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JP5477246B2 - Combustion control method and combustion control apparatus for gasoline engine for performing combustion - Google Patents

Combustion control method and combustion control apparatus for gasoline engine for performing combustion Download PDF

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JP5477246B2 JP2010219239A JP2010219239A JP5477246B2 JP 5477246 B2 JP5477246 B2 JP 5477246B2 JP 2010219239 A JP2010219239 A JP 2010219239A JP 2010219239 A JP2010219239 A JP 2010219239A JP 5477246 B2 JP5477246 B2 JP 5477246B2
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Description

本発明は、HCCI(予混合圧縮着火)燃焼を行うガソリンエンジンの燃焼制御方法および燃焼制御装置に関するものである。  The present invention relates to a combustion control method and a combustion control device for a gasoline engine that performs HCCI (premixed compression ignition) combustion.

少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンにおいては、特許文献1に記載のように、HCCI燃焼を行うものがある。このHCCI燃焼においては、空燃比が理論空燃比よりも相当にリーンな雰囲気でも着火、燃焼が可能であり、しかも急速燃焼されることから、燃費向上の上で極めて好ましい燃焼形態となる。この特許文献1に記載の技術は、予混合圧縮着火用となる第1燃料噴射を行った後、第2燃料噴射によって成層領域を形成するもので、いずれの燃料噴射も着火(点火)開始前に行われるものとなっている。そして、NOx発生が問題となる高負荷域では、上記第1燃料噴射の噴射量を0にするようになっている。  Some gasoline engines to which a fuel containing at least gasoline is supplied perform HCCI combustion as described in Patent Document 1. In this HCCI combustion, ignition and combustion can be performed even in an atmosphere in which the air-fuel ratio is considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and since rapid combustion is performed, this is a very preferable combustion mode for improving fuel consumption. In the technique described in Patent Document 1, a stratified region is formed by second fuel injection after performing first fuel injection for premixed compression ignition, and any fuel injection is before ignition (ignition) starts. It is to be done. In the high load region where NOx generation is a problem, the injection amount of the first fuel injection is set to zero.

特開2009−74488号公報JP 2009-74488 A

ところで、HCCI燃焼においては、燃料噴射量が多くなる高負荷域では、急速燃焼に起因して、燃焼圧力が極めて高くなり、そのために騒音の発生はもとより、燃焼温度も極めて高くなってNOxの発生が大きな問題となる。このため、高負荷域では、実質的にHCCI燃焼を行わないようにするか、あるいはNOx浄化触媒を別途排気通路に設ける必要がある。 By the way, in HCCI combustion, in a high load region where the fuel injection amount is large, combustion pressure becomes extremely high due to rapid combustion, so that not only noise but also combustion temperature becomes extremely high and NOx is generated. Is a big problem. For this reason, it is necessary to substantially prevent HCCI combustion in a high load region or to separately provide a NOx purification catalyst in the exhaust passage.

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、高負荷域において、HCCI燃焼を行いつつNOx発生を抑制できるようにしたガソリンエンジンの燃焼制御装置を提供することにある。  The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a combustion control apparatus for a gasoline engine capable of suppressing NOx generation while performing HCCI combustion in a high load range. is there.

前記目的を達成するため、本発明における燃焼制御方法にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項1に記載のように、
少なくとも部分的にガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンの燃焼制御方法であって、
エンジンは、燃焼室の天井面に沿うようにピストンの冠面が形成されると共に、該ピストンの上面中央部に凹部が形成され、しかも幾何学的圧縮比が15以上に設定されており、
圧縮上死点位置において、全燃焼室容積に占める前記凹部の容積割合が10〜20%に設定されており、
エンジン高負荷域において、吸気行程で燃料噴射する前段燃料噴射と圧縮行程において前記凹部内に向けて燃料噴射する後段燃料噴射との分割噴射を行って、圧縮上死点または圧縮上死点直前に前記凹部内の燃料が圧縮自己着火されると共に、該圧縮自己着火から遅れて該凹部以外の燃料の着火が行われることにより、トルクを生成する燃焼の熱発生割合の最初のピークが膨張行程のピストン下降時期となり、その後一旦熱発生割合が増加しない期間を経過した後に再び熱発生割合が増加する燃焼形態とされる、
ようにしてある。
In order to achieve the above object, the following solution technique is adopted in the combustion control method of the present invention. That is, as described in claim 1 in the claims,
A method for controlling combustion in a gasoline engine to which fuel containing at least a gasoline is supplied,
The engine has a piston crown formed along the ceiling of the combustion chamber, a recess formed in the center of the upper surface of the piston, and a geometric compression ratio of 15 or more.
In the compression top dead center position, the volume ratio of the recess to the total combustion chamber volume is set to 10 to 20%,
In the engine high load range, split injection of front-stage fuel injection that injects fuel in the intake stroke and rear-stage fuel injection that injects fuel into the recesses in the compression stroke, and immediately before compression top dead center or compression top dead center The fuel in the recess is compressed and self-ignited, and the fuel other than the recess is ignited with a delay from the compression self-ignition, so that the first peak of the heat generation rate of combustion that generates torque is the expansion stroke. It is a combustion mode in which the heat generation rate increases again after a period when the heat generation rate does not increase after the piston descending timing has elapsed.
It is like that.

上記解決手法によれば、燃焼は、熱発生割合が2回のピークを有するように分割して行われることになる。すなわち、まず、凹部内の燃料が圧縮自己着火されて燃焼開始されるが、このとき、凹部以外のピストン冠面と燃焼室天井面との間の隙間にある燃料は燃焼室壁面に熱を奪われて着火されない状態となる。そして、ピストンの下降に応じて燃焼室天井面とピストン冠面との隙間が広がることによりこの隙間にある燃料が続いて燃焼されることになる。これにより、全ての燃料を同時に燃焼させて熱発生割合のピークが1回しか生じない燃焼形態の場合に比して、筒内温度の上昇を抑制することができ、NOx発生を抑制することができる。また、少なくとも吸気行程で燃料噴射するので、燃料と空気とのミキシングも良好に行われて、CO低減やスモーク低減の上でも好ましいものとなる。以上に加えて、凹部内の燃料の圧縮自己着火を確実に行わせる上で好ましいものとなり、また圧縮自己着火時期を適切にして着火遅れを回避する上でも好ましいものとなる。 According to the above solution, the combustion is performed in such a way that the heat generation rate has two peaks. That is, first, the fuel in the recess is compressed and ignited to start combustion. At this time, the fuel in the gap between the piston crown surface other than the recess and the combustion chamber ceiling surface takes heat to the combustion chamber wall surface. Will be ignited. As the piston descends, the gap between the combustion chamber ceiling surface and the piston crown surface widens, so that the fuel in this gap is subsequently burned. As a result, an increase in the in-cylinder temperature can be suppressed and NOx generation can be suppressed as compared with a combustion mode in which all fuels are burned simultaneously and the peak of the heat generation rate occurs only once. it can. Further, since the fuel is injected at least in the intake stroke, the fuel and air are mixed well, which is preferable in terms of CO reduction and smoke reduction. In addition to the above, it is preferable for reliably performing the compression self-ignition of the fuel in the recess, and also preferable for avoiding the ignition delay by appropriately setting the compression self-ignition timing.

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項2〜請求項に記載のとおりである。すなわち、
前記熱発生割合のピーク時の燃焼温度が所定温度以下に収まるように前記凹部内の燃料の圧縮自己着火時期が調整される、ようにしてある(請求項2対応)。この場合、燃焼温度を管理して、NOxをより確実に抑制する上で好ましいものとなる。
A preferred mode based on the above solution is as set forth in claims 2 to 3 in the claims. That is,
The compression self-ignition timing of the fuel in the recess is adjusted so that the combustion temperature at the peak of the heat generation rate falls below a predetermined temperature (corresponding to claim 2). In this case, it is preferable to control the combustion temperature and more reliably suppress NOx.

点火プラグを作動させることにより、前記凹部内の燃料の圧縮自己着火を促進させる、ようにしてある(請求対応)。この場合、圧縮自己着火をより確実に行う上で好ましいものとなる。 By operating the spark plug, compression self-ignition of the fuel in the recess is promoted (corresponding to claim 3 ). In this case, it is preferable to perform compression self-ignition more reliably.

前記目的を達成するため、本発明における燃焼制御装置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項に記載のように、
少なくとも部分的にガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンの燃焼制御装置であって、
燃焼室の天井面に沿うようにピストンの冠面が形成されると共に、該ピストンの上面中央部に凹部が形成され、
エンジンの幾何学的圧縮比が15以上に設定されており、
圧縮上死点位置において、全燃焼室容積に占める前記凹部の容積割合が10〜20%に設定されており、
筒内に燃料噴射する燃料噴射弁と該燃料噴射弁を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、エンジン高負荷域において、吸気行程で燃料噴射する前段燃料噴射と圧縮行程において前記凹部内に向けて燃料噴射する後段燃料噴射との分割噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御することにより、圧縮上死点または圧縮上死点直前に前記凹部内の燃料が圧縮自己着火されると共に、該圧縮自己着火から遅れて該凹部以外の燃料の着火が行われることにより、トルクを生成する燃焼の熱発生割合の最初のピークが膨張行程のピストン下降時期となり、その後一旦熱発生割合が増加しない期間を経過した後に再び熱発生割合が増加する燃焼形態とされる、
ようにしてある。上記解決手法によれば、請求項1に記載した燃焼制御方法を実行するための燃焼制御装置が提供される。
In order to achieve the above object, the following solution is adopted in the combustion control device of the present invention. That is, as described in claim 4 in the claims,
A combustion control device for a gasoline engine to which a fuel containing at least a gasoline is supplied,
A crown surface of the piston is formed along the ceiling surface of the combustion chamber, and a recess is formed at the center of the upper surface of the piston.
The geometric compression ratio of the engine is set to 15 or higher,
In the compression top dead center position, the volume ratio of the recess to the total combustion chamber volume is set to 10 to 20%,
A fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder and a controller for controlling the fuel injection valve;
The controller controls the fuel injection valve so as to perform split injection of pre-stage fuel injection in which fuel is injected in an intake stroke and post-stage fuel injection in which fuel is injected into the recess in a compression stroke in an engine high load range. As a result, the fuel in the concave portion is compressed and self-ignited immediately before or at the compression top dead center, and the fuel other than the concave portion is ignited after the compression self-ignition to generate torque. The first peak of the heat generation rate of combustion is the piston lowering timing of the expansion stroke, and after that, after a period in which the heat generation rate does not increase, the heat generation rate increases again.
It is like that. According to the said solution technique, the combustion control apparatus for performing the combustion control method described in Claim 1 is provided.

本発明によれば、高負荷域において、HCCI燃焼を行って燃費向上を図りつつ、NOx発生を抑制できる。  According to the present invention, generation of NOx can be suppressed while improving fuel efficiency by performing HCCI combustion in a high load range.

本発明が適用されたエンジンの燃焼室付近の状態を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the state of the combustion chamber vicinity of the engine to which this invention was applied. 本発明の制御系統例をブロック図的に示す図。The figure which shows the example of a control system of this invention in a block diagram. 運転領域の設定例を示す図。The figure which shows the example of a setting of an operation area | region. 熱発生割合と筒内温度との関係を示す図。The figure which shows the relationship between a heat generation rate and in-cylinder temperature.

図1は、エンジン1の燃焼室付近の様子を概略的に示す。実施形態では、エンジン1は、往復動型とされた直列4気筒の自動車用ガソリンエンジンとされている。なお、エンジン1は、ガソリンを含有する燃料であれば、ガソリン100%の場合に限らず、例えばエタノール等の他の燃料を含有するものであってもよい。この図1において、2はシリンダ、3はシリンダ2内に摺動自在に嵌合されたピストンである。ピストン3の上方に燃焼室4が画成され、圧縮上死点位置において燃焼室容積を確保するために、ピストン3の上面中央部に凹部5が形成されている。 FIG. 1 schematically shows the vicinity of the combustion chamber of the engine 1. In the embodiment, the engine 1 is an in-line four-cylinder automobile gasoline engine that is a reciprocating type. The engine 1 is not limited to gasoline 100% as long as it contains fuel, and may contain other fuel such as ethanol, for example. In FIG. 1, 2 is a cylinder, and 3 is a piston slidably fitted in the cylinder 2. A combustion chamber 4 is defined above the piston 3, and a recess 5 is formed at the center of the upper surface of the piston 3 in order to ensure the combustion chamber volume at the compression top dead center position.

シリンダ2内つまり燃焼室4内には、吸気ポート6および排気ポート7が開口されている。吸気ポート6は吸気弁8により開閉され、排気ポート7は排気弁9により開閉される。また、圧縮上死点付近にある燃焼室4(凹部5)に臨ませて、燃料噴射弁10,点火プラグ11が配設されている。燃料噴射弁10は多孔式とされて、燃焼室4(凹部5)の径方向に分散して燃料を噴射するようにされている。 An intake port 6 and an exhaust port 7 are opened in the cylinder 2, that is, in the combustion chamber 4. The intake port 6 is opened and closed by an intake valve 8, and the exhaust port 7 is opened and closed by an exhaust valve 9. Further, a fuel injection valve 10 and a spark plug 11 are disposed so as to face the combustion chamber 4 (recessed portion 5) near the compression top dead center. The fuel injection valve 10 is of a porous type and is dispersed in the radial direction of the combustion chamber 4 (recess 5) to inject fuel.

排気ポート7に連なる排気通路(図示を略す)には、排気ガス浄化触媒としての三元触媒が配設されているが、排気通路には、NOx触媒は配設されていないものとなっている。すなわち、本実施形態では、後述するように、リーンな空燃比でもってHCCI(予混合圧縮着火)燃焼を行っても、NOxそのものの発生を抑制するようにしてあるので、NOx触媒を必要としない設定とされている。  In the exhaust passage (not shown) connected to the exhaust port 7, a three-way catalyst as an exhaust gas purification catalyst is disposed, but in the exhaust passage, a NOx catalyst is not disposed. . That is, in this embodiment, as described later, even if HCCI (premixed compression ignition) combustion is performed with a lean air-fuel ratio, the generation of NOx itself is suppressed, so a NOx catalyst is not required. It is set.

エンジン1は、ガソリンエンジンとしては高圧縮比とされている。実施形態では、1気筒あたりの容積が略500ccで、幾何学的圧縮比が18とされている。なお、自動車用エンジンとして一般的な1気筒あたりの容積(排気量)が400cc〜600ccである場合に、幾何学的圧縮比は例えば15〜21(好ましくは17〜20)の範囲で適宜設定することができる。 The engine 1 has a high compression ratio as a gasoline engine. In the embodiment, the volume per cylinder is approximately 500 cc, and the geometric compression ratio is 18. In addition, when the volume (displacement amount) per cylinder, which is common as an automobile engine, is 400 cc to 600 cc, the geometric compression ratio is appropriately set within a range of, for example, 15 to 21 (preferably 17 to 20). be able to.

ピストン3の冠面(上面)は、燃焼室4の天井面に沿う形状に設定されている。実施形態では、燃焼室4は、その天井面が2つの傾斜面4a、4bを有するペントルーフ型とされている。これに対応して、ピストン1の冠面には、傾斜面4aに平行な傾斜面3aと、傾斜面4bに平行な傾斜面3bとを有する。これにより、圧縮上死点位置において、対向する傾斜面4aと3aとの隙間および傾斜面4bと3bとの隙間は極めて小さいものとされる。そして、ピストン1の中央部に形成された凹部5によって、圧縮上死点位置での燃焼室容積が確保される。なお、圧縮上死点位置において、全燃焼室容積中に占める凹部5の容積割合は、例えば10%〜20%の範囲に設定することができる。 The crown surface (upper surface) of the piston 3 is set to a shape along the ceiling surface of the combustion chamber 4. In the embodiment, the combustion chamber 4 is a pent roof type in which the ceiling surface has two inclined surfaces 4a and 4b. Correspondingly, the crown surface of the piston 1 has an inclined surface 3a parallel to the inclined surface 4a and an inclined surface 3b parallel to the inclined surface 4b. Thereby, in the compression top dead center position, the gap between the inclined surfaces 4a and 3a and the inclined surfaces 4b and 3b facing each other are extremely small. And the combustion chamber volume in a compression top dead center position is ensured by the recessed part 5 formed in the center part of the piston 1. FIG. In addition, in the compression top dead center position, the volume ratio of the recessed part 5 which occupies in the whole combustion chamber volume can be set to the range of 10%-20%, for example.

図2は、エンジン1の制御系統例を示すものである。この図2において、Uは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ(制御手段)である。このコントローラUには、各種センサS1〜S4からの信号が入力される。センサS1は、エンジン負荷を検出する負荷センサである。センサS2は、エンジン回転数を検出する回転数センサである。センサS3は、筒内圧力を検出する圧力センサであり、実施形態では点火プラグ11内に組み込まれている。なお、筒内圧力は、筒内温度と略比例関係にあるので、筒内圧力の検出は、筒内温度の検出ともなる。センサS4は、エンジン冷却水温度を検出する水温センサである。また、コントローラUは、前述した燃料噴射弁10からの燃料噴射量および燃料噴射タイミングを制御し、また点火プラグ11の点火タイミング等を制御する。 FIG. 2 shows an example of a control system of the engine 1. In FIG. 2, U is a controller (control means) configured using a microcomputer. The controller U receives signals from various sensors S1 to S4. The sensor S1 is a load sensor that detects an engine load. The sensor S2 is a rotational speed sensor that detects the engine rotational speed. The sensor S3 is a pressure sensor that detects in-cylinder pressure, and is incorporated in the spark plug 11 in the embodiment. Since the in-cylinder pressure has a substantially proportional relationship with the in-cylinder temperature, the detection of the in-cylinder pressure is also the detection of the in-cylinder temperature. The sensor S4 is a water temperature sensor that detects the engine coolant temperature. The controller U controls the fuel injection amount and fuel injection timing from the fuel injection valve 10 described above, and controls the ignition timing of the spark plug 11 and the like.

図3は、冷機時以外において、運転状態に応じたエンジン1の燃焼形態の設定例を示すものである。なお、冷機時は、全て、吸気行程に燃料噴射を行って、点火プラグ11による点火を実行する通常のガソリンエンジンの燃焼形態とされる。この図3において、運転領域が、エンジン回転とエンジン負荷とをパラメータとして設定される。運転領域は、図中α線によって2つの領域AとBとに分けられている。上記α線は線形に設定されて、エンジン回転数が大きくなるほど低負荷となるように設定されている。 FIG. 3 shows a setting example of the combustion mode of the engine 1 in accordance with the operating state except when cold. When the engine is cold, the combustion mode of a normal gasoline engine in which fuel is injected during the intake stroke and ignition by the spark plug 11 is performed. In FIG. 3, the operation region is set with the engine rotation and the engine load as parameters. The operation region is divided into two regions A and B by α line in the figure. The α ray is set linearly, and is set so that the load decreases as the engine speed increases.

α線よりも下方の領域Aは、HCCI燃焼が実行される領域とされている。また、α線より高負荷の領域Dは、通常のガソリンエンジンと同様に、HCCI燃焼は行われずに、点火プラグ11の点火実行による燃焼形態とされる(例えば吸気行程に燃料噴射して、圧縮上死点前に点火プラグ11による点火実行)。 A region A below the α line is a region where HCCI combustion is performed. Further, in the region D where the load is higher than the α-ray, HCCI combustion is not performed as in the case of a normal gasoline engine, but the combustion is performed by executing ignition of the spark plug 11 (for example, fuel is injected into the intake stroke and compressed) Ignition execution by spark plug 11 before top dead center).

HCCI燃焼が実行される領域Aは、従来の場合に比して、かなり高負荷域にまで拡大されている。すなわち、通常であれば、α線よりもかなり低負荷となる領域まではHCCI燃焼を行う領域とされるが、従来は点火プラグ11による点火実行を行う領域にまでHCCI燃焼を行うようになっている。  The region A where HCCI combustion is performed is expanded to a considerably high load region as compared with the conventional case. In other words, normally, the HCCI combustion is performed up to a region where the load is considerably lower than the α-ray, but conventionally, the HCCI combustion is performed up to the region where ignition is performed by the spark plug 11. Yes.

HCCI燃焼が行われる領域A(のうち特に高負荷域)においては、次のような燃焼形態とされる。すなわち、燃料噴射弁10から燃料噴射が吸気行程において実行される。吸気行程において燃料噴射された燃料は、圧縮上死点に近づいた時点では燃焼室4内全体に渡って広く分散したものとなる。すなわち、燃料は、凹部5内と、傾斜面4aと3aとの隙間および、傾斜面4bと3bとの隙間に存在した状態となる。圧縮上死点あるいはその直前において、凹部5内の燃料が圧縮自己着火されるが、傾斜面4aと3aとの隙間および4bと3bとの隙間にある燃料は、燃焼室4の壁面(天井面やピストン冠面)に熱を奪われるために、圧縮上死点位置あるいはその前の時点では着火されていない状態となる。  In the region A where HCCI combustion is performed (particularly in the high load region), the combustion mode is as follows. That is, fuel injection from the fuel injection valve 10 is executed in the intake stroke. The fuel injected in the intake stroke is widely dispersed throughout the combustion chamber 4 when approaching compression top dead center. That is, the fuel is present in the recess 5, in the gap between the inclined surfaces 4a and 3a, and in the gap between the inclined surfaces 4b and 3b. The fuel in the recess 5 is compressed and self-ignited at or immediately before the compression top dead center, but the fuel in the gap between the inclined surfaces 4a and 3a and the gap between 4b and 3b passes through the wall surface (ceiling surface) of the combustion chamber 4. Since the heat is taken away by the piston crown surface), it is not ignited at the compression top dead center position or at a point before that.

凹部5内の燃料が圧縮自己着火された凹部内の燃料は、燃焼が進んで、圧縮上死点後の膨張行程においてピストンが下降する時期に、その熱発生割合(単位クランク角あたりの発熱量)のピーク(1回目のピーク)を生じることになる。そして、圧縮上死点位置からピストン3が下降するのに伴って、上記傾斜面4aと3aとの隙間および傾斜面4bと3bとの隙間が広がって、この隙間にある燃料が、圧縮自己着火に起因する燃焼の高熱を受けて着火、燃焼されて(拡散燃焼)、熱発生割合の次のピーク(2回目のピーク)を生じることになる。熱発生割合の2回目のピークとなる時期は、1回目のピークとなる時期よりも遅れた時期となる。つまり、圧縮自己着火された凹部5内の燃料の燃焼によって1回目ピークを超えて熱発生割合が増加しない燃焼期間を過ぎたときに、上記隙間にある燃料の燃焼による熱発生割合が増加して、熱発生割合の2回目のピークを生じることになる。  The fuel in the concave portion in which the fuel in the concave portion 5 has been subjected to compression self-ignition, the rate of heat generation (a calorific value per unit crank angle) at the timing when the piston descends in the expansion stroke after the compression top dead center is reached. ) Peak (first peak). As the piston 3 descends from the compression top dead center position, the gap between the inclined surfaces 4a and 3a and the gap between the inclined surfaces 4b and 3b widen, and the fuel in this gap is compressed by self-ignition. It is ignited and burned (diffusion combustion) in response to the high heat of combustion resulting from this, and the next peak (second peak) of the heat generation rate is generated. The time when the heat generation rate becomes the second peak is later than the time when the first peak is reached. That is, when the combustion period in which the heat generation rate does not increase beyond the first peak due to the combustion of the fuel in the compression self-ignited recess 5, the heat generation rate due to the combustion of the fuel in the gap increases. The second peak of the heat generation rate is generated.

図4は、領域Aにおける熱発生割合と筒内温度との関係を示すものである。すなわち、図4の(a)が熱発生割合を示し、図4(b)が筒内温度を示す。図4(a)中、符合Fが凹部5内の燃料が燃焼されたときの熱発生割合のピーク時(1回目のピーク時)を示し、符合Rが、傾斜面4aと3aおよび4bと3bとの隙間にあった燃料が燃焼されたときの熱発生割合のピーク時(2回目のピーク時)を示す。また、図4(a)中、符合Xは、全燃料を一気に圧縮自己着火によって燃焼されたときの熱発生割合を示す。熱発生割合のピークの大きさ、上記F、Rの方がXよりも十分に小さくなることが理解される。 FIG. 4 shows a relationship between the heat generation rate in the region A and the in-cylinder temperature. 4A shows the heat generation rate, and FIG. 4B shows the in-cylinder temperature. In FIG. 4 (a), symbol F indicates the peak heat generation rate when the fuel in the recess 5 is burned (at the first peak), and symbol R indicates the inclined surfaces 4a and 3a and 4b and 3b. The peak time (second peak time) of the heat generation rate when the fuel in the gap is burned. Further, in FIG. 4A, the symbol X indicates the heat generation rate when all the fuel is combusted by compression self-ignition all at once. It is understood that the size of the peak of the heat generation rate, F and R, are sufficiently smaller than X.

図4(b)の筒内温度は、符合Faが、図4(a)の符合Fに対応し、符合Fbが図4(a)の符合Rに対応し、符合Xaが、図4(a)の符合Xに対応している。そして、図4(b)中、KXで示す温度が、NOx発生が問題となる所定温度(しきい値温度で例えば1800K)である。符合Xaは上記所定温度を大きく超えてNOx発生が問題となるのに対して、符合Fa、Raの場合は所定温度以下に抑制されて、NOx発生が抑制されることが理解される。 The in-cylinder temperature shown in FIG. 4B corresponds to the reference F in FIG. 4A, the reference Fb corresponds to the reference R in FIG. 4A, and the reference Xa corresponds to the reference F in FIG. ). In FIG. 4B, the temperature indicated by KX is a predetermined temperature (for example, 1800 K as a threshold temperature) at which NOx generation becomes a problem. It is understood that the sign Xa greatly exceeds the predetermined temperature and NOx generation becomes a problem, whereas the signs Fa and Ra are suppressed to a predetermined temperature or less and the NOx generation is suppressed.

ここで、圧力センサS3で検出される圧力に応じて決定される筒内温度(図4の符合Fa、Raで示す筒内温度)が、常にNOx発生が問題とならない所定温度以下になるように、燃料噴射態様やEGR量調整等を行うことができる。また、燃料噴射を、吸気行程で燃料噴射する前段燃料噴射と、圧縮工程において凹部5内に燃料噴射する後段燃料噴射との分割噴射とすることができる。後段燃料噴射を行うことにより、圧縮自己着火性を高めることができる。図4の符合Faを低くするには後段燃料噴射量の割合を低下させ、図4の符合Raを低くするには前段燃料噴射量の割合を低下させればよい。また、後段燃料噴射時期を遅くすることにより圧縮自己着火時期を遅角させて、図4符合Fa、Raを低下させることもできる。さらに、安定して自己着火する温度範囲(例えば1200K〜1800K)の燃焼が得られるように、後段燃料噴射量を決定することもできる。 Here, the in-cylinder temperature determined in accordance with the pressure detected by the pressure sensor S3 (in-cylinder temperature indicated by reference signs Fa and Ra in FIG. 4) is always equal to or lower than a predetermined temperature at which NOx generation does not cause a problem. The fuel injection mode, EGR amount adjustment, and the like can be performed. Further, the fuel injection can be divided injection of a front stage fuel injection in which fuel is injected in the intake stroke and a rear stage fuel injection in which fuel is injected into the recess 5 in the compression process. By performing the post fuel injection, the compression self-ignition property can be enhanced. In order to lower the sign Fa in FIG. 4, the ratio of the subsequent fuel injection amount may be reduced, and in order to lower the sign Ra in FIG. Further, by delaying the post-stage fuel injection timing, the compression self-ignition timing can be retarded, and the signs Fa and Ra in FIG. 4 can be lowered. Further, the post-stage fuel injection amount can be determined so that combustion in a temperature range (for example, 1200K to 1800K) in which self-ignition is stably performed can be obtained.

圧縮自己着火を確実に行って燃焼ロバスト性を向上させるために、点火プラグ11を作動させて、混合気を活性化させることもできる(点火プラグ11の点火による着火ではなく、混合気を活性化させる程度のエネルギ付与)。EGR量を調整して、筒内温度を所定温度以下に抑制することもできる。  In order to reliably perform compression self-ignition and improve combustion robustness, the spark plug 11 can be activated to activate the air-fuel mixture (instead of ignition by ignition of the spark plug 11, the air-fuel mixture is activated). Giving enough energy). The in-cylinder temperature can be suppressed to a predetermined temperature or less by adjusting the EGR amount.

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。予混合圧縮着火を行う際、特に低温時やエンジン1が十分に暖機されていない中温時に、点火プラグ11を作動させて混合気を活性化させるようにしてもよい(点火プラグ11の点火による着火ではない)。トルク確保等の観点から、NOx発生が問題とならない所定温度に近い温度範囲までは極力圧縮自己着火での燃焼割合が多くなるようにするのがトルク確保の点から好ましい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。  Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and appropriate modifications can be made within the scope of the claims. When premixed compression ignition is performed, the air-fuel mixture may be activated by operating the spark plug 11 particularly at low temperatures or at an intermediate temperature when the engine 1 is not sufficiently warmed up (by ignition of the spark plug 11). Not ignition). From the viewpoint of securing torque, it is preferable from the viewpoint of securing torque to increase the combustion ratio in compression self-ignition as much as possible up to a temperature range close to a predetermined temperature at which NOx generation does not become a problem. Of course, the object of the present invention is not limited to what is explicitly stated, but also implicitly includes providing what is substantially preferred or expressed as an advantage.

本発明は、例えば自動車用エンジンに適用して、燃費向上を図りつつNOx発生を抑制する上で好ましいものとなる。  The present invention is preferably applied to, for example, an automobile engine to suppress NOx generation while improving fuel consumption.

1:エンジン
2:シリンダ
3:ピストン
3a、3b:傾斜面
4:燃焼室
4a、4b:傾斜面
5:凹部
6:吸気通路
7:排気通路
8:吸気弁
9:排気弁
10:燃料噴射弁
11:点火プラグ
A:領域(予混合圧縮着火)
B:領域(点火プラグによる着火)
F:熱発生割合の1回目のピーク
R:熱発生割合の2回目のピーク
Fa:筒内温度の1回目のピーク
Ra:筒内温度の2回目のピーク
1: Engine 2: Cylinder 3: Piston 3a, 3b: Inclined surface 4: Combustion chamber 4a, 4b: Inclined surface 5: Recessed portion 6: Intake passage 7: Exhaust passage 8: Intake valve 9: Exhaust valve 10: Fuel injection valve 11 : Spark plug A: Area (premixed compression ignition)
B: Area (ignition by spark plug)
F: first peak of heat generation rate R: second peak of heat generation rate Fa: first peak of in-cylinder temperature Ra: second peak of in-cylinder temperature

Claims (4)

少なくとも部分的にガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンの燃焼制御方法であって、
エンジンは、燃焼室の天井面に沿うようにピストンの冠面が形成されると共に、該ピストンの上面中央部に凹部が形成され、しかも幾何学的圧縮比が15以上に設定されており、
圧縮上死点位置において、全燃焼室容積に占める前記凹部の容積割合が10〜20%に設定されており、
エンジン高負荷域において、吸気行程で燃料噴射する前段燃料噴射と圧縮行程において前記凹部内に向けて燃料噴射する後段燃料噴射との分割噴射を行って、圧縮上死点または圧縮上死点直前に前記凹部内の燃料が圧縮自己着火されると共に、該圧縮自己着火から遅れて該凹部以外の燃料の着火が行われることにより、トルクを生成する燃焼の熱発生割合の最初のピークが膨張行程のピストン下降時期となり、その後一旦熱発生割合が増加しない期間を経過した後に再び熱発生割合が増加する燃焼形態とされる、
ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御方法。
A method for controlling combustion in a gasoline engine to which fuel containing at least a gasoline is supplied,
The engine has a piston crown formed along the ceiling of the combustion chamber, a recess formed in the center of the upper surface of the piston, and a geometric compression ratio of 15 or more.
In the compression top dead center position, the volume ratio of the recess to the total combustion chamber volume is set to 10 to 20%,
In the engine high load range, split injection of front-stage fuel injection that injects fuel in the intake stroke and rear-stage fuel injection that injects fuel into the recesses in the compression stroke, and immediately before compression top dead center or compression top dead center The fuel in the recess is compressed and self-ignited, and the fuel other than the recess is ignited with a delay from the compression self-ignition, so that the first peak of the heat generation rate of combustion that generates torque is the expansion stroke. It is a combustion mode in which the heat generation rate increases again after a period when the heat generation rate does not increase after the piston descending timing has elapsed.
A combustion control method for a gasoline engine characterized by the above.
請求項1において、
前記熱発生割合のピーク時の燃焼温度が所定温度以下に収まるように前記凹部内の燃料の圧縮自己着火時期が調整される、ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御方法。
In claim 1,
A combustion control method for a gasoline engine, characterized in that the compression self-ignition timing of the fuel in the recess is adjusted so that the combustion temperature at the peak of the heat generation rate falls below a predetermined temperature.
請求項1において、
点火プラグを作動させることにより、前記凹部内の燃料の圧縮自己着火を促進させる、ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御方法。
In claim 1,
A method for controlling combustion in a gasoline engine, characterized by accelerating compression self-ignition of fuel in the recess by operating a spark plug.
少なくとも部分的にガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンの燃焼制御装置であって、
燃焼室の天井面に沿うようにピストンの冠面が形成されると共に、該ピストンの上面中央部に凹部が形成され、
エンジンの幾何学的圧縮比が15以上に設定されており、
圧縮上死点位置において、全燃焼室容積に占める前記凹部の容積割合が10〜20%に設定されており、
筒内に燃料噴射する燃料噴射弁と該燃料噴射弁を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、エンジン高負荷域において、吸気行程で燃料噴射する前段燃料噴射と圧縮行程において前記凹部内に向けて燃料噴射する後段燃料噴射との分割噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御することにより、圧縮上死点または圧縮上死点直前に前記凹部内の燃料が圧縮自己着火されると共に、該圧縮自己着火から遅れて該凹部以外の燃料の着火が行われることにより、トルクを生成する燃焼の熱発生割合の最初のピークが膨張行程のピストン下降時期となり、その後一旦熱発生割合が増加しない期間を経過した後に再び熱発生割合が増加する燃焼形態とされる、
ことを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御装置。
A combustion control device for a gasoline engine to which a fuel containing at least a gasoline is supplied,
A crown surface of the piston is formed along the ceiling surface of the combustion chamber, and a recess is formed at the center of the upper surface of the piston.
The geometric compression ratio of the engine is set to 15 or higher,
In the compression top dead center position, the volume ratio of the recess to the total combustion chamber volume is set to 10 to 20%,
A fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder and a controller for controlling the fuel injection valve;
The controller controls the fuel injection valve so as to perform split injection of pre-stage fuel injection in which fuel is injected in an intake stroke and post-stage fuel injection in which fuel is injected into the recess in a compression stroke in an engine high load range. As a result, the fuel in the concave portion is compressed and self-ignited immediately before or at the compression top dead center, and the fuel other than the concave portion is ignited after the compression self-ignition to generate torque. The first peak of the heat generation rate of combustion is the piston lowering timing of the expansion stroke, and after that, after a period in which the heat generation rate does not increase, the heat generation rate increases again.
A combustion control device for a gasoline engine.
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