JP2009041531A - In-cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明は、筒内噴射式内燃機関に関し、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を可能とし、筒内のガスの成層化を利用して排気エミッションの低減を良好に図れる燃焼を可能とすることを目的とする。
【解決手段】内燃機関10の筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁26を備える。吸気可変動弁機構38および排気可変動弁機構40をそれぞれ備える。吸気通路18を、上側吸気通路18aと下側吸気通路18bに区画するための吸気側隔壁30を備える。排気通路20を、上側排気通路20aと下側排気通路20bに区画するための排気側隔壁34を備える。筒内温度が低い特定の運転条件下において、吸気行程中の所定期間に排気弁24が開かれるように制御する。当該特定の運転条件下において、上側吸気通路18aおよび上側排気通路20aが閉塞されるように、吸気制御弁32および排気制御弁36を制御する。内部EGRガス層に向けて燃料を噴射する。
【選択図】図4The present invention relates to an in-cylinder injection internal combustion engine, which enables fine control of the degree of stratification of gas existing in the cylinder, and makes it possible to reduce exhaust emission by utilizing stratification of gas in the cylinder. The purpose is to make possible combustion.
A fuel injection valve 26 for directly injecting fuel into a cylinder of an internal combustion engine 10 is provided. An intake variable valve mechanism 38 and an exhaust variable valve mechanism 40 are provided. An intake side partition wall 30 for partitioning the intake passage 18 into an upper intake passage 18a and a lower intake passage 18b is provided. An exhaust side partition wall 34 for partitioning the exhaust passage 20 into an upper exhaust passage 20a and a lower exhaust passage 20b is provided. Control is performed so that the exhaust valve 24 is opened during a predetermined period during the intake stroke under specific operating conditions where the in-cylinder temperature is low. Under the specific operating condition, the intake control valve 32 and the exhaust control valve 36 are controlled so that the upper intake passage 18a and the upper exhaust passage 20a are closed. Fuel is injected toward the internal EGR gas layer.
[Selection] Figure 4
Description
この発明は、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に関する。 The present invention relates to a direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder.
従来、例えば特許文献1には、筒内噴射式内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、低回転低負荷時には、バルブオーバーラップ期間を長くすることで、筒内への既燃焼ガスの導入量を多くして、内部EGRガス量を増量するようにしている。更に、その内部EGRガスの増量時に、吸気弁およびまたは排気弁の左右バルブの開弁時期に位相差を設けることにより、燃焼室内部にシリンダ壁面に沿った弱スワール流を生成させるようにしている。これにより、EGRガスが拡散されないようにして、燃焼噴射弁に対向するシリンダ壁面近傍にEGRガス領域を形成することにより、安定した成層燃焼を行うようにしている。 Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses a control device for a cylinder injection internal combustion engine. In this conventional control device, at the time of low rotation and low load, by increasing the valve overlap period, the amount of already burned gas introduced into the cylinder is increased and the amount of internal EGR gas is increased. Furthermore, a weak swirl flow along the cylinder wall surface is generated in the combustion chamber by providing a phase difference in the opening timing of the left and right valves of the intake valve and / or the exhaust valve when the internal EGR gas is increased. . Thus, stable stratified combustion is performed by forming an EGR gas region in the vicinity of the cylinder wall surface facing the combustion injection valve so that EGR gas is not diffused.
上述した従来の技術による左右バルブの開弁時期の位相差を用いる手法では、EGRガスの成層化は、シリンダ壁面に沿って流れるスワール流を利用するものに限られてしまう。このため、上記従来の技術は、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を可能にするという点において、未だ改善の余地を残すものであった。 In the method using the phase difference between the valve opening timings of the left and right valves according to the conventional technique described above, the stratification of the EGR gas is limited to the one using the swirl flow that flows along the cylinder wall surface. For this reason, the conventional technique described above still leaves room for improvement in terms of enabling fine control of the degree of stratification of the gas present in the cylinder.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を可能とし、筒内のガスの成層化を利用して排気エミッションの低減を良好に図れる燃焼を可能とする筒内噴射式内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and enables fine control of the stratification degree of the gas existing in the cylinder, and makes it possible to control the exhaust emission by utilizing the stratification of the gas in the cylinder. It is an object of the present invention to provide a cylinder injection type internal combustion engine that enables combustion with good reduction.
第1の発明は、内燃機関の筒内に燃料を直接噴射するように配置された燃料噴射弁と、
排気弁の少なくとも閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構と、
吸気通路を、上側吸気通路と下側吸気通路に区画するための吸気側隔壁と、
排気通路を、上側排気通路と下側排気通路に区画するための排気側隔壁と、
前記上側吸気通路および下側吸気通路を開閉する吸気制御弁と、
前記上側排気通路および前記下側排気通路を開閉する排気制御弁と、
筒内温度が低い特定の運転条件下において、吸気行程中の所定期間に排気弁が開かれるように制御するバルブタイミング制御手段と、
前記特定の運転条件下において、前記上側吸気通路または前記下側吸気通路が閉塞されるように前記吸気制御弁を制御し、かつ、前記上側排気通路または前記下側排気通路が閉塞されるように前記排気制御弁を制御する気流制御手段と、
を備えることを特徴とする。
A first invention includes a fuel injection valve arranged to inject fuel directly into a cylinder of an internal combustion engine,
An exhaust variable valve mechanism capable of changing at least the closing timing of the exhaust valve; and
An intake-side partition for dividing the intake passage into an upper intake passage and a lower intake passage;
An exhaust-side partition for dividing the exhaust passage into an upper exhaust passage and a lower exhaust passage;
An intake control valve for opening and closing the upper intake passage and the lower intake passage;
An exhaust control valve for opening and closing the upper exhaust passage and the lower exhaust passage;
Valve timing control means for controlling the exhaust valve to be opened during a predetermined period during the intake stroke under specific operating conditions where the in-cylinder temperature is low;
The intake control valve is controlled so that the upper intake passage or the lower intake passage is closed under the specific operating condition, and the upper exhaust passage or the lower exhaust passage is closed. Airflow control means for controlling the exhaust control valve;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、吸気弁の少なくとも開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構を更に備え、
前記バルブタイミング制御手段は、前記特定の運転条件下においては、排気上死点から排気上死点後30°CAまでの期間中に、吸気弁が既に開いている排気弁とともに開いた状態となるように吸気可変動弁機構を制御することを特徴とする。
Further, the second invention further comprises an intake variable valve mechanism that makes it possible to change at least the opening timing of the intake valve in the first invention,
Under the specific operating conditions, the valve timing control means is in an open state with the exhaust valve already open during the period from exhaust top dead center to 30 ° CA after exhaust top dead center. The intake variable valve mechanism is controlled as described above.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、前記気流制御手段は、前記上側吸気通路および前記上側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
前記燃料噴射弁は、噴射孔を排気側に向けて配置されていることを特徴とする。
In a third aspect based on the first or second aspect, the air flow control means controls the intake control valve and the exhaust control valve so that the upper intake passage and the upper exhaust passage are closed. And
The fuel injection valve is arranged with the injection hole directed toward the exhaust side.
また、第4の発明は、第1または第2の発明において、前記気流制御手段は、前記上側吸気通路および前記下側排気通路が閉塞されるように、或いは、前記下側吸気通路および前記上側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
前記燃料噴射弁は、筒内に流入する内部EGRガスに向けて燃料が噴射されるように配置されており、
前記筒内噴射式内燃機関は、吸気行程中に排気弁が開いている期間中に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁を制御する噴射時期制御手段を更に備えることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the airflow control means is configured so that the upper intake passage and the lower exhaust passage are closed, or the lower intake passage and the upper intake passage. Controlling the intake control valve and the exhaust control valve so that the exhaust passage is closed;
The fuel injection valve is arranged so that fuel is injected toward the internal EGR gas flowing into the cylinder,
The in-cylinder injection internal combustion engine further includes injection timing control means for controlling the fuel injection valve so that fuel is injected during a period in which the exhaust valve is open during the intake stroke.
また、第5の発明は、第1または第2の発明において、前記気流制御手段は、前記下側吸気通路および前記下側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
前記燃料噴射弁は、点火プラグ付近に向けて燃料が噴射されるように配置されており、
前記筒内噴射式内燃機関は、吸気行程の前半に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁を制御する噴射時期制御手段を更に備えることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the air flow control means includes the intake control valve and the exhaust control valve so that the lower intake passage and the lower exhaust passage are closed. Control
The fuel injection valve is arranged so that fuel is injected toward the vicinity of the spark plug,
The in-cylinder injection internal combustion engine further includes injection timing control means for controlling the fuel injection valve so that fuel is injected in the first half of the intake stroke.
また、第6の発明は、第1または第2の発明において、前記気流制御手段は、前記上側吸気通路および前記上側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
前記燃料噴射弁は、噴射孔を吸気側に向けて配置されていることを特徴とする。
In a sixth aspect based on the first or second aspect, the air flow control means controls the intake control valve and the exhaust control valve so that the upper intake passage and the upper exhaust passage are closed. And
The fuel injection valve is arranged with the injection hole directed toward the intake side.
第1の発明によれば、吸気行程中に吸気弁と排気弁とが共に開かれた状態で、吸気側および排気側の双方に配置された隔壁と吸気制御弁および排気制御弁とを利用して、筒内に吸入される空気と内部EGRガスの流れを制御することにより、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を実現することができる。そして、燃料噴射弁によって成層化された高温のガスに向けて燃料を噴射することで、筒内温度が低い特定の運転条件下において、筒内のガスの成層化を利用して排気エミッションの低減を良好に図れる燃焼が可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the partition walls, the intake control valve, and the exhaust control valve disposed on both the intake side and the exhaust side are used in a state where both the intake valve and the exhaust valve are opened during the intake stroke. Thus, by controlling the flow of the air sucked into the cylinder and the internal EGR gas, fine control of the degree of stratification of the gas existing in the cylinder can be realized. And, by injecting fuel toward the high-temperature gas stratified by the fuel injection valve, the exhaust emission is reduced by using the stratification of the gas in the cylinder under specific operating conditions where the cylinder temperature is low The combustion which can aim at favorable is attained.
第2の発明によれば、排気上死点から排気上死点後30°CAまでの期間中に、吸気弁が既に開いている排気弁とともに開いた状態となるようにすることで、内部EGRガスが予め成層され、筒内でのガスの混合が抑えられるようにすることができる。これにより、空気や内部EGRガスの不均質度(成層度)を十分に高めることができる。 According to the second invention, during the period from exhaust top dead center to 30 ° CA after exhaust top dead center, the intake valve is opened together with the exhaust valve that is already open, thereby allowing internal EGR. The gas is pre-stratified so that mixing of the gas in the cylinder can be suppressed. Thereby, the inhomogeneity (stratification degree) of air and internal EGR gas can fully be raised.
第3の発明によれば、筒内において、吸気弁に近い領域に空気が、そして、排気弁に近い領域に内部EGRガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。そして、成層化された高温の内部EGRガス領域に向けて燃料が噴射されることで、燃料の気化を効果的に促進することができ、これにより、筒内温度が低い特定の運転条件下において、煤(PM)の排出量を良好に低減することが可能となる。 According to the third invention, in the cylinder, air is effectively stratified in the region near the intake valve and the internal EGR gas is effectively stratified in the region near the exhaust valve. The fuel is injected toward the stratified high-temperature internal EGR gas region, so that the vaporization of the fuel can be effectively promoted, and under certain operating conditions where the in-cylinder temperature is low. It is possible to reduce the amount of soot (PM) discharged well.
第4の発明によれば、筒内において、吸気弁やピストンの頂面に近い領域に空気が、そして、排気弁や点火プラグに近い領域に内部EGRガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。そして、筒内に吸入している高温の内部EGRガスに向けて燃料を噴射することで、燃料の気化を効果的に促進することができ、これにより、煤(PM)の排出量を良好に低減することが可能となる。更に、本発明によれば、吸気側からの空気の流入方向と排気側からの内部EGRガスの流入方向とが揃っていることでタンブル流が強化されるので、内部EGRガスと燃料との均質レベルを高くすることができる。これにより、NOxの排出量および燃焼変動を良好に低減することが可能となる。 According to the fourth invention, in the cylinder, air is effectively stratified in the region near the top surface of the intake valve and the piston, and the internal EGR gas is effectively stratified in the region near the exhaust valve and the spark plug. It becomes like this. And by injecting fuel toward the high-temperature internal EGR gas sucked into the cylinder, it is possible to effectively promote the vaporization of the fuel, thereby improving the discharge amount of soot (PM). It becomes possible to reduce. Furthermore, according to the present invention, since the inflow direction of the air from the intake side and the inflow direction of the internal EGR gas from the exhaust side are aligned, the tumble flow is strengthened, so that the internal EGR gas and the fuel are homogeneous. The level can be increased. This makes it possible to satisfactorily reduce NOx emissions and combustion fluctuations.
第5の発明によれば、筒内に吸入された空気と内部EGRガスとが衝突し、それらのガスの一部が点火プラグの近傍において、急速に混合されるようになる。そして、点火プラグの近傍において急速混合された混合気に向けて燃料が噴射される。このため、燃料の気化を十分に促進させることができ、煤(PM)の排出量を良好に低減することが可能となる。 According to the fifth invention, the air sucked into the cylinder collides with the internal EGR gas, and a part of the gas is rapidly mixed in the vicinity of the spark plug. Then, fuel is injected toward the air-fuel mixture rapidly mixed in the vicinity of the spark plug. For this reason, the vaporization of fuel can be sufficiently promoted, and the amount of soot (PM) discharged can be satisfactorily reduced.
第6の発明によれば、筒内において、吸気弁に近い領域に空気が、そして、排気弁に近い領域に内部EGRガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。そして、燃料は、排気弁に近い領域に成層化された高温の内部EGRガスによって気化が促進されたうえで、吸気弁に近い領域に成層化された空気に到達するようになる。このように、燃料の気化が効果的に促進されることで、煤(PM)の排出量を良好に低減することが可能となる。また、燃料が最終的には吸気側の空気の領域で燃焼することになるので、燃料が濃すぎることによるHCやCOの排出量の増加および燃焼変動を良好に防ぐことも可能となる。 According to the sixth invention, in the cylinder, air is effectively stratified in the region close to the intake valve and the internal EGR gas is effectively stratified in the region close to the exhaust valve. The fuel is accelerated by the high-temperature internal EGR gas stratified in the region close to the exhaust valve, and reaches the stratified air in the region close to the intake valve. As described above, the fuel vaporization is effectively promoted, so that the amount of soot (PM) discharged can be favorably reduced. Further, since the fuel is finally burned in the air region on the intake side, it is possible to satisfactorily prevent an increase in HC and CO emissions and fluctuations in combustion due to the fuel being too rich.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1における筒内噴射式内燃機関10の構成を説明するための図である。内燃機関10の筒内には、その内部を往復移動するピストン12が設けられている。また、内燃機関10は、シリンダヘッド14を備えている。ピストン12とシリンダヘッド14との間には、燃焼室16が形成されている。燃焼室16には、吸気通路18および排気通路20が連通している。吸気通路18および排気通路20には、それぞれ吸気弁22および排気弁24が配置されている。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a direct injection
シリンダヘッド14には、筒内(燃焼室16内)に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁26が配置されている。より具体的には、本実施形態の燃料噴射弁26は、図1中の吸気弁22の下方の部位に、噴射孔を排気側に向けて配置されている。また、シリンダヘッド14には、燃焼室16の中央位置に、点火プラグ28が組み込まれている。
The
吸気通路18のポート部には、当該吸気通路18を、上側吸気通路18aと下側吸気通路18bとに区画するための吸気側隔壁(タンブルプレート)30が配置されている。また、この吸気側隔壁30の上流側端部には、上側吸気通路18aおよび下側吸気通路18bを開閉するための吸気制御弁32が配置されている。
An intake side partition wall (tumble plate) 30 for partitioning the
また、排気通路20のポート部にも、吸気通路18側と同様に、当該排気通路20を、上側排気通路20aと下側排気通路20bとに区画するための排気側隔壁(タンブルプレート)34が配置されている。また、この排気側隔壁34の上流側端部には、上側排気通路20aおよび下側排気通路20bを開閉するための排気制御弁36が配置されている。
Similarly to the
また、内燃機関10には、吸気弁22の開閉時期を変更可能とする吸気可変動弁機構38と、排気弁24の開閉時期を変更可能とする排気可変動弁機構40とが備えられている。吸気可変動弁機構38および排気可変動弁機構40の具体的構成は、特に限定されないが、ここでは、これらの可変動弁機構38、40は、吸排気弁22、24を電磁力で開閉駆動する電磁駆動弁であるものとする。
Further, the
図1に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)42を備えている。ECU42には、内燃機関10の運転状態に関する情報を取得するための各種のセンサが接続されている。また、ECU42には、上述した各種のアクチュエータが接続されている。ECU42は、それらのセンサ出力に基づいて、各アクチュエータを制御することにより、内燃機関10の運転状態を制御することができる。
The system shown in FIG. 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 42. Various sensors for acquiring information related to the operating state of the
[実施の形態1の特徴部分]
図2は、本発明の実施の形態1において用いられる吸排気弁22、24のバルブタイミングを説明するための図である。より具体的には、図2(A)に示すバルブタイミング(ケースI)は、本実施形態において、冷間始動時などの筒内温度が低い特定の運転条件下で使用されるバルブタイミングを示している。また、図2(B)に示すバルブタイミング(ケースII)は、本実施形態で用いられる上記ケースIとの比較のために参照されるバルブタイミングを示している。
[Characteristics of Embodiment 1]
FIG. 2 is a diagram for explaining valve timings of the intake and
筒内温度が低い始動時などの特定の運転条件下では、燃料の気化が不十分となるので、液滴の状態の燃料から煤(PM)が発生し易くなる。そこで、本実施形態では、図2(A)に示すバルブタイミングの採用と、図4乃至図6を参照して後述する吸気制御弁32および排気制御弁36の調整とによって、PM量が増加し易くなる始動時などの特定の運転条件下において、筒内に内部EGRガス量と空気(新気)の分布を作り出すようにしている。そして、成層化された高温領域に向けて燃料を噴射することで、燃料の気化の促進を図るようにしている。
Under certain operating conditions such as at the time of start-up where the in-cylinder temperature is low, fuel vaporization becomes insufficient, so that soot (PM) is likely to be generated from the fuel in the droplet state. Therefore, in the present embodiment, the PM amount increases by adopting the valve timing shown in FIG. 2A and adjusting the
図2(A)に示すバルブタイミングでは、排気弁24は、膨張下死点前の所定のタイミングで開かれた後に、吸気行程の後半に閉じられるように設定されている。より具体的には、排気弁24の閉じ時期は、吸気下死点近傍のタイミングで閉じられるように設定されている。
At the valve timing shown in FIG. 2 (A), the
また、図2(A)に示すバルブタイミングでは、吸気弁22は、排気上死点から排気上死点後(ATDC)30°CAの間に開かれるように(図2(A)に示す一例では排気上死点において開かれるように)設定されている。また、吸気弁22の閉じ時期は、吸気行程の途中において、排気弁24よりも早く閉じられるように設定されている。また、吸気弁22の閉じ時期は、燃焼面から決定される最適なEGR率が得られるように調整される。
Also, at the valve timing shown in FIG. 2A, the
以上のように、図2(A)に示すバルブタイミングでは、排気上死点から排気上死点後(ATDC)30°CAの間(吸気行程前半)で、吸気弁22と排気弁24が同時に開かれる状態が作られるようになっている。これに対し、対比のための図2(B)に示すバルブタイミングでは、排気弁24の開閉時期については図2(A)に示すバルブタイミングと同様であるが、吸気弁22の開き時期が、排気上死点後(ATDC)30°CAよりも後のタイミングとなるように設定されている。
As described above, at the valve timing shown in FIG. 2 (A), the
図3は、図2に示すケースIとケースIIとが用いられた場合の筒内の不均質度(成層度)の計測結果を示す図である。図3に示すように、本実施形態で用いるケースI(図2(A))の方が、ケースII(図2(B))よりも筒内のガスの分布がより不均質となり、EGRガスの成層度が高くなる結果が得られた。この理由は、排気上死点後(ATDC)30°CAよりも前に吸気弁22が開き始めるケースIでは、ガス流速が低い上死点(TDC)付近で吸気弁22と排気弁24とがともに開かれることで、内部EGRガスが予め成層され、筒内でのガスの混合が抑えられているためと考えられる。
FIG. 3 is a diagram showing measurement results of in-cylinder inhomogeneity (stratification degree) when Case I and Case II shown in FIG. 2 are used. As shown in FIG. 3, in the case I (FIG. 2 (A)) used in this embodiment, the gas distribution in the cylinder becomes more inhomogeneous than in the case II (FIG. 2 (B)). The result of increasing the stratification degree of was obtained. This is because, in the case I where the
次に、図4乃至図6を参照して、吸気制御弁32および排気制御弁36を用いた筒内ガスの気流制御の3つの手法について説明する。
先ず、図4に示す制御例では、吸気制御弁32は、上側吸気通路18aを閉塞するように制御されている。また、排気制御弁36は、上側排気通路20aを閉塞するように制御されている。
Next, three methods of in-cylinder gas airflow control using the
First, in the control example shown in FIG. 4, the
図4に示すように吸気制御弁32および排気制御弁36が制御され、かつ、上記図2(A)に示すバルブタイミングが用いられた状態で吸気行程が開始されると、吸気側からの新気と排気側からの内部EGRガスとの混合が良好に抑えられながら筒内にそれらのガスが充填されていくことになる。
As shown in FIG. 4, when the
より具体的には、空気(新気)は、下側吸気通路18bを通って筒内に導入されることになる。この際、図4中に矢印で示すように、空気は、シリンダ壁面に沿うようにしてピストン12の軸線の方向に流入するようになる。また、内部EGRガス(排気)は、下側排気通路20bを通って筒内に導入されることになる。この際、内部EGRガスは、吸気と同様に、シリンダ壁面に沿うようにしてピストン12の軸線の方向に流入するようになる。これにより、図4に示すように、吸気弁22に近い領域に空気が、そして、排気弁24に近い領域に内部EGRガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。
More specifically, air (fresh air) is introduced into the cylinder through the
また、図4に示す制御例では、燃料が、排気弁24に近い側に成層化された内部EGRガスに向けて、吸気側に配置された燃料噴射弁26から噴射される。この場合の燃料の噴射タイミングは、圧縮行程などの所定のタイミングとされる。
In the control example shown in FIG. 4, the fuel is injected from the
以上説明した図4に示す制御例によれば、吸排気弁22、24のバルブタイミングの設定と、吸排気双方のタンブルプレート30、34との組み合わせにより、筒内に成層度の高い空気と内部EGRガスの分布を得ることができる。そして、成層化された高温の内部EGRガス領域に向けて燃料を噴射することで、燃料の気化を効果的に促進することができ、これにより、煤(PM)の排出量を良好に低減することが可能となる。
According to the control example shown in FIG. 4 described above, the combination of the valve timing of the intake /
次に、図5に示す制御例では、吸気制御弁32は、上側吸気通路18aを閉塞するように制御されている。また、排気制御弁36は、下側排気通路20bを閉塞するように制御されている。すなわち、この制御例では、吸気制御弁32と排気制御弁36とがそれぞれ閉塞する通路の上下が互い違いとなるようにされている。
Next, in the control example shown in FIG. 5, the
図5に示すように吸気制御弁32および排気制御弁36が制御され、かつ、上記図2(A)に示すバルブタイミングが用いられた状態で吸気行程が開始されると、吸気側からの新気と排気側からの内部EGRガスとの混合が良好に抑えられながら筒内にガスが充填されていくことになる。
When the
より具体的には、空気(新気)は、下側吸気通路18bを通って筒内に導入されることになり、この際、図5中に矢印で示すように、空気は、シリンダ壁面に沿うようにしてピストン12の軸線の方向に流入するようになる。また、内部EGRガス(排気)は、図5中に矢印で示すように、上側排気通路20aを通って筒内に導入されることになる。この際、内部EGRガスは、点火プラグ28の方向に流入するようになる。これにより、図5に示すように、吸気弁22やピストン12の頂面に近い領域に空気が、そして、排気弁24や点火プラグ28に近い領域に内部EGRガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。
More specifically, air (fresh air) is introduced into the cylinder through the
また、上記のような吸気制御弁32および排気制御弁36の制御によれば、吸気側からの空気の流入方向と排気側からの内部EGRガスの流入方向とが揃っていることで、図5中に反時計回りの矢印で示すような筒内ガスの流動(タンブル流)が促進されるようになる。
Further, according to the control of the
図5に示す制御例では、燃料の噴射タイミングは、吸気行程において排気弁24が開いているタイミングとされており、燃料が、筒内に流入する内部EGRガスに向けて燃料噴射弁26から噴射される。
In the control example shown in FIG. 5, the fuel injection timing is the timing at which the
以上説明した図5に示す制御例によっても、吸排気弁22、24のバルブタイミングの設定と、吸排気双方のタンブルプレート30、34との組み合わせにより、筒内に成層度の高い空気と内部EGRガスの分布を得ることができる。そして、筒内に吸入している高温の内部EGRガスに向けて燃料を噴射することで、燃料の気化を効果的に促進することができ、これにより、煤(PM)の排出量を良好に低減することが可能となる。
Also according to the control example shown in FIG. 5 described above, highly stratified air and internal EGR are formed in the cylinder by setting the valve timings of the intake and
更に、図5に示す制御例によれば、吸気側からの空気の流入方向と排気側からの内部EGRガスの流入方向とが揃っていることで上記のようにタンブル流が強化されていることにより、内部EGRガスと燃料との均質レベルが高くなる。これにより、NOxの排出量および燃焼変動を良好に低減することが可能となる。 Further, according to the control example shown in FIG. 5, the tumble flow is enhanced as described above by aligning the inflow direction of air from the intake side and the inflow direction of internal EGR gas from the exhaust side. This increases the homogeneity level of the internal EGR gas and the fuel. This makes it possible to satisfactorily reduce NOx emissions and combustion fluctuations.
また、上述した図5に示す制御例では、上側吸気通路18aを閉塞するように吸気制御弁32が制御され、かつ、下側排気通路20bを閉塞するように排気制御弁36が制御されているが、このような例に限らず、逆に、下側吸気通路18bを閉塞するように吸気制御弁32が制御され、かつ、上側排気通路20aを閉塞するように排気制御弁36が制御されるようにしてもよい。このような制御例によれば、空気と内部EGRガスの分布は、図5に示す空気と内部EGRガスの分布をピストン12の軸線を軸に反転させ、かつ、空気と内部EGRガスを逆にしたような分布となり、また、図5と逆向きのタンブル流が強化されることになる。また、このような制御例においても、同様に、高温の内部EGRガスに向けて燃料を噴射することで、上述した図5に示す制御例の効果と同様の効果を奏することができる。
In the control example shown in FIG. 5, the
また、上述した図5に示す制御例では、吸排気弁22、24のバルブタイミングが上記図4に示す制御例と同様に、上記図2に示すバルブタイミングであるように説明したが、当該図5に示す制御例においては、必ずしもそのようなバルブタイミングとされていなくてもよい。より具体的には、上記図5中に示すタンブル流を強くするという点を重視する場合には、吸気弁22の開き時期は、排気上死点から排気上死点後(ATDC)30°CAの間(吸気行程前半)とされていなくてもよい。
Further, in the control example shown in FIG. 5 described above, the valve timing of the intake and
次に、図6に示す制御例では、吸気制御弁32は、下側吸気通路18bを閉塞するように制御されている。また、排気制御弁36は、下側排気通路20bを閉塞するように制御されている。この場合、空気(新気)は、上側吸気通路18aを通って筒内に導入されることになり、この際、図6中に矢印で示すように、空気は、点火プラグ28の方向に流入するようになる。また、内部EGRガス(排気)は、上側排気通路20aを通って筒内に導入されることになり、この際、図6中に矢印で示すように、内部EGRガスは、吸気と同様に、点火プラグ28の方向に流入することになる。これにより、図6に示すように、筒内に吸入された空気と内部EGRガスとが衝突し、それらのガスの一部が点火プラグ28の近傍において、急速に混合されるようになる。すなわち、点火プラグ28の近傍には、急速混合された混合気が分布することとなる。また、この制御例においても、吸気弁22に近い領域に空気が、そして、排気弁24に近い領域に内部EGRガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。
Next, in the control example shown in FIG. 6, the
また、図6に示す制御例では、燃料が、点火プラグ28の近傍において急速混合された混合気に向けて燃料噴射弁26から噴射される。この場合の燃料の噴射タイミングは、吸気行程の前半における所定のタイミングとされる。
In the control example shown in FIG. 6, the fuel is injected from the
以上説明した図6に示す制御例によれば、吸排気弁22、24のバルブタイミングの設定と、吸排気双方のタンブルプレート30、34との組み合わせによって、空気と内部EGRガスを急速に混ぜ合わせたことで、高温の内部EGRガスと均質に混ぜ合わされた空気に向けて燃料が噴射される。このため、燃料の気化を十分に促進させることができ、煤(PM)の排出量を良好に低減することが可能となる。
According to the control example shown in FIG. 6 described above, the air and the internal EGR gas are rapidly mixed by setting the valve timing of the intake and
以上の図4乃至図6の3つの制御例を用いて説明したように、吸気側および排気側の双方に配置されたタンブルプレート30、34とそれらの上端部に配置された制御弁32、36を利用して、筒内に吸入される空気と内部EGRガスの流れを制御することにより、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を実現することができる。そして、上記図2(A)に示すバルブタイミングの設定が組み合わされることで、空気や内部EGRガスの不均質度(成層度)を十分に高めることができる。そして、上記3つの制御例によれば、筒内のガスの成層化を利用して、煤(PM)やNOxなどの排気エミッションの低減を良好に図ることができる。
As described above with reference to the three control examples of FIGS. 4 to 6, the
尚、上述した実施の形態1においては、ECU42が、上記図2(A)に示す吸排気弁22、24のバルブタイミングが得られるように吸気可変動弁機構38および排気可変動弁機構40を制御することにより前記第1の発明における「バルブタイミング制御手段」が、上記図4乃至図6に示す制御例に示すように吸気制御弁32および排気制御弁36を制御することにより前記第1の発明における「気流制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU42が、上記図5に示す制御例で示すタイミングで燃料が噴射されるように燃料噴射弁26を制御することにより前記第4の発明における「噴射時期制御手段」が実現されている。
また、ECU42が、上記図6に示す制御例で示すタイミングで燃料が噴射されるように燃料噴射弁26を制御することにより前記第4の発明における「噴射時期制御手段」が実現されている。
In the first embodiment, the
Further, the “injection timing control means” in the fourth aspect of the present invention is realized by the
Further, the “injection timing control means” in the fourth aspect of the present invention is realized by the
実施の形態2.
次に、図7を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
図7は、本発明の実施の形態2における筒内噴射式内燃機関50の構成とその制御例を説明するための図である。図7に示すように、本実施形態の筒内噴射式内燃機関50では、燃料噴射弁26は、図7中の排気弁24の下方の部位に、噴射孔を吸気側に向けて配置されている。本実施形態の内燃機関50は、この点を除き、上述した実施の形態1の内燃機関10と同様に構成されている。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration of a direct injection
図7に示す制御例においても、既述した図2(A)に示すバルブタイミングが用いられているものとする。そして、この制御例では、吸気制御弁32は、上側吸気通路18aを閉塞するように制御されている。また、排気制御弁36は、上側排気通路20aを閉塞するように制御されている。
Also in the control example shown in FIG. 7, it is assumed that the valve timing shown in FIG. 2A described above is used. In this control example, the
上記のような吸気制御弁32および排気制御弁36の制御手法によれば、図7に示すように、上記図4に示す制御例の場合と同様に、吸気弁22に近い領域に空気が、そして、排気弁24に近い側に内部EGRガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。
また、図7に示す制御例では、燃料が、吸気側に向けて燃料噴射弁26から噴射される。この場合の燃料の噴射タイミングは、圧縮行程などの所定のタイミングとされる。
According to the control method of the
In the control example shown in FIG. 7, the fuel is injected from the
以上説明した図7に示す制御例によれば、吸排気弁22、24のバルブタイミングの設定と、吸排気双方のタンブルプレート30、34との組み合わせにより、筒内に成層度の高い空気と内部EGRガスの分布を得ることができる。そして、図7に示す燃料噴射の手法によれば、燃料は、排気弁24に近い領域に成層化された高温の内部EGRガスによって気化が促進されたうえで、吸気弁22に近い領域に成層化された空気に到達するようになる。このように、燃料の気化が効果的に促進されることで、煤(PM)の排出量を良好に低減することが可能となる。また、燃料が最終的には吸気側の空気の領域で燃焼することになるので、燃料が濃すぎることによるHCやCOの排出量の増加および燃焼変動を良好に防ぐことも可能となる。
According to the control example shown in FIG. 7 described above, the combination of the valve timings of the intake /
10、50 筒内噴射式内燃機関
12 ピストン
16 燃焼室
18 吸気通路
18a 上側吸気通路
18b 下側吸気通路
20 排気通路
20a 上側排気通路
20b 下側排気通路
22 吸気弁
24 排気弁
26 燃料噴射弁
28 点火プラグ
30 吸気側隔壁(タンブルプレート)
32 吸気制御弁
34 排気側隔壁(タンブルプレート)
36 排気制御弁
38 吸気可変動弁機構
40 排気可変動弁機構
42 ECU(Electronic Control Unit)
10, 50 In-cylinder injection
32
36
Claims (6)
排気弁の少なくとも閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構と、
吸気通路を、上側吸気通路と下側吸気通路に区画するための吸気側隔壁と、
排気通路を、上側排気通路と下側排気通路に区画するための排気側隔壁と、
前記上側吸気通路および下側吸気通路を開閉する吸気制御弁と、
前記上側排気通路および前記下側排気通路を開閉する排気制御弁と、
筒内温度が低い特定の運転条件下において、吸気行程中の所定期間に排気弁が開かれるように制御するバルブタイミング制御手段と、
前記特定の運転条件下において、前記上側吸気通路または前記下側吸気通路が閉塞されるように前記吸気制御弁を制御し、かつ、前記上側排気通路または前記下側排気通路が閉塞されるように前記排気制御弁を制御する気流制御手段と、
を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関。 A fuel injection valve arranged to inject fuel directly into the cylinder of the internal combustion engine;
An exhaust variable valve mechanism capable of changing at least the closing timing of the exhaust valve; and
An intake-side partition for dividing the intake passage into an upper intake passage and a lower intake passage;
An exhaust-side partition for dividing the exhaust passage into an upper exhaust passage and a lower exhaust passage;
An intake control valve for opening and closing the upper intake passage and the lower intake passage;
An exhaust control valve for opening and closing the upper exhaust passage and the lower exhaust passage;
Valve timing control means for controlling the exhaust valve to be opened during a predetermined period during the intake stroke under specific operating conditions where the in-cylinder temperature is low;
The intake control valve is controlled so that the upper intake passage or the lower intake passage is closed under the specific operating condition, and the upper exhaust passage or the lower exhaust passage is closed. Airflow control means for controlling the exhaust control valve;
A cylinder injection type internal combustion engine comprising:
前記バルブタイミング制御手段は、前記特定の運転条件下においては、排気上死点から排気上死点後30°CAまでの期間中に、吸気弁が既に開いている排気弁とともに開いた状態となるように吸気可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項1記載の筒内噴射式内燃機関。 An intake variable valve mechanism that can change at least the opening timing of the intake valve;
Under the specific operating conditions, the valve timing control means is in an open state with the exhaust valve already open during the period from exhaust top dead center to 30 ° CA after exhaust top dead center. 2. The direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the intake variable valve mechanism is controlled as described above.
前記燃料噴射弁は、噴射孔を排気側に向けて配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の筒内噴射式内燃機関。 The air flow control means controls the intake control valve and the exhaust control valve so that the upper intake passage and the upper exhaust passage are closed;
The in-cylinder injection internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the fuel injection valve is arranged with an injection hole directed toward an exhaust side.
前記燃料噴射弁は、筒内に流入する内部EGRガスに向けて燃料が噴射されるように配置されており、
前記筒内噴射式内燃機関は、吸気行程中に排気弁が開いている期間中に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁を制御する噴射時期制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1または2記載の筒内噴射式内燃機関。 The air flow control means includes the intake control valve and the exhaust control so that the upper intake passage and the lower exhaust passage are closed, or so that the lower intake passage and the upper exhaust passage are closed. Control the valve,
The fuel injection valve is arranged so that fuel is injected toward the internal EGR gas flowing into the cylinder,
The in-cylinder internal combustion engine further includes an injection timing control means for controlling the fuel injection valve so that fuel is injected during a period in which the exhaust valve is open during an intake stroke. The in-cylinder injection internal combustion engine according to 1 or 2.
前記燃料噴射弁は、点火プラグ付近に向けて燃料が噴射されるように配置されており、
前記筒内噴射式内燃機関は、吸気行程の前半に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁を制御する噴射時期制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1または2記載の筒内噴射式内燃機関。 The air flow control means controls the intake control valve and the exhaust control valve so that the lower intake passage and the lower exhaust passage are closed;
The fuel injection valve is arranged so that fuel is injected toward the vicinity of the spark plug,
The in-cylinder injection according to claim 1 or 2, wherein the in-cylinder injection internal combustion engine further includes an injection timing control means for controlling the fuel injection valve so that fuel is injected in the first half of an intake stroke. Internal combustion engine.
前記燃料噴射弁は、噴射孔を吸気側に向けて配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の筒内噴射式内燃機関。 The air flow control means controls the intake control valve and the exhaust control valve so that the upper intake passage and the upper exhaust passage are closed;
The in-cylinder injection internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the fuel injection valve is arranged with an injection hole directed toward an intake side.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011080370A (en) * | 2009-10-05 | 2011-04-21 | Daimler Ag | Control device for internal combustion engine |
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2007
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