JP4492399B2 - In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine control device and control method - Google Patents
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Description
この発明は、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関し、特に、その噴射時期および点火時期の制御に関する。 The present invention relates to an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder, and more particularly to control of the injection timing and ignition timing.
特許文献1には、排気浄化用の触媒コンバータが活性温度よりも低い未暖機状態にあるときに、圧縮行程中に燃料噴射を行い、かつ、点火時期を圧縮上死点よりも遅角させる技術が開示されている。
内燃機関冷機時の触媒の早期活性化を図るべく排気ガス温度を昇温させるとともにHCを低減するためには、点火時期をなるべく大きく遅角させることが望ましいが、点火時期を大幅に遅角すると、燃焼安定度が悪化するため、燃焼安定度の観点から定まるある限界よりも遅角することはできない。特許文献1のような従来の技術では、特に冷機時のような条件下において、安定した燃焼の確保が難しく、燃焼安定度から定まる点火時期の遅角限界が比較的進み側にあり、十分な点火時期の遅角を実現することができない。
In order to raise the exhaust gas temperature and reduce HC in order to achieve early activation of the catalyst when the internal combustion engine is cold, it is desirable to retard the ignition timing as much as possible, but if the ignition timing is significantly retarded Since the combustion stability deteriorates, it cannot be retarded from a certain limit determined from the viewpoint of combustion stability. In the conventional technique such as
本発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置において、所定の運転状態のとき、例えば冷機時に、上死点噴射運転モードとして、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うことを特徴としている。そして、特に、始動直後、燃圧が第一燃圧より低い期間は、燃料の全量を吸気行程中に噴射し、燃圧が前記第一燃圧と前記第一燃圧よりも高燃圧の第二燃圧との間にある期間は、圧縮上死点を跨ぐ期間の主噴射に先だって、吸気行程中に、燃料の一部を早期噴射として噴射することを特徴としている。
The present invention includes a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder and a control device for an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine that includes an ignition plug. As the top dead center injection operation mode, fuel injection is performed in a period straddling the compression top dead center so that the injection start timing is before the compression top dead center and the injection end timing is after the compression top dead center, and the above injection start is started. It is characterized in that ignition is performed after compression top dead center delayed from the timing. In particular, immediately after start-up, when the fuel pressure is lower than the first fuel pressure, the entire amount of fuel is injected during the intake stroke, and the fuel pressure is between the first fuel pressure and the second fuel pressure higher than the first fuel pressure. period of time, the advance of the main injection period straddling the compression top dead center, during the intake stroke, is characterized by injecting a portion of the fuel as an early injection.
この場合、燃圧が低いほど主噴射の割合が少なくなるように制御することが望ましく、主噴射が所定の最小噴射時間以下となる条件では、燃料の全量を吸気行程中に噴射することが望ましい。 In this case, it is desirable to control so that the ratio of main injection becomes smaller as the fuel pressure is lower, and it is desirable to inject the entire amount of fuel during the intake stroke under the condition that the main injection is less than the predetermined minimum injection time.
また、本発明の制御方法は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御方法であって、機関冷機状態での始動時に、燃圧が第一燃圧に達するまでである始動初期の第1の段階では、燃料の全量を吸気行程中に噴射し、これに続く燃圧が前記第一燃圧と前記第一燃圧よりも高燃圧の第二燃圧との間にある第2の段階では、燃料の一部を吸気行程中に噴射するとともに、残部の燃料を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に噴射し、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行い、さらにこれに続く燃圧が第二燃圧に達した後の第3の段階では、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に噴射し、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うことを特徴としている。 Further, the control method of the present invention is a control method for a direct injection type spark ignition internal combustion engine having a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder and having an ignition plug, and in a cold engine state. In the first stage of the initial start- up, which is until the fuel pressure reaches the first fuel pressure at the start of the engine, the entire amount of fuel is injected during the intake stroke, and the subsequent fuel pressure is higher than the first fuel pressure and the first fuel pressure. In the second stage between the high fuel pressure and the second fuel pressure , a part of the fuel is injected during the intake stroke, and the remaining fuel is compressed at the injection end time before the compression top dead center. After injecting in a period that crosses compression top dead center so that it is after top dead center, and after ignition is performed after compression top dead center delayed from the above injection start timing, and after the fuel pressure reaches the second fuel pressure the third in the stage, the injection end timing the injection start timing is at compression top dead center of the Injecting a period spanning the compression top dead center so that after the compression top dead center, and is characterized by performing the ignition after compression top dead center which is delayed from the injection start timing.
図1は、本発明の上死点噴射運転モードにおける燃料噴射期間および点火時期を筒内圧変化とともに例示したものであり、同図の(a)のように、噴射開始時期ITSが圧縮上死点(TDC)前、噴射終了時期ITEが圧縮上死点(TDC)後となる。その間の噴射期間Tの長さは、噴射量に相当する。点火時期ADVは、圧縮上死点(TDC)後であり、噴射開始時期ITSから所定クランク角(例えば10°CA〜25°CA)遅れた時期となる。この遅れ期間Dは、一般に、燃料噴射弁から点火プラグまでの距離に相関する。 FIG. 1 illustrates a fuel injection period and an ignition timing in the top dead center injection operation mode of the present invention together with a change in in-cylinder pressure. As shown in FIG. 1A, the injection start timing ITS is a compression top dead center. Before (TDC), the injection end timing ITE is after the compression top dead center (TDC). The length of the injection period T during that time corresponds to the injection amount. The ignition timing ADV is after compression top dead center (TDC), and is a timing delayed by a predetermined crank angle (for example, 10 ° CA to 25 ° CA) from the injection start timing ITS. This delay period D generally correlates with the distance from the fuel injection valve to the spark plug.
なお、圧縮上死点(TDC)を中心として前半の圧縮上死点前の期間と後半の圧縮上死点後の期間とがほぼ等しくなるように、噴射開始時期ITSおよび噴射終了時期ITEを制御するようにしてもよい。 The injection start timing ITS and the injection end timing ITE are controlled so that the period before the compression top dead center in the first half and the period after the compression top dead center in the second half are substantially equal with the compression top dead center (TDC) as the center. You may make it do.
図2は、内燃機関の1サイクル中のピストンストロークによるピストン位置変化量と燃焼室の体積変化量とを示したものである。図示するように、単位クランク角当たりの変化量は、ストロークの中間位置付近で最も大きく、下死点(BDC)付近ならびに上死点(TDC)付近では、非常に小さい。従って、本発明で燃料噴射を行う圧縮上死点付近は、ピストン位置変化や体積変化が非常に小さく、ピストンの動き等に影響されない安定した場が形成され得る。 FIG. 2 shows the piston position change amount and the combustion chamber volume change amount due to the piston stroke in one cycle of the internal combustion engine. As shown in the figure, the amount of change per unit crank angle is the largest near the middle position of the stroke, and is very small near the bottom dead center (BDC) and near the top dead center (TDC). Therefore, in the vicinity of the compression top dead center where the fuel injection is performed in the present invention, the piston position change and volume change are very small, and a stable field that is not affected by the piston movement or the like can be formed.
また、筒内には、吸気行程において、スワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのガス流動が発生し、圧縮行程においても残存しているが、このようなスワール流やタンブル流といった大きな流れは、ピストンが圧縮上死点付近に達して燃焼室が狭小なものとなると、急激に崩壊する。図3は、種々の機関回転数の下での燃焼室内の大きな流れの流速変化を示したものであり、図示するように、回転数に応じた強さのスワール流ないしタンブル流が発生するが、圧縮上死点(360°CA)に達する前に、急激に崩壊する。従って、本発明において圧縮上死点付近で噴射された燃料噴霧は、スワール流やタンブル流のような大きな流れにより動かされることがなく、点火プラグに対し、常に安定した形で噴霧を形成することが可能である。 In the cylinder, a relatively large gas flow such as a swirl flow or a tumble flow is generated in the intake stroke and remains in the compression stroke. However, a large flow such as a swirl flow or a tumble flow is When the piston reaches near the compression top dead center and the combustion chamber becomes narrow, it collapses rapidly. FIG. 3 shows a change in flow velocity of a large flow in the combustion chamber under various engine speeds. As shown in the figure, a swirl flow or a tumble flow having a strength corresponding to the rotation speed is generated. Collapses rapidly before reaching compression top dead center (360 ° CA). Therefore, in the present invention, the fuel spray injected near the compression top dead center is not moved by a large flow such as a swirl flow or a tumble flow, and always forms a spray in a stable manner on the spark plug. Is possible.
一方、上記のスワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのエネルギは、その流れの崩壊に伴って、微小な乱れへと遷移する。従って、燃焼室内の微小な乱れは、圧縮上死点の直前に、急激に増大する。図4は、図3に示した流れの崩壊に伴って生じる微小な乱れの強さを、流速に換算していわゆる乱れ流速として示したものであり、図示するように、圧縮上死点直前に、乱れが大きく増加する。このような微小な乱れは、燃焼場の活性化に寄与し、燃焼改善作用が得られる。 On the other hand, the energy of a relatively large flow such as the swirl flow or the tumble flow described above transitions to minute turbulence as the flow collapses. Therefore, the minute disturbance in the combustion chamber increases rapidly just before the compression top dead center. FIG. 4 shows the intensity of the minute turbulence caused by the collapse of the flow shown in FIG. 3 as a so-called turbulent flow rate converted to a flow velocity, and as shown in the figure, immediately before the compression top dead center. , Disturbances increase greatly. Such minute disturbances contribute to the activation of the combustion field, and a combustion improving action is obtained.
つまり、燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。従って、圧縮上死点よりも遅角した点火時期でもって、安定した燃焼が可能であり、燃焼安定度の上で制限される点火時期の遅角限界が、より遅角側となる。そのため、点火時期の大幅な遅角により、排気ガス温度を大幅に昇温させることができ、かつHC排出量が低減する。 In other words, the field in the combustion chamber near the compression top dead center where the fuel is injected does not have a large flow that moves the spray, and there are many minute disturbances that activate the combustion, It is a very stable place against the movement of the piston. Therefore, stable combustion is possible with the ignition timing retarded from the compression top dead center, and the retard limit of the ignition timing that is limited in terms of combustion stability is on the retard side. For this reason, the exhaust gas temperature can be raised significantly by a large retardation of the ignition timing, and the HC emission amount is reduced.
ここで、上記のように圧縮上死点を跨ぐ期間に燃料を噴射する上死点噴射運転モードにおいては、十分に燃圧が高くないと、噴霧の粒径が大きくなり、スモークやHCの悪化が生じる。上死点付近では、例えば筒内圧が1.5MPa以上となるので、2.0MPa以上の燃圧がないと、燃料を十分に微粒化できない。これに対し、機関始動時には、燃圧はクランキング開始とともに上昇し始め、機関回転数に伴って上昇するので、始動直後に、燃圧が不十分なまま上死点噴射運転モードによるスモークやHCが発生する懸念がある。 Here, in the top dead center injection operation mode in which fuel is injected during the period across the compression top dead center as described above, if the fuel pressure is not sufficiently high, the particle size of the spray becomes large, and smoke and HC deteriorate. Arise. In the vicinity of the top dead center, for example, the in-cylinder pressure becomes 1.5 MPa or more. Therefore, the fuel cannot be sufficiently atomized without a fuel pressure of 2.0 MPa or more. On the other hand, when the engine is started, the fuel pressure starts to increase with the start of cranking and increases with the engine speed. Immediately after starting, smoke and HC are generated due to the top dead center injection operation mode with insufficient fuel pressure. There are concerns.
そこで、本発明では、燃圧が低い始動直後の期間は、図1の(b)に示すように、圧縮上死点を跨ぐ期間の主噴射I1に先だって、吸気行程中に、燃料の一部を早期噴射I2として噴射する。これにより、圧縮上死点を跨ぐように噴射される主噴射I1の噴射量が少なくなる。吸気行程中に早期噴射I2として噴射された燃料は、主噴射I1の噴射時期前に筒内に拡散し、希薄混合気を形成するので、燃圧が多少低くても、スモークやHCの悪化が抑制される。 Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1 (b), during the period immediately after the start when the fuel pressure is low, a part of the fuel is removed during the intake stroke prior to the main injection I1 over the compression top dead center. Injected as early injection I2. Thereby, the injection quantity of the main injection I1 injected so as to straddle the compression top dead center is reduced. The fuel injected as the early injection I2 during the intake stroke diffuses into the cylinder before the injection timing of the main injection I1 and forms a lean air-fuel mixture, so that the deterioration of smoke and HC is suppressed even if the fuel pressure is somewhat low Is done.
燃圧が低いほど噴霧の微粒化は悪化するので、燃圧が低いほど主噴射の割合が少なくなるように制御することで、スモークやHCの悪化が確実に回避される。そして、燃圧が非常に低く、主噴射が所定の最小噴射時間以下となる条件では、燃料の全量を吸気行程中に噴射することが望ましく、これにより、確実な着火燃焼が可能である。 As the fuel pressure is lower, atomization of the spray is worsened. By controlling so that the ratio of the main injection is reduced as the fuel pressure is lower, the deterioration of smoke and HC is reliably avoided. Then, under conditions where the fuel pressure is very low and the main injection is less than or equal to the predetermined minimum injection time, it is desirable to inject the entire amount of fuel during the intake stroke, thereby enabling reliable ignition combustion.
また本発明の一つの態様では、燃圧が十分に高い状態においても、上死点噴射運転モード中に負荷が上昇したときに、圧縮上死点を跨ぐ期間の主噴射に先だって、燃料の一部を早期噴射として噴射する。すなわち、上死点噴射運転モードでは、負荷が上昇し、燃料噴射量があるレベル以上になると、点火プラグ付近の混合気が過濃となり、着火性が悪化する。また、点火プラグから離れた位置に過濃な混合気の塊が存在する場合もあり、この場合には、スモークの悪化を招来する。そこで、上死点噴射運転モード中に負荷が上昇したときに、圧縮上死点を跨ぐ期間の主噴射で過度の量の噴射を行わずに、やはり図1の(b)に示すように、圧縮上死点を跨ぐ期間の主噴射I1に先だって、燃料の一部を早期噴射I2として噴射するようにすれば、過濃な混合気の塊の発生が抑制される。 In one aspect of the present invention, even in a state where the fuel pressure is sufficiently high, when the load increases during the top dead center injection operation mode, a part of the fuel is injected prior to the main injection in the period over the compression top dead center. Is injected as an early injection. That is, in the top dead center injection operation mode, when the load increases and the fuel injection amount exceeds a certain level, the air-fuel mixture near the spark plug becomes excessively rich and the ignitability deteriorates. Further, there is a case where an excessively rich air-fuel mixture lump exists at a position away from the spark plug. In this case, smoke is deteriorated. Therefore, when the load increases during the top dead center injection operation mode, without performing an excessive amount of injection in the main injection in the period over the compression top dead center, as shown in FIG. If a part of the fuel is injected as the early injection I2 prior to the main injection I1 in the period across the compression top dead center, the generation of an excessively rich air-fuel mixture lump is suppressed.
この発明によれば、点火時期を圧縮上死点よりも大幅に遅角させた状態で安定した燃焼を得ることができ、例えば内燃機関の冷機時に、排気ガス温度を昇温させて触媒の早期活性化を図ることができるとともに、HC排出量の低減が可能となる。そして、燃圧が不十分となる始動直後は、燃料の一部を吸気行程中に噴射することにより、燃圧不足によるスモークやHCの悪化を回避することができる。 According to the present invention, stable combustion can be obtained in a state where the ignition timing is significantly retarded from the compression top dead center. For example, when the internal combustion engine is cold, the exhaust gas temperature is raised and the catalyst is accelerated. Activation can be achieved and HC emissions can be reduced. Immediately after startup when the fuel pressure becomes insufficient, a part of the fuel is injected during the intake stroke, so that smoke and HC deterioration due to insufficient fuel pressure can be avoided.
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図5〜図7は、この発明が適用される筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示しており、特に、図5,図6は、一つの気筒の構成を示し、図7は機関全体のシステム構成を示している。 5 to 7 show an embodiment of a direct injection type spark ignition internal combustion engine to which the present invention is applied. In particular, FIGS. 5 and 6 show the configuration of one cylinder. Indicates the system configuration of the entire organization.
図5,図6に示すように、シリンダブロック1に形成されたシリンダ2にピストン3が摺動可能に配置されているとともに、シリンダブロック1上面に固定されたシリンダヘッド4と上記ピストン3との間に、燃焼室5が形成されている。上記シリンダヘッド4には、吸気弁6によって開閉される吸気ポート7と、排気弁8によって開閉される排気ポート9と、が形成されている。1つの気筒に対し、一対の吸気弁6と一対の排気弁8とが設けられており、これらの4つの弁に囲まれた燃焼室5天井面中心部に、点火プラグ10が配置されている。また、この実施例では、運転状態によってタンブル流を強化することができるように、吸気ポート7内に、該吸気ポート7内を上下2つの流路に区画する隔壁11が設けられているとともに、その下側の流路を上流端で開閉するタンブル制御弁12が設けられている。当業者には容易に理解できるように、タンブル制御弁12によって下側の流路を閉塞した状態ではタンブル流が強化され、タンブル制御弁12を開いた状態ではタンブル流が弱まる。なお、このタンブル制御弁12は本発明において必ずしも必須のものではなく、省略することも可能であり、また、これに代えて、公知のスワール制御弁を設けるようにしてもよい。
As shown in FIGS. 5 and 6, a
上記シリンダヘッド4の吸気ポート7の下側、より詳しくは一対の吸気ポート7の中間部の位置には、筒内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁15が配置されている。この燃料噴射弁15は、平面図上において図示せぬピストンピンと直交する方向に沿って燃料を噴射するように配置されているとともに、図5の断面図上において、斜め下方を指向して配置されているが、下方への傾斜角は比較的小さく、つまり水平に近い方向へ燃料を噴射する。
A
一方、ピストン3の頂部は、ペントルーフ型をなす燃焼室5天井面の傾斜に沿った凸部形状をなしているとともに、その中央部に、平面図上において略矩形をなす凹部16が形成されている。この凹部16の底面は、タンブル流に沿うように、所定の曲率半径の円弧面ないしは円弧に近似した湾曲面をなしている。
On the other hand, the top of the
図7に示すように、この実施例の内燃機関は、例えば直列4気筒機関であり、各気筒の排気ポート9が接続された排気通路21に、排気浄化用の触媒コンバータ22が設けられており、その上流側に、酸素センサ等の空燃比センサ23が配置されている。また、各気筒の吸気ポート7が接続された吸気通路24は、その入口側に、制御信号により開閉される電子制御スロットル弁25を備えている。上記排気通路21と上記吸気通路24との間には、排気還流通路26が設けられており、その途中に、排気還流制御弁27が介装されている。また、各気筒のタンブル制御弁12は、ソレノイドバルブ28を介して導入される吸入負圧により動作する負圧式タンブル制御アクチュエータ29によって、一斉に開閉される構成となっている。
As shown in FIG. 7, the internal combustion engine of this embodiment is, for example, an in-line four-cylinder engine, and a
また、上記燃料噴射弁15には、高圧燃料ポンプ31およびプレッシャレギュレータ32によって適宜な圧力に調圧された燃料が、燃料ギャラリ33を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁15が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。また、各気筒の点火プラグ10は、イグニッションコイル34に接続されている。なお、上記高圧燃料ポンプ31は、例えば機関のカムシャフトによって駆動される機械式ポンプとして構成されている。
The
上記内燃機関の燃料噴射時期や噴射量、点火時期等は、コントロールユニット35によって制御される。このコントロールユニット35には、アクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ30の検出信号や、クランク角センサ36の検出信号、空燃比センサ23の検出信号、冷却水温を検出する水温センサ37の検出信号、等が入力されている。
The fuel injection timing, injection amount, ignition timing, etc. of the internal combustion engine are controlled by the
上記のように構成された内燃機関においては、暖機が完了した後の状態、例えば冷却水温が80℃を越えているときには、通常の成層燃焼運転および均質燃焼運転が行われる。 In the internal combustion engine configured as described above, when the warm-up is completed, for example, when the cooling water temperature exceeds 80 ° C., normal stratified combustion operation and homogeneous combustion operation are performed.
すなわち、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転モードとして、基本的にタンブル制御弁12を閉じた状態の下で、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前の時期に点火が行われる。なお、この運転モードでは、圧縮上死点前に必ず燃料噴射が終了する。圧縮行程中にピストン3へ向けて噴射された燃料は、凹部16に沿って旋回するタンブル流を利用して点火プラグ10近傍へ集められ、ここで点火される。そのため、平均的な空燃比がリーンとなった成層燃焼が実現される。
That is, in a predetermined region on the low speed and low load side, as a normal stratified combustion operation mode, fuel injection is performed at an appropriate time in the compression stroke, with the
また、暖機完了後の高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転モードとして、基本的にタンブル制御弁12を開いた状態の下で、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のMBT点において点火が行われる。この場合は、燃料は筒内で均質な混合気となり、基本的に理論空燃比近傍で運転が行われる。
Further, in a predetermined region on the high speed and high load side after the warm-up is completed, fuel injection is performed during the intake stroke under the condition that the
これに対し、内燃機関の冷却水温が80℃以下のとき、つまり暖機が完了していない状態では、触媒コンバータ22の活性化つまり温度上昇の促進とHC排出量低減のために、上死点噴射運転モードとなる。この上死点噴射運転モードでは、前述した図1の(a)に示したように、噴射開始時期ITSが圧縮上死点(TDC)前、噴射終了時期ITEが圧縮上死点(TDC)後となり、圧縮上死点を跨いで燃料噴射が行われる。点火時期ADVは、圧縮上死点(TDC)後となり、噴射開始時期ITSから10°CA〜25°CA遅れた時期に点火される。この遅れ期間の間に、燃料噴霧がちょうど点火プラグ10付近に到達し、点火プラグ10付近に可燃混合気を形成するので、確実に着火燃焼に至り、成層燃焼が行われる。このとき、燃料噴射量は、平均的な空燃比が理論空燃比となるように制御される。
On the other hand, when the cooling water temperature of the internal combustion engine is 80 ° C. or lower, that is, when the warm-up is not completed, the top dead center is used to activate the
本実施例では、上記の燃料噴射時期は、噴射開始時期ITSが所定のクランク角となるように制御され、噴射終了時期ITEは、この噴射開始時期ITSと燃料噴射量(噴射時間)とによって定まる。なお、燃料噴射期間における圧縮上死点前の期間と圧縮上死点後の期間とが等しくなるように、燃料噴射量に基づき、噴射開始時期ITSと噴射終了時期ITEとを求めるようにすることも可能である。 In this embodiment, the fuel injection timing is controlled so that the injection start timing ITS becomes a predetermined crank angle, and the injection end timing ITE is determined by the injection start timing ITS and the fuel injection amount (injection time). . The injection start timing ITS and the injection end timing ITE are obtained based on the fuel injection amount so that the period before the compression top dead center and the period after the compression top dead center in the fuel injection period are equal. Is also possible.
前述したように、この上死点噴射運転モードにおいて燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、大きな流れの崩壊により噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ大きな流れの崩壊に伴い、燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。そして、このように大きな流れが存在しない安定した場の中で、高圧で燃料噴射を行うことにより、噴霧自体のエネルギによって筒内に微小な乱れを積極的に生成することができる。従って、圧縮上死点よりも遅角した点火時期でもって、安定した燃焼が可能であり、燃焼安定度の上で制限される点火時期の遅角限界が、より遅角側となる。そのため、点火時期の大幅な遅角により、排気ガス温度を大幅に昇温させることができ、かつHC排出量が低減する。 As described above, the field in the combustion chamber near the compression top dead center where fuel is injected in this top dead center injection operation mode does not have a large flow that causes the spray to move due to the collapse of the large flow, Along with the collapse of the large flow, there are many minute disturbances that activate the combustion, and the field becomes very stable against the movement of the piston. Then, by performing fuel injection at a high pressure in a stable field where there is no such a large flow, minute turbulence can be positively generated in the cylinder by the energy of the spray itself. Therefore, stable combustion is possible with the ignition timing retarded from the compression top dead center, and the retard limit of the ignition timing that is limited in terms of combustion stability is on the retard side. For this reason, the exhaust gas temperature can be raised significantly by a large retardation of the ignition timing, and the HC emission amount is reduced.
次に、冷間始動時の制御について説明する。冷機状態からの始動の場合、上述のような排気ガス温度の上昇のために、始動後、直ちに上死点噴射運転モードとすることが望ましいのであるが、始動直後(例えばクランキング開始から1〜2秒程度の間)は、燃圧が不十分であり、スモークやHCが悪化する。図8は、クランキング開始後の燃圧変化を示しており、これは、機関回転数の立ち上がりと相似しているが、クランキング開始後、例えばa点付近で初爆が発生し、さらに機関回転数が上昇するに伴って、燃圧が目標燃圧に到達する。また、図9は、圧縮上死点付近で燃料を噴射した場合の燃圧と燃料粒径との関係を示しており、図示するように、燃圧が低いほど、粒径が増大し、これに伴ってスモークやHCが悪化する。 Next, control during cold start will be described. In the case of starting from the cold state, it is desirable that the top dead center injection operation mode is immediately started after starting to increase the exhaust gas temperature as described above. For about 2 seconds), the fuel pressure is insufficient, and smoke and HC deteriorate. FIG. 8 shows the change in fuel pressure after the start of cranking, which is similar to the rise in engine speed, but after the start of cranking, for example, the first explosion occurred near point a, and further engine rotation As the number increases, the fuel pressure reaches the target fuel pressure. FIG. 9 shows the relationship between the fuel pressure and the fuel particle size when fuel is injected near the compression top dead center. As shown, the lower the fuel pressure, the larger the particle size. Smoke and HC deteriorate.
そこで、この実施例では、燃圧が図8の所定の圧力P1(例えば圧縮上死点での筒内圧以上の2MPa程度に設定される)に達するまでは、図1の(b)に示すように、圧縮上死点を跨ぐ期間の主噴射I1に先だって、吸気行程中に、燃料の一部が早期噴射I2として噴射される。これにより、圧縮上死点を跨ぐように噴射される主噴射I1の噴射量が少なくなる。吸気行程中に早期噴射I2として噴射された燃料は、主噴射I1の噴射時期前に筒内に拡散し、希薄混合気を形成するので、燃圧が多少低くても、スモークやHCの悪化が抑制される。なお、点火時期ADVは、やはり圧縮上死点(TDC)後となり、噴射開始時期ITSから10°CA〜25°CA程度遅れた時期に点火される。 Therefore, in this embodiment, until the fuel pressure reaches the predetermined pressure P1 of FIG. 8 (for example, set to about 2 MPa which is equal to or higher than the in-cylinder pressure at the compression top dead center), as shown in FIG. A part of the fuel is injected as the early injection I2 during the intake stroke prior to the main injection I1 in the period across the compression top dead center. Thereby, the injection quantity of the main injection I1 injected so as to straddle the compression top dead center is reduced. The fuel injected as the early injection I2 during the intake stroke diffuses into the cylinder before the injection timing of the main injection I1 and forms a lean air-fuel mixture, so that the deterioration of smoke and HC is suppressed even if the fuel pressure is somewhat low Is done. The ignition timing ADV is also after the compression top dead center (TDC), and is ignited at a timing delayed by about 10 ° CA to 25 ° CA from the injection start timing ITS.
また、このとき、主噴射I1と早期噴射I2との割合は、燃圧に応じて異なる割合となり、燃圧が低いほど主噴射の割合が少なくなるように制御される。従って、燃圧が低い段階におけるスモークやHCの悪化が確実に回避される。 Further, at this time, the ratio between the main injection I1 and the early injection I2 is different depending on the fuel pressure, and is controlled so that the ratio of the main injection decreases as the fuel pressure decreases. Therefore, smoke and HC deterioration at the stage where the fuel pressure is low are surely avoided.
そして、燃圧が非常に低く、主噴射I1が所定の最小噴射時間以下となる条件では、燃料の全量が吸気行程中に噴射される。つまり、主噴射I1の割合が0となり、早期噴射I2が100%となる。具体的には、燃圧が図8の圧力P2より低い段階では、燃料の全量が吸気行程中に噴射される。 Under the condition that the fuel pressure is very low and the main injection I1 is equal to or shorter than the predetermined minimum injection time, the entire amount of fuel is injected during the intake stroke. That is, the ratio of the main injection I1 is 0, and the early injection I2 is 100%. Specifically, when the fuel pressure is lower than the pressure P2 in FIG. 8, the entire amount of fuel is injected during the intake stroke.
従って、クランキング開始からの経時的な噴射の態様の変化としては、3段階に変化することになり、まず燃圧が非常に低い第1の段階の間、具体的にはクランキング開始から燃圧が圧力P2に達するまでは、燃料の全量が吸気行程中に噴射される。吸気行程中は、筒内圧が低いので、燃圧が低くても確実に燃料供給を行うことができ、早期に初爆を開始することが可能となる。次に、燃圧が図8のP2からP1の間にある第2の段階においては、早期噴射I2と主噴射I1とに分割した形での噴射が行われる。この状態では、点火時期は圧縮上死点よりも遅角しているので、スモークやHCの悪化を抑制しつつ排気ガス温度の上昇作用が早期に開始される。そして、燃圧が図8の圧力P1に達した後の第3の段階では、本来の上死点噴射運転モードとなり、排気ガス温度の上昇作用が最大限に得られる。 Therefore, the change in the mode of injection over time from the start of cranking changes in three stages. First, during the first stage where the fuel pressure is very low, specifically, the fuel pressure from the start of cranking Until the pressure P2 is reached, the entire amount of fuel is injected during the intake stroke. Since the in-cylinder pressure is low during the intake stroke, fuel can be reliably supplied even if the fuel pressure is low, and the initial explosion can be started early. Next, in a second stage in which the fuel pressure is between P2 and P1 in FIG. 8, injection is performed in a form divided into early injection I2 and main injection I1. In this state, since the ignition timing is retarded from the compression top dead center, the action of increasing the exhaust gas temperature is started early while suppressing the deterioration of smoke and HC. Then, in the third stage after the fuel pressure reaches the pressure P1 in FIG. 8, the original top dead center injection operation mode is set, and the effect of increasing the exhaust gas temperature is obtained to the maximum.
一方、内燃機関の始動が完了して燃圧が一旦十分に上昇すれば、以後は、燃圧の点では圧縮上死点を跨ぐ期間での噴射が可能であるが、上記の上死点噴射運転モードにおいては、負荷の上昇に伴い、燃料噴射量があるレベル以上になると、噴霧により形成される混合気の塊が過濃となり、着火性やスモークが悪化することがある。そのため、本実施例では、図10に冷機時の運転モードを示すように、上死点噴射運転モードの領域内であっても、所定値以上の負荷の領域では、図1の(b)に示したように、圧縮上死点を跨ぐ期間の主噴射I1に先だって、例えば吸気行程中に、燃料の一部を早期噴射I2として噴射する。この早期噴射I2の噴射量は、負荷が高いほど増大し、主噴射I1の噴射量の最大量は、負荷が高くなっても所定量に制限される。これにより、点火プラグ10付近の空燃比が可燃混合気領域内に制限され、着火性の悪化が回避される。また、過濃な混合気の塊に起因するスモークの悪化を防止することができる。
On the other hand, once the start of the internal combustion engine is completed and the fuel pressure rises sufficiently, after that, it is possible to inject fuel over the compression top dead center in terms of fuel pressure. When the fuel injection amount exceeds a certain level as the load increases, the mass of the air-fuel mixture formed by spraying becomes excessive, and the ignitability and smoke may deteriorate. For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 10, the operation mode during cold operation is shown in FIG. As shown, prior to the main injection I1 during the period over the compression top dead center, for example, during the intake stroke, a part of the fuel is injected as the early injection I2. The injection amount of the early injection I2 increases as the load increases, and the maximum injection amount of the main injection I1 is limited to a predetermined amount even when the load increases. As a result, the air-fuel ratio in the vicinity of the
なお、図10に示すように、冷機時であっても、高負荷域および高速域においては、上死点噴射運転モードは解除され、通常モードとして通常の成層燃焼運転ないしは均質燃焼運転が行われる。 As shown in FIG. 10, the top dead center injection operation mode is canceled and the normal stratified combustion operation or homogeneous combustion operation is performed as the normal mode in the high load region and the high speed region even when the engine is cold. .
3…ピストン
5…燃焼室
10…点火プラグ
15…燃料噴射弁
3 ...
Claims (9)
A control method for an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine having a fuel injection valve for injecting fuel directly into a cylinder and having an ignition plug, wherein the fuel pressure is the first fuel pressure when starting in the engine cold state In the first stage in the initial stage of starting until the engine reaches the initial value, the entire amount of fuel is injected during the intake stroke, and the subsequent fuel pressure is between the first fuel pressure and the second fuel pressure higher than the first fuel pressure. In the second stage, a part of the fuel is injected during the intake stroke, and the remaining fuel is compressed so that the injection start timing is before the compression top dead center and the injection end timing is after the compression top dead center. Injecting in a period straddling the top dead center, igniting after compression top dead center delayed from the above injection start timing, and in the third stage after the subsequent fuel pressure reaches the second fuel pressure , injection starts The timing is before compression top dead center and the injection end time is after compression top dead center Injecting a period spanning the reduced top dead center, and a control method for a cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine which is characterized in that the ignition after compression top dead center which is delayed from the injection start timing.
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