JP2010121572A - Compression ignition internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve secure ignition in a low load region and suppression of combustion noise in a high load region by making distribution of octane numbers of fuel in a combustion chamber 4 suitable for an engine operation state. <P>SOLUTION: Two fuel valves are arranged in a center of an upper part of the combustion chamber 4, and conic sprays are different in spray angles. A high octane number fuel F1 has a narrow spray angle, and is sprayed into a cavity 17 of a piston 3 in the latter half of the compression stroke in the low load region and the intermediate load region. A low octane number fuel F2 has a wide spray angle, and the compression ignition timing thereof is controlled by the injection timing, and is sprayed in the timing not interfering with the high octane number fuel F1 colliding with the cavity 17 in the low load region, and is sprayed in the timing interfering with the high octane number fuel F1 ascended from the cavity 17 in the intermediate load region, and a part thereof is mixed, and fuel having an intermediate octane number is obtained. In the high load region, the high octane number fuel is injected in the intake stroke, and is mixed with the low octane number fuel F2 injected later. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、予混合圧縮着火燃焼、特にオクタン価の異なる２種の燃料をそれぞれ筒内に直接噴射して圧縮着火燃焼を行う圧縮着火内燃機関に関する。   The present invention relates to premixed compression ignition combustion, particularly to a compression ignition internal combustion engine that performs compression ignition combustion by directly injecting two types of fuels having different octane numbers into a cylinder.

特許文献１には、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とを筒内に個々に噴射するようにした内燃機関が開示されている。ここでは、２つの燃料噴射弁からオクタン価の異なる燃料を両者が実質的に重ならないように噴射することで、燃料濃度が均質でかつオクタン価分布のある混合気場を形成するようにしており、これによって広い運転領域で圧縮着火燃焼の実現を図っている。
特開２００５−１３９９４５号公報 Patent Document 1 discloses an internal combustion engine in which a low-octane fuel and a high-octane fuel are individually injected into a cylinder. Here, fuels having different octane numbers are injected from the two fuel injection valves so that they do not substantially overlap with each other, so that an air-fuel mixture field having a uniform fuel concentration and an octane number distribution is formed. This achieves compression ignition combustion in a wide operating range.
JP-A-2005-139945

しかしながら、上記特許文献１の技術では、２つの燃料を別個に分布させることができる反面、中間のオクタン価となる混合した燃料分布を形成できないため、適用可能な運転領域が限定されてしまう。すなわち、特許文献１では、負荷の上昇に伴って、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料の供給割合を、低オクタン価燃料が少なくなるように制御する旨開示されているが、２つの燃料が混合せずに負荷の上昇とともに高オクタン価燃料の量を増加させた場合、低オクタン価燃料によって着火した高オクタン価燃料が一斉に発火するため、燃焼後半が急峻燃焼になり、燃焼騒音が過大となる。また、負荷の上昇に対し低オクタン価燃料が過度に増加すると、低オクタン価燃料が一斉に発火し、燃焼の前半が急峻な燃焼となる。   However, in the technique of the above-described Patent Document 1, two fuels can be distributed separately, but a mixed fuel distribution having an intermediate octane number cannot be formed, so that an applicable operation range is limited. That is, in Patent Document 1, it is disclosed that the supply ratio of the low octane fuel and the low octane fuel is controlled so as to reduce the low octane fuel as the load increases, but the two fuels are not mixed. When the amount of high-octane fuel is increased as the load is increased, the high-octane fuel ignited by the low-octane fuel is ignited all at once, resulting in sharp combustion in the second half of combustion and excessive combustion noise. Further, if the low octane fuel is excessively increased with the increase in load, the low octane fuel is ignited all at once, and the first half of the combustion becomes steep combustion.

そこで、本発明は、低オクタン価燃料および高オクタン価燃料をそれぞれ筒内に直接噴射し、圧縮自己着火させる筒内直接噴射式の圧縮着火内燃機関において、各々の燃料の筒内での干渉状態を制御し、互いに混合せずに分布する固有のオクタン価を有する燃料の量と、噴射した燃料の混合によって生じた中間のオクタン価を有する燃料の量との割合を、機関運転状態に応じて変化させることで、各々の燃料が一斉に着火し熱発生が急峻になることを抑制するようにした。   Therefore, the present invention controls the interference state of each fuel in a cylinder in a direct-injection compression ignition internal combustion engine that directly injects a low-octane fuel and a high-octane fuel into the cylinder and performs compression self-ignition. By changing the ratio of the amount of fuel having an inherent octane number distributed without mixing with each other and the amount of fuel having an intermediate octane number generated by mixing of injected fuels according to the engine operating state, In addition, the fuel was ignited all at once and the generation of heat was prevented from becoming steep.

すなわち、オクタン価の低い燃料は、燃料噴射後着火に至るまでの期間いわゆる着火遅れ期間が短いため、噴射後速やかに着火に至る。一方、高オクタン価燃料は、着火遅れ期間が長い。一般的に２つのオクタン価の燃料を混合させた場合、混合燃料のオクタン価は２つの燃料のオクタン価の中間のオクタン価となる。この中間のオクタン価の燃料では、中間の着火遅れ期間となる。従って、筒内に分布させる燃料のオクタン価に適当な分布が存在すれば、着火開始時期に位相差を生じさせることができ、燃焼期間を調整することが可能となる。   That is, the fuel having a low octane number is ignited promptly after injection because the so-called ignition delay period is short after the fuel injection. On the other hand, high-octane fuel has a long ignition delay period. In general, when two octane fuels are mixed, the octane number of the mixed fuel is an octane number intermediate between the octane numbers of the two fuels. This intermediate octane fuel has an intermediate ignition delay period. Therefore, if there is an appropriate distribution in the octane number of the fuel distributed in the cylinder, a phase difference can be generated at the ignition start timing, and the combustion period can be adjusted.

一方、燃料の着火遅れ期間は燃料濃度にも影響を受ける。つまり、濃度が低い混合気では、相対的に濃度の高い混合気に比べて着火遅れ期間が長くなる。低オクタン価燃料を着火源として燃焼を開始させる圧縮着火内燃機関の場合、噴射する燃料量の少ない機関低負荷において、低オクタン価燃料が高オクタン価燃料と混合することによってそのオクタン価が上昇してしまうと、着火遅れが長くなりすぎてしまい、失火や着火時期の不安定に起因した燃焼変動を引き起こす可能性が高くなる。機関低負荷においては、高オクタン価燃料量も少ないため、仮にこの高オクタン価燃料が一斉に着火した場合でも運転性に支障をきたすことはない。   On the other hand, the fuel ignition delay period is also affected by the fuel concentration. That is, in the air-fuel mixture having a low concentration, the ignition delay period is longer than that in the air-fuel mixture having a relatively high concentration. In the case of a compression ignition internal combustion engine that starts combustion using a low-octane fuel as an ignition source, when the low-octane fuel is mixed with a high-octane fuel at a low engine load with a small amount of fuel to be injected, the octane number increases. The ignition delay becomes too long, and there is a high possibility of causing a combustion fluctuation due to misfire or instability of the ignition timing. At low engine loads, the amount of high-octane fuel is small, so even if the high-octane fuel is ignited all at once, it will not hinder operability.

従って、機関負荷が低負荷においては、異なるオクタン価の燃料を混合させずに分布させて、低オクタン価燃料による確実な着火を実現することが望ましい。そして、機関負荷の上昇に伴って、両者が混合した中間のオクタン価を有する混合気を分布させることによって、適宜なオクタン価分布を生成し、これによって適切な期間での燃焼を実現することが望ましい。   Therefore, when the engine load is low, it is desirable that fuels having different octane numbers are distributed without being mixed to realize reliable ignition with the low octane fuel. It is desirable to generate an appropriate octane number distribution by distributing an air-fuel mixture having an intermediate octane number mixed with the increase in engine load, thereby realizing combustion in an appropriate period.

なお、低オクタン価燃料は着火遅れ期間が短いため、燃焼室内での圧縮着火の時期は、実質的に、低オクタン価燃料の噴射時期によって制御される。   Since the low-octane fuel has a short ignition delay period, the compression ignition timing in the combustion chamber is substantially controlled by the low-octane fuel injection timing.

中間のオクタン価の燃料の生成つまり各々の燃料の筒内での干渉状態を制御する手段の一つとしては、燃料噴霧の相対位置を調整するために、各々の噴射時期を調整することが可能である。例えば、機関の低負荷ではオクタン価の異なる２つの燃料の噴射時期を圧縮上死点に近づけるとともに、噴射時期の間隔を狭くすることで、異なる燃料が筒内に広く分布する前に着火させ、燃料の混合によるオクタン価の変動（上昇・低下）を防ぐ。一方、機関負荷が高くなるとともに、オクタン価の異なる２つの燃料の噴射時期のうち、少なくとも先に噴射する高オクタン価燃料の噴射時期を進角させるともに、２つの噴射時期の間隔を広くすることで、筒内に比較的広く分布した高オクタン価燃料中を低オクタン価燃料が通過するようにし、燃料の混合による中間オクタン価の混合気を生成する。   As one of means for controlling the generation of intermediate octane fuel, that is, the interference state of each fuel in the cylinder, it is possible to adjust each injection timing in order to adjust the relative position of the fuel spray. is there. For example, at low engine load, the injection timing of two fuels with different octane numbers is brought close to the compression top dead center, and the interval between the injection timings is narrowed so that different fuels are ignited before they are widely distributed in the cylinder. Prevents fluctuations (increase / decrease) in octane number due to mixing. On the other hand, as the engine load increases, among the injection timings of two fuels having different octane numbers, at least the injection timing of the high octane fuel to be injected first is advanced, and the interval between the two injection timings is widened. A low-octane fuel is allowed to pass through a high-octane fuel that is relatively widely distributed in the cylinder, and an intermediate-octane fuel mixture is generated by mixing the fuel.

また、各々の燃料の筒内での干渉状態を制御するために、筒内のガス流動（例えばスワールやタンブル）の強度を可変制御する手段を用いることができる。例えば、機関低負荷では、ガス流動を強くすることによって、先に噴射した高オクタン価燃料を、ガス流動が弱い場合の噴射方向とは異なる位置に分布させるようにし、次に低オクタン燃料を噴射する。低オクタン価燃料は着火遅れ期間が短いため、流動の影響で筒内の分布位置が大きく異なることはない。これに対し、着火遅れ期間の長い高オクタン価燃料はガス流動の影響を受けやすい。例えばガス流動の強度が弱いときに両者が重なり合って中間のオクタン価を生成しやすくように各々の燃料噴霧の指向方向を設定しておくことで、筒内のガス流動の強度によって中間のオクタン価の混合気生成量を調整することが可能である。   In addition, in order to control the interference state of each fuel in the cylinder, means for variably controlling the intensity of gas flow (for example, swirl or tumble) in the cylinder can be used. For example, at a low engine load, by increasing the gas flow, the previously injected high-octane fuel is distributed at a position different from the injection direction when the gas flow is weak, and then the low-octane fuel is injected. . Since the low-octane fuel has a short ignition delay period, the distribution position in the cylinder does not vary greatly due to the influence of flow. In contrast, high-octane fuel with a long ignition delay period is susceptible to gas flow. For example, by setting the directing direction of each fuel spray so that they can easily generate an intermediate octane number when the gas flow strength is weak, the mixing of the intermediate octane numbers depends on the gas flow strength in the cylinder. It is possible to adjust the gas generation amount.

上述したように、機関の低負荷域では、中間のオクタン価の燃料量を少なくし、高負荷域では、中間のオクタン価の燃料量を多くするように制御することが、低負荷域における確実な着火と、高負荷域における燃焼期間の適正化と、の観点から望ましい。特に、所定負荷以下の低負荷域においては、確実な着火を行うために、筒内に実際に分布している低オクタン価燃料のオクタン価が、燃料噴射弁に供給された低オクタン価燃料の固有のオクタン価つまり供給可能な最低オクタン価であることが望ましい。   As described above, it is possible to reduce the amount of fuel with an intermediate octane number in the low load region of the engine and to increase the amount of fuel with an intermediate octane number in the high load region. From the viewpoint of optimization of the combustion period in the high load range. In particular, in a low load region below a predetermined load, in order to perform reliable ignition, the octane number of the low octane number fuel actually distributed in the cylinder is the unique octane number of the low octane number fuel supplied to the fuel injection valve. That is, the lowest octane number that can be supplied is desirable.

この発明によれば、燃焼室内での燃料のオクタン価の分布を機関の運転状態に適したものとすることができ、例えば低負荷域において確実な着火を行うことができるとともに、高負荷域における急峻な熱発生を回避して燃焼騒音を抑制することができる。   According to the present invention, the distribution of the octane number of the fuel in the combustion chamber can be made suitable for the operating state of the engine, and, for example, reliable ignition can be performed in a low load region and steep in a high load region. Generation of heat can be avoided and combustion noise can be suppressed.

図１は、この発明に係る圧縮着火内燃機関の第１実施例を示しており、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とピストン３とによって燃焼室４が形成されている。この燃焼室４は、吸気弁５を介して吸気ポート６と連通し、かつ排気弁７を介して排気ポート９と連通する。吸気弁５および排気弁７は、それぞれ吸気弁用カム１０、排気弁用カム１１によって開閉駆動される。燃焼室４の上面中心部には、２つの燃料噴射弁つまり低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５と高オクタン価燃料用燃料噴射弁１６とが並んで配置されている。   FIG. 1 shows a first embodiment of a compression ignition internal combustion engine according to the present invention. A combustion chamber 4 is formed by a cylinder head 1, a cylinder block 2 and a piston 3. The combustion chamber 4 communicates with the intake port 6 via the intake valve 5 and communicates with the exhaust port 9 via the exhaust valve 7. The intake valve 5 and the exhaust valve 7 are opened and closed by an intake valve cam 10 and an exhaust valve cam 11, respectively. Two fuel injection valves, that is, a low-octane fuel injection valve 15 and a high-octane fuel injection valve 16 are arranged side by side in the center of the upper surface of the combustion chamber 4.

各々の燃料噴射弁１５，１６には、別個の燃料配管ならびに燃料ポンプ等（いずれも図示せず）を介して、低オクタン価燃料および高オクタン価燃料が個々に供給されている。これらの燃料噴射弁１５，１６に対向して、ピストン３の冠面中央部には、高オクタン価燃料用燃料噴射弁１６から噴射された燃料を受け止めて成層混合気形成を行えるように、適宜な形状のキャビティ１７が設けられている。これら２つの燃料噴射弁１５，１６は、いずれも、シリンダ中心軸線を中心とした円錐形の噴霧を形成するが、高オクタン価燃料用燃料噴射弁１６は上記キャビティ１７内に向けて燃料を噴射するように噴霧角が狭く構成され、低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５は、この高オクタン価燃料の噴霧の外側に燃料を噴射するように噴霧角が広く構成されている。なお、これらの燃料噴射弁１５，１６は、通常は、全体として円錐形の噴霧を形成するマルチホール型燃料噴射弁が用いられるが、必ずしもこれに限定されず、円錐形の噴霧を形成する単噴孔のものであってもよい。   Each of the fuel injection valves 15 and 16 is individually supplied with a low-octane fuel and a low-octane fuel via separate fuel pipes and a fuel pump (not shown). Opposite these fuel injection valves 15, 16, the central part of the piston 3 has an appropriate center so that a stratified mixture can be formed by receiving the fuel injected from the high-octane fuel injection valve 16. A shaped cavity 17 is provided. Both of these two fuel injection valves 15 and 16 form a conical spray centered on the cylinder center axis, but the high-octane fuel injection valve 16 injects fuel into the cavity 17. Thus, the fuel injection valve 15 for low-octane fuel is configured to have a wide spray angle so as to inject fuel outside the high-octane fuel spray. The fuel injection valves 15 and 16 are usually multi-hole fuel injection valves that form a conical spray as a whole. However, the present invention is not necessarily limited to this, and a single hole that forms a conical spray is used. It may be that of a nozzle hole.

次に、上記構成における作用を説明すると、図３は、上記燃料噴射弁１５，１６のそれぞれの燃料噴射時期（噴射期間）を、横軸を機関の負荷、縦軸をクランク角度として示したものであり、図２は、このような燃料噴射によって実現される燃料分布を、低負荷時、中負荷時、高負荷時の３つについて模式的に示した説明図である。   Next, the operation of the above configuration will be described. FIG. 3 shows the fuel injection timing (injection period) of the fuel injection valves 15 and 16 with the horizontal axis as the engine load and the vertical axis as the crank angle. FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the fuel distribution realized by such fuel injection for three cases of low load, medium load, and high load.

始めに、図２について説明すると、例えば低負荷時には、図の（ａ１）→（ａ２）→（ａ３）のように変化する。高オクタン価燃料Ｆ１（図中では高オクタン価燃料の領域ないし噴霧をドットを施して表す）は、燃料噴射弁１６から狭い噴霧角でもって噴射されるが、圧縮行程後半にキャビティ１７に向けて噴射された燃料Ｆ１は、キャビティ１７底面に衝突した後、キャビティ１７外周部へ向かい、燃焼室４上方へと跳ね上がる。   First, FIG. 2 will be described. For example, when the load is low, it changes as (a1) → (a2) → (a3) in the figure. The high-octane fuel F1 (in the figure, the high-octane fuel region or spray is indicated by dots) is injected from the fuel injection valve 16 with a narrow spray angle, but is injected toward the cavity 17 in the latter half of the compression stroke. After the fuel F <b> 1 collides with the bottom surface of the cavity 17, the fuel F <b> 1 moves toward the outer periphery of the cavity 17 and jumps up above the combustion chamber 4.

機関低負荷においては、この高オクタン価燃料Ｆ１がキャビティ１７から巻き上がる前に、低オクタン価燃料Ｆ２（図中では低オクタン価燃料の領域ないし噴霧をクロスハッチングを施して表す）がシリンダ周辺へ向けて噴射される。従って、低オクタン価燃料Ｆ２は高オクタン価燃料Ｆ１とは干渉せずにキャビティ１７よりも外側のピストン冠面領域へと向かい、図（ａ３）のように、筒内に高オクタン価燃料と低オクタン価燃料をそれぞれ殆ど混合せずに分布させることができる。   Under a low engine load, before the high-octane fuel F1 is rolled up from the cavity 17, the low-octane fuel F2 (in the figure, the low-octane fuel region or spray is shown by cross-hatching) is injected toward the periphery of the cylinder. Is done. Therefore, the low-octane fuel F2 does not interfere with the high-octane fuel F1 and goes to the piston crown surface area outside the cavity 17, and the high-octane fuel and the low-octane fuel are placed in the cylinder as shown in FIG. Each can be distributed with little mixing.

一方、機関負荷が上昇し、中負荷となると、低負荷時と同様に、高オクタン価燃料Ｆ１が圧縮行程後半にキャビティ１７に向けて噴射されるが、図（ｂ２）のように、高オクタン価燃料Ｆ１がキャビティ１７から低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５の噴霧軸線（高さ位置）まで巻き上がった後、または直前に、低オクタン価燃料Ｆ２が噴射される。これにより、低オクタン価燃料Ｆ２は高オクタン価燃料Ｆ１と干渉しつつキャビティ１７よりも外側の領域へと向かい、筒内に、局部的に固有のオクタン価を有する高オクタン価燃料ならびに低オクタン価燃料と、両者の中間のオクタン価を有する燃料と、をそれぞれ分布させることができる。   On the other hand, when the engine load increases and becomes a medium load, the high octane fuel F1 is injected toward the cavity 17 in the latter half of the compression stroke as in the case of the low load. However, as shown in FIG. The low-octane fuel F2 is injected after or immediately before F1 winds up from the cavity 17 to the spray axis (height position) of the fuel injection valve 15 for low-octane fuel. As a result, the low-octane fuel F2 goes to the area outside the cavity 17 while interfering with the high-octane fuel F1, and the high-octane fuel and the low-octane fuel both having a unique octane number locally in the cylinder. A fuel having an intermediate octane number can be distributed.

機関負荷がさらに高まって高負荷域となると、キャビティ１７の外側にも高オクタン価燃料Ｆ１が分布するように、吸気行程または圧縮行程前半に、高オクタン価燃料用燃料噴射弁１６から高オクタン価燃料Ｆ１が噴射される。これにより高オクタン価燃料が燃焼室４内に広く分布した状態となり、この状態で、圧縮行程の後半において、低オクタン価燃料Ｆ２が噴射される。従って、低オクタン価燃料は噴射後速やかに高オクタン価燃料と混合され、中間のオクタン価を有する燃料が燃焼室４の燃料の殆どを占めるようになる。なお、図（ｃ３）等では表記上の制限から低オクタン価燃料Ｆ２が独立した領域を占めるかのように描かれているが、実際には、速やかに混合したものとなる。このように中間のオクタン価の燃料のみとなっても、高負荷域においては筒内の当量比が大きく、低オクタン価燃料による着火性が良いため、着火性が悪化することはない。   When the engine load further increases and becomes a high load region, the high octane fuel F1 is supplied from the high octane fuel injection valve 16 in the first half of the intake stroke or the compression stroke so that the high octane fuel F1 is distributed outside the cavity 17. Be injected. As a result, the high-octane fuel is widely distributed in the combustion chamber 4, and in this state, the low-octane fuel F2 is injected in the second half of the compression stroke. Accordingly, the low-octane fuel is mixed with the high-octane fuel immediately after injection, and the fuel having the intermediate octane number occupies most of the fuel in the combustion chamber 4. In FIG. (C3) and the like, the low octane number fuel F2 is drawn as if it occupies an independent region due to the limitation on the notation, but in reality, it is quickly mixed. Thus, even if the fuel has only an intermediate octane number, the equivalence ratio in the cylinder is large in the high load region, and the ignitability by the low octane number fuel is good, so the ignitability is not deteriorated.

なお、いずれの負荷の場合も、低オクタン価燃料Ｆ２がシリンダボア周辺へ向かって噴射され、この低オクタン価燃料Ｆ２の噴霧を中心として着火が開始されるため、燃焼室４の中で着火開始部位をシリンダボア壁近傍とすることができ、従って、燃焼による膨張作用で未燃燃料がピストンクレビスに入り未燃ＨＣとして排出される、といった現象を抑制できる。   In any load, the low octane number fuel F2 is injected toward the cylinder bore and the ignition starts with the spray of the low octane number fuel F2 as the center. Therefore, it is possible to suppress the phenomenon that unburned fuel enters the piston clevis and is discharged as unburned HC by the expansion action due to combustion.

上記の各燃料噴射弁１５，１６からの燃料噴射時期は、より具体的には図３に示すように制御される。   More specifically, the fuel injection timing from each of the fuel injection valves 15 and 16 is controlled as shown in FIG.

先ず、低オクタン価燃料はそれ自身の自己着火によって燃焼開始を行わせることを目的として噴射するため、噴射時期は、圧縮上死点付近に設定される。低負荷側の区間Ａ，Ｂでは、負荷の上昇に対して、着火時における燃料の分散を適切にする（着火時期に拡散し過ぎて失火しないようにする）ために低オクタン価燃料噴射終了時期は一定にしつつ、低オクタン価燃料噴射開始時期を進角させて、噴射量を上昇させる。ただし、負荷がある値以上となる区間Ｃ〜Ｅでは、噴射量は一定とする。これは、噴射量の増大は、噴射時期の進角や噴射圧力の増大を必要とするため、低オクタン価燃料の貫徹力が過大となってシリンダボアに直撃するのを防ぐためである。   First, since the low-octane fuel is injected for the purpose of starting combustion by self-ignition of itself, the injection timing is set near the compression top dead center. In the sections A and B on the low load side, the low octane number fuel injection end timing is set so as to appropriately distribute the fuel at the time of ignition with respect to the increase in load (so as not to spread too much at the ignition timing and misfire). The injection amount is increased by advancing the low-octane fuel injection start timing while keeping it constant. However, the injection amount is constant in the sections C to E where the load is a certain value or more. This is because an increase in the injection amount requires an advance in the injection timing and an increase in the injection pressure, so that the penetrating force of the low-octane fuel is excessive and prevents the cylinder bore from hitting directly.

一方、高オクタン価燃料は低オクタン価燃料よりも以前に噴射を行う。所定の機関負荷以下の区間Ａでは、負荷上昇に対して、噴射開始時期を進角させるとともに噴射終了時期を遅角させて燃料噴射量を増大させる。破線Ｓ１は、高オクタン価燃料がピストン３に衝突して低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５の噴霧軸線まで達する時期を示しているが、この時期Ｓ１が、低オクタン価燃料の噴射終了時期よりも後となるようにして、両者の干渉を回避する。なお、噴射開始時期および噴射終了時期を破線Ｓ２，Ｓ３のようにしても、高オクタン価燃料がピストン３に衝突して低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５の噴霧軸線まで達する時期（破線Ｓ４で示す）は、低オクタン価燃料の噴射終了時期よりも後となるが、低負荷側での低オクタン価燃料の着火性を確実なものとするためには、実線で示した特性の方が高オクタン価燃料との混合のリスクが少なく、より好ましい。   On the other hand, the high-octane fuel is injected before the low-octane fuel. In the section A below the predetermined engine load, the fuel injection amount is increased by advancing the injection start timing and retarding the injection end timing with respect to the load increase. The broken line S1 indicates the time when the high octane fuel collides with the piston 3 and reaches the spray axis of the fuel injection valve 15 for low octane fuel, and this time S1 is after the injection end time of the low octane fuel. In this way, interference between the two is avoided. Even when the injection start timing and the injection end timing are as indicated by broken lines S2 and S3, the timing when the high octane number fuel collides with the piston 3 and reaches the spray axis of the fuel injection valve 15 for low octane number fuel (indicated by the broken line S4). Is after the injection end timing of the low-octane fuel, but in order to ensure the ignitability of the low-octane fuel on the low load side, the characteristics shown by the solid line are better than those of the high-octane fuel. The risk of mixing is small and more preferable.

また、所定の負荷以上の区間Ｂ，Ｃにおいては、噴射開始時期を進角させて燃料噴射量を増大させる。この高オクタン価燃料の噴射開始時期によって破線Ｓ１の特性が定まり、この破線Ｓ１の時期ひいてはこの破線Ｓ１の時期よりも後に噴射される低オクタン価燃料の量を調整することで、混合の程度が調整される。噴射終了時期は、負荷上昇に対し進角せず、一定もしくは緩やかに進角するが、これは、着火時期におけるキャビティ１７内の混合気が過濃とならないようにするためである。そして、さらに高負荷側の区間Ｄ，Ｅでは、キャビティ１７内の過濃混合気を回避するために、燃料噴射時期が、吸気行程または圧縮行程前半に設定される。   Further, in the sections B and C above the predetermined load, the fuel injection amount is increased by advancing the injection start timing. The characteristic of the broken line S1 is determined by the injection start timing of the high octane fuel, and the degree of mixing is adjusted by adjusting the time of the broken line S1 and the amount of low octane fuel injected after the time of the broken line S1. The The injection end timing does not advance with respect to the load increase, but does advance at a constant or moderate speed in order to prevent the air-fuel mixture in the cavity 17 from becoming excessively rich at the ignition timing. In the sections D and E on the higher load side, the fuel injection timing is set to the intake stroke or the first half of the compression stroke in order to avoid the excessive air-fuel mixture in the cavity 17.

次に、図４は、オクタン価の異なる燃料噴霧の干渉状態をさらに積極的に制御するためにスワールを利用するようにした第２実施例を示しており、吸気ポート６に、スワールの強度を可変制御するためのスワール制御弁２１が設けられている。このスワール制御弁２１は、バタフライバルブ型の弁体の一部に切欠を備えた一般的な構成のものであり、所定の負荷域において閉位置とすることで、筒内にスワールを生成することができる。また、２つの燃料噴射弁１５，１６は、マルチホール型燃料噴射弁であって、いずれも、全体としてシリンダ中心軸線を中心とした円錐形の噴霧を形成するが、前述した実施例と同じく、高オクタン価燃料用燃料噴射弁１６はキャビティ１７内に向けて燃料を噴射するように噴霧角が狭く構成され、低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５は、この高オクタン価燃料の噴霧の外側に燃料を噴射するように噴霧角が広く構成されている。また、個々の噴孔の噴霧は、図５に示すように、シリンダ軸方向から見たときに、低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５の噴霧Ｆ２と高オクタン価燃料用燃料噴射弁１６の噴霧Ｆ１とが、ほぼ同じ噴霧方向となっている。   Next, FIG. 4 shows a second embodiment in which a swirl is used to more actively control the interference state of fuel sprays having different octane numbers, and the strength of the swirl is made variable at the intake port 6. A swirl control valve 21 for control is provided. The swirl control valve 21 has a general configuration in which a part of a butterfly valve type valve body is provided with a notch, and generates a swirl in a cylinder by being in a closed position in a predetermined load region. Can do. The two fuel injection valves 15 and 16 are multi-hole fuel injection valves, both of which form a conical spray centered on the cylinder center axis as a whole. The fuel injection valve 16 for high octane fuel is configured to have a narrow spray angle so as to inject fuel into the cavity 17, and the fuel injection valve 15 for low octane fuel injects fuel outside the spray of high octane fuel. The spray angle is configured to be wide. Further, as shown in FIG. 5, the sprays of the individual nozzle holes are sprayed F2 of the fuel injection valve 15 for the low octane fuel and the spray F1 of the fuel injection valve 16 for the high octane fuel when viewed from the cylinder axial direction. However, the spray direction is almost the same.

図６は、この第２実施例における噴霧の混合を説明する説明図であって、図（ａ）に示す低負荷域では、スワール制御弁２１によってスワールの強度が強められ、これにおり、先に噴射された高オクタン価燃料の噴霧Ｆ１’がキャビティ１７内で跳ね上がって燃料塊Ｆ１のように上昇する際に、スワール下流側に移動する。従って、遅れて噴射される低オクタン価燃料の噴霧Ｆ２とシリンダ軸方向に見て重なり合わず、両者の混合が抑制される。   FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the mixing of the spray in the second embodiment. In the low load region shown in FIG. 6 (a), the swirl control valve 21 increases the strength of the swirl. When the spray F1 ′ of the high octane fuel injected into the nozzle jumps up in the cavity 17 and rises like the fuel block F1, it moves downstream of the swirl. Accordingly, the low-octane fuel spray F2 injected with a delay does not overlap with the cylinder axis direction, and mixing of both is suppressed.

これに対し、負荷の高い領域では、図（ｂ）に示すように、スワール強度が弱められ、あるいはスワールが付与されない。そのため、先に噴射された高オクタン価燃料の燃料塊Ｆ１と低オクタン価燃料の噴霧Ｆ２とが干渉し、中間のオクタン価の燃料が生成される。   On the other hand, in the high load region, the swirl strength is weakened or swirl is not applied as shown in FIG. Therefore, the fuel block F1 of the high-octane fuel injected earlier and the spray F2 of the low-octane fuel interfere with each other, and an intermediate octane fuel is generated.

上記の第２実施例では、各燃料噴射弁１５，１６からの燃料噴射時期は、図７に示すように制御される。この噴射時期の制御の基本的な考え方は前述の第１実施例と同じであるが、低負荷側においてスワールによって２つの燃料の混合を抑制できるため、高オクタン価燃料の噴射時期をより進角側に設定することが可能である。従って、負荷の上昇に対して高オクタン価燃料の噴射量を増量する場合に、噴射開始時期の進角のみによってもよい。   In the second embodiment, the fuel injection timing from the fuel injection valves 15 and 16 is controlled as shown in FIG. The basic concept of this injection timing control is the same as in the first embodiment, but since the mixing of two fuels can be suppressed by swirl on the low load side, the injection timing of the high octane fuel is more advanced. Can be set. Therefore, when increasing the injection amount of the high octane fuel with respect to the increase in load, only the advance angle of the injection start timing may be used.

次に、図８は、燃料噴射弁１５，１６の配置を変更したこの発明の第３実施例を示している。この実施例では、低オクタン価燃料を噴射する低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５が燃焼室４の上面中心部に設置されている。この低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５は、前述した各実施例と同じく、シリンダ中心軸線を中心とした円錐形の噴霧を形成するものであり、その噴霧角が広く設定されている。一方、高オクタン価燃料用燃料噴射弁１６は、吸気ポート６の下側に配置され、燃焼室４の吸気弁側から排気弁側へ向けて斜め下方へ燃料を噴射するようになっている。この高オクタン価燃料用燃料噴射弁１６の配置に対応して、ピストン３冠面には、この吸気弁側から噴射される高オクタン価燃料噴霧を受け止めて燃焼室４中心から排気弁側へ跳ね上げるための凹部３１および該凹部３１の排気弁側の端縁に位置する滑らかに立ち上がった凸部３２が設けられている。   Next, FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention in which the arrangement of the fuel injection valves 15 and 16 is changed. In this embodiment, a low-octane fuel injection valve 15 for injecting low-octane fuel is installed in the center of the upper surface of the combustion chamber 4. The fuel injection valve 15 for low-octane fuel 15 forms a conical spray centered on the cylinder center axis, as in the above-described embodiments, and has a wide spray angle. On the other hand, the fuel injection valve 16 for high-octane fuel is disposed below the intake port 6 and injects the fuel obliquely downward from the intake valve side to the exhaust valve side of the combustion chamber 4. Corresponding to the arrangement of the fuel injection valve 16 for high-octane fuel, the piston 3 crown receives the high-octane fuel spray injected from the intake valve side and jumps from the center of the combustion chamber 4 to the exhaust valve side. And a convex part 32 that rises smoothly and is located on the edge of the concave part 31 on the exhaust valve side.

図９は、この第３実施例における噴霧の混合を説明する説明図であって、図（ａ）に示すように、高オクタン価燃料Ｆ１は、機関負荷が比較的高い領域を除いて、圧縮行程後半においてピストン３冠面へ向けて斜めに噴射される。この噴霧Ｆ１は、ピストン３冠面の凹部３１によって受け止められた後、滑らかに立ち上がった凸部３２に沿って上方へと跳ね上げられる。この高オクタン価燃料の燃料塊に対する低オクタン価燃料Ｆ２の相対的な燃料噴射時期を調整することで、第１実施例と同様に、両者の干渉を制御することができる。従って、各燃料噴射弁１５，１６の燃料噴射時期の制御は概ね第１実施例と同様となる。例えば低負荷域では、図（ａ）のように干渉が生じる前に低オクタン価燃料Ｆ２が噴射される。これに対し中負荷域では、図（ｂ），（ｃ）に示すように、ピストン３冠面に衝突した高オクタン価燃料Ｆ１が低オクタン価燃料用燃料噴射弁１５の噴霧軸線に達した段階で低オクタン価燃料Ｆ２が噴射され、両者の混合が生じる。   FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the spray mixing in the third embodiment. As shown in FIG. 9A, the high-octane fuel F1 is a compression stroke except for a region where the engine load is relatively high. In the second half, it is injected obliquely toward the crown surface of the piston 3. The spray F1 is received by the concave portion 31 on the crown surface of the piston 3 and then splashed upward along the convex portion 32 that rises smoothly. By adjusting the relative fuel injection timing of the low-octane fuel F2 with respect to the high-octane fuel mass, the interference between them can be controlled as in the first embodiment. Therefore, the control of the fuel injection timing of each fuel injection valve 15, 16 is substantially the same as in the first embodiment. For example, in the low load region, the low-octane fuel F2 is injected before interference occurs as shown in FIG. On the other hand, in the middle load region, as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), the high octane number fuel F <b> 1 that collided with the crown surface of the piston 3 is low when it reaches the spray axis of the low-octane number fuel injection valve 15. Octane number fuel F2 is injected, and mixing of both occurs.

この第３実施例の場合、高オクタン価燃料が吸気弁側から排気弁側へ向かって噴射されるので、噴射後、高オクタン価燃料は燃焼室４中心からやや排気弁側に偏って分布する。これに対し、低オクタン燃料はシリンダ軸線を中心として放射状に噴射されるので、吸気弁側の領域では燃料の干渉が起こりにくい。従って、燃焼室４内で、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料と中間のオクタン価の燃料との生成が容易になる。また、燃焼室４の上部中心に２つの燃料噴射弁１５，１６を配置する必要がないため、燃焼室４のレイアウトが容易になる利点がある。   In the case of the third embodiment, since the high octane fuel is injected from the intake valve side toward the exhaust valve side, after injection, the high octane fuel is slightly distributed from the center of the combustion chamber 4 toward the exhaust valve side. In contrast, since low-octane fuel is injected radially around the cylinder axis, fuel interference is unlikely to occur in the region on the intake valve side. Therefore, in the combustion chamber 4, it is easy to generate a low octane fuel, a high octane fuel, and an intermediate octane fuel. In addition, since it is not necessary to arrange the two fuel injection valves 15 and 16 at the upper center of the combustion chamber 4, there is an advantage that the layout of the combustion chamber 4 is facilitated.

なお、上述した第１、第２実施例においては、２つの燃料噴射弁１５，１６が完全に分離独立した構成でなくてもよく、２つの燃料を噴射することが可能な実質的に一体化した構成の燃料噴射弁とすることも可能である。   In the first and second embodiments described above, the two fuel injection valves 15 and 16 do not have to be completely separated and independent, and are substantially integrated so that two fuels can be injected. It is also possible to provide a fuel injection valve having the structure described above.

第１実施例の構成説明図。FIG. 2 is a configuration explanatory diagram of the first embodiment. この第１実施例における負荷に応じた燃料の混合の状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state of the mixing of the fuel according to the load in this 1st Example. 各燃料噴射弁の燃料噴射時期を示す特性図。The characteristic view which shows the fuel-injection time of each fuel-injection valve. 第２実施例の構成説明図。Structure explanatory drawing of 2nd Example. 各燃料噴射弁の噴霧の方向を示す説明図。Explanatory drawing which shows the direction of spray of each fuel injection valve. この第２実施例における噴霧の混合の状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state of the mixing of the spray in this 2nd Example. 第２実施例の各燃料噴射弁の噴射時期を示す特性図。The characteristic view which shows the injection timing of each fuel injection valve of 2nd Example. 第３実施例の構成説明図。Structure explanatory drawing of 3rd Example. この第３実施例における噴霧の混合の状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state of mixing of the spray in this 3rd Example.

符号の説明Explanation of symbols

３…ピストン
４…燃焼室
１５…低オクタン価燃料用燃料噴射弁
１６…高オクタン価燃料用燃料噴射弁
１７…キャビティ
２１…スワール制御弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Piston 4 ... Combustion chamber 15 ... Fuel injection valve for low octane fuel 16 ... Fuel injection valve for high octane fuel 17 ... Cavity 21 ... Swirl control valve

Claims (7)

低オクタン価燃料および高オクタン価燃料をそれぞれ筒内に直接噴射し、圧縮自己着火させる筒内直接噴射式の圧縮着火内燃機関において、各々の燃料の筒内での干渉状態を制御し、互いに混合せずに分布する固有のオクタン価を有する燃料の量と、噴射した燃料の混合によって生じた中間のオクタン価を有する燃料の量との割合を、機関運転状態に応じて変化させることを特徴とする圧縮着火内燃機関。   In-cylinder direct-injection compression ignition internal combustion engines that inject low-octane fuel and high-octane fuel directly into the cylinder and perform compression self-ignition, control the interference state of each fuel in the cylinder and do not mix with each other A compression ignition internal combustion engine characterized in that the ratio between the amount of fuel having an inherent octane number distributed in the fuel and the amount of fuel having an intermediate octane number generated by mixing of injected fuels is changed according to the engine operating state organ. 各々の燃料の噴射時期を調整することにより筒内での両燃料の干渉状態を制御することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関。   2. The compression ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein an interference state of both fuels in the cylinder is controlled by adjusting an injection timing of each fuel. 筒内のガス流動の強度を可変制御する手段を備え、このガス流動の強度によって筒内での両燃料の干渉状態を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮着火内燃機関。   The compression ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2, further comprising means for variably controlling the gas flow intensity in the cylinder, and controlling an interference state of both fuels in the cylinder by the gas flow intensity. . 低負荷域では、各々の燃料の干渉を小さくして中間のオクタン価の燃料の割合を少なくし、高負荷域では干渉を大きくして中間のオクタン価の燃料の割合を多くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮着火内燃機関。   In the low load region, the interference of each fuel is reduced to reduce the proportion of the medium octane fuel, and in the high load region, the interference is increased to increase the proportion of the intermediate octane fuel. Item 4. A compression ignition internal combustion engine according to any one of Items 1 to 3. 所定負荷以下の低負荷域では、固有のオクタン価を有する低オクタン価燃料が混合せずに分布するように干渉状態を制御することを特徴とする請求項４に記載の圧縮着火内燃機関。   5. The compression ignition internal combustion engine according to claim 4, wherein the interference state is controlled so that low octane number fuel having a specific octane number is distributed without being mixed in a low load region of a predetermined load or less. 低オクタン価燃料および高オクタン価燃料をそれぞれ噴射する２つの燃料噴射弁が燃焼室中心部に配置されるとともに、ピストン冠面の中央部にキャビティを有し、
高オクタン価燃料用燃料噴射弁は上記キャビティに向けて燃料を噴射するように噴霧角が狭く構成され、低オクタン価燃料用燃料噴射弁は、この高オクタン価燃料の噴霧の外側に燃料を噴射するように噴霧角が広く構成され、かつ高オクタン価燃料が早期に噴射されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧縮着火内燃機関。 Two fuel injection valves for respectively injecting low octane number fuel and high octane number fuel are arranged in the center of the combustion chamber, and have a cavity in the center of the piston crown surface,
The fuel injection valve for high octane fuel is configured to have a narrow spray angle so that fuel is injected toward the cavity, and the fuel injection valve for low octane fuel is designed to inject fuel outside the spray of high octane fuel. The compression ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the spray angle is wide and high-octane fuel is injected early. 噴霧角の広い低オクタン価燃料用燃料噴射弁が燃焼室中心部に配置されるとともに、高オクタン価燃料用燃料噴射弁が燃焼室の吸気弁側から排気弁側へ向けて斜めに燃料を噴射するように配置され、かつ高オクタン価燃料が早期に噴射されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧縮着火内燃機関。   A fuel injection valve for low octane fuel with a wide spray angle is arranged in the center of the combustion chamber, and the fuel injection valve for high octane fuel injects fuel diagonally from the intake valve side to the exhaust valve side of the combustion chamber The compression ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the high-octane fuel is disposed at an early stage and is injected at an early stage.
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