JP3642011B2

JP3642011B2 - Compression self-ignition internal combustion engine

Info

Publication number: JP3642011B2
Application number: JP2000219548A
Authority: JP
Inventors: 明宏榊田; 賢明久保; 泰之伊藤; 明裕飯山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: DE60132137D1; EP1174604B1; EP1174604A2; EP1174604A3; DE60132137T2; JP2002030935A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、混合気をピストンの圧縮により自己着火して燃焼させる圧縮自己着火式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般のガソリン内燃機関では、燃費削減のため混合気のリーン化には、点火プラグによる火花点火と火炎伝播による燃焼が不安定化することから、自ずと限界があり、また、リーン燃焼時には、排気浄化のための触媒が、いわゆる量論比での燃焼時ほど浄化作用、特にＮＯｘの還元作用を発揮できないという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するものとして、ピストンの圧縮作用により自己着火燃焼させることにより、リーン燃焼と低エミッションを図った高圧縮比の圧縮自己着火式内燃機関が知られている（例えば特開平７−３３２１４１号公報参照）。
【０００４】
このような圧縮自己着火式内燃機関では、供給する燃料量の違い、つまり空燃比の違いが着火時期に影響するために、最適な着火時期が得られる空燃比の範囲が狭く、それ以外では過早着火や失火を招く。このような過早着火や失火を防ぐべく、着火時期を制御するようにした従来の圧縮自己着火式内燃機関としては、例えば特開平１０−１９６４２４号公報に記載されたものがある。
【０００５】
これは、燃焼室上部に設けたコントロールピストンにより、燃焼室内のピストンの上死点付近において燃焼室内の圧縮された混合気を、さらに付加的に圧縮して混合気温度を過渡的に上昇させることで、混合気を自己着火させるものである。混合気温度を過渡的に上昇させる方法としては、コントロールピストンによる加圧のほか、液体の着火油を混合気中に噴射して燃焼させる方法などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のコントロールピストンの加圧により混合気を温度上昇させる場合には、コントロールピストンを高速に作動させる必要があり、そのための駆動装置が大型化しコスト上昇を招くという問題がある。
【０００７】
また、液体の着火油を供給する場合には、上記した問題が解消されるものの、着火油が気化するときの気化潜熱により混合気温度が低下し、自己着火に至らず、このため着火時期を制御できる範囲が狭くなるという問題ある。
【０００８】
そこで、この発明は、大型化する駆動装置を必要とすることなく、自己着火時期を容易に制御できるようにすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、混合気をピストンの圧縮により自己着火燃焼させる圧縮自己着火式内燃機関において、少なくとも一部が気化した燃料と、空気または混合気との混合体を、燃焼室に噴射供給する混合体噴射インジェクタを設け、自己着火に至らない混合気濃度を有する高温の混合気場を燃焼室内に形成するとともに、前記混合体噴射インジェクタから、前記混合気場より高い混合気濃度を有する混合体を、前記混合気場が形成された燃焼室に噴射供給することで燃焼室内の燃料を自己着火燃焼させる構成としてある。
【００１０】
このような構成の圧縮自己着火式内燃機関によれば、混合体噴射インジェクタから燃焼室内の混合気場に供給する混合体に含まれる燃料は、少なくとも一部が気化していることから、燃料の気化潜熱による温度低下が抑制されて混合気の自己着火が容易となる。また、混合体を燃焼室に供給する構成であることから、大型化するような駆動装置が不要である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記混合体噴射インジェクタに、燃焼室からの空気または混合気と、燃料噴射インジェクタからの燃料とをそれぞれ導入する構成としてある。
【００１２】
上記構成によれば、混合体噴射インジェクタに、燃焼室から空気または混合気が導入されるとともに、燃料噴射インジェクタから燃料が導入されることで、混合体が形成され、この混合体が燃焼室の混合気場に供給される。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明の構成において、混合体噴射インジェクタに、燃焼室からの空気または混合気を導入する時期は、圧縮行程の後半期間としてある。
【００１４】
上記構成によれば、圧縮行程後半時期に、燃焼室内の高温・高圧の空気または混合気が混合気噴射インジェクタに導入され、この混合気とともに混合気噴射インジェクタに導入される燃料の気化が促進される。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明の構成において、混合体は、増圧された後、次サイクルの吸気行程または圧縮行程に燃焼室に供給される構成としてある。
【００１６】
上記構成によれば、混合体は、次サイクルの吸気行程または圧縮行程までの間に増圧されることで高温・高圧となり、混合体に含まれる燃料の気化が促進される。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明の構成において、混合気場が、運転条件に応じてあらかじめ設定された混合気濃度となるよう第１回目の混合体の供給を行い、続く第２回目の混合体の供給を、目標とする機関負荷が満足するよう行う構成としてある。
【００１８】
上記構成によれば、例えば、混合気場が異常燃焼を防止できる混合気濃度となるように、混合体の供給量の設定を第１回目に行い、続く第２回目の供給時には、目標負荷が満足するよう供給量を設定する。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、燃焼室内の自己着火に至らない混合気濃度を有する高温の混合気場に、この混合気場より高い混合気濃度でかつ、少なくとも一部が気化した燃料と、空気または混合気との混合体を、供給するようにしたため、大型化する駆動装置が不要になってコスト上昇を抑えることができるとともに、燃料の気化潜熱が抑制されて混合気の温度低下を防止でき、自己着火が容易となり、着火時期制御を容易に行うことができる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、混合体噴射インジェクタに、燃焼室からの空気または混合気と、燃料噴射インジェクタからの燃料とをそれぞれ導入するようにしたので、混合体噴射インジェクタには、空気または混合気と、一部が気化した燃料との混合体が形成され、この混合体噴射インジェクタによって、混合体を燃焼室の混合気場に供給することができる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、混合体噴射インジェクタに、燃焼室からの空気または混合気を導入する時期は、圧縮行程の後半期間であるため、空気または混合気が高温・高圧となり、燃料の気化を促進させることができる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、混合体は、増圧された後、次サイクルの吸気行程または圧縮行程に燃焼室に供給されるようにしたため、混合体は増圧により高温・高圧となって燃料の気化が促進されるとともに、次サイクルの混合体噴射時までの間が燃料の気化時間となり、さらに気化促進を図ることができる。
【００２５】
請求項５の発明によれば、混合気場が、運転条件に応じてあらかじめ設定された混合気濃度となるよう第１回目の混合体の供給を行い、続く第２回目の混合体の供給を、目標負荷が満足するよう行うようにしたため、例えば、混合気場が異常燃焼を防止できる混合気濃度となるように、混合体の供給量の設定を第１回目に行うようにすることで、異常燃焼を防止でき、自己着火運転領域を拡大することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２８】
図１は、この発明の実施の一形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体のシステム構成図で、シリンダ１内にピストン３が上下動可能に収容され、燃焼室５に連通する吸気通路７および排気通路９には、吸気バルブ１１およびび排気バルブ１３がそれぞれ設けられている。
【００２９】
燃焼室５の上部中央には、燃焼室５から導入される空気または混合気と、燃料噴射インジェクタ１５から噴射される燃料との混合体を、燃焼室５に供給する燃料供給装置としての混合体噴射インジェクタ１７が設けられている。燃料噴射インジェクタ１５には、燃料タンク１９から燃料ポンプ２１によりプレッシャレギュレータ２３を介して燃料が供給される。
【００３０】
上記した混合体噴射インジェクタ１７は、燃焼室５内の高温であるが自己着火に至らない混合気濃度を有する混合気場に、この混合気場より高い混合気濃度でかつ、少なくとも燃料の一部が気化している上記混合体を供給するものである。
【００３１】
燃料噴射インジェクタ１５および混合体噴射インジェクタ１７は、マイクロコンピュータなどで構成される電子制御ユニット（ＥＣＵ）２７によって燃料および混合体の噴射量と噴射時期が制御される。この電子制御ユニット２７には、機関の吸入負圧Ｂint、吸入空気温度Ｔint、機関回転数Ｎe、機関油水温Ｔwおよびスロットル開度（要求負荷）Ｔvoが、それぞれ対応するセンサなどで検知された後、入力される。
【００３２】
図２（ａ），（ｂ）は、燃料噴射インジェクタ１５による混合体噴射インジェクタ１７への燃料導入方法を示す。図２（ａ）は、混合体噴射インジェクタ１７に燃料噴射インジェクタ１５の先端を直接取り付けて両者を一体化したもので、燃料噴射インジェクタ１５内に形成されている混合体室２９に、燃料噴射インジェクタ１５から燃料を直接噴射する。図２（ｂ）は、燃料噴射インジェクタ１５と混合体室２９とを燃料通路３１により接続し、燃料通路３１の混合体室２９への接続部に、混合体室２９から燃料通路３１への燃料の逆流を防止するチェック弁３３を設けたものである。上記図２（ｂ）の例では、燃料噴射インジェクタ１５を混合体噴射インジェクタ１７と別体としてあるので、混合体噴射インジェクタ１７の設置スペースが狭いような場合に有効である。
【００３３】
図３は、混合体噴射インジェクタ１７の内部構造を示す断面図である。ボディ３５内には、混合体室２９内を増圧するための増圧ピストン３７が上下動可能に収容され、この増圧ピストン３７の上部には燃焼室５から空気または混合気が導入される空気室３９が、同下部には前記混合体室２９が形成されている。空気室３９と燃焼室５とは空気導入通路４１で接続され、空気導入通路４１にはチェック弁４３が設けられている。
【００３４】
チェック弁４３は、スプリング４５が球体４７を図中で左方向へ押し付けて閉弁状態を保持し、この閉弁状態から、あらかじめ設定された圧力以上で球体４７がスプリング４５の弾性力に打ち勝って図３中で右方向へ移動して開弁する。また、燃焼圧の上昇などにより、導入する空気または混合気の圧力がさらに上昇すると、球体４７がさらに右方向に移動して閉弁する構成となっている。このため、空気室３９に燃焼室５から空気または混合気を導入する時期は、圧縮行程の後半期間に設定可能である。
【００３５】
空気室３９と混合体室２９とは連絡通路４９により接続し、この連絡通路４９には、混合体室２９から空気室３９への混合体の逆方向を阻止するチェック弁５１が設けられている。
【００３６】
混合体室２９は噴口５３を介して燃焼室５に連通可能であり、この噴口５３を噴射弁５５により開放遮断する。噴射弁５５は、弁軸５７を介して上端にアーマチャ５９が形成され、アーマチャ５９と噴口５３周囲のボディ３５内との間には、噴射弁５５を上方に押し付けて噴口５３を閉じるスプリング６１が介装されている。
【００３７】
混合体室２９付近のボディ３５内には、アーマチャ５９の周囲を覆うようにソレノイド６３が設けられ、このソレノイド６３への前記電子制御ユニット２７からの通電制御によって、噴射弁５５が開閉制御される。
【００３８】
増圧ピストン３７の上部には、フランジ６５を介してロッド６７が一体化し、さらにその上部には、スプリングリテーナ６９が一体化している。スプリングリテーナ６９とボディ３５の内部に形成したロッドガイド７１との間にはピストン３５を上方に押し付けるスプリング７３が介装されている。
【００３９】
ロッドガイド７１のロッド挿入孔７１ａとロッド６７との間は、図示していないが、適宜シール材を介装するなどして密封する。増圧ピストン３７とボディ３５との間も同様にして密封する。
【００４０】
スプリングリテーナ６９の上部にはタペット７５が被せられ、このタペット７５の上部には、増圧ピストン３７を駆動するためのカム７７が回転可能に設けられている。
【００４１】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記した混合体噴射インジェクタ１７の動作を示している。図４（ａ）は、空気室３９に燃焼室５から空気または混合気を導入すると同時に、ピストン３５が下降して混合体室２９を増圧している状態である。このとき噴射弁５５は閉弁しており、チェック弁４３は開、チェック弁５１は閉である。
【００４２】
図４（ｂ）は、噴射弁５５が開弁し、増圧された混合体室２９内の混合体が燃焼室５に向けて噴射されている状態である。このときチェック弁４３は閉、チェック弁５１も閉である。
【００４３】
図４（ｃ）は、図４（ａ）で導入された空気室３９内の空気または混合気が、増圧ピストン３５の上昇により、連絡通路４９を通して混合体室２９に移動する状態である。このとき噴射弁５５は閉弁しており、チェック弁４３は閉、チェック弁５１は開である。混合体室２９への空気または混合気の移動とともに、燃料噴射インジェクタ１５から燃料が混合体室２９に導入される。
【００４４】
図５は、機関サイクルに対する混合体噴射インジェクタ１７の動作タイミングを示している。混合体噴射動作としては、混合体を、機関の１サイクルに１回全量噴射する場合（ａ）と、２回に分けて噴射する場合（ｂ）とを示している。（ａ），（ｂ）ともに、空気室３９への空気または混合気の導入タイミングを上段に、混合体室２９における空気または混合気および燃料の導入や混合体の噴射などのタイミングを下段に示してある。
【００４５】
１回噴射および２回噴射のいずれの場合も、空気室３９への空気または混合気の導入は、機関サイクルの圧縮行程後半時期としてあり、これにより、空気室３９には高温・高圧の空気または混合気が導入される。燃焼室５内の空気または混合気が、圧縮行程後半時期に外部（空気室３９）へ放出されるので、圧縮行程後半時期での燃焼室５内の圧力が下がることになり、燃焼室５内の混合気への早期着火を防止することができる。
【００４６】
そして、機関サイクルの圧縮行程に並行して増圧ピストン３７の下降による混合体室２９の増圧が行われた後、混合体室２９内の混合体が、燃焼室５内に噴射される。
【００４７】
混合体噴射後、増圧ピストン３７の上昇により、空気室３９の高温・高圧の空気または混合気が、連絡通路４９を通って混合体室２９に移動し、これと同時に、燃料噴射インジェクタ１５から燃料が混合体室２９に噴射供給される。混合体室２９に導入された燃料は、空気室３９から移動した高温・高圧の空気または混合気によって、気化が促進され、空気または混合気と混合して混合体となる。この混合体が、増圧されて次のサイクルにて燃焼室５に、１回または２回に分けて噴射される。増圧された混合体が次サイクルに燃焼室５に噴射供給されるので、噴射までの時間が燃料の気化時間となり、気化時間が長くとれて燃料の気化促進に有効である。
【００４８】
なお、圧縮行程後半以外の時期に、空気または混合気を空気室３９に導入する場合には、そのままでは空気または混合気の温度・圧力が低く、燃料を気化させるには不充分となるので、空気または混合気を加圧・加温する必要がある。
【００４９】
図６は、燃焼室５内の高温であるが自己着火に至らない混合気濃度を有する混合気場Ａに、この混合気場Ａより高い混合気濃度でかつ、少なくとも燃料の一部が気化した混合体Ｂを供給した場合の概念図である。なお、上記した混合気場Ａは、燃焼室５内に燃料を供給する図示しないインジェクタによって形成されている。
【００５０】
燃料の少なくとも一部が気化した上記混合体Ｂを混合気場Ａに供給することで、燃料の気化潜熱による混合気の温度低下が抑制されつつ、混合気濃度を高めることができる。これにより、混合気場Ａは、自己着火が開始される条件Ｐになり、上記混合体の噴射時期を適宜制御することで、自己着火時期を制御することが容易となる。
【００５１】
一方、従来のように液体の着火油Ｃを燃焼室５に供給した場合には、条件Ｑで示すように、混合気濃度は上記条件Ｐとほぼ同等になるものの、着火油Ｃの気化潜熱の影響で混合気の温度が高くならず、自己着火に至ることがない。
【００５２】
このような自己着火時期を制御可能とする上記圧縮自己着火式内燃機関では、空気または混合気と、一部が気化した燃料との混合体を、混合体噴射インジェクタ１７によって燃焼室５に噴射する構成であるので、従来のようにコントロールピストンを高速駆動するための大型化する駆動装置が不要であり、コスト上昇が回避されている。
【００５３】
次に、前記図５（ｂ）の混合体を２回に分けて噴射する例について、図７のフローチャートに基づき電子制御ユニット２７の制御動作を説明する。まず、吸入負圧Ｂint、吸入空気温度Ｔint、機関油水温Ｔw、機関回転数Ｎe、要求負荷（スロットル開度）Ｔvoを、適宜対応するセンサなどにより検知して、その検知信号の入力を受ける（ステップＳ１）。
【００５４】
入力を受けた吸入負圧Ｂint、吸入空気温度Ｔint、機関油水温Ｔwに基づいて、燃焼室５内の下死点圧力Ｐ1および同下死点温度Ｔ1を、電子制御ユニット２７に内蔵されるメモリにあらかじめ格納してあるマップから読み取る（ステップＳ３）。読み取った下死点圧力Ｐ1および下死点温度Ｔ1から、任意のクランク角度毎の燃焼室内圧力Ｐおよび同温度Ｔをそれぞれ計算する（ステップＳ５）。
【００５５】
任意のクランク角度毎の燃焼室内圧力Ｐおよび温度Ｔは、次式によって求めることができる。
【００５６】
Ｐ＝Ｐ1×（ε）^κ
Ｔ＝Ｔ1×（ε）^{（κ−１）}
ε：圧縮比
κ：比熱比
次に、機関回転数Ｎeと上記求めた温度Ｔとから、異常燃焼を起こす混合気場の濃度Ｋを、あらかじめ前記メモリに格納してあるマップから読み取る（ステップＳ７）。この混合気濃度Ｋは、燃焼室５内温度Ｔが低いほど、また機関回転数Ｎeが高いほど高くなる傾向にある。
【００５７】
そして、要求負荷から決定される燃料量となるよう１回で混合体として全量噴射した後の混合気場Ａの濃度が、異常燃焼を起こす混合気場の上記濃度Ｋより、高濃度であるかどうかを判断する（ステップＳ９）。高濃度の場合には、これをそのまま全量噴射すると、早期着火などの異常燃焼を引き起こすので、１回目の噴射量を、混合気場Ａの濃度が上記濃度Ｋ以下となるよう噴射量を制御する（ステップＳ１１）。これにより異常燃焼が防止される。この後、目標負荷を達成するため、残りの燃料（混合体）を、あらかじめ設定された時期に２回目として噴射する（ステップ１３）。この２回目の混合体の噴射時期が、燃焼開始の時期となり、着火時期を制御することになる。上記した噴射量制御は、ソレノイド６３への通電時間によって容易にできる。
【００５８】
一方、前記ステップＳ９で、要求負荷から決定される燃料量となるよう１回で混合体として全量噴射した後の混合気場Ａの濃度が濃度Ｋ以下となる場合には、あらかじめ設定された噴射時期に、混合体を燃焼室５に全量噴射する（ステップ１５）。
【００５９】
このように、燃焼室内温度、機関回転数、要求負荷などの運転条件に応じて１回目の噴射量および噴射回数を決定することで、異常燃焼を防止でき、低負荷から高負荷に至る広範囲の運転領域で燃焼開始時期を制御でき、圧縮自己着火運転領域を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す圧縮自己着火式内燃機関の全体のシステム構成図である。
【図２】燃料噴射インジェクタによる混合体噴射インジェクタへの燃料導入方法を示す説明図で、（ａ）は両インジェクタ相互を一体化したもの、（ｂ）は両インジェクタ相互を燃料通路により接続したものである。
【図３】混合体噴射インジェクタの内部構造を示す断面図である。
【図４】混合体噴射インジェクタの動作説明図で、（ａ）は空気室に燃焼室から空気または混合気を導入すると同時に混合体室を増圧している状態、（ｂ）は混合体室内の混合体が燃焼室に向けて噴射されている状態、（ｃ）は空気室内の空気または混合気が連絡通路を通して混合体室に移動する状態である。
【図５】機関サイクルに対する混合体噴射インジェクタの動作タイミング図である。
【図６】燃焼室の混合気場に混合体を供給して自己着火させる概念図である。
【図７】電子制御ユニットの制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ピストン
５燃焼室
１５燃料噴射インジェクタ
１７混合体噴射インジェクタ（燃料供給装置）
Ａ混合気場
Ｂ混合体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compression self-ignition internal combustion engine in which an air-fuel mixture is self-ignited and combusted by compression of a piston.
[0002]
[Prior art]
In general gasoline internal combustion engines, there is a limit to making the air-fuel mixture lean to reduce fuel consumption, because the spark ignition by the spark plug and the combustion due to flame propagation become unstable. However, there is a problem that the catalyst for the purpose of purification cannot exhibit the purification action, particularly the reduction action of NOx as much as the combustion at the so-called stoichiometric ratio.
[0003]
As a means for solving this problem, a compression self-ignition internal combustion engine having a high compression ratio that achieves lean combustion and low emission by self-ignition combustion by the compression action of a piston is known (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-332141). No. publication).
[0004]
In such a compression self-ignition type internal combustion engine, the difference in the amount of fuel to be supplied, that is, the difference in the air-fuel ratio affects the ignition timing, so that the range of the air-fuel ratio at which the optimum ignition timing can be obtained is narrow. Causes early ignition and misfire. As a conventional compression self-ignition internal combustion engine in which the ignition timing is controlled to prevent such premature ignition and misfire, there is one disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-196424.
[0005]
This is because the control mixture provided in the upper part of the combustion chamber further increases the temperature of the mixture by further compressing the compressed mixture in the combustion chamber near the top dead center of the piston in the combustion chamber. Thus, the air-fuel mixture is self-ignited. As a method of transiently increasing the temperature of the air-fuel mixture, there are a method of injecting and burning a liquid ignition oil into the air-fuel mixture in addition to pressurization by a control piston.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the temperature of the air-fuel mixture is raised by pressurization of the conventional control piston as described above, it is necessary to operate the control piston at a high speed, and there is a problem that the drive device for that purpose becomes large and costs increase.
[0007]
In addition, when supplying liquid ignition oil, the above-mentioned problem is solved, but the mixture temperature decreases due to the latent heat of vaporization when the ignition oil vaporizes, and self-ignition does not occur. There is a problem that the controllable range becomes narrow.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to easily control the self-ignition timing without requiring a driving device that is enlarged.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 is a compression self-ignition internal combustion engine in which an air-fuel mixture is self-ignited and combusted by compression of a piston, and at least partly vaporized fuel and air or air-fuel mixture are mixed. A mixture injection injector for supplying a body to the combustion chamber is formed, and a high-temperature mixture field having a mixture concentration that does not lead to self-ignition is formed in the combustion chamber, and the mixture field from the mixture injector The fuel mixture in the combustion chamber is self-ignited and combusted by injecting and supplying a mixture having a higher mixture concentration to the combustion chamber in which the mixture field is formed .
[0010]
According to the compression self-ignition internal combustion engine having such a configuration, at least a part of the fuel contained in the mixture supplied from the mixture injector to the mixture field in the combustion chamber is vaporized. The temperature drop due to the vaporization latent heat is suppressed, and the self-ignition of the air-fuel mixture becomes easy. Moreover, since it is the structure which supplies a mixture to a combustion chamber, the drive device which enlarges is unnecessary.
[0011]
The invention of claim 2 is the configuration of the invention of claim 1, the mixture injector is an air or air-fuel mixture from the combustion chamber and a fuel from the fuel injector configured so as to respectively introduced.
[0012]
According to the above configuration, air or a mixture is introduced into the mixture injector from the combustion chamber, and fuel is introduced from the fuel injector, thereby forming a mixture. Supplied to the gas mixture field.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the second aspect of the invention, the time when the air or the air-fuel mixture from the combustion chamber is introduced into the mixture injector is the latter half of the compression stroke.
[0014]
According to the above configuration, in the latter half of the compression stroke, high-temperature and high-pressure air or air-fuel mixture in the combustion chamber is introduced into the air-fuel mixture injector, and vaporization of fuel introduced into the air-fuel mixture injector together with this air-fuel mixture is promoted. The
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of any one of the first to third aspects, the mixture is pressurized and then supplied to the combustion chamber in the intake stroke or compression stroke of the next cycle.
[0016]
According to the above configuration, the mixture is increased in pressure until the intake stroke or the compression stroke of the next cycle, thereby becoming high temperature and high pressure, and the vaporization of the fuel contained in the mixture is promoted.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of any one of the first to fourth aspects, the first-time supply of the mixture is performed so that the gas mixture field has a gas mixture concentration set in advance according to the operating conditions. And the subsequent second supply of the mixture is performed so that the target engine load is satisfied.
[0018]
According to the above configuration, for example, the supply amount of the mixture is set at the first time so that the air-fuel mixture field has a mixture concentration that can prevent abnormal combustion, and at the subsequent second supply, the target load is Set the supply amount to be satisfied.
[0021]
【The invention's effect】
According to the invention of claim 1, a high-temperature gas mixture field having a gas mixture concentration that does not lead to self-ignition in the combustion chamber, a fuel having a gas mixture concentration higher than the gas mixture field and at least partially vaporized, Since an air or mixture with air-fuel mixture is supplied, a drive device that increases the size of the air-fuel mixture is not required, thereby suppressing an increase in cost and suppressing the latent heat of vaporization of the fuel to prevent a temperature drop of the air-fuel mixture. Self-ignition is facilitated, and ignition timing control can be easily performed.
[0022]
According to the invention of claim 2, the mixture injection injector, the air or air-fuel mixture from the combustion chamber, since the fuel from the fuel injector and to be introduced, respectively, into the mixing body injector can be air or A mixture of the mixture and partially vaporized fuel is formed, and the mixture can be supplied to the mixture in the combustion chamber by the mixture injector.
[0023]
According to the third aspect of the present invention, the air or air-fuel mixture from the combustion chamber is introduced into the mixture injector in the latter half of the compression stroke. Vaporization can be promoted.
[0024]
According to the invention of claim 4, since the mixture is increased in pressure and then supplied to the combustion chamber in the intake stroke or compression stroke of the next cycle, the mixture becomes high temperature and high pressure due to the increase in pressure. The fuel vaporization is promoted, and the fuel vaporization time is the time until the mixture is injected in the next cycle, and the vaporization can be further promoted.
[0025]
According to the invention of claim 5, the first mixture is supplied so that the mixture field has a mixture concentration set in advance according to the operating conditions, and then the second mixture is supplied. Since the target load is satisfied, for example, by setting the supply amount of the mixture for the first time so that the mixture field has a mixture concentration that can prevent abnormal combustion, Abnormal combustion can be prevented, and the self-ignition operation area can be expanded.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is an overall system configuration diagram of a compression self-ignition internal combustion engine showing an embodiment of the present invention. An intake passage 7 in which a piston 3 is accommodated in a cylinder 1 so as to be vertically movable and communicates with a combustion chamber 5. The exhaust passage 9 is provided with an intake valve 11 and an exhaust valve 13, respectively.
[0029]
In the upper center of the combustion chamber 5, a mixture as a fuel supply device that supplies the combustion chamber 5 with a mixture of air or air-fuel mixture introduced from the combustion chamber 5 and fuel injected from the fuel injector 15. An injection injector 17 is provided. Fuel is supplied to the fuel injector 15 from a fuel tank 19 by a fuel pump 21 via a pressure regulator 23.
[0030]
The above-described mixture injection injector 17 has a mixture concentration higher than that in the mixture field and at least a part of the fuel in the mixture field having a mixture concentration that is high in the combustion chamber 5 but does not lead to self-ignition. The above-mentioned mixture in which is vaporized is supplied.
[0031]
The fuel injection injector 15 and the mixture injection injector 17 are controlled by an electronic control unit (ECU) 27 composed of a microcomputer or the like, and the injection amount and injection timing of the fuel and the mixture. In this electronic control unit 27, after the intake negative pressure Bint, the intake air temperature Tint, the engine speed Ne, the engine oil water temperature Tw, and the throttle opening (required load) Tvo are detected by corresponding sensors, etc. Is entered.
[0032]
FIGS. 2A and 2B show a method for introducing fuel into the mixture injector 17 by the fuel injector 15. FIG. 2 (a) shows a structure in which the front end of the fuel injection injector 15 is directly attached to the mixture injection injector 17, and both are integrated. The fuel injection injector is placed in the mixture chamber 29 formed in the fuel injection injector 15. 15 directly injects fuel. In FIG. 2B, the fuel injection injector 15 and the mixture chamber 29 are connected by a fuel passage 31, and the fuel from the mixture chamber 29 to the fuel passage 31 is connected to the connection portion of the fuel passage 31 to the mixture chamber 29. A check valve 33 is provided to prevent reverse flow of the air. In the example of FIG. 2B, the fuel injector 15 is separate from the mixture injector 17, which is effective when the installation space for the mixture injector 17 is small.
[0033]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the internal structure of the mixture injection injector 17. A pressure-increasing piston 37 for increasing the pressure in the mixture chamber 29 is accommodated in the body 35 so as to move up and down, and air or air-fuel mixture is introduced into the upper portion of the pressure-increasing piston 37 from the combustion chamber 5. The mixture chamber 29 is formed in the lower portion of the chamber 39. The air chamber 39 and the combustion chamber 5 are connected by an air introduction passage 41, and a check valve 43 is provided in the air introduction passage 41.
[0034]
In the check valve 43, the spring 45 presses the sphere 47 leftward in the drawing to maintain the valve closed state, and from this valve closed state, the sphere 47 overcomes the elastic force of the spring 45 at a preset pressure or more. In FIG. 3, the valve moves to the right and opens. Further, when the pressure of the introduced air or air-fuel mixture further increases due to an increase in the combustion pressure or the like, the sphere 47 moves further to the right and closes. For this reason, the time when air or air-fuel mixture is introduced into the air chamber 39 from the combustion chamber 5 can be set in the latter half of the compression stroke.
[0035]
The air chamber 39 and the mixture chamber 29 are connected by a communication passage 49, and a check valve 51 for blocking the reverse direction of the mixture from the mixture chamber 29 to the air chamber 39 is provided in the communication passage 49. .
[0036]
The mixture chamber 29 can communicate with the combustion chamber 5 through the injection port 53, and the injection port 53 is opened and shut off by the injection valve 55. An armature 59 is formed at the upper end of the injection valve 55 via a valve shaft 57, and a spring 61 that presses the injection valve 55 upward and closes the injection hole 53 between the armature 59 and the body 35 around the injection hole 53. It is intervened.
[0037]
A solenoid 63 is provided in the body 35 in the vicinity of the mixture chamber 29 so as to cover the periphery of the armature 59, and the injection valve 55 is controlled to open and close by energization control from the electronic control unit 27 to the solenoid 63. .
[0038]
A rod 67 is integrated with the upper portion of the pressure-increasing piston 37 via a flange 65, and a spring retainer 69 is integrated with the upper portion thereof. A spring 73 that presses the piston 35 upward is interposed between the spring retainer 69 and the rod guide 71 formed inside the body 35.
[0039]
Although not shown, the space between the rod insertion hole 71a of the rod guide 71 and the rod 67 is sealed by appropriately inserting a sealing material. The space between the pressure-increasing piston 37 and the body 35 is similarly sealed.
[0040]
A tappet 75 is placed on the upper portion of the spring retainer 69, and a cam 77 for driving the pressure increasing piston 37 is rotatably provided on the upper portion of the tappet 75.
[0041]
4A, 4B, and 4C show the operation of the mixture injection injector 17 described above. FIG. 4A shows a state where air or a mixture is introduced into the air chamber 39 from the combustion chamber 5 and at the same time, the piston 35 is lowered to increase the pressure in the mixture chamber 29. At this time, the injection valve 55 is closed, the check valve 43 is open, and the check valve 51 is closed.
[0042]
FIG. 4B shows a state in which the injection valve 55 is opened and the mixture in the mixture chamber 29 whose pressure has been increased is injected toward the combustion chamber 5. At this time, the check valve 43 is closed and the check valve 51 is also closed.
[0043]
FIG. 4C shows a state in which the air or air-fuel mixture in the air chamber 39 introduced in FIG. 4A moves to the mixture chamber 29 through the communication passage 49 as the pressure-increasing piston 35 rises. At this time, the injection valve 55 is closed, the check valve 43 is closed, and the check valve 51 is open. Along with the movement of the air or air-fuel mixture to the mixture chamber 29, fuel is introduced from the fuel injector 15 into the mixture chamber 29.
[0044]
FIG. 5 shows the operation timing of the mixture injection injector 17 with respect to the engine cycle. As the mixture injection operation, a case where the mixture is injected once in one cycle of the engine (a) and a case where the mixture is injected in two times (b) are shown. In both (a) and (b), the introduction timing of air or air-fuel mixture into the air chamber 39 is shown in the upper stage, and the timing of introduction of air or air-fuel mixture and fuel in the mixture chamber 29 and injection of the mixture are shown in the lower stage. It is.
[0045]
In both the single injection and the double injection, the introduction of air or air-fuel mixture into the air chamber 39 is in the latter half of the compression stroke of the engine cycle. A mixture is introduced. Since the air or air-fuel mixture in the combustion chamber 5 is released to the outside (the air chamber 39) in the latter half of the compression stroke, the pressure in the combustion chamber 5 in the latter half of the compression stroke is reduced, and the inside of the combustion chamber 5 It is possible to prevent early ignition of the air-fuel mixture.
[0046]
Then, the pressure in the mixture chamber 29 is increased by the lowering of the pressure increasing piston 37 in parallel with the compression stroke of the engine cycle, and then the mixture in the mixture chamber 29 is injected into the combustion chamber 5.
[0047]
After the injection of the mixture, the high-pressure / high-pressure air in the air chamber 39 or the air-fuel mixture moves to the mixture chamber 29 through the communication passage 49 due to the rise of the pressure-increasing piston 37, and at the same time, from the fuel injection injector 15. Fuel is injected and supplied to the mixture chamber 29. Vaporization of the fuel introduced into the mixture chamber 29 is promoted by the high-temperature and high-pressure air or air-fuel mixture that has moved from the air chamber 39, and is mixed with the air or air-fuel mixture to form a mixture. This mixture is increased in pressure and injected into the combustion chamber 5 once or twice in the next cycle. Since the pressurized mixture is injected and supplied to the combustion chamber 5 in the next cycle, the time until injection becomes the fuel vaporization time, and the vaporization time is long, which is effective for promoting the fuel vaporization.
[0048]
In addition, when air or a mixture is introduced into the air chamber 39 at a time other than the latter half of the compression stroke, the temperature or pressure of the air or mixture is low as it is, which is insufficient for vaporizing the fuel. It is necessary to pressurize and warm the air or mixture.
[0049]
FIG. 6 shows that in the mixture field A having a mixture concentration that is high temperature in the combustion chamber 5 but does not lead to self-ignition, the mixture concentration is higher than the mixture field A and at least a part of the fuel is vaporized. It is a conceptual diagram at the time of supplying the mixture B. The above-described air-fuel mixture field A is formed by an injector (not shown) that supplies fuel into the combustion chamber 5.
[0050]
By supplying the mixture B in which at least a part of the fuel is vaporized to the gas mixture field A, it is possible to increase the gas mixture concentration while suppressing the temperature drop of the gas mixture due to the latent heat of vaporization of the fuel. Thereby, the air-fuel mixture field A becomes a condition P at which self-ignition is started, and the self-ignition timing can be easily controlled by appropriately controlling the injection timing of the mixture.
[0051]
On the other hand, when the liquid ignition oil C is supplied to the combustion chamber 5 as in the prior art, as shown by the condition Q, the gas mixture concentration is almost equal to the condition P, but the vaporization latent heat of the ignition oil C is reduced. Under the influence, the temperature of the air-fuel mixture does not rise, and self-ignition does not occur.
[0052]
In the above compression self-ignition type internal combustion engine capable of controlling the self-ignition timing, a mixture of air or a mixture and partially vaporized fuel is injected into the combustion chamber 5 by the mixture injector 17. Since it is a structure, the drive apparatus which enlarges for driving a control piston at high speed conventionally is unnecessary, and the raise in cost is avoided.
[0053]
Next, the control operation of the electronic control unit 27 will be described based on the flowchart of FIG. 7 with respect to an example in which the mixture of FIG. First, the intake negative pressure Bint, the intake air temperature Tint, the engine oil / water temperature Tw, the engine speed Ne, and the required load (throttle opening) Tvo are detected by appropriate sensors or the like, and the detection signals are input ( Step S1).
[0054]
A memory in which the bottom dead center pressure P1 and the bottom dead center temperature T1 in the combustion chamber 5 are built in the electronic control unit 27 based on the input negative suction pressure Bint, intake air temperature Tint, and engine oil water temperature Tw. Is read from the map stored in advance (step S3). From the read bottom dead center pressure P1 and bottom dead center temperature T1, the combustion chamber pressure P and the same temperature T for each arbitrary crank angle are calculated (step S5).
[0055]
The combustion chamber pressure P and temperature T for each arbitrary crank angle can be obtained by the following equations.
[0056]
P = P1 × (ε) ^κ
T = T1 × (ε) ^(κ−1)
ε: Compression ratio κ: Specific heat ratio Next, from the engine speed Ne and the obtained temperature T, the concentration K of the air-fuel mixture causing abnormal combustion is read from a map stored in advance in the memory (step S7). ). This mixture concentration K tends to increase as the temperature T in the combustion chamber 5 decreases and as the engine speed Ne increases.
[0057]
Whether the concentration of the air-fuel mixture field A after injection of the entire amount as a mixture at one time is higher than the concentration K of the air-fuel mixture that causes abnormal combustion, so that the fuel amount determined from the required load is reached It is determined whether or not (step S9). In the case of a high concentration, if the entire amount is injected as it is, abnormal combustion such as early ignition is caused. Therefore, the injection amount is controlled so that the concentration of the air-fuel mixture field A is equal to or lower than the concentration K. (Step S11). This prevents abnormal combustion. Thereafter, in order to achieve the target load, the remaining fuel (mixture) is injected for the second time at a preset time (step 13). This second injection timing of the mixture is the combustion start timing, and controls the ignition timing. The above-described injection amount control can be easily performed by energizing time to the solenoid 63.
[0058]
On the other hand, in step S9, when the concentration of the air-fuel mixture field A after the entire amount is injected as a mixture at one time so as to obtain the fuel amount determined from the required load, the injection is set in advance. At the right time, the entire amount of the mixture is injected into the combustion chamber 5 (step 15).
[0059]
Thus, by determining the first injection amount and the number of injections according to the operating conditions such as the temperature in the combustion chamber, the engine speed, and the required load, abnormal combustion can be prevented and a wide range from low load to high load can be prevented. The combustion start time can be controlled in the operation region, and the compression self-ignition operation region can be expanded.
[Brief description of the drawings]
1 is an overall system configuration diagram of a compression self-ignition internal combustion engine showing an embodiment of the present invention;
FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing a method of introducing fuel into a mixture injection injector by a fuel injection injector, in which FIG. 2A is a view in which both injectors are integrated with each other, and FIG. It is.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the internal structure of the mixture injection injector.
4A and 4B are operation explanatory views of a mixture injection injector, in which FIG. 4A is a state in which air or a mixture is introduced into the air chamber from the combustion chamber and simultaneously the pressure in the mixture chamber is increased, and FIG. A state in which the mixture is injected toward the combustion chamber, (c) is a state in which the air in the air chamber or the air-fuel mixture moves to the mixture chamber through the communication passage.
FIG. 5 is an operational timing diagram of the mixture injector for the engine cycle.
FIG. 6 is a conceptual diagram in which a mixture is supplied to an air-fuel mixture field in a combustion chamber and self-ignited.
FIG. 7 is a flowchart showing a control operation of the electronic control unit.
[Explanation of symbols]
1 Piston 5 Combustion Chamber 15 Fuel Injection Injector 17 Mixture Injection Injector (Fuel Supply Device)
A Mixture field B Mixture

Claims

In a compression self-ignition internal combustion engine in which an air-fuel mixture is self-ignited and combusted by compression of a piston, a mixture injection injector for supplying a mixture of at least partly vaporized fuel and air or air-fuel mixture into a combustion chamber is provided. A high-temperature mixture field having a mixture concentration that does not lead to self-ignition is formed in the combustion chamber, and a mixture having a mixture concentration higher than the mixture field is supplied from the mixture injector to the mixture field. A compression self-ignition internal combustion engine characterized by self-igniting and burning the fuel in the combustion chamber by injecting and supplying the fuel into the combustion chamber in which is formed .

2. The compression self-ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein air or a mixture from a combustion chamber and fuel from a fuel injector are respectively introduced into the mixture injector.

3. The compression self-ignition internal combustion engine according to claim 2, wherein the time when the air or air-fuel mixture from the combustion chamber is introduced into the mixture injector is the latter half of the compression stroke.

4. The compression self-ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein after the pressure is increased, the mixture is supplied to the combustion chamber in an intake stroke or a compression stroke of the next cycle.

The first mixture is supplied so that the mixture field has a preset mixture concentration according to the operating conditions, and the target engine load satisfies the subsequent second supply of the mixture. The compression self-ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein