JP2021116789A - Control method for internal combustion engine comprising water injection valve, and internal combustion engine comprising water injection valve - Google Patents

Control method for internal combustion engine comprising water injection valve, and internal combustion engine comprising water injection valve Download PDF

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Abstract

To improve thermal efficiency of an internal combustion engine.SOLUTION: An internal combustion engine 1 comprises a water injection valve 5 for injecting water into a combustion chamber 3. The water injection valve comprises a plurality of injection holes 56. The plurality of injection holes individually inject the water toward a plurality of space regions 31-36 different in a circumferential direction in the combustion chamber. In a control method for the internal combustion engine, before combustion is started in the combustion chamber, the water injection valve starts the injection of the water from some of the injection holes toward some of the regions out of the plurality of regions, and, after the injection of the water is started, the water injection valve starts the injection of water from the other injection holes toward the other regions.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

ここに開示する技術は、水噴射弁を備える内燃機関に関する。 The technique disclosed herein relates to an internal combustion engine including a water injection valve.

特許文献１には、水噴射弁を備える内燃機関が記載されている。水噴射弁は、燃焼室の天井部における中央部に取り付けられている。水噴射弁は、ピストンの上面に向かってコーン状に水を噴射する。圧縮行程中の所定のタイミングで、水噴射弁が水を噴射することによって、ピストンの上面における径方向の特定の領域が冷却される。当該領域における混合気の低温酸化反応の開始が遅れる。その結果、燃焼室内おいて前記領域よりも外側の領域における混合気が先ず自己着火し、その後、水を噴射した領域へ自己着火が連鎖的に進行する。特許文献１に記載された内燃機関は、エンジンの負荷が高い場合に、過早着火の発生を抑制した圧縮自己着火による燃焼が実現する。内燃機関の全運転領域において圧縮自己着火による燃焼が可能になるため、この内燃機関は熱効率が向上する。 Patent Document 1 describes an internal combustion engine including a water injection valve. The water injection valve is attached to the central portion of the ceiling of the combustion chamber. The water injection valve injects water in a cone shape toward the upper surface of the piston. The water injection valve injects water at a predetermined timing during the compression stroke to cool a specific radial region on the upper surface of the piston. The start of the low temperature oxidation reaction of the air-fuel mixture in the region is delayed. As a result, in the combustion chamber, the air-fuel mixture in the region outside the region first self-ignites, and then self-ignition proceeds in a chain reaction to the region in which water is injected. The internal combustion engine described in Patent Document 1 realizes combustion by compression self-ignition that suppresses the occurrence of premature ignition when the engine load is high. This internal combustion engine has improved thermal efficiency because it enables combustion by compression self-ignition in the entire operating range of the internal combustion engine.

特開２０１５−０９４３０３号公報JP 2015-094303

特許文献１に記載された内燃機関は、燃焼室内における周方向の全域に亘る広い範囲に、水を一度に噴射しているため、燃焼室の全体の温度が低下する。燃焼室の全体において燃焼が比較的緩慢になるから、熱発生率のピークの発生タイミングが、圧縮上死点よりも大幅に遅れ、熱効率が低下する。この内燃機関は、熱効率の向上の点で改善の余地がある。 In the internal combustion engine described in Patent Document 1, water is injected at once over a wide range in the circumferential direction in the combustion chamber, so that the temperature of the entire combustion chamber is lowered. Since the combustion becomes relatively slow in the entire combustion chamber, the generation timing of the peak of the heat generation rate is significantly delayed from the compression top dead center, and the thermal efficiency is lowered. This internal combustion engine has room for improvement in terms of improving thermal efficiency.

ここに開示する技術は、内燃機関の熱効率を向上する。 The techniques disclosed herein improve the thermal efficiency of an internal combustion engine.

ここに開示する技術は、燃焼室内に水を噴射する水噴射弁を備える内燃機関の制御方法に係る。 The technique disclosed herein relates to a method for controlling an internal combustion engine including a water injection valve for injecting water into a combustion chamber.

前記水噴射弁は、複数の噴射孔を有し、前記複数の噴射孔は、前記燃焼室内の周方向における異なる複数の空間領域に向けて、個別に水を噴射する。 The water injection valve has a plurality of injection holes, and the plurality of injection holes individually inject water toward a plurality of different spatial regions in the circumferential direction of the combustion chamber.

この制御方法は、
前記燃焼室内において燃焼が開始する前に、前記水噴射弁が、前記複数の空間領域のうちの一部の空間領域に向けて、一部の噴射孔から水の噴射を開始し、
前記水の噴射の開始後に、前記水噴射弁が、他の空間領域に向けて、他の噴射孔から水の噴射を開始する。 This control method
Before combustion starts in the combustion chamber, the water injection valve starts injecting water from a part of the injection holes toward a part of the space areas among the plurality of space areas.
After the start of the water injection, the water injection valve starts injecting water from another injection hole toward another space region.

燃焼室内に水を噴射すると、水の気化潜熱によって周囲の温度が下がる。 When water is injected into the combustion chamber, the ambient temperature drops due to the latent heat of vaporization of the water.

この制御方法に用いる水噴射弁は、複数の噴射孔が、燃焼室内において周方向に仮想的に分割された複数の空間領域に向けて、個別に水を噴射する。複数の噴射孔の一部の噴射孔から水を噴射すると、燃焼室内の一部の空間領域の温度が相対的に低下する。 In the water injection valve used in this control method, a plurality of injection holes individually inject water toward a plurality of spatial regions virtually divided in the circumferential direction in the combustion chamber. When water is injected from some of the injection holes of the plurality of injection holes, the temperature of a part of the space region in the combustion chamber is relatively lowered.

前記の制御方法は、燃焼室内において燃焼が開始する前に、水噴射弁が、複数の空間領域のうちの一部の空間領域に向けて、一部の噴射孔から水の噴射を開始する。その水の噴射の開始後に、水噴射弁が、他の空間領域に向けて、他の噴射孔から水の噴射を開始する。燃焼室内の異なる空間領域に対して水を噴射するタイミングがずれているため、燃焼室内の周方向に、温度の分布が生じる。 In the above control method, the water injection valve starts injecting water from a part of the injection holes toward a part of the space areas among the plurality of space areas before the combustion starts in the combustion chamber. After the start of the water injection, the water injection valve starts injecting water from the other injection holes toward the other spatial region. Since the timing of injecting water to different spatial regions in the combustion chamber is different, a temperature distribution occurs in the circumferential direction of the combustion chamber.

ピストンの上昇に伴い燃焼室内の温度が高くなると、先に水を噴射することにより、先に温度が低下した一部の空間領域の温度は、早期に温度が上昇するため、当該一部の空間領域における燃焼が先に開始する。後から水を噴射した他の空間領域の温度は、遅れて温度が上昇するため、当該他の空間領域における燃焼は、遅れて開始する。 When the temperature in the combustion chamber rises as the piston rises, the temperature in a part of the space area where the temperature drops first by injecting water first rises early, so that part of the space Combustion in the region begins first. Since the temperature of the other space region in which water is injected later rises with a delay, combustion in the other space region starts with a delay.

先に開始する燃焼が燃焼室内の一部の空間領域に制限されるため、燃焼圧が急峻に上昇するような燃焼が回避される。燃焼室内における燃焼の開始時期を、比較的早い時期にすることができる。また、複数の空間領域における燃焼が、開始タイミングをずらして順次行われるため、燃焼室内全体としては、急速な燃焼を行いつつも、燃焼のピークが高くなりすぎることが抑制される。その結果、燃焼騒音の増大を抑制しながら、燃焼のピークの発生タイミングを圧縮上死点に近づけることができる。内燃機関は、熱効率が向上する。内燃機関を搭載した車両の燃費性能が向上する。 Since the combustion that starts first is limited to a part of the space area in the combustion chamber, combustion in which the combustion pressure rises sharply is avoided. The start time of combustion in the combustion chamber can be set to a relatively early time. Further, since combustion in a plurality of spatial regions is sequentially performed with the start timing shifted, it is possible to prevent the peak of combustion from becoming too high while performing rapid combustion in the entire combustion chamber. As a result, the timing of occurrence of the combustion peak can be brought closer to the compression top dead center while suppressing the increase in combustion noise. Internal combustion engines have improved thermal efficiency. The fuel efficiency of vehicles equipped with an internal combustion engine is improved.

前記内燃機関は、圧縮自己着火式の内燃機関であり、
前記水噴射弁は、前記燃焼室内に燃料が供給された後、前記燃焼室内の混合気が自己着火する前に、前記複数の空間領域のうちの一部の空間領域に向けて、前記一部の噴射孔から水の噴射を開始し、
前記水噴射弁は、前記水の噴射の開始後、前記他の空間領域の混合気が自己着火する前に、前記他の空間領域に向けて、前記他の噴射孔から水の噴射を開始する、としてもよい。 The internal combustion engine is a compression self-ignition type internal combustion engine.
The water injection valve is directed toward a part of the plurality of space areas after the fuel is supplied to the combustion chamber and before the air-fuel mixture in the combustion chamber is self-ignited. Start spraying water from the injection hole of
The water injection valve starts water injection from the other injection holes toward the other space region after the start of the water injection and before the air-fuel mixture in the other space region self-ignites. , May be.

一部の空間領域に向けて、一部の噴射孔から水の噴射を開始すると、当該一部の空間領域における混合気の酸化反応の開始及び／又は進行が抑制される。 When water injection is started from some injection holes toward a part of the space region, the start and / or progress of the oxidation reaction of the air-fuel mixture in the part of the space region is suppressed.

前述したように、燃焼室内の複数の空間領域に対して水を噴射するタイミングがずれているため、混合気の酸化反応の進行度合いは、燃焼室内の周方向に均等でなく、進行度合いの分布が生じる。 As described above, since the timing of injecting water to a plurality of spatial regions in the combustion chamber is different, the degree of progress of the oxidation reaction of the air-fuel mixture is not uniform in the circumferential direction of the combustion chamber, and the degree of progress is distributed. Occurs.

ピストンの上昇に伴い燃焼室内の温度が高くなると、先に水を噴射することにより、先に温度が低下した一部の空間領域は、混合気の酸化反応の進行度合いが相対的に進んでいるため、当該一部の空間領域における混合気が、先に自己着火する。後から水を噴射した他の空間領域は、混合気の酸化反応が遅れて進行するため、当該他の空間領域における混合気は、遅れて自己着火する。 When the temperature in the combustion chamber rises as the piston rises, the progress of the oxidation reaction of the air-fuel mixture is relatively advanced in some of the spatial regions where the temperature has dropped first by injecting water first. Therefore, the air-fuel mixture in the part of the space region self-ignites first. In the other spatial region where water is injected later, the oxidation reaction of the air-fuel mixture proceeds with a delay, so that the air-fuel mixture in the other spatial region self-ignites with a delay.

従って、燃料室内の空間領域毎に、燃焼が順次開始するから、この内燃機関も、燃焼騒音の増大を抑制しながら、燃焼のピークの発生タイミングを圧縮上死点に近づけることができる。内燃機関の熱効率が向上する。 Therefore, since combustion starts sequentially for each space region in the fuel chamber, this internal combustion engine can also bring the combustion peak generation timing closer to the compression top dead center while suppressing an increase in combustion noise. The thermal efficiency of the internal combustion engine is improved.

前記内燃機関の回転数を取得し、
前記内燃機関の回転数が高いほど、低い場合よりも前記水噴射弁の噴射量を少なく設定する、としてもよい。 Obtaining the number of revolutions of the internal combustion engine,
The higher the rotation speed of the internal combustion engine, the smaller the injection amount of the water injection valve may be set than when it is low.

内燃機関の回転数が高いと、混合気が燃焼室内において高温環境に晒される時間が短いため、混合気の過早着火が抑制される。内燃機関の回転数が高い場合に、水噴射弁の噴射量を少なくすることにより、燃焼室内は過剰に冷却されない。混合気の燃焼が適正化する。水噴射弁の噴射量を少なくすると、水噴射弁に水を供給するポンプの仕事量が減る。この構成は、内燃機関を搭載する車両の燃費性能の向上にも有利である。 When the rotation speed of the internal combustion engine is high, the air-fuel mixture is exposed to a high temperature environment for a short time in the combustion chamber, so that premature ignition of the air-fuel mixture is suppressed. When the rotation speed of the internal combustion engine is high, the combustion chamber is not excessively cooled by reducing the injection amount of the water injection valve. Combustion of the air-fuel mixture is optimized. When the injection amount of the water injection valve is reduced, the work amount of the pump that supplies water to the water injection valve is reduced. This configuration is also advantageous for improving the fuel efficiency of a vehicle equipped with an internal combustion engine.

内燃機関の回転数が低いと、混合気が燃焼室内において高温環境に晒される時間が長いため、混合気は過早着火しやすい。内燃機関の回転数が低い場合に、水噴射弁の噴射量を多くすることにより、燃焼室内は十分に冷却される。混合気の燃焼が適正化する。 When the rotation speed of the internal combustion engine is low, the air-fuel mixture is exposed to a high temperature environment for a long time in the combustion chamber, so that the air-fuel mixture tends to ignite prematurely. When the rotation speed of the internal combustion engine is low, the combustion chamber is sufficiently cooled by increasing the injection amount of the water injection valve. Combustion of the air-fuel mixture is optimized.

前記水噴射弁に供給される水の温度を取得し、
前記燃焼室内に噴射する水の温度が低いほど、高い場合よりも前記水噴射弁の噴射量を少なく設定する、としてもよい。 Obtain the temperature of the water supplied to the water injection valve
The lower the temperature of the water injected into the combustion chamber, the smaller the injection amount of the water injection valve may be set than when the temperature is high.

水の温度が低いと、燃焼室内の温度をより低下させることができる。水の温度が低い場合は、高い場合よりも水噴射弁の噴射量を少なくすることにより、燃焼室内を適切に冷却できる。混合気の燃焼が適正化する。また、水噴射弁の噴射量を少なくすると、内燃機関を搭載する車両の燃費性能の向上に有利である。 When the temperature of water is low, the temperature in the combustion chamber can be further lowered. When the temperature of water is low, the combustion chamber can be appropriately cooled by reducing the injection amount of the water injection valve as compared with the case where the temperature is high. Combustion of the air-fuel mixture is optimized. Further, reducing the injection amount of the water injection valve is advantageous for improving the fuel efficiency of the vehicle equipped with the internal combustion engine.

ここに開示する技術は、燃焼室内に水を噴射する水噴射弁が前記燃焼室の天井部に取り付けられた内燃機関に係る。この内燃機関は、
前記水噴射弁を制御する制御部を備え、
前記水噴射弁は、複数の噴射孔を有し、前記複数の噴射孔は、前記燃焼室内の周方向における異なる複数の空間領域に向けて、個別に水を噴射し、
前記制御部は、前記燃焼室内において燃焼が開始する前に、
前記複数の領域のうちの一部の領域に向けて、前記水噴射弁の一部の噴射孔から水の噴射を開始させ、
前記水の噴射の開始後に、他の領域に向けて、前記水噴射弁の他の噴射孔から水の噴射を開始させる。 The technique disclosed herein relates to an internal combustion engine in which a water injection valve for injecting water into a combustion chamber is attached to the ceiling of the combustion chamber. This internal combustion engine
A control unit for controlling the water injection valve is provided.
The water injection valve has a plurality of injection holes, and the plurality of injection holes individually inject water toward a plurality of different spatial regions in the circumferential direction of the combustion chamber.
The control unit sets the control unit before combustion starts in the combustion chamber.
Water injection is started from a part of the injection holes of the water injection valve toward a part of the plurality of regions.
After the start of the water injection, the water injection is started from the other injection holes of the water injection valve toward the other region.

前述したように、この内燃機関は、燃焼騒音の増大を抑制しながら、燃焼のピークの発生タイミングを圧縮上死点に近づけることができる。内燃機関は、熱効率が向上する。内燃機関を搭載した車両の燃費性能が向上する。 As described above, this internal combustion engine can bring the timing of occurrence of the combustion peak closer to the compression top dead center while suppressing the increase in combustion noise. Internal combustion engines have improved thermal efficiency. The fuel efficiency of vehicles equipped with an internal combustion engine is improved.

以上説明したように、前記の水噴射弁を備える内燃機関の制御方法、及び、水噴射弁を備える内燃機関によると、内燃機関の熱効率を向上できる。 As described above, according to the control method of the internal combustion engine provided with the water injection valve and the internal combustion engine provided with the water injection valve, the thermal efficiency of the internal combustion engine can be improved.

図１は、内燃機関の構成を例示するシステム図である。FIG. 1 is a system diagram illustrating the configuration of an internal combustion engine. 図２は、水噴射弁の構成を例示する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the water injection valve. 図３は、水噴射弁が燃焼室内の各空間領域に水を噴射する状態を例示する遷移図である。FIG. 3 is a transition diagram illustrating a state in which the water injection valve injects water into each space region in the combustion chamber. 図４は、混合気の燃焼に関する各パラメータのタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart of each parameter relating to the combustion of the air-fuel mixture. 図５は、水噴射弁の制御に関するフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart relating to the control of the water injection valve. 図６は、内燃機関の運転領域を例示する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an operating region of an internal combustion engine. 図７は、内燃機関の高回転時と低回転時との水の噴射態様を例示するタイミングチャートである。FIG. 7 is a timing chart illustrating the water injection modes at the time of high rotation and the time of low rotation of the internal combustion engine. 図８は、噴射する水の温度の高低に対する水の噴射態様の違いを例示するタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart illustrating the difference in the injection mode of water with respect to the temperature of the injected water.

以下、水噴射弁を備える内燃機関、及び、内燃機関の制御方法について、図面を参照しながら説明をする。尚、以下の説明は、例示である。図１は、内燃機関１のシステム図を示している。この内燃機関１は、圧縮自己着火式の４ストローク機関である。内燃機関１の燃料は、ガソリン、又は、ガソリンを含有する液体燃料である。内燃機関１は、４輪の車両に搭載されている。内燃機関１の出力を駆動輪に伝達することによって車両が走行する。 Hereinafter, an internal combustion engine provided with a water injection valve and a control method for the internal combustion engine will be described with reference to the drawings. The following description is an example. FIG. 1 shows a system diagram of the internal combustion engine 1. The internal combustion engine 1 is a compression self-ignition type 4-stroke engine. The fuel of the internal combustion engine 1 is gasoline or a liquid fuel containing gasoline. The internal combustion engine 1 is mounted on a four-wheeled vehicle. The vehicle travels by transmitting the output of the internal combustion engine 1 to the drive wheels.

（内燃機関の全体構成）
内燃機関１は、シリンダブロック２１と、シリンダブロック２１の上に載置されるシリンダヘッド２２と、を備えている。シリンダブロック２１の内部には、複数のシリンダ２３が設けられている。複数のシリンダ２３は、クランクシャフト２６の方向に並んで配置されている。尚、内燃機関１のシリンダ数、及び、シリンダの配列は、特定の数及び配列に限定されない。 (Overall configuration of internal combustion engine)
The internal combustion engine 1 includes a cylinder block 21 and a cylinder head 22 mounted on the cylinder block 21. A plurality of cylinders 23 are provided inside the cylinder block 21. The plurality of cylinders 23 are arranged side by side in the direction of the crankshaft 26. The number of cylinders of the internal combustion engine 1 and the arrangement of cylinders are not limited to a specific number and arrangement.

各シリンダ２３内には、クランクシャフト２６に対しコネクティングロッド２７を介して連結されるピストン２４が内挿されている。ピストン２４は、シリンダ２３内を往復する。ピストン２４の上面と、シリンダヘッド２２の天井部と、シリンダ２３の内周面とは、燃焼室３を形成する。 A piston 24, which is connected to the crankshaft 26 via a connecting rod 27, is inserted in each cylinder 23. The piston 24 reciprocates in the cylinder 23. The upper surface of the piston 24, the ceiling of the cylinder head 22, and the inner peripheral surface of the cylinder 23 form a combustion chamber 3.

内燃機関１には、吸気管４１が接続されている。図示は省略するが、吸気管４１は、各燃焼室３に接続されている。吸気管４１は、各燃焼室３へ吸気を供給する。吸気管４１には、スロットル弁４１１が介設している。 An intake pipe 41 is connected to the internal combustion engine 1. Although not shown, the intake pipe 41 is connected to each combustion chamber 3. The intake pipe 41 supplies intake air to each combustion chamber 3. A throttle valve 411 is interposed in the intake pipe 41.

内燃機関１には、排気管４２が接続されている。図示は省略するが、排気管４２は、各燃焼室３に接続されている。排気管４２は、各燃焼室３から排気を排出する。 An exhaust pipe 42 is connected to the internal combustion engine 1. Although not shown, the exhaust pipe 42 is connected to each combustion chamber 3. The exhaust pipe 42 discharges exhaust gas from each combustion chamber 3.

シリンダヘッド２２には、シリンダ２３毎に燃料噴射弁４３が取り付けられている。燃料噴射弁４３は、燃焼室３内に直接、燃料を噴射する。燃料噴射弁４３の構成は、どのようなものであってもよい。燃料噴射弁４３は、例えば多噴口型の燃料噴射弁としてもよい。 A fuel injection valve 43 is attached to the cylinder head 22 for each cylinder 23. The fuel injection valve 43 injects fuel directly into the combustion chamber 3. The configuration of the fuel injection valve 43 may be any. The fuel injection valve 43 may be, for example, a multi-injection type fuel injection valve.

尚、燃焼室３内に燃料を噴射する燃料噴射弁４３に代えて、又は、当該燃料噴射弁４３と共に、内燃機関１は、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有してもよい。 In addition, instead of the fuel injection valve 43 that injects fuel into the combustion chamber 3, or together with the fuel injection valve 43, the internal combustion engine 1 may have a fuel injection valve that injects fuel into the intake port. ..

シリンダヘッド２２にはまた、シリンダ２３毎に、水噴射弁５が取り付けられている。水噴射弁５は、図３に示すように、例えばシリンダ２３の中心軸Ｘ上に配設されている。水噴射弁５は、燃焼室３内に水を噴射する。水噴射弁５の構成の詳細は、後述する。 A water injection valve 5 is attached to the cylinder head 22 for each cylinder 23. As shown in FIG. 3, the water injection valve 5 is arranged, for example, on the central axis X of the cylinder 23. The water injection valve 5 injects water into the combustion chamber 3. Details of the configuration of the water injection valve 5 will be described later.

水タンク６１は、水噴射弁５が噴射する水を貯留している。水タンク６１に貯留される水は、図１に一点鎖線で示すように、例えば排気管４２を流れる排気を凝縮することにより得られる。尚、水タンク６１は、外部から給水可能に構成してもよい。 The water tank 61 stores the water injected by the water injection valve 5. The water stored in the water tank 61 is obtained, for example, by condensing the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 42, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. The water tank 61 may be configured so that water can be supplied from the outside.

水噴射弁５と水タンク６１とをつなぐ供給路６２には、ポンプ６３が介設している。ポンプ６３は、水噴射弁５へ水を圧送する。ポンプ６３は、内燃機関１によって駆動されてもよいし、電動ポンプでもよい。 A pump 63 is interposed in the supply path 62 that connects the water injection valve 5 and the water tank 61. The pump 63 pumps water to the water injection valve 5. The pump 63 may be driven by the internal combustion engine 1 or may be an electric pump.

内燃機関１はまた、冷却水回路６４を有している。冷却水回路６４は、冷却水の熱交換を行うラジエータ６４１を有している。冷却水は、内燃機関１とラジエータ６４１との間を循環する。 The internal combustion engine 1 also has a cooling water circuit 64. The cooling water circuit 64 has a radiator 641 that exchanges heat with the cooling water. The cooling water circulates between the internal combustion engine 1 and the radiator 641.

内燃機関１は、コントローラ７０を有している。コントローラ７０は、内燃機関１の運転を制御する。図１のシステム図において、コントローラ７０には、各種のセンサが接続されている。具体的に図１のシステム図においては、吸気温センサ７１、第１水温センサ７２、クランク角度センサ７３、車速センサ７４、アクセル踏み込み量センサ７５、スロットル弁開度センサ７６、筒内圧センサ７７、及び、第２水温センサ７８が、コントローラ７０に接続されている。 The internal combustion engine 1 has a controller 70. The controller 70 controls the operation of the internal combustion engine 1. In the system diagram of FIG. 1, various sensors are connected to the controller 70. Specifically, in the system diagram of FIG. 1, the intake air temperature sensor 71, the first water temperature sensor 72, the crank angle sensor 73, the vehicle speed sensor 74, the accelerator depression amount sensor 75, the throttle valve opening sensor 76, the in-cylinder pressure sensor 77, and , The second water temperature sensor 78 is connected to the controller 70.

ここで、吸気温センサ７１は、吸気管４１に取り付けられかつ、吸気管４１を流れる吸気の温度に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。第１水温センサ７２は、冷却水回路６４に取り付けられ、冷却水の温度に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。 Here, the intake air temperature sensor 71 is attached to the intake pipe 41 and outputs a measurement signal related to the temperature of the intake air flowing through the intake pipe 41 to the controller 70. The first water temperature sensor 72 is attached to the cooling water circuit 64, and outputs a measurement signal related to the temperature of the cooling water to the controller 70.

クランク角度センサ７３は、内燃機関１に取り付けられかつ、クランクシャフト２６の回転角度に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。 The crank angle sensor 73 is attached to the internal combustion engine 1 and outputs a measurement signal related to the rotation angle of the crankshaft 26 to the controller 70.

車速センサ７４は、車両の車輪に取り付けられかつ、車速に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。アクセル踏み込み量センサ７５は、アクセルペダル７５１に取り付けられかつ、アクセルペダル７５１の踏み込み量に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。 The vehicle speed sensor 74 is attached to the wheels of the vehicle and outputs a measurement signal related to the vehicle speed to the controller 70. The accelerator depression amount sensor 75 is attached to the accelerator pedal 751 and outputs a measurement signal related to the depression amount of the accelerator pedal 751 to the controller 70.

スロットル弁開度センサ７６は、スロットル弁４１１に取り付けられかつ、スロットル弁４１１の開度に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。筒内圧センサ７７は、シリンダヘッド２２に取り付けられかつ、燃焼室３内の圧力に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。 The throttle valve opening sensor 76 is attached to the throttle valve 411 and outputs a measurement signal related to the opening of the throttle valve 411 to the controller 70. The in-cylinder pressure sensor 77 is attached to the cylinder head 22 and outputs a measurement signal related to the pressure in the combustion chamber 3 to the controller 70.

第２水温センサ７８は、水タンク６１に取り付けられかつ、燃焼室３内に噴射する水の温度に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。 The second water temperature sensor 78 is attached to the water tank 61 and outputs a measurement signal related to the temperature of the water injected into the combustion chamber 3 to the controller 70.

コントローラ７０は、これらのセンサ７１〜７８の計測信号に基づいて内燃機関１の運転状態を判断する。 The controller 70 determines the operating state of the internal combustion engine 1 based on the measurement signals of these sensors 71 to 78.

コントローラ７０は、燃料噴射弁４３と、水噴射弁５とに、制御信号を出力する。コントローラ７０は、内燃機関１の運転状態に応じた制御信号を出力する。 The controller 70 outputs a control signal to the fuel injection valve 43 and the water injection valve 5. The controller 70 outputs a control signal according to the operating state of the internal combustion engine 1.

燃料噴射弁４３は、コントローラ７０からの制御信号を受け、所定の量の燃料を、所定のタイミングで、燃焼室３内に噴射する。燃料噴射弁４３は、例えば吸気行程の期間内、及び／又は、圧縮行程の期間内に、燃焼室３内に噴射する。尚、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁は、例えば吸気行程の期間内に、吸気ポート、及び／又は、燃焼室３内に燃料を噴射する。 The fuel injection valve 43 receives a control signal from the controller 70 and injects a predetermined amount of fuel into the combustion chamber 3 at a predetermined timing. The fuel injection valve 43 injects into the combustion chamber 3 during, for example, the intake stroke and / or the compression stroke. The fuel injection valve provided in the intake port injects fuel into the intake port and / or the combustion chamber 3, for example, within the period of the intake stroke.

燃焼室３内に燃料が噴射されることによって、燃焼室３内には混合気が形成される。ピストン２４が上昇するに従い燃焼室３内の温度が高まる。混合気の酸化反応は、次第に進行する。燃焼室３内の温度が自己着火温度を超えると、混合気は、自己着火により燃焼する。 By injecting fuel into the combustion chamber 3, an air-fuel mixture is formed in the combustion chamber 3. As the piston 24 rises, the temperature inside the combustion chamber 3 rises. The oxidation reaction of the air-fuel mixture gradually proceeds. When the temperature in the combustion chamber 3 exceeds the self-ignition temperature, the air-fuel mixture burns by self-ignition.

尚、水噴射弁５による水の噴射に関しては、後述する。 The injection of water by the water injection valve 5 will be described later.

（水噴射弁の構成）
図２は、水噴射弁５の構成を例示している。水噴射弁５は、ソレノイド式の噴射弁である。つまり、水噴射弁５は、ソレノイドコイルに通電することにより、ニードルをストロークさせ、それによって、噴射孔を開く。この水噴射弁５は、複数の噴射孔５６を個別に開閉可能に構成されている。 (Structure of water injection valve)
FIG. 2 illustrates the configuration of the water injection valve 5. The water injection valve 5 is a solenoid type injection valve. That is, the water injection valve 5 strokes the needle by energizing the solenoid coil, thereby opening the injection hole. The water injection valve 5 is configured so that a plurality of injection holes 56 can be individually opened and closed.

水噴射弁５は、バルブボディ５１と、ニードル５２と、ソレノイドコイル５３と、可動コア５４と、固定コア５５とを有している。 The water injection valve 5 has a valve body 51, a needle 52, a solenoid coil 53, a movable core 54, and a fixed core 55.

バルブボディ５１は、略円筒状である。バルブボディ５１は、水の通路を形成する。バルブボディ５１の基端部（つまり、図２における上端部）には、水が流入する流入口５１１が設けられている。バルブボディ５１の先端部（つまり、図２における下端部）は塞がっていると共に、複数の噴射孔５６が形成されている。 The valve body 51 has a substantially cylindrical shape. The valve body 51 forms a water passage. An inflow port 511 through which water flows is provided at the base end portion (that is, the upper end portion in FIG. 2) of the valve body 51. The tip end portion (that is, the lower end portion in FIG. 2) of the valve body 51 is closed, and a plurality of injection holes 56 are formed.

複数の噴射孔５６は、拡大図２０１に示すように、第１噴射孔５６１、第２噴射孔５６２、第３噴射孔５６３、第４噴射孔５６４、第５噴射孔５６５及び第６噴射孔５６６を含む。第１〜第６噴射孔５６１〜５６６は、周方向に等角度間隔で配置されている。第１〜第６噴射孔５６１〜５６６の径は全て同じである。第１〜第６噴射孔５６１〜５６６の孔軸は、水噴射弁５の軸に対して傾いている。第１〜第６噴射孔５６１〜５６６は、拡大図２０１及び図３に示すように、水噴射弁５の先端から斜め下向きに水Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６を噴射する。 As shown in the enlarged view 201, the plurality of injection holes 56 include a first injection hole 561, a second injection hole 562, a third injection hole 563, a fourth injection hole 564, a fifth injection hole 565, and a sixth injection hole 566. including. The first to sixth injection holes 561-566 are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction. The diameters of the first to sixth injection holes 561-566 are all the same. The hole shafts of the first to sixth injection holes 561-566 are inclined with respect to the shaft of the water injection valve 5. As shown in enlarged views 201 and 3, the first to sixth injection holes 561-566 inject water W1, W2, W3, W4, W5, and W6 diagonally downward from the tip of the water injection valve 5.

ニードル５２は、第１〜第６噴射孔５６１〜５６６を開閉する。ニードル５２は、バルブボディ５１内において、水噴射弁５の軸に沿って伸びている。ニードル５２の先端は、バルブボディ５１の先端部に当接している。ニードル５２は、その基端部に設けられたスプリング５２０によって、バルブボディ５１の先端側へ付勢されている。ニードル５２は、非通電時には第１〜第６噴射孔５６１〜５６６を閉じる。 The needle 52 opens and closes the first to sixth injection holes 561 to 566. The needle 52 extends along the axis of the water injection valve 5 in the valve body 51. The tip of the needle 52 is in contact with the tip of the valve body 51. The needle 52 is urged toward the tip end side of the valve body 51 by a spring 520 provided at its base end. The needle 52 closes the first to sixth injection holes 561-566 when it is not energized.

ニードル５２は、円柱状である。ニードル５２はまた、図２の拡大図２０２に示すように、周方向に６つに分割されている。６つの分割ニードル５２１は、第１〜第６噴射孔５６１〜５６６のそれぞれに対応する。つまり、６つの分割ニードル５２１は、第１〜第６噴射孔５６１〜５６６のそれぞれを、個別に開閉する。 The needle 52 is columnar. The needle 52 is also divided into six in the circumferential direction, as shown in the enlarged view 202 of FIG. The six split needles 521 correspond to each of the first to sixth injection holes 561-566. That is, the six split needles 521 individually open and close each of the first to sixth injection holes 561 to 566.

ニードル５２には、可動コア５４が外挿されている。可動コア５４は、円環状を有していると共に、ニードル５２と同様に、周方向に６つに分割されている。６つの分割可動コア５４１は、６つの分割ニードル５２１のそれぞれに対応する。各分割可動コア５４１は、各分割ニードル５２１に固定されている。尚、各分割可動コア５４１には、水が通過する通路５４２が、軸方向に貫通して形成されている。 A movable core 54 is extrapolated to the needle 52. The movable core 54 has an annular shape and is divided into six in the circumferential direction like the needle 52. The six split movable cores 541 correspond to each of the six split needles 521. Each split movable core 541 is fixed to each split needle 521. In each split movable core 541, a passage 542 through which water passes is formed so as to penetrate in the axial direction.

可動コア５４よりも、バルブボディ５１の基端側には、固定コア５５が配設されている。固定コア５５は、バルブボディ５１に内挿されかつ、バルブボディ５１に固定されている。固定コア５５には、水が流れる通路５５１が、軸方向に貫通して形成されている。 A fixed core 55 is arranged on the base end side of the valve body 51 with respect to the movable core 54. The fixed core 55 is inserted into the valve body 51 and fixed to the valve body 51. A passage 551 through which water flows is formed in the fixed core 55 so as to penetrate in the axial direction.

ソレノイドコイル５３は、バルブボディ５１に外挿されている。ソレノイドコイル５３は、周方向に６つに分割されている。６つの分割ソレノイドコイル５３１は、６個の分割可動コア５４１のそれぞれに対応する。水噴射弁５は、６つの分割ソレノイドコイル５３１に個別に通電可能に構成されている。 The solenoid coil 53 is extrapolated to the valve body 51. The solenoid coil 53 is divided into six in the circumferential direction. The six split solenoid coils 531 correspond to each of the six split movable cores 541. The water injection valve 5 is configured so that the six split solenoid coils 531 can be individually energized.

いずれかの分割ソレノイドコイル５３１に通電すると、当該分割ソレノイドコイル５３１に対応する分割可動コア５４１が、固定コア５５の方へ吸引される。これにより、当該分割可動コア５４１に対応する分割ニードル５２１が、スプリング５２０の付勢力に抗して基端側へ移動し、当該分割ニードル５２１に対応する噴射孔５６から、水が噴射する。水噴射弁５は、第１〜第６噴射孔５６１〜５６６から、個別に水Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６を噴射できる。 When any of the split solenoid coils 531 is energized, the split movable core 541 corresponding to the split solenoid coil 531 is sucked toward the fixed core 55. As a result, the split needle 521 corresponding to the split movable core 541 moves toward the proximal end side against the urging force of the spring 520, and water is injected from the injection hole 56 corresponding to the split needle 521. The water injection valve 5 can individually inject water W1, W2, W3, W4, W5, and W6 from the first to sixth injection holes 561-566.

（水の噴射態様）
水噴射弁５は、複数の噴射孔５６１〜５６６を通じて、燃焼室３内における周方向に異なる複数の空間領域３１〜３６に向けて、個別に水Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６を噴射できる。 (Water injection mode)
The water injection valve 5 individually directs water W1, W2, W3, W4, W5, and W6 through the plurality of injection holes 561 to 566 toward a plurality of spatial regions 31 to 36 that are different in the circumferential direction in the combustion chamber 3. Can be sprayed.

図３は、水噴射弁５が燃焼室３内の第１〜第６空間領域３１〜３６に水を噴射する状態を例示する遷移図である。先ず、工程Ｐ３０１において、水噴射弁５は、第１噴射孔５６１から第１空間領域３１へ水Ｗ１を噴射する。次に、工程Ｐ３０２において、水噴射弁５は、第２噴射孔５６２から第２空間領域３２へ水Ｗ２を噴射する。第１噴射孔５６１の孔軸の向きと、第２噴射孔５６２の孔軸の向きとは異なるため、第２噴射孔５６２から噴射された水の噴霧は、第１噴射孔５６１が噴射した第１空間領域３１に対して、周方向に異なる第２空間領域３２へ到達する。 FIG. 3 is a transition diagram illustrating a state in which the water injection valve 5 injects water into the first to sixth space regions 31 to 36 in the combustion chamber 3. First, in step P301, the water injection valve 5 injects water W1 from the first injection hole 561 into the first space region 31. Next, in step P302, the water injection valve 5 injects water W2 from the second injection hole 562 into the second space region 32. Since the direction of the hole shaft of the first injection hole 561 and the direction of the hole shaft of the second injection hole 562 are different, the water sprayed from the second injection hole 562 is the first sprayed by the first injection hole 561. The second space region 32, which is different in the circumferential direction from the one space region 31, is reached.

工程Ｐ３０３において、水噴射弁５は、第３噴射孔５６３から第３空間領域３３へ水Ｗ３を噴射する。第３噴射孔５６３から噴射された水の噴霧は、第１噴射孔５６１が噴射した第１空間領域３１及び第２噴射孔５６２が噴射した第２空間領域３２に対して、周方向に異なる第３空間領域３３へ到達する。 In step P303, the water injection valve 5 injects water W3 from the third injection hole 563 into the third space region 33. The spray of water injected from the third injection hole 563 is different in the circumferential direction from the first space region 31 injected by the first injection hole 561 and the second space region 32 injected by the second injection hole 562. 3 Reach the spatial region 33.

工程Ｐ３０４において、水噴射弁５は、第４噴射孔５６４から第４空間領域３４へ水Ｗ４を噴射し、続く工程Ｐ３０５において、水噴射弁５は、第５噴射孔５６５から第５空間領域３５へ水Ｗ５を噴射し、工程Ｐ３０６において、水噴射弁５は、第６噴射孔５６６から第６空間領域３６へ水Ｗ６を噴射する。水噴射弁５は、燃焼室３内を、周方向に仮想的に分割した複数の空間領域のそれぞれへ、噴射タイミングをずらして水を噴射できる。 In step P304, the water injection valve 5 injects water W4 from the fourth injection hole 564 to the fourth space region 34, and in the subsequent step P305, the water injection valve 5 injects water W4 from the fifth injection hole 565 to the fifth space region 35. Water W5 is injected into the water, and in step P306, the water injection valve 5 injects water W6 from the sixth injection hole 566 into the sixth space region 36. The water injection valve 5 can inject water into each of a plurality of spatial regions virtually divided in the circumferential direction in the combustion chamber 3 at different injection timings.

図４は、混合気の燃焼に関する各パラメータのタイミングチャートを例示している。チャート４０１は、燃料噴射弁４３のリフト量を例示している。燃料噴射弁４３は、前述したように、吸気行程及び／又は圧縮行程の期間において、燃料を燃焼室３内に噴射する。燃焼室３内には混合気が形成される。 FIG. 4 illustrates a timing chart of each parameter regarding the combustion of the air-fuel mixture. Chart 401 illustrates the lift amount of the fuel injection valve 43. As described above, the fuel injection valve 43 injects fuel into the combustion chamber 3 during the intake stroke and / or the compression stroke. An air-fuel mixture is formed in the combustion chamber 3.

チャート４０３は、燃焼室３内の温度の変化を例示している。圧縮行程が進むに従い、燃焼室３内の温度が次第に高まる。混合気の酸化反応も次第に進行する。 Chart 403 illustrates changes in temperature within the combustion chamber 3. As the compression stroke progresses, the temperature inside the combustion chamber 3 gradually increases. The oxidation reaction of the air-fuel mixture also gradually proceeds.

チャート４０２は、水噴射弁５のリフト量を例示している。水噴射弁５は、圧縮行程の期間において、水Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６を燃焼室３内に噴射する。水噴射弁５は、第１〜第６噴射孔５６１〜５６６から個別に、第１〜第６空間領域３１〜３６へ、水Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６を順次噴射する。水噴射弁５は、６回の水噴射を実行する。各水噴射の噴射期間は、図４の構成例においては同じである。尚、図４の構成例においては、噴射と噴射との間に休止期間を設けているが、噴射と噴射との間に休止期間を設けなくてもよい。また、水の噴射の開始タイミングがずれていればよく、複数の噴射期間の一部が重なっていてもよい。 Chart 402 illustrates the lift amount of the water injection valve 5. The water injection valve 5 injects water W1, W2, W3, W4, W5, and W6 into the combustion chamber 3 during the compression stroke. The water injection valve 5 sequentially injects water W1, W2, W3, W4, W5, and W6 from the first to sixth injection holes 561 to 566 individually into the first to sixth space regions 31 to 36. The water injection valve 5 executes water injection six times. The injection period of each water injection is the same in the configuration example of FIG. In the configuration example of FIG. 4, a pause period is provided between injections, but a pause period may not be provided between injections. Further, it is sufficient that the start timing of water injection is deviated, and a part of the plurality of injection periods may overlap.

チャート４０３における一点鎖線は、水を噴射しない場合における燃焼室３内の温度の変化を例示している。水を噴射しない場合、燃焼室３内の温度は、圧縮上死点前の早いタイミングで自己着火温度に到達してしまう。この場合、燃焼室３内の混合気が一斉に燃焼を開始するため、燃焼圧が急峻に上昇するような燃焼となって、燃焼騒音が増大してしまう。 The alternate long and short dash line in Chart 403 illustrates the change in temperature in the combustion chamber 3 when water is not injected. When water is not injected, the temperature in the combustion chamber 3 reaches the self-ignition temperature at an early timing before the compression top dead center. In this case, since the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 starts combustion all at once, the combustion becomes such that the combustion pressure rises sharply, and the combustion noise increases.

これに対し、水噴射弁５が燃焼室３内へ水を噴射すると、水の気化潜熱により燃焼室３内の温度が低下する。温度が低下することにより、混合気の酸化反応の開始及び／又は進行が抑制される。 On the other hand, when the water injection valve 5 injects water into the combustion chamber 3, the temperature inside the combustion chamber 3 drops due to the latent heat of vaporization of the water. By lowering the temperature, the initiation and / or progress of the oxidation reaction of the air-fuel mixture is suppressed.

水噴射弁５が、第１噴射孔５６１から第１空間領域３１へ水Ｗ１を噴射すると、チャート４０３に示すように、当該第１空間領域３１の温度が、他の空間領域よりも低下する（Ｔ１参照）。第１空間領域３１への水Ｗ１の噴射に続いて、水噴射弁５が、第２噴射孔５６２から第２空間領域３２へ水Ｗ２を噴射すると、当該第２空間領域３２の温度が、他の空間領域よりも低下する（Ｔ２参照）。以降、水噴射弁５が、第３噴射孔５６３から第３空間領域３３へ水Ｗ３を噴射すると、当該第３空間領域３３の温度が低下し（Ｔ３参照）、水噴射弁５が、第４噴射孔５６４から第４空間領域３４へ水Ｗ４を噴射すると、当該第４空間領域３４の温度が低下し（Ｔ４参照）、水噴射弁５が、第５噴射孔５６５から第５空間領域３５へ水Ｗ５を噴射すると、当該第５空間領域３５の温度が低下し（Ｔ５参照）、水噴射弁５が、第６噴射孔５６６から第６空間領域３６へ水Ｗ６を噴射すると、当該第６空間領域３６の温度が低下する（Ｔ６参照）。 When the water injection valve 5 injects water W1 from the first injection hole 561 into the first space region 31, the temperature of the first space region 31 is lower than that of the other space regions, as shown in Chart 403 (as shown in Chart 403). See T1). Following the injection of water W1 into the first space region 31, when the water injection valve 5 injects water W2 from the second injection hole 562 into the second space region 32, the temperature of the second space region 32 becomes different. It is lower than the spatial region of (see T2). After that, when the water injection valve 5 injects water W3 from the third injection hole 563 into the third space region 33, the temperature of the third space region 33 drops (see T3), and the water injection valve 5 becomes the fourth. When water W4 is injected from the injection hole 564 to the fourth space region 34, the temperature of the fourth space region 34 drops (see T4), and the water injection valve 5 moves from the fifth injection hole 565 to the fifth space region 35. When water W5 is injected, the temperature of the fifth space region 35 drops (see T5), and when the water injection valve 5 injects water W6 from the sixth injection hole 566 into the sixth space region 36, the sixth space The temperature of region 36 decreases (see T6).

水噴射弁５が、周方向に仮想的に分割された第１〜第６空間領域３１〜３６に対し水を噴射するタイミングがずれているため、燃焼室３内の周方向に、温度の分布が生じる。水の噴射後、第１〜第６空間領域３１〜３６の温度は、圧縮行程が進むに従い、それぞれ上昇する。 Since the timing at which the water injection valve 5 injects water into the first to sixth space regions 31 to 36 virtually divided in the circumferential direction is different, the temperature distribution in the circumferential direction in the combustion chamber 3 Occurs. After the injection of water, the temperatures of the first to sixth spatial regions 31 to 36 rise, respectively, as the compression stroke progresses.

チャート４０４は、燃焼室３内の熱発生率の変化を例示している。最初に水Ｗ１を噴射した第１空間領域３１の温度が、最初に自己着火温度に到達する（ＣＡ１参照）。第１空間領域３１の混合気が自己着火し、燃焼を開始する。次いで、第２空間領域３２の温度が自己着火温度に到達し（ＣＡ２参照）、第２空間領域３２の混合気が燃焼を開始する。以降、第３空間領域３３の温度が自己着火温度に到達し（ＣＡ３参照）、第３空間領域３３の混合気が燃焼を開始し、第４空間領域３４の温度が自己着火温度に到達し（ＣＡ４参照）、第４空間領域３４の混合気が燃焼を開始し、第５空間領域３５の温度が自己着火温度に到達し（ＣＡ５参照）、第５空間領域３５の混合気が燃焼を開始し、第６空間領域３６の温度が自己着火温度に到達し（ＣＡ６参照）、第６空間領域３６の混合気が燃焼を開始する。 Chart 404 illustrates changes in the heat generation rate in the combustion chamber 3. The temperature of the first space region 31 in which water W1 is first injected reaches the self-ignition temperature first (see CA1). The air-fuel mixture in the first space region 31 self-ignites and starts combustion. Next, the temperature of the second space region 32 reaches the self-ignition temperature (see CA2), and the air-fuel mixture in the second space region 32 starts combustion. After that, the temperature of the third space region 33 reaches the self-ignition temperature (see CA3), the air-fuel mixture in the third space region 33 starts combustion, and the temperature of the fourth space region 34 reaches the self-ignition temperature (see CA3). CA4), the air-fuel mixture in the fourth space region 34 starts combustion, the temperature in the fifth space region 35 reaches the self-ignition temperature (see CA5), and the air-fuel mixture in the fifth space region 35 starts combustion. , The temperature of the sixth space region 36 reaches the self-ignition temperature (see CA6), and the air-fuel mixture in the sixth space region 36 starts combustion.

先に開始する燃焼が燃焼室３内の一部の空間領域に制限されるため、燃焼圧が急峻に上昇するような燃焼が回避される。燃焼室３内における燃焼の開始時期を、比較的早い時期にすることができる。また、開始タイミングをずらして、複数の空間領域における燃焼が順次行われるため、燃焼室３内全体としては、急速な燃焼を行いつつも、燃焼のピークが高くなりすぎることが抑制される。その結果、燃焼騒音の増大を抑制しながら、燃焼のピークの発生タイミングを圧縮上死点に近づけることができる。 Since the combustion that starts first is limited to a part of the space area in the combustion chamber 3, combustion that causes the combustion pressure to rise sharply is avoided. The start time of combustion in the combustion chamber 3 can be set to a relatively early time. Further, since the combustion in the plurality of spatial regions is sequentially performed by shifting the start timing, it is possible to prevent the combustion peak from becoming too high while performing rapid combustion in the entire combustion chamber 3. As a result, the timing of occurrence of the combustion peak can be brought closer to the compression top dead center while suppressing the increase in combustion noise.

ここで、チャート４０５は、従来の内燃機関における燃焼室内の温度変化を例示している。この内燃機関は、燃焼室内の全体に、水を一度に噴射する。これにより、燃焼室内の温度が大きく低下する（ΔＴ参照）。その後、圧縮行程が進むに従い、燃焼室内の温度が次第に高まるが、燃焼室内の温度が自己着火温度に到達するタイミングは、本構成の内燃機関１に比べて遅れる（ΔＣＡ参照）。従来の内燃機関における熱発生率の波形の図示は省略するが、混合気の着火が遅れるため、燃焼騒音の増大は抑制できるものの、熱発生率のピークの発生タイミングが圧縮上死点よりも大幅に遅れる。内燃機関の熱効率は、その分低い。 Here, Chart 405 illustrates a temperature change in a combustion chamber in a conventional internal combustion engine. This internal combustion engine injects water into the entire combustion chamber at once. As a result, the temperature in the combustion chamber is greatly reduced (see ΔT). After that, as the compression stroke progresses, the temperature in the combustion chamber gradually rises, but the timing at which the temperature in the combustion chamber reaches the self-ignition temperature is delayed as compared with the internal combustion engine 1 of the present configuration (see ΔCA). Although the illustration of the waveform of the heat generation rate in the conventional internal combustion engine is omitted, the increase in combustion noise can be suppressed because the ignition of the air-fuel mixture is delayed, but the generation timing of the peak of the heat generation rate is significantly larger than the compression top dead center. Be late. The thermal efficiency of the internal combustion engine is correspondingly low.

この内燃機関１は、従来の内燃機関と比較して、熱効率が向上する。内燃機関１を搭載した車両の燃費性能が向上する。 The internal combustion engine 1 has improved thermal efficiency as compared with a conventional internal combustion engine. The fuel efficiency of the vehicle equipped with the internal combustion engine 1 is improved.

図５は、コントローラ７０が実行する、水噴射弁５の制御に関するフローチャートを例示している。スタート後のステップＳ１において、コントローラ７０は、各種センサの値を取得する。続くステップＳ２において、コントローラ７０は、水噴射が必要であるか否かを判断する。コントローラ７０は、具体的には、内燃機関１の運転状態が、予め設定された水噴射領域内にある場合、燃焼室３内への水噴射が必要であると判断する。 FIG. 5 illustrates a flowchart relating to the control of the water injection valve 5 executed by the controller 70. In step S1 after the start, the controller 70 acquires the values of various sensors. In the following step S2, the controller 70 determines whether or not water injection is required. Specifically, the controller 70 determines that water injection into the combustion chamber 3 is necessary when the operating state of the internal combustion engine 1 is within the preset water injection region.

図６は、水噴射領域６０２を例示している。内燃機関１の回転数と負荷とによって規定される運転領域６０１において、水噴射領域６０２は、負荷の高い領域に設定されている。内燃機関１の負荷が高いと、燃料量が増えると共に、熱発生量が増えて燃焼室３内の温度が高くなるため、混合気の過早着火が発生しやすくなる。そこで、コントローラ７０は、燃焼室３内に水を噴射することによって、燃焼騒音を抑制しながら、自己着火による燃焼を実行する。 FIG. 6 illustrates the water injection region 602. In the operating region 601 defined by the rotation speed and the load of the internal combustion engine 1, the water injection region 602 is set to a region having a high load. When the load of the internal combustion engine 1 is high, the amount of fuel increases, the amount of heat generated increases, and the temperature inside the combustion chamber 3 rises, so that the air-fuel mixture is likely to be ignited prematurely. Therefore, the controller 70 executes combustion by self-ignition while suppressing combustion noise by injecting water into the combustion chamber 3.

ここで、図６に矢印で示すように、水噴射領域６０２は、吸気の温度が高い場合、低負荷側へ拡大する。吸気の温度が高いと、燃焼室３内の温度が高くなるから、内燃機関１の負荷が低くても、混合気の過早着火が発生しやすくなるためである。尚、吸気の温度は、吸気温センサ７１が計測する。 Here, as shown by an arrow in FIG. 6, the water injection region 602 expands to the low load side when the intake air temperature is high. This is because when the temperature of the intake air is high, the temperature inside the combustion chamber 3 is high, so that even if the load of the internal combustion engine 1 is low, premature ignition of the air-fuel mixture is likely to occur. The intake air temperature is measured by the intake air temperature sensor 71.

コントローラ７０はまた、ステップＳ２において、異常燃焼（例えば過早着火）が生じている、又は、生じる可能性があることを判定する。この判定は、筒内圧センサ７７の計測信号に基づいて行うことができる。異常燃焼が生じている、又は、生じる可能性がある場合も、コントローラ７０は、水噴射が必要であると判断する。 The controller 70 also determines in step S2 that abnormal combustion (eg, premature ignition) has occurred or is likely to occur. This determination can be made based on the measurement signal of the in-cylinder pressure sensor 77. The controller 70 also determines that water injection is necessary when abnormal combustion has occurred or is likely to occur.

ステップＳ２の判定がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ３に進む。ステップＳ２の判定がＮＯの場合、プロセスはリターンする。この場合、水噴射弁５は、水噴射を行わない。 If the determination in step S2 is YES, the process proceeds to step S3. If the determination in step S2 is NO, the process returns. In this case, the water injection valve 5 does not inject water.

ステップＳ３において、コントローラ７０は、水噴射の時期、及び、水噴射量を設定する。コントローラ７０は、内燃機関１の運転状態、及び／又は、噴射する水の温度に応じて、水噴射の時期、及び、水噴射量を設定する。 In step S3, the controller 70 sets the timing of water injection and the amount of water injection. The controller 70 sets the timing of water injection and the amount of water injection according to the operating state of the internal combustion engine 1 and / or the temperature of the water to be injected.

図７は、内燃機関１の高回転時と低回転時との、水の噴射態様を例示するタイミングチャートである。内燃機関１が高回転の場合、チャート７０１に示すように、コントローラ７０は、水の噴射量を相対的に少なくしかつ、水噴射の終了時期を相対的に早める。内燃機関１が高回転の場合、混合気が、燃焼室３内で高温環境に晒される時間が短い。そのため、混合気は過早着火しにくくなる。そこで、内燃機関１の回転数が高い場合、コントローラ７０は、水噴射弁５の噴射量を少なくする。コントローラ７０は、内燃機関１の回転数が高いほど、水噴射弁５の噴射量を少なく設定してもよい。このことにより、燃焼室３内は過剰に冷却されない。混合気の燃焼が適正化する。また、水噴射弁５の噴射量を少なくすると、ポンプ６３の仕事量が減る。内燃機関１を搭載する車両の燃費性能の向上に有利である。 FIG. 7 is a timing chart illustrating the water injection modes of the internal combustion engine 1 at high speed and low speed. When the internal combustion engine 1 is rotating at a high speed, as shown in Chart 701, the controller 70 relatively reduces the amount of water injected and relatively advances the end time of water injection. When the internal combustion engine 1 rotates at a high speed, the air-fuel mixture is exposed to a high temperature environment in the combustion chamber 3 for a short time. Therefore, the air-fuel mixture is less likely to ignite prematurely. Therefore, when the rotation speed of the internal combustion engine 1 is high, the controller 70 reduces the injection amount of the water injection valve 5. The controller 70 may set the injection amount of the water injection valve 5 to be smaller as the rotation speed of the internal combustion engine 1 is higher. As a result, the inside of the combustion chamber 3 is not excessively cooled. Combustion of the air-fuel mixture is optimized. Further, if the injection amount of the water injection valve 5 is reduced, the work amount of the pump 63 is reduced. It is advantageous for improving the fuel efficiency of the vehicle equipped with the internal combustion engine 1.

内燃機関１が低回転の場合、コントローラ７０は、チャート７０２に示すように、水の噴射量を相対的に多くしかつ、水噴射の終了時期を相対的に遅くする。内燃機関１が低回転の場合、混合気が、燃焼室３内で高温環境に晒される時間が長い。そのため、混合気は過早着火しやすくなる。そこで、内燃機関１の回転数が低い場合、コントローラ７０は、水噴射弁５の噴射量を多くする。このことにより、燃焼室３内を十分に冷却できる。 When the internal combustion engine 1 has a low rotation speed, the controller 70 relatively increases the amount of water injected and relatively delays the end time of water injection, as shown in Chart 702. When the internal combustion engine 1 has a low rotation speed, the air-fuel mixture is exposed to a high temperature environment in the combustion chamber 3 for a long time. Therefore, the air-fuel mixture is likely to ignite prematurely. Therefore, when the rotation speed of the internal combustion engine 1 is low, the controller 70 increases the injection amount of the water injection valve 5. As a result, the inside of the combustion chamber 3 can be sufficiently cooled.

燃焼室３内の温度が高い状態で水を噴射すると、水の気化潜熱によって燃焼室３内の温度を効果的に低下できる。内燃機関１が低回転の場合に、チャート７０２に例示するように、噴射と噴射との間隔を相対的に広くし、圧縮行程の後半のタイミングで水を噴射することにより、燃焼室３内を効果的に冷却することができ、混合気の燃焼が適正化する。 When water is injected while the temperature inside the combustion chamber 3 is high, the temperature inside the combustion chamber 3 can be effectively lowered by the latent heat of vaporization of the water. When the internal combustion engine 1 has a low rotation speed, as illustrated in Chart 702, the interval between injections is relatively widened, and water is injected at the timing of the latter half of the compression stroke to create the inside of the combustion chamber 3. It can be cooled effectively and the combustion of the air-fuel mixture is optimized.

尚、水の噴射タイミングが遅すぎると、噴射した水が、燃焼室３内の全体へ拡散してしまい、空間領域を個別に冷却することができない恐れがある。水の噴射タイミングには、遅角限界が存在する。 If the water injection timing is too late, the injected water may diffuse into the entire combustion chamber 3 and the space region may not be individually cooled. There is a retard limit in the water injection timing.

また、水の噴射量を少なくする場合に、ポンプ６３の供給圧を下げるのではなく、チャート７０１に示すように、噴射期間を短くすることにより、水の噴射量を減らしながら、各噴射孔５６から噴射される水の到達距離を長く確保できる。各噴射孔５６から噴射された水によって、個々の空間領域内の全体を冷却できる。 Further, when the water injection amount is reduced, instead of lowering the supply pressure of the pump 63, as shown in Chart 701, the injection period is shortened to reduce the water injection amount and each injection hole 56. It is possible to secure a long reach of the water jetted from. The water jetted from each of the injection holes 56 can cool the entire space area.

図８は、水タンク６１内の水の温度が基準温度の場合（チャート８０２）、基準温度よりも高い場合（チャート８０１）、及び、基準温度よりも低い場合（チャート８０３）の、水の噴射態様を例示するタイミングチャートである。水の温度が低い場合、チャート８０３に示すように、コントローラ７０は、水の噴射量を相対的に少なくする。コントローラ７０は、水の温度が低いほど、水の噴射量を少なく設定してもよい。水の温度が低いと、燃焼室３内に噴射した水によって、燃焼室３内の温度が大きく低下する。そこで、噴射する水の温度が低い場合、コントローラ７０は、水噴射弁５の噴射量を少なくする。このことにより、燃焼室３内を適切に冷却でき、混合気の燃焼が適正化する。 FIG. 8 shows water injection when the temperature of the water in the water tank 61 is the reference temperature (Chart 802), is higher than the reference temperature (Chart 801), and is lower than the reference temperature (Chart 803). It is a timing chart which illustrates the aspect. When the temperature of the water is low, the controller 70 relatively reduces the amount of water injected, as shown in Chart 803. The controller 70 may set the injection amount of water to be smaller as the temperature of water is lower. When the temperature of water is low, the temperature in the combustion chamber 3 is greatly lowered by the water injected into the combustion chamber 3. Therefore, when the temperature of the water to be injected is low, the controller 70 reduces the injection amount of the water injection valve 5. As a result, the inside of the combustion chamber 3 can be appropriately cooled, and the combustion of the air-fuel mixture is optimized.

水の温度が高い場合、コントローラ７０は、チャート８０１に示すように、水の噴射量を相対的に多くする。水の温度が高いと、燃焼室３内に噴射した水による、燃焼室３内の温度の低下量が小さい。そこで、噴射する水の温度が高い場合、コントローラ７０は、水噴射弁５の噴射量を多くすることにより、燃焼室３内を適切に冷却でき、混合気の燃焼が適正化する。 When the temperature of the water is high, the controller 70 relatively increases the amount of water injected, as shown in Chart 801. When the temperature of the water is high, the amount of decrease in the temperature in the combustion chamber 3 due to the water injected into the combustion chamber 3 is small. Therefore, when the temperature of the water to be injected is high, the controller 70 can appropriately cool the inside of the combustion chamber 3 by increasing the injection amount of the water injection valve 5, and the combustion of the air-fuel mixture is optimized.

水の温度が基準温度の場合、コントローラ７０は、チャート８０２に示すように、水の噴射量を中間量にする。このことにより、燃焼室３内を適切に冷却でき、混合気の燃焼が適正化する。 When the water temperature is the reference temperature, the controller 70 sets the water injection amount to an intermediate amount as shown in Chart 802. As a result, the inside of the combustion chamber 3 can be appropriately cooled, and the combustion of the air-fuel mixture is optimized.

尚、図８においては、水の噴射を開始するタイミングと、水の噴射を終了するタイミングとを、水の温度の高低にかかわらず、同じタイミングに設定している。そのため、噴射と噴射との間隔が、水の温度の高低によって変わる。つまり、水の温度が高いと、噴射と噴射との間隔が狭く、水の温度が低いと、噴射と噴射との間隔が広い。図８とは異なり、噴射と噴射との間隔を一定にしてもよい。それにより、水の噴射を開始するタイミング、及び／又は、水の噴射を終了するタイミングを、水の温度の高低に応じて変えてもよい。 In FIG. 8, the timing at which the water injection is started and the timing at which the water injection is ended are set to the same timing regardless of the temperature of the water. Therefore, the interval between injections changes depending on the temperature of the water. That is, when the temperature of water is high, the interval between injections is narrow, and when the temperature of water is low, the interval between injections is wide. Unlike FIG. 8, the interval between injections may be constant. As a result, the timing at which the water injection is started and / or the timing at which the water injection is ended may be changed according to the temperature of the water.

図５のフローに戻り、コントローラ７０は、ステップＳ３において水の噴射時期、及び、水の噴射量を設定すれば、続くステップＳ４において、設定した時期及び設定した噴射量で、水噴射弁５に水の噴射を実行させる。 Returning to the flow of FIG. 5, the controller 70 sets the water injection timing and the water injection amount in step S3, and then in the subsequent step S4, the water injection valve 5 receives the set timing and the set injection amount. Make a water jet run.

これにより、前述したように、内燃機関１の負荷が高い場合でも、燃焼騒音を抑制しながら自己着火による燃焼が実現し、内燃機関１の熱効率が向上する。 As a result, as described above, even when the load of the internal combustion engine 1 is high, combustion by self-ignition is realized while suppressing combustion noise, and the thermal efficiency of the internal combustion engine 1 is improved.

尚、前述した構成では、水噴射弁５は、６個の噴射孔５６１〜５６６を有している。水噴射弁５は、適宜の数の噴射孔を有することができる。 In the above-described configuration, the water injection valve 5 has six injection holes 561 to 566. The water injection valve 5 can have an appropriate number of injection holes.

また、水噴射弁５が水を噴射する順番は、図３に例示するように、噴射孔５６が並んだ順に噴射することに限らない。水噴射弁５が水を噴射する順番は、適宜設定することが可能である。 Further, the order in which the water injection valve 5 injects water is not limited to the order in which the injection holes 56 are arranged, as illustrated in FIG. The order in which the water injection valve 5 injects water can be appropriately set.

また、水噴射弁５は、一つの噴射孔ずつ水を噴射せずに、一回の噴射の際に、６個の噴射孔５６１〜５６６の内の一部でかつ、複数の噴射孔から同時に水を噴射してもよい。 Further, the water injection valve 5 does not inject water one by one, but is a part of the six injection holes 561 to 566 and simultaneously from a plurality of injection holes at the time of one injection. Water may be sprayed.

前述した各構成例は、互いに組み合わせることができる。 The above-mentioned configuration examples can be combined with each other.

尚、ここに開示する技術は、前述した内燃機関１に適用することに限らない。ここに開示する技術は、ディーゼル燃料を用いる圧縮着火式の内燃機関に適用することも可能である。 The technique disclosed here is not limited to the above-mentioned internal combustion engine 1. The technology disclosed herein can also be applied to a compression ignition type internal combustion engine using diesel fuel.

１ 内燃機関
３ 燃焼室
３１ 第１空間領域
３２ 第２空間領域
３３ 第３空間領域
３４ 第４空間領域
３５ 第５空間領域
３６ 第６空間領域
５ 水噴射弁
５６ 噴射孔
５６１ 第１噴射孔
５６２ 第２噴射孔
５６３ 第３噴射孔
５６４ 第４噴射孔
５６５ 第５噴射孔
５６６ 第６噴射孔
７０ コントローラ（制御部） 1 Internal combustion engine 3 Combustion chamber 31 First space region 32 Second space region 33 Third space region 34 Fourth space region 35 Fifth space region 36 Sixth space region 5 Water injection valve 56 Injection hole 561 First injection hole 562 No. 2 Injection hole 563 3rd injection hole 564 4th injection hole 565 5th injection hole 566 6th injection hole 70 Controller (control unit)

Claims (5)

燃焼室内に水を噴射する水噴射弁を備える内燃機関の制御方法であって、
前記水噴射弁は、複数の噴射孔を有し、前記複数の噴射孔は、前記燃焼室内の周方向における異なる複数の空間領域に向けて、個別に水を噴射し、
前記燃焼室内において燃焼が開始する前に、前記水噴射弁が、前記複数の空間領域のうちの一部の空間領域に向けて、一部の噴射孔から水の噴射を開始し、
前記水の噴射の開始後に、前記水噴射弁が、他の空間領域に向けて、他の噴射孔から水の噴射を開始する内燃機関の制御方法。 A control method for an internal combustion engine equipped with a water injection valve that injects water into the combustion chamber.
The water injection valve has a plurality of injection holes, and the plurality of injection holes individually inject water toward a plurality of different spatial regions in the circumferential direction of the combustion chamber.
Before combustion starts in the combustion chamber, the water injection valve starts injecting water from a part of the injection holes toward a part of the space areas among the plurality of space areas.
A method for controlling an internal combustion engine in which, after the start of water injection, the water injection valve starts water injection from another injection hole toward another space region. 請求項１に記載の内燃機関の制御方法において、
前記内燃機関は、圧縮自己着火式の内燃機関であり、
前記水噴射弁は、前記燃焼室内に燃料が供給された後、前記燃焼室内の混合気が自己着火する前に、前記複数の空間領域のうちの一部の空間領域に向けて、前記一部の噴射孔から水の噴射を開始し、
前記水噴射弁は、前記水の噴射の開始後、前記他の空間領域の混合気が自己着火する前に、前記他の空間領域に向けて、前記他の噴射孔から水の噴射を開始する内燃機関の制御方法。 In the method for controlling an internal combustion engine according to claim 1,
The internal combustion engine is a compression self-ignition type internal combustion engine.
The water injection valve is directed toward a part of the plurality of space areas after the fuel is supplied to the combustion chamber and before the air-fuel mixture in the combustion chamber is self-ignited. Start spraying water from the injection hole of
The water injection valve starts water injection from the other injection holes toward the other space region after the start of the water injection and before the air-fuel mixture in the other space region self-ignites. Internal combustion engine control method. 請求項２に記載の内燃機関の制御方法において、
前記内燃機関の回転数を取得し、
前記取得した前記内燃機関の回転数が高いほど、低い場合よりも前記水噴射弁の噴射量を少なく設定する内燃機関の制御方法。 In the method for controlling an internal combustion engine according to claim 2.
Obtaining the number of revolutions of the internal combustion engine,
A control method for an internal combustion engine in which the higher the acquired rotation speed of the internal combustion engine is, the smaller the injection amount of the water injection valve is set than when the rotation speed is low. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御方法において、
前記水噴射弁に供給される水の温度を取得し、
前記取得した水の温度が低いほど、高い場合よりも前記水噴射弁の噴射量を少なく設定する内燃機関の制御方法。 In the method for controlling an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
Obtain the temperature of the water supplied to the water injection valve
A control method for an internal combustion engine in which the lower the temperature of the acquired water, the smaller the injection amount of the water injection valve than when the temperature is higher. 燃焼室内に水を噴射する水噴射弁が前記燃焼室の天井部に取り付けられた内燃機関であって、
前記水噴射弁を制御する制御部を備え、
前記水噴射弁は、複数の噴射孔を有し、前記複数の噴射孔は、前記燃焼室内における周方向に異なる複数の空間領域に向けて、個別に水を噴射し、
前記制御部は、前記燃焼室内において燃焼が開始する前に、
前記複数の空間領域のうちの一部の空間領域に向けて、前記水噴射弁の一部の噴射孔から水の噴射を開始させ、
前記水の噴射の開始後に、他の空間領域に向けて、前記水噴射弁の他の噴射孔から水の噴射を開始させる内燃機関。 A water injection valve that injects water into the combustion chamber is an internal combustion engine mounted on the ceiling of the combustion chamber.
A control unit for controlling the water injection valve is provided.
The water injection valve has a plurality of injection holes, and the plurality of injection holes individually inject water toward a plurality of spatial regions different in the circumferential direction in the combustion chamber.
The control unit sets the control unit before combustion starts in the combustion chamber.
Water injection is started from a part of the injection holes of the water injection valve toward a part of the space areas among the plurality of space areas.
An internal combustion engine that starts water injection from another injection hole of the water injection valve toward another space region after the start of water injection.
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