JP2006046276A - Ignition control device for direct spark ignition type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置に関し、特に点火エネルギーを最適化する技術に関する。 The present invention relates to an ignition control device for a direct-injection spark ignition internal combustion engine, and more particularly to a technique for optimizing ignition energy.
従来の技術として、特許文献1には、圧縮行程噴射による成層燃焼と吸気行程噴射による均質燃焼とを切換可能な直噴火花点火式内燃機関において、成層燃焼の場合に、空燃比が非常に希薄で耐失火性の最も厳しい条件下であることから、均質燃焼の場合と比較して、点火コイルへの通電時間を長くして、点火のエネルギー(放電エネルギー)を増大することが記載されている。その一方、負荷の上昇に伴って、点火のエネルギーを減少することで、消費電力の低減を図ることも記載されている。
しかしながら、成層燃焼方式での成層混合気の形成方法には様々なものがあり、機関回転数や負荷に応じて成層混合気の形成方法を異ならせる場合に、点火のエネルギーをいかに制御して、点火制御の安定化と消費電力の低減とを両立させるかについては、特許文献1にも記載されていない。
本発明は、このような実状に鑑み、種々の成層燃焼方式ごとに最適な点火エネルギーを与えることにより、更なる点火制御の安定化と消費電力の低減とを図り得るようにすることを目的とする。
However, there are various methods for forming a stratified mixture in the stratified charge combustion method, and how to control the ignition energy when differently forming the stratified mixture depending on the engine speed and load,
In view of such a situation, the present invention aims to further stabilize ignition control and reduce power consumption by providing optimum ignition energy for each of various stratified combustion systems. To do.
このため、請求項1の発明では、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が所定値より短い成層燃焼と、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が前記所定値より長い成層燃焼とを持つ場合に、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が所定値より短い成層燃焼にて、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が前記所定値より長い成層燃焼と比較して、点火のエネルギーを増大させる。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, the stratified charge combustion has a stratified charge combustion period from the fuel injection timing to the ignition timing shorter than a predetermined value and a stratified charge combustion period from the fuel injection timing to the ignition timing longer than the predetermined value. In the stratified combustion where the interval from the fuel injection timing to the ignition timing is shorter than a predetermined value, the ignition energy is increased as compared with the stratified combustion where the interval from the fuel injection timing to the ignition timing is longer than the predetermined value.
また、請求項3の発明では、ピストン冠面に内外2重のキャビティを有し、内側キャビティ内に燃料を噴射して内側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼と、外側キャビティ内に燃料を噴射して外側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼とを持つ場合に、内側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼にて、外側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼と比較して、点火のエネルギーを増大させる。
Further, in the invention of
また、請求項5の発明では、燃料噴霧によりキャビティを介することなく直接点火プラグまわりに成層混合気を形成する成層燃焼と、燃料噴霧によりキャビティを介して点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼とを持つ場合に、燃料噴霧によりキャビティを介することなく直接点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼にて、燃料噴霧によりキャビティを介して点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼と比較して、点火のエネルギーを増大させる。 Further, in the invention of claim 5, stratified combustion that directly forms a stratified mixture around the spark plug without passing through the cavity by fuel spray, and stratification that forms a stratified mixture around the spark plug through the cavity by fuel spray. In the case of stratified combustion that forms a stratified mixture around the spark plug directly by the fuel spray without passing through the cavity, the stratified combustion that forms the stratified mixture around the spark plug through the cavity by the fuel spray Compared to increase the energy of ignition.
また、請求項11の発明では、成層燃焼において、機関運転条件が第1運転領域にあるときの点火エネルギーを負荷の上昇に応じて増大させる一方、機関運転条件が第2運転領域にあるときの点火エネルギーを負荷の上昇に応じて減少させる。
According to the invention of
請求項1の発明によれば、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が所定値より短い成層燃焼においては、点火プラグ周辺の混合気がリッチになりやすいので、点火エネルギーを増大させることにより、点火プラグのくすぶりや失火を防止できる。また、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が前記所定値より長い成層燃焼においては、燃料噴霧が十分に蒸発する時間があり、点火プラグまわりにおいて混合気場がリッチになりすぎることがないので、点火エネルギーを必要以上に増大させないことにより、電気負荷による燃費悪化を防止できると共に、点火プラグの耐久性を向上させることができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、内外2重のキャビティを有し、内側キャビティ内に燃料を噴射して内側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼においては、点火プラグ周辺の混合気がリッチになりやすいので、点火エネルギーを増大させることにより、点火プラグのくすぶりや失火を防止できる。また、外側キャビティ内に燃料を噴射して外側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼においては、燃料噴霧が十分に蒸発する時間があり、点火プラグまわりにおいて混合気場がリッチになりすぎることがないので、点火エネルギーを必要以上に増大させないことにより、電気負荷による燃費悪化を防止できると共に、点火プラグの耐久性を向上させることができる。 According to the third aspect of the present invention, in stratified combustion having a double cavity inside and outside and injecting fuel into the inner cavity to form a stratified mixture in the inner cavity and its upper volume, Since the air-fuel mixture tends to become rich, it is possible to prevent smoldering and misfiring of the spark plug by increasing the ignition energy. Also, in stratified combustion in which fuel is injected into the outer cavity to form a stratified mixture in the outer cavity and in the volume above it, the fuel spray has sufficient time to evaporate, and the mixture field is rich around the spark plug. Therefore, by not increasing the ignition energy more than necessary, it is possible to prevent fuel consumption deterioration due to the electric load and improve the durability of the spark plug.
請求項5の発明によれば、燃料噴霧によりキャビティを介することなく直接点火プラグまわりに成層混合気を形成する成層燃焼においては、点火プラグ周辺の混合気がリッチになりやすいので、点火エネルギーを増大させることにより、点火プラグのくすぶりや失火を防止できる。また、燃料噴霧によりキャビティを介して点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼においては、ピストン冠面温度により燃料噴霧が十分に蒸発し、点火プラグまわりにおいて混合気場がリッチになりすぎることがないので、点火エネルギーを必要以上に増大させないことにより、電気負荷による燃費悪化を防止できると共に、点火プラグの耐久性を向上させることができる。 According to the invention of claim 5, in the stratified combustion in which the stratified mixture is directly formed around the spark plug by the fuel spray without passing through the cavity, the mixture around the spark plug tends to become rich, so the ignition energy is increased. By doing so, smoldering and misfire of the spark plug can be prevented. Also, in stratified combustion in which stratified mixture is formed around the spark plug through the cavity by fuel spray, the fuel spray is sufficiently evaporated due to the piston crown surface temperature, and the mixture field becomes too rich around the spark plug. Therefore, by not increasing the ignition energy more than necessary, it is possible to prevent the deterioration of fuel consumption due to the electric load and improve the durability of the spark plug.
請求項11の発明によれば、成層燃焼において、機関運転条件が第1運転領域にあるときの点火エネルギーを負荷の上昇に応じて増大させる一方、機関運転条件が第2運転領域にあるときの点火エネルギーを負荷の上昇に応じて減少させることにより、機関運転条件別に負荷の増減に応じて最適な制御を行うことが可能になる。
According to the invention of
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
先ず本発明の第1実施形態(請求項1〜4、7〜13に対応)について説明する。
図1は本発明の第1実施形態の構成図(機関要部の断面図)であり、(A)は正面断面図、(B)は側面断面図である。
この内燃機関においては、シリンダヘッド1と、シリンダブロック2と、ピストン3とにより、燃焼室4が形成される。シリンダヘッド1には、吸気ポート5と排気ポート6とが開口し、それぞれに吸気弁7、排気弁8が設けられている。吸気弁7及び排気弁8はそれぞれ吸気弁用カム9、排気弁用カム10により開閉駆動される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention (corresponding to
FIG. 1 is a configuration diagram (cross-sectional view of a main part of an engine) of a first embodiment of the present invention, (A) is a front cross-sectional view, and (B) is a side cross-sectional view.
In this internal combustion engine, a
燃料噴射弁11は、シリンダヘッド1に取付けられて、燃焼室4の上部中央に配置される。特に本実施形態においては、多気筒機関としてのレイアウトの制約上、燃料噴射弁11は、機関前方側(図1(B)の左方)へオフセットさせ、かつ傾斜して配置される。また、燃料噴射弁11としては、圧縮行程後半における筒内圧上昇時にも噴霧形状の変化が小さく、指向性の強いマルチホール噴射弁を用いる。
The
点火プラグ12は、燃料噴射弁11と同様、シリンダヘッド1に取付けられて、燃焼室4の上部中央に配置されるが、燃料噴射弁11とは反対側の機関後方側(第1図(B)の右方)へオフセットさせ、かつ傾斜して配置され、燃料噴射弁11よりは燃焼室4内に突出するように配置される。尚、13は点火コイルである。
ピストン3の冠面には、内外2重に、内側キャビティ14と外側キャビティ15とが形成されている。すなわち、ピストン3は上方から見て円形の2つのキャビティ14、15を持ち、2つのキャビティ14、15は大きい方(15)の中に小さい方(14)が包含される2重構造となっている。
Like the
An
燃料噴射弁11及び点火プラグ12(点火コイル13)の作動は、コントロールユニット16により制御される。
ここで、燃焼方式には、大別して、比較的低負荷側での成層燃焼と、比較的高負荷側での均質燃焼とがある。成層燃焼の場合は、圧縮行程噴射により点火プラグ12回りに成層混合気を形成し、これを点火燃焼させる。均質燃焼の場合は、吸気行程噴射により燃焼室4全体に均質混合気を形成し、これを点火燃焼させる。
The operation of the
Here, the combustion methods are roughly classified into stratified combustion on a relatively low load side and homogeneous combustion on a relatively high load side. In the case of stratified combustion, a stratified mixture is formed around the
また、成層燃焼を行わせる運転条件のうち、低負荷運転条件と、高負荷運転条件とでは、成層混合気の形成方法を異ならせる。
図2に、成層低負荷運転条件における噴霧及び混合気挙動を示す。
成層運転条件のうち、比較的負荷の低い運転条件においては、ピストン3位置との関係で、燃料噴射時期を遅らせることで、内側キャビティ14内に燃料を噴射する。内側キャビティ14の底面に衝突した噴霧は底面から側面の壁を伝うように上方へ進行する。これにより内側キャビティ14上空に比較的小さな成層混合気が形成される。このように噴霧が内側キャビティ14内に受け止められるように噴射時期が設定されるため、噴射時期は後述する成層高負荷運転条件と比較してピストン上死点に近い時期に設定される。これにより噴射時期と点火時期との間隔が短くなり、点火プラグ12まわりの混合気がリッチになりやすい。
In addition, among the operating conditions for performing stratified combustion, the stratified mixture forming method is made different between the low-load operating condition and the high-load operating condition.
FIG. 2 shows the spray and gas mixture behavior under the stratified low load operation condition.
Among the stratified operating conditions, under relatively low load operating conditions, fuel is injected into the
図3に、成層高負荷運転条件における噴霧及び混合気挙動を示す。
成層運転条件のうち、比較的負荷の高い運転条件においては、ピストン3位置との関係で、燃料噴射時期を早めることで、外側キャビティ15内に燃料を噴射する。このとき、噴霧は先ず外側キャビティ15の底面に衝突する。外側キャビティ15の底面はシリンダ中心から外側へ向かってやや下方への傾斜を持つ。その後噴霧は、外側キャビティ15の側面の壁によって誘導され進行する。噴霧の貫徹力が強いため、混合気全体がシリンダヘッド1の下面との間の空間でうずのように旋回する循環流動を持つようになる。この循環流動により周囲の空気を巻き込み、外側キャビティ15の上空に生成される混合気は濃度むらの少ない均質な混合気場となる。噴射時期と点火時期との間隔が比較的長くできるため、点火プラグ12まわりの混合気が必要以上にリッチにならない。
FIG. 3 shows the spray and gas mixture behavior under the stratified high load operation condition.
Of the stratified operating conditions, under relatively high load operating conditions, fuel is injected into the
図4に、本発明で用いる点火コイル13を示す。通常の点火コイルと同様、1次側コイルと2次側コイルとを持ち、1次側コイルに電流を通電し、それを点火時期において遮断することにより、2次側コイルに高電流・高電圧が発生する。
図5に、1次側コイル電流と、2次側コイル電流・電圧との関係を示す。点火エネルギーの制御は、1次側コイルに電流を通電する時間の長さで制御する。すなわち、図5の(A)の通常点火時に対し、図5(B)のように1次側コイル電流の通電時間を長くすると、1次側コイルの電流が大きくなり、これにより2次側コイルの電流・電圧が大きくなる。点火のエネルギーは、2次側コイルの電流・電圧の積の積分値であるから、上記方法により点火エネルギーが増大される。
FIG. 4 shows an
FIG. 5 shows the relationship between the primary side coil current and the secondary side coil current / voltage. The ignition energy is controlled by the length of time during which current is supplied to the primary coil. That is, when the energization time of the primary side coil current is lengthened as shown in FIG. 5B with respect to the normal ignition of FIG. 5A, the primary side coil current becomes large, and thereby the secondary side coil current increases. The current / voltage increases. Since the ignition energy is an integral value of the product of the current and voltage of the secondary coil, the ignition energy is increased by the above method.
図6に、本発明による負荷(燃焼方式)と点火エネルギーとの関係を示す。
成層低負荷運転条件では、内側キャビティ内に燃料を噴射して内側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼を行い、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が短い成層燃焼となるため、点火プラグ回りの混合気がリッチになりやすい。よって、点火プラグまわりの混合気がリッチになりやすい成層低負荷運転条件では、他の運転条件と比較して点火エネルギーを増大させる。また、負荷の増大と共に燃料噴射量が増加され点火プラグまわりがリッチになりやすくなるため、負荷の増大と共に点火エネルギーを増大させる。
FIG. 6 shows the relationship between the load (combustion method) and ignition energy according to the present invention.
Under stratified low load operation conditions, fuel is injected into the inner cavity and stratified combustion is performed to form a stratified mixture in the inner cavity and the volume above it, resulting in stratified combustion with a short interval from the fuel injection timing to the ignition timing. Therefore, the air-fuel mixture around the spark plug tends to be rich. Therefore, under the stratified low load operating condition where the air-fuel mixture around the spark plug tends to become rich, the ignition energy is increased compared to other operating conditions. Further, since the fuel injection amount increases as the load increases and the spark plug is likely to become rich, the ignition energy is increased as the load increases.
成層高負荷運転条件では、外側キャビティ内に燃料を噴射して外側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼を行い、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が長い成層燃焼となるため、点火プラグまわりの混合気が必要以上にリッチにならない。よって、成層高負荷運転条件では、点火プラグまわりの混合気が必要以上にリッチにならないため、成層低負荷運転条件と比較して点火エネルギーを増大させる必要がない。また、負荷の増大と共に成層混合気場がリッチになるよう設定され、着火性が向上するため、負荷の増大と共に点火エネルギーを減少させる。但し、着火性の確保のために、均質運転条件と比較して点火エネルギーは大きめに設定される。 Under stratified high-load operation conditions, stratified combustion is performed in which fuel is injected into the outer cavity to form a stratified mixture in the outer cavity and the volume above it, resulting in stratified combustion with a long interval from the fuel injection timing to the ignition timing. Therefore, the air-fuel mixture around the spark plug does not become richer than necessary. Therefore, under the stratified high load operation condition, the air-fuel mixture around the spark plug does not become unnecessarily rich, and it is not necessary to increase the ignition energy as compared with the stratified low load operation condition. Further, the stratified mixture field is set to be rich as the load increases, and the ignitability is improved. Therefore, the ignition energy is reduced as the load increases. However, in order to ensure ignitability, the ignition energy is set larger than that in the homogeneous operation condition.
均質運転条件のうち、比較的低負荷の運転条件では、大量EGRを導入し、スロットリングによるポンプロスを低減し、燃費を向上させる運転方式を用いる。この場合、かかる均質大量EGR運転条件では、着火性及び燃焼安定性のために、高負荷側の大量EGRを導入しない均質運転条件と比較して、点火エネルギーを大きめに設定する。
本実施形態によれば、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が所定値より短い成層燃焼(内側キャビティ内に燃料を噴射して内側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼)においては、点火プラグ周辺の混合気がリッチになりやすいので、点火エネルギーを増大させることにより、点火プラグのくすぶりや失火を防止できる。また、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が前記所定値より長い成層燃焼(外側キャビティ内に燃料を噴射して外側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼)においては、燃料噴霧が十分に蒸発する時間があり、点火プラグまわりにおいて混合気場がリッチになりすぎることがないので、点火エネルギーを必要以上に増大させないことにより、電気負荷による燃費悪化を防止できると共に、点火プラグの耐久性を向上させることができる。
Among the homogeneous operating conditions, an operating system that introduces a large amount of EGR, reduces pump loss due to throttling, and improves fuel efficiency is used under relatively low load operating conditions. In this case, in such a homogeneous mass EGR operating condition, the ignition energy is set to be larger than that in the homogeneous operating condition in which the mass EGR on the high load side is not introduced, for ignitability and combustion stability.
According to the present embodiment, stratified combustion in which the interval from the fuel injection timing to the ignition timing is shorter than a predetermined value (stratified combustion in which fuel is injected into the inner cavity and a stratified mixture is formed in the inner cavity and its upper volume) Since the air-fuel mixture around the spark plug tends to become rich, the ignition plug can be prevented from smoldering or misfiring by increasing the ignition energy. Further, in stratified combustion in which the interval from the fuel injection timing to the ignition timing is longer than the predetermined value (stratified combustion in which fuel is injected into the outer cavity and a stratified mixture is formed in the outer cavity and its upper volume) There is time for the spray to evaporate sufficiently, and the air-fuel mixture field does not become too rich around the spark plug. By not increasing the ignition energy more than necessary, fuel consumption deterioration due to electric load can be prevented, and the spark plug The durability of can be improved.
また、本実施形態によれば、成層燃焼を行わせる運転条件のうち、低負荷運転条件にて、燃料噴射時期と点火時期との間隔が所定値より短い成層燃焼(内側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼)を行わせ、高負荷運転条件にて、燃料噴射時期と点火時期との間隔が前記所定値より長い成層燃焼(外側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼)を行わせることにより、負荷により最適な成層燃焼方式を選択することで、あらゆる負荷で燃費の良い運転が可能となる。 Further, according to the present embodiment, stratified combustion (within the inner cavity and its empty volume) in which the interval between the fuel injection timing and the ignition timing is shorter than a predetermined value in the low load operating condition among the operating conditions for performing stratified combustion. Stratified combustion that forms a stratified mixture), and stratified combustion in which the interval between the fuel injection timing and the ignition timing is longer than the predetermined value under the high-load operation condition (the stratified mixture is formed in the outer cavity and in the upper volume thereof) By selecting the optimum stratified combustion method according to the load, it becomes possible to operate with good fuel efficiency at any load.
また、本実施形態によれば、点火のエネルギーを増大させる成層燃焼の場合に、負荷が高いほど点火のエネルギーを増大させることにより、噴射量の多い負荷においても点火プラグまわりの混合気がリッチになることによるプラグくすぶりを防止できる。
また、本実施形態によれば、点火のエネルギーを増大させない成層燃焼の場合に、負荷が高いほど点火のエネルギーを減少させることにより、点火くすぶりの懸念がない成層燃焼方式の場合に、負荷の増大と共に成層混合気場がリッチになって、着火性が向上することを利用し、電気負荷による燃費悪化を防止できると共に、点火プラグの耐久性を向上させることができる。
Further, according to the present embodiment, in the case of stratified combustion in which the ignition energy is increased, the ignition energy is increased as the load is higher, so that the air-fuel mixture around the spark plug becomes rich even at a load with a large injection amount. This prevents plug smoldering.
In addition, according to the present embodiment, in the case of stratified combustion that does not increase ignition energy, the load increases in the case of the stratified combustion method in which there is no fear of ignition smoldering by decreasing the ignition energy as the load is higher. At the same time, the fact that the stratified air-fuel mixture becomes rich and the ignitability is improved can be used to prevent fuel consumption deterioration due to an electric load and to improve the durability of the spark plug.
また、本実施形態によれば、成層燃焼を行わせる運転条件よりも高負荷運転条件において、燃焼室全体に均質な混合気を形成して均質燃焼を行わせ、均質燃焼の場合は、点火のエネルギーを増大させない成層燃焼の場合と同等又はこれより小さい点火エネルギーとすることにより。均質燃焼の場合は、成層混合気場と比較して点火プラグくすぶりの懸念がなく、着火性も問題ないことから、点火エネルギーを必要以上に増大させないことで、電気負荷による燃費悪化を防止できると共に、点火プラグの耐久性を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, a homogeneous mixture is formed in the entire combustion chamber to perform homogeneous combustion under a higher load operating condition than that in which stratified combustion is performed. By making the ignition energy equal to or smaller than that of stratified combustion without increasing energy. In the case of homogeneous combustion, there is no concern about spark plug smoldering compared to a stratified mixture field, and there is no problem with ignitability, so by not increasing ignition energy more than necessary, fuel consumption deterioration due to electric load can be prevented. The durability of the spark plug can be improved.
また、本実施形態によれば、均質燃焼を行わせる運転条件のうち、低負荷運転条件にて、高負荷運転条件と比較して、大量のEGRガスを導入し、大量のEGRガスを導入する均質燃焼の場合に、大量のEGRガスを導入しない均質燃焼の場合と比較して、点火のエネルギーを増大させることにより、大量のEGRガスを導入する均質運転方式の場合は、着火性が悪化する懸念があるが、点火エネルギーの増大により燃焼安定性を確保することができる。 Further, according to the present embodiment, a large amount of EGR gas is introduced and a large amount of EGR gas is introduced in the low load operation condition among the operation conditions for performing homogeneous combustion, as compared with the high load operation condition. In the case of homogeneous combustion, compared with the case of homogeneous combustion in which a large amount of EGR gas is not introduced, by increasing the ignition energy, the ignitability deteriorates in the case of a homogeneous operation method in which a large amount of EGR gas is introduced. Although there is a concern, combustion stability can be ensured by increasing ignition energy.
また、本実施形態によれば、機関運転条件が第1運転領域(成層低負荷運転条件)にあるときの点火エネルギーを負荷の上昇に応じて増大させる一方、機関運転条件が第2運転領域(成層高負荷運転条件)にあるときの点火エネルギーを負荷の上昇に応じて減少させ、前記第1運転領域の最低負荷における点火エネルギーを前記第2運転領域の最低負荷における点火エネルギーよりも大きくすることにより、機関運転条件別に負荷の増減に応じて最適な制御を行うことが可能になる。 Further, according to the present embodiment, the ignition energy when the engine operating condition is in the first operating region (stratified low load operating condition) is increased according to the increase in the load, while the engine operating condition is increased in the second operating region ( The ignition energy at the stratified high load operation condition) is decreased as the load increases, and the ignition energy at the lowest load in the first operating region is made larger than the ignition energy at the lowest load in the second operating region. This makes it possible to perform optimal control according to the increase or decrease of the load for each engine operating condition.
次に本発明の第2実施形態(請求項1、2、5〜13、特に請求項5、6に対応)について説明する。
図7は本発明の第2実施形態の構成図(機関要部の断面図)であり、(A)は正面断面図、(B)は側面断面図である。
第1実施形態(図1)と大きく異なるのは、ピストン3の冠面形状であり、冠面にシンプルな円形のキャビティ20を持つ。また、第1実施形態(図1)と比較して、点火プラグ12の先端が燃焼室4内に大きく突出し、燃料噴射弁11からの燃料噴霧に直接点火できるようになっている。
Next, a second embodiment of the present invention (corresponding to
FIG. 7 is a configuration diagram (a cross-sectional view of the main part of the engine) of the second embodiment of the present invention, (A) is a front cross-sectional view, and (B) is a side cross-sectional view.
A significant difference from the first embodiment (FIG. 1) is the shape of the crown surface of the
図8に、第2実施形態での成層低負荷運転条件における噴霧及び混合気挙動を示す。 成層低負荷運転条件では、燃料噴射時期を遅らせる。噴射された噴霧は、噴射された直後にはその周辺において混合気場を形成する。従って、噴射直後に点火時期を設定することにより、キャビティ20を用いず、噴霧が作り出した混合気場に直接点火を行う。
また、成層高負荷運転条件では、燃料噴射時期を早くすることで、図3と同様に、キャビティ20を介してその上空に成層混合気を形成し、これに点火して燃焼させる。
FIG. 8 shows the spray and gas mixture behavior under the stratified low load operation condition in the second embodiment. Under stratified low load operation conditions, the fuel injection timing is delayed. Immediately after being injected, the injected spray forms an air-fuel mixture field around it. Therefore, by setting the ignition timing immediately after injection, the air-fuel mixture field generated by the spray is directly ignited without using the
Also, under the stratified high-load operation condition, by accelerating the fuel injection timing, a stratified mixture is formed above the
図9に、第2実施形態における噴射時期と点火時期との関係を示す。成層低負荷運転条件においては、キャビティを介さずに成層燃焼が行われるため、噴射時期と点火時期とが極めて近くに設定される。また、成層高負荷運転条件においては、キャビティを介した成層混合気場を用いるため、噴射時期と点火時期にある程度の間隔が保たれる。
第2実施形態での負荷(燃焼方式)と点火エネルギーとの関係は、図6と同じである。
FIG. 9 shows the relationship between the injection timing and the ignition timing in the second embodiment. Under the stratified low load operation condition, stratified combustion is performed without passing through the cavity, so that the injection timing and the ignition timing are set very close to each other. Further, in the stratified high load operation condition, since a stratified mixture field is used via the cavity, a certain interval is maintained between the injection timing and the ignition timing.
The relationship between the load (combustion method) and the ignition energy in the second embodiment is the same as in FIG.
成層低負荷運転条件では、燃料噴霧によりキャビティを介することなく直接点火プラグまわりに成層混合気を形成する成層燃焼を行い、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が短い成層燃焼となるため、点火プラグ回りの混合気がリッチになりやすい。よって、点火プラグまわりの混合気がリッチになりやすい成層低負荷運転条件において、他の運転条件と比較して点火エネルギーを増大させる。また、負荷の増大と共に燃料噴射量が増加され点火プラグまわりがリッチになりやすくなるため、負荷の増大と共に点火エネルギーを増大させる。 Under stratified low load operation conditions, stratified combustion is performed by directly forming a stratified mixture around the spark plug without passing through the cavity by fuel spray, and stratified combustion with a short interval from the fuel injection timing to the ignition timing results in a spark plug. The surrounding air-fuel mixture tends to be rich. Therefore, in the stratified low load operation condition where the air-fuel mixture around the spark plug tends to be rich, the ignition energy is increased as compared with other operation conditions. Further, since the fuel injection amount increases as the load increases and the spark plug is likely to become rich, the ignition energy is increased as the load increases.
成層高負荷運転条件では、燃料噴霧によりキャビティを介して点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼を行い、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が長い成層燃焼となるため、点火プラグまわりの混合気が必要以上にリッチにならない。よって、成層高負荷運転条件においては、点火プラグまわりの混合気が必要以上にリッチにならないため、成層低負荷運転条件と比較して点火エネルギーを増大させる必要がない。また、負荷の増大と共に成層混合気場がリッチになるよう設定され、着火性が向上するため、負荷の増大と共に点火エネルギーを減少させる。但し、着火性の確保のために、均質運転条件と比較して点火エネルギーは大きめに設定される。 Under stratified high-load operation conditions, stratified combustion is performed by forming a stratified mixture around the spark plug through the cavity by fuel spray, and stratified combustion with a long interval from the fuel injection timing to the ignition timing is performed. The mixture does not become richer than necessary. Therefore, in the stratified high load operation condition, the air-fuel mixture around the spark plug does not become unnecessarily rich, so that it is not necessary to increase the ignition energy compared to the stratified low load operation condition. Further, the stratified mixture field is set to be rich as the load increases, and the ignitability is improved. Therefore, the ignition energy is reduced as the load increases. However, in order to ensure ignitability, the ignition energy is set larger than that in the homogeneous operation condition.
特に本実施形態によれば、燃料噴霧によりキャビティを介することなく直接点火プラグまわりに成層混合気を形成する成層燃焼(言い換えれば、燃料噴霧が点火プラグに直接到達したときに形成される混合気に点火するような成層燃焼)においては、点火プラグ周辺の混合気がリッチになりやすいので、点火エネルギーを増大させることにより、点火プラグのくすぶりや失火を防止できる。また、燃料噴霧によりキャビティを介して点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼(言い換えれば、燃料噴霧がキャビティを介しこれにより誘導されて点火プラグまわりに形成された混合気に点火するような成層燃焼)においては、ピストン冠面温度により燃料噴霧が十分に蒸発し、点火プラグまわりにおいて混合気場がリッチになりすぎることがないので、点火エネルギーを必要以上に増大させないことにより、電気負荷による燃費悪化を防止できると共に、点火プラグの耐久性を向上させることができる。 In particular, according to the present embodiment, the stratified combustion that directly forms the stratified mixture around the spark plug without passing through the cavity by fuel spray (in other words, the mixture formed when the fuel spray reaches the spark plug directly) In stratified combustion in which ignition is performed, the air-fuel mixture around the spark plug tends to become rich. Therefore, smoldering and misfire of the spark plug can be prevented by increasing the ignition energy. Also, stratified combustion that forms a stratified mixture around the spark plug through the cavity by fuel spray (in other words, the fuel spray is induced through the cavity thereby igniting the mixture formed around the spark plug. In stratified combustion, the fuel spray does not evaporate sufficiently due to the piston crown surface temperature, and the air-fuel mixture field does not become too rich around the spark plug. It is possible to prevent deterioration of fuel consumption and improve the durability of the spark plug.
また、特に本実施形態によれば、成層燃焼を行わせる運転条件のうち,低負荷運転条件にて、燃料噴霧によりキャビティを介することなく直接点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼を行わせ、高負荷運転条件にて、燃料噴霧によりキャビティを介して点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼を行わせることにより、負荷により最適な成層燃焼方式を選択することで、あらゆる負荷で燃費の良い運転が可能となる。 In particular, according to the present embodiment, the stratified charge combustion that directly forms the stratified mixture around the spark plug by the fuel spray without passing through the cavity is performed under the low load operation condition among the operation conditions for performing the stratified charge combustion. By selecting the optimum stratified combustion method according to the load, by making the stratified combustion form a stratified mixture around the spark plug through the cavity by fuel spray under high load operating conditions, Driving with good fuel efficiency is possible.
1 シリンダヘッド
2 シリンダブロック
3 ピストン
4 燃焼室
5 吸気ポート
6 排気ポート
7 吸気弁
8 排気弁
9 吸気弁用カム
10 排気弁用カム
11 燃料噴射弁
12 点火プラグ
13 点火コイル
14 内側キャビティ
15 外側キャビティ
16 コントロールユニット
20 キャビティ
1 Cylinder head
2 Cylinder block
3 Piston
4 Combustion chamber
5 Intake port
6 Exhaust port
7 Intake valve
8 Exhaust valve
9 Inlet valve cam
10 Exhaust valve cam
11 Fuel injection valve
12 Spark plug
13 Ignition coil
14 Inner cavity
15 Outer cavity
16 Control unit
20 cavities
Claims (13)
前記成層燃焼として、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が所定値より短い成層燃焼と、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が前記所定値より長い成層燃焼とを持ち、
燃料噴射時期から点火時期までの間隔が所定値より短い成層燃焼にて、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が前記所定値より長い成層燃焼と比較して、点火のエネルギーを増大させることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。 In a direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber to form a stratified mixture around the ignition plug, and the stratified mixture is ignited by the ignition plug to perform stratified combustion.
As the stratified combustion, there are stratified combustion in which the interval from the fuel injection timing to the ignition timing is shorter than a predetermined value, and stratified combustion in which the interval from the fuel injection timing to the ignition timing is longer than the predetermined value,
In the stratified combustion where the interval from the fuel injection timing to the ignition timing is shorter than a predetermined value, the energy of ignition is increased compared to the stratified combustion where the interval from the fuel injection timing to the ignition timing is longer than the predetermined value. An ignition control device for a direct-injection spark-ignition internal combustion engine.
燃焼室の上部に燃料噴射弁を有し、ピストン冠面に内外2重のキャビティを有し、キャビティ上空に点火プラグを有し、
前記成層燃焼として、内側キャビティ内に燃料を噴射して内側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼と、外側キャビティ内に燃料を噴射して外側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼とを持ち、
内側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼にて、外側キャビティ内及びその上空容積に成層混合気を形成する成層燃焼と比較して、点火のエネルギーを増大させることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。 In a direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber to form a stratified mixture around the ignition plug, and the stratified mixture is ignited by the ignition plug to perform stratified combustion.
It has a fuel injection valve at the top of the combustion chamber, a double cavity inside and outside on the piston crown, a spark plug above the cavity,
As the stratified combustion, stratified combustion in which fuel is injected into the inner cavity to form a stratified mixture in the inner cavity and its upper volume, and fuel is injected into the outer cavity and stratified in the outer cavity and its upper volume. With stratified combustion to form a mixture,
In the stratified charge combustion that forms a stratified mixture in the inner cavity and its upper volume, the ignition energy is increased as compared with the stratified combustion that forms a stratified mixture in the outer cavity and its upper volume. An ignition control device for a direct injection spark ignition type internal combustion engine.
燃焼室の上部に燃料噴射弁を有し、ピストン冠面にキャビティを有し、キャビティ上空に点火プラグを有し、
前記成層燃焼として、燃料噴霧によりキャビティを介することなく直接点火プラグまわりに成層混合気を形成する成層燃焼と、燃料噴霧によりキャビティを介して点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼とを持ち、
燃料噴霧によりキャビティを介することなく直接点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼にて、燃料噴霧によりキャビティを介して点火プラグ回りに成層混合気を形成する成層燃焼と比較して、点火のエネルギーを増大させることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。 In a direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber to form a stratified mixture around the ignition plug, and the stratified mixture is ignited by the ignition plug to perform stratified combustion.
It has a fuel injection valve at the top of the combustion chamber, has a cavity on the piston crown, has a spark plug above the cavity,
The stratified combustion includes stratified combustion that directly forms a stratified mixture around the spark plug without passing through the cavity by fuel spray, and stratified combustion that forms a stratified mixture around the spark plug through the cavity by fuel spray. ,
Compared with stratified combustion, in which stratified mixture is formed directly around the spark plug by fuel spray without passing through the cavity, and compared with stratified combustion in which stratified mixture is formed around the spark plug through the cavity by fuel spray. An ignition control device for a direct-injection spark-ignition internal combustion engine characterized by increasing energy.
均質燃焼の場合は、点火のエネルギーを増大させない成層燃焼の場合と同等又はこれより小さい点火エネルギーとすることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。 In a higher-load operating condition than that in which stratified combustion is performed, a homogeneous mixture is formed in the entire combustion chamber to perform homogeneous combustion,
The direct-injection spark ignition according to any one of claims 1 to 8, wherein in homogeneous combustion, the ignition energy is equal to or smaller than that in stratified combustion that does not increase ignition energy. -Type internal combustion engine ignition control device.
機関運転条件が第1運転領域にあるときの点火エネルギーを負荷の上昇に応じて増大させる一方、機関運転条件が第2運転領域にあるときの点火エネルギーを負荷の上昇に応じて減少させることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の点火制御装置。 In a direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber to form a stratified mixture around the ignition plug, and the stratified mixture is ignited by the ignition plug to perform stratified combustion.
The ignition energy when the engine operating condition is in the first operating region is increased according to the increase in the load, while the ignition energy when the engine operating condition is in the second operating region is decreased according to the increase in the load. An ignition control device for a direct-injection spark-ignition internal combustion engine.
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- 2004-08-09 JP JP2004231754A patent/JP2006046276A/en active Pending
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