JP2013122187A

JP2013122187A - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP2013122187A
Application number: JP2011270667A
Authority: JP
Inventors: Kyohei Yamaguchi; 恭平山口; Kazuyoshi Nakane; 一芳中根; Masaru Tanaka; 大田中
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: JP5839187B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain the performance in a wide operation region when fuel is directly injected into a cylinder, without including in the cylinder a direct-injection injector that directly injects fuel into the cylinder.SOLUTION: When the flow velocity of intake air is varied, air supply from a lower nozzle 25 and a nozzle 26 is controlled to suppress adhesion of fuel onto an inner wall of an intake port 5, and additionally high-speed air is supplied from the nozzle 26 to cause a vertical tumble flow (turbulent flow) to occur in a combustion chamber 6. As a result, a combustion speed is improved.

Description

本発明は、吸気通路への燃料の噴射状態を的確に設定することで、シリンダの内部（筒内）に燃料を直接噴射する燃料噴射装置を該筒内に直接設けることなく、性能向上を図ることができる内燃機関に関する。 In the present invention, by accurately setting the state of fuel injection into the intake passage, performance is improved without directly providing a fuel injection device in the cylinder (inside the cylinder) directly in the cylinder. The present invention relates to an internal combustion engine.

内燃機関（エンジン）として、シリンダの内部（筒内）に備えられ筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタと、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射インジェクタとを備えたエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art As an internal combustion engine (engine), an engine is known that includes a direct injection injector that is provided inside a cylinder (in a cylinder) and injects fuel directly into the cylinder, and a port injection injector that injects fuel into an intake passage. (For example, refer to Patent Document 1).

直噴インジェクタとポート噴射インジェクタとを備えたエンジンでは、直噴インジェクタから筒内に高圧の燃料を直接噴射することで、燃料の気化潜熱を吸気の冷却に利用し、混合気の温度を下げてノッキングの発生を抑制することができる。更に、吸気の冷却により空気密度を高くできるので、全負荷時の吸入空気量を増大させて性能を向上させることができる。また、ポート噴射インジェクタから吸気通路に燃料を噴射することで、筒内の流動が弱く、混合気の均質性が悪くなる低負荷の運転領域では、混合気の均質化を促進することができる。 In an engine equipped with a direct-injector and a port-injector, high-pressure fuel is directly injected from the direct-injector into the cylinder, so that the latent heat of vaporization of the fuel is used for cooling the intake air and the temperature of the mixture is lowered. The occurrence of knocking can be suppressed. Furthermore, since the air density can be increased by cooling the intake air, the amount of intake air at the full load can be increased to improve the performance. Further, by injecting fuel from the port injector into the intake passage, homogenization of the air-fuel mixture can be promoted in a low-load operating region where the flow in the cylinder is weak and the air-fuel mixture homogeneity is poor.

近年、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、吸気行程時における燃料噴射の状態を的確に制御することで、シリンダの内部に燃料を直接噴射した場合の性能を維持し、高い性能を得ることができるエンジンの開発が進められてきている。即ち、吸気行程時の吸気流動により燃料をシリンダの内部に直接送り込むようにしたエンジンの開発が進められてきている。 In recent years, a direct injection injector that directly injects fuel into the inside of the cylinder is not provided inside the cylinder, and the state of fuel injection during the intake stroke is accurately controlled so that fuel is directly injected into the cylinder. Development of engines capable of maintaining high performance and obtaining high performance has been promoted. That is, the development of an engine in which fuel is directly sent into the cylinder by the intake air flow during the intake stroke has been advanced.

吸気行程時の吸気流動により燃料をシリンダの内部に直接送り込むようにしたエンジンにおいては、吸気ポートや吸気バルブへの燃料の付着を防止することができる。このため、例えば、過給運転時のバルブオーバラップ拡大による出力向上や、次の行程への燃料の持越しによる吹き抜け燃料の増加の防止、吸気冷却による充填効率の向上、ノッキング抑制による出力向上等、直噴インジェクタを備えた場合と同等の効果を得ることができる。 In an engine in which fuel is directly fed into the cylinder by the intake air flow during the intake stroke, it is possible to prevent the fuel from adhering to the intake port and the intake valve. For this reason, for example, output improvement by expanding valve overlap during supercharging operation, prevention of increase of blow-by fuel due to carry-over of fuel to the next stroke, improvement of charging efficiency by intake air cooling, output improvement by suppressing knocking, etc. An effect equivalent to the case where a direct injection injector is provided can be obtained.

しかし、吸気流動により燃料をシリンダの内部に直接送り込むため、エンジンの運転状態によって燃料の輸送状態に影響を及ぼしてしまう虞があり、運転状態に応じて更に最適な状態で燃料を輸送できる余地があるのが現状である。このため、種々の運転状態に応じて燃焼性能を的確に向上させることが望まれているのが実情である。 However, since the fuel is directly fed into the cylinder by the intake air flow, there is a possibility that the operating state of the engine may affect the transportation state of the fuel, and there is room for the fuel to be transported in a more optimal state depending on the operating state. There is the present situation. For this reason, it is the actual situation that it is desired to accurately improve the combustion performance in accordance with various operating conditions.

特開２００９−２２８４４７号公報JP 2009-228447 A

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、シリンダの内部に燃料を直接噴射した場合の性能を維持し、運転状態に応じて吸気行程時における燃料の輸送状態を的確に制御することで、広範囲の運転領域において燃焼性能を的確に向上させることができる内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and maintains the performance when the fuel is directly injected into the cylinder without providing the cylinder with a direct injection injector that directly injects the fuel into the cylinder. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can accurately improve the combustion performance in a wide range of operation by accurately controlling the transportation state of the fuel during the intake stroke according to the operation state.

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関は、吸気通路内に燃料を噴射するインジェクタと、前記吸気通路とシリンダの内部とを連通する吸気開口と、吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる吸気行程噴射手段を少なくとも含む燃料噴射手段と、前記吸気開口近傍の前記吸気通路内において、前記インジェクタと対面する側の壁面から該壁面に沿うように空気を供給する第１空気供給手段と、前記インジェクタよりも吸気流れ方向下流側の前記吸気開口近傍の前記吸気通路内において、該インジェクタが設けられる側の壁面から該壁面に沿って空気を供給する第２空気供給手段と、機関の運転状態に応じて前記第１空気供給手段及び前記第２空気供給手段からの空気の供給を制御する空気供給制御手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to a first aspect of the present invention includes an injector that injects fuel into an intake passage, an intake opening that communicates the intake passage and the inside of the cylinder, and the intake passage during the intake stroke. A fuel injection means including at least an intake stroke injection means for injecting fuel from the injector; and a first air supplying air from the wall surface facing the injector along the wall surface in the intake passage near the intake opening. Air supply means; and second air supply means for supplying air along the wall surface from the wall surface on the side where the injector is provided in the intake passage in the vicinity of the intake opening downstream of the injector in the intake flow direction. And air supply control means for controlling the supply of air from the first air supply means and the second air supply means in accordance with the operating state of the engine. It is characterized in.

請求項１に係る本発明では、吸気行程噴射手段により吸気行程中に吸気通路内に燃料を噴射させ、吸気バルブが開いているときに燃料をシリンダの内部に流入させる。燃料の噴霧形状や噴射方向は、所定の運転条件を対象にし、吸気流動が考慮されて最適化されている。空気供給制御手段により機関の運転状態に応じて第１空気供給手段及び第２空気供給手段からの空気の供給が制御され、機関の運転状態が所定の運転条件から外れた場合であっても燃料の噴射の状態が補正され、吸気流動に応じた最適化の状態が維持される。 In the present invention according to claim 1, fuel is injected into the intake passage during the intake stroke by the intake stroke injection means, and the fuel flows into the cylinder when the intake valve is open. The fuel spray shape and the injection direction are optimized in consideration of the intake air flow for predetermined operating conditions. Even if the air supply control means controls the supply of air from the first air supply means and the second air supply means in accordance with the operating state of the engine, and the engine operating state deviates from the predetermined operating condition, the fuel The state of the injection is corrected, and the state of optimization according to the intake air flow is maintained.

これにより、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、燃料の気化潜熱を吸気の冷却に利用してノッキングの発生を抑制し、また、吸気の冷却により空気密度を高くして、全負荷時の吸入空気量を増大させて性能を向上させることができる。そして、運転状態に応じて吸気行程時における燃料の輸送状態を的確に制御して、広範囲の運転領域において燃焼性能を的確に向上させることが可能になる。 As a result, the occurrence of knocking is suppressed by using the latent heat of vaporization of the fuel for cooling the intake air without providing a direct injection injector for directly injecting the fuel into the cylinder. The performance can be improved by increasing the density and increasing the amount of intake air at full load. Then, it is possible to accurately improve the combustion performance in a wide range of operation by accurately controlling the fuel transportation state during the intake stroke according to the operation state.

そして、請求項２に係る本発明の内燃機関は、請求項１に記載の内燃機関において、前記機関の運転状態は、前記吸気通路の吸入空気の流速であり、前記空気供給制御手段は、予め設定された所定流速に対して前記吸入空気の流速が変化した際に、変化状況に基づいて、前記第１空気供給手段及び前記第２空気供給手段からの空気の供給を制御することを特徴とする。 The internal combustion engine of the present invention according to claim 2 is the internal combustion engine according to claim 1, wherein the operating state of the engine is a flow velocity of intake air in the intake passage, and the air supply control means When the flow rate of the intake air changes with respect to a set predetermined flow rate, the supply of air from the first air supply unit and the second air supply unit is controlled based on the change state. To do.

請求項２に係る本発明では、所定流速に対して吸入空気の流速が変化した際に、第１空気供給手段及び第２空気供給手段からの空気の供給が制御され、吸入空気の流速が変化しても燃料の輸送状態が的確に維持される。 In the present invention according to claim 2, when the flow rate of the intake air changes with respect to the predetermined flow rate, the supply of air from the first air supply unit and the second air supply unit is controlled, and the flow rate of the intake air changes. Even so, the transportation state of the fuel is accurately maintained.

また、請求項３に係る本発明の内燃機関は、請求項２に記載の内燃機関において、前記空気供給制御手段は、吸入空気の流速が所定流速よりも遅い場合に、前記第１空気供給手段から空気を供給して前記吸気通路の下方に滞留する前記燃料を前記吸気開口側に送ることで壁面に付着する前記燃料の量を抑制することを特徴とする。 The internal combustion engine of the present invention according to claim 3 is the internal combustion engine according to claim 2, wherein the air supply control means has the first air supply means when the flow rate of intake air is slower than a predetermined flow rate. The amount of the fuel adhering to the wall surface is suppressed by supplying the air from the air and sending the fuel staying below the intake passage to the intake opening side.

請求項３に係る本発明では、吸入空気の流速が所定流速よりも遅い場合に、第１空気供給手段から空気を供給し、燃料噴霧の貫徹力により吸気通路のインジェクタの噴霧先に滞留する燃料を吸気開口側に送り、壁面への燃料の付着を抑制する。 In the present invention according to claim 3, when the flow rate of the intake air is slower than the predetermined flow rate, the air is supplied from the first air supply means, and the fuel stays at the spray destination of the injector of the intake passage by the penetration force of the fuel spray To the intake opening side to suppress the fuel from adhering to the wall surface.

また、請求項４に係る本発明の内燃機関は、請求項２又は請求項３に記載の内燃機関において、前記空気供給制御手段は、吸入空気の流速が所定流速よりも速い場合に、前記第２空気供給手段から空気を供給することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the internal combustion engine according to the second or third aspect, wherein the air supply control means is configured such that the intake air flow rate is higher than a predetermined flow rate when the intake air flow rate is higher than a predetermined flow rate. 2. Air is supplied from the air supply means.

請求項４に係る本発明では、吸入空気の流速が所定流速よりも速い場合に、第２空気供給手段から空気を供給し、吸気流れにより燃料噴霧の貫徹力が弱められて吸気通路のインジェクタ側に滞留する燃料を吸気開口側に送り、壁面への燃料の付着を抑制する。 In the present invention according to claim 4, when the flow rate of the intake air is faster than the predetermined flow rate, the air is supplied from the second air supply means, and the penetration force of the fuel spray is weakened by the intake air flow, so that the intake side of the intake passage The fuel staying in the tank is sent to the intake opening side to prevent the fuel from adhering to the wall surface.

また、請求項５に係る本発明の内燃機関は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記インジェクタは、前記吸気通路の前記シリンダの中心部側に連なる壁面から吸気流れ方向の下流側に向けて燃料を噴射し、前記第２空気供給手段は、前記吸気通路の前記吸気開口側のバルブスロート部に備えられ、前記空気供給制御手段は、前記第２空気供給手段から空気を供給することを特徴とする。 An internal combustion engine according to a fifth aspect of the present invention is the internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, wherein the injector is a wall surface continuous to a central portion side of the cylinder of the intake passage. The second air supply means is provided at a valve throat portion on the intake opening side of the intake passage, and the air supply control means is provided with the second air supply means. Air is supplied from the supply means.

請求項５に係る本発明では、第２空気供給手段から空気を供給することによりシリンダの内部に乱れ流を生じさせるので、種々の運転領域において燃焼速度を向上させることが可能になる。 In the present invention according to claim 5, since the turbulent flow is generated inside the cylinder by supplying air from the second air supply means, the combustion speed can be improved in various operation regions.

また、請求項６に係る本発明の内燃機関は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関において、吸気を加圧する過給機と、排気バルブが閉じる時期と吸気バルブが開く時期を制御するバルブ開閉制御手段とを備え、前記バルブ制御手段により前記排気バルブが閉じる前に前記吸気バルブが開くように制御されている際に、前記過給機により吸気が加圧されていることを特徴とする。 An internal combustion engine according to a sixth aspect of the present invention is the internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects, wherein the supercharger pressurizes the intake air, the timing when the exhaust valve closes, and the intake valve. Valve opening / closing control means for controlling the opening timing of the engine, and when the intake valve is controlled to open before the exhaust valve is closed by the valve control means, the intake air is pressurized by the supercharger. It is characterized by.

請求項６に係る本発明では、吸気行程時における燃料の輸送状態が的確に制御されて、壁面への付着等により前行程から持ち越される燃料をなくすことができるため、過給機により吸気を加圧した状態で、排気バルブと吸気バルブの開弁期間にオーバラップを形成しても、燃料が排気通路に吹き抜けることを防止することができる。 In the present invention according to claim 6, since the transportation state of the fuel during the intake stroke is accurately controlled and fuel carried over from the previous stroke due to adhesion to the wall surface or the like can be eliminated, intake air is added by the supercharger. Even if an overlap is formed during the opening period of the exhaust valve and the intake valve in the pressurized state, the fuel can be prevented from blowing into the exhaust passage.

本発明の内燃機関は、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、シリンダの内部に燃料を直接噴射した場合の性能を維持し、運転状態に応じて吸気行程時における燃料の輸送状態を的確に制御することで（吸気通路の内壁への燃料の付着を防止することで）、広範囲の運転領域において燃焼性能を的確に向上させることが可能になる。 The internal combustion engine of the present invention maintains the performance when the fuel is directly injected into the cylinder without providing the cylinder with a direct injection injector that directly injects the fuel into the cylinder. By accurately controlling the fuel transportation state during the stroke (by preventing the fuel from adhering to the inner wall of the intake passage), it is possible to accurately improve the combustion performance in a wide range of operation.

本発明の一実施形態例に係る内燃機関の全体の概略構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 燃料噴射のブロック構成図である。It is a block block diagram of fuel injection. 吸気ポート周りの構成図である。It is a block diagram around an intake port. 空気供給のブロック構成図である。It is a block block diagram of an air supply. 燃料の滞留を説明するための吸気ポート周りの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram around an intake port for explaining fuel retention. 燃料の滞留を説明するための吸気ポート周りの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram around an intake port for explaining fuel retention. タンブル流を説明するための吸気ポート周りの構成図である。It is a block diagram around the intake port for explaining the tumble flow.

図１から図７に基づいて本発明の内燃機関を説明する。 The internal combustion engine of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の全体の概略構成、図２には燃料噴射のブロック構成、図３には吸気ポート周りの構成、図４には空気供給のブロック構成、図５、図６には燃料の滞留を説明するための吸気ポート周りの構成、図７にはタンブル流を説明するための吸気ポート周りの構成を示してある。 1 is a schematic configuration of an entire internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block configuration of fuel injection, FIG. 3 is a configuration around an intake port, and FIG. 4 is a block configuration of air supply. 5 and 6 show the configuration around the intake port for explaining the retention of fuel, and FIG. 7 shows the configuration around the intake port for explaining the tumble flow.

図１に示すように、内燃機関（エンジン）であるエンジン本体（以下、エンジンと称する）１のシリンダヘッド２には気筒毎に点火プラグ３が取り付けられ、点火プラグ３には高電圧を出力する点火コイル４が接続されている。シリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート５（吸気通路）が形成され、各吸気ポート５はバルブスロート部５ａを介して吸気開口５ｂに接続されている。 As shown in FIG. 1, a spark plug 3 is attached to a cylinder head 2 of an engine body (hereinafter referred to as an engine) 1 that is an internal combustion engine (engine) for each cylinder, and a high voltage is output to the spark plug 3. An ignition coil 4 is connected. An intake port 5 (intake passage) is formed in the cylinder head 2 for each cylinder, and each intake port 5 is connected to an intake opening 5b via a valve throat portion 5a.

各吸気ポート５の燃焼室６側には吸気バルブ７がそれぞれ設けられ、吸気バルブ７が開閉作動してバルブスロート部５ａに対して着座と非着座を繰り返すことで、各吸気ポート５と燃焼室６との連通・遮断が繰り返して行なわれる。吸気バルブ７は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動する。 Each intake port 5 is provided with an intake valve 7 on the combustion chamber 6 side. The intake valve 7 opens and closes and repeats seating and non-sitting with respect to the valve throat portion 5a. The communication / blocking with 6 is repeated. The intake valve 7 opens and closes following a cam of a camshaft (not shown) that rotates according to engine rotation.

各吸気ポート５には吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート５に吸気マニホールド９が連通している。吸気マニホールド９（またはシリンダヘッド２）には電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）１０が取り付けられ、燃料タンクから燃料パイプ８を介してインジェクタ１０に燃料が供給される。 One end of an intake manifold 9 is connected to each intake port 5, and the intake manifold 9 communicates with each intake port 5. An electromagnetic fuel injection valve (injector) 10 is attached to the intake manifold 9 (or the cylinder head 2), and fuel is supplied from the fuel tank to the injector 10 through the fuel pipe 8.

尚、図示例では、インジェクタ１０の取り付けは、鉛直方向の上側から吸気の下流側に向けて燃料を噴射する位置に取り付けているが、鉛直方向の下側から吸気の上流側に向けて燃料を噴射する位置に取り付けることも可能である。 In the illustrated example, the injector 10 is attached at a position where fuel is injected from the upper side in the vertical direction toward the downstream side of the intake air. However, the fuel is injected from the lower side in the vertical direction toward the upstream side of the intake air. It is also possible to attach to the position to inject.

また、シリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート１１が形成され、各排気ポート１１の燃焼室６側には排気バルブ１２がそれぞれ設けられている。排気バルブ１２は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート１１と燃焼室６との連通・遮断を行うようになっている。そして、各排気ポート１１には排気マニホールド１３の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート１１に排気マニホールド１３が連通している。 The cylinder head 2 is provided with an exhaust port 11 for each cylinder, and an exhaust valve 12 is provided on the combustion chamber 6 side of each exhaust port 11. The exhaust valve 12 is opened and closed in accordance with a cam of a camshaft (not shown) that rotates in accordance with the engine rotation, so that the exhaust ports 11 and the combustion chamber 6 are communicated / blocked. One end of an exhaust manifold 13 is connected to each exhaust port 11, and the exhaust manifold 13 communicates with each exhaust port 11.

尚、このようなエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。 In addition, since such an engine is a well-known thing, it abbreviate | omitted about the detail of the structure.

インジェクタ１０の上流側における吸気マニホールド９には吸気管１４が接続され、吸気管１４には電磁式のスロットルバルブ１５が取り付けられ、スロットルバルブ１５の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ１６が設けられている。アクセルペダル６１の踏み込み量がアクセルポジションセンサ６２で検出され、アクセルポジションセンサ６２の検出情報に基づいてスロットルバルブ１５が動作される。 An intake pipe 14 is connected to the intake manifold 9 upstream of the injector 10, an electromagnetic throttle valve 15 is attached to the intake pipe 14, and a throttle position sensor 16 that detects the valve opening degree of the throttle valve 15 is provided. ing. The depression amount of the accelerator pedal 61 is detected by the accelerator position sensor 62, and the throttle valve 15 is operated based on the detection information of the accelerator position sensor 62.

スロットルバルブ１５の上流側には吸入空気量を計測するエアフローセンサ１７が設けられている。エアフローセンサ１７としては、カルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。また、吸気マニホールド９とスロットルバルブ１５との間における吸気管１４にはサージタンク１８が設けられている。 An air flow sensor 17 that measures the amount of intake air is provided upstream of the throttle valve 15. As the air flow sensor 17, a Karman vortex type or hot film type air flow sensor is used. A surge tank 18 is provided in the intake pipe 14 between the intake manifold 9 and the throttle valve 15.

吸気開口５ｂの近傍における吸気ポート５には、吸気ポート５内の下方に空気を供給する第１空気供給手段としての下部ノズル２５が備えられている。また、吸気開口５ｂの近傍における吸気ポート５には、吸気ポート５内のシリンダの中心部側に、即ち、点火プラグ３寄りに空気を供給する第２空気供給手段としてのノズル２６が備えられている。具体的には後述するが、下部ノズル２５及びノズル２６からの空気の供給は、エンジン１の運転状態に応じて制御され、吸気ポート５の内壁への燃料の付着が抑制される。 The intake port 5 in the vicinity of the intake opening 5 b is provided with a lower nozzle 25 as a first air supply means for supplying air downward in the intake port 5. Further, the intake port 5 in the vicinity of the intake opening 5b is provided with a nozzle 26 as a second air supply means for supplying air toward the center of the cylinder in the intake port 5, that is, close to the spark plug 3. Yes. Although specifically described later, the supply of air from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 is controlled in accordance with the operation state of the engine 1, and the adhesion of fuel to the inner wall of the intake port 5 is suppressed.

また、具体的には後述するが、エンジン１の運転状態に応じてノズル２６からの空気の供給が制御され、機関の運転状態に応じて、ノズル２６からの空気の供給を制御することによりシリンダの内部（燃焼室６の内部）の乱れが強化される。つまり、ノズル２６から空気を供給することにより、燃焼室６の内部にタンブル流を積極的に発生させることができる。 Although specifically described later, the supply of air from the nozzle 26 is controlled in accordance with the operating state of the engine 1, and the cylinder is controlled by controlling the supply of air from the nozzle 26 in accordance with the operating state of the engine. Disturbance in the interior of the combustion chamber (inside the combustion chamber 6) is strengthened. That is, by supplying air from the nozzle 26, a tumble flow can be actively generated inside the combustion chamber 6.

一方、排気マニホールド１３の他端には排気管２０が接続され、排気マニホールド１３には排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）２１が分岐している。ＥＧＲポート２１にはＥＧＲ管２２の一端が接続され、ＥＧＲ管２２の他端はサージタンク１８の上流部の吸気管１４に接続されている。サージタンク１８に近接するＥＧＲ管２２にはＥＧＲバルブ２３が設けられ、ＥＧＲバルブ２３が開かれることにより排気ガスの一部がＥＧＲ管２２を介してサージタンク１８の上流部の吸気管１４に導入される。 On the other hand, an exhaust pipe 20 is connected to the other end of the exhaust manifold 13, and an exhaust gas circulation port (EGR port) 21 is branched to the exhaust manifold 13. One end of an EGR pipe 22 is connected to the EGR port 21, and the other end of the EGR pipe 22 is connected to the intake pipe 14 upstream of the surge tank 18. An EGR valve 23 is provided in the EGR pipe 22 close to the surge tank 18, and a part of the exhaust gas is introduced into the intake pipe 14 upstream of the surge tank 18 through the EGR pipe 22 by opening the EGR valve 23. Is done.

つまり、ＥＧＲ管２２及びＥＧＲバルブ２３により排気ガス還流手段（ＥＧＲ装置）が構成されている。ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をエンジン１の吸気系（サージタンク１８）に還流させ、エンジン１の燃焼室６内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させるための装置であり、ＥＧＲバルブ２３が開閉動作されることにより開度に応じて所定のＥＧＲ率で排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系に還流される。 That is, the EGR pipe 22 and the EGR valve 23 constitute exhaust gas recirculation means (EGR device). The EGR device recirculates a part of the exhaust gas to the intake system (surge tank 18) of the engine 1, lowers the combustion temperature in the combustion chamber 6 of the engine 1, and reduces the emission amount of nitrogen oxides (NOx). When the EGR valve 23 is opened and closed, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system as EGR gas at a predetermined EGR rate according to the opening degree.

また、ＥＧＲ装置により排気ガスをエンジン１の吸気系に還流させることにより、スロットルバルブ１５で規制される空気量を減らすことができ、即ち、スロットルバルブ１５を開いても大量の空気が流入することがなく、スロットルバルブ１５の絞り損失を減少させることができる。また、低速、低回転領域であっても、燃焼室６に流入する吸気に乱れを生じさせることができる。 In addition, the amount of air regulated by the throttle valve 15 can be reduced by returning the exhaust gas to the intake system of the engine 1 by the EGR device, that is, a large amount of air flows even when the throttle valve 15 is opened. Therefore, the throttle loss of the throttle valve 15 can be reduced. Further, even in the low speed and low rotation region, the intake air flowing into the combustion chamber 6 can be disturbed.

また、サージタンク１８の上流部の吸気管１４には過給機５１が備えられ、過給機５１はエンジン１の排気ガスが、排気マニホールド１３に設けられた排気タービン５１ａを回転させ、排気タービン５１ａに直結した吸気コンプレッサ５１ｂの作動により、吸気が加圧されて体積密度が高められ、加圧されて体積密度が高められた吸気が燃焼室６に送られる（過給される）。 The intake pipe 14 upstream of the surge tank 18 is provided with a supercharger 51. The supercharger 51 rotates the exhaust turbine 51a provided in the exhaust manifold 13 by the exhaust gas of the engine 1 so that the exhaust turbine is exhausted. By the operation of the intake air compressor 51b directly connected to 51a, the intake air is pressurized to increase the volume density, and the pressurized intake air whose volume density is increased is sent to the combustion chamber 6 (supercharged).

排気マニホールド１３に接続された排気管２０には、排気浄化触媒（例えば、三元触媒）５５が介装され、排気浄化触媒５５により排気ガスが浄化される。例えば、排気浄化触媒５５では、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍の時に排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が浄化される。また、排気空燃比が酸化雰囲気（リーン空燃比）になった際に、ＨＣやＣＯが酸化・浄化されると共に、排気空燃比が還元雰囲気（リッチ空燃比）となるまで酸素（Ｏ_２）がストレージされ、リッチ空燃比となった際に、ＮＯｘが還元・浄化されると共に、ストレージされたＯ_２が放出され、ＨＣやＣＯが酸化・浄化される。 An exhaust purification catalyst (for example, a three-way catalyst) 55 is interposed in the exhaust pipe 20 connected to the exhaust manifold 13, and exhaust gas is purified by the exhaust purification catalyst 55. For example, the exhaust purification catalyst 55 purifies hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), etc. in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is near the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric). Further, when the exhaust air / fuel ratio becomes an oxidizing atmosphere (lean air / fuel ratio), HC and CO are oxidized and purified, and oxygen (O ₂ ) is added until the exhaust air / fuel ratio becomes a reducing atmosphere (rich air / fuel ratio). When the air-fuel ratio is stored and becomes a rich air-fuel ratio, NOx is reduced and purified, and the stored O ₂ is released, and HC and CO are oxidized and purified.

排気浄化触媒５５の活性状態（例えば、冷態状態か否か）は、エンジン１の運転状態等からＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１で推定（演算）されて管理される。また、センサを用いて直接温度を検出して排気浄化触媒５５の活性状態を管理することも可能である。 The active state of the exhaust purification catalyst 55 (for example, whether or not it is in a cold state) is managed by being estimated (calculated) by an ECU (electronic control unit) 31 from the operating state of the engine 1 or the like. It is also possible to manage the activation state of the exhaust purification catalyst 55 by directly detecting the temperature using a sensor.

エンジン１には、吸気バルブ７及び排気バルブ１２のリフト量及びリフト時期（バルブ動作状態）を任意に変更する可変動弁機構６３が設けられ、可変動弁機構６３によりカムの位相が変更される等して、吸気バルブ７及び排気バルブ１２の動作状態が任意に設定される。また、エンジン１には、クランク角を検出してエンジン回転速度（Ｎｅ）を求めるクランク角センサ３２、冷却水温を検出する水温センサ３３が備えられている。 The engine 1 is provided with a variable valve mechanism 63 that arbitrarily changes the lift amount and lift timing (valve operating state) of the intake valve 7 and the exhaust valve 12, and the cam phase is changed by the variable valve mechanism 63. For example, the operation states of the intake valve 7 and the exhaust valve 12 are arbitrarily set. Further, the engine 1 is provided with a crank angle sensor 32 that detects a crank angle and obtains an engine rotation speed (Ne), and a water temperature sensor 33 that detects a cooling water temperature.

ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ３１により、エンジン１の総合的な制御が行われる。 The ECU (electronic control unit) 31 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. The ECU 31 performs comprehensive control of the engine 1.

ＥＣＵ３１の入力側には、上述したスロットルポジションセンサ１６、エアフローセンサ１７、クランク角センサ３２、水温センサ３３、アクセルポジションセンサ６２等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。また、ＥＣＵ３１の指令により、吸気バルブ７及び排気バルブ１２のリフト量及びリフト時期が任意に設定され、可変動弁機構６３に動作の指示情報が送られる。 Various sensors such as the throttle position sensor 16, the air flow sensor 17, the crank angle sensor 32, the water temperature sensor 33, and the accelerator position sensor 62 described above are connected to the input side of the ECU 31, and detection information from these sensors is input. The Further, the lift amount and lift timing of the intake valve 7 and the exhaust valve 12 are arbitrarily set according to a command from the ECU 31, and operation instruction information is sent to the variable valve mechanism 63.

一方、ＥＣＵ３１の出力側には、上述の点火コイル４、スロットルバルブ１５、インジェクタ１０の駆動装置、ＥＧＲバルブ２３、可変動弁機構６３等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３１で演算された燃料噴射量、燃料噴射期間、燃料噴射時期、点火時期、ＥＧＲバルブ２３の操作時期・操作量、吸気バルブ７及び排気バルブ１２の動作状態（バルブ動作状態）等がそれぞれ出力される。 On the other hand, the output side of the ECU 31 is connected to various output devices such as the ignition coil 4, the throttle valve 15, the drive device for the injector 10, the EGR valve 23, and the variable valve mechanism 63. These various output devices include a fuel injection amount calculated by the ECU 31 based on detection information from various sensors, a fuel injection period, a fuel injection timing, an ignition timing, an operation timing / operation amount of the EGR valve 23, an intake valve 7 and The operating state (valve operating state) of the exhaust valve 12 and the like are output.

各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比に設定され、目標空燃比に応じた量の燃料が適正なタイミングでインジェクタ１０から噴射され、また、スロットルバルブ１５が適正な開度に調整され、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施される。 Based on detection information from various sensors, the air-fuel ratio is set to an appropriate target air-fuel ratio, an amount of fuel corresponding to the target air-fuel ratio is injected from the injector 10 at an appropriate timing, and the throttle valve 15 is opened appropriately. The spark ignition is performed at an appropriate timing by the spark plug 3.

図２に示すように、ＥＣＵ３１には、クランク角センサ３２の検出情報によるエンジン回転速度（Ｎｅ）、エアフローセンサ１７の検出情報、アクセルポジションセンサ６２の検出情報、可変動弁機構６３の情報による位相リフト情報（バルブ位相、バルブリフト）が入力される。 As shown in FIG. 2, the ECU 31 has an engine rotation speed (Ne) based on detection information from the crank angle sensor 32, detection information from the airflow sensor 17, detection information from the accelerator position sensor 62, and phase based on information from the variable valve mechanism 63. Lift information (valve phase, valve lift) is input.

ＥＣＵ３１には、噴射制御手段７２が備えられ、噴射制御手段７２では、目標燃料圧力と、エンジン１のエンジン回転速度（Ｎｅ）及び負荷（吸気量等）に応じて、吸気行程噴射での燃料噴射と排気行程噴射での燃料噴射の割合が設定される。 The ECU 31 is provided with an injection control means 72. The injection control means 72 performs fuel injection in the intake stroke injection according to the target fuel pressure, the engine speed (Ne) of the engine 1 and the load (intake amount, etc.). And the ratio of fuel injection in the exhaust stroke injection is set.

そして、ＥＣＵ３１には、吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射させる吸気行程噴射手段７３（燃料噴射手段）と、排気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる排気行程噴射手段７４（燃料噴射手段）が備えられている。吸気行程噴射手段７３及び排気行程噴射手段７４からインジェクタ１０に駆動指令が送られ、所定の行程時期に所定量の燃料が噴射される。 The ECU 31 includes an intake stroke injection means 73 (fuel injection means) for injecting fuel from the injector 10 during the intake stroke, and an exhaust stroke injection means 74 (fuel injection means) for injecting fuel from the injector during the exhaust stroke. Is provided. A drive command is sent from the intake stroke injection means 73 and the exhaust stroke injection means 74 to the injector 10, and a predetermined amount of fuel is injected at a predetermined stroke timing.

吸気行程噴射手段７３及び排気行程噴射手段７４には、噴射制御手段７２で設定された吸気行程噴射での燃料噴射と排気行程噴射での燃料噴射の割合の情報が送られ、割合の情報に応じて吸気行程噴射手段７３及び排気行程噴射手段７４からインジェクタ１０に駆動指令が送られる。 The intake stroke injection means 73 and the exhaust stroke injection means 74 are supplied with information on the ratio of the fuel injection in the intake stroke injection and the fuel injection in the exhaust stroke injection set by the injection control means 72, according to the ratio information. Then, a drive command is sent from the intake stroke injection means 73 and the exhaust stroke injection means 74 to the injector 10.

これにより、本実施例のエンジン１は、吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射すると共に排気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射するようにされる。 As a result, the engine 1 of the present embodiment injects fuel from the injector 10 during the intake stroke and injects fuel from the injector 10 during the exhaust stroke.

尚、噴射した燃料が吸気バルブ７の近傍に到達した際に吸気バルブ７が開弁していれば吸気行程噴射と定義し、吸気バルブ７が開弁前である場合を排気行程噴射と定義する。実際にはインジェクタ駆動指令から燃料が吸気バルブ７の近傍に到達するまでインジェクタ針弁の開弁遅れやインジェクタ１０から吸気バルブ７までの輸送遅れなど時間遅れが存在するので、吸気行程噴射のインジェクタ駆動指令が排気行程中に行われる場合もある。 When the injected fuel reaches the vicinity of the intake valve 7, if the intake valve 7 is opened, it is defined as intake stroke injection, and the case where the intake valve 7 is not opened is defined as exhaust stroke injection. . Actually, there is a time delay such as a delay in the opening of the injector needle valve or a transport delay from the injector 10 to the intake valve 7 until the fuel reaches the vicinity of the intake valve 7 from the injector drive command. The command may be issued during the exhaust stroke.

吸気行程中に（吸気バルブ７が開いている間に）燃料を噴射することにより、吸気ポート５や吸気バルブ７の傘部等への燃料の付着を抑制して燃料の気化潜熱を吸気の冷却に利用できる。このため、混合気の温度を下げてノッキングの発生を抑制すると共に、空気密度を高めて全負荷時の吸入空気量を増大させ、ポート噴射であっても、吸気冷却の効果を最大限に引き出すことができる。そして、排ガス性能を向上させて燃費を改善することができ、出力トルクの向上を実現することができる。 By injecting fuel during the intake stroke (while the intake valve 7 is open), the fuel is prevented from adhering to the intake port 5 and the umbrella portion of the intake valve 7 to cool the latent heat of vaporization of the intake air. Available to: For this reason, the temperature of the air-fuel mixture is lowered to suppress the occurrence of knocking, and the air density is increased to increase the amount of intake air at full load, thereby maximizing the effect of intake air cooling even for port injection. be able to. And exhaust gas performance can be improved and fuel consumption can be improved, and an improvement in output torque can be realized.

排気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射することにより、吸気ポート５の内部で燃料と空気が十分に均質混合された混合気が得られる。インジェクタ１０は吸気ポート５に設けられているので、高温・高圧の燃焼ガスに曝されることがなく、耐温性・耐圧性の確保を要しない簡素な取り付け構造とされる。また、高圧の燃料を噴射する必要がないため、ポンプの動力損失による性能への影響を小さくすることができる。 By injecting fuel from the injector 10 during the exhaust stroke, an air-fuel mixture in which fuel and air are sufficiently homogeneously mixed inside the intake port 5 is obtained. Since the injector 10 is provided in the intake port 5, it is not exposed to high-temperature and high-pressure combustion gas, and has a simple mounting structure that does not require ensuring temperature resistance and pressure resistance. In addition, since it is not necessary to inject high-pressure fuel, the influence on performance due to power loss of the pump can be reduced.

このため、筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタを筒内に備えることなく、吸気通路への燃料噴射の状況を制御することで、即ち、吸気行程での燃料噴射と排気行程での燃料噴射の割合を運転状態に応じて設定することで、筒内に燃料を直接噴射した場合の性能を維持し、高い性能を得ることが可能になる。 Therefore, it is possible to control the state of fuel injection into the intake passage without providing a direct injection injector for directly injecting fuel into the cylinder, that is, the fuel injection in the intake stroke and the fuel in the exhaust stroke. By setting the ratio of injection according to the operating state, it is possible to maintain the performance when fuel is directly injected into the cylinder and to obtain high performance.

つまり、吸気行程時の吸気流動により燃料をシリンダの内部に直接送り込むようにしたエンジン１においては、吸気ポート５や吸気バルブ７への燃料の付着を防止することができ、例えば、過給運転時のバルブオーバラップ拡大による出力向上や、次の行程への燃料の持越しによる吹き抜け燃料の増加の防止、吸気冷却による充填効率の向上、ノッキング抑制による出力向上等、直噴インジェクタを備えた場合と同等の効果を得ることができる。 That is, in the engine 1 in which the fuel is directly sent into the cylinder by the intake air flow during the intake stroke, the fuel can be prevented from adhering to the intake port 5 and the intake valve 7, for example, during supercharging operation. Equivalent to a direct injection injector with improved output by expanding the valve overlap, preventing increase in blow-by fuel due to carry-over of fuel to the next stroke, improving charging efficiency by intake air cooling, improving output by suppressing knocking, etc. The effect of can be obtained.

図３に示すように、上述したエンジン１の吸気ポート５には、下部ノズル２５及びノズル２６が備えられている。そして、下部ノズル２５及びノズル２６からの空気の供給は、エンジン１の運転状態に応じて制御され、吸気ポート５の内壁への燃料の付着が抑制される。例えば、吸入空気の流速に応じて下部ノズル２５及びノズル２６からの空気の供給が制御される。 As shown in FIG. 3, the intake port 5 of the engine 1 described above is provided with a lower nozzle 25 and a nozzle 26. Then, the supply of air from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 is controlled in accordance with the operating state of the engine 1, and the adhesion of fuel to the inner wall of the intake port 5 is suppressed. For example, the supply of air from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 is controlled according to the flow rate of the intake air.

吸気開口５ｂの近傍における吸気ポート５の下側壁には下部ノズル２５が設けられ、下部ノズル２５の吹き出し口２５ａが下流側（吸気バルブ７側）に向けられている。つまり、下部ノズル２５の吹き出し口２５ａから吸気ポート５内に空気が供給されることにより、吸気ポート５の下側壁に沿って吸気バルブ７側に向けて空気２５ｂが噴出される（矢印Ａ方向）。 A lower nozzle 25 is provided on the lower wall of the intake port 5 in the vicinity of the intake opening 5b, and the outlet 25a of the lower nozzle 25 is directed to the downstream side (the intake valve 7 side). That is, when air is supplied into the intake port 5 from the outlet 25a of the lower nozzle 25, the air 25b is ejected along the lower side wall of the intake port 5 toward the intake valve 7 (in the direction of arrow A). .

また、シリンダの中心部寄り、即ち、点火プラグ３（図１参照）寄りの吸気ポート５（バルブスロート部５ａ）にはノズル２６が設けられ、ノズル２６の吹き出し口２６ａが下方に（吸気開口５ｂ側）に向けられている。つまり、ノズル２６の吹き出し口２６ａから吸気ポート５内に空気が供給されることにより、点火プラグ３（図１参照）寄りのバルブスロート部５ａの壁面に沿って下向きに空気２６ｂが噴出される（矢印Ｂ方向）。 Further, a nozzle 26 is provided in the intake port 5 (valve throat portion 5a) near the center of the cylinder, that is, near the spark plug 3 (see FIG. 1), and the outlet 26a of the nozzle 26 is directed downward (intake opening 5b). Side). That is, when air is supplied into the intake port 5 from the outlet 26a of the nozzle 26, the air 26b is ejected downward along the wall surface of the valve throat portion 5a near the spark plug 3 (see FIG. 1) ( Arrow B direction).

下部ノズル２５及びノズル２６には、例えば、エアフローセンサ１７の下流側の吸気管１４から吸入空気が抽出されて供給される（空気供給デバイス）。このため、空燃比に影響を与えることなく下部ノズル２５及びノズル２６から空気を供給することができる。空気供給デバイスとしては、エアフローセンサ１７の下流側の吸気管１４から抽出するものだけでなく、別途専用の経路を用いて空気を供給するデバイスを用いることも可能である。この場合、空燃比に対する影響が考慮されて空気の供給が制御される。 For example, intake air is extracted and supplied from the intake pipe 14 on the downstream side of the air flow sensor 17 to the lower nozzle 25 and the nozzle 26 (air supply device). For this reason, air can be supplied from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 without affecting the air-fuel ratio. As the air supply device, not only a device that extracts air from the intake pipe 14 on the downstream side of the air flow sensor 17 but also a device that supplies air using a dedicated path can be used. In this case, the supply of air is controlled in consideration of the influence on the air-fuel ratio.

また、吸気ポート５の吸気の流速に対して下部ノズル２５及びノズル２６から噴出される空気の流速が速くなるように設定されている。即ち、下部ノズル２５及びノズル２６の流路を絞ることで、吸気ポート５の吸気の流速に対して下部ノズル２５及びノズル２６から噴出される空気の流速が速くされている。下部ノズル２５及びノズル２６から噴出される空気の流速を速くすることで、吸気ポート５の内壁に燃料が付着することを確実に抑制することができる。 Further, the flow velocity of the air ejected from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 is set higher than the flow velocity of the intake air in the intake port 5. That is, by restricting the flow paths of the lower nozzle 25 and the nozzle 26, the flow velocity of the air ejected from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 is increased with respect to the flow velocity of the intake air in the intake port 5. By increasing the flow velocity of the air ejected from the lower nozzle 25 and the nozzle 26, it is possible to reliably suppress the fuel from adhering to the inner wall of the intake port 5.

下部ノズル２５及びノズル２６から噴出される空気の流速を速くするために、加圧供給手段（圧送ポンプ等）を設けることも可能である。また、下部ノズル２５及びノズル２６から噴出される空気の流速を速くすることは必ずしも必要ではなく、吸気ポート５の内壁への燃料の付着を抑制することができる状態の流速で空気が供給されればよい。 In order to increase the flow velocity of the air ejected from the lower nozzle 25 and the nozzle 26, it is possible to provide a pressure supply means (such as a pressure pump). Further, it is not always necessary to increase the flow velocity of the air ejected from the lower nozzle 25 and the nozzle 26, and the air is supplied at a flow velocity in a state that can suppress the adhesion of fuel to the inner wall of the intake port 5. That's fine.

下部ノズル２５及びノズル２６からの空気の供給はエンジン１の運転状態に応じて制御される。図４に示すように、下部ノズル２５及びノズル２６は空気供給デバイス２８により空気が供給される。空気供給デバイス２８は空気供給制御手段２９の指令により作動され、空気供給制御手段２９の指令に基づいて所望の状況で下部ノズル２５及びノズル２６から空気が供給される。 The supply of air from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 is controlled according to the operating state of the engine 1. As shown in FIG. 4, the lower nozzle 25 and the nozzle 26 are supplied with air by an air supply device 28. The air supply device 28 is operated by a command from the air supply control means 29, and air is supplied from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 in a desired situation based on the command from the air supply control means 29.

エンジン１では、燃料の噴霧形状や噴射方向は、所定の運転条件を対象にし、吸気流動が考慮されて最適化されている。つまり、特定の吸気の流速に基づいて燃料の噴霧形状や噴射方向が最適化されている。吸気ポート５の内部の吸入空気の流速が変化すると、燃料噴霧の流れが不十分になったり、燃料噴霧の流れが過剰になったりする虞がある。燃料噴霧の流れが不適切になると、吸気ポート５の内壁に燃料が滞留して付着することが考えられる。 In the engine 1, the fuel spray shape and the injection direction are optimized in consideration of intake air flow for predetermined operating conditions. That is, the fuel spray shape and the injection direction are optimized based on the flow rate of a specific intake air. If the flow velocity of the intake air inside the intake port 5 changes, there is a possibility that the flow of fuel spray becomes insufficient or the flow of fuel spray becomes excessive. If the flow of fuel spray becomes inappropriate, it is conceivable that the fuel stays on the inner wall of the intake port 5 and adheres.

吸気ポート５の内壁に燃料が付着すると、吸気行程中に燃料を噴射した際の利点が損なわれる虞がある。特に、過給機５１を備えたエンジン１では、吸気圧力が高くなり排気圧力との差が大きくなるので、吸気から排気への吹き抜けが多くなる。吸気ポート５の内壁に燃料が付着していると、付着している燃料が次行程に持ち越されて一気に吹き抜けてしまい、排ガス性能が悪化する虞があった。 If fuel adheres to the inner wall of the intake port 5, there is a risk that the advantage of injecting the fuel during the intake stroke is impaired. In particular, in the engine 1 provided with the supercharger 51, the intake pressure increases and the difference from the exhaust pressure increases, so that the blow-through from the intake to the exhaust increases. If the fuel adheres to the inner wall of the intake port 5, the adhering fuel is carried over to the next stroke and blown out at a stroke, which may deteriorate the exhaust gas performance.

このため、上述したエンジン１は、吸気ポート５の内部の吸入空気の流速の変化に応じて、下部ノズル２５及びノズル２６からの空気の供給が制御され、吸気ポート５の内部の吸入空気の流速が変化しても、燃料噴霧の流れが最適に維持され、吸気ポート５の内壁に燃料が付着することを防止している。 Therefore, in the engine 1 described above, the supply of air from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 is controlled according to the change in the flow velocity of the intake air inside the intake port 5, and the flow velocity of the intake air inside the intake port 5 is controlled. Even if the air pressure changes, the flow of the fuel spray is optimally maintained, and the fuel is prevented from adhering to the inner wall of the intake port 5.

図５に示すように、予め設定された所定の流速に対し吸入空気の流速が遅い場合、燃料の噴霧が吸入空気に流され難くなり、吸気開口５ｂの近傍の吸気ポート５の下側の部位に燃料の噴霧が滞留しやすくなる（図中Ｓ１）。このため、吸気ポート５の下側の部位の内壁への燃料の付着が増大する。 As shown in FIG. 5, when the flow rate of the intake air is slower than a predetermined flow rate set in advance, the spray of fuel becomes difficult to flow into the intake air, and the lower portion of the intake port 5 in the vicinity of the intake opening 5b In this case, the fuel spray tends to stay (S1 in the figure). For this reason, the adhesion of fuel to the inner wall of the lower part of the intake port 5 increases.

この場合、空気供給制御手段２９（図４参照）により吸入空気の流速が遅くなったことを検出し、図３に示すように、下部ノズル２５の吹き出し口２５ａから、吸入空気の流速よりも速い流速で、吸気ポート５内に空気を供給する。これにより、吸気ポート５の下側壁に沿って吸気バルブ７側に向けて空気２５ｂが噴出される（矢印Ａ方向）。下部ノズル２５から空気２５ｂが噴出されることにより、燃料の噴霧が高速の空気に流され、吸気ポート５の下側の壁面への燃料の付着が抑制される。 In this case, it is detected by the air supply control means 29 (see FIG. 4) that the flow rate of the intake air has become slow, and as shown in FIG. 3, it is faster than the flow rate of the intake air from the outlet 25a of the lower nozzle 25. Air is supplied into the intake port 5 at a flow rate. Thereby, the air 25b is ejected toward the intake valve 7 side along the lower wall of the intake port 5 (in the direction of arrow A). When the air 25 b is ejected from the lower nozzle 25, the fuel spray is flowed into the high-speed air, and the adhesion of the fuel to the lower wall surface of the intake port 5 is suppressed.

下部ノズル２５の吹き出し口２５ａからの空気２５ｂの噴出が過剰になった場合、吸気ポート５の上部の内壁やライナーに燃料が付着する虞がある。この場合、ノズル２６の吹き出し口２６ａから、バルブスロート部５ａの壁面に沿って下向きに空気２６ｂを噴出させ、吸気の流れ方向を下向きに変更することで、吸気ポート５の上部の内壁やライナーに燃料が付着することが抑制される。 When the ejection of the air 25b from the outlet 25a of the lower nozzle 25 becomes excessive, there is a possibility that fuel adheres to the inner wall or liner at the upper part of the intake port 5. In this case, air 26b is ejected downward from the outlet 26a of the nozzle 26 along the wall surface of the valve throat portion 5a, and the flow direction of the intake air is changed downward, so that the inner wall or liner above the intake port 5 is formed. The adhesion of fuel is suppressed.

図６に示すように、予め設定された所定の流速に対し吸入空気の流速が速い場合、燃料の噴霧が吸入空気に過度に流され、吸気開口５ｂの近傍の吸気ポート５の上側の部位（バルブスロート部５ａ）に燃料の噴霧が滞留しやすくなる（図中Ｓ２）。このため、点火プラグ３（図１参照）の近傍における吸気ポート５の上側の部位の内壁への燃料の付着が増大する。 As shown in FIG. 6, when the flow rate of the intake air is higher than a predetermined flow rate set in advance, the fuel spray is excessively flowed into the intake air, and the portion above the intake port 5 (near the intake opening 5b) ( The fuel spray tends to stay in the valve throat portion 5a) (S2 in the figure). For this reason, the adhesion of fuel to the inner wall of the upper part of the intake port 5 in the vicinity of the spark plug 3 (see FIG. 1) increases.

この場合、空気供給制御手段２９（図４参照）により吸入空気の流速が速くなったことを検出し、図３に示すように、ノズル２６の吹き出し口２６ａから、吸入空気の流速よりも速い流速で、吸気ポート５内に空気を供給する。これにより、バルブスロート部５ａの壁面に沿って下向きに空気２６ｂが噴出される（矢印Ｂ方向）。ノズル２６から空気２６ｂが噴出されることにより、吸気開口５ｂの近傍の吸気ポート５の上側の部位（バルブスロート部５ａ）への燃料の付着が抑制される。 In this case, it is detected by the air supply control means 29 (see FIG. 4) that the flow velocity of the intake air has increased, and as shown in FIG. 3, the flow velocity is higher than the flow velocity of the intake air from the outlet 26a of the nozzle 26. Then, air is supplied into the intake port 5. Thereby, the air 26b is ejected downward along the wall surface of the valve throat portion 5a (in the direction of arrow B). By ejecting the air 26b from the nozzle 26, the adhesion of fuel to the upper portion (valve throat portion 5a) of the intake port 5 in the vicinity of the intake opening 5b is suppressed.

上述したエンジン１では、所定流速に対して吸入空気の流速が変化した際に、下部ノズル２５及びノズル２６からの空気の供給が制御されるので、吸気ポート５の内壁への燃料の付着を抑制することができる。このため、吸入空気の流速に拘わらず燃料の噴霧の輸送状態が的確に維持され、運転状態に応じて吸気行程時における燃料の輸送状態が的確に制御され、広範囲の運転領域において燃焼性能を的確に向上させることが可能になる。 In the engine 1 described above, the supply of air from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 is controlled when the flow rate of the intake air changes with respect to a predetermined flow rate, so that the adhesion of fuel to the inner wall of the intake port 5 is suppressed. can do. For this reason, the transport state of the fuel spray is accurately maintained regardless of the flow rate of the intake air, the transport state of the fuel during the intake stroke is accurately controlled according to the operation state, and the combustion performance is accurately determined in a wide range of operation. It becomes possible to improve.

上述したエンジン１は、空気供給制御手段２９の制御により、ノズル２６から高速な空気を供給することで、図７に示すように、燃焼室６の内部に縦タンブル流（乱れ流）Ｑを生じさせるようになっている。縦タンブル流（乱れ流）Ｑを生じさせて乱れを強化することにより、エンジン１の運転条件に応じて、燃焼速度を向上させることができる。 The engine 1 described above generates a vertical tumble flow (turbulent flow) Q inside the combustion chamber 6 as shown in FIG. 7 by supplying high-speed air from the nozzle 26 under the control of the air supply control means 29. It is supposed to let you. By generating a longitudinal tumble flow (turbulent flow) Q and enhancing the turbulence, the combustion speed can be improved according to the operating conditions of the engine 1.

エンジン１の運転条件として、中速以上でスロットルバルブ１５（図１参照）が全開状態の領域（全開領域）の場合、排気温度が高くなり、排気浄化触媒５５が溶損する虞がある。このため、通常は、最もトルクが得られる空燃比である出力空燃比よりもリッチに制御して排気浄化触媒５５の溶損を回避している。 When the engine 1 operates at a medium speed or higher and the throttle valve 15 (see FIG. 1) is in a fully open state (fully open region), the exhaust temperature becomes high and the exhaust purification catalyst 55 may be melted. For this reason, normally, the exhaust purification catalyst 55 is avoided from being melted by controlling it to be richer than the output air-fuel ratio, which is the air-fuel ratio that provides the most torque.

中速以上で全開領域の時に、ノズル２６から高速な空気を供給して燃焼室６の内部に縦タンブル流（乱れ流）Ｑを生じさせることで、燃焼速度を向上させて排気温度を低下させることができる。この結果、空燃比のリーン設定が可能になり、排気浄化触媒５５の溶損を回避した状態で最もトルクが得られる出力空燃比に設定することができ、燃費及びトルクを向上させることが可能になる。 By supplying high-speed air from the nozzle 26 and generating a vertical tumble flow (turbulent flow) Q in the combustion chamber 6 when the speed is in the fully open region at medium speed or higher, the combustion speed is improved and the exhaust temperature is lowered. be able to. As a result, the air-fuel ratio can be set lean, the output air-fuel ratio can be set to the maximum torque while avoiding the melting of the exhaust purification catalyst 55, and fuel consumption and torque can be improved. Become.

エンジン１の運転条件として、部分負荷領域では、排気ガスの一部がＥＧＲ管２２を介してサージタンク１８の上流部の吸気管１４に導入し（ＥＧＲ導入）、燃費向上を図っている。ＥＧＲ導入において、導入される排気ガスが過剰になると安定した燃焼が困難になる。このため、ＥＧＲ導入の際にノズル２６から高速な空気を供給して燃焼室６の内部に縦タンブル流（乱れ流）Ｑを生じさせることで、燃焼速度を向上させて燃焼を安定させることができる。この結果、燃焼を悪化させることなく排気ガスの一部を大量に導入することができ、燃費を向上させることが可能になる。 As an operating condition of the engine 1, in the partial load region, a part of the exhaust gas is introduced into the intake pipe 14 upstream of the surge tank 18 via the EGR pipe 22 (EGR introduction) to improve fuel efficiency. In introducing EGR, if the introduced exhaust gas becomes excessive, stable combustion becomes difficult. For this reason, when EGR is introduced, high-speed air is supplied from the nozzle 26 to generate a vertical tumble flow (turbulent flow) Q in the combustion chamber 6 to improve the combustion speed and stabilize the combustion. it can. As a result, a part of the exhaust gas can be introduced in a large amount without deteriorating combustion, and fuel consumption can be improved.

エンジン１の運転条件として、冷態始動直後のアイドル条件では、排気浄化触媒５５の浄化性能が低いため、早期に昇温させて活性化させる必要がある。早期に排気浄化触媒５５を昇温させるためには点火時期を遅角させることが有効になるが、点火時期を大幅に遅角させると燃焼が不安定になる。このため、排気浄化触媒５５の活性化のために点火時期を遅角させる際に、ノズル２６から高速な空気を供給して燃焼室６の内部に縦タンブル流（乱れ流）Ｑを生じさせることで、燃焼速度を向上させて燃焼を安定させることができる。この結果、燃焼を悪化させることなく点火時期を大幅に遅角させることができ、排気浄化触媒５５の早期の昇温が可能になる。 As the operating condition of the engine 1, under the idle condition immediately after the cold start, the purification performance of the exhaust purification catalyst 55 is low, so it is necessary to activate it by raising the temperature early. In order to raise the temperature of the exhaust purification catalyst 55 early, it is effective to retard the ignition timing. However, if the ignition timing is significantly retarded, combustion becomes unstable. For this reason, when retarding the ignition timing to activate the exhaust purification catalyst 55, high-speed air is supplied from the nozzle 26 to generate a vertical tumble flow (turbulent flow) Q inside the combustion chamber 6. Thus, combustion speed can be improved and combustion can be stabilized. As a result, the ignition timing can be significantly retarded without deteriorating the combustion, and the exhaust purification catalyst 55 can be raised in temperature early.

上述したエンジン１においては、吸入空気の流速が変化した際に下部ノズル２５及びノズル２６からの空気の供給を制御し、吸気ポート５の内壁への燃料の付着を抑制している。また、ノズル２６から高速な空気を供給して燃焼室６の内部に縦タンブル流（乱れ流）Ｑを生じさせることで、燃焼速度を向上させている。 In the engine 1 described above, when the flow rate of the intake air changes, the supply of air from the lower nozzle 25 and the nozzle 26 is controlled to suppress the adhesion of fuel to the inner wall of the intake port 5. Further, the combustion speed is improved by supplying high-speed air from the nozzle 26 to generate a vertical tumble flow (turbulent flow) Q in the combustion chamber 6.

下部ノズル２５及びノズル２６から空気を供給することにより、燃料噴霧と空気が干渉することで燃料の微粒化が促進され、部分負荷領域や冷態始動直後のアイドル条件での燃焼安定化に加えて、燃焼効率の向上によるＨＣ排出の低減（燃費の向上）を実現することができる。また、高負荷領域での粒子状物質（ＰＭ）の低減を実現することができる。 By supplying air from the lower nozzle 25 and the nozzle 26, fuel atomization is promoted by the interference of fuel spray and air, and in addition to stabilization of combustion in the partial load region and idle conditions immediately after cold start In addition, reduction of HC emissions (improvement of fuel consumption) can be realized by improving combustion efficiency. Moreover, reduction of particulate matter (PM) in a high load region can be realized.

従って、上述したエンジン１では、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、燃料の付着の防止、例えば、過給運転時のバルブオーバラップ拡大による出力向上、次の行程への燃料の持越しによる吹き抜け燃料の増加の防止、吸気冷却による充填効率の向上、ノッキング抑制による出力向上等、シリンダの内部に燃料を直接噴射した場合の性能（メリット）を維持し、広い運転領域でメリットを最大限に活かすことが可能になる。 Therefore, in the engine 1 described above, without providing a direct-injection injector that directly injects fuel into the cylinder, prevention of fuel adhesion, for example, improved output by expanding the valve overlap during supercharging operation, Maintaining the performance (merits) of direct injection of fuel into the cylinder, such as preventing increase in blow-by fuel due to carry-over of fuel to the next stroke, improving charging efficiency by intake air cooling, improving output by suppressing knocking, etc. It is possible to maximize the benefits in a wide operating area.

本発明は、吸気通路への燃料の噴射状態を的確に設定することで、シリンダの内部（筒内）に燃料を直接噴射する燃料噴射装置を該筒内に直接設けることなく、性能向上を図ることができる内燃機関の産業分野で利用することができる。 In the present invention, by accurately setting the state of fuel injection into the intake passage, performance is improved without directly providing a fuel injection device in the cylinder (inside the cylinder) directly in the cylinder. It can be used in the industrial field of internal combustion engines.

１内燃機関（エンジン）
２シリンダヘッド
３点火プラグ
４点火コイル
５吸気ポート
６燃焼室
７吸気バルブ
８燃料パイプ
９吸気マニホールド
１０燃料噴射弁（インジェクタ）
１１排気ポート
１２排気バルブ
１３排気マニホールド
１４吸気管
１５スロットルバルブ
１６スロットルポジションセンサ
１７エアフローセンサ
１８サージタンク
２０排気管
２１排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）
２２ＥＧＲ管
２３ＥＧＲバルブ
２５下部ノズル
２６ノズル
２８空気供給デバイス
２９空気供給制御手段
３１ＥＣＵ
３２クランク角センサ
３３水温センサ
５１過給機
５５排気浄化触媒
６１アクセルペダル
６２アクセルポジションセンサ
６３可変動弁機構
７２噴射制御手段
７３吸気行程噴射手段
７４排気行程噴射手段 1 Internal combustion engine
2 cylinder head 3 spark plug 4 ignition coil 5 intake port 6 combustion chamber 7 intake valve 8 fuel pipe 9 intake manifold 10 fuel injection valve (injector)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Exhaust port 12 Exhaust valve 13 Exhaust manifold 14 Intake pipe 15 Throttle valve 16 Throttle position sensor 17 Air flow sensor 18 Surge tank 20 Exhaust pipe 21 Exhaust gas circulation port (EGR port)
22 EGR pipe 23 EGR valve 25 Lower nozzle 26 Nozzle 28 Air supply device 29 Air supply control means 31 ECU
32 Crank angle sensor 33 Water temperature sensor 51 Supercharger 55 Exhaust purification catalyst 61 Accelerator pedal 62 Accelerator position sensor 63 Variable valve mechanism 72 Injection control means 73 Intake stroke injection means 74 Exhaust stroke injection means

Claims

吸気通路内に燃料を噴射するインジェクタと、
前記吸気通路とシリンダの内部とを連通する吸気開口と、
吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる吸気行程噴射手段を少なくとも含む燃料噴射手段と、
前記吸気開口近傍の前記吸気通路内において、前記インジェクタと対面する側の壁面から該壁面に沿うように空気を供給する第１空気供給手段と、
前記インジェクタよりも吸気流れ方向下流側の前記吸気開口近傍の前記吸気通路内において、該インジェクタが設けられる側の壁面から該壁面に沿って空気を供給する第２空気供給手段と、
機関の運転状態に応じて前記第１空気供給手段及び前記第２空気供給手段からの空気の供給を制御する空気供給制御手段とを備えた
ことを特徴とする内燃機関。 An injector for injecting fuel into the intake passage;
An intake opening communicating the intake passage and the inside of the cylinder;
Fuel injection means including at least intake stroke injection means for injecting fuel from the injector during the intake stroke;
A first air supply means for supplying air from the wall surface facing the injector along the wall surface in the intake passage near the intake opening;
Second air supply means for supplying air along the wall surface from the wall surface on the side where the injector is provided in the intake passage near the intake opening on the downstream side in the intake air flow direction from the injector;
An internal combustion engine comprising: an air supply control unit that controls supply of air from the first air supply unit and the second air supply unit according to an operating state of the engine.

請求項１に記載の内燃機関において、
前記機関の運転状態は、前記吸気通路の吸入空気の流速であり、
前記空気供給制御手段は、
予め設定された所定流速に対して前記吸入空気の流速が変化した際に、変化状況に基づいて、前記第１空気供給手段及び前記第２空気供給手段からの空気の供給を制御する
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1,
The operating state of the engine is a flow rate of intake air in the intake passage,
The air supply control means includes
When the flow rate of the intake air changes with respect to a predetermined flow rate set in advance, the supply of air from the first air supply unit and the second air supply unit is controlled based on the change state. An internal combustion engine.

請求項２に記載の内燃機関において、
前記空気供給制御手段は、
吸入空気の流速が所定流速よりも遅い場合に、前記第１空気供給手段から空気を供給して前記吸気通路の下方に滞留する前記燃料を前記吸気開口側に送ることで壁面に付着する前記燃料の量を抑制する
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 2,
The air supply control means includes
The fuel that adheres to the wall surface by supplying air from the first air supply means and sending the fuel staying below the intake passage to the intake opening side when the flow velocity of the intake air is slower than a predetermined flow rate An internal combustion engine characterized by suppressing the amount of

請求項２又は請求項３に記載の内燃機関において、
前記空気供給制御手段は、
吸入空気の流速が所定流速よりも速い場合に、前記第２空気供給手段から空気を供給する
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 2 or claim 3,
The air supply control means includes
An internal combustion engine, wherein air is supplied from the second air supply means when the flow rate of intake air is faster than a predetermined flow rate.

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記インジェクタは、前記吸気通路の前記シリンダの中心部側に連なる壁面から吸気流れ方向の下流側に向けて燃料を噴射し、
前記第２空気供給手段は、
前記吸気通路の前記吸気開口側のバルブスロート部に備えられ、
前記空気供給制御手段は、
前記第２空気供給手段から空気を供給する
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
The injector injects fuel from a wall surface continuous to the center side of the cylinder of the intake passage toward the downstream side in the intake flow direction,
The second air supply means includes
Provided in the valve throat portion on the intake opening side of the intake passage,
The air supply control means includes
An internal combustion engine that supplies air from the second air supply means.

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関において、
吸気を加圧する過給機と、排気バルブが閉じる時期と吸気バルブが開く時期を制御するバルブ開閉制御手段とを備え、
前記バルブ制御手段により前記排気バルブが閉じる前に前記吸気バルブが開くように制御されている際に、前記過給機により吸気が加圧されている
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5,
A supercharger for pressurizing the intake air, and valve opening / closing control means for controlling when the exhaust valve closes and when the intake valve opens,
The internal combustion engine, wherein the intake air is pressurized by the supercharger when the intake valve is controlled to open before the exhaust valve is closed by the valve control means.