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JP2013160194A - Fuel injection control device for internal combustion engine - Google Patents

Fuel injection control device for internal combustion engine Download PDF

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JP2013160194A
JP2013160194A JP2012024810A JP2012024810A JP2013160194A JP 2013160194 A JP2013160194 A JP 2013160194A JP 2012024810 A JP2012024810 A JP 2012024810A JP 2012024810 A JP2012024810 A JP 2012024810A JP 2013160194 A JP2013160194 A JP 2013160194A
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JP
Japan
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swirl
fuel injection
spray
fuel
internal combustion
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012024810A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuto Yamashita
勇人 山下
Shunsuke Kobuna
俊介 小鮒
Akira Hasegawa
亮 長谷川
Kentaro Nishida
健太郎 西田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Soken Inc, Toyota Motor Corp filed Critical Nippon Soken Inc
Priority to JP2012024810A priority Critical patent/JP2013160194A/en
Publication of JP2013160194A publication Critical patent/JP2013160194A/en
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection control device with which exhaust emission of an internal combustion engine can be remedied and performance of the internal combustion engine can be improved by effectively utilizing oxygen and fuel within a cylinder.SOLUTION: When main injection is executed from a fuel injection valve including a plurality of nozzle holes in a common rail diesel engine, a swirl downstream-side side face position θL and a swirl upstream-side side face position θU of a fuel spray are calculated and a spray interval θD of sprays adjacent to each other is calculated (steps ST8, ST9, ST10). A fuel injection condition or a swirl control valve opening degree is corrected such that the spray interval θD is settled within a predetermined range (0≤θD≤Th)(step ST12). When the spray interval θD is greater than a spray interval allowable maximum value Th, fuel injection pressure is increased or a swirl speed is increased. When the spray interval θD is smaller than "0", main injection is divided or the swirl speed is decreased.

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、排気エミッションの改善および内燃機関の性能向上を図るための対策に関する。   The present invention relates to a fuel injection control device for a compression ignition type internal combustion engine represented by a diesel engine. In particular, the present invention relates to measures for improving exhaust emission and improving the performance of an internal combustion engine.

従来、ディーゼルエンジンに代表されるように、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置を備えた内燃機関にあっては、燃焼室内での混合気の燃焼時において、不完全燃焼が生じた場合、排気ガス中にスモークが発生し、排気エミッションの悪化を招いてしまうことになる。   Conventionally, in an internal combustion engine equipped with a fuel injection device that directly injects fuel into a cylinder, as represented by a diesel engine, when incomplete combustion occurs during combustion of an air-fuel mixture in a combustion chamber Smoke is generated in the exhaust gas, leading to deterioration of exhaust emission.

特に、気筒内への燃料噴射量が多くなる高負荷運転時にあっては、要求されているエンジン出力を確保することと、スモークの発生を抑制することとを両立させるための制御が必要になる。   In particular, during high load operation in which the amount of fuel injected into the cylinder increases, control is required to achieve both the required engine output and the suppression of smoke generation. .

下記の特許文献1では、吸入空気量および排気還流量から算出した筒内酸素量に応じて燃料制御インデックスを算出し、この燃料制御インデックスおよびエンジン回転数に応じて燃料噴射パラメータを決定するようにしている。これにより、高負荷運転時において、過給圧を高めることで筒内酸素量を増加させるとともに、燃料制御インデックスを大きな値に修正して燃料噴射量を増加させ、スモークの発生を抑制しながらも車両の加速性を向上させている。   In the following Patent Document 1, a fuel control index is calculated according to the in-cylinder oxygen amount calculated from the intake air amount and the exhaust gas recirculation amount, and the fuel injection parameter is determined according to the fuel control index and the engine speed. ing. This makes it possible to increase the in-cylinder oxygen amount by increasing the supercharging pressure during high load operation, and to increase the fuel injection amount by correcting the fuel control index to a large value while suppressing the occurrence of smoke. The acceleration of the vehicle is improved.

特開2008−45503号公報JP 2008-45503 A 特開2007−177783号公報JP 2007-177773 A

しかしながら、前記特許文献1の技術にあっては、筒内酸素量と燃料噴射量とを制御しているのみであるため、筒内の酸素の略全量を有効に利用した燃焼が行われている保証がない。理想的には、インジェクタ(燃料噴射弁)の各噴孔から噴射された燃料それぞれによって形成される各燃焼場における当量比を「1」にし、且つ筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが好ましい。つまり、筒内の酸素および燃料それぞれを余すことなく燃焼に寄与させることが理想である。ところが、前記特許文献1の技術にあっては、上述した如く筒内酸素量と燃料噴射量とを制御しているのみであって、筒内における燃料の分布を制御していないため、燃料の噴霧が存在していない領域が筒内の比較的広い領域として存在してしまう可能性がある。つまり、燃焼に寄与しない酸素が存在する領域が比較的広い領域として発生し、その結果、燃焼場での当量比がリッチとなり酸素不足に起因してスモークが発生してしまう可能性がある。   However, in the technique of the above-mentioned Patent Document 1, since only the in-cylinder oxygen amount and the fuel injection amount are controlled, combustion is performed by effectively using substantially the entire amount of oxygen in the cylinder. There is no guarantee. Ideally, the equivalent ratio in each combustion field formed by each fuel injected from each injection hole of the injector (fuel injection valve) is set to “1”, and oxygen in the cylinder contributes to combustion without excess or deficiency. It is preferable. In other words, it is ideal that oxygen and fuel in the cylinder are contributed to combustion without leaving them. However, in the technique of Patent Document 1, only the in-cylinder oxygen amount and the fuel injection amount are controlled as described above, and the fuel distribution in the cylinder is not controlled. There is a possibility that a region where the spray does not exist exists as a relatively wide region in the cylinder. That is, the region where oxygen that does not contribute to combustion exists is generated as a relatively wide region, and as a result, the equivalent ratio in the combustion field becomes rich, and smoke may be generated due to oxygen shortage.

また、逆に、インジェクタの各噴孔から噴射された燃料噴霧が互いに重なり合ってしまう状況になると、その重なり合い領域においても当量比がリッチとなり酸素不足に起因してスモークが発生してしまう可能性がある。   Conversely, if the fuel sprays injected from the injection holes of the injector overlap each other, the equivalence ratio may be rich even in the overlapping region, and smoke may be generated due to lack of oxygen. is there.

なお、特許文献2には、内燃機関のトルク発生に寄与する主噴射(以下、「メイン噴射」と呼ぶ場合もある)と、このメイン噴射よりも前に燃料を噴射するパイロット噴射とを行う内燃機関において、スワール流の最適化によって、メイン噴射での燃料噴霧とパイロット噴射での燃料噴霧との間隔を規定する制御が開示されているが、メイン噴射で噴射された燃料の噴霧同士の間隔を適正化することに関しては未だ提案されていない。一般に、高負荷運転時におけるメイン噴射での噴射量はパイロット噴射での噴射量に比べて大幅に多い。このため、このメイン噴射の実行時において、燃料の噴霧が存在していない領域が筒内にあるか否か、また、このメイン噴射で噴射された燃料の噴霧同士が重なり合っているか否かは、スモークの発生を大きく左右するものとなる。従って、このメイン噴射で噴射された燃料の噴霧同士の間隔を適正化することは、要求されているエンジン出力を確保することとスモークの発生を抑制することとを両立させる上で極めて重要である。   Note that Patent Document 2 discloses an internal combustion engine that performs main injection (hereinafter sometimes referred to as “main injection”) that contributes to torque generation of the internal combustion engine and pilot injection that injects fuel before the main injection. In an engine, the control for defining the interval between the fuel spray in the main injection and the fuel spray in the pilot injection by optimizing the swirl flow is disclosed, but the interval between the fuel sprays injected in the main injection is disclosed. No proposal has yet been made regarding optimization. In general, the injection amount in the main injection during the high load operation is significantly larger than the injection amount in the pilot injection. For this reason, at the time of execution of the main injection, whether or not the region where the fuel spray does not exist is in the cylinder, and whether or not the fuel sprays injected in the main injection overlap. Smoke generation is greatly affected. Therefore, optimizing the interval between the fuel sprays injected in the main injection is extremely important for ensuring both the required engine output and suppressing the occurrence of smoke. .

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒内での燃焼において酸素および燃料の有効利用により、内燃機関の排気エミッションの改善および内燃機関の性能向上を図ることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to improve exhaust emission of an internal combustion engine and improve the performance of the internal combustion engine by effectively using oxygen and fuel in combustion in a cylinder. An object of the present invention is to provide a fuel injection control device for an internal combustion engine that can be realized.

−発明の概要−
前記の目的を達成するために講じられた本発明の概要は、主噴射(メイン噴射)を実行する場合において、隣り合う燃料噴霧同士の間隔を制御し、この間隔の適正化を図ることによって筒内の酸素および燃料それぞれを効果的に燃焼に寄与させることができるようにしている。
-Summary of invention-
The outline of the present invention taken in order to achieve the above-described object is that, when main injection (main injection) is executed, the interval between adjacent fuel sprays is controlled and the interval is optimized. Each of the oxygen and the fuel can be effectively contributed to combustion.

−解決手段−
具体的に、本発明は、スワール流が発生している筒内に向けて、燃料噴射弁の複数の噴孔から機関出力発生のための燃料噴射を行う圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、前記各噴孔から噴射されてスワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧のうち、スワール流れ方向下流側に位置する噴霧のスワール上流側側面位置と、スワール流れ方向上流側に位置する噴霧のスワール下流側側面位置との間隔を所定範囲内にするように、燃料噴射弁の燃料噴射条件、および、スワール流の速度のうち少なくとも一つを変更する構成としている。
-Solution-
Specifically, the present invention relates to fuel injection in a compression self-ignition internal combustion engine that performs fuel injection for generating engine output from a plurality of nozzle holes of a fuel injection valve toward a cylinder where a swirl flow is generated. The control device is assumed. Among the sprays injected from the respective nozzle holes and adjacent to each other in the swirl flow direction with respect to the fuel injection control device of the internal combustion engine, the swirl upstream side surface position of the spray located downstream in the swirl flow direction, and the swirl flow direction At least one of the fuel injection condition of the fuel injection valve and the speed of the swirl flow is changed so that the interval between the position of the spray located on the upstream side and the side surface on the downstream side of the swirl is within a predetermined range.

より具体的な解決手段としては、以下のものが挙げられる。まず、筒内のスワール速度を制御可能なスワールコントロールバルブを備え、燃料噴射弁の複数の噴孔から、筒内に向けて燃料噴射を行う圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、筒内状態算出手段、スワール速度算出手段、噴霧特性算出手段、壁面衝突時間算出手段、スワール下流側側面算出手段、スワール上流側側面算出手段、噴霧間隔算出手段、間隔判別手段、噴射条件補正手段、スワールコントロールバルブ開度補正手段を備えさせる。前記筒内状態算出手段は、機関運転状態から筒内密度を算出する。前記スワール速度算出手段は、機関運転状態からスワール速度を算出する。前記噴霧特性算出手段は、前記燃料噴射弁から噴射された噴霧のペネトレーション、噴霧角、および、噴射期間を算出する。前記壁面衝突時間算出手段は、前記スワール速度と噴霧特性から、噴霧が燃焼室内の壁面に衝突するまでの時間を算出する。前記スワール下流側側面算出手段は、前記噴霧におけるスワール下流側の側面位置を算出する。前記スワール上流側側面算出手段は、前記噴霧におけるスワール上流側の側面位置を算出する。前記噴霧間隔算出手段は、前記壁面衝突時間、スワール下流側側面位置、および、スワール上流側側面位置から、互いに隣り合う噴孔から噴射された噴霧同士のスワール流れ方向の間隔を算出する。前記間隔判別手段は、前記噴霧間隔が所定範囲内にあるか否かを判別する。前記噴射条件補正手段は、前記燃料噴射弁が噴霧を噴射するときの条件を補正する。前記スワールコントロールバルブ開度補正手段は、前記スワールコントロールバルブの開度を補正する。そして、前記噴霧間隔に基づき、前記燃料噴射弁が噴霧を噴射するときの噴射圧、噴射時期、最大噴射量、分割数、および、スワールコントロールバルブ開度のうち少なくとも一つを変更する構成としている。   More specific solutions include the following. First, it is assumed a fuel injection control device for a compression self-ignition internal combustion engine that has a swirl control valve that can control the swirl speed in the cylinder and injects fuel into the cylinder from a plurality of nozzle holes of the fuel injection valve And For the fuel injection control device of the internal combustion engine, in-cylinder state calculation means, swirl speed calculation means, spray characteristic calculation means, wall surface collision time calculation means, swirl downstream side face calculation means, swirl upstream side face calculation means, spray interval calculation Means, interval determination means, injection condition correction means, and swirl control valve opening correction means. The in-cylinder state calculating means calculates the in-cylinder density from the engine operating state. The swirl speed calculating means calculates a swirl speed from the engine operating state. The spray characteristic calculation means calculates the penetration, spray angle, and injection period of the spray injected from the fuel injection valve. The wall surface collision time calculating means calculates the time until the spray collides with the wall surface in the combustion chamber from the swirl speed and the spray characteristics. The swirl downstream side surface calculating means calculates a swirl downstream side surface position in the spray. The swirl upstream side surface calculating means calculates a swirl upstream side surface position in the spray. The spray interval calculation means calculates an interval in the swirl flow direction between sprays ejected from adjacent nozzle holes from the wall surface collision time, the swirl downstream side surface position, and the swirl upstream side surface position. The interval determining means determines whether or not the spray interval is within a predetermined range. The injection condition correcting means corrects a condition when the fuel injection valve injects spray. The swirl control valve opening correction means corrects the opening of the swirl control valve. Based on the spray interval, at least one of the injection pressure, the injection timing, the maximum injection amount, the number of divisions, and the swirl control valve opening when the fuel injection valve injects the spray is changed. .

これらの特定事項により、燃料噴射弁の各噴孔から噴射されてスワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧同士の間の間隔を、スモークの発生量を抑えることができる所定範囲内に調整することができる。このため、スワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧同士の間の間隔が大きいことで燃焼場での当量比がリッチになり酸素不足に起因してスモークが発生してしまうといったことがなくなる。また、スワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合って当量比がリッチになり酸素不足に起因してスモークが発生してしまうといったこともなくなる。特に、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、内燃機関の要求出力を得ながらもスモークの発生を回避することが可能になり、内燃機関の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。   By these specific matters, the interval between the sprays injected from the respective injection holes of the fuel injection valve and adjacent to each other in the swirl flow direction can be adjusted within a predetermined range in which the amount of smoke generated can be suppressed. . For this reason, since the space | interval between the sprays mutually adjacent | abutted in a swirl flow direction is large, the equivalence ratio in a combustion field becomes rich, and it does not occur that smoke generate | occur | produces due to oxygen shortage. In addition, the sprays adjacent to each other in the swirl flow direction partially overlap each other, so that the equivalence ratio becomes rich and smoke is not generated due to lack of oxygen. In particular, during high-load operation where the fuel injection amount increases, it is possible to avoid the generation of smoke while obtaining the required output of the internal combustion engine, and it is possible to improve both the performance of the internal combustion engine and the improvement of exhaust emission. .

前記燃料噴射弁の燃料噴射条件やスワール流の速度を変更する動作の実行条件としては以下のものが挙げられる。つまり、前記噴孔からの燃料噴射が開始されてからその燃料の噴霧がピストン頂面の凹陥部の壁面に衝突するまでの時間が、燃料噴射弁の燃料噴射期間以下である場合に、前記スワール上流側側面位置およびスワール下流側側面位置を求めて、これら側面位置同士の間隔を所定範囲内にするように、燃料噴射弁の燃料噴射条件、および、スワール流の速度のうち少なくとも一つを変更する構成としている。   The execution conditions of the operation for changing the fuel injection condition of the fuel injection valve and the speed of the swirl flow include the following. That is, when the time from the start of fuel injection from the nozzle hole until the spray of the fuel collides with the wall surface of the recessed portion of the piston top surface is less than the fuel injection period of the fuel injection valve, the swirl The upstream side surface position and the swirl downstream side surface position are obtained, and at least one of the fuel injection condition of the fuel injection valve and the speed of the swirl flow is changed so that the distance between the side surface positions is within a predetermined range. It is configured to do.

燃料の噴霧がピストン頂面の凹陥部の壁面に衝突するまでの時間が、燃料噴射弁の燃料噴射期間を超えている場合には、燃料の噴霧が前記凹陥部の壁面に衝突しない可能性があり、この場合にあっては、スワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧同士がその後に重なり合うか否かの判断が困難であり、前記スワール上流側側面位置、スワール下流側側面位置、これら側面位置同士の間隔を算出したとしても、これら値に誤差が含まれる可能性が高く、適正な燃料噴射条件の変更や、スワール流の速度の変更が行えない可能性がある。このため、前記噴孔からの燃料噴射が開始されてからその燃料の噴霧がピストン頂面の凹陥部の壁面に衝突するまでの時間が、燃料噴射弁の燃料噴射期間以下である場合に限り、スワール上流側側面位置、スワール下流側側面位置、これら側面位置同士の間隔を算出し、それに基づいて燃料噴射条件の変更や、スワール流の速度の変更を行うようにする。これにより、制御の信頼性を確保することができ、内燃機関の性能向上と排気エミッションの改善との両立といった効果を確実に奏することができる。   If the time until the fuel spray collides with the wall surface of the recess on the top surface of the piston exceeds the fuel injection period of the fuel injection valve, the fuel spray may not collide with the wall surface of the recess. In this case, it is difficult to determine whether or not the sprays adjacent to each other in the swirl flow direction overlap each other, and the swirl upstream side surface position, the swirl downstream side surface position, Even if the interval is calculated, there is a high possibility that these values include an error, and there is a possibility that an appropriate fuel injection condition change or swirl flow speed change cannot be performed. For this reason, only when the time from when the fuel injection from the injection hole is started until the spray of the fuel collides with the wall surface of the concave portion of the piston top surface is equal to or shorter than the fuel injection period of the fuel injection valve, The swirl upstream side surface position, the swirl downstream side surface position, and the interval between these side surface positions are calculated, and the fuel injection conditions are changed and the swirl flow speed is changed based on the calculated positions. As a result, the reliability of the control can be ensured, and the effect of improving both the performance of the internal combustion engine and the exhaust emission can be reliably achieved.

前記スワール下流側側面位置、スワール上流側側面位置および各側面位置同士の間隔それぞれの算出手法しては以下のものが挙げられる。   Examples of the calculation method of the swirl downstream side surface position, the swirl upstream side surface position, and the distance between the side surface positions include the following.

前記スワール下流側側面位置は下記の式(1)
θL=(1/2)×噴霧角+A×Vsw×timp …(1)
θL;スワール下流側側面位置
Vsw;スワール速度
timp;噴霧が燃焼室内の壁面に衝突するまでの時間
A;燃料噴霧のスワール流れ方向下流側に向けての拡散率
により算出し、
前記スワール上流側側面位置は下記の式(2)
θU=(1/2)×噴霧角 …(2)
θU;スワール上流側側面位置
により算出し、
前記各側面位置同士の間隔は下記の式(3)
θD=(360/噴孔数)−(θL+θU) …(3)
θD;各側面位置同士の間隔
により算出するようにしている。
The swirl downstream side surface position is expressed by the following formula (1)
θL = (1/2) × spray angle + A × Vsw × time (1)
θL: Swirl downstream side position Vsw; swirl speed tip; time until the spray collides with the wall surface in the combustion chamber A: calculated by the diffusion rate of fuel spray toward the downstream in the swirl flow direction,
The swirl upstream side surface position is expressed by the following equation (2)
θU = (1/2) × spray angle (2)
θU: Calculated based on the swirl upstream side surface position,
The interval between the side surface positions is expressed by the following equation (3).
θD = (360 / number of nozzle holes) − (θL + θU) (3)
θD: It is calculated by the interval between the side surface positions.

上記式(1)は、燃料噴射弁から噴射された燃料がスワール流によって筒内の周方向に流されることでスワール下流側側面位置が移動することや、燃料噴霧自身の拡散によってスワール下流側側面位置がスワール流れ方向下流側に向けて移動していくことを考慮したものとなっている。これにより、各側面位置同士の間隔を高い精度をもって算出することができる。   The above formula (1) indicates that the swirl downstream side surface position is moved by the fuel injected from the fuel injection valve flowing in the circumferential direction in the cylinder by the swirl flow, or the swirl downstream side surface by the diffusion of the fuel spray itself. It is considered that the position moves toward the downstream side in the swirl flow direction. Thereby, the space | interval of each side surface position is computable with high precision.

前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔を所定範囲内にするための具体的な制御としては以下のものが挙げられる。   Specific control for setting the interval between the swirl upstream side surface position and the swirl downstream side surface position within a predetermined range includes the following.

まず、燃料噴射弁の燃料噴射条件を変更するものにあっては、前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が所定値以上である場合に、燃料噴射弁からの燃料噴射圧を上昇させるようにしている。   First, in the case of changing the fuel injection condition of the fuel injection valve, when the interval between the swirl upstream side surface position and the swirl downstream side surface position is a predetermined value or more, the fuel injection pressure from the fuel injection valve To raise.

これにより、燃料噴射弁からの燃料噴射圧を上昇させることにともなって、燃料の噴霧角が大きくなり、スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が狭くなり、気筒内における燃料の分布を均等化することができる。その結果、気筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になって、スモークの発生を回避することが可能になる。   As a result, as the fuel injection pressure from the fuel injection valve increases, the spray angle of the fuel increases, the distance between the swirl upstream side surface position and the swirl downstream side surface position decreases, and the fuel in the cylinder Distribution can be equalized. As a result, oxygen in the cylinder can be contributed to combustion without excess or deficiency, and smoke can be avoided.

また、前記互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合っている場合に、燃料噴射弁からの燃料噴射を複数回に分割して実行するようにしている。   Further, when the sprays adjacent to each other partially overlap each other, the fuel injection from the fuel injection valve is divided into a plurality of times and executed.

これにより、燃料噴射(分割主噴射)1回当たりの燃料噴射量が減量されることになって燃料の噴霧角が小さくなり、噴霧同士の重なり合いが解消される。その結果、当量比がリッチになる領域が縮小され、スモークの発生を回避することが可能になる。   As a result, the fuel injection amount per fuel injection (split main injection) is reduced, the fuel spray angle is reduced, and the overlap of sprays is eliminated. As a result, the area where the equivalence ratio is rich is reduced, and it is possible to avoid the occurrence of smoke.

また、スワール流の速度を変更するものにあっては、前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が所定値以上である場合に、スワール流の速度を上昇させるようにしている。   In the case of changing the speed of the swirl flow, the speed of the swirl flow is increased when the distance between the swirl upstream side surface position and the swirl downstream side surface position is a predetermined value or more. .

また、前記互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合っている場合に、スワール流の速度を低下させるようにしている。   Further, when the sprays adjacent to each other partially overlap, the speed of the swirl flow is reduced.

これらのスワール流の速度の変更により、気筒内に噴射された燃料噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が変化する。具体的に、スワール流の速度を上昇させた場合には、気筒内に噴射された燃料噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が増大し、スワール下流側側面位置が、スワール流れ方向下流側に位置する噴霧のスワール上流側側面位置に近づくことになる。逆に、スワール流の速度を低下させた場合には、気筒内に噴射された噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が縮小し、前記スワール下流側側面位置が、スワール流れ方向上流側に向けて移動することになる。このようにしてスワール下流側側面位置を調整することによって気筒内における燃料の分布を均等化させることができ、気筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になって、スモークの発生を回避することができる。   By changing the speed of these swirl flows, the diffusion amount of the fuel spray injected into the cylinders downstream in the swirl flow direction changes. Specifically, when the speed of the swirl flow is increased, the diffusion amount of the fuel spray injected into the cylinder to the downstream side in the swirl flow direction increases, and the swirl downstream side surface position is located downstream of the swirl flow direction. The swirl upstream side surface position of the spray located at is approached. On the contrary, when the speed of the swirl flow is reduced, the amount of spray sprayed into the cylinder is reduced downstream in the swirl flow direction, and the side surface position on the downstream side of the swirl is located upstream in the swirl flow direction. Will move towards. By adjusting the position of the swirl downstream side surface in this way, the fuel distribution in the cylinder can be equalized, and oxygen in the cylinder can be contributed to combustion without excess and deficiency. Can be avoided.

本発明では、隣り合う燃料噴霧同士の間隔を制御し、この間隔の適正化を図っている。そのため、スモークの発生を抑制することができ、内燃機関の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。   In the present invention, the interval between adjacent fuel sprays is controlled to optimize the interval. Therefore, it is possible to suppress the generation of smoke, and it is possible to improve both the performance of the internal combustion engine and the exhaust emission.

実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the whole engine system composition concerning an embodiment. 気筒内における一部の領域(3つの噴孔の燃料噴射領域周辺)を示す模式図であって、メイン噴射が実行された際の各噴霧のキャビティ内での状態(スワール流によって移動した噴霧の状態)をキャビティ上方から見た図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a partial region in the cylinder (around the fuel injection region of the three injection holes), and the state of each spray in the cavity when the main injection is executed (the state of the spray moved by the swirl flow) It is the figure which looked at the state) from the cavity upper direction. 噴霧の壁面衝突時間と燃料の噴射期間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the spraying wall surface collision time and the fuel injection period. メイン噴射制御ルーチンを示す図である。It is a figure which shows the main injection control routine. キャビティ内での噴霧の分布の変化を示すキャビティ側方から見た図である。It is the figure seen from the cavity side which shows the change of the distribution of the spray in a cavity. 燃料の噴霧角の変化に対する噴霧間隔およびスモーク発生量それぞれの変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of each change of the spray space | interval and smoke generation amount with respect to the change of the spray angle of a fuel. 図7(a)は噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Thよりも大きい場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図7(b)は隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合った場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。FIG. 7A is a diagram showing a state of each spray in the cavity when the spray interval θD is larger than the spray interval allowable value Th, and FIG. 7B is a diagram in which adjacent sprays partially overlap each other. It is a figure which shows the state in the cavity of each spray in a case. 図8(a)は噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Thよりも大きい場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図8(b)は燃料の噴射圧力を増加させた場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing a state of each spray in the cavity when the spray interval θD is larger than the spray interval allowable value Th, and FIG. 8B is a diagram when the fuel injection pressure is increased. It is a figure which shows the state in the cavity of each spray. 図9(a)は隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合った場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図9(b)はメイン噴射を分割した場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。FIG. 9A is a diagram showing a state of each spray in the cavity when adjacent sprays partially overlap each other, and FIG. 9B is a diagram showing the inside of each spray cavity when the main injection is divided. It is a figure which shows the state in. 図10(a)は噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Thよりも大きい場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図10(b)はスワール速度を増加させた場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。FIG. 10A is a diagram showing a state of each spray in the cavity when the spray interval θD is larger than the spray interval allowable value Th, and FIG. 10B is a diagram showing each spray when the swirl speed is increased. It is a figure which shows the state in the cavity of. 図11(a)は隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合った場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図11(b)はスワール速度を低下させた場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。FIG. 11A is a diagram illustrating a state of each spray in the cavity when adjacent sprays partially overlap each other, and FIG. 11B is a cavity of each spray when the swirl speed is reduced. It is a figure which shows the state in the inside.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

−システムの全体構成−
図1は本発明の実施形態におけるエンジンシステムの全体構成を示す模式図である。この図1に示すように、このエンジンシステムは、内燃機関(エンジン)1を備えている。この内燃機関1は、4つの気筒2,2,…を備えている。これら気筒2,2,…の外側には、冷却水流路(ウォータジャケット)3が形成されており、この冷却水流路3には、冷却水の水温に応じた出力を発する水温センサ21が配設されている。
-Overall system configuration-
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an engine system in an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the engine system includes an internal combustion engine (engine) 1. The internal combustion engine 1 includes four cylinders 2, 2,. A cooling water flow path (water jacket) 3 is formed outside the cylinders 2, 2,..., And a water temperature sensor 21 that generates an output corresponding to the cooling water temperature is disposed in the cooling water flow path 3. Has been.

各気筒2,2,…内にはピストン(図1では図示省略)が配置され、各ピストンはコネクティングロッド4,4,…を介してクランクシャフト5に連結されている。このクランクシャフト5の近傍には、クランクシャフト5が所定角度だけ回転する度にパルス信号を発信するクランク角センサ22が配設されている。   A piston (not shown in FIG. 1) is arranged in each cylinder 2, 2,..., And each piston is connected to the crankshaft 5 via connecting rods 4, 4,. A crank angle sensor 22 that transmits a pulse signal every time the crankshaft 5 rotates by a predetermined angle is disposed in the vicinity of the crankshaft 5.

内燃機関1のシリンダヘッド(図示省略)には、各気筒2,2,…に対応して直噴式の燃料噴射弁(インジェクタ)6,6,…が取り付けられている。これら燃料噴射弁(燃料噴射装置)6,6,…は、気筒2内の中央上部に配設されていると共に、内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して気筒2内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。   A direct injection type fuel injection valve (injector) 6, 6,... Is attached to a cylinder head (not shown) of the internal combustion engine 1 corresponding to each cylinder 2, 2,. These fuel injection valves (fuel injection devices) 6, 6,... Are disposed at the center upper portion in the cylinder 2, and are provided with a piezoelectric element (piezo element) inside the cylinder 2. The piezo injector is configured to inject and supply fuel.

具体的に、燃料噴射弁6は、ケーシング内の先端部にノズルニードル(図示省略)が設けられており、このノズルニードルがケーシング内で進退移動可能な構成とされている。そして、ケーシングの先端部分には複数(例えば周方向に亘って等間隔に12個)の噴孔が形成されていて、ノズルニードルが前進位置にある状態では、このノズルニードルの先端部によって各噴孔が閉鎖される一方、ノズルニードルが後退移動(リフト)されると各噴孔が開放されて、このケーシング内と気筒2内との圧力差によって燃料噴射弁6から燃料が噴射される構成となっている。燃料噴射弁6は、内部にピエゾアクチュエータを備えており、EDU(Electrical Driving Unit)40を介してECU(Electronic Control Unit)30に接続されている。EDU40は、ECU30からの指令信号(噴射指令信号)に基づいて前記ピエゾアクチュエータのピエゾスタックの充電と放電とを実行する周知の駆動回路で構成されている。これにより、燃料噴射弁6のピエゾアクチュエータに対する通電を制御する(ピエゾスタックに対する電荷の付与速度を変更する)ことで、各噴孔の開閉を行う前記ノズルニードルのリフト速度を変更することが可能となっている。この燃料噴射弁6の燃料噴射制御の詳細については後述する。   Specifically, the fuel injection valve 6 is provided with a nozzle needle (not shown) at the tip of the casing, and the nozzle needle is configured to be movable back and forth within the casing. A plurality of nozzle holes (for example, twelve at equal intervals in the circumferential direction) are formed at the tip portion of the casing. When the nozzle needle is in the advanced position, each nozzle needle is ejected by the tip portion of the nozzle needle. While the hole is closed, each nozzle hole is opened when the nozzle needle is moved backward (lifted), and the fuel is injected from the fuel injection valve 6 by the pressure difference between the inside of the casing and the cylinder 2. It has become. The fuel injection valve 6 includes a piezoelectric actuator inside, and is connected to an ECU (Electronic Control Unit) 30 via an EDU (Electrical Driving Unit) 40. The EDU 40 includes a known drive circuit that performs charging and discharging of the piezo stack of the piezo actuator based on a command signal (injection command signal) from the ECU 30. Thereby, it is possible to change the lift speed of the nozzle needle that opens and closes each nozzle hole by controlling energization of the piezo actuator of the fuel injection valve 6 (changing the charge application speed to the piezo stack). It has become. Details of the fuel injection control of the fuel injection valve 6 will be described later.

前記シリンダヘッドには吸気マニホールド7およびスロットルバルブ8を含む吸気系、および、図示しない排気マニホールドおよび触媒装置を含む排気系が接続されている。そして、各気筒2,2,…に設けられた図示しない吸気バルブの開弁動作にともなって吸気系から気筒2内に空気が吸入され、圧縮行程において空気が圧縮された後、気筒2内に向けて前記燃料噴射弁6から燃料が噴射されることにより気筒2内での燃焼が行われる。具体的には、図5(ピストン50の一部を側方から見た断面図)に示すように、ピストン50の頂面中央部に形成されているキャビティ(凹陥部)51内に燃料が噴射されて、この燃料の燃焼が行われる。そして、この燃焼エネルギにより前記ピストン50が往復運動し、その往復運動がコネクティングロッド4によってクランクシャフト5の回転運動に変換されてエンジントルクが出力として得られることになる。また、図示しない排気バルブの開弁動作にともなって気筒2内から排出された排気ガスは、排気系に備えられた触媒装置によって浄化される。   An intake system including an intake manifold 7 and a throttle valve 8 and an exhaust system including an exhaust manifold and a catalyst device (not shown) are connected to the cylinder head. Then, air is sucked into the cylinder 2 from the intake system in accordance with the opening operation of an intake valve (not shown) provided in each cylinder 2, 2,... The fuel is injected from the fuel injection valve 6 to combust in the cylinder 2. Specifically, as shown in FIG. 5 (a cross-sectional view of a part of the piston 50 viewed from the side), fuel is injected into a cavity (concave portion) 51 formed in the center of the top surface of the piston 50. The fuel is burned. The combustion energy causes the piston 50 to reciprocate, and the reciprocating motion is converted into the rotational motion of the crankshaft 5 by the connecting rod 4 to obtain engine torque as an output. Further, the exhaust gas discharged from the cylinder 2 in accordance with the opening operation of an exhaust valve (not shown) is purified by a catalyst device provided in the exhaust system.

また、前記吸気系には、気筒2内でのスワール流(水平方向の旋回流)の速度を可変とするためのスワールコントロールバルブ(スワール速度可変機構)13が備えられている(図1を参照)。具体的に、吸気ポートとしては、ノーマルポートおよびスワールポートの2系統が各気筒2,2,…毎に備えられており、そのうちノーマルポートに、開度調整可能なバタフライバルブで成るスワールコントロールバルブ13が配置されている。このスワールコントロールバルブ13には図示しないアクチュエータが連繋されており、このアクチュエータの駆動によって調整されるスワールコントロールバルブ13の開度に応じてノーマルポートを通過する空気の流量が変更できるようになっている。そして、スワールコントロールバルブ13の開度が大きいほど、ノーマルポートから気筒2内に吸入される空気量が増加する。このため、スワールポートにより発生したスワールは相対的に弱まり、気筒2内は低スワール(スワール速度が低い状態)となる。逆に、スワールコントロールバルブ13の開度が小さいほど、ノーマルポートから気筒2内に吸入される空気量が減少する。このため、スワールポートにより発生したスワールは相対的に強められ、気筒2内は高スワール(スワール速度が高い状態)となる。   Further, the intake system is provided with a swirl control valve (swirl speed variable mechanism) 13 for making the speed of the swirl flow (horizontal swirl flow) in the cylinder 2 variable (see FIG. 1). ). Specifically, as the intake port, two systems of a normal port and a swirl port are provided for each cylinder 2, 2,..., Of which a swirl control valve 13 comprising a butterfly valve whose opening degree can be adjusted is provided in the normal port. Is arranged. An actuator (not shown) is connected to the swirl control valve 13 so that the flow rate of air passing through the normal port can be changed according to the opening of the swirl control valve 13 adjusted by driving the actuator. . As the opening degree of the swirl control valve 13 increases, the amount of air taken into the cylinder 2 from the normal port increases. For this reason, the swirl generated by the swirl port becomes relatively weak, and the inside of the cylinder 2 becomes a low swirl (a state where the swirl speed is low). Conversely, the smaller the opening of the swirl control valve 13, the smaller the amount of air drawn into the cylinder 2 from the normal port. For this reason, the swirl generated by the swirl port is relatively strengthened, and the inside of the cylinder 2 becomes a high swirl (state where the swirl speed is high).

また、前記各燃料噴射弁6,6,…は、それぞれ燃料蓄圧容器としてのコモンレール9に接続されている。このコモンレール9には、その内圧(燃料圧力)を検出するコモンレール圧センサ23が取り付けられている。コモンレール9には燃料配管10を介して昇圧ポンプ11が接続され、この昇圧ポンプ11の吸入側には燃料タンク12が接続されている。つまり、燃料タンク12内の燃料が昇圧ポンプ11により昇圧されてコモンレール9に供給される構成となっている。この供給された高圧燃料はコモンレール9から各燃料噴射弁6,6,…に分配される。   Further, each of the fuel injection valves 6, 6,... Is connected to a common rail 9 as a fuel pressure accumulating container. A common rail pressure sensor 23 for detecting the internal pressure (fuel pressure) is attached to the common rail 9. A booster pump 11 is connected to the common rail 9 via a fuel pipe 10, and a fuel tank 12 is connected to the suction side of the booster pump 11. That is, the fuel in the fuel tank 12 is boosted by the booster pump 11 and supplied to the common rail 9. The supplied high-pressure fuel is distributed from the common rail 9 to the fuel injection valves 6, 6,.

前記ECU30は、前記水温センサ21、クランク角センサ22、コモンレール圧センサ23に電気的に接続されている。また、その他、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ24、吸気系に備えられて吸入空気量を検出するエアフローメータ25、吸気圧を検出する吸気圧センサ26もECU30に電気的に接続されている。そして、これらセンサ21〜26からの出力がECU30に入力されるようになっている。また、ECU30は、例えば、燃料噴射弁6、昇圧ポンプ11、スワールコントロールバルブ13等に電気的に接続され(燃料噴射弁6に対しては前記EDU40を介して接続され、スワールコントロールバルブ13に対してはスワールコントロールバルブ開度補正手段であるドライバ41がスワールコントロールバルブ13のアクチュエータ(図示省略)に接続され)、必要な制御信号(指令信号)を出力することで、これら機器を制御する。   The ECU 30 is electrically connected to the water temperature sensor 21, crank angle sensor 22, and common rail pressure sensor 23. In addition, an accelerator opening sensor 24 that detects the amount of depression of the accelerator pedal by the driver, an air flow meter 25 that is provided in the intake system and detects the intake air amount, and an intake pressure sensor 26 that detects the intake pressure are also electrically connected to the ECU 30. Connected. And the output from these sensors 21-26 is input into ECU30. The ECU 30 is electrically connected to, for example, the fuel injection valve 6, the booster pump 11, the swirl control valve 13, etc. (the fuel injection valve 6 is connected via the EDU 40 and is connected to the swirl control valve 13). The driver 41, which is a swirl control valve opening correction means, is connected to an actuator (not shown) of the swirl control valve 13) and outputs necessary control signals (command signals) to control these devices.

具体的に、ECU30は、昇圧ポンプ11に制御信号を発することで、燃料タンク12からコモンレール9に供給される燃料の圧力を制御する。また、スワールコントロールバルブ13の開度を制御することで、上述した如くスワール速度を調整する。また、燃料噴射弁6に向けて制御信号(噴射指令信号)を発することで、燃料噴射弁6の燃料噴射制御を行う。   Specifically, the ECU 30 controls the pressure of the fuel supplied from the fuel tank 12 to the common rail 9 by issuing a control signal to the booster pump 11. Further, the swirl speed is adjusted as described above by controlling the opening degree of the swirl control valve 13. Further, the fuel injection control of the fuel injection valve 6 is performed by issuing a control signal (injection command signal) toward the fuel injection valve 6.

前記燃料噴射弁6からの燃料噴射としては、プレ噴射(副噴射)とメイン噴射(主噴射)とが実行可能である。プレ噴射は、メイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このプレ噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作である。   As fuel injection from the fuel injection valve 6, pre-injection (sub-injection) and main injection (main injection) can be executed. Pre-injection is an operation for injecting a small amount of fuel in advance prior to main injection. The pre-injection is an injection operation for suppressing the ignition delay of fuel due to the main injection and leading to stable diffusion combustion.

前記メイン噴射は、内燃機関1のトルク発生のための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数、アクセル操作量(アクセル開度)、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数(前記クランク角センサ22の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数)が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度センサ24により検出されるアクセルペダルの踏み込み量)が大きいほど(アクセル開度が大きいほど)内燃機関1のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。   The main injection is an injection operation (torque generating fuel supply operation) for generating torque of the internal combustion engine 1. The injection amount in the main injection is basically determined so as to obtain the required torque according to the operating state such as the engine speed, the accelerator operation amount (accelerator opening), the coolant temperature, the intake air temperature, and the like. . For example, the higher the engine speed (the engine speed calculated based on the detection value of the crank angle sensor 22), the more the accelerator operation amount (the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 24). The larger the value (the larger the accelerator opening), the higher the required torque value of the internal combustion engine 1, and the larger the fuel injection amount in the main injection.

なお、上述したプレ噴射およびメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。アフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。具体的には、供給された燃料の燃焼エネルギが内燃機関1のトルクに変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射は実行される。また、ポスト噴射は、排気系に燃料を直接的に導入して前記触媒装置の昇温を図るための噴射動作である。   In addition to the above-described pre-injection and main injection, after-injection and post-injection are performed as necessary. After injection is an injection operation for increasing the exhaust gas temperature. Specifically, after injection is executed at a timing at which most of the combustion energy of the supplied fuel is obtained as thermal energy of the exhaust gas without being converted into torque of the internal combustion engine 1. Further, the post injection is an injection operation for directly introducing fuel into the exhaust system to increase the temperature of the catalyst device.

また、燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール9の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール9から燃料噴射弁6へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、基本的には、機関負荷(エンジン負荷)が高くなるほど、および、機関回転数(エンジン回転数)が高くなるほど高いものとされる。つまり、前記ECU30は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、昇圧ポンプ11の燃料吐出量を調量する。   Further, the fuel injection pressure at the time of executing the fuel injection is determined by the internal pressure of the common rail 9. As the common rail internal pressure, generally, the target value of the fuel pressure supplied from the common rail 9 to the fuel injection valve 6, that is, the target rail pressure, basically becomes higher as the engine load (engine load) becomes higher and the engine speed. The higher the (engine speed), the higher. That is, the ECU 30 adjusts the fuel discharge amount of the booster pump 11 so that the common rail pressure becomes equal to the target rail pressure set based on the engine operating state, that is, the fuel injection pressure matches the target injection pressure. To measure.

−制御システムの構成−
本実施形態の特徴とする構成として、前記ECU30は、その内部に、メモリ31、筒内状態算出手段32、スワール速度算出手段33、噴霧特性算出手段34、壁面衝突時間算出手段35、スワール下流側側面算出手段36、スワール上流側側面算出手段37、噴霧間隔算出手段38、間隔判別手段39、スワールコントロールバルブ開度補正手段(前記ドライバ)41を備えている。また、前記ECU30は、噴射条件補正手段としての前記EDU40に対して噴射指令信号を出力する。
-Control system configuration-
As a characteristic configuration of the present embodiment, the ECU 30 includes therein a memory 31, an in-cylinder state calculation unit 32, a swirl speed calculation unit 33, a spray characteristic calculation unit 34, a wall surface collision time calculation unit 35, and a swirl downstream side. A side face calculating means 36, a swirl upstream side face calculating means 37, a spray interval calculating means 38, an interval determining means 39, and a swirl control valve opening correcting means (the driver) 41 are provided. Further, the ECU 30 outputs an injection command signal to the EDU 40 as the injection condition correction means.

以下、各手段の機能について図2を参照しながら説明する。この図2は、気筒2内における一部の領域(3つの噴孔の燃料噴射領域周辺)を示す模式図であって、メイン噴射が実行された際の各噴霧のキャビティ51内での状態(スワール流によって移動した噴霧の状態)をキャビティ51上方から見た図である。なお、この図2では、各噴霧同士が部分的に重なり合っている状態を示している。   Hereinafter, the function of each means will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a part of the area in the cylinder 2 (around the fuel injection area of the three injection holes), and the state of each spray in the cavity 51 when the main injection is executed ( It is the figure which looked at the state of the spray which moved by the swirl flow) from the cavity 51 upper direction. FIG. 2 shows a state in which the sprays partially overlap each other.

筒内状態算出手段32は、前記クランク角センサ22からのパルス信号、前記水温センサ21からの冷却水温検知信号、前記アクセル開度センサ24からのアクセル開度信号、前記エアフローメータ25からの吸入空気量検知信号などの内燃機関1の運転状態に関する信号を読み込み、気筒2内の状態(筒内密度、吸入空気量など)を算出する。例えば、水温センサ21からの冷却水温検知信号に基づいて筒内に流入される空気の密度を算出し、クランク角センサ22からのパルス信号に基づいて算出されるエンジン回転数とアクセル開度センサ24によって検出されるアクセル開度とから燃料噴射量を算出し、これら空気密度および燃料噴射量から筒内密度を算出する。筒内密度の算出手法はこれに限定されるものではなく、例えば、前記各センサの出力信号と筒内密度との関係を予め実験やシミュレーションによって規定したマップを前記ECU30のROMに記憶させておき、このマップから筒内密度を求めるようにしてもよい。   The in-cylinder state calculation means 32 includes a pulse signal from the crank angle sensor 22, a cooling water temperature detection signal from the water temperature sensor 21, an accelerator opening signal from the accelerator opening sensor 24, and intake air from the air flow meter 25. A signal relating to the operating state of the internal combustion engine 1 such as an amount detection signal is read, and the state in the cylinder 2 (in-cylinder density, intake air amount, etc.) is calculated. For example, the density of air flowing into the cylinder is calculated based on the coolant temperature detection signal from the water temperature sensor 21, and the engine speed and the accelerator opening sensor 24 calculated based on the pulse signal from the crank angle sensor 22. The fuel injection amount is calculated from the accelerator opening detected by the above, and the in-cylinder density is calculated from the air density and the fuel injection amount. The method for calculating the in-cylinder density is not limited to this. For example, a map in which the relationship between the output signal of each sensor and the in-cylinder density is defined in advance by experiment or simulation is stored in the ROM of the ECU 30. The in-cylinder density may be obtained from this map.

スワール速度算出手段33は、前記クランク角センサ22からのパルス信号に基づいて算出されたエンジン回転数、および、前記エアフローメータ25により検出された吸入空気量などから気筒2内におけるスワール速度Vswを算出する。このスワール速度Vswの算出は、前記ECU30のROMに記憶され前記エンジン回転数および吸入空気量をパラメータとする演算式により行われる。また、前記各センサの出力信号とスワール速度Vswとの関係を予め実験やシミュレーションによって規定したマップを前記ECU30のROMに記憶させておき、このマップからスワール速度Vswを求めるようにしてもよい。   The swirl speed calculation means 33 calculates the swirl speed Vsw in the cylinder 2 from the engine speed calculated based on the pulse signal from the crank angle sensor 22 and the intake air amount detected by the air flow meter 25. To do. The swirl speed Vsw is calculated by an arithmetic expression stored in the ROM of the ECU 30 and using the engine speed and the intake air amount as parameters. Further, a map in which the relationship between the output signal of each sensor and the swirl speed Vsw is defined in advance by experiment or simulation may be stored in the ROM of the ECU 30, and the swirl speed Vsw may be obtained from this map.

噴霧特性算出手段34は、燃料噴射の初期値(複数のメイン噴射(分割メイン噴射)を実行する場合はそれぞれの噴射の初期値)、および、前記筒内状態算出手段32によって算出された気筒2内の状態(筒内密度、吸入空気量など)から、ペネトレーション(噴霧の貫徹力)、燃料の噴霧角、噴射期間を算出する。前記燃料噴射の初期値としては、前記コモンレール圧センサ23によって検出される燃料圧力(燃料噴射圧力に相当)、燃料噴射量などである。この燃料噴射量は前記ECU30からEDU40に出力される指令信号(噴射指令信号)に基づいて認識される。前記ペネトレーションおよび噴霧角は、前記燃料噴射圧力が高いほど大きくなる。噴射期間は、燃料噴射量と燃料噴射圧力とから求められ、目標とする燃料噴射量が得られる期間として算出される。なお、前記噴霧角の算出手法としては、周知の演算式(例えば「廣安の式」)を利用するようにしてもよい。また、予め実験やシミュレーション等によってメイン噴射の噴射形態(ノズルニードルのリフト速度や噴射圧や噴射量など)と噴霧角との関係をマップ化した噴霧角マップを前記ECU30のROMに記憶させておき、この噴霧角マップから噴霧角を求めるようにしてもよい。   The spray characteristic calculation means 34 is an initial value of fuel injection (when performing a plurality of main injections (split main injection), the initial value of each injection), and the cylinder 2 calculated by the in-cylinder state calculation means 32. Penetration (spray penetration force), fuel spray angle, and injection period are calculated from the internal state (in-cylinder density, intake air amount, etc.). The initial value of the fuel injection includes a fuel pressure (corresponding to the fuel injection pressure) detected by the common rail pressure sensor 23, a fuel injection amount, and the like. This fuel injection amount is recognized based on a command signal (injection command signal) output from the ECU 30 to the EDU 40. The penetration and spray angle increase as the fuel injection pressure increases. The injection period is obtained from the fuel injection amount and the fuel injection pressure, and is calculated as a period during which a target fuel injection amount is obtained. In addition, as a calculation method of the spray angle, a well-known arithmetic expression (for example, “Huan's formula”) may be used. Further, a spray angle map obtained by mapping the relationship between the spray form of the main injection mode (the nozzle needle lift speed, the injection pressure, the injection amount, etc.) and the spray angle is stored in the ROM of the ECU 30 beforehand. The spray angle may be obtained from this spray angle map.

壁面衝突時間算出手段35は、前記噴霧特性算出手段34によって算出されたペネトレーションおよび前記噴射期間から壁面衝突時間を算出する。この壁面衝突時間は、燃料噴射の開始から、その燃料噴霧が壁面(ピストン50の頂面に形成された前記凹部(キャビティ51)の壁面52)に到達するまでの時間である。このため、燃料噴霧がキャビティ壁面52に到達しない場合には、壁面衝突時間が噴射期間に対して十分に長いとされる。   The wall surface collision time calculating unit 35 calculates the wall surface collision time from the penetration calculated by the spray characteristic calculating unit 34 and the injection period. The wall surface collision time is the time from the start of fuel injection until the fuel spray reaches the wall surface (the wall surface 52 of the recess (cavity 51) formed on the top surface of the piston 50). For this reason, when the fuel spray does not reach the cavity wall surface 52, the wall surface collision time is sufficiently long with respect to the injection period.

図3は、この壁面衝突時間と燃料の噴射期間との関係を示している。図中におけるメイン噴射噴霧先端位置を示す波形のうち実線は、壁面衝突時間が燃料噴射期間よりも短い場合を示している。つまり、燃料噴射期間中(未だ燃料噴射弁6からの燃料噴射が終了していないタイミング)において、燃料噴霧の一部がキャビティ壁面52に衝突した場合である。この場合、キャビティ壁面52に衝突した燃料噴霧は、その後、燃料噴射弁6側に向けて反転されることになる(図中において、メイン噴射噴霧先端位置がキャビティ壁面52に到達した後、短くなっていることを参照)。   FIG. 3 shows the relationship between the wall surface collision time and the fuel injection period. The solid line in the waveform indicating the main injection spray tip position in the figure shows the case where the wall surface collision time is shorter than the fuel injection period. That is, this is a case where part of the fuel spray collides with the cavity wall surface 52 during the fuel injection period (timing at which fuel injection from the fuel injection valve 6 has not yet ended). In this case, the fuel spray colliding with the cavity wall surface 52 is then reversed toward the fuel injection valve 6 side (in the drawing, the position becomes shorter after the main injection spray tip position reaches the cavity wall surface 52). See).

また、図中に一点鎖線で示すメイン噴射噴霧先端位置の波形は、壁面衝突時間が燃料噴射期間よりも長い場合を示している。つまり、燃料噴射期間が終了しても燃料噴霧がキャビティ壁面52に到達していない場合である。   In addition, the waveform of the main injection spray tip position indicated by the alternate long and short dash line in the figure indicates a case where the wall surface collision time is longer than the fuel injection period. That is, the fuel spray does not reach the cavity wall surface 52 even when the fuel injection period ends.

スワール下流側側面算出手段36は、前記壁面衝突時間が噴射時間よりも短い場合(燃料噴射期間中に燃料噴霧の一部がキャビティ壁面52に衝突した場合)に、噴霧角(前記噴霧特性算出手段34によって算出された噴霧角)、および、スワール速度Vsw(前記スワール速度算出手段33によって算出されたスワール速度)を利用してスワール下流側側面位置θLを算出する。このスワール下流側側面位置θLは、図2に示すように、噴孔から噴射された燃料の軸心(図中に一点鎖線で示し、スワール流によって流される前の軸心;噴孔の中心軸に略一致)から、スワール流れ方向下流側の噴霧側面までの角度として与えられるものであり、以下の式(1)により算出される。   The swirl downstream side surface calculation means 36 determines the spray angle (the spray characteristic calculation means when the wall surface collision time is shorter than the injection time (when a part of the fuel spray collides with the cavity wall surface 52 during the fuel injection period). 34) and the swirl speed Vsw (the swirl speed calculated by the swirl speed calculating means 33) are used to calculate the swirl downstream side surface position θL. As shown in FIG. 2, the swirl downstream side surface position θL is the axis of the fuel injected from the nozzle hole (indicated by the alternate long and short dash line in the figure, the axis before flowing by the swirl flow; the central axis of the nozzle hole To the spray side surface on the downstream side in the swirl flow direction, and is calculated by the following equation (1).

θL=(1/2)×噴霧角+A×Vsw×timp …(1)
ここで、timpは壁面衝突時間であり、Aは燃料噴霧のスワール流れ方向下流側に向けての拡散率であって、例えば「1.1」である。この拡散率の値はこれに限定されるものではなく、実験やシミュレーションによって求められる。
θL = (1/2) × spray angle + A × Vsw × time (1)
Here, “timp” is a wall surface collision time, and “A” is a diffusivity of the fuel spray toward the downstream side in the swirl flow direction, for example “1.1”. The value of the diffusivity is not limited to this, and can be obtained by experiments and simulations.

燃料噴射弁6から噴射された燃料は前記スワール流によって気筒2内の周方向に流されることでスワール下流側側面位置θLが移動(スワール流れ方向下流側に向けて移動)していく。また、この燃料噴霧は、それ自身の拡散によってもスワール下流側側面位置θLがスワール流れ方向下流側に向けて移動していく。前記式(1)は、これらを考慮してスワール下流側側面位置θLを算出するものとなっている。   The fuel injected from the fuel injection valve 6 is caused to flow in the circumferential direction in the cylinder 2 by the swirl flow, so that the swirl downstream side surface position θL moves (moves toward the downstream in the swirl flow direction). In addition, in the fuel spray, the swirl downstream side surface position θL moves toward the downstream side in the swirl flow direction also by diffusion of itself. The equation (1) calculates the swirl downstream side surface position θL in consideration of these.

スワール上流側側面算出手段37は、前記壁面衝突時間が噴射時間よりも短い場合(燃料噴射期間中に燃料噴霧の一部がキャビティ壁面52に衝突した場合)に、噴霧角(前記噴霧特性算出手段34によって算出された噴霧角)から、スワール上流側側面位置θUを算出する。このスワール上流側側面位置θUは、図2に示すように、噴孔から噴射された燃料の軸心(スワール流によって流される前の軸心;噴孔の中心軸に略一致)から、スワール流れ方向上流側の噴霧側面までの角度として与えられるものであり、以下の式(2)により算出される。   The swirl upstream side surface calculation means 37 determines the spray angle (the spray characteristic calculation means when the wall surface collision time is shorter than the injection time (when a part of the fuel spray collides with the cavity wall surface 52 during the fuel injection period). The swirl upstream side surface position θU is calculated from the spray angle calculated by 34. As shown in FIG. 2, the swirl upstream side surface position θU is determined by the swirl flow from the axial center of the fuel injected from the nozzle hole (axial center before flowing by the swirl flow; substantially coincides with the central axis of the nozzle hole). It is given as an angle to the spray side surface upstream in the direction, and is calculated by the following equation (2).

θU=(1/2)×噴霧角 …(2)
このスワール上流側側面位置θUの算出式(2)においてスワール速度Vswや燃料噴霧の拡散率の項を有していない理由は、上述した如く、スワール上流側側面位置θUの計算は、壁面衝突時間が噴射時間よりも短い場合(燃料噴射期間中に燃料の一部がキャビティ壁面52に衝突する状況である場合)に行われ、この計算の開始時には、燃料噴射弁6からの燃料噴射が未だ継続しており、スワールの影響を受けて周方向に流される前の噴霧で且つ未だ拡散が生じていない噴霧が存在しているからである。つまり、このスワール上流側側面位置θUは噴霧角のみによって一義的に決定されるものである。
θU = (1/2) × spray angle (2)
In the calculation formula (2) for the swirl upstream side surface position θU, the reason why the swirl velocity Vsw and the fuel spray diffusivity are not included is as follows. Is shorter than the injection time (when a part of the fuel collides with the cavity wall surface 52 during the fuel injection period), the fuel injection from the fuel injection valve 6 is still continued at the start of this calculation. This is because there is a spray that has not yet been diffused and is sprayed in the circumferential direction under the influence of a swirl. That is, the swirl upstream side surface position θU is uniquely determined only by the spray angle.

噴霧間隔算出手段38は、前記スワール下流側側面位置θLおよびスワール上流側側面位置θUを利用して噴霧間隔θDを算出する。この噴霧間隔θDは、互いに隣り合う噴霧同士の間隔(気筒2内の周方向の間隔;スワール流れ方向上流側に位置する噴霧のスワール下流側側面位置θLと、そのスワール流れ方向下流側で隣り合う噴霧のスワール上流側側面位置θUとの間隔)である。互いに隣り合う噴霧同士が重なり合っておらず、この両者間に隙間が生じている場合には、この噴霧間隔θDは正の値となる。また、互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なっている場合には、この噴霧間隔θDは負の値となる(図2に示す状態を参照)。   The spray interval calculation means 38 calculates the spray interval θD using the swirl downstream side surface position θL and the swirl upstream side surface position θU. The spray interval θD is adjacent to the sprays adjacent to each other (circumferential interval in the cylinder 2; the swirl downstream side surface position θL of the spray located upstream in the swirl flow direction and the downstream in the swirl flow direction. The distance from the swirl upstream side surface position θU of the spray). When the sprays adjacent to each other do not overlap and there is a gap between them, the spray interval θD is a positive value. When the sprays adjacent to each other partially overlap, the spray interval θD is a negative value (see the state shown in FIG. 2).

この噴霧間隔θDは以下の式(3)により算出される。   This spray interval θD is calculated by the following equation (3).

θD=(360/噴孔数)−(θL+θU) …(3)
間隔判別手段39は、前記噴霧間隔算出手段38によって算出された噴霧間隔θDが適正な範囲内にあるか否かを判別する。この適正な範囲としては、隣り合う噴霧同士が重なり合っておらず且つ隙間も生じていない値(噴霧間隔θD=0)から、隣り合う噴霧同士の隙間が所定の酸素利用率以上を確保できるようになっている値(噴霧間隔θD≦Th)の範囲となっている。以下、このThを「噴霧間隔許容最大値」ということとする。この噴霧間隔許容最大値Thは、予め実験やシミュレーションなどによって設定され、燃料の燃焼時におけるスモーク発生量が所定の規制量未満に抑えられる値として設定される。
θD = (360 / number of nozzle holes) − (θL + θU) (3)
The interval discriminating means 39 discriminates whether or not the spray interval θD calculated by the spray interval calculating means 38 is within an appropriate range. As an appropriate range, from the value (spray interval θD = 0) in which adjacent sprays do not overlap with each other and no gap is generated, the gap between adjacent sprays can ensure a predetermined oxygen utilization rate or more. The value is within the range (spraying interval θD ≦ Th). Hereinafter, this Th is referred to as “a spray interval allowable maximum value”. This allowable spray interval maximum value Th is set in advance through experiments, simulations, and the like, and is set as a value that suppresses the amount of smoke generated during fuel combustion to less than a predetermined regulated amount.

噴射条件補正手段(EDU)40は、前記噴霧間隔θDが適正でない場合に、燃料噴射条件を変更する。具体的には、燃料の噴射圧力や燃料の噴射形態を制御することによって、噴霧間隔θDを所定範囲内(0≦θD≦Th)に調整する。具体的な制御動作については後述する。   The injection condition correction means (EDU) 40 changes the fuel injection condition when the spray interval θD is not appropriate. Specifically, the spray interval θD is adjusted within a predetermined range (0 ≦ θD ≦ Th) by controlling the fuel injection pressure and the fuel injection mode. Specific control operations will be described later.

スワールコントロールバルブ開度補正手段41は、前記噴霧間隔θDが適正でない場合に、スワールコントロールバルブ13の開度を変更する。具体的には、スワールコントロールバルブ13の開度の変更によって、スワール速度Vswを制御し、これによって噴霧間隔θDを所定範囲内(0≦θD≦Th)に調整する。具体的な制御動作については後述する。   The swirl control valve opening correction means 41 changes the opening of the swirl control valve 13 when the spray interval θD is not appropriate. Specifically, the swirl speed Vsw is controlled by changing the opening degree of the swirl control valve 13, thereby adjusting the spraying interval θD within a predetermined range (0 ≦ θD ≦ Th). Specific control operations will be described later.

−メイン噴射制御動作−
次に、上述の如く構成されたエンジンシステムにおけるメイン噴射制御動作について具体的に説明する。図4は、本実施形態におけるメイン噴射制御動作の手順を示すフローチャート(メイン噴射制御ルーチン)である。このフローチャートは、内燃機関1の始動後、所定時間毎、または、燃料噴射弁6からの燃料噴射(メイン噴射)が行われる毎に繰り返し実行される。
−Main injection control operation−
Next, the main injection control operation in the engine system configured as described above will be specifically described. FIG. 4 is a flowchart (main injection control routine) showing the procedure of the main injection control operation in the present embodiment. This flowchart is repeatedly executed every predetermined time after the internal combustion engine 1 is started or every time fuel injection from the fuel injection valve 6 (main injection) is performed.

まず、ステップST1において、現在の内燃機関1の運転状態を読み込む。具体的には、前記水温センサ21からの冷却水温検知信号、前記クランク角センサ22からのパルス信号、前記アクセル開度センサ24からのアクセル開度信号、前記エアフローメータ25からの吸入空気量検知信号などの内燃機関1の運転状態に関する信号を読み込む。   First, in step ST1, the current operating state of the internal combustion engine 1 is read. Specifically, the coolant temperature detection signal from the water temperature sensor 21, the pulse signal from the crank angle sensor 22, the accelerator opening signal from the accelerator opening sensor 24, and the intake air amount detection signal from the air flow meter 25. A signal relating to the operating state of the internal combustion engine 1 such as is read.

そして、ステップST2において、これら読み込んだ内燃機関1の運転状態から、気筒2内の状態(筒内密度、吸入空気量など)を算出する(前記筒内状態算出手段32における上述した筒内状態算出動作)。   In step ST2, the state (cylinder density, intake air amount, etc.) in the cylinder 2 is calculated from the read operating state of the internal combustion engine 1 (in-cylinder state calculation in the in-cylinder state calculation means 32 described above). Operation).

次に、ステップST3に移り、前記クランク角センサ22からのパルス信号に基づいて算出された内燃機関1の回転数、および、前記エアフローメータ25により検出された吸入空気量などから気筒2内におけるスワール速度Vswを算出する(前記スワール速度算出手段33における上述したスワール速度算出動作)。   Next, the process proceeds to step ST3, where the swirl in the cylinder 2 is determined from the rotational speed of the internal combustion engine 1 calculated based on the pulse signal from the crank angle sensor 22 and the intake air amount detected by the air flow meter 25. The speed Vsw is calculated (the above-described swirl speed calculating operation in the swirl speed calculating means 33).

次に、ステップST4に移り、燃料噴射の初期値(複数のメイン噴射(分割メイン噴射)を実行する場合はそれぞれの噴射の初期値)を読み込む。   Next, the process proceeds to step ST4, and an initial value of fuel injection (in the case of performing a plurality of main injections (divided main injection), the initial value of each injection) is read.

そして、ステップST5において、この読み込んだ燃料噴射の初期値、および、前記ステップST2で算出された気筒2内の状態から、ペネトレーション(噴霧の貫徹力)、燃料の噴霧角、噴射期間を算出する(前記噴霧特性算出手段34における上述した噴霧特性算出動作)。   Then, in step ST5, penetration (spray penetration force), fuel spray angle, and injection period are calculated from the read initial value of the fuel injection and the state in the cylinder 2 calculated in step ST2. The above-described spray characteristic calculation operation in the spray characteristic calculation means 34).

ステップST6では、前記ステップST5で算出したペネトレーション、および、燃料の噴射期間から壁面衝突時間timpを算出する(前記壁面衝突時間算出手段35における上述した壁面衝突時間算出動作)。   In step ST6, the wall collision time timp is calculated from the penetration calculated in step ST5 and the fuel injection period (the above-described wall collision time calculation operation in the wall collision time calculation means 35).

ステップST7では、前記ステップST6で算出した壁面衝突時間timpと、前記ステップST4で算出した噴射期間とを比較する。具体的には、前記壁面衝突時間timpが噴射期間以下であるか否か、つまり、燃料噴射弁6からの燃料噴射動作が終了した時点または終了するまでに、その燃料の噴霧がキャビティ壁面52に衝突する(燃料噴霧の先端位置がキャビティ壁面52に達する)状況であるか否かを判定する。   In step ST7, the wall surface collision time timp calculated in step ST6 is compared with the injection period calculated in step ST4. Specifically, whether or not the wall surface collision time timp is equal to or shorter than the injection period, that is, when the fuel injection operation from the fuel injection valve 6 is completed or before the fuel spray is applied to the cavity wall surface 52. It is determined whether or not the collision occurs (the tip position of the fuel spray reaches the cavity wall surface 52).

前記壁面衝突時間timpが噴射期間を超えており、ステップST7でNO判定された場合には、燃料噴霧がキャビティ壁面52に衝突する状況にはないため、前記噴射条件の補正およびスワールコントロールバルブ13の開度補正をともに実行することなくリターンされる。これは、燃料噴霧がキャビティ壁面52に衝突する状況にない場合にあっては、隣り合う噴霧同士がその後に重なり合うか否かの判断が困難であり、前記スワール下流側側面位置θL、スワール上流側側面位置θUおよび噴霧間隔θDを算出したとしても、これら値に誤差が含まれる可能性が高く、適正な噴射条件の補正やスワールコントロールバルブ13の開度補正を行うことができない可能性があるためである。   When the wall surface collision time timp exceeds the injection period and NO is determined in step ST7, the fuel spray does not collide with the cavity wall surface 52. Therefore, the correction of the injection condition and the swirl control valve 13 It returns without performing opening correction together. In the case where the fuel spray does not collide with the cavity wall surface 52, it is difficult to determine whether or not the adjacent sprays overlap each other, and the swirl downstream side surface position θL, the swirl upstream side Even if the side surface position θU and the spray interval θD are calculated, there is a high possibility that these values include an error, and it may not be possible to correct the correct injection conditions or the swirl control valve 13. It is.

一方、前記壁面衝突時間timpが噴射期間以下であり、ステップST7でYES判定された場合には、ステップST8に移り、前記スワール下流側側面位置θLを算出する。つまり、前記式(1)を利用してスワール下流側側面位置θLを算出する(前記スワール下流側側面算出手段36における上述したスワール下流側側面算出動作)。   On the other hand, if the wall surface collision time timp is equal to or shorter than the injection period and YES is determined in step ST7, the process proceeds to step ST8 to calculate the swirl downstream side surface position θL. In other words, the swirl downstream side surface position θL is calculated using the equation (1) (the swirl downstream side surface calculation operation described above in the swirl downstream side surface calculation means 36).

また、ステップST9では、前記スワール上流側側面位置θUを算出する。つまり、前記式(2)を利用してスワール上流側側面位置θUを算出する(前記スワール上流側側面算出手段37における上述したスワール上流側側面算出動作)。   In step ST9, the swirl upstream side surface position θU is calculated. That is, the swirl upstream side surface position θU is calculated using the equation (2) (the above-described swirl upstream side surface calculation operation in the swirl upstream side surface calculation means 37).

ステップST10では、噴霧間隔θDを算出する。つまり、前記式(3)を利用して噴霧間隔θDを算出する(前記噴霧間隔算出手段38における上述した噴霧間隔算出動作)。   In step ST10, the spray interval θD is calculated. That is, the spray interval θD is calculated by using the formula (3) (the above-described spray interval calculating operation in the spray interval calculating means 38).

次に、ステップST11に移り、前記ステップST10で算出した噴霧間隔θDが上述した所定範囲内にあるか否かを判定する。この所定の範囲としては、上述した如く「0」〜「Th(噴霧間隔許容最大値)」(0≦θD≦Th)に設定されている。   Next, the process proceeds to step ST11, where it is determined whether or not the spray interval θD calculated in step ST10 is within the predetermined range described above. As described above, the predetermined range is set to “0” to “Th (a spray interval allowable maximum value)” (0 ≦ θD ≦ Th).

一般に、図5に示すように、燃料噴射弁6から噴射された燃料は、キャビティ51内に拡散していき、このキャビティ壁面52(図中に一点鎖線Iで示す噴霧軸線の延長方向で燃料噴射弁6に対面する壁面)に衝突した後(図5(a)を参照)、このキャビティ壁面52に沿って反転しながら成長し(図5(a)に示す矢印を参照)、燃料噴射弁6に向かうように流れ方向が変化する(図5(b)を参照)。   In general, as shown in FIG. 5, the fuel injected from the fuel injection valve 6 diffuses into the cavity 51, and the fuel is injected in the cavity wall surface 52 (in the extending direction of the spray axis indicated by the dashed line I in the figure). After colliding with the wall 6 facing the valve 6 (see FIG. 5A), it grows while inverting along the cavity wall 52 (see the arrow shown in FIG. 5A), and the fuel injection valve 6 The flow direction changes so as to go to (see FIG. 5B).

この場合に、燃料噴射弁6から噴射された燃料の噴霧角が適正値よりも小さいと、図7(a)に示すように(この図7(a)は、互いに隣り合う燃料噴霧同士の間に隙間が生じている場合であって、上段は燃料噴霧がキャビティ壁面52に到達した時点であり、下段はその後に所定時間が経過して噴霧がキャビティ壁面52に沿って反転した状態を示している)、互いに隣り合う燃料噴霧同士の間の隙間(噴霧間隔θD)が大きくなり、燃料の噴霧が存在していない領域が気筒2内の比較的広い領域として生じる可能性がある。このような状況では、燃料の燃焼に寄与しない酸素が存在する領域が発生し、その結果、燃焼場での酸素不足によってスモークが発生してしまう可能性がある。このような場合における燃料の噴霧角に対する噴霧間隔θDおよびスモーク発生量の関係は、図6における噴霧角αに示す範囲となり、噴霧角が小さいほど、噴霧間隔θDが大きくなり、それにともなって燃焼場での酸素不足に起因するスモークの発生量は増大することになる。このような状況は、例えば、燃料噴射圧が比較的低い場合や、スワール速度が比較的低い場合が想定される。また、この場合、噴霧の運動量(燃料噴射弁6から噴射された燃料がキャビティ壁面52に向かって流れる運動量)が比較的大きく、スワール流れ方向の運動量が比較的小さい状況となっており、このため、前記噴霧間隔θDが大きくなっている。   In this case, if the spray angle of the fuel injected from the fuel injection valve 6 is smaller than an appropriate value, as shown in FIG. 7A (this FIG. The upper stage is when the fuel spray reaches the cavity wall surface 52, and the lower stage shows a state where the spray is reversed along the cavity wall surface 52 after a predetermined time has elapsed. In other words, the gap (spray interval θD) between the fuel sprays adjacent to each other increases, and a region where no fuel spray exists may occur as a relatively wide region in the cylinder 2. In such a situation, there is a region where oxygen that does not contribute to fuel combustion exists, and as a result, smoke may be generated due to insufficient oxygen in the combustion field. In such a case, the relationship between the spray interval θD and the amount of smoke generated with respect to the fuel spray angle is in the range indicated by the spray angle α in FIG. 6, and the smaller the spray angle, the larger the spray interval θD, and accordingly the combustion field. The amount of smoke generated due to the lack of oxygen at this time will increase. Such a situation is assumed, for example, when the fuel injection pressure is relatively low or when the swirl speed is relatively low. Further, in this case, the momentum of the spray (the momentum in which the fuel injected from the fuel injection valve 6 flows toward the cavity wall surface 52) is relatively large, and the momentum in the swirl flow direction is relatively small. The spray interval θD is increased.

一方、燃料噴射弁6から噴射された燃料の噴霧角が適正値よりも大きいと、図7(b)に示すように(この図7(b)は、互いに隣り合う燃料噴霧同士の一部が重なり合っている場合であって、上段は燃料噴霧がキャビティ壁面52に到達する前の状態であり、下段はその後に所定時間が経過して噴霧がキャビティ壁面52に沿って反転した状態(燃料噴霧同士が重なり合っている領域での状態)を示している)、隣り合う燃料噴霧同士が部分的に重なり合うことになり、その重なり合い領域における酸素不足によってスモークが発生してしまう可能性がある。このような場合における燃料の噴霧角に対する噴霧間隔θDおよびスモーク発生量の関係は、図6における噴霧角βに示す範囲となり、噴霧角が大きいほど、噴霧間隔θDが小さくなり(噴霧間隔θDが負の値となって燃料噴霧同士が互いに重なり合う状況となり)、それにともなって、重なり領域での燃料によってスモークの発生量は増大することになる。このような状況は、例えば、燃料噴射圧が比較的高い場合や、スワール速度が比較的高い場合が想定される。更に、このような状況では、燃料噴霧がキャビティ壁面52に衝突した後の燃料噴射弁6側への成長が弱くなり、その結果、筒内の空気利用率が悪化し、これもスモークの発生量の増大の要因となる(図7(b)の下段に示す図では、領域A1での空気が燃焼に寄与しておらず、その結果、噴霧内の当量比がリッチになっている)。また、この場合、噴霧の運動量(燃料噴射弁6から噴射された燃料がキャビティ壁面52に向かって流れる運動量)が比較的小さく、スワール流れ方向の運動量が比較的大きい状況となっており、このため、前記燃料噴霧同士が互いに重なり合うことになる。   On the other hand, when the spray angle of the fuel injected from the fuel injection valve 6 is larger than an appropriate value, as shown in FIG. 7B (this FIG. In the case of overlapping, the upper stage is a state before the fuel spray reaches the cavity wall surface 52, and the lower stage is a state in which the spray is reversed along the cavity wall surface 52 after a predetermined time has passed. 2), the adjacent fuel sprays partially overlap each other, and there is a possibility that smoke is generated due to lack of oxygen in the overlapping region. In such a case, the relationship between the spray interval θD and the amount of smoke generated with respect to the fuel spray angle is in the range indicated by the spray angle β in FIG. 6. The larger the spray angle, the smaller the spray interval θD (the spray interval θD is negative) As a result, the fuel sprays overlap each other), and accordingly, the amount of smoke generated is increased by the fuel in the overlapping region. Such a situation is assumed, for example, when the fuel injection pressure is relatively high or when the swirl speed is relatively high. Further, in such a situation, the growth on the fuel injection valve 6 side after the fuel spray collides with the cavity wall surface 52 is weakened. As a result, the air utilization rate in the cylinder deteriorates, and this also causes the amount of smoke generated. (In the diagram shown in the lower part of FIG. 7B, the air in the region A1 does not contribute to the combustion, and as a result, the equivalence ratio in the spray becomes rich). Moreover, in this case, the momentum of the spray (the momentum in which the fuel injected from the fuel injection valve 6 flows toward the cavity wall surface 52) is relatively small, and the momentum in the swirl flow direction is relatively large. The fuel sprays overlap each other.

前記噴霧間隔θDが所定範囲内にない場合、つまり、噴霧間隔θDが「0」よりも小さい場合や、噴霧間隔θDが「Th」よりも大きい場合には、ステップST11でNO判定される。ここで、噴霧間隔θDが「0」よりも小さい場合とは、隣り合う燃料噴霧同士が部分的に重なり合っており、この重なり合い部分で燃焼が行われた際に、酸素不足に起因してスモークの発生が懸念される場合である。一方、噴霧間隔θDが「Th」よりも大きい場合とは、隣り合う燃料噴霧同士の間隔が大きく、前記酸素利用率が低いために、筒内の酸素が十分に利用されず、この際にも燃焼場において酸素不足に起因してスモークの発生が懸念される場合である。   If the spray interval θD is not within the predetermined range, that is, if the spray interval θD is smaller than “0”, or if the spray interval θD is larger than “Th”, NO is determined in step ST11. Here, the case where the spray interval θD is smaller than “0” means that adjacent fuel sprays partially overlap each other, and when combustion is performed in this overlapped part, smoke is caused due to lack of oxygen. This is a case where the occurrence is a concern. On the other hand, when the spray interval θD is larger than “Th”, the interval between adjacent fuel sprays is large and the oxygen utilization rate is low, so that the oxygen in the cylinder is not fully utilized. This is a case where there is a concern about the generation of smoke due to lack of oxygen in the combustion field.

このステップST11でNO判定された場合には、ステップST12に移り、噴霧間隔θDは適正化されていないとして、噴射条件の補正またはスワールコントロールバルブ13の開度補正を実行する(これらの補正動作については後述する)。   If NO is determined in step ST11, the process proceeds to step ST12, and it is determined that the spray interval θD is not optimized, and the injection condition correction or the swirl control valve 13 opening correction is executed (about these correction operations). Will be described later).

一方、前記噴霧間隔θDが所定範囲内にある場合、つまり、噴霧間隔θDが「0」〜「Th」の範囲内にある場合には、ステップST11でYES判定される。ここで、噴霧間隔θDが「0」〜「Th」の範囲内にある場合とは、隣り合う燃料噴霧同士の間に間隔が存在していないか、間隔が存在していたとしてもその値は小さく、十分な酸素利用率が確保されており、スモークが殆ど発生しない場合である。   On the other hand, when the spray interval θD is within the predetermined range, that is, when the spray interval θD is within the range of “0” to “Th”, YES is determined in step ST11. Here, the case where the spray interval θD is in the range of “0” to “Th” means that there is no interval between adjacent fuel sprays, or even if there is an interval, the value is This is a small case where a sufficient oxygen utilization rate is secured and smoke is hardly generated.

前記噴霧間隔θDが前記所定範囲内にあり、ステップST11でYES判定された場合には、この噴霧間隔θDは適正化されており、スモークの発生量は所定の規制量未満であるとして、前記噴射条件の補正またはスワールコントロールバルブ13の開度補正を実行することなくリターンされる。   If the spray interval θD is within the predetermined range and YES is determined in step ST11, the spray interval θD has been optimized, and the amount of smoke generated is less than the predetermined regulated amount. It returns without executing correction of conditions or correction of the opening of the swirl control valve 13.

以上の動作が繰り返されることにより、噴霧間隔θDが前記所定の範囲内となるように、前記噴射条件の補正またはスワールコントロールバルブ13の開度補正が行われていく。   By repeating the above operation, the injection condition correction or the swirl control valve 13 opening degree correction is performed so that the spray interval θD is within the predetermined range.

−噴霧間隔の調整動作−
次に、前記ステップST12で行われる補正動作(噴射条件の補正やスワールコントロールバルブ13の開度補正)について説明する。この補正動作としては、燃料噴射圧調整動作、噴射分割動作、スワール速度調整動作がある。以下、それぞれについて説明する。
−Adjustment operation of spray interval−
Next, the correction operation (correction of injection conditions and correction of the opening degree of the swirl control valve 13) performed in step ST12 will be described. This correction operation includes a fuel injection pressure adjustment operation, an injection division operation, and a swirl speed adjustment operation. Each will be described below.

(燃料噴射圧調整動作)
まず、燃料噴射圧調整動作について説明する。この燃料噴射圧調整動作は、例えば図8(a)に示すように、噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Thよりも大きい場合に行われる。
(Fuel injection pressure adjustment operation)
First, the fuel injection pressure adjustment operation will be described. This fuel injection pressure adjusting operation is performed when the spray interval θD is larger than the spray interval allowable value Th as shown in FIG. 8A, for example.

具体的には、前記噴霧間隔θDが、前記噴霧間隔許容最大値Thよりも大きい場合(Th<θD)、前記ECU30は、前記目標レール圧を上昇させることによって前記昇圧ポンプ11の燃料吐出量を増量する。これによりコモンレール9の内圧が上昇し、これにともなって燃料噴射弁6からの燃料噴射圧が高くなる。このようにして燃料噴射圧が高くなると、燃料の噴霧角が大きくなるとともに、噴射燃料のペネトレーションが高くなる。   Specifically, when the spray interval θD is larger than the spray interval allowable maximum value Th (Th <θD), the ECU 30 increases the fuel discharge amount of the booster pump 11 by increasing the target rail pressure. Increase the amount. As a result, the internal pressure of the common rail 9 increases, and the fuel injection pressure from the fuel injection valve 6 increases accordingly. When the fuel injection pressure increases in this way, the fuel spray angle increases and the penetration of the injected fuel increases.

そして、図8(b)に示すように、噴霧の先端位置がキャビティ壁面52に達した時点における前記噴霧間隔θDが前記所定範囲(0≦θD≦Th)内となるように燃料噴射圧をフィードバック制御する。   Then, as shown in FIG. 8B, the fuel injection pressure is fed back so that the spray interval θD is within the predetermined range (0 ≦ θD ≦ Th) when the spray tip position reaches the cavity wall surface 52. Control.

ここで、噴霧間隔θDの目標値としては、例えば「0(0=θD)」よりも僅かに大きな値として設定される。これは、噴霧間隔θDの目標値を「0」に設定した場合、上述した各センサのセンシング値の誤差や、各噴孔径のバラツキなどの影響によって、一部の噴霧同士が部分的に重なってしまう可能性があるので、これを回避するためである。なお、噴霧間隔θDの目標値としてはこれに限定されるものではない。   Here, the target value of the spray interval θD is set to a value slightly larger than “0 (0 = θD)”, for example. This is because when the target value of the spray interval θD is set to “0”, some sprays partially overlap each other due to the influence of the sensing value error of each sensor and the variation in the diameter of each nozzle hole. This is to avoid this. The target value of the spray interval θD is not limited to this.

以上の燃料噴射圧調整動作により、図8(b)の上段に示すように、筒内における燃料の分布が均等化されて、筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になり、また、噴霧同士が部分的に重なり合って当量比がリッチになるといったこともなくなる。また、図8(b)の下段に示すように、燃料噴射圧の増加にともなうペネトレーションの上昇にともない、キャビティ壁面52に衝突した燃料噴霧がキャビティ壁面52に沿って反転する際の燃料噴射弁6に向かう方向への成長が促されることになり、これによっても広範囲に亘って噴霧を拡散させることが可能になる。   By the above fuel injection pressure adjusting operation, as shown in the upper part of FIG. 8B, the fuel distribution in the cylinder is equalized, and oxygen in the cylinder can contribute to combustion without excess or deficiency. Also, the equivalent ratio does not become rich because the sprays partially overlap each other. Further, as shown in the lower part of FIG. 8B, the fuel injection valve 6 when the fuel spray colliding with the cavity wall surface 52 is reversed along the cavity wall surface 52 as the penetration increases as the fuel injection pressure increases. In this way, the spray can be diffused over a wide range.

その結果、燃焼場での酸素不足に起因するスモークの発生を回避することが可能になる。特に、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、内燃機関1の要求出力を得ながらもスモークの発生を回避することが可能になり、内燃機関1の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。   As a result, it is possible to avoid the generation of smoke due to oxygen shortage in the combustion field. In particular, during high-load operation where the amount of fuel injection increases, it is possible to avoid the generation of smoke while obtaining the required output of the internal combustion engine 1, and to improve both the performance of the internal combustion engine 1 and the improvement of exhaust emissions. Can do.

(噴射分割動作)
次に、噴射分割動作について説明する。この噴射分割動作は、例えば図9(a)に示すように、噴霧同士が部分的に重なり合っている場合(噴霧間隔θDが負の値である場合)に行われる。
(Split split operation)
Next, the injection division operation will be described. For example, as shown in FIG. 9A, the injection division operation is performed when the sprays partially overlap (when the spray interval θD is a negative value).

具体的には、前記噴霧間隔θDが負の値である場合、前記ECU30は、メイン噴射の噴射形態として2回または3回の分割メイン噴射を実行することで、このメイン噴射で必要とされる総メイン噴射量(要求トルクを得るための総燃料噴射量)を確保するようにする。つまり、先行するメイン噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止し、所定のインターバルを経た後に、後続するメイン噴射を実行する。このインターバルとしては、例えば燃料噴射弁6の性能によって決定される最短閉弁期間(燃料噴射弁6が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間:例えば200μs)として設定される。この分割メイン噴射のインターバルは前記値に限定されるものではない。このような分割メイン噴射を実行することにより、メイン噴射1回当たりの燃料噴射量を減量することにより、燃料の噴霧角が小さくなる。   Specifically, when the spray interval θD is a negative value, the ECU 30 is required for this main injection by executing two or three divided main injections as the main injection mode. The total main injection amount (total fuel injection amount for obtaining the required torque) is ensured. That is, after the preceding main injection is executed, the fuel injection is temporarily stopped, and after a predetermined interval, the subsequent main injection is executed. This interval is set, for example, as the shortest valve closing period determined by the performance of the fuel injection valve 6 (the shortest period from when the fuel injection valve 6 is closed until the valve opening is started: 200 μs, for example). The interval of this divided main injection is not limited to the above value. By executing such divided main injection, the fuel spray angle is reduced by reducing the fuel injection amount per main injection.

そして、図9(b)に示すように、噴霧の先端位置がキャビティ壁面52に達した時点における前記噴霧間隔θDが前記所定範囲(0≦θD≦Th)内となるようにメイン噴射の分割回数や前記インターバルをフィードバック制御する。また、前記噴霧間隔θDの値(負の値)に対してメイン噴射の分割数や前記インターバルを規定したマップを前記ECU30のROMに記憶させておき、このマップからメイン噴射の分割数やインターバルを求めるようにしてもよい。   Then, as shown in FIG. 9B, the number of divisions of the main injection so that the spray interval θD when the spray tip position reaches the cavity wall surface 52 is within the predetermined range (0 ≦ θD ≦ Th). And feedback control of the interval. Further, a map defining the number of divisions of main injection and the interval with respect to the value (negative value) of the spray interval θD is stored in the ROM of the ECU 30, and the division number and interval of main injection are determined from this map. You may make it ask.

以上の噴射分割動作により、図9(b)の上段に示すように、筒内における燃料の分布が均等化されて、筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になり、また、噴霧同士が部分的に重なり合って当量比がリッチになるといったこともなくなる。また、図9(b)の下段に示すように、分割された各噴射の燃料噴霧がそれぞれキャビティ51内の広範囲に亘って拡散されることになる。具体的には、先行するメイン噴射(分割メイン噴射)の噴射量を多くし、後続するメイン噴射(分割メイン噴射)の噴射量を少なくした場合には、前記先行するメイン噴射で噴射された燃料噴霧のペネトレーションは高く、前記後続するメイン噴射で噴射された燃料噴霧のペネトレーションは低くなる。このため、先行するメイン噴射の燃料噴霧はキャビティ壁面52に達し、このキャビティ壁面52に沿って反転する。そして、このキャビティ壁面52の周辺で燃焼場を形成する(図9(b)の下段における噴霧F1を参照)。また、後続するメイン噴射の燃料噴霧はキャビティ壁面52までは達せず、このキャビティ壁面52の手前側で燃焼場を形成する(図9(b)の下段における噴霧F2を参照)。   By the above injection split operation, as shown in the upper part of FIG. 9 (b), the fuel distribution in the cylinder is equalized, and oxygen in the cylinder can contribute to combustion without excess or deficiency. Also, the equivalent ratio does not become rich because the sprays partially overlap each other. Further, as shown in the lower part of FIG. 9B, the fuel spray of each divided injection is diffused over a wide range in the cavity 51. Specifically, when the injection amount of the preceding main injection (split main injection) is increased and the injection amount of the subsequent main injection (split main injection) is decreased, the fuel injected by the preceding main injection The penetration of the spray is high, and the penetration of the fuel spray injected in the subsequent main injection is low. For this reason, the fuel spray of the preceding main injection reaches the cavity wall surface 52 and reverses along the cavity wall surface 52. Then, a combustion field is formed around the cavity wall surface 52 (see the spray F1 in the lower stage of FIG. 9B). Further, the fuel spray of the subsequent main injection does not reach the cavity wall surface 52, and forms a combustion field on the front side of the cavity wall surface 52 (see the spray F2 in the lower stage of FIG. 9B).

その結果、燃焼場での酸素不足に起因するスモークの発生を回避することが可能になる。特に、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、内燃機関1の要求出力を得ながらもスモークの発生を回避することが可能になり、内燃機関1の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。   As a result, it is possible to avoid the generation of smoke due to oxygen shortage in the combustion field. In particular, during high-load operation where the amount of fuel injection increases, it is possible to avoid the generation of smoke while obtaining the required output of the internal combustion engine 1, and to improve both the performance of the internal combustion engine 1 and the improvement of exhaust emissions. Can do.

(スワール速度調整動作)
次に、スワール速度調整動作について説明する。この燃料噴射圧調整動作は、例えば図10(a)に示すように、噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Thよりも大きい場合、および、図11(a)に示すように、噴霧同士が部分的に重なり合っている場合(噴霧間隔θDが負の値である場合)の何れにおいても実行可能である。
(Swirl speed adjustment operation)
Next, the swirl speed adjustment operation will be described. In this fuel injection pressure adjusting operation, for example, as shown in FIG. 10A, when the spray interval θD is larger than the spray interval allowable value Th, and as shown in FIG. Can be executed in any case (when the spray interval θD is a negative value).

まず、噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Thよりも大きい場合(Th<θD)、前記ECU30は、前記スワールコントロールバルブ13の開度を小さくすることで、スワール速度を増加させる。これにより、筒内に噴射された噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が増大し、前記スワール下流側側面位置θLが、スワール流れ方向下流側に位置する噴霧のスワール上流側側面位置θUに近づくことになる。   First, when the spray interval θD is larger than the spray interval allowable value Th (Th <θD), the ECU 30 increases the swirl speed by reducing the opening of the swirl control valve 13. As a result, the amount of spray injected into the cylinder to the downstream side in the swirl flow direction increases, and the swirl downstream side surface position θL becomes the swirl upstream side surface position θU of the spray located downstream in the swirl flow direction. It will approach.

そして、図10(b)に示すように、噴霧の先端位置がキャビティ壁面52に達した時点における前記噴霧間隔θDが前記所定範囲(0≦θD≦Th)内となるようにスワールコントロールバルブ13の開度をフィードバック制御する。この図10(b)における二点鎖線はスワール速度調整動作の実行前における各噴霧の状態を示し、実線はスワール速度調整動作の実行後における各噴霧の状態を示している。   Then, as shown in FIG. 10B, the swirl control valve 13 is set so that the spray interval θD when the tip position of the spray reaches the cavity wall surface 52 is within the predetermined range (0 ≦ θD ≦ Th). Feedback control of the opening. In FIG. 10B, the two-dot chain line indicates the state of each spray before the execution of the swirl speed adjustment operation, and the solid line indicates the state of each spray after the execution of the swirl speed adjustment operation.

ここでの噴霧間隔θDの目標値も、上述した燃料噴射圧調整動作の場合と同様に、「0(0=θD)」よりも僅かに大きな値として設定される。なお、噴霧間隔θDの目標値としてはこれに限定されるものではない。   The target value of the spray interval θD here is also set to a value slightly larger than “0 (0 = θD)”, as in the case of the fuel injection pressure adjustment operation described above. The target value of the spray interval θD is not limited to this.

一方、噴霧同士が部分的に重なり合っている場合(噴霧間隔θDが負の値である場合)、前記ECU30は、前記スワールコントロールバルブ13の開度を大きくすることで、スワール速度を低下させる。これにより、筒内に噴射された噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が縮小し、前記スワール下流側側面位置θLが、スワール流れ方向上流側に向けて移動することになる。   On the other hand, when the sprays partially overlap each other (when the spray interval θD is a negative value), the ECU 30 decreases the swirl speed by increasing the opening of the swirl control valve 13. As a result, the diffusion amount of the spray injected into the cylinder toward the downstream side in the swirl flow direction is reduced, and the swirl downstream side surface position θL moves toward the upstream side in the swirl flow direction.

そして、図11(b)に示すように、噴霧の先端位置がキャビティ壁面52に達した時点における前記噴霧間隔θDが前記所定範囲(0≦θD≦Th)内となるようにスワールコントロールバルブ13の開度をフィードバック制御する。この図11(b)における二点鎖線はスワール速度調整動作の実行前における各噴霧の状態を示し、実線はスワール速度調整動作の実行後における各噴霧の状態を示している。この場合、スワール速度の低下にともない、噴霧の運動量(燃料噴射弁6から噴射された燃料がキャビティ壁面52に向かって流れる運動量)が相対的に大きくなり、燃料噴霧はキャビティ壁面52側に向かう拡散量が拡大している。   Then, as shown in FIG. 11B, the swirl control valve 13 is set so that the spray interval θD when the tip position of the spray reaches the cavity wall surface 52 is within the predetermined range (0 ≦ θD ≦ Th). Feedback control of the opening. In FIG. 11B, the two-dot chain line indicates the state of each spray before execution of the swirl speed adjustment operation, and the solid line indicates the state of each spray after execution of the swirl speed adjustment operation. In this case, as the swirl speed decreases, the spray momentum (the momentum in which the fuel injected from the fuel injection valve 6 flows toward the cavity wall surface 52) becomes relatively large, and the fuel spray diffuses toward the cavity wall surface 52 side. The amount is expanding.

ここでの噴霧間隔θDの目標値も、「0(0=θD)」よりも僅かに大きな値として設定される。なお、噴霧間隔θDの目標値としてはこれに限定されるものではない。   The target value of the spray interval θD here is also set as a value slightly larger than “0 (0 = θD)”. The target value of the spray interval θD is not limited to this.

以上の如くスワールコントロールバルブ13の開度の制御によってスワール速度を調整することにより、筒内における燃料の分布が均等化されて、筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になり、また、噴霧同士が部分的に重なり合って当量比がリッチになるといったこともなくなる。その結果、酸素不足に起因するスモークの発生を回避することが可能になる。特に、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、内燃機関1の要求出力を得ながらもスモークの発生を回避することが可能になり、内燃機関1の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。   As described above, by adjusting the swirl speed by controlling the opening degree of the swirl control valve 13, the fuel distribution in the cylinder is equalized, and oxygen in the cylinder can contribute to combustion without excess or deficiency. Also, the equivalent ratio does not become rich because the sprays partially overlap each other. As a result, it is possible to avoid the generation of smoke due to oxygen shortage. In particular, during high-load operation where the fuel injection amount increases, it is possible to avoid the generation of smoke while obtaining the required output of the internal combustion engine 1, and to improve both the performance of the internal combustion engine 1 and the improvement of exhaust emission. Can do.

−他の実施形態−
前記実施形態では、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
-Other embodiments-
In the embodiment, the case where the present invention is applied to an in-line four-cylinder diesel engine mounted on an automobile has been described. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, horizontally opposed engine, etc.) are not particularly limited.

また、前記実施形態では、同時に噴射された燃料噴霧同士の噴霧間隔θDを適正化する場合を例に挙げて説明した。本発明は、これに限らず、複数回のメイン噴射(分割メイン噴射)が行われる場合に、先行して噴射された燃料の噴霧と、後続して噴射された燃料の噴霧との間の噴霧間隔を適正化する場合に対しても適用することが可能である。   In the embodiment, the case where the spray interval θD between the fuel sprays injected at the same time is optimized has been described as an example. The present invention is not limited to this, and when a plurality of main injections (split main injection) are performed, the spray between the fuel spray injected in advance and the fuel spray injected subsequently. The present invention can also be applied to the case where the interval is optimized.

また、燃料噴射弁6の噴孔数は上述したもの(12個)に限らず、周方向に亘って複数の噴孔を有する燃料噴射弁を搭載した内燃機関であれば本発明は適用可能である。   The number of injection holes of the fuel injection valve 6 is not limited to the above (12), and the present invention is applicable to any internal combustion engine equipped with a fuel injection valve having a plurality of injection holes in the circumferential direction. is there.

本発明は、コモンレール式のディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射弁の各噴孔から噴射されたメイン噴射の噴霧同士の間隔を適正化してエンジン性能の確保と排気エミッションの改善とを両立する制御に適用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a control that achieves both ensuring engine performance and improving exhaust emission by optimizing the interval between sprays of main injection injected from each injection hole of a fuel injection valve in a common rail type diesel engine. It is.

1 内燃機関
2 気筒
6 燃料噴射弁(燃料噴射装置)
30 ECU
32 筒内状態算出手段
33 スワール速度算出手段
34 噴霧特性算出手段
35 壁面衝突時間算出手段
36 スワール下流側側面算出手段
37 スワール上流側側面算出手段
38 噴霧間隔算出手段
39 間隔判別手段
40 EDU(噴射条件補正手段)
41 スワールコントロールバルブ開度補正手段
50 ピストン
51 キャビティ
52 キャビティ壁面
θU スワール上流側側面位置
θL スワール下流側側面位置
θD 噴霧間隔
Vsw スワール速度
timp 壁面衝突時間
1 Internal combustion engine 2 Cylinder 6 Fuel injection valve (fuel injection device)
30 ECU
32 In-cylinder state calculation means 33 Swirl speed calculation means 34 Spray characteristic calculation means 35 Wall surface collision time calculation means 36 Swirl downstream side face calculation means 37 Swirl upstream side face calculation means 38 Spray interval calculation means 39 Interval discrimination means 40 EDU (injection condition) Correction means)
41 Swirl control valve opening correction means 50 Piston 51 Cavity 52 Cavity wall surface θU Swirl upstream side surface position θL Swirl downstream side surface position θD Spray interval Vsw Swirl speed tip Wall surface collision time

Claims (8)

スワール流が発生している筒内に向けて、燃料噴射弁の複数の噴孔から機関出力発生のための燃料噴射を行う圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記各噴孔から噴射されてスワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧のうち、スワール流れ方向下流側に位置する噴霧のスワール上流側側面位置と、スワール流れ方向上流側に位置する噴霧のスワール下流側側面位置との間隔を所定範囲内にするように、燃料噴射弁の燃料噴射条件、および、スワール流の速度のうち少なくとも一つを変更する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In a fuel injection control device for a compression self-ignition internal combustion engine that performs fuel injection for generating engine output from a plurality of injection holes of a fuel injection valve toward a cylinder where a swirl flow is generated,
Among the sprays injected from the respective nozzle holes and adjacent to each other in the swirl flow direction, the swirl upstream side surface position of the spray located on the downstream side in the swirl flow direction and the swirl downstream side surface of the spray located on the upstream side in the swirl flow direction A fuel injection for an internal combustion engine, wherein at least one of a fuel injection condition of a fuel injection valve and a speed of a swirl flow is changed so that an interval with a position is within a predetermined range Control device.
筒内のスワール速度を制御可能なスワールコントロールバルブを備え、燃料噴射弁の複数の噴孔から、筒内に向けて燃料噴射を行う圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
機関運転状態から筒内密度を算出する筒内状態算出手段と、
機関運転状態からスワール速度を算出するスワール速度算出手段と、
前記燃料噴射弁から噴射された噴霧のペネトレーション、噴霧角、および、噴射期間を算出する噴霧特性算出手段と、
前記スワール速度と噴霧特性から、噴霧が燃焼室内の壁面に衝突するまでの時間を算出する壁面衝突時間算出手段と、
前記噴霧におけるスワール下流側の側面位置を算出するスワール下流側側面算出手段と、
前記噴霧におけるスワール上流側の側面位置を算出するスワール上流側側面算出手段と、
前記壁面衝突時間、スワール下流側側面位置、および、スワール上流側側面位置から、互いに隣り合う噴孔から噴射された噴霧同士のスワール流れ方向の間隔を算出する噴霧間隔算出手段と、
前記噴霧間隔が所定範囲内にあるか否かを判別する間隔判別手段と、
前記燃料噴射弁が噴霧を噴射するときの条件を補正する噴射条件補正手段と、
前記スワールコントロールバルブの開度を補正するスワールコントロールバルブ開度補正手段とを備え、
前記噴霧間隔に基づき、前記燃料噴射弁が噴霧を噴射するときの噴射圧、噴射時期、最大噴射量、分割数、および、スワールコントロールバルブ開度のうち少なくとも一つを変更する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In a fuel injection control device for a compression ignition type internal combustion engine that includes a swirl control valve capable of controlling a swirl speed in a cylinder, and injects fuel from a plurality of nozzle holes of the fuel injection valve toward the cylinder,
In-cylinder state calculating means for calculating the in-cylinder density from the engine operating state;
Swirl speed calculating means for calculating the swirl speed from the engine operating state;
Spray characteristic calculation means for calculating the penetration, spray angle, and injection period of the spray injected from the fuel injection valve;
From the swirl speed and the spray characteristics, wall surface collision time calculating means for calculating the time until the spray collides with the wall surface in the combustion chamber,
Swirl downstream side surface calculating means for calculating a swirl downstream side surface position in the spray;
Swirl upstream side surface calculating means for calculating the side surface position of the swirl upstream side in the spray;
Spray interval calculation means for calculating an interval in the swirl flow direction between the sprays injected from the adjacent nozzle holes from the wall surface collision time, the swirl downstream side surface position, and the swirl upstream side surface position;
Interval determining means for determining whether or not the spray interval is within a predetermined range;
Injection condition correcting means for correcting a condition when the fuel injection valve injects spray;
A swirl control valve opening correction means for correcting the opening of the swirl control valve;
Based on the spray interval, at least one of the injection pressure, the injection timing, the maximum injection amount, the number of divisions, and the swirl control valve opening when the fuel injection valve injects the spray is changed. A fuel injection control device for an internal combustion engine.
請求項1または2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記噴孔からの燃料噴射が開始されてからその燃料の噴霧がピストン頂面の凹陥部の壁面に衝突するまでの時間が、燃料噴射弁の燃料噴射期間以下である場合に、前記スワール上流側側面位置およびスワール下流側側面位置を求めて、これら側面位置同士の間隔を所定範囲内にするように、燃料噴射弁の燃料噴射条件、および、スワール流の速度のうち少なくとも一つを変更する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
When the time from the start of fuel injection from the nozzle hole until the spray of the fuel collides with the wall surface of the recessed portion of the piston top surface is less than the fuel injection period of the fuel injection valve, the swirl upstream side A configuration in which the side surface position and the swirl downstream side surface position are obtained, and at least one of the fuel injection condition of the fuel injection valve and the speed of the swirl flow is changed so that the interval between the side surface positions is within a predetermined range. A fuel injection control device for an internal combustion engine, characterized in that
請求項1、2または3記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記スワール下流側側面位置は下記の式(1)
θL=(1/2)×噴霧角+A×Vsw×timp …(1)
θL;スワール下流側側面位置
Vsw;スワール速度
timp;噴霧が燃焼室内の壁面に衝突するまでの時間
A;燃料噴霧のスワール流れ方向下流側に向けての拡散率
により算出され、
前記スワール上流側側面位置は下記の式(2)
θU=(1/2)×噴霧角 …(2)
θU;スワール上流側側面位置
により算出され、
前記各側面位置同士の間隔は下記の式(3)
θD=(360/噴孔数)−(θL+θU) …(3)
θD;各側面位置同士の間隔
により算出される構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1, 2, or 3,
The swirl downstream side surface position is expressed by the following formula (1)
θL = (1/2) × spray angle + A × Vsw × time (1)
θL; swirl downstream side surface position Vsw; swirl speed tip; time until the spray collides with the wall surface in the combustion chamber A: calculated by the diffusion rate of the fuel spray toward the downstream in the swirl flow direction,
The swirl upstream side surface position is expressed by the following equation (2)
θU = (1/2) × spray angle (2)
θU is calculated from the swirl upstream side surface position,
The interval between the side surface positions is expressed by the following equation (3).
θD = (360 / number of nozzle holes) − (θL + θU) (3)
θD: A fuel injection control device for an internal combustion engine, characterized in that the fuel injection control device is calculated based on an interval between each side surface position.
請求項1〜4のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が所定値以上である場合、燃料噴射弁からの燃料噴射圧を上昇させる構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
The fuel injection control of the internal combustion engine, wherein the fuel injection pressure from the fuel injection valve is increased when the distance between the swirl upstream side surface position and the swirl downstream side surface position is a predetermined value or more. apparatus.
請求項1〜4のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合っている場合、燃料噴射弁からの燃料噴射を複数回に分割して実行する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
A fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein when the sprays adjacent to each other partially overlap, the fuel injection from the fuel injection valve is divided into a plurality of times and executed.
請求項1〜4のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が所定値以上である場合、スワール流の速度を上昇させる構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
A fuel injection control device for an internal combustion engine, characterized in that when the distance between the swirl upstream side surface position and the swirl downstream side surface position is equal to or greater than a predetermined value, the speed of the swirl flow is increased.
請求項1〜4のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合っている場合、スワール流の速度を低下させる構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
A fuel injection control device for an internal combustion engine, characterized in that when the adjacent sprays partially overlap each other, the speed of the swirl flow is reduced.
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