JP6077272B2 - Engine control device - Google Patents

Description

本発明は、火花点火式の直噴エンジンの燃料噴射量、噴射時期、点火時期等を制御するエンジン制御装置に関し、特に始動時及び暖気時における燃焼を安定化させるとともに排ガス中の粒子状物質を低減したものに関する。   The present invention relates to an engine control device that controls the fuel injection amount, injection timing, ignition timing, etc., of a spark ignition direct injection engine, and in particular, stabilizes combustion at start-up and warm-up, and reduces particulate matter in exhaust gas. Concerning reduced ones.

ガソリン直噴エンジンにおいて暖機中に行われるファストアイドルでは、一般に着火の安定性を高め燃焼耐力を高めるために、点火栓の周囲の混合気をリッチ化する混合気の成層化を行い、着火の安定性が高まったことを利用して点火時期を遅らせている。
これによって、排気ガス温度を高くし、排気ガス量を多くするとともに、筒内容積が大きくなるまで燃焼時期を遅らせることが可能となり、触媒暖機の促進及びＨＣ排出量の低減が可能となる。
成層化の手段としては、噴射回数を１サイクルあたり複数回に増やし、圧縮行程後半にピストンに噴霧を当ててピストン表面をガイドにして点火栓に混合気を導く方法（ウォールガイド）、吸気又は圧縮行程の所定の時期に噴射して筒内ガス流動に噴霧を漂わせ、点火時期に混合気が点火栓に接近するように導く方法（エアーガイド）の一方又は両方が用いられる。 In fast idling performed during warm-up in a gasoline direct-injection engine, in general, in order to improve the stability of ignition and increase the combustion resistance, the mixture is stratified to enrich the mixture around the spark plug, and the ignition The ignition timing is delayed by taking advantage of the increased stability.
As a result, the exhaust gas temperature is increased, the exhaust gas amount is increased, the combustion timing can be delayed until the in-cylinder volume is increased, catalyst warm-up can be promoted, and the HC emission amount can be reduced.
As a means of stratification, increase the number of injections to multiple times per cycle, spray the piston in the latter half of the compression stroke and guide the air-fuel mixture to the spark plug using the piston surface as a guide (wall guide), intake or compression One or both of the methods (air guide) in which the fuel is injected at a predetermined timing in the stroke to cause spray to drift in the in-cylinder gas flow and the air-fuel mixture approaches the spark plug at the ignition timing are used.

このような直噴エンジンに関する従来技術として、例えば特許文献１には、２ストローク機関の始動性を改善することを目的として、始動時において掃気行程末期と圧縮行程末期の２回に分けて燃料を噴射し、点火栓周りに形成される混合器が過濃となることを防止することが記載されている。
また、特許文献２には、燃料の消費量を抑制しつつ排ガスを昇温するため、点火時期をリタードするとともに、吸気行程に全噴射量の１０〜４０％を噴射し、残りを圧縮行程で噴射することが記載されている。
また、特許文献３には、触媒冷機時のＨＣ、ＮＯｘ等の排出量を低減し、かつ暖気促進するため、吸気行程、圧縮行程に分離噴射することで燃焼室内の点火栓近傍に理論空燃比又はリッチな空燃比の混合気を形成するとともに、その周囲に理論空燃比よりもリーンな混合気を形成することが記載されている。 As a conventional technique related to such a direct injection engine, for example, in Patent Document 1, for the purpose of improving the startability of a two-stroke engine, the fuel is divided into two parts at the start of the scavenging stroke and the end of the compression stroke. It is described that spraying prevents the mixer formed around the spark plug from becoming excessively concentrated.
Further, in Patent Document 2, in order to raise the temperature of exhaust gas while suppressing fuel consumption, the ignition timing is retarded, 10 to 40% of the total injection amount is injected in the intake stroke, and the rest is compressed in the compression stroke. Injecting is described.
Further, Patent Document 3 discloses a stoichiometric air-fuel ratio in the vicinity of an ignition plug in a combustion chamber by performing separate injection in an intake stroke and a compression stroke in order to reduce the discharge amount of HC, NOx and the like when the catalyst is cold and promote warm-up. Alternatively, it is described that a rich air-fuel ratio air-fuel mixture is formed and an air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is formed around the air-fuel mixture.

特開平 ６−２０７５４２号公報JP-A-6-207542 特開平１０−１６９４８８号公報JP-A-10-169488 特開平１０−２１２９８７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-212987

従来技術におけるガソリン直噴エンジンの成層化技術は、燃焼耐力を高めることに重点をおくものであったため、シリンダ内の混合気に過濃域や過希薄域が形成されたり、壁面への燃料付着が多く、煤等の粒子状物質（ＰＭ）の発生、粒子数（ＰＮ）の増大、燃焼エミッションの発生を招き、排ガス浄化性能をより向上することが困難であるという問題があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、始動時及び暖気時における燃焼を安定化させるとともに排ガス中の粒子状物質を低減したエンジン制御装置を提供することである。 The conventional technology for stratifying gasoline direct-injection engines has focused on increasing the combustion resistance, so that over-concentrated and over-lean regions are formed in the air-fuel mixture in the cylinder, and fuel adheres to the wall surface. In many cases, particulate matter (PM) such as soot is generated, the number of particles (PN) is increased, combustion emission is caused, and it is difficult to further improve the exhaust gas purification performance.
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide an engine control device that stabilizes combustion at start-up and warm-up and reduces particulate matter in exhaust gas.

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、燃焼室中央部に配置された点火栓及び燃焼室側部に配置されたインジェクタを有する火花点火式直噴エンジンのエンジン制御装置であって、始動時と暖気時との少なくとも一方において、１サイクルあたり複数回の燃料噴射を行うとともに、前記複数回の燃料噴射において圧縮行程で行なわれる最終回の燃料噴射の燃料噴射量を、全燃料噴射量の３０％以下とし、始動時と暖気時との少なくとも一方において、点火時期直前の前記点火栓近傍の領域の当量比を１．７以上２．０以下とするとともに、周辺部の当量比を０．７以上とすることを特徴とするエンジン制御装置である。
このような複数回噴射を行なうエンジンでは、圧縮行程で最後に噴射される燃料は、点火栓周辺に成層化された混合気を形成し、また、それ以前に噴射される燃料は、燃焼室全体に比較的均質の混合気を形成する作用を有する。
本発明によれば、点火栓の周囲に着火性が良好であるリッチな混合気を層状に形成して燃焼を安定化するとともに、混合気が過濃となることを防止して粒子状物質の個数、排出量を抑制することができる。
さらに、燃焼室周辺部の混合気が過度にリーン化することを防止して、燃焼をより安定化することができる。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
The invention according to claim 1 is an engine control device for a spark ignition type direct injection engine having an ignition plug disposed at a central portion of a combustion chamber and an injector disposed at a side portion of the combustion chamber. At least one of the fuel injections per cycle, and the fuel injection amount of the final fuel injection performed in the compression stroke in the plurality of fuel injections is 30% or less of the total fuel injection amount , The equivalence ratio in the vicinity of the spark plug immediately before the ignition timing should be 1.7 or more and 2.0 or less, and the equivalence ratio of the peripheral portion should be 0.7 or more, at least at one time of starting and warming up. An engine control device characterized by the above.
In an engine that performs such multiple injections, the fuel that is injected last in the compression stroke forms a stratified mixture around the spark plug, and the fuel that is injected before that is the entire combustion chamber Has a function of forming a relatively homogeneous mixture.
According to the present invention, a rich air-fuel mixture having good ignitability is formed in a layer around the spark plug to stabilize combustion, and the air-fuel mixture is prevented from becoming excessively concentrated. The number and discharge amount can be suppressed.
Furthermore, it is possible to prevent the air-fuel mixture around the combustion chamber from becoming excessively lean and to stabilize combustion.

請求項２に係る発明は、暖気時において、吸入空気量と前記全燃料噴射量との当量比を実質的にストイキとし、点火時期を圧縮上死点に対して遅角させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置である。
これによれば、点火時期をリタードして排気温度を高め、触媒暖機を早めるファストアイドル時に上述した効果を得ることができる。
The invention according to claim 2 is characterized in that, during warm-up, the equivalence ratio between the intake air amount and the total fuel injection amount is substantially stoichiometric, and the ignition timing is retarded with respect to the compression top dead center. An engine control apparatus according to claim 1 .
According to this, the above-mentioned effect can be obtained at the time of fast idling in which the ignition timing is retarded to increase the exhaust gas temperature and the catalyst warm-up is accelerated.

請求項３に係る発明は、始動時において、吸入空気量と前記全燃料噴射量との当量比を燃料リッチとし、点火時期を圧縮上死点近傍とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置である。
これによれば、点火までに燃料が気化する割合が限られる始動時に、点火栓回りの混合気をよりリッチとして、エンジンの始動性を改善することができる。
The invention according to claim 3, at the start, according to claim 1, wherein the equivalent ratio of the intake air amount and the total fuel injection amount is fuel-rich, characterized by a compression top dead center near the ignition timing This is an engine control device.
According to this, the engine startability can be improved by making the air-fuel mixture around the spark plug richer at the start when the rate at which fuel is vaporized before ignition is limited.

請求項４に係る発明は、始動時において、前記複数回の燃料噴射は少なくとも３回以上の燃料噴射を含むことを特徴とする請求項３に記載のエンジン制御装置である。
これによれば、一回の燃料噴射期間が長くなることによる局所的な混合気の過濃化や、貫徹力が強くなることによる壁面付着の増加を抑制し、エンジンの始動性をより改善することができる。 The invention according to claim 4 is the engine control device according to claim 3 , wherein at the time of starting, the plurality of fuel injections include at least three fuel injections.
According to this, it is possible to suppress local over-concentration of the air-fuel mixture due to a long fuel injection period and increase in wall surface adhesion due to strong penetration, and further improve engine startability. be able to.

以上説明したように、本発明によれば、始動時及び暖気時における燃焼を安定化させるとともに排ガス中の粒子状物質を低減したエンジン制御装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an engine control device that stabilizes combustion during start-up and warm-up and reduces particulate matter in exhaust gas.

本発明を適用したエンジン制御装置の実施例を有するエンジンの構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing composition of an engine which has an example of an engine control device to which the present invention is applied. 図１のエンジンの燃焼室形状を示す図である。It is a figure which shows the combustion chamber shape of the engine of FIG. 図１のエンジンにおけるファストアイドル時の燃焼噴射時期、点火時期等を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart showing a combustion injection timing, an ignition timing, and the like at the time of fast idling in the engine of FIG. 図１のエンジンにおける点火栓周りの当量比と成層化ボリュームとの相関を示すグラフである。2 is a graph showing a correlation between an equivalence ratio around a spark plug and a stratified volume in the engine of FIG. 1. 図１のエンジンにおける最終噴射の噴射時期とＰＮとの相関を示すグラフである。2 is a graph showing a correlation between an injection timing of final injection and PN in the engine of FIG. 1. 図１のエンジンにおける最終噴射の噴射時期とＰＭ排出量との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with the injection timing of final injection and PM emission amount in the engine of FIG. 図１のエンジンにおける最終噴射の噴射時期と燃焼変動標準偏差との相関を示すグラフである。2 is a graph showing a correlation between an injection timing of final injection and a combustion fluctuation standard deviation in the engine of FIG. 1. 図１のエンジンにおける最終噴射の噴射時期とＴＨＣ排出量との相関を示すグラフである。2 is a graph showing the correlation between the injection timing of final injection and the THC emission amount in the engine of FIG. 1. 図１のエンジンにおける始動時の燃焼噴射時期、点火時期等を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart showing combustion injection timing, ignition timing, and the like at start-up in the engine of FIG.

本発明は、始動時及び暖気時における燃焼を安定化させるとともに排ガス中の粒子状物質を低減したエンジン制御装置を提供する課題を、燃料を１サイクルあたり複数回噴射するとともに、最終回の噴射を全噴射量の３０％以下となるように噴き分けることによって解決した。   The present invention aims to provide an engine control device that stabilizes combustion during start-up and warm-up and reduces particulate matter in exhaust gas, and injects fuel multiple times per cycle and performs final injection. The problem was solved by spraying separately so that the total injection amount was 30% or less.

以下、本発明を適用したエンジン制御装置の実施例について説明する。
実施例のエンジン制御装置は、例えば乗用車等の自動車に搭載されるガソリン直噴エンジンの燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期等を統括的に制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）である。
図１は、実施例のエンジン制御装置を有するエンジンの構成を示す模式図である。
エンジン１は、シリンダ１０、ピストン２０、シリンダヘッド３０、吸気装置４０、排気装置５０、燃料供給装置６０等を有して構成されている。 Embodiments of an engine control apparatus to which the present invention is applied will be described below.
The engine control apparatus according to the embodiment is an engine control unit (ECU) that comprehensively controls fuel injection timing, fuel injection amount, ignition timing, and the like of a gasoline direct injection engine mounted on an automobile such as a passenger car.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an engine having an engine control device of an embodiment.
The engine 1 includes a cylinder 10, a piston 20, a cylinder head 30, an intake device 40, an exhaust device 50, a fuel supply device 60, and the like.

シリンダ１０は、ピストン２０が挿入されるスリーブを備えている。
シリンダ１０は、図示しないクランクケースと一体に形成されたシリンダブロックに形成されている。 The cylinder 10 includes a sleeve into which the piston 20 is inserted.
The cylinder 10 is formed in a cylinder block formed integrally with a crankcase (not shown).

ピストン２０は、シリンダ１０のスリーブ内部に挿入され往復運動する部材である。
ピストン２０は、コンロッド２１を介して図示しないクランクシャフトに接続されている。
ピストン２０の冠面２２は、シリンダヘッド３０と協働してエンジン１の燃焼室を構成する。 The piston 20 is a member that is inserted into the sleeve of the cylinder 10 and reciprocates.
The piston 20 is connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod 21.
The crown surface 22 of the piston 20 forms a combustion chamber of the engine 1 in cooperation with the cylinder head 30.

シリンダヘッド３０は、シリンダ１０のクランクシャフト側とは反対側の端部に設けられている。
シリンダヘッド３０は、燃焼室３１、吸気ポート３２、排気ポート３３、吸気バルブ３４、排気バルブ３５、点火栓３６等を備えている。
燃焼室３１は、ピストン２０の冠面２２と対向して形成された凹部であって、例えばペントルーフ型に形成されている。
燃焼室形状については、後に詳しく説明する。
吸気ポート３２は、燃焼室３１に燃焼用空気（新気）を導入する流路である。
排気ポート３３は、燃焼室３１から既燃ガス（排ガス）を排出する流路である。
吸気ポート３２及び排気ポート３３は、例えば、１気筒あたり２本ずつが形成されている。
吸気バルブ３４、排気バルブ３５は、吸気ポート３２、排気ポート３３を、所定のバルブタイミングでそれぞれ開閉するものである。
吸気バルブ３４、排気バルブ３５は、カムシャフト、ロッカアーム等の動弁駆動系によって駆動される。
点火栓３６は、エンジン制御ユニットが生成する点火信号に応じて、所定の点火時期にスパークを発生し、混合気に点火するものである。
点火栓３６は、燃焼室３１の実質的に中心部（シリンダ１０の中心軸近傍）に配置されている。 The cylinder head 30 is provided at the end of the cylinder 10 opposite to the crankshaft side.
The cylinder head 30 includes a combustion chamber 31, an intake port 32, an exhaust port 33, an intake valve 34, an exhaust valve 35, a spark plug 36, and the like.
The combustion chamber 31 is a recess formed facing the crown surface 22 of the piston 20 and is formed in, for example, a pent roof type.
The combustion chamber shape will be described in detail later.
The intake port 32 is a flow path for introducing combustion air (fresh air) into the combustion chamber 31.
The exhaust port 33 is a flow path for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 31.
For example, two intake ports 32 and two exhaust ports 33 are formed per cylinder.
The intake valve 34 and the exhaust valve 35 open and close the intake port 32 and the exhaust port 33 at predetermined valve timings, respectively.
The intake valve 34 and the exhaust valve 35 are driven by a valve drive system such as a camshaft and a rocker arm.
The spark plug 36 generates a spark at a predetermined ignition timing in accordance with an ignition signal generated by the engine control unit, and ignites the air-fuel mixture.
The spark plug 36 is disposed substantially at the center of the combustion chamber 31 (near the center axis of the cylinder 10).

吸気装置４０は、エンジン１に燃焼用空気を導入するものである。
吸気装置４０は、インテークダクト４１、エアクリーナ４２、スロットル４３、インテークマニホールド４４等を有して構成されている。
インテークダクト４１は、大気中から空気を導入してエンジン１へ供給する管路である。
エアクリーナ４２は、インテークダクト４１の入口近傍に設けられ、空気中のダスト等を濾過して浄化するものである。
スロットル４３は、インテークダクト４１におけるエアクリーナ４２の下流側に設けられ、吸入空気量を絞ることによってエンジン１の出力調整を行うものである。
スロットル４３は、バタフライバルブ等の弁体、及び、これを駆動する電動アクチュエータを備えて構成されている。
電動アクチュエータは、エンジン制御ユニットからの制御信号に応じて駆動される。
インテークマニホールド４４は、スロットル４３の下流側に設けられ、容器状に形成されたサージタンク、及び、各気筒の吸気ポート３２に接続され新気を導入する分岐管を有して構成されている。 The intake device 40 introduces combustion air into the engine 1.
The intake device 40 includes an intake duct 41, an air cleaner 42, a throttle 43, an intake manifold 44, and the like.
The intake duct 41 is a conduit that introduces air from the atmosphere and supplies the air to the engine 1.
The air cleaner 42 is provided in the vicinity of the inlet of the intake duct 41 and filters and purifies dust in the air.
The throttle 43 is provided downstream of the air cleaner 42 in the intake duct 41 and adjusts the output of the engine 1 by reducing the amount of intake air.
The throttle 43 includes a valve element such as a butterfly valve and an electric actuator that drives the valve element.
The electric actuator is driven according to a control signal from the engine control unit.
The intake manifold 44 is provided on the downstream side of the throttle 43 and has a surge tank formed in a container shape and a branch pipe that is connected to the intake port 32 of each cylinder and introduces fresh air.

排気装置５０は、エンジン１から排ガスを排出するものである。
排気装置５０は、エキゾーストパイプ５１、触媒コンバータ５２等を有して構成されている。
エキゾーストパイプ５１は、排気ポート３３から出た排ガスを排出する管路である。
触媒コンバータ５２は、エキゾーストパイプ５１の中間部に設けられている。
触媒コンバータ５２は、ハニカム状のアルミナ担体にプラチナ、ロジウム等の貴金属を担持させて構成され、ＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ等を浄化する三元触媒を備えている。 The exhaust device 50 discharges exhaust gas from the engine 1.
The exhaust device 50 includes an exhaust pipe 51, a catalytic converter 52, and the like.
The exhaust pipe 51 is a conduit for exhausting exhaust gas that has exited from the exhaust port 33.
The catalytic converter 52 is provided at an intermediate portion of the exhaust pipe 51.
The catalytic converter 52 is configured by supporting a noble metal such as platinum or rhodium on a honeycomb-like alumina carrier, and includes a three-way catalyst that purifies HC, NOx, CO, and the like.

燃料供給装置６０は、燃料タンク６１、フィードポンプ６２、燃料搬送管６３、高圧ポンプ６４、燃料配管６５、デリバリーパイプ６６、インジェクタ６７等を備えて構成されている。
燃料タンク６１は、燃料（ガソリン）を貯留する容器であって、例えば車体後部の床下に搭載されている。
フィードポンプ（低圧ポンプ）６２は、燃料タンク６１内の燃料を、燃料搬送管６３を介して高圧ポンプ６４に圧送するものである。
高圧ポンプ６４は、フィードポンプ６２から供給された燃料を高圧に昇圧し、燃料配管６５を経由して蓄圧室を兼ねたデリバリーパイプ６６に供給するものである。
高圧ポンプ６４は、シリンダヘッド３０に設けられ吸気バルブ３４を駆動するカム軸６４ａによって駆動される。
インジェクタ６７は、例えばソレノイドやピエゾ素子を有するアクチュエータによって駆動されるニードルバルブを備え、デリバリーパイプ６６内に蓄圧された高圧燃料を、エンジン制御ユニットが生成する噴射信号に応じて、所定の時期に所定の噴射量だけ噴射するものである。
インジェクタ６７は、１サイクルあたり複数回の燃料噴射を行なう機能を有する。
インジェクタ６７のノズルは、図１等に示すように、燃焼室３１の側方（シリンダボア側）における吸気バルブ３４側から筒内に挿入されている。 The fuel supply device 60 includes a fuel tank 61, a feed pump 62, a fuel transfer pipe 63, a high-pressure pump 64, a fuel pipe 65, a delivery pipe 66, an injector 67, and the like.
The fuel tank 61 is a container for storing fuel (gasoline), and is mounted, for example, under the floor at the rear of the vehicle body.
The feed pump (low pressure pump) 62 pumps the fuel in the fuel tank 61 to the high pressure pump 64 via the fuel transfer pipe 63.
The high-pressure pump 64 boosts the fuel supplied from the feed pump 62 to a high pressure and supplies the fuel to a delivery pipe 66 that also serves as a pressure accumulation chamber via a fuel pipe 65.
The high-pressure pump 64 is driven by a cam shaft 64 a that is provided in the cylinder head 30 and drives the intake valve 34.
The injector 67 includes a needle valve that is driven by an actuator having, for example, a solenoid or a piezo element, and the high-pressure fuel accumulated in the delivery pipe 66 is predetermined at a predetermined time according to an injection signal generated by the engine control unit. This is the amount to be injected.
The injector 67 has a function of performing fuel injection a plurality of times per cycle.
As shown in FIG. 1 and the like, the nozzle of the injector 67 is inserted into the cylinder from the intake valve 34 side of the combustion chamber 31 (on the cylinder bore side).

次に、上述したエンジン１の燃焼室形状について説明する。
図２は、実施例のエンジンの燃焼室形状を示す図である。
図２（ａ）は、クランク軸の中心軸方向と直交しかつシリンダの中心を通る平面で切って見た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のｂ−ｂ部矢視図である。
シリンダヘッド３０の燃焼室３１は、実質的にいわゆるペントルーフ型（三角屋根型）に形成されたペントルーフ部３１ａ、及び、その周囲に設けられたスキッシュエリア３１ｂを有して構成されている。
ペントルーフ部３１ａの主屋根部には、吸気バルブ３４及び排気バルブ３５の弁体部分がそれぞれ設けられている。
ペントルーフ部３１ａの頂部には、点火栓３６の電極部が配置される。 Next, the shape of the combustion chamber of the engine 1 will be described.
FIG. 2 is a diagram showing a combustion chamber shape of the engine of the embodiment.
FIG. 2A is a view taken along a plane perpendicular to the center axis direction of the crankshaft and passing through the center of the cylinder, and FIG. 2B is a view taken along the line bb in FIG. FIG.
The combustion chamber 31 of the cylinder head 30 is configured to have a pent roof portion 31a formed substantially in a so-called pent roof type (triangular roof type) and a squish area 31b provided around the pent roof portion 31a.
The main roof portion of the pent roof portion 31a is provided with valve body portions of the intake valve 34 and the exhaust valve 35, respectively.
The electrode part of the spark plug 36 is arrange | positioned at the top part of the pent roof part 31a.

ピストン２０の冠面２２には、キャビティ２３、排気バルブリセス２４等が設けられている。
キャビティ２３は、圧縮後期に噴射された燃料によって形成される混合気を点火栓３６側に巻き上げて、点火栓３６の周囲に層状の混合気を形成する凹部である。
キャビティ２３は、例えばシリンダ１０の中心軸方向から見た平面形が実質的に楕円状に形成されるとともに、ピストン２０の中心に対して、吸気バルブ３４側（インジェクタ６７側）にオフセットした位置に配置されている。
キャビティ２３から混合気が巻き上げられる排気バルブ３５側の端部位置（図２（ｂ）における右側の端部）は、点火栓３６が設けられるペントルーフ部３１ａの頂部に対して、わずかに吸気バルブ３４側（図２（ｂ）における左側）にオフセットして配置されている。
排気バルブリセス２４は、動弁駆動機構の故障時等に、排気バルブ３５がピストン２０と干渉することを防止するために設けられた凹部である。 A cavity 23, an exhaust valve recess 24, and the like are provided on the crown surface 22 of the piston 20.
The cavity 23 is a recess that forms a layered mixture around the spark plug 36 by winding up the air-fuel mixture formed by the fuel injected in the later stage of compression toward the spark plug 36.
For example, the cavity 23 is formed in a substantially elliptical shape when viewed from the central axis direction of the cylinder 10 and is offset to the intake valve 34 side (injector 67 side) with respect to the center of the piston 20. Has been placed.
The end position on the exhaust valve 35 side where the air-fuel mixture is wound up from the cavity 23 (the right end in FIG. 2B) is slightly inhaled with respect to the top of the pent roof portion 31a where the spark plug 36 is provided. It is arranged offset to the side (left side in FIG. 2 (b)).
The exhaust valve recess 24 is a recess provided to prevent the exhaust valve 35 from interfering with the piston 20 when the valve drive mechanism is out of order.

インジェクタ６７は、例えば６つの噴孔を有する。
実施例において、圧縮行程後期にインジェクタ６７から噴射された噴霧がピストン２０の冠面２２に衝突する点Ｐは、６箇所のうち５箇所がキャビティ２３内となるように分布している。
キャビティ２３内に噴きこまれた噴霧は、１００℃以上の新気内で気化して混合気流を形成しつつキャビティ２３から燃焼室３１の点火栓３６の周辺へ吹き上げられ、点火栓３６の周囲に、周辺領域に対してリッチな混合気を層状に形成する。 The injector 67 has six nozzle holes, for example.
In the embodiment, the points P at which the spray injected from the injector 67 in the latter half of the compression stroke collides with the crown surface 22 of the piston 20 are distributed so that five of the six points are in the cavity 23.
The spray injected into the cavity 23 is blown up from the cavity 23 to the vicinity of the ignition plug 36 of the combustion chamber 31 while being vaporized in fresh air at 100 ° C. or higher to form a mixed air flow, and around the ignition plug 36. A rich air-fuel mixture is formed in a layered manner with respect to the peripheral region.

図３は、エンジン１におけるファストアイドル時（暖機後のアイドリングよりも回転を上昇させた暖機運転）の燃焼噴射時期、点火時期等を示すタイミングチャートである。
図３に示すように、エンジン１は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を順次繰り返すオットーサイクルの４ストロークエンジンである。
吸気バルブ３４は、排気行程終了直前から圧縮行程開始直後にかけて開かれ、その他の期間は閉塞される。
排気バルブ３５は、膨張行程終了直前から吸気行程開始直後にかけて開かれ、その他の期間は閉塞される。 FIG. 3 is a timing chart showing a combustion injection timing, an ignition timing, and the like at the time of fast idling in the engine 1 (a warm-up operation in which the rotation is higher than the idling after the warm-up).
As shown in FIG. 3, the engine 1 is an Otto cycle four-stroke engine that sequentially repeats an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke.
The intake valve 34 is opened immediately before the end of the exhaust stroke and immediately after the start of the compression stroke, and is closed during other periods.
The exhaust valve 35 is opened immediately before the end of the expansion stroke and immediately after the start of the intake stroke, and is closed during other periods.

ファストアイドル時においては、インジェクタ６７は、吸気行程に第１噴射を行って燃焼室全体に均質な混合気を形成するとともに、圧縮行程の後期に第２噴射を行なって点火栓３６の周囲に比較的リッチな混合気を層状に形成する。
この第２噴射のように圧縮行程後期に噴射を行なうと、外気温度が例えば−３０℃といった酷寒状態であっても、筒内の新気温度は断熱圧縮によって例えば１００℃を超えることから、燃料の蒸発促進を図るとともに、液体燃料の壁面付着を抑制することができる。
また、図２に示すように、キャビティ２３から混合気が点火栓３６側に吹き上げることによって、点火栓周りにリッチな層状の混合気を形成することができる。
第１噴射、第２噴射を合わせた全噴射量の、吸入新気量に対する当量比は、実質的にストイキ（理論空燃費）近傍に設定されている。
また、点火栓３６は、点火時期を通常よりもリタードして、膨張行程初期に点火を行ない、その後主に膨張行程において燃焼が行なわれる。 At the time of fast idling, the injector 67 performs the first injection in the intake stroke to form a homogeneous mixture in the entire combustion chamber, and performs the second injection in the later stage of the compression stroke and compares it around the spark plug 36. A rich air-fuel mixture is formed in layers.
When injection is performed at the latter stage of the compression stroke as in the second injection, the fresh air temperature in the cylinder exceeds, for example, 100 ° C. due to adiabatic compression even when the outside air temperature is in a severe cold state such as −30 ° C. The evaporation of the liquid fuel can be promoted and the wall surface adhesion of the liquid fuel can be suppressed.
In addition, as shown in FIG. 2, when the air-fuel mixture blows up from the cavity 23 toward the spark plug 36, a rich layered air-fuel mixture can be formed around the spark plug.
The equivalent ratio of the total injection amount including the first injection and the second injection to the intake fresh air amount is set substantially in the vicinity of stoichiometric (theoretical air fuel consumption).
The spark plug 36 retards the ignition timing more than usual and ignites in the early stage of the expansion stroke, and thereafter, combustion is mainly performed in the expansion stroke.

図４は、実施例のエンジンにおける点火栓周りの当量比と成層化ボリュームとの相関を示すグラフである。
横軸は点火栓周りの成層化ボリュームの割合（％）を示し、縦軸は点火栓周りの成層化領域内の当量比（φ）を示している。
また、第１噴射と第２噴射との燃料噴射量の比（噴き分け比）が６：４であるときのデータを実線、７：３であるときのデータを破線、８：２であるときのデータを一点鎖線で図示している。
なお、噴き分け比が６：４、７：３、８：２であるときに、燃焼室３１の成層化領域以外の周辺部の当量比（φ）は、実質的に０．６，０．７，０．８前後となる。 FIG. 4 is a graph showing the correlation between the equivalent ratio around the spark plug and the stratified volume in the engine of the example.
The horizontal axis represents the ratio (%) of the stratification volume around the spark plug, and the vertical axis represents the equivalent ratio (φ) in the stratification region around the spark plug.
Also, when the ratio of the fuel injection amount between the first injection and the second injection (injection ratio) is 6: 4, the data is a solid line, the data when it is 7: 3 is the broken line, and the data is 8: 2. These data are shown by a one-dot chain line.
In addition, when the injection ratio is 6: 4, 7: 3, or 8: 2, the equivalent ratio (φ) of the peripheral portion other than the stratification region of the combustion chamber 31 is substantially 0.6, 0. It will be around 7,0.8.

点火栓３６周辺での着火性を良好とするためには、点火栓周りの当量比（φ）を、１．７以上とすることが要求される。
一方で、点火栓周りの当量比（φ）が２．０を超えると、ＰＮが急激に悪化することから、この当量比は２．０以下とすることが要求される。
また、周辺部の当量比（φ）が０．６前後となると、混合気が過度にリーンとなって燃焼が不安定となる場合がある。
これらの条件を考慮のうえ、本実施例においては、第２噴射の噴射量の全噴射量に占める割合を、３０％以下となるように設定した。
このとき、点火栓周りの成層化ボリュームは、例えば２０％前後となる。 In order to improve the ignitability around the spark plug 36, the equivalent ratio (φ) around the spark plug is required to be 1.7 or more.
On the other hand, if the equivalent ratio (φ) around the spark plug exceeds 2.0, the PN deteriorates rapidly, so this equivalent ratio is required to be 2.0 or less.
Further, when the equivalent ratio (φ) of the peripheral portion is around 0.6, the air-fuel mixture may become excessively lean and combustion may become unstable.
In consideration of these conditions, in the present embodiment, the ratio of the injection amount of the second injection to the total injection amount is set to be 30% or less.
At this time, the stratified volume around the spark plug is, for example, about 20%.

図５は、実施例のエンジンにおける最終噴射の噴射時期とＰＮとの相関を示すグラフである。
図５において、横軸は最終噴射（第２噴射）の噴射時期を示し、縦軸は排気１ｃｃあたりの粒子状物質の個数（ＰＮ）を示している。
点火栓３６近傍への成層化領域の形成には、噴射時期を遅延させたほうが有利であるが、噴射時期を遅延させた場合、成層化領域の混合気が過濃となってＰＮが悪化する。
このとき、噴き分け比を６：４から７：３に変更することによって、ＰＮが大幅に改善され、さらに８：２に変更することによってさらにＰＮが改善されることがわかる。
特に、噴き分け比を８：２とした場合には、図５に示す全域において、ＰＮを目標値以下とすることが可能である。 FIG. 5 is a graph showing a correlation between the injection timing of the final injection and the PN in the engine of the embodiment.
In FIG. 5, the horizontal axis indicates the injection timing of the final injection (second injection), and the vertical axis indicates the number of particulate matter (PN) per 1 cc of exhaust gas.
For the formation of the stratification region in the vicinity of the spark plug 36, it is advantageous to delay the injection timing. However, when the injection timing is delayed, the air-fuel mixture in the stratification region becomes excessively concentrated and the PN deteriorates. .
At this time, it can be seen that the PN is greatly improved by changing the jetting ratio from 6: 4 to 7: 3, and that the PN is further improved by changing the ratio to 8: 2.
In particular, when the injection ratio is 8: 2, it is possible to set PN below the target value in the entire region shown in FIG.

図６は、実施例のエンジンにおける最終噴射の噴射時期とＰＭ排出量との相関を示すグラフである。
図６において、横軸は最終噴射の噴射時期を示し、縦軸はフィルタスモーク（ＰＭ）の発生量を示している。
図６においても、上述したＰＮと同様の傾向が見られることがわかる。 FIG. 6 is a graph showing the correlation between the injection timing of the final injection and the PM emission amount in the engine of the embodiment.
In FIG. 6, the horizontal axis indicates the injection timing of the final injection, and the vertical axis indicates the amount of filter smoke (PM) generated.
In FIG. 6, it can be seen that a tendency similar to that of the above-described PN can be seen.

図７は、実施例のエンジンにおける最終噴射の噴射時期と燃焼変動標準偏差との相関を示すグラフである。
図７において、横軸は最終噴射の噴射時期を示し、縦軸は燃焼変動の標準偏差を示している。
図７に示すように、噴き分け比が６：４に対して７：３のほうが燃焼変動は有利であり、７：３に対して８：２のほうがさらに有利であることがわかる。
また、噴き分け比７：３及び８：２の場合には、噴射時期を遅延させた場合でも広範囲にわたって燃焼変動標準偏差を目標値以下とすることが可能である。 FIG. 7 is a graph showing the correlation between the injection timing of the final injection and the combustion fluctuation standard deviation in the engine of the embodiment.
In FIG. 7, the horizontal axis indicates the injection timing of the final injection, and the vertical axis indicates the standard deviation of the combustion fluctuation.
As shown in FIG. 7, it can be seen that the combustion fluctuation is more advantageous when the injection ratio is 6: 4 than 7: 3, and that 8: 2 is more advantageous than 7: 3.
Further, when the injection ratios are 7: 3 and 8: 2, it is possible to make the combustion fluctuation standard deviation not more than the target value over a wide range even when the injection timing is delayed.

図８は、実施例のエンジンにおける最終噴射の噴射時期とＴＨＣ(Total Hydrocarbon)排出量との相関を示すグラフである。
図８において、横軸は最終噴射の噴射時期を示し、縦軸はＴＨＣ排出量（炭素量ｐｐｍ）を示している。
図８に示すように、最終噴射時期が比較的遅い領域では、噴き分け比６：４に対して、７：３及び８：２はやや不利であるものの、いずれも目標値は下回っており、実用上は問題ないことがわかる。 FIG. 8 is a graph showing the correlation between the final injection timing and the THC (Total Hydrocarbon) emission amount in the engine of the embodiment.
In FIG. 8, the horizontal axis indicates the injection timing of the final injection, and the vertical axis indicates the THC emission amount (carbon amount ppm).
As shown in FIG. 8, in the region where the final injection timing is relatively late, although 7: 3 and 8: 2 are slightly disadvantageous with respect to the jetting ratio 6: 4, both are lower than the target values. It turns out that there is no problem in practical use.

また、エンジン１は、始動時においても、複数回の噴射のうち最終回の噴射の噴射量を、全噴射量の３０％以下となるように制御されている。
図９は、エンジン１における点火時の燃料噴射時期、点火時期等を示すタイミングチャートである。
バルブタイミングは図３に示すファストアイドル時と実質的に同じであるが、始動時においては、例えば１サイクルあたり４回の複数回噴射を行なっている。
第１噴射及び第２噴射は、吸気行程の中期及び後期にそれぞれ行なわれる。
第３噴射及び第４噴射は、圧縮行程の初期及び中期にそれぞれ行なわれる。
その後、圧縮上死点（ＴＤＣ）直前に点火栓３６は点火を行ない、その後主に膨張行程で燃焼が行なわれる。
この場合においても、最終回噴射である第４噴射の噴射量が、全噴射量に占める割合は、３０％以下となるように制御されている。
また、最終噴射以外の噴射では、筒内ガス流動の影響が少なくなるので、均質拡散、付着抑制を狙い、噴霧の大気圧場での貫徹力、拡散状態を考慮した分割数、分割間隔を設定する。
なお、噴射した燃料の全量を点火までに蒸発させることが難しい始動時においては、全噴射量の吸入新気量に対する当量比がリッチとなるように制御を行なっている。
そして、エンジン回転数が所定値以上に上昇するなど、所定の完爆判定が成立後、必要に応じて上述したファストアイドル時の制御へ移行する。 Further, the engine 1 is controlled so that the injection amount of the final injection among the plurality of injections is 30% or less of the total injection amount even at the time of starting.
FIG. 9 is a timing chart showing the fuel injection timing, ignition timing, and the like at the time of ignition in the engine 1.
The valve timing is substantially the same as that at the time of fast idling shown in FIG. 3, but at the time of start-up, for example, four times of injections are performed per cycle.
The first injection and the second injection are performed in the middle and late stages of the intake stroke, respectively.
The third injection and the fourth injection are performed at the initial stage and the middle stage of the compression stroke, respectively.
Thereafter, the spark plug 36 ignites immediately before the compression top dead center (TDC), and thereafter, combustion is performed mainly in the expansion stroke.
Even in this case, the ratio of the injection amount of the fourth injection as the final injection to the total injection amount is controlled to be 30% or less.
In addition to the final injection, the effect of in-cylinder gas flow is reduced, so aiming at homogeneous diffusion and adhesion suppression, setting the number of divisions and division intervals considering the penetration force in the atmospheric pressure field of the spray and the diffusion state To do.
Note that, at the time of start-up where it is difficult to evaporate the entire amount of injected fuel before ignition, control is performed so that the equivalent ratio of the total injection amount to the intake fresh air amount becomes rich.
Then, after a predetermined complete explosion determination is made, such as when the engine speed increases to a predetermined value or more, the process shifts to the above-described control at the time of fast idle as necessary.

以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）複数回噴射のうち最終回の噴射量の全噴射量に対する割合を３０％以下とすることによって、点火栓の周囲に着火性が良好であるリッチな混合気を層状に形成して燃焼を安定化するとともに、混合気が過濃となることを防止して粒子状物質の個数、排出量を抑制することができる。
さらに、燃焼室周辺部の混合気が過度にリーン化することを防止して、燃焼をより安定化することができる。
（２）点火時期直前の点火栓３６近傍の領域の当量比を１．７以上２．０以下とするとともに、周辺部の当量比を０．７以上としたことによって、上述した効果を確実に得ることができる。
（３）ファストアイドル時に上記制御を行なうことによって、点火リタード時における燃焼を安定化させるとともにＰＮ、ＰＭ等を改善することができる。
（４）始動時に上記制御を行なうことによって、始動時の着火性を改善し、良好な始動性を得るとともに、ＰＮ、ＰＭ等を改善することができる。 According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) By making the ratio of the final injection amount to the total injection amount among a plurality of injections 30% or less, a rich air-fuel mixture with good ignitability is formed in layers around the spark plug and burned In addition, the mixture can be prevented from becoming excessively rich and the number of particulate matter and the discharge amount can be suppressed.
Furthermore, it is possible to prevent the air-fuel mixture around the combustion chamber from becoming excessively lean and to stabilize combustion.
(2) The equivalence ratio of the region near the spark plug 36 immediately before the ignition timing is set to 1.7 or more and 2.0 or less, and the equivalence ratio of the peripheral portion is set to 0.7 or more, thereby ensuring the above-described effect. Can be obtained.
(3) By performing the above control during fast idling, combustion during ignition retard can be stabilized and PN, PM, etc. can be improved.
(4) By performing the above control at the time of starting, it is possible to improve the ignitability at the time of starting, obtain a good startability and improve PN, PM and the like.

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施例のエンジンは、例えば自然吸気のガソリンエンジンであったが、本発明は、過給エンジンや、ガソリン以外の燃料を用いる火花点火式の内燃エンジンにも適用することが可能である。
尚、ガソリン以外の燃料を使用する場合の当量比設定は、燃料の特性を加味して図４に相当する特性グラフを作成し目標設定を行なう。
（２）エンジンを構成する各部材の構成は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することが可能である。
例えば、燃焼室形状やピストンの冠面形状、インジェクタの噴霧の形成パターンなどは、適宜変更することが可能である。
（３）実施例のエンジンでは、ファストアイドル時には２回の噴射を行なっているが、これに限らず３回以上の噴射を行なっても良い。
また、始動時には４回の噴射を行なっているが、２回、３回、５回以上の噴射であってもよい。
（４）実施例のエンジンでは、全噴射量とは複数回噴射の場合における各回の噴射量の合計燃料量と規定しているが、例えば壁面付着した燃料の蒸発燃料を考慮する場合は、それらを足し合わせた燃料量を全噴射量と定義し最終噴射量を決定することが可能である。 (Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) The engine of the embodiment is, for example, a naturally aspirated gasoline engine. However, the present invention can also be applied to a supercharged engine or a spark ignition type internal combustion engine using a fuel other than gasoline. .
In addition, when using fuel other than gasoline, the equivalence ratio is set by setting the target by creating a characteristic graph corresponding to FIG. 4 in consideration of the characteristics of the fuel.
(2) The structure of each member which comprises an engine is not limited to the Example mentioned above, It can change suitably.
For example, the shape of the combustion chamber, the shape of the crown of the piston, the spray formation pattern of the injector, and the like can be changed as appropriate.
(3) In the engine according to the embodiment, two injections are performed at the time of fast idling.
In addition, four injections are performed at the start, but two, three, five or more injections may be used.
(4) In the engine of the embodiment, the total injection amount is defined as the total fuel amount of each injection amount in the case of multiple injections. The final fuel injection amount can be determined by defining the total fuel injection amount as the total fuel injection amount.

１ エンジン １０ シリンダ
２０ ピストン ２１ コンロッド
２２ 冠面 ２３ キャビティ
２４ 排気バルブリセス ３０ シリンダヘッド
３１ 燃焼室 ３２ 吸気ポート
３３ 排気ポート ３４ 吸気バルブ
３５ 排気バルブ ３６ 点火栓
４０ 吸気装置 ４１ インテークダクト
４２ エアクリーナ ４３ スロットル
４４ インテークマニホールド ５０ 排気装置
５１ エキゾーストマニホールド ５２ 触媒コンバータ
６０ 燃料供給装置 ６１ 燃料タンク
６２ フィードポンプ ６３ 燃料搬送管
６４ 高圧ポンプ ６４ａ カム軸
６５ 燃料配管 ６６ デリバリーパイプ
６７ インジェクタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 10 Cylinder 20 Piston 21 Connecting rod 22 Crown 23 Cavity 24 Exhaust valve recess 30 Cylinder head 31 Combustion chamber 32 Intake port 33 Exhaust port 34 Intake valve 35 Exhaust valve 36 Spark plug 40 Intake device 41 Intake duct 42 Air cleaner 43 Throttle 44 Intake manifold DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Exhaust apparatus 51 Exhaust manifold 52 Catalytic converter 60 Fuel supply apparatus 61 Fuel tank 62 Feed pump 63 Fuel conveyance pipe 64 High pressure pump 64a Cam shaft 65 Fuel piping 66 Delivery pipe 67 Injector

Claims (4)

燃焼室中央部に配置された点火栓及び燃焼室側部に配置されたインジェクタを有する火花点火式直噴エンジンのエンジン制御装置であって、
始動時と暖気時との少なくとも一方において、１サイクルあたり複数回の燃料噴射を行うとともに、前記複数回の燃料噴射において圧縮行程で行なわれる最終回の燃料噴射の燃料噴射量を、全燃料噴射量の３０％以下とし、
始動時と暖気時との少なくとも一方において、点火時期直前の前記点火栓近傍の領域の当量比を１．７以上２．０以下とするとともに、周辺部の当量比を０．７以上とすること
を特徴とするエンジン制御装置。 An engine control device for a spark ignition direct injection engine having an ignition plug arranged at the center of the combustion chamber and an injector arranged at the side of the combustion chamber,
At least one of the start time and the warm-up time, the fuel injection is performed a plurality of times per cycle, and the fuel injection amount of the final fuel injection performed in the compression stroke in the plurality of fuel injections is set to the total fuel injection amount. and 30% of the following,
The equivalence ratio in the vicinity of the spark plug immediately before the ignition timing should be 1.7 or more and 2.0 or less, and the equivalence ratio of the peripheral portion should be 0.7 or more, at least at one time of starting and warming up. An engine control device. 暖気時において、吸入空気量と前記全燃料噴射量との当量比を実質的にストイキとし、点火時期を圧縮上死点に対して遅角させること
を特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。 2. The engine control according to claim 1, wherein, during warm-up, the equivalence ratio between the intake air amount and the total fuel injection amount is substantially stoichiometric, and the ignition timing is retarded with respect to the compression top dead center. apparatus. 始動時において、吸入空気量と前記全燃料噴射量との当量比を燃料リッチとし、点火時期を圧縮上死点近傍とすること
を特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。 2. The engine control device according to claim 1, wherein an equivalent ratio between the intake air amount and the total fuel injection amount is made rich in fuel at the time of starting, and the ignition timing is set near the compression top dead center. 始動時において、前記複数回の燃料噴射は少なくとも３回以上の燃料噴射を含むこと
を特徴とする請求項３に記載のエンジン制御装置。
The engine control device according to claim 3 , wherein, at the time of starting, the plurality of fuel injections include at least three fuel injections.

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