JP5167854B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に関し、特に、燃焼室に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an in-cylinder direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber.
従来、吸気行程中の吸気流に乗るように燃料を燃焼室に直接噴射する、いわゆる、筒内直接噴射式のエンジンが知られている。このような従来の筒内直接噴射式のエンジンとして、例えば、特許文献1に記載されている筒内噴射式エンジンの制御装置は、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃圧を調節する燃料圧送量可変の燃料圧送ポンプと、EGR装置と、EGR弁を制御するEGR弁制御手段と、加速検出手段と、燃圧制御手段とを備える。そして、この筒内噴射式エンジンの制御装置は、燃圧制御手段が加速検出手段による検出に基づき、加速初期に上記燃料噴射圧力を一時的に高め、加速途中から上記燃料噴射圧力を下げるように燃料圧送ポンプを制御することで、排気還流が行われているような状態からの加速時に、加速初期のスモークの発生を抑制するとともに、エンジンに対する外部負荷が増大することを抑制して、加速性を確保しいている。そして、この筒内噴射式エンジンの制御装置は、加速初期に、燃料噴射弁からの燃料噴射を同一サイクルで複数回に分割して行うように制御する噴射制御手段を備えている。 Conventionally, a so-called in-cylinder direct injection type engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber so as to ride on an intake air flow during an intake stroke is known. As such a conventional in-cylinder direct injection engine, for example, a control device for an in-cylinder injection engine described in Patent Document 1 adjusts a fuel pressure and a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber. A fuel pressure feed pump having a variable fuel pressure feed amount, an EGR device, an EGR valve control means for controlling the EGR valve, an acceleration detection means, and a fuel pressure control means are provided. Then, the control device for the direct injection engine is configured so that the fuel pressure control means increases the fuel injection pressure temporarily in the early stage of acceleration based on detection by the acceleration detection means, and lowers the fuel injection pressure in the middle of acceleration. By controlling the pump, it is possible to suppress the generation of smoke at the initial stage of acceleration when accelerating from a state where exhaust gas recirculation is performed, and to suppress an increase in the external load on the engine, thereby improving the acceleration performance. It is secured. The control device for the in-cylinder injection engine includes injection control means for controlling the fuel injection from the fuel injection valve to be divided into a plurality of times in the same cycle in the early stage of acceleration.
ところで、上述した特許文献1に記載されている筒内噴射式エンジンの制御装置では、例えば、粒子状物質、いわゆる、パティキュレートマター(PM:Particulate Matter)を効果的に抑制するために、燃料の分割噴射期間をピストンやシリンダボア壁への燃料の付着を防止可能な期間に設定しても、エンジンの運転状態が変動することでこのパティキュレートマターを適正に抑制できないことがあった。 By the way, in the control apparatus for a cylinder injection engine described in Patent Document 1 described above, for example, in order to effectively suppress particulate matter, so-called particulate matter (PM), Even if the split injection period is set to a period in which the fuel can be prevented from adhering to the piston or cylinder bore wall, the particulate matter may not be properly suppressed due to fluctuations in the operating state of the engine.
そこで本発明は、パティキュレートマターを確実に抑制することができる内燃機関を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the internal combustion engine which can suppress a particulate matter reliably.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明による内燃機関は、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、前記燃焼室に前記燃料を複数回に分けて分割噴射可能な燃料噴射手段と、前記燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉自在な吸気弁及び排気弁と、定常運転時における前記分割噴射の期間より前記混合気の前記空気と前記燃料との均質性を促進可能な前記燃料の噴射期間である均質性促進期間内に加速運転時における前記分割噴射の最後の噴射時期を設定する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記定常運転時における前記分割噴射の最後の噴射時期を当該定常運転時において前記燃焼室の壁面への前記燃料の付着を抑制可能な前記燃料の噴射期間である定常運転時PM抑制期間内に設定すると共に、前記均質性促進期間を前記定常運転時PM抑制期間より遅角した期間であって前記吸気弁の燃焼室側へのリフト量が最大となる最大リフト時期の近傍の期間であって前記吸気弁のリフト量が予め設定される所定以上である期間に設定することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to a first aspect of the present invention is a combustion chamber in which a mixture of air and fuel can be combusted, and the fuel can be dividedly injected into the combustion chamber in a plurality of times. A fuel injection means; an intake port and an exhaust port communicating with the combustion chamber; an intake valve and an exhaust valve that can freely open and close the intake port and the exhaust port; and Control means for setting a final injection timing of the divided injection during acceleration operation within a homogeneity promotion period that is an injection period of the fuel capable of promoting homogeneity between the air and the fuel, and the control means Indicates that the final injection timing of the divided injection during the steady operation is the fuel injection period during which the fuel can be prevented from adhering to the wall of the combustion chamber during the steady operation. And sets within a period, the period in the vicinity of the maximum lift timing where the lift amount to the combustion chamber side of the intake valve the homogeneity promoting period a period retarded than when the PM suppression period the steady operation is maximum In this case, the lift amount of the intake valve is set to a predetermined period or more .
請求項2に係る発明による内燃機関では、前記制御手段は、前記定常運転時及び前記加速運転時における前記分割噴射の最初の噴射時期を前記定常運転時PM抑制期間内に設定することを特徴とする。 In the internal combustion engine according to the second aspect of the present invention, the control means sets the first injection timing of the divided injection during the steady operation and the acceleration operation within the steady operation PM suppression period. To do.
請求項3に係る発明による内燃機関では、内燃機関温度を検出可能な温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記内燃機関温度が予め設定される所定温度以下である場合に、前記加速運転時における前記分割噴射の最後の噴射時期を前記均質性促進期間内に設定することを禁止することを特徴とする。 An internal combustion engine according to a third aspect of the present invention includes temperature detection means capable of detecting an internal combustion engine temperature, and the control means is configured to perform the acceleration operation when the internal combustion engine temperature is equal to or lower than a predetermined temperature. It is prohibited to set the last injection timing of the divided injection within the homogeneity promotion period.
請求項4に係る発明による内燃機関では、前記吸気弁及び前記排気弁を用いて前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉可能であると共に開閉タイミングを変更可能な可変動弁手段と、内燃機関温度を検出可能な温度検出手段とを備え、前記制御手段は、前記加速運転時における前記分割噴射の最後の噴射時期を前記均質性促進期間内に設定すると共に、前記内燃機関温度が予め設定される所定温度以下である場合に前記可変動弁手段を制御して前記吸気弁及び前記排気弁の開弁期間のオーバーラップを大きくすることを特徴とする。 In an internal combustion engine according to a fourth aspect of the present invention , variable valve operating means capable of opening and closing the intake port and the exhaust port and changing the opening and closing timing using the intake valve and the exhaust valve, and the internal combustion engine temperature Temperature control means capable of detecting the temperature, and the control means sets the final injection timing of the divided injection during the acceleration operation within the homogeneity promotion period, and the internal combustion engine temperature is preset. When the temperature is lower than a predetermined temperature, the variable valve means is controlled to increase the overlap of the valve opening periods of the intake valve and the exhaust valve.
本発明に係る内燃機関によれば、定常運転時における分割噴射の期間より混合気の空気と燃料との均質性を促進可能な燃料の噴射期間である均質性促進期間内に加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期を設定する制御手段を備えるので、制御手段が少なくとも加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期を均質性促進期間内に設定することで、加速運転時における混合気の均質性が促進され、パティキュレートマターを確実に抑制することができる。 According to the internal combustion engine of the present invention, the division at the time of acceleration operation is performed within the homogeneity promotion period, which is the fuel injection period that can promote the homogeneity of the air and fuel of the air-fuel mixture from the period of division injection at the time of steady operation. Since the control means for setting the final injection timing of the injection is provided, the control means sets the final injection timing of the divided injection at the time of the acceleration operation within the homogeneity promotion period, so that the homogeneity of the air-fuel mixture at the time of the acceleration operation is set. Property is promoted, and particulate matter can be reliably suppressed.
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。 Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図1は、本発明の実施例1に係るエンジンを表す概略構成図、図2は、本発明の実施例1に係るエンジンの燃焼室を含む部分断面図、図3は、本発明の実施例1に係るエンジンのエンジン回転数、負荷率と燃料噴射の分割回数との関係の一例を表す線図、図4は、本発明の実施例1に係るエンジンの分割噴射期間を説明するタイムチャート、図5は、本発明の実施例1に係るエンジンにおける定常運転時の燃料の分割噴射期間と混合気分布との関係を概念的に示すグラフ、図6は、本発明の実施例1に係るエンジンにおける加速運転時の燃料の分割噴射期間と混合気分布との関係を概念的に示すグラフ、図7は、本発明の実施例1に係るエンジンの加速運転時噴射時期遅角制御を説明するフローチャートである。 1 is a schematic configuration diagram showing an engine according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a partial cross-sectional view including a combustion chamber of the engine according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a time chart for explaining a divided injection period of the engine according to the first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the engine speed, the load factor, and the number of divided fuel injections of the engine according to FIG. FIG. 5 is a graph conceptually showing the relationship between the fuel split injection period and the mixture distribution during steady operation in the engine according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is the engine according to the first embodiment of the present invention. 7 is a graph conceptually showing the relationship between the fuel split injection period and the air-fuel mixture distribution during acceleration operation in FIG. 7, and FIG. 7 is a flowchart for explaining the injection timing retard control during acceleration operation of the engine according to Embodiment 1 of the present invention. It is.
本実施例1に係る内燃機関としてのエンジン10は、図1、図2に示すように、乗用車、トラックなどの車両に搭載され、後述するインジェクタ41によって燃料噴霧41a(図2参照)を燃焼室18に直接噴射する多気筒筒内噴射式のエンジンであり、シリンダボア13内に往復運動可能に設けられるピストン14が2往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の4行程を行う、いわゆる4サイクルエンジンである。
An
このエンジン10は、多気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック11上にシリンダヘッド12が締結されており、このシリンダブロック11に形成された複数のシリンダボア13にピストン14がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック11の下部にクランクケース15が締結され、このクランクケース15内にクランクシャフト16が回転自在に支持されており、各ピストン14はコネクティングロッド17を介してこのクランクシャフト16にそれぞれ連結されている。なお、このクランクケース15の底部には、エンジン10の各部に供給されるオイルが貯留されている。
The
燃焼室18は、シリンダブロック11におけるシリンダボア13の壁面とシリンダヘッド12の下面としての筒内天井部12a(図2参照)とピストン14の頂面により構成されており、この燃焼室18は、上部、すなわち、シリンダヘッド12の下面としての筒内天井部12aの中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。燃焼室18は、燃料と空気との混合気が燃焼可能であり、この燃焼室18の上部である筒内天井部12aに吸気ポート19及び排気ポート20が対向して形成されており、この吸気ポート19及び排気ポート20に対して吸気弁21及び排気弁22の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁21及び排気弁22は、シリンダヘッド12に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート19及び排気ポート20を閉止する方向(図1にて上方)に付勢支持されている。また、シリンダヘッド12には、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24が回転自在に支持されており、吸気カム25及び排気カム26が吸気弁21及び排気弁22の上端部に接触している。
The
なお、図示しないが、クランクシャフト16に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト16と吸気カムシャフト23と排気カムシャフト24が連動可能となっている。
Although not shown, the crankshaft sprocket fixed to the
したがって、クランクシャフト16に同期して吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24が回転すると、吸気カム25及び排気カム26が吸気弁21及び排気弁22を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート19及び排気ポート20を開閉し、吸気ポート19と燃焼室18、燃焼室18と排気ポート20とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24は、クランクシャフト16が2回転(720度)する間に1回転(360度)するように設定されている。そのため、エンジン10は、クランクシャフト16が2回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の4行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24が1回転することとなる。
Therefore, when the
また、このエンジン10の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁21及び排気弁22を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構(VVT:Variable Valve Timing-intelligent)27,28となっている。この可変動弁手段としての吸気・排気可変動弁機構27,28は、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24の軸端部にVVTコントローラ29,30が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ31,32からの油圧をこのVVTコントローラ29,30の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト23,24の位相を変更し、吸気弁21及び排気弁22の開閉時期を進角又は遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構27,28は、吸気弁21及び排気弁22の作用角(開放期間)を一定としてその開閉時期を進角又は遅角する。また、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ33,34が設けられている。
The valve mechanism of the
吸気ポート19には、吸気マニホールド35を介してサージタンク36が連結され、このサージタンク36に吸気管37が連結されており、この吸気管37の空気取入口にはエアクリーナ38が取付けられている。そして、このエアクリーナ38の空気流動方向下流側にスロットル弁39を有する負荷調節手段としての電子スロットル装置40が設けられている。また、シリンダヘッド12には、燃焼室18に直接燃料を噴射する燃料噴射手段としてのインジェクタ(燃料噴射弁)41が装着されている。このインジェクタ41は、吸気ポート19側に位置して上下方向に所定角度傾斜して配置されている。このインジェクタ41は、燃焼室18に生成される吸気流動に燃料が乗るようにピストン14の頂面に向かって燃料を噴射可能である。各気筒に装着されるインジェクタ41は、デリバリパイプ42に連結され、このデリバリパイプ42には、高圧燃料供給管43を介して高圧燃料ポンプ(燃料ポンプ)44が連結されている。更に、シリンダヘッド12には、燃焼室18の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ45が装着されている。
A
一方、排気ポート20には、排気マニホールド46を介して排気管47が連結されており、この排気管47には排気ガス中に含まれるHC、CO、NOxなどの有害物質を浄化処理する三元触媒48,49が装着されている。また、エンジン10には、クランキングを行うスタータモータ50が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト16を回転することができる。
On the other hand, an
ところで、車両にはマイクロコンピュータを中心として構成されエンジン10の各部を制御可能な電子制御ユニット(ECU)51が搭載されており、このECU51は、インジェクタ41や点火プラグ45などを制御可能となっている。すなわち、吸気管37の空気流動方向上流側にはエアフローセンサ52及び吸気温センサ53が装着され、また、サージタンク36には吸気圧センサ54が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧(吸気管負圧)をECU51に出力している。また、電子スロットル装置40にはスロットルポジションセンサ55が装着されており、現在のスロットル開度をECU51に出力している。ここで、ECU51は、検出されたスロットル開度や吸入空気量に基づいて内燃機関負荷としてのエンジン負荷(負荷率)を算出することができる。アクセルポジションセンサ56は、現在のアクセル開度をECU51に出力している。更に、エンジン10のクランク角度を検出するクランク角度検出手段としてのクランク角センサ57は、検出した各気筒のクランク角度をECU51に出力し、このECU51は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト16の回転速度に対応し、このクランクシャフト16の回転速度が高くなれば、クランクシャフト16の回転数、すなわち、エンジン10のエンジン回転数も高くなる。
By the way, the vehicle is equipped with an electronic control unit (ECU) 51 that is configured around a microcomputer and can control each part of the
また、シリンダブロック11にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ58が設けられており、検出したエンジン冷却水温をECU51に出力している。また、各インジェクタ41に連通するデリバリパイプ42には燃料圧力を検出する燃圧センサ59が設けられており、検出した燃料圧力をECU51に出力している。一方、排気管47には、三元触媒48の排気ガス流動方向上流側にエンジン10の空燃比を検出するA/Fセンサ60、排気ガス流動方向下流側に酸素センサ61が設けられている。A/Fセンサ60は、三元触媒48に導入される前の排気ガスの排気ガス空燃比を検出し、検出した空燃比をECU51に出力し、酸素センサ61は、三元触媒48から排出された後の排気ガスの酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をECU51に出力している。このA/Fセンサ60により検出された空燃比(推定空燃比)は、吸入空気と燃料とからなる混合ガスの空燃比(理論空燃比)をフィードバック制御するために用いられる。すなわち、A/Fセンサ60は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度から排気空燃比をリッチ域からリーン域までの全域にわたり検出し、これをECU51にフィードバックすることにより燃料噴射量を補正し、燃焼を運転状態に合わせた最適な燃焼状態に制御可能となる。
The
したがって、ECU51は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧燃料ポンプ44を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量(燃料噴射期間)、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ41及び点火プラグ45を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ECU51は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ(理論空燃比)となるように燃料噴射量を補正している。
Therefore, the
また、ECU51は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構27,28を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁22の閉止時期と吸気弁21の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート19又は燃焼室18に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部EGR率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁21の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート19に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁21の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。
The
上記のように構成されるエンジン10では、ピストン14がシリンダボア13内を下降することで、吸気ポート19を介して燃焼室18内に空気が吸入され(吸気行程)、このピストン14が吸気行程下死点を経てシリンダボア13内を上昇することで空気が圧縮される(圧縮行程)。このとき、吸気行程又は圧縮行程にてインジェクタ41から燃焼室18内へ燃料が噴射され、この燃料と空気とが混合して混合気を形成する。そして、ピストン14が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ45により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン14を下降させる(膨張行程)。燃焼後の混合気は、ピストン14が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート20を介して排気ガスとして放出される(排気行程)。このピストン14のシリンダボア13内での往復運動は、コネクティングロッド17を介してクランクシャフト16に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン14は、カウンタウェイトと共にクランクシャフト16が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト16の回転に伴ってシリンダボア13内を往復する。このクランクシャフト16が2回転することで、ピストン14はシリンダボア13を2往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の4行程を行い、燃焼室18内で1回の爆発が行われる。
In the
なお、本実施例1のエンジン10は、運転条件に対応して2つの燃焼形態を利用している。この2つの燃焼形態は、圧縮行程時に燃料噴射を行うことで混合気を点火プラグ45近傍に集中させ成層化し空燃比がリーン(酸素過多雰囲気)状態での運転を実現可能とする成層燃焼と、吸気行程時に燃料噴射を行い、十分な混合時間をとることで、燃焼室全体に噴霧を均質に分散させ空燃比がストイキ(理論空燃比)状態での運転を実現可能とする均質燃焼である。ここでは、エンジン10は、ピストン14の頂面の吸気側部分に成層燃焼を成立させるための凹状のキャビティ14a(図2参照)が形成されている。このエンジン10は、成層燃焼には、圧縮行程時にインジェクタ41からこのキャビティ14aに向けて燃料を噴射することで、ピストン14のキャビティ14aの壁に沿って燃料噴霧が案内され、この燃料噴霧の噴流に点火プラグ45に向かう指向性が付加され、よって、点火プラグ45まで混合気を案内することができ、この点火プラグ45近傍に成層混合気を形成することができる。本実施例1のエンジン10は、エンジン回転数とスロットル開度とに基づいて燃料噴射モードを決定しており、例えば、全運転条件の中で比較的低負荷及び低回転の運転領域にて成層燃焼を行う一方、比較的高負荷及び高回転の運転領域にて均質燃焼を行う。
Note that the
ここで、本実施例1のエンジン10は、燃料噴射手段としてのインジェクタ41による1サイクルで必要な量の燃料の噴射を複数回に分けて分割噴射している。
Here, in the
具体的には、上述したインジェクタ41は、燃焼室18に向けて燃料を複数回に分けて分割噴射可能である。インジェクタ41による分割噴射の分割数は、ECU51によりエンジン回転数、負荷率に基づいて設定される。すなわち、ECU51は、現時点のエンジン10のエンジン回転数と負荷率とから、必要な燃料噴射量を算出し設定するとともに、例えば、図3に示すマップを用いて、噴射の分割数を設定する。ここで、図3は、エンジン回転数と負荷率に基づいて噴射の分割数(例えば、n1、n2、・・・、n5)を求めるためにECU51の記憶部に記憶されているマップの一例であり、予め実験等により作成されたものである。図3は、縦軸を負荷率、横軸をエンジン回転数としている。
Specifically, the
そして、インジェクタ41は、ECU51によって設定された燃料噴射量及び分割数に基づいて、燃料の噴射を複数回に分割し噴射休止期間を設けて間欠的に燃焼室18に燃料を噴射する。したがって、例えば、必要な燃料噴射量の総量を一回で噴射する場合と比較して、複数回に分割された短い各期間で燃料が噴射されることとなり、一回の噴射による燃料噴霧41aの噴射量を低減することができる。このため、一回の燃料噴霧は、インジェクタ41から短い期間内に噴射されることになるので、燃料の噴霧のペネトレーション(貫徹力)を低く抑えることができる。すなわち、インジェクタ41により燃料を分割噴射する場合の燃料噴霧41aでは、個々の噴霧期間が短くなることで噴霧のペネトレーションが低下することにより、ピストン14の頂面及びシリンダボア13の壁面などに燃料が付着することを抑制することができる。よって、燃料噴霧41aを分割噴射する場合には、ピストン14の頂面や燃焼室18の内壁面などに燃料が付着することを抑制することができ、未燃炭化水素(未燃HC)の発生やスモーク、粒子状物質、いわゆる、パティキュレートマター(PM:Particulate Matter)の発生を抑制することができる。また、噴霧の貫徹力が低下することにより、ピストン14にあたって飛び散る燃料の量を抑制することができ、シリンダボア13の壁面に燃料が付着することも抑制することができ、燃料がピストンリングを介してクランクケース15の底部に貯留されるオイルに流れ込むことを抑制することができる。この結果、オイルが希釈してエンジン品質を低下させることも防止することができ、また、未燃HC(炭化水素)の発生やスモークの発生を抑制することができる。
The
ところで、上記のようにインジェクタ41により燃料を分割噴射する場合、例えば、PMの発生を効果的に抑制するために、燃料の分割噴射期間をピストン14の頂面やシリンダボア13の壁面などの燃焼室18の壁面への燃料の付着を防止可能な期間に設定しても、エンジン10の運転状態が変動することでPMを適正に抑制できないことがある。
By the way, when the fuel is divided and injected by the
すなわち、エンジン10は、ピストン14の頂面やシリンダボア13の壁面などの燃焼室18の壁面への燃料の付着を抑制することでPMの発生を効果的に抑制することができる。このため、エンジン10は、定常運転時においては、燃焼室18の壁面への燃料の付着を抑制可能な燃料の噴射期間である定常運転時PM抑制期間内にインジェクタ41による燃料の分割噴射の期間(以下、特に断りの無い限り単に「分割噴射期間」という)を設定することで、燃焼室18の壁面への燃料の付着を抑制することができ、PMの発生を効果的に抑制することができる。
That is, the
ここで、定常運転時PM抑制期間は、エンジン10の定常運転時にPMを効果的に低減することができる燃料噴射期間である。エンジン10は、燃料の分割噴射時期を吸気行程の前半側にて上死点TDC(TDC: Top Dead Center)側に進角しすぎると、上死点に向けて移動してくるピストン14とインジェクタ41との距離が短くなり、インジェクタ41から噴射された燃料噴霧41aがピストン14に直撃し燃料がピストン14に付着し易くなり、この結果、スモークやPMを増加させてしまうおそれがある。一方、エンジン10は、燃料の分割噴射時期を下死点BDC(BDC: Bottom Dead Center)側に遅角しすぎると、インジェクタ41から噴射された燃料噴霧41aが燃焼室18側に突出して開弁される吸気弁21に干渉し易くなり、この結果、燃料噴霧41aが吸気弁21にあたって飛び散り、飛び散った燃料がシリンダボア13壁面などの燃焼室18の壁面に燃料が付着し、PMが発生するおそれがある。したがって、エンジン10は、進角側(吸気行程前半側)にて燃料噴霧41aがピストン14の頂面に直撃せず、かつ、遅角側にて燃料噴霧41aと吸気弁21とが干渉しにくい期間に定常運転時PM抑制期間を設定し、燃料の分割噴射期間をこの定常運転時PM抑制期間内に設定する。つまり、エンジン10は、定常運転時において、燃料の分割噴射の最初の噴射時期と最後の噴射時期がともに定常運転時PM抑制期間内に設定される。
Here, the PM suppression period during steady operation is a fuel injection period during which PM can be effectively reduced during steady operation of the
一方、エンジン10は、加速運転時などの過渡運転時では、仮に燃料の分割噴射期間を定常運転時PM抑制期間内に設定し、燃焼室18の壁面への燃料の付着を抑制することでPMの発生を抑制したとしても、定常運転時と比較して相対的に大量に噴射される燃料と空気との混合が不均一になり加速運転中の混合気の均質性が悪くなることで、燃焼室18の混合気分布に局所的に燃料過多なリッチ領域が発生し、この混合気の燃料リッチ領域からPMが大量に発生するおそれがある。つまり、このエンジン10は、定常運転時と加速運転時とにおいて、燃料の分割噴射期間を同じ定常運転時PM抑制期間に設定すると、定常運転時においてはPMを効果的に抑制できたとしても、加速運転時においてPMが大量に発生してしまうおそれがある。
On the other hand, during transient operation such as during acceleration operation, the
そこで、本実施例のエンジン10は、上記のようにインジェクタ41により燃焼室18に燃料を複数回に分けて分割噴射すると共に、図4に示すように、定常運転時における分割噴射期間より混合気の空気と燃料との均質性を促進可能な燃料噴射期間である均質性促進期間B内に加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期を設定する制御手段としてのECU51を設け、このECU51が少なくとも加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期を均質性促進期間B内に設定することで、加速運転時における混合気の均質性を促進し、PMの発生を確実に抑制している。
Therefore, the
なお、図4は、横軸を時間、縦軸を吸気弁リフト量、定常運転時燃料噴射期間、加速運転時燃料噴射期間、燃料の壁面付着によるPM量及びトルク変動としている。また、以下の説明では、燃料の分割噴射における分割数は、2回である場合で説明し、すなわち、分割噴射における最後の燃料噴射が2回目の燃料噴射である場合で説明するが、これに限らず、当該分割数は、3回以上であってもよい。 In FIG. 4, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the intake valve lift amount, the fuel injection period during steady operation, the fuel injection period during acceleration operation, the PM amount and the torque fluctuation due to fuel wall adhesion. Further, in the following description, the case where the number of divisions in the fuel split injection is two will be described, that is, the case where the last fuel injection in the split injection is the second fuel injection will be described. Not limited to this, the number of divisions may be three or more.
まず、制御手段としてのECU51は、エンジン10の定常運転時では極端に混合気の均質性が悪化することは少ないため、トルク変動に問題が無い範囲で、上述したように、インジェクタ41による分割噴射期間を燃料の燃焼室18壁面への付着を効果的に抑制できる定常運転時PM抑制期間A内に設定する。すなわち、ECU51は、定常運転時PM抑制期間Aを進角側(吸気行程前半側)にて燃料噴霧41aがピストン14の頂面に直撃せず、かつ、遅角側にて燃料噴霧41aと吸気弁21とが干渉しにくい時刻t1から時刻t3までの期間に設定する。エンジン10は、燃料の分割噴射の各燃料噴射時期が時刻t1より進角(TDC側)側に設定されると燃料噴霧41aがピストン14の頂面に直撃するおそれがある一方、時刻t3より遅角(BDC側)側に設定されると燃料噴霧41aと吸気弁21とが干渉するおそれがある。
First, the
ここでは、ECU51は、エンジン10の定常運転時に燃料噴霧41aの燃焼室18壁面への付着を抑制しPMの発生を効果的に低減することができる期間として、燃料噴霧41aが吸気弁21と干渉しうる干渉期間より前の期間、さらに言えば、吸気弁21のリフト量が予め設定される所定以上になる時刻t3より前の期間に定常運転時PM抑制期間Aを設定する。そして、ECU51は、定常運転時における燃料の分割噴射の1回目(最初)の噴射時期Ainj1(定常運転時における分割噴射期間の開始時期)と2回目(最後)の噴射時期Ainj2(定常運転時における分割噴射期間の終了時期)とをそれぞれ定常運転時PM抑制期間A内の時刻t1、時刻t2に設定する。したがって、インジェクタ41は、エンジン10の定常運転時では、燃料の分割噴射における各噴射を定常運転時PM抑制期間A内の噴射時期Ainj1、Ainj2で行う。この結果、このエンジン10は、定常運転時にて、インジェクタ41から噴射時期Ainj1にて噴射された燃料噴霧41aがピストン14に直撃することを抑制することができると共に、噴射時期Ainj2にて噴射された燃料噴霧41aが吸気弁21に干渉することが防止され、燃料噴霧41aがこの吸気弁21にあたって飛び散り、飛び散った燃料がシリンダボア13壁面などの燃焼室18の壁面に付着することを抑制することができる。これにより、PMの発生を抑制することができる。
Here, the
一方、ECU51は、定常運転時PM抑制期間Aより混合気の空気と燃料との均質性を促進可能な燃料の噴射期間として均質性促進期間Bを設定する。均質性促進期間Bは、燃焼室18内に生成される吸気噴流が増加することで定常運転時PM抑制期間Aより混合気の空気と燃料との均質性が促進される期間であり、ここでは、ECU51は、この均質性促進期間Bを定常運転時PM抑制期間Aより遅角した期間に設定する。さらに言えば、ECU51は、燃焼室18内の吸気噴流が増加する期間として、吸気弁21の燃焼室18側への移動量、すなわち、リフト量が最大となる最大リフト時期t4の近傍の時刻t3から時刻t5のまでの期間、つまり、吸気弁21のリフト量が予め設定される所定以上である時刻t3から時刻t5のまでの期間を均質性促進期間Bに設定する。この均質性促進期間Bは、上述したように、定常運転時PM抑制期間Aと比較すると燃料噴霧41aと吸気弁21とが干渉しうる期間であるものの、混合気の燃料と空気との均質性を効果的に促進することができる期間でもある。なお、吸気弁21と燃料噴霧41aとの干渉期間、言い換えれば、吸気噴流により燃料と空気との均質性が促進される均質性促進期間Bは、冷間時、温間時ともにほぼ同じであり、エンジン10の仕様等から一義的に定まる期間である。
On the other hand, the
そして、ECU51は、加速運転時の1回目(最初)の噴射時期Ainj1を定常運転時と同様に定常運転時PM抑制期間A内の時刻t1に設定する一方で、加速運転時の分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内の時刻t4に設定する。したがって、インジェクタ41は、エンジン10の加速運転時では、燃料の分割噴射における各噴射を定常運転時PM抑制期間A内の噴射時期Ainj1(時刻t1)にて1回目(最初)の燃料噴射を行った後、間隔をあけて均質性促進期間B内の噴射時期Ainj2(時刻t4)にて2回目(最後)の燃料噴射を行う。
Then, the
この結果、このエンジン10は、加速運転時にて、インジェクタ41から噴射時期Ainj1にて噴射された燃料噴霧41aがピストン14に直撃することを抑制することができる。そして、このエンジン10は、加速運転時にて、均質性促進期間B内の噴射時期Ainj2にてインジェクタ41から噴射された燃料噴霧41aが燃焼室18に生成される吸気流動にのることで、噴流を活用し、この噴流効果により燃料噴霧41aの気流が増速され、燃料の微粒化や空気との混合が促進され、燃料噴霧41aの均質化を向上することができる。つまり、エンジン10は、加速運転時において燃料と空気との混合が不均一になり混合気の均質性が悪くなることを防止することができ、燃焼室18の混合気分布に局所的に燃料過多な燃料リッチ領域が発生することを防止することができる。この結果、エンジン10は、加速運転時における均質性促進期間B内の噴射時期Ainj2にて2回目(最後)の燃料噴射が行われることで、仮に燃焼室18の壁面に付着する燃料の量が多少増えたとしても、燃焼室18の混合気分布に局所的に燃料過多な燃料リッチ領域が発生することを防止することができることから、混合気の燃料リッチ領域からPMが大量に発生することを抑制することができるので、結果的に総量ではPMの発生を抑制することができる。つまり、このエンジン10は、定常運転時と加速運転時とで燃料の分割噴射における各燃料噴射時期を適正に変更することで、定常運転時におけるPM発生の抑制と加速運転時におけるPM発生の抑制とを両立することができ、よって、エンジン10の運転状態が変動しても適正にPMの発生を抑制することができる。
As a result, the
図5、図6は、エンジン10における燃料の分割噴射期間と混合気分布との関係を概念的に示すグラフであり、図5が定常運転時の混合気分布を示す一方、図6が加速運転時の混合気分布を示す。また、図5、図6は、実線が燃料の分割噴射における2回目(最後)の噴射時期Ainj2を定常運転時PM抑制期間A内に設定した場合を示し、破線が均質性促進期間B内に設定した場合を示す。
5 and 6 are graphs conceptually showing the relationship between the fuel split injection period and the mixture distribution in the
エンジン10は、定常運転時では、図5に示すように、2回目(最後)の噴射時期Ainj2を定常運転時PM抑制期間A内に設定した場合と均質性促進期間B内に設定した場合のいずれの場合でも極端に混合気の均質性が悪化することはなく、このため、燃焼室18の混合気分布に局所的に燃料過多な燃料リッチ領域がほとんど発生しないことから、燃料リッチ領域からPMが大量に発生することはほとんどない。このため、定常運転時では、トルク変動を許容できる範囲で、2回目(最後)の噴射時期Ainj2を定常運転時PM抑制期間A内の時期に設定することで、燃焼室18の壁面への燃料の付着を防止でき、したがって、燃料の壁面付着によるPMの発生を効果的に抑制できる。
When the
一方、エンジン10は、加速運転時では、図6に示すように、仮に2回目(最後)の噴射時期Ainj2を定常運転時PM抑制期間A内の時期に設定した場合、燃焼室18内の混合気の均質性が悪化することで、混合気の空燃比のばらつきの幅が相対的に大きくなり、燃焼室18の混合気分布に局所的に燃料過多な燃料リッチ領域が発生し、この燃料リッチ領域からPMが発生するおそれがある。しかしながら、本実施例のエンジン10は、上述したように、加速運転時では、2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内の時期に設定することで吸気噴流の噴流効果により混合気の燃料と空気との均質性が促進され、混合気の空燃比のばらつきの幅が相対的に小さくなり燃料リッチ領域の発生が抑制されるので、この結果、燃料リッチ領域からPMが発生することを抑制でき、このため、総量としてPMの発生を抑制することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the
次に、図7のフローチャートを参照して、本実施例に係るエンジン10の加速運転時噴射時期遅角制御を説明する。なお、この制御ルーチンは、数msないし数十ms毎の制御周期で繰り返し実行される。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 7, the acceleration timing retarding control during acceleration operation of the
ECU51は、スロットルポジションセンサ55やクランク角センサ57などの検出結果に基づいて、エンジン回転数、負荷率(エンジン負荷)を読み込み(S100)、例えば、図3に示すマップに基づいてこのエンジン回転数、負荷率からインジェクタ41による分割噴射の分割数を設定する。ここでは、上述したように、燃料の分割噴射における分割数は、2回である場合で説明する。
The
次に、ECU51は、S100にて読み込んだエンジン回転数、負荷率などに基づいて、定常運転時における燃料の分割噴射の1回目(最初)の噴射時期Ainj1と2回目(最後)の噴射時期Ainj2とを設定する(S102)。ECU51は、例えば、記憶部(不図示)に予め記憶されるエンジン回転数、負荷率と噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2との対応関係を表す定常運転時マップに基づいて、エンジン回転数、負荷率などから定常運転時における噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2を読み込み、設定する。ここでは、噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2は、ともに定常運転時PM抑制期間A内の時期に設定される。
Next, the
次に、ECU51は、エアフローセンサ52が検出した吸入空気量Gaを読み込み、この吸入空気量Gaが1サイクル前の吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値よりも大きいか否かを判定する(S104)。すなわち、ECU51は、吸入空気量Gaが吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値よりも大きいか否かを判定することで、現在のエンジン10の運転状態が加速運転状態であるか否かを判定する。
Next, the
吸入空気量Gaが吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値よりも大きいと判定された場合(S104:Yes)、すなわち、エンジン10が加速運転中であると判定された場合、ECU51は、エンジン回転数、負荷率などに基づいて、加速運転時における燃料の分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を設定する(S106)。ECU51は、例えば、記憶部(不図示)に予め記憶されるエンジン回転数、負荷率と噴射時期Ainj2との対応関係を表す加速運転時マップに基づいて、エンジン回転数、負荷率などから加速運転時における噴射時期Ainj2を読み込み、設定する。ここでは、噴射時期Ainj1は、そのまま定常運転時PM抑制期間A内の時期に設定されているのに対して、噴射時期Ainj2は、均質性促進期間B内に設定される。そして、インジェクタ41は、S102とS106で設定された噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2に基づいて燃料の分割噴射を実行し(S108)、次の制御周期に移行する。
When it is determined that the intake air amount Ga is larger than the value obtained by multiplying the intake air amount Ga0 by a predetermined coefficient (S104: Yes), that is, when it is determined that the
吸入空気量Gaが吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値以下であると判定された場合(S104:No)、すなわち、エンジン10が定常運転中であると判定された場合、ECU51は、今回の吸入空気量Gaを1サイクル前の吸入空気量Ga0にセットして(S110)、S102で設定された噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2に基づいて燃料の分割噴射を実行し(S108)、次の制御周期に移行する。
When it is determined that the intake air amount Ga is equal to or less than a value obtained by multiplying the intake air amount Ga0 by a predetermined coefficient (S104: No), that is, when it is determined that the
以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン10によれば、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室18と、燃焼室18に燃料を複数回に分けて分割噴射可能なインジェクタ41と、定常運転時における分割噴射の期間より混合気の空気と燃料との均質性を促進可能な燃料の噴射期間である均質性促進期間B内に加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を設定するECU51とを備える。
According to the
したがって、定常運転時における分割噴射期間より混合気の空気と燃料との均質性を促進可能な燃料噴射期間である均質性促進期間B内に加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を設定するECU51を備え、このECU51が少なくとも加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定するので、加速運転時における混合気の均質性が促進され、PMの発生を確実に抑制することができる。すなわち、このエンジン10は、定常運転時と加速運転時とで燃料の分割噴射における各燃料噴射時期を適正に変更することで、定常運転時におけるPM発生の抑制と加速運転時におけるPM発生の抑制とを両立することができ、よって、エンジン10の運転状態が変動しても適正にPMの発生を抑制することができる。
Therefore, the final injection timing Ainj2 of the divided injection in the acceleration operation is set within the homogeneity promotion period B which is the fuel injection period in which the homogeneity of the air-fuel mixture and the fuel can be promoted from the divided injection period in the steady operation. The
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン10によれば、ECU51は、定常運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を当該定常運転時において燃焼室18の壁面への燃料の付着を抑制可能な燃料の噴射期間である定常運転時PM抑制期間A内に設定すると共に、均質性促進期間Bを定常運転時PM抑制期間Aより遅角した期間に設定する。したがって、ECU51が定常運転時に最後の噴射時期Ainj2を定常運転時PM抑制期間A内に設定するので、定常運転時の噴射時期Ainj2にて噴射された燃料噴霧41aがシリンダボア13壁面などの燃焼室18の壁面に付着することを抑制することができ、これにより、PMの発生を抑制することができる。そして、ECU51が均質性促進期間Bを定常運転時PM抑制期間Aより遅角した期間に設定するので、少なくとも加速運転時の噴射時期Ainj2を吸気噴流による噴流効果が高い期間内に設定することができ、これにより、混合気の空気と燃料との均質性を促進することができる。
Furthermore, according to the
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン10によれば、ECU51は、定常運転時及び加速運転時における分割噴射の最初の噴射時期Ainj1を定常運転時PM抑制期間A内に設定する。したがって、ECU51が分割噴射の最初の噴射時期Ainj1を定常運転時PM抑制期間A内に設定することから、定常運転時及び加速運転時にて、インジェクタ41から噴射時期Ainj1にて噴射された燃料噴霧41aがピストン14に直撃することを抑制することができ、この結果、PMが発生することを抑制することができる。
Furthermore, according to the
図8は、本発明の実施例2に係るエンジンの加速運転時噴射時期遅角制御を説明するフローチャートである。実施例2に係る内燃機関は、実施例1に係る内燃機関と略同様の構成であるが、所定の運転状態において分割噴射の最後の噴射時期を均質性促進期間内に設定することを禁止する点が実施例1に係る内燃機関とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。また、主要部分の構成については図1、図2を参照する。 FIG. 8 is a flowchart illustrating the injection timing retard control during acceleration operation of the engine according to the second embodiment of the present invention. The internal combustion engine according to the second embodiment has substantially the same configuration as the internal combustion engine according to the first embodiment, but prohibits setting the final injection timing of the divided injection within the homogeneity promotion period in a predetermined operation state. This is different from the internal combustion engine according to the first embodiment. In addition, about the structure, effect | action, and effect which are common in the Example mentioned above, while overlapping description is abbreviate | omitted as much as possible, the same code | symbol is attached | subjected. 1 and 2 are referred to for the configuration of the main part.
本実施例の内燃機関としてのエンジン210は、制御手段としてのECU51が冷間時に加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定することを禁止することで、オイル希釈を低減している。
The
具体的には、エンジン210は、図1、図2、図8に示すように、温度検出手段としての水温センサ58が検出する内燃機関温度としてのエンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0より高い場合、すなわち、エンジン210の温間時に、ECU51が加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定する。一方、エンジン210は、エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0以下である場合、すなわち、エンジン210の冷間時に、加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定することを禁止し、加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を遅角する制御を行わない。なお、ここでは、本発明の内燃機関温度は、水温センサ58が検出するエンジン冷却水温Twを用いるものとして説明するが、これに限らず、エンジン油温を用いてもよい。
Specifically, as shown in FIGS. 1, 2, and 8, the
エンジン210は、分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定すると、この期間はピストン14が下死点側に位置しているため、インジェクタ41から噴射された燃料がシリンダボア13をつたってクランクケース15の底部に貯留されているオイルに流入しやすくなるおそれがある。ここで、エンジン210が冷間時である場合、オイルに流入した燃料は、機関温度が低いためすぐには蒸発せず、この結果、エンジン210の各部を潤滑するオイルが希釈され、エンジン品質を低下させてしまうおそれがある。しかしながら、本実施例のエンジン210は、エンジン210の冷間時には、ECU51が加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定することを禁止し、加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を遅角する制御を行わないので、オイル希釈を抑制することができ、この結果、エンジン品質の低下を抑制することができる。一方、エンジン210が温間時である場合は、オイルに燃料が流入しても機関温度が高いためすぐに蒸発することから、ECU51が加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定し、加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を遅角する制御を行っても、オイル希釈は発生しない。
When the second (last) injection timing Ainj2 of the divided injection is set within the homogeneity promotion period B, the
次に、図8のフローチャートを参照して、本実施例に係るエンジン210の加速運転時噴射時期遅角制御を説明する。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 8, the acceleration timing retarding control during the acceleration operation of the
ECU51は、エンジン回転数、負荷率(エンジン負荷)を読み込み(S100)、インジェクタ41による分割噴射の分割数を設定する。
The
次に、ECU51は、定常運転時における燃料の分割噴射の1回目(最初)の噴射時期Ainj1と2回目(最後)の噴射時期Ainj2とを設定する(S102)。
Next, the
次に、ECU51は、水温センサ58が検出したエンジン冷却水温Twを読み込み、このエンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0より高いか否かを判定する(S203)。
Next, the
エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0より高いと判定された場合(S203:Yes)、すなわち、エンジン210が温間時であると判定された場合、ECU51は、吸入空気量Gaが1サイクル前の吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値よりも大きいか否かを判定する(S104)。そして、吸入空気量Gaが吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値よりも大きいと判定された場合(S104:Yes)、ECU51は、加速運転時における燃料の分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を設定し(S106)、設定された噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2に基づいて燃料の分割噴射を実行し(S108)、次の制御周期に移行する。吸入空気量Gaが吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値以下であると判定された場合(S104:No)、ECU51は、今回の吸入空気量Gaを1サイクル前の吸入空気量Ga0にセットして(S110)、S102で設定された噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2に基づいて燃料の分割噴射を実行し(S108)、次の制御周期に移行する。
When it is determined that the engine cooling water temperature Tw is higher than a predetermined water temperature Tw0 set in advance (S203: Yes), that is, when it is determined that the
エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0以下であると判定された場合(S203:No)、すなわち、エンジン210が冷間時であると判定された場合、ECU51は、加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定することを禁止し、加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を遅角する制御を行わずに、今回の吸入空気量Gaを1サイクル前の吸入空気量Ga0にセットして(S110)、S102で設定された噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2に基づいて燃料の分割噴射を実行し(S108)、次の制御周期に移行する。
When it is determined that the engine cooling water temperature Tw is equal to or lower than a predetermined water temperature Tw0 set in advance (S203: No), that is, when it is determined that the
以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン210によれば、定常運転時における分割噴射期間より混合気の空気と燃料との均質性を促進可能な燃料噴射期間である均質性促進期間B内に加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を設定するECU51を備え、このECU51が少なくとも加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定するので、加速運転時における混合気の均質性が促進され、PMの発生を確実に抑制することができる。
According to the
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン210によれば、エンジン冷却水温Twを検出可能な水温センサ58を備え、ECU51は、エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0以下である場合に、加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定することを禁止する。したがって、エンジン210の冷間時には、ECU51が加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定することを禁止し、加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を遅角する制御を行わないので、オイル希釈を抑制することができる。
Further, the
図9は、本発明の実施例3に係るエンジンの加速運転時噴射時期遅角制御を説明するフローチャートである。実施例3に係る内燃機関は、実施例2に係る内燃機関と略同様の構成であるが、所定の運転状態において吸気弁及び排気弁の開弁期間のオーバーラップを大きくする点が実施例2に係る内燃機関とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。また、主要部分の構成については図1、図2を参照する。 FIG. 9 is a flowchart illustrating the injection timing retard control during acceleration operation of the engine according to Embodiment 3 of the present invention. The internal combustion engine according to the third embodiment has substantially the same configuration as the internal combustion engine according to the second embodiment, but the second embodiment is that the overlap between the valve opening periods of the intake valve and the exhaust valve is increased in a predetermined operating state. It differs from the internal combustion engine which concerns on. In addition, about the structure, effect | action, and effect which are common in the Example mentioned above, while overlapping description is abbreviate | omitted as much as possible, the same code | symbol is attached | subjected. 1 and 2 are referred to for the configuration of the main part.
本実施例の内燃機関としてのエンジン310は、制御手段としてのECU51が冷間時に可変動弁手段としての吸気・排気可変動弁機構27,28を制御して吸気弁21及び排気弁22の開弁期間のオーバーラップを大きくすることで、オイル希釈を低減している。
In the
具体的には、エンジン310は、図1、図2、図9に示すように、温度検出手段としての水温センサ58が検出する内燃機関温度としてのエンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0より高い場合、すなわち、エンジン310の温間時、エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0以下である場合、すなわち、エンジン310の冷間時のいずれの場合でもECU51が加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定する。
Specifically, as shown in FIGS. 1, 2, and 9, the
そして、エンジン310は、エンジン310の冷間時には、ECU51が吸気・排気可変動弁機構27,28を制御し、吸気弁21の開弁時期を進角させて、吸気弁21及び排気弁22の開弁期間のオーバーラップを大きくすることで、内部EGR率を高めている。この結果、エンジン310は、内部EGR率が高くなることで筒内温度が上昇するので、冷間時でも、オイルに混入した燃料をすぐに蒸発させることができ、この結果、オイル希釈を低減することができる。また、これによりPMも抑制できる。そして、このエンジン310は、エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0以下である場合、すなわち、エンジン310の冷間時でも、ECU51が加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定することができるので、冷間時の加速運転時でも適正にPMを低減することができる。すなわち、オイル希釈の低減とPM発生の抑制とを両立することができる。
When the
次に、図9のフローチャートを参照して、本実施例に係るエンジン310の加速運転時噴射時期遅角制御を説明する。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 9, the acceleration timing retarding control during the acceleration operation of the
ECU51は、エンジン回転数、負荷率(エンジン負荷)を読み込み(S100)、インジェクタ41による分割噴射の分割数を設定する。
The
次に、ECU51は、定常運転時における燃料の分割噴射の1回目(最初)の噴射時期Ainj1と2回目(最後)の噴射時期Ainj2とを設定する(S102)。
Next, the
次に、ECU51は、吸入空気量Gaが1サイクル前の吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値よりも大きいか否かを判定する(S104)。そして、吸入空気量Gaが吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値よりも大きいと判定された場合(S104:Yes)、ECU51は、加速運転時における燃料の分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を設定する(S106)。
Next, the
そして、ECU51は、エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0より高いか否かを判定し、エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0以下であると判定された場合は、吸気弁21の開弁時期進角量最大値VVTin,maxを吸気弁21の開弁時期進角量VVTinに設定し、吸気弁21及び排気弁22の開弁期間のオーバーラップを大きくする(S307)一方、エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0より高いと判定された場合はそのままS102、S106で設定された噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2に基づいて燃料の分割噴射を実行し(S108)、次の制御周期に移行する。
The
吸入空気量Gaが吸入空気量Ga0に所定の係数を掛けた値以下であると判定された場合(S104:No)、ECU51は、今回の吸入空気量Gaを1サイクル前の吸入空気量Ga0にセットして(S110)、S102で設定された噴射時期Ainj1、噴射時期Ainj2に基づいて燃料の分割噴射を実行し(S108)、次の制御周期に移行する。
When it is determined that the intake air amount Ga is equal to or less than the value obtained by multiplying the intake air amount Ga0 by a predetermined coefficient (S104: No), the
以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン310によれば、定常運転時における分割噴射期間より混合気の空気と燃料との均質性を促進可能な燃料噴射期間である均質性促進期間B内に加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を設定するECU51を備え、このECU51が少なくとも加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定するので、加速運転時における混合気の均質性が促進され、PMの発生を確実に抑制することができる。
According to the
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン310によれば、燃焼室18に連通する吸気ポート19及び排気ポート20と、吸気ポート19及び排気ポート20を開閉自在な吸気弁21及び排気弁22と、吸気弁21及び排気弁22を用いて吸気ポート19及び排気ポート20を開閉可能であると共に開閉タイミングを変更可能な吸気・排気可変動弁機構27,28と、エンジン冷却水温Twを検出可能な水温センサ58とを備え、ECU51は、加速運転時における分割噴射の最後の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定すると共に、エンジン冷却水温Twが予め設定される所定水温Tw0以下である場合に吸気・排気可変動弁機構27,28を制御して吸気弁21及び排気弁22の開弁期間のオーバーラップを大きくする。
Further, according to the
したがって、エンジン310は、エンジン310の冷間時には、ECU51が吸気・排気可変動弁機構27,28を制御し吸気弁21及び排気弁22の開弁期間のオーバーラップを大きくすることで、内部EGR率が高まりオイル希釈を低減することができると共に、これにより、エンジン310の冷間時でも、ECU51が加速運転時における分割噴射の2回目(最後)の噴射時期Ainj2を均質性促進期間B内に設定することができるので、冷間時の加速運転時でも適正にPMを低減することができる。すなわち、オイル希釈の低減とPM発生の抑制とを両立することができる。
Therefore, when the
なお、上述した本発明の実施例に係る内燃機関は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。 The internal combustion engine according to the above-described embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope described in the claims.
以上のように、本発明に係る内燃機関は、燃焼室に直接燃料を噴射する種々の筒内直接噴射式内燃機関に用いて好適である。 As described above, the internal combustion engine according to the present invention is suitable for use in various in-cylinder direct injection internal combustion engines that inject fuel directly into a combustion chamber.
10、210、310 エンジン(内燃機関)
13 シリンダボア
14 ピストン
18 燃焼室
19 吸気ポート
20 排気ポート
21 吸気弁
22 排気弁
27 吸気可変動弁機構(可変動弁手段)
28 排気可変動弁機構(可変動弁手段)
41 インジェクタ(燃料噴射手段)
45 点火プラグ
51 ECU(制御手段)
58 水温センサ(温度検出手段)
10, 210, 310 engine (internal combustion engine)
13 Cylinder bore 14
28 Exhaust variable valve mechanism (variable valve mechanism)
41 Injector (fuel injection means)
45
58 Water temperature sensor (temperature detection means)
Claims (4)
前記燃焼室に前記燃料を複数回に分けて分割噴射可能な燃料噴射手段と、
前記燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、
前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉自在な吸気弁及び排気弁と、
定常運転時における前記分割噴射の期間より前記混合気の前記空気と前記燃料との均質性を促進可能な前記燃料の噴射期間である均質性促進期間内に加速運転時における前記分割噴射の最後の噴射時期を設定する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記定常運転時における前記分割噴射の最後の噴射時期を当該定常運転時において前記燃焼室の壁面への前記燃料の付着を抑制可能な前記燃料の噴射期間である定常運転時PM抑制期間内に設定すると共に、前記均質性促進期間を前記定常運転時PM抑制期間より遅角した期間であって前記吸気弁の燃焼室側へのリフト量が最大となる最大リフト時期の近傍の期間であって前記吸気弁のリフト量が予め設定される所定以上である期間に設定することを特徴とする、
内燃機関。 A combustion chamber capable of burning a mixture of air and fuel;
Fuel injection means capable of dividing and injecting the fuel into the combustion chamber a plurality of times;
An intake port and an exhaust port communicating with the combustion chamber;
An intake valve and an exhaust valve that can freely open and close the intake port and the exhaust port;
The last of the split injections in the acceleration operation is within the homogeneity promotion period that is the fuel injection period that can promote the homogeneity of the air and the fuel of the air-fuel mixture from the split injection period in the steady operation. Control means for setting the injection timing,
The control means determines the last injection timing of the divided injection during the steady operation as the fuel injection period during which the fuel can be suppressed from adhering to the wall surface of the combustion chamber during the steady operation. Set within the suppression period, and is a period retarded from the PM suppression period during steady operation, and in the vicinity of the maximum lift timing at which the lift amount to the combustion chamber side of the intake valve is maximum . The period is set to a period in which the lift amount of the intake valve is greater than or equal to a predetermined value ,
Internal combustion engine.
請求項1に記載の内燃機関。 The control means sets the initial injection timing of the divided injection during the steady operation and the acceleration operation within the steady operation PM suppression period,
The internal combustion engine according to claim 1.
前記制御手段は、前記内燃機関温度が予め設定される所定温度以下である場合に、前記加速運転時における前記分割噴射の最後の噴射時期を前記均質性促進期間内に設定することを禁止することを特徴とする、
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関。 Temperature detecting means capable of detecting the temperature of the internal combustion engine,
The control means prohibits setting the last injection timing of the divided injection during the acceleration operation within the homogeneity promotion period when the internal combustion engine temperature is equal to or lower than a predetermined temperature set in advance. Characterized by the
The internal combustion engine according to claim 1 or 2.
内燃機関温度を検出可能な温度検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記加速運転時における前記分割噴射の最後の噴射時期を前記均質性促進期間内に設定すると共に、前記内燃機関温度が予め設定される所定温度以下である場合に前記可変動弁手段を制御して前記吸気弁及び前記排気弁の開弁期間のオーバーラップを大きくすることを特徴とする、
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関。 Variable valve operating means capable of opening and closing the intake port and the exhaust port using the intake valve and the exhaust valve and capable of changing the opening and closing timing;
Temperature detecting means capable of detecting the internal combustion engine temperature,
The control means sets the final injection timing of the divided injection during the acceleration operation within the homogeneity promotion period, and the variable valve when the internal combustion engine temperature is equal to or lower than a predetermined temperature set in advance. Characterized by controlling the means to increase the overlap of the intake valve and the exhaust valve open period,
The internal combustion engine according to claim 1 or 2.
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