JP5002034B2 - Fuel control device for internal combustion engine - Google Patents

Description

この発明は、燃焼室に直接燃料を噴射する燃焼室内直噴ガソリンエンジンの予混合圧縮着火燃焼に適用する内燃機関の燃料制御装置に関するものである。   The present invention relates to a fuel control device for an internal combustion engine applied to premixed compression ignition combustion of a combustion chamber direct injection gasoline engine that injects fuel directly into the combustion chamber.

内燃機関の燃費向上を目指した従来の燃焼室内直噴ガソリンエンジンでは、ポンピング損失を低減するための燃焼方式として成層混合気リーン燃焼が効果的であり、ウォールガイド方式が実用化されている。この方式は、燃焼室内の空気流動とピストンに設けられたキャビティにより、噴射された燃料の混合気形成と点火プラグ近傍への搬送を行うものである。
しかし、ピストンキャビティへの衝突による燃料液滴***と蒸発促進を狙いとしていたため、ピストンキャビティへの燃料付着が避けられず、未燃成分の増加による既燃ガス性能と燃費の悪化が起きていた。更に、成層混合気内に燃料過濃領域があると燃焼時に温度が高くなりサーマルＮＯｘ濃度が高くなる。成層混合気リーン燃焼の既燃ガス中には、ＮＯｘと還元剤であるＣＯ，ＨＣと同時にＯ２が含まれており、三元触媒によるＮＯｘ浄化はできず、吸蔵型または選択還元型のＮＯｘ浄化触媒の装着が必要になる。 In a conventional combustion chamber direct injection gasoline engine aimed at improving the fuel consumption of an internal combustion engine, stratified mixture lean combustion is effective as a combustion method for reducing pumping loss, and a wall guide method has been put into practical use. In this method, air-fuel mixture formation of the injected fuel and conveyance to the vicinity of the spark plug are performed by the air flow in the combustion chamber and the cavity provided in the piston.
However, because it aimed at fuel droplet splitting and evaporation promotion by collision with the piston cavity, fuel adhesion to the piston cavity was unavoidable, and burned gas performance and fuel consumption deteriorated due to increase in unburned components . Furthermore, if there is a fuel rich region in the stratified mixture, the temperature will increase during combustion and the thermal NOx concentration will increase. The burned gas in the stratified mixture lean combustion contains NOx and the reducing agents CO and HC and O2 at the same time, and NOx purification by the three-way catalyst is not possible. Installation of a catalyst is required.

前記成層混合気リーン燃焼に対して、予混合圧縮着火燃焼は吸気行程で噴射され均質になった混合気が圧縮行程の高温高圧状態で自己着火するものである。この予混合圧縮着火燃焼では、燃料は吸気行程で噴射されるので、ピストン頂面やシリンダ側面への付着はなく、混合気形成に必要な時間は充分で、圧縮行程の後半で混合気中に過濃領域は存在しない。そのため、燃焼温度が低くなりサーマルＮＯｘの生成はほとんど無い。従って、この予混合圧縮着火燃焼が次世代の燃焼方式として開発が進められている。   In contrast to the stratified mixture lean combustion, the premixed compression ignition combustion is such that the air-fuel mixture injected and homogenized in the intake stroke self-ignites in the high-temperature and high-pressure state of the compression stroke. In this premixed compression ignition combustion, the fuel is injected in the intake stroke, so there is no adhesion to the piston top surface or cylinder side surface, and the time required for the mixture formation is sufficient, and in the mixture in the latter half of the compression stroke. There is no overdense area. For this reason, the combustion temperature is lowered and thermal NOx is hardly generated. Accordingly, the premixed compression ignition combustion is being developed as a next generation combustion method.

予混合圧縮着火燃焼の燃焼状態は、混合気濃度と温度の影響が大きく、圧縮時のガス温度が自己着火温度よりも低ければ着火しない。そこで、混合気温度を昇温するために、エンジンの圧縮比を大きくする、吸排気弁の開閉タイミングに負のオーバーラップを設けて高温の残留ガスを燃焼室内に残す、あるいは吸気を電気ヒータで加熱する、などの方策がとられている。   The combustion state of premixed compression ignition combustion is largely influenced by the mixture concentration and temperature, and does not ignite if the gas temperature during compression is lower than the self-ignition temperature. Therefore, in order to raise the temperature of the air-fuel mixture, increase the compression ratio of the engine, provide a negative overlap in the opening and closing timing of the intake and exhaust valves, leave high temperature residual gas in the combustion chamber, or intake air with an electric heater Measures such as heating are taken.

これらの方策により軽負荷領域に属する一部運転状態では、安定して予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。しかし、混合気濃度が高い状態では、自己着火温度が低く着火すると燃焼速度は速くなるので、異常昇圧によるノッキングが発生する。そのため、燃料供給量が多く、混合気濃度が高くなる高負荷運転領域での予混合圧縮着火燃焼は制限される。この混合気過濃状態で予混合圧縮着火燃焼を成立させるためには、過早着火抑制と燃焼速度低減が必要である。その手段の一つとして、混合気濃度が高い状態でも着火温度が大きく変化せず燃焼速度が遅く、燃焼による筒内の圧力上昇が緩慢でノッキングを起こしにくい特性を持つ燃料を使用する方法が考えられている。   By these measures, premixed compression ignition combustion can be realized stably in a partial operation state belonging to the light load region. However, when the air-fuel mixture concentration is high, the self-ignition temperature is low and the combustion speed increases when ignited, so that knocking due to abnormal pressure increase occurs. Therefore, premixed compression ignition combustion in a high load operation region where the fuel supply amount is large and the mixture concentration is high is limited. In order to establish premixed compression ignition combustion in this rich mixture state, it is necessary to suppress premature ignition and reduce the combustion speed. One way to achieve this is to use a fuel that has a characteristic that ignition temperature does not change significantly even when the mixture concentration is high, combustion speed is slow, pressure rise in the cylinder due to combustion is slow, and knocking is difficult to occur. It has been.

このように、内燃機関の広い運転領域において、それぞれの燃焼状態に応じた特性をもつ燃料を供給する方法は、バイフューエル技術として提案されている。例えば特許文献１において、通常の火花点火燃焼の燃焼から予混合圧縮着火燃焼モードへの切り替え時に、予混合燃焼の過早着火を抑制するために水を噴射するする技術が開示されている。   As described above, a method of supplying fuel having characteristics corresponding to each combustion state in a wide operating region of an internal combustion engine has been proposed as a bi-fuel technology. For example, Patent Document 1 discloses a technique for injecting water in order to suppress pre-ignition combustion at the time of switching from normal spark ignition combustion to premix compression ignition combustion mode.

また、予混合燃焼の高負荷運転状態への拡大に関しては、例えば特許文献２においてアンチノック性能が高い水素ガスを第２の燃料として使用することが開示されており、例えば特許文献３ではジエチルエーテルを使用することが開示されている。また、例えば特許文献４ではガソリンと軽油を使用することが開示されている。   Further, regarding the expansion of premixed combustion to a high-load operation state, for example, Patent Document 2 discloses that hydrogen gas having high antiknock performance is used as the second fuel. For example, Patent Document 3 discloses diethyl ether. Is disclosed. For example, Patent Document 4 discloses the use of gasoline and light oil.

特開２００６−１７０８２号公報（要約の欄、図１）JP 2006-17082 A (summary column, FIG. 1) 特開２００４−１００５０１号公報（要約の欄、図１）JP 2004-100501 A (summary column, FIG. 1) 特開２００８−２８６１１０号公報（要約の欄、図２）JP 2008-286110 A (summary column, FIG. 2) 特開２００９−６８４１８号公報（要約の欄、図１）JP 2009-68418 A (summary column, FIG. 1)

前記のように、内燃機関の広い運転領域において、それぞれの燃焼状態に応じた特性をもたせるために、通常のアンチノック特性を持つ燃料と高アンチノック特性燃料の２種類の燃料を使用するバイフューエルシステムが検討されている。   As described above, in a wide operating range of an internal combustion engine, a bi-fuel that uses two types of fuel, a fuel having a normal anti-knock characteristic and a fuel having a high anti-knock characteristic, in order to have characteristics corresponding to respective combustion states. The system is being considered.

しかし、内燃機関の吸入空気流動挙動はサイクル毎に大きく変動するため、２系統の燃料供給系から供給される燃料を安定的に層状に配置したり、均質に混合することが困難である。そのため、混合気形成についてもサイクル変動が大きく現れ、結果として燃焼安定性が低下するという課題がある。   However, since the intake air flow behavior of the internal combustion engine varies greatly from cycle to cycle, it is difficult to stably arrange the fuel supplied from the two fuel supply systems in layers or to mix them uniformly. For this reason, there is a problem that cycle fluctuations appear greatly in the air-fuel mixture formation, resulting in a decrease in combustion stability.

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、サイクル変動の少ない混合気を形成し、低負荷から高負荷運転状態まで安定した予混合圧縮着火燃焼を実現する内燃機関の燃料制御装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is an internal combustion engine that forms an air-fuel mixture with little cycle fluctuation and realizes stable premixed compression ignition combustion from a low load to a high load operation state. An object of the present invention is to provide a fuel control device.

この発明に係る内燃機関の燃料制御装置は、内燃機関の燃焼室内に第１の燃料を直接噴射する第１の燃料噴射装置と、前記燃焼室への吸入空気および燃料の導入を制御する吸気弁と、前記吸気弁に接続される２本の吸気管と、前記吸気管のうちの一方を閉塞し、前記燃焼室内にスワール空気流動を形成するスワールコントロール弁と、前記吸気管のうち開放された吸気管に設置され、この吸気管を前記吸入空気の導入方向に２分割する分離体と、前記分離体により２分割された吸気管の外側に、前記第１の燃料より高アンチノック特性を有する第２の燃料を噴射する第２の燃料噴射装置と、前記内燃機関のクランクシャフトが３回転することで、吸気行程、圧縮昇温行程、燃料混合行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の６つの行程を有する６サイクル燃焼を実現する吸排気弁駆動手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記第１の燃料のみを噴射するか、前記第１の燃料と前記第２の燃料を成層混合気形成させるか、または均質混合するかを判断する燃焼モード判定手段と、前記第１の燃料と前記第２の燃料の混合比率を判断する混合比判定手段と、を備え、前記内燃機関の運転状態に応じて予混合圧縮着火燃焼を制御する内燃機関の燃料制御装置において、前記第１の燃料として通常のガソリンを、前記第２の燃料として芳香族成分が多く含まれる高オクタン価燃料を噴射し、軽負荷状態では前記第１の燃料のみ噴射し、中負荷状態では前記燃焼室内にスワール流動を生成させ、前記第１の燃料に加えて前記第２の燃料を噴射し、さらに、高負荷状態では前記第２の燃料の噴射量割合を増加させるともに、４サイクル燃焼から６サイクル燃焼に切り替えるものである。 A fuel control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a first fuel injection apparatus that directly injects a first fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine, and an intake valve that controls introduction of intake air and fuel into the combustion chamber. Two intake pipes connected to the intake valve, one of the intake pipes, a swirl control valve that forms a swirl air flow in the combustion chamber, and the intake pipe is opened. A separator that is installed in the intake pipe and divides the intake pipe into two in the intake air introduction direction, and has an anti-knock characteristic higher than that of the first fuel outside the intake pipe divided into two by the separator. The second fuel injection device for injecting the second fuel and the crankshaft of the internal combustion engine rotate three times, so that an intake stroke, a compression heating stroke, a fuel mixing stroke, a compression stroke, a combustion stroke, and an exhaust stroke are performed. Have two journeys Based on the detection results of the intake / exhaust valve driving means for realizing cycle combustion, the operating condition detecting means for detecting the operating condition of the internal combustion engine, and the operating condition detecting means, or only the first fuel is injected, Combustion mode determining means for determining whether the first fuel and the second fuel are formed as a stratified mixture or intimately mixing, and mixing for determining the mixing ratio of the first fuel and the second fuel An internal combustion engine for controlling premixed compression ignition combustion in accordance with an operating state of the internal combustion engine, wherein normal gasoline is used as the first fuel, and the second fuel is used as the second fuel. A high octane fuel containing a large amount of aromatic components is injected, and only the first fuel is injected in a light load state, and a swirl flow is generated in the combustion chamber in a medium load state, in addition to the first fuel. Injecting a second fuel, furthermore, in the high load condition both to increase the injection quantity ratio of the second fuel, in which switching to 6 cycles combustion from 4 cycles combustion.

この発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて通常燃料と高アンチノック特性燃料の混合配分を変更するとともに、燃料配分に応じて成層混合気形成と均質混合気形成を判断するので、サイクル変動の少ない混合気を形成し、低負荷から高負荷運転状態まで安定した予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。   According to this invention, the mixture distribution of the normal fuel and the high antiknock characteristic fuel is changed according to the operating state of the internal combustion engine, and the formation of the stratified mixture and the homogeneous mixture is determined according to the fuel distribution. A mixture with little fluctuation is formed, and stable premixed compression ignition combustion can be realized from a low load to a high load operation state.

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置が適用される内燃機関の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine to which a fuel control device for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention is applied. 第１の燃料と高アンチノック特性を有する第２の燃料の熱発生率挙動を示す図である。It is a figure which shows the heat release rate behavior of the 1st fuel and the 2nd fuel which has a high antiknock characteristic. 第１の燃料と高アンチノック特性を有する第２の燃料使用時の燃焼指圧線図である。It is a combustion acupressure diagram at the time of use of the 1st fuel and the 2nd fuel which has a high antiknock characteristic. この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置の動作領域を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement area | region of the fuel control apparatus of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 軽負荷運転領域における燃焼サイクル、吸排気弁動作および燃料噴射タイミング図である。It is a combustion cycle, intake / exhaust valve operation, and fuel injection timing chart in the light load operation region. 軽負荷運転領域における指圧線図と燃料噴射タイミング図である。FIG. 4 is a shiatsu diagram and a fuel injection timing diagram in a light load operation region. 中負荷運転における燃焼室内スワール流動制御図である。It is a combustion chamber swirl flow control figure in a medium load operation. 軽負荷運転領域における燃焼サイクル、吸排気弁動作および燃料噴射タイミング図である。It is a combustion cycle, intake / exhaust valve operation, and fuel injection timing chart in the light load operation region. 中負荷運転領域における指圧線図と燃料噴射タイミング図である。FIG. 4 is a shiatsu diagram and a fuel injection timing diagram in a middle load operation region. 各運転領域における高アンチノック特性燃料比率を示す図である。It is a figure which shows the high antiknock characteristic fuel ratio in each driving | operation area | region. 高負荷運転における領域における燃焼サイクル、吸排気弁動作および燃料噴射タイミング図である。It is a combustion cycle in the area | region in a high load driving | operation, an intake / exhaust valve operation | movement, and a fuel injection timing diagram. 高負荷運転領域における指圧線図と燃料噴射タイミング図である。FIG. 4 is a shiatsu diagram and a fuel injection timing diagram in a high load operation region. この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置の動作を示す概略フローチャートである。3 is a schematic flowchart showing the operation of the internal combustion engine fuel control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;

以下、添付の図面を参照して、この発明に係る内燃機関の燃料制御装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更をも包摂するものである。   Preferred embodiments of a fuel control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment, and includes various design changes.

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置が適用される内燃機関の概略構成図である。
図１において、符号１は燃焼室を示している。この燃焼室１は、吸入空気と燃料を導入して可燃燃料混合気を形成し、それを燃焼させて燃焼反応による発熱エネルギを作動流体の圧力に変換するものである。燃焼室１内にはピストン２が設けられ、コネクティングロッド３によりクランクシャフト４に接続されている。コネクティングロッド３とクランクシャフト４を接続することにより、ピストン２の往復摺動運動をクランクシャフト４の回転運動に変換している。また、ピストン２は、燃焼室１内を摺動移動して燃焼室１内へ吸気を導入し、また混合気の燃焼圧力を運動エネルギに変換し、更に、燃焼後の既燃ガスを排気管５から排出している。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine to which a fuel control device for an internal combustion engine according to Embodiment 1 is applied.
In FIG. 1, the code | symbol 1 has shown the combustion chamber. The combustion chamber 1 introduces intake air and fuel to form a combustible fuel mixture, and burns the mixture to convert the heat generated by the combustion reaction into the pressure of the working fluid. A piston 2 is provided in the combustion chamber 1 and is connected to a crankshaft 4 by a connecting rod 3. By connecting the connecting rod 3 and the crankshaft 4, the reciprocating sliding motion of the piston 2 is converted into the rotational motion of the crankshaft 4. The piston 2 slides in the combustion chamber 1 to introduce intake air into the combustion chamber 1, converts the combustion pressure of the air-fuel mixture into kinetic energy, and further burns the burned gas after combustion to the exhaust pipe. 5 is discharged.

クランクシャフト４には回転数センサ６が布設されており、クランクシャフト４の１回転当たり特定数のパルスを発生するように構成され、更に、１回転で特定角度、例えばピストン上死点または下死点でパルスを発生するように構成されている。そして、クランクシャフト４の信号は、後述するエンジン制御ユニット７に入力されて、エンジン回転数の算出、更に、１回転特定位置判定に基づくピストン位置が算出される。   The crankshaft 4 is provided with a rotational speed sensor 6 and is configured to generate a specific number of pulses per one rotation of the crankshaft 4. Further, a specific angle, for example, a piston top dead center or a bottom dead center is made by one rotation. It is configured to generate a pulse at a point. And the signal of the crankshaft 4 is input into the engine control unit 7 mentioned later, and the piston position based on calculation of engine speed and one rotation specific position determination is calculated.

燃焼室１の頂面には、ピストン２に向けて第１の燃料８、例えばガソリンを直接噴射する燃焼噴射装置として第１のインジェクタ９が設置されている。また、燃焼室１には、第１の電磁コイル１０の磁力によって駆動され、燃焼室１への吸入空気および燃料の導入を制御する吸気弁１１と、この吸気弁１１を通過して吸入空気を燃焼室１にまで導入する吸気管１２が設けられている。後述するように、吸気弁１１には吸気管１２が２本に分割されて接続されている。また、吸気管１２には、高アンチノック特性の第２の燃料１３、例えば芳香族成分が多く含まれる高オクタン価燃料を噴射する燃焼噴射装置として第２のインジェクタ１４が設置されている。なお、第２のインジェクタ１４から噴射される第２の燃料１３の噴霧形状と噴射方向は、吸気管１２の内壁面への燃料付着量が最小量になるように吸気弁１１に向かって噴射するように設定される。   On the top surface of the combustion chamber 1, a first injector 9 is installed as a combustion injection device that directly injects a first fuel 8, for example, gasoline, toward the piston 2. In addition, the combustion chamber 1 is driven by the magnetic force of the first electromagnetic coil 10, and an intake valve 11 that controls the introduction of intake air and fuel into the combustion chamber 1. An intake pipe 12 is provided for introduction into the combustion chamber 1. As will be described later, an intake pipe 12 is divided into two and connected to the intake valve 11. Further, the intake pipe 12 is provided with a second injector 14 as a combustion injection device that injects a second fuel 13 having a high anti-knock characteristic, for example, a high octane fuel containing a large amount of aromatic components. The spray shape and injection direction of the second fuel 13 injected from the second injector 14 are injected toward the intake valve 11 so that the amount of fuel adhering to the inner wall surface of the intake pipe 12 is minimized. Is set as follows.

吸気管１２の途中に、吸気管１２を流れる吸気流量を制御するスロットル弁１５が設置され、例えばＤＣモータやステッピングモータによって制御されるスロットルアクチュエータ１６によりスロットル弁１５の開閉量を制御するように構成されている。   A throttle valve 15 that controls the flow rate of intake air flowing through the intake pipe 12 is installed in the middle of the intake pipe 12, and is configured to control the opening / closing amount of the throttle valve 15 by a throttle actuator 16 that is controlled by, for example, a DC motor or a stepping motor. Has been.

更に、燃焼室１には、第２の電磁コイル１７の磁力によって駆動され、燃焼室１からの排気を制御する排気弁１８が設けられており、燃焼室１からの既燃ガスが排気管５を経て大気に排出される。なお、排気管５の下流側に三元触媒１９が設けられており、噴射された燃料が完全燃焼する理論空燃比で燃焼した場合に、既燃ガス中に含まれるＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘの有害ガス三成分を同時に酸化還元浄化される。   Further, the combustion chamber 1 is provided with an exhaust valve 18 that is driven by the magnetic force of the second electromagnetic coil 17 to control the exhaust from the combustion chamber 1, and the burned gas from the combustion chamber 1 is exhausted from the exhaust pipe 5. Through the atmosphere. A three-way catalyst 19 is provided on the downstream side of the exhaust pipe 5. When the injected fuel burns at a stoichiometric air-fuel ratio at which it completely burns, the harmful effects of CO, HC, NOx contained in the burned gas The three gas components are redox-purified at the same time.

運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み位置を電気信号に変換するアクセルポジションセンサ２０が設けられ、このアクセルポジションセンサ２０からの信号と、回転数センサ６からの信号がエンジン制御ユニット７に取り込まれ、エンジン制御ユニット７において、第１のインジェクタ９および第２のインジェクタ１４から噴射される燃料噴射量と噴射タイミング制御、吸排気弁の開閉動作を行うとともに、開閉タイミングを変更して燃焼サイクルを４サイクルと６サイクルに切り替え、更に、吸気管１２に設置された後述するスワールコントロール弁（図７に詳細を示す）による筒内空気流動制御が行なわれる。   An accelerator position sensor 20 is provided for converting the depression position of the accelerator pedal operated by the driver into an electric signal. A signal from the accelerator position sensor 20 and a signal from the rotation speed sensor 6 are taken into the engine control unit 7; In the engine control unit 7, the fuel injection amount and injection timing control injected from the first injector 9 and the second injector 14 and the intake / exhaust valve opening / closing operation are performed, and the opening / closing timing is changed to change the combustion cycle to 4 cycles. Further, in-cylinder air flow control is performed by a swirl control valve (shown in detail in FIG. 7), which will be described later, installed in the intake pipe 12.

図２は、第１の燃料８と高アンチノック特性を有する第２の燃料１３の熱発生率挙動を示したものである。図２の横軸はクランク軸、縦軸は熱発生率を示し、それぞれの燃料を使用して予混合圧縮着火燃焼でエンジンを運転した場合の熱発生率挙動を示している。
図２において、符号２１は、第１の燃料８を使用した時の燃焼挙動を示し、早いクランクタイミングで燃焼が完了している。符号２２は、高アンチノック特性を有する第２の燃料１３を使用した場合の燃焼挙動を示し、第１の燃料８を使用した時の燃焼挙動２１と比べて燃焼開始タイミングが大きく遅延している。 FIG. 2 shows the heat release rate behavior of the first fuel 8 and the second fuel 13 having high antiknock characteristics. The horizontal axis of FIG. 2 indicates the crankshaft, and the vertical axis indicates the heat generation rate, and shows the heat generation rate behavior when the engine is operated by premixed compression ignition combustion using each fuel.
In FIG. 2, the code | symbol 21 shows the combustion behavior when the 1st fuel 8 is used, and combustion is completed at an early crank timing. Reference numeral 22 indicates the combustion behavior when the second fuel 13 having high anti-knock characteristics is used, and the combustion start timing is greatly delayed as compared with the combustion behavior 21 when the first fuel 8 is used. .

軽負荷運転状態では予混合気の空燃比はリーンであり、第１の燃料８を使用した時の熱発生率挙動２１に示す早期着火、高速燃焼でも燃焼室１内の圧力上昇はノッキング発生限界以内に抑えられている。しかし、高負荷運転状態に移行すると燃料噴射量増加による空燃比リッチ化により、燃焼速度はノッキング発生限界を超えてしまう。このときに、高アンチノック特性の第２の燃料１３を混合すると混合燃料の熱発生率挙動は、熱発生率挙動２２と熱発生率挙動２１を合成した熱発生率挙動２３の特性を示す。熱発生率挙動２３の特性は、着火性能は第１の燃料８と同様であるが、燃焼速度は遅く燃焼期間も長くなっていることを示している。従って、この混合燃料を高負荷運転状態で噴射してもノッキングは起こらず安定した燃焼を実現することができる。   In the light load operation state, the air-fuel ratio of the premixed gas is lean, and the pressure rise in the combustion chamber 1 is the limit of occurrence of knocking even in the early ignition and high-speed combustion shown in the heat release rate behavior 21 when the first fuel 8 is used. Is suppressed within. However, when shifting to the high-load operation state, the combustion speed exceeds the knocking generation limit due to the enrichment of the air-fuel ratio due to the increase in the fuel injection amount. At this time, when the second fuel 13 having high anti-knock characteristics is mixed, the heat generation rate behavior of the mixed fuel shows the characteristic of the heat generation rate behavior 23 obtained by synthesizing the heat generation rate behavior 22 and the heat generation rate behavior 21. The characteristics of the heat release rate behavior 23 indicate that the ignition performance is the same as that of the first fuel 8, but the combustion speed is slow and the combustion period is also long. Therefore, even when this mixed fuel is injected in a high-load operation state, knocking does not occur and stable combustion can be realized.

図３に、第１の燃料８と第１の燃料８に高アンチノック特性を有する第２の燃料１３を混合した燃料を使用した場合の高負荷運転状態における燃焼室内圧力の挙動を示す。図３は、横軸をクランク角度、縦軸に燃焼室内圧力をとった指圧線図である。
図３において、符号３１は、第１の燃料８を使用した場合の指圧線図を示し、着火直後の最大圧力が高く膨張行程後期で符号３２に示すようにノッキングが発生している。符号３３は、混合燃料を使用した場合の指圧線図を示し、着火着後の圧力上昇は緩慢で最高圧力は低く、燃焼期間は長くなっている。そのため、指圧線図３１と指圧線図３３はほぼ同じ出力でありながら、指圧線図３３はノッキングを起こさない安定燃焼を実現していることがわかる。 FIG. 3 shows the behavior of the pressure in the combustion chamber in a high load operation state when a fuel obtained by mixing the first fuel 8 and the first fuel 8 with the second fuel 13 having a high antiknock characteristic is used. FIG. 3 is an acupressure diagram in which the horizontal axis represents the crank angle and the vertical axis represents the pressure in the combustion chamber.
In FIG. 3, reference numeral 31 indicates a finger pressure diagram when the first fuel 8 is used, and the maximum pressure immediately after ignition is high, and knocking occurs as indicated by reference numeral 32 in the later stage of the expansion stroke. Reference numeral 33 shows a finger pressure diagram when the mixed fuel is used. The pressure increase after ignition is slow, the maximum pressure is low, and the combustion period is long. Therefore, it can be seen that the acupressure diagram 31 and the acupressure diagram 33 have substantially the same output, but the acupressure diagram 33 realizes stable combustion without causing knocking.

図４は、図１で説明した燃料制御装置の動作領域を説明する図である。図４は、エンジン回転数を横軸に、出力を縦軸にとっており、符号４１のラインは最高出力トルクを示している。この図において、領域４２は低負荷運転領域であり、この領域では噴射燃料が少なく混合気は常にリーン状態である。そのため、第１のインジェクタ９から吸気行程における第１の燃料８の燃焼室１内への噴射のみで予混合圧縮着火燃焼が成立する。   FIG. 4 is a diagram for explaining an operation region of the fuel control device described in FIG. FIG. 4 shows the engine speed on the horizontal axis and the output on the vertical axis, and the line 41 indicates the maximum output torque. In this figure, a region 42 is a low-load operation region, and in this region there is little injected fuel and the air-fuel mixture is always in a lean state. Therefore, premixed compression ignition combustion is established only by the injection of the first fuel 8 from the first injector 9 into the combustion chamber 1 during the intake stroke.

領域４３は中負荷運転領域であり、第１の燃料８のみではノッキングが発生する。但し、この領域では高アンチノック特性を有する第２の燃料１３の噴射割合は低く、スワール空気流動によって燃焼室１内の外周部に成層混合気を形成し、燃焼室１内の中心部に第１の燃料８による混合気を形成するドーナツ配置とする。この構成によれば、燃料を均質混合させなくても、燃焼室１内の中心部からの予混合圧縮着火性能を変化させることなく、燃焼室１内外周の高圧部分の燃焼速度低下により、ノッキングの発生を抑制することができる。   A region 43 is a medium load operation region, and knocking occurs only with the first fuel 8. However, in this region, the injection ratio of the second fuel 13 having high anti-knock characteristics is low, and a stratified mixture is formed in the outer peripheral portion of the combustion chamber 1 by the swirl air flow, and the second fuel 13 having the high anti-knock characteristic is formed in the central portion of the combustion chamber 1. A donut arrangement that forms an air-fuel mixture of one fuel 8 is adopted. According to this configuration, knocking occurs due to a decrease in the combustion speed of the high-pressure portion on the inner and outer periphery of the combustion chamber 1 without changing the premixed compression ignition performance from the central portion in the combustion chamber 1 even if the fuel is not homogeneously mixed. Can be suppressed.

領域４４は高負荷運転領域であり、空燃比が領域４２，４３と比較して相当リッチになっている。そこで予混合圧縮着火燃焼を実現するためには、更に、高アンチノック特性燃料の混合が必要になってくる。領域４３で示すように、燃焼室１内に配置した第１のインジェクタ９と吸気ポートに配置された第２のインジェクタ１４から噴射される燃料は、燃焼室１内で層状の混合気を形成する。但し、領域４４では第２の燃料１３の混合比率が高く、安定した燃焼を実現するためには均質混合する必要がある。従来の４サイクル燃焼では、第１の燃料８と第２の燃料１３の混合に必要な時間をとることができなかった。そのため本実施の形態では、燃焼サイクルを４サイクルから６サイクルに変更し、クランク軸１回転分を混合気形成のサイクルとしている。各運転領域での空気流動、燃料噴射制御については以下に説明する。   Region 44 is a high load operation region, and the air-fuel ratio is considerably richer than regions 42 and 43. Therefore, in order to realize premixed compression ignition combustion, it is necessary to further mix fuel with high antiknock characteristics. As indicated by a region 43, the fuel injected from the first injector 9 disposed in the combustion chamber 1 and the second injector 14 disposed in the intake port forms a layered mixture in the combustion chamber 1. . However, in the region 44, the mixing ratio of the second fuel 13 is high, and in order to achieve stable combustion, it is necessary to perform homogeneous mixing. In the conventional four-cycle combustion, the time required for mixing the first fuel 8 and the second fuel 13 cannot be taken. For this reason, in this embodiment, the combustion cycle is changed from 4 cycles to 6 cycles, and one rotation of the crankshaft is used as a mixture formation cycle. The air flow and fuel injection control in each operation region will be described below.

図５は、軽負荷運転領域におけるエンジンの燃焼サイクルと燃料噴射タイミングを示す図である。この運転領域での燃焼サイクルは、「吸気」「圧縮」「燃焼」「排気」の各行程をクランク角度１８０°毎、１サイクル７２０°で繰り返す４サイクル燃焼サイクルである。排気弁１８と吸気弁１１の弁リフト挙動は符号５１と符号５２に示す通りである。リフト挙動はカム駆動におけるプロファイルを描いてあるが、直動式の吸排気弁のリフト挙動は矩形波に近いものとなる。符号５３は第１のインジェクタ９から噴射する第１の燃料噴射パルスを示し、燃料は吸気行程初期に燃焼室１内に直接噴射される。軽負荷領域では、第２のインジェクタ１４から高アンチノック特性燃料は噴射しない。   FIG. 5 is a diagram showing an engine combustion cycle and fuel injection timing in the light load operation region. The combustion cycle in this operation region is a four-cycle combustion cycle in which the strokes of “intake”, “compression”, “combustion”, and “exhaust” are repeated at a crank angle of 180 ° and one cycle of 720 °. The valve lift behaviors of the exhaust valve 18 and the intake valve 11 are as indicated by reference numerals 51 and 52. Although the lift behavior shows a profile in cam drive, the lift behavior of the direct acting intake / exhaust valve is close to a rectangular wave. Reference numeral 53 denotes a first fuel injection pulse injected from the first injector 9, and fuel is directly injected into the combustion chamber 1 at the beginning of the intake stroke. In the light load region, the high anti-knock characteristic fuel is not injected from the second injector 14.

図６は、横軸にシリンダ容積、縦軸に燃焼室１内の圧力を示した指圧線図である。この図中に図５に示した燃料噴射タイミングを示している。燃料噴射回数は１回で、吸気行程初期に噴射している。   FIG. 6 is a shiatsu diagram in which the horizontal axis indicates the cylinder volume and the vertical axis indicates the pressure in the combustion chamber 1. In this figure, the fuel injection timing shown in FIG. 5 is shown. The number of fuel injections is one, and the fuel is injected at the beginning of the intake stroke.

軽負荷運転状態では、エンジンの圧縮比を高めた４サイクル燃焼サイクルにおける、第１のインジェクタ９による第１の燃料８の吸気行程噴射と、吸排気弁１１、１８の負のオーバーラップによる残留ガス量制御、更に、高圧縮比による圧縮行程後期の断熱昇温による予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。この運転領域では燃料噴射量は少なく空燃比リーン状態なので燃焼速度が抑制されノッキングを発生することなく連続運転することができる。   In the light load operation state, the residual gas due to the intake stroke injection of the first fuel 8 by the first injector 9 and the negative overlap of the intake and exhaust valves 11 and 18 in the four-cycle combustion cycle in which the compression ratio of the engine is increased. Premixed compression ignition combustion by adiabatic temperature rise in the latter stage of the compression stroke with a high compression ratio can be realized. In this operation region, the fuel injection amount is small and the air-fuel ratio is lean, so that the combustion speed is suppressed and continuous operation can be performed without causing knocking.

中負荷運転状態では、燃焼速度の向上による燃焼室１内の圧力の急上昇に伴うノッキングの発生が問題になってくる。そのため、この運転領域では高アンチノック特性の第２の燃料１３を使用する。   In the middle load operation state, the occurrence of knocking due to a rapid increase in the pressure in the combustion chamber 1 due to an increase in the combustion speed becomes a problem. Therefore, the second fuel 13 having a high anti-knock characteristic is used in this operation region.

図７は、中負荷運転領域における第２のインジェクタ１４から噴射される高アンチノック特性を有する第２の燃料１３の挙動を示す図である。この図は、図１に示す縦断面図に対して燃焼室１付近の横断面を示している。   FIG. 7 is a diagram showing the behavior of the second fuel 13 having a high anti-knock characteristic injected from the second injector 14 in the medium load operation region. This figure shows a transverse section in the vicinity of the combustion chamber 1 with respect to the longitudinal sectional view shown in FIG.

図７に示すように、実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置では、吸気弁１１に２本の吸気管１２が接続されており、この２本の吸気管１２のうち、吸入空気の流入方向に対して右側のポート１２ａにスワールコントロール弁７１が設置され、ステッピングモータ７２によって開度が制御される構成になっている。スワールコントロール弁７１を閉塞すると、吸気は吸入空気の流入方向に対して左側のポート１２ｂからのみ吸入されるため、燃焼室１内にスワール流動を生成することができる。また、左側のポート１２ｂの中央部には、左側のポート１２ｂを縦方向、即ち、吸入空気の流入方向に２分割する分離体、例えば分離板７３が設置されている。そして、第２のインジェクタ１４から噴射される高アンチノック特性の第２の燃料１３は、分離板７３の外側、即ち、左側のポート１２ｂの外側を通って燃焼室１に導入され、スワール流動７４に乗りながら混合気を形成する。また、分離板７３の内側から流入される吸入空気７５は、第２の燃料１３の混合気であるスワール流動７４を燃焼室１内の外周周辺部に成層化する。   As shown in FIG. 7, in the fuel control device for an internal combustion engine according to the first embodiment, two intake pipes 12 are connected to the intake valve 11. A swirl control valve 71 is installed in the right port 12 a with respect to the inflow direction, and the opening degree is controlled by the stepping motor 72. When the swirl control valve 71 is closed, the intake air is sucked only from the port 12b on the left side with respect to the inflow direction of the sucked air, so that swirl flow can be generated in the combustion chamber 1. Further, a separator, for example, a separation plate 73, is provided at the center of the left port 12b to divide the left port 12b into two in the vertical direction, that is, the intake air inflow direction. Then, the second fuel 13 having a high anti-knock characteristic injected from the second injector 14 is introduced into the combustion chamber 1 through the outside of the separation plate 73, that is, the outside of the left port 12 b, and swirl flow 74. The air-fuel mixture is formed while riding. Further, the intake air 75 that flows in from the inside of the separation plate 73 stratifies the swirl flow 74 that is an air-fuel mixture of the second fuel 13 around the outer periphery of the combustion chamber 1.

このような混合気形成にすることにより、燃焼室１内の中央部分で第１の燃料８による混合気７６が予混合圧縮着火燃焼を起こし、燃焼室１内の外周周辺部で高圧状態になったとしても、高アンチノック特性で燃焼速度の遅い第２の燃料１３がゆっくり燃焼することにより、ノッキングの発生を抑制したまま燃焼反応を完了することができる。   By forming such an air-fuel mixture, the air-fuel mixture 76 of the first fuel 8 causes premixed compression ignition combustion at the center portion in the combustion chamber 1 and becomes a high pressure state at the outer peripheral portion in the combustion chamber 1. Even so, the second fuel 13 having a high antiknock characteristic and a slow combustion rate burns slowly, so that the combustion reaction can be completed while suppressing the occurrence of knocking.

図８は、中負荷運転領域におけるエンジンの燃焼サイクルと燃料噴射タイミングを示しす図である。図５に示した軽負荷状態に、第２のインジェクタ１４による第２の燃料１３の噴射パルス８１を追加している。図８に示すように、高アンチノック特性を有する第２の燃料１３は、排気行程で吸気ポートに噴射され、吸気弁１１の開弁によって燃焼室１内にスワール流動７４とともに導入される。それとタイミングを合わせて吸気行程では、第１のインジェクタ９から第１の燃料８が燃焼室１の頂面からピストン２に向かって噴射され、燃焼室１内には、外周部分に高アンチノック特性の第２の燃料、中心部分に第１の燃料８を含む混合気が層状に形成される。   FIG. 8 is a diagram showing an engine combustion cycle and fuel injection timing in a medium load operation region. An injection pulse 81 of the second fuel 13 by the second injector 14 is added to the light load state shown in FIG. As shown in FIG. 8, the second fuel 13 having a high anti-knock characteristic is injected into the intake port in the exhaust stroke, and is introduced into the combustion chamber 1 together with the swirl flow 74 by opening the intake valve 11. At the same time, in the intake stroke, the first fuel 8 is injected from the top surface of the combustion chamber 1 toward the piston 2 from the first injector 9, and the combustion chamber 1 has a high anti-knock characteristic at the outer peripheral portion. The air-fuel mixture including the second fuel and the first fuel 8 in the central portion is formed in a layered manner.

図９は、指圧線図と燃料噴射タイミング図で、横軸にシリンダ容積、縦軸に燃焼室１内の圧力を示している。この図中に図８に示した燃料噴射タイミングを示している。燃料噴射回数は２回で、排気行程と吸気行程初期に噴射している。   FIG. 9 is a finger pressure diagram and a fuel injection timing diagram, where the horizontal axis indicates the cylinder volume and the vertical axis indicates the pressure in the combustion chamber 1. In this figure, the fuel injection timing shown in FIG. 8 is shown. The number of fuel injections is 2, and the fuel is injected at the beginning of the exhaust stroke and the intake stroke.

次に、第１の燃料８と高アンチノック特性を有する第２の燃料１３の燃料噴射量の分配方法について説明する。
第１の燃料８と第２の燃料１３の両方を噴射した場合、発熱量は式（１）で表される。
ここで、Ｑは１サイクル噴射燃料発熱量（ｃａｌ／ｃｙｃｌｅ）、Ｃ１（ｃａｌ／ｇ）は第１の燃料８の発熱量、Ｃ２（ｃａｌ／ｇ）は第２の燃料１３の発熱量、Ｇ１（ｇ／ｃｙｃｌｅ）は第１の燃料８の噴射量、Ｇ２（ｇ／ｃｙｃｌｅ）は第２の燃料１３の噴射量である。
Ｑ＝Ｃ１×Ｇ１＋Ｃ２×Ｇ２・・・（１） Next, a method for distributing the fuel injection amount between the first fuel 8 and the second fuel 13 having high antiknock characteristics will be described.
When both the first fuel 8 and the second fuel 13 are injected, the calorific value is expressed by equation (1).
Here, Q is the one-cycle injected fuel heat value (cal / cycle), C1 (cal / g) is the heat value of the first fuel 8, C2 (cal / g) is the heat value of the second fuel 13, and G1 (G / cycle) is the injection amount of the first fuel 8, and G 2 (g / cycle) is the injection amount of the second fuel 13.
Q = C1 * G1 + C2 * G2 (1)

高アンチノック特性燃料比率ｒを次式（２）で表す。ここで、Ｇｆ（ｇ／ｃｙｃｌｅ）は式（３）に表すように、必要発熱量Ｑすべてを第１の燃料８でまかなった場合の燃料噴射量とする。
ｒ＝（Ｃ２×Ｇ２）／（Ｃ１×Ｇｆ）・・・（２）
Ｑ＝Ｃ１×Ｇｆ・・・(３)
式(１)、式(２)、式(３)より、第１および第２の燃料噴射量は高アンチノック特性燃料比率ｒに応じて式(４)、式(５)に表すように分配される。
Ｇ１＝Ｇｆ×（１−ｒ）・・・（４）
Ｇ２＝Ｇｆ×ｒ×Ｃ１／Ｃ２・・・（５）
ここで、高アンチノック特性燃料分配比率は、運転状態に応じて設定されるものであるが、例えば各運転領域中での変化は以下に示すように設定される。
低付加領域 ｒ＝０
中負荷領域 ０＜ｒ≦０．４
高負荷領域 ０．４＜ｒ≦０．８ The high anti-knock characteristic fuel ratio r is expressed by the following equation (2). Here, Gf (g / cycle) is the fuel injection amount when all the required calorific value Q is covered by the first fuel 8, as shown in the equation (3).
r = (C2 × G2) / (C1 × Gf) (2)
Q = C1 × Gf (3)
From Equation (1), Equation (2), and Equation (3), the first and second fuel injection amounts are distributed as shown in Equation (4) and Equation (5) according to the high anti-knock characteristic fuel ratio r. Is done.
G1 = Gf × (1−r) (4)
G2 = Gf × r × C1 / C2 (5)
Here, the high anti-knock characteristic fuel distribution ratio is set in accordance with the operating state. For example, changes in each operating region are set as shown below.
Low addition area r = 0
Medium load range 0 <r ≦ 0.4
High load region 0.4 <r ≦ 0.8

図１０に、エンジン回転数と出力によって表される各負荷領域４４，４３，４２における高アンチノック特性燃料比率ｒの設定を示している。   FIG. 10 shows the setting of the high anti-knock characteristic fuel ratio r in each load region 44, 43, 42 represented by the engine speed and output.

図１１は、高負荷運転領域における燃焼サイクルと吸排気弁挙動、そして燃料噴射タイミングを示した図である。高負荷運転領域では、中負荷運転領域よりも更に多くの高アンチノック特性の第２の燃料１３を噴射する必要があり、予混合圧縮着火燃焼を安定して継続するためには燃料混合が非常に重要であり、本実施の形態では６サイクル燃焼サイクルによる燃料混合を実現している。   FIG. 11 is a diagram showing the combustion cycle, intake / exhaust valve behavior, and fuel injection timing in the high-load operation region. In the high load operation region, it is necessary to inject more second fuel 13 having a high anti-knock characteristic than in the medium load operation region, and in order to continue the premixed compression ignition combustion stably, the fuel mixing is extremely In this embodiment, fuel mixing is realized by a six-cycle combustion cycle.

図１１において、吸気弁１１の開弁リフト挙動は符号９１に示す通り、吸気行程上死点前から開き始める。０°で示す吸気行程上死点から吸気行程は開始する。クランク角度で１８０°から圧縮昇温行程に入り、３６０°の圧縮上死点で完了し、５４０°までが燃料混合行程である。５４０°から７２０°までが圧縮行程で、７２０°から９００°までは燃焼行程である。９００°から１０８０°までが排気行程であり、排気弁１８は排気弁リフト挙動９２に示すように開弁動作を行い、既燃ガスを排気する。   In FIG. 11, the valve opening lift behavior of the intake valve 11 starts to open before the top dead center of the intake stroke as indicated by reference numeral 91. The intake stroke starts from the top dead center of the intake stroke indicated by 0 °. The compression temperature rise process starts at 180 ° at the crank angle, and is completed at the compression top dead center of 360 °. The fuel mixing process is up to 540 °. The compression stroke is from 540 ° to 720 °, and the combustion stroke is from 720 ° to 900 °. The exhaust stroke is from 900 ° to 1080 °, and the exhaust valve 18 performs a valve opening operation as shown in the exhaust valve lift behavior 92 to exhaust the burned gas.

以上の説明の通り、６サイクル燃焼はクランクシャフト４の３回転で１サイクルを完了し、「吸気」「圧縮昇温」「燃料混合」「圧縮」「燃焼」「排気」の６行程を実行する。この６サイクル燃焼サイクルに対応して、高アンチノック特性の第２の燃料１３は排気行程において符号９３に示すタイミングで噴射され、第１の燃料８は燃料混合行程において符号９４のタイミングで噴射される。   As described above, the six-cycle combustion completes one cycle with three rotations of the crankshaft 4 and executes six strokes of “intake”, “compressed temperature rise”, “fuel mixing”, “compression”, “combustion”, and “exhaust”. . Corresponding to this 6-cycle combustion cycle, the second fuel 13 having a high anti-knock characteristic is injected at the timing indicated by reference numeral 93 in the exhaust stroke, and the first fuel 8 is injected at the timing indicated by reference numeral 94 in the fuel mixing stroke. The

図１２は、指圧線図と燃料噴射タイミング図で、横軸にシリンダ容積、縦軸に燃焼室１内の圧力を示している。この図中に図１０に示した燃料噴射タイミングを示している。燃料噴射回数は２回で、吸気行程初期と燃料混合行程に噴射している。   FIG. 12 is a finger pressure diagram and a fuel injection timing diagram, in which the horizontal axis indicates the cylinder volume and the vertical axis indicates the pressure in the combustion chamber 1. In this figure, the fuel injection timing shown in FIG. 10 is shown. The number of fuel injections is two, and the fuel is injected in the initial stage of the intake stroke and the fuel mixing stroke.

次に、実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置における燃料制御について図１３のフローチャートにより説明する。このフローチャートでは、エンジンの運転領域判定から、燃焼サイクルの切り替え、そして燃料噴射の全体的な制御フローを示している。   Next, fuel control in the fuel control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This flowchart shows an overall control flow of engine operation region determination, combustion cycle switching, and fuel injection.

まず、ステップＳ１０１で、現時点ｎにおける運転領域Ｄｒ（ｎ）をエンジン回転数、アクセルペダル開度、等の検出信号から判定する。運転領域に応じて、Ｄｒ（ｎ）に数値を記憶する。例えば、１：軽負荷領域、２：中負荷領域、３：高負荷領域とする。   First, in step S101, the operation region Dr (n) at the current time n is determined from detection signals such as the engine speed and the accelerator pedal opening. A numerical value is stored in Dr (n) according to the operation region. For example, 1: light load region, 2: medium load region, 3: high load region.

ステップＳ１０２では、現時点ｎの運転モードＤｍ（ｎ）を入力する。例えば、４：４サイクル運転、６：６サイクル運転とする。   In step S102, the current n operation mode Dm (n) is input. For example, a 4: 4 cycle operation and a 6: 6 cycle operation are assumed.

ステップＳ１０１、ステップＳ１０２での運転領域、運転モードを入力した後、ステップＳ１０３で、運転領域について前回ｎ−１のタイミングでの検出値との比較を行う。ここでは、運転領域の変化をＤｒ（ｎ）−Ｄｒ（ｎ−１）の絶対値として表し、０より大きいときに運転領域が変化したと判定する。   After inputting the operation region and the operation mode in step S101 and step S102, in step S103, the operation region is compared with the detection value at the previous n-1 timing. Here, the change in the operation region is expressed as an absolute value of Dr (n) −Dr (n−1), and when it is larger than 0, it is determined that the operation region has changed.

次に、各運転領域において、燃焼モード変更の要否を判定する。
まず、ステップＳ１０４において、現時点ｎのタイミングで軽負荷運転状態に変化したのであれば、ステップＳ１０６で前回ｎ−１タイミングでの運転モードが４サイクル燃焼であったかどうかを判定している。前回運転モードが４サイクル燃焼であればモード変更を実施する必要はないので、ステップＳ１０７で燃料噴射量計算を実施する。ステップＳ１０７では、式（４）、式（５）に基づいて燃料噴射量を計算する。軽負荷運転領域では高アンチノック特性燃料比率ｒは０であるので、Ｇ１＝Ｇｆとなり第１のインジェクタ９のみの燃料噴射となる。 Next, it is determined whether or not it is necessary to change the combustion mode in each operation region.
First, in step S104, if it has changed to the light load operation state at the current timing n, it is determined in step S106 whether or not the operation mode at the previous n-1 timing was four-cycle combustion. If the previous operation mode is four-cycle combustion, there is no need to change the mode, so the fuel injection amount is calculated in step S107. In step S107, the fuel injection amount is calculated based on equations (4) and (5). Since the high anti-knock characteristic fuel ratio r is 0 in the light load operation region, G1 = Gf, and only the first injector 9 performs fuel injection.

ステップＳ１０６で前回運転モードが４サイクル燃焼でなければ、４サイクル燃焼モードに切り替えるために、ステップＳ１０８に示すように、燃焼モード切り替え開始タイミングの吸気ＴＤＣ（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）までクランク角度が進むのを待ち、ステップＳ１０９においてクランク２回転で「吸気」「圧縮」「燃焼」「排気」を繰り返す４サイクル燃焼モードに切り替える。   If the previous operation mode is not the four-cycle combustion mode in step S106, the crank angle advances to the intake TDC (Top Dead Center) at the combustion mode switching start timing as shown in step S108 in order to switch to the four-cycle combustion mode. In step S109, the mode is switched to the four-cycle combustion mode in which “intake”, “compression”, “combustion”, and “exhaust” are repeated with two rotations of the crank.

次に、ステップＳ１０５で現時点ｎのタイミングで中負荷運転状態に変化したと判断されれば、ステップＳ１１０で前回ｎ−１タイミングでの運転モードが４サイクル燃焼であったかどうかを判定している。４サイクル燃焼であればモード変更を実施する必要はないので、ステップＳ１１３で燃料噴射量計算を実施する。   Next, if it is determined in step S105 that the operation state has changed to the middle load operation state at the current n timing, it is determined in step S110 whether or not the operation mode at the previous n-1 timing was four-cycle combustion. Since it is not necessary to change the mode if it is four-cycle combustion, the fuel injection amount is calculated in step S113.

ステップＳ１１３では、式（４）（５）に基づいて燃料噴射量を計算する。中負荷運転領域において高アンチノック特性燃料比率ｒを負荷条件に応じて、０から０．４以下の範囲で変更し、第１の燃料８の噴射量Ｇ１および第２の燃料１３の噴射量Ｇ２を算出する。   In step S113, the fuel injection amount is calculated based on equations (4) and (5). In the middle load operation region, the high anti-knock characteristic fuel ratio r is changed in a range of 0 to 0.4 or less according to the load condition, and the injection amount G1 of the first fuel 8 and the injection amount G2 of the second fuel 13 are changed. Is calculated.

前回運転モードが４サイクル燃焼でなければ、４サイクル燃焼モードに切り替えるために、ステップＳ１１１に示すように燃焼モード切り替え開始タイミングの吸気ＴＤＣまでクランク角度が進むのを待ち、ステップＳ１１２においてクランク２回転で「吸気」、「圧縮」、「燃焼」、「排気」を繰り返す４サイクル燃焼モードに切り替える。   If the previous operation mode is not four-cycle combustion, in order to switch to the four-cycle combustion mode, as shown in step S111, wait for the crank angle to advance to the intake TDC at the combustion mode switching start timing. Switch to a 4-cycle combustion mode that repeats “intake”, “compression”, “combustion”, and “exhaust”.

ステップＳ１０４、ステップＳ１０５を経て、現時点ｎのタイミングで高負荷運転状態に変化したと判断されれば、燃焼モードを６サイクル燃焼モードに切り替えるためにステップＳ１１４に進む。   If it is determined through steps S104 and S105 that the current state has changed to the high-load operation state at the timing n, the process proceeds to step S114 to switch the combustion mode to the 6-cycle combustion mode.

ステップＳ１１４では、燃焼モード切り替え開始タイミングの吸気ＴＤＣまでクランク角度が進むのを待ち、ステップＳ１１５においてクランク３回転で、「吸気」、「圧縮昇温」、「燃料混合」、「圧縮」、「燃焼」、「排気」を繰り返す６サイクル燃焼モードに切り替える。   In step S114, the process waits for the crank angle to advance to the intake TDC at the combustion mode switching start timing. In step S115, the crank is rotated three times to “intake”, “compressed temperature rise”, “fuel mixing”, “compression”, “combustion”. ”And“ exhaust ”are repeated to switch to the 6-cycle combustion mode.

ステップＳ１１６では、式（４）、式（５）に基づいて燃料噴射量を計算する。高負荷運転領域において高アンチノック特性燃料比率ｒを負荷条件に応じて、０．４から０．８以下の範囲で変更し、第１の燃料８の噴射量Ｇ１および第２の燃料１３の噴射量Ｇ２を算出する。   In step S116, the fuel injection amount is calculated based on equations (4) and (5). In the high load operation region, the high anti-knock characteristic fuel ratio r is changed in a range of 0.4 to 0.8 or less according to the load condition, and the injection amount G1 of the first fuel 8 and the injection of the second fuel 13 are changed. The amount G2 is calculated.

以上、詳述したように、実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて通常燃料と高アンチノック特性燃料の混合配分を変更するとともに、燃料配分に応じて成層混合気形成と均質混合気形成を判断するので、サイクル変動の少ない混合気を形成し、低負荷から高負荷運転状態まで安定した予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。   As described above in detail, according to the fuel control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment, the mixture distribution of the normal fuel and the high anti-knock characteristic fuel is changed according to the operating state of the internal combustion engine, and the fuel distribution Therefore, the formation of the stratified gas mixture and the formation of the homogeneous gas mixture are determined, so that a gas mixture with little cycle fluctuation can be formed, and stable premixed compression ignition combustion can be realized from a low load to a high load operation state.

１ 燃焼室
２ ピストン
３ コネクティングロッド
４ クランクシャフト
５ 排気管
６ 回転数センサ
７ エンジン制御ユニット
８ 第１の燃料
９ 第１のインジェクタ
１０ 第１の電磁コイル
１１ 吸気弁
１２ 吸気管
１２ａ，１２ｂ ポート
１３ 第２の燃料
１４ 第２のインジェクタ
１５ スロットル弁
１６ スロットルアクチュエータ
１７ 第２の電磁コイル
１８ 排気弁
１９ 三元触媒
２０ アクセルポジションセンサ
７１ スワールコントロール弁
７２ ステッピングモータ
７３ 分離板
７４ スワール流動
７５ 吸入空気
７６ 混合気 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber 2 Piston 3 Connecting rod 4 Crankshaft 5 Exhaust pipe 6 Rotational speed sensor 7 Engine control unit 8 First fuel 9 First injector 10 First electromagnetic coil 11 Intake valve 12 Intake pipe 12a, 12b Port 13 First Second fuel 14 Second injector 15 Throttle valve 16 Throttle actuator 17 Second electromagnetic coil 18 Exhaust valve 19 Three-way catalyst 20 Accelerator position sensor 71 Swirl control valve 72 Stepping motor 73 Separating plate 74 Swirl flow 75 Intake air 76 Mixture

Claims (2)

内燃機関の燃焼室内に第１の燃料を直接噴射する第１の燃料噴射装置と、
前記燃焼室への吸入空気および燃料の導入を制御する吸気弁と、
前記吸気弁に接続される２本の吸気管と、
前記吸気管のうちの一方を閉塞し、前記燃焼室内にスワール空気流動を形成するスワールコントロール弁と、
前記吸気管のうち開放された吸気管に設置され、この吸気管を前記吸入空気の導入方向に２分割する分離体と、
前記分離体により２分割された吸気管の外側に、前記第１の燃料より高アンチノック特性を有する第２の燃料を噴射する第２の燃料噴射装置と、
前記内燃機関のクランクシャフトが３回転することで、吸気行程、圧縮昇温行程、燃料混合行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の６つの行程を有する６サイクル燃焼を実現する吸排気弁駆動手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記第１の燃料のみを噴射するか、前記第１の燃料と前記第２の燃料を成層混合気形成させるか、または均質混合するかを判断する燃焼モード判定手段と、
前記第１の燃料と前記第２の燃料の混合比率を判断する混合比判定手段と、を備え、
前記内燃機関の運転状態に応じて予混合圧縮着火燃焼を制御する内燃機関の燃料制御装置において、
前記第１の燃料として通常のガソリンを、前記第２の燃料として芳香族成分が多く含まれる高オクタン価燃料を噴射し、
軽負荷状態では前記第１の燃料のみ噴射し、中負荷状態では前記燃焼室内にスワール流動を生成させ、前記第１の燃料に加えて前記第２の燃料を噴射し、さらに、高負荷状態では前記第２の燃料の噴射量割合を増加させるともに、４サイクル燃焼から６サイクル燃焼に切り替えることを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。 A first fuel injection device that directly injects a first fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine;
An intake valve that controls the introduction of intake air and fuel into the combustion chamber;
Two intake pipes connected to the intake valve;
A swirl control valve that closes one of the intake pipes and forms a swirl air flow in the combustion chamber;
A separator that is installed in an open intake pipe among the intake pipes and divides the intake pipe into two in the direction of introduction of the intake air;
A second fuel injection device for injecting a second fuel having a higher anti-knock characteristic than the first fuel to the outside of the intake pipe divided into two by the separator;
Intake / exhaust valve drive means for realizing 6-cycle combustion having six strokes of an intake stroke, a compression heating stroke, a fuel mixing stroke, a compression stroke, a combustion stroke, and an exhaust stroke by rotating the crankshaft of the internal combustion engine three times When,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Combustion for determining whether to inject only the first fuel, to form a stratified mixture of the first fuel and the second fuel, or to perform homogeneous mixing based on the detection result of the operating state detecting means Mode judging means;
Mixing ratio determining means for determining a mixing ratio of the first fuel and the second fuel;
In a fuel control device for an internal combustion engine that controls premixed compression ignition combustion according to the operating state of the internal combustion engine,
Injecting normal gasoline as the first fuel, high octane fuel containing a large amount of aromatic components as the second fuel,
In the light load state, only the first fuel is injected, in the middle load state, a swirl flow is generated in the combustion chamber, the second fuel is injected in addition to the first fuel, and in the high load state, A fuel control apparatus for an internal combustion engine, characterized by increasing the injection amount ratio of the second fuel and switching from 4-cycle combustion to 6-cycle combustion . 内燃機関の燃焼室内に第１の燃料を直接噴射する第１の燃料噴射装置と、
前記燃焼室への吸入空気および燃料の導入を制御する吸気弁と、
前記吸気弁に接続される２本の吸気管と、
前記吸気管のうちの一方を閉塞し、前記燃焼室内にスワール空気流動を形成するスワールコントロール弁と、
前記吸気管のうち開放された吸気管に設置され、この吸気管を前記吸入空気の導入方向に２分割する分離体と、
前記分離体により２分割された吸気管の外側に、前記第１の燃料より高アンチノック特性を有する第２の燃料を噴射する第２の燃料噴射装置と、
前記内燃機関のクランクシャフトが３回転することで、吸気行程、圧縮昇温行程、燃料混合行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の６つの行程を有する６サイクル燃焼を実現する吸排気弁駆動手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記第１の燃料のみを噴射するか、前記第１の燃料と前記第２の燃料を成層混合気形成させるか、または均質混合するかを判断する燃焼モード判定手段と、
前記第１の燃料と前記第２の燃料の混合比率を判断する混合比判定手段と、を備え、
前記内燃機関の運転状態に応じて予混合圧縮着火燃焼を制御する内燃機関の燃料制御装置において、
軽負荷状態では、前記第１の燃料を４サイクル燃焼における吸気行程で前記燃焼室内に直接噴射し、
中負荷状態では、前記第２の燃料を排気行程において噴射し、前記第２の燃料が前記燃焼室内の外周部に成層混合気を形成する吸気行程で前記第１の燃料を噴射し、
高負荷状態では、前記第２の燃料を排気行程において噴射し、前記第１の燃料を６サイクル燃焼サイクルの燃料混合行程で噴射することを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。 A first fuel injection device that directly injects a first fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine;
An intake valve that controls the introduction of intake air and fuel into the combustion chamber;
Two intake pipes connected to the intake valve;
A swirl control valve that closes one of the intake pipes and forms a swirl air flow in the combustion chamber;
A separator that is installed in an open intake pipe among the intake pipes and divides the intake pipe into two in the direction of introduction of the intake air;
A second fuel injection device for injecting a second fuel having a higher anti-knock characteristic than the first fuel to the outside of the intake pipe divided into two by the separator;
An intake / exhaust valve drive means for realizing 6-cycle combustion having six strokes of an intake stroke, a compression heating stroke, a fuel mixing stroke, a compression stroke, a combustion stroke, and an exhaust stroke by rotating the crankshaft of the internal combustion engine three times. When,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Combustion for determining whether to inject only the first fuel, to form a stratified mixture of the first fuel and the second fuel, or to perform homogeneous mixing based on the detection result of the operating state detecting means Mode judging means;
Mixing ratio determining means for determining a mixing ratio of the first fuel and the second fuel;
In a fuel control device for an internal combustion engine that controls premixed compression ignition combustion according to the operating state of the internal combustion engine,
In the light load state, the first fuel is directly injected into the combustion chamber in an intake stroke in four-cycle combustion,
In an intermediate load state, the second fuel is injected in an exhaust stroke, and the second fuel is injected in an intake stroke in which a stratified mixture is formed in an outer peripheral portion of the combustion chamber,
A fuel control device for an internal combustion engine , wherein the second fuel is injected in an exhaust stroke and the first fuel is injected in a fuel mixing stroke of a six-cycle combustion cycle in a high load state .

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