JP3997966B2 - In-cylinder direct injection internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、筒内直接噴射式内燃機関に関し、詳しくは、吸気行程中における燃料噴射制御の改善技術に関する。 The present invention relates to an in-cylinder direct injection internal combustion engine, and more particularly to a technique for improving fuel injection control during an intake stroke.
従来、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関負荷状態に応じて層状燃焼(圧縮行程噴射)と均一燃焼(吸気行程噴射)とを切り換える筒内直接噴射式内燃機関が知られている(特許文献1参照)。
ところで、前記筒内直接噴射式内燃機関においては、一般に、燃料噴射弁から噴射される燃料は吸気行程噴射を実施する場合であっても高圧に設定されるため、吸気行程中の噴射時期によっては、ピストン冠面やシリンダ壁面に燃料が付着し、排気性状や燃焼性が悪化するという問題が生じる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an in-cylinder direct injection internal combustion engine that includes a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder and switches between stratified combustion (compression stroke injection) and uniform combustion (intake stroke injection) according to the engine load state is known. (See Patent Document 1).
By the way, in the direct injection type internal combustion engine, generally, the fuel injected from the fuel injection valve is set to a high pressure even when the intake stroke injection is performed, so depending on the injection timing during the intake stroke. As a result, fuel adheres to the piston crown surface and cylinder wall surface, resulting in a problem that exhaust properties and combustibility deteriorate.
そのため、前記特許文献1のものでは、燃料が付着しやすい冷機時に、燃料噴射時期を遅角させることで、燃料付着量を低下させるようにしている。
しかしながら、機関温度が高い場合でも、燃焼室形状によって燃料が付着しやすい部位があるため、燃料噴射時期の遅角制御では壁面等への付着燃料量を充分に低減できない場合が生じる。
また、燃料噴射時期を遅角していくと混合気の均質度が低下して、燃焼性を悪化させることになってしまうため、遅角制御による付着燃料量の低下は、燃焼性の点から制限されてしまうという問題もあった。
However, even when the engine temperature is high, there is a portion where the fuel is likely to adhere depending on the shape of the combustion chamber.
In addition, if the fuel injection timing is retarded, the homogeneity of the air-fuel mixture decreases and the combustibility is deteriorated. There was also the problem of being restricted.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気行程噴射を行わせるときに、混合気の均質度を保ちながら、壁面等への燃料付着を充分に低減できる筒内直接噴射式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 problems, and in-cylinder direct injection internal combustion engine that can sufficiently reduce fuel adhesion to a wall surface or the like while maintaining the homogeneity of the air-fuel mixture when performing intake stroke injection The purpose is to provide.
そのため、本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関では、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を燃焼室上部の略中心に備えると共に、ピストン冠面に前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受け止める略円筒状のキャビティを備え、燃料噴霧が前記キャビティの側面部を指向する期間を、吸気行程中に燃料噴射を行うときの噴射停止期間に設定し、前記噴射停止期間において前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止させ、吸気行程中の燃料噴射を、燃料噴霧が前記キャビティの底面を指向する期間と前記キャビティ外側のピストン冠面を指向する期間との少なくとも2回に分けて行う構成とした。 For this reason, in the direct injection internal combustion engine according to the present invention, a fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder is provided at the substantial center of the upper portion of the combustion chamber, and fuel spray from the fuel injection valve is applied to the piston crown. A substantially cylindrical cavity to be received, and a period in which the fuel spray is directed to the side surface of the cavity is set to an injection stop period when fuel injection is performed during the intake stroke, and the fuel injection valve is used during the injection stop period. The fuel injection is stopped, and the fuel injection during the intake stroke is performed at least twice in a period in which the fuel spray is directed toward the bottom surface of the cavity and a period in which the fuel spray is directed toward the piston crown surface outside the cavity .
上記構成によると、吸気行程噴射において、燃料噴霧がキャビティの側面部を指向する期間を避けて燃料噴射を行わせることで、燃料付着による排気性状や燃焼性の悪化を抑制することができ、更に、キャビティ内に噴射された燃料の向かう方向が、キャビティ内側からキャビティ外側に統一され、キャビティ内で淀んでしまう燃料が少なくなり、また、キャビティ内とキャビティ外側との両方に燃料が配分されるため、より均質度の高い混合気を形成することが可能となる。 According to the above configuration, in the intake stroke injection, the fuel injection is performed while avoiding the period in which the fuel spray is directed to the side surface portion of the cavity, so that deterioration of exhaust properties and combustibility due to fuel adhesion can be suppressed. Because the direction of the fuel injected into the cavity is unified from the inside of the cavity to the outside of the cavity, the amount of fuel stagnating in the cavity is reduced, and the fuel is distributed both inside and outside the cavity. Thus, it becomes possible to form an air-fuel mixture with higher homogeneity.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、実施形態における筒内直接噴射式内燃機関のシステム構成図である。
この図1に示す内燃機関1において、シリンダヘッド2、シリンダブロック3と、ピストン4によって燃焼室5が形成される。
前記燃焼室5は、吸気弁6を介して吸気ポート7と、排気弁8を介して排気ポート9とそれぞれ連通している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram of a direct injection type internal combustion engine in the embodiment.
In the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1, a combustion chamber 5 is formed by a
The combustion chamber 5 communicates with an intake port 7 via an intake valve 6 and an exhaust port 9 via an exhaust valve 8.
前記吸気弁6及び排気弁8は、それぞれ吸気弁用カム,排気弁用カム(図示省略)によって開閉駆動される。
前記燃焼室5の上面(シリンダヘッド)の略中央付近に燃料噴射弁10が設けられ、燃焼室5上部の排気側に点火プラグ11が配置されている。
また、ピストン4の冠面には略中央付近に、略円筒状のキャビティ12が設けられている。
The intake valve 6 and the exhaust valve 8 are opened and closed by an intake valve cam and an exhaust valve cam (not shown), respectively.
A
In addition, a substantially
前記燃料噴射弁10及び点火プラグ11は、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット13からの信号によって制御され、燃料噴射・火花点火が行われる。
前記エンジンコントロールユニット13には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ21,機関回転数(rpm)を検出する回転センサ22等からの検出信号が入力される。
The
The
本実施形態では、燃焼形態として、圧縮行程中に燃料噴射を行うことで点火プラグ11周りに濃い混合気を形成し希薄燃焼を行わせる成層運転モードと、吸気行程中に燃料噴射を行うことで燃焼室5内に均質な混合気を形成する均質運転モードとを有し、運転条件に応じて前記成層運転モードと均質運転モードとのいずれかが選択されるようになっている。
In the present embodiment, as a combustion mode, a stratified operation mode in which a rich air-fuel mixture is formed around the
ここで、吸気行程中に燃料噴射を行う均質運転モードにおける燃料噴射制御について説明する。
本実施形態では、吸気行程中の燃料噴射において予め噴射停止期間を定め、該噴射停止期間を避けて燃料噴射を行わせるようになっており、前記噴射停止期間としては、下記の3つの期間が設定される。
(1)燃料噴霧がキャビティ12の底面部12aと側面部12bとの境界を指向する期間(図2参照)。
(2)燃料噴霧がキャビティ12の側面部12bを指向する期間(図3参照)。
(3)燃料噴霧がピストンヘッド4aとシリンダ内壁15との隙間部16を指向する期間(図4参照)。
Here, fuel injection control in the homogeneous operation mode in which fuel injection is performed during the intake stroke will be described.
In the present embodiment, an injection stop period is determined in advance during fuel injection during the intake stroke, and fuel injection is performed while avoiding the injection stop period. The injection stop period includes the following three periods: Is set.
(1) A period in which the fuel spray is directed to the boundary between the
(2) A period during which the fuel spray is directed to the
(3) A period during which the fuel spray is directed to the
前記エンジンコントロールユニット13には、前記噴射停止期間と機関回転速度との相関が予め記憶されており、そのときの機関回転速度に応じて前記3つの噴射停止期間を設定する。
そして、エンジンコントロールユニット13は、図5のフローチャートに示すようにして、前記噴射停止期間を避けた燃料噴射を制御する。
The
And the
図5のフローチャートにおいて、ステップS1では、機関回転数・アクセル開度等の信号から、要求燃料噴射量及び所定の噴射開始時期(又は噴射終了時期)に対応する燃料噴射期間(燃料噴射開始時期から燃料噴射終了時期までの期間)を算出する。
ステップS2では、前記燃料噴射期間中に、前述した(1)〜(3)のいずれかの噴射停止期間が含まれているか否かを判別する。
In the flowchart of FIG. 5, in step S1, a fuel injection period (from the fuel injection start timing) corresponding to the required fuel injection amount and a predetermined injection start timing (or injection end timing) is determined from signals such as the engine speed and the accelerator opening. The period until the fuel injection end time) is calculated.
In step S2, it is determined whether or not any of the above-described injection stop periods (1) to (3) is included in the fuel injection period.
そして、燃料噴射期間に噴射停止期間(1)〜(3)が含まれている場合には、ステップS3へ進んで、噴射停止期間を避けるように燃料噴射期間を変更し、燃料噴射期間に噴射停止期間が含まれない場合には、ステップS4へ進んで、前記燃料噴射期間に従った燃料噴射信号の出力を行う。
ステップS3で燃料噴射期間を変更すると、再度ステップS2に戻り、変更した燃料噴射期間に噴射停止期間が含まれているか否かを判断し、噴射停止期間が含まれなくなるまでステップS3の処理を繰り返す。
If the fuel injection period includes the injection stop periods (1) to (3), the process proceeds to step S3, the fuel injection period is changed so as to avoid the injection stop period, and the fuel injection period is injected. When the stop period is not included, the process proceeds to step S4 to output a fuel injection signal according to the fuel injection period.
When the fuel injection period is changed in step S3, the process returns to step S2 again to determine whether or not the changed fuel injection period includes an injection stop period, and the process of step S3 is repeated until the injection stop period is not included. .
前記ステップS3では、以下のようにして、燃料噴射期間を変更する。
例えば、図6に示すように、ステップS1で算出された燃料噴射期間に、噴射停止期間(1)及び噴射停止期間(2)が含まれる場合には、噴射停止期間(1)及び(2)に重なる部分を、噴射を一時的に停止させる期間とし、ステップS1で算出した燃料噴射終了時期の直後に、噴射停止期間(1)と噴射停止期間(2)との合計分の期間を、噴射期間として追加する。
In step S3, the fuel injection period is changed as follows.
For example, as shown in FIG. 6, when the fuel injection period calculated in step S1 includes the injection stop period (1) and the injection stop period (2), the injection stop periods (1) and (2) The portion overlapping with is a period for temporarily stopping the injection, and immediately after the fuel injection end timing calculated in step S1, the total period of the injection stop period (1) and the injection stop period (2) is Add as a period.
これにより、要求の燃料噴射期間が、噴射停止期間(1)及び(2)を挟んで2回に分割されることになる。
上記のように、噴射停止期間(1)及び(2)に重なる燃料噴射期間を、噴射期間の末尾に移動させた結果、今度は、燃料噴射期間に噴射停止期間(3)が含まれるようになると、更に、噴射停止期間(3)に重なる部分を、噴射を一時的に停止させる期間とし、噴射期間の末尾に噴射停止期間(3)分の期間を、噴射期間として追加する。
As a result, the required fuel injection period is divided into two with the injection stop periods (1) and (2) interposed therebetween.
As described above, as a result of moving the fuel injection period overlapping the injection stop periods (1) and (2) to the end of the injection period, this time, the fuel injection period includes the injection stop period (3). Then, a portion overlapping the injection stop period (3) is set as a period for temporarily stopping injection, and a period for the injection stop period (3) is added as an injection period at the end of the injection period.
これにより、要求の燃料噴射期間が、噴射停止期間(1),(2)と、噴射停止期間(3)とを挟んで3回に分割されることになる。
上記構成によると、吸気行程噴射において、噴射停止期間を避けて燃料噴射を行わせることで、壁面等への燃料付着による排気性状や燃焼性の悪化を抑制することができる。
また、噴射停止期間を挟んで燃料噴射を複数回に分けて行わせるから、噴射停止期間を避けつつ、高負荷時であっても必要な燃料を噴射させることができる。
Thus, the requested fuel injection period is divided into three times with the injection stop periods (1) and (2) and the injection stop period (3) in between.
According to the above configuration, in the intake stroke injection, fuel injection is performed while avoiding the injection stop period, so that deterioration of exhaust properties and combustibility due to fuel adhesion to the wall surface and the like can be suppressed.
Further, since the fuel injection is performed a plurality of times with the injection stop period in between, the necessary fuel can be injected even during a high load while avoiding the injection stop period.
更に、噴射停止期間を、燃料噴霧がキャビティ12の底面部12aと側面部12bとの境界を指向する期間に設定することによって、燃料噴霧がキャビティ12の底面部12aと側面部12bとの境界に衝突しなくなり、燃料付着を低減することが可能となる。
また、噴射停止期間を、燃料噴霧がキャビティ12の底面部12aと側面部12bとの境界を指向する期間に加えて、燃料噴霧が前記キャビティ12の側面部12bを指向する期間に設定することによって、キャビティ12内に噴射された燃料の向かう方向が、キャビティ12内側からキャビティ12外側に統一され、キャビティ12内で淀んでしまう燃料が少なくなるため、より均質度の高い混合気を形成することが可能となる。
Further, by setting the injection stop period to a period in which the fuel spray is directed to the boundary between the
Further, by setting the injection stop period to a period in which the fuel spray is directed to the
また、燃料噴射を、燃料噴霧がキャビティ12の底面を指向する期間とキャビティ12外側のピストン冠面を指向する期間の、少なくとも2回に分けて噴射することによって、キャビティ12上方とキャビティ12外側上方の両方に燃料が配分されるため、より均質度の高い混合気を形成することが可能となる。
更に、噴射停止期間を、燃料噴霧がピストンヘッド4aとシリンダ内壁15との隙間部16を指向する期間(燃料噴霧がピストンクレビスを指向する期間)に設定することによって、前記隙間部16に入り燃焼に寄与しない燃料が少なくなるため、排気ガス中の未燃炭化水素を低減することが可能となる。
Further, the fuel injection is performed at least twice during the period in which the fuel spray is directed to the bottom surface of the
Furthermore, the injection stop period is set to a period in which the fuel spray is directed to the
次に、第2の実施形態について説明する。
本実施形態では、前記図5のフローチャートのステップS1において、燃料噴射期間を、前記噴射停止期間(1)の直前までと、前記噴射停止期間(2)の直後からの2つに分割し、かつ、それぞれ均等な噴射量となるように設定する(図7参照)。
即ち、要求噴射量に対応する噴射期間の半分を、前記噴射停止期間(1)の直前を噴射終了時期とする噴射期間とし、残りの半分を、前記噴射停止期間(2)の直後を噴射開始時期とする噴射期間とする。
Next, a second embodiment will be described.
In the present embodiment, in step S1 of the flowchart of FIG. 5, the fuel injection period is divided into two immediately before the injection stop period (1) and immediately after the injection stop period (2), and These are set so that the respective injection amounts are equal (see FIG. 7).
That is, half of the injection period corresponding to the required injection amount is set as an injection period with the injection end timing immediately before the injection stop period (1), and the other half is started immediately after the injection stop period (2). Let the injection period be the time.
そして、ステップS2では、ステップS1で算出された燃料噴射期間に噴射停止期間(3)が含まれるか否かを判断し、噴射停止期間(3)が含まれる場合には、第1の実施形態と同様に、噴射停止期間(3)に重なる部分で噴射を停止させ、噴射期間の末尾に噴射停止期間(3)に相当する噴射期間を追加する。
これにより、燃料噴射をピストンキャビティ12の底面12aを指向する期間とピストンキャビティ12外側のピストン冠面を指向する期間の、少なくとも2回に分けることができる。
In step S2, it is determined whether or not the fuel injection period calculated in step S1 includes the injection stop period (3). If the injection stop period (3) is included, the first embodiment is performed. Similarly, the injection is stopped at a portion overlapping the injection stop period (3), and an injection period corresponding to the injection stop period (3) is added to the end of the injection period.
Accordingly, the fuel injection can be divided into at least two times, a period in which the fuel injection is directed to the
尚、キャビティ12の形状を、図1に示したものに限定するものではなく、例えば、図8に示すように、多段のキャビティ31を有するピストンで構成されても良い。
上記のように多段のキャビティ31を有する場合には、噴射停止期間(1)及び噴射停止期間(2)を複数設定すれば良い。
Note that the shape of the
When the
1…内燃機関
2…シリンダヘッド
3…シリンダブロック
4…ピストン
5…燃焼室
10…燃料噴射弁
11…点火プラグ
12…キャビティ
12a…底面部
12b…側面部
13…エンジンコントロールユニット
15…シリンダ内壁
16…隙間部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (4)
燃料噴霧が前記キャビティの側面部を指向する期間を、吸気行程中に燃料噴射を行うときの噴射停止期間に設定し、前記噴射停止期間において前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止させ、吸気行程中の燃料噴射を、燃料噴霧が前記キャビティの底面を指向する期間と前記キャビティ外側のピストン冠面を指向する期間との少なくとも2回に分けて行うことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。 An in-cylinder direct injection internal combustion engine having a fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder at the substantial center of the upper part of the combustion chamber and a substantially cylindrical cavity for receiving fuel spray from the fuel injection valve on the piston crown surface In the institution
The period during which the fuel spray is directed to the side surface of the cavity is set as an injection stop period when fuel injection is performed during the intake stroke, and the fuel injection by the fuel injection valve is stopped during the injection stop period. The in-cylinder direct injection internal combustion engine is characterized in that the fuel injection is performed at least twice in a period in which the fuel spray is directed to the bottom surface of the cavity and a period in which the fuel spray is directed to the piston crown surface outside the cavity .
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