行程中に行う。エンジン１０が冷間状態であるとき、圧縮行程中に燃料を噴射する理由は、エンジン１０が冷間状態であるときに、プラグ周りに着火しやすい混合気を集め、ＥＧＲ導入時の燃焼安定性を確保するためで、その対処として吸気行程に比べて燃料が弱成層化しやすい圧縮行程で燃料を噴射している。   On the other hand, when engine 10 is in a cold state, ECU 100 injects fuel during the compression stroke. That is, when performing batch injection, it is performed in the compression stroke, and when performing split injection, at least one injection is performed during the compression stroke. The reason for injecting fuel during the compression stroke when the engine 10 is in the cold state is to collect the air-fuel mixture that easily ignites around the plug when the engine 10 is in the cold state, and the combustion stability when EGR is introduced Therefore, as a countermeasure, the fuel is injected in a compression stroke in which the fuel tends to be weakly stratified compared to the intake stroke.

なお、エンジンが冷間状態にあって水温が所定の下側規定水温（例えば、２０℃）以下であるとき（エンジンが極冷間状態にあるとき）は、少なくとも１回の噴射は圧縮行程中に行う分割噴射を実行するのが好ましい。
When the engine is in a cold state and the water temperature is equal to or lower than a predetermined lower specified water temperature (for example, 20 ° C.) (when the engine is in an extremely cold state), at least one injection is in the compression stroke. It is preferable to execute the divided injection performed at the same time.

これは、エンジンが極冷間状態にあるとき、一度に燃料を噴射すると、燃料の一部が気化できないことがあるためである。具体的に説明すると、エンジンが極冷間状態にあるとき、一括して燃料を噴射すると、気化時間が足らずに燃料の一部が気化できず、燃焼室の表面などに液状の燃料が付着することがある。燃料を分割して噴射する場合、最初に噴射された燃料が十分な時間をもって気化できるため、噴射された燃料全体をみれば、気化できない量は一括噴射に比べて少なくなり、その結果、液状の燃料の付着やくすぶりの発生が抑制される。このことは、分割噴射の噴射間隔が大きければ大きいほど確実なものとなる。すなわち、吸気行程と圧縮行程に行う分割噴射と、圧縮行程中に２度噴射する分割噴射を比べた場合、前者の方がより噴射間隔を長く設定することができるため、水温が非常に低い場合は後者より前者の方が適する。   This is because if the fuel is injected at a time when the engine is in an extremely cold state, part of the fuel may not be vaporized. More specifically, if the fuel is injected all at once when the engine is in an extremely cold state, a part of the fuel cannot be vaporized due to insufficient vaporization time, and liquid fuel adheres to the surface of the combustion chamber or the like. Sometimes. When the fuel is divided and injected, the initially injected fuel can be vaporized in a sufficient amount of time, so if you look at the entire injected fuel, the amount that cannot be vaporized will be less than with batch injection. Fuel adhesion and smoldering are suppressed. This becomes more reliable as the injection interval of the divided injection becomes larger. That is, when the divided injection performed in the intake stroke and the compression stroke and the divided injection injected twice during the compression stroke are compared, the former can set the injection interval longer, and therefore the water temperature is very low. The former is more suitable than the latter.

また、ＥＣＵ１００は、触媒温度センサ１０６からの信号に基づいて、触媒３４が活性状態であるかまたは不活性状態であるかを検出し、不活性状態が検出されたとき、触媒３４を活性させるための制御を実行するように構成されている。   Further, the ECU 100 detects whether the catalyst 34 is in an active state or an inactive state based on a signal from the catalyst temperature sensor 106, and activates the catalyst 34 when the inactive state is detected. It is configured to execute the control.

具体的には、ＥＣＵ１００は、触媒３４が不活性状態であることを検出したとき、点火タイミングをリタードして排気ガスの温度を上昇させる制御実行する。高温の排気ガスにより触媒３４の温度を上昇させ、触媒３４を活性状態にする。   Specifically, when the ECU 100 detects that the catalyst 34 is in an inactive state, the ECU 100 executes control to retard the ignition timing and increase the temperature of the exhaust gas. The temperature of the catalyst 34 is raised by the high temperature exhaust gas, and the catalyst 34 is activated.

なお、触媒を活性状態にするまでの間、エンジンがアイドリング中であるときは、ＥＣＵは、触媒を早く活性状態にするために、規定のアイドリング回転数より大きい回転数でエンジンを駆動制御してもよい。例えば規定のアイドリング回転数が６００ｒｐｍである場合、回転数を１，２００ｒｐｍにしてもよい。   When the engine is idling until the catalyst is activated, the ECU drives and controls the engine at a rotational speed higher than the specified idling rotational speed in order to quickly activate the catalyst. Also good. For example, when the specified idling rotational speed is 600 rpm, the rotational speed may be 1,200 rpm.

さらに、ＥＣＵ１００は、吸気温センサ１０４からの信号に基づいて、吸気の温度を検出する。ＥＣＵ１００は、検出した吸気温度が所定の吸気温度（例えば、−１０〜０℃)以下であってエンジン１０が冷間状態であるとき、ＥＧＲバルブ３８を開弁してＥＧＲを実行するように構成されている。これにより、所定の吸気温度以下の吸気に高温の排気ガスを流入させ、吸気によってエンジン１０、特に点火プラグが冷却されることを抑制している。すなわち、プラグ温低下によるプラグくすぶりを抑制するとともに、ガス温上昇によって燃料が気化しやすい環境を維持している。その結果、吸気の温度が所定の吸気温度以下になるような寒冷地であっても、点火プラグがくすぶらず、燃料が気化して確実に該燃料を着火し、燃焼させることができる。   Further, ECU 100 detects the temperature of intake air based on a signal from intake air temperature sensor 104. The ECU 100 is configured to open the EGR valve 38 and execute EGR when the detected intake air temperature is equal to or lower than a predetermined intake air temperature (for example, −10 to 0 ° C.) and the engine 10 is in a cold state. Has been. As a result, high-temperature exhaust gas is caused to flow into the intake air that is equal to or lower than the predetermined intake air temperature, and the engine 10, particularly the spark plug, is prevented from being cooled by the intake air. That is, plug smoldering due to a decrease in plug temperature is suppressed, and an environment in which fuel is liable to vaporize due to a gas temperature increase is maintained. As a result, even in a cold region where the temperature of the intake air is equal to or lower than the predetermined intake air temperature, the spark plug does not smolder, the fuel is vaporized and can be reliably ignited and burned.

なお、ＥＧＲは、触媒を活性状態にしている間は実行しないほうが好ましい。上述したように、触媒を活性状態にしている間は、点火タイミングを正常な燃焼が実行されるタイミングよりリタードさせているため、正常な燃焼が実行されていない。その上で、燃焼を抑制するＥＧＲを実行すると、燃焼変動が増大する可能性がある。したがって、不安定な燃焼が起こることを抑制するために、ＥＧＲは触媒を活性状態にしている間は実行しないほうが好ましい。   It is preferable that EGR is not performed while the catalyst is in an activated state. As described above, while the catalyst is in the activated state, the ignition timing is retarded from the timing at which normal combustion is executed, and thus normal combustion is not executed. In addition, if EGR that suppresses combustion is executed, combustion fluctuations may increase. Therefore, in order to suppress the occurrence of unstable combustion, it is preferable not to execute EGR while the catalyst is in an active state.

また、ＥＧＲは、エンジンが極冷間状態にあるときは、実行しないほうが好ましい。エンジンが極冷間状態にあるときは、正常な燃焼が起こりにくい。その上で、燃焼を抑制するＥＧＲを実行すると、燃焼変動が増大する可能性がある。したがって、不安定な燃焼が起こることを抑制するために、ＥＧＲは水エンジンが極冷間状態にあるときは実行しないほうが好ましい。   Further, it is preferable not to execute EGR when the engine is in an extremely cold state. When the engine is in an extremely cold state, normal combustion is unlikely to occur. In addition, if EGR that suppresses combustion is executed, combustion fluctuations may increase. Therefore, in order to suppress the occurrence of unstable combustion, it is preferable not to perform EGR when the water engine is in an extremely cold state.

これらのことを踏まえたＥＣＵ１００が行う制御の流れの一例を図６と図７にそれぞれ示す２つのフローを参照しながら説明する。   An example of the flow of control performed by the ECU 100 based on these matters will be described with reference to two flows shown in FIGS. 6 and 7 respectively.

図６に示すフローは燃焼制御フローであり、図７に示すフローはＥＧＲ実行判定フローである。ＥＣＵ１００は、２つのフローに示す制御を並行して実行する。   The flow shown in FIG. 6 is a combustion control flow, and the flow shown in FIG. 7 is an EGR execution determination flow. The ECU 100 executes the control shown in the two flows in parallel.

図６に示すフローを説明する。図６に示すフローは、エンジン１０が始動（クランキング）したときから始まる燃焼制御フローである。   The flow shown in FIG. 6 will be described. The flow shown in FIG. 6 is a combustion control flow that starts when the engine 10 starts (cranking).

まず、Ｓ２００において、ＥＣＵ１００は、最初の燃料噴射が実行されたか否かを判定する。最初の燃料噴射が実行されていない場合はＳ２１０に進む。実行された場合はＳ２３０に進む。   First, in S200, the ECU 100 determines whether or not the first fuel injection has been executed. When the first fuel injection is not executed, the process proceeds to S210. If executed, the process proceeds to S230.

Ｓ２１０において、ＥＣＵ１００は、エンジン１０が始動されて最初の燃料噴射を実行する。ここでは、エンジン１０が冷間状態にあって水温が所定の温度以下ときである（エンジンが極冷間状態にある）ことを想定して、吸気行程と圧縮行程とに分割した分割噴射が行う。   In step S210, the ECU 100 executes the first fuel injection after the engine 10 is started. Here, assuming that the engine 10 is in a cold state and the water temperature is equal to or lower than a predetermined temperature (the engine is in an extremely cold state), divided injection divided into an intake stroke and a compression stroke is performed. .

次に、Ｓ２２０において、ＥＣＵ１００は、正常な燃焼が起こるタイミングで点火を実行する。   Next, in S220, the ECU 100 executes ignition at the timing when normal combustion occurs.

一方、Ｓ２００において、最初の燃料噴射が実行されたことが確認されると、Ｓ２３０において、ＥＣＵ１００は、水温センサ１０２からの信号を読み込む。   On the other hand, when it is confirmed in S200 that the first fuel injection has been executed, the ECU 100 reads a signal from the water temperature sensor 102 in S230.

Ｓ２４０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ２３０で読み込んだ信号に基づいて、エンジン１０の冷却水の水温が６０℃以下であるか否かを判定する。すなわち、エンジン１０が冷間状態かあるいは温間状態のいずれであるかを判定する。水温が６０℃以下である（冷間状態である）場合、Ｓ２５０に進む。水温が６０℃を超える（温間状態である）場合、Ｓ２９０に進む。   In S240, ECU 100 determines whether or not the coolant temperature of engine 10 is 60 ° C. or lower based on the signal read in S230. That is, it is determined whether the engine 10 is in a cold state or a warm state. When the water temperature is 60 ° C. or lower (in a cold state), the process proceeds to S250. When the water temperature exceeds 60 ° C. (it is a warm state), the process proceeds to S290.

Ｓ２５０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ２３０で読み込んだ信号に基づいて、エンジン１０の冷却水の水温が２０℃以下であるか否かを判定する。すなわち、エンジン１０が極冷間状態かあるいは冷間状態のいずれであるかを判定する。水温が２０℃以下である（極冷間状態である）場合Ｓ２６０に進む。２０℃を超える（冷間状態である）場合Ｓ２８０に進む。   In S250, ECU 100 determines whether the coolant temperature of engine 10 is 20 ° C. or lower based on the signal read in S230. That is, it is determined whether the engine 10 is in an extremely cold state or a cold state. When the water temperature is 20 ° C. or lower (in an extremely cold state), the process proceeds to S260. When it exceeds 20 ° C. (in a cold state), the process proceeds to S280.

Ｓ２６０において、ＥＣＵ１００は、水温が２０℃以下であるため、吸気行程と圧縮行程とに分割した分割噴射、または圧縮行程に２度行う分割噴射を実行する。一方、Ｓ２８０において、ＥＣＵ１００は、水温が２０℃を超えているため、圧縮行程に２度行う分割噴射、または圧縮行程中の一括噴射を実行する。水温に応じた燃料噴射を行った後、Ｓ２７０に進む。   In S260, since the water temperature is 20 ° C. or less, the ECU 100 executes the divided injection divided into the intake stroke and the compression stroke, or the divided injection performed twice in the compression stroke. On the other hand, in S280, since the water temperature exceeds 20 ° C., the ECU 100 executes split injection performed twice in the compression stroke or batch injection during the compression stroke. After performing fuel injection according to the water temperature, the process proceeds to S270.

Ｓ２７０において、ＥＣＵ１００は、正常燃焼が起こるタイミングからリタードしたタイミングで点火を行う。これは、水温６０℃以下では触媒３４が不活性状態である可能性があるためで、排気ガス温度を上昇させて触媒３４を早期に活性化させるためである。点火後、スタートに戻る。   In S270, the ECU 100 performs ignition at a timing retarded from a timing at which normal combustion occurs. This is because the catalyst 34 may be in an inactive state when the water temperature is 60 ° C. or lower, and the catalyst 34 is activated early by increasing the exhaust gas temperature. Return to start after ignition.

一方、Ｓ２３０で水温は６０℃を越えると判定された（温間状態である）場合、Ｓ２９０において、ＥＣＵ１００は、吸気行程中の一括噴射を実行する。   On the other hand, when it is determined in S230 that the water temperature exceeds 60 ° C. (it is in a warm state), in S290, the ECU 100 executes batch injection during the intake stroke.

続く、Ｓ３００において、ＥＣＵ１００は、スロットル開度センサ１０８と、回転数センサ１１０からの信号を読み込む。   Subsequently, in S300, the ECU 100 reads signals from the throttle opening sensor 108 and the rotation speed sensor 110.

次に、Ｓ３１０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ３００で読み込んだ信号に基づいてエンジン１０の運転状態を検出する。   Next, in S310, the ECU 100 detects the operating state of the engine 10 based on the signal read in S300.

そして、Ｓ３２０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ３１０で検出したエンジン１０の運転状態に適したタイミングで点火を実行し、スタートに戻る。   In S320, ECU 100 executes ignition at a timing suitable for the operating state of engine 10 detected in S310, and returns to the start.

図７に示すフローを説明する。図７に示すフローは、エンジン１０が始動（クランキング）したときから始まるＥＧＲ実行判定フローである。   The flow shown in FIG. 7 will be described. The flow shown in FIG. 7 is an EGR execution determination flow that starts when the engine 10 starts (cranking).

まず、Ｓ４００において、ＥＣＵ１００は、水温センサ１０２、吸気温センサ１０４、および触媒温度センサ１０６からの信号を読み込む。   First, in S400, the ECU 100 reads signals from the water temperature sensor 102, the intake air temperature sensor 104, and the catalyst temperature sensor 106.

Ｓ４１０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ４００で読み込んだ水温センサ１０２からの信号に基づいて、エンジン１０の冷却水の水温が６０℃以下であるか否かを判定する。水温が６０℃以下である場合Ｓ４２０に進む。６０℃を超える場合Ｓ４５０に進む。   In S410, the ECU 100 determines whether or not the coolant temperature of the engine 10 is 60 ° C. or lower based on the signal from the water temperature sensor 102 read in S400. When water temperature is 60 degrees C or less, it progresses to S420. When it exceeds 60 ° C., the process proceeds to S450.

Ｓ４２０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ４００で読み込んだ吸気温センサ１０４からの信号に基づいて、吸気の温度が０℃以下であるか否かを判定する。吸気の温度が０℃以下である場合Ｓ４３０に進む。０℃を超える場合Ｓ４５０に進む。   In S420, ECU 100 determines whether or not the temperature of the intake air is 0 ° C. or less based on the signal from intake air temperature sensor 104 read in S400. When the temperature of the intake air is 0 ° C. or lower, the process proceeds to S430. When it exceeds 0 ° C., the process proceeds to S450.

Ｓ４３０において、ＥＣＵ１００は、Ｓ４００で読み込んだ触媒温度センサ１０６からの信号に基づいて、触媒３４が活性状態または不活性状態のいずれであるかを判定する。触媒３４が活性状態である場合Ｓ４４０に進む。不活性状態である場合Ｓ４５０に進む。   In S430, the ECU 100 determines whether the catalyst 34 is in an active state or an inactive state based on the signal from the catalyst temperature sensor 106 read in S400. If the catalyst 34 is active, the process proceeds to S440. If it is in an inactive state, the process proceeds to S450.

Ｓ４４０において、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ３８を開弁状態にしてＥＧＲを実行する。そしてスタートに戻る。   In S440, the ECU 100 opens the EGR valve 38 and executes EGR. Then go back to the start.

Ｓ４５０において、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ３８閉弁状態にしてＥＧＲを停止する。そしてスタートに戻る。   In S450, the ECU 100 closes the EGR valve 38 and stops the EGR. Then go back to the start.

以上、上述の一実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。   While the present invention has been described with reference to the above-described embodiment, the present invention is not limited to this.

例えば、エンジンが冷間状態にあって水温が２０℃以下のとき（極冷間状態にあるとき）、液状の燃料が燃焼室などの表面に付着するのを抑制するために、分割噴射を実行しているが、これにあわせて、インジェクタが噴射する燃料を減少させてもよい。   For example, when the engine is in a cold state and the water temperature is 20 ° C. or lower (when it is in an extremely cold state), split injection is performed to prevent liquid fuel from adhering to the surface of the combustion chamber, etc. However, the fuel injected by the injector may be reduced accordingly.

また、エンジンの温度状態は、水温から想定したものであるが、直接温度センサをエンジンに取りつけて、そのセンサから出力される信号に基づいてエンジンが極冷間状態、冷間状態、若しくは温間状態のいずれであるかを判定してよい。   The engine temperature state is assumed from the water temperature, but the temperature sensor is directly attached to the engine, and the engine is in an extremely cold state, a cold state, or a warm state based on a signal output from the sensor. It may be determined which of the states.

さらに、エンジンが冷間状態にあって車両が車速４０ｋｍ／ｈ以下で走行する場合、エンジンの冷却水の水温にかかわらず、少なくとも１回は吸気行程で行う分割噴射を実行するのが好ましい。このような状態の場合、プラグ温度が十分に上がっておらず、燃料と空気の混合状態が一様でない状態になりやすい吸気行程中の一括噴射を実行すると、吸気温度を上げてプラグの温度低下を抑制するためのＥＧＲ導入ができず、くすぶりが発生する可能性がある。したがって、吸気行程中の一括噴射に比べて混合気が弱成層になり、ＥＧＲを導入することができる少なくとも１回は吸気行程で行う分割噴射を実行するのが好ましい。   Further, when the engine is in a cold state and the vehicle travels at a vehicle speed of 40 km / h or less, it is preferable to execute the divided injection performed at least once in the intake stroke regardless of the coolant temperature of the engine. In such a state, if the batch injection is performed during the intake stroke where the plug temperature is not sufficiently increased and the fuel / air mixture state is likely to be uneven, the intake temperature is increased and the temperature of the plug is decreased. EGR cannot be introduced to suppress smoldering and smoldering may occur. Therefore, it is preferable to execute the split injection performed in the intake stroke at least once so that the air-fuel mixture becomes weakly stratified as compared with the collective injection in the intake stroke, and EGR can be introduced.

さらにまた、上述の実施形態においては、図６に示すように、水温が６０℃以下であって２０℃を超えるとき（エンジンが冷間状態にあるとき）は、圧縮行程に２度行う分割噴射または圧縮行程中の一括噴射のいずれかを実行するようにしている。これに代わり、水温が６０℃以下であって２０℃を超える範囲において水温が６０℃に近い場合は、圧縮行程中の一括噴射を実行し、２０℃に近い場合は、圧縮行程に２度行う分割噴射を実行するようにしてもよい。これは、水温が低い場合は液状の燃料が燃焼室などの表面に付着することを考慮して分割噴射を実行するのが好ましいが、水温が高ければ一括噴射しても十分に燃料が気化できるためである。   Furthermore, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 6, when the water temperature is 60 ° C. or lower and exceeds 20 ° C. (when the engine is in a cold state), split injection is performed twice in the compression stroke. Alternatively, one of batch injections during the compression stroke is performed. Instead, when the water temperature is 60 ° C. or lower and the water temperature is close to 60 ° C. in the range exceeding 20 ° C., batch injection is performed during the compression stroke, and when it is close to 20 ° C., it is performed twice in the compression stroke. You may make it perform division | segmentation injection. It is preferable to perform split injection in consideration of the fact that liquid fuel adheres to the surface of the combustion chamber or the like when the water temperature is low. However, if the water temperature is high, the fuel can be sufficiently vaporized even by batch injection. Because.

同様に、図６に示すように、上述の実施形態は、水温が２０℃以下である（エンジンが極冷間状態にある）場合は、圧縮行程中に２度行う分割噴射または吸気行程と圧縮行程とに分割して行う分割噴射のいずれかを実行するようにしているが、水温が２０℃に近い場合は圧縮行程中に２度行う分割噴射を実行し、水温が２０℃から遠い場合は、吸気行程と圧縮行程とに分割して行う分割噴射を実行するようにしてもよい。   Similarly, as shown in FIG. 6, in the above-described embodiment, when the water temperature is 20 ° C. or less (the engine is in an extremely cold state), split injection or intake stroke and compression performed twice during the compression stroke are performed. One of the divided injections divided into the stroke is executed, but when the water temperature is close to 20 ° C, the divided injection is executed twice during the compression stroke, and when the water temperature is far from 20 ° C. Alternatively, split injection performed by dividing into an intake stroke and a compression stroke may be executed.

最後に、上述の実施形態において、ＥＧＲは、吸気によってエンジンが冷却されるのを抑制するために高温の排気ガスの一部を吸気に流入させている。これは、ＥＧＲの本来の目的である、排気ガスに含まれる有害物質を減少させることを実施しないと言うわけでない。排気ガスに含まれる有害物質を減少させるＥＧＲを実行する条件（例えば、触媒温度やエンジン回転数）が成立すれば、このＥＧＲを実行してもよい。   Finally, in the above-described embodiment, the EGR causes a part of the hot exhaust gas to flow into the intake air in order to suppress the engine from being cooled by the intake air. This is not to say that the original purpose of EGR is not implemented to reduce harmful substances contained in exhaust gas. If conditions (for example, catalyst temperature and engine speed) for executing EGR for reducing harmful substances contained in the exhaust gas are satisfied, this EGR may be executed.

本発明の一実施形態に係る筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置を含むエンジン周辺の構造を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a structure around an engine including an exhaust gas recirculation device for a direct injection engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 燃焼室の拡大図である。It is an enlarged view of a combustion chamber. インジェクタの先端の拡大図である。It is an enlarged view of the tip of an injector. 図２に示す角度θと燃焼安定性、スモーク量との関係と、角度θとプラグ位置のＡ／Ｆとの関係とを示す図である。It is a figure which shows the relationship between angle (theta) shown in FIG. 2, combustion stability, and the amount of smoke, and the relationship between angle (theta) and A / F of a plug position. 本発明の一実施形態に係る筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置を含むエンジンの制御系を示す図である。It is a figure which shows the control system of the engine containing the exhaust-gas recirculation apparatus of the cylinder injection type engine which concerns on one Embodiment of this invention. 燃焼制御フローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a combustion control flow. ＥＧＲ実行判定フローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an EGR execution determination flow.

符号の説明Explanation of symbols

１０ エンジン
１６ ピストン
１８ 燃焼室
２０ インジェクタ
２２ 点火プラグ
３６ ＥＧＲ通路
３８ ＥＧＲバルブ 10 Engine 16 Piston 18 Combustion chamber 20 Injector 22 Spark plug 36 EGR passage 38 EGR valve

Claims (3)

気筒と協働して燃焼室を形成するピストンと、燃焼室上部に配置された点火プラグと、燃焼室側方部から燃料を噴射するインジェクタとを有する筒内噴射式エンジンにＥＧＲを実行する筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置であって、
インジェクタの燃料の噴射と点火プラグの燃料への点火とを制御する燃料燃焼制御手段と、
排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ手段と、
前記ＥＧＲ手段を制御するＥＧＲ制御手段とを有し、
前記燃料燃焼制御手段は、エンジンが冷間状態にあるときは燃料噴射を圧縮行程中に実行するように構成されており、
前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンが冷間状態にあって吸気温度が所定の吸気温度以下であるときは前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流し、
前記インジェクタは、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する第１の噴射口と、前記第１の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第２の噴射口とを備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置。 A cylinder that performs EGR in a cylinder injection engine that has a piston that forms a combustion chamber in cooperation with the cylinder, a spark plug disposed at the upper part of the combustion chamber, and an injector that injects fuel from the side of the combustion chamber An exhaust gas recirculation device for an internal injection engine,
Fuel combustion control means for controlling injection of fuel from the injector and ignition of fuel from the spark plug;
EGR means for returning a part of the exhaust gas to the intake system;
EGR control means for controlling the EGR means,
The fuel combustion control means is configured to perform fuel injection during a compression stroke when the engine is in a cold state.
The EGR control means controls the EGR means to recirculate a part of the exhaust gas to the intake system when the engine is cold and the intake air temperature is equal to or lower than a predetermined intake air temperature.
The injector injects fuel to a piston side as compared with the first injection port, and a first injection port for injecting fuel so that the fuel spray is close to the electrode of the spark plug with a predetermined distance. An exhaust gas recirculation device for an in-cylinder injection engine, comprising: 請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置において、
前記燃料燃焼制御手段は、エンジンが冷間状態にあってエンジンの温度が所定のエンジン温度より高いときは前記圧縮行程中の燃料噴射を一括して行い、前記所定のエンジン温度より低いときは少なくとも１回圧縮行程中に実行する分割噴射を実行するように構成されており、
前記ＥＧＲ制御手段は、エンジンの温度が所定のエンジン温度以下のときは前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流することを制限することを特徴とする筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置。 The exhaust gas recirculation device for a direct injection engine according to claim 1,
The fuel combustion control means collectively performs fuel injection during the compression stroke when the engine is cold and the engine temperature is higher than a predetermined engine temperature, and at least when the engine temperature is lower than the predetermined engine temperature. It is configured to perform split injection that is performed during a single compression stroke,
The EGR control means controls the EGR means to restrict recirculation of a part of the exhaust gas to the intake system when the temperature of the engine is equal to or lower than a predetermined engine temperature. Exhaust gas recirculation device. 請求項１または２に記載の筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置において、
排気ガスを浄化する触媒を有し、
前記燃料燃焼制御手段は、点火プラグに点火タイミングをリタードさせて排気ガスを高温にし、高温の排気ガスにより触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇制御を実行するように構成されており、
前記ＥＧＲ制御手段は、前記燃料燃焼制御手段が前記触媒温度上昇制御を実行中は前記ＥＧＲ手段を制御して排気ガスの一部を吸気系に還流することを制限することを特徴とする筒内噴射式エンジンの排気ガス還流装置。 The exhaust gas recirculation device for a direct injection engine according to claim 1 or 2,
Having a catalyst to purify the exhaust gas,
The fuel combustion control means is configured to execute a catalyst temperature increase control in which the ignition timing is retarded by the ignition plug to raise the exhaust gas to a high temperature and the temperature of the catalyst is increased by the high temperature exhaust gas.
The EGR control means limits the recirculation of a part of the exhaust gas to the intake system by controlling the EGR means while the fuel combustion control means is executing the catalyst temperature increase control. Exhaust gas recirculation device for injection engines.
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