JP4622569B2 - 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する。 The present invention relates to a direct injection type internal combustion engine.
従来から、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内直接噴射式内燃機関が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1の技術では、1サイクルにおいて燃料噴射弁が燃焼室内に燃料を複数回噴射するように制御されている。これにより、燃焼室の壁面に燃料が付着することを防止することができる。
In the technique of
しかし、特許文献1の技術では、常に、燃焼室の新気混合気が分散するように制御される傾向にある。このため、EGRが行われた場合に燃焼室における燃焼が安定しなくなることがあるので、耐EGR性が不十分になる傾向がある。また、例えば低速高負荷側の運転状態ではノッキングが発生しやすくなるので、耐ノッキング性が不十分になる傾向がある。
However, the technique of
本発明の課題は、燃焼室の壁面に燃料が付着することを防止することができ、耐EGR性や耐ノッキング性を向上することができる筒内直接噴射式内燃機関を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an in-cylinder direct injection internal combustion engine that can prevent fuel from adhering to the wall surface of a combustion chamber and can improve EGR resistance and knocking resistance.
本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関は、燃焼室と、燃料噴射弁と、制御部とを備える。燃料噴射弁は、燃焼室内に直接燃料を噴射する。制御部は、第1噴射パターンと第2噴射パターンとを運転状態に応じて切り替えて、1サイクルにおいて燃焼室内に燃料を複数回噴射するように燃料噴射弁を制御する。第1噴射パターンは、燃焼室の新気混合気を分散させるパターンである。第2噴射パターンは、燃焼室の新気混合気を集中させるパターンである。 The direct injection type internal combustion engine according to the present invention includes a combustion chamber, a fuel injection valve, and a control unit. The fuel injection valve directly injects fuel into the combustion chamber. A control part switches a 1st injection pattern and a 2nd injection pattern according to a driving | running state, and controls a fuel injection valve so that a fuel is injected in a combustion chamber in multiple times in 1 cycle. The first injection pattern is a pattern for dispersing the fresh air mixture in the combustion chamber. The second injection pattern is a pattern for concentrating the fresh air mixture in the combustion chamber.
この筒内直接噴射式内燃機関では、制御部は、1サイクルにおいて燃料噴射弁が燃焼室内に燃料を複数回噴射するように制御する。このため、燃焼室の壁面に燃料が付着することを防止することができる。また、制御部が第1噴射パターンと第2噴射パターンとを運転状態に応じて切り替えるので、EGRが行われた場合に、燃料噴射弁が第2噴射パターンで制御されれば、燃焼室における燃焼を安定化することができる。これにより、耐EGR性を向上することができる。あるいは、ノッキングが発生しやすい場合(例えば、低速高負荷側の運転状態の場合)に、燃料噴射弁が第2噴射パターンで制御されれば、ノッキングの発生を抑制することができる。これにより、耐ノッキング性を向上することができる。
また、この筒内直接噴射式内燃機関では、制御部は、燃料噴射弁を第1噴射パターンで制御する場合、燃焼室の新気空気の旋回流が1回転する時間を等分割し、複数回噴射の噴射間隔を前記等分割した時間とするタイミングで燃料噴射弁が燃焼室内に燃料を噴射するように制御するとともに、燃料噴射弁を第2噴射パターンで制御する場合、燃焼室の新気空気の複数回噴射の噴射間隔を旋回流が1回転する時間となるタイミングで燃料噴射弁が燃焼室内に燃料を噴射するように制御する。
In this direct injection internal combustion engine, the control unit controls the fuel injection valve to inject the fuel into the combustion chamber a plurality of times in one cycle. For this reason, it is possible to prevent the fuel from adhering to the wall surface of the combustion chamber. Further, since the control unit switches between the first injection pattern and the second injection pattern according to the operation state, if the fuel injection valve is controlled by the second injection pattern when EGR is performed, the combustion in the combustion chamber Can be stabilized. Thereby, EGR resistance can be improved. Alternatively, when knocking is likely to occur (for example, in the operating state on the low speed and high load side), if the fuel injection valve is controlled with the second injection pattern, the occurrence of knocking can be suppressed. Thereby, knocking resistance can be improved.
In this direct injection type internal combustion engine, when the fuel injection valve is controlled by the first injection pattern, the control unit equally divides the time during which the swirling flow of fresh air in the combustion chamber makes one rotation, and performs a plurality of times. When the fuel injection valve is controlled to inject fuel into the combustion chamber at the timing when the injection interval is set to the equally divided time, and when the fuel injection valve is controlled by the second injection pattern, fresh air in the combustion chamber The fuel injection valve is controlled so that the fuel injection valve injects fuel into the combustion chamber at the timing when the swirl flow makes one rotation .
本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関では、燃焼室の壁面に燃料が付着することを防止することができるだけでなく、EGRが行われた場合に耐EGR性を向上することができ、ノッキングが発生しやすい場合に耐ノッキング性を向上することができる。すなわち、燃焼室の壁面に燃料が付着することを防止することができ、耐EGR性や耐ノッキング性を向上することができる。 In the direct injection internal combustion engine according to the present invention, not only can fuel be prevented from adhering to the wall surface of the combustion chamber, but also EGR resistance can be improved when EGR is performed, and knocking can be achieved. When it is easy to generate | occur | produce, knocking resistance can be improved. That is, fuel can be prevented from adhering to the wall surface of the combustion chamber, and EGR resistance and knocking resistance can be improved.
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る筒内直接噴射式内燃機関の断面図を図1に示す。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a sectional view of a direct injection type internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention.
(筒内直接噴射式内燃機関の概略構成)
筒内直接噴射式内燃機関1は、主として、燃焼室63、吸排気機構、燃料噴射弁27、EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置30、点火プラグ29及びECU(制御部)40を備える。
(Schematic configuration of a direct injection internal combustion engine)
The in-cylinder direct injection
燃焼室63は、シリンダヘッド20,シリンダブロック10およびピストン3に囲まれた室である。シリンダヘッド20には、燃焼室63に新気空気を供給するための吸気ポート23と、燃焼室63から既燃ガスを排気ガスとして排出するための排気ポート24とが形成されている。
The
また、吸排気機構として、吸気コレクタ51及び吸気マニホルド52は、吸気ポート23の上流に位置している。吸気ポート23の下流には吸気バルブ21が配備されている。一方、排気マニホルド91は、排気ポート24の下流に位置している。排気ポート24の上流には排気バルブ22が配備されている。クランクシャフトの回転に連動して回転する吸気用カム軸21b/排気用カム軸22bに固定された吸気用カム21a/排気用カム22aは、吸気バルブ21/排気バルブ22の上方に配置されており、吸気バルブ21/排気バルブ22を開閉させる。
As an intake / exhaust mechanism, the
EGR装置30は、排気マニホルド91(排気系)と吸気コレクタ51(吸気系)との間に設けられ、排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる。
The EGR
燃料噴射弁27は、燃焼室63に直接ガソリン燃料を噴射する弁である。燃料噴射弁27は、燃焼室63上部略中央のシリンダヘッド20から燃焼室63内部へ延びるように設けられている。燃料噴射弁27の先端は、燃焼室63に突出している。
The
点火プラグ29は、燃焼室63上部略中央のシリンダヘッド20から燃焼室63内部へ延びるように設けられている。点火プラグ29の先端部分29a(点火部)は、燃焼室63に突出している。
The spark plug 29 is provided so as to extend from the
ECU40は、燃料噴射弁27、点火プラグ29、EGR装置30などに電気的に接続されている。
The ECU 40 is electrically connected to the
(筒内直接噴射式内燃機関の概略動作)
筒内直接噴射式内燃機関1では、吸気コレクタ51と吸気マニホルド52とを経由して吸気ポート23に新気空気が導入されている。また、EGRが行われる運転状態(図2の第1制御領域A1,第2制御領域A2参照)において、EGR装置30により還流された排気ガス(既燃ガス)が、吸気コレクタ51と吸気マニホルド52とを経由して吸気ポート23にさらに導入される。
(Schematic operation of a direct injection internal combustion engine)
In the direct injection
吸気行程において、吸気用カム21aにより吸気バルブ21は開状態とされ、吸気ポート23に導入された新気空気は、吸気ポート23から主燃焼室63へ導入される。このため、主燃焼室63において成層化された新気空気のタンブル流(縦渦)が形成される。
In the intake stroke, the intake valve 21 is opened by the
一方、加圧された燃料が燃料噴射弁27に供給される。後述の分割噴射モードで制御される場合、燃料噴射弁27は、吸気行程又は圧縮行程において、燃焼室63に導入された新気空気に、燃料を複数回噴射する。あるいは、後述の成層燃焼モードで制御される場合、燃料噴射弁27は、圧縮行程において、燃焼室63に導入された新気空気に、燃料を1回噴射する。これにより、燃焼室63において新気混合気が生成される。
On the other hand, pressurized fuel is supplied to the
また、圧縮行程においては、ピストン3が上昇して、燃焼室63の新気混合気が圧縮される。そして、点火プラグ29の先端部分29aにより、燃焼室63の新気混合気は所定のタイミングで点火され燃焼する。
Further, in the compression stroke, the
膨張行程では、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン3が押し下げられる。
In the expansion stroke, the
排気行程では、排気用カム22aにより排気バルブ22が開状態とされ、主燃焼室63で燃焼された既燃ガスが、排気ガスとして排気ポート24経由で排気マニホルド91へ排出される。ここで、EGRが行われる運転状態(図2の第1制御領域A1,第2制御領域A2参照)において、EGR装置30は、排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる。
In the exhaust stroke, the
ECU40は、燃料噴射弁27、点火プラグ29、EGR装置30などに対して、制御の信号を供給し各種の制御を行う。ECU40は、各種の制御を行うためのロジックを実行する。例えば、ECU40は、所定のロジックを、電気回路的に、ソフト的に又はその両方により実行する。
The ECU 40 supplies a control signal to the
(EGR装置の詳細構成)
EGR装置30は、主として、第1還流管31,EGR量調整バルブ32及び第2還流管33を備える。
(Detailed configuration of EGR device)
The EGR
第1還流管31は、排気マニホルド91に分岐する形で接続され、排気マニホルド91の排気ガス(既燃ガス)の一部を取り込むことができるようになっている。第1還流管31の下流にはEGR量調整バルブ32が設けられている。
The
第2還流管33は、吸気コレクタ51に合流する形で接続され、還流された排気ガスを吸気コレクタ51へ導くことができるようになっている。第2還流管33の上流にはEGR量調整バルブ32が設けられている。
The
EGR量調整バルブ32は、第1還流管31と第2還流管33との間に配置されており、第1還流管31と第2還流管33とを流れて吸気コレクタ51へと流れ込む排気ガスの量を調整する。このEGR量調整バルブ32は、ステップモータによって電気的に弁体を駆動する電気制御式のバルブであり、ECU40からステップモータに入力されてくるパルス信号の総数(以下、ステップ数という。)によって弁開度が決まる。なお、ステップモータは、ステッピングモータ、ステッパー、パルスモータなどと呼ばれることもある。
The EGR
(EGR装置の詳細動作)
EGRが行われる運転状態(図2の第1制御領域A1,第2制御領域A2参照)において、EGR量調整バルブ32は開状態とされる。これにより、排気マニホルド91の排気ガスの一部は、第1還流管31とEGR量調整バルブ32と第2還流管33とを経由して、吸気コレクタ51へ還流される。
(Detailed operation of EGR device)
In an operation state in which EGR is performed (see the first control region A1 and the second control region A2 in FIG. 2), the EGR
ここで、還流される排気ガスの量であるEGR量は、EGR量調整バルブ32の開度により調整される。すなわち、EGR量調整バルブ32の開度が大きければEGR量は多くなり、EGR量調整バルブ32の開度が小さければEGR量は少なくなる。このEGR量は、機関負荷が低い場合に、機関負荷が高い場合に比べて多くなるように制御される。
Here, the EGR amount, which is the amount of exhaust gas recirculated, is adjusted by the opening degree of the EGR
EGRが行われない運転状態(図2の第3制御領域A3,第4制御領域A4参照)において、EGR量調整バルブ32は閉状態とされる。これにより、排気マニホルド91の排気ガスの一部は、EGR量調整バルブ32より先へ供給されず、吸気コレクタ51へ還流されない。
In an operating state in which EGR is not performed (see the third control region A3 and the fourth control region A4 in FIG. 2), the EGR
(ECUの詳細構成)
ECU40は、主として、負荷演算部41,速度演算部42,燃料噴射制御部43,点火時期制御部44,EGR制御部45及び記憶部47を備える。負荷演算部41,速度演算部42,燃料噴射制御部43,点火時期制御部44及びEGR制御部45は、CPUなどである。記憶部47は、ROM,RAMなどであり、プログラムやマップ情報(図2参照)などを記憶している。
(Detailed configuration of ECU)
The
ECU40は、各種の制御を行うためのロジックを実行するだけでなく、燃料噴射弁27を制御するためのロジックを実行する。
The
(ECUの詳細動作)
ECU40には、クランク角センサ(図示せず)で検出されたクランク角信号、水温センサ(図示せず)で検出された冷却水温信号、アクセル開度センサ(図示せず)で検出されたアクセル開度信号などが入力される。負荷演算部41や速度演算部42は、これらの信号を受け取る。負荷演算部41は、これらの信号に基づいて、機関負荷を演算する。速度演算部42は、これらの信号に基づいて、機関速度を演算する。
(Detailed operation of ECU)
The
燃料噴射制御部43は、機関負荷の情報を負荷演算部41から受け取り、機関速度の情報を速度演算部42から受け取る。また、燃料噴射制御部43は、記憶部47を参照し、マップ情報(図2参照)を記憶部47から受け取る。燃料噴射制御部43は、機関負荷や機関速度の情報とマップ情報(図2参照)となどに基づいて、噴射期間制御信号を生成する。これにより、燃料噴射弁27は、噴射期間制御信号に基づいて、所定の噴射タイミングで所定の噴射量の燃料を燃焼室63に噴射する。すなわち、ECU40の燃料噴射制御部43は、第1噴射パターンと第2噴射パターンとを運転状態(機関負荷及び機関速度)に応じて切り替えて、1サイクルにおいて燃焼室63内に燃料を複数回噴射するように燃料噴射弁27を制御する。ここで、第1噴射パターンは、燃焼室63の新気混合気を分散させるパターンである。第2噴射パターンは、燃焼室63の新気混合気を集中させるパターンである。
The fuel injection control unit 43 receives engine load information from the
点火時期制御部44は、機関負荷の情報を負荷演算部41から受け取り、機関速度の情報を速度演算部42から受け取り、機関負荷や機関速度の情報などに基づいて、点火時期制御信号を生成する。これにより、点火プラグ29は、点火時期制御信号に基づいて所定のタイミングでスパークを発生させる。
The ignition timing control unit 44 receives engine load information from the
EGR制御部45は、機関負荷の情報を負荷演算部41から受け取り、機関速度の情報を速度演算部42から受け取る。また、EGR制御部45は、記憶部47を参照し、マップ情報(図11参照)を記憶部47から受け取る。EGR制御部45は、機関負荷や機関速度の情報とマップ情報(図11参照)となどに基づいて、EGR制御信号を生成する。これにより、EGR装置30のEGR量調整バルブ32は、EGR制御信号に基づいて、閉められるか所定の開度で開かれる。
The EGR control unit 45 receives engine load information from the
(筒内直接噴射式内燃機関の制御)
筒内直接噴射式内燃機関1の制御を、図2〜図17を参照して説明する。
(Control of direct injection internal combustion engine)
The control of the direct injection type
ECU40の燃料噴射制御部43やEGR制御部45が参照するマップ情報を、図2に示す。マップ情報には、機関負荷や機関速度と制御領域との関係が示されている。すなわち、制御領域は、第1制御領域A1,第2制御領域A2,第3制御領域A3及び第4制御領域A4に分けられている。第1制御領域A1は、比較的低速低負荷側の領域であり、燃料噴射弁27が成層燃焼モードで制御される領域である。第1制御領域A1における運転状態は、成層燃焼が行われる運転状態であり、EGRが行われる運転状態である。第2制御領域A2は、比較的低速低負荷側の領域であるが、第1制御領域A1よりも機関負荷が高いか機関速度が速い領域であり、燃料噴射弁27が分割噴射モードで制御される領域である。第2制御領域A2における運転状態は、EGRが行われる運転状態である。第3制御領域A3は、比較的低速高負荷側の領域であり、燃料噴射弁27が分割噴射モードで制御される領域である。第3制御領域A3における運転状態は、EGRが行われない運転状態であり、ノッキングが起きやすい運転状態である。第4制御領域A4は、比較的高速側又は高負荷側の領域であり、燃料噴射弁27が分割噴射モードで制御される領域である。第4制御領域A2における運転状態は、EGRが行われない運転状態である。
Map information referred to by the fuel injection control unit 43 and the EGR control unit 45 of the
((第1制御領域A1における制御))
第1制御領域A1は、通常の成層燃焼が行われる領域である。すなわち、第1制御領域A1では、燃料噴射弁27が成層燃焼モードで制御される。具体的には、ECU40の燃料噴射制御部43は、燃料噴射弁27が圧縮行程において燃焼室63に導入された新気空気に燃料を1回噴射するように、噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))を確定し、噴射期間制御信号を生成する。これにより、燃料噴射弁27は、噴射期間制御信号に基づいて、燃焼室63の新気空気に燃料を1回噴射する。このため、燃焼室63において成層化された新気混合気が形成される。この結果、機関空燃比(燃焼室63全体の空燃比)の大幅なリーン化が実現される一方、点火プラグ29近傍の空燃比が局所的にリッチ化して安定的な燃焼が行われることになる。
((Control in the first control area A1))
The first control region A1 is a region where normal stratified combustion is performed. That is, in the first control region A1, the
((第2制御領域A2における制御))
第2制御領域A2における制御を、図3〜図7を参照して説明する。ここで、第2制御領域A2は、燃料噴射弁27が分割噴射モードの耐EGRパターン(第2噴射パターン)で制御される領域である。図3は、燃料噴射弁27が耐EGRパターンで燃料を噴射する場合の噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))を示すタイミングチャートである。
((Control in Second Control Area A2))
Control in the second control region A2 will be described with reference to FIGS. Here, the second control region A2 is a region in which the
図3に示すように、燃料噴射弁27は、噴射可能期間(DT)内において燃料を噴射する必要がある。噴射可能期間(DT)は、進角限界(CA1)と遅角限界(CA2)との間の期間であり、吸気行程及び圧縮行程に含まれた期間である。すなわち、第2制御領域A2では、吸気行程及び圧縮行程に含まれた期間において燃料噴射弁27により燃焼室63に形成された新気空気のタンブル流へ向けて燃料噴射が行われることで、燃焼室63において新気混合気のタンブル流が形成される。そして、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流に乗って燃焼室63内を旋回することになる。ここで、タンブル流が1回転する時間(クランク角度単位)は、図3では、タイミング(CA3)からタイミング(CA4)までの期間(RT)として示されている。
As shown in FIG. 3, the
また、燃料噴射弁27は、その仕様により、最小噴射間隔(DImin)よりも長い間隔で燃料を噴射する必要があり、最小噴射量(最小噴射時間Tmin)以上で燃料を噴射する必要がある。さらに、燃料噴射弁27は、燃焼室63の壁面63aに燃料が付着することを防止するために、最大噴射量(最大噴射時間Tmax)以下で燃料を噴射する必要がある。
Further, according to the specifications, the
ECU40は、燃料噴射弁27を耐EGRパターンで制御する場合、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して同位相となるタイミングで燃料噴射弁27が燃焼室63内に燃料を噴射するように制御する。すなわち、ECU40は、
DI=360°÷TR (1)
の式により、クランク角度単位での噴射間隔を決定する。ここで、DIは噴射間隔を示す。また、TRは、タンブル比を示し、
TR=(タンブル流の回転速度)÷(エンジンの回転速度) (2)により求められる。である。また、ECU40は、
T=Tall÷DN (3)
の式により、クランク角度単位での噴射時間を決定する。ここで、Tは1回当たりの噴射時間を示し、Tallは要求される総噴射量に相当する総噴射時間を示す。また、DNは、噴射回数を示し、
DT÷RT≦DN (4)
を満たす整数の最小値である。ただし、上述のように、
DI≧DImin (5)
Tmin≦T≦Tmax (6)
が満たされている必要がある。また、噴射タイミングは、点火プラグ29の先端部分29aが点火するタイミング(以下、点火タイミングという)において燃焼室63の新気混合気が点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するようなタイミングが選択される。すなわち、ECU40は、式(1)〜(6)を満たし、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するように、噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))を設定する。もし、噴射可能期間(DT)外になる噴射があれば、ECU40は、噴射可能期間(DT)外になっている分を進角側のタイミングに加えて、噴射期間を再設定する。さらに、その加えた後の噴射量が最大噴射量を超えていれば、ECU40は、最大噴射量を超えている分を遅角側のタイミングに加えて、噴射期間を再再設定する。そして、ECU40は、噴射可能期間(DT)内において噴射期間を確定する。
When the
DI = 360 ° ÷ TR (1)
The injection interval in the crank angle unit is determined by the following formula. Here, DI indicates the injection interval. TR indicates the tumble ratio,
TR = (rotational speed of the tumble flow) / (rotational speed of the engine). It is. Further, the
T = Tall ÷ DN (3)
The injection time in units of crank angle is determined by the following formula. Here, T indicates the injection time per time, and Tall indicates the total injection time corresponding to the required total injection amount. DN indicates the number of injections,
DT ÷ RT ≦ DN (4)
Is the smallest integer that satisfies. However, as mentioned above,
DI ≧ DImin (5)
Tmin ≦ T ≦ Tmax (6)
Must be satisfied. The injection timing is such that the fresh air mixture in the
例えば、図3に示す場合、式(1)より噴射間隔はDI5(=RT)となる。噴射回数(DN)が2回であるので、噴射時間は、
T5=Tall÷2 (7)
となる。そして、
DI5≧DImin (9)
Tmin≦T5≦Tmax (10)
である。これにより、ECU40は、式(1)〜(6)を満たすような噴射期間を、噴射タイミングCA3,CA4及び噴射時間T5に確定する。
For example, in the case shown in FIG. 3, the injection interval is DI5 (= RT) according to the equation (1). Since the number of injections (DN) is 2, the injection time is
T5 = Tall ÷ 2 (7)
It becomes. And
DI5 ≧ DImin (9)
Tmin ≦ T5 ≦ Tmax (10)
It is. Thereby, ECU40 determines the injection period which satisfy | fills Formula (1)-(6) to injection timing CA3, CA4 and injection time T5.
例えば、図4に示す場合、式(1)より噴射間隔はDI5(=RT)となる。噴射時間は、噴射回数(DN)が2回であるので、
T5=Tall÷2 (11)
となる。しかし、第2回目の噴射タイミング(CA6)の噴射は、噴射時間T5の途中で遅角限界(CA2)に到達して噴射可能期間(DT)を超えてしまう。そこで、噴射可能期間(DT)を超えている分の噴射時間T6を1つ進角側の噴射タイミング(CA5)に加える。そして、噴射タイミング(CA5)の噴射時間は、T5+T6に再設定されるが、
Tmin≦T5+T6≦Tmax (12)
である。これにより、ECU40は、式(1)〜(6)を満たすような噴射期間を、噴射タイミングCA5,CA6及び噴射時間T5+T6,T5−T6に確定する。
For example, in the case shown in FIG. 4, the injection interval is DI5 (= RT) according to the equation (1). Since the injection time is the number of injections (DN) is 2,
T5 = Tall ÷ 2 (11)
It becomes. However, the injection at the second injection timing (CA6) reaches the retardation limit (CA2) in the middle of the injection time T5 and exceeds the injectable period (DT). Therefore, the injection time T6 corresponding to the injectable period (DT) is added to the one-advance-side injection timing (CA5). The injection time of the injection timing (CA5) is reset to T5 + T6.
Tmin ≦ T5 + T6 ≦ Tmax (12)
It is. Thereby, ECU40 determines the injection period which satisfy | fills Formula (1)-(6) to injection timing CA5, CA6 and injection time T5 + T6, T5-T6.
例えば、図5に示す場合、式(1)より噴射間隔はDI5(=RT)となる。噴射時間は、噴射回数(DN)が2回であるので、
T5=Tall÷2 (13)
となる。しかし、第2回目の噴射タイミング(CA8)の噴射は、噴射時間T5の途中で遅角限界(CA2)に到達して噴射可能期間(DT)を超えてしまう。そこで、噴射可能期間(DT)を超えている分の噴射時間T7が1つ進角側の噴射タイミング(CA7)に加えられて、噴射期間が再設定される。そして、噴射タイミング(CA7)の噴射時間は、T5+T7となるが、
T5+T7>Tmax (14)
である。そこで、最大噴射量Tmaxを超えている分の噴射時間
T8=T5+T7−Tmax (15)
が1つ遅角側の噴射タイミング(CA8)に加えられ、噴射タイミング(CA8)が時間T8だけ進角されて、噴射タイミング(CA18)に再再設定される。また、噴射タイミング(CA18)の噴射時間はT5−T7+T8となる。これにより、ECU40は、式(1)〜(6)を満たすような噴射期間を、噴射タイミングCA7,CA18及び噴射時間Tmax,T5−T7+T8に確定する。
For example, in the case shown in FIG. 5, the injection interval is DI5 (= RT) according to the equation (1). Since the injection time is the number of injections (DN) is 2,
T5 = Tall ÷ 2 (13)
It becomes. However, the injection at the second injection timing (CA8) reaches the retardation limit (CA2) in the middle of the injection time T5 and exceeds the injectable period (DT). Therefore, the injection time T7 corresponding to the injection possible period (DT) is added to the one-advance-side injection timing (CA7), and the injection period is reset. The injection time of the injection timing (CA7) is T5 + T7.
T5 + T7> Tmax (14)
It is. Therefore, the injection time for exceeding the maximum injection amount Tmax T8 = T5 + T7−Tmax (15)
Is added to the one-retarded injection timing (CA8), the injection timing (CA8) is advanced by time T8, and reset to the injection timing (CA18). Moreover, the injection time of the injection timing (CA18) is T5-T7 + T8. Thereby, ECU40 determines the injection period which satisfy | fills Formula (1)-(6) to injection timing CA7, CA18 and injection time Tmax, T5-T7 + T8.
これらの場合に、燃焼室63の新気混合気の分布は、図6に示すようになる。すなわち、第1回目の噴射タイミング(CA3,CA5,CA7)で噴射された燃料は、タンブル流に乗り新気混合気F5として燃焼室63内を旋回する。第2回目の噴射タイミング(CA4,CA6,CA18)で噴射された燃料は、タンブル流に乗り新気混合気F6として燃焼室63内を旋回する。このように、燃焼室63の新気混合気F5,F6は、タンブル流において同位相となる位置で旋回するようになる。なお、図6では、シリンダブロック10,シリンダヘッド20及びピストン3以外の部分は、図示が省略されている。
In these cases, the distribution of the fresh air mixture in the
さらに、噴射タイミング(CA3,CA4,CA5,CA6,CA7,CA18)としては、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するようなタイミングが選択されている。このため、燃焼室63の新気混合気F5,F6は、点火タイミングにおいて点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するように旋回している。これにより、燃焼室63における新気混合気の着火性や初期燃焼速度は向上する。
Further, as the injection timing (CA3, CA4, CA5, CA6, CA7, CA18), a timing is selected such that the fresh air mixture in the
なお、噴射回数DN=3の場合も、図7に示すように、燃焼室63の新気混合気F7,F8,F9は、タンブル流において同位相となる位置で旋回するようになる。さらに、燃焼室63の新気混合気F7,F8,F9は、点火タイミングにおいて点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するように旋回している。これにより、燃焼室63における新気混合気の着火性や初期燃焼速度は向上する。
Even when the number of injections DN = 3, as shown in FIG. 7, the fresh air mixtures F7, F8, and F9 in the
((第3制御領域A3における制御))
第3制御領域A3における制御を、図8〜図10を参照して説明する。ここで、第3制御領域A3は、燃料噴射弁27が分割噴射モードの耐ノッキングパターン(第2噴射パターン)で制御される領域である。図8は、燃料噴射弁27が耐ノッキングパターンで燃料を噴射する場合の噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))を示すタイミングチャートである。
((Control in the third control region A3))
Control in the third control region A3 will be described with reference to FIGS. Here, the third control region A3 is a region in which the
第3制御領域A3における制御は、基本的には、上述の「((第2制御領域A2における制御))」と同様であるが、次の点で異なる。 The control in the third control region A3 is basically the same as “((control in the second control region A2))” described above, but differs in the following points.
タンブル流が1回転する時間(クランク角度単位)は、図8では、タイミング(CA11)からタイミング(CA12)までの期間(RT)として示されている。 The time (crank angle unit) for the tumble flow to make one rotation is shown as a period (RT) from timing (CA11) to timing (CA12) in FIG.
噴射タイミングは、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が吸気側(吸気バルブ21の近傍)に集中するようなタイミングが選択される。すなわち、ECU40は、式(1)〜(6)を満たし、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が吸気側に集中するように、噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))を設定する。
The injection timing is selected such that the fresh air mixture in the
例えば、図8に示す場合、ECU40は、式(1)〜(6)を満たすような噴射期間を、噴射タイミングCA11,CA12及び噴射時間T5に確定する。
For example, in the case illustrated in FIG. 8, the
噴射タイミング(CA11,CA12)としては、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が吸気側に集中するようなタイミングが選択されている。このため、図9に示す燃焼室63の新気混合気F10,F11は、点火タイミングにおいて吸気側に集中するように旋回している。これにより、ノッキングの発生しやすい位置である吸気側(吸気バルブ21の近傍)において新気混合気の燃焼期間が短縮されるので、ノッキングの発生は効果的に抑制される。
As the injection timing (CA11, CA12), the timing at which the fresh air mixture in the
なお、噴射回数DN=3の場合も、図10に示すように、燃焼室63の新気混合気F12,F13,F14は、点火タイミングにおいて吸気側に集中するように旋回している。これにより、ノッキングの発生しやすい位置である吸気側(吸気バルブ21の近傍)において新気混合気の燃焼期間が短縮されるので、ノッキングの発生は効果的に抑制される。
Even when the number of injections DN = 3, as shown in FIG. 10, the fresh air mixtures F12, F13, F14 in the
((第4制御領域A4における制御))
第4制御領域A4における制御を、図11〜図13を参照して説明する。ここで、第4制御領域A4は、燃料噴射弁27が分割噴射モードの分散パターン(第1噴射パターン)で制御される領域である。図11は、燃料噴射弁27が分散パターンで燃料を噴射する場合の噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))を示すタイミングチャートである。
((Control in Fourth Control Area A4))
Control in the fourth control region A4 will be described with reference to FIGS. Here, the fourth control region A4 is a region in which the
図11に示すように、燃料噴射弁27は、噴射可能期間(DT)内において燃料を噴射する必要がある。噴射可能期間(DT)は、進角限界(CA1)と遅角限界(CA2)との間の期間であり、吸気行程及び圧縮行程に含まれた期間である。すなわち、第4制御領域A4では、吸気行程及び圧縮行程に含まれた期間において燃料噴射弁27により燃焼室63に形成された新気空気のタンブル流へ向けて燃料噴射が行われることで、燃焼室63において新気混合気のタンブル流が形成される。そして、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流に乗って燃焼室63内を旋回することになる。ここで、タンブル流が1回転する時間(クランク角度単位)は、図11では、進角限界(CA1)からタイミング(CA15)までの期間(RT)として示されている。
As shown in FIG. 11, the
また、燃料噴射弁27は、その仕様により、最小噴射間隔(DImin)よりも長い間隔で燃料を噴射する必要があり、最小噴射量(最小噴射時間Tmin)以上で燃料を噴射する必要がある。さらに、燃料噴射弁27は、燃焼室63の壁面63aに燃料が付着することを防止するために、最大噴射量(最大噴射時間Tmax)以下で燃料を噴射する必要がある。
Further, according to the specifications, the
ECU40は、燃料噴射弁27を分散パターンで制御する場合、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して位相を等分割したタイミングで燃料噴射弁27が燃焼室63内に燃料を噴射するように制御する。すなわち、ECU40は、
DI=360°÷N÷TR (16)
の式により、クランク角度単位での噴射間隔を計算する。ここで、DIは噴射間隔を示し、Nは分割回数を示す。また、TRは、タンブル比を示し、
TR=(タンブル流の回転速度)÷(エンジンの回転速度) (17)により求められる。である。また、ECU40は、
T=Tall÷DN (18)
の式により、クランク角度単位での噴射時間を計算する。ここで、Tは1回当たりの噴射時間を示し、Tallは要求される総噴射量に相当する総噴射時間を示す。また、DNは、噴射回数を示し、
DT÷DI≦DN (19)
を満たす整数の最小値である。ただし、上述のように、
DI≧DImin (20)
であることが必要なので、分割回数Nは、
RT÷DImin≧N (21)
を満たす整数の最大値が最初に選択される。また、
Tmin≦T≦Tmax (22)
が満たされている必要がある。すなわち、ECU40は、式(16)〜(22)を満たすようなNの最大値を求めて、噴射可能期間(DT)内において噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))を確定する。
When the
DI = 360 ° ÷ N ÷ TR (16)
The injection interval in the crank angle unit is calculated by the following formula. Here, DI indicates the injection interval, and N indicates the number of divisions. TR indicates the tumble ratio,
TR = (rotational speed of the tumble flow) / (rotational speed of the engine) (17) It is. Further, the
T = Tall ÷ DN (18)
The injection time in the crank angle unit is calculated by the following formula. Here, T indicates the injection time per time, and Tall indicates the total injection time corresponding to the required total injection amount. DN indicates the number of injections,
DT ÷ DI ≦ DN (19)
Is the smallest integer that satisfies. However, as mentioned above,
DI ≧ DImin (20)
Therefore, the number of divisions N is
RT ÷ DImin ≧ N (21)
The largest integer value that satisfies is selected first. Also,
Tmin ≦ T ≦ Tmax (22)
Must be satisfied. That is, the
例えば、図11に示す場合、N=4とすると、噴射間隔はDI4となり、噴射時間はT4となる。しかし、
DI4<DImin (23)
であり、式(20)を満たすことができない。すなわち、式(21)を満たすNの最大値がN=3なので、分割回数としてまずN=3が選択される。そうすると、式(16)より噴射間隔はDI3となり、噴射回数(DN)が5回となるので、噴射時間は
T3=Tall÷5 (24)
となる。そして、
DI3≧DImin (25)
Tmin≦T3≦Tmax (26)
である。これにより、ECU40は、式(16)〜(22)を満たすようなNの最大値をN=3と求める。ここで、第1回目の噴射タイミングを進角限界(CA1)とすると、第5回目の噴射タイミング(CA17)の噴射は、噴射時間T3の途中で遅角限界(CA2)に到達して噴射可能期間(DT)を超えてしまう。そこで、第5回目の噴射タイミングの噴射がキャンセルされ、噴射回数(DN)が5回から4回に減らされる。そして、噴射時間が
T3a=Tall÷4 (27)
により求められて、噴射期間が再設定される。また、第1〜4回目の噴射タイミング自体はそのままにされる。このように、ECU40は、式(16)〜(22)を満たすような噴射期間を、噴射タイミングCA1,CA13,CA14,CA15及び噴射時間T3aに確定する。ここで、噴射回数DN(図11の場合に4回)は、第2制御領域A2に制御される場合の噴射回数(図3〜図5の場合にDN=2回)以上となっており、第3制御領域A3に制御される場合の噴射回数(図8の場合にDN=2回)以上となっている。
For example, in the case shown in FIG. 11, when N = 4, the injection interval is DI4 and the injection time is T4. But,
DI4 <DImin (23)
And equation (20) cannot be satisfied. That is, since the maximum value of N that satisfies the equation (21) is N = 3, N = 3 is first selected as the number of divisions. Then, since the injection interval is DI3 and the number of injections (DN) is 5 from Equation (16), the injection time is T3 = Tall ÷ 5 (24)
It becomes. And
DI3 ≧ DImin (25)
Tmin ≦ T3 ≦ Tmax (26)
It is. Thereby, ECU40 calculates | requires the maximum value of N which satisfy | fills Formula (16)-(22) as N = 3. Here, if the first injection timing is the advance angle limit (CA1), the injection at the fifth injection timing (CA17) reaches the delay angle limit (CA2) in the middle of the injection time T3 and can be injected. The period (DT) is exceeded. Therefore, the injection at the fifth injection timing is canceled, and the number of injections (DN) is reduced from 5 times to 4 times. And the injection time T3a = Tall ÷ 4 (27)
And the injection period is reset. Further, the first to fourth injection timings are left as they are. Thus, ECU40 determines the injection period which satisfy | fills Formula (16)-(22) to injection timing CA1, CA13, CA14, CA15, and injection time T3a. Here, the number of injections DN (four times in the case of FIG. 11) is equal to or more than the number of injections (DN = 2 in the case of FIGS. 3 to 5) when controlled in the second control region A2. The number of injections when controlled to the third control region A3 (DN = 2 in the case of FIG. 8) is greater than or equal to.
この場合に、燃焼室63の新気混合気の分布は、図12に示すようになる。すなわち、第1回目の噴射タイミング(CA1)で噴射された燃料は、タンブル流に乗り新気混合気F1として燃焼室63内を旋回する。第2回目の噴射タイミング(CA13)で噴射された燃料は、タンブル流に乗り新気混合気F2として燃焼室63内を旋回する。第3回目の噴射タイミング(CA14)で噴射された燃料は、タンブル流に乗り新気混合気F3として燃焼室63内を旋回する。このように、燃焼室63の新気混合気F1〜F3は、タンブル流において位相を等分割(ここでは3分割)した位置で旋回するようになる。
In this case, the distribution of the fresh air mixture in the
なお、分割回数N=2の場合、図11に示すように、噴射間隔がDI2に、噴射タイミングがCA1,CA16,CA15に、噴射時間がT2に、それぞれ決定される。そして、図13に示すように、燃焼室63の新気混合気F4,F5は、タンブル流において位相を等分割(ここでは2分割)した位置で旋回するようになる。
When the number of divisions N = 2, as shown in FIG. 11, the injection interval is determined as DI2, the injection timings are determined as CA1, CA16, CA15, and the injection time is determined as T2. Then, as shown in FIG. 13, the fresh air mixtures F4 and F5 in the
(筒内直接噴射式内燃機関における制御の流れ)
筒内直接噴射式内燃機関における制御の流れを、図14に示すフローチャートを用いて説明する。このような制御は、筒内直接噴射式内燃機関1における他の制御とともに行われる。
(Control flow in a direct injection internal combustion engine)
A control flow in the direct injection type internal combustion engine will be described with reference to a flowchart shown in FIG. Such control is performed together with other controls in the direct injection type
ステップS1では、運転状態(機関負荷、機関速度)が検出される。すなわち、ECU40には、クランク角センサ(図示せず)で検出されたクランク角信号、水温センサ(図示せず)で検出された冷却水温信号、アクセル開度センサ(図示せず)で検出されたアクセル開度信号などが入力される。負荷演算部41や速度演算部42は、これらの信号を受け取る。負荷演算部41は、これらの信号に基づいて、機関負荷を演算する。速度演算部42は、これらの信号に基づいて、機関速度を演算する。
In step S1, the operating state (engine load, engine speed) is detected. That is, the
ECU40の燃料噴射制御部43は、機関負荷の情報を負荷演算部41から受け取り、機関速度の情報を速度演算部42から受け取る。また、燃料噴射制御部43は、記憶部47を参照し、マップ情報(図2参照)を記憶部47から受け取る。燃料噴射制御部43は、機関負荷や機関速度の情報とマップ情報(図2参照)となどに基づいて、運転モードと噴射パターンとを決定する。
The fuel injection control unit 43 of the
ステップS2では、どの運転モードであるかがECU40により判断される。すなわち、運転モードが分割噴射モードであると判断されればステップS3へ進められ、運転モードが成層燃焼モードであると判断されればステップS9へ進められる。
In step S2, the
ステップS3では、噴射パターンが読み込まれる。すなわち、ECU40の燃料噴射制御部43は、機関負荷や機関速度の情報とマップ情報(図2参照)となどに基づいて、噴射パターンを決定し、その内容を記憶部47から読み込む。
In step S3, an injection pattern is read. That is, the fuel injection control unit 43 of the
ステップS4では、点火タイミングが読み込まれる。すなわち、ECU40の燃料噴射制御部43は、点火時期制御部44から点火タイミングの情報を受け取る。
In step S4, the ignition timing is read. That is, the fuel injection control unit 43 of the
ステップS5では、総噴射量(総噴射時間)が計算される。すなわち、ECU40の燃料噴射制御部43は、機関負荷や機関速度の情報とマップ情報(図2参照)となどに基づいて、要求される総噴射量(総噴射時間Tall)を計算する。
In step S5, the total injection amount (total injection time) is calculated. That is, the fuel injection control unit 43 of the
ステップS6では、噴射可能期間(DT)が読み込まれる。すなわち、ECU40の燃料噴射制御部43は、記憶部47を参照し、噴射可能期間(DT)の情報を記憶部47から受け取る。
In step S6, the injection possible period (DT) is read. In other words, the fuel injection control unit 43 of the
ステップS7では、最大噴射量・最小噴射量・最小噴射間隔が読み込まれる。すなわち、ECU40の燃料噴射制御部43は、記憶部47を参照し、最大噴射量(最大噴射時間Tmax)・最小噴射量(最小噴射時間Tmin)・最小噴射間隔(DImin)の情報を記憶部47から受け取る。
In step S7, the maximum injection amount / minimum injection amount / minimum injection interval are read. That is, the fuel injection control unit 43 of the
ステップS8では、噴射期間計算処理が行われる。 In step S8, an injection period calculation process is performed.
ステップS9では、噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))が確定される。すなわち、ECU40の燃料噴射制御部43は、燃料噴射弁27が圧縮行程において燃焼室63に導入された新気空気に燃料を1回噴射するように、噴射期間を確定し、噴射期間制御信号を生成する。これにより、燃料噴射弁27は、噴射期間制御信号に基づいて、燃焼室63の新気空気に燃料を1回噴射する。このため、燃焼室63において成層化された新気混合気が形成される。この結果、機関空燃比(燃焼室63全体の空燃比)の大幅なリーン化が実現される一方、点火プラグ29近傍の空燃比が局所的にリッチ化して安定的な燃焼が行われることになる。
In step S9, the injection period (injection timing and injection amount (injection time)) is determined. That is, the fuel injection control unit 43 of the
次に、噴射期間計算処理S8の詳細を、図15に示すフローチャートを用いて説明する。 Next, the details of the injection period calculation process S8 will be described using the flowchart shown in FIG.
ステップS11では、どの噴射パターンであるかがECU40により判断される。すなわち、噴射パターンが分散パターンであると判断されればステップS12へ進められ、噴射パターンが耐EGRパターン・耐ノッキングパターンであると判断されればステップS21へ進められる。
In step S11, the
ステップS12では、分割回数が選択される。すなわち、ECU40は、式(21)を満たすN(整数)の最大値を、分割回数Nとして選択する。
In step S12, the number of divisions is selected. That is, the
ステップS13では、噴射間隔や噴射時間が計算される。すなわち、ECU40は、式(16),(17)などを用いて、クランク角度単位での噴射間隔を計算する。また、ECU40は、ステップS5で計算された総噴射量(総噴射時間Tall)と式(18),(19)となどを用いて、クランク角度単位での噴射時間を計算する。
In step S13, the injection interval and the injection time are calculated. That is, the
ステップS14では、噴射間隔や噴射時間が制約条件を満たしているか否かがECU40により判断される。すなわち、噴射間隔が式(20)を満たしていることと、噴射時間が式(22)を満たしていることとが、同時に満たされているか否かが判断される。同時に満たされていると判断されればステップS16へ進められ、同時に満たされていないと判断されればステップS15へ進められる。
In step S14, the
ステップS15では、分割回数が変更される。すなわち、ECU40は、分割回数を1だけ減らしたもの(N−1)を新たに分割回数Nとする。
In step S15, the number of divisions is changed. That is, the
ステップS16では、噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))が仮設定される。すなわち、ECU40は、第1回目の噴射タイミングを進角限界(CA1)にする。そして、ECU40は、噴射間隔や噴射時間などに基づいて、第1回目の噴射時間(噴射量)と第2回目以降の噴射タイミング・噴射時間(噴射量)とを設定する。
In step S16, an injection period (injection timing and injection amount (injection time)) is temporarily set. That is, the
ステップS17では、噴射期間が噴射可能期間(DT)内であるか否かがECU40により判断される。すなわち、噴射期間が噴射可能期間(DT)内であると判断されればステップS19へ進められ、噴射期間が噴射可能期間(DT)内でないと判断されればステップS18へ進められる。
In step S17, the
ステップS18では、噴射期間が再設定される。すなわち、ECU40は、噴射可能期間(DT)を超えている噴射タイミングの噴射をキャンセルする。そして、ECU40は、キャンセルした噴射の数だけ噴射回数を減らしたもの(1つだけキャンセルした場合はDN−1)を新たに噴射回数DNとする。ECU40は、式(18)を用いて、噴射時間を再度計算して、噴射期間を再設定する
ステップS19では、噴射期間が確定される。すなわち、ECU40は、噴射期間を確定し、噴射期間制御信号を生成する。これにより、燃料噴射弁27は、噴射期間制御信号に基づいて、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して位相を等分割したタイミングで燃焼室63内に燃料を噴射する。このため、図12に示すように、燃焼室63の新気混合気F1,F2,F3は、タンブル流において位相を等分割(ここでは3分割)した位置で旋回するようになる。あるいは、図13に示すように、燃焼室63の新気混合気F4,F5は、タンブル流において位相を等分割(ここでは2分割)した位置で旋回するようになる。
In step S18, the injection period is reset. That is, the
ステップS21では、噴射間隔・噴射時間が計算される。すなわち、ECU40は、式(1),(2)などを用いて、クランク角度単位での噴射間隔を計算する。また、ECU40は、ステップS5で計算された総噴射量(総噴射時間Tall)と式(3),(4)となどを用いて、クランク角度単位での噴射時間を計算する。
In step S21, the injection interval / injection time is calculated. That is, the
ステップS22では、噴射間隔や噴射時間が制約条件を満たしているか否かがECU40により判断される。すなわち、噴射間隔が式(5)を満たしていることと、噴射時間が式(6)を満たしていることとが、同時に満たされているか否かが判断される。同時に満たされていると判断されればステップS23へ進められ、同時に満たされていないと判断されればステップS21へ進められる。
In step S22, the
ステップS23では、噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))が仮設定される。すなわち、ECU40は、噴射パターンが耐ERGパターンであると判断する場合、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するようなタイミングを、第1回目の噴射タイミングにする。あるいは、ECU40は、噴射パターンが耐ノッキングパターンであると判断する場合、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が吸気側(吸気バルブ21の近傍)に集中するようなタイミングを、第1回目の噴射タイミングにする。そして、ECU40は、噴射間隔や噴射時間などに基づいて、第1回目の噴射時間(噴射量)と第2回目以降の噴射タイミング・噴射時間(噴射量)を設定する。
In step S23, an injection period (injection timing and injection amount (injection time)) is temporarily set. That is, when the
ステップS24では、噴射期間が噴射可能期間(DT)内であるか否かがECU40により判断される。すなわち、噴射期間が噴射可能期間(DT)内であると判断されればステップS28へ進められ、噴射期間が噴射可能期間(DT)内でないと判断されればステップS25へ進められる。
In step S24, the
ステップS25では、噴射期間が再設定される。すなわち、ECU40は、噴射可能期間(DT)外になっている分を進角側のタイミングに加えて、噴射期間を再設定する(図4,図5参照)。
In step S25, the injection period is reset. That is, the
ステップS26では、噴射量(噴射時間)が最大噴射量(最大噴射時間Tmax)を超えているか否かが判断される。超えていると判断されればステップS27へ進められ、超えていないと判断されればステップS28へ進められる。 In step S26, it is determined whether or not the injection amount (injection time) exceeds the maximum injection amount (maximum injection time Tmax). If it is determined that it has exceeded, the process proceeds to step S27, and if it is determined that it does not exceed, the process proceeds to step S28.
ステップS27では、噴射期間が再再設定される。すなわち、ECU40は、最大噴射量を超えている分を遅角側のタイミングに加えて、噴射期間を再再設定する(図5参照)。
In step S27, the injection period is reset. That is, the
ステップS28では、噴射期間が確定する。すなわち、ECU40は、噴射期間を確定し、噴射期間制御信号を生成する。これにより、燃料噴射弁27は、噴射期間制御信号に基づいて、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して同位相となるタイミングで燃焼室63内に燃料を噴射する。このため、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流において同位相となる位置で旋回するようになる。具体的には、噴射パターンが耐ERGパターンである場合、図6,7に示すように、燃焼室63の新気混合気F5,F6,F7,F8,F9は、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するような位置で旋回する。あるいは、噴射パターンが耐ノッキングパターンである場合、図9,10に示すように、燃焼室63の新気混合気F10,F11,F12,F13,F14は、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が吸気側(吸気バルブ21の近傍)に集中するような位置で旋回する。
In step S28, the injection period is determined. That is, the
(筒内直接噴射式内燃機関の特徴)
(1)
ここでは、ECU40は、1サイクルにおいて燃料噴射弁27が燃焼室63内に燃料を複数回噴射するように制御する。このため、燃焼室63の壁面63aに燃料が付着することが防止される。また、ECU40が分散パターンと耐EGRパターンと耐ノッキングパターンとを運転状態に応じて切り替えるので、EGRが行われた場合に、燃料噴射弁27が耐EGRパターンで制御されれば、燃焼室63における燃焼は安定化する。これにより、耐EGR性は向上する。あるいは、ノッキングが発生しやすい場合に、燃料噴射弁27が耐ノッキングパターンで制御されれば、ノッキングの発生は抑制される。これにより、耐ノッキング性は向上する。
(Characteristics of in-cylinder direct injection internal combustion engine)
(1)
Here, the
このように、燃焼室63の壁面63aに燃料が付着することが防止されるだけでなく、EGRが行われた場合に耐EGR性が向上し、ノッキングが発生しやすい場合に耐ノッキング性が向上する。すなわち、燃焼室63の壁面63aに燃料が付着することは防止され、耐EGR性や耐ノッキング性は向上する。
Thus, not only is the fuel prevented from adhering to the
(2)
ここでは、ECU40は、燃料噴射弁27を分散パターンで制御する場合、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して位相を等分割したタイミングで燃料噴射弁27が燃焼室63内に燃料を噴射するように制御する。これにより、燃料噴射弁27は、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して位相を等分割したタイミングで、燃焼室63内に燃料を噴射する。
(2)
Here, when the
このため、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流において位相を等分割した位置で旋回するようになる。この結果、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流において位相を等分割した位置に分散する。
For this reason, the fresh air mixture in the
(3)
ここでは、ECU40は、燃料噴射弁27を耐EGRパターン・耐ノッキングパターンで制御する場合、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して同位相となるタイミングで燃料噴射弁27が燃焼室63内に燃料を噴射するように制御する。これにより、燃料噴射弁27は、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して同位相となるタイミングで、燃焼室63内に燃料を噴射する。
(3)
Here, when the
このため、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流において同位相となる位置で旋回するようになる。この結果、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流において同位相となる位置に集中する。
For this reason, the fresh air mixture in the
(4)
ここでは、EGR装置30は、運転状態が第2制御領域A2に属する場合において、排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる。ECU40は、EGR装置30が排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる場合、燃料噴射弁27を耐EGRパターンで制御する。これにより、燃料噴射弁27は、EGRが行われた場合に、耐EGRパターンで燃焼室63内に燃料を噴射する。
(4)
Here, the
このため、EGRが行われた場合でも燃焼室63における燃焼は安定化する。この結果、耐EGR性は向上する。
For this reason, even when EGR is performed, the combustion in the
(5)
ここでは、EGR装置30は、運転状態が第2制御領域A2に属する場合において、排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる。このとき、燃焼室63において、新気混合気が着火しにくくなることがあり、新気混合気の燃焼速度が遅くなることがある。すなわち、EGRが行われた場合に燃焼室における燃焼が安定しなくなる傾向がある。
(5)
Here, the
この場合でも、ECU40は、EGR装置30が排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる場合、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するように制御する。これにより、燃焼室63の新気混合気F5,F6,F7,F8,F9は、点火タイミングにおいて点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するように旋回する。このため、燃焼室63における新気混合気の着火性や初期燃焼速度は向上するので、EGRが行われた場合でも燃焼室63における燃焼は安定化する。この結果、耐EGR性は向上する。
Even in this case, when the
(6)
ここでは、ECU40は、機関負荷が高く機関速度が遅い場合(運転状態が第3制御領域A3に属する場合)、燃料噴射弁27を耐ノッキングパターンで制御する。すなわち、ECU40は、ノッキングが発生しやすい場合、耐ノッキングパターンで制御する。これにより、燃料噴射弁27は、ノッキングが発生しやすい場合に、耐ノッキングパターンで燃焼室63内に燃料を噴射する。
(6)
Here, when the engine load is high and the engine speed is slow (when the operating state belongs to the third control region A3), the
このため、燃焼室63の新気混合気の燃焼期間が短縮されるので、ノッキングの発生は抑制される。この結果、耐ノッキング性は向上する。
For this reason, since the combustion period of the fresh air mixture in the
(7)
ここでは、機関負荷が高く機関速度が遅い場合(運転状態が第3制御領域A3に属する場合)に、燃焼室63の吸気側(吸気バルブ21の近傍)において、ノッキングが発生しやすくなる傾向がある。
(7)
Here, when the engine load is high and the engine speed is slow (when the operating state belongs to the third control region A3), knocking tends to occur easily on the intake side of the combustion chamber 63 (near the intake valve 21). is there.
この場合でも、ECU40は、機関負荷が高く機関速度が遅い場合、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が吸気側に集中するように制御する。これにより、燃焼室63の新気混合気F10,F11,F12,F13,F14は、点火タイミングにおいて吸気側に集中するように旋回する。このため、ノッキングの発生しやすい位置である吸気側において新気混合気の燃焼期間が短縮するので、ノッキングの発生は効果的に抑制される。この結果、耐ノッキング性は向上する。
Even in this case, when the engine load is high and the engine speed is slow, the
(8)
ここでは、ECU40は、分散パターンにおける噴射回数(DN)が耐EGRパターン・耐ノッキングパターンにおける噴射回数(DN)以上になるように制御する。このため、燃料噴射弁27が分散パターンで制御される場合に、燃焼室63内の新気混合気は分散するようになる。また、燃料噴射弁27が耐EGRパターン・耐ノッキングパターンで制御される場合に、燃焼室63内の新気混合気は集中するようになる。
(8)
Here, the
(第1実施形態の変形例)
(A)燃料噴射弁27が噴射した燃料がそのまま排気されるのを避ける必要があるので、進角限界(CA1)は、排気バルブ22が閉められた後のタイミングであることが好ましい。
(Modification of the first embodiment)
(A) Since it is necessary to avoid that the fuel injected by the
また、圧縮行程後半では、燃焼室63のタンブル流(縦渦)が減衰していることがある。そのため、遅角限界(CA2)は、圧縮行程前半のタイミングであることが好ましい。
In the latter half of the compression stroke, the tumble flow (longitudinal vortex) in the
さらに、第1制御領域A1における制御では、燃料噴射弁27が燃料を噴射するタイミングは、点火タイミングより前であって圧縮行程後半であることが好ましい。なぜなら、点火タイミングと噴射タイミングとを近くした方が燃焼室63において新気混合気が成層化された状態で点火されやすいからである。なお、第1制御領域A1における制御において、燃料噴射弁27が燃料を複数回噴射するように制御されてもよい。
Furthermore, in the control in the first control region A1, it is preferable that the timing at which the
それから、第3制御領域A3における制御では、ノッキングが吸気側よりも排気側で発生しやすいのであれば、噴射タイミングは、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が排気側に集中するようなタイミングが選択されてもよい。すなわち、ECU40は、機関負荷が高く機関速度が遅い場合、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が排気側に集中するように制御してもよい。この場合でも、燃焼室63の新気混合気は、点火タイミングにおいて排気側に集中するように旋回する。このため、ノッキングの発生しやすい位置である排気側において新気混合気の燃焼期間が短縮するので、ノッキングの発生は効果的に抑制される。この結果、耐ノッキング性は向上する。
Then, in the control in the third control region A3, if knocking occurs more easily on the exhaust side than on the intake side, the injection timing is such that the fresh air mixture in the
(B)記憶部47aに記憶されているマップ情報には、図16に示すように、第2制御領域A2の代わりに第2制御領域A2aが記憶されていてもよく、第4制御領域A4の代わりに第4制御領域A4aが記憶されていてもよい。ここで、第2制御領域A2aは、ECU40の燃料噴射制御部43が(第1制御領域A1以外において)機関空燃比を理論空燃比よりもリーンに制御する領域である。また、噴射パターンは、耐EGRパターンと同様のパターンである耐リーンパターンが採用される。
(B) As shown in FIG. 16, the map information stored in the
機関空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御される場合、燃焼室63において、新気混合気が着火しにくくなることがあり、新気混合気の燃焼速度が遅くなることがある。このため、リーン限界の拡大が不十分になる傾向がある。
When the engine air-fuel ratio is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the fresh air mixture may be difficult to ignite in the
この場合でも、ECU40は、機関空燃比を理論空燃比よりもリーンに制御する場合、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するように制御する。これにより、燃焼室63の新気混合気は、点火タイミングにおいて点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するように旋回する。このため、燃焼室63における新気混合気の着火性や初期燃焼速度は向上するので、リーン限界は拡大する。
Even in this case, when the engine air-fuel ratio is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the
(C)ピストン3の頂面は、その形状によりタンブル流(縦渦)が制御されるようになっていてもよい。
(C) The tumble flow (longitudinal vortex) may be controlled by the shape of the top surface of the
EGR装置30は、排気系の排気ガスの一部を吸気系へ還流させることができるような構成であれば、第1実施形態と異なる構成であってもよい。
The
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係る筒内直接噴射式内燃機関の断面図を図17に示す。
<Second Embodiment>
FIG. 17 shows a cross-sectional view of a direct injection type internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention.
筒内直接噴射式内燃機関100は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるが、ECU40の代わりにECU(制御部)140を備える点で第1実施形態と異なる。
The direct injection
ECU140の記憶部147は、図2に示すマップ情報の代わりに、図18に示すマップ情報を記憶している。燃料噴射制御部143は、記憶部147を参照し、マップ情報(図18参照)を記憶部147から受け取る。燃料噴射制御部143は、燃料噴射弁27を分散パターン(第4制御領域A104)で制御する場合、進角側のタイミングにおける噴射量(第1噴射量)を、遅角側のタイミングにおける噴射量(第2噴射量)に比べて多くする。また、燃料噴射制御部143は、燃料噴射弁27を耐EGRパターン(第2制御領域A102)・耐ノッキングパターン(第3制御領域A103)で制御する場合、進角側のタイミングにおける噴射量(第1噴射量)を、遅角側のタイミングにおける噴射量(第2噴射量)に比べて少なくする。これらの点で、第1実施形態と異なる。
The
(筒内直接噴射式内燃機関の制御)
筒内直接噴射式内燃機関100の制御を、図18〜図20を参照して説明する。
(Control of direct injection internal combustion engine)
The control of the direct injection type
マップ情報には、第2制御領域A2の代わりに第2制御領域A102が記憶され、第3制御領域A3の代わりに第3制御領域A103が記憶され、第4制御領域A4の代わりに第4制御領域A104が記憶されている。他の点は、基本的に第1実施形態と同様である。 The map information stores the second control area A102 instead of the second control area A2, the third control area A103 instead of the third control area A3, and the fourth control instead of the fourth control area A4. Area A104 is stored. Other points are basically the same as in the first embodiment.
((第1制御領域A1における制御))
第1実施形態と同様である。
((Control in the first control area A1))
This is the same as in the first embodiment.
((第2制御領域A102における制御))
ECU140は、式(1),(2),(5),(6)を満たし、進角側のタイミングにおける噴射量が遅角側のタイミングにおける噴射量に比べて少なくなるように、噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))を設定する。この点で第1実施形態と異なる。
((Control in Second Control Area A102))
The
例えば、図19に示す場合、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するようなタイミングとして、噴射タイミングCA9,CA10が選択される。そして、ECU140は、遅角側のタイミングであるタイミングCA10の噴射に最大噴射量(最大噴射時間Tmax)を割り当てる。さらに、ECU140は、進角側のタイミングであるタイミングCA9の噴射に残りの噴射量(噴射時間Tall−Tmax)を割り当てる。この噴射期間は、式(1),(2),(5),(6)を満たしており、噴射可能期間(DT)内である。これにより、ECU140は、噴射タイミングCA9,CA10及び噴射時間Tall−Tmax,Tmaxを確定する。
For example, in the case shown in FIG. 19, the injection timings CA9 and CA10 are selected as the timing at which the fresh air mixture in the
その他の点は、第1実施形態と同様である。 Other points are the same as in the first embodiment.
((第3制御領域A103における制御))
噴射タイミングは、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が吸気側に集中するようなタイミングが選択される。
((Control in the third control area A103))
The injection timing is selected so that the fresh air mixture in the
その他の点は、「((第2制御領域A102における制御))」と同様である。 Other points are the same as “((control in second control region A102))”.
((第4制御領域A104における制御))
ECU140は、式(16)〜(22)を満たし、進角側のタイミングにおける噴射量が遅角側のタイミングにおける噴射量に比べて多くなるように、噴射期間(噴射タイミング及び噴射量(噴射時間))を設定する。この点で第1実施形態と異なる。
((Control in Fourth Control Area A104))
The
例えば、図20に示す場合、式(21)を満たすN(整数)の最大値がN=2なので、分割回数としてまずN=2が選択される。そうすると、式(16)より噴射間隔はDI6となる。この噴射間隔DI6は式(20)を満たしている。また、噴射回数DNは、式(19)より3回となる。そして、第1回目の噴射タイミングを進角限界(CA1)とすると、第2回目の噴射タイミングがCA19となり、第3回目の噴射タイミングがCA20となる。 For example, in the case shown in FIG. 20, the maximum value of N (integer) that satisfies the equation (21) is N = 2, so N = 2 is first selected as the number of divisions. Then, the injection interval is DI6 from equation (16). This injection interval DI6 satisfies the equation (20). Further, the number of times of injection DN is 3 from the equation (19). If the first injection timing is the advance limit (CA1), the second injection timing is CA19, and the third injection timing is CA20.
それから、各噴射タイミングCA1,CA19,CA20の噴射に対して、最小噴射量(最小噴射時間Tmin)が割り当てられる。次に、進角側のタイミングである第1回目の噴射タイミングCA1の噴射量(噴射時間)は、最小噴射量(最小噴射時間Tmin)から最大噴射量(最大噴射時間Tmax)に変更される。さらに、第2回目の噴射タイミングCA19の噴射量は、残りの噴射量(噴射時間Tall−Tmax−Tmin)に変更される。遅角側のタイミングである第3回目の噴射タイミングCA20の噴射量は、最小噴射量(最小噴射時間Tmin)のままにされる。この噴射期間は、式(16)〜(22)を満たしており、噴射可能期間(DT)内である。これにより、ECU140は、噴射タイミングCA1,CA19,CA20及び噴射時間Tmax,Tall−Tmax−Tmin,Tminを確定する。 Then, a minimum injection amount (minimum injection time Tmin) is assigned to the injection at each injection timing CA1, CA19, CA20. Next, the injection amount (injection time) at the first injection timing CA1, which is the advance side timing, is changed from the minimum injection amount (minimum injection time Tmin) to the maximum injection amount (maximum injection time Tmax). Further, the injection amount at the second injection timing CA19 is changed to the remaining injection amount (injection time Tall-Tmax-Tmin). The injection amount at the third injection timing CA20, which is the retard side timing, is kept at the minimum injection amount (minimum injection time Tmin). This injection period satisfies the equations (16) to (22), and is within the injectable period (DT). Thereby, ECU140 determines injection timing CA1, CA19, CA20 and injection time Tmax, Tall-Tmax-Tmin, Tmin.
その他の点は、第1実施形態と同様である。 Other points are the same as in the first embodiment.
(筒内直接噴射式内燃機関の特徴)
(1)
ここでは、ECU140は、1サイクルにおいて燃料噴射弁27が燃焼室63内に燃料を複数回噴射するように制御する。このため、燃焼室63の壁面63aに燃料が付着することが防止される。また、ECU140が分散パターンと耐EGRパターンと耐ノッキングパターンとを運転状態に応じて切り替えるので、EGRが行われた場合に、燃料噴射弁27が耐EGRパターンで制御されれば、燃焼室63における燃焼は安定化する。これにより、耐EGR性は向上する。あるいは、ノッキングが発生しやすい場合に、燃料噴射弁27が耐ノッキングパターンで制御されれば、ノッキングの発生は抑制される。これにより、耐ノッキング性は向上する。
(Characteristics of in-cylinder direct injection internal combustion engine)
(1)
Here, the
このように、燃焼室63の壁面63aに燃料が付着することが防止されるだけでなく、EGRが行われた場合に耐EGR性が向上し、ノッキングが発生しやすい場合に耐ノッキング性が向上する。すなわち、燃焼室63の壁面63aに燃料が付着することは防止され、耐EGR性や耐ノッキング性は向上する。
Thus, not only is the fuel prevented from adhering to the
(2)
ここでは、ECU140は、燃料噴射弁27を分散パターンで制御する場合、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して位相を等分割したタイミングで燃料噴射弁27が燃焼室63内に燃料を噴射するように制御する。これにより、燃料噴射弁27は、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して位相を等分割したタイミングで、燃焼室63内に燃料を噴射する。
(2)
Here, when controlling the
このため、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流において位相を等分割した位置で旋回するようになる。この結果、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流において位相を等分割した位置に分散する。
For this reason, the fresh air mixture in the
(3)
ここでは、ECU140は、燃料噴射弁27を耐EGRパターン・耐ノッキングパターンで制御する場合、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して同位相となるタイミングで燃料噴射弁27が燃焼室63内に燃料を噴射するように制御する。これにより、燃料噴射弁27は、燃焼室63の新気空気のタンブル流に対して同位相となるタイミングで、燃焼室63内に燃料を噴射する。
(3)
Here, when the
このため、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流において同位相となる位置で旋回するようになる。この結果、燃焼室63の新気混合気は、タンブル流において同位相となる位置に集中する。
For this reason, the fresh air mixture in the
(4)
ここでは、EGR装置30は、運転状態が第2制御領域A2に属する場合において、排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる。ECU140は、EGR装置30が排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる場合、燃料噴射弁27を耐EGRパターンで制御する。これにより、燃料噴射弁27は、EGRが行われた場合に、耐EGRパターンで燃焼室63内に燃料を噴射する。
(4)
Here, the
このため、EGRが行われた場合でも燃焼室63における燃焼は安定化する。この結果、耐EGR性は向上する。
For this reason, even when EGR is performed, the combustion in the
(5)
ここでは、EGR装置30は、運転状態が第2制御領域A2に属する場合において、排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる。このとき、燃焼室63において、新気混合気が着火しにくくなることがあり、新気混合気の燃焼速度が遅くなることがある。すなわち、EGRが行われた場合に燃焼室における燃焼が安定しなくなる傾向がある。
(5)
Here, the
この場合でも、ECU140は、EGR装置30が排気マニホルド91の排気ガスの一部を吸気コレクタ51へ還流させる場合、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するように制御する。これにより、燃焼室63の新気混合気F5,F6,F7,F8,F9は、点火タイミングにおいて点火プラグ29の先端部分29aの近傍に集中するように旋回する。このため、燃焼室63における新気混合気の着火性や初期燃焼速度は向上するので、EGRが行われた場合でも燃焼室63における燃焼は安定化する。この結果、耐EGR性は向上する。
Even in this case, when the
(6)
ここでは、ECU140は、機関負荷が高く機関速度が遅い場合(運転状態が第3制御領域A103に属する場合)、燃料噴射弁27を耐ノッキングパターンで制御する。すなわち、ECU140は、ノッキングが発生しやすい場合、耐ノッキングパターンで制御する。これにより、燃料噴射弁27は、ノッキングが発生しやすい場合に、耐ノッキングパターンで燃焼室63内に燃料を噴射する。
(6)
Here, the
このため、燃焼室63の新気混合気の燃焼期間が短縮されるので、ノッキングの発生は抑制される。この結果、耐ノッキング性は向上する。
For this reason, since the combustion period of the fresh air mixture in the
(7)
ここでは、機関負荷が高く機関速度が遅い場合(運転状態が第3制御領域A103に属する場合)に、燃焼室63の吸気側(吸気バルブ21の近傍)において、ノッキングが発生しやすくなる傾向がある。
(7)
Here, when the engine load is high and the engine speed is slow (when the operating state belongs to the third control region A103), knocking tends to occur on the intake side of the combustion chamber 63 (near the intake valve 21). is there.
この場合でも、ECU140は、機関負荷が高く機関速度が遅い場合、点火タイミングにおいて燃焼室63の新気混合気が吸気側に集中するように制御する。これにより、燃焼室63の新気混合気F10,F11,F12,F13,F14は、点火タイミングにおいて吸気側に集中するように旋回する。このため、ノッキングの発生しやすい位置である吸気側において新気混合気の燃焼期間が短縮するので、ノッキングの発生は効果的に抑制される。この結果、耐ノッキング性は向上する。
Even in this case, when the engine load is high and the engine speed is slow, the
(8)
ここでは、ECU140は、分散パターンにおける噴射回数(DN)が耐EGRパターン・耐ノッキングパターンにおける噴射回数(DN)以上になるように制御する。このため、燃料噴射弁27が分散パターンで制御される場合に、燃焼室63内の新気混合気は分散するようになる。また、燃料噴射弁27が耐EGRパターン・耐ノッキングパターンで制御される場合に、燃焼室63内の新気混合気は集中するようになる。
(8)
Here, the
(9)
ここでは、ECU140は、燃料噴射弁27を分散パターンで制御する場合、進角側のタイミングにおける噴射量を、遅角側のタイミングにおける噴射量に比べて多くする。これにより、燃焼噴射弁27が噴射した燃料と燃焼室63の新気空気との混合が促進されるので、燃焼室63における新気混合気の分散は促進される。
(9)
Here, when controlling the
(10)
ここでは、ECU140は、燃料噴射弁27を耐EGRパターン・耐ノッキングパターンで制御する場合、進角側のタイミングにおける噴射量を、遅角側のタイミングにおける噴射量に比べて少なくする。これにより、燃焼噴射弁27が噴射した燃料と燃焼室63の新気空気との混合が抑制されるので、燃焼室63における新気混合気は効果的に集中する。
(10)
Here, when controlling the
本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関は、燃焼室の壁面に燃料が付着することを防止することができ、耐EGR性や耐ノッキング性を向上することができるという効果を有し、筒内直接噴射式内燃機関等として有用である。 The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to the present invention has an effect of preventing fuel from adhering to the wall surface of the combustion chamber and improving EGR resistance and knocking resistance. It is useful as an internal direct injection internal combustion engine or the like.
1,100 筒内直接噴射式内燃機関
27 燃料噴射弁
29 点火プラグ
29a 先端部分(点火部)
30 EGR装置
40,140 ECU(制御部)
63 燃焼室
1,100 In-cylinder direct injection
30
63 Combustion chamber
Claims (8)
前記燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室の新気混合気を分散させる第1噴射パターンと、前記燃焼室の新気混合気を集中させる第2噴射パターンと、を運転状態に応じて切り替えて、1サイクルにおいて前記燃焼室内に前記燃料を複数回噴射するように前記燃料噴射弁を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料噴射弁を前記第1噴射パターンで制御する場合、前記燃焼室の新気空気の旋回流が1回転する時間を等分割し、複数回噴射の噴射間隔を前記等分割した時間とするタイミングで前記燃料噴射弁が前記燃焼室内に前記燃料を噴射するように制御するとともに、前記燃料噴射弁を前記第2噴射パターンで制御する場合、前記燃焼室の新気空気の複数回噴射の噴射間隔を旋回流が1回転する時間となるタイミングで前記燃料噴射弁が前記燃焼室内に前記燃料を噴射するように制御する、
筒内直接噴射式内燃機関。 A combustion chamber;
A fuel injection valve for directly injecting fuel into the combustion chamber;
The first injection pattern for dispersing the fresh air mixture in the combustion chamber and the second injection pattern for concentrating the fresh air mixture in the combustion chamber are switched according to the operating state, and in the combustion chamber in one cycle. A control unit for controlling the fuel injection valve to inject the fuel a plurality of times;
With
When the fuel injection valve is controlled by the first injection pattern, the control unit equally divides the time during which the swirling flow of fresh air in the combustion chamber makes one rotation and divides the injection interval of multiple injections into the equal divisions. When the fuel injection valve controls the fuel injection valve to inject the fuel into the combustion chamber at the timing set to the time, and when the fuel injection valve is controlled by the second injection pattern, a plurality of fresh air in the combustion chamber Controlling the fuel injection valve to inject the fuel into the combustion chamber at the timing when the swirl flow makes one rotation of the injection interval of the round injection ;
In-cylinder direct injection internal combustion engine.
前記制御部は、前記EGR装置が排気系の排気ガスの一部を吸気系へ還流させる場合、前記燃料噴射弁を前記第2噴射パターンで制御する、
請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 An EGR device that recirculates part of the exhaust gas of the exhaust system to the intake system;
The control unit controls the fuel injection valve with the second injection pattern when the EGR device recirculates a part of the exhaust gas of the exhaust system to the intake system.
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1.
前記制御部は、前記EGR装置が排気系の排気ガスの一部を吸気系へ還流させる場合、前記点火部が点火するタイミングにおいて前記燃焼室の新気混合気が前記点火部の近傍に集中するように制御する、
請求項2に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 An ignition unit for igniting the fresh air mixture in the combustion chamber;
When the EGR device recirculates a part of the exhaust gas of the exhaust system to the intake system, the control unit concentrates the fresh air mixture in the combustion chamber in the vicinity of the ignition unit at the timing when the ignition unit ignites. To control,
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 2.
請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 The control unit controls the fuel injection valve with the second injection pattern when the engine load is high and the engine speed is low.
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1.
前記制御部は、機関負荷が高く機関速度が遅い場合、前記点火部が点火するタイミングにおいて前記燃焼室の新気混合気が吸気側に集中するように制御する、
請求項4に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 An ignition unit for igniting the fresh air mixture in the combustion chamber;
The control unit controls the fresh air mixture in the combustion chamber to concentrate on the intake side at a timing when the ignition unit ignites when the engine load is high and the engine speed is low.
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 4.
請求項1から5のいずれか1項に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 When the control unit controls the fuel injection valve according to the first injection pattern, the fuel injection valve controls the fuel injection valve when the first number of times that the fuel injection valve controls the fuel injection valve to control the fuel injection valve. Control to be equal to or more than the second number of times of spraying
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれか1項に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 When the fuel injection valve is controlled by the first injection pattern, the control unit sets a first injection amount that is an amount by which the fuel injection valve injects the fuel at an advance timing to a retard timing. In the fuel injection valve, the fuel injection valve increases the second injection amount that is an amount of the fuel to be injected.
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7のいずれか1項に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 When the fuel injection valve is controlled by the second injection pattern, the control unit sets a first injection amount that is an amount by which the fuel injection valve injects the fuel at an advance timing to a retard timing. The fuel injection valve reduces the fuel injection amount to a second injection amount that is an amount by which the fuel is injected.
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7.
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